可配置的混合轉換器電路制造技術

一種針對適用于高壓直流(DC)輸電和無功功率補償的混合電壓源轉換器的電路(22)。該電路(22)包括電相互連接的元件(元件1到元件20)的組件，該組件包括多個第一元件(元件1到元件6)和多個第二元件(元件7到元件20)。所述第一元件和所述第二元件中的每一個可被配置為被旁路、被斷開或者包括一個或更多個電子部件的電路裝置，以在使用中構建混合電壓源轉換器，該混合電壓源轉換器包括至少一個第一元件和至少一個第二元件，并且其中包括在所述第一元件或各個第一元件中的電路裝置與包括在所述第二元件或各個第二元件中的電路裝置不同。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】可配置的混合轉換器電路本專利技術涉及針對適用于高壓直流(DC)輸電和無功功率補償的混合電壓源轉換器的電路。在輸電網絡中通常將交流(AC)電力轉換為直流(DC)電力，以便經由架空線和/或海底電纜傳輸。該轉換去除了對于補償傳輸線或電纜施加的AC電容性負載效應的需要，因而降低了每千米線路和/或電纜的成本。當要經過長距離輸電時，從AC到DC的轉換因而變得有成本效益。在必須將工作在不同頻率的AC網絡相互連接的輸電網絡中，也利用AC電力到DC電力的轉換。 在任何這種輸電網絡中，在AC和DC電力的各個接口處需要轉換器以實現所要求的轉換，并且這種轉換器的一種形式是電壓源轉換器(VSC)。電壓源轉換器可以采用控制電流流動的基于半導體技術的開關。當與提供暫時能量存儲的無源部件組合時，這些開關的迅速操作的能力允許以最小的損耗將實際上任何形式的電力轉換為不同的形式。使這種電力轉換高效并且緊湊的重點集中在增加工作頻率方面的發展，以使得可以減小無源部件的大小。對于涉及高電壓的電力轉換設備，不期望高頻率切換，因為高頻率切換對絕緣產生很大壓力，并且串聯半導體開關必須被配置為在這些開關的最差的工作參數內工作。轉換器損耗因此變得夸大。電力轉換設備中的無源部件(諸如電容器和電感器)的大小通常很大以適應包括限制電壓變化和調節電流流動的各種任務。另外，為了安全的目的，還可以通過圍繞轉換器設置電絕緣或保護性導電屏蔽來增加電力轉換方案的大小。轉換器的大小和重量還影響HVDC站的占地面積，因為房地產的高成本,這樣的成本可能很高。已知電壓源轉換器使用具有絕緣柵雙極型晶體管(IGBT) 114的6開關(2級)和3級轉換器拓撲110、112，如圖Ia和圖Ib所示。IGBT裝置114被串聯連接在一起并被切換以使得能夠實現10麗到100麗的高功率等級。然而，這種傳統方法可能要求復雜且有源的IGBT驅動器，并且通常要求大的無源緩沖器部件來確保IGBT裝置114的串聯串兩端的高電壓在轉換器切換期間適當地共享。另夕MGBT裝置114需要在AC電源頻率的各個周期上在高電壓導通和截斷多次，以控制饋到AC網絡的諧波電流。這些因素導致高損耗、高級別的電磁干擾和復雜的設計。還已知電壓源轉換器使用諸如圖2所示的多級轉換器裝置116。在這種傳統的多級轉換器116中，轉換器橋或者單元118串聯連接，各個單元118在不同的時間被切換。傳統的多級轉換器裝置116消除了與串聯連接的IGBT裝置114的直接切換相關聯的問題，因為各個單元118不同時切換并且轉換器電壓階躍相對較低。然而各個單元118要求大的DC鏈接電容器120來承載基頻和直流分量。要求6個DC側電抗器以實現轉換器分支的并聯連接和工作，并且該6個DC側電抗器122主要用于限制這些轉換器分支之間的瞬時電流流動。這些因素導致具有相當大量的存儲能量的昂貴的、大型的且沉重的設備。這使得該設備的預組裝、測試和運輸很困難。根據本專利技術的一方面，提供了一種針對適用于高壓直流(DC)輸電和無功功率補償的混合電壓源轉換器的電路，該電路包括電相互連接的元件的組件，該組件包括多個第一元件和多個第二元件，所述多個第一元件和多個第二元件中的每一個被配置為被旁路、被斷開或者包括一個或者更多個電子部件的電路裝置，以在使用中構建混合電壓源轉換器，該混合電壓源轉換器包括至少一個第一元件和至少一個第二元件，并且其中包括在所述第一元件或各個第一元件中的電路裝置與包括在所述第二元件或各個第二元件中的電路裝置不同。本專利技術的電路有助于生成電壓源轉換器結構，在該電壓源轉換器結構中，至少兩個不同的電路裝置彼此連接因而有助于生成具有各個電路裝置的不同優點的混合結構。根據所采用的實際電路裝置，這些優點可以包括降低DC鏈接電容、降低DC側電抗、簡化串聯IGBT轉換器部件以及降低能量損耗。電相互連接的元件的組件有效地限定了用于構建混合電壓源轉換器的靈活電路 結構，允許這種電力轉換器的設計者將標準電路裝置包括在所選擇的元件中，同時將其它元件旁路或者斷開其它元件，因而容易地允許生產電壓源轉換器的各種不同的可能配置。本專利技術的電路因此提供了用于標識針對特定電力轉換問題的最好的可能配置的有效裝置，使得電壓源轉換器的多個不同配置能夠迅速地經受調查、比較和優化。因此，使得能夠縮短開發轉換器設計所需要的時間。電相互連接的部件的組件所提供的靈活性使得包括所述電路的混合電壓源轉換器能夠應付不同的AC網絡和DC網絡的要求，并且所述電路優選地包括在使用中可連接到AC網絡的AC端子和在使用中可連接到DC網絡的DC端子。在這些實施方式中，電相互連接的元件的組件優選地包括相互連接在所述AC端子與所述多個第一元件之間的多個第二元件中的第一組以及相互連接在所述多個第一元件與所述DC端子之間的多個第二元件中的第二組。該設置使電路的靈活性最大化，允許AC電力線和/或DC電力線中包括一個或者更多個第二元件。為了進一步使所述電路的靈活性最大化，所述多個第二元件中的第三組優選地相互連接在由所述多個第二元件中的第二組限定的中性點連接與所述DC端子之間。在本專利技術的實施方式中，所述多個第一元件中的每一個可被配置為包括串聯連接的多個半導體開關。這種設置允許實現混合電壓源轉換器中的串聯連接的半導體開關的接近零電壓的與或(and or)電流切換、降低切換損耗以及簡化控制動態和穩態電壓共享所要求的硬件。在本專利技術的其它實施方式中，所述多個第一元件中的每一個可配置為包括多個半導體開關，所述多個半導體開關被連接以限定多級轉換器元件，以使得能夠生成多級轉換器而不影響混合電壓源轉換器的其它元件。所述多個第二元件中的每一個優選地可配置為包括-至少一個能量存儲裝置，以提供標稱固定電壓源；和/或-至少一個模塊，所述模塊或各個模塊包括能量存儲裝置，該能量存儲裝置與至少一對半導體開關連接，該至少一對半導體開關在使用中可控，以提供連續可變電壓源。優選地，在至少一個第二元件可配置為包括至少一個模塊的實施方式中，所述第二元件或各個第二元件可配置為包括多個模塊，所述多個模塊被串聯連接以限定鏈式鏈接轉換器元件。在這些實施方式中，用于切換的循環路徑被包含在所述模塊中，該循環路徑提供最小的自感并且使得切換操作更有效。所述模塊或者各個模塊可以包括能量存儲裝置，所述能量存儲裝置按照半橋設置與一對半導體開關并聯連接，以限定2象限單極模塊，所述2象限單極模塊可產生零電壓或正電壓并且可沿兩個方向傳導電流。在其它實施方式中，所述模塊或者各個模塊可以包括能量存儲裝置，所述能量存儲裝置按照全橋設置與兩對半導體開關并聯連接，以限定4象限雙極模塊，所述4象限雙極模塊可產生零電壓、正電壓或者負電壓并且可沿兩個方向傳導電流。 所述能量存儲裝置或者各個能量存儲裝置可以連接到輔助電力總線，以使得有功功率被傳送到所述能量存儲裝置或各個能量存儲裝置中或者從所述能量存儲裝置或各個能量存儲裝置傳送出來，以維持電壓平衡。在其它實施方式中，所述能量存儲裝置或各個能量存儲裝置可暫時連接到外部電壓源以使所述能量存儲裝置復位。優選地，所述能量存儲裝置或者各個能量存儲裝置是電容器，該電容器可被充電以存儲能量并且可被插入到電路中以提供電壓階躍。在其它實施方式中，所述能量存儲裝置或者各個能量存儲裝置可以是電池、本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】

【專利技術屬性】
技術研發人員：W·克魯克斯，D·特拉內爾，C·D·M·奧特斯，C·C·戴維森，
申請(專利權)人：阿爾斯通電網英國有限公司，
類型：
國別省市：