變換器的制造方法
【專利摘要】一種電力電子變換器（20），用于高壓直流電力傳輸和無(wú)功功率補(bǔ)償。該電力電子變換器（20）包括至少一條變換器支路（22a，22b，22c），該至少一條變換器支路（22a，22b，22c）包括連接到DC網(wǎng)絡(luò)（30）的第一端子和第二端子（24，26）、以及第三端子（28），所述或每條變換器支路（22a，22b，22c）限定串聯(lián)連接的、位于所述第三端子（28）與該第一端子和第二端子（24，26）中每個(gè)端子之間的第一支路部分和第二支路部分（34，36），每個(gè)支路部分（34，36）包括鏈?zhǔn)阶儞Q器（38），每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器（38）包括串聯(lián)連接的多個(gè)模塊，每個(gè)模塊包括連接到至少一個(gè)儲(chǔ)能器件的至少一個(gè)初級(jí)開關(guān)元件，每條變換器支路（22a，22b，22c）可受控以選擇性地限定承載AC流通電流（54）的流通路徑，該AC流通電流（54）被提供至所述DC網(wǎng)絡(luò)（30）以將提供至所述DC網(wǎng)絡(luò)（30）的DC電壓中的DC紋波最小化。
【專利說(shuō)明】變換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于高壓直流(HVDC)電力傳輸及無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)碾娏﹄娮幼儞Q器。
【背景技術(shù)】
[0002]在電力傳輸網(wǎng)絡(luò)中，為了經(jīng)由架空線路和/或海底電纜進(jìn)行傳輸，通常將交流(AC)電變換為直流(DC)電。這種變換免除了對(duì)由傳輸線或電纜引入的AC電容性負(fù)載影響進(jìn)行補(bǔ)償?shù)男枰?，從而降低了線路和/或電纜的每公里成本。因此，當(dāng)需要長(zhǎng)距離傳輸電力時(shí)，AC到DC的變換會(huì)具成本效率。
[0003]AC電到DC電的變換也用于需將在不同頻率下工作的AC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互連的電力傳輸網(wǎng)絡(luò)。在任一這樣的電力傳輸網(wǎng)絡(luò)中，AC和DC電之間的每個(gè)接口處均需要變換器，以產(chǎn)生所需的變換，且一種該形式的變換器為電壓源變換器(VSC)。
[0004]AC電通常根據(jù)AC相的數(shù)量，以一個(gè)或多個(gè)正弦波的形式進(jìn)行傳輸。但電壓源變換器的AC側(cè)存在正弦AC波會(huì)導(dǎo)致電壓源變換器的DC側(cè)和相關(guān)DC網(wǎng)絡(luò)中的高水平DC電壓紋波。DC電壓紋波通常為AC系統(tǒng)頻率的倍數(shù)，例如，6次諧波、12次諧波等等。
[0005]DC網(wǎng)絡(luò)中存在DC紋波是不利的，這是由于該DC紋波不僅在電力傳輸上無(wú)任何增加的前提下消耗DC傳輸線路的電壓、電流和熱容量，而且還妨礙通常不容交流電壓應(yīng)力的低成本電纜的使用，從而提高了 DC電力傳輸線路的安裝成本。
[0006]此外，來(lái)自分別連接到在不同頻率下工作的AC網(wǎng)絡(luò)的變換器站的DC紋波分量之間的相互作用導(dǎo)致在相關(guān)的AC和DC網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生復(fù)雜的交叉調(diào)制。此外，DC紋波的交變屬性在DC電力傳輸線路和測(cè)量換能器、用于穩(wěn)定變換器控制的控制系統(tǒng)之間，以及在DC電力傳輸線路和鄰近的電話線路之間引起不良干擾，這就增加了對(duì)DC電力傳輸線路的布局進(jìn)行設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。
[0007]通常，電力站在電壓源變換器的DC側(cè)使用DC濾波設(shè)備(如無(wú)源電感性和電容性元件)來(lái)最小化DC紋波。并聯(lián)電容和串聯(lián)電感分別與電壓源變換器結(jié)合使用使電壓和電流波紋減小。但電力傳輸?shù)母邏禾匦砸馕吨捎么笮蜔o(wú)源電感性和電容性元件是必要的。這不僅增加了正常運(yùn)行中的電力損耗，而且增加了相關(guān)電力站的尺寸、重量和成本，這在具有有限空間包絡(luò)的位置(如海邊風(fēng)力發(fā)電廠)處是非常不利的。
[0008]此外，無(wú)源濾波器針對(duì)頻率特性具有固定阻抗，因此無(wú)法適應(yīng)DC側(cè)波紋頻率中的變化。在需要變換器站臨時(shí)工作在異常操作模式時(shí)或若更多的VSC站以網(wǎng)格方式連接以形成DC電網(wǎng)時(shí)，這種變化會(huì)自然出現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種電力電子變換器，用于高壓直流電力傳輸以及無(wú)功功率補(bǔ)償，該電力電子變換器包括至少一個(gè)變換器支路，該至少一個(gè)變換器支路包括連接到DC網(wǎng)絡(luò)的第一端子和第二端子、以及第三端子，所述或每條變換器支路限定串聯(lián)連接的、位于第三端子和第一端子之間的第一支路部分和位于第三端子和第二端子之間的第二支路部分，每個(gè)支路部分包括鏈?zhǔn)阶儞Q器，每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器包括串聯(lián)連接的多個(gè)模塊，每個(gè)模塊包括連接到至少一個(gè)儲(chǔ)能器件的至少一個(gè)初級(jí)開關(guān)元件，每條變換器支路可受控以選擇性地限定承載AC流通電流的流通路徑，該AC流通電流被提供至DC網(wǎng)絡(luò)以將提供至DC網(wǎng)絡(luò)的DC電壓中的DC紋波最小化。
[0010]能夠選擇性地限定承載AC流通電流的流通路徑的一個(gè)或多個(gè)變換器支路將提供至DC網(wǎng)絡(luò)的DC電壓中的DC紋波最小化的設(shè)置免除了在電力電子變換器的DC側(cè)上對(duì)單獨(dú)DC濾波設(shè)備的需求。因此，本發(fā)明的電力電子變換器比一般的電力變換器成本更低、體積更小、更輕便、更易操作和控制且更為高效。
[0011]因此，限定承載AC流通電流的流通路徑的能力使得電力電子變換器具有兼容于大范圍的有功功率和無(wú)功功率工作條件的有源濾波能力。
[0012]優(yōu)選地，每個(gè)支路部分進(jìn)一步包括與所述鏈?zhǔn)阶儞Q器串聯(lián)連接的至少一個(gè)次級(jí)開關(guān)元件，所述至少一個(gè)次級(jí)開關(guān)元件可受控以選擇性地將相應(yīng)的支路部分切入或切出電路。
[0013]與每個(gè)支路部分中的鏈?zhǔn)阶儞Q器串聯(lián)連接的一個(gè)或多個(gè)次級(jí)開關(guān)元件的串聯(lián)組合，以將支路部分切入與切出第三端子與第一端子或第二端子之間的電路，由于這種方式降低了每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器所需產(chǎn)生的電壓范圍，因此是有利的。進(jìn)而可使每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器中的組件數(shù)量最少化。
[0014]在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述或每條變換器支路可受控以將兩個(gè)所述支路部分同時(shí)切入電路以限定流通路徑。
[0015]這種流通路徑的創(chuàng)建提供了將提供至DC網(wǎng)絡(luò)的DC電壓中的DC紋波最小化的選擇。
[0016]在這些實(shí)施例中，至少兩條變換器支路可同時(shí)受控以將相應(yīng)的兩個(gè)所述支路部分同時(shí)切入電路以限定所述流通路徑。
[0017]以這種方式控制兩條或多條變換器支路來(lái)限定流通路徑，增加了各變換器支路電流的平滑度，從而更易控制。
[0018]在其他實(shí)施例中，變換器支路可相繼受控以將相應(yīng)的兩個(gè)所述支路部分同時(shí)切入電路來(lái)限定所述流通路徑。
[0019]該特性使得電力電子變換器在該電力電子變換器的工作期間連續(xù)地或周期性地限定流通路徑。
[0020]優(yōu)選地，每條變換器支路可受控以在一預(yù)定重疊時(shí)段選擇性地限定所述流通路徑，以控制所述AC流通電流流動(dòng)的持續(xù)時(shí)間。該重疊時(shí)段的范圍可根據(jù)電力電子變換器的設(shè)計(jì)要求和DC網(wǎng)絡(luò)中DC紋波的形狀而改變。
[0021]在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，流通路徑可包括用于調(diào)節(jié)AC流通電流的至少一個(gè)電流調(diào)節(jié)器。
[0022]一個(gè)或多個(gè)電流調(diào)節(jié)器的包含在無(wú)需單獨(dú)的DC濾波設(shè)備的情況下提供對(duì)將DC紋波最小化程度進(jìn)行控制的進(jìn)一步選擇。
[0023]電流調(diào)節(jié)器可調(diào)節(jié)AC流通電流的大小，以將提供至DC網(wǎng)絡(luò)的DC電壓中的DC紋波最小化。[0024]在這些實(shí)施例中，所述或每個(gè)電流調(diào)節(jié)器可以為或可包括所述鏈?zhǔn)阶儞Q器中的至少一個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器和與所述或每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器串聯(lián)連接的至少一個(gè)初級(jí)電感器，所述或每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器可操作以改變其電壓，以改變所述或每個(gè)初級(jí)電感器兩端的電壓，從而調(diào)節(jié)所述AC流通電流的大小。
[0025]這種結(jié)構(gòu)在無(wú)需單獨(dú)的DC濾波設(shè)備的情況下，易使得DC網(wǎng)絡(luò)中的DC紋波最小化。
[0026]在其他實(shí)施例中，所述或每個(gè)電流調(diào)節(jié)器可以為或可包括至少一個(gè)可變初級(jí)電感器，所述或每個(gè)可變初級(jí)電感器可受控以改變其自身的電感，以調(diào)節(jié)所述AC流通電流。
[0027]一個(gè)或多個(gè)可變初級(jí)電感器可用于在DC濾波過程中提供有源控制。
[0028]每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器的每個(gè)模塊的所述或每個(gè)初級(jí)開關(guān)元件可受控以配置相應(yīng)的鏈?zhǔn)阶儞Q器來(lái)提供步進(jìn)式(stepped)可變電壓源。
[0029]該鏈?zhǔn)阶儞Q器的結(jié)構(gòu)使得每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器可通過將更多模塊插入至該鏈中提供可以遞增的階躍增大的電壓，以提供一電壓使該電壓大于每個(gè)單獨(dú)模塊提供的電壓。因此，這一結(jié)構(gòu)可使得由每個(gè)支路部分的鏈?zhǔn)阶儞Q器所提供的電壓改變，從而使鏈?zhǔn)阶儞Q器能夠產(chǎn)生復(fù)雜電壓波形。
[0030]在進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述或每條變換器支路的第三端子可連接到AC網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)相上。在這些實(shí)施例中，鏈?zhǔn)阶儞Q器可受控以在相應(yīng)的第三端子處產(chǎn)生AC電壓波形。
[0031]這種特性使得電力電子變換器可進(jìn)行整流和逆變處理，以便于AC網(wǎng)絡(luò)和DC網(wǎng)絡(luò)之間的電力變換。
[0032]優(yōu)選地，每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器可操作以改變自身電壓，以在流通路徑被限定時(shí)在相應(yīng)的第三端子處產(chǎn)生AC電壓波形。
[0033]實(shí)踐證明本發(fā)明的電力電子變換器能夠最小化DC網(wǎng)絡(luò)中的DC紋波，同時(shí)便于AC網(wǎng)絡(luò)和DC網(wǎng)絡(luò)之間的電力變換。
[0034]優(yōu)選地，每條變換器支路可受控以在所述AC電壓波形的部分或整個(gè)周期限定所述流通路徑。
[0035]在AC電壓波形的單個(gè)周期期間的流通路徑的持續(xù)時(shí)間可根據(jù)電力電子變換器的設(shè)計(jì)要求和DC紋波的特定可接受極限而改變。
[0036]優(yōu)選地，所述AC電壓波形為正弦波形的近似逼近。
[0037]具有最小諧波失真的近乎完美的正弦波形式的AC電流的產(chǎn)生意味著在電力電子變換器的AC側(cè)上無(wú)需諧波濾波器來(lái)控制電力質(zhì)量。
[0038]在本發(fā)明的實(shí)施例中，每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器可受控以將一個(gè)或多個(gè)零相序三倍數(shù)次諧波分量注入至所述AC電壓波形中。
[0039]零相序三倍數(shù)次諧波分量注入至AC電壓波形中降低了使所述或每條變換器支路能夠限定流通路徑所需的每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器的額定電壓。該零相序三倍數(shù)次諧波分量的注入并不影響出現(xiàn)在AC網(wǎng)絡(luò)中的線間電壓。
[0040]在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，至少一個(gè)模塊可包括與相應(yīng)的儲(chǔ)能器件并聯(lián)連接的多個(gè)串聯(lián)連接的初級(jí)開關(guān)元件。
[0041]為了限定能夠提供零電壓或正電壓且能夠雙向傳導(dǎo)電流的二象限單極性模塊，多個(gè)串聯(lián)連接的初級(jí)開關(guān)元件可與所述相應(yīng)的儲(chǔ)能器件并聯(lián)連接成半橋結(jié)構(gòu)。[0042]為了限定能夠提供零電壓、正電壓或負(fù)電壓且能夠雙向傳導(dǎo)電流的四象限雙極性模塊，多個(gè)串聯(lián)連接的初級(jí)開關(guān)元件可與所述相應(yīng)的儲(chǔ)能器件并聯(lián)連接成全橋結(jié)構(gòu)。
[0043]至少一個(gè)開關(guān)元件優(yōu)選地包括至少一個(gè)半導(dǎo)體器件。
[0044]所述或至少一個(gè)半導(dǎo)體器件可為例如絕緣柵雙極晶體管、柵關(guān)斷晶閘管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、注入增強(qiáng)柵晶閘管或集成柵換向晶體管。
[0045]至少一個(gè)開關(guān)元件優(yōu)選地包括與所述或每個(gè)對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體器件并聯(lián)連接的反并
聯(lián)二極管。
[0046]使用半導(dǎo)體器件是有利的，因?yàn)檫@種器件尺寸小、重量輕且具有相對(duì)較低的功耗，這就最大限度地降低了冷卻設(shè)備的需求。因此，使用這些半導(dǎo)體器件使電力變換器在成本、尺寸和重量上顯著降低。
[0047]此外，這些半導(dǎo)體器件的快速切換能力使得電力電子變換器可合成復(fù)雜波形以注入至該電力電子變換器的AC側(cè)和/或DC側(cè)。這種復(fù)雜波形的注入可用于例如將通常與基于線換向晶閘管的電力電子變換器相關(guān)聯(lián)的諧波失真水平最小化。
[0048]優(yōu)選地，至少一個(gè)儲(chǔ)能器件是或包括電容器、燃料電池、蓄電池或能夠存儲(chǔ)并釋放自身電能以提供電壓的任何器件。
[0049]這種靈活性在設(shè)備的可用性可由于位置或運(yùn)輸困難而改變的不同場(chǎng)所中在電力電子變換器的設(shè)計(jì)上是很有用的。例如，在海邊風(fēng)力發(fā)電廠，儲(chǔ)能器件可為連接到風(fēng)力渦輪機(jī)的輔助AC發(fā)電機(jī)。
[0050]在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，相應(yīng)變換器支路的每個(gè)支路部分可受控以選擇性地限定承載DC流通電流的流通電路，以調(diào)節(jié)相應(yīng)的鏈?zhǔn)阶儞Q器中至少一個(gè)儲(chǔ)能器件的能量水平。
[0051]這種流通路徑的創(chuàng)建提供用于調(diào)節(jié)每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器中所有或部分儲(chǔ)能器件的能量水平的選擇。
[0052]在這些實(shí)施例中，采用至少一個(gè)電流調(diào)節(jié)器，所述或每個(gè)電流調(diào)節(jié)器可受控以對(duì)所述DC流通電流的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使得所述或每個(gè)儲(chǔ)能器件的電壓與預(yù)定電壓水平的任何偏差最小化。
[0053]一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能器件的電壓水平的調(diào)節(jié)提供用于平衡相應(yīng)模塊電壓水平的選擇。這是有利的，因?yàn)槠湟馕吨魏翁囟K的電壓可保持為近似等于平均模塊電壓，以有助于確保模塊組件工作在其設(shè)計(jì)電壓范圍內(nèi)且組合模塊能夠產(chǎn)生適當(dāng)范圍的變換器端電壓來(lái)滿足穩(wěn)態(tài)運(yùn)行和故障響應(yīng)。
[0054]相應(yīng)變換器支路的每個(gè)支路部分可受控以選擇性地限定承載所述AC流通電流和所述DC流通電流的組合的流通路徑。
[0055]限定承載AC流通電流和DC流通電流組合的流通路徑的能力增大了電力電子變換器的有功-無(wú)功功率包絡(luò)的大小。
[0056]優(yōu)選地，電力電子變換器包括多條變換器支路。
[0057]多條變換器支路的設(shè)置使得電力電子變換器可與多相AC網(wǎng)絡(luò)兼容使用。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0058]現(xiàn)參照附圖，通過非限制性示例對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行描述。[0059]圖1以示意性方式示出了本發(fā)明第一實(shí)施例的電力電子變換器；
[0060]圖2示出了將DC網(wǎng)絡(luò)與三相AC網(wǎng)絡(luò)互連的電力電子變換器中支路部分電流的變化，DC網(wǎng)絡(luò)中對(duì)應(yīng)的DC電流和DC紋波和重疊時(shí)段，在該重疊時(shí)段期間，相應(yīng)的變換器支路可受控以限定承載AC流通電流的流通路徑；
[0061]圖3示出了支路部分電流的調(diào)節(jié)以最小化DC紋波；
[0062]圖4示出了同時(shí)對(duì)兩條變換器支路進(jìn)行控制，以將其對(duì)應(yīng)的兩個(gè)支路部分同時(shí)切入電路來(lái)限定流通路徑；
[0063]圖5示出了當(dāng)兩條變換器支路被同時(shí)控制以將其對(duì)應(yīng)的兩個(gè)支路部分同時(shí)切入電路來(lái)限定流通路徑時(shí)的支路部分電流的調(diào)節(jié)；
[0064]圖6示出了調(diào)節(jié)后的支路部分電流和DC網(wǎng)絡(luò)的對(duì)應(yīng)DC電流的形狀；
[0065]圖7示出了調(diào)節(jié)后的支路部分電流的形狀和第三端子處的AC電流波形；
[0066]圖8示出了對(duì)流通路徑進(jìn)行限定時(shí)，鏈?zhǔn)阶儞Q器的額定電壓需求的提高；
[0067]圖9示出了當(dāng)零相序三次諧波分量注入到AC電壓波形中時(shí)，鏈?zhǔn)阶儞Q器的額定電壓需求的降低；
[0068]圖10示出了當(dāng)零相序較高的三倍數(shù)次諧波分量注入到AC電壓波形中時(shí)，鏈?zhǔn)阶儞Q器的額定電壓需求的降低；以及
[0069]圖11示出了本發(fā)明第二實(shí)施例的一種電力電子變換器。
【具體實(shí)施方式】
[0070]本發(fā)明第一實(shí)施例的電力電子變換器20如圖1所示。
[0071]電力電子變換器20包括第一變換器支路22a、第二變換器支路22b和第三變換器支路22c。每條變換器支路22a、22b、22c包括第一端子24、第二端子26和第三端子28。
[0072]在使用中，每條變換器支路22a、22b、22c的第一端子24和第二端子26分別連接到DC網(wǎng)絡(luò)30的正極端子和負(fù)極端子上，正極端子和負(fù)極端子分別承載有+Vdc/2和-Vdc/2的電壓，每條變換器支路22a、22b、22c的第三端子28連接到三相AC網(wǎng)絡(luò)32的對(duì)應(yīng)相上。
[0073]每條變換器支路22a、22b、22c限定第一支路部分34和第二支路部分36。在每條變換器支路22a、22b、22c中，第一支路部分34串聯(lián)連接在第三端子28和第一端子24之間，第二支路部分36串聯(lián)連接在第三端子28和第二端子26之間。
[0074]每個(gè)支路部分34、36進(jìn)一步包括鏈?zhǔn)阶儞Q器38。每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器38包括串聯(lián)連接的一連串模塊(未不出)。每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器38中的模塊數(shù)量取決于相應(yīng)支路部分34、36所需的額定電壓。
[0075]每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器38的每個(gè)模塊包括兩對(duì)初級(jí)開關(guān)元件，該兩對(duì)初級(jí)開關(guān)元件與電容器并聯(lián)連接以限定能夠提供負(fù)電壓、零電壓或正電壓并能夠雙向傳導(dǎo)電流的四象限雙極性模塊。
[0076]每個(gè)支路部分34、36進(jìn)一步包括與相應(yīng)的鏈?zhǔn)阶儞Q器38串聯(lián)連接的次級(jí)開關(guān)元件40。在其他實(shí)施例中，可設(shè)想的是，每個(gè)支路部分中次級(jí)開關(guān)元件的數(shù)量可根據(jù)該每個(gè)支路部分的所需額定電壓改變。
[0077]在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，第一支路部分34和第二支路部分36中每個(gè)支路部分的次級(jí)開關(guān)元件40和鏈?zhǔn)阶儞Q器38之間的串聯(lián)連接可允許次級(jí)開關(guān)元件40和鏈?zhǔn)阶儞Q器38以相反的次序連接在第三端子28與第一端子24或第二端子26之間。
[0078]每個(gè)支路部分34、36進(jìn)一步包括與鏈?zhǔn)阶儞Q器38和次級(jí)開關(guān)元件40串聯(lián)連接的初級(jí)電感器42。每個(gè)支路部分34、36的初級(jí)電感器42有助于限制每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器38的模塊中的電容器和任何其他并聯(lián)連接的電容器之間的瞬態(tài)電流，從而最小化能量損耗。
[0079]電力電子變換器20進(jìn)一步包括與變換器支路22a、22b、22c中每個(gè)第三端子28串聯(lián)連接的次級(jí)電感器或變壓器(未示出)，該次級(jí)電感器或變壓器在使用時(shí)連接在每個(gè)第三端子28和AC網(wǎng)絡(luò)32之間。次級(jí)電感器或變壓器對(duì)流經(jīng)每個(gè)第三端子28和AC網(wǎng)絡(luò)32之間電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0080]每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器38的模塊中的初級(jí)開關(guān)元件可操作為對(duì)每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器38進(jìn)行配置以提供步進(jìn)式可變電壓源。初級(jí)開關(guān)元件還在AC網(wǎng)絡(luò)32的基頻附近進(jìn)行切換。
[0081]通過改變初級(jí)開關(guān)元件的狀態(tài)，每個(gè)模塊的電容器可被旁路或插入至相應(yīng)的鏈?zhǔn)阶儞Q器38中。
[0082]當(dāng)初級(jí)開關(guān)元件對(duì)被配置為在模塊中形成短路時(shí)，每個(gè)模塊的電容器被旁路。這使電力電子變換器20中的電流流經(jīng)該短路并旁路掉電容器，因此模塊能夠提供零電壓。
[0083]當(dāng)初級(jí)開關(guān)元件對(duì)被配置為使變換器電流流入并流出電容器時(shí)，每個(gè)模塊的電容器被插入至相應(yīng)的鏈?zhǔn)阶儞Q器38中。進(jìn)而，該電容器能夠充電或者釋放其存儲(chǔ)的能量以提供電壓。四象限雙極性模塊的雙向特性意味著該電容器可被正向或反向地插入至模塊中以提供正電壓或負(fù)電壓。
[0084]因此，通過多個(gè)模塊的電容器的插入，每個(gè)模塊提供其自身的電壓至鏈?zhǔn)阶儞Q器38，可在每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器38兩端形成組合電壓，該組合電壓大于從各單個(gè)模塊獲得的電壓。
[0085]四象限雙極性模塊提供正電壓或負(fù)電壓的能力意味著每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器38兩端的電壓可通過提供正電壓或負(fù)電壓的模塊組合而形成。因此，通過將模塊控制為交替提供正電壓和負(fù)電壓，各個(gè)電容器中的能量水平可保持在最佳水平。
[0086]在本發(fā)明的其他實(shí)施例中(未示出)，可設(shè)想的是，每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器的每個(gè)模塊可包括一組串聯(lián)連接的初級(jí)開關(guān)元件，該組串聯(lián)連接的初級(jí)開關(guān)元件與相應(yīng)的電容器并聯(lián)連接成半橋結(jié)構(gòu)，以限定可提供零電壓或正電壓并可雙向傳導(dǎo)電流的二象限單極性模塊。
[0087]可以改變每個(gè)模塊的開關(guān)操作的時(shí)機(jī)，這樣每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器38中各個(gè)模塊的電容器的插入和/或旁路導(dǎo)致電壓波形的產(chǎn)生。例如，各個(gè)模塊的電容器可交錯(cuò)插入以產(chǎn)生正弦波形。通過調(diào)節(jié)每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器38中每個(gè)模塊的開關(guān)操作時(shí)機(jī)，可產(chǎn)生其他波形形狀。
[0088]初級(jí)開關(guān)元件和次級(jí)開關(guān)元件40中的每個(gè)開關(guān)元件為與反并聯(lián)二極管并聯(lián)連接的絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中(未示出)，初級(jí)開關(guān)元件和次級(jí)開關(guān)元件中的一個(gè)或多個(gè)可包括不同的半導(dǎo)體器件，如場(chǎng)效應(yīng)晶體管、柵極可關(guān)斷晶閘管、注入增強(qiáng)柵晶閘管、集成柵換向晶體管或其他強(qiáng)制換向或自換向半導(dǎo)體開關(guān)，優(yōu)選地，半導(dǎo)體器件與反并聯(lián)二極管并聯(lián)連接。
[0089]上述半導(dǎo)體器件的快速切換能力可使電力電子變換器20合成復(fù)雜波形以注入至電力電子變換器20的AC側(cè)和/或DC側(cè)。這種復(fù)雜波形的注入可用于例如將通常與基于線換向晶閘管的電壓源變換器相關(guān)的諧波失真水平最小化。[0090]還可設(shè)想的是，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中(未示出)，每個(gè)模塊的電容器可由不同的儲(chǔ)能器件所取代，如燃料電池、蓄電池或能夠儲(chǔ)能并釋放其自身電能來(lái)提供電壓的任何其他儲(chǔ)能器件。
[0091]在使用時(shí)，每條變換器支路22a、22b、22c的第一支路部分34和第二支路部分36的次級(jí)開關(guān)元件40可操作為將每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器38切入和切出第三端子28與第一端子24或第二端子26之間的電路。鏈?zhǔn)阶儞Q器38還可操作為在相應(yīng)的第三端子28處產(chǎn)生電壓波形以便于AC網(wǎng)絡(luò)32和DC網(wǎng)絡(luò)30之間的電力轉(zhuǎn)換。
[0092]為了在相應(yīng)的第三端子28處產(chǎn)生AC電壓波形的正半周期，第一支路部分34切入電路，第二支路部分36切出電路，且第一支路部分34的鏈?zhǔn)阶儞Q器38被控制以改變其電壓。鏈?zhǔn)阶儞Q器的電壓改變以抵消第一端子24處的電壓，進(jìn)而在第三端子28處合成正的半正弦波。
[0093]為了產(chǎn)生AC電壓波形的負(fù)半周期，第一支路部分34切出電路，第二支路部分36切入電路，且第二支路部分36的鏈?zhǔn)阶儞Q器38被控制以改變其電壓。鏈?zhǔn)阶儞Q器的電壓再次改變以抵消第二端子26處的電壓，進(jìn)而在第三端子28處合成負(fù)的半正弦波。
[0094]鏈?zhǔn)阶儞Q器38優(yōu)選地操作為使用步進(jìn)式逼近法來(lái)產(chǎn)生正弦電壓波形。鏈?zhǔn)阶儞Q器38由于其提供電壓階躍以提高或降低在相應(yīng)的第三端子28處的輸出電壓的能力，適合用于步進(jìn)式波形的產(chǎn)生。電壓波形的步進(jìn)式逼近法可通過使用具有較低電壓水平的數(shù)量較多的模塊以增加電壓階躍數(shù)量的方式來(lái)改善。
[0095]每條變換器支路22a、22b、22c的鏈?zhǔn)阶儞Q器38被控制以產(chǎn)生如上所述的正弦電壓波形，該正弦電壓波形與其他兩條變換器支路22a、22b、22c的鏈?zhǔn)阶儞Q器38所產(chǎn)生的AC電壓波形具有120電度的相位差。這使得電力電子變換器20可便于DC網(wǎng)絡(luò)30和三相AC網(wǎng)絡(luò)32之間的電力轉(zhuǎn)換。
[0096]圖2示出在DC網(wǎng)絡(luò)和三相AC網(wǎng)絡(luò)之間的電力轉(zhuǎn)換期間，每條變換器支路的第一支路部分的電流在AC網(wǎng)絡(luò)的單個(gè)AC周期上的變化。第一變換器支路、第二變換器支路和第三變換器支路的第一支路部分以AC網(wǎng)絡(luò)的AC周期的O至180電度、120至300電度、240至360電度以及O至60電度分別傳導(dǎo)半正弦波電流48a、48b、48c。流經(jīng)第一支路部分的半正弦波電流的總和使得平均DC電流50在AC網(wǎng)絡(luò)的AC周期上提供至所連接的DC網(wǎng)絡(luò)。AC電壓波形的正弦形狀引起DC電流50中DC紋波52的出現(xiàn)。
[0097]為了將DC電流中DC紋波最小化，參照?qǐng)D1，電力電子變換器20的變換器支路22a、22b、22c被配置為進(jìn)行如下操作。
[0098]在使用時(shí)，每條變換器支路22a、22b、22c可受控以將兩個(gè)支路部分34、36同時(shí)切入電路以限定承載AC流通電流54的流通路徑，其示例如圖1所示。
[0099]每條變換器支路22a、22b、22c在使用時(shí)被控制，以在60電度的重疊時(shí)段選擇性地限定流通路徑，且應(yīng)用于相應(yīng)的第一支路部分34中電流過零點(diǎn)處，因此每個(gè)重疊時(shí)段對(duì)應(yīng)特定的DC紋波分量。如圖2所示，第一變換器支路22a被控制，以在從150延至210電度以及從330延至30電度的電力周期的重疊時(shí)段56將兩個(gè)支路部分34、36同時(shí)切入電路；第二變換器支路22b被控制，以在從90延至150電度以及從270延至330電度的電力周期的重疊時(shí)段58將兩個(gè)支路部分34、36同時(shí)切入電路；第三變換器支路22c被控制，以在從30延至90電度以及從210延至270電度的AC周期的重疊時(shí)段60將兩個(gè)支路部分34、36同時(shí)切入電路。變換器支路22a、22b、22c的這種連續(xù)控制使得電力電子變換器20不斷保持著承載AC流通電流的流通路徑。
[0100]對(duì)變換器支路22a、22b、22c進(jìn)行控制以限定流通路徑具有延長(zhǎng)每個(gè)第一支路部分34從180電度到240電度的傳導(dǎo)持續(xù)時(shí)間的作用。
[0101]在每個(gè)重疊時(shí)段期間，流通路徑承載流經(jīng)流通路徑內(nèi)的AC流通電流，AC流通電流包括與對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的重疊時(shí)段的特定DC紋波分量反相的AC分量。AC分量又對(duì)流經(jīng)變換器支路22a、22b、22c的第一支路部分34的電流的形狀進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣調(diào)節(jié)后的第一支路部分電流62的形狀為初始的半正弦波分量48b和AC分量60的疊加，如圖3所示。流經(jīng)每個(gè)第一支路部分34中的電流的這種調(diào)節(jié)意味著調(diào)節(jié)后的流經(jīng)第一支路部分34中的電流的總和導(dǎo)致DC電流中DC紋波的消除，進(jìn)而使得恒定DC電流提供給所連接的DC網(wǎng)絡(luò)30。
[0102]優(yōu)選地，AC流通電流的大小通過操作每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器38以插入其模塊或旁路掉其模塊來(lái)改變，以便改變相應(yīng)鏈?zhǔn)阶儞Q器38兩端的電壓，進(jìn)而改變相關(guān)聯(lián)的初級(jí)電感器兩端的電壓。就此而言，每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器38和所述或每個(gè)相關(guān)聯(lián)的初級(jí)電感器42 —起充當(dāng)電流調(diào)節(jié)器。如上所述，每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器38產(chǎn)生復(fù)雜電壓波形的能力使得AC流通電流能夠得以準(zhǔn)確調(diào)節(jié)以符合DC紋波濾波過程的要求。
[0103]作為一種使用至少一個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器38來(lái)改變AC流通電流大小的替代方案，可設(shè)想的是，本發(fā)明的其他實(shí)施例(未示出)可包括可變初級(jí)電感器形式的不同的電流調(diào)節(jié)器。這種可變初級(jí)電感器可操作以改變其電感，以便直接改變?cè)摽勺兂跫?jí)電感器兩端的電壓以及流經(jīng)其中的AC流通電流的大小。
[0104]重疊時(shí)段可根據(jù)電力電子變換器20的設(shè)計(jì)要求和DC網(wǎng)絡(luò)30的DC電流中DC紋波的性質(zhì)而改變。
[0105]例如，如圖4所示，第一變換器支路22a和第三變換器支路22c中每個(gè)變換器支路在使用時(shí)可被控制以在60電度的重疊時(shí)段56、60限定流通路徑，且第二變換器支路22b在使用時(shí)可被控制以在大于60電度的重疊時(shí)段58a限定流通路徑。第二變換器支路22b的重疊時(shí)段中長(zhǎng)度64的增加導(dǎo)致第一變換器支路22a和第二變換器支路22b臨時(shí)同時(shí)將其相應(yīng)的兩條支路部分34、36切入電路。
[0106]重疊時(shí)段58中長(zhǎng)度64的增加以限定如上所述的延長(zhǎng)的重疊時(shí)段58a使得電流62可被調(diào)節(jié)為在調(diào)節(jié)后的電流波形62a的兩端66處且在AC周期150度和270度點(diǎn)處具有更為平緩的形狀，如圖5所示。這就改善了流經(jīng)相應(yīng)的第一支路部分34中的電流的平滑度，得到更易控制的電流。
[0107]對(duì)于每條變換器支路22a、22b、22c延長(zhǎng)重疊時(shí)段的效果在如圖6中可見，圖6示出流經(jīng)相應(yīng)的第一支路部分34中的具有較平滑形狀的每個(gè)電流62a、62b、62c。類似地，可延長(zhǎng)每條變換器支路22a、22b、22c的重疊時(shí)段，以調(diào)節(jié)流經(jīng)相應(yīng)的第二支路部分36中的電流68以具有較平滑形狀。實(shí)踐證明，為改善電流平滑度而對(duì)重疊時(shí)段的延長(zhǎng)不影響DC電流50b中DC紋波的消除，且不會(huì)使流經(jīng)相應(yīng)的第三端子28和AC網(wǎng)絡(luò)32之間的AC電流波形70的形狀產(chǎn)生任何畸變。
[0108]可設(shè)想的是，可縮短一條或多條變換器支路22a、22b、22c的重疊時(shí)段，以便僅針對(duì)AC網(wǎng)絡(luò)32的AC周期的一部分來(lái)限定承載AC流通電流的流通路徑。這就導(dǎo)致DC網(wǎng)絡(luò)30的DC電流中的DC紋波的局部濾波。由于這種局部濾波已被證實(shí)可降低電力電子變換器20中的鏈?zhǔn)阶儞Q器38的所需額定電壓，因而該局部濾波在DC紋波僅需被最小化至特定的容許極限內(nèi)的情況下是有利的。
[0109]由180電度到240電度的每個(gè)支路部分34、36傳導(dǎo)持續(xù)時(shí)間的延長(zhǎng)已被證實(shí)可提高鏈?zhǔn)阶儞Q器38的所需額定電壓。這是由于，在圖8中，相應(yīng)的第一支路部分34此時(shí)在重疊時(shí)段72期間切入電路中，而不是在AC電壓波形76a的負(fù)半周期74的產(chǎn)生期間切出電路。類似地，相應(yīng)的第二支路部分36此時(shí)切入電路中，而不是在AC電壓波形的正半周期的產(chǎn)生期間切出電路。因此，每個(gè)支路部分34、36的鏈?zhǔn)阶儞Q器38需具有提高的額定電壓以抵消第三端子28與第一端子24或第二端子26之間的較大的電壓差78a，如圖8所示。
[0110]在使用時(shí)，控制每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器38將零相序三次諧波分量注入至相應(yīng)的第三端子28處的AC電壓波形中。這導(dǎo)致經(jīng)調(diào)節(jié)的AC電壓波形76b，以便減小重疊時(shí)段72期間的第三端子28與第一端子24或第二端子26之間的電壓差78b，如圖9所示?？梢詫⒘阆嘈蜉^高的三倍數(shù)次諧波分量以相同的方式注入，以調(diào)節(jié)相應(yīng)的第三端子28處的AC電壓波形76c，這樣重疊時(shí)段72期間的第三端子28與第一端子24或第二端子26之間的電壓差78c是可忽略的，如圖10所示。
[0111]因此，如上所述，第三端子28處的AC電壓波形的調(diào)制降低了使相應(yīng)的變換器支路22a.22b.22c能夠定義流通路徑所需的每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器38的額定電壓。如果第三端子28和AC網(wǎng)絡(luò)32是互連的，則這種調(diào)制不影響出現(xiàn)在AC網(wǎng)絡(luò)32中的線間電壓，以便將AC相電壓和DC電壓解耦以使得在AC相電流保持不變時(shí)，DC電流可改變。
[0112]在電力電子變換器20將AC電轉(zhuǎn)換為DC電或?qū)C電轉(zhuǎn)換為AC電的操作期間，電力電子變換器20的AC側(cè)和DC側(cè)上的電力水平可根據(jù)所連接的三相AC網(wǎng)絡(luò)32和DC網(wǎng)絡(luò)30的有功功率和無(wú)功功率需求而改變。
[0113]當(dāng)電力電子變換器20的AC側(cè)和DC側(cè)上的電力水平不等時(shí)，每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器38在電力轉(zhuǎn)換過程中輸入或輸出有功功率。這就導(dǎo)致隨著時(shí)間推移每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器38能量水平的提高或降低。能量水平上的這些變化可導(dǎo)致每個(gè)模塊由于過量的電壓水平而完全放電或損壞。這些變化還可導(dǎo)致鏈?zhǔn)阶儞Q器38無(wú)法在相應(yīng)的第三端子28處合成特定的電壓波形。
[0114]因此，期望的是，隨著時(shí)間推移在每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器38中保持凈零能量變化。為了達(dá)到這種凈零能量變化，參照?qǐng)D1，電力電子變換器20被配置為進(jìn)行如下操作。
[0115]在使用時(shí)，每個(gè)變換器支路22a、22b、22c可受控以將兩支路部分34、36同時(shí)切入電路來(lái)限定承載DC流通電流的流通路徑。
[0116]在重疊時(shí)段期間，流通路徑承載在該流通路徑內(nèi)流動(dòng)的DC流通電流。DC流通電流恢復(fù)耗盡電荷或清除每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器38的相應(yīng)模塊中的任一具有偏離期望值的能量水平的電容器中的過量電荷。這樣，DC流通電流能夠在每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器38中保持凈零能量變化。
[0117]特別地，在重疊時(shí)段期間，控制每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器38以插入其一個(gè)或多個(gè)具有偏離所期望的平均值(或落在期望的工作范圍之外)的模塊。每個(gè)模塊可根據(jù)每個(gè)模塊的電壓水平正向或反向地插入，該模塊的插入使得DC流通電流可流經(jīng)插入的模塊中，以便根據(jù)需要恢復(fù)相應(yīng)電容器中的耗盡能量或清除相應(yīng)電容器中的過量能量。
[0118]給定鏈?zhǔn)阶儞Q器38中的已達(dá)期望能量水平的任何電容器可被旁路掉。[0119]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，電容器能量調(diào)節(jié)，即，電容器電荷清除或恢復(fù)通過改變重疊時(shí)段的持續(xù)時(shí)間和/或DC流通電流的大小進(jìn)行控制。
[0120]如上所述，DC流通電流的大小通過將每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器38和所述或每個(gè)相關(guān)的初級(jí)電感器42用作電流調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)。作為使用至少一個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器38來(lái)改變DC流通電流大小的替代方案，可設(shè)想的是，本發(fā)明的其他實(shí)施例(未示出)可包括可變初級(jí)電感器形式的不同的電流調(diào)節(jié)器來(lái)調(diào)節(jié)上述DC流通電流的大小。
[0121]一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能器件的電壓水平的調(diào)節(jié)提供用于平衡相應(yīng)模塊的電壓水平的選擇。這是有利的，因?yàn)槠湟馕吨魏翁囟K的電壓可保持為近似等于平均模塊電壓，以有助于確保模塊組件工作在其設(shè)計(jì)電壓范圍內(nèi)且組合模塊能夠產(chǎn)生適當(dāng)范圍的變換器端電壓來(lái)滿足穩(wěn)態(tài)運(yùn)行和故障響應(yīng)。
[0122]優(yōu)選地，變換器支路22a、22b、22c的每個(gè)支路部分34、36可受控以選擇性地限定承載AC流通電流和DC流通電流組合的流通路徑。
[0123]因此，變換器支路22a、22b、22c能夠選擇性地限定承載AC流通電流和DC流通電流組合的流通路徑的設(shè)置使得電力電子變換器20不僅將提供至DC網(wǎng)絡(luò)30的DC電壓中的DC紋波最小化，而且能夠?qū)ο鄳?yīng)的鏈?zhǔn)阶儞Q器38中一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能器件的能量水平進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0124]此外，本發(fā)明的電力電子變換器20已被證實(shí)能夠最小化DC網(wǎng)絡(luò)30中的DC紋波，同時(shí)便于AC網(wǎng)絡(luò)32和DC網(wǎng)絡(luò)30之間的電力轉(zhuǎn)換。另外，如上所述，電力電子變換器20對(duì)DC紋波進(jìn)行最小化的操作對(duì)于AC相電壓和相電流的形狀和大小上的影響是可忽略的。
[0125]這就免除了在電力電子變換器20的DC側(cè)上對(duì)單獨(dú)的DC濾波設(shè)備和能量平衡設(shè)備的需求。因此，本發(fā)明的電力電子變換器20比一般的電力變換器成本更低、體積更小、更輕便、更易操作和控制且更高效。
[0126]此外，限定承載AC流通電流和DC流通電流組合的流通路徑的能力使得電力電子變換器20具有兼容于大范圍的有功功率和無(wú)功功率工作條件的有源濾波能力。特別地，在電力電子變換器20中采用鏈?zhǔn)阶儞Q器38是有利的，因?yàn)殒準(zhǔn)阶儞Q器38能夠產(chǎn)生復(fù)雜波形，使得電力電子變換器20的有源濾波能力被優(yōu)化，以應(yīng)對(duì)變化的有功功率情況和無(wú)功功率情況。
[0127]本發(fā)明第二實(shí)施例的電力電子變換器120如圖11所示。圖11中的電力電子變換器120在結(jié)構(gòu)和操作上與圖1中的電力電子變換器20相似，只是圖11中的電力電子變換器的每個(gè)第三端子未連接到AC網(wǎng)絡(luò)。
[0128]在使用時(shí)，每個(gè)變換器支路的第一端子24和第二端子26分別連接到正、負(fù)DC傳輸線路80，該正、負(fù)DC傳輸線路分別承載+Vdc/2和-Vdc/2的電壓。
[0129]如上所述，參照?qǐng)D1的電力電子變換器，變換器支路可受控以限定承載AC流通電流的流通路徑，該AC流通電流包括AC分量，該AC分量與流經(jīng)DC傳輸線路80的電流84中已有的諧波紋波電流82反相。這使得電力電子變換器120可消除由連接到DC傳輸線路80的其他負(fù)載或電源86所產(chǎn)生的DC紋波電流82。
[0130]可設(shè)想的是，在其他實(shí)施例中，電力電子變換器可包括任何數(shù)量的變換器支路，每條變換器支路包括用于在使用時(shí)連接到多相AC網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)相的AC端子。
【權(quán)利要求】
1.一種電力電子變換器(20)，用于高壓直流電力傳輸和無(wú)功功率補(bǔ)償，所述電力電子變換器(20)包括至少一條變換器支路(22a，22b，22c)，所述至少一條變換器支路(22a，22b，22c)包括連接到DC網(wǎng)絡(luò)(30)的第一端子和第二端子(24，26)、以及第三端子(28)，所述或每條變換器支路(22a，22b，22c)限定串聯(lián)連接的、位于所述第三端子(28)與所述第一端子和第二端子(24，26)中每個(gè)端子之間的第一支路部分和第二支路部分(34，36)，每個(gè)支路部分(34，36)包括鏈?zhǔn)阶儞Q器(38)，每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器(38)包括串聯(lián)連接的多個(gè)模塊，每個(gè)模塊包括連接到至少一個(gè)儲(chǔ)能器件的至少一個(gè)初級(jí)開關(guān)元件，每條變換器支路(22a，22b，22c)可受控以選擇性地限定承載AC流通電流(54)的流通路徑，該AC流通電流(54)被提供至所述DC網(wǎng)絡(luò)(30)以將提供至所述DC網(wǎng)絡(luò)(30)的DC電壓中的DC紋波最小化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力電子變換器(20)，其中，每個(gè)支路部分(34，36)進(jìn)一步包括與所述鏈?zhǔn)阶儞Q器(38)串聯(lián)連接的至少一個(gè)次級(jí)開關(guān)元件，所述至少一個(gè)次級(jí)開關(guān)元件可受控以選擇性地將相應(yīng)的支路部分切入或切出電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電力電子變換器(20)，其中，所述或每條變換器支路(22a，22b，22c )可受控以將兩個(gè)所述支路部分(34，36 )同時(shí)切入電路以限定所述流通路徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電力電子變換器(20)，其中，至少兩條變換器支路(22a，22b，22c)可同時(shí)受控以將相應(yīng)的兩個(gè)所述支路部分(34，36)同時(shí)切入電路以限定所述流通路徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求3 或4所述的電力電子變換器(20)，其中，所述變換器支路(22a，22b，22c)可相繼受控以將相應(yīng)的兩個(gè)所述支路部分(34，36)同時(shí)切入電路以限定所述流通路徑。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電力電子變換器(20)，其中，每條變換器支路(22a，22b，22c)可受控以在一預(yù)定重疊時(shí)段選擇性地限定所述流通路徑，以控制所述AC流通電流流動(dòng)的持續(xù)時(shí)間。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電力電子變換器(20)，其中，所述流通路徑包括用于調(diào)節(jié)所述AC流通電流的至少一個(gè)電流調(diào)節(jié)器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電力電子變換器(20)，其中，所述或每個(gè)電流調(diào)節(jié)器為或包括所述鏈?zhǔn)阶儞Q器中的至少一個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器和與所述或每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器串聯(lián)連接的至少一個(gè)初級(jí)電感器，所述或每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器可操作以改變其電壓，以改變所述或每個(gè)初級(jí)電感器兩端的電壓，從而調(diào)節(jié)所述AC流通電流的大小。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的電力電子變換器(20)，其中，所述或每個(gè)電流調(diào)節(jié)器為或包括至少一個(gè)可變初級(jí)電感器，所述或每個(gè)可變初級(jí)電感器可受控以改變其自身的電感，以調(diào)節(jié)所述AC流通電流。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電力電子變換器(20)，其中，每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器(38)中每個(gè)模塊的所述或每個(gè)初級(jí)開關(guān)元件可受控以配置相應(yīng)的鏈?zhǔn)阶儞Q器來(lái)提供步進(jìn)式可變電壓源。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電力電子變換器(20)，其中，所述或每條變換器支路(22a，22b，22c)的所述第三端子(28)可連接到AC網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)相上。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電力電子變換器(20)，其中，所述鏈?zhǔn)阶儞Q器(38)可受控以在相應(yīng)的第三端子處產(chǎn)生AC電壓波形。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電力電子變換器(20)，其中，每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器(38)可操作以改變自身電壓，以在流通路徑被限定時(shí)在所述相應(yīng)的第三端子(28)處產(chǎn)生AC電壓波形。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的電力電子變換器(20)，其中，每條變換器支路(22a，22b, 22c)可受控以在所述AC電壓波形的部分或整個(gè)周期限定所述流通路徑。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中任一項(xiàng)所述的電力電子變換器(20)，其中，所述AC電壓波形為正弦波形的近似逼近。
16.根據(jù)權(quán)利要求12至15中任一項(xiàng)所述的電力電子變換器(20)，其中，每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器(38)可受控以將一個(gè)或多個(gè)零相序三倍數(shù)次諧波分量注入至所述AC電壓波形。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電力電子變換器(20)，其中，至少一個(gè)模塊包括與相應(yīng)的儲(chǔ)能器件并聯(lián)連接的多個(gè)串聯(lián)連接的初級(jí)開關(guān)元件。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電力電子變換器(20)，其中，所述多個(gè)串聯(lián)連接的初級(jí)開關(guān)元件與所述相應(yīng)的儲(chǔ)能器件并聯(lián)連接成半橋結(jié)構(gòu)，以限定能夠提供零電壓或正電壓且能夠雙向傳導(dǎo)電流的二象限單極性模塊。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的電力電子變換器(20)，其中，所述多個(gè)串聯(lián)連接的初級(jí)開關(guān)元件與所述相應(yīng)的儲(chǔ)能器件并聯(lián)連接成全橋結(jié)構(gòu)，以限定能夠提供零電壓、正電壓或負(fù)電壓且能夠雙向傳導(dǎo)電流的四象限雙極性模塊。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電力電子變換器(20)，其中，至少一個(gè)開關(guān)元件包括至少一個(gè)半導(dǎo)體器 件。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的電力電子變換器(20)，其中，所述或至少一個(gè)半導(dǎo)體器件為絕緣柵雙極晶體管、柵關(guān)斷晶閘管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、注入增強(qiáng)柵晶閘管或集成柵換向晶體管。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的電力電子變換器(20)，其中，至少一個(gè)開關(guān)元件進(jìn)一步包括:與所述或每個(gè)對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體器件并聯(lián)連接的反并聯(lián)二極管。
23.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電力電子變換器(20)，其中，至少一個(gè)儲(chǔ)能器件為或包括電容器、燃料電池或蓄電池。
24.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電力電子變換器(20)，其中，每條變換器支路(22a，22b，22c)的每個(gè)支路部分(34，36)可受控以選擇性地限定承載DC流通電流的流通路徑，以調(diào)節(jié)相應(yīng)的鏈?zhǔn)阶儞Q器中至少一個(gè)儲(chǔ)能器件的能量水平。
25.根據(jù)從屬于權(quán)利要求7的權(quán)利要求24所述的電力電子變換器(20)，其中，所述或每個(gè)電流調(diào)節(jié)器可受控以對(duì)所述DC流通電流的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使得所述或每個(gè)儲(chǔ)能器件的電壓與預(yù)定電壓水平的任何偏差最小化。
26.根據(jù)權(quán)利要求24或25所述的電力電子變換器(20)，其中，每條變換器支路的每個(gè)支路部分可受控以選擇性地限定承載所述AC流通電流和所述DC流通電流的組合的流通路徑。
27.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電力電子變換器(20)，所述電力電子變換器(20)包括多條變換器支路。
【文檔編號(hào)】H02J3/18GK103620942SQ201180071925
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月29日
【發(fā)明者】戴維·雷金納德·特雷納, 蒂莫西·查爾斯·格林, 邁克爾·馬克·克勞德·梅林, 迭戈·索托-桑切斯 申請(qǐng)人:阿爾斯通技術(shù)有限公司