多級(jí)功率轉(zhuǎn)換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開的實(shí)施例涉及功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，以及更具體來(lái)說(shuō)，涉及多級(jí)功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]存在對(duì)通過(guò)長(zhǎng)距離向遠(yuǎn)程位置輸送電力的增長(zhǎng)需要。交流(AC)傳輸系統(tǒng)對(duì)于通過(guò)長(zhǎng)距離傳送高壓電力被認(rèn)為是低效的，因?yàn)锳C傳輸電纜的電抗降低AC電纜的載荷能力。高壓直流(HVDC)傳輸提供通過(guò)長(zhǎng)距離傳送高壓電力的更有效方式。
[0003]在HVDC傳輸中，功率轉(zhuǎn)換器常常在傳送變電站用來(lái)將AC電力轉(zhuǎn)換成直流(DC)電力，并且在接收變電站將所傳送DC電力又轉(zhuǎn)換成AC電力。一個(gè)或多個(gè)DC故障狀況常常在功率轉(zhuǎn)換器的操作期間發(fā)生。例如，DC故障狀況可包括DC短路。DC故障狀況引起功率轉(zhuǎn)換器的DC側(cè)的瞬態(tài)電流過(guò)沖，其又可引起功率轉(zhuǎn)換器的AC側(cè)的電流過(guò)沖。具有較大額定功率的組件用于當(dāng)前可用功率轉(zhuǎn)換器中，以克服這類DC故障。但是，這些組件對(duì)HVDC傳輸系統(tǒng)增加不合需要的成本。
[0004]此外，在DC故障的情況下，功率轉(zhuǎn)換器配置成關(guān)機(jī)，以及一旦在HVDC傳輸系統(tǒng)中清除故障則重啟其操作。操作的這種暫時(shí)掛起導(dǎo)致HVDC傳輸系統(tǒng)中的級(jí)聯(lián)效應(yīng)，并且可引起HVDC傳輸系統(tǒng)崩潰。
[0005]各種方式已經(jīng)用來(lái)向功率轉(zhuǎn)換器提供DC故障跨越(ride-through)能力。DC故障跨越能力使功率轉(zhuǎn)換器能夠克服DC故障，而無(wú)需關(guān)閉功率轉(zhuǎn)換器。然而，上述方式的使用要求使用增加數(shù)量的組件、更高成本、更高復(fù)雜度和更低效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]按照本公開的一個(gè)方面，提供一種包括一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換器臂的功率轉(zhuǎn)換器。各轉(zhuǎn)換器臂包括第一串，其包括相互串聯(lián)耦合的多個(gè)開關(guān)。一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換器臂還包括第二串，其在第一結(jié)點(diǎn)和第二結(jié)點(diǎn)按照并聯(lián)配置在操作上耦合到第一串，其中第二串包括多個(gè)開關(guān)單元，并且一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換器臂的一個(gè)轉(zhuǎn)換器臂的第二串在操作上耦合到與一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換器臂中的其他轉(zhuǎn)換器臂對(duì)應(yīng)的第二串。
[0007]按照本公開的另一方面，提供一種用于功率轉(zhuǎn)換的方法。該方法包括有選擇地開/關(guān)功率轉(zhuǎn)換器的至少一個(gè)轉(zhuǎn)換器臂中的多個(gè)開關(guān)。該方法還包括單獨(dú)控制功率轉(zhuǎn)換器的至少一個(gè)轉(zhuǎn)換器臂中的多個(gè)開關(guān)單元。此外，該方法包括對(duì)相應(yīng)開關(guān)單元中的能量?jī)?chǔ)存元件進(jìn)行充電或放電。此外，該方法包括多個(gè)開關(guān)單元的一個(gè)或多個(gè)線路參數(shù)，使得一個(gè)或多個(gè)線路參數(shù)在故障狀況期間達(dá)到零值。該方法還包括通過(guò)控制轉(zhuǎn)換器臂中的直流來(lái)操作至少一個(gè)轉(zhuǎn)換器臂，以便提供直流故障跨越能力。
[0008]技術(shù)方案1:一種功率轉(zhuǎn)換器，包括:
一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換器臂，其中各轉(zhuǎn)換器臂包括:
第一串，包括相互串聯(lián)耦合的多個(gè)開關(guān)；以及
第二串，在第一結(jié)點(diǎn)和第二結(jié)點(diǎn)按照并聯(lián)配置在操作上耦合到所述第一串，其中所述第二串包括多個(gè)開關(guān)單元，并且所述一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換器臂的一個(gè)轉(zhuǎn)換器臂的第二串在操作上耦合到與所述一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換器臂中的其他轉(zhuǎn)換器臂對(duì)應(yīng)的第二串。
[0009]技術(shù)方案2:如技術(shù)方案1所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述功率轉(zhuǎn)換器包括三相功率轉(zhuǎn)換器。
[0010]技術(shù)方案3:如技術(shù)方案2所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述三相功率轉(zhuǎn)換器包括與三相系統(tǒng)的每相對(duì)應(yīng)的三個(gè)轉(zhuǎn)換器臂。
[0011]技術(shù)方案4:如技術(shù)方案1所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換器臂按照并聯(lián)配置相互耦合。
[0012]技術(shù)方案5:如技術(shù)方案1所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述多個(gè)開關(guān)包括部分可控半導(dǎo)體開關(guān)、完全可控半導(dǎo)體開關(guān)或者其組合。
[0013]技術(shù)方案6:如技術(shù)方案1所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述多個(gè)開關(guān)單元包括半橋配置、全橋配置或者其組合。
[0014]技術(shù)方案7:如技術(shù)方案1所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述多個(gè)開關(guān)單元的每個(gè)包括多個(gè)開關(guān)元件和一個(gè)能量?jī)?chǔ)存元件。
[0015]技術(shù)方案8:如技術(shù)方案7所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述多個(gè)開關(guān)元件包括絕緣柵雙極晶體管、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、門極關(guān)斷晶閘管、絕緣門極換向晶閘管、注入增強(qiáng)柵晶體管、碳化硅基開關(guān)、氮化鎵基開關(guān)、砷化鎵基開關(guān)或者其組入口 ο
[0016]技術(shù)方案9:如技術(shù)方案1所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換器臂的各第一串在相應(yīng)第一串結(jié)點(diǎn)在操作上耦合到交流母線。
[0017]技術(shù)方案10:如技術(shù)方案1所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述功率轉(zhuǎn)換器配置成提供直流故障跨越能力。
[0018]技術(shù)方案11:一種用于功率轉(zhuǎn)換的方法，包括:
有選擇地開/關(guān)功率轉(zhuǎn)換器的至少一個(gè)轉(zhuǎn)換器臂中的多個(gè)開關(guān)；
單獨(dú)控制所述功率轉(zhuǎn)換器的所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)換器臂中的多個(gè)開關(guān)單元；
對(duì)相應(yīng)開關(guān)單元中的能量?jī)?chǔ)存元件進(jìn)行充電或放電；
調(diào)節(jié)所述多個(gè)開關(guān)單元的一個(gè)或多個(gè)線路參數(shù)，使得所述一個(gè)或多個(gè)線路參數(shù)在故障狀況期間達(dá)到零值；以及
通過(guò)控制所述轉(zhuǎn)換器臂中的直流來(lái)操作所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)換器臂，以便提供直流故障跨越能力。
[0019]技術(shù)方案12:如技術(shù)方案11所述的方法，其中，有選擇地開/關(guān)所述多個(gè)開關(guān)包括基于交流周期中的相位的位置有選擇地開/關(guān)所述多個(gè)開關(guān)。
[0020]技術(shù)方案13:如技術(shù)方案12所述的方法，其中，單獨(dú)控制所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)換器臂中的所述多個(gè)開關(guān)單元包括基于與所述交流周期中的所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)換器臂對(duì)應(yīng)的所述相位的位置單獨(dú)控制所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)換器臂中的所述多個(gè)開關(guān)單元的每個(gè)，以提供正電壓或負(fù)電壓。
[0021]技術(shù)方案14:如技術(shù)方案11所述的方法，其中，對(duì)所述相應(yīng)開關(guān)單元中的所述能量?jī)?chǔ)存元件進(jìn)行充電或放電包括將所述多個(gè)開關(guān)單元耦合到所述功率轉(zhuǎn)換器的直流側(cè)。
[0022]技術(shù)方案15:如技術(shù)方案11所述的方法，其中，對(duì)所述相應(yīng)開關(guān)單元中的所述能量?jī)?chǔ)存元件進(jìn)行充電或放電包括將所述多個(gè)開關(guān)單元耦合到所述功率轉(zhuǎn)換器的交流側(cè)，以提供交流電壓。
[0023]技術(shù)方案16:如技術(shù)方案11所述的方法，其中，單獨(dú)控制所述多個(gè)開關(guān)單元包括單獨(dú)操作所述功率轉(zhuǎn)換器的交流側(cè)和直流側(cè)，以提供直流故障跨越能力。
[0024]技術(shù)方案17:如技術(shù)方案11所述的方法，其中，調(diào)節(jié)所述多個(gè)開關(guān)單元的所述一個(gè)或多個(gè)線路參數(shù)包括調(diào)節(jié)耦合到所述功率轉(zhuǎn)換器的直流側(cè)的所述多個(gè)開關(guān)單元的所述一個(gè)或多個(gè)線路參數(shù)，并且調(diào)節(jié)操作上耦合到所述功率轉(zhuǎn)換器的交流側(cè)的所述多個(gè)開關(guān)單元的所述一個(gè)或多個(gè)線路參數(shù)。
[0025]技術(shù)方案18:如技術(shù)方案17所述的方法，其中，調(diào)節(jié)耦合到所述直流側(cè)的所述多個(gè)開關(guān)單元的所述一個(gè)或多個(gè)線路參數(shù)包括使耦合到所述直流側(cè)的所述多個(gè)開關(guān)單元的一個(gè)或多個(gè)旁路。
[0026]技術(shù)方案19:如技術(shù)方案11所述的方法，其中，調(diào)節(jié)所述一個(gè)或多個(gè)線路參數(shù)包括調(diào)節(jié)電流、電壓、功率或者其組合。
[0027]技術(shù)方案20:如技術(shù)方案11所述的方法，其中，通過(guò)控制所述直流來(lái)操作所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)換器臂包括操作所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)換器臂，而沒(méi)有在直流側(cè)與直流側(cè)之間傳遞電力。
【附圖說(shuō)明】
[0028]通過(guò)參照附圖閱讀以下詳細(xì)描述，將會(huì)更好地了解本發(fā)明的這些及其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，附圖中，相似標(biāo)號(hào)在附圖中通篇表示相似部件，附圖包括:
圖1是按照本公開的方面、配置成提供直流故障跨越能力的示范功率轉(zhuǎn)換器的示意表示;
圖2(a)是按照本公開的方面、供圖1的功率轉(zhuǎn)換器中使用的開關(guān)單元的示意表示；
圖2(b)是按照本公開的方面、供圖1的功率轉(zhuǎn)換器中使用的開關(guān)單元的一備選實(shí)施例的示意表示；
圖3(a)和圖3(b)是按照本公開的方面、表示供圖1的功率轉(zhuǎn)換器中使用的第一配置的轉(zhuǎn)換器臂的電路的圖解表示；
圖4(a)和圖4(b)是按照本公開的方面、表示供圖1的功率轉(zhuǎn)換器中使用的第二配置的轉(zhuǎn)換器臂的電路的圖解表示；
圖5是示出交流周期中的時(shí)間間隔T1期間的三個(gè)相位的位置的交流周期的圖形表示;
圖6是示出按照本公開的方面、與圖5的交流周期中的時(shí)間間隔T1期間的三個(gè)相位的位置對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換器臂的配置的功率轉(zhuǎn)換器的圖解表示；
圖7是示出交流周期中的時(shí)間間隔T2期間的三個(gè)相位的位置的交流周期的圖形表示;
圖8是示出按照本公開的方面、與圖7的交流周期中的時(shí)間間隔T2期間的三個(gè)相位的位置對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換器臂的配置的功率轉(zhuǎn)換器的圖解表示；
圖9是示出時(shí)間間隔T1與T2之間的過(guò)渡時(shí)間間隔期間的三個(gè)相位的位置的交流周期的圖形表示； 圖10是示出按照本公開的方面、圖9的交流周期中的過(guò)渡時(shí)間間隔T期間的第一階段中的一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換器臂的配置的功率轉(zhuǎn)換器的圖解表示；
圖11是示出按照本公開的方面、圖9的交流周期中的過(guò)渡時(shí)間間隔T期間的第二階段中的一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換器臂的配置的功率轉(zhuǎn)換器的圖解表示；
圖12是示出按照本公開的方面、圖9的交流周期中的過(guò)渡時(shí)間間隔T期間的第三階段中的一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換器臂的配置的功率轉(zhuǎn)換器的圖解表示；
圖13是示出按照本公開的方面、在直流故障狀況期間的一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換器臂的配置的功率轉(zhuǎn)換器的圖解表示；以及
圖14是示出按照本公開的方面、提供直流故障跨越能力的用于功率轉(zhuǎn)換的示范方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]除非另加說(shuō)明，否則本文所使用的科技術(shù)語(yǔ)具有與本公開所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員普遍理解的相同的含意。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”等并不表示任何順序、量或