第二階段中，第二轉(zhuǎn)換器臂1470的第一電壓源1570和第二轉(zhuǎn)換器臂1470的第二電壓源1580均可耦合到AC母線1500。
[0067]此外，在過渡的第三階段期間，第二轉(zhuǎn)換器臂1470的第二電壓源1580可與AC母線1500分離。此外，第二電壓源1580可耦合到DC母線1490的負(fù)DC端子1530。一旦第二電壓源1580耦合到負(fù)DC端子1530，第二轉(zhuǎn)換器臂1470配置成向AC母線1500提供正電壓。
[0068]上文描述了在過渡的三個(gè)階段期間的第二轉(zhuǎn)換器臂、例如圖1的第二轉(zhuǎn)換器臂30的操作?？梢宰⒁?，圖1的第一和第三轉(zhuǎn)換器臂20、40還可基于AC周期中的對(duì)應(yīng)相位的位置、按照與針對(duì)圖10-12所述的第二對(duì)應(yīng)臂的操作相似的方式來操作。此外，如針對(duì)圖5-10所述，可以注意，可對(duì)充電和放電單獨(dú)控制第一轉(zhuǎn)換器臂、第二轉(zhuǎn)換器臂和第三轉(zhuǎn)換器臂的每個(gè)中的第一電壓源和第二電壓源。
[0069]圖13是示出按照本公開的方面的功率轉(zhuǎn)換器1600中的直流(DC)故障狀況的功率轉(zhuǎn)換器1600的一個(gè)實(shí)施例的圖解表示。功率轉(zhuǎn)換器1600可包括第一轉(zhuǎn)換器臂1610、第二轉(zhuǎn)換器臂1620和第三轉(zhuǎn)換器臂1630。此外，第一轉(zhuǎn)換器臂1610、第二轉(zhuǎn)換器臂1620和第三轉(zhuǎn)換器臂1630可耦合到DC母線1640和AC母線1650。DC母線1640還可包括正DC端子1660和負(fù)DC端子1670。另外，第一轉(zhuǎn)換器臂1610可包括第一電壓源1680和第二電壓源1690。此外，第二轉(zhuǎn)換器臂1620可包括第一電壓源1700和第二電壓源1710。類似地，第三轉(zhuǎn)換器臂1630可包括第一電壓源1720和第二電壓源1730。第一轉(zhuǎn)換器臂1610的第一電壓源1680可在操作上耦合到AC母線1650，以及第一轉(zhuǎn)換器臂1610的第二電壓源1690可在操作上耦合到負(fù)DC端子1670。此外，第二轉(zhuǎn)換器臂1620的第一電壓源1700可在操作上耦合到正DC端子1660，以及第二轉(zhuǎn)換器臂1620的第二電壓源1710可在操作上耦合到AC母線1650。此外，第三轉(zhuǎn)換器臂1630的第一電壓源1720可在操作上耦合到正DC端子1660，以及第三轉(zhuǎn)換器臂1630的第二電壓源1730可在操作上耦合到AC母線1650。
[0070]在DC故障狀況、例如DC短路期間，正DC端子1660和負(fù)DC端子1670可能相互短接。因此，DC故障電流1740可出現(xiàn)在DC母線1640中。按照本公開的方面，可通過控制第一轉(zhuǎn)換器臂1610的第二電壓源、第二轉(zhuǎn)換器臂1620的第一電壓源1700和第三轉(zhuǎn)換器臂1630的第一電壓源1720以提供零電壓，來使DC故障電流1740為最小。另外，可通過控制第一轉(zhuǎn)換器臂1610的第一電壓源1680、第二轉(zhuǎn)換器臂1620的第二電壓源1710和第三轉(zhuǎn)換器臂1630的第二電壓源1730以提供零AC電流，來使DC故障電流1740為最小。
[0071]如先前所述，耦合到AC母線1650的電壓源可與耦合到DC母線1640的電壓源無(wú)關(guān)地被控制。因此，可通過使第一轉(zhuǎn)換器臂1610的第二電壓源1690、第二轉(zhuǎn)換器臂1620的第一電壓源1700和第三轉(zhuǎn)換器臂1630的第一電壓源1720旁路，來取得零DC電壓。第一轉(zhuǎn)換器臂1610的第二電壓源1690、第二轉(zhuǎn)換器臂1620的第一電壓源1700和第三轉(zhuǎn)換器臂1630的第一電壓源1720可因DC故障狀況而旁路，其中正DC端子1660和負(fù)DC端子1670在短路狀況中直接相互耦合。
[0072]此外，可控制第一轉(zhuǎn)換器臂1610的第一電壓源1680、第二轉(zhuǎn)換器臂1620的第二電壓源1710和第三轉(zhuǎn)換器臂1630的第二電壓源1730，來提供零交流?？梢宰⒁?，功率轉(zhuǎn)換器1600可配置成在功率轉(zhuǎn)換器1600中取得零DC電壓和零AC電流時(shí)無(wú)需關(guān)機(jī)而繼續(xù)操作。具體來說，功率轉(zhuǎn)換器1600可配置成使用循環(huán)電路(參見圖10)(其通過單獨(dú)控制第一轉(zhuǎn)換器臂1610的第二電壓源1690、第二轉(zhuǎn)換器臂1620的第一電壓源1700和第三轉(zhuǎn)換器臂1630的第一電壓源1720來生成)繼續(xù)操作。另外，在DC故障狀況期間，沒有電力從DC母線1640傳遞給AC母線1650。
[0073]圖14是示出按照本公開的方面、配置成提供直流故障跨越能力的用于功率轉(zhuǎn)換的示范方法1800的流程圖。方法1800可根據(jù)圖1至圖13來描述。方法1800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)，如步驟1810所示。在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)開關(guān)可基于AC周期中的位置有選擇地開/關(guān)。
[0074]此外，在步驟1820，可單獨(dú)控制功率轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器臂中的多個(gè)開關(guān)單元。在一個(gè)實(shí)施例中，可基于與AC周期中的那個(gè)轉(zhuǎn)換器臂對(duì)應(yīng)的相位的位置來控制轉(zhuǎn)換器臂中的多個(gè)開關(guān)單元，以提供正電壓或負(fù)電壓。在另一個(gè)實(shí)施例中，可控制多個(gè)開關(guān)單元，以便相互無(wú)關(guān)地操作功率轉(zhuǎn)換器的AC側(cè)和DC側(cè)，以提供DC故障跨越能力。
[0075]此外，可對(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，如步驟1830所示。在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)開關(guān)單元可耦合到功率轉(zhuǎn)換器的DC側(cè)，以用于對(duì)相應(yīng)開關(guān)單元的能量?jī)?chǔ)存元件進(jìn)行充電。在另一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)開關(guān)單元可耦合到功率轉(zhuǎn)換器的AC側(cè)，以用于對(duì)能量?jī)?chǔ)存元件進(jìn)行放電，并且向AC側(cè)提供電壓。
[0076]在步驟1840，可調(diào)節(jié)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。在一個(gè)實(shí)施例中，可調(diào)節(jié)耦合到DC側(cè)和AC側(cè)的多個(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)具有零值。在另一個(gè)實(shí)施例中，可使耦合到DC側(cè)的多個(gè)開關(guān)單元旁路，以便調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)參數(shù)，以達(dá)到零值。在一示范實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)線路參數(shù)可包括電流、電壓、功率或者其組合。
[0077]此外，可通過控制流經(jīng)轉(zhuǎn)換器臂的直流，來操作功率轉(zhuǎn)換器的至少一個(gè)轉(zhuǎn)換器臂，以提供DC故障跨越能力，如步驟1850所示。在一個(gè)實(shí)施例中，可控制流經(jīng)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換器臂的直流，以在故障狀況期間繼續(xù)進(jìn)行那個(gè)轉(zhuǎn)換器臂的操作。此外，轉(zhuǎn)換器臂可配置成在與正常操作條件期間相同的條件中繼續(xù)操作，而沒有在DC側(cè)與AC側(cè)之后傳遞電力，直到消除故障狀況。
[0078]要理解，技術(shù)人員將會(huì)知道來自不同實(shí)施例的各種特征的可互換性，并且所述的各種特征以及各特征的其他已知等效體可由本領(lǐng)域的技術(shù)人員來混合和匹配，以便按照本公開的原理來構(gòu)成其他系統(tǒng)和技術(shù)。因此要理解，所附權(quán)利要求書預(yù)計(jì)涵蓋落入本發(fā)明的真實(shí)精神之內(nèi)的所有這類修改和變更。
[0079]上文所述的功率轉(zhuǎn)換器的示范實(shí)施例向功率轉(zhuǎn)換器提供DC故障跨越能力。DC故障跨越能力幫助功率轉(zhuǎn)換器在DC故障期間繼續(xù)操作。功率轉(zhuǎn)換器配置成繼續(xù)其操作而無(wú)需關(guān)機(jī)，由此降低DC故障狀況期間的級(jí)聯(lián)效應(yīng)，這又使HVDC系統(tǒng)崩潰的可能性為最小。示范功率轉(zhuǎn)換器還需要使用更少電子組件，這又降低成本并且增加功率轉(zhuǎn)換器的效率。更少電子組件的使用還降低功率轉(zhuǎn)換器的復(fù)雜度。
[0080]雖然本文僅說明和描述了本發(fā)明的某些特征，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)想到多種修改和變更。因此要理解，所附權(quán)利要求書預(yù)計(jì)涵蓋落入本發(fā)明的真實(shí)精神之內(nèi)的所有這類修改和變更。
【主權(quán)項(xiàng)】
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。2.如權(quán)利要求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。3.如權(quán)利要求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。4.如權(quán)利要求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。5.如權(quán)利要求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。6.如權(quán)利要求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。7.如權(quán)利要求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。8.如權(quán)利要求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)或者其組合。9.如權(quán)利要求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。10.如權(quán)利要求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。
【專利摘要】本發(fā)明題為多級(jí)功率轉(zhuǎn)換器。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。
【IPC分類】H02J3/36
【公開號(hào)】CN105281355
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510414337
【發(fā)明人】東棟, 張迪, A.A.羅克希爾
【申請(qǐng)人】通用電氣公司
【公開日】2016年1月27日
【申請(qǐng)日】2015年7月15日
【公告號(hào)】CA2896922A1, EP2975749A1, US20160020705