[发明专利]电力电子变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力电子变换器。

背景技术

在电力传输网络中，为了经由架空线和/或海底电缆进行传输，交流(AC)电力通常被转换为直流(DC)电力。这种转换免去对由传输线或电缆施加的AC电容性载荷效应进行补偿的需要，并且从而减少每公里电线和/或电缆的成本。当需要长距离传输电力时，从AC到DC的转换因而变得有成本效益。

这种AC到DC电力的转换还被用于有必要互连运行于不同频率的AC网络的电力传输网络中。在任何这种电力传输网络中，在AC和DC电力之间的每个接口处均需要变换器以实现所需的转换，并且一种这样形式的变换器是电压源变换器(VSC)。

图1示出已知的电压源变换器，其包括多级变换器布置。多级变换器布置包括各个串联变换器单元12的变换器桥10。每个变换器单元12包括与电容器16并联连接的一对串联绝缘栅双极型晶体管(IGBT)14。不同时切换单个变换器单元12并且变换器电压阶梯比较小，因此这样的布置消除了与直接切换串联IGBT 14相关的问题。

为了限制这种多级变换器布置中电容器端子处的电压变化，每个变换器单元12的电容器16被配置为具有足够高的电容值。在每个变换器桥10中还需要DC侧电抗器18以限制在变换器臂20之间的瞬变电流，并且从而使变换器臂20的并联连接和运行成为可能。

发明内容

根据本发明的一方面，提供一种电力电子变换器，用于连接AC和DC网络并且转换它们之间的电力，包括：

第一DC端子和第二DC端子，限定用于连接到DC网络的DC环；其中，在使用中，所述DC环具有施加在其两端的可逆DC环电压；

至少一个变换器臂，在所述第一DC端子与第二DC端子之间延伸，并且具有由用于连接到AC网络的AC端子隔开的第一臂部和第二臂部，每个臂部包括至少一个合理化模块，所述合理化模块具有与至少一个能量存储装置并联连接的第一组串联电流流动控制元件和第二组串联电流流动控制元件，每组电流流动控制元件与至少一个能量存储装置并联连接，每组电流流动控制元件包括一次有源开关元件以选择性地引导电流通过所述能量存储装置、和一次无源电流逆止元件以限制电流在单一方向上流过所述合理化模块，所述电流流动控制元件和所述或每个能量存储装置组合以选择性地提供电压源以在所述AC端子处合成AC电压；以及

第一控制器，以选择性地切换每个臂部中的所述或每个合理化模块以控制相应AC端子处的AC电压的配置，以便在AC到DC电力转换模式中将来自所述AC网络的电力转换至所述DC网络并且在DC到AC电力转换模式中将来自所述DC网络的电力转换至所述AC网络，

其中每个臂部包括：

一个或多个二次无源电流逆止元件，以限制相应AC与DC端子之间的电流在单一方向上流过相应臂部，所述或每个二次无源电流逆止元件与所述或每个合理化模块串联连接；或者

一个或多个二次有源开关元件，与所述或每个合理化模块串联连接。

在操作电力电子变换器以转换AC与DC网络之间的电力的过程中，在一个占空比上电力电子变换器中的电流在臂部之间交替变化。于是，当一个臂部被配置为传导AC端子与相应DC端子之间的电流时(即处于导电状态)，另一个臂部被配置为从电路断开(即处于不导电状态)。

在不导电状态中的臂部两端经受差分电压，差分电压是在AC端子处电压与相应DC端子处电压之间的差值。由不导电状态中的臂部经受的差分电压可以在所述或每个二次无源电流逆止元件或二次有源开关元件与所述或每个合理化模块之间分压。换言之，当臂部处于不导电状态时，所述或每个二次无源电流逆止元件或二次有源开关元件可以支撑在所述相应臂部两端出现的差分电压的一部分。这意味着因为所述或每个二次无源电流逆止元件或二次有源开关元件能够被用来阻挡差分电压的一部分，所以在每个臂部中的合理化模块或多个合理化模块可以不需要能够阻挡整个差分电压，从而允许减小每个臂部中的合理化模块或多个合理化模块的额定电压。

相反地，在操作图1所示的已知电压源变换器的过程中，要求串联变换器单元12能够阻挡由相应变换器桥10经受的整个差分电压，从而需要串联变换器单元12具有对于AC和DC网络的给定一组AC和DC电压的相对较高的组合额定电压。

因此，在每个臂部中的所述或每个二次无源电流逆止元件或二次有源开关元件与所述或每个合理化模块的串联连接能够大大减少每个臂部中实施AC与DC的网络之间电力转换所要求的合理化模块的所需数量。