CN102577072A

CN102577072A - 改进型电压源转换器结构

Info

Publication number: CN102577072A
Application number: CN2009801618066A
Authority: CN
Inventors: 斯塔凡·诺尔加
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: Hitachi Energy Co ltd
Priority date: 2009-10-06
Filing date: 2009-10-06
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2029-10-06
Also published as: EP2486645A1; US20120195084A1; US9484835B2; WO2011042050A1; CN102577072B; KR20120050516A; EP2486645B1; KR101288747B1; JP2013507100A; JP5176006B2

Abstract

本发明涉及电压源转换器(26)，其包括一组相腿、用于将相腿连接到电力传输元件的至少三个连接端子(AC1、AC2、AC3、DC+、DC-)、每个相腿中的第一组单元(C1p1、C2p1、C1n1、C2n1、C1p2、C2p2、C1n2、C2n2、C1p3、C2p3、C1n3、C2n3)以及第二组单元(C3p1、C3n1、C3p2、C3n2、C3p3、C3n3)。第一组中的单元(C1p1、C2p1、C1n1、C2n1、C1p2、C2p2、C1n2、C2n2、C1p3、C2p3、C1n3、C2n3)仅能够提供对转换器的单极电压贡献并且被连接成仅能够作出这种单极电压贡献，而第二组中的单元(C3p1、C3n1、C3p2、C3n2、C3p3、C3n3)连接到第一组中的对应单元并且被布置成具有双极电压贡献能力。

Description

改进型电压源转换器结构

技术领域

本发明一般地涉及电压源转换器。更具体地，本发明涉及用于连接在与电力传输系统相关的电力传输元件之间的电压源转换器。

背景技术

最近已发展了基于在相腿中提供的级联式电压源转换器单元的电压源转换器。它们提供了可被组合以用于AC与DC之间的转换的分立电压电平。在这里，每个单元(cell)是由储能元件(通常是电容器)与两个开关元件串联连接以便形成半桥转换器单元来构成的。这些单元通常具有两个连接端子，其中，第一个在这两个开关元件之间的结点中提供而第二个在开关元件中的一个与储能元件之间的结点中提供。第二端子在该半桥单元中的放置限定了单元类型，其中，可以将其放置在开关元件中的一个与储能元件之间的结点处。第二端子在第一这种结点处的放置因此限定了第一类型的半桥单元，而第二连接端子在第二结点处的放置限定了第二类型的单元。

在DE10103031中关于电压源转换器一般地描述了这些类型的单元。该文献还公开了可如何在相腿中成对地提供相同类型的半桥单元，其中，一对中的一个单元具有一个取向而该对中的另一个单元具有相反的取向。这意味着一对中的第一单元的第一端子连接到该对中的第二单元的第二端子。

描述了相同原理的其它文献是法国图卢兹的2003年9月2-4日的第十届欧洲电力电子及应用会议的新比贝格德国联邦国防军大学2003，XP002447365的A Lesnicar和R Marquardt的“A new modular voltagesource inverter topology”、以及德国Bad-Nauenheim的新比贝格德国联邦国防军大学2002，XP002447360的Rainer Marq uardt、Anton Lesnicar和Jürgen Hildinger的“Modulares Stromrichterkonzept fürNetzkupplungsanwendung bei hohen Spannungen”。

描述该领域的更多文献是涉及控制电力转换器中的阀腿电流的WO2007/033852以及描述了用于调节循环电流的电压源转换器中的控制的WO2008/067785。在后面的这两个文献中，使用了具有彼此相同的取向的相同类型的单元。

上述模块化转换器结构提供了足够的转换能力。然而，改进该结构以使得以低的附加成本就可以实现和简化增强的功能将是感兴趣的。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种具有使得能够以简单的方式提供增强的功能的改进型结构的电压源转换器。

此目的根据本发明第一方面是通过用于连接在与电力传输系统相关的电力传输元件之间的电压源转换器来解决的，其包括：

-一组互连的相腿，其中，每个相腿具有第一和第二端点，经由第一和第二端点实现所述互连，

-至少三个连接端子，用于将相腿连接到电力传输元件，

-与每个相腿相关的第一组单元，以及

-第二组单元，

其中，第一组中的单元仅能够提供对转换器的工作的单极电压贡献并且还被连接在相腿中以便仅能够提供这种单极电压贡献，并且

第二组中的单元连接到第一组中的对应单元并且被布置成能够提供对转换器的工作的双极电压贡献。

本发明具有多个优点。通过本发明，可以提供在转换器工作的基本功能中未直接涉及到、但是消除了一些问题或者增强了转换器的功能的单元以及提供了此基本功能的单元。这样，可以将电压源转换器提供为模块化电压源转换器。由此，可以基于所需的基本功能来选择一个组中的单元并基于期望的附加功能来选择另一个组中的单元。这还可以简化控制信号的生成，因为它们可被形成用于仅处理附加功能而不必考虑基本转换器功能或任何其它附加功能，反之亦然。由此，实际转换器的设计以及用于它的控制方案两者都得以简化。而且，这是以附加组件和软件的形式、以小的额外成本实现的。

第二组可以包括具有双极电压贡献能力的至少一个单元。它还可以包括至少两个单元，其中每个单元具有单极电压贡献能力并且在它们与第一组中的单元的连接中具有彼此相反的取向。

根据类型及取向的单元的数目在所有相腿中可以是相同的。在相腿每个都包括正和负臂的情况下，根据类型及取向的单元的数目在每个相腿的两个臂中也可以是相同的。

还有可能的是，与相腿相关联的第二组中的至少一个单元被连接在对应相腿的端点之间。在这里，此单元可被连接在所讨论的相腿中。它还可经由连接分支接合到相腿。

相腿可以并联连接在转换器的两个直流端子之间并且每个都包括正和负臂。

第二组中的至少一个单元可以经由在连接端子与相腿的中点之间伸展的连接分支连接到第一组中的单元。第二组中的至少一个单元还可以经由将连接端子与至少一个相腿的一端相连的连接分支连接到第一组中的单元。

此外，电压源转换器可以包括控制部件，控制部件向单元提供控制信号以便控制电压源转换器的工作。控制部件可以被布置成向第二组中的单元提供控制信号以便使得这些单元提供用于增强转换器工作的附加AC电压。连接端子中的三个可以是AC连接端子，并且控制部件可以被布置成向第二组中的至少一些单元提供控制信号以便使得这些单元在所有AC连接端子上提供三次谐波零序(third harmonic zero sequence)。还可以向第二组中的至少一些单元提供控制信号以便增大转换器的无功功率能力。此外，可以向第二组中的至少一些单元提供控制信号以便使得这些单元提供抵消相腿之间的电流循环的共模AC电压贡献。

每个单元可以包括与一个储能元件并联的第一组开关元件，其中，第一组中的开关元件可以彼此串联连接。此外，每个开关元件可以包括晶体管以及反并联二极管。第二组中的单元还可以包括与储能元件并联的第二组开关元件。

附图说明

下面将参考附图描述本发明，其中

图1示意性地示出其中可以提供根据本发明的电压源转换器的直流电力传输系统，

图2示意性地示出根据本发明第一实施例的第一类型的电压源转换器，该电压源转换器具有多个并联相腿，每个并联相腿被提供有由公共控制部件控制的四个可变电压源，

图3示意性地示出其中受控电压源被实施为多个单元的根据第一类型的电压源转换器，

图4示意性地示出第一类型的单元的结构，

图5示意性地示出第二类型的单元的结构，

图6示意性地示出第三类型的单元的结构；以及

图7示意性地示出根据本发明第二实施例的第一类型的电压源转换器，该电压源转换器具有连接在将连接端子与相腿相连的分支中的可变电压源。

具体实施方式

下面，将给出根据本发明的装置和方法的优选实施例的详细描述。

在图1中，示意性地示出了其中可以使用根据本发明的电压源转换器的简化高压电力传输系统10。电力传输系统10可以是直流电力传输系统10，例如HVDC(高压直流)电力传输系统。应当认识到，本发明不限于这种系统，而是也可以对于其它类型的电力传输系统使用。

在该图中，存在通向第一变压器14的第一AC电力线12。第一变压器14连接到将AC电压整流成DC电压的整流器16。此整流器16又连接到DC电力传输线20，DC电力传输线20又通向逆变器18，逆变器18将DC电力转换成AC电力。此外，逆变器18连接到第二变压器22。第二变压器22又连接到第二AC电力线24。此外，整流器16和逆变器18被接地。

图1所示的系统可以是所谓的单极系统。然而，在下面的描述中，将用双极系统来描述图1所示的系统。在这里，可以将逆变器和整流器都提供为根据本发明的电压源转换器。

在这里应当认识到，其中可以提供根据本发明的电压源转换器的环境不限于图1中的系统。此系统仅是示例性的。根据本发明的电压源转换器还可以例如提供于HVDC背靠背系统中，其在电网型DC电力传输系统中以及在用于FACTS(灵活交流电传输系统)系统的SVC(静态VAr补偿器)中被用于使两个AC传输系统的相位彼此相适应。

如上所述，图1中的系统包括根据本发明的原理提供的一个或多个电压源转换器。

图2示出概述根据本发明第一实施例的第一类型的电压源转换器26的例子的框图，电压源转换器26可以被提供为图1中的整流器16或逆变器或两者。电压源转换器26在这里包括一组互连的相腿。更具体地，所述相腿并联连接在两个DC端子DC+与DC-之间。在这里给出的例子中，存在三个这种相腿，因为AC系统是三相AC传输系统。然而，应当认识到，可以存在例如仅两个相腿。每个相腿具有第一和第二端点，经由第一和第二端点实现上述互连。在这些类型的转换器中，所有相腿的第一端点经由第一连接分支连接到第一DC端子DC+，而第二端点经由第二连接分支连接到第二DC端子DC-。因此，显然，电压源转换器被提供用于连接在电力传输元件比如变压器和电力线之间，所述元件与电力传输系统相关。

此外，该第一类型的电压源转换器26的每个相腿包括彼此连接的正和负臂，并且在作为相腿中点的两臂交会的结点处提供了AC端子。在示例性电压源转换器26中，在这里存在具有正臂p1和负臂n1的第一相腿、具有正臂p2和负臂n2的第二相腿以及具有正臂p3和负臂n3的第三相腿。在第一相腿的正和负臂之间的结点处提供了第一AC端子AC1。在第二相腿的正和负臂之间的结点处提供了第二AC端子AC2，并且在第三相腿的正和负臂之间的结点处提供了第三AC端子AC3。每个AC端子在这里经由包括电感器LAC1、LAC2、LAC3的连接分支连接到对应的相腿。在这里，每个臂此外包括一个电感器Lp1、Ln1、Lp2、Ln2、Lp3和Ln3。在本实施例中，这些电感器连接到对应的DC端子DC+和DC-。此外，每个臂包括连接到公共控制部件28以进行控制的两个可变电压源U1p1、U2p1、U1n1、U2n1、U1p2、U2p2、U1n2、U2n2、U1p3、U2p3、U1n3和U2n3。这些电压源的控制在这里由从控制部件28伸展至可变电压源的虚线单向箭头表示。

时变电压可大致划分成各种分量，如DC分量和AC分量。AC分量在这里可包括基波AC分量以及谐波AC分量。可以使用可控电压源在相腿中提供这种电压分量。

公共控制部件28控制电压源以便获得期望的功能。可变电压源在这里是具有单极电压贡献能力的第一类型的和具有双极电压贡献能力的第二类型的。单极电压贡献能力在这里涉及具有仅一个极性(正或负极性)的电压的提供。具有单极电压贡献能力的受控电压源转换器总是提供DC贡献并且因此可以被用在涉及DC分量的转换器应用中，比如用在AC/DC转换中。双极电压贡献能力在这里涉及提供两个极性的电压(即，正和负电压两者)的能力。这允许该类型的可控电压源被用在其中不存在DC电压贡献的转换器应用中。两种类型的可变电压源都基于存储在诸如电容器的储能元件中的能量来提供电压，因此它们由包围电容器的圆圈来符号化。由于第一类型的可控电压源只能提供一个极性的电压贡献，所以通过使用在圆圈左侧并且指向第一DC端子DC+的单向箭头来符号化它们。然而，第二类型的可控电压源具有双极电压贡献能力，因此通过使用在圆圈左侧的双向箭头来符号化它们。可以看出，电压源转换器26包括：每个臂中的第一类型的可变电压源U1p1、U1n1、U1p2、U1n2、U1p3和U1n3，即，具有单极电压贡献能力的可变电压源；以及每个臂中的第二类型的可变电压源U2p1、U2n1、U2p2、U2n2、U2p3、U2n3，即，具有双极电压贡献能力的可变电压源。

此外，根据本发明，可变电压源是以电压源转换器单元或者例如串联地彼此连接的单元的形式实现的。这通过图3来举例说明，图3示出与图2中的第一类型的电压源转换器的相腿相同的相腿，但是每个腿中的电压源被多个或一串电压源转换器单元代替。在本例子中，腿还是对称的，即，它们包括以相同方式分布在腿之间并且还分布在腿的臂之间的相同数目的转换器单元。所述单元还可以是不同类型的。单元类型的混合对于不同的相腿可以是相同的，在这里对于每个相腿的不同臂也可以是相同的。然而，它们在臂中的位置对于不同的臂可以是不同的。根据类型及取向的单元的数目因此在所有相腿中是相同的。根据类型及取向的单元的数目甚至在相腿的所有臂中可以是相同的。

在本例子中，在每个臂中存在三个单元。因此，第一相腿的正臂包括三个单元C1p1、C2p1和C3p1，而第一相腿的负臂包括三个单元C1n1、C2n1和C3n1。以类似方式，第二相腿的正臂包括三个单元C1p2、C2p2和C3p2，而第二相腿的负臂包括三个单元C1n2、C2n2和C3n2。最后，第三相腿的正臂包括三个单元C1p3、C2p3和C3p3，而第三相腿的负臂包括三个单元C1n3、C2n3和C3n3。所述数目在这里仅被选择用于举例说明本发明的原理。在每个相腿中具有更多的单元是常见的。

所述单元可以是第一组单元中的单元，它们具有单极电压分量贡献能力，即，仅能够提供具有一个极性(正或负)的电压贡献，并且被连接成使得只有此单极电压贡献能力被启用。所述单元还可以是第二组单元中的单元，它们被连接成具有双极电压贡献能力，即，能够提供可以是正和负两者的电压贡献。此组中的单元可以包括具有双极电压贡献能力的单元。然而，此组还可以包括具有单极电压贡献能力、但是被连接在相腿的端点之间以便具有双极电压贡献能力的单元。这种连接通常通过在相腿中或甚至在相腿的臂中放置类型相同但取向相反的具有单极电压贡献能力的两个或一对单元来执行。图3所示的单元每个都由公共控制部件(未示出)控制。因此，它们每个都接收用于对电压源转换器的总操作作贡献的控制信号。

图4示意性地示出可以被用于提供第一类型的可控电压源的第一类型的转换器单元CCA。该单元CCA是半桥转换器单元并且包括电容器C1A形式的储能元件，其与包括两个开关元件的分支并联连接，其中，每个开关元件可以以半导体元件的形式实现，该半导体元件可以是晶体管(其可以有利地是IGBT(绝缘栅双极晶体管))以及反并联二极管。在图4中，因此存在具有第一晶体管T1A和第一二极管D1A的第一开关元件，第一二极管D1A在该图中取向朝上并且并联连接在晶体管T1A的发射极与集电极之间。还存在与第一开关元件串联连接并且具有第二二极管D2A的第二开关元件，第二二极管D2A具有与第一二极管D1A相同的取向并且并联连接在第二晶体管T2A的发射极与集电极之间。该单元具有第一连接端子TE1A和第二连接端子TE2A，它们每个都提供该单元与电压源转换器的相腿的连接。在该第一类型的单元中，第一连接端子TE1A更具体地提供从相腿至第一和第二开关元件之间的结点的连接，而第二端子TE2A提供从相腿至第二开关元件与电容器C1A之间的结点的连接。

图5示意性地示出具有与第一类型相同类型的组件并且以相同的方式互连的第二类型的半桥转换器单元CCB。因此，在这里存在具有第一晶体管T1B和第一反并联二极管D1B的第一开关元件，第一开关元件与具有第二晶体管T2B和第二反并联二极管D2B的第二开关元件串联。与这些开关元件并联的是电容器C1B，其中，该第二类型的单元的第一开关元件具有与第一类型的单元的第一开关元件相同的位置和取向，并且该第二类型的第二开关元件具有与该分支中的第一类型的单元的第二开关元件相同的位置和取向。在这里还存在提供相腿与第一和第二开关元件之间的连接点之间的连接的第一端子TE1B。然而，与第一类型的单元相反，第二端子TE2B在这里提供相腿与第一开关元件和电容器C1B之间的结点之间的连接。

第一和第二类型的单元总是提供DC分量，并因此可以被用于AC与DC之间的转换。由此，这些单元两者都具有单极电压贡献能力，其中，实际电压贡献取决于开关被如何操作和单元在相腿中如何取向。在这些单元中，每次应当只有一个开关元件被接通，并且当这发生时，特定类型的单元当以一个取向连接时提供正贡献或不提供贡献，即零电压贡献，而当以相反取向连接时提供负贡献。贡献在这里是跨电容器的电压。

图6示意性地示出第三类型的转换器单元CCC，转换器单元CCC包括相同类型的组件，即，与电容器C1C并联地提供的一个分支中的分别包括第一和第二晶体管T1C和T2C以及反并联第一和第二二极管D1C和D2C的第一和第二开关元件。它们是以与第一和第二类型的单元相同的方式提供的。然而，在这里存在彼此串联的第三和第四开关元件，第三和第四开关元件是在与电容器C1C并联地提供的又一个分支中通过第三晶体管T3C和反并联第三二极管D3C以及通过第四晶体管T4C和反并联第四二极管D4C提供的。如前面所述，第一端子TE1C在这里提供相腿与第一和第二开关元件之间的结点之间的连接。然而，第二端子TE2C在这里提供相腿与第三和第四开关元件之间的结点之间的连接。与第一和第二类型的元件相反，此单元CCC不具有单极电压贡献能力，而是具有双极电压贡献能力。此单元在这里基于开关元件的开关来提供正、负或零电压贡献。如果例如第一和第四开关元件被同时接通，则提供具有一个极性的电压贡献，而如果第二和第三开关元件被同时接通，则提供具有相反极性的电压贡献。而且，在这里，贡献是跨电容器的电压。如果第一和第三开关元件或者第二和第四开关元件被同时接通，则不存在电压贡献。

而且，第一和第二类型的单元可以被连接用于提供上述意义上的双极电压贡献能力。这要求相同类型的两个单元连接在同一个臂中，即，它们形成一对。它们于是具有相反的取向。这意味着该对中的一个单元的第一端子TE1可以比此单元的第二端子TE2连接得更靠近相腿的端点之一的，而该对中的另一个单元的第二端子TE2比此另一个单元的第一端子TE1连接得更靠近相腿的同一端点。

此单元组合实际上将提供与第三类型的单元的功能相同的功能。在这里应当知道，一对中的单元无需一定彼此直接连接，而是可以在它们之间连接其它单元。然而，使它们彼此连接可能是优选的。

本发明涉及在电压源转换器中组合多个单元。这允许改善电压源转换器的功能。此改善了的功能可以有利地涉及附加AC电压的提供。电压源转换器在这里可以是如图2中所示的第一类型的。

根据本发明，电压源转换器的每个相腿被提供有两个组中的至少一组中的单元。根据本发明，每个相腿包括仅能够作出单极电压贡献的第一组单极单元中的单元。此外，它们还在相腿中被连接成仅能够作出单极电压贡献。根据本发明，电压源转换器还包括第二组中的单元，其中，第二组中的单元连接到第一组中的单元并且被布置成具有双极电压贡献能力。第一组单元因此被用来形成第一类型的可控电压源，而第二组单元被用来形成第二类型的可控电压源。如前所述，这些组然后在电压源转换器中被组合。这意味着根据本发明的一些实施例，在用于在AC与DC之间进行转换的第一类型的电压源转换器中，每个相腿且在这里还有每个相腿的每个臂包括第一组中的至少一个单元。此外，存在与第一组中的单元相连的第二组中的至少一个单元。第二组中的单元在这里可包括第三类型的至少一个单元。它还可以包括第一或第二类型的至少两个单元，该至少两个单元在它们与第一组中的单元的连接中具有彼此相反的取向。

现在，将参考图2和3更详细地描述根据本发明第一实施例的电压源转换器中的单元的使用。

在本第一实施例中，第二组中的至少一个单元连接在相腿的两个端点之间。在本发明的第一实施例中，此连接实际上涉及将第二组中的这种单元连接到相腿中。取决于什么类型的转换器和所需的环境，不同组中的单元的数目可以变化。如果例如电压源转换器将作为HVDC系统中的逆变器或整流器而被包括，则通常在第一组中将存在许多单元，并且一样多的单元为普通的基本转换活动所需，而根据所期望的附加功能的种类在第二组中存在多个单元。

这意味着当电压源转换器如在本发明第一实施例中是HVDC转换器时，第一组单元被提供用于基本功能，而第二组被提供用于增强性能。在例如HDVC逆变器中，可以提供对电压的实际逆变/整流没有贡献、而代之以增强性能的单元。

仅作为根据本发明的变体的转换器的一个例子，正臂可以包括第一类型的第一单元、第二类型的第二单元和第三类型的第三单元，其中，第一和第二单元在第一组中并且在普通工作即在普通逆变/整流工作中涉及到。这些单元因此提供第一类型的可控电压源。然而，在第二组中提供了第三单元以便增强电压源转换器的工作。因此，此单元在这里提供第二类型的可控电压源转换器。在这里，应当提到，负臂中的单元可以是且通常是相同类型的，并且在与负臂中的单元相同的组中提供。

普通转换器工作可以涉及控制相腿的正臂中的第一类型U1p1、U1p2和U1p3的电压源，使得它们每个都提供对应于期望正DC电压的DC分量和对应于期望AC电压的一半的AC分量。每个臂中的单元C1p1、C2p1、C1p2、C2p2、C1p3、C2p3在这里被实时地控制为使得它们一起提供对应于DC分量和AC分量的电压贡献。负臂U1n1、U1n2、U1n3中的第一类型的每个电压源被控制为使得它们每个都提供对应于期望负DC电压的DC分量和对应于期望AC电压的另一半的AC分量。这是通过根据上面所述的相同原理控制单元C1n1、C2n1、C1n2、C2n2、C1n3和C2n3来实现的。这样，在AC端子AC1、AC2和AC3上提供期望AC电压，而可以在第一DC端子DC+上提供正DC电压并且在第二DC端子DC-上提供负DC电压。

第一类型的转换器26的电压源在这里可以被控制以用于转换器在两个方向上的工作。如果在AC端子AC1、AC2和AC3上施加AC电压，则生成DC电压，而如果在DC端子DC+与DC-之间施加DC电压，则在端子AC1、AC2和AC3上生成三相AC电压。第一类型的可变电压源由此提供辅助两个方向上的转换的电压，即，它们辅助从AC至DC和从DC至AC两者的转换。控制部件28在这里可以使用三角形载波、基于PWM调制来生成控制信号。这种类型的转换可以以已知的方式用于提供有功功率的双向传递。这是第一类型的电压源转换器中的第一类型的可控电压源的基本功能。

在根据图2和3中的第一实施例的装置的工作的第一例子中，第二组单元中的单元形成第二类型的可控电压源，其被用来向电压源转换器的AC侧添加或去除无功功率。可实现这一点以便使AC网络稳定。根据本发明的一个变体，这是通过控制部件28向执行此功能的单元(即，第三类型的单元且在这里是单元C3p1、C3n1、C3p2、C3n2、C3p3、C3n3)提供控制信号来实现的，所述控制信号使得正臂中的单元C3p1、C3p2、C3p3提供期望AC贡献的一半并且使得负臂中的单元C3n1、C3n2、C3n3提供期望AC贡献的另一半(具有与在基本转换中所使用的相同的频率和相位，该总贡献是对AC端子AC1、AC2和AC3的无功功率贡献。功率贡献可以是正贡献，即，向转换器的AC侧添加无功功率，或者是负贡献，即，从转换器的AC侧去除无功功率。

作为另一例子，可以将相同的单元控制为提供与三次谐波零序相关的AC电压分量。正臂中的第三类型的单元于是可以提供对应于三次谐波AC电压的一半的AC贡献，而负臂中的第三类型的单元可以提供对应于三次谐波AC电压的另一半的AC贡献。这样，可以在AC端子处提供三次谐波零序。这允许增强调制范围。由此，通过这种添加升高了调制指数。如果例如添加了三分之一次谐波，则可以获得

的调制指数。

根据本发明的另一变体，第二组中的单元被用来去除相腿中的循环AC电流。该循环电流是由单元电容器纹波造成。根据本发明的一个变体，这是通过控制部件20提供控制信号来抵消的，所述控制信号使得正和负臂中的单元提供出现在每个相腿上的校正AC电压贡献。相腿的AC贡献之和在这里是零，因此不存在出现在转换器的DC侧的AC贡献。每个相腿的AC贡献还被选择为在对应的AC端子上彼此抵消，因此也不存在在AC端子上出现的AC贡献。这样，可以在每个相腿中提供共模电压贡献，其取决于AC侧的电流、相角以及电容器的电抗。这些贡献随后将抵消由所述单元电容器纹波造成的DC侧的AC信号。

此外，在这里应当认识到，第二组中的一个子集可以专用于附加功能中的一个，而另一个子集专用于另一个附加功能。因此，可存在用于所期望的每个附加功能的第二组中的单元子集。

这些仅仅是本发明的几个可能变体。所获得的是通过将第二组中的单元与第一组中的单元组合，可以提供在转换器工作的基本功能中未直接涉及到、但是消除了某些问题或者增强了转换器的功能的单元。这种问题消除的例子是循环电流的消除。增强的功能的例子是零序三次谐波去除和添加以及无功功率去除和添加。这样，可以解决电压源转换器的工作中的问题并增强电压源转换器的工作。此外，这是以附加组件和软件的形式、以小的额外成本实现的。由于使用了单元，还可以将电压源转换器提供为模块化电压源转换器。由此，可以基于所需的基本功能来选择一个组中的单元并随后基于期望多少和哪些附加功能来添加另一个组中的单元。通过具有专用于特定功能的单元，控制信号被简化，因为提供给一组单元或一组单元的子集的控制信号可被形成仅用于处理此功能而不必考虑基本转换器功能或任何其它附加功能。由此，实际转换器的设计以及用于它的控制方案两者都得以简化。这还使得能够针对单元将提供的功能来优化单元。

在这里应当认识到，由第二组中的单元构成的第二类型的可控电压源不限于在相腿中提供。在电压源转换器中，这种电压源也可提供于相腿与端子之间的连接分支中，例如提供于DC连接分支中，即，提供于在AC端子与相腿的正和负臂之间的结点之间伸展的连接分支中或经由该连接分支提供，或者提供于DC端子连接分支中，即，提供于将DC端子与并联相腿的一端相连的连接分支中。在图7中描绘了这种情况，图7示出根据本发明第二实施例的第二类型的转换器。根据本发明的本第二实施例的转换器与根据本发明的第一实施例的转换器之间的差异是：存在在通向AC端子AC1、AC2和AC3的每个连接分支中提供的第二类型的可控电压源UAC1、UAC2和UAC3以及通向DC端子的第一和第二连接分支中的第二类型的可控电压源UDC+和UDC-。由此，可以将第二组中的单元连接在通向AC端子的连接分支中以及或代之以连接在通向DC端子的连接分支中。由此，可将第二组中的单元放置在将AC端子与相腿的正和负臂之间的结点相连的连接分支中以及经由将DC端子与相腿的一端相连的连接分支连接到相腿。还可以对称地提供这些单元，这意味着如果通向AC端子的一个连接分支具有单元，则通向其它AC端子的其它分支也将具有相同类型的单元。对于通向DC端子的连接分支而言也可能同样如此。于是，连接分支中的单元可被有利地提供用于执行三次谐波添加/去除或无功功率添加/去除。由此，作为例子，可以将通向AC端子的连接分支中的单元用于三次谐波添加/去除并且将通向DC端子的连接分支中的单元用于无功功率生成/去除，反之亦然。还可以将被放置在相腿中的第二组中的单元用于去除循环AC电流。在这里还应当认识到，通向DC端子的连接分支中的单元通常将以与相腿中的对应臂中的单元相同的方式来提供，即，提供对应于期望AC电压贡献的一半的AC分量。然而，通向AC端子的连接分支中的单元将相反地提供整个期望AC分量贡献。

除了已经提到的变体之外，存在可以对本发明作出的多个变体。例如，应当认识到，在第二实施例中，可以从相腿中以及从两个类型的连接分支中的一个中省略第二组中的单元。还可以从连接分支中以及从相腿中省略电感器。相腿中的电感器还可以具有除了所示位置之外的其它位置。它们可以例如被提供为代之以连接到中点。

在单元中使用的半导体元件已被描述为IGBT。应当认识到，可以使用其它类型的半导体元件，比如晶闸管、MOSFET晶体管、GTO(栅关断晶闸管)和汞弧阀。此外，可以依据期望的功能和电压电平、以众多方式改变不同类型及取向的单元的数目。

不需要将控制部件提供为本发明的电压源转换器的一部分。可以将它提供为向电压源转换器提供控制信号的单独装置。此外，可以以具有随附程序存储器的处理器的形式来实现此控制部件，该程序存储器包括当在处理器上运行时执行期望的控制功能的计算机程序代码。

由前述容易知道，可以以众多方式改变本发明。因此，应当认识到，本发明仅由下面的权利要求来限制。

Claims

1.一种用于连接在与电力传输系统(10)相关的电力传输元件(14、20、22)之间的电压源转换器(26)，包括：

-一组互连的相腿，其中，每个相腿具有第一和第二端点，经由所述第一和第二端点实现所述互连，

-至少三个连接端子(AC1、AC2、AC3、DC+、DC-)，用于将所述相腿连接到所述电力传输元件，

-与每个相腿相关的第一组单元(C1p1、C2p1、C1n1、C2n1、C1p2、C2p2、C1n2、C2n2、C1p3、C2p3、C1n3、C2n3)，以及

-第二组单元(C3p1、C3n1、C3p2、C3n2、C3p3、C3n3)，

其中，所述第一组中的单元(C1p1、C2p1、C1n1、C2n1、C1p2、C2p2、C1n2、C2n2、C1p3、C2p3、C1n3、C2n3)仅能够提供对所述转换器的工作的单极电压贡献并且还被连接在所述相腿中以便仅能够作出这种单极电压贡献，并且

所述第二组中的单元(C3p1、C3n1、C3p2、C3n2、C3p3、C3n3)连接到所述第一组中的对应单元并且被布置成能够提供对所述转换器的工作的双极电压贡献。

2.根据权利要求1所述的电压源转换器(26)，其中，所述第二组包括具有双极电压贡献能力的至少一个单元。

3.根据权利要求1或2所述的电压源转换器(26)，其中，所述第二组包括至少两个单元，其中每个单元具有单极电压贡献能力并且在它们与所述第一组中的单元的连接中具有彼此相反的取向。

4.根据权利要求1-3中的任一项所述的电压源转换器(26)，其中，根据类型及取向的单元的数目在所有相腿中是相同的。

5.根据任一项前述权利要求所述的电压源转换器(26)，其中，与相腿相关联的所述第二组中的至少一个单元(C3p1、C3n1、C3p2、C3n2、C3p3、C3n3)被连接在对应相腿的端点之间。

6.根据权利要求5所述的电压源转换器，其中，所述第二组中的至少一个单元被连接在每个相腿中。

7.根据任一项前述权利要求所述的电压源转换器，其中，至少一个连接端子经由包括所述第二组中的至少一个单元的连接分支接合到相腿。

8.根据权利要求7所述的电压源转换器，其中，所述第二组中的至少一个单元经由在连接端子与相腿的中点之间伸展的连接分支连接到所述第一组中的单元。

9.根据权利要求7所述的电压源转换器，其中，所述第二组中的至少一个单元经由将连接端子与至少一个相腿的一端相连的连接分支连接到所述第一组中的单元。

10.根据任一项前述权利要求所述的电压源转换器，其中，所述相腿并联连接在所述转换器的两个直流端子(DC+、DC-)之间并且每个都包括正和负臂。

11.根据权利要求10所述的电压源转换器(26)，其中，根据类型及取向的单元的数目在每个相腿的两个臂中是相同的。

12.根据任一项前述权利要求所述的电压源转换器(26)，进一步包括被布置成向单元提供控制信号以便控制所述电压源转换器的工作的控制部件(28)。

13.根据权利要求12所述的电压源转换器，其中，所述控制部件被布置成向所述第二组中的单元提供控制信号以便使得这些单元提供用于增强转换器工作的附加AC电压。

14.根据权利要求13所述的电压源转换器(26)，其中，所述连接端子中的三个是AC连接端子(AC1、AC2、AC3)，并且所述控制部件被布置成向所述第二组中的至少一些单元提供控制信号以便使得这些单元在所有AC连接端子上提供三次谐波零序。

15.根据权利要求13或14所述的电压源转换器(26)，其中，所述控制部件被布置成向所述第二组中的至少一些单元提供控制信号以便增大所述转换器的无功功率能力。

16.根据权利要求13-15中的任一项所述的装置(26)，其中，所述控制部件(28)被布置成向所述第二组中的至少一些单元提供控制信号以便使得这些单元提供抵消所述相腿之间的电流循环的共模AC电压贡献。

17.根据任一项前述权利要求所述的装置(26)，其中，每个单元(CCA、CCB、CCC)包括与一个储能元件(C1A、C1B、C1C)并联的一组开关元件。

18.根据权利要求17所述的装置(26)，其中，该组中的所述开关元件彼此串联连接。

19.根据权利要求17或18所述的装置(26)，其中，每个开关元件包括晶体管(T1A、T2A、T1B、T2B、T1C、T2C、T3C、T4C)以及反并联二极管(D1A、D2A、D1B、D2B、D1C、D2C、D3C、D4C)。