CN105379096B - 用于在交流与直流之间转换的布置、用于控制电力输送模块的方法及装置 - Google Patents

用于在交流与直流之间转换的布置、用于控制电力输送模块的方法及装置 Download PDF

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Abstract

一种用于将DC电力线（12）分接到AC电力线的布置（23）包括位于两个DC电势之间的电力输送模块（24A、24B、24C），每个电力输送模块各包括第一分支，所述第一分支具有与第二分支并联的转换器单元串（CA1、CA2、CB1、CB2、CC1、CC2），所述第二分支包括电容器（Csa、Csb、Csc）且连接到AC相（22A、22B、22C）。有至少一个控制单元（26A、26B、26C），其基于如下考虑的其中一个或多个来控制该布置：a）在所有串联的模块的转换器输出电压中配送适合的AC和DC电压，b）单元电容器电压维持/设置在特定范围中且允许升压模式工作，c）执行引入的电容器的可能平衡，以及d）采用使用无源滤波器的备选方法来减缓低阶谐波。

Description

用于在交流与直流之间转换的布置、用于控制电力输送模块 的方法及装置
技术领域
本发明一般涉及电压源转换器。更具体地来说，本发明涉及用于将电力从DC电力线分接（tapping）到AC电力线的布置以及用于控制用于AC与DC之间转换的此类布置的电力输送模块的方法和计算机程序产品。
背景技术
直流电（DC）电力传输***被感兴趣用于在多种场合中，例如在长距离上输送电力中。高压直流（HVDC）输电已被证明在许多输电场合中是交流电（AC）传输的高效替代方式。可以进一步将若干HVDC传输线互连来形成HVDC传输网。
据众所周知的，所说的分接转换器将电力从DC电力线分接到具有串联在DC电力线与地线或负DC母线之间的三个相的三相交流电（AC）电力线。然后经由至少一个变压器将每个相典型地连接到对应AC导体，所述至少一个变压器可以是三相变压器。
关注所在的还有在一些情况中，将DR电容器与变压器的次级绕组串联。这具有阻止DC电压的优点。
包括此类DC电容器的用于分接电力的布置从例如，US 2013/00704 95已知。
关注所在还有提供考虑到如下目标的其中一个或多个目标的分接转换器：
1）在所有串联的相的转换器输出电压中配送适合的AC和DC电压
2）将单元电容器电压维持/设置在特定范围中，并且允许升压模式工作，其中所有单元电压之和大于DC电势。
3）可能需要平衡引入的电容器（DC阻止电容器）两端的电压。
4）使用无源滤波器来缓解低阶AC侧和DC侧转换器产生的谐波的备选方法。
发明内容
本发明解决上文提到的目标的其中一个或多个目标。
这些目标的其中一个或多个目标是根据本发明的第一方面，通过在交流电AC与直流电DC之间转换的布置来实现的，所述布置包括：
串联在两个DC电势之间的多个电力输送模块，其中一个DC电势是DC电力线的电压以及每个电力输送模块包括包含转换器单元串的第一分支，所述第一分支与包含电容器和变压器的次级绕组的第二分支并联，所述变压器的初级绕组连接到AC网络的对应AC相，
所述布置还包括至少一个控制单元，所述至少一个控制单元包括
加法单元，所述加法单元配置成
获取AC基准电压和DC相关控制贡献，所述DC相关控制贡献是基于取决于电力输送模块的数量以及两个DC电势之差的DC电压项，以及
将DC相关控制贡献加上AC基准电压以形成第一控制表达式，以及
除法单元，所述除法单元配置成
获取第一控制表达式，
获取在第二控制表达式中使用的单元基准电压和，以及
将第一控制表达式除以第二控制表达式，以便获取参考电压信号以便在控制对应的电力输送模块串的单元中使用。
这些目标的其中一个或多个目标根据本发明的第二方面，通过一种用于控制在交流电AC与直流电DC之间转换的电力输送模块的方法来实现，所述电力输送模块是串联在两个DC电势之间的一组电力输送模块中的电力输送模块，其中一个DC电势是DC电力线的电压以及每个电力输送模块包括包含转换器单元串的第一分支，所述第一分支与包含电容器和变压器的次级绕组的第二分支并联，所述变压器的初级绕组连接到AC网络的对应AC相，所述方法包括：
获取AC基准电压，
获取DC相关控制贡献，所述DC相关控制贡献是基于取决于电力输送模块的数量以及两个DC电势之差的DC电压项，
将所述DC相关控制贡献加上所述AC基准电压以形成第一控制表达式，
获取在第二控制表达式中使用的单元基准电压和，
将第一控制表达式除以第二控制表达式，以便获取参考电压信号，以及
使用所述参考电压信号来控制所述电力输送模块串的单元。
这些目标的其中一个或多个目标根据本发明的第三方面，通过一种用于控制用于在交流电AC与直流电DC之间转换的电力输送模块的装置来实现，所述电力输送模块是串联在两个DC电势之间的一组电力输送模块中的电力输送模块，其中一个DC电势是所述DC电力线的电压以及每个电力输送模块包括包含转换器单元串的第一分支，其中单元提供单元电容器的电压贡献或零，所述第一分支与包含电容器和变压器的次级绕组的第二分支并联，所述变压器的初级绕组连接到AC网络的对应AC相，所述装置包括： 用于获取AC基准电压的部件，用于获取DC相关控制贡献的部件，所述DC相关控制贡献是基于取决于电力输送模块的数量以及所述两个DC电势之差的DC电压项，用于将所述DC相关控制贡献加上所述AC基准电压以形成第一控制表达式的部件，用于获得在第二控制表达式中使用的单元基准电压和的部件，其中所述单元基准电压和是为对应电力输送模块提供的单元电容器基准电压之和，用于将所述第一控制表达式除以所述第二控制表达式，以便获得参考电压信号用于ＰＷＭ控制的部件，以及用于使用所述参考电压信号作为这些单元的PWM控制中的控制信号来ＰＷＭ控制所述串的单元的部件，其中将所述信号与三角载波比较。
本发明具有多个优点，下面给出其中一些：
1）可以将单元电压设置/维持在特定范围内以便减少由于纹波电压导致的转换器的额定电压
2）升压模式工作也是可能的，其中单元电压之和高于电压差，并由此也高于DC电力线上的电压。这使得转换器电流减小以及特定负载的对应损耗减小。
3）引入的电容器的电压平衡确保了稳定且平衡的三相工作。
附图说明
下文中将参考附图来描述本发明，其中
图1以示意图形式示出DC电力传输***，其包括位于逆变器与整流器之间的DC电力线以及用于将电力从DC电力线分接到AC电力线的布置；
图2以示意图形式更详细地示出图1中的布置；
图3以示意图形式示出图2中的布置中任何一个电力转化模块的用于提供控制信号的控制单元的第一控制部分；
图4以示意图形式示出图3中的第一控制部分中执行的多个方法步骤的流程图；
图5以示意图形式示出备选第一控制部分；
图6示出第二控制部分；
图7示出第一备选布置；
图8示出第二备选布置；
图9示出第三备选布置；
图10示出第四备选布置；以及
图11以示意图形式示出采用包含用于实现控制单元的计算机程序代码的数据载体形式的计算机程序产品。
具体实施方式
下文中，将详细地描述本发明的优选实施例。
图1示出简化的直流电（DC）电力传输***10的单线图，DC电力传输***10包括第一转换器14、第二转换器16和DC电力线12。第一转换器14在此处可以经由变压器13连接到第一AC电力线11，电力线11可以是其中发电的第一交流电（AC）电力***的一部分，以及第二转换器16可以经由变压器17连接到第二AC电力线15，电力线15可以是消费电力的第二AC电力***的一部分。
DC电力线12在此处可以是用于输送电力且覆盖长距离的电力线。一个范例距离是500 km的距离。此处应该认识到作为备选，DC电力***10可以包括若干更多的电力线和转换器。该***因此也可以是所说的DC电网。此处，该DC电力***是单极***。但是，应该认识到，在本发明的一些变体中，它代之为双极***，其中存在正和负DC母线。
至此DC电力线12，连接有用于将DC电力线12分接到另外的AC电力线22的布置。此处，该布置包括转换单元18，转换单元18经由变压器20连接到另外的AC电力线22，变压器20可以实现为三相变压器以及另外的AC电力线22是三相电力线且因此包括三相导体。此处，该另外的电力线可以是另外的AC电力***的一部分。转换器18和变压器在此处构成根据本发明的用于在DC电力线与AC电力线之间传输电力的布置。
跨DC电力线12传输的电力作为示例可以在320 kV的范例电压电平下，为12000 MW的范围内， 而另外的AC电力线22提供或使用的电力可以在例如320 kV的范例电压电平下，为200 MW或更低的范围内。
另外的AC电力***作为示例可以是通过第一DC电力线12传递的城市***。
因为此另外的AC***的电力低于DC***10的电力，所以使AC***的相串联到DC电力线12是可能的。
图2中以示意图形式示出可以如何实现这一点。
因为本实施例中的DC电力***是单极***，所以布置23包括连接在DC电力线12和地线之间的多个或一组电力输送模块24A、24B和24C。此数量可以是至少两个。
此处，每个相有一个模块。因此有三个模块。这些模块进一步串联在DC电力线12与地线之间。在双极***中，这些模块将串联在DC电力线与负DC母线之间。因此可以见到，该组电力输送模块串联在两个DC电势之间，其中一个DC电势是DC电力线12的电压Ud，以及另一个DC电势是地线或负DC母线的电势。
在图2中，还有第一断路器BR1，DC断路器，其一端连接到DC电力线12以及另一端连接到第一电抗器Ld，第一电抗器Ld连接到模块24A中的第一个。第一电抗器Ld和第一断路器BR1都是可选的。
每个模块此处包括第一分支和第二分支，该第一分支包含串联的转换器单元串，以及该第二分支包含DC电容器和相变压器的次级绕组，其中第二分支与第一分支并联。该相变压器可以是图1的三相变压器。每个模块还包含该相变压器的初级绕组，该初级绕组连接到AC电力线的对应相导体。
第一模块24A的第一分支由此包括串联的转换器单元串CA1、CA2，以及第二分支包含与第一相变压器20A的次级绕组串联的DC电容器CSA，其中第二分支与第一分支并联。第一分支中的转换器单元串CA1和CA2还形成第一相脚。第一分支的第一端进一步连接到第一电抗器Ld，如同是第二分支的第一端。第一相变压器20A的初级绕组的第一端连接到AC电力线22的第一相导体22A，以及第一相变压器20A的此初级绕组的第二端连接到地线。以此方式，可以看到，第二分支耦合到第一页导体22A。第一模块24A的第一分支的第二端连接到第二模块24B的第一分支的第一端以及第二模块24B的第二分支的第一端。第一模块24A的第二分支的第二端还连接到第二模块24B的第一分支的第一端以及第二模块24B的第二分支的第一端。
第二模块24B的第一分支还包括串联的转换器单元串CB1、CB2，以及第二分支包含与第二相变压器20B的次级绕组串联的DC电容器CSB，其中第二分支与第一分支并联。转换器单元串CB1和CB2也形成第二相脚。第二相变压器20B的初级绕组的第一端连接到AC电力线22的第二相导体22B，以及第二相变压器20B的此初级绕组的第二端连接到地线。第二模块24B的第一分支的第二端连接到第三模块24C的第一分支的第一端以及第二模块24C的第二分支的第一端。第二模块24B的第二分支的第二端还连接到第三模块24C的第一分支的第一端以及第三模块24C的第二分支的第一端。
第三模块24C的第一分支由此还包括串联的转换器单元串CC1、CC2，以及第二分支包含与第三相变压器20B的次级绕组串联的DC电容器CSC，其中第二分支与第一分支并联。转换器单元串CC1和CC2也形成第三相脚。第三相变压器20C的初级绕组的第一端连接到AC电力线22的第三相导体22C，以及第三相变压器20C的此初级绕组的第二端连接到地线。第三模块24C的第一分支的第二端和第三模块24C的第二分支的第二端都连接到地线。
因为所有初级绕组的第二端都连接到地线，所以这些初级绕组由此是星型连接。如果看作三相变压器，则由此可以看到它在初级侧上是星型或叉形连接。
还应该认识到，串中的单元的数量可以显著地高于所示的两个。
每个模块还设有用于控制这些单元的控制单元26。由此，第一模块24A中有用于单元CA1和CA2的第一控制单元26A，第二模块24B中有用于单元CB1和CB2的第二控制单元26B，以及第三模块24C中有用于单元CC1和CC2的第三控制单元26C。
电力输送模块的控制单元典型地使用脉宽调制（PWM）控制。PWM控制可以包括将基准电压信号与三角载波信号比较。每次基准电压信号穿过三角载波信号，则开关状态改变。单元可以从提供单元电容器的电压贡献或零开始。在一个变体中，提供有在时间上彼此移位的多个此类三角载波信号，其中每个小区有一个数据载波信号。当基准电压信号穿过三角载波信号时，则对应的单元被开关。这本身是常识性的。
可以对于每个相脚或每个单元串提供上文提到的脉宽调制控制。
基准电压典型地作为AC侧上期望的波形来提供，其可以是模仿正弦波的波形。
但是，由于电容器老化、不同模块之间的电容值失配以及不同模块的不同电容器的电容的不同容差，不同DC阻止电容器两端的电压可能不平衡。因此，还应该在控制中考虑到DC阻止电容器的电压平衡。
图3中以示意图形式示出用于处理此情况而提供的电力输送模块的控制单元的第一控制部分。在附图中，使用索引x，x在此处可以具有值a、b、c，其中a指示第一模块，b指示第二模块以及c指示第三模块。由此可以在图2所示的每个控制单元中提供图3的第一控制部分。
在第一控制部分中，有第一加法单元28，第一加法单元28具有在其上接收第一基准电压uvx_ref的第一输入和在其上接收DC电压项Ud/3的第二输入。第一基准电压uvx_ref典型地是对应模块的相脚的单元要开关以形成的AC电压。
第一加法单元28连接到除法单元32的分子输入N。还有乘法单元30，乘法单元30在其上施加单元基准电压和Ucx_ref的输入。更具体地来说，信号Ucx_ref是模块x中使用的单元基准电压之和。相对于第一相脚，Ucx_ref由此由为第一分支中的单元CA1和CA2提供的单元基准电压构成。乘法单元30的输出连接到除法单元32的分母输入D。除法单元32具有输出，该输出连接到可选的第一减法单元34的第一输入。第一减法单元34具有接收1值的负输入。第一减法单元34的输出连接到范围限制器36，而范围限制器36又提供参考电压信号rx。范围限制器36也是可选的，这意味着在一些变体中，除法单元32提供参考电压信号，以及在另一些变体中，第一减法单元34提供参考电压信号rx。
现在将也参考图4来描述第一实施例的功能实现，其示出由第一控制部分执行的方法步骤的流程图。
第一加法单元28获取第一基准电压uvx_ref，步骤38，该第一基准电压是形成对应相变压器的次级绕组上的波形时使用的基准电压，即，AC电压形成基准。这可以是模仿正弦波且无DC分量的常规基准电压。
第一加法单元28还获取DC相关控制贡献，步骤40，其中DC相关控制贡献基于取决于两个DC电势之差的DC电压项。在单极***中，这意味着DC电压项取决于DC电力线与地线之间的DC电压。它还取决于相脚或电力输送模块的数量。在此第一实施例中，DC相关控制贡献是DC电压项Ud/3。因为有三个相脚，所以DC电压项将是DC电力线12的DC电压ud除以3，DC电力线12可以是电缆。
第一加法单元28然后将DC相关控制贡献加上第一基准电压，步骤42，以便形成第一控制表达式。然后将此第一控制表达式转发到除法单元32的分子输入N。
同时，乘法单元30接收或获取单元基准电压和Ucx_ref，步骤44，以在第二控制表达式中使用。该单元基准电压和是对一个相或一个电力输送模块提供的单元电容器基准电压之和。在本例中，单元基准电压和被乘以0.5，即除以2，并且将相乘的结果提供到除法单元32的分母输入D。除以2的原因是，每个单元可以具有两个状态之一，单元电容器的电压或0。作为平均值，可以使用单元电容器电压的一半。除法单元32然后将第一控制表达式除以第二控制表达式，步骤46，并且将相除的结果提供到第一减法单元34。第一减法单元34然后将该相乘的结果减去数值1。然后将相减的结果提供到范围限制器36，范围限制器36对该相减的结果应用输入范围限制，即，它将这些值限定在某个范围中，例如，最大值与最小值之间。然后将范围限制之后获取的信号作为参考电压信号rx来提供，基准电压信号rx用于控制转换器，更具体地来说用于控制对应电力输送模块的相脚的单元。由此使用参考电压信号rx来控制电力输送模块的单元，步骤48。更具体地来说，该信号作为这些单元的PWM控制中使用的控制信号来提供，即将该信号与三角载波信号比较。
正如通过索引x的使用显见到的，每个模块的控制是相同的。但是，不同相之间存在120度的偏移。
该控制策略还可以采用如下数学方式来描述：
电力输送模块的转换的输出电压u vx ；x=a, b, c，即，模块的单元串提供的电压包含等于的DC分量以及等于的基频分量。
个体单元（x = a, b和c）可以是与旁路或***的单元相关的0或1，从而得到0或u cxi （x = a, b和c）的单元输出电压。
考虑单元电容器电压之和：
以及平均开关变量得到：
因此，开关变量应该等于：
考虑-1与1之间的载波，定义新调制基准：
取单元基准电压和，即每个电力输送模块的单元电容器基准电压之和作为固定基准，Ucx_ref和调制基准，即，要使用的控制信号可以由如下公式给出：
此处，DC和AC调制比率可以由如下公式给出：
以此方式，获取基准电压信号rx以便在串联的单元的PWM控制中使用，这些信号确保相阀单元的DC电压分量保持等于Ud/3，其含有正弦AC电压分量。再者，还实现了升压模式工作，其中单元电压之和高于DC极电压（U d ），即高于DC电力线上的电压。每个模块典型地提供2Ud/3的电压，并且由此获取2Ud的总电平。
还可能的是，第一控制部分包括脉宽调制（PWM）块，脉宽调制（PWM）块包含比较器，该比较器将参考电压信号rx与三角载波信号比较以生成用于对应电力转换模块中的单元的转换器开关的门脉冲。
上文描述的控制还具有其他优点。它在整体工作不是范围中使用串联相提供布置的快速且稳定的三相工作。
针对上文描述的情况进行改进是可能的。第二实施例针对的是此情况。
图5示出根据第二实施例的备选第一控制部分。
与图3中的控制部分相关的差异此处在于，不是将DC电压贡献Ud/3直接提供到第一加法单元28的第二输入，而是处理DC电压贡献Ud/3以改善DC电压平衡。因此，有两个另外的减法单元，第一另外的减法单元50和第二另外的减法单元54。第一另外的减法单元50具有在其上接收电压ufx的正输入和在其上连接到一阶谐波滤波器52的负输入。第一谐波滤波器52还接收电压ufx。电压ufx在此处具有第二分支两端的电压，即，次级绕组和DC阻止电容器之间的电压，以及x同样用于表示模块a、b或c。
第一另外的减法单元50还具有连接到第二另外的减法单元54的负输入。第二另外的减法单元54也具有在其上接收DC电压贡献Ud/3的正输入。第二另外的减法单元54具有连接到低通滤波器56的输出，低通滤波器56又连接到第一加法单元28并向第一加法单元28提供信号dcbx。除了第一基准电压uvx_ref外，第一加法单元28还接收零序基准电压uvze_ref。
第一另外的减法单元50获取或接收第二分支电压ufx，即，包含DC电容器和次级绕组的第二分支两端的电压。还将此电压提供到第一谐波滤波器52，第一谐波滤波器52滤掉基频。然后在第一另外的减法单元50中将未滤波的电压减去滤波的电压，并且以此方式获取无基频的第二分支电压uf0ox。然后在第二另外的减法单元54中将DC电压项Ud/3减去无基频的第二分支电压，并将结果提供到低通滤波器56。由此，将DC电压与无基频的第二分支电压之差作为DC相关控制贡献dcbx提供到第一加法单元28。
在第一加法单元28中，从由第一参考电压uvx_ref与零序基准电压uvze_ref形成的和减去DC相关控制贡献dcbx。
前馈电压中的DC分量（UfX，x=a,b,c），即，第二分支两端的电压，在理想情况下应该等于。但是，在不平衡情况下，当DC阻止电容器（Usx）不具有等于的DC电压分量时，单元与DC阻止电容器提供的DC电压分量之间将存在失配。对于DC电压应满足如下公式：
其中UdC fX是第二分支两端的电压的DC电压分量以及Udc sx是电容器Csx两端的电压。
正如可从上文简化看到的，在DC阻止电容器电压的平衡时使用U f0x 是可能的。从而获取稳态中和动态情况期间的DC阻止电容器电压平衡。在由于老化或不同容差而存在DC阻止电容器的不同电容值时，平衡也得以实现。前馈电压ufx是电流控制的一部分。感测它是用于锁相环（PLL）同步和电流控制。如上文解释的，以ufx替代usx使得用于感测usx的附加电压传感器减少。第二实施例提供有关DC阻止电容器电压平衡控制的改进控制。由此，所有相都具有改进的稳定性。
上文描述的结构可以在AC以及DC侧经受谐波。本发明的多个方面还针对缓解此类谐波。
图2所示的拓扑在正常情况下会在DC侧电流中以及AC侧电压中注入三阶谐波分量。每个电力输送模块被控制以提供等于uvx的输出电压。由于每个单元电容器中获取的纹波电压，输出电压除了基频AC电压外还将包含谐波。
缓解此类谐波的一些方式是使用无源滤波器。但是，它们体积大且需要额外安装。还存在与此类滤波器关联的维护成本。
可以实现谐波电流限制的一种备选方式，这也是第三实施例中实现的方式，是使用控制单元中的第二控制部分。由此可以在该布置的一个或多个控制单元中提供第二控制部分。此第二控制部分采用三阶谐波电压项的负反馈。
图6示出第二控制部分的一种实现。此处有处理单元58、第二低通滤波器62和具有范围限制的放大单元64，处理单元58包含减法单元60。第三另外的减法单元60具有在其上接收相脚电流的正输入和连接到第二低通滤波器62的负输入。相脚电流是流经相脚，即流经电力转换单元的单元的电流。在此示例中，它还是所涉及的相脚电流的零序分量ifz。由此，相脚电流是零序电流。第二低通滤波器62还接收此电流ifz并对其低通滤波。第三另外的减法单元60然后将零序相脚电流ifz减去低通滤波的零序电流。以此方式，利用第二低通滤波器62的负反馈来处理零序相脚电流ifz，第二低通滤波器62可以具有接近基频的截止频率，这样从该电流中消除DC和基频分量。然后将减法的结果提供到放大单元64，放大单元64以与相脚的阻抗对应的增益放大差电流，从而获取仅基于相脚电流的谐波分量的第三控制项。由此将Gain_zcc（阻抗等效）乘以来自减法单元60的输出以有利于三阶谐波电压项的负反馈。第三控制项由此提供取决于零序相脚电流的谐波分量的相脚的电压降。然后将此第三控制项提供到第四另外的减法单元68的负输入，第四另外的减法单元68具有正输入，连接到第三低通滤波器66。此第三低通滤波器66接收或获取第二分支电压，在此示例中是第二分支的第二分支电压的零序分量urz，即与次级绕组和DC阻止电容器两端的电压对应的零序电压。第三低通滤波器66然后对此电压滤波。然后在第四减法单元68中将低通滤波的零序电压减去第三控制项，以便获取零序基准电压uvze_ref。然后可以使用它转换成第一控制部分中使用的常规基准电压uvx_ref，以便被第一控制分支用于形成参考电压信号。
第二控制部分的功能性还可以采用如下方式来描述。
图2所示的相脚输出电压u vx ；x=a ,b ,c包含等于ud/3的标称DC分量和等于的基频分量。因此，相脚电压，
调制基准，以及
单元电压之和，
由一阶频率项组成的与由一阶和二阶频率项组成的Ｕca相乘得到由一阶、二阶和三阶频率项组成的阀或相脚电压uva。
通过分析，
为了对零序表现求值，等于三阶频率项，
对三个相的阀电压求和
可以由如下公式给出零序第三谐波DC电流，
因此，零序第三谐波DC电流取决于零序第三谐波阀电流之和。
上文描述的操作具有如下优点。
通过对零序转换器电压应用调制，将AC侧零序电压中以及DC侧极性模式电流中的谐波减到最小。这在该布置的完整工作范围中也是简单、有效且稳定的。
图7示出根据第四实施例的备选布置。在此布置中，省略控制单元。但是，应该认识到也可以将其包含。例如，控制单元可以包括第一控制部分和/或第二控制部分。
此处，有与每个单元串并联的电涌放电器MOV。还有与每个DC阻止电容器Csa、Csb和Csc并联的电涌放电器MOV。更重要的是，每个电力输送模块的第一分支除了单元串外还包含电抗器La、Lb和Lc。
在图7所示的拓扑中，也有在DC侧电流中以及AC侧电压中注入三阶谐波分量。由于早前提到的纹波，除了基频AC电压外，相脚输出电压uvx也将包含谐波。
三个串联的相两端的总电压将包含DC电压（Ud）和谐波。三个相的基频分量之和是0。
Uh的共模三阶谐波分量产生DC侧谐波电流和AC侧谐波电压。在第三实施例中，通过如图3给出的修改的零序基准电压实现了抑制此情况。
如图7所示与转换器相脚串联的相电感器的连接，减少了来自时间至时间的DC侧谐波分量。
最终的DC链路电流，
正如可以看到的，对于图7所示的拓扑，从DC极到地线，在每个相脚中有两个并联电流路径。一个经由DC阻止电容器到转换器侧变压器绕组，以及另一个经由单元串和相电抗器。上面的实现通过使用相电抗器Lx抑制了布置中的谐波生成。
因此，它能够抑制上面两种并联路径中的三阶谐波。这促成同时抑制AC侧和DC侧谐波。
有多种备选方法可以缓解谐波，其中图8示出根据第五实施例的一个方法。在此情况中，有电涌放电器70连接到变压器的初级绕组，该初级绕组也是星型连接的。
此布置阻止三阶谐波电压出现在AC电网侧变压器绕组和转换器侧变压器绕组中。该拓扑无法抑制单元生成的三阶谐波电压以及极性模式谐波电流可以流在DC侧上。仅实现三阶谐波AC侧电压抑制。
图9示出根据第六实施例的另一种备选。此处，有一组全桥单元，其至少包含一个全桥单元72。该组连接在DC线12与串联的相脚或电力输送模块之间。
在本实施例中，全桥用于对谐波进行有源滤波。使用附加全桥（一个或级联多个）的有源滤波器受控以等于相中生成的共模（三阶）谐波电压且与之反向的AC电压。为此原因，一个或多个控制单元可以包含控制元件，该控制元件控制全桥单元以抵销相脚中生成的共模谐波电压。此布置能够抑制三阶DC侧电流谐波，但是无法抑制三阶AC侧电压谐波。转换器侧和AC电网侧上的变压器绕组将看得见三阶电压谐波。
根据第三-第六实施例的本发明具有多个其他优点。
它提供以经济的方式进行滤波，这对于在AC侧和DC侧上的三阶谐波无源滤波器而言，无论如何安装成本和空间问题较高，则它是有优势的。它在对三阶谐波注入应用严格电网准则的国家也是有优势的。
根据第三－第六实施例的本发明免去了AC和DC侧上附加的体积大且成本高的低阶（三阶）谐波滤波器，以及在布置的整体工作范围中提供稳定且最小的三阶谐波（AC侧电压和DC侧电流）工作。
图10中示出另一个备选布置。在此情况中，模块的第一分支中的单元是全桥单元。在此情况中，每个第二分支包括两个DC阻止电容器，次级绕组的每一侧一个。
可以采用若干方式来修改本发明。可以将第三至第六实施例的谐波滤波全部彼此组合，以及与第一或第二实施例的控制策略进行组合。在第一分支中混合半桥和全桥单元是可能的。
这些控制单元可以采用多种离散组件的形式来实现。但是，它们还可以采用附有程序存储器的处理器且所附程序存储器包含在处理器上运行时执行期望的控制功能性的计算机程序代码的形式来实现。承载此代码的计算机程序产品作为数据载体来提供，如承载该计算机程序代码的一个或多个CD ROM光盘或一个或多个存储棒，该计算机程序代码在被加载到电压源转换器的控制单元中时执行上文描述的控制功能性。图11示出采用存在计算机程序代码76的CD ROM光盘74的形式的一种此类数据载体。
从前文论述中，显见的是本发明可以采用多种方式来改变。因此应认识到本发明仅由所附权利要求限制。

Claims (19)

1.一种用于在交流电AC与直流电DC之间转换的装置（23），所述装置包括：
串联在两个DC电势之间的多个电力输送模块（24A、24B、24C），其中一个DC电势是DC电力线（12）的电压（Ud），以及每个电力输送模块（24A、24B、24C）包括包含转换器单元串（CA1、CA2、CB1、CB2、CC1、CC2）的第一分支，其中单元提供单元电容器的电压贡献或零，所述第一分支与包含电容器（Csa、Csb、Csc）和变压器的次级绕组（20A、20B、20C）的第二分支并联，所述变压器的初级绕组连接到AC网络的对应AC相（22A、22B、22C），
所述装置还包括至少一个控制单元（26A、26B、26C），所述至少一个控制单元（26A、26B、26C）包含：
加法单元（28），所述加法单元配置成获取AC基准电压（uvx_ref）和DC相关控制贡献，所述DC相关控制贡献基于取决于电力输送模块的数量以及所述两个DC电势之差的DC电压项，并且将所述DC相关控制贡献加到所述AC基准电压以形成第一控制表达式，以及
除法单元（32），所述除法单元配置成
获取所述第一控制表达式，
获取作为第二控制表达式的单元基准电压和（ucx_ref），其中所述单元基准电压和是为对应电力输送模块提供的单元电容器基准电压之和，以及
将所述第一控制表达式除以所述第二控制表达式，以便获取参考电压信号（rx）以便在对所述对应电力输送模块的单元进行PWM控制中使用，其中将所述信号与三角载波比较。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述DC电压项用作所述DC相关控制贡献。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述加法单元（28）还配置成将零序参考电压（uvze_ref）加到所述DC相关控制贡献和所述AC基准电压以形成所述第一控制表达式，所述控制单元还包括另外的减法单元（54），所述另外的减法单元（54）配置成获取无基频分量的第二分支电压（uf0x），所述DC电压项，并将所述DC电压项减去无基频分量的所述第二分支电压以便获取所述DC相关控制贡献（dcbx）。
4.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其中电力输送模块的转换器单元串形成相脚以及所述控制单元（26）还包括
处理单元（58），所述处理单元（58）配置成获取相脚电流（ifz）并处理所述相脚电流（ifz）以获取仅基于所述相脚电流的谐波分量的第三控制项，
另一个另外的减法单元（68），所述另外的减法单元（68）配置成获取第二分支电压（ufz）和所述第三控制项，并将所述第二分支电压（ufz）减去所述第三控制项以获取零序参考电压（uvze_ref）以用于形成所述参考电压信号（rx）。
5.如权利要求4所述的装置，其中所述相脚电流是所述相脚电流的零序分量，以及所述第二分支电压是所述第二分支电压的零序分量。
6.如权利要求4所述的装置，其中所述处理单元包括低通滤波器（62）和减法单元（60），所述低通滤波器连接到所述减法单元（60）的负输入，其中所述相脚电流（ifz）被所述低通滤波器（62）的输入和所述减法单元（60）的正输入接收。
7.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其中电力输送模块的转换器单元串形成相脚，所述装置还包括连接在所述DC电力线（12）与所述串联的电力输送模块（24A、24B、24C）之间的至少一个全桥单元（72），所述控制单元还包括控制元件，所述控制元件控制所述全桥单元以抵销所述相脚中生成的共模谐波电压。
8.如权利要求1-3中任一项所述的装置，还包括每个电力输送模块中的电抗器（La、Lb、Lc），所述电抗器与所述单元串一起连接在所述第一分支中。
9.如权利要求1-3中任一项所述的装置，还包括与所有初级绕组串联的电涌放电器（70）。
10.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其中所述单元串中的单元包括半桥转换器单元。
11.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其中所述单元串中的单元包括全桥转换器单元。
12.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其中所述模块的数量大于2。
13.一种控制用于在交流电AC与直流电DC之间转换的电力输送模块的方法，所述电力输送模块是串联在两个DC电势之间的一组电力输送模块（24A、24B、24C）中的电力输送模块，其中一个DC电势是DC电力线（12）的电压（Ud），以及每个电力输送模块包括包含转换器单元串（CA1、CA2、CB1、CB2、CC1、CC2）的第一分支，其中单元提供单元电容器的电压贡献或零，所述第一分支与包含电容器（Csa、Csb、Csc）和变压器的次级绕组（20A、20B、20C）的第二分支并联，所述变压器的初级绕组连接到AC网络的对应AC相（22A、22B、22C），所述方法包括：
获取（38）AC基准电压（Uvx_ref），
获取（40）DC相关控制贡献，所述DC相关控制贡献基于取决于电力输送模块的数量以及所述两个DC电势之差的DC电压项，
将所述DC相关控制贡献加到（42）所述AC基准电压（Uvx_ref）以形成第一控制表达式，
获取（44）作为第二控制表达式的单元基准电压和（ucx_ref），其中所述单元基准电压和是为对应电力输送模块提供的单元电容器基准电压之和，
将所述第一控制表达式除以（46）所述第二控制表达式，以便获取参考电压信号（rx）用于ＰＷＭ控制，以及
使用所述参考电压信号（rx）作为这些单元的PWM控制中的控制信号来ＰＷＭ控制（48）所述对应电力输送模块的单元，其中将所述信号与三角载波比较。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述DC电压项用作所述DC相关控制贡献。
15.如权利要求13所述的方法，其中将所述DC相关控制贡献加到所述AC基准电压（uvx_ref）包括，将所述DC相关控制贡献加到所述AC基准电压与零序参考电压（uvze_ref）之和，以及还包括通过将所述DC电压项减去无基频分量的第二分支电压（uf0x）来处理所述DC电压项以便获取所述DC相关控制贡献（dcbx）。
16.如权利要求13-15中任一项所述的方法，其中电力输送模块的转换器单元串形成相脚，以及所述方法还包括
获取第二分支电压（ufz），
获取相脚电流（ifz），
处理所述相脚电流（ifz）以便获取仅基于所述相脚电流的谐波分量的第三控制项，
将所述第二分支电压（Ufz）减去所述第三控制项，以便获取零序参考电压（uvze_ref），以便在形成所述参考电压信号（rx）时使用。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述第二分支电压是所述第二分支电压的零序分量，以及所述相脚电流是所述相脚电流的零序分量。
18.如权利要求13-15中任一项所述的方法，其中电力输送模块的转换器单元串形成相脚，其中至少一个全桥单元（72）连接在所述DC电力线（12）与所述串联的电力输送模块（24A、24B、24C）之间，所述方法还包括，控制所述全桥单元以抵销所述相脚中生成的共模谐波电压。
19.一种控制用于在交流电AC与直流电DC之间转换的电力输送模块的装置，所述电力输送模块是串联在两个DC电势之间的一组电力输送模块（24A、24B、24C）中的电力输送模块，其中一个DC电势是DC电力线（12）的电压（Ud），以及每个电力输送模块包括包含转换器单元串（CA1、CA2、CB1、CB2、CC1、CC2）的第一分支，其中单元提供单元电容器的电压贡献或零，所述第一分支与包含电容器（Csa、Csb、Csc）和变压器的次级绕组（20A、20B、20C）的第二分支并联，所述变压器的初级绕组连接到AC网络的对应AC相（22A、22B、22C），所述装置包括：
用于获取AC基准电压（uvx_ref）的部件，
用于获取DC相关控制贡献（dcbx）的部件，所述DC相关控制贡献基于取决于电力输送模块的数量以及所述两个DC电势之差的DC电压项，
用于将所述DC相关控制贡献加到所述AC基准电压（uvx_ref）以形成第一控制表达式的部件，
用于获取作为第二控制表达式的单元基准电压和（ucx_ref）的部件，其中所述单元基准电压和是为对应电力输送模块提供的单元电容器基准电压之和，
用于将所述第一控制表达式除以所述第二控制表达式以便获取参考电压信号（rx）用于ＰＷＭ控制的部件，以及
用于使用所述参考电压信号（rx）作为这些单元的PWM控制中的控制信号来ＰＷＭ控制所述串的单元的部件，其中将所述信号与三角载波比较。
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