CN106063102A - 电压源转换器 - Google Patents

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Abstract

在高电压直流(HVDC)输电网络领域中，电压源转换器(10)包括：用于连接到DC电网络(16)的第一和第二DC端子（24，26）；多个单相分支(28)，每个单相分支(28)包含相位元件(30)，每个相位元件(30)包含配置成将DC电压和AC电压互连的至少一个切换元件(32)，每个相位元件(30)的AC侧(34)可连接到多相AC电网络(14)的相应相（a，b，c），每个单相分支(28)连接在第一与第二DC端子（24，26）之间；以及控制器(36)，配置成彼此独立确定电压源转换器(10)应与AC电网络(14)交换的有功功率量(Pref)和电压源转换器(10)应与AC电网络(14)交换的无功功率量(Qref)，控制器(36)还配置成为每个单相分支(28)建立相应相电流参考（IrefA，IrefB，IrefC），其独立于所述或每个其他相应相电流参考（IrefA，IrefB，IrefC），并且定义每个单相分支(28)被要求从AC电网络(14)的对应相（a，b，c）汲取或传递到AC电网络的对应相（a，b，c）的电流（Ia，Ib，Ic）以实现与AC电网络(14)的确定的有功功率(Pref)和无功功率(Qref)交换。

Description

电压源转换器
技术领域
本发明涉及电压源转换器。
发明背景
在输电网络中，交流(AC)功率通常被转换成直流(DC)功率用于经架空线和/或海底电缆传输。此转换消除了补偿由传输线或电缆施加的AC电容负载效应的需要，并且由此降低每千米线和/或电缆的成本。在需要在长距离传送功率时，从AC到DC的转换因此变得成本有效。
在其中必需将在不同频率操作的AC电网络互连的输电网络中也利用了在AC功率与DC功率之间的转换。在任何此种输电网络中，在AC与DC功率之间的每个接口要求转换器以实现要求的转换，并且一个此种形式的转换器是电压源转换器(VSC)。
发明内容
根据本发明的方面，提供了一种电压源转换器，包括：
用于连接到DC电网络的第一和第二DC端子；
多个单相分支(limb)，每个单相分支包含相位元件，每个相位元件包含配置成将DC电压和AC电压互连的至少一个切换元件，每个相位元件的AC侧可连接到多相AC电网络的相应相，每个单相分支连接在第一与第二DC端子之间；以及
控制器，配置成彼此独立地确定电压源转换器应与AC电网络交换的有功功率量和电压源转换器应与AC电网络交换的无功功率量，控制器还配置成为每个单相分支确立相应相电流参考，其独立于所述或每个其他相应相电流参考，并且定义每个单相分支被要求从AC电网络的对应相汲取或传递到AC电网络的对应相的电流以实现与AC电网络的确定的有功功率和无功功率交换。
彼此独立地确定电压源转换器应与AC电网络交换的有功和无功功率量的能力和由此控制和变更这些量的能力允许在AC与DC电网络之间传递最佳量的能量，而不考虑在其下电压源转换器正在操作的条件，例如，其中在单相分支中流动的电流基本上平衡的正常条件和其中在单相分支中流动的电流不平衡的故障条件。
在与电压源转换器连接的AC电网络是弱的，即，AC电网络具有高阻抗和/或它具有低惯量时，此种功能性特别有用。
典型的高阻抗AC电网络出现在终止在具有低短路容量的弱点处的高电压直流(HVDC)链路内。低惯量AC电网络被视为具有有限数量的旋转电机或根本无旋转电机。此类弱AC电网络经常发现于为岛供电或连接到风力农场的HVDC链路中。
优选地，控制器包含第一控制块，第一控制块具有确定要与AC电网络交换的有功功率量的有功功率控制块和确定要与AC电网络交换的无功功率量的无功功率控制块。
包括单独有功功率和无功功率控制块期望地促进了有功功率和无功功率量的独立确定。
可选地，有功功率控制块包含输出要交换的有功功率量的功率控制段，功率控制段包含选择性可操作DC电压控制部分和选择性可操作DC功率控制部分，DC电压控制部分在电压源转换器配置成将能量从AC电网络传递到DC电网络时操作，并且DC功率控制在电压源转换器配置成将能量从DC电网络传递到AC电网络时操作。
在电压源转换器配置成作为整流器操作，即，将能量从AC电网络传递到DC电网络时，并且在配置成作为逆变器操作，即，将能量从DC电网络传递到AC电网络时，此种布置允许准备好确定电压源转换器应与AC电网络交换的有功功率量。
在本发明的优选实施例中，有功功率控制块还包含配置成在单相分支中流动的电流变得不平衡的情况下，修改功率控制段的输出以便由此变更电压源转换器与AC电网络交换的有功功率量的故障检测段。
此种故障检测段的包括帮助允许电压源转换器通过干扰，即其中在单相分支中流动的电流不平衡的故障条件，继续操作，同时在任何可能的情况下允许在此类干扰期间在AC与DC电网络之间传递最大量的能量。
故障检测段可包含配置成检测AC电网络的AC电压中的降低并且其后暂时降低电压源转换器与AC电网络交换的有功功率量的电压电平故障检测器。
此种电压电平故障检测器向电压源转换器提供一定程度的保护，因为降低电压源转换器与AC电网络交换的有功功率有助于确保在单相分支中流动的电流中没有一个超过特定单相分支设计适应(accommodate)的额定电流值。
可选地，故障检测段包含配置成检测AC电网络的单相中的接地故障并且其后暂时降低电压源转换器与AC电网络交换的有功功率量的单相故障检测器。
此种单相故障检测器的包括有助于在发生此种单相接地故障的情况下，允许电压源转换器继续操作和在AC与DC电网络之间传递能量。
优选地，故障检测段包含配置成检测AC电网络的每个相中的接地故障并且其后暂时将电压源转换器与AC电网络交换的有功功率量降到零的多相故障检测器。
此种故障检测器有助于阻止电压源转换器必须在一个或多个其单相分支中传导太高电流，这可以以其他方式损坏所述或每个所述单相分支。
在本发明的另一优选实施例中，故障检测段包含在第一时间常数和第二时间常数可操作的操纵模块，操纵模块变更故障检测段的操作，由此电压源转换器与AC电网络交换的有功功率量中的任何降低在第一时间常数发生，并且电压源转换器与AC电网络交换的有功功率量中的任何随后增大在第二时间常数发生。
可选地，第一和第二时间常数彼此不同。
具有前述特征的操纵模块的提供允许在确定有功功率量的速率上实行一定程度的控制。例如，对于通过短的第一时间常数快速采取措施，可期望降低例如在不平衡的故障条件期间电压源转换器与AC电网络交换的有功功率量，同时通过长的第二时间常数，交换的有功功率量能够例如更慢地增大到正常操作电平，使得电压源转换器更易于能够达到稳态操作条件。
优选地，无功功率控制块包含选择性可操作AC电压控制部分和选择性可操作故障控制部分，AC电压控制部分在单相分支中流动的电流平衡时操作，并且故障控制部分在单相分支中流动的电流不平衡时操作。
此种无功功率控制块允许在正常，即平衡操作条件期间和故障，即不平衡操作条件期间，准备好确定电压源转换器应与AC电网络交换的无功功率量。
控制器可包含具有电流参考生成器的第二控制块，电流参考生成器基于由第一控制块确定的有功和无功功率量，为每个单相分支确立相应相电流参考。
此类型的布置易于允许由电流参考生成器要确立的相电流参考考虑将其确定为期望与AC电网络交换的有功和无功功率量。
在本发明的另外优选实施例中，电流参考生成器还基于静止α-β参考系内正和负电压序列分量，为每个单相分支确立相应相电流参考，正和负电压序列分量从AC电网络的每个相的实际相电压中推导。
利用在静止α-β参考系内表示的正和负电压序列分量避免了以其他方式例如通过使用难以实现并且不可靠（至少相对于弱AC电网络）的锁相环(PLL)或诸如在同步旋转参考系内的表示的某种形式的耗时（并且因此带宽降低）的旋转变换必须使电压源转换器与AC电网络彼此同步的困难。
优选地，第二控制块也包含配置成将静止α-β参考系内的分量变换成个别的相位分量的变换模块。
变换模块的包括允许电流参考生成器也利用静止α-β参考系内从在单相分支中流动的实际电流推导的正和负电流序列分量，并且因而由此进一步避免了以其他方式必须使电压源转换器和AC电网络同步的困难。
可选地，第二控制块也包含配置成限制电流参考生成器能够确立的每个相电流参考的最大值的电流限制器模块。
此种电流限制器模块期望地保护每个单相分支和关联相位元件免于受到太高电流的损坏。
控制器可包含具有多个相位控制的第三控制块，每个相位控制对应于AC电网络的相应相，并且每个相位控制配置成生成对应单相分支被要求提供的AC电压需求，以便在对应单相分支中流动的电流跟踪确立的相电流参考。
对于AC电网络的每个相的单独的相位控制的包括还允许在每个单相分支中流动的电流彼此独立地被控制，并且由此促进与AC电网络交换的有功和无功功率量类似地独立地被控制。
优选地，控制器包含正和负序列生成器以从AC电网络的每个相的实际相电压推导在静止α-β参考系内的正和负电压序列分量。
此种生成器的包括确保此类序列分量可易于通过控制器内相应控制块加以使用。
附图说明
现在遵循作为非限制性示例，参照下面图的本发明的优选实施例的简要描述，其中：
图1示出包含根据本发明的第一实施例，位于相应AC与DC电网络之间的电压源转换器的输电网络的示意图；
图2示出对应于图1中示出的输电网络的AC侧的等效电路的示意图；
图3示出形成图1中示出的电压源转换器的一部分的控制器的示意图；
图4示出形成图3中示出的控制器的一部分的第一控制块的示意图；以及
图5(a)到5(e)示意性地图示在故障条件期间使用的图1中示出的电压源转换器的一个示例。
根据本发明的第一实施例的电压源转换器由参考数字10指明并且在图1中示出。
具体实施方式
电压源转换器10位于输电网络12内，并且更具体地说，将相应AC和DC电网络14、16互连。在示出的实施例中，AC电网络14是三相a、b、c网络，但通过根据本发明的电压源转换器，也能够适应具有少于或多于三相的AC电网络。另外，在这个意义上AC电网络具有高等效阻抗18（如图2中所示），它是弱的。
如果AC电网络14具有低惯量，即，如果它易受频率变化影响，例如，如果生成器从网络14内去除，则它也可被视为是弱的。如果存在短线路或极长线路中连接的很少的生成器，则此种低惯量网络通常出现。
在任何此种情况下，同能够与强AC电网络14，即，具有低得多的等效阻抗和/或高得多的惯量的AC电网络14交换的有功功率相比，降低了能够与弱AC电网络交换的有功功率电平，即实际功率电平。不过，本发明的电压源转换器10可与弱和强AC电网络14一起操作。
在示出的实施例中，电压源转换器10通过变压器20与AC电网络14连接，变压器20引起在图2示出的等效电路中由电感器21表示的变压器阻抗。电压源转换器10无需始终经由变压器20与AC电网络14连接。任何情况下，在电压源转换器10与AC电网络14之间的连接定义在其之间的公共耦合点(PCC)22。
电压源转换器10本身包含在使用中连接到DC电网络16的第一和第二DC端子24、26。电压源转换器10也包含三个单相分支28（图1中仅示意性地示出其中之一）。每个单相分支28包含相位元件30，在示出的实施例中，该相位元件30包含配置成将DC电网络16的DC电压Vdc与AC电网络14的AC电压互连的单个切换元件32。更具体地说，每个相位元件30的AC侧34在使用中经由变压器阻抗，即等效电感器21，连接到AC电网络14的相应相a、b、c，并且每个单相分支28连接在第一与第二DC端子24、26之间。在本发明的其他实施例（未示出）中，一个或多个相位元件30可包含多于一个切换元件32，并且在又一些实施例中，一个或多个相位元件30可另外包含例如以电容器形式的能量存储装置。
电压源转换器10也包含如图2中示意性地示出和图3中更详细示出的控制器36。
控制器36配置成确定电压源转换器10应与AC电网络14交换的有功功率量Pref，即实际功率量。控制器36也配置成独立于已经提及的有功功率量Pref而确定电压源转换器10应与AC电网络14交换的无功功率量Qref。
另外，控制器36还配置成为每个单相分支28确立相应相电流参考IrefA、IrefB、IrefC，其独立于所述或每个其他相应相电流参考IrefA、IrefB、IrefC，并且定义每个单相分支28被要求从AC电网络14的对应相a、b、c汲取或传递到AC电网络14的对应相a、b、c的电流以实现与AC电网络14的确定的有功功率Pref和无功功率Qref交换。
本文中下面提供控制器36的结构、其中独立确定有功功率量Pref和无功功率量Qref的方式以及如何确立相应相电流参考IrefA、IrefB、IrefC的另外细节。
如图4中最清晰所图示，控制器36包含具有有功功率控制块40和无功功率控制块42的第一控制块38。在使用中，根据AC电网络14的状态，即，AC电网络14中每个相a、b、c中的相应电压，即相应相电压Va、Vb、Vc是平衡的（例如，在正常操作条件期间）还是不平衡的（例如，在异常，即故障操作条件期间），有功功率控制块40确定要与AC电网络14交换的有功功率量Pref，而无功功率控制块42确定要与AC电网络14交换的无功功率量Qref。
有功功率控制块40包含功率控制段44，该功率控制段44输出要交换的所述有功功率量Pref，并且包含选择性可操作DC电压控制部分46和选择性可操作DC功率控制部分48。DC电压控制部分46和选择性可操作DC功率控制部分48中的每个包含以积分控制器形式的控制器。其他类型的控制器也是可能的，例如比例+积分控制器、比例+积分+微分控制器和具有低通滤波器的比例+积分+微分控制器。
DC电压控制部分46基于例如如由更高级控制器所确定的DC电压需求Vdc_demand，即，DC电网络16的DC电压操作电平，和在DC电网络16中实际测量的DC电压Vdc_meas，输出要交换的有功功率量Pref。以这样的方式，DC电压控制部分46选择成在电压源转换器10配置成将能量从AC电网络14传递到DC电网络16时，即，在电压源转换器10在作为整流器操作时操作。
同时，DC功率控制部分47基于例如如更高级控制器所确定的DC功率需求Pdc_demand，即，DC电网络16的DC功率电平，和在DC电网络16中实际测量的DC电压Vdc_meas和实际测量的DC电流Idc_meas的每个，输出要交换的有功功率量Pref。以这样的方法，DC功率控制部分47选择成在电压源转换器10配置成将能量从DC电网络16传递到AC电网络14时，即，在电压源转换器10在作为逆变器操作时操作。
有功功率控制块40也包含配置成在单相分支28中流动的实际电流Ia、Ib、Ic变得不平衡的情况下，修改功率控制部分44的输出Pref的故障检测段48。个别分支电流Ia、Ib、Ic中的此种不平衡由于AC电网络14的每个相a、b、c的相电压Va、Vb、Vc中的不平衡而出现。
在示出的实施例中，故障检测段48包含配置成检测AC电网络14的AC电压中的降低并且其后暂时降低电压源转换器10与AC电网络14交换的有功功率量Pref的电压电平故障检测器50。
如果单个相a、b、c中的电压骤降，或者如果AC电网络14的阻抗18中由于例如供应AC电网络14的生成器关闭而增大，则AC电压中的此种降低可能出现。在此类情况下，在AC电网络14内的AC电压降低时，如果通过AC电网络14输送的有功功率Pref保持相同，则AC电网络14中流动的电流将增大（可能如此危险）。
电压电平故障检测器50提供第一修改的有功功率量P*VL，其行动以降低电压源转换器10与AC电网络14交换的有功功率量Pref。此第一修改的量P*VL是基于要与AC电网络交换的无功功率的标称量Qnominal、峰值电流Ipeak及表示在AC电网络14中AC电压电平的正电压序列分量Vp αβ的幅度，并且将在下面更详细描述。
无功功率的标称量Qnominal和峰值电流Ipeak每个提供为根据电压源转换器10的特定设计和配置确立的恒定值。Ipeak是电压源转换器10设计成适应的额定电流值的峰值，并且Qnominal选择成将交换的有功功率量Pref降低到某个电平，由此流过电压源转换器10的电流Ia、Ib、Ic不超过Ipeak。
更具体地说，通过下面计算，推导第一修改的有功功率量P*VL：
故障检测段48也包含配置成检测AC电网络14的单相a、b、c中的接地故障并且其后暂时降低电压源转换器10与AC电网络14交换的有功功率量Pref的单相故障检测器52。
单相故障检测器52提供第二修改的有功功率量P*SPF，其行动以降低电压源转换器10与AC电网络14交换的有功功率量Pref。此第二修改的量P*SPF是基于每个单相分支28设计成适应的峰值电流Ipeak的考虑指派，并且可能通常在电压源转换器10的功率额定的0.5与0.66之间。
除前述外，故障检测段48也包含配置成检测AC电网络14的每个相a、b、c中的接地故障并且其后暂时将电压源转换器10与AC电网络14交换的有功功率量Pref降为零的多相故障检测器54。
在示出的实施例中，多相故障检测器54是三相检测器，其提供第三修改的有功功率量P*TPF，其行动以降低电压源转换器10与AC电网络14交换的有功功率量Pref。此第三修改的量P*TPF如上所示为零。
在本发明的其他实施例（未示出）中，故障检测段48可另外或备选包含其他故障检测器，例如配置成在AC电网络14的三个相a、b、c中的二个相中的接地故障的二相故障检测器。又一些此类故障检测器可包含配置成检测AC电网络14中干扰，并且提供修改的有功功率量P*F的频率故障检测器，其行动以降低频率与其正常操作范围的任何偏差。另一个此种其他故障检测器是配置成考虑AC源阻抗或AC相位角，并且提供修改的有功功率量P*W的弱AC***检测器，其行动以相应地变更计算的有功功率量Pref。
然而，在每个此种附加的实施例中，故障检测段48继续配置成在单相分支28中流动的电流Ia、Ib、Ic变得不平衡的情况下，即，在对应相电压Va、Vb、Vc变得不平衡的情况下，修改功率控制段44的输出有功功率Pref。
以上述方式，每个上述相应故障检测器50、52、54能够变更电压源转换器10与AC电网络14实际交换的有功功率量Pref。在本发明的其他实施例中，功率控制段44可只包含上述故障检测器的选择的一个或两个，以及或而是本文中未描述的又一些故障检测器。
故障检测段48还另外包含在第一短时间常数和第二长时间常数可操作的操纵模块56。
在示出的实施例中，操纵模块56采用一阶滤波器的形式，但其他类型的操纵模块也是可能的。操纵模块56变更故障检测段48的操作，由此电压源转换器10与AC电网络14交换的有功功率量Pref中的任何降低在第一时间常数发生，即快速发生，并且电压源转换器10与AC电网络交换的有功功率量Pref中的任何随后增大在第二长时间常数发生，即更慢发生。
在本发明的其他实施例中，第一和第二时间常数在电压源转换器10的操作期间可以是可配置的，使得在一些操作条件下，两个时间常数均为短时间常数，两个时间常数均为长时间常数或其任何组合。以这样的方式，操纵模块56能够操作以变更确定有功功率量Pref的速率。
在每个电压电平，单相和多相故障检测器50、52、54将其输出经由第一最小块58传递到操纵模块56。
同时，经由第二最小块60组合操纵模块56的输出和功率控制段44的输出Pref以便降低Pref的电平。
每个最小块58、60以常规方式运行，以选择提供于此的最小输入，并且将此输入传递到其输出。例如，在多相故障检测器50、52、54中的每个提供到对应最小块58的1每单位功率(pu)、0.7pu和1pu的相应输入，最小块58将最小输入，即，0.7pu传递到其输出。
返回到作为整体的第一控制块38，在其中包含的无功功率控制块42具有选择性可操作AC电压控制部分62和选择性可操作故障控制部分64。
AC电压控制部分62在单相分支28中流动的实际电流Ia、Ib、Ic平衡时，即在相电压Va、Vb、Vc平衡时电压源转换器10的正常操作期间操作，并且在如此操作时，AC电压控制部分62输出电压源转换器10应与AC电网络14交换的无功功率量Qref。此无功功率量Qref是基于例如如在公共耦合点22所测量的AC电压需求Vac_demand，即，AC电网络14的AC电压操作电平，和最早在上面提及的正电压序列分量Vp αβ的幅度。
更具体地说，在示出的实施例中，AC电压控制部分62通过控制正电压序列分量Vp αβ的幅度以遵循AC电压需求Vac_demand的幅度，确定无功功率量Qref。然而，在本发明的其他实施例中，AC电压控制部分62可以以不同方式确定无功功率量Qref。
同时，故障控制部分64在单相分支28中流动的实际电流Ia、Ib、Ic不平衡时，即在相电压Va、Vb、Vc不平衡时的故障条件期间操作。在如此操作时，故障控制部分64将无功功率量Qref设置成无功功率的标称量Qnominal。在本发明的其他实施例中，故障控制部分64可将无功功率量Qref设置成低于无功功率的标称量Qnominal。
在故障条件清除后，AC电压控制部分62恢复无功功率量Qref的确定。
如前述一样，控制器36包含合并电流参考生成器68的第二控制块66，电流参考生成器68基于由第一控制块38确定的有功和无功功率量Pref、Qref，为每个单相分支28确立相应相电流参考IrefA、IrefB、IrefC。
电流参考生成器68另外通过使用基于静止α-β参考系内正和负电压序列分量Vp αβ、Vn αβ的瞬时有功和无功功率计算方法，确立相应相电流参考IrefA、IrefB、IrefC。
正和负电压序列分量Vp αβ、Vn αβ从AC电网络14的每个相a、b、c的实际相电压Va、Vb、Vc推导，即，从如在公共耦合点22所测量的相电压推导。在此方面，注意，在没有零序列（即，不存在第四传输线）的情况下的不平衡三相电压***能够表示为正和负序列分量之和，并且表示三个测量的相电压Va、Vb、Vc的向量因此能够表述为：
其中，和是表示在静止α-β参考系中三个测量的相电压Va、Vb、Vc的正和负序列分量的向量。
电流参考生成器68另外利用将表示三个实际相电流，即，在每个单相分支28中流动的实际测量电流Ia、Ib、Ic的向量表述如下式的能力：
其中，和是表示在静止α-β参考系中三个测量的相电流Ia、Ib、Ic的正和负序列分量的向量。
从上述内容继续下去，在公共耦合点22的复功率S为：
其中，上标“*”指明复共轭。
将前述等式展开并且重新布置得到的实部Re(S)（其表示有功功率）和得到的虚部Im(S)（其表示无功功率），得出：
其中，表示在输电网络12中每时间单位的总（即，跨所有三个相a、b、c）能量流；以及
给出在三个相a、b、c每个中对应无功功率的幅度，
以及其中：
是表示仅在一个方向上每时间单位流动的能量的的平均部分；
是表示每时间单位的振荡能量流的的振荡部分（其产生零平均值，并且因此表示在网络12中对在AC与DC网络14、16之间的能量传递没有做出有效贡献的附加有功功率流的量）；
是对应于常规三相无功功率并且对在AC与DC网络14、16之间的能量传递没有贡献的的平均部分；以及
是在AC与DC网络14、16之间未传递任何能量的情况下也对应于在三个相a、b、c之间交换的无功功率的的振荡部分。
在不平衡，即，故障操作条件中，上面提及的两个振荡部分、均与负序列分量的存在有关，并且因此是不合需要的，特别是在诸如本实施例中的AC电网络的弱AC电网络14中。
平均部分、能够在静止α-β系中计算如下：
对于弱AC电网络14（并且如果结合强AC电网络14操作，则这也会发生），电流参考生成器68布置成在公共耦合点22或在每个相位元件的AC侧34避免有功功率的波纹，即，通过使= 0。这通过优化电流Iα *和Iβ *以便获得= 0来实现。
另外，在不平衡条件下操作时，电流参考生成器68布置成优化电流Iα *和Iβ *以便降低由DC电网络16要求的实际有功功率。一旦引起不平衡操作条件的故障已清除，这将允许AC电网络14平静下来(settle down)。
为满足上面提及的要求，电流参考生成器68满足四个约束，每个约束由具有在静止α-β参考系内的正和负序列分量的线性等式表示并且如下陈述：
其中，是有功功率损耗；
；
；以及
电流参考生成器68因此配置成根据以下等式确立相电流参考IrefA、IrefB、IrefC：
；以及
，
即，，以及
其中，通过使用克拉克变换的逆，相电流参考IrefA、IrefB、IrefC从上述和获得。
如上所陈述的配置的此种电流参考生成器68在平衡，即非故障条件和不平衡，即故障条件期间均运行。
例如，在平衡条件期间运行时，负电压序列分量等于零，这又导致负电压序列分量也等于零。
同时，在不平衡条件期间运行时，电流参考生成器68将通过满足上面陈述的四个约束来计算复共轭正和负电流序列分量、、、，并且由此又能够确立每个相电流参考IrefA、IrefB、IrefC。
第二控制块66也包含变换模块70，该模块配置成将静止α-β参考系内的分量，即，和，变换成个别的相位分量，即，IrefA、IrefB、IrefC。更具体地说，变换模块70执行上面提及的逆克拉克变换。
另外，第二控制块66还包含配置成限制电流参考生成器68能够确立的每个相电流参考IrefA、IrefB、IrefC的最大值的电流限制器模块72。优选地，最大值选择成不超过每个单相28设计成适应的最大峰值电流Imax。
控制器36还另外包含具有三个相位控制76A、76B、76C的第三控制块74，每个相位控制对应于AC电网络14的相应相a、b、c。
每个相位控制76A、76B、76C配置成生成对应单相分支28被要求提供的AC电压需求VconvA、VconvB、VconvC以便在对应单相分支28中流动的电流Ia、Ib、Ic跟踪确立的相电流参考IrefA、IrefB、IrefC。每个相位控制76A、76B、76C利用离散时间滑动模式控制(DSMC)控制算法，但其他控制算法也可使用。
控制器36也另外包含正和负序列生成器78，它从AC电网络14的每个相a、b、c的实际相电压Va、Vb、Vc（即，如在公共耦合点22所测量的每个相电压Va、Vb、Vc）推导静止α-β参考系内由第一和第二控制块38、66使用的正和负电压序列分量Vp αβ、Vn αβ。在示出的实施例中，正和负序列生成器78利用正/负序列分量提取方法，但其他方法也可由本发明使用。
图5(a)到5(e)中示意性地图示以单相a中的接地故障形式的故障条件期间，在使用中的电压源转换器10的示例。
更具体地说，图5(d)示出在0.8与1秒之间的相中的接地故障。
在故障开始时，即，在0.8秒，电压源转换器10，并且更具体地说，其控制器36通过降低它确定的应与AC电网络14交换的有功功率量Pref来做出反应，由此导致与AC电网络14交换的实际的有功功率量Pmeas，如图5(a)中所示那样地降低。
同时，如由图5(c)中示出的实际测量的无功功率Qmeas所图示，无功功率Qref独立于有功功率Pref地被控制，并且更具体地说，由无功功率控制块42的故障控制部分64设置成Qnominal，例如大约0.4每单位无功功率。以这样方法，如由图5(a)中示出的实际有功功率Pmeas交换所证明的，能量仍在AC与DC电网络14、16之间传递。
此外，控制器36将在单相分支28中流动的实际电流Ia、Ib、Ic中的任何尖峰成功地限制到在1.4倍于其正常操作电平的Ia的情况下的最大值，如图5(e)所示，但也可选择其他最大电流电平。
为完整起见，图5(b)示出AC电压需求VAC_demand的幅度和正电压序列分量Vp αβ的幅度，它们通常将用于确定在正常，即非故障条件下电压源转换器的操作期间要交换的无功功率量Qref。

Claims (16)

1.一种电压源转换器，包括：
用于连接到DC电网络的第一和第二DC端子；
多个单相分支，每个单相分支包含相位元件，每个相位元件包含配置成将DC电压和AC电压互连的至少一个切换元件，每个相位元件的AC侧可连接到多相AC电网络的相应相，每个单相分支连接在所述第一与第二DC端子之间；以及
控制器，配置成彼此独立确定所述电压源转换器应与所述AC电网络交换的有功功率量和所述电压源转换器应与所述AC电网络交换的无功功率量，所述控制器还配置成为每个单相分支确立相应相电流参考，其独立于所述或每个其他相应相电流参考，并且定义每个单相分支被要求从所述AC电网络的对应相汲取或传递到所述AC电网络的对应相的电流以实现与所述AC电网络的所确定的有功功率和无功功率交换。
2.如权利要求1所述的电压源转换器，其中所述控制器包含第一控制块，所述第一控制块具有确定要与所述AC电网络交换的所述有功功率量的有功功率控制块和确定要与所述AC电网络交换的所述无功功率量的无功功率控制块。
3.如权利要求2所述的电压源转换器，其中所述有功功率控制块包含输出要交换的所述有功功率量的功率控制段，所述功率控制段包含选择性可操作DC电压控制部分和选择性可操作DC功率控制部分，所述DC电压控制部分在所述电压源转换器配置成将能量从所述AC电网络传递到所述DC电网络时操作，并且所述DC功率控制在所述电压源转换器配置成将能量从所述DC电网络传递到所述AC电网络时操作。
4.如权利要求3所述的电压源转换器，其中所述有功功率控制块还包含配置成在所述单相分支中流动的所述电流变得不平衡的情况下，修改所述功率控制段的所述输出以便由此变更所述电压源转换器与所述AC电网络交换的所述有功功率量的故障检测段。
5.如权利要求4所述的电压源转换器，其中所述故障检测段包含配置成检测所述AC电网络的所述AC电压减小并且其后暂时降低所述电压源转换器与所述AC电网络交换的所述有功功率量的电压电平故障检测器。
6.如权利要求4或权利要求5所述的电压源转换器，其中所述故障检测段包含配置成检测所述AC电网络的单相中的接地故障并且其后暂时降低所述电压源转换器与所述AC电网络交换的所述有功功率量的单相故障检测器。
7.如权利要求4到6中的任一项所述的电压源转换器，其中所述故障检测段包含配置成检测所述AC电网络的每个相中的接地故障并且其后暂时将所述电压源转换器与所述AC电网络交换的所述有功功率量降到零的多相故障检测器。
8.如权利要求4到7中的任一项所述的电压源转换器，其中所述故障检测段包含在第一时间常数和第二时间常数可操作的操纵模块，所述操纵模块变更所述故障检测段的操作，由此所述电压源转换器与所述AC电网络交换的所述有功功率量的任何降低在所述第一时间常数发生，并且所述电压源转换器与所述AC电网络交换的所述有功功率量的任何随后增大在所述第二时间常数发生。
9.如权利要求8所述的电压源转换器，其中所述第一和第二时间常数彼此不同。
10.如权利要求2到9任一项所述的电压源转换器，其中所述无功功率控制块包含选择性可操作AC电压控制部分和选择性可操作故障控制部分，所述AC电压控制部分在所述单相分支中流动的所述电流平衡时操作，并且所述故障控制部分在所述单相分支中流动的所述电流不平衡时操作。
11.如权利要求2到10中的任一项所述的电压源转换器，其中所述控制器包含具有电流参考生成器的第二控制块，所述电流参考生成器基于由所述第一控制块确定的有功和无功功率的所述量，为每个单相分支确立所述相应相电流参考。
12.如权利要求11所述的电压源转换器，其中所述电流参考生成器还基于静止α-β参考系内正和负电压序列分量，为每个单相分支确立所述相应相电流参考，所述正和负电压序列分量从所述AC电网络的每个相的所述实际相电压中推导。
13.如权利要求11或权利要求12所述的电压源转换器，其中所述第二控制块也包含配置成将静止α-β参考系内的分量变换成个别的相位分量的变换模块。
14.如权利要求11到13中的任一项所述的电压源转换器，其中所述第二控制块也包含配置成限制所述电流参考生成器能够确立的每个相电流参考的最大值的电流限制器模块。
15.如权利要求11到14中的任一项所述的电压源转换器，其中所述控制器包含具有多个相位控制的第三控制块，每个相位控制对应于所述AC电网络的相应相，并且每个相位控制配置成生成所述对应单相分支被要求提供的AC电压需求，以便在所述对应单相分支中流动的所述电流跟踪所述确立的相电流参考。
16.如权利要求2到15中的任一项所述的电压源转换器，其中所述控制器包含正和负序列生成器以从所述AC电网络的每个相的所述实际相电压推导在静止α-β参考系内的正和负电压序列分量。
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