CN111433995A

CN111433995A - 转换器方案

Info

Publication number: CN111433995A
Application number: CN201880079061.8A
Authority: CN
Inventors: R.A.穆克德卡尔; G.S.奥海丁; A.库马尔
Original assignee: General Electric Technology GmbH
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2017-10-06
Filing date: 2018-10-05
Publication date: 2020-07-17
Anticipated expiration: 2038-10-05
Also published as: EP3467987A1; EP3467987B1; KR102638418B1; JP2020537472A; CN111433995B; US20200266721A1; JP7143406B2; BR112020006802A2; KR20200070285A; WO2019068874A1; BR112020006802B1; US11251722B2

Abstract

转换器方案（30）包括多个极和多个转换器（32），多个极（60、62、64）包括至少一个正极（60）、至少一个负极（62）和中性极（64），多个转换器（32）包括至少一个第一转换器（32a）和至少一个第二转换器（32b），所述第一转换器（32a）或每个第一转换器（32a）连接到中性极（64）和所述正极（60）或相应的正极（60），所述第一转换器（32a）或每个第一转换器（32a）可操作以控制跨中性极（64）和对应的正极（60）的转换器电压，所述第二转换器（32b）或每个第二转换器（32b）连接到中性极（64）和所述负极（62）或相应的负极（62），所述第二转换器（32b）或每个第二转换器（32b）可操作以控制跨中性极（64）和对应的负极（62）的转换器电压，其中转换器方案（30）包括控制器（36），该控制器（36）被编程以当正极（60）和负极（62）的功率或电流水平之间存在不平衡时以及当中性极（64）处于非零电位时执行电压控制模式，控制器（36）被编程以执行电压控制模式，从而操作每个转换器（32a、32b）来控制对应的转换器电压，使得对应的正极或负极（60、62）的极到地电压等于或低于对应的正极或负极（60、62）的额定电压。

Description

转换器方案

技术领域

本发明涉及包括多个转换器的转换器方案，特别地，涉及在中性极和地之间具有高阻抗导体的转换器方案，优选地供高压直流传输和分配使用。

背景技术

已知的是，操作包括多个转换器的转换器方案。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种转换器方案，所述转换器方案包括多个极和多个转换器，所述多个极包括至少一个正极、至少一个负极和中性极，所述多个转换器包括至少一个第一转换器和至少一个第二转换器，所述第一转换器或每个第一转换器连接到所述中性极和所述正极或相应的正极，所述第一转换器或每个第一转换器可操作以控制跨所述中性极和对应的正极的转换器电压，所述第二转换器或每个第二转换器连接到所述中性极和所述负极或相应的负极，所述第二转换器或每个第二转换器可操作以控制跨所述中性极和对应的负极的转换器电压，其中所述转换器方案包括控制器，所述控制器被编程以当所述正极和负极的功率或电流水平之间存在不平衡时以及当所述中性极处于非零电位时执行电压控制模式，所述控制器被编程以执行所述电压控制模式，从而操作每个转换器来控制对应的转换器电压，使得对应的正极或负极的极到地电压等于或低于对应的正极或负极的额定电压。

本发明的转换器方案可以包括但不限于供双极电力传输方案中使用的双极转换器布置。备选地或附加地，本发明的转换器方案可以包括但不限于多端子转换器布置，所述多端子转换器布置包括并联连接的多个第一转换器和/或并联连接的多个第二转换器。

正极和负极中的每一个的额定电压都可以由与电力传输设备连接或与电力传输设备相关联的电力传输设备的额定电压来定义。

在使用中，第一转换器和第二转换器中的每一个都***作以控制跨中性极和对应的正极或负极的相应转换器电压，以便促进在平衡操作状况下的电力传输，在所述平衡操作状况下，正极和负极的功率或电流水平被平衡，并且其中中性极处于零电位。由第一转换器和第二转换器提供的转换器电压通常由用户要求来定义，用户要求包括在整个电力传输过程中维持转换器电压的恒定水平。

在本发明的转换器方案中包括控制器，通过使转换器方案能够在不平衡操作状况下促进电力传输，改进了转换器方案的可靠性和可用性，在不平衡操作状况下，正极和负极的功率或电流水平不平衡，并且其中中性极处于非零电位。这是因为，尽管不平衡操作状况造成了超过至少一个正极或负极的额定电压的风险，但是控制器能够在不平衡操作状况期间自动执行电压控制模式，以确保不超过正极和负极的额定电压。否则，从转换器方案中省略控制器将要求关闭转换器方案，直到平衡操作状况恢复为止，因为转换器方案在不平衡操作状况下的操作由于超过至少一个正极或负极的额定电压的风险而不能被允许，或将要求以较高功率水平操作的极的功率降低到与以较低功率水平操作的极的功率相同，从而不利地影响转换器方案的总体功率能力。

此外，电压控制模式的性能使得转换器方案能够采用具有如下效果的转换器电压：当与转换器方案在不平衡操作状况下继续采用在平衡操作状况期间也使用的转换器电压的未优化场景相比时，优化了由不平衡操作状况出现的转换器方案的操作损耗。

正极和负极的功率或电流水平之间的不平衡的改变可能作为例如一个或多个操作参数的改变或转换器方案的配置的改变的结果而出现。可能是在先前的不平衡操作状况下在电压控制模式中使用的转换器电压可能导致在新的不平衡操作状况下转换器方案的次优性能（诸如，更高的损耗、更高的电压应力和减少的寿命）。转换器方案的配置改变可能是作为与中性极相关联的服务中的导体的数量改变（这改变了中性极的阻抗）和/或并联连接的转换器的数量改变的结果而出现。

在本发明的实施例中，控制器可以被编程以执行电压控制模式，从而操作每个转换器来响应于正极和负极的功率或电流水平之间的不平衡的改变而实时更新对应的转换器电压，使得对应的正极或负极的极到地电压等于或低于对应的正极或负极的额定电压。

以上述方式对控制器编程使得控制器能够操作每个转换器，从而动态地控制对应的转换器电压，来将对应的正极或负极的极到地电压维持在等于或低于对应的正极或负极的额定电压的水平，甚至在转换器方案的不平衡操作状况改变期间也如此。

在本发明的另外实施例中，控制器可以被编程以执行电压控制模式，从而操作转换器中的至少一个来降低对应的转换器电压并且增加对应的正极或负极的电流，使得对应的正极或负极的极到地电压等于或低于对应的正极或负极的额定电压。这确保了转换器方案经由对应的正极或负极递送所需功率的能力不受对应的转换器电压降低的影响。

电压控制模式可以取决于第一转换器的数量和第二转换器的数量而变化。将理解，第一转换器的数量范围从一个到许多，并且第二转换器的数量范围从一个到许多。

在本发明的实施例中，第一转换器的数量可以等于第二转换器的数量。在这样的实施例中，控制器可以被编程以当在以下项之间存在不平衡时执行电压控制模式：

当存在单个正极和单个负极时，正极的功率或电流水平与负极的功率或电流水平；或

当存在多个正极和多个负极时，正极的功率或电流水平的总和与负极的功率或电流水平的总和。

当有必要在例如转换器方案的测试/调试和/或维护期间将正极和负极以不同功率水平操作一段时间时，可能会出现上述不平衡操作状况。当第一转换器和第二转换器中至少一个的功率能力例如由于关联的冷却***中的断电或因为部分断电导致关联的设备降额等引起而降低时，也可能出现上述不平衡操作状况。

在本发明的其它实施例中，第一转换器的数量可以不等于第二转换器的数量。在这样的实施例中，控制器可以被编程以当在以下项之间存在不平衡时执行电压控制模式：

当存在多个正极和单个负极时，正极的功率或电流水平的总和与负极的功率或电流水平；

当存在单个正极和多个负极时，负极的功率或电流水平的总和与正极的功率或电流水平；或

当一个或多个极由于故障或由于维护而引起停止服务时，可能会出现上述不平衡操作状况。当转换器方案的要求包括（一个或多个）第一转换器和（一个或多个）第二转换器之间不同的功率需求时，上述不平衡操作状况也可能出现。

控制器可以被编程以执行电压控制模式，从而操作转换器中的至少一个来在正极和负极中的至少一个的功率或电流水平改变期间，以及当正极和负极中的至少一个的功率或电流水平改变期间，在正极和负极的功率或电流水平之间存在不平衡时，改变对应的转换器电压。

当正极和负极中的至少一个正在经历功率或电流水平的改变（这在正极和负极的功率或电流水平之间产生了暂时的不平衡）时，上述不平衡操作状况可能出现。正极和负极中的至少一个的功率或电流水平的改变可以采取在对应的转换器被解阻塞（deblocked）之后正极和负极中的至少一个的功率或电流水平增加的形式，或在对应的转换器被阻塞（blocked）之前正极和负极中的至少一个的功率或电流水平降低的形式。

因此，本发明的转换器方案能够执行电压控制模式，从而促进跨宽范围的不平衡操作状况下的电力传输。

在本发明的优选实施例中，控制器可以被编程以在电压控制模式下使用中性极的非零电位作为参考值，从而操作转换器中的至少一个来控制对应的转换器电压，使得对应的正极或负极的极到地电压等于或低于对应的正极或负极的额定电压。

以这种方式对控制器编程提供了在电压控制模式下控制转换器电压的可靠手段，以避免超过对应的正极或负极的额定电压的风险。

控制器可以被编程以获得或确定中性极的一个或多个操作参数，并且使用中性极的获得或确定的操作参数或每个获得或确定的操作参数来确定中性极的非零电位。例如，可以从被配置成直接测量中性极的给定操作参数的测量装置接收给定操作参数，或通过控制器可以基于转换器方案的操作参数来对中性极的给定操作参数进行计算、预测或建模。可以通过计算、预测或建模的方式来执行中性极的非零电位的确定。中性极的操作参数可以涉及与中性极关联的（一个或多个）导体的阻抗，该阻抗取决于服务中的并联连接的导体的数量、导体温度和流过（一个或多个）导体的电流。与中性极关联的（一个或多个）导体的阻抗可以从周期性更新的查找表中选择，或可以实时计算。

作为例如中性极的一个或多个操作参数的改变的结果，中性极的非零电位的改变可能出现。控制器可以被编程以响应于中性极的操作参数的至少一个改变而实时更新中性极的确定的非零电位。这确保了参考值准确地反映中性极的实际非零电位，以便在电压控制模式下可靠地实现转换器电压的期望控制，从而使得控制器响应于中性极的操作参数的至少一个改变能够操作转换器，从而在电压控制模式下动态地控制转换器电压。

控制器可以被编程以获得或确定中性极的电流，并且使用中性极的获得或确定的电流来确定中性极的非零电位。

转换器方案可以还包括连接到中性极的导体，其中该导体可以连接到地电位。更确切地说，转换器方案可以包括连接到中性极的至少一个导体，其中导体或每个导体例如采用专用金属回线（metallic return）或电极线的形式。此外，转换器方案可以包括连接到中性极并且并联连接的多个导体，其中转换器方案可以利用在服务中的一个或多个导体来操作。

当转换器方案包括连接到中性极的导体时，控制器可以被编程以获得或确定导体的电阻或阻抗，并且使用导体的获得或确定的电阻或阻抗来确定中性极的非零电位。

导体的电阻或阻抗的改变可以作为例如导体的一个或多个操作参数的改变的结果而出现。控制器可以被编程以响应于导体的操作参数的至少一个改变而实时更新导体的获得或确定的电阻或阻抗。这确保了参考值准确地反映中性极的实际非零电位，以便在电压控制模式下可靠地实现转换器电压的期望控制，从而使得控制器响应于导体的操作参数的至少一个改变，在电压控制模式下能够动态地控制转换器电压。

转换器方案可以还包括测量装置，该测量装置被配置成测量导体的电特性，以获得导体的电阻或阻抗。控制器可以被编程以使用导体的获得的电阻或阻抗来更新确定导体的电阻或阻抗的过程。这为控制器提供了智能学习机制，该智能学习机制确保了基于导体的获得或确定的电阻或阻抗来准确确定中性极的非零电位。

控制器可以被编程以获得或确定导体的最大电阻或阻抗，并且使用导体的获得或确定的最大电阻或阻抗来确定中性极的非零电位。

使用导体的最大电阻或阻抗简化了供电压控制模式中使用的中性极的非零电位的确定，而使用导体的实际电阻或阻抗虑及转换器方案的更优化的电力传输性能，但是要求供电压控制模式中使用的中性极的非零电位的更复杂的确定。

根据本发明的第二方面，提供了一种操作转换器方案的方法，转换器方案包括多个极和多个转换器，多个极包括至少一个正极、至少一个负极和中性极，多个转换器包括至少一个第一转换器和至少一个第二转换器，所述第一转换器或每个第一转换器连接到中性极和所述正极或相应的正极，所述第二转换器或每个第二转换器连接到中性极和所述负极或相应的负极，其中所述方法包括以下步骤：

操作所述第一转换器或每个第一转换器以控制跨中性极和对应的正极的转换器电压；

操作所述第二转换器或每个第二转换器以控制跨中性极和对应的负极的转换器电压；以及

当在正极和负极的功率或电流水平之间存在不平衡时以及当中性极处于非零电位时，执行电压控制模式，从而操作每个转换器来控制对应的转换器电压，使得对应的正极或负极的极到地电压等于或低于对应的正极或负极的额定电压。

本发明的第一方面的转换器方案及其实施例的优点经必要的修正适用于本发明的第二方面及其实施例的方法。

本发明的方法可以包括如下步骤：执行电压控制模式，从而操作每个转换器来响应于正极和负极的功率或电流水平之间的不平衡的改变而实时更新对应的转换器电压，使得对应的正极或负极的极到地电压等于或低于对应的正极或负极的额定电压。

本发明的方法可以包括如下步骤：执行电压控制模式，从而操作转换器中的至少一个来降低对应的转换器电压，并且可选地增加对应的正极或负极的电流，使得：

对应的正极或负极的极到地电压等于或低于对应的正极或负极的额定电压；和/或

中性极（66）中的电流等于或低于中性极（66）的导体的额定电流。

对应的正极或负极的电流增加是为了维持来自所述对应的转换器或每个对应的转换器的期望功率水平。

在本发明的方法的实施例中，第一转换器的数量可以等于第二转换器的数量。在这样的实施例中，本发明的方法可以包括如下步骤：当在以下项之间存在不平衡时执行电压控制模式：

在本发明的方法的其它实施例中，第一转换器的数量可以不等于第二转换器的数量。在这样的实施例中，本发明的方法可以包括如下步骤：当在以下项之间存在不平衡时执行电压控制模式：

本发明的方法可以包括如下步骤：执行电压控制模式，从而操作转换器中的至少一个来在正极和负极中的至少一个的功率或电流水平改变期间，以及当正极和负极中的至少一个的功率或电流水平改变期间，在正极和负极的功率或电流水平之间存在不平衡时，改变对应的转换器电压。

本发明的方法可以包括如下步骤：在电压控制模式下使用中性极的非零电位作为参考值来操作转换器中的至少一个以控制对应的转换器电压，使得对应的正极或负极的极到地电压等于或低于对应的正极或负极的额定电压。

本发明的方法可以包括如下步骤：获得或确定中性极的一个或多个操作参数，并且使用所述中性极的所述获得或确定的操作参数或每个获得或确定的操作参数来确定中性极的非零电位。

本发明的方法可以包括如下步骤：响应于中性极的操作参数的至少一个改变而实时更新中性极的确定的非零电位。

本发明的方法可以包括如下步骤：获得或确定中性极的电流；以及使用中性极的获得或确定的电流来确定中性极的非零电位。

当转换器方案还包括连接到中性极的导体时，本发明的方法可以包括如下步骤：获得或确定导体的电阻或阻抗；以及使用导体的获得或确定的电阻或阻抗来确定中性极的非零电位。

本发明的方法可以包括如下步骤：响应于导体的操作参数的至少一个改变而实时更新导体的获得或确定的电阻或阻抗。

当转换器方案还包括被配置成测量导体的电特性以获得导体的电阻或阻抗的测量装置时，本发明的方法可以包括如下步骤：使用导体的获得的电阻或阻抗来更新确定导体的电阻或阻抗的过程。

本发明的方法可以包括如下步骤：获得或确定导体的最大电阻或阻抗；以及使用导体的获得或确定的最大电阻或阻抗来确定中性极的非零电位。

将认识到，在本专利说明书中使用术语“第一”和“第二”等仅仅旨在在类似的特征之间进行区分（例如，第一转换器和第二转换器），并且不旨在指示一个特征的相对重要性在另一特征之上，除非另有规定。

附图说明

现在将参考附图，通过非限制性示例描述本发明的优选实施例，在所述附图中：

图1示意性示出了根据本发明的第一实施例的转换器方案；

图2示意性示出了图1的转换器方案的示例性转换器；

图3图示了当不执行本发明的电压控制模式时，图1的转换器方案在不平衡操作状况下的示例性操作；

图4图示了当执行本发明的电压控制模式时，图1的转换器方案在不平衡操作状况下的示例性操作；

图5图示了图1的转换器方案的不平衡操作状况的示例；

图6图示了当不执行本发明的电压控制模式时，图1的转换器方案在图5的不平衡操作状况下的示例性操作；

图7图示了当执行本发明的电压控制模式时，图1的转换器方案在图5的不平衡操作状况下的示例性操作；

图8示意性示出了根据本发明的第二实施例的转换器方案；

图9图示了当不执行本发明的电压控制模式时，图8的转换器方案在不平衡操作状况下的示例性操作；以及

图10图示了当执行本发明的电压控制模式时，图8的转换器方案在不平衡操作状况下的示例性操作。

具体实施方式

根据本发明的第一实施例的双极转换器方案在图1中示出了，并且一般由附图标记30标示。优选地，双极转换器方案被额定以供高压直流传输使用。

双极转换器方案30包括多个极、多个第一转换器32和第二转换器32、多个第三转换器34和控制器36。为了清楚起见，在附图中每个第一转换器也被标记为32a，并且每个第二转换器也被标记为32b。

出于简化的目的，图1的双极性转换器方案的控制器36参考其作为单个控制单元38的实现而被示例性地描述。控制器36的配置可以根据双极转换器方案30的特定要求而变化。例如，控制器36可以包括用于控制多个转换器32、34的全局控制单元、用于控制双极转换器方案30的至少一个局部控制单元、用于控制至少一个转换器32、34的至少一个局部控制单元或其组合。全局控制单元可以远离每个转换器32、34而定位，并且可以被配置成经由电信链路与每个转换器32、34通信。所述局部控制单元或每个局部控制单元可以位于至少一个转换器32、34的附近。全局控制单元可以被配置成经由电信链路与至少一个局部控制单元通信。在多个局部控制单元的情况下，每个局部控制单元可以被配置成经由电信链路与至少一个其他局部控制单元通信。

双极转换器方案30包括在第一端和第二端之间延伸的第一DC电力传输线40，以及在第一端和第二端之间延伸的第二DC电力传输线42。

每个转换器32、34包括第一DC端子44和第二DC端子46。此外，图1所示的每个转换器32、34包括多个AC端子48，其中的每个AC端子48在使用中被连接到相应多相AC网络50的相应的相位。更特别地，图1所示的每个转换器32、34定义了AC/DC电压源转换器32、34，其包括多个转换器分支52，其中的每个转换器分支52如图2所示布置。在其他实施例中，要设想每个电压源转换器32、34可以由线路换向转换器代替。

每个转换器分支52在第一DC端子44和第二DC端子46之间延伸，并且包括在第一DC端子44和AC端子48之间延伸的第一分支部分54，以及在第二DC端子46和AC端子48之间延伸的第二分支部分56。

每个分支部分54、56包括多个串联连接的开关元件58，其中的每个开关元件58都是晶闸管的形式。可以设想，在本发明的其他实施例中，每个分支部分中的多个串联连接的开关元件可以由一个或多个其他类型的半导体开关（诸如，绝缘栅双极晶体管（IGBT））代替。

应当理解，每个转换器32、34的拓扑仅仅被选择来帮助说明本发明的操作，并且每个转换器32、34可以被具有不同拓扑的另一转换器代替。例如，每个转换器32、34可以被配置为链式链接转换器，诸如模块化多水平转换器（MMC）或交替臂转换器（AAC）。

多个极包括DC正极60、DC负极62和中性极64。

第一转换器32a的第一DC端子44被连接到DC正极60，第二转换器32b的第一DC端子44被连接到DC负极62，并且第一转换器32a和第二转换器32b的第二DC端子46被连接到中性极64。

第一DC电力传输线40的第一端可操作地连接到DC正极60，并且第一DC电力传输线40的第二端可操作地连接到多个第三转换器34中的一个的第一DC端子44。第二DC电力传输线42的第一端可操作地连接到DC负极62，并且第二DC电力传输线42的第二端可操作地连接到多个第三转换器34中的另一个的第一DC端子44。

中性极64可操作地连接到高阻抗电流返回路径66的第一端，而电流返回路径66的第二端连接到多个第三转换器34的第二DC端子46。电流返回路径66在图1中被显示为在其第二端接地，但是在其他实施例中可以在其第一端接地。电流返回路径66可以包括单个导体或多个并联连接的导体，其中所述导体或每个导体采用电极线或专用金属回线的形式。当电流返回路径66包括多个并联连接的导体时，双极转换器方案30在服务中的一个或多个导体的情况下是可操作的。

控制器36被编程以操作每个转换器32、34，从而促进第一转换器32a和第二转换器32b与第三转换器34之间的电力传输。更特别地，控制器36被编程以操作每个转换器32以控制跨对应的DC端子44、46的相应转换器电压，使得第一转换器32a能够控制跨DC正极60和中性极64的转换器电压，并且第二转换器32b能够控制跨DC负极62和中性极64的转换器电压。此外，控制器36被编程以选择性地操作每个转换器32、34，从而在阻塞和解阻塞状态之间改变，以控制转换器32a、34a之间的DC功率流和转换器32b、34b之间的DC功率流。

在使用中，第一转换器32a和第二转换器32b中的每一个***作以控制跨中性极64和对应的DC正极60或DC负极62的相应转换器电压，以便促进在平衡操作状况下的电力传输，在所述平衡操作状况下，DC正极60和DC负极62的功率和电流水平被平衡，并且其中中性极64处于零电位Vn。同时，转换器电压在整个电力传输中都维持在相等且恒定的水平，并且被定义为确保DC正极60和DC负极62的极到地电压分别不超过DC正极60和DC负极62的额定电压。为了说明起见，DC正极60和DC负极62的额定电压被设置在800kV，但是将理解，DC正极60和DC负极62的每个额定电压可以具有不同于800kV的值。

图3图示了双极转换器方案30的不平衡操作状况的示例。在图3中，DC正极60正以1650MW的最大功率水平操作，其中跨DC正极60和中性极64施加800kV的操作者定义的转换器电压，并且第二DC极62正以150MW的最小功率水平操作，其中跨DC负极62和中性极64施加800kV的操作者定义的转换器电压。2.0625kA的电流流过第一DC电力传输线40，而0.1974kA的电流流过第二DC电力传输线42。作为在DC正极60和DC负极62之间的功率和电流水平的不平衡的结果，1.865kA的电流流过电流返回路径66，该电流返回路径66具有29.5Ω的最大电阻，使得中性极以-55kV的非零电位Vn操作。

中性极64的-55kV的非零电位Vn的存在意味着：DC正极60和DC负极62的极到地电压分别被修改为745kV和-855kV。DC负极62的极到地电压增加到-855kV意味着：超过了DC负极62的额定电压。

类似地，如果DC正极60正以150MW的最小功率水平操作，其中跨DC正极60和中性极64施加800kV的转换器电压，并且第二DC极62正以1650MW的最大功率水平操作，其中跨DC负极62和中性极64施加800kV的转换器电压，则DC正极60和DC负极62的极到地电压分别被修改为855kV和-745kV，这导致超过DC正极60的额定电压。

为了避免在上述不平衡操作状况下超过DC正极60和DC负极62的额定电压，控制器36在电压控制模式操作，该电压控制模式参考图4描述如下。

基于DC正极60和DC负极62之间的功率和电流水平的不平衡，可以对在电流返回路径66中流动的电流进行计算、预测或建模。基于电流返回路径66的配置（即，是否一个或多个导体在服务中），电流返回路径66的电阻可以被测量、计算、预测或建模。然后中性极64的非零电位Vn可以根据在电流返回路径66中流动的确定的电流和电流返回路径66的确定的电阻来计算。

然后，通过比较DC正极60和DC负极62的功率水平之间的功率差ΔP，或通过比较在DC正极60和DC负极62流动的电流（它们是分别流过第一DC电力传输线40和第二DC电力传输线42的电流）的绝对值之间的电流差ΔI，来评估DC正极60和DC负极62的功率和电流水平之间的不平衡。

如果功率差ΔP或电流差ΔI等于或高于预定阈值，则第一转换器32a操作以将跨DC正极60和中性极64的转换器电压控制为操作者定义的转换器电压（例如，800kV），而第二转换器32b操作以将跨DC负极62和中性极64的转换器电压控制为以下两者中的较低者：（i）操作者定义的转换器电压，和（ii）极到地电压极限Vdc_limit和中性极64的非零电位Vn之间的差。在这种情况下，极到地电压极限Vdc_limit由DC负极62的额定电压来定义。

如果功率差ΔP或电流差ΔI低于预定义阈值，则第一转换器32a操作以将跨DC正极60和中性极64的转换器电压控制为以下两者中的较低者：（i）操作者定义的转换器电压（例如，800kV），和（ii）极到地电压极限Vdc_limit和中性极64的非零电位Vn之间的差，而第二转换器32b操作以将跨DC负极62和中性极64的转换器电压控制为操作者定义的转换器电压。在这种情况下，极到地电压极限Vdc_limit由DC正极60的额定电压来定义。

将理解，电流返回路径66中的电流方向可用于标识哪个转换器32a、32b将操作以将对应的转换器电压控制为以下两者中的较低者：（i）操作者定义的转换器电压，和（ii）极到地电压极限Vdc_limit和中性极64的非零电位Vn之间的差。更特别地，如果电流正在流向电流返回路径66的第一端，则以这种方式控制第二转换器32b，并且如果电流正在流向电流返回路径66的第二端，则以这种方式控制第一转换器32a。

图4图示了电压控制模式在双极转换器方案30的上述不平衡操作状况期间的性能。在图4中，DC正极60正以1650MW的最大功率水平操作，其中跨DC正极60和中性极64施加800kV的操作者定义的转换器电压，并且第二DC极62正以150MW的最小功率水平操作，其中跨DC负极62和中性极64施加-745kV的控制器定义的转换器电压。这里控制器定义的转换器电压是在-800kV的DC负极62的额定电压和55kV的中性极64的非零电位Vn之间的差。2.0625kA的电流流过第一DC电力传输线40，而0.2013kA的增加的电流流过第二DC电力传输线42。DC正极60和DC负极62的极到地电压分别为745kV和-799.9kV。

因此，在双极转换器方案30的不平衡操作状况期间，电压控制模式的性能避免了超过DC正极60和DC负极62的极到地电压的风险，并由此通过使双极转换器方案30能够在不平衡操作状况下促进电力传输来改进双极转换器方案30的可靠性和可用性。

此外，电压控制模式的性能使得双极转换器方案30能够采用具有如下效果的转换器电压：当与双极转换器方案30在不平衡操作状况下继续采用在平衡操作状况期间也曾使用的转换器电压的场景相比时，降低了由不平衡操作状况引起的双极转换器方案30的操作损耗。

可选地，控制器36可以被编程以周期性地更新电流返回路径66的电阻，以考虑电流返回路径66的操作参数（诸如电流返回路径66的温度和流过电流返回路径66的电流）的改变。这可以通过将电流返回路径66两端的电压差除以流过电流返回路径66的电流来完成。这使得电压控制模式能够基于非零电位参考值来实现，该非零电位参考值准确地反映了中性极64的实际非零电位Vn。

进一步可选地，控制器36可以被编程以使用获得的电流返回路径66的电阻来更新电阻计算等式或查找表，使得控制器36被配备有智能学习机制，该智能学习机制确保更准确地确定中性极64的非零电位Vn。

甚至更进一步可选地，在电压控制模式下的控制器36可以被编程以使用电流返回路径66相对于环境温度的最大电阻，并且对于电流返回路径66的给定导体配置，其可以使用软件被建模为预先计算的查找表或等式。这具有简化供电压控制模式下作为参考值使用的中性极64的非零电位Vn的确定的益处。

图5图示了双极转换器方案30的不平衡操作状况的另一示例。在图5中，DC正极60正以1650MW的最大功率水平操作，其中跨DC正极60和中性极64施加800kV的操作者定义的转换器电压，并且第二转换器32b和因此DC负极62最初被阻塞。在第二转换器32b和因此DC负极62被阻塞之后，DC负极62的功率水平在以每分钟60MW的斜坡率斜升至1650MW之前，被瞬时升高到150MW，以实现3300MW的期望双极功率水平，并且将双极转换器方案30恢复到平衡操作状况。然而，在双极转换器方案30恢复到平衡操作状况之前，在DC负极62的功率水平从150MW斜升至1650MW期间，DC正极60和DC负极62的功率水平之间的不平衡导致DC负极62的极到地电压超过800kV的DC负极62的额定电压，如图6所示。

为了避免在上述不平衡操作状况下超过DC正极60和DC负极62的额定电压，控制器36在电压控制模式操作，该电压控制模式参考图7描述如下。

再者，基于DC正极60和DC负极62之间的功率和电流水平的不平衡，可以对在电流返回路径66中流动的电流进行计算、预测或建模。基于电流返回路径66的配置（即，是否一个或多个导体在服务中），电流返回路径66的电阻可以被测量、计算、预测或建模。然后中性极64的非零电位Vn可以根据在电流返回路径66中流动的确定的电流和电流返回路径66的确定的电阻来计算。

第一转换器32a操作以将跨DC正极60和中性极64的转换器电压控制为操作者定义的转换器电压（例如，800kV）。同时，第二转换器32b操作以将跨DC负极62和中性极64的转换器电压控制为以下两者中的较低者：（i）操作者定义的转换器电压，和（ii）极到地电压极限Vdc_limit和中性极64的非零电位Vn之间的差。在这种情况下，极到地电压极限Vdc_limit由DC负极62的额定电压来定义。

图7图示了电压控制模式在双极转换器方案30的上述不平衡操作状况期间的性能。在图7中，在DC负极62的功率水平从150MW斜升至1650MW期间，DC负极62的极到中性的幅度（即，跨DC负极62和DC中性极64的转换器电压）被控制为从745kV到800kV变化，而DC负极62的极到地电压的幅度保持在800kV的恒定水平。换句话说，控制器36在电压控制模式下操作第二转换器32b，以在DC负极62的功率水平斜升期间动态地改变其转换器电压，从而将DC负极62的极到地电压维持为等于或低于DC负极62的额定电压。这不仅能够在DC负极62的功率水平斜升期间优化双极转换器方案30的电力传输性能，而且能够使双极转换器方案30逐渐恢复到平衡操作状况。

所描述的电压控制模式经必要修改后适用于不平衡操作状况，其中DC负极62正以1650MW的最大功率水平操作，其中跨DC负极62和中性极64施加800kV的操作者定义的转换器电压，并且第一转换器32a和因此DC正极60在将DC正极60的功率水平斜升到1650MW之前最初被阻塞并且然后解阻塞。

要设想，在本发明的其他实施例中，第一转换器32a可以由多个并联连接的第一转换器代替，而DC正极60可以由多个DC正极代替，其中第一转换器中的每一个被连接到多个DC正极中的相应一个，和/或第二转换器32b可以由多个并联连接的第二转换器代替，而DC负极62可以由多个DC负极代替，其中第二转换器中的每一个被连接到多个DC负极中的相应一个。可选地，每个第三转换器34可以由多个并联连接的第三转换器代替。在这样的实施例中，控制器可以被编程以当在正极的功率或电流水平的总和与负极的功率或电流水平的总和之间存在不平衡时执行电压控制模式。

根据本发明的第二实施例的双极转换器方案在图8中示出了，并且一般由附图标记130标示。图8的双极转换器方案130在结构和配置上类似于图1的双极转换器方案30，并且相似的特征共享相同的附图标记。

图8的双极转换器方案130与图1的双极转换器方案的不同之处在于，图8的双极转换器方案130包括多个并联连接的第一转换器32a和多个DC正极60a、60b。并联连接的第一转换器32a中的每一个都连接到DC正极60a、60b中的相应一个。每个第一转换器32连接到相应的多相AC网络50。

图9图示了双极转换器方案130的不平衡操作状况的示例。在图9中，DC正极60a、60b中的每一个正以1500MW的功率水平操作，其中跨DC正极60a、60b和中性极64施加800kV的操作者定义的转换器电压，并且第二DC极62正以1500MW的功率水平操作，其中跨DC负极62和中性极64施加800kV的操作者定义的转换器电压。3.75kA的电流流过第一DC电力传输线40，而1.875kA的电流流过第二DC电力传输线42。作为在DC正极60a、60b和DC负极62之间的功率和电流水平的不平衡的结果，1.875kA的电流流过电流返回路径66，该电流返回路径66具有29.5Ω的最大电阻，使得中性极以-55kV的非零电位Vn操作。

中性极64的-55kV的非零电位Vn的存在意味着：DC正极的极到地电压被修改为747.5kV，而DC负极62的极到地电压被修改为-855kV。DC负极62的极到地电压增加到-855kV意味着：超过了DC负极62的额定电压。

为了避免在上述不平衡操作状况下超过DC正极60a、60b和DC负极62的额定电压，控制器36在电压控制模式操作，该电压控制模式参考图10描述如下。

基于DC正极60a、60b和DC负极62之间的功率和电流水平的不平衡，可以对在电流返回路径66中流动的电流进行计算、预测或建模。基于电流返回路径66的配置（即，是否一个或多个导体在服务中），电流返回路径66的电阻可以被测量、计算、预测或建模。然后中性极64的非零电位Vn可以根据在电流返回路径66中流动的确定的电流和电流返回路径66的确定的电阻来计算。

然后，通过比较DC正极60a、60b的功率水平的总和与DC负极62的功率水平之间的功率差ΔP，或比较在DC正极60a、60b和DC负极62流动的电流（它们是分别流过第一DC电力传输线40和第二DC电力传输线42的电流）的绝对值之间的电流差ΔI，来评估DC正极60a、60b和DC负极62的功率和电流水平之间的不平衡。

如果功率差ΔP或电流差ΔI等于或高于预定阈值，则每个第一转换器32a操作以将跨对应的DC正极60a、60b和中性极64的转换器电压控制为操作者定义的转换器电压（例如，800kV），而第二转换器32b操作以将跨DC负极62和中性极64的转换器电压控制为以下两者中的较低者：（i）操作者定义的转换器电压，和（ii）极到地电压极限Vdc_limit和中性极64的非零电位Vn之间的差。在这种情况下，极到地电压极限Vdc_limit由DC负极62的额定电压来定义。

如果功率差ΔP或电流差ΔI低于预定义阈值，则每个第一转换器32a操作以将跨对应的DC正极60a、60b和中性极64的转换器电压控制为以下两者中的较低者：（i）操作者定义的转换器电压（例如，800kV），和（ii）极到地电压极限Vdc_limit和中性极64的非零电位Vn之间的差，而第二转换器32b操作以将跨DC负极62和中性极64的转换器电压控制为操作者定义的转换器电压。在这种情况下，极到地电压极限Vdc_limit由DC正极60a、60b的额定电压来定义。

图10图示了电压控制模式在双极转换器方案130的上述不平衡操作状况期间的性能。在图10中，每个DC正极60a、60b正以1500MW的功率水平操作，其中跨对应的DC正极60a、60b和中性极64施加800kV的操作者定义的转换器电压，并且第二DC极62正以150MW的功率水平操作，其中跨DC负极62和中性极64施加-747.5kV的控制器定义的转换器电压。在这种不平衡操作状况下，中性极64的非零电位Vn是-52.5kV。这里控制器定义的转换器电压是在800kV的DC负极62的额定电压和-52.5kV的中性极64的非零电位Vn之间的差。3.75kA的电流流过第一DC电力传输线40，而1.974kA的增加的电流流过第二DC电力传输线42。DC正极60和DC负极62的极到地电压分别为747.5kV和-800kV。

因此，在双极转换器方案30的不平衡操作状况期间，电压控制模式的性能避免了超过DC正极60a、60b和DC负极62的极到地电压的风险。

所描述的电压控制模式经必要修改后适用于双极转换器方案130的其他变型。在一个这样的变型中，双极转换器方案包括连接到单个DC正极的单个第一转换器，并且包括分别连接到多个DC负极的多个第二转换器。在另一这样的变型中，双极转换器方案包括分别连接到多个DC正极的多个第一转换器，并且包括分别连接到多个DC负极的多个第二转换器，其中第一转换器的数量不等于第二转换器的数量。

将理解，用于描述上述实施例的数值中的每一个仅仅被选择来帮助说明本发明的工作，并且可以由另一合适的数值代替。还将理解，转换器方案的拓扑仅仅被选择来帮助说明本发明的工作，并且可以由其他合适的拓扑代替。

Claims

1.一种转换器方案（30、130），包括多个极和多个转换器（32），所述多个极包括至少一个正极（60、60a、60b）、至少一个负极（62）和中性极（64），所述多个转换器（32）包括至少一个第一转换器（32a）和至少一个第二转换器（32b），所述第一转换器（32a）或每个第一转换器（32a）连接到所述中性极（64）和所述正极（60、60a、60b）或相应的正极（60、60a、60b），所述第一转换器（32a）或每个第一转换器（32a）可操作以控制跨所述中性极（64）和对应的正极（60、60a、60b）的转换器电压，所述第二转换器（32b）或每个第二转换器（32b）连接到所述中性极（64）和所述负极（62）或相应的负极（62），所述第二转换器（32b）或每个第二转换器（32b）可操作以控制跨所述中性极（64）和对应的负极（62）的转换器电压，其中所述转换器方案（30、130）包括控制器（36），所述控制器（36）被编程以当所述正极和负极（60、60a、60b、62）的功率或电流水平之间存在不平衡时以及当所述中性极（64）处于非零电位（Vn）时执行电压控制模式，所述控制器（36）被编程以执行所述电压控制模式，从而操作每个转换器（32a、32b）来控制对应的转换器电压，使得对应的正极或负极（60、60a、60b、62）的极到地电压等于或低于所述对应的正极或负极（60、60a、60b、62）的额定电压。

2.如权利要求1所述的转换器方案（30、130），其中所述控制器（36）被编程以执行所述电压控制模式，从而操作每个转换器（32a、32b）来响应于所述正极和负极（60、60a、60b、62）的所述功率或电流水平之间的所述不平衡的改变而实时更新所述对应的转换器电压，使得所述对应的正极或负极（60、60a、60b、62）的所述极到地电压等于或低于所述对应的正极或负极（60、60a、60b、62）的所述额定电压。

3.如权利要求1所述的转换器方案（30、130），其中所述控制器（36）被编程以执行所述电压控制模式，从而操作所述转换器（32a、32b、34）中的至少一个来降低所述对应的转换器电压，并且可选地增加所述对应的正极或负极（60、60a、60b、62）的电流，使得：

所述对应的正极或负极（60、60a、60b、62）的所述极到地电压等于或低于所述对应的正极或负极（60、60a、60b、62）的所述额定电压；和/或

所述中性极（66）中的电流等于或低于所述中性极（66）的导体的额定电流。

4.如权利要求1所述的转换器方案（30），其中第一转换器（32a）的数量等于第二转换器（32b）的数量，并且其中所述控制器（36）被编程以当在以下项之间存在不平衡时执行所述电压控制模式：

所述正极（60）的功率或电流水平与所述负极（62）的功率或电流水平；或

所述正极（60）的功率或电流水平的总和与所述负极（62）的功率或电流水平的总和。

5.如权利要求13所述的转换器方案（30、130），其中第一转换器（32a）的所述数量不等于第二转换器（32b）的所述数量，并且其中所述控制器（36）被编程以当在以下项之间存在不平衡时执行所述电压控制模式：

所述正极（60a、60b）的功率或电流水平的总和与所述负极（62）的功率或电流水平；

所述负极的功率或电流水平的总和与所述正极的功率或电流水平；或

所述正极的功率或电流水平的总和与所述负极的功率或电流水平的总和。

6.如权利要求1所述的转换器方案（30、130），其中所述控制器（36）被编程以执行所述电压控制模式，从而操作所述转换器（32a、32b）中的至少一个来在所述正极和负极（60、62）中的至少一个的功率或电流水平改变期间，以及当所述正极和负极（60、62）中的至少一个的功率或电流水平改变期间，在所述正极和负极（60、62）的所述功率或电流水平之间存在不平衡时，改变所述对应的转换器电压。

7.如权利要求1所述的转换器方案（30、130），其中所述控制器（36）被编程以在所述电压控制模式下使用所述中性极（64）的所述非零电位（Vn）作为参考值，从而操作所述转换器（32a、32b、34）中的至少一个来控制所述对应的转换器电压，使得所述对应的正极或负极（60、60a、60b、62）的所述极到地电压等于或低于所述对应的正极或负极（60、60a、60b、62）的所述额定电压。

8.如权利要求1所述的转换器方案（30、130），其中所述控制器（36）被编程以获得或确定所述中性极（64）的一个或多个操作参数，并且使用所述中性极（64）的所述获得或确定的操作参数或每个获得或确定的操作参数来确定所述中性极（64）的所述非零电位（Vn）。

9.如权利要求8所述的转换器方案（30、130），其中所述控制器被编程以响应于所述中性极（64）的操作参数的至少一个改变而实时更新所述中性极（64）的所确定的非零电位（Vn）。

10.如权利要求8所述的转换器方案（30、130），其中所述控制器被编程以获得或确定所述中性极（64）的电流，并且使用所述中性极（64）的所述获得或确定的电流来确定所述中性极（64）的所述非零电位（Vn）。

11.如权利要求8所述的转换器方案（30、130），还包括连接到所述中性极（64）的导体，其中所述控制器被编程以获得或确定所述导体的电阻或阻抗，并且使用所述导体的所述获得或确定的电阻或阻抗来确定所述中性极（64）的所述非零电位（Vn）。

12.如权利要求11所述的转换器方案（30、130），其中所述控制器被编程以响应于所述导体的操作参数的至少一个改变而实时更新所述导体的所述获得或确定的电阻或阻抗。

13.如权利要求11所述的转换器方案（30、130），还包括测量装置，所述测量装置被配置成测量所述导体的电特性以获得所述导体的所述电阻或阻抗，其中所述控制器被编程以使用所述导体的所述获得的电阻或阻抗来更新确定所述导体的所述电阻或阻抗的过程。

14.如权利要求11所述的转换器方案（30、130），其中所述控制器被编程以获得或确定所述导体的最大电阻或阻抗，并且使用所述导体的获得或确定的最大电阻或阻抗来确定所述中性极（64）的所述非零电位（Vn）。

15.一种操作转换器方案（30、130）的方法，所述转换器方案包括多个极和多个转换器（32），所述多个极（60、62、64）包括至少一个正极（60）、至少一个负极（62）和中性极（64），所述多个转换器（32）包括至少一个第一转换器（32a）和至少一个第二转换器（32b），所述第一转换器（32a）或每个第一转换器（32a）连接到所述中性极（64）和所述正极（60）或相应的正极（60），所述第二转换器（32b）或每个第二转换器（32b）连接到所述中性极（64）和所述负极（62）或相应的负极（62），其中所述方法包括以下步骤：

操作所述第一转换器（32a）或每个第一转换器（32a）以控制跨所述中性极（64）和所述对应的正极（60，60a、60b）的转换器电压；

操作所述第二转换器（32b）或每个第二转换器（32b）以控制跨所述中性极（64）和所述对应的负极（62）的转换器电压；以及

当在所述正极和负极（60、60a、60b、62）的功率或电流水平之间存在不平衡时以及当所述中性极（64）处于非零电位（Vn）时，执行电压控制模式，从而操作每个转换器（62a、62b）来控制对应的转换器电压，使得所述对应的正极或负极（60、60a、60b、62）的极到地电压等于或低于所述对应的正极或负极（60、60a、60b、62）的额定电压。