CN112534695A - 控制mmc的方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种控制DC网络(2)和三相AC网络(5)之间的逆变器布置(4)中的MMC(7)的方法。该方法包括检测逆变器布置中的内部AC故障。该方法还包括通过在正臂保持处于操作中并将每个相的电流控制为零的同时阻断负臂中的单元中的每一个来控制MMC。

Description

控制MMC的方法

技术领域

本公开涉及一种控制直流(Direct Current，DC)到交流(Alternating Current，AC)模块化多电平转换器(Modular Multilevel Converter，MMC)的方法。

背景技术

MMC是电压源转换器(Voltage Source Converter，VSC)类型的功率转换器，也称为电压源逆变器，其包括形成转换器分支(也称为臂)的串联连接的单元(也称为模块或子模块)。这些分支可以以若干方式进行配置，从而得到专用的转换器拓扑。根据这些分支仅提供正电压或还提供负电压的输出电压要求，分支中的单元可以分别通过仅半桥(HB，也称为单极或单向)单元或全桥(FB，也称为双极、双向或H桥)单元、或HB和FB单元的组合来实施。双星形配置的DC到三相AC的MMC逆变器结构可以用于三相电网(例如50或60Hz)与DC电网(例如高压DC(HVDC)电网)的互连。

在内部AC故障期间，HVDC连接的MMC逆变器易于产生高的单元过电压，内部AC故障是MMC(特别是其单元/阀)和与AC电网对接的变压器的辅助侧(也称为阀侧，即面向MMC并背离AC电网的一侧)之间的故障。

WO 2017/080597公开了一种用于处理AC侧故障的MMC。MMC包括控制单元，该控制单元被配置为在检测到转换器的操作性扰动时进入第一保护控制模式，第一保护控制模式包括控制所有双极电压贡献单元作为单极电压贡献单元操作，并且如果操作扰动被识别为是关于所连接的AC链路的相的故障，则在第一保护控制模式的剩余时间阻断与该相连接的相脚的单元，并控制与AC链路的健康相连接的相脚的单元处理故障的影响。这种解决方案主要适用于只有FB单元的MMC臂，而FB和HB单元混合的臂的情况可能处理起来更具挑战性。

发明内容

本发明的目的是提供检测和处理包括至少一个MMC的逆变器布置中的内部AC故障的新方法，尤其是当所述逆变器布置包括多个串联连接的MMC时。本发明的一些实施例对于具有FB和HB单元混合的臂的MMC特别有用。而且，本发明的一些实施例对于与至少一个其他MMC串联连接的MMC尤其有用。

根据本发明的一方面，提供了一种控制DC网络和三相AC网络之间的逆变器布置的方法。逆变器布置包括多个串联连接的转换器布置，每个转换器布置包括控制器和MMC，所述MMC具有每个相带有一个正臂和一个负臂的拓扑。臂中的每一个包括多个串联连接的转换器单元，这些单元中的每一个包括能量存储装置和多个阀。每个臂的多个串联连接的转换器单元中的至少50％是全桥单元。该方法包括，在所述多个转换器布置中的每一个中，通过转换器布置中的控制器：感测MMC的至少一个特性；基于所感测的特性，检测在所述多个转换器布置中的一个中已经发生内部AC故障；并且响应于故障的检测，通过在保持解除阻断MMC的正臂并且控制每个相的电流幅值趋近于零的同时阻断MMC的负臂，来控制转换器布置中的MMC。

根据本发明的另一方面，提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机可执行组件，用于当计算机可执行组件在控制器中所包括的处理电路上运行时使控制器执行本公开的方法的实施例。

根据本发明的另一方面，提供了一种逆变器布置，该逆变器布置被配置用于DC网络和三相AC网络之间。逆变器布置包括多个串联连接的转换器布置，每个转换器布置包括控制器和MMC，所述MMC具有每个相带有一个正臂和一个负臂的拓扑。臂中的每一个包括多个串联连接的转换器单元，这些单元中的每一个包括能量存储装置和多个阀，每个臂的所述多个串联连接的转换器单元中的至少50％是全桥单元。在多个串联连接的转换器布置的每一个中，控制器包括处理电路和存储可由所述处理电路执行的指令的数据存储装置，由此所述控制器可操作为：感测转换器布置中的MMC的至少一个特性；基于所感测的特性，检测在多个转换器布置中的一个中已经发生内部AC故障；并且响应于故障的检测，通过在保持解除阻断MMC的正臂并且控制每个相的电流幅值趋近于零的同时阻断MMC的负臂，来控制转换器布置中的MMC。

通过本文概述的检测内部AC故障的方式，MMC其自身可以检测与其串联连接的另一MMC中的内部AC故障，而不需要耗时的MMC间通信，该MMC间通信可能使故障的有效处理延迟。根据本公开，不管内部AC故障是在它自己的MMC处还是在另一串联连接的MMC处，控制器都可以以相同的方式通过在保持解除阻断正臂并将每个相的电流控制为零的同时阻断全部负臂单元来控制MMC。

应当注意的是，只要在合适的情况下，各方面中的任何一个方面的任何特征可以适用于任何其他方面。同样地，各方面中的任何一个方面的任何优点可以应用于其他方面中的任何一个方面。从以下详细公开、从所附从属权利要求以及从附图中，所包含的实施例的其他目的、特征和优点将变得明显。

一般而言，权利要求中使用的全部术语都应根据它们在技术领域中的普通含义来解释，除非本文中明确定义。对“一/一个/元件、设备、组件、装置、步骤等”的全部引用应被开放式地解释为指元件、设备、组件、装置、步骤等之中的至少一个实例，除非另有明确说明。本文公开的任何方法的步骤不必以所公开的确切顺序执行，除非明确说明。将“第一”、“第二”等用于本公开的不同的特征/组件仅旨在将特征/组件与其他类似的特征/组件区分开，而不是将任何顺序或层级赋予这些特征/组件。

附图说明

将参照附图通过示例来描述实施例，在附图中：

图1是根据本发明的HVDC***的实施例的示意电路图。

图2是根据本发明的DC-AC转换器布置的实施例的示意电路图。

图3是根据本发明的包括HB和FB转换器单元两者的MMC的转换器臂的实施例的示意电路图。

图4是示出根据本发明的用于无通信内部AC故障检测的控制方法的实施例的示意功能框图。

图5是根据本发明的转换器布置中的感测布置的实施例的示意图。

图6是根据本发明的逆变器布置的控制器的实施例的示意框图。

图7是根据本发明的内部AC故障处理的控制方法的实施例的示意流程图。

图8是根据本发明的检测内部AC故障的方法步骤的实施例的更详细的示意流程图。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更全面地描述实施例，在附图中示出了某些实施例。然而，在本公开的范围内，许多不同形式的其他实施例是可能的。确切地说，下面的实施例是以示例的方式提供的，使得本公开将是彻底和完备的，并且将向本领域技术人员充分传达本公开的范围。在整个描述中，相同的数字指代相同的元件。

图1示出了***1，尤其是HVDC***，其中DC网络2通过逆变器布置4连接到AC网络5。逆变器布置4包括呈MMC 7形式的至少一个VSC，例如，如图所示，串联的至少两个MMC 7。另一方面，在整流器侧，整流器布置3可以包括至少一个线路换向转换器(Line CommutatedConverter，LCC)，例如，如图所示，串联的至少两个LCC。然而，本公开着重于逆变器布置4。

逆变器布置4包括至少一个转换器布置6和控制器10(见图6)。每个转换器布置6包括MMC和将MMC与AC网络5对接的转换器变压器8。考虑到每个MMC的额定电压，串联连接MMC7并因此串联连接转换器布置6可能是方便的，特别是对于高压应用，例如HVDC。例如，如图所例示那样，如果HVDC网络2的标称电压为800kV，并且可用的MMC具有400kV的额定电压，则在逆变器布置4中需要两个串联连接的MMC 7。在该图中，这些MMC 7包括上转换器布置6a中的上MMC 7a，该上转换器布置6a还包括上变压器8a，所述上MMC 7a具有处于800kV(HVDC网络2的电压)的正端子p和处于400kV的负端子n。串联连接的MMC 7还包括下转换器布置6b中的下MMC 7b，该下转换器布置6b还包括下变压器8b，所述下MMC 7b具有处于400kV(与上MMC7a的负端子电压相同)的正端子p和处于0kV(连接到地)的负端子n。每个MMC具有两个DC端子：一个正DC端子p，其将正臂21p连接在一起；以及一个负DC端子n，其将负臂21n连接在一起。通常，正电流在正端子处流入到MMC中，并且在负端子处从MMC流出。

如本文所讨论的那样，第一MMC可以(在图1的***中)是上MMC和下MMC中的任一个，并且第二MMC是另一个。应当注意的是，在其他实施例中，逆变器布置4可以包括两个以上的转换器布置6，其中各个MMC 7处于串联连接。

图2示出了转换器布置6，该转换器布置6包括MMC和变压器8，如上面参考图1所讨论的那样。因为AC网络5是三相AC网络，所以MMC 7包括三个相20，在此分别表示为20a、20b和20c，每个相连接到AC网络的三个相中的相应一个。每个相20包括两个臂21，即连接到负端子n的负臂21n和连接到正端子p的正臂21p。因此，MMC 7具有模块化多电平拓扑，其中每个相20具有一个正臂21p和一个负臂21n，其中，所述臂21中的每一个包括多个串联连接的转换器单元。在本发明的一些实施例中，MMC具有双星形拓扑(也称为双Y形或双Y拓扑)，如图2所示。

在该图中，MMC 7的不同的臂21的阀V被统称为：用于相20a的正臂21p的Vap、用于相20a的负臂21n的Van、用于相20b的正臂21p的Vbp、用于相20b的负臂21n的Vbn、用于相20c的正臂21p的Vcp、用于相20c的负臂21n的Vcn。

内部AC故障22在图2中示意性示出。如本文所讨论的那样，内部AC故障是在转换器布置6中发生在变压器8的阀侧和MMC 7(通常被定义为MMC的阀)之间的故障。

图3示出了MMC 7的臂21，例如，图2中的正臂或负臂中的任何一个。臂21包括多个串联连接的转换器单元31，以及(可选地)至少一个串联连接的电抗器34。单元中的每一个包括能量存储装置33和多个阀35。在图3的示例中，臂包括全桥(FB)单元31F和半桥(HB)单元31H两者，在此以各为50％的1:1比例。通常，需要至少50％的FB单元31F，因此具有最多50％的HB单元。因此，根据本公开的实施例，每个臂21具有50％至100％之间的FB单元。然而，如下文进一步讨论的那样，当每个臂21包括至少一个HB单元、例如高达50％的HB单元时，本发明的实施例可能特别有用。

每个阀35包括半导体开关S，在此在FB单元31F中惯常地表示为S1、S2、S3和S4，并且在HB单元31H中表示为S1和S2。在图中，半导体开关S中的每一个包括双模绝缘栅晶体管(BIGT)，这在一些实施例中可能是合适的。然而，在一些其他实施例中，另一类型的半导体开关可能是合适的，例如，绝缘栅双极晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、强制换向晶闸管或任何其他强制换向开关。每个阀35通常还包括反向并联单向半导体器件36，例如，包括二极管，诸如续流二极管。为了避免附图的混乱，阀35和反向并联单向半导体器件36的附图标记仅在附图的顶部单元中给出。

能量存储装置33可以包括电容器布置，该电容器布置包括至少一个电容器。能量存储装置33以及因此其单元31可以在其单元31被***在其臂21中而不是在其臂21中被绕过时在操作期间被充电和放电。单元31只能在被***时被充电或放电。而且，单元的充电或放电取决于电流方向。因此，由于FB单元31F与HB单元31H相比的不同结构，对于同一个臂21中的FB和HB单元来说，单元的充电和放电可能不同。例如，当负臂21n被阻断时，对于从地流过负臂的电流，HB单元将经由反向并联单向半导体器件36被绕过(并且因此未被充电)，而FB单元将经由反向并联单向半导体器件36被***(因此被充电并导致增加的电压)。因此，可以由负臂中的FB单元产生反向电压，这可以限制由逆变器布置4中的内部AC故障22导致的单元充电电流(本文也称为故障电流)。因此，如果每个臂中的所有单元都是FB单元，则故障电流被更有效地限制。然而，本发明的实施例在每个臂中具有高达50％的HB单元的情况下是有用的。

要考虑的另一因素是从故障22的发生到检测到故障的时间段，即检测延迟。检测延迟越小，故障电流的限制越有效。根据上述讨论，当HB单元在臂中时有效地限制故障电流可能是特别重要的。因此，根据本发明，提出对串联连接的转换器布置6中的内部AC故障的无通信检测，即，通常由控制器10中的转换器布置子控制器在包括第一MMC的第一转换器布置中检测包括第二MMC的串联连接的第二转换器布置中的内部AC故障，而不需要从第二转换器布置向第一转换器布置发信号以便通知第一转换器布置关于第二转换器布置中的故障。

图4示出了例如由第一转换器布置的转换器布置控制器10执行的、在第一转换器布置6a或6b中进行的对第二转换器布置6b或6a中的内部AC故障的无通信检测的过程的示例实施例。

对图4的实施例的过程的输入是(本文中表示为每单位，即pu)：

-DC电流Idc，其在时间上被跟随，例如连续地或周期性地采样，例如如在MMC的正端子p和/或负端子n处测量的那样。在正端子p处的DC电流测量值的方向在进入MMC 7的方向上是正的(朝向MMC的阀的电流是正的)，而在负端子n处的DC电流测量值的方向在离开MMC 7的方向上是正的(背离MMC的阀的方向上的电流是正的)。在阀正臂21p(Vap、Vbp和Vcp)中流动的电流之和等于DC电流Idcp，并且类似地，在阀负臂21n(Van、Vbn和Vcn)中流动的电流之和等于DC电流Idcn。因此，也可以使用21p/21n中的臂电流之和来代替DC电流。

o基于DC电流Idc，可以将在故障22之前例如在MMC的正端子p和/或负端子n处测量的故障前DC电流(Idcpreflt)与故障22期间的DC电流进行比较。

-MMC的DC电压(Udc)，其在时间上被跟随，例如连续地或周期性地采样。

o对DC电压的感测允许确定在预定数量的控制周期上的电压差ΔUdc。在实施例中，控制周期的数量可以是3，即ΔUdc被计算为当前控制周期的测量Udc减去三个周期前的控制周期的测量Udc的差。通常，根据实验结果，控制周期的数量是1至10、或2至5的范围内的整数，优选地为3。控制周期持续时间的典型示例在从100至200μs的范围内。

-可选地，在一些实施例中，MMC的DC额定电压可以用作预定的阈值电压值Um1。

-基于所感测的电压和电流Udc和Idc，可以可选地获得第一MMC的故障前功率，

其可以用于确定转换器在故障之前(在稳态操作期间)是否处于逆变器操作中。

这可以是可选的，例如因为可能已经知道MMC是作为逆变器还是整流器工作。

然后，在与其他(一个或多个)MMC串联连接的第一MMC 7中进行无通信故障检测的过程步骤可以是：

a)在故障22期间，如果转换器中的DC电流Idc以大于预定的第二阈值电流值(例如，在-1.2至-2.0pu的范围内，例如，-1.5pu)将其方向从正变为负(其中负号指示电流已经改变其方向)，则在上转换器布置6a中已经发生内部AC故障(第一MMC是相对于其中已经发生故障的上转换器布置的下转换器布置6b的一部分)。注意，下转换器的极点和中性点(neutral)处的DC电流两者通常可以以相同的电平在相同的方向上变化。还要注意，转换器布置控制器10可能事先不知道它的具有第一MMC的转换器布置是作为逆变器布置4中的上转换器布置还是下转换器布置连接的。

b)在故障22期间，如果DC电流Idc以大于预定的第一阈值电流Im1(例如，在0.2至1.0pu的范围内，例如，0.5pu)在相同方向增加(这意味着没有负号，因为电流未改变方向)，则在下转换器布置6b中已经发生内部AC故障(第一MMC是相对于其中已经发生故障的下转换器布置6b的上转换器布置6a的一部分)。注意，上转换器中的极点和中性点处的DC电流两者通常可以以相同的电平在相同的方向增加。再次，注意转换器布置控制器10可能事先不知道它的具有第一MMC的转换器布置是作为逆变器布置4中的上转换器布置还是下转换器布置连接的，这就是为什么步骤a)和b)两者都可以针对第一MMC执行的原因，并且图4中示出的“或”功能指示如果在a)和b)中讨论的内容之中的任何一个发生，则可能已经发生内部AC故障。

c)可选地，在故障22期间，例如三个控制周期内的DC电压差(ΔUdc)可以满足在预定的阈值电压值Um1以上和/或在所述预定的阈值电压值的负值-Um1以下的要求。预定的阈值电压值Um1可以在例如0.5至1.0pu的范围内，例如对应于MMC的额定电压。在一些实施例中，在例如几毫秒(诸如五毫秒或三毫秒或AC网络5的基频周期的四分之一)的预定义时间窗口期间，所感测的DC电压差(ΔUdc)的差值在预定的阈值电压值Um1之上，以及在所述预定的阈值电压值Um1的负值之下。步骤c)的这个条件连同以上提及的步骤a)和b)的条件可以将内部AC故障与其他类型的故障(例如DC故障)区分开。

当标准a)或b)、或标准c)已经发生时可以施加关断延迟(OFF-delay)，这意味着当信号变高然后再次变低时，它在由关断延迟时间指定的设定时间内保持高电平。由于故障22引起的电压和电流瞬变可能在MMC中稍微不同的时间发生，在确定满足条件a)或b)中的任一个或满足条件c)之后，可以使用关断延迟以查看是否也满足其他条件[c)或a)/b)]。关断延迟持续时间的典型示例可以在从10到20ms的范围内。图4中的输出是指来自无通信故障检测算法的输出。

注意，用于串联转换器的无通信故障检测方法比使用直接通信更快，该直接通信总是包括一些通信延迟。原因是无通信方法在故障的初始阶段检测到故障22，并且不等待有故障的第二转换器布置先检测到故障然后再将故障通信传送给第一转换器布置。

如果内部AC故障22替代地发生在第一转换器布置中，则由控制器10的转换器布置子控制器直接通过常规手段，例如使用差动保护(differential protection)来检测故障。

不管是由第一转换器布置直接在第一转换器布置中还是通过无通信检测在第二转换器布置中检测到故障22，都采取相同的用于控制第一MMC的处理步骤，即：

-第一MMC的正臂21p应该保持处于操作中，即保持解除阻断，从而通过控制正臂，例如控制相电流直到相电流的幅值接近零来在其朝向零收敛时控制相电流趋近于零，例如到零或接近零。

-第一MMC的负臂21n应该阻断，从而引起臂21n中的FB单元31F在负臂上建立反向电压。

这种控制方法的结果是，由负臂上的FB单元产生的反向电压足以限制由于内部AC故障22引起的单元充电电流。

图5示出了在转换器布置6中的MMC 7的每个端子处的、所述转换器布置6中的感测布置51，在这些端子处，正向电流(在从DC电网2朝向地的正方向上流动的电流)分别流入和流出MMC的阀布置。如本文所讨论那样，感测布置可以用于感测DC电流Idc和DC电压Udc。感测布置(51)包括电流传感器(52)和电压传感器(53)。电流传感器被布置成在转换器布置6内局部地感测DC电流，例如不需要单独的通信信道。类似地，电压传感器被布置成在转换器布置内局部地感测DC电压。转换器布置还包括控制器(54)，该控制器分别从电流传感器和电压传感器接收所感测的DC电流和DC电压。所述控制器54可以是转换器布置6的控制器10的一部分或子控制器，如本文所讨论那样。

图6示意性地示出了本公开的逆变器布置4的控制器10的实施例。控制器例如可以是集中式的或分布式的，并且控制器例如可以在转换器布置6中的每一个中、在逆变器布置4中、和/或在所述MMC的单元31和/或阀35中的每一个中包括用于MMC 7中的每一个的子控制器。典型地，每个转换器布置6包括控制器10，该控制器可以与或可以不与逆变器布置中的其他控制器通信。控制器可以被布置用于通过使用参考来控制逆变器布置4的(一个或多个)MMC，并且基于所述参考来控制所述(一个或多个)MMC的阀开关S的导通和不导通状态。控制器10包括处理电路11，例如中央处理单元(CPU)。处理电路11可以包括(一个或多个)微处理器形式的一个或多个处理单元。然而，具有计算能力的其他合适的设备可以被包括在处理电路301中，例如，专用集成电路(ASIC)、场可编程门阵列(FPGA)或复杂可编程逻辑器件(CPLD)。处理电路11被配置为运行存储在一个或多个存储单元(例如存储器)的数据存储装置12中的一个或多个计算机程序或软件(SW)13。存储单元被认为是本文所讨论的计算机可读装置，并且可以是例如呈随机存取存储器(RAM)、闪存、或其他固态存储器或硬盘的形式，或者可以是它们的组合。处理电路11还可以被配置为根据需要在存储装置12中存储数据。

图7示出了本公开的方法的一些实施例。该方法包括感测M1 MMC的特性，例如MMC的DC电流Idc和DC电压Udc。该方法还包括基于感测M1的特性，检测M2在多个转换器布置中的一个转换器布置中已经发生内部AC故障22。例如，所述检测M2包括：在一些实施例中，检测在它自己的转换器布置中已经发生内部AC故障，或者在一些其他实施例中，检测在多个转换器布置的另一转换器布置中已经发生内部AC故障。

如本文所讨论的那样，检测M2可以借助于无通信检测过程进行，尤其是当在一串联连接的转换器布置6中检测故障22而不是在正在进行检测M2的转换器布置中检测故障22时。参考图8，然后无通信检测M2包括：确定例如在MMC的正端子p和/或负端子n处的故障22前DC电流Idcpreflt。进一步的，检测M2可以包括：确定M11感测的DC电流Idc和故障前DC电流Idcpreflt之间的差在预定的第一阈值电流值Im1之上或者在预定的第二阈值电流值Im2之下。在一些实施例中，预定的第一阈值电流值Im1在从0.2到1.0pu的范围内。在一些实施例中，预定的第二阈值电流值Im2在从-1.2到-2.0pu的范围内。进一步的，检测M2可以包括：确定M12在故障22期间的多个控制周期上感测M1的DC电压上的差ΔUdc的绝对值在预定的阈值电压值Um1之上。在一些实施例中，预定的阈值电压值Um1在从0.5到1.0pu的范围内。在一些实施例中，在预定义的时间窗口期间，感测M1的DC电压上的差ΔUdc在预定的阈值电压值Um1之上，以及在所述预定的阈值电压值的负值-Um1之下。

然而，在一些实施例中，其中，检测M2包括检测内部AC故障已经在其自己的转换器布置中发生，则检测M2包括使用差动保护而不是本文中描述并且参考图8描述的所谓的无通信检测。然后，在一些实施例中，该方法包括向逆变器布置的多个转换器布置中的其他转换器布置的(一个或多个)相应控制器10发信号通知关于检测M2的内部AC故障的信息。

检测M1还包括确定M11例如在MMC的正端子p和/或负端子n处，故障22期间的DC电流Idc与故障前DC电流相比以至少1.5pu改变其方向(例如根据Idc-Idcpreflt<-1.5pu)，或者与故障前DC电流相比以至少0.5pu增加(例如根据Idc-Idcpreflt>0.5pu)。根据│Idcp-Idcn│<0.1pu，检测M1还包括确定在故障期间在正端子p处的DC电流Idcp和在负端子n处的DC电流Idcn的差至多为0.1pu。检测M1还包括：确定M14在预定时间窗口期间，在故障22期间的n个控制周期上的DC电压上的差ΔUdc在MMC的正额定电压+Udc_rate乘以0和1之间的预定义因子“a”以上，以及在MMC的负额定电压-Udc_rate乘以0和1之间的预定义因子“a”以下。

在本发明的一些实施例中，DC电流Idc和DC电压Udc在MMC 7的正端子和负端子p和/或n中的一个或两者处被感测M1。在一些实施例中，DC电流Idc被感测为流入到MMC的正DC端子p的DC电流、从MMC的负端子n流出的DC电流、或MMC的(例如，六个)臂21的电流。在一些实施例中，DC电压Udc被感测为正DC端子p和地之间的电压、负DC端子n和地之间的电压、或者两个DC端子p和n之间的电压。

参考图8，在本发明的一些实施例中，检测M2内部AC故障已经发生在多个转换器布置中的另一个转换器布置中包括：确定M11在故障22期间的感测的DC电流Idc与故障前DC电流Idc-preflt相比的变化等于或大于预定的第一阈值，以及确定M12在故障22期间的多个控制周期上感测M1的DC电压上的差ΔUdc等于或大于预定的第二阈值。在一些实施例中，控制周期的数量是在1至10、或2至5的范围内的整数，优选地是3。

在一些实施例中，感测的DC电流变化等于或大于预定的第一阈值对应于感测M1的DC电流Idc与故障前DC电流Idcpreflt相比以至少1.5pu改变其方向(例如根据Idc-Idcpreflt<-1.5pu)，其中Idc可以在MMC 7的正端子p处感测，即Idcp，或在MMC 7的负端子n处感测，即Idcn。

在一些其他实施例中，感测的DC电流变化等于或大于预定的第一阈值对应于感测M1的DC电流Idc与故障前DC电流Idcpreflt相比以至少0.5pu增加。

因此，在一些实施例中，第一阈值的绝对值至少为0.5pu，即，第一阈值为-0.5pu或+0.5pu。

在本发明的一些实施例中，第二阈值的绝对值至少是MMC的DC额定电压Udc_rate，即第二阈值是+Udc_rate或-Udc_rate。在一些实施例中，在故障22期间的多个控制周期上感测M1的DC电压上的差ΔUdc等于或大于预定的第二阈值对应于在预定时间窗口期间在DC电压上的差ΔUdc在MMC的正DC额定电压+Udc_rate之上，以及在MMC的负DC额定电压-Udc_rate之下。在本发明的一些实施例中，确定步骤M14中的预定时间窗口小于5ms，例如AC网络5的基频周期的四分之一。

在本发明的一些实施例中，每个臂21的多个串联连接的转换器单元31中的至少一个是半桥单元31H且高达50％是半桥单元31H，即，每个臂包括FB单元和HB单元两者。

在本发明的一些实施例中，MMC具有双星形拓扑。

在转换器布置6中的至少一个中，检测M2包括检测另一个MMC 7b或7a与变压器8b或8a的阀侧之间的内部AC故障，所述另一MMC通过该阀侧连接到AC网络5，其中，所述另一MMC被包括在外部转换器布置6中，至少一个转换器布置6与该外部转换器布置6串联连接。

附加地，在转换器布置6中的至少另一个中，检测M2包括：在所述转换器布置中内部地检测其MMC 7a或7b与其变压器8a或8b的阀侧之间的内部AC故障，其MMC通过该阀侧连接到AC网络5，也就是说，转换器布置6可以通过常规检测过程(例如差动保护)，检测自身内部的故障22。

不管故障22是在它自己的转换器布置中检测到的还是在外部检测到的，响应于所述故障的检测，多个串联连接的转换器布置6中的每一个通过在将正臂21p保持处于操作中并将每个相20的电流控制为零的同时阻断负臂21n中的单元31中的每一个来控制其MMC。

本发明的方法的实施例可以由控制器10(例如，包括转换器控制器51，其是逆变器布置4中所包括的每个转换器布置6的转换器控制器51)执行，该控制器10包括与数据存储装置12相关联的处理电路11。处理电路可以配备有(一个或多个)微处理器形式的一个或多个处理单元CPU，其执行存储在相关存储器中的适当软件以获得所需功能。然而，具有计算能力的其他合适的设备可以被包括在处理器中，例如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)等，以便控制逆变器布置4中的各个MMC 7的阀并执行本公开的方法的实施例，同时执行合适的软件13，该软件13例如存储在合适的数据存储装置12(诸如RAM、闪存或硬盘)中，或存储在处理电路本身(例如，在FPGA的情况下)中。

本发明的实施例可以方便地使用一个或多个常规的通用或专用数字计算机、计算设备、机器或微处理器来实施，包括根据本公开的教导所编程的一个或多个处理器、存储器和/或计算机可读存储介质。可以由熟练的程序员基于本公开的教导容易地准备适当的软件编码，如对于软件领域的技术人员来说显而易见的那样。

在一些实施例中，本发明包括计算机程序产品12，该计算机程序产品12是其上/其中存储有呈计算机可执行组件或软件(SW)形式的指令13的非暂时性存储介质或计算机可读介质(多个介质)，所述指令可以用于对计算机进行编程以执行本发明的方法/过程中的任何一个。存储介质的示例可以包括但不限于任何类型的盘(包括软盘、光盘、DVD、CD-ROM、微驱动器和磁光盘、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、DRAM、VRAM、闪存设备、磁卡或光卡、纳米***(包括分子存储器IC))、或者适于存储指令和/或数据的任何类型的介质或设备。

在本发明的更一般的实施例中，提供了一种控制DC网络2和三相AC网络5之间的逆变器布置4中的MMC 7的方法，其中该方法包括检测M1逆变器布置中的内部AC故障22，并且通过在正臂21p保持处于操作中并且将每个相20的电流控制为零的同时阻断负臂21n中的单元31中的每一个来控制M2该MMC。

上面已经主要参考几个实施例描述了本公开。然而，如本领域技术人员容易理解的那样，在由所附权利要求限定的本公开的范围内，除了上面公开的实施例之外的其他实施例同样是可能的。

Claims (13)

1.一种控制DC网络(2)和三相AC网络(5)之间的逆变器布置(4)的方法，所述逆变器布置包括多个串联连接的转换器布置(6a，6b)，每个转换器布置包括控制器(10)和模块化多电平转换器MMC(7)，所述模块化多电平转换器MMC(7)具有每个相(20)带有一个正臂(21p)和一个负臂(21n)的拓扑，其中，所述臂(21)中的每一个包括多个串联连接的转换器单元(31)，所述单元中的每一个包括能量存储装置(33)和多个阀(35)，每个臂的所述多个串联连接的转换器单元中的至少50％是全桥单元(31F)，

所述方法包括，在所述多个转换器布置(6)的每一个转换器布置中，通过所述转换器布置中的控制器(10)：

感测(M1)所述MMC的至少一个特性；

基于感测(M1)的特性，检测(M2)在所述多个转换器布置中的一个转换器布置中已经发生内部AC故障(22)；以及

响应于所述故障(22)的检测(M2)，通过在保持解除阻断所述MMC的正臂(21p)并控制每个相(20)的电流幅值趋近于零的同时阻断所述MMC的负臂(21n)，来控制(M3)所述转换器布置中的所述MMC。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个特性包括：例如在所述MMC(7)的正DC端子和负DC端子(p，n)中的一个或两个处感测(M1)的DC电流(Idc)和/或DC电压(Udc)、例如在所述正端子和/或所述负端子和地之间或者在所述正端子和所述负端子之间感测(M1)的DC电流(Idc)和/或DC电压(Udc)。

3.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，检测(M2)所述内部AC故障已经发生包括：

确定(M11)感测的DC电流(Idc)和故障前DC电流(Idcpreflt)之间的差：

在预定的第一阈值电流值(Im1)之上；或者

在预定的第二阈值电流值(Im2)之下。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述预定的第一阈值电流值(Im1)在从0.2到1.0每单位的范围内。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，所述预定的第二阈值电流值(Im2)在从-1.2到-2.0每单位的范围内。

6.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，检测(M2)所述内部AC故障已经发生包括：

确定(M12)在所述故障(22)期间的多个控制周期上感测(M1)的DC电压上的差(ΔUdc)的绝对值在预定的阈值电压值(Um1)之上。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述预定的阈值电压值(Um1)在从0.5到1.0每单位的范围内。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，在预定义的时间窗口期间，感测(M1)的DC电压上的差(ΔUdc)在所述预定的阈值电压值(Um1)之上，以及在所述预定的阈值电压值的负值(-Um1)之下。

9.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，在所述多个转换器布置中的至少一个转换器布置中的所述检测(M2)包括：检测在所述多个转换器布置(6)中的另一转换器布置中已经发生所述内部AC故障。

10.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，在所述多个转换器布置中的至少一个转换器布置中的所述检测(M2)包括：通过差动保护来检测在其自己的转换器布置中已经发生所述内部AC故障。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述方法包括：向所述多个转换器布置中的其他转换器布置的相应控制器(10)发信号通知关于检测(M2)的内部AC故障的信息。

12.一种计算机程序产品(12)，包括计算机可执行组件(13)，用于当所述计算机可执行组件在控制器中所包括的处理电路(11)上运行时，使所述控制器(10)执行任一前述权利要求所述的方法。

13.一种逆变器布置(4)，所述逆变器布置(4)被配置在DC网络(2)和三相AC网络(5)之间，所述逆变器布置包括：

多个串联连接的转换器布置(6a，6b)，每个转换器布置包括控制器(10)和模块化多电平转换器MMC(7)，所述模块化多电平转换器MMC(7)具有每个相(20)带有一个正臂(21p)和一个负臂(21n)的拓扑，其中，所述臂(21)中的每一个包括多个串联连接的转换器单元(31)，所述单元中的每一个包括能量存储装置(33)和多个阀(35)，每个臂的所述多个串联连接的转换器单元中的至少50％是全桥单元(31F)；

其中，在所述多个串联连接的转换器布置的每一个转换器布置中，所述控制器(10)包括处理电路(11)和存储能够由所述处理电路执行的指令(13)的数据存储装置(12)，由此所述控制器能够操作为：

感测所述转换器布置中的所述MMC的至少一个特性；

基于所感测的特性，检测在所述多个转换器布置中的一个转换器布置中已经发生内部AC故障(22)；以及

响应于所述故障(22)的检测，通过在保持解除阻断所述MMC的正臂(21p)并控制每个相(20)的电流幅值趋近于零的同时阻断所述MMC的负臂(21n)，来控制所述转换器布置中的所述MMC。

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