控制電路的制作方法
【專利摘要】一種控制電路(20)包括：第一端子和第二端子(22，24)，用于分別連接到第一輸電線和第二輸電線(26，28)；電流傳輸路徑，在所述第一端子與第二端子(22，24)之間延伸并且具有由第三端子(34)隔開(kāi)的第一電流傳輸路徑部和第二電流傳輸路徑部(30，32)，所述第一電流傳輸路徑部和第二電流傳輸路徑部(30，32)的兩者其一或兩者包括至少一個(gè)模塊(36)，所述或每個(gè)模塊(36)包括至少一個(gè)能量存儲(chǔ)裝置；輔助端子(42)，用于連接到地或者連接到所述第二輸電線(28)；能量轉(zhuǎn)換塊，用于從所述輸電線(26，28)去除能量，所述能量轉(zhuǎn)換塊在第三端子與輔助端子(34，42)之間延伸使得所述能量轉(zhuǎn)換塊從所述電流傳輸路徑分支，所述能量轉(zhuǎn)換塊包括至少一個(gè)能量轉(zhuǎn)換元件(44)；以及控制單元(46)，從電流傳輸路徑選擇性地去除所述能量存儲(chǔ)裝置或每個(gè)能量存儲(chǔ)裝置。
【專利說(shuō)明】控制電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種控制電路。

【背景技術(shù)】
[0002]在DC輸電方案中，DC傳輸線1a和1b被用來(lái)互連輸電網(wǎng)絡(luò)12和受電網(wǎng)絡(luò)14以允許兩個(gè)電網(wǎng)絡(luò)12與14之間電力的轉(zhuǎn)移，如圖1a所示。在防止受電網(wǎng)絡(luò)14接收來(lái)自DC傳輸線1a和1b的電力的故障16的情況下,輸電網(wǎng)絡(luò)12不能中斷將電力傳輸?shù)紻C傳輸線1a和10b。這是因?yàn)榘l(fā)電機(jī)(諸如渦輪機(jī))不能被立即切斷，并且因而將繼續(xù)給DC傳輸線1a和1b供給能量18。另外，并網(wǎng)準(zhǔn)則要求受電網(wǎng)絡(luò)14進(jìn)行供給下降(supply dip,例如電壓被降低至原值的大約15% )并在去除故障16時(shí)恢復(fù)傳輸電能。
[0003]繼續(xù)傳輸電力至DC傳輸線1a和1b導(dǎo)致在DC傳輸線1a和1b中積累過(guò)剩的電力，尤其因?yàn)镈C傳輸線1a和1b的電容的不受控充電引起的高電壓應(yīng)力，這不僅不利地影響由各個(gè)電網(wǎng)絡(luò)12和14的電力的傳輸與接收之間的平衡，還可能損害DC電力傳輸方案的各種組件。
[0004]防止過(guò)剩電力積累的一個(gè)解決方案是將過(guò)剩電力暫時(shí)地存儲(chǔ)在形成輸電網(wǎng)絡(luò)12的一部分的DC環(huán)電容器和其他電容器中。但是，輸電網(wǎng)12的有限的能量存儲(chǔ)容量限制可以被暫時(shí)存儲(chǔ)起來(lái)直到受電網(wǎng)絡(luò)14返回其工作狀態(tài)的實(shí)際電能的數(shù)量。
[0005]防止過(guò)剩電力積累的另一個(gè)解決方案是使用負(fù)載轉(zhuǎn)儲(chǔ)斬波電路20以從DC輸電線1a和1b轉(zhuǎn)移過(guò)剩電力。圖1b示出與跨接DC傳輸線1a和1b的開(kāi)關(guān)24串聯(lián)連接的轉(zhuǎn)儲(chǔ)電阻器22。閉合開(kāi)關(guān)24使電流通過(guò)轉(zhuǎn)儲(chǔ)電阻器22從DC傳輸線流動(dòng)，進(jìn)而使電力經(jīng)由轉(zhuǎn)儲(chǔ)電阻器22被耗散。這允許過(guò)剩能量經(jīng)由負(fù)載轉(zhuǎn)儲(chǔ)斬波電路20從DC傳輸線1a和1b被去除。
[0006]為了吸收過(guò)剩能量，現(xiàn)存的斬波電路使用簡(jiǎn)單的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)以連接位于DC傳輸線之間的電阻器。這類斬波器依賴以脈寬調(diào)制(PWM)方式操作的大量低電壓半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的串聯(lián)連接和同時(shí)切換以精確地控制能量吸收。這種斬波電路開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)和操作需要較大的無(wú)源器件和復(fù)雜的控制方法以確保單個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)之間的總施加電壓的相等份額。另外，PWM動(dòng)作導(dǎo)致斬波電路和DC傳輸線內(nèi)電壓和電流的極快速地變化,這導(dǎo)致不期望的電尖峰和高電平的電磁噪聲和干擾。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種控制電路，包括:
[0008]第一端子和第二端子，用于分別連接到第一輸電線和第二輸電線；以及
[0009]電流傳輸路徑，在所述第一端子與第二端子之間延伸并且具有由第三端子隔開(kāi)的第一電流傳輸路徑部和第二電流傳輸路徑部，所述第一電流傳輸路徑部和第二電流傳輸路徑部的兩者其一或兩者包括至少一個(gè)模塊，所述或每個(gè)模塊包括至少一個(gè)能量存儲(chǔ)裝置，
[0010]輔助端子，用于連接到地或者所述第二輸電線；
[0011]能量轉(zhuǎn)換塊，用于從所述輸電線去除能量，所述能量轉(zhuǎn)換塊在第三端子與輔助端子之間延伸，使得所述能量轉(zhuǎn)換塊從所述電流傳輸路徑分支，所述能量轉(zhuǎn)換塊包括至少一個(gè)能量轉(zhuǎn)換元件；以及
[0012]控制單元，從電流傳輸路徑選擇性地去除所述能量存儲(chǔ)裝置或每個(gè)能量存儲(chǔ)裝置。
[0013]如果必要的話，為了例如保護(hù)輸電線免于過(guò)電壓且確保低壓故障穿越，以這種方式配置控制電路允許其被用作能量去除裝置，以從輸電線去除過(guò)剩能量。這是因?yàn)樵诳刂齐娐分邪龌蛎總€(gè)模塊允許有源地修改在所述或每個(gè)能量轉(zhuǎn)換元件中流動(dòng)的電流以對(duì)應(yīng)于從輸電線去除的過(guò)剩能量。
[0014]為了調(diào)節(jié)輸電線中的能量水平，在其正常操作中，控制電路可以被配置為采用備用配置，其中在輸電線的正常狀態(tài)期間，所述能量存儲(chǔ)裝置或每個(gè)能量存儲(chǔ)裝置被插入電流傳輸路徑以阻斷電流傳輸路徑中流動(dòng)的電流，或者從電流傳輸路徑選擇性地去除一個(gè)或多個(gè)能量存儲(chǔ)裝置以使電流通過(guò)電流傳輸路徑從輸電線流向所述或每個(gè)能量轉(zhuǎn)換元件以便能夠經(jīng)由所述或每個(gè)能量轉(zhuǎn)換元件從DC傳輸線去除并且耗散過(guò)剩能量。
[0015]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)從電流傳輸路徑選擇性地去除所述能量存儲(chǔ)裝置或每個(gè)能量存儲(chǔ)裝置的能力允許能量(即過(guò)剩電力)從輸電線快速轉(zhuǎn)移到控制電路，并且由此能夠進(jìn)行能量傳輸線中能量水平的快速調(diào)節(jié)。這進(jìn)而允許在相關(guān)聯(lián)電網(wǎng)絡(luò)故障的情況下，控制電路對(duì)需求進(jìn)行快速響應(yīng)以調(diào)節(jié)輸電線中的能量水平。
[0016]以這種方式(即能量轉(zhuǎn)換塊相對(duì)于電流傳輸路徑的布置)配置的控制電路允許當(dāng)不需要控制電路從輸電線去除能量時(shí)阻止或最小化能量轉(zhuǎn)換塊中的電流。當(dāng)需要控制電路來(lái)從輸電線去除能量時(shí)，為了能夠從輸電線去除能量，第一電流傳輸路徑部和第二電流傳輸路徑部中的其中一個(gè)或兩個(gè)則可以被配置為允許電流流過(guò)能量轉(zhuǎn)換塊。
[0017]將輔助端子連接到第二輸電線的控制電路的配置允許能量轉(zhuǎn)換塊被連接到第二輸電線而不是連接到地，并且由此允許高電流通過(guò)輸電線而不是輸電線的寄生電容流通。
[0018]可以理解地是，在本發(fā)明中提及的“輸電線”既包括AC輸電線也包括DC輸電線。
[0019]在本發(fā)明的實(shí)施例中，第一電流傳輸路徑部可以包括至少一個(gè)第一模塊，所述第一模塊或每個(gè)第一模塊包括至少一個(gè)第一能量?jī)?chǔ)存裝置。
[0020]至少一個(gè)第一模塊還可以包括至少一個(gè)主開(kāi)關(guān)元件，以選擇性地引導(dǎo)電流通過(guò)所述或每個(gè)第一能量?jī)?chǔ)存裝置或使電流旁路所述或每個(gè)第一能量?jī)?chǔ)存裝置。這種方式的每個(gè)第一模塊的結(jié)構(gòu)允許其主開(kāi)關(guān)元件由其能量存儲(chǔ)裝置而不是外部電源來(lái)供電，從而導(dǎo)致更緊湊的控制電路。
[0021 ] 所述第一模塊或每個(gè)第一模塊可以被配置為具有雙向電流能力，即所述第一模塊或每個(gè)第一模塊可以被配置為能夠在兩個(gè)方向上傳導(dǎo)電流。作為不例，至少一個(gè)第一模塊可以包括以半橋結(jié)構(gòu)與能量存儲(chǔ)裝置并聯(lián)連接的一對(duì)主開(kāi)關(guān)元件，以限定能夠提供零電壓或正電壓并且能夠在兩個(gè)方向上傳導(dǎo)電流的2-象限單極模塊。作為另一個(gè)示例，至少一個(gè)第一模塊可以包括與第一能量存儲(chǔ)裝置并聯(lián)連接的兩對(duì)主開(kāi)關(guān)元件，以限定能夠提供零電壓、正電壓或負(fù)電壓并且能夠在兩個(gè)方向上傳導(dǎo)電流的4-象限雙極模塊。
[0022]在控制電路中使用具有雙向電壓能力的模塊能夠使控制電路與LCCHVDC方案(其中當(dāng)被傳輸電力的方向被轉(zhuǎn)向時(shí)，DC電壓的極性改變)結(jié)合。
[0023]可替代地，所述第一模塊或每個(gè)第一模塊可以被配置為具有單向電流能力，即所述或者每個(gè)第一模塊可以被配置為能夠僅在一個(gè)方向上傳導(dǎo)電流。作為示例，至少一個(gè)第一模塊可以包括串聯(lián)連接的第一組電流流動(dòng)控制元件和第二組電流流動(dòng)控制元件，每組電流流動(dòng)控制元件包括有源開(kāi)關(guān)元件以選擇性地引導(dǎo)電流通過(guò)所述第一能量存儲(chǔ)裝置或每個(gè)第一能量存儲(chǔ)裝置，和無(wú)源電流單向元件以限制電流在單個(gè)方向上通過(guò)第一模塊流動(dòng)，串聯(lián)連接的第一組電流流動(dòng)控制元件和第二組電流流動(dòng)控制元件和所述第一能量存儲(chǔ)裝置或每個(gè)第一能量存儲(chǔ)裝置以全橋結(jié)構(gòu)布置，以限定能夠提供零電壓、正電壓或負(fù)電壓并同時(shí)在單個(gè)方向上傳導(dǎo)電流的2-象限雙極合理化模塊。
[0024]這種第一模塊提供從電流傳輸路徑選擇性地去除所述或每個(gè)第一能量?jī)?chǔ)存裝置的可靠手段。
[0025]在本發(fā)明的實(shí)施例中，第二電流傳輸路徑部可以包括至少一個(gè)主開(kāi)關(guān)塊，可切換以選擇性地允許或禁止第二傳輸路徑部中電流的流動(dòng)。
[0026]至少一個(gè)主開(kāi)關(guān)塊可以包括至少一個(gè)次開(kāi)關(guān)元件。取決于第二電流傳輸路徑部所需的電壓額定值，第二電流傳輸路徑部中次開(kāi)關(guān)元件的數(shù)量可以變化。
[0027]至少一個(gè)主開(kāi)關(guān)塊可以包括第二模塊，第二模塊包括至少一個(gè)第二能量?jī)?chǔ)存裝置。至少一個(gè)第二模塊可以包括至少一個(gè)主開(kāi)關(guān)元件，以選擇性地引導(dǎo)電流通過(guò)所述或每個(gè)第二能量存儲(chǔ)裝置或使得電流旁路所述或每個(gè)第二能量?jī)?chǔ)存裝置。如上針對(duì)第一模塊所述，這種方式的所述或每個(gè)第二模塊的結(jié)構(gòu)允許主開(kāi)關(guān)元件由能量存儲(chǔ)裝置而不是外部電源來(lái)供電，從而導(dǎo)致更緊湊的控制電路。
[0028]以與上述第一模塊或每個(gè)第一模塊相同的方式，所述或每個(gè)第二模塊可以被配置為具有雙向或單向電流能力。為了切換所述或每個(gè)主開(kāi)關(guān)塊，這種第二模塊提供從第二電流傳輸路徑部選擇性地去除所述或每個(gè)第二能量存儲(chǔ)裝置的可靠手段。
[0029]在將輔助端子用于連接到第二輸電線的本發(fā)明的實(shí)施例中，為了增大流過(guò)電能轉(zhuǎn)換塊的電流并且從而提高控制電路從DC輸電線去除能量的效率，在從輸電線去除能量期間，控制電路可以被配置為阻止或最小化流過(guò)第二電流傳輸路徑部的電流。更具體地，控制單元可以選擇性地切換所述或每個(gè)主開(kāi)關(guān)塊以阻止或最小化流過(guò)第二電流傳輸路徑部的電流，并且從而使電流被引導(dǎo)至所述或每個(gè)能量轉(zhuǎn)換元件。
[0030]當(dāng)至少一個(gè)主開(kāi)關(guān)塊包括至少一個(gè)次開(kāi)關(guān)元件時(shí)，控制單元可以選擇性地切換所述或每個(gè)次開(kāi)關(guān)元件至關(guān)斷狀態(tài)，以阻止電流流過(guò)第二電流傳輸路徑部，并且從而使電流被弓I導(dǎo)至所述或每個(gè)能量轉(zhuǎn)換元件。
[0031]當(dāng)至少一個(gè)主開(kāi)關(guān)塊包括第二模塊時(shí)，控制單元可以選擇性地切換在第二電流傳輸路徑部的所述或每個(gè)第二模塊中的所述或每個(gè)開(kāi)關(guān)元件，以阻止或最小化流過(guò)第二電流傳輸路徑部的電流并且從而使電流被引導(dǎo)到所述或每個(gè)能量轉(zhuǎn)換元件。
[0032]對(duì)于利用使用至少一個(gè)第一模塊和至少一個(gè)主開(kāi)關(guān)塊的實(shí)施例，第一電流傳輸路徑部的調(diào)制電壓和電流兩者的能力允許在零電壓和零電流條件下軟切換第二電流傳輸路徑部的所述或每個(gè)主開(kāi)關(guān)塊。
[0033]在從輸電線去除能量期間，將輔助端子連接到第二輸電線的控制電路的配置和其操作導(dǎo)致第二電流傳輸路徑部傳導(dǎo)零電流或接近于零的電流。這從而允許在第二電流傳輸路徑部中使用低電流、高電壓的半導(dǎo)體器件。
[0034]在將輔助端子用于連接到地的本發(fā)明的實(shí)施例中，控制電路可以被配置為使得電流流過(guò)電流傳輸路徑和所述或每個(gè)能量轉(zhuǎn)換元件，如下文所述。
[0035]當(dāng)每個(gè)第一電流傳輸路徑部和第二電流傳輸路徑部包括至少一個(gè)模塊時(shí)，控制單元可以從第一電流傳輸路徑部和第二電流傳輸路徑部選擇性地去除每個(gè)能量存儲(chǔ)裝置以產(chǎn)生跨所述或每個(gè)能量轉(zhuǎn)換元件兩端的AC電壓(交流電壓)波形，以從輸電線去除能量。
[0036]可選地，控制單元可以從第一電流傳輸路徑部和第二電流傳輸路徑部選擇性地去除每個(gè)能量存儲(chǔ)裝置，以產(chǎn)生跨每個(gè)第一電流傳輸路徑部和第二電流傳輸路徑部?jī)啥说姆讲妷翰ㄐ?例如，180°相移方波電壓波形)，并且從而產(chǎn)生跨所述或每個(gè)能量轉(zhuǎn)換元件兩端的AC電壓波形，以從輸電線去除能量。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在從輸電線去除能量期間，跨每個(gè)第一電流傳輸路徑部和第二電流傳輸路徑部?jī)啥说倪@種方波電壓波形的產(chǎn)生不僅降低流過(guò)模塊的電流的峰值，還允許每個(gè)電流傳輸路徑部的多個(gè)模塊之間的能量平衡?？梢岳斫獾厥牵趶妮旊娋€去除能量期間，控制單元可以從第一電流傳輸路徑部和第二電流傳輸路徑部選擇性地去除每個(gè)能量存儲(chǔ)裝置，以便產(chǎn)生跨每個(gè)第一電流傳輸路徑部和第二電流傳輸路徑部?jī)啥说牟煌螤畹碾妷翰ㄐ巍?br> [0037]在采用使用能量轉(zhuǎn)換塊的本發(fā)明的實(shí)施例中，能量轉(zhuǎn)換塊還可以包括至少一個(gè)輔助開(kāi)關(guān)塊，可切換以選擇性地允許或禁止所述或每個(gè)能量轉(zhuǎn)換元件中電流的流動(dòng)。
[0038]在這種控制電路中，從電流傳輸路徑選擇性地去除所述能量存儲(chǔ)裝置或每個(gè)能量存儲(chǔ)裝置對(duì)控制從輸電線去除能量不是必要的。代替地，在能量去除模式中切換所述或每個(gè)輔助開(kāi)關(guān)塊來(lái)控制所述或每個(gè)能量轉(zhuǎn)換塊中電流的流動(dòng)并且由此控制從輸電線去除能量。因此，在備用配置中，在能量轉(zhuǎn)換塊中使用至少一個(gè)輔助開(kāi)關(guān)塊允許相對(duì)于其用于阻止電流來(lái)優(yōu)化電流傳輸路徑的結(jié)構(gòu)，從而提供在硬件體積和成本方面的節(jié)約和在控制電路的操作效率方面的提高。
[0039]至少一個(gè)輔助開(kāi)關(guān)塊可以包括至少一個(gè)輔助開(kāi)關(guān)元件。
[0040]至少一個(gè)輔助開(kāi)關(guān)塊可以包括一個(gè)輔助模塊，輔助模塊包括至少一個(gè)輔助能量存儲(chǔ)裝置。至少一個(gè)輔助模塊可以包括至少一個(gè)輔助開(kāi)關(guān)元件，以選擇性地引導(dǎo)電流通過(guò)所述或每個(gè)輔助能量存儲(chǔ)裝置或使電流旁路所述或每個(gè)輔助能量存儲(chǔ)裝置。
[0041]這種輔助模塊可以被控制來(lái)有源地修改在所述或每個(gè)能量轉(zhuǎn)換元件中流動(dòng)的電流以對(duì)應(yīng)于從輸電線去除的過(guò)剩能量。
[0042]可選地，以和上述的第一模塊和第二模塊相同的方式，至少一個(gè)輔助模塊可以被配置為具有雙向或單向電流能力。
[0043]在采用使用至少一個(gè)輔助開(kāi)關(guān)塊和至少一個(gè)第二能量存儲(chǔ)裝置的本發(fā)明的實(shí)施例中，當(dāng)所述或每個(gè)輔助開(kāi)關(guān)塊被切換時(shí)，控制單元可以從第二電流傳輸路徑部選擇性地去除每個(gè)第二能量存儲(chǔ)裝置以修改第三端子處的電壓，以允許所述或每個(gè)輔助開(kāi)關(guān)塊的軟切換，從而最小化開(kāi)關(guān)損耗。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0044]現(xiàn)將參考附圖，通過(guò)非限制性示例的方式描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中:
[0045]圖1a和圖1b以示意圖的形式示出現(xiàn)有技術(shù)DC傳輸方案；
[0046]圖2以示意圖的形式示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的控制電路；
[0047]圖3示出圖2的控制電路的操作；
[0048]圖4以示意圖的形式示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的控制電路；
[0049]圖5以示意圖的形式示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的控制電路；
[0050]圖6以示意圖的形式示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的控制電路；
[0051]圖7示出圖6的控制電路的操作；
[0052]圖8以示意圖的形式示出圖6控制電路的用于Matlab-Simulink仿真的仿真模型；
[0053]圖9a至圖9c以曲線圖的形式示出圖8的仿真模型的結(jié)果；以及
[0054]圖10以示意圖的形式示出根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的控制電路。

【具體實(shí)施方式】
[0055]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的第一控制電路20。
[0056]第一控制電路20包括第一端子22和第二端子24。在使用中，第一端子22和第二端子24分別被連接到分別攜帶+Vdc/2和-Vdc/2電壓的第一 DC輸電線26和第二 DC輸電線28。
[0057]第一控制電路20還包括在第一端子22與第二端子24之間延伸的電流傳輸路徑。電流傳輸路徑具有由第三端子34隔開(kāi)的第一電流傳輸路徑部30和第二電流傳輸路徑部32。
[0058]第一電流傳輸路徑部30在第一端子22與第三端子34之間延伸，并且包括多個(gè)串聯(lián)連接的第一模塊36。每個(gè)第一模塊36包括與以第一電容器形式的能量存儲(chǔ)裝置并聯(lián)連接的兩對(duì)主開(kāi)關(guān)元件。每對(duì)主開(kāi)關(guān)元件和第一電容器以全橋結(jié)構(gòu)來(lái)連接以限定能夠提供零電壓、負(fù)電壓或正電壓并且能夠在兩個(gè)方向上傳導(dǎo)電流的4-象限雙極模塊。
[0059]第二電流傳輸路徑部32在第二端子24與第三端子34之間延伸，并且包括多個(gè)串聯(lián)連接的次開(kāi)關(guān)元件40。
[0060]每個(gè)開(kāi)關(guān)元件由以絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)形式的半導(dǎo)體器件構(gòu)成。每個(gè)開(kāi)關(guān)元件還包括與其并聯(lián)連接的反并聯(lián)二極管。
[0061]第一控制電路20還包括輔助端子42和在第三端子34與輔助端子42之間延伸的能量轉(zhuǎn)換塊，使得能量轉(zhuǎn)換塊從電流傳輸路徑分支。能量轉(zhuǎn)換塊包括在第三端子34與輔助端子42之間串聯(lián)連接的轉(zhuǎn)儲(chǔ)電阻器44?？梢栽O(shè)想，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，轉(zhuǎn)儲(chǔ)電阻器44可以由多個(gè)轉(zhuǎn)儲(chǔ)電阻器代替。
[0062]在使用時(shí)，輔助端子42被連接到第二 DC輸電線28。
[0063]第一控制電路20還包括控制單元46以控制從第一電流傳輸路徑部30選擇性地去除每個(gè)第一電容器。每個(gè)第一電容器被從第一電流傳輸路徑部30選擇性地去除，如下所述。
[0064]通過(guò)改變主開(kāi)關(guān)元件的狀態(tài)，每個(gè)4-象限雙極模塊的第一電容器被選擇性地旁路或插入到電流傳輸路徑。這選擇性地弓I導(dǎo)電流通過(guò)第一電容器或使得電流旁路第一電容器，使得每個(gè)4-象限雙極模塊提供零電壓、負(fù)電壓或正電壓。
[0065]在4-象限雙極模塊中，當(dāng)在每個(gè)4-象限雙極模塊中的各對(duì)主開(kāi)關(guān)元件被配置為形成短路時(shí)，每個(gè)4-象限雙極模塊的第一電容器被旁路。這使在第一電流傳輸路徑部30中的電流經(jīng)過(guò)短路并旁路第一電容器，所以4-象限雙極模塊提供零電壓，即4-象限雙極模塊被配置為旁路模式并且從而被從第一電流傳輸路徑部30去除。
[0066]當(dāng)每個(gè)4-象限雙極模塊中的各對(duì)主開(kāi)關(guān)元件被配置為允許在第一電流傳送路徑部30中的電流流入和流出第一電容器時(shí)，每個(gè)4-象限雙極模塊的第一電容器被插入第一電流傳輸路徑部30。然后第一電容器將其存儲(chǔ)的能量充電或放電以便提供非零電壓，即4-象限雙極模塊被配置為非旁路模式，并且從而不從第一電流傳輸路徑部30去除。4-象限雙極模塊的雙向性質(zhì)意味著第一電容器可以以正向或反向插入第一電流傳輸路徑部30,以便提供正電壓或負(fù)電壓。
[0067]通過(guò)將每個(gè)提供自身電壓的多個(gè)第一模塊36的第一電容器插入第一電流傳輸路徑部30，能夠建立跨多個(gè)第一模塊36兩端的組合電壓，其高于從每個(gè)單個(gè)第一模塊36可得的電壓。以這種方式切換每個(gè)第一模塊36的主開(kāi)關(guān)元件使得多個(gè)第一模塊36提供步階式可變電壓源，這允許使用步進(jìn)式近似來(lái)產(chǎn)生跨多個(gè)第一模塊36兩端的電壓波形。
[0068]可以設(shè)想，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，每個(gè)第一模塊可以以其他方式配置以具有雙向電流能力。例如，每個(gè)第一模塊可以包括以半橋結(jié)構(gòu)與第一電容器并聯(lián)連接的一對(duì)主開(kāi)關(guān)元件以限定能夠提供零電壓或正電壓并且能夠在兩個(gè)方向上傳導(dǎo)電流的2-象限單極模塊。
[0069]控制單元46還控制多個(gè)次開(kāi)關(guān)元件40的切換。
[0070]下文參照?qǐng)D3描述DC電力傳輸方案內(nèi)第一控制電路20的操作。
[0071]第一 DC輸電線26和第二 DC輸電線28互連第一電力轉(zhuǎn)換器48和第二電力轉(zhuǎn)換器50，第一電力轉(zhuǎn)換器48和第二電力轉(zhuǎn)換器50本身連接到相應(yīng)的第一 AC網(wǎng)絡(luò)和第二 AC網(wǎng)絡(luò)(未不出)的相應(yīng)的相位。經(jīng)由對(duì)應(yīng)的電力轉(zhuǎn)換器及第一 DC輸電線26和第二 DC輸電線28將電力從第一 AC網(wǎng)絡(luò)傳輸至第二 AC網(wǎng)絡(luò)。
[0072]在正常操作期間，第一控制電路20米用每個(gè)第一模塊36的第一電容器被連接在電流傳輸路徑中的備用配置。同時(shí)，控制單元46將每個(gè)次開(kāi)關(guān)元件40切換至導(dǎo)通狀態(tài)以允許電流流過(guò)第二電流傳輸路徑部32并且從而旁路轉(zhuǎn)儲(chǔ)電阻器44。換句話說(shuō)，當(dāng)?shù)谝豢刂齐娐?0處于備用配置時(shí)，第二電流傳輸路徑部32被配置為將轉(zhuǎn)儲(chǔ)電阻器44 “短路”出電路并且被保持在該狀態(tài)中。以這種方式配置第二電流傳輸路徑部32的目的是經(jīng)由轉(zhuǎn)儲(chǔ)電阻器44通過(guò)能量耗散來(lái)使功率損耗最小化。
[0073]跨第一電流傳輸路徑部30兩端的總電壓大約等于跨DC輸電線26和28兩端的電壓VDC。在備用配置中，零電流或最小電流流過(guò)電流傳輸路徑。
[0074]在第二電力轉(zhuǎn)換器50由于例如在第二 AC網(wǎng)絡(luò)中的故障而不能接收傳輸?shù)碾娏Φ那闆r下，第一 AC網(wǎng)絡(luò)必須暫時(shí)地繼續(xù)傳輸電力至DC傳輸線，直到電力轉(zhuǎn)移能夠被減小到零(風(fēng)力發(fā)電設(shè)備通常需要1-2秒)。這會(huì)導(dǎo)致在DC輸電線路26和28中過(guò)剩能量的積累。如果必要的話，為了保護(hù)DC輸電線26和28免于過(guò)電壓且為了確保低壓故障穿越，需要從DC輸電線26和28去除過(guò)剩能量。
[0075]為了允許第一 AC網(wǎng)絡(luò)經(jīng)由第一電力轉(zhuǎn)換器48繼續(xù)傳輸電力至DC傳輸線，控制單元46選擇性地將每個(gè)次開(kāi)關(guān)元件40切換至關(guān)斷狀態(tài)以阻止電流流過(guò)第二電流傳輸路徑部32,并且從而使電流被弓I導(dǎo)至轉(zhuǎn)儲(chǔ)電阻器44。同時(shí)，控制單元46從第一電流傳輸路徑部30選擇性地去除每個(gè)第一電容器以產(chǎn)生跨第一電流傳輸路徑部30兩端的電壓波形V1，其在跨DC傳輸線兩端的電壓Vdc上加上或減去有限的電壓階梯。這使電流Idump通過(guò)第一電流傳輸路徑部30從DC輸電線26和28流向轉(zhuǎn)儲(chǔ)電阻器44，并且從而允許經(jīng)由轉(zhuǎn)儲(chǔ)電阻器44的能量耗散以便從DC輸電線26和28去除過(guò)剩能量。
[0076]在能量去除模式中，第一控制電路20從DC輸電線26和28得到相對(duì)高的電流(通常每單位1.0)并且與DC輸電線26和28交換真實(shí)電力。
[0077]在這種方式中，第一控制電路20能夠被用作能量去除裝置以從DC輸電線26和28去除過(guò)剩能量。
[0078]在第一控制電路20中包含多個(gè)第一模塊36允許產(chǎn)生寬范圍的電壓波形以有源地修改流過(guò)轉(zhuǎn)儲(chǔ)電阻器44的電流，以便對(duì)應(yīng)于待從DC輸電線26和28去除的過(guò)剩能量。
[0079]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)從電流傳輸路徑選擇性地去除每個(gè)第一電容器的能力，允許能量(即過(guò)剩電力)從DC輸電線26和28快速轉(zhuǎn)移到第一控制電路20，并且由此實(shí)現(xiàn)DC輸電線26和28中能量水平的快速調(diào)節(jié)。這進(jìn)而允許在相關(guān)電網(wǎng)絡(luò)中故障的情況下，第一控制電路20對(duì)需求進(jìn)行快速響應(yīng)以調(diào)節(jié)DC輸電線26和28中的能量水平。
[0080]此外，將輔助端子42連接到第二 DC輸電線28進(jìn)而允許轉(zhuǎn)儲(chǔ)電阻器44連接到第二 DC輸電線28而不接地，并且從而允許高電流通過(guò)DC輸電線26和28而不是DC輸電線26和28的寄生電容流通。
[0081]可以理解地是，在備用配置和能量去除模式中，第二電流傳輸路徑部32傳導(dǎo)零或接近零的電流。這從而允許在第二電流傳輸路徑部32中使用低電流、高電壓的半導(dǎo)體器件，從而實(shí)現(xiàn)在損耗、成本和占用空間方面的降低。
[0082]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的第二控制電路120。圖4中示出的第二控制電路120在結(jié)構(gòu)和操作上與圖1所示的第一控制電路20類似，并且相似的特征共用相同的附圖標(biāo)記。
[0083]第二控制電路120與第一控制電路20的不同之處在于:在第二控制電路120中，多個(gè)串聯(lián)連接的次開(kāi)關(guān)元件40由多個(gè)串聯(lián)連接的第二模塊68代替。每個(gè)第二模塊68包括以第二電容器形式與能量存儲(chǔ)裝置并聯(lián)連接的一對(duì)主開(kāi)關(guān)元件。該對(duì)主開(kāi)關(guān)元件和第二電容器以半橋結(jié)構(gòu)連接以限定能夠提供零電壓或正電壓并且能夠在兩個(gè)方向上傳導(dǎo)電流的2-象限單極模塊。
[0084]在使用中，控制單元46控制從第二電流傳輸路徑部32選擇性地去除每個(gè)第二電容器。每個(gè)第二電容器被從第二電流傳輸路徑部32選擇性地去除，如下所述。
[0085]通過(guò)改變主開(kāi)關(guān)元件的狀態(tài)，每個(gè)-2象限單極模塊的第二電容器被選擇性地旁路或插入電流傳輸路徑。這選擇地弓I導(dǎo)電流通過(guò)第二電容器或使電流旁路第二電容器，使得每個(gè)2-象限單極模塊提供零電壓或正電壓。
[0086]在2-象限單極模塊中，當(dāng)每個(gè)2-象限單極模塊中的一對(duì)主開(kāi)關(guān)元件被配置為形成短路時(shí)，每個(gè)2-象限單極模塊中的第二電容器被旁路。這使得第二電流傳輸路徑部32中的電流經(jīng)過(guò)該短路且旁路第二電容器，并且所以2-象限單極模塊提供零電壓，即2-象限單極模塊被配置為旁路模式，并且由此被從第二電流傳輸路徑部去除。
[0087]當(dāng)每個(gè)2-象限單極模塊中的一對(duì)主開(kāi)關(guān)元件被配置為允許第二電流傳輸路徑部32中的電流流入和流出第二電容器時(shí)，每個(gè)2-象限單極模塊的第二電容器被插入第二電流傳輸路徑部32。然后第二電容器對(duì)其儲(chǔ)存的能量進(jìn)行充電或放電，以便提供非零電壓，即2-象限單極模塊被配置為非旁路模式，并且從而為被從第二電流傳輸路徑部32去除。
[0088]以上述相對(duì)于多個(gè)第一模塊36相同的方式能夠建立跨多個(gè)第二模塊68兩端的組合電壓。
[0089]第二控制電路120的操作類似于第一控制電路20的操作，除了:
[0090]當(dāng)從DC輸電線26和28去除能量時(shí)，控制單元46選擇性地切換第二電流傳輸路徑部32的每個(gè)第二模塊68的主開(kāi)關(guān)元件的狀態(tài)以阻止或最小化流過(guò)第二電流傳輸路徑部32的電流，并且從而使電流被引導(dǎo)至轉(zhuǎn)儲(chǔ)電阻器44。
[0091]優(yōu)選地，在從DC輸電線26和28去除能量期間，第二控制電路120應(yīng)該被控制為使得流過(guò)第二電流傳輸路徑部32的電流為零。但是，實(shí)際上，一些電流將流過(guò)第二電流傳輸路徑部32以使得能夠?qū)Φ诙娙萜鬟M(jìn)行充電或放電以實(shí)現(xiàn)跨轉(zhuǎn)儲(chǔ)電阻器44兩端的期望電壓。
[0092]可以理解地是，多個(gè)第二模塊68中的每個(gè)能夠被配置為具有低于多個(gè)第一模塊36中的每個(gè)的額定值(rating)以便實(shí)現(xiàn)在損耗、成本和占用空間方面的降低。這是因?yàn)?，如上文針?duì)第一控制電路20所述的，在備用配置和能量去除模式中，第二電流傳輸路徑部32傳導(dǎo)零或接近零的電流。
[0093]圖5示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的第三控制電路220。圖5中示出的第三個(gè)控制電路220在結(jié)構(gòu)和操作上與圖4所示的第二控制電路120類似，并且相似的特征共用相同的附圖標(biāo)記。
[0094]第三控制電路220與第二控制電路120的不同之處在于:在第三控制電路220中，每個(gè)第二模塊70包括以第二電容器形式與能量存儲(chǔ)裝置并聯(lián)連接的兩對(duì)主開(kāi)關(guān)元件。各對(duì)主開(kāi)關(guān)元件和第二電容器以全橋結(jié)構(gòu)連接以限定能夠提供零電壓、負(fù)電壓或正電壓并且能夠在兩個(gè)方向上傳導(dǎo)電流的4-象限單極模塊。
[0095]在使用中，控制單元46控制從第二電流傳輸路徑部32選擇性地去除每個(gè)第二電容器。以與從第一控制電路20中的第一電流傳輸路徑部30選擇性地去除每個(gè)第一模塊36相同的方式從第二電流傳輸路徑部32選擇性地去除每個(gè)第二電容器。
[0096]除了在第二電流傳輸路徑部32中使用4-象限雙極模塊代替2-象限單極模塊以夕卜，第三控制電路220的操作與第二控制電路120的操作類似。
[0097]在第二電流傳輸路徑部32中使用4-象限雙極模塊的益處在于:它允許使用結(jié)合有LCC HVDC算法的第三控制電路220，在LCC HVDC算法中，當(dāng)被傳輸電力的方向被反轉(zhuǎn)時(shí)，DC電壓的極性改變。
[0098]圖6示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的第四控制電路320。圖6中示出的第四個(gè)控制電路320在結(jié)構(gòu)和操作上與圖5所示的第三控制電路220類似，并且相似的特征共用相同的附圖標(biāo)記。
[0099]第四控制電路320與第三控制電路220的不同之處在于:
[0100]在使用中，輔助端子42被連接到地而不是被連接到第二 DC輸電線28 ；
[0101]第二 DC傳輸路徑部32還包括與多個(gè)第二模塊70串聯(lián)連接的第二電感器。
[0102]參照?qǐng)D7，下面描述DC電力傳輸方案內(nèi)第四控制電路320的操作。
[0103]第一 DC輸電線26和第二 DC輸電線28互連第一電力轉(zhuǎn)換器48和第二電力轉(zhuǎn)換器50，第一電力轉(zhuǎn)換器48和第二電力轉(zhuǎn)換器50本身連接到對(duì)應(yīng)的第一 AC網(wǎng)絡(luò)和第二 AC網(wǎng)絡(luò)(未不出)的相應(yīng)的相位。經(jīng)由對(duì)應(yīng)的電力轉(zhuǎn)換器及第一 DC輸電線26和第二 DC輸電線28將電力從第一 AC網(wǎng)絡(luò)傳輸至第二 AC網(wǎng)絡(luò)。
[0104]在正常操作期間，第四控制電路320采用第一模塊和第二模塊70的電容器被連接在電流傳輸路徑中的備用配置。同時(shí)，當(dāng)?shù)谒目刂齐娐?20為旁路配置時(shí)，為了阻止或最小化流過(guò)轉(zhuǎn)儲(chǔ)電阻器44的電流并且從而最小化經(jīng)由轉(zhuǎn)儲(chǔ)電阻器44的能量耗散，第一電流傳輸路徑部30和第二電流傳輸路徑部32被配置為保持跨轉(zhuǎn)儲(chǔ)電阻器44兩端的零或接近零的電壓。以這種方式配置第一電流傳輸路徑部31和第二電流傳輸路徑部32的目的是最小化經(jīng)由轉(zhuǎn)儲(chǔ)電阻器44通過(guò)能量耗散的功率損耗。
[0105]跨第一電流傳輸路徑部30兩端的總電壓大約等于跨DC輸電線26和28兩端的電壓VDC。在備用配置中，零電流或最小電流流過(guò)電流傳輸路徑。
[0106]在第二電力轉(zhuǎn)換器50由于例如在第二 AC網(wǎng)絡(luò)中的故障而不能接收傳輸?shù)碾娏Φ那闆r下，第一 AC網(wǎng)絡(luò)必須暫時(shí)地繼續(xù)傳輸電力至DC傳輸線，直到電力轉(zhuǎn)移能夠被減小到零(風(fēng)力發(fā)電設(shè)備通常需要1-2秒)。如上所述，這會(huì)導(dǎo)致在DC輸電線路26和28中過(guò)剩能量的積累。如果必要的話，為了保護(hù)DC輸電線免于過(guò)電壓且為了確保低壓故障穿越，需要從DC輸電線26和28去除過(guò)剩能量。
[0107]為了允許第一 AC網(wǎng)絡(luò)經(jīng)由第一電力轉(zhuǎn)換器48繼續(xù)傳輸電力至DC傳輸線，控制單元46從第一電流傳輸路徑部30和第二電流傳輸路徑部32選擇性地去除每個(gè)第一電容器和第二電容器以產(chǎn)生跨第一電流傳輸路徑部30和第二電流傳輸路徑部32中每個(gè)兩端的電壓波形，該電壓波形在跨DC傳輸線兩端的電壓Vdc上加上或減去有限的電壓階梯?？绲谝浑娏鱾鬏斅窂讲?0和第二電流傳輸路徑部32兩端的電壓波形被定形為以便產(chǎn)生跨轉(zhuǎn)儲(chǔ)電阻器44兩端的AC電壓波形。這使得電流IAC—d_/2從DC輸電線26和28通過(guò)第一電流傳輸路徑部30和第二電流傳輸路徑部32流動(dòng)并且使電流IA。d_流向轉(zhuǎn)儲(chǔ)電阻器44，從而允許經(jīng)由轉(zhuǎn)儲(chǔ)電阻器44的能量耗散以便從DC輸電線26和28去除過(guò)剩能量。
[0108]使用Matlab-Simulink實(shí)現(xiàn)第四控制電路320的仿真模型以說(shuō)明其操作。圖8中示出仿真模型的表示，其中第一電容器和第二電容器中每個(gè)被建模為DC電壓源并且第四控制電路320與DC電壓源并聯(lián)連接。
[0109]為第一電流傳輸路徑部30和第二電流傳輸路徑部32中每個(gè)設(shè)定方波電壓波形。為了實(shí)現(xiàn)單個(gè)周期上零凈能量交換的目的，第一電流傳輸路徑部30和第二電流傳輸路徑部32中每個(gè)需要的每個(gè)方波電壓波形的正峰值被設(shè)定為Vdc，而第一電流傳輸路徑部30和第二電流傳輸路徑部32中每個(gè)需要的每個(gè)方波電壓波形的負(fù)峰值是由比例積分調(diào)節(jié)器控制的負(fù)電壓值，以便存儲(chǔ)在第一電容器和第二電容器中任何損失的能量，如圖9a所示，其以曲線圖形式示出跨多個(gè)第一模塊36兩端的功率P1和由零平均功率Pavg表示的零凈功率交換的變化。
[0110]實(shí)際上，所產(chǎn)生的電壓波形的負(fù)值使得恒定的DC電流通過(guò)電流電流傳輸路徑從第二 DC輸電線28流向第一 DC輸電線26以補(bǔ)償從第一電容器和第二電容器到轉(zhuǎn)儲(chǔ)電阻器44的能量損失。恒定的DC電流抵消通過(guò)電流傳輸路徑流向轉(zhuǎn)儲(chǔ)電阻器44的AC電流，如圖9b所示，其以曲線圖形式示出第一電流傳輸路徑部30中的瞬時(shí)電流I1和零平均電流Ilavg以及第二電流傳輸路徑部32中的瞬時(shí)電流I2和零平均電流I2avg。
[0111]圖9c以曲線圖的形式示出在轉(zhuǎn)儲(chǔ)電阻器44中耗散的瞬時(shí)功率Pk和平均功率P
1 Ravg0
[0112]從仿真模型可以發(fā)現(xiàn)，在單個(gè)周期中，使用180°對(duì)跨每個(gè)第一電流傳輸路徑部30和第二電流傳輸路徑部32兩端的方波電壓波形進(jìn)行相移不僅降低通過(guò)第一電容器和第二電容器的電流的峰值，還導(dǎo)致多個(gè)第一模塊36和多個(gè)第二模塊70中的每個(gè)的零凈能量交換。因此，在從DC輸電線路26和28去除能量的期間中，使用180°對(duì)跨每個(gè)第一電流傳輸路徑部30和第二電流傳輸路徑部32兩端的方波電壓波形進(jìn)行相移導(dǎo)致第四控制電路320的穩(wěn)定操作。
[0113]圖10示出根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的第五控制電路420。圖10中示出的第五個(gè)控制電路420在結(jié)構(gòu)上與圖4所示的第二控制電路120類似，并且相似的特征共用相同的附圖標(biāo)記。
[0114]第五控制電路420與第二控制電路120的不同之處在于:
[0115]第五控制電路420省略多個(gè)第一模塊36 ；
[0116]能量轉(zhuǎn)換塊還包括與轉(zhuǎn)儲(chǔ)電阻器44串聯(lián)連接的多個(gè)串聯(lián)連接的輔助開(kāi)關(guān)元件100。
[0117]下面描述DC電力傳輸方案內(nèi)第五控制電路420的操作。
[0118]在正常操作期間，第六控制電路420采用每個(gè)第二電容器被連接在電流傳輸路徑中的備用配置。同時(shí)，每個(gè)輔助開(kāi)關(guān)元件100被切換至關(guān)斷狀態(tài)以抑制轉(zhuǎn)儲(chǔ)電阻器44中電流的流動(dòng)以最小化功率損耗。
[0119]為了從DC輸電線26和28去除能量，每個(gè)輔助開(kāi)關(guān)元件100被切換至導(dǎo)通狀態(tài)以允許轉(zhuǎn)儲(chǔ)電阻器44中電流的流動(dòng)。在這個(gè)階段，當(dāng)每個(gè)輔助開(kāi)關(guān)元件100被切換至導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，控制單元46從第二電流傳輸路徑部選擇性地去除每個(gè)第二電容器以修改第三端子34處的電壓，以允許每個(gè)輔助開(kāi)關(guān)元件100的軟切換。
[0120]每個(gè)輔助開(kāi)關(guān)元件100切換至導(dǎo)通狀態(tài)使得DC電流通過(guò)電流傳輸路徑從DC輸電線26和28流入轉(zhuǎn)儲(chǔ)電阻器44。這允許經(jīng)由轉(zhuǎn)儲(chǔ)電阻器44的能量耗散以便從DC輸電線26和28去除過(guò)剩能量。
[0121]在DC輸電線26和28恢復(fù)正常操作且不再需要操作第五控制電路420以從DC輸電線26和28去除能量之后，在第五控制電路420被重新配置為備用配置之前，每個(gè)輔助開(kāi)關(guān)元件100被切換回關(guān)斷狀態(tài)以抑制轉(zhuǎn)儲(chǔ)電阻器44中電流的流動(dòng)。在這個(gè)階段，當(dāng)每個(gè)輔助開(kāi)關(guān)元件100被切換回關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，控制單元46從第二電流傳輸路徑部選擇性地去除每個(gè)第二電容器以修改第三端子34處的電壓以允許每個(gè)輔助開(kāi)關(guān)元件100的軟切換。
[0122]以這種方式，第五控制電路420還提供能夠從DC輸電線26和28去除能量的簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。
[0123]可以理解地是，第二電流傳輸路徑部32能夠被配置為具有低于多個(gè)串聯(lián)連接的輔助開(kāi)關(guān)元件100的額定值(rating)以便實(shí)現(xiàn)在損耗、成本和占用空間方面的降低。這是因?yàn)閺碾娏鱾鬏斅窂竭x擇性地去除每個(gè)第二電容器對(duì)于控制從DC輸電線26和28去除能量不是必要的。
[0124]可以設(shè)想，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，每個(gè)輔助開(kāi)關(guān)元件可以由用以控制轉(zhuǎn)儲(chǔ)電阻器中電流流動(dòng)的輔助模塊代替，每個(gè)輔助模塊包括至少一個(gè)輔助能量存儲(chǔ)裝置。優(yōu)選地，每個(gè)輔助模塊包括至少一個(gè)輔助開(kāi)關(guān)元件，以選擇性地引導(dǎo)電流通過(guò)所述或每個(gè)輔助能量存儲(chǔ)裝置或使得電流旁路所述或每個(gè)輔助能量存儲(chǔ)裝置。
[0125]每個(gè)輔助模塊可以被配置為具有雙向電流能力。例如，每個(gè)輔助模塊可以以電流傳輸路徑的第一模塊和第二模塊相同的方式被配置為具有雙向電流能力，如之前的實(shí)施例所闡述的。
[0126]另外，可選地，每個(gè)輔助開(kāi)關(guān)元件可以由被配置為具有單向電流能力的輔助模塊代替，即所述或者每個(gè)輔助模塊被配置為能夠只在一個(gè)方向上傳導(dǎo)電流。例如，每個(gè)輔助模塊可以包括串聯(lián)連接的第一組電流流動(dòng)控制元件和第二組電流流動(dòng)控制元件，每組電流流動(dòng)控制元件包括有源開(kāi)關(guān)元件以選擇性地引導(dǎo)電流通過(guò)所述或每個(gè)輔助能量存儲(chǔ)裝置，以及無(wú)源電流單向元件以在單一方向上限制電流流過(guò)第一模塊，串聯(lián)連接的第一組電流流動(dòng)控制元件和第二組電流流動(dòng)控制元件和所述第一能量存儲(chǔ)裝置或每個(gè)第一能量存儲(chǔ)裝置以全橋結(jié)構(gòu)布置，以限定能夠提供零電壓、正電壓或負(fù)電壓同時(shí)在單個(gè)方向上傳導(dǎo)電流的
2-象限雙極合理化模塊。
[0127]在本發(fā)明的其他實(shí)施例中(未示出)，可以設(shè)想，一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)元件可以是不同的開(kāi)關(guān)器件，諸如柵極可關(guān)斷晶閘管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、注入增強(qiáng)柵晶體管、集成門(mén)極換流晶閘管或任何其他自換向半導(dǎo)體器件。在每個(gè)示例中，開(kāi)關(guān)器件與反并聯(lián)二極管并聯(lián)連接。
[0128]可以設(shè)想，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中(未示出)，每個(gè)模塊中的電容器可以由不同的能量存儲(chǔ)裝置(諸如燃料電池、電池或能夠儲(chǔ)存和釋放其電能來(lái)提供電壓的任何其他能量存儲(chǔ)裝置)代替。
【權(quán)利要求】
1.一種控制電路，包括: 第一端子和第二端子，用于分別連接到第一輸電線和第二輸電線； 電流傳輸路徑，在所述第一端子與第二端子之間延伸并且具有由第三端子隔開(kāi)的第一電流傳輸路徑部和第二電流傳輸路徑部，所述第一電流傳輸路徑部和第二電流傳輸路徑部的兩者其一或兩者包括至少一個(gè)模塊，所述模塊或每個(gè)模塊包括至少一個(gè)能量存儲(chǔ)裝置， 輔助端子，用于連接到地或者連接到所述第二輸電線； 能量轉(zhuǎn)換塊，用于從所述輸電線去除能量，所述能量轉(zhuǎn)換塊在所述第三端子與輔助端子之間延伸，使得所述能量轉(zhuǎn)換塊從所述電流傳輸路徑分支，所述能量轉(zhuǎn)換塊包括至少一個(gè)能量轉(zhuǎn)換元件；以及 控制單元，從所述電流傳輸路徑選擇性地去除所述能量存儲(chǔ)裝置或每個(gè)能量存儲(chǔ)裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制電路，其中所述控制單元從所述電流傳輸路徑選擇性地去除所述能量存儲(chǔ)裝置或每個(gè)能量存儲(chǔ)裝置，使得電流通過(guò)所述電流傳輸路徑從所述輸電線流動(dòng)并流入所述電流轉(zhuǎn)換元件或每個(gè)電流轉(zhuǎn)換元件，以從所述輸電線去除能量。
3.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的控制電路，其中所述第一電流傳輸路徑部包括至少一個(gè)第一模塊，所述第一模塊或每個(gè)第一模塊包括至少一個(gè)第一能量存儲(chǔ)裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制電路，其中至少一個(gè)第一模塊包括至少一個(gè)主開(kāi)關(guān)元件，以選擇性地引導(dǎo)電流通過(guò)所述第一能量存儲(chǔ)裝置或每個(gè)第一能量存儲(chǔ)裝置，或使得電流旁路所述第一能量存儲(chǔ)裝置或每個(gè)第一能量存儲(chǔ)裝置。
5.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的控制電路，其中所述第二電流傳輸路徑部包括至少一個(gè)主開(kāi)關(guān)塊，所述主開(kāi)關(guān)塊能夠被切換以選擇性地允許或禁止所述第二傳輸路徑部中電流的流動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制電路，其中至少一個(gè)主開(kāi)關(guān)塊包括至少一個(gè)次開(kāi)關(guān)元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的控制電路，其中至少一個(gè)主開(kāi)關(guān)塊包括第二模塊，所述第二模塊包括至少一個(gè)第二能量存儲(chǔ)裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制電路，其中至少一個(gè)第二模塊包括至少一個(gè)主開(kāi)關(guān)元件，以選擇性地引導(dǎo)電流通過(guò)所述第二能量存儲(chǔ)裝置或每個(gè)第二能量存儲(chǔ)裝置，或使得電流旁路所述第二能量存儲(chǔ)裝置或每個(gè)第二能量存儲(chǔ)裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)所述的控制電路，其中所述控制單元選擇性地切換所述主開(kāi)關(guān)塊或每個(gè)主開(kāi)關(guān)塊以阻止或最小化在所述第二電流傳輸路徑部中的電流，并且由此使電流被引導(dǎo)到所述能量轉(zhuǎn)換元件或每個(gè)能量轉(zhuǎn)換元件中。
10.根據(jù)當(dāng)從屬于權(quán)利要求6時(shí)的權(quán)利要求9所述的控制電路，其中所述控制單元選擇性地切換所述次開(kāi)關(guān)元件或每個(gè)次開(kāi)關(guān)元件至關(guān)斷狀態(tài)，以阻斷所述第二電流傳輸路徑部中的電流并且由此使得電流被弓I導(dǎo)至所述能量轉(zhuǎn)換元件或每個(gè)能量轉(zhuǎn)換元件中。
11.根據(jù)當(dāng)從屬于權(quán)利要求8時(shí)的權(quán)利要求9所述的控制電路，其中所述控制單元選擇性地切換在所述第二模塊或每個(gè)第二模塊中的所述主開(kāi)關(guān)元件或每個(gè)主開(kāi)關(guān)元件，以阻止或最小化所述第二電流傳輸路徑部中的電流并且由此使得電流被引導(dǎo)至所述能量轉(zhuǎn)換元件或每個(gè)能量轉(zhuǎn)換元件中。
12.根據(jù)當(dāng)從屬于權(quán)利要求3或4時(shí)的權(quán)利要求7或8所述的控制電路，其中所述控制單元從所述第一電流傳輸路徑部和第二電流傳輸路徑部選擇性地去除每個(gè)能量存儲(chǔ)裝置，以產(chǎn)生跨所述能量轉(zhuǎn)換元件或每個(gè)能量轉(zhuǎn)換元件兩端的AC電壓波形，以從所述輸電線去除能量。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的控制電路，其中所述控制單元從所述第一電流傳輸路徑部和第二電流傳輸路徑部選擇性地去除每個(gè)能量存儲(chǔ)裝置，以產(chǎn)生跨所述第一電流傳輸路徑部和第二電流傳輸路徑部中每個(gè)兩端的方波電壓波形，并且由此產(chǎn)生跨所述能量轉(zhuǎn)換元件或每個(gè)能量轉(zhuǎn)換元件兩端的AC電壓波形，以從所述輸電線去除能量。
14.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的控制電路，其中所述能量轉(zhuǎn)換塊還包括至少一個(gè)輔助開(kāi)關(guān)塊，所述輔助開(kāi)關(guān)塊能夠被切換以選擇性地允許或禁止所述能量轉(zhuǎn)換元件或每個(gè)能量轉(zhuǎn)換元件中電流的流動(dòng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的控制電路，其中至少一個(gè)輔助開(kāi)關(guān)塊包括至少一個(gè)輔助開(kāi)關(guān)元件。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的控制電路，其中至少一個(gè)輔助開(kāi)關(guān)塊包括輔助模塊，所述輔助模塊包括至少一個(gè)輔助能量存儲(chǔ)裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的控制電路，其中至少一個(gè)輔助模塊包括至少一個(gè)輔助開(kāi)關(guān)元件，以選擇性地引導(dǎo)電流通過(guò)所述輔助能量存儲(chǔ)裝置或每個(gè)輔助能量存儲(chǔ)裝置，或使得電流旁路所述輔助能量存儲(chǔ)裝置或每個(gè)輔助能量存儲(chǔ)裝置。
18.根據(jù)當(dāng)從屬于權(quán)利要求7或8時(shí)的權(quán)利要求14至17中任一項(xiàng)所述的控制電路，其中當(dāng)切換所述輔助開(kāi)關(guān)塊或每個(gè)輔助開(kāi)關(guān)塊時(shí)，所述控制電路從所述第二電流傳輸路徑部選擇性地去除每個(gè)第二能量存儲(chǔ)裝置，以修改所述第三端子處的電壓，以允許所述輔助開(kāi)關(guān)塊或每個(gè)輔助開(kāi)關(guān)塊的軟切換。
【文檔編號(hào)】H02J3/36GK104303384SQ201280072851
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月1日
【發(fā)明者】C·C·戴維森, K·J·塔克, J·曼埃羅, D·R·特萊尼爾, N·奧喀密 申請(qǐng)人:阿爾斯通技術(shù)有限公司