本發(fā)明涉及電壓源變換器以及用于電壓源變換器的控制方法和裝置，并且特別涉及用于高壓電力分配中的電壓源變換器，以及特別涉及電壓源變換器的硬切換。

背景技術：

高壓直流(hvdc，high-voltagedirectcurrent)電力傳輸使用直流用于電力的傳輸。這是更為普遍的交流電力傳輸?shù)囊环N替代方式。使用hvdc電力傳輸有許多益處。

為了使用hvdc電力傳輸，通常需要將交流(ac)轉換成直流(dc)，再轉換回去。至今，大多數(shù)hvdc傳輸系統(tǒng)一直基于電網(wǎng)換相換流器(lcc)，比方說例如使用晶閘管閥的六脈沖橋式變換器。lcc使用諸如晶閘管的元件，晶閘管能夠由適當?shù)挠|發(fā)器信號接通，只要其是前向偏置的則保持導通。在lcc中，變換器依賴連接的ac電壓以從一個閥向另一個閥提供換向。

然而，目前越來越多的電壓源變換器(vsc)被提出用于hvdc傳輸中。hvdc使用開關元件，諸如絕緣柵雙極晶體管(igbt)，其能夠獨立于任何連接的ac系統(tǒng)被可控地接通和關斷。因此，vsc有時稱作自換向變換器。

vsc通常包括多個變換器臂，每個臂將一個dc端子連接至一個ac端子。對于典型的三相ac輸入/輸出，有六個變換器臂，兩個臂將給定的ac端子連接至相應地形成相分支的高和低dc端子。每個變換器臂包括一個設備，該設備通常稱作閥，并且其通常包括可以以期望順序切換的多個元件。

在通常稱作六脈沖橋的一種形式的已知vsc中，每個閥包括一組串聯(lián)連接的開關元件，通常是與相應的反并聯(lián)二極管連接的絕緣柵雙極晶體管(igbt)。閥的igbt被一起切換以將相關的ac和dc端子電連接或斷開，給定相分支的閥通常以反相切換。通過對每個臂使用脈寬調(diào)制(pwm)類型的開關方案，可以實現(xiàn)ac和dc電壓之間的變換。

然而，在需要大量的串聯(lián)連接的igbt的高壓應用中，該方法確實需要復雜的驅(qū)動電路確保igbt彼此在相同的時間開關，并需要大的無源緩沖器部件以確保串聯(lián)連接的igbt兩端的高壓被正確分擔。此外，在ac電壓頻率的每個周期上igbt需要接通和關斷幾次，以控制諧波電流。這些因素可能導致相對高的變換損耗，高水平的電磁干擾和復雜設計。

在稱作模塊化多電平變換器(mmc)的另一種已知類型的vsc中，每個閥包括串聯(lián)連接的多個單元，每個單元包括能量儲存元件，諸如可以被控制的電容器和開關布置，以便將能量儲存元件連接在單元的端子之間或者繞過能量儲存元件。單元有時稱作子模塊，多個單元形成一個模塊。閥的子模塊被控制以在不同的時間連接或繞過其相應的能量儲存元件，以便隨時間改變多個單元兩端的電壓差。通過使用相對大量的子模塊，并對開關適當?shù)囟〞r，閥能夠合成近似等于期望波形諸如正弦波的階躍波形，從而以低水平的諧波畸變從dc變換到ac，或反之亦然。在分別切換各個子模塊時，從切換各個子模塊的電壓的變化相對較小，避免了與六脈沖橋式變換器關聯(lián)的許多問題。

在mmc設計中，每個閥在ac周期中連續(xù)操作，相分支的兩個閥同步地被切換以提供期望的電壓波形。

近來，已經(jīng)提出一種變型變換器(variantconverter)，其中，在變換器臂中提供一系列連接的單元，用于提供所描述的階躍電壓波形，但每個變換器臂在ac周期的至少一部分被關斷。因此，對于電壓整形波的多個串聯(lián)連接的單元與開關元件串聯(lián)連接，當相關的變換器臂處于截止狀態(tài)不導通時開關元件可以被關斷。這種變換器被稱作交替橋臂變換器(aac，alternate-arm-converter)。這種變換器的一個示例在wo2010/149200中描述。

圖1所示為現(xiàn)有技術中的交替橋臂變換器(aac)100。示例性變換器100具有三個相分支101a-c，每個相分支具有將相關的ac端子102a-c連接至高側dc端子dc+的高側變換器臂和將相關的ac端子102a-c連接至低側dc端子dc-的低側變換器臂。每個變換器臂包括串聯(lián)連接的單元的電路布置103，電路布置103與臂開關104和電感105串聯(lián)。應注意的是，圖1所示為單個臂電感，但本領域技術人員會認識到臂電感實際上可以在ac和dc端子之間沿著臂分布。

電路布置103包括串聯(lián)連接的多個單元106。每個單元106具有能量儲存元件，能量儲存元件可以被選擇性串聯(lián)連接在單元的端子之間或者被繞過。在圖1所示的示例中，每個單元106具有分別針對高側和低側連接的端子107a、107b，并包括作為能量儲存元件的電容器108。電容器108與單元開關元件109連接，例如具有反并聯(lián)二極管的igbt，以允許單元的端子107a和107b經(jīng)由繞過電容器108的路徑或者經(jīng)由包括串聯(lián)連接的電容器108的路徑連接。在圖1所示的示例中，每個單元包括全h橋布置的四單元開關元件109，使得電容器在使用中可以連接，以提供端子107a和107b之間的正或負電壓差。但是在一些實施例中，至少一些單元可以包括半橋布置的開關元件，使得電容器可以被繞過或連接，以提供給定極性的電壓差。此串聯(lián)連接的單元的電路布置103因此可以操作以提供可以隨時間變化的電壓電平，以對如上文討論的整形波提供階躍電壓波形。電路布置103有時稱作鏈式-鏈接電路或鏈式-鏈接變換器或者只是鏈式-鏈接。在本公開中，用于提供受控電壓的此串聯(lián)連接的單元的電路布置103將被稱作鏈式-鏈接。

在aac變換器中，每個變換器臂中的鏈式-鏈接103與臂開關104串聯(lián)連接，這在說明書中被稱作導向器開關(directorswitch)，其可以包括多個串聯(lián)連接的臂開關元件110。一個臂的導向器開關例如可以包括具有關斷能力的高壓元件，諸如具有反并聯(lián)二極管的igbt等等。當特定的變換器臂正在導通時，鏈式-鏈接103按順序切換，以與上文關于mmc類型的變換器描述的類似的方式提供期望的波形。然而，在aac變換器中，相分支的每個變換器臂在ac周期的一部分中被關斷，在該周期中，導向器開關104關斷。

例如，相分支的高側臂的導向器開關可以在相關的ac周期的正半周被接通到導通，并在周期的負半周被切斷到非導通，低側導向器開關以反相切換。在周期的正半周中，高側臂的鏈式-鏈接103按順序切換以提供期望的整形波。在周期的負半周中，低側臂的鏈式-鏈接103提供整形波。在這種操作模式中，在高側和低側的導向器開關104的導通的周期之間可以沒有任何重疊或者只有有限量的重疊。

在稱作重疊操作模式的一些操作模式中，在周期的正半周之前和之后，對于負周期部分例如對于某個相角，高側的導向器開關可以正在導通，高側臂的鏈式-鏈接103提供整形波。同樣，對于正周期部分，低側的導向器開關可以正在導通，低側臂的鏈式-鏈接103提供整形波。因此，當兩個臂的導向器開關都導通時，有延長的重疊時段。此操作模式確實要求每個變換器臂的鏈式-鏈接103能夠產(chǎn)生比vsc的總dc電壓的一半更大的電壓。在重疊時段中，由低側和頂側鏈式-鏈接支撐全dc電壓，換言之，兩個鏈式-鏈接的電壓的和等于總dc電壓，不過要理解，鏈式-鏈接可以瞬時地給彼此提供不同的電壓。

應理解，在正常操作中，導向器開關104在通過開關沒有任何電流流動，開關兩端沒有任何電壓差的某一點關斷。例如，如提到的，高側導向器開關可以在ac周期的正半周結束時當電流已經(jīng)降低到零時被關斷，鏈式-鏈接103提供等于高側dc端子的電壓幅值的電壓，使得在臂開關兩端沒有任何電壓差。在重疊操作模式中，在周期的負部分中當電流經(jīng)由低側導向器開關流動時，高側導向器開關關斷。類似的考慮適用于低側臂。

然而，在一些情況下，可能需要在正傳導強大電流的點使變換器的導向器開關關斷，這稱作硬切換(hardswitching)。例如，這可能是由于一些異常操作條件，諸如由電網(wǎng)故障引起的那些條件造成的。

因此，在硬切換事件中，命令導向器開關104的開關元件110打開，同時有通過導向器開關流動的電流。這導致通過相關的變換器臂的電流的快速下降，通過相分支的其它變換器臂的電流的同等快速上升。

電流的這些快速斜坡變化會在臂電感105中感應電壓，其幅值與臂電感值以及電流的幅值和變化率有關。此感應的電壓可能導致對臂開關元件的電壓應力，以及可能的臂開關元件110例如igbt上的過電壓。在一些情況下，集電極到發(fā)射極電壓vce可能達到可能破壞他們的安全操作區(qū)(soa)之外的故障水平值。而且，由于器件特性的不匹配和不同的傳播和延遲時間，在形成導向器開關104的所有開關元件110中分擔的動態(tài)電壓可能不相等。結果，不僅整個導向器開關兩端的電壓可能超過安全操作限制，而且，一些器件可能承擔較高的電壓份額。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實施例針對用于vsc的控制的方法和設備，其至少緩解上文提到的至少一些問題。

因此，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種電壓源變換器，包括：至少一個相分支，所述至少一個相分支包括高側變換器臂和低側變換器臂，所述高側變換器臂將ac端子連接至高側dc端子和所述低側變換器臂將所述ac端子連接至低側dc端子；

其中，所述變換器臂中的每一個包括與導向器開關串聯(lián)的鏈式-鏈接電路；

其中，每個鏈式-鏈接電路包括多個串聯(lián)連接的單元，所述多個串聯(lián)連接的單元能夠被可控地切換以在所述鏈式-鏈接電路兩端生成受控電壓；以及

控制器，所述控制器被配置成響應于對第一相分支的硬切換請求，關斷正傳導電流的變換器臂的導向器開關；

其中，響應于硬切換請求，所述控制器被配置成在相位周期中的任意點控制所述第一相分支的鏈式-鏈接電路以控制以下的至少一個：所述導向器開關兩端的dc電壓；以及在關斷所述導向器開關之前通過導向器開關流動的到預定水平的電流。

本發(fā)明的實施例因此涉及交替臂(aac)類型的電壓源變換器(vsc)，其具有用于控制vsc的硬切換的控制器。響應于硬切換請求，即關斷正傳導電流的變換器臂的導向器開關的命令，控制器控制相分支的鏈式-鏈接電路，以便降低導向器開關兩端的至少一個dc電壓，或者在其被關斷之前通過導向器開關流動的電流。如下文將更加詳細地解釋的，導向器開關兩端的dc電壓是dc端子之間的dc電壓的分量，該分量是如果導向器開關被關斷其兩端會經(jīng)歷的。如稍后更加詳細地解釋的，通過降低導向器開關兩端的dc電壓和/或在開關被關斷之前通過開關流動的電流，在導向器開關關斷時由其經(jīng)歷的電壓應力可能被顯著地降低。已經(jīng)認識到相分支的鏈式-鏈接電路是可控電路，其在硬切換事件中能夠被相對快速地控制，以降低導向器開關上的電壓應力。

在一些實施例中，所述預定水平可以基本為零dc電壓和/或基本為零電流。不過，在一些實施例中，所述預定水平可以是相對小的非零電壓和/或電流。提到將dc電壓或電流控制到預期水平要理解為表示將電壓或電流控制到基本不大于預定水平。還要理解，在一些實施例中，針對電壓和針對電流可以有不同的預定水平。

在一些實施例中，控制器可以被配置成控制所述鏈式-鏈接電路，使得在關斷所述導向器開關之前，所述第一相分支的鏈式-鏈接電路的組合電壓等于所述高側dc端子和所述低側dc端子之間的dc電壓。以此方式，高側和低側臂的鏈式-鏈接電路偏置整個dc電壓，結果，在導向器開關打開時沒有由相分支dc電壓引起的對導向器開關的任何電壓應力的分量。

所述控制器可以被配置成確定所述第一相分支是否與兩個變換器臂的導向器開關處于重疊狀態(tài)。在重疊狀態(tài)中，高側和低側鏈式-鏈接電路的組合電壓通常會已經(jīng)等于dc電壓，不再需要另外的控制。然而，如果所述第一相分支不處于重疊狀態(tài)，則控制器可以改變至少一個所述鏈式-鏈接電路的電壓，這例如可以是正傳導電流的變換器臂的鏈式-鏈接電路。

在一些實施例中，所述控制器可以被配置成確定所述第一相分支是否在重疊狀態(tài)的預定時間或相角內(nèi)，即在重疊時段的開始或結束之前或之后的某個時間或相角。如果在，則所述控制器可以被配置成控制所述鏈式-鏈接電路以在適當?shù)那闆r下提前開始所述重疊狀態(tài)或者延長所述重疊狀態(tài)。這能夠以降低或最小化ac電壓的任何干擾的方式，偏置或消除在導向器開關打開時在其上的任何dc分量。

在一些實施例中，所述控制器還可以被配置成控制所述電壓源變換器以在關斷所述導向器開關之前，降低所述高側dc端子和所述低側dc端子之間的dc電壓。這能夠使鏈式-鏈接更容易最小化對受到硬切換的導向器開關上的電壓應力。

在一些實施例中，所述控制器還可以被配置成控制鏈式-鏈接電路，使得所述第一相分支的鏈式-鏈接電路的組合電壓在所述導向器開關的關斷期間的時段內(nèi)逐步提高，以至少部分地對抗由于所述第一相分支的變換器臂的電感中的感應電壓引起的所述導向器開關兩端的任何電壓。組合電壓可以被逐步提高與(larm++larm-).ip/tfall對應的量，其中，larm+和larm-分別是高側和低側變換器臂電感的電感值，ip是在關斷導向器開關之前通過第一相分支的變換器臂的電流，tfall是與導向器開關的關斷時間有關的預定時間段?？梢栽谂c導向器開關關斷時在其中電流的斜坡對應的時間，施加逐步提高的電壓。在此實施例中，可以確保在導向器開關打開時在其上有基本為零的電壓應力。

在一些實施例中，所述控制器還可以被配置成控制所述電壓源變換器以在關斷所述導向器開關之前改變用于諧波控制的調(diào)制方案。如下文更詳細地描述的，在一些實施例中，尤其是用于控制諧波例如三次諧波注入的調(diào)制方案可能導致在硬切換期間導向器開關上有提高的電壓應力?？刂破饕虼丝梢越够蛐薷脑谟睬袚Q期間的這種方案，以緩解此有害效果或甚至提供益處。

在一些實施例中，所述控制器可以被配置成控制所述鏈式-鏈接電路，以在關斷所述導向器開關之前阻斷正傳導電流的變換器臂中的鏈式-鏈接電路。阻斷鏈式-鏈接電路可以包括切換鏈式-鏈接電路的至少一些單元的所有開關元件，以便將單元的能量儲存元件引入到相位臂中用于充電。

阻斷鏈式-鏈接電路能夠有效地抵消或降低導向器開關兩端的dc電壓分量。因此，在一些實施例中，變換器臂的鏈式-鏈接電路可以被切換到阻斷狀態(tài)，然后導向器開關打開，在開關打開時其兩端的dc電壓實際上為零。

在一些實施例中，所述控制器可以被配置成控制所述鏈式-鏈接電路，以在關斷所述導向器開關之前將臂電流降低至預定水平。

在一些實施例中，所述控制器可以被配置成控制鏈式-鏈接電路，以阻斷正傳導電流的變換器臂中的鏈式-鏈接電路，以便將臂電流降低至預定水平。如上文提到的，阻斷鏈式-鏈接電路可以包括切換鏈式-鏈接電路的至少一些單元的所有開關元件，以便將單元的能量儲存元件引入到相位臂中以用于充電。當導向器開關仍導通時，這引起臂電流降低，因此在開關兩端沒有形成任何顯著的電壓應力。

不過，在其它實施例中，所述控制器可以被配置成控制所述鏈式-鏈接電路，使得在傳導電流的臂中的至少鏈式-鏈接電路提供使臂電流降低的電壓電平。因此，不是阻斷鏈式-鏈接電路，鏈式-鏈接電路可以被控制以提供導致臂電流降低的電壓。

不過，鏈式-鏈接電路被控制以降低臂電流，在臂電流已經(jīng)達到預定水平之后，導向器開關可以打開，即關斷。然而，在一些實施例中，所述控制器可以被配置成使得在電流已經(jīng)降低到預定水平之后，控制鏈式-鏈接電路，使得在關斷導向器開關之前，第一相分支的鏈式-鏈接電路的組合電壓等于高側dc端子和低側dc端子之間的dc電壓。

vsc的控制器可以由一個或多個模塊實現(xiàn)，所述一個或多個模塊可以包括硬件或軟件或兩者的組合。

電壓源變換器可以形成hvdc電力傳輸或配電網(wǎng)的一部分，本發(fā)明的另一方面涉及包括如上文描述的vsc的hvdc電力傳輸或配電網(wǎng)。

本發(fā)明還涉及一種控制vsc的方法。因此，在另一方面，提供了一種控制電壓源變換器的方法，所述電壓源變換器具有至少一個相分支，所述至少一個相分支包括將ac端子連接至高側dc端子的高側變換器臂和將所述ac端子連接至低側dc端子的低側變換器臂；所述變換器臂中的每一個包括與導向器開關串聯(lián)的鏈式-鏈接電路；其中，每個鏈式-鏈接電路包括多個串聯(lián)連接的單元，所述多個串聯(lián)連接的單元可以被可控地切換以在所述鏈式-鏈接電路兩端生成受控電壓。所述方法包括：

響應于在相位周期中的任意點對第一相分支的硬切換請求，控制所述第一相分支的鏈式-鏈接電路以控制以下的至少一個：所述導向器開關兩端的dc電壓；以及通過導向器開關流動的到預定水平的電流；以及

順序地關斷所述導向器開關。

根據(jù)本發(fā)明的這方面的方法提供所有相同的益處，并且可以關于本發(fā)明的第一方面如上文討論的以任意變形實現(xiàn)。

具體地，在一些示例中，控制所述第一相分支的鏈式-鏈接電路可以包括控制鏈式-鏈接電路的電壓，使得所述第一相分支的鏈式-鏈接電路的組合電壓等于在關斷所述導向器開關之前所述高側dc端子和所述低側dc端子之間的dc電壓。另外或者替代性地，在一些示例中，控制所述第一相分支的鏈式-鏈接電路可以包括在關斷導向器開關之前阻斷在正導通的第一相分支的變換器臂中的鏈式-鏈接電路。在一些示例中，控制所述第一相分支的鏈式-鏈接電路可以包括控制正傳導電流的第一相分支的變換器臂中的至少鏈式-鏈接電路，以在關斷導向器開關之前將臂電流降低到預定水平。

本發(fā)明的各方面還涉及機器可讀指令，諸如軟件代碼，包括用于使適當?shù)脑O備諸如處理器或vsc的控制器操作描述的方法的指令。機器可讀指令可以存儲在非瞬態(tài)存儲介質(zhì)上，諸如一些類型的存儲器。

在又一方面，本發(fā)明還涉及vsc的控制器，其具有：

至少一個相分支，所述至少一個相分支包括高側變換器臂和低側變換器臂，所述高側變換器臂將ac端子連接至高側dc端子和所述低側變換器臂將所述ac端子連接至低側dc端子；

其中，所述變換器臂中的每一個包括與導向器開關串聯(lián)的鏈式-鏈接電路；

其中，每個鏈式-鏈接電路包括多個串聯(lián)連接的單元，所述多個串聯(lián)連接的單元可以被可控地切換以在所述鏈式-鏈接電路兩端生成受控電壓。

所述控制器被配置成響應于對第一相分支的硬切換請求，關斷正傳導電流的變換器臂的導向器開關；

其中，響應于硬切換請求，所述控制器被配置成在相位周期中的任意點控制所述第一相分支的鏈式-鏈接電路以控制以下的至少一個：所述導向器開關兩端的dc電壓；以及在關斷所述導向器開關之前通過導向器開關流動的到預定水平的電流。

附圖說明

為了進一步解釋本發(fā)明和其益處和優(yōu)點，現(xiàn)在只參照附圖通過示例描述本發(fā)明，在圖中：

圖1所示為已知類型的交替橋臂變換器(aac)示意圖；

圖2所示為在硬切換事件期間電流流動變化的示意圖；

圖3所示為對于常規(guī)的aac在硬切換事件期間導向器開關兩端的電壓可變化的示意圖；

圖4所示為根據(jù)本發(fā)明的實施例在硬切換事件期間導向器開關兩端的電壓可變化的示意圖；

圖5所示為根據(jù)本發(fā)明的實施例可控制鏈式-鏈接電壓的示意圖；

圖6所示為根據(jù)本發(fā)明的另一實施例在硬切換期間相分支的鏈式-鏈接的控制示意圖；

圖7示出根據(jù)實施例圖解說明在硬切換期間控制vsc的方法的流程圖；以及

圖8示出根據(jù)另一實施例圖解說明在硬切換期間控制vsc的方法的流程圖。

具體實施方式

如上文提到的，硬切換涉及在正傳導電流的周期中的某個點，發(fā)起變換器臂的導向器或臂開關的關斷。使用常規(guī)的硬切換，在一些情況下這可能導致導向器開關的開關元件上的過電壓。

圖2所示為在硬切換事件中相分支中的電流流動變化的示意圖。圖2所示為諸如圖1中圖示的交替橋臂變換器(aac)類型的電壓源變換器(vsc)的單個相分支。在圖2中，使用相同的附圖標記標識與圖1中所示的那些相似的部件。

圖2a所示為說明這樣的情況，其中，高側變換器臂導通時，高側導向器開關104正導通或閉合，低側導向器開關104截止和不導通，例如正如針對相關相位在ac周期的至少一些正部分期間，在正常操作中可能經(jīng)歷的。相電流ip正在流動，在此情況下通過如由虛線指示的高側臂流動。應理解，相電流會在ac周期的時間上變化，因此，圖2a可以看成是示出在特定時間點的情況。

如果出于某種原因，在這一點上需要執(zhí)行硬切換，則常規(guī)上在電流正通過高側變換器臂流動的同時高側導向器開關104會在此刻關斷。當高側臂的導向器開關104關斷時，由于導向器開關的開關元件110關斷，通過高側臂的相電流隨之斜坡下降。當開關元件110關斷時，在與開關元件的關斷關聯(lián)的時間標度上通過高側臂的電流會降低。在該時間標度上，相電流會保持基本恒定，因此，此電流會開始由低側變換器臂(例如經(jīng)由與低側導向器開關的開關元件110關聯(lián)的續(xù)流二極管)采集(source)。因此，在通過高側變換器臂的電流中有快速的斜坡下降，在通過低側變換器臂的電流中有對應的快速的斜坡上升。圖2b所示為說明這樣的情況，在此時段中，下降的電流正通過高側變換器臂流動，上升的電流正由虛線所示通過低側變換器臂流動。

通過下臂的電流的上升和通過上臂的電流的下降可以由虛擬換向或開關電流isw的循環(huán)表示。

一旦高側導向器開關的開關元件110已經(jīng)完全關斷，相電流ip會全部通過如圖2c中圖示的低側變換器臂流動。

在硬切換事件中，在高側導向器開關處于關斷過程的時段中，上文提到的電流的斜坡變化會在臂電感105中感應電壓。此外，一旦導向器開關開始關斷，則任何dc電壓分量，即在導向器開關截止時導向器開關的端子之間會存在的任何dc電壓差會開始出現(xiàn)在導向器開關兩端。dc電壓分量將取決于相分支兩端的總dc電壓和由于兩個變換器臂的鏈式-鏈接電路造成的電壓下降。因此，假設在導向器開關的開關元件中沒有適配任何緩沖器或開關輔助電路，則高側導向器開關兩端的電壓vds+會是：

其中，vdc是dc電壓電平，vcl+和vdc-分別是高壓和低側鏈式-鏈接電路103的電壓，larm-和larm+分別是高壓和低側電感的值，ip是相電流，tfall是開關元件關斷的時間。

圖3所示為根據(jù)aac的常規(guī)控制在硬切換事件期間電壓可能隨時間產(chǎn)生方式的示意圖。在時間t1之前，高側導向器開關導通，因此，相電流在高側變換器臂中流動。通過高側臂的電流由虛線ip+表示。當高側導向器開關正在導通時，在導向器開關兩端只有相對低的壓降，即高側導向器開關兩端的電壓vds+基本上為零。

在時間t1，關斷過程開始，高側導向器開關的電阻開始增加。在該時刻，高側導向器開關兩端的任何dc電壓分量開始在導向器開關兩端形成(但該時刻上，開關仍允許相電流流動)。電壓的此dc分量將會等于總dc電壓vdc減去高側和低側鏈式-鏈接103上的電壓降，此電壓降取決于在硬切換時鏈式-鏈接的電壓電平。dc電壓分量由此等于dc電壓vdc減去組合的鏈式-鏈接電壓vcl++vcl-。

在所示的示例中，當高側鏈式-鏈接正提供整形波，低側臂不導通時，在周期的正部分中，出現(xiàn)硬切換。因此，高側鏈式-鏈接單元103的電壓vcl+將取決于硬切換出現(xiàn)的ac周期中的相關點。在這一點上，低側鏈式-鏈接兩端的電壓vcl-通常設置成將低側的導向器開關兩端的電壓維持在可接受的電平，因此通?？梢灾辽俚扔诘蛡萪c端子的電壓幅值，例如vdc/2，或在一些情況下可能更大。

在時間t2，導向器開關開始使電流斜坡下降，因此通過高側變換器臂的電流ip+開始斜坡下降。在相同時間，通過低側臂的電流ip-開始斜坡上升。在時間t3，高側電流斜坡下降到零，其中，t3-t2＝tfall。在此時段中，電流的快速變化在臂電感中感應具有極性的電壓，該電壓加到高側導向器開關兩端的電壓。

在時間t3，在高側電流斜坡下降到零之后，感應電壓停止，導向器開關兩端保持dc分量vdc-(vcl++vcl-)。

根據(jù)ac周期中硬切換出現(xiàn)的的點，高側鏈式-鏈接的電壓vcl-可能相對低，和/或相電流可能相對高。由于電流的快速變化造成的感應電壓可能相對較高，這些電壓的組合可能導致導向器開關上相對強的過電壓。

本發(fā)明的實施例緩解了硬切換事件中過電壓的問題。在本發(fā)明的實施例中，相分支的變換器臂的串聯(lián)連接單元，即鏈式-鏈接電路在硬切換事件中被控制，以便在相位周期中的任意點控制以下的至少一個：(1)導向器開關兩端的dc電壓；以及(2)通過導向器開關的電流將低于預定閾值。在一些實施例中，預定閾值基本上為零。換言之，在硬切換事件中，在相位周期中的任意點，相分支的鏈式-鏈接被切換，以基本上消除或最小化相關的臂開關兩端的任何dc電壓分量和/或降低相分支中的電流。在發(fā)出關斷導向器開關的命令之前，鏈式-鏈接可以被相應地切換。

在一個實施例中，鏈式-鏈接電路由此被控制以基本上消除導向器開關兩端的任何dc電壓分量。任何dc電壓分量的意思是在關斷時由高側和低側dc端子之間的dc電壓造成的導向器開關兩端的電壓，即vdc。

如上文提到的，如果施加硬切換，則導向器開關兩端產(chǎn)生的電壓會包括等于dc電壓vdc的分量減去高側和低側鏈式-鏈接的電壓vcl+和vcl-。在此實施例中，鏈式-鏈接因此在硬切換事件中被切換，以確保在硬切換出現(xiàn)的切換周期中的不管哪個點vcl++vcl-增加到基本上vdc。

圖4所示為在本發(fā)明的此實施例中的硬切換期間電壓如何產(chǎn)生的示意圖。圖4所示為硬切換事件，其出現(xiàn)在與之前討論的和圖3相關的相位周期中的發(fā)生硬切換事件的基本相同的點。在圖4所示的示例中，在時間t1導向器開關再次開始關斷，在t2，電流斜坡開始，并在時間t3結束。然而，在此實施例中，在t1或在大約t1發(fā)出轉向?qū)蚱鏖_關的命令之前，高側和/或低側鏈式-鏈接在時間tcl被控制，以確保他們共同提供一電壓，該電壓確保導向器開關兩端的dc電壓分量不大于預定值。在一個示例中，預定值基本上為零。換言之，鏈式-鏈接電壓可以被控制以確保：

vcl++vcl-＝vdc等式(2)

因此，在時間t1，當關斷過程開始時，在導向器開關兩端沒有任何dc電壓分量，因此，圖3中的該時間點圖示的電壓斜坡并不出現(xiàn)。在電流斜坡的時段中例如在t2和t3之間，仍經(jīng)歷由于電流斜坡造成的感應電壓，但相比圖3中所示的情況，可以降低合成電壓。導向器開關兩端的最大電壓vds會被限制到：

vds≤(larm++larm-).ip/tfall等式(3)

應當注意，到目前為止的討論已經(jīng)假設導向器開關的開關元件例如igbt沒有適配的開關輔助電路。在開關輔助電路存在的情況下，開關順序會與上文討論的通常形式偏離，然而，本領域技術人員會認識到相同的總原則適用，在這種情況下，關斷過電壓的降低仍是顯著的。

應認識到，如果aac正在重疊模式中操作，在重疊的時段期間在aac的正常操作中，通常滿足等式(2)的條件。如果在aac的此重疊時段中出現(xiàn)硬切換事件，則可能不需要鏈式-鏈接的任何附加的切換。在這種情況下，vsc控制器可以確定相關相分支目前處于重疊模式，鏈式-鏈接由此已經(jīng)處于正確的電壓電平，并實施硬切換以對相關的臂開關發(fā)布關斷命令。然而，需認識到在本發(fā)明的實施例中，可以控制鏈式-鏈接以確保無論硬切換出現(xiàn)在周期中的何時，都滿足等式2的條件。因此，在重疊時段之外要求硬切換的情況下，vsc控制器則可以確定需要調(diào)節(jié)鏈式-鏈接的電壓以滿足等式2的條件，因此可以在發(fā)布關斷命令之前在達到期望的電壓之前控制鏈式-鏈接。

圖5為示出了控制鏈式-鏈接電壓如何被控制的一個示例。圖5所示為對于給定的相分支在周期過程中，高側鏈式-鏈接電壓vcl+(實線)和低側鏈式-鏈接電壓vcl-(虛線)如何變化。圖5所示為相分支操作于重疊模式的實施例。

在圖5中圖示的時段開始時，示出當?shù)蛡孺準?鏈接的電壓vcl-減小時，高側鏈式-鏈接的電壓vcl+增大。這對應于正周期的結束，負周期的開始。在重疊時段tov中，重疊時段對應于兩個鏈式-鏈接電壓在虛線上的時段，鏈式-鏈接電壓的和等于總的dc電壓vdc。在某個時間，在此示例中是大約0.975秒，高側導向器開關關斷，高側鏈式-鏈接的電壓vcl+保持恒定，直到下一重疊時段開始。在這段時間，低側鏈式-鏈接的電壓被控制以提供期望的整形波。

圖5所示為在下一重疊時段之后，低側開關關斷，低側鏈式-鏈接的電壓vcl-保持恒定?，F(xiàn)在改變高側鏈式-鏈接的電壓vcl+以提供整形波。在此時段中，出現(xiàn)對硬切換的需求。在時間上的這一點，兩個鏈式-鏈接的電壓的和小于dc電壓。當出現(xiàn)對硬切換的需求時，鏈式-鏈接的正?？刂浦袛?，在對應于圖4中圖示的相同tcl的時間tcl，鏈式-鏈接被控制以快速地采用等于dc電壓的組合電壓。

在一些實施例中，這可能涉及改變只是一個鏈式-鏈接電壓的電壓電平，這通?？梢允窃谟睬袚Q時間正導通的變換器臂的鏈式-鏈接。例如，如圖5中圖示的，在硬切換出現(xiàn)的時間，低側鏈式-鏈接電壓已經(jīng)處于其正常操作的最大電壓，因此，是高側鏈式-鏈接被切換以提高其電壓電平。不過，在一些實施例中，在硬切換事件中可以可控地改變兩個鏈式-鏈接的電壓電平。

在相對短的時間段上鏈式-鏈接的電壓可以被動態(tài)地改變，因此建立所需的鏈式-鏈接電壓所需的時間不會明顯地增加到完成硬切換的時間。

改變鏈式-鏈接電壓，諸如參照圖5描述的，可以導致ac電壓的瞬態(tài)失真。對于可在重疊操作模式中操作的aac，硬切換關斷事件越靠近重疊時段，vscac電壓將會越少失真。

在一些實施例中，因此，如果需要在相對靠近重疊時段的時間硬切出重疊時段，例如在重疊時段的預定時限內(nèi)(不管在相關的重疊時段之前或者之后)，則vsc控制器可以操作以控制vsc，以便提前或延長重疊時段。

vsc控制器因此可以接收或生成硬切換事件將或很可能出現(xiàn)在某個時刻或某個時間窗內(nèi)的指示。本領域技術人員會理解，有各種方式可以預測硬切換事件的出現(xiàn)和/或確定在某個時間窗內(nèi)硬切換事件的可能性。如果以相對高的可能性預測在某一時刻或某個時間窗內(nèi)有硬切換事件，則如討論的可以提前或延長重疊，所述的時間窗在重疊時段的開始或結束的預定時段內(nèi)。

在一些實施例中，提前重疊時段即比通常情況在相位周期中更早地開始重疊時段，其可能涉及控制高和低側鏈式-鏈接以共同提供全dc電壓，并接通目前非導通臂的導向器開關。在一些實施例中，這可能涉及比導通臂的鏈式-鏈接的電壓的正常階躍變化更大。如在重疊時段中提到的，兩個鏈式-鏈接電壓的和應當?shù)扔诳俤c電壓。然而，在非導通臂中鏈式-鏈接的最大電壓可能受到限制，因此對于在重疊時段中導通臂的鏈式-鏈接要求有最小電壓，該電壓可能比在周期的該部分中鏈式-鏈接的正常電壓輸出更大。

例如，考慮正周期從0°到180°的相角，重疊時段通常在150°開始的相分支。在此時，高側鏈式-鏈接通常具有0.25vdc的電壓vcl+，低側鏈式-鏈接具有0.75vdc的電壓vcl-，這可能是低側鏈式-鏈接的最大電壓輸出。如果vsc控制器確定硬切換事件可能只在150°相角之前的時段中，則重疊時段可以盡早開始。不過，在150°之前，高側鏈式-鏈接的電壓通常小于0.25vdc。但因為低側鏈式-鏈接的最大電壓輸出是0.75vdc，需要比常規(guī)的更早地將高側鏈式-鏈接的電壓升高0.25vdc，以確保鏈式-鏈接電壓的和等于全dc電壓。這些鏈式-鏈接電壓然后可以保持在此水平，直到硬切換事件出現(xiàn)——或者如果硬切換事件實際上并不出現(xiàn)，直到重疊時段的正常開始，例如150°的相角。

當然，如果非導通臂的鏈式-鏈接的最大電壓輸出大于在正常的重疊時段開始時需要的電壓，并且足以提供等于全dc電壓減去導通臂的鏈式-鏈接的當前電壓的電壓，則僅僅控制非導通臂的鏈式-鏈接的電壓為適當電平并接通導向器開關，可以盡早開始重疊時段。

類似的考慮適用于重疊時段的延長。如果要延長重疊時段，則鏈式-鏈接的電壓可以保持在與重疊時段結束時通常具有的值相同的值，或者如果非導通臂的鏈式-鏈接具有足夠的電壓范圍，則導通臂的鏈式-鏈接的電壓可以繼續(xù)隨著非導通臂的鏈式-鏈接的電壓增加相應量而降低。

在任何一種情況下，如果硬切換事件然后確實出現(xiàn)，則導通臂的導向器開關可能被關斷。非導通臂的導向器開關也可以被關斷，作為硬切換事件的一部分，并且可以在導通臂的導向器開關之前或之后或基本相同的時間被關斷。在一些實施例中，導向器開關可以以交錯方式被關斷，各開關元件形成在不同時間被關斷的導向器開關。

作為考慮重疊時段的延長或提前的補充或替代方式，vsc控制器可以改變在一個相分支的硬切換事件期間施加到vsc的控制方案。在一些實施例中，在正常操作期間調(diào)制策略可以被應用到vsc，這對aac電路操作是有益的，例如針對特定方式的諧波控制，例如三次諧波注入的控制方案。在正常操作中，此調(diào)制策略可以有助于緩解鏈式-鏈接兩端的電壓負擔，代價是提高導向器開關兩端的電壓——這可能在硬切換期間是有害的。結果，在一些實施例中，在硬切換期間，三次諧波注入的控制方案可以被暫時抑制。替代性地，其幅值可被最小化或甚至反轉，以產(chǎn)生在換向過程中對導向器開關的有益效果。此諧波注入在變換器的所有三相中應當相等，以恰當?shù)夭僮?，因此在一些實施例中，控制器可以操作以便改變在一個相分支的硬切換期間施加到所有相分支的三次諧波注入的控制方案。改變控制方案可以包括暫時暫停方案或改變幅值，至少直到相關相分支的硬切換完成，導向器開關截止。

再參照圖5，在導向器開關已經(jīng)切換之后鏈式-鏈接電路的電壓波形的演變將取決于在此時電路的特定操作。

通常，如果在硬切換事件之后兩個導向器開關關斷，則鏈式-鏈接會繼續(xù)支持dc電壓。然而，如果只有一個導向器開關保持打開，例如在重疊時段期間出現(xiàn)的硬切換，則鏈式-鏈接可以繼續(xù)產(chǎn)生由頂級vsc控制要求的無論哪種電壓波形。

上文描述的實施例因此控制相分支的變換器臂至少一個鏈式-鏈接103，以提供一電壓，該電壓確保在硬切換期間導向器開關兩端的dc電壓分量低于預定閾值。因此這降低或消除來自等式1中的vdc-(vcl++vcl-)項的貢獻。

在一些實施例中，通過暫時降低dc電壓本身，即通過至少在硬切換期間vdc的降低，可以另外降低dc電壓分量對經(jīng)歷硬切換的相分支的導向器開關的影響。這可以使得鏈式-鏈接的電壓更容易被控制以補償dc電壓。

不過，要認識到，當dc電壓施加到所有相分支以便以此方式改變dc電壓，這要求所有相分支之間的協(xié)調(diào)動作。此方法顯然對連接至vsc的dc系統(tǒng)有影響，但這可能實際上有助于降低ac系統(tǒng)中的畸變。

在一些實施例中，鏈式-鏈接電壓可以另外或替代性被控制，以便降低由于電流斜坡在臂電感中感應的電壓的影響，即降低或消除來自等式1中的(larm++larm-).ip/tfall項的貢獻。

因此，在一些實施例中，可以根據(jù)以下等式控制高側和低側鏈式-鏈接的電壓：

(vcl++vcl-)＝vdc+(larm++larm-).ip/tfall等式(3)

相分支的臂電感的值是已知的。同樣，在硬切換時的dc電壓是已知的。相電流通常會作為vsc控制的一部分被監(jiān)測，因此此值將是可用的，值tfall將是之前已經(jīng)被測量或建模的特性值。

如果控制鏈式-鏈接電壓以提供此組合電壓，則不僅導向器開關兩端的dc電壓分量被抵消，鏈式-鏈接電壓還會補償臂電感中的感應電壓，因此在硬切換事件期間在導向器開關兩端基本上沒有任何電壓。

然而，為了確保在導向器開關兩端沒有任何電壓應力，鏈式-鏈接電壓應當被控制以加入旨在僅對這些電壓被感應的時段補償感應電壓的分量。如果此電壓施加太短的時間，在電流斜坡時段中的至少一些時間在導向器開關的開關元件兩端會有高壓，例如如果補償電壓被過早地去掉。如果電壓施加太長的時間，則會產(chǎn)生圖2中isw方向上的高循環(huán)電流。

到目前為止討論的實施例集中在通過在硬切換期間提供補償在導向器開關兩端發(fā)展的至少一些電壓的電壓，控制鏈式-鏈接的電壓以降低在硬切換期間導向器開關兩端的電壓應力。

在一些實施例中，在硬切換事件中，鏈式-鏈接電路可以另外或替代性被控制，以便在相位周期中的任意點將通過導向器開關的電流控制到低于預定閾值。換言之，鏈式-鏈接可以被切換，以便在導向器開關打開之前，迫使臂電流不大于預定水平，例如基本上為零。

在這樣的實施例中，如圖6中圖示的，在關聯(lián)的導向器開關打開之前，鏈式-鏈接可以被阻斷以將臂電流驅(qū)動到零(或某個最小值)。因此，例如可以由控制器601切換鏈式-鏈接103的每個單元106，使得單元的所有單元開關元件109關斷。因此將迫使相電流ip經(jīng)由單元106的續(xù)流二極管在某路徑中流動，這會導致對單元電容器108充電，如由灰色的虛線所示的。單元電容器相對較大，例如可以具有數(shù)量級為幾毫法的電容，在此狀態(tài)，單元電容器因此能夠吸收感應能量，不引起電壓的任何不適當增加。

此方法使用鏈式-鏈接電壓有效地反轉臂電感兩端的電壓，因此驅(qū)動變換器臂為零。其具有優(yōu)點：在阻斷狀態(tài)，鏈式-鏈接單元接收在對單元電容器充電的方向的電流。可以使用這種充電來提高從阻斷的鏈式-鏈接單元可用的總電壓，因此，增強電流熄滅過程。此策略最終的結果可以與用圖4和圖5示出的之前解釋的策略獲得的相似，但以相對更原始的方式進行。

一旦臂電流中的電流已經(jīng)達到零(或其最小值)，可以打開導向器開關。在這種情況下，當導向器開關打開時，沒有任何顯著的電流在變換器臂中流動，因此沒有任何與導向器開關打開關聯(lián)的電流斜坡。因此，在導向器開關兩端沒有任何顯著的感應電壓。

在一些實施例中，鏈式-鏈接單元103因此在打開導向器開關之前可以切換到阻斷狀態(tài)，以便將臂電流驅(qū)動到零或某個適當?shù)偷闹?。一旦達到此電流值，則可以切換鏈式-鏈接的電壓，使得如上文描述的組合鏈式-鏈接電壓等于dc電壓，以便抵消導向器開關打開時其兩端的任何dc電壓分量。

不過，在一些實施例中，鏈式-鏈接可以切換到阻斷狀態(tài)，不必等待臂電流降低到某個預定值，導向器開關就打開。通過切換到阻斷狀態(tài)，如上文描述的導向器開關兩端的dc電壓會降低到基本上為零，因此將鏈式-鏈接切換到阻斷狀態(tài)代表另一種確保在導向器開關打開之前，導向器開關兩端的dc電壓低于預定水平的方式。

在一些實施例中，在鏈式-鏈接切換到阻斷狀態(tài)中時，不管導向器開關是否在之后或者只在臂電流已經(jīng)降低到預定水平之后直接打開，鏈式-鏈接可以被控制，使得只有鏈式-鏈接的一些單元切換到阻斷單元狀態(tài)。取決于在硬切換事件出現(xiàn)的點相分支的操作點，例如，相位周期中目前的dc水平和/或點，只切換鏈式-鏈接的一些單元到阻斷單元狀態(tài)以提供抵消dc電壓分量和/或?qū)⒈垭娏飨蛳买?qū)動到零，這可能是足夠的。如本文中使用的，術語關于鏈式-鏈接的阻斷狀態(tài)因此指將至少一些單元切換到單元阻斷狀態(tài)，例如鏈式-鏈接的足夠數(shù)目的單元將電壓驅(qū)動到預定水平和/或?qū)⒃趯蚱鏖_關打開時其兩端的dc電壓分量降低到低于預定水平。

因此如提到的，鏈式-鏈接可以被切換到阻斷狀態(tài)，以便在打開導向器開關之前，將臂電流降低到不大于預定極限。通過鏈式-鏈接的電壓的控制，替代性地控制臂電流是可行的。因此，在一些實施例中，在硬切換事件中，鏈式-鏈接電路可以不切換到阻斷狀態(tài)，但可以被控制以提供作用為降低臂電流的電壓電平。此電壓狀態(tài)可以被保持，直到臂電流已經(jīng)降低到預定極限，此極限可以基本上為零，在此點可以打開導向器開關。在此點，當導向器開關打開時，在臂電感中任何感應電壓的影響是相對有限的。正如使用阻斷鏈式-鏈接狀態(tài)降低臂電流的上文討論的實施例，在臂電流已經(jīng)降到預定的水平之后，鏈式-鏈接的電壓可以切換到聯(lián)合等于dc電壓，使得當導向器開關打開時在其兩端沒有任何dc電壓分量。

本發(fā)明的實施例可以由適當?shù)膙sc控制器諸如圖6中圖示的控制器601實現(xiàn)。vsc控制器可以由硬件或軟件或兩者的組合實現(xiàn)?？刂破鞯慕M件可以與用于控制vsc的操作的常規(guī)控制器相同，但被配置成實現(xiàn)上文描述的一個或多個實施例。圖7圖解說明可以被應用的一個控制方法的示例。在步驟701，接收硬切換請求。響應于確定例如由于電網(wǎng)故障等等造成的對硬切換的需要，生成硬切換請求。需要硬切換的情況是不同的，本領域技術人員都知道如何確定對硬切換的需要，并生成硬切換請求。注意，硬切換請求可以由適當?shù)哪K或控制器本身生成，接收請求可以包括讀狀態(tài)標志等等。不過，請求生成后，控制器則繼續(xù)對此請求進行動作。

在步驟702，控制器可以確定當要求硬切換時，相關的相分支是否將處于重疊狀態(tài)。如果相分支將不處于重疊狀態(tài)，則控制器可以確定相分支是否將會接近重疊狀態(tài)，即在重疊狀態(tài)結束或開始的某個定義的時間段內(nèi)。

如果相分支不處于或不接近重疊狀態(tài)，則在步驟704，可以控制鏈式-鏈接電壓以確保鏈式-鏈接電壓等于dc電壓。可選地，可以執(zhí)行步驟705以降低整個vsc兩端的dc電壓?？刂破鬟€可以可選地停止706任何諧波控制，諸如三次注入或類似的調(diào)制方案。在步驟707中，控制器然后可以生成用于相關導向器開關的開關打開命令。

如果相分支處于重疊狀態(tài)，則對鏈式-鏈接的電壓需求可能已經(jīng)滿足，因此所述方法可以直接繼續(xù)到在步驟707生成開關打開命令，可能取消任何第三諧波生成。如果在步驟703中確定，在硬切換時，相分支不處于或不會處于重疊時段，但接近重疊時段，則在步驟708，可延長或提前重疊時段。

在一些實施例中，當開關打開命令已經(jīng)生成，可以在導向器開關的打開期間控制鏈式-鏈接電壓，以在步驟709中，還抵消導向器開關兩端的任何感應電壓。

圖8示出一流程圖，該流程圖圖解說明可由控制器執(zhí)行的方法的另一示例。在步驟801，接收硬切換請求。在步驟802，控制鏈式-鏈接以切換到阻斷狀態(tài)，直到臂電流下降到預定值。然后可選地，在步驟803中，可以控制鏈式-鏈接電壓以確保在步驟804中發(fā)出開關打開命令之前，鏈式-鏈接電壓等于dc電壓。

本發(fā)明的實施例因此提供用于vsc特別是aac變換器用在硬切換中的控制的方法和設備。硬切換是異常操作條件的結果，常規(guī)上可能對變換器臂的導向器開關是困難的。本發(fā)明的實施例不管在相位周期中的何處出現(xiàn)硬切換事件，可以降低或消除在硬切換事件期間對導向器開關的電壓應力。

應當注意，上文提到的實施例圖解說明而不是限制本發(fā)明，在不偏離所附權利要求的范圍下，本領域技術人員能夠設計許多替代性實施例。詞語“包括(comprising)”并不排除除了權利要求中列出的之外的元件或步驟的存在，“一”并不排除多個，單個特征或其它單元可以滿足在權利要求中陳述的幾個單元的功能。權利要求中的任何附圖標記不應當解讀為限制其范圍。