控制電路的制作方法
【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]在電力傳輸網(wǎng)絡(luò)中，為了經(jīng)由架空線和/或海底電纜進(jìn)行傳輸，交流(AC)電力通常被轉(zhuǎn)換為直流(DC)電力。這種轉(zhuǎn)換免去對(duì)由傳輸線或電纜施加的AC電容性載荷效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)男枰?，并且從而降低電線和/或電纜的每公里成本。當(dāng)需要長(zhǎng)距離傳輸電力時(shí)，從AC到DC的轉(zhuǎn)換因而變得有成本效益。
[0003]為了減小施加到線路/電纜的暫態(tài)電壓并且從而延長(zhǎng)線路/電纜的壽命，可以通過(guò)穩(wěn)定線路/電纜中的DC電壓來(lái)提高電力傳輸?shù)馁|(zhì)量。另外，形成高度穩(wěn)定的DC電壓減小換能器誤差，并且提高接收高度穩(wěn)定DC電壓的電壓源變換器中的變換器控制動(dòng)作的穩(wěn)定性。此外，DC電壓的穩(wěn)定可以被用于去除或最小化在電壓轉(zhuǎn)換過(guò)程中固有產(chǎn)生的更高階諧波形式的電壓或電流波紋。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案，提供一種控制電路，包括:
[0005]第一端和第二端，用于分別連接至第一輸電線和第二輸電線；
[0006]電流傳輸路徑，在所述第一端與第二端之間延伸，所述電流傳輸路徑包括至少一個(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，所述電流傳輸路徑包括至少一個(gè)互感器；
[0007]控制單元，在濾波模式中從所述電流傳輸路徑選擇性地去除所述或每個(gè)模塊的所述或每個(gè)能量存儲(chǔ)裝置，以調(diào)制所述或每個(gè)互感器兩端的電壓以修改流過(guò)所述電流傳輸路徑的電流且從而從所述輸電線過(guò)濾掉一個(gè)或多個(gè)不需要的電流分量；以及
[0008]至少一個(gè)能量轉(zhuǎn)換元件，其中在能量去除模式中所述控制單元從所述電流傳輸路徑選擇性地去除所述或每個(gè)模塊的所述或每個(gè)能量存儲(chǔ)裝置，以使得電流從所述輸電線通過(guò)所述電流傳輸路徑流入所述或每個(gè)能量轉(zhuǎn)換元件以從所述輸電線去除能量。
[0009]所述或每個(gè)不想要的電流分量可以是例如諧波電流的形式。
[0010]在使用中，調(diào)制所述或每個(gè)互感器兩端的電壓修改流經(jīng)所述或每個(gè)互感器的電流以及因此修改流經(jīng)電流傳輸路徑的電流。在濾波模式中控制單元的操作將流經(jīng)電流傳輸路徑的電流修改為米取一個(gè)或多個(gè)電流分量的形式，這將所述或每個(gè)電流分量的反相電流分量有效地注入輸電線，使得控制電路抵消來(lái)自輸電線的所述或每個(gè)電流分量。以這種方式，控制電路能夠有源地從輸電線過(guò)濾掉一個(gè)或多個(gè)電流分量，并且從而提高輸電線電壓的質(zhì)量。
[0011]對(duì)于使用多個(gè)模塊的實(shí)施例，在控制電路中包含多個(gè)模塊允許產(chǎn)生大范圍的電壓波形以修改流經(jīng)電流傳輸路徑的電流，使得控制電路能夠從輸電線過(guò)濾掉不同電流分量。這是因?yàn)樵跒V波模式中流經(jīng)電流傳輸路徑的電流可以被修改為采取不同電流分量或包含多個(gè)電流分量的組合電壓波形中的每個(gè)的形式。
[0012]所述或每個(gè)互感器的尺寸優(yōu)選地與所述或每個(gè)模塊和輸電線的等級(jí)匹配，以便優(yōu)化控制電路的有源濾波操作。
[0013]同時(shí)，如果必要的話，為了例如保護(hù)線路免于過(guò)電壓且確保低壓故障穿越，控制電路包括至少一個(gè)能量轉(zhuǎn)換元件的配置允許控制電路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。因此，控制電路能夠在濾波模式和能量去除模式兩者中操作，而無(wú)需使用額外的硬件，由此提供硬件體積和成本方面的節(jié)約。
[0014]另外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)從電流傳輸路徑選擇性地去除所述或每個(gè)模塊的所述或每個(gè)能量存儲(chǔ)裝置的能力以允許能量(即過(guò)剩電力)從輸電線到控制電路的快速轉(zhuǎn)移，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)電網(wǎng)絡(luò)故障的情況下，控制電路快速響應(yīng)調(diào)節(jié)輸電線中的能量水平的要求。
[0015]可以理解地是，控制電路的濾波和能量去除模式中的電力需求可以是不同的。濾波模式中的控制電路通常從輸電線吸取相對(duì)低的電流并且不與輸電線交換真實(shí)電力(除了損耗)。能量去除模式中的控制電路通常吸取全部輸電線電流并且與輸電線交換真實(shí)電力。就這一點(diǎn)而言，控制電路優(yōu)選地被設(shè)定為與濾波和能量去除模式中的電力需求相匹配。
[0016]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。
[0017]單個(gè)控制電路可以被連接在一對(duì)AC或DC輸電線之間。多個(gè)控制電路可以與多個(gè)AC或DC輸電線互連。例如，多個(gè)控制電路可以以互連三個(gè)AC輸電線的星形配置連接或者以互連三個(gè)AC輸電線的三角形配置連接。
[0018]可以理解地是，被連接至AC輸電線的控制電路的濾波和能量去除模式分別在操作上與被連接至DC輸電線的控制電路的濾波和能量去除模式類(lèi)似。
[0019]還可以理解地是，當(dāng)控制電路被連接至AC輸電線時(shí)，控制電路可以額外地被用于控制AC輸電線中的無(wú)功功率。
[0020]在本發(fā)明的實(shí)施例中，至少一個(gè)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)能量?jī)?chǔ)存裝置或使電流旁路所述或每個(gè)能量?jī)?chǔ)存裝置。這種方式的模塊的結(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 ] 所述或每個(gè)模塊可以被配置為具有雙向電流能力，即所述或每個(gè)模塊可以被配置為能夠在兩個(gè)方向上傳導(dǎo)電流，以提高其與控制電路的有源濾波操作的兼容性。作為示例，至少一個(gè)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)模塊可以包括與能量存儲(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]這種模塊提供從電流傳輸路徑選擇性地去除所述或每個(gè)模塊的所述或每個(gè)能量存儲(chǔ)裝置的可靠手段。此外，這種模塊在兩個(gè)方向上傳導(dǎo)電流的能力允許注入電力至輸電線也允許從輸電線吸收電力，并且從而提高控制電路的有源濾波操作的效率。
[0023]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LCC HVDC方案(其中當(dāng)被傳輸電力的方向被反轉(zhuǎn)時(shí)，DC電壓的極性改變)結(jié)合。
[0024]可以以各種方式來(lái)配置控制電路使得其可以在濾波和能量去除模式中操作。例如，在本發(fā)明的實(shí)施例中，電流傳輸路徑可以具有由第三端分隔開(kāi)的第一電流傳輸路徑部和第二電流傳輸路徑部，第一電流傳輸路徑部和第二電流傳輸路徑部的任一或兩者包括至少一個(gè)模塊，
[0025]其中所述控制電路還包括:
[0026]輔助端，用于連接到地或者連接到所述第二輸電線；
[0027]能量轉(zhuǎn)換塊，用于從所述輸電線去除能量，所述能量轉(zhuǎn)換塊在所述第三端與輔助端之間延伸，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
[0028]控制單元，從所述電流傳輸路徑選擇性地去除所述或每個(gè)模塊的所述或每個(gè)能量存儲(chǔ)裝置。
[0029]這種方式的控制電路的配置，即能量轉(zhuǎn)換塊相對(duì)于電流傳輸路徑的布置允許在濾波模式中阻止或最小化在能量轉(zhuǎn)換塊中流動(dòng)的任意電流，從而簡(jiǎn)化控制和提高控制電路的有源濾波操作的效率。當(dāng)要求在能量去除模式中操作控制電路時(shí)，第一電流傳輸路徑部和第二電流傳輸路徑部中的任一或兩者可以被配置為允許電流在能量轉(zhuǎn)換塊中流動(dòng)以便使得從輸電線去除能量。
[0030]控制電路將輔助端連接至第二輸電線的配置允許能量轉(zhuǎn)換塊被連接至第二輸電線而不是地，并且從而允許高電流在輸電線而不是輸電線的寄生電容循環(huán)。
[0031]第一電流傳輸路徑部可以包括至少一個(gè)互感器和/或第二電流傳輸路徑部可以包括至少一個(gè)互感器。
[0032]在利用使用能量轉(zhuǎn)換塊的實(shí)施例中，第一電流傳輸路徑部包括至少一個(gè)第一模塊，所述或每個(gè)第一模塊包括至少一個(gè)能量存儲(chǔ)裝置。在這種實(shí)施例中，至少一個(gè)第一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)第一能量存儲(chǔ)裝置或者使得電流旁路所述或每個(gè)第一能量存儲(chǔ)裝置。如上所述，以這種方式構(gòu)造所述或每個(gè)第一模塊允許其主開(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。
[0033]在利用使用能量轉(zhuǎn)換塊的其他實(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，其是可切換的以選擇性地允許或禁止第二傳輸路徑部中電流的流動(dòng)。
[0034]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的次開(kāi)關(guān)元件的數(shù)量可以變化。
[0035]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。如上所述，這種方式的所述或每個(gè)第二模塊的結(jié)構(gòu)允許其主開(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。
[0036]在利用使用能量轉(zhuǎn)換塊和至少一個(gè)主開(kāi)關(guān)塊的本發(fā)明的實(shí)施例中，在濾波模式中控制單元可以選擇性地切換所述或每個(gè)主開(kāi)關(guān)塊，以允許電流流過(guò)第二電流傳輸路徑部且從而旁路所述或每個(gè)能量轉(zhuǎn)換元件。這導(dǎo)致在所述或每個(gè)能量轉(zhuǎn)換元件中流動(dòng)的任何電流被最小化。如前面提到的，在濾波模式中最小化在所述或每個(gè)能量轉(zhuǎn)換元件中的電流簡(jiǎn)化了控制，且提高了控制電路的有源濾波操作的效率。
[0037]在將輔助端連接到第二輸電線的本發(fā)明的實(shí)施例中，在濾波模式中，控制電路可以被配置為最小化在所述每個(gè)能量轉(zhuǎn)換元件中流動(dòng)的電流，如下所述。
[0038]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)，在濾波模式中，控制單元可以選擇性地將所述或每個(gè)第二次開(kāi)關(guān)元件切換為導(dǎo)通狀態(tài)，以允許電流流過(guò)第二電流傳輸路徑部，且由此旁路所述或每個(gè)能量轉(zhuǎn)換元件。
[0039]對(duì)于利用使用多個(gè)串聯(lián)連接的次開(kāi)關(guān)元件的本發(fā)明的實(shí)施例，可以通過(guò)連接與每個(gè)次開(kāi)關(guān)元件并聯(lián)的R-C電路來(lái)實(shí)現(xiàn)在串聯(lián)連接的次開(kāi)關(guān)元件中共享的靜態(tài)電壓。雖然在濾波模式中使用R-C電路通常會(huì)導(dǎo)致額外損耗，但是通過(guò)操作控制電路將多個(gè)串聯(lián)連接的次開(kāi)關(guān)元件兩端的電壓減小為零或接近零來(lái)最小化這些損耗的影響，因此導(dǎo)致更有效的控制電路。
[0040]當(dāng)至少一個(gè)主開(kāi)關(guān)塊包括第二模塊時(shí)，在濾波模式中，控制單元可以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，以允許電流流過(guò)第二電流傳輸路徑部，且由此旁路所述或每個(gè)能量轉(zhuǎn)換元件。
[0041]在將輔助端連接到第二輸電線的本發(fā)明的實(shí)施例中，在能量去除模式中，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，以便增大流過(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。更具體地，在能量去除模式中，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。
[0042]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)，在能量去除模式中，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，并且從而使電流被引導(dǎo)至所述或每個(gè)能量轉(zhuǎn)換元件。
[0043]當(dāng)至少一個(gè)主開(kāi)關(guān)塊包括第二模塊時(shí)，在能量去除模式中，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)主開(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。
[0044]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)塊的本發(fā)明的實(shí)施例，在濾波模式與能量去除模式之間控制電路的過(guò)渡期間，第一電流傳輸路徑部調(diào)制電壓和電流的能力允許在零電壓和/或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，由此最小化開(kāi)關(guān)損耗。
[0045]將輔助端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在濾波模式中傳導(dǎo)成比例地小于在