用于模块多级转换器的驱动装置和方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用 本申请按照35U.S.C. § 119(a)要求其全部内容被通过引用合并于此、提交于2014 年2月11日的韩国专利申请No. 10-2014-0015446的权益。
[000引 背景。
技术领域
[0003] 本发明涉及一种用于模块多级转换器的驱动装置和方法。更特别地，它涉及一种 用于通过负责每个相的阀支路的上阀或者下阀控制子模块的驱动装置和方法。
【背景技术】
[0004] 在需要使用约100千米或者更多的水下线缆从离岸风场向本±输送能量时，已知 的是高电压直流（HVDC)传输就能量输送成本而言比高电压交流（HVAC)传输更经济得多。
[0005] 已知HVDC传输为一种特别是用于其中各国可W使用不同频率和电压的国际功率 交易（能量贸易）的适当方法。还如所证实的那样，高电压直流（HVDC)传输即使在能量瓶颈 现象由于在作为人口密集区域的市区中的大量能量消耗而出现时就能量输送成本而言仍 然比高电压交流（HVAC)传输更经济得多，正在对HVDC传输给予新关注。
[0006] 特别是，在可W开发并且向欧洲大陆输送在非洲大陆中充足分布的太阳能和风能 时，可W在欧洲显著增加新的和可再生能量份额。因此，该一技术在欧洲最发达。新的和可 再生能量市场也在需要将大容量水电站向与之相距约1，000公里的大城市输送的中国迅 速成长并且可W从沙漠产生能量。
[0007] 在根据转换器的类型对HVDC传输系统分类时，可W将HVDC传输系统分类成具有 电流型转换器的HVDC传输系统和具有电压型转换器的HVDC传输系统。本公开涉及电压型 转换器并且更特别地涉及一种在电压型转换器之中的模块多级转换器。
[0008] 在模块多级转换器中，使用具有低电压规范的绝缘栅双极晶体管（IGBT)来制造单 元子模块，并且串联堆叠子模块W形成关于数百KV的高电压有耐电压能力的堆叠结构。还 允许模块多级转换器根据串联堆叠的子模块数目具有多种电压电平。
[0009] 此外，模块多级转换器可W执行不能在具有电流型转换器的HVDC传输系统中实 现的有功功率和无功功率的独立控制并且无需一起供应与有功功率的50%对应的无功功 率W便传输有功功率。也可W在没有关于反转换器的信息的情况下稳定地控制位于高DC 电压的两端的转换器中的每个转换器，并且可W在没有重新确定在两端的电压量值的处理 的情况下通过仅改变电流方向来简单地控制有功功率的输送方向。
[0010] 然而由于其结构的原因，用于HVDC传输的模块多级转换器具有电流型转换器没 有的限制。
[0011] 换言之，由于在子模块中的容量电压不统一并且上阀电压和下阀电压的合成电压 未与DC链路电压相同，所W有在多级转换器中流动的循环电流分量存在该样的限制。也可 能在高电压DC电网中引起谐波或者在交流(AC)电网的有功功率中包含谐波。
[0012] 为了克服该些限制，已经提出各种方法。然而在事故、比如一个相接地出现时，AC 电网电压变成失衡电压状态。在该一条件中，未抑制循环电流或者在DC电网中引起谐波。 另外，在AC电网的有功功率中包含谐波而表明控制特性仍然不强。
[0013] 另外，用于具有模块多级转换器的HVDC传输系统的典型控制方法要求用于执行 大量操作的上控制器并且难W在阀控制器（VC)中实现。因而，用于HVDC传输系统的典型 控制方法不适合改进操作速度。具体而言，由于从有功和无功功率控制器推导的电流参考 值W及从循环电流抑制控制器推导的电流参考值使用相电流或者使用变换到d-q坐标平 面中的相电流的表达式，所W典型控制方法适合按照相单元实现控制器、但是难W在每个 阀控制中实现，使得难W改进操作速度。 现有技术
[0014] [非专利] (非专利文献2)Qingrui化发表的一种循环电流抑制方法[I邸E化ans.on PowerDelivery,vol. 26，2011]公开一种在补偿3相电压的参考时使用输出值 来抑制负序列分量的循环电流的方法，该输出值允许按照负序列顺序（R〉T〉S)在 -20S.旋转、未流入AC系统的相中、仅在每个相的上阀控制器与下方控制器之间流动并且 在旋转坐标系统中表达的d轴循环电流分量和q轴循环电流分量变成"0"，其中循环电流具 有AC电网频率的两倍的频率。然而该一方法在功率系统电压在3相平衡条件中时在控制 器特性上良好，但是在系统电压在失衡条件之下时在控制特性上不好。
[0015] (非专利文献3)图20是图示Qingrui化提出的方法的视图，该方法示出典型循 环电流抑制方法之一。
[0016] (非专利文献4)可W在系统电压在3相平衡中时和在系统电压在是失衡条件 之下时该两者使用Qingrui化发表的一种循环电流抑制方法[I邸ETrans,onPower Delivery,vol. 27，2012]。他证实在用于高电压直流（HVDC)传输的模块多级转换器在 系统电压的3相失衡条件之下操作时在每个阀中附加地生成零序列分量的功率。在该一方 法中，每个相的上阀电压和下阀电压被相加、并且然后除获取平均分量并且定义平 均分量作为循环电流的零序列分量。通过在支路应用具有谐振频率2 的谐振控制器来 获取用于允许循环电流的零序列分量变成"0"的中间补偿值。将中间补偿值与用于抑制负 序列分量的输出值相加W补偿相电压参考值（PWM输入值)。在图4中示出该一方法。
[0017] (非专利文献5)然而，虽然该一方法在提出一种用于抑制负序列分量的循环电流 和零序列分量的循环电流二者的方法方面示出良好特性，但是瞬时状态特性在系统中电压 出现失衡的情况下起点处是不好的。还有仅在正序列分量、负序列分量和零序列分量都已 知时才可W实现的复杂性。特别是，有在高电压DC线上流动的电流波形中除了DC分量之 外还包括很多谐波分量该样的限制。
[0018] (非专利文献6)图 19 是图不AntoniosAnotonopoulos和MaryamSaeedifard 提出的典型循环电流抑制方法的另一示例的视图。框标记的区域示出由Antonious Anotonopoulos提出的方法，并且其它区域示出由MaryamSaeedifard提出的方法。
[0019] (非专利文献7)当在算法的结构方面分析典型方法时未可W看到在Antonios Anotonopoulos之后开发的算法配置[PowerElectronicsandApplication,EPE'09, 2009]关注于在分布式控制系统中的实现。从有功功率和无功功率控制器生成电流参考值， 并且然后通过电流控制器生成允许电流参考值被收敛的相电压参考值。随后，在生成和补 偿抑制循环电流的AC分量的电压分量时，可W计算关于每个阀的电压参考值。因而，该一 方法具有不适于通过使用独立阀控制器来执行控制算法的结构。
[0020] (非专利文献8)用于HVDC传输系统的模块多级转换器使用在每个相中流动的电 流来配置电流控制器、执行抑制循环电流的处理、并且然后确定每个阀电压参考值。在确定 阀电压参考值时，确定将为每个阀接通/关断的子模块数目，并且平滑子模块电压。该一方 法被AntoniosAnotonopoulos显著地发展（2009)。还同样关于失衡系统电压条件，在图19 中示出的一种能够有效地和快速地控制有功功率(或者DC_链路恒定电压控制)和无功功率 的电流控制方法被MaryamSaeedifard所大力发展。
[0021] (非专利文献9)图21是图示一种用于实现W上描述的多种典型方法的控制设备 的视图。
[0022] (非专利文献10)在图21中，每个阀包括独占阀控制器2,并且站控制器1被设置 于六个阀控制器2之上。图21是图示关于典型方法的滚动分配的分析的视图。如图21中 所示，有用于站控制器1普遍地执行的许多任务，并且阀控制器2独立地执行的职能限制于 任务的一部分。因而，该一结构对于分布式控制系统而言是不适当的。
[0023] 在该背景部分中公开的W上信息仅为了增强本发明的背景的理解，并且因此它可 W包含未形成已经在该国为本领域普通技术人员所知的现有技术的信息。
【发明内容】
[0024] 本发明提供一种可W使用在六个阀中流动的电流来实现电流控制和循环电流抑 制控制的用于模块