用于高壓直流輸電的變換器的改進或與其有關的改進的制作方法
【專利摘要】在高壓直流(HVDC)輸電領域中，變換器(10)包括三個變換器臂(12A，12B，12C)，每個對應于變換器(10)的相應相(A，B，C)，每個在第一與第二DC端子(14，16)之間延伸，每個包括由AC端子(18A，18B，18C)分隔開的第一臂部和第二臂部(12A+，12A?，12B+，12B?，12C+，12C?)。每個臂部(12A+，12A?，12B+，12B?，12C+，12C?)包括可操作以提供階梯式可變電壓源的鏈式變換器(24A+，24A?，24B+，24B?，24C+，24C?)。變換器(10)還包括第一控制器(32)，被編程為選擇性地在一個時刻為一個變換器臂(12A、12B、12C)將其每個臂部(12A+，12A?，12B+，12B?，12C+，12C?)中的鏈式變換器(24A+，24A?，24B+，24B?，24C+，24C?)操作為同時采用電流導通模式，并由此限定完全導通的變換器臂(12A、12B、12C)，以經由每個所述完全導通的變換器臂(12A，12B，12C)在所述第一DC端子與所述第二DC端子(14，16)之間相繼地路由DC電流需求(IDC)。
【專利說明】
用于高壓直流輸電的變換器的改進或與其有關的改進
技術領域
[0001] 本發明涉及一種用于在高壓直流輸電中使用的變換器。
【背景技術】
[0002] 在高壓直流(HVDC)電力傳輸網絡中，交流(AC)電力通常被變換為直流(DC)電力， 用于經由架空線和/或海底電纜進行傳輸。這種變換免除了對由電力傳輸介質（即傳輸線或 電纜)造成的AC電容性載荷效應進行補償的需要，并且從而降低電線和/或電纜的每公里成 本。當需要長距離傳輸電力時，從AC到DC的變換因而變得有成本效益。
[0003] DC電力與AC電力之間的變換還用于需要互連DC和AC電網的電力傳輸網絡。在任何 這種電力傳輸網絡中，在AC電力與DC電力之間的每個交界處需要變換器來產生所需的變 換:AC到DC或者DC到AC。
【發明內容】
[0004] 根據本發明的第一方面，提供了一種變換器，用于高壓直流輸電，包括：
[0005] 三個變換器臂，每個變換器臂對應于所述變換器的相應相，每個變換器臂在第一 DC端子與第二DC端子之間延伸，并且每個變換器臂包括由AC端子分隔開的第一臂部和第二 臂部，每個臂部包括能夠操作以提供階梯式可變電壓源的鏈式變換器;以及
[0006] 第一控制器，被編程為選擇性地在一個時刻為一個變換器臂將其每個臂部中的鏈 式變換器操作為同時采用電流導通模式，并由此限定完全導通的變換器臂，以經由每個所 述完全導通的變換器臂在所述第一 DC端子與所述第二DC端子之間相繼地路由DC電流需求。
[0007] 依次經由每個完全導通的變換器臂在第一 DC端子與第二DC端子之間相繼地路由 DC電流需求允許DC電流需求在第一 DC端與第二DC端子之間連續流動，并且由此允許本發明 的變換器在變換器的整個操作周期中與在使用中與第一 DC端和第二DC端連接的DC網絡連 續地交換電力。
[0008] 同時，在一個時刻僅具有一個完全導通的變換器臂避免在相應的變換器臂之間創 建電流路徑，并且在變換器臂之間沒有瞬態循環電流出現。沒有這種循環電流允許從每個 臂部中去除原本為限制變換器臂之間的上述循環電流的水平所需要的無源電感器。
[0009] 這種無源電感器在物理上是非常大的，并且因此省略它們允許顯著地減少（例如 大約20%)包括本發明的變換器的變換器站的整體占地面積。這進而有助于大大減少變換 器站成本。
[0010] 此外，從每個臂部省略無源電感器也意味著可以將變壓器與變換器直接連接，而 不需要通常大型且昂貴的互連套管，并且因此提供了進一步的空間節省和成本節省機會。
[0011] 另外，從每個臂部中省略無源電感器允許提高變換器能夠產生的AC電壓的水平， 同時允許降低必須提供的AC電流的水平，即單獨的AC相電流需求波形(AC current demand phase waveform)的水平，并因此提高變換器的效率。
[0012] 優選地，第一控制器被編程為以大約60度電角度的規則間隔相繼地限定完全導通 的變換器臂。
[0013] 包括如此編程的第一控制器導致在第一 DC端子與第二DC端子之間路由的DC電流 需求是平滑和連續的。
[0014]可選的，所述第一控制器被另外編程為，在為給定變換器臂將其每個臂部中的鏈 式變換器選擇性地操作為同時采用電流導通模式并由此限定完全導通的變換器臂時，同時 為每個其它變換器臂將其一個或兩個臂部中的鏈式變換器操作為使得一個鏈式變換器采 用電流導通模式并且另一個鏈式變換器采用電流阻斷模式，并由此限定部分導通的變換器 臂以將相應的AC相電流需求波形朝向給定的AC端子引導，從而使得相應的AC相電流需求波 形之和為零。
[0015]在給定的AC端子處使得AC相電流需求波形之和為零，即在本發明的變換器內，消 除了在第一 DC端子與第二DC端子之間路由的DC電流需求中包括的任何AC分量，因此避免了 在電流經過其流到在使用中與第一 DC端子和第二DC端子連接的DC網絡之前對此電流進行 濾波的需要。
[0016] 在HVDC安裝中的任何一種濾波器都對于最終的變換器站的占地面積具有重大影 響，因此避免了這樣的濾波器是非常有利的。
[0017] 根據本發明的優選實施例的變換器進一步包括第二控制器，其被編程為：
[0018] (a)為每個變換器臂獲得對應的變換器臂需要跟蹤的相應的AC相電流需求波形， 以及每個變換器臂還需要跟蹤的DC電流需求；以及
[0019] (b)執行數學優化，為每個臂部確定該臂部為跟蹤對應的所需AC相電流需求波形 和所需的DC電流需求必須貢獻的最優臂部電流。
[0020] 執行上述數學優化，即，從一組可用的替代方案中選擇最佳的單獨臂部電流(相對 于選擇標準），允許AC和DC電流需求彼此獨立地受到(例如通過更高級別的控制器)控制。
[0021] 這還允許單獨的臂部電流彼此獨立地變化以適應通過變換器的不同的電流流動 路徑，例如在整個變換器的每個操作周期中，由相繼限定完全導通的變換器臂和相應的部 分導通的變換器臂所產生的不同的電流流動路徑。
[0022] 此外，第二控制器能夠實時執行步驟(a)和(b)以便允許本發明的變換器的穩健性 控制。
[0023] 第二控制器可被編程為通過創建表示通過所述變換器的電流流動的等效變換器 配置來進行數學優化。
[0024] 以上述方式創建等效變換器配置對變換器可被控制的方式加上約束條件，并且因 此有助于執行數學優化來確定每個最優臂部電流。
[0025] 可選的，所述第二控制器被編程為通過映射通過所述變換器的可能的電流流動路 徑來創建表示通過所述變換器的電流流動的等效變換器配置。
[0026] 映射通過變換器的可能的電流流動路徑有助于第二控制器來定制其提供給本發 明的變換器的拓撲結構（即結構）的數學優化。
[0027] 優選地，所述第二控制器被編程為通過施加電流權重到多個臂部所提供的相對電 流貢獻來執行數學優化。
[0028] 施加這種權重允許每個臂部的性能變化使其更加具有適應性，同時繼續優化變換 器作為整體的操作。
[0029] 所述第二控制器可被編程為根據所述變換器的測量的操作參數來確定所述或每 個權重。
[0030] 以上述方式確定權重允許第二控制器考慮到可能影響變換器的良好運行的環境 因素，并且改變被確定以克服環境因素的最優臂部電流，并減輕對變換器的運行的相關聯 的影響。這樣的環境因素的例子包括一個臂部中的部件發熱，或臂部受到部件損壞或故障 使得其性能下降。
[0031] 在本發明的另一個優選實施例中，當在特定操作條件下控制所述變換器時，所述 第二控制器被編程為通過施加不同的權重到至少一個臂部來施加權重，使得所述或每個所 述臂部提供與其它臂部不同的貢獻。
[0032] 這種特征允許第二控制器區分一個臂部和另一個臂部，例如根據給定的臂部性能 如何來進行區分。
[0033] 在以下情況下這是有用的，即當期望降低由給定臂部貢獻的電流水平(例如這是 因為與該臂部相關聯的冷卻運行于較低容量)并且暫時提高由一個或多個其它臂部提供的 電流水平以便允許變換器繼續操作和提供高水平的電力變換時。
[0034] 這也可以用來例如在故障或其它損壞降低給定臂部的性能的情況下，減少給定臂 部必須提供的臂部電壓，使得變換器仍然能夠繼續操作并提供高水平的電力變換。
[0035]優選地，所述第二控制器被編程為執行數學優化來確定對應的臂部必須貢獻以跟 蹤對應所需的AC相電流需求波形和所需的DC電流需求的一個或多個最小單獨的臂部電流。
[0036] 確定一個或多個最小單獨的臂部電流減小了每個臂部中的傳導和開關損耗，這是 因為通常這種損耗是與電流的平方(即I2)成正比的。
[0037] 在本發明的一個進一步優選的實施例中，所述第二控制器進一步被編程為執行數 學優化以提供最優臂部電壓源。
[0038] 包括如此編程的第二控制器有助于以可能的最有效的方式提供彼此獨立變化的 單獨的臂部電流。
【附圖說明】
[0039] 現在將參照以下附圖，通過非限制示例的方式來簡要描述本發明的優選實施例， 在附圖中：
[0040] 圖1示出根據本發明的第一實施例的變換器的示意圖；
[0041] 圖2示出變換器的操作周期過程中圖1所示的變換器內的鏈式變換器的電流阻斷 模式的優選序列；
[0042] 圖3示意性示出圖1所示的變換器的完全導通的變換器臂和相應的部分導通的變 換器臂的選擇性限定；
[0043] 圖4示出圖1所示的變換器的第二控制器被編程以執行的主要步驟的流程圖；
[0044] 圖5示出對應于圖1所示的變換器的等效變換器配置的示意圖；
[0045] 圖6(a)示出另一第二控制器可以被編程以執行的主要步驟的流程圖；以及
[0046] 圖6(b)示出構成另一控制器可以被編程以執行的主要步驟的一部分的反饋環路 的示意圖。
【具體實施方式】
[0047]根據本發明的第一實施例的變換器由附圖標記10-般性指定，如圖1所示。
[0048] 變換器10包括三個變換器臂12六、128、12(：，其每個對應于變換器10的相應的相八、 B、C〇
[0049] 每個變換器臂12A、12B、12C在第一DC端子14與第二DC端子16之間延伸，并且每個 變換器臂12A、12B、12C包括由AC端子18A、18B、18C分隔開的第一臂部12A+、12B+、12C+和第 二臂部 12A-、12B-、12C-。
[0050] 在使用中，第一DC端子14和第二DC端子16連接到DC網絡20,第一DC端子14攜帶VDC+ 的電壓并且第二DC端子16攜帶VDC-的電壓，而AC端子18A、18B、18C被連接到三相AC網絡22的 對應的相A、B、C并且攜帶對應的AC相電壓波形(AC voltage phase waveform)VA、VB、Vc〇 [0051 ]每個臂部 124+、124-、128+、128-、120+、12〇包括鏈式變換器244+、244-、248+、 24B-、24C+、24C-，每個鏈式變換器包括串聯連接的一連串模塊26。每個鏈式變換器24A+、 24A-、24B+、24B-、24C+、24C-中的模塊 26 的數量取決于相應臂部 12A+、12A-、12B+、12B-、12C +、12C-所需要的額定電壓。
[0052] 每個鏈式變換器244+、24六-、248+、248-、2扣+、24(：-的每個模塊26包括與電容器 (未示出）形式的能量儲存器件并聯連接的一對開關元件(未示出），以限定可以提供零電壓 或正電壓并且可以在兩個方向上傳導電流的2象限單極模塊26。
[0053] 在使用中，每個鏈式變換器24六+、24六-、248+、248-、2扣+、24(：-的模塊26的開關元 件被操作為使得每個鏈式變換器24A+、24A-、24B+、24B-、24C+、24C-能夠提供階梯式可變電 壓源。開關元件還有利地在接近AC網絡22的基頻處切換。
[0054]通過改變開關元件的狀態，每個模塊26的電容器可以被旁路或被插入相應的鏈式 變換器 24A+、24A-、24B+、24B-、24C+、24C-。
[0055]當開關元件被配置為在模塊26中形成短路時，每個模塊26的電容器被旁路。這將 導致變換器10的對應的臂部12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-中的電流通過短路并旁路電 容器，因此模塊26能夠提供零電壓。
[0056]當該對開關元件被配置為允許上述電流流入和流出電容器時，每個模塊26的電容 器被插入到相應的鏈式變換器244+、244-、248+、248-、2扣+、24(：-。電容器則能夠對其儲存 的能量充電或放電以便提供電壓。2象限單極模塊26的單向性質意味著電容器可以正向插 入模塊26從而提供正電壓。
[0057] 在本發明的其它實施例（未示出）中，每個鏈式變換器24A+、24A-、24B+、24B-、24C +、24C-的每個模塊26可以包括與能量儲存器件（例如也是電容器的形式)并聯連接的兩對 開關元件，以限定可以提供負電壓、零電壓或正電壓并且可以在兩個方向上傳導電流的4象 限雙極模塊。在本發明的又一實施例(未示出）中，一個或多個鏈式變換器24A+、24A-、24B+、 24B-、24C+、24C-可以包括2象限單極模塊26和4象限雙極模塊的混合。
[0058] 在每一種情況下，通過將每個提供其自身電壓的多個模塊26的電容器插入鏈式變 換器 24A+、24A-、24B+、24B-、24C+、24C-，可以在每個鏈式變換器 24A+、24A-、24B+、24B-、24C +、24C-兩端建立合成電壓，該合成電壓高于從每個單獨的模塊26可得到的電壓。
[0059] 可以為每個模塊26改變切換操作的時序使得將單獨的模塊26的電容器插入鏈式 變換器 244+、244-、248+、248-、240+、24〇和/或從鏈式變換器244+、244-、248+、248-、24〇+、 24C-旁路，導致在對應的AC端子18A、18B、18C處產生電壓波形。例如，可以交錯插入單獨的 模塊26的電容器以產生正弦波形。通過調整鏈式變換器24A+、24A-、24B+、24B-、24C+、24C-中的每個模塊26的切換操作的時序可以產生其它波形形狀。
[0060] 以這種方式，鏈式變換器244+、24六-、248+、248-、2扣+、24(：-能夠促進4(：網絡22與 DC網絡20之間的電力傳輸。
[0061 ] 除了上述之外，每個鏈式變換器24A+、24A-、24B+、24B-、24C+、24C-可以選擇性地 操作為采用電流導通模式，在電流導通模式中電流能夠在第一方向和第二方向上流過該鏈 式變換器。通過調制其需要提供的臂部電壓￥/^^-^+^-、^-，每個鏈式變換器24八+、 24A-、24B+、24B-、24C+、24C-可以配置為采用這樣的電流導通模式。
[0062] 每個鏈式變換器244+、24六-、248+、248-、2扣+、24(：-還可以選擇性地操作為采用電 流阻斷模式，在電流阻斷模式中阻止電流在給定方向上流過該鏈式變換器。通過將其中兩 個開關元件均斷開，每個鏈式變換器24A+、24A-、24B+、24B-、24C+、24C-可以被配置為采用 這樣的電流阻斷模式。
[0063] 在所示的實施例中，每個開關元件是與反并聯二極管并聯連接的絕緣柵雙極型晶 體管(IGBT)。
[0064] 在本發明的其它實施例中（未示出），一個或多個開關元件可包括不同的半導體器 件，諸如場效應晶體管、柵極可關斷晶閘管、注射門極增強型晶閘管、集成門極換向晶體管 或另一外部換向半導體開關（即由一個或多個外部組件關斷使通過該半導體開關的電流降 至零的半導體開關）。這些其它外部換向半導體開關可包括所謂的"強制換向"和"自換向" 半導體開關。在每個實例中，半導體器件優選地與反并聯二極管并聯連接。
[0065] 由于上文描述的原因，每個臂部12六+、12六-、128+、128-、120+、12(：-省略了任何形 式的物理、無源電感組件，這進而在減少其中結合了本發明的變換器的最終變換器站的整 體占地面積方面提供了顯著的益處。
[0066]除了上述之外，變換器10包括第一控制器32,其被布置為與每個鏈式變換器24A+、 24A-、24B+、24B-、24C+、24C-操作性通信。
[0067] 第一控制器32是可編程設備，諸如微控制器，更具體地被編程為在一個時刻為一 個變換器臂12A、12B、12C操作其每個臂部124+、12六-、128+、128-、120+、12(：-中的鏈式變換 器24六+、24六-、248+、248-、2扣+、24(：-以同時采用電流導通模式，并由此限定完全導通的變 換器臂 12A、12B、12C。
[0068] 以這種方式，第一控制器32經由每個所述完全導通的變換器臂12A、12B、12C在第 一DC端子14和第二DC端子16之間相繼地路由（route)DC電流需求I DC(即變換器臂12A、12B、 12C需要跟蹤的DC電流）。
[0069]更具體而言，第一控制器32被編程為以大約60度電角度的規則間隔34^34^343、 344、345、346相繼地限定完全導通的變換器臂12六、128、12(：。于是，在理想的情況下，每個間 隔為60度電角度，盡管對于實際的實現目的而言，每個間隔可能為60±1度電角度的范圍， 或60±2度電角度的范圍。
[0070]第一控制器32還另外被編程為，在為給定的變換器臂12A、12B、12C選擇性地操作 其每個臂部 12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-中的鏈式變換器 24A+、24A-、24B+、24B-、24C +、24C-以同時采用電流導通模式并由此限定完全導通的變換器臂12A、12B、12C時，來為每 個其它的變換器臂12A、12B、12C同時操作其一個或兩個臂部12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、 12C-中的鏈式變換器24A+、24A-、24B+、24B-、24C+、24C-以使得一個鏈式變換器24A+、24A-、 248+、248-、2牝+、240采用電流導通模式并且其它鏈式變換器244+、244-、248+、248-、24〇 +、24C-采用電流阻斷模式，并由此限定部分導通的變換器臂12A、12B、12C。
[0071]以這種方式，第一控制器32被編程為將相應的AC相電流需求波形Ia、Ib、Ic(即變換 器10需要跟蹤的相應的AC相電流)朝向給定AC端子18A、18B、18C引導，從而使得AC相電流需 求波形IA、lB、Ie的總和為零。
[0072]圖2示出由第一控制器32實現的一個示例性操作序列，其中特定的鏈式變換器24A +、244-、248+、248-、2扣+、24(：-被操作為采用電流阻斷模式（而其它244+、244-、248+、248-、 24C+、24C-被操作為采用電流導通模式）。然而，也可執行另外的操作序列。
[0073] 在所示的實施例中，第一控制器32使用鎖相環(phase locked loop，PLL)控制方 案以協調AC網絡22的相應的AC相電壓波形VA、VB、VC的操作序列。
[0074]更具體而言，在第一間隔3和的過程中，第一控制器32操作第一變換器臂12A的每 個臂部12A+、12A-中的鏈式變換器24A+、24A-以同時采用電流導通模式，并由此限定完全導 通的變頻器臂12A。
[0075]同時，即與上述過程同時地，第一控制器32操作第二變換器臂12B的第一臂部12B+ 中的鏈式變換器24B+以采用電流阻斷模式，操作二變換器臂12B的第二臂部12B-中的鏈式 變換器24B-以采用電流導通模式，并且由此限定部分導通的變換器臂12B。
[0076] 第一控制器32還同時操作第三變換器臂12C的第一臂部12C+的鏈式變換器24C+以 采用電流導通模式，操作第三變換器臂12C的第二臂部12C-中的鏈式變換器24C-以采用電 流阻斷模式，并由此限定另一個部分導通的變換器臂12C。
[0077] 在第二間隔342的過程中，第一控制器32將第三變換器臂12C的第一臂部12C+中的 鏈式變換器24C+保持在電流導通模式，同時操作第三變換器臂12C的第二臂部12C-中的鏈 式變換器24C-也采用電流導通模式，并由此限定完全導通的變換器臂12C。同時，第一控制 器32將第一變換器臂12A的第一臂部12A+中的鏈式變換器24A+保持在電流導通模式中，同 時操作第二臂部12A-中的鏈式變換器24A-以采用電流阻斷模式，并由此限定部分導通的變 換器臂12A。同時，第一控制器32還將第二變換器臂12B的第二臂部12B-中的鏈式變換器 24B-保持在電流導通模式中，并將第二變換器臂12B的第一臂部12B+中的鏈式變換器24B+ 保持在電流阻斷模式中，以繼續限定部分導通的變換器臂12B。
[0078] 在第三間隔343的過程中，第一控制器32操作第二變換器臂12B的第一臂部12B+中 的鏈式變換器24B+以采用電流導通模式，并由此與已經處于電流導通模式中的第二臂部 12B-中的鏈式變換器24B--同限定完全導通的變換器臂12B。同時，第一控制器32繼續將第 一變換器臂12A的第一臂部12A+中的鏈式變換器24A+保持在電流導通模式中并且將第二臂 12A的第二臂部12A-中的鏈式變換器24A-保持在電流阻斷模式中，以繼續限定部分導通的 變換器臂12A。同時，第一控制器32還將第三變換器臂12C的第二臂部12C-中的鏈式變換器 24C-保持在電流導通模式，同時操作第三變換器臂12C的第一臂部12C+中的鏈式變換器24C +以采用電流阻斷模式，從而限定部分導通的變換器臂12C。
[0079]在第四間隔344的過程中，第一控制器32操作第一變換器臂12A的第二臂部12A-中 的鏈式變換器24A-以采用電流導通模式，并由此與已經處于電流導通模式中的第一臂部 12A+中的鏈式變換器24A+-同限定完全導通的變換器臂12A，如圖3以舉例的方式所示。還 如圖3所示，上述完全導通的變換器臂12A在第一 DC端子14和第二DC端子16之間路由DC電流 需求Idc。
[0080]同時，第一控制器32繼續將第二變換器臂12B的第一臂部12B+中的鏈式變換器24B +保持電流導通模式中，同時操作第二變換器臂12B的第二臂部12B-中的鏈式變換器24B-以 采用電流阻斷模式，從而限定部分導通的變換器臂12B，還如圖3所示。圖3另外示出部分導 通的變換器臂12B，即其第一臂部12B+將AC相電流需求波形I B(即AC相電流Ib)朝向第一AC端 子18A引導。
[00811同時，第一控制器32還將第三變換器臂12C的第一臂部12C+中的鏈式變換器24C+ 保持在電流阻斷模式中并且將第三變換器臂12C的第二臂部12C-中的鏈式變換器24C-保持 在電流導通模式中，以繼續限定部分導通的變換器臂12C，再次如圖3所示。如圖3所示，部分 導通的變換器臂12C，即其第二臂部12C-還將AC相電流需求波形I C(即AC相電流IC)朝向第一 AC端子18A引導。
[0082]上述AC相電流需求波形IB、I沖的每個，與另一 AC相電流需求波形Ια-起在第一 AC 端子18Α處的總和為零，從而相互抵消使得它們不會對在第一 DC端子14和第二DC端子16之 間路由的DC電流需求IDC的質量(即平滑度)產生不利影響。
[0083] 在第五間隔345的過程中，第一控制器32操作第三變換器臂12C的第一臂部12C+中 的鏈式變換器24C+以采用電流導通模式，并由此與已經處于電流導通模式中的第二臂部 12C-中的鏈式變換器24C--同限定完全導通的變換器臂12C。同時，第一控制器32繼續將第 一變換器臂12A的第二臂部12A-中的鏈式變換器24A-保持在電流導通模式中，同時操作第 一變換器臂12A的第一臂部12A+中的鏈式變換器24A+以采用電流阻斷模式，從而限定部分 導通的變換器臂12A。同時，第一控制器32還將第二變換器臂12B的第一臂部12B+中的鏈式 變換器24B+保持在電流導通模式中，并且將第二變換器臂12B的第二臂部12B-保持在電流 阻斷模式中，以繼續限定部分導通的變換器臂12B。
[0084]在第六也是最后的間隔346的過程中，第一控制器32操作第二變換器臂12B的第二 臂部12B-中的鏈式變換器24B-以采用電流導通方式，并由此與已經處于電流導通模式中的 第一臂部12B+的鏈式變換器24B+-同限定完全導通的變換器臂12B。同時，第一控制器32繼 續將第一變換器臂12A的第二臂部12A-中的鏈式變換器24A-保持在電流導通模式中，并且 將第一臂部12A+中的鏈式變換器24A+保持在電流阻斷模式中，以繼續限定部分導通的變換 器臂12A。同時，第一控制器32還將第三變換器臂12C的第一臂部12C+中的鏈式變換器24C+ 保持在電流導通模式中，同時操作第三臂部12C的第二臂部12C-中的鏈式變換器24C-以采 用電流阻斷模式，并由此限定部分導通的變換器臂12C。
[0085]由此可見，在變換器10的完整的操作周期36的對應的第一間隔3和、第二間隔342、 第三間隔343、第四間隔344、第五間隔345和第六間隔34 6的過程中，第一控制器32相繼地限 定單個單獨的第一、第二、第三、第四、第五和第六個完全導通的變換器臂12A、12C、12B、 12A、12C、12B。
[0086] 變換器10還包括第二控制器38,其被布置為與第一控制器32以及每個鏈式變換器 24A+、24A-、24B+、24B-、24C+、24C-通信。類似地，第二控制器38是可編程設備，諸如微控制 器。雖然在所描述的實施例中第一控制器32和第二控制器38被示出為單獨的項，但是它們 可以在本發明的其它實施例中形成更大的控制器或控制器布置的單獨的零件或單個部分。 [0087]返回到所示的實施例，第二控制器38被編程為：
[0088] (a)為每個變換器臂12A、12B、12C獲得對應的變換器臂12A、12B、12C需要跟蹤的相 應的AC相電流需求波形1^18、1。，以及每個變換器臂124、128、12(：還需要跟蹤的0(：電流需求 Idc;以及
[0089] (b)執行數學優化，為每個臂部124+、124-、128+、128-、120+、12〇確定該臂部12八 +、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-為跟蹤對應的所需AC相電流需求波形Ia、Ib、Ic和所需的DC電 流需求Idc必須貢獻的最優臂部電流IA+、IA-、IB+、I B-、Ic+、Ic-。
[0090] 第二控制器38還進一步被編程以（c)執行數學優化以提供最優臂部電壓源VA+、 ￥八-^+^-^ +^-，這些主要步驟(&)、（13)和((3)在圖4中的第一流程圖40中示出。
[0091] 如上所述，第二控制器38被編程為首先為每個變換器臂12A、12B、12C獲得每個變 換器臂12A、12B、12C所需要跟蹤的相應的AC相電流需求波形1^18、1^然后獲得變換器臂 12A、12B、12C還需要跟蹤的DC電流需求I DC。
[0092] 各種AC相電流需求波形1/^1^1。和0(：電流需求1此可以直接從變換器內的更高級別 的控制器(未示出）獲得，或者從一些其它外部實體獲得。可替代地，變換器10可以通過執行 其自己的計算直接獲得之。
[0093] 第二控制器38還被編程為，作為第二步驟(并且如第一流程圖40中的第一處理框 42所示），執行數學優化以為每個臂部124+、124-、128+、128-、120+、12(：-確定臂部12八+、 12八-、128+、128-、120+、12(：-為跟蹤對應的所需4(：相電流需求波形^、18、1。和所需的0(：電流 需求Idc必須貢獻的最優臂部電流Ia+、Ia-、Ib +、Ib-、Ic+、Ic-。
[0094] 第二控制器38被編程為通過創建等效變換器配置100來執行這種數學優化，如圖5 所示，其表示通過本發明的對應的變換器10的電流的流動。
[0095] 等效變換器配置100包括與本發明的變換器10類似的特征，并且這些類似的特征 共用相同的附圖標記。為此，等效變換器配置100包括三個變換器臂12六、128、12(：，其每個對 應于本發明的變換器10的相應的相A、B、C。
[0096] 在等效變換器配置100中，每個變換器臂12A、12B、12C類似地在第一 DC端子14與第 二DC端子16之間延伸，并且每個變換器臂12A、12B、12C包括第一臂部12A+、12B+、12C+和第 二臂部12六-、128-、12(：-。每個變換器臂124、128、12(：中的每對第一和第二臂部124+、12八-、 128+、128-、120+、12〇由對應的4(：端子184、188、18(：分隔開。
[0097] 等效變換器配置100還表示每個變換器臂12A、12B、12C需要跟蹤(例如盡可能地匹 配)的AC相電流需求波形Ia、Ib、Ic以及變換器臂12A、12B、12C還需要跟蹤的DC電流需求IDC。
[0098]在實踐中，每個變換器臂12A、12B、12C還在變換器10使用中所連接的AC網絡22的 對應的AC相電壓波形VA、VB、VC以及變換器10使用中所連接的DC電網20的DC電壓V DC的約束條 件內操作，因此等效變換器配置1〇〇還可以表示這些元素。
[0099]第二控制器38被編程為創建等效變換器配置100,其通過映射通過變換器10的可 能的電流流動路徑表示通過變換器1 〇的電流的流動。
[0100]可以映射通過變換器10的可能的電流流動路徑的一種方式是通過進行等效變換 器配置100的基爾霍夫分析以獲得下式：
[0101]
[0102]
[0103]
[0104]
[0105]
[0106] 其中
[0107] 二進制變量炫I表示給定的鏈式變換器244+、244-、248+、248-、2扣+、24(：-是處于 電流導通模式= 還是處于電流阻斷模式
表示變換器10的每個臂部12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-中對應的鏈式變換器24A+、 24八-、248+、248-、2扣+、24(：-的導通模式(其具體由第一控制器32提供給第二控制器38);
[0108] IDC+是第一臂部12A+、12B+、12C+的電流總和，即，如圖3所示；
[0109] IDC-是第二臂部12A-、12B-、12C-的電流總和，即，還如圖3所示；以及
[0110] Idc+ = Idc-= Idc
[0111] 然后，前述方程合并且簡化成
[0112]
[0113]
[0114]
[0115]
[0116]接著，通過以矩陣形式表達后者方程來映射通過變換器10的可能的電流流動路 徑，即：
[0117]
[0118] 使得A是映射由臂部12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-提供的可能的電流流動路 徑的矩陣。
[0119] 然而，也可以使用其它等效變換器配置和對應的分析技術。
[0120] 第二控制器38還被編程為通過施加電流權重到每個臂部12A+、12A-、12B+、12B-、 12C+、12C-提供的相關的電流貢獻來執行數學優化。每個臂部12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、 12C-的相應的電流權重根據變換器10在其操作過程中的測量參數來確定。可以在所述變換 器10的整個操作中確定各種電流權重，以便例如允許響應于變化的環境條件更新電流權 重。其結果是各種電流權重可以隨著變換器10的操作而變化。
[0121]在變換器10的正常操作過程中，相同的電流權重被施加到每個臂部電流Ia+、Ia-、 Ib+、Ib-、Ic+、Ic- 〇
[0122] 然而，當變換器10在一定條件(例如異常操作條件）下操作時，不同的電流權重可 以被施加到電流貢獻（即由至少一個臂部12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-提供的臂部電 流Ia+、Ia-、Ib+、Ib-、Ic+、Ic-)上。例如，更大的電流權重可以被施加到特定臂部12A+、12A-、12B +、12B-、12C+、12C-必須貢獻的最優臂部電流 12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-上，以便相 對于每個其它臂部的實際電流貢獻減少所述臂部貢獻的實際臂部電流，換作其它臂部彼此 情況相同。
[0123] 除了前述以外，第二控制器38被編程為執行數學優化來確定每個臂部12A+、12A_、 128+、128-、120+、12〇為跟蹤對應的所需4(：相電流需求波形1 ;\、18、1。和所需的0(：電流需求 Idc必須貢獻的最小單獨臂部電流Ia+、Ia-、Ib+、Ib-、Ic+、Ic-。
[0124] 可確定最小單獨臂部電流]^+、]^-、18+、18-、1。+、1〇，即上文給出的方程式厶.1 = 13中 X，以及施加到最小單獨臂部電流lAhlA^lBhlB^IChIc-的上述單獨的電流權重的一個方式 是通過求解一般形式的非線性優化：
[0125]
[0126] 受制于以下形式的等式約束方程：
[0127] A. x = b
[0128] 其中
[0129] JCurrent是待最小化的電流目標函數；
[0130] Ψ為在時間以處的電流權重；
[0131] f是電流成本函數，其在所描述的實施例中包括電流權重矩陣QI;
[0132] X是[Ια+，Ια-，Ib+，Ib-，Ic+，Ic-]的轉置，BP 列矢量體現的[Ια+，Ια-，Ib+，Ib-，Ic+，Ic-];
[0133] to是變換器10的控制的特定時間段開始的時間；以及
[0134] 以是變換器10的控制的特定時間段結束的時間。
[0135] 根據變換器10的測量操作參數來確定電流權重矩陣如，并且可以在變換器10的整 個操作過程中如此確定，使得電流權重矩陣如可以隨著響應于變換器10的操作的改變的所 述變換器10的控制而變化。
[0136] 當僅受制于等式約束方程時，如上所述，拉格朗日（或拉格朗日乘數的方法)是用 于求解上述非線性優化的技術，以便找到電流目標函數J Current的局部最小值。也可以使用 其它優化算法，包括迭代和編程算法來求解。
[0137] 作為一般的最優控制問題，上述非線性優化可以另外包括一個或多個不等式約 束，在這種情況下，可以通過使用哈密頓的另一方法(龐特里亞金最小值原理)來求解。
[0138] 這樣的不等式約束的一個例子是：
[0139]
[0140] 其中
[0141] C是映射由臂部12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-提供的可能的最大電流流動路 徑的矩陣；以及
[0142] d是表示每個臂部124+、12六-、128+、128-、120+、12(：-中最大期望電流的矢量。
[0143] 在任一種情況下，也可以通過求f:式的非線性優化來確定最 小單獨臂部電流Ia+、Ia-、Ib+、Ib-、Ic+、Ic-〇
[0144] 同時，如上面提到的，第二控制器38還被編程為執行數學優化來為每個臂部12A+、 12八-、128+、128-、120+、12〇提供最優臂部電壓源￥4 +^-^+^-、￥^-，以實現對應的數 學優化的最小臂部電流仏、1^、1^、1^、1^、1^。然而，在本發明的方法的其它實施例中，無 需進行臂部電壓源的這樣的數學優化。
[0145] 第二控制器38被編程為通過創建表示變換器10中的電壓條件的等效變換器配置 1 〇〇來執行數學優化，以提供最優臂部電壓源VA+、VA-、VB+、V B-、VC+、Vc-。
[0146] 表示等效變換器配置100中描繪的變換器10中的電壓條件附加地包括為每個臂部 12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-映射臂部電壓源 Va+、Va-、VB+、VB-、VG+、V。-和感性分量。
[0147] 在所描述的實施例中，每個臂部電壓源VAhVhVBhVhVchVc-對應于相應的鏈式 變換器244+、24六-、248+、248-、2扣+、24(：-，因此幅值在零與電壓上限之間可變。
[0148] 同時，等效變換器配置100內的每個臂部12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-的感性 分量表示與實際變換器10的對應的臂部124+、12六-、128+、128-、120+、12(：-相關聯的電感。 這種電感不包括每個臂部12六+、12六-、128+、128-、120+、12(：-內的無源臂電感器，這是因為 不再需要無源臂電感器來控制變換器臂12A、12B、12C之間的循環電流的水平。
[0149] 相反，相應的電感采取相電感44A、44B、44C和DC線電感46(其中每個可以由物理無 源電感組件和變換器的相關聯的電結構內的任何雜散電感構成）以及對應的臂部12A+、 12八-、128+、128-、120+、12(：-內的非常小的剩余雜散電感的形式。相電感444、448,44(：和0〇 線電感46足夠大，以提供必要的控制要求，即，以在變換器10的操作過程中限制任何故障電 流并控制對應的臂部電流Ia +、Ia-、Ib+、Ib-、Ic+、Ic-。
[0150] 同時，每個臂部124+、124-、128+、128-、120+、12(：-的上述感性分量在等效變換器 配置1〇〇中被表示為感性電壓部1^ +、1^、1^+、1^、說+、1^，其由從流過上述電感（即僅相電感 44A、44B、44C 和DC線電感46，其與對應的臂部 12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-相關聯）的 電流產生的電壓構成。
[0151] 在本發明的其它實施例中，表示變換器10中的電壓條件還可以包括映射每個臂部 12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-的阻性分量。
[0152] 這樣的阻性分量表示與給定的臂部124+、124-、128+、128-、120+、12〇相關聯的電 阻，并且類似地可以采取給定的臂部12六+、12六-、128+、128-、120+、12(：-內的電阻器的形式 (即臂部電阻），或與給定的臂部124+、12六-、128+、128-、120+、12(：-電關聯的電阻的形式(例 如相電阻和/或DC線電阻）。
[0153 ]映射臂部電壓源 Va+、Va-、Vb+、Vb-、Vc+、Vc-和感性電壓部Ua+、Ua-、Ub+、Ub-、Uc+、Uc-同樣 類似地包括對等效變換器配置100進行基爾霍夫分析，但是也可以使用其它等效變換器配 置和對應的分析技術。在應用基爾霍夫分析時獲得以下矩陣形式的等式：
[0157] 即Mv是映射特定的變換器結構內的臂部電壓源VA+、VA-、VB+、V B-、Vc+、Vc-的位置的矩 陣；
[0154]
[0155]
[0156]
[0158]
[0159] 即Mu是映射特定的變換器結構內的感性電壓部UA+、UA-、UB+、U B-、UC+、UC-的位置的矩 陣；
[0160] VDC是DC電壓，即，第一DC端子14與第二DC端子16之間的電壓差；
[0161] Vab是第一變換器臂12A與第二變換器臂12B之間的電壓差；以及
[0162] VCB是第三變換器臂12C與第二變換器臂12B之間的電壓差。
[0163] 第二控制器38被進一步編程為執行數學優化來為每個臂部12A+、12A-、12B+、 128-、120+、12(：-提供最優臂部電壓源￥和^-^ +^-、^-，其方式是通過減少給定的臂 部 12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-的實際測量的臂部電流I/A+、I /A-、I/B+、I/B-、I/c +、I/c-與所述給定的臂部12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-的對應確定的最優臂部電流I A+、IA一、 Ib+、Ib-、Io、Ic-的任何偏差。
[0164] 第二控制器38還被進一步編程以為每個臂部12A+、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-計 算感性電壓部11\+、1^-、1^+、1^-、1^+、1]〇。此計算基于對應確定的最優臂部電流]^+、]^-、18+、18-、 Ic+、Ic-以及與對應臂部12六+、12六-、128+、128-、120+、12(：-相關聯的電感。
[0165] 此后，計算出的感性電壓部UA+、UA-、UB+、UB-、U C+、UC-被修改，以驅使實際測量的臂部 電流I%+、I'-、I^+、Fb-、疒C+、IV跟隨對應確定的最優臂部電流Ia+、Ia-、Ib+、Ib-、Ic+、Ic-。
[0166] 這種測量和修改需要提供閉環控制的反饋環路的形式，如圖4中所示的第一流程 圖40中的第二處理框48示意性示出的。反饋環路還可以包括前饋元件，其尋求為一個或多 個感性電壓部1^ +、1^、1^、1^、說+、1^預測期望的未來值，以便提高閉環控制的性能。
[0167] 如第一流程圖40中的第三處理框50所示，在執行上述數學優化以提供最優臂部電 壓源Va+、Va-、VB+、V B-、H-時利用每個臂部12六+、12六-、128+、128-、120+、12(：-的計算出的 感性電壓部Ua+、Ua-、Ub+、Ub-、Uc+、Uc-。
[0168] 這種數學優化還包括施加電壓權重到由每個臂部電壓源VAhVhVBhVhVchVc-提 供的相對的電壓的貢獻。根據變換器10的測量的操作參數來確定電壓權重，并且可以在所 述變換器10的整個操作過程中如此確定。電壓權重的這種可能的重復確定允許在例如改變 環境條件過程中變換器操作的持續優化。
[0169] 例如，在所述特定變換器結構的正常操作過程中，相同的電壓權重被施加到每個 臂部 12厶+、12厶-、128+、128-、120+、12(：-的臂部電壓源￥4+、￥4-、￥8+、￥8-、^。-。
[0170]然而，在例如異常操作條件過程中，不同的電壓權重可以被施加到一個或多個臂 部 12厶+、12厶-、128+、128-、120+、12(：-的臂部電壓源￥4+、￥4-^+^-、￥。 +、￥。-，以進一步減輕例 如異常操作條件的影響。
[0171] 更具體地，第二控制器38被編程為執行數學優化以為每個臂部12A+、12A-、12B+、 12B-、12C+、12C-提供最優臂部電壓源V A+、VA-、VB+、VB-、VG+、V G-，其方式是通過為每個臂部12A +、12六-、128+、128-、120+、12(：-確定實現先前確定的對應的最小臂部電流^+、^、18 +、18-、 Ic+、Ic-所需的最小單獨臂部電壓源Va+、Va-、Vb+、Vb-、Vc +、Vc-。
[0172] 可以確定最小單獨臂部電壓源Va+、Va-、VB+、VB-、Vc+、Vc-(即給定臂部12A+、12A_、12B +、12B-、12C+、12C-內的可變電壓源必須提供的最小電壓水平)和施加給其的上述單獨的電 壓權重的一種方式是通過求解x(其中X為^+力-^+^-，1，1]的轉置），一般形式的非 線性優化如下：
[0173]
[0174] 受限于以下形式的等式約束方程Mv.x = b，其中b為已知，
[0175]
[0176] 并且其中
[0177] 上也^是待最小化的電壓目標函數；
[0178] Ψ是時間ti處的電壓權重；
[0179] f是在所描述的實施例中包括電壓權重矩陣Qv的電壓成本函數；
[0180] to是變換器10的控制的特定時間段開始的時間；以及 [0181 ]以是變換器10的控制的特定時間段結束的時間。
[0182] 類似地，根據變換器10的測量的操作參數確定電壓權重矩陣Qv，并且可以在變換 器10的整個操作過程中如此確定。因此，它也可以隨所述變換器10的控制而改變。
[0183] 求解上述非線性優化也可以受限于以下形式的不等式方程：
[0184] C.x^d
[0185] 其中
[0186] C是映射臂部124+、12六-、128+、128-、120+、12(：-中的可能的最大臂部電壓源的位 置的矩陣；以及
[0187] d是表示每個臂部124+、12六-、128+、128-、120+、12(：-中的最大期望電壓的矢量。
[0188] 替代性第二控制器(未示出），其可替代地包含在變換器10中，類似地被編程為：
[0189] (a)為每個變換器臂12A、12B、12C獲得對應的變換器臂12A、12B、12C需要跟蹤的相 應的AC相電流需求波形Ia、Ib、I C以及每個變換器臂12A、12B、12C也需要跟蹤的DC電流需求 Idc;以及
[0190] (b)為每個臂部124+、12六-、128+、128-、120+、12(：-執行數學優化以確定該臂部12八 +、12A-、12B+、12B-、12C+、12C-必須貢獻以跟蹤對應的所需AC相電流需求波形Ia、Ib、Ic和所 需的DC電流需求I DC的最優臂部電流Ia+、Ia-、Ib+、Ib-、IC+、IC-。
[0191] 圖6(a)所示的第二流程圖60中的第一處理框42再次類似地示出前述步驟。
[0192] 然而，此后，替代性的第二控制器被編程為應用控制算法來從每個對應確定的最 小臂部電流]^+、]^-、18+、18-、1。+、1〇直接建立最優臂部電壓源^^+、^^-、￥8+、￥8-、￥。+、￥〇，即如第 二流程圖60中單個第四處理框62所示。
[0193] 應用這樣的控制算法包括為給定臂部124+、12六-、128+、128-、120+、12(：-從對應所 確定的最小臂部電流Ia+、Ia-、Ib+、Ib-、Ic+、Ic-中減去所述給定臂部12A+、12A-、12B+、12B-、 12C+、12C-的實際測量的臂部電流1%+、1'-Jb+JV JVc-的任何偏差。
[0194] 可以從對應所確定的最小臂部電流lAhlA^lBhIhIchIc-中減去并且優選地消除 所述給定臂部12厶+、12厶-、128+、128-、120+、12(：-的實際測量的臂部電流1%+、1、-、1 /^、1 %-、疒c+、疒c-的偏差的一種方式是建立如圖6(b)示意性所示的反饋環路70。
[0195] 在所示的實施例中，反饋環路70比較相應的實際測量的臂部電流1、+、1、-、1%+、 ^-、^.、^-與對應的確定的最小臂部電流^^-上+上-上+上^并且計算對應的臂部 誤差6^^-、拙 +、|、漢+、^。然后，反饋環路70將校正系數1(應用到每個臂部誤差^+、以-、 eB+、eB-、ec+、ec-，由此直接建立對應的臂部電壓源Va+、Va-、VB+、V B-、Vc+、Vc-，這是將誤差eA+、 θα-、θβ+、θβ-、eo、ec-向零驅使所需要的。
[0196] 校正系數K可以采取控制系統矩陣的形式，諸如增益矩陣(未示出），其設定單獨的 校正系數，與每個臂部誤差eA+、e A-、eB+、eB-、ec+、ec-相乘(例如，在增益矩陣的情況下），以建 立對應的臂部電壓源Va+、Va-、Vb+、Vb-、Vc+、Vc-。
[0197] 可以建立這樣的單獨的校正因子的一種方式是通過創建表示處于控制之下的特 定三相變換器結構的電壓條件的等效變換器配置，并且此后考慮這樣的等效變換器配置的 動態。
[0198] 更具體地，相對于上述實施例，可通過創建在圖5所示的等效變換器配置100和在 等效變換器配置100中為每個臂部124+、12六-、128+、128-、120+、12(：-映射臂部電壓源￥八 +、 Va-、VB+、VB-、和感性分量來實現前述步驟。
[0199] 此后這樣的映射可以包括進行等效變換器配置100的基爾霍夫分析(盡管其它等 效變換器配置和對應的分析技術也是可能的），應用基爾霍夫電流和電壓定律來將等效變 換器配置100的動態描述為：
[0200]
[0201 ] 其中
[0202] v是[Va+，Va-，Vb+，Vb-，Vc+，Vc-]的轉置；
[0203] M是映射每個臂部的感性分量并且更具體地映射與每個臂部相關聯的相電感和DC 線電感中每個的耦合電感矩陣，例如：
[0204]
[0205] I是[工'/^工'/^工'^工~-"'~匕-通轉置舊表示實際測量的臂部電流疒/^工 'A-、I' B+、I' B-、/ C+、I' C-的電流矢量的轉置；
[0206] N是映射特定變換器結構內的各種輸入電壓的位置的輸入電壓矩陣，例如
[0207] - Ζ
咔 J;
[0208] ξ為表不外部干擾的輸入電壓矢量，例如
[0209]
[0210] 其中
[0211 ] VDC是DC電壓，即，第一DC端子14與第二DC端子16之間的電壓差；
[0212] Vab是第一變換器臂12A與第二變換器臂12B之間的電壓差；以及 [0213] VCB是第三變換器臂12C與第二變換器臂12B之間的電壓差。
[0214]以這種方式，當考慮一個或多個單獨的臂部電壓源VA+jA^VBhVB^Vc+Jc-中的改 變會對例如實際測量的臂部電流1%+、1%-、1%+、1/^、1\ +、1\-有什么影響時，進行前述基 爾霍夫分析使得可以考慮關于變換器10的所有上述提到的因素，即，Μ，Ι，Ν，ξ。這種能力賦 予替代性的第二控制器抵抗控制器不確定性和建模誤差的穩健性。
[0215] 而且，其結果是，隨后可以通過考慮需要對給定的單獨的臂部電壓源VA+、VA-、VB+、 Vb-、VC+、VC-進行哪些改變以建立每個單獨的校正因子，以有利地改變由處于控制之下的變 換器?ο提供的對應臂部電流，即對應的實際測量臂部電流 便將實際測量臂部電流1%+、1//1-、1/8 +、1/^、1/〇+、1/&朝向確定的最小臂部電流1/ 1+、1/1-、1^、 Ib-、Ic+、Ic-驅使，即以便將對應的臂部誤差eA+、eA-、eB+、e B-、ec+、ec-朝向零驅使。
[0216] 一旦已經為變換器10建立這樣的單獨的校正因子（例如在最初的設計和調試階 段），通常沒有必要再次確定它們。結果，反饋環路70涉及最小計算工作量，這是因為在每個 周期僅需要用已經確定的對應的單獨校正系數乘以給定的臂部誤差θα+、θα-、θβ+、θβ-、ec+、ec-即可。
【主權項】
1. 一種變換器，用于高壓直流輸電，包括： 三個變換器臂，每個變換器臂對應于所述變換器的相應相，每個變換器臂在第一 DC端 子與第二DC端子之間延伸，并且每個變換器臂包括由AC端子分隔開的第一臂部和第二臂 部，每個臂部包括能夠操作以提供階梯式可變電壓源的鏈式變換器;以及 第一控制器，被編程為選擇性地在一個時刻為一個變換器臂將其每個臂部中的鏈式變 換器操作為同時采用電流導通模式，并由此限定完全導通的變換器臂，以經由每個所述完 全導通的變換器臂在所述第一 DC端子與所述第二DC端子之間相繼地路由DC電流需求。2. 根據權利要求1所述的變換器，其中所述第一控制器被編程為以大約60度電角度的 規則間隔相繼地限定完全導通的變換器臂。3. 根據權利要求1或權利要求2所述的變換器，其中所述第一控制器被另外編程為，在 為給定變換器臂將其每個臂部中的鏈式變換器選擇性地操作為同時采用電流導通模式并 由此限定完全導通的變換器臂時，同時為每個其它變換器臂將其一個或兩個臂部中的鏈式 變換器操作為使得一個鏈式變換器采用電流導通模式并且另一個鏈式變換器采用電流阻 斷模式，并由此限定部分導通的變換器臂以將相應的AC相電流需求波形朝向給定的AC端子 引導，從而使得相應的AC相電流需求波形之和為零。4. 根據任一項前述權利要求所述的變換器，還包括第二控制器，其被編程為： (a) 為每個變換器臂獲得對應的變換器臂需要跟蹤的相應的AC相電流需求波形，以及 每個變換器臂還需要跟蹤的DC電流需求；以及 (b) 執行數學優化，為每個臂部確定該臂部為跟蹤對應的所需AC相電流需求波形和所 需的DC電流需求必須貢獻的最優臂部電流。5. 根據權利要求4所述的變換器，其中所述第二控制器被編程為通過創建表示通過所 述變換器的電流流動的等效變換器配置來進行數學優化。6. 根據權利要求5所述的變換器，其中所述第二控制器被編程為通過映射通過所述變 換器的可能的電流流動路徑來創建表示通過所述變換器的電流流動的等效變換器配置。7. 根據權利要求4至6中任一項所述的變換器，其中所述第二控制器被編程為通過施加 電流權重到多個臂部所提供的相對電流貢獻來執行數學優化。8. 根據權利要求7所述的變換器，其中所述第二控制器被編程為根據所述變換器的測 量的操作參數來確定所述或每個權重。9. 根據權利要求7或權利要求8所述的變換器，其中當在特定操作條件下控制所述變換 器時，所述第二控制器被編程為通過施加不同的權重到至少一個臂部來施加權重，使得所 述或每個所述臂部提供與其它臂部不同的貢獻。10. 根據權利要求4至9中任一項所述的變換器，其中所述第二控制器被編程為執行數 學優化來確定對應的臂部必須貢獻以跟蹤對應所需的AC相電流需求波形和所需的DC電流 需求的一個或多個最小單獨的臂部電流。11. 根據權利要求4至10中任一項所述的變換器，其中所述第二控制器進一步被編程為 執行數學優化以提供最優臂部電壓源。
【文檔編號】H02M7/483GK105993121SQ201480075214
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2014年12月12日
【發明人】O·F·賈西姆, F·J·莫雷諾穆諾茲, K·戴克
【申請人】通用電氣技術有限公司