和確定的單獨(dú)控制器的需要。
[0033]預(yù)定電壓閾值可以對(duì)應(yīng)于電氣設(shè)備的故障操作條件，以便確保在電氣設(shè)備的正常操作過(guò)程中不形成導(dǎo)電路徑。
[0034]另外，預(yù)定電壓閾值可以是低于對(duì)應(yīng)于電氣單元的一個(gè)或多個(gè)部件故障的安全電壓電平，以便將電氣單元的一個(gè)或多個(gè)部件故障的風(fēng)險(xiǎn)最小化。電氣單元的部件的故障被定義為不允許電氣單元實(shí)施其正常功能的部件的狀態(tài)。這種故障可能是由例如過(guò)電流和/或熱應(yīng)力引起的。
[0035]在本發(fā)明的實(shí)施例中，電氣設(shè)備還可以包括與多個(gè)鏈節(jié)模塊串聯(lián)連接的電抗器，其中電氣單元包括電抗器的至少一部分。
[0036]通過(guò)電氣單元的初始故障電流引起電抗器兩端出現(xiàn)電壓降。在電氣單元中存在電壓降意味著由保護(hù)裝置形成的導(dǎo)電路徑對(duì)于故障電流呈現(xiàn)比電氣單元更低的阻抗路徑。
[0037]電抗器可以被設(shè)計(jì)為優(yōu)化流過(guò)保護(hù)裝置的電流的比例，以便減小流過(guò)電氣單元的電流的量。電抗器的這種設(shè)計(jì)可以包含，例如，保護(hù)裝置被連接至電抗器的分接頭使得電氣單元包括電抗器的一部分的本發(fā)明實(shí)施例，或者電抗器被分割為多個(gè)電抗器元件，并且保護(hù)裝置被連接至多個(gè)電抗元件中兩個(gè)電抗元件之間的接合點(diǎn)，使得所述電氣單元包括多個(gè)電抗元件中的至少一個(gè)的本發(fā)明實(shí)施例。
[0038]在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，電氣設(shè)備可以包括多個(gè)保護(hù)裝置。在這種實(shí)施例中，電氣設(shè)備可以包括多個(gè)保護(hù)裝置和多個(gè)電氣單元，其中每個(gè)保護(hù)裝置被連接在多個(gè)電氣單元的相應(yīng)一個(gè)電氣單元的兩端，每個(gè)電氣單元包括多個(gè)鏈節(jié)模塊中的至少兩個(gè)鏈節(jié)模塊，每個(gè)保護(hù)裝置包括多個(gè)串聯(lián)的半導(dǎo)體器件，其中每個(gè)保護(hù)裝置選擇性地提供導(dǎo)電路徑以允許在電氣設(shè)備中流動(dòng)的電流旁路相應(yīng)電氣單元。
【附圖說(shuō)明】
[0039]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，附圖中:
[0040]圖1a以示意圖形式示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的電氣設(shè)備；
[0041]圖1b以示意圖形式示出電壓源變換器；
[0042]圖2以示意圖形式示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的電氣設(shè)備；
[0043]圖3以示意圖形式示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的電氣設(shè)備；
[0044]圖4以示意圖形式示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的電氣設(shè)備；
[0045]圖5以示意圖形式示出用于控制圖4所示的保護(hù)裝置的晶閘管的開關(guān)的控制電路；
[0046]圖6以示意圖形式示出根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的電氣設(shè)備；
[0047]圖7以示意圖形式示出根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的電氣設(shè)備；
[0048]圖8以示意圖形式示出根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的電氣設(shè)備。
【具體實(shí)施方式】
[0049]在圖1a中示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的第一電氣設(shè)備10，并且其形成為圖1b所示的電壓源變換器的一部分。
[0050]電壓源變換器包括第一 DC端子12和第二 DC端子14。變換器臂在第一 DC端子12與第二 DC端子14之間延伸，并且包括由AC端子16分隔開的第一臂部和第二臂部。第一臂部和第二臂部中的每個(gè)包括第一電氣設(shè)備10，其結(jié)構(gòu)在圖1a中示出。
[0051]在使用中，第一 DC端子12和第二 DC端子14分別被連接至DC網(wǎng)絡(luò)的正端子和負(fù)端子，并且AC端子16被連接至AC網(wǎng)絡(luò)。
[0052]每個(gè)臂部的第一電氣設(shè)備10包括第一端子18和第二端子20。在第一臂部中的第一電氣設(shè)備的第一端子18和第二端子20被分別連接至第一 DC端子12和AC端子16。在第二臂部中的第一電氣設(shè)備的第一端子18和第二端子20被分別連接至AC端子16和第二DC端子14。
[0053]每個(gè)第一電氣設(shè)備10包括連接在第一端子18與第二端子20之間的鏈?zhǔn)阶儞Q器22。鏈?zhǔn)阶儞Q器22包括多個(gè)鏈節(jié)模塊24。每個(gè)鏈節(jié)模塊24包括與以電容器28形式的能量?jī)?chǔ)存裝置并聯(lián)連接的一對(duì)開關(guān)元件26。該對(duì)開關(guān)元件26和電容器28以半橋結(jié)構(gòu)來(lái)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。
[0054]每個(gè)開關(guān)元件26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)開關(guān)元件26還包括與其并聯(lián)連接的反并聯(lián)二極管30。可以設(shè)想，每個(gè)開關(guān)元件26可以是不同的開關(guān)裝置，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、集成門極換流晶閘管或任何其它自換向半導(dǎo)體器件。
[0055]通過(guò)改變開關(guān)元件26的狀態(tài)，每個(gè)-2象限單極模塊的電容器28被選擇性地旁路或插入鏈?zhǔn)阶儞Q器22。這選擇性地引導(dǎo)電流通過(guò)電容器28或致使電流旁路電容器28，使得每個(gè)2-象限單極模塊提供零電壓或正電壓。
[0056]當(dāng)每個(gè)2-象限單極模塊中的一對(duì)開關(guān)元件26被配置為在2-象限單極模塊中形成短路時(shí)，每個(gè)2-象限單極模塊中的電容器28被旁路。這使得鏈?zhǔn)阶儞Q器22中的電流經(jīng)過(guò)該短路且旁路電容器28，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芳路t旲式。
[0057]當(dāng)每個(gè)2-象限單極模塊中的一對(duì)開關(guān)元件26被配置為允許鏈?zhǔn)阶儞Q器22中的電流流入和流出電容器28時(shí)，每個(gè)2-象限單極模塊的電容器28被插入鏈?zhǔn)阶儞Q器22。然后電容器28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芳路模式。
[0058]通過(guò)將每個(gè)提供自身電壓的多個(gè)模塊的電容器28插入每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器22，能夠在每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器22兩端建立組合電壓，該組合電壓高于從每個(gè)單個(gè)模塊可得到的電壓。以這種方式切換每個(gè)模塊的開關(guān)元件26使得每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器22提供階梯式可變電壓源，這允許使用階梯式接近方式來(lái)在每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器22兩端產(chǎn)生電壓波形。以這種方式操作每個(gè)鏈?zhǔn)阶儞Q器22可以被用于AC端子16處產(chǎn)生AC電壓波形，以便使得電壓源變換器能夠在AC網(wǎng)絡(luò)與DC網(wǎng)絡(luò)之間轉(zhuǎn)換電力。
[0059]每個(gè)第一電氣設(shè)備10還包括保護(hù)裝置32。保護(hù)裝置32被連接在電氣單元34兩端，其中電氣單元34包括相應(yīng)鏈?zhǔn)阶儞Q器22的所有鏈節(jié)模塊24。
[0060]每個(gè)保護(hù)裝置32包括多個(gè)串聯(lián)二極管36。在使用中，當(dāng)電氣單元34的至少一個(gè)鏈節(jié)模塊24被配置為非旁路模式時(shí)，串聯(lián)二極管36被布置為使得保護(hù)裝置32被切換至反向偏置狀態(tài)，并且當(dāng)電氣單元34的所有鏈節(jié)模塊24被配置為旁路模式時(shí)，串聯(lián)二極管36被布置為使得保護(hù)裝置32被切換至正向偏置狀態(tài)。以這種方式，保護(hù)裝置32選擇性地提供導(dǎo)電路徑，該導(dǎo)電路徑為第一電氣設(shè)備10中流動(dòng)的任何電流形成替代路線。
[0061]在電氣單元34兩端連接保護(hù)裝置32指的是保護(hù)裝置32被配置為允許在保護(hù)裝置32中流動(dòng)的電流完全地旁路電氣單元34。換言之，在保護(hù)裝置32的多個(gè)串聯(lián)二極管36中流動(dòng)的電流被禁止流入形成電氣單元34的一部分的多個(gè)鏈節(jié)模塊24。
[0062]參照?qǐng)D1a和圖1b，每個(gè)第一電氣設(shè)備10的操作描述如下。
[0063]在第一電氣設(shè)備10的正常操作過(guò)程中，每個(gè)鏈節(jié)模塊24被配置為非旁路或旁路模式以使得鏈?zhǔn)阶儞Q器22能夠提供階梯式可變電壓源，以便在AC端子16處產(chǎn)生AC電壓波形并且從而使得電壓源變換器能夠在AC網(wǎng)絡(luò)與DC網(wǎng)絡(luò)之間轉(zhuǎn)換電力。保護(hù)裝置32不直接涉及第一電氣設(shè)備10的正常操作。
[0064]如上所述，當(dāng)電氣單元34的至少一個(gè)鏈節(jié)模塊24被配置為非旁路模式時(shí)，保護(hù)裝置32被切換至反向偏置狀態(tài)。處于反向偏置狀態(tài)的保護(hù)裝置32對(duì)第一電氣設(shè)備10的正常操作具有最小化的影響。
[0065]在AC端子16處產(chǎn)生AC電壓波形過(guò)程中的某些時(shí)刻，電氣單元34的所有鏈節(jié)模塊24被配置為旁路模式。如上所述，當(dāng)電氣單元34的所有鏈節(jié)模塊24被配置為旁路模式并且電氣單元34中電流的方向允許保護(hù)裝置32被切換至正向偏置狀態(tài)時(shí)，保護(hù)裝置32被切換至正向偏置狀態(tài)。然而，基于鏈?zhǔn)阶儞Q器22在電壓源變換中通常使用的AC電壓波形的形狀(例如，正弦曲線形)使得電氣單元34的所有鏈節(jié)模塊24被配置為旁路模式在每個(gè)周期中僅發(fā)生相對(duì)短的時(shí)間段。正是這樣，正向偏置狀態(tài)中的保護(hù)裝置32對(duì)第一電氣設(shè)備10的正常操作的影響被最小化。
[0066]在電壓源變換器的故障操作條件情況下，故障電流流經(jīng)變換器臂并且因此流經(jīng)第一電氣設(shè)備10。為了保護(hù)鏈?zhǔn)阶儞Q器22，電氣單元34的所有鏈節(jié)模塊24被配置為旁路模式。
[0067]同時(shí)，在旁路模式中電氣單元34的所有鏈節(jié)模塊24的配置將保護(hù)裝置32切換至正向偏置狀態(tài)，并且從而形成導(dǎo)電路徑。這允許在變換器臂中流動(dòng)的電流的至少一部分旁路電氣單元34并且從而減少流經(jīng)電氣單元34的電流的量。這進(jìn)而減小了損壞電氣單元34的一個(gè)或多個(gè)鏈節(jié)模塊24的過(guò)電流的風(fēng)險(xiǎn)。以這種方式，保護(hù)裝置32保護(hù)每個(gè)電氣單元34的鏈節(jié)模塊24免于被流經(jīng)第一電氣設(shè)備10的故障電流不利