具有多级转换器的静止无功补偿器.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102792544 A (43)申请公布日 2012.11.21 C N 1 0 2 7 9 2 5 4 4 A *CN102792544A* (21)申请号 201080065288.0 (22)申请日 2010.03.15 H02J 3/18(2006.01) H02M 7/483(2006.01) (71)申请人阿尔斯托姆科技有限公司 地址瑞士巴登 (72)发明人威廉克鲁克斯 戴维特雷纳 科林奥茨 (74)专利代理机构北京品源专利代理有限公司 11332 代理人杨生平 钟锦舜 (54) 发明名称 具有多级转换器的静止无功补偿器 (57) 摘要 用于无功功率补偿的。

2、静态同步补偿器(36)， 该静态同步补偿器(36)包含：包括第一和第二DC 端(40、42)的至少一个初级补偿支路(38)和在使 用中用以连接AC网络(58)的AC端(44)，该或每 个初级补偿支路(38)限定了第一和第二支路部 分(50、52)，每个支路部分(50、52)包括至少一个 开关元件(54)，开关元件在相应的第一和第二DC 端(40、42)之一和AC端(44)之间与链节转换器 (56)串联，第一和第二支路部分(50、52)的开关 元件(54)可操作用于将相应链节转换器(56)切 入相应DC端(40、42)和AC端(44)之间的电路中 或从该电路中切换出，并且链节转换器(56)可操 。

3、作用于在AC端(44)产生电压波形；以及包括连 接在第一和第二DC端(40、42)之间的至少一个 DC链路电容器(48)的次级补偿支路(46)，次级补 偿支路(46)与该或每个初级补偿支路(38)并联。 (85)PCT申请进入国家阶段日 2012.09.07 (86)PCT申请的申请数据 PCT/EP2010/053290 2010.03.15 (87)PCT申请的公布数据 WO2011/113471 EN 2011.09.22 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书8页 附图7页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 8 页 附图 7。

4、 页 1/2页 2 1.一种用于无功功率补偿的静态同步补偿器(36)，所述静态同步补偿器包含： 包括第一DC端(40)和第二DC端(42)的至少一个初级补偿支路(38)和在使用中用 以连接AC网络(58)的AC端(44)，所述初级补偿支路或每个所述初级补偿支路限定第一支 路部分(50)和第二支路部分(52)，每个支路部分包括至少一个开关元件(54)，所述开关元 件在相应的所述第一DC端和第二DC端之一和所述AC端之间与链节转换器(56)串联，所 述第一和第二支路部分的所述开关元件可操作用于将各自的链节转换器切入各自的DC端 和所述AC端之间的电路中或从该电路切换出，并且所述链节转换器可操作用于。

5、在所述AC 端产生电压波形；以及 包括连接在所述第一和第二DC端之间的至少一个DC链路电容器(48)的次级补偿支 路(46)，所述次级补偿支路与所述初级补偿支路或每个所述初级补偿支路并联。 2.根据权利要求1所述的静态同步补偿器，其中，所述次级补偿支路(46)包括串联的 两个DC链路电容器，所述DC链路电容器之间的节点在使用中被接地连接。 3.根据权利要求1所述的静态同步补偿器，其中，所述次级补偿支路包括具有中心抽 头的DC链路电容器，所述中心抽头在使用中被接地连接。 4.根据前述权利要求中任何一项所述的静态同步补偿器，其中，每个链节转换器当各 自的所述支路部分被从电路中切换出时可操作用于产生。

6、电压以抵消所述支路部分两端的 电压并因而使各自的所述开关元件两端的电压最小化。 5.根据前述权利要求中任一项所述的静态同步补偿器，其中，每个所述支路部分的所 述链节转换器包括串联的模块(64)的链，每个所述模块包括与能量储存装置并联的至少 一对所述次级开关元件，所述次级开关元件在使用中可操作用于使得所述模块的链限定步 进可变电压源。 6.根据权利要求4所述的静态同步补偿器，其中，所述链节转换器的所述模块或每个 所述模块包括以全桥布置方式与各自的所述能量储存装置(68)并联的两对次级开关元件 (66a、66b、66c、66d)，以限定能够提供正电压或负电压并能在双向引导电流的4-象限双极 模块。。

7、 7.根据权利要求4所述的静态同步补偿器，其中，所述链节转换器的所述模块或每个 所述模块包括以半桥布置方式与各自的所述能量储存装置并联的一对次级开关元件，以限 定能够提供正电压或零电压并能在双向引导电流的2-象限模块。 8.根据权利要求5至7中任一项所述的静态同步补偿器，其中，所述能量储存装置或每 个所述能量储存装置包括电容器、燃料电池、蓄电池或具有相关整流器的辅助AC发电机。 9.根据前述权利要求中任一项所述的静态同步补偿器，其中，每个支路部分的所述开 关元件或每个所述开关元件包括半导体器件。 10.根据前述权利要求中任一项所述的静态同步补偿器，其中，每个支路部分的所述链 节转换器包括至少一。

8、个所述半导体器件。 11.根据权利要求9或10所述的静态同步补偿器，其中，所述半导体器件或每个所述半 导体器件包括绝缘栅双极型晶体管、栅极可关断晶闸管或集成栅控晶闸管。 12.根据前述权利要求中任一项所述的静态同步补偿器包括多个所述初级补偿支路， 每个初级补偿支路包括在使用中用以连接多相AC网络的相应相的AC端。 13.根据前述权利要求中任一项所述的静态同步补偿器，其中，每个所述支路部分的链 权 利 要 求 书CN 102792544 A 2/2页 3 节转换器可操作用于产生电压以抵消在所述次级补偿支路或AC网络中在使用时由故障产 生的电流。 14.根据前述权利要求中任一项所述的静态同步补偿器。

9、，其中，在每个所述支路部分 中，所述链节转换器的额定电压和所述开关元件或每个所述开关元件的额定电压相等。 15.根据权利要求1至13中任一项所述的静态同步补偿器，其中，在每个所述支路部分 中，所述链节转换器的额定电压和所述开关元件或每个所述开关元件的额定电压不相等。 16.根据前述权利要求中任一项所述的静态同步补偿器，其中，在所述第一和第二支路 部分中的所述开关元件可操作用于将所述链节转换器同时切入电路中，以重置在所述链节 转换器元件中电压的任何漂移。 权 利 要 求 书CN 102792544 A 1/8页 4 具有多级转换器的静止无功补偿器 技术领域 0001 本发明涉及一种用于无功功率补。

10、偿中的静态同步补偿器。 背景技术 0002 在高压直流电力传输中，交流(AC)电力被转换为高压直流(DC)电力以通过架空 线和/或海底电缆传输。这种转换降低了每千米线路和/或电缆的成本，因而当电力需要 远距离传输时具有成本效益。一旦所传输的电力到达其目的地，在被分配给当地网络之前， 高压DC电力被转换回AC电力。 0003 在不同网络条件下，通过AC传输线路的电力传输可能会经历电压特性上的波动， 这可能引起背离标准值。通过在调节装置和AC传输线路之间的无功功率交换，这种波动可 以被最小化。这种调节装置被称为静态同步补偿器(静止补偿器)。 0004 在图1A中显示已知静态同步补偿器的一种形式，其。

11、包括六组串联的绝缘栅双极 型晶体管(IGBT)20和反并联二极管22。IGBT 20被一起串行连接和切换，以使得能够实现 十兆瓦级至百兆瓦级的高额定功率。 0005 然而，这种方法需要复杂的有源IGBT驱动，并且可能需要大型的无源缓冲器元件 来保证在切换期间IGBT 20串联串上的高电压被适当地均分。此外，IGBT 20需要在AC电 源频率的每个周期上在高电压下导通和截止多次，以控制被馈送给AC网络24的谐波电流。 这些因素导致高损耗、高电磁干扰水平和复杂的设计。 0006 在图1B中显示另一种已知静态同步补偿器，其包括多级布置。该多级布置包括由 单元28串联组成的转换桥26，每个转换单元28。

12、包括与电容器30并联的一对串联的IGBT 20。每个转换单元28在不同时间被切换，因为单独的转换单元28并不同时切换，并且转换 步进比较小，因此这种布置消除了与串联的IGBT20直接切换相关的问题。 0007 然而，每个转换单元28的电容器30必须具有高电容值以抑制在多级布置中电容 器端子处的电压变化。为了实现转换支路34的并联和运行，还需要六个DC侧电感器32，并 且其主要被用于限制转换支路34之间的瞬变电流。 0008 这些因素导致昂贵、大型和沉重的设备，其具有大量存储能量，使得该设备的预组 装、测试和运输变得困难。 发明内容 0009 根据本发明的一方面，提供了一种用于无功功率补偿的静态。

13、同步补偿器，该静态 同步补偿器包含：包括第一和第二DC端的至少一个初级补偿支路和在使用中用以连接AC 网络的AC端，该初级补偿支路或每个初级补偿支路限定了第一和第二支路部分，每个支路 部分包括至少一个开关元件，开关元件在相应的第一和第二DC端之一和AC端之间与链节 转换器串联，第一和第二支路部分的开关元件可操作用于将各自的链节转换器切入各自DC 端和AC端之间的电路中或从该电路中切换出，并且链节转换器可操作用于在AC端产生电 压波形；以及包括连接在第一和第二DC端之间的至少一个DC链路电容器的次级补偿支路， 说 明 书CN 102792544 A 2/8页 5 该次级补偿支路与该初级补偿支路或。

14、每个初级补偿支路并联。 0010 次级补偿支路的提供使静态同步补偿器能够与所连接的AC网络交换无功功率， 以改善AC网络的稳定性和电压控制。这是通过以下来实现的：使用DC链路电容器作为提 供无功功率的源或吸收无功功率的容器，并在每个支路部分中使用链节转换器来提供对AC 网络和DC链路电容器之间无功功率交换的良好控制。 0011 与每个支路部分中的链节转换器串联的一个或多个开关元件的串联组合以将支 路部分切入各自DC端和AC端之间的电路中或从该电路中切换出是有利的，这是因为它减 少了每个链节转换器否则需要产生的电压范围。而这又使每个链节转换器中的元件数量被 最小化，并且因而导致在大小、重量和成本。

15、方面的节省。 0012 在本发明的实施例中，次级补偿支路可以包括串联的两个DC链路电容器，DC链路 电容器之间的节点在使用中被接地连接。 0013 在本发明的其他实施例中，次级补偿支路可以包括具有中心抽头的DC链路电容 器，该中心抽头在使用中被接地连接。 0014 在次级补偿支路中，提供两个DC链路电容器或具有中心抽头的DC链路电容器提 供了可以被接地连接的中间节点。将这点接地为静态同步补偿器提供了参考电压，并使设 备内的电压应力能够得到限定和控制。 0015 在其他实施例中，设备内的其他点可以被用来提供接地参考。 0016 优选地，每个链节转换器可操作用于当相应支路部分被从电路中切换出时产生。

16、电 压来抵消支路部分两端的电压并因而最小化相应开关元件两端的电压。 0017 这种特点是有利的，因为它减少了实现开关元件所需的串联器件的数量，这使硬 件的大小、重量和成本最小化。 0018 当支路部分被切换到电路外时降低每个支路部分中开关元件两端的电压也是有 利的，因为这在各自开关元件在断开和闭合位置之间来回切换时的传导和切换消耗最小 化。 0019 优选地，每个支路部分的链节转换器包括串联的模块的链，每个模块包括与能量 储存装置并联的至少一对次级开关元件，该次级开关元件在使用中可操作用于使得模块的 链限定步进可变电压源。 0020 串联模块的链的使用使每个链节转换器能提供电压，该电压可通过将。

17、额外的模块 接入链中以提供比由每个单独模块提供的电压高的电压而以递增步进得以增加。因而，这 种布置使得由每个支路部分的链节转换器提供的电压发生变化，以使得在AC端产生电压 波形。 0021 在次级补偿支路或连接至静态同步补偿器的AC网络发生故障而导致在静态同步 补偿器中的高故障电流的情况下，链节转换器中的模块的次级开关元件可以被操作用于将 模块接入链中，以提供与AC网络电压相反或匹配的电压，并且因而降低静态同步补偿器中 的故障电流。 0022 在本发明的实施例中，链节转换器的所述模块或每个模块可包括以全桥布置与各 自能量储存装置并联的两对次级开关元件，以限定能够提供正电压或负电压并能在双向引 。

18、导电流的4-象限双极模块。 0023 4-象限双极模块能提供正电压或负电压的能力意味着每个链节转换器两端的电 说 明 书CN 102792544 A 3/8页 6 压可以由提供正电压或负电压的模块的组合来建立。因而，通过控制所述模块在提供正电 压或负电压之间交替，各能量储存器中的能量水平可以被维持在最佳水平。 0024 在每个支路部分的链节转换器中使用全桥模块，也使链节转换器能够在AC端提 供超过连接至第一和第二DC端的DC网络的DC电压的输出电压。 0025 在本发明的其他实施例中，链节转换器的所述模块或每个模块可以包括以半桥布 置与各自能量储存装置并联的一对次级开关元件，以限定能够提供正电。

19、压或零电压并能在 双向引导电流的2-象限模块。 0026 该能量储存装置或每个能量储存装置可以是能存储和释放其电能以提供电压的 任何装置，因而可以包括电容器、燃料电池、蓄电池或具有相关整流器的辅助AC发电机。 0027 这种灵活性在设备可用性可能由于区域的传输困难而变化的不同地点的转换器 站设计中是有用的。例如，在离岸风电场上的每个模块的能量储存装置可以是连接至风轮 机的辅助AC发电机。 0028 每个支路部分的所述开关元件或每个开关元件优选包括半导体器件，并且可以包 括绝缘栅双极型晶体管、栅极可关断晶闸管或集成栅控晶闸管。 0029 每个链节转换器也优选包括至少一个半导体器件，并且可以包括绝。

20、缘栅双极型晶 体管、栅极可关断晶闸管或集成栅控晶闸管。 0030 半导体器件的使用是有利的，因为这种器件体积小且重量轻，并具有相对低的功 率消耗，这使得对制冷设备的需求最小化。因此，这导致功率转换器成本、大小和重量的显 著减小。 0031 半导体器件的快速切换特征使静态同步补偿器能快速响应AC网络的AC电压特性 的变化。静态同步补偿器的快速响应使引起电力传输设备损坏的AC电压特性的任何浮动 的风险最小化。 0032 在本发明的实施例中，静态同步补偿器可以包括多个初级补偿支路，每个支路包 括用以连接至多相AC网络的相应相的AC端。 0033 在这种静态同步补偿器中，开关元件和每个转换支路的链节转。

21、换器之间的串联独 立于其他转换支路的链节转换器之间的串联运行，因此，仅仅直接影响连接至相应AC端的 相，并对连接至其他转换支路的相具有有限的影响。 0034 优选地，每个支路部分的链节转换器可操作用于产生抵消在次级补偿支路或AC 网络中在使用时由故障产生的电流的电压。 0035 链节模块可以被切换至电路中以提供抵消或匹配使故障电流消失所需的电压，并 因而防止对静态同步补偿器元件的损害。如此使用链节模块以进行电压转换和抵消故障电 流两者，消除了为了引导和中断故障电流而安装单独保护电路设备的需求。这导致在硬件 大小、重量和成本上的节省。 0036 在每个支路中，链节转换器的额定电压和所述开关元件或。

22、每个开关元件的额定电 压可以相等。然而，在其他实施例中，链节转换器的额定电压和每个支路中的所述开关元件 或每个开关元件的额定电压可以不相等，以最优化转换器的成本、大小、重量、效率和/或 性能。 0037 第一和第二支路部分中的开关元件优选是可操作用于在同时将链节转换器切入 电路中，以重置链节转换器元件中电压的任何漂移。 说 明 书CN 102792544 A 4/8页 7 附图说明 0038 通过非限制性示例，现将参照附图描述本发明的优选实施例，在附图中： 0039 图1a和图1b以示意性形式显示了无功功率补偿器的现有技术中的静态同步补偿 器； 0040 图2显示了根据本发明第一实施例的静态同。

23、步补偿器； 0041 图3显示了图2中静态同步补偿器的链节转换器的结构； 0042 图4显示了使用图3所示链节转换器合成50Hz波形； 0043 图5显示了图3所示链节转换器的全桥模块； 0044 图6显示了图2所示静态同步补偿器的AC端的正弦电压波形的产生；以及 0045 图7显示了根据本发明第二实施例的静态同步补偿器。 具体实施方式 0046 在图2中示出根据本发明实施例的静态同步补偿器36。 0047 静态同步补偿器36包括具有第一DC端40、第二DC端42和AC端44的初级补偿 支路38，和包括DC链路电容器48的次级补偿支路46。初级补偿支路38限定了第一支路 部分50和第二支路部分。

24、52，每个支路部分50、52包括开关元件54，在相应的第一DC端40 和第二DC端42之一与AC端44之间，该开关元件54与链节转换器56串联。 0048 在图2所示的实施例中，第一和第二支路部分50、52各自的开关元件54连接至AC 端44，并且第一和第二支路部分50、52各自的链节转换器56连接至各自的DC端40、42。 0049 在第一和第二支路部分50、52各自的开关元件54与链节转换器56之间的串联意 味着：在其他实施例中，它们在AC端44和相应的DC端40、42之间可以按相反顺序连接。 0050 在使用时，AC端44被连接至AC网络58。在其他实施例中，AC端44可以通过一 个或多。

25、个变压器和/或一个或多个电感器62被连接至AC网络58。 0051 次级补偿支路46被连接在第一和第二DC端40、42之间，以使得次级补偿支路46 与初级补偿支路38并联。第一DC端40被连接至DC链路电容器48的正极端，在使用时， 该正极端带有+V DC /2的电压，其中V DC 是DC链路电容器48的DC电压范围。第二DC端42 被连接至DC链路电容器48的负极端，在使用时，该负极端带有-V DC /2的电压。 0052 当静态同步补偿器36被连接至AC网络58时，DC链路电容器48可以用作向AC网 络58供应无功功率的源，或者用作从AC网络58吸收无功功率的容器。提供这种功能使得 静态同。

26、步补偿器36能控制AC网络58的AC电压。 0053 由于静态同步补偿器36在其DC侧未连接至外部DC网络，因此，DC电压不被限制 为特定值因而可以变化。DC电压的变化可以被用于提供对静态同步补偿器36和AC网络 58之间的无功功率交换的控制。 0054 可以想象，次级补偿支路46可包括在第一和第二DC端40、42之间串联的两个DC 链路电容器48，在DC链路电容器48之间的节点设有接地连接。接地连接保证了连接至AC 端44的变压器两端为零净DC电压。在其他实施例中，可以想象，接地连接可以被移至与AC 端44连接的变压器的中性(星)点。 0055 参照图3，第一和第二支路部分各自的链节转换器5。

27、6包括串联的模块64的链，每 说 明 书CN 102792544 A 5/8页 8 个模块64包括以全桥布置与电容器68并联的两对次级开关元件66a、66b、66c、66d，以形成 4-象限双极模块64，该4-象限双极模块可以提供正电压、零电压或负电压，并且在两个方 向上均可以引导电流。 0056 次级开关元件66a、66b、66c、66d是可操作的，以使得模块64的链提供步进可变电 压源，并且以AC网络的基本频率进行切换。 0057 可以想象，在其他实施例中，每个模块64的电容器68可以被不同能量储存装置所 代替，诸如燃料电池、蓄电池或具有相关整流器的辅助AC发电机。 0058 通过改变次级。

28、开关元件66a、66b、66c、66d的状态，每个模块64的电容器68可以 被旁路或被接入各自的链节转换器56中。 0059 当一对次级开关元件66a、66b、66c、66d被配置为在模块64中形成短路时，模块64 的电容器68被旁路，这导致静态同步补偿器中的电流经由该短路并旁路电容器。 0060 当成对的次级开关元件66a、66b、66c、66d被配置为允许补偿器电流流入和流出 电容器68时，模块64的电容器68被接入链节转换器56中，该电容器于是能够充电或对其 所存储的能量进行放电并提供电压。 0061 因此，可以在链节转换器56的两端建立合成电压，该合成电压通过多个模块 64(每个模块6。

29、4提供其自身的电压)的电容器68接入链节转换器56中而高于来自每个单 独模块64的可用电压。 0062 还可以改变用于每个模块64的切换操作的时序，以使得链节转换器56中各模块 64的电容器68的接入和/或旁路会导致产生电压波形。在图4中示出使用链节转换器56 产生的电压波形的示例，其中，各模块64的电容器68的接入是交错的，以产生50Hz正弦波 形。其他波形形状可以通过调节链节转换器56中每个模块64的切换操作时序来产生。 0063 在图3所示的实施例中，每个次级开关元件66a、66b、66c、66d包括伴随有反向并 联的二极管的绝缘栅双极型晶体管。 0064 在其他实施例中，可以想象，每个。

30、次级开关元件66a、66b、66c、66d可以包括伴随 有反向并联的二极管的不同半导体开关(诸如栅极可关断晶闸管或集成栅控晶闸管) 0065 半导体器件的快速切换特性使得静态同步补偿器36快速响应AC网络58的AC电 压的任何变化。静态同步补偿器36的快速响应使得导致电力传输设备损坏的AC电压特性 任何波动的风险最小化。 0066 每个模块64的次级开关元件66a、66b、66c、66d的状态(图5)决定通过模块64 的电流通路，并因此决定模块64所提供的电压。 0067 更具体地，当通过闭合次级开关元件66a、66b或闭合次级开关元件66c、66d而旁 路电容器时，模块64提供零电压。 00。

31、68 当次级开关元件66a、66d被闭合且次级开关元件66b、66c被断开而使得电流经过 次级开关元件66a和66d而流进和流出电容器时，模块64为两个电流方向都提供正电压。 0069 当开关66b和66c闭合且开关66a和66d断开以使得电流经过开关66b和66c而 流进和流出电容器时，模块64为两个电流方向都提供负电压。 0070 在每个链节转换器56中模块64的数量通过静态同步补偿器36所需的额定电压 而定。 0071 在使用中，第一和第二支路部分50、52的开关元件54和链节转换器56可操作用 说 明 书CN 102792544 A 6/8页 9 于将链节转换器56中的每一个切入各自D。

32、C端40、42和AC端44之间的电路中或从该电路 中切换出。链节转换器56可操作用于在AC端44产生电压波形。 0072 链节转换器56优选的可操作用于利用逐步逼近来产生正弦电压波形。由于链节 转换器56能够提供电压步进而提高或降低在AC端44的输出电压，因此链节转换器56适 于用于逐步波形的产生。 0073 链节转换器56能够产生不同波形形状的能力使静态同步补偿器36能应付网络条 件变化所引起的AC电压特性的不同变化。此外，提供链节转换器56使静态同步补偿器36 可以与AC网络58连续交换无功功率，这是因为链节转换器56的开关操作可以变化，以匹 配AC网络58变化的需求，但完全不需要断开。 。

33、0074 如前所述，在链节模块64中的开关操作可以被配置为使得电容器68的接入和旁 路被交错，以形成正弦波形的逐步逼近，如图4所示。电压波形的逐步逼近可以通过使用更 多具有更低电压电平的模块64来增加电压步进的数量而得到改善，如图6所示。这还可以 被用来增加静态同步补偿器36和AC网络58之间的无功功率交换的精确度，以提供各自AC 相电压的平滑轮廓。 0075 当第二支路部分52的开关元件54断开时，第一支路部分50的开关元件54闭合。 对第一支路部分50中的链节转换器56进行控制以提供+V DC /2的电压，以使得其与DC链路 电容器48的正极端的电压相反。AC端44的输出电压因此为零伏特，。

34、即，正极端的正DC电 压(+V DC /2)和负极端的负DC电压(-V DC /2)之间的中点。任何未使用的链节模块64被维持 为旁路模式。 0076 为了产生正弦电压波形的正电压分量76，通过减少链节转换器56中模块64的所 接入电容器68的数量从而降低链节转换器电压，输出电压被缓慢降低。链节转换器电压的 改变可以从AC端44的输出电压的逐步增量中看出。在正电压分量76的峰值，链节转换器 56可以被旁路以产生与正DC电压(+V DC /2)相等的峰值74，或者其可以产生增加DC链路电 容器48的正DC电压的电压。因此，如果希望，所产生的正电压分量76可以具有高于DC链 路电容器48的正DC电。

35、压的峰值74。 0077 在产生正弦电压波形的正电压分量76的期间，第二支路部分52两端的电压等于 输出电压和DC链路电容器48的负极端的负DC电压-V DC /2之间的差。 0078 随后，通过控制链节转换器56两端的组合电压，控制第一支路部分50的链节转换 器56以逐步降低的形式降低输出电压，直至输出电压变回为零70。 0079 在输出电压变回为零70时，当第二支路部分52中的开关元件54被闭合时并且在 第一支路部分50中的开关元件54被断开之前，第一支路部分50中的开关元件54可以保 持闭合。该临时的重叠时期提供了连接与DC链路电容器48直接并联的多个模块64的方 法，并提供了重置电容器。

36、电压电平的任何漂移的便利方法。 0080 DC链路电容器48的完整电压范围V DC 在两个开关元件54从一个状态至另一个状 态的切换操作期间由在两个支路部分50、52中的链节转换器56所提供的电压相抵。 0081 对第一支路部分50中的链节转换器56进行控制以提供+V DC /2的电压，而对第二 支路部分52中的链节转换器56进行控制以提供-V DC /2的电压。结果，当开关元件54从一 个状态转换为另一状态时，第一和第二支路50、52的开关元件54两端具有零电压或最小电 压。每个支路部分50、52的开关元件54两端的低电压导致低的切换损耗。 说 明 书CN 102792544 A 7/8页 。

37、10 0082 正弦波形的负电压分量78的产生类似于正电压分量76的产生，除了以下之外：第 一支路部分50的开关元件54保持断开，且第二支路部分52的开关元件54保持闭合，并且 电压波形的产生是通过第二支路部分52的链节转换器56中模块64的接入和旁路所导致 的。 0083 在正弦电压波形的负电压分量78的产生期间，第一支路部分50两端的电压等于 输出电压和DC链路电容器48的正极端的正DC电压+V DC /2之间的差。 0084 当支路部分的开关元件54处于断开状态时，开关元件54的额定电压是AC端44的 峰值输出电压和相同支路部分的链节转换器56的最大电压容量之间的差。例如，当峰值输 出电。

38、压为+V DC /2时，开关元件54和第二支路部分52的链节转换器56两端的电压等于V DC ， 其为峰值输出电压和DC链路电容器48的负极端的负DC电压之间的差。因此，如果峰值输 出电压超过DC链路电容器48的DC电压，第二支路部分52必须具有能够支持高于V DC 电压 电平的电压容量。 0085 每个支路部分50、52的电压容量是各自链节转换器56的电压容量和各自开关元 件54的额定电压的组合，并且，如果希望，可以以不对称的方式分布。 0086 每个链节转换器56的电压容量通过增加链节模块64的数量或增加各电容器和半 导体开关元件54中的每一个的电压而被最大化。因而，如果链节转换器56的电。

39、压容量接 近V DC ，开关元件54所需的额定电压可以降低。开关元件54的额定电压的减小在一些应用 中是有利的，因为这使得允许使用能够经受比AC网络58和/或DC链路电容器48更低或 低很多的电压的开关元件54。 0087 然而，还可以想到，具有更高额定电压的开关元件54可以被用于每个支路部分 50、52中以使得在每个支路部分50、52中的链节转换器56所需的电压容量可以降低。这意 味着在每个链节转换器56中模块64的数量可以减少，这导致相当大地降低静态同步补偿 器36的大小和重量。 0088 在本发明的实施例中，全桥模块64的次级开关元件66a、66b、66c、66d可以被配置 为提供相反方。

40、向的电压，以使得AC端44的输出电压超过DC链路电容器48的正极端和负 极端的电压电平。这对于静态同步补偿器36的给定额定电流导致更大的输出功率。 0089 全桥模块64提供正电压或负电压的能力意味着每个链节转换器56两端的电压可 以由提供正电压或负电压(而不是仅提供正电压的)的模块64的组合而建立。因此，通过 控制模块64以在提供正电压或负电压之间交替，在各电容器68中的电压电平可以被维持 在最佳水平。 0090 在次级补偿支路46发生故障导致静态同步补偿器36中的高故障电流的情况下， 一个或其他链节转换器56的每个模块64的次级开关元件66a、66b、66c、66d可以被操作以 接入全桥模。

41、块64以提供与AC网络58的驱动电压相反的电压，并且，因而降低静态同步补 偿器36中的故障电流。 0091 例如，在DC链路电容器48两端发生的短路导致正极端和负极端的两个电压跌至 零伏特。当这发生时，高故障电流可以从AC网络58流经初级补偿器分38的第一支路部分 50，并且经由短路和相邻相的第二支路部分52返回到AC网络58 0092 短路的低阻抗意味着流过静态同步补偿器36的故障电流可以超过静态同步补偿 器36的额定电流。 说 明 书CN 102792544 A 10 8/8页 11 0093 通过抵消来自AC网络58的驱动电压，可使故障电流最小化。这是通过配置每个 链节模块64的次级开关。

42、元件66a、66b、66c、66d以使得模块64被接入各自的链节转换器56 中以提供抵消并从而降低驱动电压的电压而实现的。 0094 在每个链节转换器56中使用全桥模块64的实施例中，每个模块64能够提供电压 来抵消AC驱动电压，这是因为模块64能够提供正电压或负电压，并且能够在两个方向上引 导电流。 0095 当AC网络58发生故障时，AC网络58的电压可以被降低至比静态同步补偿器36 的输出电压更低的值。当这发生时，高故障电流可以从转换器流入AC网络58中的故障部 分。通过配置每个链节模块64的次级开关元件66a、66b、66c、66d以使得模块64被接入各 自链节转换器56中以提供与AC。

43、网络58的当前电压相匹配的电压并从而防止静态同步补 偿器36和AC网络58之间的电流，可使该故障电流最小化。 0096 图2中所示的静态同步补偿器36适于连接在多相AC网络58的一个相上。 0097 在诸如图7中所示的其他实施例中，静态同步补偿器36可以包括多个初级补偿支 路38，每个初级补偿支路38包括AC端44用以连接至多相AC网络58的单独相上。在这种 实施例中，所提供的初级补偿支路38的数量取决于AC网络58的相数目。 0098 图7所示的静态同步补偿器36包括三个初级补偿支路38，以使得静态同步补偿器 36能够与三相AC网络58一起使用。 0099 每个初级补偿支路38包括第一DC端。

44、40和第二DC端42以及AC端44。每个初级 补偿支路38还限定第一支路部分50和第二支路部分52，每个支路部分50、52包括开关元 件54，该开关元件54在相应的第一和第二DC端40、42之一与AC端44之间与链节转换器 56串联。 0100 第一和第二支路部分50、52各自的开关元件54被连接至各自的AC端44，并且第 一和第二支路部分50、52各自的链节转换器56被连接至各自的第一和第二DC端40、42。 0101 在开关元件54和第一和第二支路部分50、52各自的链节转换器56之间的串联意 味着：在其他实施例中，它们可以在AC端44和各自DC端40、42之间以相反顺序连接。 0102 。

45、在使用中，每个AC端44被连接至三相AC网络58中相应的相。在其他实施例中， 通过一个或多个变压器60和/或一个或多个电感器62，每个AC端44可以被连接至三相 AC网络58中相应的相。 0103 次级补偿支路46被连接在第一和第二DC端40、42之间，以使得次级补偿支路46 与初级补偿支路38并联。每个第一DC端40被连接至DC链路电容器48的带有+V DC /2电 压的正极端，其中，V DC 是DC链路电容器48的DC电压范围。每个第二DC端42被连接至DC 链路电容器48的带有-V DC /2电压的负极端。 0104 每个初级补偿支路38的第一和第二支路部分50、52的开关元件54在使用。

46、中可操 作用于将链节转换器56切入相应的DC端40、42和AC端44之间的电路中或从该电路中切 换出。每个初级补偿支路38的链节转换器56可操作用于在各自AC端44上产生电压波形， 以使得生成三相电压波形。 0105 三相静态同步补偿器36的控制与单相静态同步补偿器36的上述控制相似，这是 由于初级补偿支路38中开关元件54和链节转换器56的串连组合的操作仅直接影响与该 初级补偿支路38连接的相，并且对连接至其他初级补偿支路38上的相具有有限的影响。 说 明 书CN 102792544 A 11 1/7页 12 图1A 图1B 说 明 书 附 图CN 102792544 A 12 2/7页 13 图2 说 明 书 附 图CN 102792544 A 13 3/7页 14 图3 说 明 书 附 图CN 102792544 A 14 4/7页 15 图4 说 明 书 附 图CN 102792544 A 15 5/7页 16 图5 说 明 书 附 图CN 102792544 A 16 6/7页 17 图6 说 明 书 附 图CN 102792544 A 17 7/7页 18 图7 说 明 书 附 图CN 102792544 A 18 。