在輸電網(wǎng)中，交流(AC)功率通常轉(zhuǎn)換成直流(DC)功率用于經(jīng)由高架線和/或海底電纜的傳輸。這個(gè)轉(zhuǎn)換消除用來補(bǔ)償由傳輸線路或電纜所施加的AC電容負(fù)載效應(yīng)的需要，并且由此降低線路和/或電纜的每公里成本。因而，在功率需要通過長(zhǎng)距離來傳送時(shí)，從AC到DC的轉(zhuǎn)換變成節(jié)省成本的。

AC功率到DC功率的轉(zhuǎn)換還用于其中必需與以不同頻率操作的AC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互連的輸電網(wǎng)中。在任何這種輸電網(wǎng)中，在AC與DC功率的每個(gè)接口處要求轉(zhuǎn)換器以實(shí)現(xiàn)所要求轉(zhuǎn)換，以及一個(gè)這種形式的轉(zhuǎn)換器是電壓源轉(zhuǎn)換器(VSC)。

按照本發(fā)明的第一方面，提供一種電壓源轉(zhuǎn)換器，其包括用于到DC網(wǎng)絡(luò)的連接的第一和第二DC端子，電壓源轉(zhuǎn)換器還包含連接在第一與第二DC端子之間的至少一個(gè)分支，所述或每個(gè)分支包含：

相位元件，包含連接在H橋接器中以定義第一和第二對(duì)角切換對(duì)的串聯(lián)連接切換元件的兩個(gè)并聯(lián)連接集合，串聯(lián)連接切換元件的每個(gè)集合之間的相應(yīng)結(jié)點(diǎn)(junction)定義用于到AC網(wǎng)絡(luò)的連接的AC端子；以及

子轉(zhuǎn)換器，配置成可控制以充當(dāng)電壓波形合成器；

其中電壓源轉(zhuǎn)換器還包含控制器，該控制器用來操作子轉(zhuǎn)換器以選擇地合成驅(qū)動(dòng)換向電壓來修改H橋接器的DC側(cè)處的DC側(cè)電流，以便使在H橋接器的AC側(cè)處的AC側(cè)電流與DC側(cè)電流之間的幅度和方向中的任何差為最小，并且由此執(zhí)行電流從第一和第二對(duì)角切換對(duì)中的一個(gè)到第一和第二對(duì)角切換對(duì)的另一個(gè)的換向。

在使用中，如圖1所示，串聯(lián)連接切換元件的并聯(lián)連接集合可切換以互連AC和DC端子來促進(jìn)AC與DC網(wǎng)絡(luò)之間的功率的傳遞。串聯(lián)連接切換元件的并聯(lián)連接集合可在跨H橋接器的零電壓來切換，以提供低開關(guān)損耗。

雖然跨H橋接器的電壓在第一和第二對(duì)角切換對(duì)的切換時(shí)刻為零，但是在VSC在整功率因數(shù)(即，沒有無功功率在VSC與AC網(wǎng)絡(luò)之間交換)操作時(shí)，串聯(lián)連接切換元件的并聯(lián)連接集合以零電流來切換，如圖2所示。但是，在操作VSC以便與AC網(wǎng)絡(luò)交換無功功率時(shí)，串聯(lián)連接切換元件的并聯(lián)連接集合以高電流電平來切換，如圖2所示。在極限情況下，在VSC作為靜態(tài)同步補(bǔ)償器進(jìn)行操作時(shí)，串聯(lián)連接切換元件的并聯(lián)連接集合以接近額定電流(即，1.0每單位電流)的電流電平來切換。

另外，如圖3所圖示，串聯(lián)連接切換元件的并聯(lián)連接集合的切換在H橋接器的DC側(cè)上的DC側(cè)電感62(其能夠在300 μH至400 μH的范圍中)(其可通過VSC組件來貢獻(xiàn)(contribute))存在的情況下以及在H橋接器的AC側(cè)上的AC側(cè)電感64(其通過轉(zhuǎn)換器變壓器和其他網(wǎng)絡(luò)電感阻抗來貢獻(xiàn))存在的情況下執(zhí)行。

在串聯(lián)連接切換元件的并聯(lián)連接集合的切換期間，以AC和DC側(cè)電流的幅度和/或方向的不同等級(jí)將AC和DC側(cè)電感相互串聯(lián)連接導(dǎo)致用來均衡AC和DC側(cè)電流所要求的電流中的突然變化。這是因?yàn)榕c具有無功功率流的AC側(cè)電流相比，串聯(lián)連接切換元件的并聯(lián)連接集合的切換固有地引起DC側(cè)電流的快速反向。這意味著迫使AC和DC側(cè)電感進(jìn)行與最初相反的電流方向的直接串聯(lián)連接。這在AC與DC側(cè)電感之間形成公共串聯(lián)電流通路時(shí)又將固有地引起大(和潛在破壞)電壓瞬變。

按照本發(fā)明的電壓源轉(zhuǎn)換器中的控制器的提供實(shí)現(xiàn)子轉(zhuǎn)換器的如下的操作:在對(duì)第一與第二對(duì)角切換對(duì)之間的電流進(jìn)行換向時(shí)使AC與DC側(cè)電流之間的幅度和方向中的任何差為最小，并且由此實(shí)現(xiàn)第一和第二對(duì)角切換對(duì)的安全電流切換。這不僅防止在AC與DC側(cè)電感之間形成公共串聯(lián)電流通路時(shí)的大電壓瞬變的發(fā)生，而且還消除了用來在H橋接器的DC側(cè)處連接高壓換向電容器的需要，因而改進(jìn)換向操作的可靠性，并且提供VSC的成本、大小和重量方面的節(jié)省。

控制器可配置成操作子轉(zhuǎn)換器以選擇地合成驅(qū)動(dòng)換向電壓來修改H橋接器的DC側(cè)處的DC側(cè)電流，以便在對(duì)第一與第二對(duì)角切換對(duì)之間的電流進(jìn)行換向時(shí)使H橋接器的AC側(cè)處的AC側(cè)電流與DC側(cè)電流之間的幅度和方向中的任何差為最小，并且由此實(shí)現(xiàn)第一和第二對(duì)角切換對(duì)的安全電流切換。

可選地，控制器可配置成操作子轉(zhuǎn)換器來合成驅(qū)動(dòng)換向電壓以修改H橋接器的DC側(cè)處的DC側(cè)電流以便消除DC側(cè)電流與AC側(cè)電流之間的幅度和方向中的任何差。這意味著，DC側(cè)與AC側(cè)電流之間的幅度中的任何差將會(huì)減小為零，因而導(dǎo)致在開關(guān)換向時(shí)的極少或沒有(little to no)電壓擾動(dòng)。

將領(lǐng)會(huì)，驅(qū)動(dòng)換向電壓可以為正的或負(fù)的，這取決于AC側(cè)電流的方向。

按照本發(fā)明的電壓源轉(zhuǎn)換器的配置可變化以便能夠執(zhí)行其功能。

子轉(zhuǎn)換器可與相位元件并聯(lián)連接。子轉(zhuǎn)換器和相位元件的這種并聯(lián)連接準(zhǔn)許子轉(zhuǎn)換器的如下的操作:支持出現(xiàn)于DC端子兩端的DC網(wǎng)絡(luò)的DC電壓的至少部分。這消除對(duì)單獨(dú)子轉(zhuǎn)換器用來支持出現(xiàn)于第一和第二DC端子兩端的DC網(wǎng)絡(luò)的DC電壓的至少部分的需要，因而提供電壓源轉(zhuǎn)換器的大小、重量和成本方面的節(jié)省。

子轉(zhuǎn)換器可與H橋接器串聯(lián)連接。子轉(zhuǎn)換器和H橋接器的這種串聯(lián)連接準(zhǔn)許子轉(zhuǎn)換器的如下的操作:以出現(xiàn)于DC端子兩端的DC網(wǎng)絡(luò)的DC電壓的最小影響合成驅(qū)動(dòng)換向電壓，因而保持跨DC端子的高質(zhì)量DC電壓，并且由此使換向操作對(duì)DC側(cè)功率質(zhì)量可能具有的任何不利影響為最小(或者消除)。

子轉(zhuǎn)換器可在H橋接器的DC側(cè)處與H橋接器串聯(lián)和/或并聯(lián)連接。子轉(zhuǎn)換器可在H橋接器的DC側(cè)處與包含相位元件的電氣塊(electrical block)并聯(lián)連接。

每個(gè)切換元件可包含至少一個(gè)有源切換裝置，其與反并聯(lián)無源電流校驗(yàn)元件并聯(lián)連接。

所述或每個(gè)有源切換裝置可采取自換向切換裝置的形式。所述或每個(gè)自換向切換裝置可以是絕緣柵雙極晶體管、柵關(guān)斷晶閘管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、注入增強(qiáng)柵晶體管、集成柵換向晶閘管或者任何其他自換向切換裝置。每個(gè)切換元件中的有源切換裝置的數(shù)量可根據(jù)那個(gè)切換元件的所要求電壓和電流額定而變化。

所述或每個(gè)無源電流校驗(yàn)元件可包含至少一個(gè)無源電流校驗(yàn)裝置。所述或每個(gè)無源電流校驗(yàn)裝置可以是能夠僅在一個(gè)方向上限制電流的任何裝置、例如二極管。每個(gè)無源電流校驗(yàn)元件中的無源電流校驗(yàn)裝置的數(shù)量可根據(jù)那個(gè)無源電流校驗(yàn)元件的所要求電壓和電流額定而變化。

子轉(zhuǎn)換器可以是多電平轉(zhuǎn)換器。

子轉(zhuǎn)換器可包含至少一個(gè)模塊，所述或每個(gè)模塊可操作以選擇地提供電壓源。在子轉(zhuǎn)換器中至少一個(gè)模塊的包含為子轉(zhuǎn)換器提供合成預(yù)期電壓波形的可靠部件。

子轉(zhuǎn)換器中的所述或每個(gè)模塊的配置可變化，以使它能夠選擇地提供電壓源。

例如，所述或每個(gè)模塊可包含至少一個(gè)模塊開關(guān)和至少一個(gè)能量存儲(chǔ)裝置，所述或每個(gè)模塊中的所述或每個(gè)模塊開關(guān)和所述或每個(gè)能量存儲(chǔ)裝置組合以選擇地提供電壓源。所述或每個(gè)能量存儲(chǔ)裝置可以是能夠存儲(chǔ)和釋放能量的任何裝置，例如電容器、燃料電池或電池組。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述或每個(gè)模塊中的所述或每個(gè)模塊開關(guān)和所述或每個(gè)能量存儲(chǔ)裝置可組合以選擇地提供單向電壓源。例如，所述或每個(gè)模塊可包含一對(duì)模塊開關(guān)，其按照半橋布置與能量存儲(chǔ)裝置并聯(lián)連接，以定義能夠提供零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。

在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述或每個(gè)模塊中的所述或每個(gè)模塊開關(guān)和所述或每個(gè)能量存儲(chǔ)裝置可組合以選擇地提供雙向電壓源。例如，所述或每個(gè)模塊可包含兩對(duì)模塊開關(guān)，其按照全橋布置與能量存儲(chǔ)裝置并聯(lián)連接，以定義能夠提供負(fù)、零或正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。

子轉(zhuǎn)換器可包含多個(gè)串聯(lián)連接模塊，其定義鏈?zhǔn)芥溌?chain-link)轉(zhuǎn)換器。鏈?zhǔn)芥溌忿D(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)準(zhǔn)許到鏈?zhǔn)芥溌忿D(zhuǎn)換器每個(gè)提供其自己的電壓來跨鏈?zhǔn)芥溌忿D(zhuǎn)換器的組合電壓的積聚，該組合電壓高于從其個(gè)別模塊的每個(gè)可用的電壓。按照這種方式，每個(gè)模塊中的所述或每個(gè)模塊開關(guān)的切換使鏈?zhǔn)芥溌忿D(zhuǎn)換器提供階躍可變電壓源，其準(zhǔn)許使用階躍近似跨鏈?zhǔn)芥溌忿D(zhuǎn)換器的電壓波形的生成。因此，鏈?zhǔn)芥溌忿D(zhuǎn)換器能夠提供大范圍的復(fù)合電壓波形。

所述或每個(gè)能量存儲(chǔ)裝置可以是能夠存儲(chǔ)和釋放能量的任何裝置，例如電容器、燃料電池或電池組。

控制器配置成操作子轉(zhuǎn)換器以選擇地修改其輸出電壓以使H橋接器的DC側(cè)處的DC電壓為最小。這不僅準(zhǔn)許在跨H橋接器的零電壓來切換第一和第二對(duì)角切換對(duì)以提供低開關(guān)損耗，而且還消除對(duì)于用來使H橋接器的DC側(cè)處的DC電壓為最小的附加硬件的需要。

控制器可配置成在操作子轉(zhuǎn)換器以合成驅(qū)動(dòng)換向電壓時(shí)選擇地切換串聯(lián)連接切換元件的并聯(lián)連接集合，以形成AC短路器(crowbar)。AC短路器定義電流通路，其準(zhǔn)許H橋接器電流的至少部分在AC端子之間流動(dòng)，并且旁路H橋接器的DC側(cè)。

控制器可配置成在操作子轉(zhuǎn)換器以合成驅(qū)動(dòng)換向電壓時(shí)選擇地切換串聯(lián)連接切換元件的并聯(lián)連接集合的至少一個(gè)，以形成DC短路器。DC短路器定義電流通路，其準(zhǔn)許H橋接器電流的至少部分在H橋接器的DC側(cè)中流動(dòng)，并且旁路H橋接器的AC側(cè)。

控制器可配置成在操作子轉(zhuǎn)換器以合成驅(qū)動(dòng)換向電壓時(shí)選擇地切換串聯(lián)連接切換元件的并聯(lián)連接集合，以同時(shí)形成AC和DC短路器。

AC短路器和/或DC短路器按照這種方式的形成幫助防止DC側(cè)電流反向(其將會(huì)以別的方式在第一和第二對(duì)角切換對(duì)的各切換時(shí)刻導(dǎo)致大電壓瞬變)的發(fā)生。否則，大電壓瞬變的發(fā)生可引起轉(zhuǎn)換器破壞和電磁干擾問題，這對(duì)于其中第一和第二對(duì)角切換對(duì)的切換連續(xù)并且重復(fù)發(fā)生的實(shí)際轉(zhuǎn)換器站是不可接受的。因此，用來形成AC短路器和/或DC短路器的能力增強(qiáng)電壓源轉(zhuǎn)換器安全并且可靠地執(zhí)行換向操作的能力。

控制器還可配置成操作子轉(zhuǎn)換器，以在AC端子處的AC電壓的零交叉周期期間選擇地執(zhí)行電流從第一和第二對(duì)角切換對(duì)中的一個(gè)到第一和第二對(duì)角切換對(duì)的另一個(gè)的換向。這防止換向操作顯著地修改AC端子處的AC電壓，因而保持AC端子處的高質(zhì)量AC電壓，并且由此使換向操作對(duì)AC側(cè)功率質(zhì)量可能具有的任何不利影響為最小(或消除)。

在每個(gè)切換元件包含與反并聯(lián)無源電流校驗(yàn)元件并聯(lián)連接的有源切換裝置時(shí)，控制器可配置成控制第一和第二對(duì)角切換對(duì)的切換的定時(shí)，以在驅(qū)動(dòng)換向電壓的合成期間防止電流從反并聯(lián)無源電流校驗(yàn)元件到相同切換元件的有源切換裝置的傳遞。這防止有源切換裝置以有限電流切換，這將會(huì)引起較高開關(guān)損耗。

在每個(gè)切換元件包含與反并聯(lián)無源電流校驗(yàn)元件并聯(lián)連接的有源切換裝置時(shí)，控制器可配置成控制第一和第二對(duì)角切換對(duì)的切換的定時(shí)，以在驅(qū)動(dòng)換向電壓的合成期間準(zhǔn)許電流從有源切換裝置到相同切換元件的反并聯(lián)無源電流校驗(yàn)元件的傳遞。這確保在切換之前沒有有限電流在有源切換裝置中流動(dòng)，因而使開關(guān)損耗為最小。控制器可配置成操作子轉(zhuǎn)換器，以在電流從有源切換裝置到反并聯(lián)無源電流校驗(yàn)元件的傳遞之后提供電壓將反并聯(lián)無源電流校驗(yàn)元件中的電流驅(qū)動(dòng)為零。

每個(gè)切換元件可包含至少一個(gè)第一切換裝置，其與至少一個(gè)第二切換裝置反串聯(lián)連接，以便為H橋接器提供正向和反向電壓能力。按照這種方式配置H橋接器的切換元件準(zhǔn)許電壓源轉(zhuǎn)換器的如下的操作:可靠地執(zhí)行電流對(duì)兩種AC側(cè)電流方向從第一和第二對(duì)角切換對(duì)中的一個(gè)到第一和第二對(duì)角切換對(duì)的另一個(gè)的換向。例如，控制器可配置成在驅(qū)動(dòng)換向電壓的合成期間切換切換元件，以將電氣旁路中的每個(gè)第一切換裝置配置成并且將至少一個(gè)第二切換裝置配置成支持驅(qū)動(dòng)換向電壓的至少部分。

為了本說明書的目的，電氣旁路中的切換裝置的配置與切換裝置的配置同步，以準(zhǔn)許電流流經(jīng)其中。

相比之下，在電壓源轉(zhuǎn)換器中的具有單向電壓能力(即，H橋接器不能支持正向和反向兩種電壓)的H橋接器的使用意味著，電壓源轉(zhuǎn)換器能夠僅對(duì)一個(gè)AC側(cè)電流方向而不是兩個(gè)方向可靠地執(zhí)行電流從第一和第二對(duì)角切換對(duì)中的一個(gè)到第一和第二對(duì)角切換對(duì)的另一個(gè)的換向，因而限制電壓源轉(zhuǎn)換器的電流換向能力。

第一和第二切換裝置的相應(yīng)數(shù)量可被選擇以便為H橋接器提供不對(duì)稱正向和反向電壓能力。按照這種方式配置H橋接器準(zhǔn)許電壓源轉(zhuǎn)換器中的切換裝置的數(shù)量的優(yōu)化，同時(shí)滿足換向操作的要求。

電壓源轉(zhuǎn)換器可包含多個(gè)分支。每個(gè)分支的相位元件經(jīng)由其AC端子可以可連接到多相AC網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)相。多個(gè)分支可串聯(lián)連接在第一與第二DC端子之間。

現(xiàn)在作為非限制性示例、關(guān)于附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，附圖包括：

圖1a至圖1c通過示意形式示出按照本發(fā)明的第一實(shí)施例的電壓源轉(zhuǎn)換器；

圖2通過示意形式圖示在VSC在整功率因數(shù)操作時(shí)并且在操作VSC以便與AC網(wǎng)絡(luò)交換無功功率時(shí)在圖1a的VSC的H橋接器的AC和DC側(cè)處的電流中的變化；

圖3通過示意形式圖示H橋接器的DC側(cè)上的DC側(cè)電感的存在和H橋接器的AC側(cè)上的AC側(cè)電感的存在；

圖4通過示意形式圖示圖1a的電壓源轉(zhuǎn)換器的第一換向操作；

圖5通過示意形式圖示在正驅(qū)動(dòng)換向電壓不存在的情況下的圖1a的VSC的操作；

圖6通過示意形式圖示在負(fù)驅(qū)動(dòng)換向電壓不存在的情況下的圖1a的VSC的操作；

圖7a和圖7b通過示意形式圖示圖1a的電壓源轉(zhuǎn)換器的第二換向操作；

圖8a和圖8b通過示意形式圖示圖1a的電壓源轉(zhuǎn)換器的第三換向操作；

圖9通過示意形式圖示圖1a的VSC的AC端子處的階躍AC電壓的零交叉周期；

圖10通過示意形式圖示在圖1a的電壓源轉(zhuǎn)換器的換向操作期間的不同時(shí)間關(guān)斷IGBT的結(jié)果；

圖11通過示意形式示出按照本發(fā)明的第二實(shí)施例的電壓源轉(zhuǎn)換器；

圖12通過示意形式示出按照本發(fā)明的第三實(shí)施例的電壓源轉(zhuǎn)換器的H橋接器；以及

圖13a和圖13b通過示意形式圖示圖12的電壓源轉(zhuǎn)換器的換向操作。

按照本發(fā)明的第一實(shí)施例的第一電壓源轉(zhuǎn)換器30在圖1a中示出。

第一電壓源轉(zhuǎn)換器30包括第一和第二DC端子32、34、多個(gè)相位元件36、多個(gè)輔助子轉(zhuǎn)換器38以及多個(gè)第三(tertiary)子轉(zhuǎn)換器39。

每個(gè)相位元件36包含連接在H橋接器中以定義第一和第二對(duì)角切換對(duì)的串聯(lián)連接切換元件40的兩個(gè)并聯(lián)連接集合。串聯(lián)連接切換元件40的每個(gè)集合之間的相應(yīng)結(jié)點(diǎn)定義AC端子42。

在使用中，每個(gè)相位元件36的AC端子42通過多個(gè)開口二次變壓器繞組44的相應(yīng)繞組來互連。每個(gè)二次變壓器繞組44與多個(gè)一次變壓器繞組46的相應(yīng)繞組相互耦合。多個(gè)一次變壓器繞組46按照星形配置來連接，其中每個(gè)一次變壓器繞組46的第一端連接到公共結(jié)點(diǎn)48，以及每個(gè)一次變壓器繞組46的第二端連接到三相AC網(wǎng)絡(luò)50的相應(yīng)相。按照這種方式，在使用中，每個(gè)相位元件36的AC端子42連接到三相AC網(wǎng)絡(luò)50的相應(yīng)相。

公共結(jié)點(diǎn)48定義多個(gè)一次變壓器繞組46的中性點(diǎn)并且接地(未示出)。

每個(gè)相位元件36的H橋接器與多個(gè)第三子轉(zhuǎn)換器39的相應(yīng)子轉(zhuǎn)換器串聯(lián)連接，以定義電氣塊。每個(gè)輔助子轉(zhuǎn)換器38與電氣塊的相應(yīng)電氣塊并聯(lián)連接，以形成分支。

每個(gè)子轉(zhuǎn)換器38、39包含多個(gè)模塊52。

每個(gè)輔助子轉(zhuǎn)換器38的每個(gè)模塊52包含一對(duì)模塊開關(guān)54以及采取電容器形式的能量存儲(chǔ)裝置56。在每個(gè)輔助子轉(zhuǎn)換器38中，模塊開關(guān)對(duì)54按照半橋布置與電容器56并聯(lián)連接，以定義能夠提供零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，如圖1b所示。

每個(gè)第三子轉(zhuǎn)換器39的每個(gè)模塊52包含兩對(duì)模塊開關(guān)54以及采取電容器形式的能量存儲(chǔ)裝置56。在每個(gè)第三子轉(zhuǎn)換器39中，模塊開關(guān)對(duì)54按照全橋布置與電容器56并聯(lián)連接，以定義能夠提供負(fù)、零或正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，如圖1c所示。

多個(gè)分支串聯(lián)連接在第一與第二DC端子32、34之間。在使用中，第一和第二DC端子32、34分別連接到DC網(wǎng)絡(luò)58的第一和第二端子，DC網(wǎng)絡(luò)58的第一端子攜帶正DC電壓，DC網(wǎng)絡(luò)58的第二端子攜帶負(fù)DC電壓。

如上所述的每個(gè)分支的配置意味著，在使用中，DC電壓出現(xiàn)于每個(gè)相位元件36的串聯(lián)連接切換元件40的并聯(lián)連接集合兩端。

因此，在使用中，每個(gè)相位元件36的H橋接器互連DC電壓和AC電壓，即，每個(gè)相位元件36的H橋接器互連DC側(cè)和AC側(cè)。

每個(gè)切換元件40和模塊開關(guān)54包含單個(gè)有源切換裝置。每個(gè)切換元件40和模塊開關(guān)54還包含無源電流校驗(yàn)元件，其與每個(gè)有源切換裝置反并聯(lián)連接。

每個(gè)有源切換裝置采取絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的形式。設(shè)想在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，每個(gè)IGBT可由柵關(guān)斷晶閘管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、注入增強(qiáng)柵晶體管、集成柵換向晶閘管或者任何其他自換向切換裝置來取代。每個(gè)切換元件和模塊開關(guān)中的有源切換裝置的數(shù)量可根據(jù)切換元件和模塊開關(guān)的所要求的相應(yīng)電壓額定而變化。

每個(gè)無源電流校驗(yàn)元件包含采取二極管形式的無源電流校驗(yàn)裝置。設(shè)想在其他實(shí)施例中，每個(gè)二極管可由能夠僅在一個(gè)方向上限制電流的任何其他裝置來取代。每個(gè)無源電流校驗(yàn)元件中的無源電流校驗(yàn)裝置的數(shù)量可根據(jù)無源電流校驗(yàn)元件的所要求的相應(yīng)電壓額定而變化。

為了本說明書的目的，術(shù)語“上”和“下”預(yù)計(jì)識(shí)別相同集合中的切換元件40，由此上和下切換元件通過定義AC端子42的相應(yīng)結(jié)點(diǎn)來分隔。在所示實(shí)施例中，相位元件相對(duì)于DC端子32、34的連接意味著，每個(gè)上切換元件40在第一DC端子32與相應(yīng)AC端子42之間延伸，以及每個(gè)下切換元件40在第二DC端子34與相應(yīng)AC端子42之間延伸。術(shù)語“上”和“下”還預(yù)計(jì)類似地識(shí)別切換元件40的組件，即，上和下IGBT以及上和下二極管。

還設(shè)想在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，每個(gè)電容器可由能夠存儲(chǔ)和釋放能量的另一種類型的能量存儲(chǔ)裝置(例如燃料電池或電池組)來取代。

每個(gè)子轉(zhuǎn)換器38、39中的多個(gè)串聯(lián)連接模塊52定義鏈?zhǔn)芥溌忿D(zhuǎn)換器。

通過改變模塊開關(guān)54的狀態(tài)，每個(gè)模塊52的電容器56選擇地被旁路或插入到鏈?zhǔn)芥溌忿D(zhuǎn)換器中。這選擇地引導(dǎo)電流經(jīng)過電容器56或者使電流旁路電容器56，使得模塊52在每個(gè)輔助子轉(zhuǎn)換器38的情況下提供零或正電壓，以及模塊52在每個(gè)第三子轉(zhuǎn)換器39的情況下提供負(fù)、零或正電壓。

在模塊52中的模塊開關(guān)54配置成形成模塊52中的短路時(shí)，旁路模塊52的電容器56。這使鏈?zhǔn)芥溌忿D(zhuǎn)換器中的電流經(jīng)過短路并且旁路電容器56，以及因此模塊52提供零電壓，即，模塊52按照旁路模式來配置。

在模塊52中的模塊開關(guān)54配置成允許鏈?zhǔn)芥溌忿D(zhuǎn)換器中的電流流入和流出電容器56時(shí)，模塊52的電容器56插入到鏈?zhǔn)芥溌忿D(zhuǎn)換器中。電容器56然后充電或者排放其存儲(chǔ)能量，以便提供非零電壓，即，模塊52按照非旁路模式來配置。

設(shè)想在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，每個(gè)模塊可由可操作以選擇地提供電壓源的另一種類型的模塊(例如包含至少一個(gè)模塊開關(guān)和至少一個(gè)能量存儲(chǔ)裝置的另一種類型的模塊)來取代，所述或每個(gè)模塊中的所述或每個(gè)模塊開關(guān)和所述或每個(gè)能量存儲(chǔ)裝置組合以選擇地提供電壓源。

鏈?zhǔn)芥溌忿D(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)準(zhǔn)許經(jīng)由插入各將其自己的電壓提供的多個(gè)模塊52的能量存儲(chǔ)裝置56到鏈?zhǔn)芥溌忿D(zhuǎn)換器中而跨鏈?zhǔn)芥溌忿D(zhuǎn)換器的組合電壓的積聚，該組合電壓高于從其個(gè)別模塊52的每個(gè)可用的電壓。按照這種方式，每個(gè)模塊52中的每個(gè)模塊開關(guān)54的切換使鏈?zhǔn)芥溌忿D(zhuǎn)換器提供階躍可變電壓源，其準(zhǔn)許使用階躍近似跨鏈?zhǔn)芥溌忿D(zhuǎn)換器的電壓波形的生成。因此，每個(gè)鏈?zhǔn)芥溌忿D(zhuǎn)換器能夠提供大范圍的復(fù)合電壓波形。

每個(gè)分支中的輔助子轉(zhuǎn)換器38和電氣塊的并聯(lián)連接準(zhǔn)許輔助子轉(zhuǎn)換器38選擇地充當(dāng)電壓波形合成器，以便合成電壓來修改H橋接器的DC側(cè)處的DC側(cè)電流。另外，輔助子轉(zhuǎn)換器38和電氣塊的并聯(lián)連接準(zhǔn)許輔助子轉(zhuǎn)換器38的以下操作:支持出現(xiàn)于DC端子32、34兩端的DC網(wǎng)絡(luò)58的DC電壓的部分。

每個(gè)分支中的第三子轉(zhuǎn)換器39和H橋接器的串聯(lián)連接準(zhǔn)許第三子轉(zhuǎn)換器39選擇地充當(dāng)電壓波形合成器，以便合成電壓來修改H橋接器的DC側(cè)處的DC側(cè)電流。

設(shè)想在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，每個(gè)輔助子轉(zhuǎn)換器的配置可變化，只要每個(gè)輔助子轉(zhuǎn)換器能夠選擇地充當(dāng)電壓波形合成器，以便合成電壓來修改H橋接器的DC側(cè)處的DC側(cè)電流，以及每個(gè)第三子轉(zhuǎn)換器的配置可變化，只要每個(gè)第三子轉(zhuǎn)換器能夠選擇地充當(dāng)電壓波形合成器，以便合成電壓來修改H橋接器的DC側(cè)處的DC側(cè)電流。例如，每個(gè)輔助子轉(zhuǎn)換器可以是多電平轉(zhuǎn)換器，和/或每個(gè)第三子轉(zhuǎn)換器可以是多電平轉(zhuǎn)換器。

第一電壓源轉(zhuǎn)換器30還包含控制器60，其配置成操作輔助和第三子轉(zhuǎn)換器38、39。

第一電壓源轉(zhuǎn)換器30的操作關(guān)于圖2至圖10描述如下。

在使用中，如圖2所示，串聯(lián)連接切換元件40的并聯(lián)連接集合可切換以互連AC和DC端子42、32、34，以促進(jìn)AC與DC網(wǎng)絡(luò)50、58之間的功率的傳遞。

串聯(lián)連接切換元件40的并聯(lián)連接集合在跨H橋接器的零電壓來切換，以提供低開關(guān)損耗。零電壓經(jīng)過控制器60施加于H橋接器兩端，該控制器60操作輔助和第三子轉(zhuǎn)換器38、39以選擇地將相應(yīng)輸出電壓減小為零，以便使H橋接器的DC側(cè)處的DC電壓為最小。這不僅準(zhǔn)許在跨H橋接器的零電壓來切換串聯(lián)連接切換元件40的并聯(lián)連接集合以提供低開關(guān)損耗，而且還消除對(duì)于用來使H橋接器的DC側(cè)處的DC電壓為最小的附加硬件的需要。

切換串聯(lián)連接切換元件40的并聯(lián)連接集合以促進(jìn)AC與DC網(wǎng)絡(luò)50、58之間的功率的傳遞要求電流從第一對(duì)角切換對(duì)換向到第二對(duì)角切換對(duì)以及反之亦然。取決于H橋接器的AC側(cè)處的AC側(cè)電流的方向，在電流從第一對(duì)角切換對(duì)到第二對(duì)角切換對(duì)(并且反之亦然)的換向期間，要求電流從上二極管換向到切換元件40的相同集合的下IGBT或者從上IGBT換向到切換元件40的相同集合的下二極管。

為了本說明書的目的，關(guān)于電流從第一對(duì)角切換對(duì)到第二對(duì)角切換對(duì)的換向來描述用來執(zhí)行電流的換向的第一電壓源轉(zhuǎn)換器30的操作。將領(lǐng)會(huì)，用來執(zhí)行電流從第一對(duì)角切換對(duì)到第二對(duì)角切換對(duì)的換向的第一電壓源轉(zhuǎn)換器30的所述操作已作必要修正應(yīng)用于用來執(zhí)行電流從第二對(duì)角切換對(duì)到第一對(duì)角切換對(duì)的換向的第一電壓源轉(zhuǎn)換器30的操作。

如圖3所圖示，串聯(lián)連接切換元件40的并聯(lián)連接集合的切換在H橋接器的DC側(cè)上的DC側(cè)電感62(其由輔助和第三子轉(zhuǎn)換器38、39的模塊52以及用來將H橋接器連接到輔助和第三子轉(zhuǎn)換器38、39的匯流條來貢獻(xiàn))存在的情況下以及在AC側(cè)電感64(其由H橋接器的AC側(cè)上的變壓器繞組44、46和其他網(wǎng)絡(luò)電感阻抗來貢獻(xiàn))存在的情況下執(zhí)行。

在串聯(lián)連接切換元件40的并聯(lián)連接集合被切換以準(zhǔn)許電流從上二極管傳遞到切換元件40的相同集合的下IGBT時(shí)，控制器60在第一換向操作中操作輔助子轉(zhuǎn)換器38選擇地合成正驅(qū)動(dòng)換向電壓66，以便將H橋接器的DC側(cè)處的DC側(cè)電流驅(qū)動(dòng)68為零，并且然后將它驅(qū)動(dòng)為等于H橋接器的AC側(cè)處的AC側(cè)電流的負(fù)值，如圖4所示。驅(qū)動(dòng)換向電壓66行動(dòng)以反向偏置上二極管。一旦DC側(cè)電流的方向反向，則它能夠在下IGBT中安全地流動(dòng)。換言之，驅(qū)動(dòng)換向電壓66的合成使DC側(cè)電流與AC側(cè)電流之間的幅度和方向中的任何差為最小，因而實(shí)現(xiàn)電流從上二極管到切換元件40的相同集合的下IGBT的換向。

在沒有驅(qū)動(dòng)換向電壓66的情況下，第一和第二對(duì)角切換對(duì)的切換不足以將電流從第一對(duì)角切換對(duì)傳遞到第二對(duì)角切換對(duì)，如圖5所示。

圖4中，第三子轉(zhuǎn)換器39描繪為在由輔助子轉(zhuǎn)換器38對(duì)正驅(qū)動(dòng)換向電壓66的合成期間提供跨其中的零電壓。設(shè)想正驅(qū)動(dòng)換向電壓66可由第三子轉(zhuǎn)換器39而不是輔助子轉(zhuǎn)換器38來合成。

圖4所示的第一換向操作有利地防止以AC側(cè)和DC側(cè)電流的幅度和方向的不同等級(jí)的相互串聯(lián)AC和DC側(cè)電感64、62的直接串聯(lián)連接(這將會(huì)導(dǎo)致用來均衡AC側(cè)和DC側(cè)電流所要求的電流中的突然變化)。電流中的突然變化在AC與DC側(cè)電感64、62之間形成公共串聯(lián)電流通路時(shí)又將會(huì)固有地引起大(和潛在破壞)電壓瞬變。

在串聯(lián)連接切換元件40的并聯(lián)連接集合被切換以準(zhǔn)許電流從上IGBT傳遞到切換元件40的相同集合的下二極管時(shí)，H橋接器電流最初在第一對(duì)角切換對(duì)的IGBT中流動(dòng)，如圖6所示。因此，在第一對(duì)角切換對(duì)的IGBT關(guān)斷時(shí)，電流突然中斷，并且必須在第二對(duì)角切換對(duì)的IGBT中流動(dòng)，因?yàn)椴淮嬖诳捎玫钠渌m(xù)流二極管通路，因而導(dǎo)致突然的DC側(cè)電流反向。能夠看到，通過第一對(duì)角切換對(duì)的IGBT的強(qiáng)制關(guān)斷將電流從上IGBT換向到切換元件40的相同集合的下二極管是成問題的。

為了使電流安全并且可靠地從上IGBT換向到切換元件40的相同集合的下二極管，必須滿足下面幾點(diǎn)：

·AC側(cè)電流應(yīng)當(dāng)保持標(biāo)稱恒定；

·DC側(cè)電流應(yīng)當(dāng)被控制成反向并且等于AC側(cè)電流；

·AC側(cè)電流應(yīng)當(dāng)暫時(shí)包含在H橋接器內(nèi)；

·應(yīng)當(dāng)應(yīng)用相對(duì)DC網(wǎng)絡(luò)58的短路器；

·要求負(fù)驅(qū)動(dòng)換向電壓的合成。

第二換向操作關(guān)于圖7a和圖7b執(zhí)行如下。

如前面的一樣，零電壓經(jīng)過控制器60施加于H橋接器兩端，該控制器60操作輔助和第三子轉(zhuǎn)換器38、39以選擇地將其輸出電壓減小為零，以便使H橋接器的DC側(cè)處的DC電壓為最小。

切換元件40的并聯(lián)連接集合的所有IGBT切換到其通態(tài)，這導(dǎo)致AC和DC短路器的同時(shí)形成。AC短路器定義電流通路，其準(zhǔn)許H橋接器電流的至少部分在AC端子42之間流動(dòng)，并且旁路H橋接器的DC側(cè)。DC短路器定義電流通路，其準(zhǔn)許H橋接器電流的至少部分在H橋接器的DC側(cè)中流動(dòng)，并且旁路H橋接器的AC側(cè)。在這個(gè)方面，DC短路器的形成僅影響相應(yīng)分支，而不影響其他兩個(gè)分支。

控制器則操作第三子轉(zhuǎn)換器39以選擇地合成負(fù)驅(qū)動(dòng)換向電壓67，其依靠所有IGBT切換到其通態(tài)來直接施加到DC側(cè)電感62。

最初，DC側(cè)電流通過驅(qū)動(dòng)換向電壓來驅(qū)動(dòng)到500A，其中在第一對(duì)角切換對(duì)的IGBT中流動(dòng)的電流從1000A改變成750A，并且其中在第二對(duì)角切換對(duì)的IGBT中流動(dòng)的電流從0改變成250A。驅(qū)動(dòng)換向電壓繼續(xù)減小DC側(cè)電流，直至它減小為零。此后，驅(qū)動(dòng)換向電壓行動(dòng)以使DC側(cè)電流反向，并且然后將DC側(cè)電流驅(qū)動(dòng)為等于AC側(cè)電流的負(fù)值，由此將電流從上IGBT換向到切換元件40的相同集合的下二極管，并且由此完成從第一對(duì)角切換對(duì)到第二對(duì)角切換對(duì)的電流換向。

一旦換向操作完成，第一對(duì)角切換對(duì)的IGBT能夠以零電流切斷(即，軟切換)，以及第三子轉(zhuǎn)換器39的模塊52能夠按照其旁路模式來配置，即，第三子轉(zhuǎn)換器39的每個(gè)模塊52配置成提供零電壓，直到要求它們提供電壓源。

AC和DC短路器按照這種方式的形成幫助防止DC側(cè)電流反向(其將會(huì)以別的方式在第一和第二對(duì)角切換對(duì)的每個(gè)切換時(shí)刻導(dǎo)致大電壓瞬變)的發(fā)生。否則，大電壓瞬變的發(fā)生可引起轉(zhuǎn)換器破壞和電磁干擾問題，這對(duì)于其中第一和第二對(duì)角切換對(duì)的切換連續(xù)并且重復(fù)發(fā)生的實(shí)際轉(zhuǎn)換器站是不可接受的。因此，用來形成AC和DC短路器的能力增強(qiáng)第一電壓源轉(zhuǎn)換器30用來安全并且可靠地執(zhí)行換向操作的能力。

執(zhí)行第三換向操作，以執(zhí)行電流從上二極管到下IGBT的換向，如圖8a和圖8b所示。第三換向操作與第二換向操作相同，除了控制器60操作輔助子轉(zhuǎn)換器38(如圖8a和圖8b所示)以選擇地合成正驅(qū)動(dòng)換向電壓66，以便將DC側(cè)電流驅(qū)動(dòng)為零，并且然后將它驅(qū)動(dòng)為等于AC側(cè)電流的負(fù)值，以及由此執(zhí)行電流從上二極管到切換元件40的相同集合的下IGBT的換向。與第一換向操作類似，設(shè)想,可操作第三子轉(zhuǎn)換器39而不是輔助子轉(zhuǎn)換器38來合成正驅(qū)動(dòng)換向電壓66。

設(shè)想在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，輔助子轉(zhuǎn)換器38可配置成包含至少一個(gè)模塊，其可操作以選擇地提供雙向電壓源。例如，輔助子轉(zhuǎn)換器38的至少一個(gè)模塊可包含兩對(duì)模塊開關(guān)，其按照全橋布置與能量存儲(chǔ)裝置并聯(lián)連接，以定義能夠提供負(fù)、零或正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。將輔助子轉(zhuǎn)換器38的至少一個(gè)模塊配置成可操作以選擇地提供電壓源使輔助子轉(zhuǎn)換器38能夠合成負(fù)驅(qū)動(dòng)換向電壓67。

圖1a的第一電壓源轉(zhuǎn)換器30中的控制器60的提供實(shí)現(xiàn)輔助和第三子轉(zhuǎn)換器38、39任一個(gè)或兩者的如下的操作:在對(duì)第一與第二對(duì)角切換對(duì)之間的電流進(jìn)行換向時(shí)消除AC與DC側(cè)電流之間的幅度和方向中的任何差，并且由此實(shí)現(xiàn)第一和第二對(duì)角切換對(duì)的安全電流切換。這不僅防止在AC與DC側(cè)電感64、62之間形成公共串聯(lián)電流通路時(shí)的大電壓瞬變的發(fā)生，而且還消除了用來在H橋接器的DC側(cè)處連接大高壓換向電容器的需要，因而改進(jìn)換向操作的可靠性，并且提供第一電壓源轉(zhuǎn)換器30的成本、大小和重量方面的節(jié)省。

可選地，控制器60可配置成操作輔助和第三子轉(zhuǎn)換器38、39的任一個(gè)或兩者來合成驅(qū)動(dòng)換向電壓，以修改DC側(cè)電流，以便使DC側(cè)電流與AC側(cè)電流之間的幅度和方向中的任何差為最小而不是消除。這意味著，DC側(cè)與AC側(cè)電流之間的幅度中的任何差將會(huì)減小為接近零值而不為零。

圖1a的第一電壓源轉(zhuǎn)換器30的配置使AC和DC側(cè)功率質(zhì)量的影響為最小。

首先，在上述第二和第三換向操作期間，AC和DC短路器的形成導(dǎo)致零電壓出現(xiàn)在AC端子42處。在VSC的正常操作中，操作H橋接器和子轉(zhuǎn)換器38、39，以便在AC端子42處生成正弦AC電壓的階躍近似。階躍近似意味著，AC端子42處的AC電壓將具有自然有限零交叉周期70，如圖9所示。因此，控制器60可配置成操作輔助和第三子轉(zhuǎn)換器38、39的任一個(gè)或兩者，以便在AC端子42處的AC電壓的每個(gè)零交叉周期70期間選擇地執(zhí)行電流從第一和第二對(duì)角切換對(duì)中的一個(gè)到第一和第二對(duì)角切換對(duì)的另一個(gè)的換向。這防止換向操作顯著的修改AC端子42處的AC電壓，因而保持AC端子42處的高質(zhì)量AC電壓，并且由此使換向操作對(duì)AC側(cè)功率質(zhì)量可能具有的任何不利影響為最小(或消除)。

其次，第三子轉(zhuǎn)換器39和H橋接器的串聯(lián)連接準(zhǔn)許第三子轉(zhuǎn)換器39而不是輔助子轉(zhuǎn)換器38的如下的操作:以出現(xiàn)于DC端子32、34兩端的DC網(wǎng)絡(luò)58的DC電壓的最小影響合成驅(qū)動(dòng)換向電壓，因而保持跨DC端子32、34的高質(zhì)量DC電壓，并且由此使換向操作對(duì)DC側(cè)功率質(zhì)量可能具有的任何不利影響為最小(或者消除)。

在第二和第三換向操作的每個(gè)的期間，AC和DC側(cè)電流的幅度和方向在一個(gè)階段將相等。這時(shí)，AC短路器能夠通過關(guān)斷IGBT的兩個(gè)被去除。這些IGBT的關(guān)斷的定時(shí)對(duì)確保第一與第二對(duì)角切換對(duì)之間的電流的正確換向是關(guān)鍵的。

在第二換向操作中，如果相關(guān)IGBT在AC側(cè)和DC側(cè)電流的幅度相等之前關(guān)斷，則這些IGBT將以流經(jīng)其中的有限電流來關(guān)斷，如圖10所示。這將導(dǎo)致通過在AC和DC側(cè)電感64、62串聯(lián)連接時(shí)它們中流動(dòng)的電流中的差所創(chuàng)建的固有電壓瞬變。因此，相關(guān)IGBT可在DC側(cè)電流的幅度已超過AC側(cè)電流之后關(guān)斷，以防止固有電壓瞬變的創(chuàng)建。

另一方面，在第二換向操作中，如果相關(guān)IGBT在DC側(cè)電流的幅度已超過AC側(cè)電流之后關(guān)斷，則每個(gè)關(guān)斷IGBT中的電流將傳遞到對(duì)應(yīng)反并聯(lián)二極管，如圖10所示。這意味著，相關(guān)IGBT的關(guān)斷將對(duì)H橋接器中的電流沒有直接影響。在這些情況下，通過操作輔助和第三子轉(zhuǎn)換器38、39的任一個(gè)或兩者來提供電壓來在電流從關(guān)斷IGBT到反并聯(lián)二極管的傳遞之后將反并聯(lián)二極管中的電流驅(qū)動(dòng)為零，反并聯(lián)二極管能夠以零電流安全地關(guān)斷，如圖10所示。這種電壓也能夠在輔助和第三子轉(zhuǎn)換器38、39的任一個(gè)或兩者構(gòu)成H橋接器的DC側(cè)處的整流正弦電壓的正常過程中提供。

按照這種方式，控制器配置成控制第一和第二對(duì)角切換對(duì)的切換的定時(shí)，以便在驅(qū)動(dòng)換向電壓的合成期間準(zhǔn)許電流從IGBT到相同切換元件40的反并聯(lián)二極管的傳遞。這確保在關(guān)斷之前沒有有限電流在IGBT中流動(dòng)，因而使開關(guān)損耗為最小。

在第三換向操作中，如果相關(guān)IGBT在DC側(cè)電流的幅度已超過AC側(cè)電流之后關(guān)斷，則對(duì)應(yīng)反并聯(lián)二極管中的電流將在相關(guān)IGBT關(guān)斷之前已傳遞到相應(yīng)IGBT。因此，這些IGBT將以流經(jīng)其中的有限電流關(guān)斷，因而導(dǎo)致早先所述的固有電壓瞬變。為了防止固有電壓瞬變的創(chuàng)建，控制器60配置成在AC側(cè)和DC側(cè)電流的幅度和方向變?yōu)橄嗟戎瓣P(guān)斷相關(guān)IGBT。

按照這種方式，控制器配置成控制第一和第二對(duì)角切換對(duì)的切換的定時(shí)，以便在驅(qū)動(dòng)換向電壓的合成期間防止電流從反并聯(lián)二極管到相同切換元件40的IGBT的傳遞。這防止IGBT以有限電流來切換。

按照本發(fā)明的第二實(shí)施例的第二電壓源轉(zhuǎn)換器130在圖11中示出。第二電壓源轉(zhuǎn)換器130的結(jié)構(gòu)和操作與圖1a的第一電壓源轉(zhuǎn)換器30類似，并且相似特征共用相同參考數(shù)字。

第二電壓源轉(zhuǎn)換器130與第一電壓源轉(zhuǎn)換器30不同之處在于，第二電壓源轉(zhuǎn)換器130的每個(gè)相位元件36省略了相應(yīng)第三子轉(zhuǎn)換器39。

如早先所提及，為了使輔助子轉(zhuǎn)換器38能夠合成負(fù)驅(qū)動(dòng)換向電壓67，輔助子轉(zhuǎn)換器38可配置成包含至少一個(gè)模塊，其可操作以便選擇地提供雙向電壓源。

按照本發(fā)明的第三實(shí)施例提供一種第三電壓源轉(zhuǎn)換器。第三電壓源轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)和操作與圖1a的第一電壓源轉(zhuǎn)換器30類似，并且相似特征共用相同參考數(shù)字。

第三電壓源轉(zhuǎn)換器與第一電壓源轉(zhuǎn)換器30不同之處在于，每個(gè)切換元件40包含多個(gè)第一IGB 72，其與多個(gè)第二IGBT 74反串聯(lián)連接，以便為H橋接器提供正向和反向電壓能力，如圖12所示。每個(gè)IGBT 72、74與采取單個(gè)二極管形式的反并聯(lián)無源電流校驗(yàn)元件并聯(lián)連接。

第一IGBT 72的數(shù)量選擇為高于第二IGBT 74的數(shù)量，以便為H橋接器提供不對(duì)稱正向和反向電壓能力。在所示實(shí)施例中，H橋接器的正向電壓能力高于H橋接器的反向電壓能力。所要求的反向電壓能力的等級(jí)(并且因此第二IGBT 74的數(shù)量)通過換向操作的要求來確定。

關(guān)于早先所述的第一換向操作，控制器60操作輔助子轉(zhuǎn)換器38來合成正驅(qū)動(dòng)換向電壓66，以實(shí)現(xiàn)電流從上二極管到切換元件40的相同集合的下IGBT的軟換向。電流從上IGBT到切換元件40的相同集合的下二極管的類似軟換向要求用來合成負(fù)驅(qū)動(dòng)換向電壓67的第三子轉(zhuǎn)換器39的操作。但是，第一電壓源轉(zhuǎn)換器30的H橋接器的配置意味著，切換元件40不能支持負(fù)驅(qū)動(dòng)換向電壓67，因?yàn)閷⑵仁狗床⒙?lián)二極管進(jìn)行未控制傳導(dǎo)。

將切換元件40配置成為H橋接器提供正向和反向電壓能力準(zhǔn)許第三電壓源轉(zhuǎn)換器的如下的操作:可靠地執(zhí)行電流不僅從上二極管到切換元件40的相同集合的下IGBT的換向而且還從上IGBT到切換元件40的相同集合的下二極管的換向，其后者描述如下。

在換向操作之前，操作輔助子轉(zhuǎn)換器38，以便注入正電壓階躍76，其穿過偏移整流正弦。正電壓階躍的注入意味著，與第二IGBT 74對(duì)應(yīng)的反并聯(lián)二極管被正向偏置，并且由此不能夠支持任何電壓，如圖13a所示。同時(shí)，第二IGBT 74接通，使得每個(gè)第二IGBT二極管對(duì)形成傳導(dǎo)AC開關(guān)，以及切換元件40的兩個(gè)的第一IGBT 72關(guān)斷，以允許其對(duì)應(yīng)二極管支持電壓。

在要求從上IGBT到切換元件40的相同集合的下二極管的換向時(shí)，控制器60操作第三子轉(zhuǎn)換器39，以合成負(fù)驅(qū)動(dòng)換向電壓67。在這個(gè)階段，控制器60在負(fù)驅(qū)動(dòng)換向電壓67的合成期間切換切換元件40，以便配置電氣旁路中的每個(gè)第一IGBT 72，并且關(guān)斷切換元件40的兩個(gè)的第二IGBT 74，以允許其對(duì)應(yīng)二極管支持電壓，如圖13a所示。同時(shí)，與第一IGBT 72對(duì)應(yīng)的反并聯(lián)二極管被正向偏置，并且不能支持負(fù)驅(qū)動(dòng)換向電壓67。

圖13b圖示通過負(fù)驅(qū)動(dòng)換向電壓67對(duì)DC側(cè)電流的修改，以便使DC側(cè)電流與AC側(cè)電流之間的幅度和方向中的任何差為最小。在DC側(cè)電流達(dá)到零時(shí)，與關(guān)斷的第二IGBT 74對(duì)應(yīng)的二極管自然關(guān)斷，以及關(guān)斷的第二IGBT二極管對(duì)在其斷態(tài)操作，以支持負(fù)驅(qū)動(dòng)換向電壓67。此后，第三電壓源轉(zhuǎn)換器配置成回復(fù)到其換向前操作配置，其中操作輔助子轉(zhuǎn)換器38以注入穿過偏移整流正弦的正電壓階躍，與第二IGBT 74對(duì)應(yīng)的反并聯(lián)二極管被正向偏置，并且由此不能支持任何電壓,接通第二IGBT 74,使得每個(gè)第二IGBT二極管對(duì)形成傳導(dǎo)AC開關(guān)，以及切換元件40的兩個(gè)的第一IGBT 72關(guān)斷，以允許其對(duì)應(yīng)二極管支持電壓。

相比之下，在電壓源轉(zhuǎn)換器中具有單向電壓能力(即，H橋接器不能支持正向和反向兩種電壓)的H橋接器的使用意味著，這種電壓源轉(zhuǎn)換器能夠僅對(duì)一個(gè)AC側(cè)電流方向而不是兩個(gè)方向可靠地執(zhí)行電流從第一和第二對(duì)角切換對(duì)中的一個(gè)到第一和第二對(duì)角切換對(duì)的另一個(gè)的換向，因而限制這種電壓源轉(zhuǎn)換器的電流換向能力。

第一和第二IGBT 72、74的相應(yīng)數(shù)量可變化，以便為H橋接器提供正向和反向電壓能力的范圍。按照這種方式配置H橋接器準(zhǔn)許第三電壓源轉(zhuǎn)換器中的IGBT 72、74的數(shù)量的優(yōu)化，同時(shí)滿足換向操作的要求。

在所示實(shí)施例中，每個(gè)相位元件36的AC端子連接到三相AC網(wǎng)絡(luò)50的相應(yīng)相。設(shè)想在其他實(shí)施例中，電壓源轉(zhuǎn)換器中的分支的數(shù)量可隨多相AC網(wǎng)絡(luò)的相數(shù)而變化，以及每個(gè)相位元件的AC端子可連接到多相相位AC網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)相。設(shè)想在其他實(shí)施例中，電壓源轉(zhuǎn)換器可包含單個(gè)分支，以及每個(gè)相位元件的AC端子可連接到單相AC網(wǎng)絡(luò)。