本發(fā)明涉及電流流動控制器和電流流動控制電路。

dc電網(wǎng)可以包括：電源，諸如電池（其經(jīng)由一個或更多電流運載導(dǎo)體而與負(fù)載連接），或多個電源（它們使用電流運載導(dǎo)體的網(wǎng)絡(luò)來與多個負(fù)載連接）。

dc電網(wǎng)的示例是一種dc電力網(wǎng)，其要求hvdc變換器的多端子互連，由此，能夠在使用電連接在一起的兩個或更多hvdc變換器的dc側(cè)交換電力。每個hvdc變換器充當(dāng)源或匯點（sink）以在按照要求而交換電力的同時，維持dc電力網(wǎng)的總體輸入輸出電力的平衡。dc電網(wǎng)依賴于dc輸電線或電纜的網(wǎng)絡(luò)而實現(xiàn)hvdc變換器的多端子互連。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種電流流動控制器，該電流流動控制器包含：

第一和第二端子，在使用中分別可操作地連接到第一dc輸電介質(zhì)和第二dc輸電介質(zhì)；

第三端子，在使用中可操作地連接到電元件（例如，經(jīng)由第三dc輸電介質(zhì)），第三端子電連接到第一和第二端子中的每個；

主切換元件，主切換元件在第一和第三端子之間操作地連接，主切換元件可切換成打開，以許可第三端子與第一端子之間電流的流動，并且，可切換成關(guān)閉，以抑制第三端子與第一端子之間電流的流動；

電流流動控制模塊，在第一和第二端子之間延伸，電流流動控制模塊包括至少一個輔助切換元件和至少一個能量存儲裝置，該或每個輔助切換元件和該或每個能量存儲裝置組合，以選擇性地提供電壓源，該或每個輔助切換元件可切換，以選擇性地將該或每個能量存儲裝置切入和切出第一端子與第二端子之間的電路；以及

控制單元，配置成控制能量傳遞模式中主切換元件和輔助切換元件的切換，

其中，控制單元在能量傳遞模式中關(guān)閉主切換元件，并且，將該或每個能量存儲裝置切入第一端子與第二端子之間的電路，以在使用中將電壓降注入第一dc輸電介質(zhì)，以便經(jīng)由電流流動控制模塊將能量從dc輸電介質(zhì)中的一個轉(zhuǎn)移至dc輸電介質(zhì)中的另一個中，且因此實行每個dc輸電介質(zhì)中電流流動的調(diào)節(jié)。

dc輸電介質(zhì)可以是能夠在兩個或更多電元件之間傳輸電力的任何介質(zhì)。這樣的介質(zhì)可以是但不限于潛艇dc輸電電纜、高架dc輸電線或電纜以及地下dc輸電電纜。這樣的電元件可以是但不限于dc電源、負(fù)載、dc電力網(wǎng)的dc端子或dc電網(wǎng)。

在通過第一和第二dc輸電介質(zhì)而傳輸電力期間，由于例如dc輸電介質(zhì)之間的導(dǎo)體阻抗的變化而導(dǎo)致，第一和第二dc輸電介質(zhì)中的一個相比第一和第二dc輸電介質(zhì)中的另一個可以運載更高的電流。

在電流流動控制器中對至少一個電壓源的包括許可第一和第二dc輸電介質(zhì)中的任一個的電壓降的注入。將電壓降注入所選擇的dc輸電介質(zhì)造成正電阻效應(yīng)或負(fù)電阻效應(yīng)，在正電阻效應(yīng)中，電壓降抵抗，且因此減小該dc輸電介質(zhì)中的電流流動，在負(fù)電阻效應(yīng)中，電壓降有助于該dc輸電介質(zhì)中的電流流動的增大。

另外，經(jīng)由電流流動控制模塊而實現(xiàn)的第一和第二端子的互連允許調(diào)節(jié)每個dc輸電介質(zhì)中的電流流動，以同時地減小第一和第二dc輸電介質(zhì)中的一個中的電流的流動且增大第一和第二dc輸電介質(zhì)中的另一個中的電流的流動。此外，經(jīng)由電流流動控制模塊而實現(xiàn)的第一和第二端子的互連許可經(jīng)由電流流動控制模塊將能量在第一和第二dc輸電介質(zhì)之間傳遞。因而，在如上所述的第一和第二dc輸電介質(zhì)中電流流動的調(diào)節(jié)期間，將能量從正在經(jīng)歷電流流動的減小的dc輸電介質(zhì)去除，并且，經(jīng)由電流流動控制模塊而將該能量轉(zhuǎn)移至正在經(jīng)歷電流流動的增大的另一個dc輸電介質(zhì)中。

而且，如上所述的根據(jù)本發(fā)明的電流流動控制器的組件的配置導(dǎo)致相比配置成將電壓降注入dc輸電介質(zhì)中的每個（以便經(jīng)由電流流動控制模塊將能量從dc輸電介質(zhì)中的一個轉(zhuǎn)移至dc輸電介質(zhì)中的另一個中且因此實行每個dc輸電介質(zhì)中電流流動的調(diào)節(jié)）的電流流動控制器要求更少切換元件的更小、更簡單且更劃算的電流流動控制器。

在本發(fā)明的實施例中，電流流動控制器可以包括第一和第二主切換元件，第一主切換元件在第一和第三端子之間操作地連接，第二主切換元件在第二端子與第三端子之間操作地連接，每個主切換元件可切換成打開，以許可第三端子與第一和第二端子中的對應(yīng)的一個之間電流的流動，并且，可切換成關(guān)閉，以抑制第三端子與第一和第二端子中的對應(yīng)的一個之間電流的流動。在這樣的實施例中，控制單元在能量傳遞模式中可以關(guān)閉主切換元件中的一個，打開主切換元件中的另一個，并且將該或每個能量存儲裝置切入第一端子與第二端子之間的電路，以在使用中將電壓降注入dc輸電介質(zhì)中的一個，以便經(jīng)由電流流動控制模塊將能量從dc輸電介質(zhì)中的一個轉(zhuǎn)移至dc輸電介質(zhì)中的另一個中，且因此實行每個dc輸電介質(zhì)中電流流動的調(diào)節(jié)。

在電流流動控制器中包括第一和第二主切換元件增大了主切換元件和輔助切換元件的配置的數(shù)量，這允許電流流動控制器執(zhí)行上面提到的能量轉(zhuǎn)移和電流流動調(diào)節(jié)操作，因而增強電流流動控制器的可靠性。

根據(jù)本發(fā)明的電流流動控制器可以配置成形成能夠?qū)嵭卸嘤趦蓚€（例如，三個、四個、五個等）dc輸電介質(zhì)中電流流動的調(diào)節(jié)的多端口電流流動控制器。

例如，在本發(fā)明的進(jìn)一步實施例中，電流流動控制器可以進(jìn)一步包括：至少一個附加端子，在使用中可操作地連接到附加dc輸電介質(zhì)；第三端子，電連接到該或每個附加端子。電流流動控制模塊可以在第一端子、第二端子以及附加端子之間延伸，該或每個輔助切換元件可切換，以選擇性地將該或每個能量存儲裝置切入和切出第一端子、第二端子以及附加端子之間的電路?？刂茊卧谀芰總鬟f模式中可關(guān)閉將主切換元件，并且將該或每個能量存儲裝置切入第一端子、第二端子以及附加端子之間的電路，以在使用中將電壓降注入第一dc輸電介質(zhì)，以便經(jīng)由電流流動控制模塊將能量從dc輸電介質(zhì)中的至少一個轉(zhuǎn)移至dc輸電介質(zhì)中的至少另一個中，且因此實行每個dc輸電介質(zhì)中電流流動的調(diào)節(jié)。

在這樣的實施例中，電流流動控制器可以包括至少一個附加主切換元件，該或每個附加主切換元件在第三端子與對應(yīng)的附加端子之間操作地連接，該或每個附加主切換元件可切換成打開，以許可第三端子與對應(yīng)的附加端子之間電流的流動，并且可切換成關(guān)閉，以抑制第三端子與對應(yīng)的附加端子之間電流的流動?？刂茊卧谀芰總鬟f模式中可以關(guān)閉主切換元件中的至少一個，打開主切換元件中的至少另一個，并且將該或每個能量存儲裝置切入第一端子、第二端子以及附加端子中的至少兩個之間的電路，以在使用中將電壓降注入dc輸電介質(zhì)中的至少一個，以便經(jīng)由電流流動控制模塊將能量從dc輸電介質(zhì)中的至少一個轉(zhuǎn)移至dc輸電介質(zhì)中的至少另一個中，且因此實行每個dc輸電介質(zhì)中電流流動的調(diào)節(jié)。

該或每個附加端子以及該或每個附加主切換元件的包括不僅允許電流流動控制器實行多于兩個dc輸電介質(zhì)中電流流動的調(diào)節(jié)，而且還進(jìn)一步增大主切換元件和輔助切換元件的配置的數(shù)量，這允許電流流動控制器執(zhí)行上面提到的能量轉(zhuǎn)移和電流流動調(diào)節(jié)操作，因而進(jìn)一步增強電流流動控制器的可靠性。

電流流動控制器可以處于持續(xù)操作，以實行dc輸電介質(zhì)中的電流流動的連續(xù)調(diào)節(jié)，或可以間歇地操作，以調(diào)節(jié)dc輸電介質(zhì)中的電流流動。

因此，根據(jù)本發(fā)明的電流流動控制器通過將電壓降注入第一dc輸電介質(zhì)或dc輸電介質(zhì)中的至少一個，以許可對dc輸電介質(zhì)中的每個中的電流流動的動態(tài)的選擇性的控制。這樣的對每個dc輸電介質(zhì)中的電流流動的控制是有利的，因為，可以在特定的操作范圍內(nèi)對每個dc輸電介質(zhì)中的電流流動進(jìn)行控制，以改進(jìn)dc輸電介質(zhì)的輸電性能。

通過將電壓降注入第一dc輸電介質(zhì)或dc輸電介質(zhì)中的至少一個從而修改dc輸電介質(zhì)中的電流流動的能力可以用于調(diào)節(jié)電流流動，以便使耗散損失最小化，并且，降低每個dc輸電介質(zhì)超過其熱額定值的風(fēng)險。優(yōu)選地，每個dc輸電介質(zhì)中電流流動的調(diào)節(jié)包括使dc輸電介質(zhì)中的電流的流動平衡。

另外，電流流動控制器的使用導(dǎo)致調(diào)節(jié)dc輸電介質(zhì)中的電流流動的節(jié)能的方式。這是因為，如上所述，每個dc輸電介質(zhì)中電流流動的調(diào)節(jié)期間的能量的轉(zhuǎn)移涉及將從一個dc輸電介質(zhì)去除的能量傳遞至另一dc輸電介質(zhì)。從而，這排除了對將能量添加至dc輸電介質(zhì)中的附加能源的需要和對當(dāng)增大或減小每個dc輸電介質(zhì)中的電流流動時存儲或耗散從dc輸電介質(zhì)去除的能量的諸如存儲電容器或耗散電阻器的附加能量匯點的需要。附加能源和匯點的使用將給所述多個dc輸電介質(zhì)增加相當(dāng)大的成本、尺寸和重量。此外，耗散電阻器的使用將不僅增大電流流動控制器中的耗散損失，而且還可能要求使用冷卻系統(tǒng)，這將增大電流流動控制器的總體復(fù)雜度。

此外，將電壓降注入dc輸電介質(zhì)中的方式意味著，僅可以要求能量存儲裝置具有低的電壓額定值，而不是與跨dc輸電介質(zhì)和地的電壓對應(yīng)的電壓額定值。

而且，電流流動控制器在每個dc輸電介質(zhì)中電流流動的調(diào)節(jié)中的使用可以獨立于每個dc輸電介質(zhì)的任一端的電元件的操作而實行。這消除針對電元件而重新設(shè)計控制程序的需要，以便適應(yīng)對每個dc輸電介質(zhì)中電流流動的調(diào)節(jié)的需要。

電壓降可以是可變的。電壓降也可以是正或負(fù)dc電壓降。

可變的電壓降的使用許可對經(jīng)歷可變的電流流動條件的每個dc輸電介質(zhì)中電流流動的調(diào)節(jié)。

可選地，每個dc輸電介質(zhì)中電流流動的調(diào)節(jié)可以包括對dc輸電介質(zhì)中的一個中的電流的流動進(jìn)行限制。進(jìn)一步可選地，每個dc輸電介質(zhì)中電流流動的調(diào)節(jié)可以包括將dc輸電介質(zhì)中的一個中的電流的流動減小至零。

為了實行電流流動調(diào)節(jié)任務(wù)，電流流動控制器可以布置成具有不同的配置，它們的一些示例如下。

在本發(fā)明的實施例中，該或每個輔助切換元件和該或每個能量存儲裝置可以組合，以選擇性地提供單向或雙向電壓源。

電流流動控制模塊可以是能夠僅在dc輸電介質(zhì)之間沿一個方向轉(zhuǎn)移能量的單向電流流動控制模塊。例如，在本發(fā)明的實施例中，該或每個輔助切換元件和該或每個能量存儲裝置可以組合，以選擇性地提供單向電壓源。

備選地，電流流動控制模塊可以是能夠在dc輸電介質(zhì)之間沿兩個方向轉(zhuǎn)移能量的雙向電流流動控制模塊。例如，在本發(fā)明的其它實施例中，該或每個輔助切換元件和該或每個能量存儲裝置可以組合，以選擇性地提供雙向電壓源。

當(dāng)對于一組電流流動條件，要求沿一個方向轉(zhuǎn)移能量，且對于另一組電流流動條件，要求沿另一個方向轉(zhuǎn)移能量時，雙向電流流動控制模塊是有用的。

當(dāng)該或每個輔助切換元件和該或每個能量存儲裝置組合而選擇性地提供雙向電壓源時，處于能量傳遞模式中時的控制單元可以配置成對主切換元件和輔助切換元件的切換進(jìn)行控制，以選擇性地對該或每個能量存儲裝置進(jìn)行充電和放電，且因此調(diào)節(jié)該或每個能量存儲裝置的能級。照此，電流流動控制模塊能夠?qū)⒃摶蛎總€能量存儲裝置的能級維持于優(yōu)選的操作水平下或優(yōu)選的操作范圍內(nèi)。這不僅允許電流流動控制模塊操作長達(dá)期望的時間，而且還排除對無論何時該或每個能量存儲裝置的能級偏離優(yōu)選的操作水平或操作范圍就對該或每個能量存儲裝置進(jìn)行充電和/或放電的附加裝備的需要。

在本發(fā)明的實施例中，電流流動控制模塊可以包括多個輔助切換元件，所述多個輔助切換元件和該或每個能量存儲裝置被連接在橋布置中，優(yōu)選地，在全橋或半橋布置中。

在本發(fā)明的這樣的實施例中，電流流動控制模塊可以包括多個輔助切換元件和能量存儲裝置，并且，所述多個輔助切換元件在全橋布置中與能量存儲裝置并聯(lián)連接，以定義4象限雙極模塊，該4象限雙極模塊能夠提供負(fù)電壓、零電壓或正電壓，并且能夠沿兩個方向傳導(dǎo)電流。

所述多個輔助切換元件可以包括第一和第二對輔助切換元件，并且，可以包括至少一附加對輔助切換元件，并且，每一對輔助切換元件可以在橋布置中與能量存儲裝置并聯(lián)連接。該附加對或每附加對輔助切換元件給電流流動控制模塊提供用于將該或每個能量存儲裝置切入和切出第一端子、第二端子以及附加端子之間的電路的部件。附加對的輔助切換元件的數(shù)量可以取決于電流流動控制器中的附加端子的數(shù)量而變化。

在本發(fā)明的其它這樣的實施例中，電流流動控制模塊可以包括多個輔助切換元件和能量存儲裝置，并且，所述多個輔助切換元件可以在半橋布置中與能量存儲裝置并聯(lián)連接，以定義4象限雙極模塊，該4象限雙極模塊能夠提供負(fù)電壓、零電壓或正電壓，并且能夠沿兩個方向傳導(dǎo)電流。在這樣的實施例中，電流流動控制模塊的4象限操作可以通過能量存儲裝置的輸出電壓的反轉(zhuǎn)而實行。

每個能量存儲裝置可以是例如能夠存儲和釋放其電能而提供電壓的電容器、燃料電池、電池或任何其它能量存儲裝置。

電流流動控制模塊的該或每個主切換元件和該或每個輔助切換元件可以是或可以包括半導(dǎo)體裝置，其例如是串聯(lián)或并聯(lián)連接的絕緣柵雙極晶體管、門極關(guān)斷晶閘管、場效應(yīng)晶體管、注入增強柵極晶體管、集成門極換向晶閘管或任何其它自換向半導(dǎo)體裝置。

一個或更多晶閘管在該或每個主切換元件中的使用給該或每個主切換元件提供穩(wěn)健性和低的傳導(dǎo)損失。另外，當(dāng)該或每個主切換元件包括至少一個強制換向切換裝置時，控制單元可以配置成對電流流動控制模塊的該或每個輔助切換元件的切換進(jìn)行控制，以執(zhí)行該或每個主切換元件中的該或每個強制換向切換裝置（例如，一個或更多晶閘管）的強制換向。

上文的半導(dǎo)體裝置可以例如各自與反并聯(lián)無源電流核對（currentcheck）元件并聯(lián)連接。無源電流核對元件是許可僅一個方向上的電流流動的任何裝置，例如，二極管。

該或每個主切換元件可以是雙向切換元件。

該或每個主切換元件可以配置成在其故障時即形成短路。該或每個主切換元件的這樣的配置確保該或每個主切換元件的故障不導(dǎo)致第一和第二dc輸電介質(zhì)中的任一個中的電流的中斷。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種電流流動控制電路，該電流流動控制電路包含：

第一和第二dc輸電介質(zhì)，用于到電元件或到相應(yīng)電元件的連接；和

根據(jù)任一前述權(quán)利要求的電流流動控制器，

其中，第一和第二端子分別在使用中與第一和第二dc輸電介質(zhì)操作地連接。

根據(jù)本發(fā)明的電流流動控制器和電流流動控制電路可應(yīng)用于要求經(jīng)由兩個或更多dc輸電介質(zhì)而在兩個電元件之間傳輸dc電力的低電壓、中等電壓和高電壓dc應(yīng)用。

根據(jù)本發(fā)明的電流流動控制器和電流流動控制電路可應(yīng)用于具有不同的數(shù)量的電元件和dc輸電介質(zhì)的不同的dc電路以及將電元件互連的不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的多個dc輸電介質(zhì)。這樣的dc電網(wǎng)可以是但不限于網(wǎng)連接式dc電力網(wǎng)或徑向連接式dc電力網(wǎng)。

現(xiàn)在，將參考附圖而通過非限制的示例來描述本發(fā)明的優(yōu)選的實施例，附圖中：

圖1以示意圖的形式示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的電流流動控制電路；

圖2以示意圖的形式示出圖1的電流流動控制電路的正常操作；

圖3至圖7以表格和示意圖的形式示出形成圖1的電流流動控制電路的一部分的電流流動控制器的能量傳遞模式中的主切換元件和輔助切換元件的四個狀態(tài)；

圖8和圖9以示意圖的形式示出圖1的電流流動控制電路的仿真模型；

圖10以曲線圖形式圖示在如圖2中所示出的電流流動控制電路的正常操作的期間，流動于圖1的電流流動控制電路中的電流；

圖11以曲線圖形式圖示當(dāng)使電流流動控制器在能量傳遞模式中操作時，流動于圖1的電流流動控制電路中的電流；

圖12以曲線圖形式圖示使電流流動控制器在能量傳遞模式中操作時的電流流動控制器的電流流動控制模塊的電容器的輸出電壓的改變；并且

圖13以示意圖的形式示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的電流流動控制電路。

在圖1中示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的電流流動控制電路。

電流流動控制電路包含第一和第二dc輸電線30、32和電流流動控制器34。

電流流動控制器包含第一、第二以及第三端子36、38、40、第一和第二主切換元件qs1、qs2、電流流動控制模塊42以及控制單元44。

第一dc輸電線30在一端與第一端子36操作地連接，并且，在另一端與第一電元件（未示出）操作地連接。第二dc輸電線32在一端與第二端子38操作地連接，并且，在另一端與第二電元件（未示出）操作地連接。第三端子40與第三電元件（未示出）操作地連接。在本說明書中的別處描述電元件的示例。

第三端子40進(jìn)一步與第一端子36和第二端子38中的每個電連接。更具體地，在所示出的實施例中，第一主切換元件qs1在第一端子36與第三端子40之間操作地連接，并且，第二主切換元件qs2在第二端子38與第三端子40之間操作地連接。

第一和第二主切換元件qs1、qs2中的每個采取包括一對反并聯(lián)連接的晶閘管t1、t2、t3、t4的雙向切換元件的形式。每個主切換元件qs1、qs2配置成在其故障時即形成短路，使得每個主切換元件qs1、qs2的故障不妨礙第三端子40與第一端子36和第二端子38中的對應(yīng)的一個之間電流的流動。

在使用中，第一主切換元件qs1可切換成打開，以許可第三端子40與第一端子36之間電流的流動，且可切換成關(guān)閉，以抑制第三端子40與第一端子36之間電流的流動，并且，第二主切換元件qs2可切換成打開，以許可第三端子40與第二端子38之間電流的流動，且可切換成關(guān)閉，以抑制第三端子40與第二端子38之間電流的流動。

設(shè)想到，在其它實施例中，每個雙向切換元件可以被另一類切換元件所替換，其示例在本說明書中的別處被描述。

電流流動控制模塊42在第一端子36與第二端子38之間延伸。在所示出的實施例中，電流流動控制模塊42包括多個輔助切換元件q1、q2、q3、q4和采取電容器c1的形式的能量存儲裝置。輔助切換元件q1、q2、q3、q4中的每個由采取絕緣柵雙極晶體管（igbt）的形式的半導(dǎo)體裝置構(gòu)成。輔助切換元件中的每個還包括與其并聯(lián)連接的反并聯(lián)二極管。

設(shè)想到，在其它實施例中，每個igbt可以被另一類切換元件所替換，其示例在本說明書中的別處被描述。還設(shè)想到，在其它實施例中，電容器可以被另一類能量存儲裝置所替換，其示例在本說明書中的別處被描述。

所述多個輔助切換元件q1、q2、q3、q4采取如下的兩對輔助切換元件q1、q2、q3、q4的形式：它們在全橋布置中與電容器c1并聯(lián)連接，以定義4象限雙極模塊42，4象限雙極模塊42能夠提供負(fù)電壓、零電壓或正電壓，并且能夠沿兩個方向傳導(dǎo)電流。

在使用中，電流流動控制模塊42的電容器c1通過改變輔助切換元件q1、q2、q3、q4的狀態(tài)，從而選擇性地切入第一端子與第二端子之間的電路和從該電路切出。

當(dāng)輔助切換元件q1、q2、q3、q4配置成形成繞開電容器c1的短路時，電容器c1從第一端子36與第二端子38之間的電路切出。這導(dǎo)致在第一端子36與第二端子38之間傳遞的電流經(jīng)過該短路且繞開電容器c1，且因此，以這種方式，電流流動控制模塊42注入跨第一端子36和第二端子38的零電壓降。

當(dāng)輔助切換元件q1、q2、q3、q4配置成允許流動于第一端子36與第二端子38之間的電流流入流出于電容器c1時，電容器c1切入第一端子36與第二端子38之間的電路。然后，電容器c1對所存儲的能量進(jìn)行充電或放電，以便提供跨第一端子36和第二端子38的非零電壓降。輔助切換元件q1、q2、q3、q4可以配置成將電容器c1沿向前的方向或相反的方向切入第一端子36與第二端子38之間的電路，以便注入跨第一端子36和第二端子38的正或負(fù)電壓降。

以這種方式，所述多個輔助切換元件q1、q2、q3、q4和電容器c1組合，以選擇性地提供電壓源，并且，所述多個輔助切換元件q1、q2、q3、q4可切換，以選擇性地將電容器c1切入第一端子36與第二端子38之間的電路和從該電路切出，以便提供跨第一端子36和第二端子38的電壓降。

設(shè)想到，在本發(fā)明的其它實施例中，在半橋布置中，所述多個輔助切換元件可以與電容器并聯(lián)連接，以定義4象限雙極模塊，該4象限雙極模塊能夠提供負(fù)電壓、零電壓或正電壓，并且能夠沿兩個方向傳導(dǎo)電流。在這樣的實施例中，可以通過電容器的輸出電壓的反轉(zhuǎn)而實行電流流動控制模塊的4象限操作。

控制單元44配置成對主切換元件qs1、qs2和輔助切換元件q1、q2、q3、q4的切換進(jìn)行控制，即，將主切換元件qs1、qs2和輔助切換元件q1、q2、q3、q4中的每個打開和關(guān)閉。

參考圖2至圖7，如下地描述電流流動控制器34的操作。

在電流流動控制電路的正常操作期間，如圖2中所示出的，電流i1、i2流動于第一dc傳輸線30和第二dc傳輸線32兩者中。控制單元44將第一主切換元件qs1和第二主切換元件qs2打開，以許可第三端子40與第一端子36和第二端子38中的每個之間電流的流動。同時，控制單元44切換輔助切換元件q1、q2、q3、q4，以抑制第一端子36與第二端子38之間電流的流動。

在通過第一dc輸電線30和第二dc輸電線32而傳輸電力期間，由于例如dc輸電線30、32之間的導(dǎo)體阻抗的變化而導(dǎo)致，第一dc輸電線30和第二dc輸電線32中的一個相比第一dc輸電線30和第二dc輸電線32中的另一個可以運載更高的電流。

第一dc輸電線30和第二dc輸電線32中的電流i1、i2的流動的平衡要求運載更高的電流的dc輸電線30、32中的電流i1、i2的流動的減小和另一個dc輸電線30、32中的電流i1、i2的流動的對應(yīng)的增大。將意識到，可以操作電流流動控制器34，以減小運載更高的電流的dc輸電線30、32中的電流i1、i2的流動，并且，增大另一個dc輸電線30、32中的電流i1、i2的流動，而未使第一dc輸電線30和第二dc輸電線32中的電流i1、i2的流動平衡。

為了實現(xiàn)前面提到的平衡，在能量傳遞模式中，控制單元44對主切換元件qs1、qs2和輔助切換元件q1、q2、q3、q4的切換進(jìn)行控制。更具體地，控制單元44在能量傳遞模式中將第一主切換元件qs1和第二主切換元件qs2中的一個關(guān)閉，將第一主切換元件qs1和第二主切換元件qs2中的另一個打開，并且，將電容器c1切入第一端子36與第二端子38之間的電路，以注入跨第一端子36和第二端子38的電壓降vd。采取這種方式的主切換元件qs1、qs2和輔助切換元件q1、q2、q3、q4的切換許可將電壓降vd注入第一dc輸電線30和第二dc輸電線32中的任一個中，以便經(jīng)由電流流動控制模塊42而將能量從第一dc輸電線30和第二dc輸電線32中的一個轉(zhuǎn)移至第一dc輸電線30和第二dc輸電線32中的另一個中。

將電壓降vd注入所選擇的dc輸電線30、32中造成正電阻效應(yīng)或負(fù)電阻效應(yīng)，在正電阻效應(yīng)中，電壓降vd抵抗，且因此減小該dc輸電線30、32中的電流流動，在負(fù)電阻效應(yīng)中，電壓降vd有助于該dc輸電線30、32中的電流流動的增大。

圖3以表格形式示出圖1的電流流動控制器34的能量傳遞模式中的主切換元件qs1、qs2和輔助切換元件q1、q2、q3、q4的四個狀態(tài)。

在能量傳遞模式中的主切換元件qs1、qs2和輔助切換元件q1、q2、q3、q4的第一狀態(tài)下（如圖4中所示），將第一主切換元件qs1關(guān)閉，將第二主切換元件qs2打開，并且，對輔助切換元件q1、q2、q3、q4進(jìn)行切換，以注入跨第一端子36和第二端子38的電壓降vd，且因此注入第一dc輸電線30中。這造成負(fù)電阻效應(yīng)，在負(fù)電阻效應(yīng)中，電壓降vd有助于第一dc輸電線30中的電流流動的增大。所以，第一dc輸電線30經(jīng)歷電流流動的增大，第二dc輸電線32經(jīng)歷電流流動的減小，并且，經(jīng)由電流流動控制模塊42而將能量從第二dc輸電線32轉(zhuǎn)移至第一dc輸電線30。同時，主切換元件qs1、qs2和輔助切換元件q1、q2、q3、q4的第一狀態(tài)導(dǎo)致電容器c1的放電。

在能量傳遞模式中的主切換元件qs1、qs2和輔助切換元件q1、q2、q3、q4的第二狀態(tài)下（如圖5中所示），將第一主切換元件qs1打開，將第二主切換元件qs2關(guān)閉，并且，對輔助切換元件q1、q2、q3、q4進(jìn)行切換，以注入跨第一端子36和第二端子38的電壓降vd，且因此注入第二dc傳輸線32中。這造成正電阻效應(yīng)，在正電阻效應(yīng)中，電壓降vd抵抗，且因此減小第二dc輸電線32中的電流流動。所以，第一dc輸電線30經(jīng)歷電流流動的增大，第二dc輸電線32經(jīng)歷電流流動的減小，并且，經(jīng)由電流流動控制模塊42而將能量從第二dc輸電線32轉(zhuǎn)移至第一dc輸電線30。同時，主切換元件qs1、qs2和輔助切換元件q1、q2、q3、q4的第二狀態(tài)導(dǎo)致電容器c1的充電。

能夠從上文的第一和第二狀態(tài)看出，處于能量傳遞模式中時的控制單元44能夠?qū)χ髑袚Q元件qs1、qs2和輔助切換元件q1、q2、q3、q4的切換進(jìn)行控制，從而在允許經(jīng)由電流流動控制模塊42而將能量從第二dc輸電線32轉(zhuǎn)移至第一dc輸電線30，且對第一dc輸電線30和第二dc輸電線32中的電流流動進(jìn)行調(diào)節(jié)的同時，選擇性地對電容器c1進(jìn)行充電和放電。這樣的選擇性的對電容器c1的充電和放電能夠用于調(diào)節(jié)電容器c1的能級，而不影響前面提到的能量轉(zhuǎn)移和電流調(diào)節(jié)操作。

在能量傳遞模式中的主切換元件qs1、qs2和輔助切換元件q1、q2、q3、q4的第三狀態(tài)下（如圖6中所示），將第一主切換元件qs1關(guān)閉，將第二主切換元件qs2打開，并且，對輔助切換元件q1、q2、q3、q4進(jìn)行切換，以注入跨第一端子36和第二端子38的電壓降vd，且因此注入第一dc傳輸線30中。這造成正電阻效應(yīng)，在正電阻效應(yīng)中，電壓降vd抵抗，且因此減小第一dc輸電線30中的電流流動。所以，第一dc輸電線30經(jīng)歷電流流動的減小，第二dc輸電線32經(jīng)歷電流流動的增大，并且，經(jīng)由電流流動控制模塊42而將能量從第一dc輸電線30轉(zhuǎn)移至第二dc輸電線32。同時，主切換元件qs1、qs2和輔助切換元件q1、q2、q3、q4的第三狀態(tài)導(dǎo)致電容器c1的充電。

在能量傳遞模式中的主切換元件qs1、qs2和輔助切換元件q1、q2、q3、q4的第四狀態(tài)下（如圖7中所示），將第一主切換元件qs1打開，將第二主切換元件qs2關(guān)閉，并且，對輔助切換元件q1、q2、q3、q4進(jìn)行切換，以注入跨第一和第二端子的電壓降vd，且因此注入第二dc傳輸線32中。這造成負(fù)電阻效應(yīng)，在負(fù)電阻效應(yīng)中，電壓降vd有助于第二dc輸電線32中的電流流動的增大。所以，第一dc輸電線30經(jīng)歷電流流動的減小，第二dc輸電線32經(jīng)歷電流流動的增大，并且，經(jīng)由電流流動控制模塊42而將能量從第一dc輸電線30轉(zhuǎn)移至第二dc輸電線32。同時，主切換元件qs1、qs2和輔助切換元件q1、q2、q3、q4的第四狀態(tài)導(dǎo)致電容器c1的放電。

類似地，能夠從上文的第三和第四狀態(tài)看出，處于能量傳遞模式中時的控制單元44能夠?qū)χ髑袚Q元件qs1、qs2和輔助切換元件q1、q2、q3、q4的切換進(jìn)行控制，從而在允許經(jīng)由電流流動控制模塊42而將能量從第一dc輸電線30轉(zhuǎn)移至第二dc輸電線32中，且對第一dc輸電線30和第二dc輸電線32中的電流流動進(jìn)行調(diào)節(jié)的同時，對電容器選擇性地進(jìn)行充電和放電。

通過將電壓降vd注入第一dc輸電線30和第二dc輸電線32中的任一個中從而修改第一dc輸電線30和第二dc輸電線32中的電流流動的能力可以用于調(diào)節(jié)電流流動，以便使耗散損失最小化，并且，降低每個dc輸電線30、32超過其熱額定值的風(fēng)險。

因此，圖1的電流流動控制器34許可通過將電壓降vd注入第一dc輸電線30和第二dc輸電線32中的任一個中，從而對第一dc輸電線30和第二dc輸電線32中的每個中的電流流動進(jìn)行動態(tài)的選擇性的控制。這樣的對每個dc輸電線30、32中的電流流動的控制是有利的，因為，可以在特定的操作范圍內(nèi)對每個dc輸電線30、32中的電流流動進(jìn)行控制，以改進(jìn)第一dc輸電線30和第二dc輸電線32的輸電性能。

圖1的電流流動控制器34的組件的配置導(dǎo)致更小、更簡單且更劃算的電流流動控制器34，電流流動控制器34相比配置成將電壓降注入dc輸電線30、32中的每個中（以便經(jīng)由電流流動控制模塊將能量從第一dc輸電線30和第二dc輸電線32中的一個轉(zhuǎn)移至第一dc輸電線30和第二dc輸電線32中的另一個中且因此實行每個dc輸電線30、32中電流流動的調(diào)節(jié)）的電流流動控制器要求更少的切換元件。

圖8和圖9以示意圖的形式示出圖1的電流流動控制電路的仿真模型。在仿真模型中，電流流動控制電路采取網(wǎng)狀dc電網(wǎng)的形式，第一電流i31從第一元件100流動至第一dc輸電線30中，第二電流i21從第二元件102流動至第二dc輸電線32中，并且，第三電流ls1從第三端子40流動至第三元件104。將第一元件100、第二元件102以及第三元件104中的每個建模為ac-dc變換器。又一電流123流動于將第一元件100和第二元件102操作互連的又一dc輸電線46中。

圖10以曲線圖形式圖示在其正常操作期間流動于電流流動控制電路中的電流i31、i21、i23（如圖2中所示）。能夠從圖10看出，t=0.3s和t=1s時的由第一元件100和第二元件102造成的發(fā)電量的逐步增大導(dǎo)致第一dc輸電線30和第二dc輸電線32中的電流i31、i21的對應(yīng)的增大，因此，引入電流流動控制電路的不同的操作點。

圖11以曲線圖形式圖示當(dāng)使電流流動控制器34從t=0.4s起一直在能量傳遞模式中操作時，流動于電流流動控制電路中的電流i31、i21、i23。能夠從圖11看出，使電流流動控制器從t=0.4s起一直在能量傳遞模式中操作的方案導(dǎo)致能量從第一dc輸電線30轉(zhuǎn)移至第二dc輸電線32，因而當(dāng)與圖10中的對應(yīng)的電流i31、i21相比時，降低流動于第一dc輸電線30中的電流i31，并且，增大流動于第二dc輸電線32中的電流i21。因此，示出能夠操作圖1的電流流動控制電路，以修改流動于第一dc輸電線30和第二dc輸電線32中的電流i31、i21。

圖12以曲線圖形式圖示使電流流動控制器34在能量傳遞模式中操作時的電流流動控制器34的電流流動控制模塊42的電容器c1的輸出電壓vc的改變。能夠從圖12看出，在電流流動控制器34在t=0.4s時開始在能量傳遞模式中操作之后，且在操作點在t=1s時改變之后，電容器c1的平均輸出電壓vc維持于某一值，且因此，在被操作以修改且因此調(diào)節(jié)流動于第一dc輸電線30和第二dc輸電線32中的電流i31、i21的同時，電流流動控制器34能夠調(diào)節(jié)其電容器c1的能級。

備選地，代替使第一dc輸電線30和第二dc輸電線32中的電流的流動平衡，控制單元44在能量傳遞模式中可以配置成對主切換元件qs1、qs2和輔助切換元件q1、q2、q3、q4的切換進(jìn)行控制，以在使用中將電壓降vd注入dc輸電線30、32中的任一個中，以便經(jīng)由電流流動控制模塊42而將能量從第一dc輸電線30和第二dc輸電線32中的一個轉(zhuǎn)移至第一dc輸電線30和第二dc輸電線32中的另一個中，且因此實行每個dc輸電線30、32中電流流動的調(diào)節(jié)，以便：

?對第一dc輸電線30和第二dc輸電線32中的一個中的電流的流動進(jìn)行限制；且/或

?將第一dc輸電線30和第二dc輸電線32中的一個中的電流的流動減小至零。

設(shè)想到，在本發(fā)明的其它實施例中，圖1的電流流動控制器34可以省略第二主切換元件q2。在這樣的實施例中，第三端子保持為與第二端子電連接。這樣的電流流動控制器34依然能夠被操作，以在使用中，將電壓降注入第一dc輸電線30中，以便經(jīng)由電流流動控制模塊42而將能量從dc輸電線30、32中的一個轉(zhuǎn)移至dc輸電線30、32中的另一個中，且因此實行每個dc輸電線30、32中電流流動的調(diào)節(jié)。這是因為，第二端子與第三端子之間的電連接的保持具有與打開所省略的第二主切換元件q2時的相同的效果，因而許可電流流動控制器在能量傳遞模式中根據(jù)主切換元件qs1、qs2和輔助切換元件q1、q2、q3、q4的上述的第一狀態(tài)和第三狀態(tài)而操作。

在圖13中示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的電流流動控制電路。圖13的電流流動控制電路在結(jié)構(gòu)和操作上與圖1的電流流動控制電路類似，并且，同樣的特征共享相同的參考標(biāo)號。

圖13的電流流動控制電路與圖1的電流流動控制電路區(qū)別于，圖13的電流流動控制電路進(jìn)一步包括附加dc輸電線48、附加端子50以及附加主切換元件qs4。

附加dc輸電線48在一端與附加端子50操作地連接，并且，在另一端與附加電元件（未示出）操作地連接。

第三端子40與附加端子50電連接。更具體地，在所示出的實施例中，附加主切換元件qs4在附加端子50與第三端子40之間操作地連接。

附加主切換元件qs4采取包括一對反并聯(lián)連接的晶閘管t5、t6的雙向切換元件的形式。附加主切換元件qs4配置成在其故障時即形成短路，使得附加主切換元件qs4的故障不妨礙第三端子40與附加端子50之間電流的流動。

在使用中，附加主切換元件qs4可切換成打開，以許可第三端子40與附加端子50之間電流的流動，并且，可切換成關(guān)閉，以抑制第三端子40與附加端子50之間電流的流動。

電流流動控制模塊42在第一端子36、第二端子38以及附加端子50之間延伸。圖13中所示出的電流流動控制模塊42在結(jié)構(gòu)和操作上與圖1中所示出的電流流動控制模塊42類似，除了這點：在圖13中所示出的電流流動控制模塊42中，所述多個輔助切換元件q1、q2、q3、q4、q5、q6采取三對輔助切換元件q1、q2、q3、q4、q5、q6的形式，這三對輔助切換元件在橋布置中與電容器c1并聯(lián)連接，以定義4象限雙極模塊42，4象限雙極模塊42能夠提供負(fù)電壓、零電壓或正電壓，并且能夠沿兩個方向傳導(dǎo)電流。

在使用中，通過改變輔助切換元件q1、q2、q3、q4、q5、q6的狀態(tài)，從而將電流流動控制模塊42的電容器c1選擇性地切入和切出第一端子36、第二端子38以及附加端子50之間的電路。

當(dāng)輔助切換元件q1、q2、q3、q4、q5、q6配置成形成繞開電容器c1的短路時，電容器c1從第一端子36、第二端子38以及附加端子50中的兩個或更多之間的電路切出。這導(dǎo)致在第一端子36、第二端子38以及附加端子50中的兩個或更多之間傳遞的電流經(jīng)過該短路且繞開電容器c1，且因此，以這種方式，電流流動控制模塊42注入跨以下中至少之一的零電壓降：第一端子36和第二端子38；第一端子36和附加端子50；以及第二端子38和附加端子50。

當(dāng)輔助切換元件q1、q2、q3、q4、q5、q6配置成允許流動于第一端子36、第二端子38以及附加端子50中的兩個或更多之間的電流流入流出于電容器c1時，電容器c1切入第一端子36、第二端子38以及附加端子50中的兩個或更多之間的電路。然后，電容器c1對所存儲的能量進(jìn)行充電或放電，以便提供跨以下中至少之一的非零電壓降：第一端子36和第二端子38；第一端子36和附加端子50；以及第二端子38和附加端子50。輔助切換元件q1、q2、q3、q4、q5、q6可以配置成將電容器c1沿向前的方向或相反的方向切入第一端子36、第二端子38以及附加端子50中的兩個或更多之間的電路，以便注入跨以下中至少之一的正或負(fù)電壓降：第一端子36和第二端子38；第一端子36和附加端子50；以及第二端子38和附加端子50。

以這種方式，所述多個輔助切換元件q1、q2、q3、q4、q5、q6和電容器c1組合，以選擇性地提供電壓源，并且，所述多個輔助切換元件q1、q2、q3、q4、q5、q6可切換，以選擇性地將電容器c1切入和切出第一端子36、第二端子38以及附加端子50之間的電路，以便提供跨以下端子的電壓降：第一端子36和第二端子38；第一端子36和附加端子50；以及第二端子38和附加端子50。

控制單元44配置成對主切換元件qs1、qs2、qs4和輔助切換元件q1、q2、q3、q4、q5、q6的切換進(jìn)行控制，即，將主切換元件qs1、qs2、qs4和輔助切換元件q1、q2、q3、q4、q5、q6中的每個打開和關(guān)閉。

圖1的電流流動控制電路的上述的操作加上必要的變更而適用于圖13的電流流動控制電路的操作。

在電流流動控制電路的正常操作期間，電流i1、i2、i4流動于第一dc傳輸線30、第二dc傳輸線32以及附加dc傳輸線48中的每個中?？刂茊卧?4打開第一主切換元件qs1、第二主切換元件qs2以及附加主切換元件qs4，以許可電流在第三端子40與第一端子36、第二端子38以及附加端子50中的每個之間的流動。同時，控制單元44切換輔助切換元件q1、q2、q3、q4、q5、q6，以抑制第一端子36、第二端子38以及附加端子50之間電流的流動。

在通過dc輸電線30、32、48而傳輸電力期間，由于例如dc輸電線30、32、48之間的導(dǎo)體阻抗的變化而導(dǎo)致，dc輸電線30、32、48中的至少一個相比dc輸電線30、32、48中的至少另一個可運載更高的電流。

為了實行dc輸電線30、32、48中電流流動的調(diào)節(jié)，控制單元44在能量傳遞模式中對主切換元件qs1、qs2、qs4和輔助切換元件q1、q2、q3、q4、q5、q6的切換進(jìn)行控制。更具體地，控制單元44在能量傳遞模式中將主切換元件qs1、qs2、qs4中的至少一個關(guān)閉，將主切換元件qs1、qs2、qs4中的至少另一個打開，并且，將電容器c1切入第一端子36、第二端子38以及附加端子50中的至少兩個之間的電路，以注入跨以下中至少之一的電壓降：第一端子36和第二端子38；第一端子36和附加端子50；以及第二端子38和附加端子50。以這種方式對主切換元件qs1、qs2、qs4和輔助切換元件q1、q2、q3、q4、q5、q6進(jìn)行的切換許可將電壓降注入dc輸電線30、32、48中的至少一個，以便經(jīng)由電流流動控制模塊42而將能量從dc輸電線30、32、48中的至少一個轉(zhuǎn)移至dc輸電線30、32、48中的至少另一個中。

附加端子48和附加主切換元件qs4的包括因此不僅允許電流流動控制器34實行多于兩個dc輸電線30、32、48中電流流動的調(diào)節(jié)，而且還進(jìn)一步增大主切換元件qs1、qs2、qs4和輔助切換元件q1、q2、q3、q4、q5、q6的配置的數(shù)量，這允許電流流動控制器34執(zhí)行上面提到的能量轉(zhuǎn)移和電流流動調(diào)節(jié)操作，因而進(jìn)一步增強電流流動控制器34的可靠性。

以這種方式，圖13的電流流動控制器34配置成形成能夠?qū)嵭械谝籨c輸電線30、第二dc輸電線32以及附加dc輸電線48中電流流動的調(diào)節(jié)的多端口電流流動控制器34。

設(shè)想到，在本發(fā)明的其它實施例中，附加端子的數(shù)量和/或附加主切換元件的數(shù)量可以變化，以便允許電流流動控制器實行多于一個附加dc輸電線中電流流動的調(diào)節(jié)。

將意識到，所示出的實施例中的電流流動控制模塊42的結(jié)構(gòu)只不過選擇來圖示本發(fā)明的工作，并且，圖1中所示出的電流流動控制模塊42可以被替換為另一類電流流動控制模塊，其包括至少一個輔助切換元件和至少一個能量存儲裝置，該或每個輔助切換元件和該或每個能量存儲裝置組合，以選擇性地提供電壓源，該或每個輔助切換元件可切換，以選擇性地將該或每個能量存儲裝置切入和切出第一端子與第二端子之間的電路。