电压源转换器
阅读：342发布：2020-05-18
专利汇可以提供电压源转换器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且在供高压直流（HVDC）输电和 无功功率 补偿使用的 电压 源转换器领域，提供了一种电压源转换器（10；70；80；90；110），其包括在使用中可连接到直流网络（20）的第一和第二直流 端子 （16、18）之间 串联 连接的多个转换器分支（121、122、123）。每个转换器分支（121、122、123）包括第一和第二串联连接点（22、24），可操作以提供阶跃可变电压（V1臂、V2臂、V3臂）的纵向链节转换器（26）在第一和第二串联连接点（22、24）之间延伸。每个第一串联连接点（22）经由第一横向支路（142）与对应的第一交流连接端子（42）电连接。每个第二串联连接点（24）经由第二横向支路（146）与对应的第二交流连接端子（46）电连接。所述第一和第二交流连接端子（42、46）共同限定在使用中可连接到交流网络（14）的相应相的交流连接（48）。每个转换器分支（121、122、123）中的至少一个横向支路（142、146）包括横向 电路 （44；72；82；92），横向电路具有在其中的横向链节转换器（56），横向链节转换器可操作以提供阶跃可变电压（V1臂T、V2臂T、V3臂T）。，下面是电压源转换器专利的具体信息内容。
1.一种供高压直流输电和无功功率补偿使用的电压源转换器（10；70；80；90；110），所述电压源转换器包括在使用中可连接到直流网络（20）的第一与第二直流端子（16、18）之间串联连接的多个转换器分支（121、122、123），每个转换器分支（121、122、123）包括第一和第二串联连接点（22、24），纵向链节转换器（26）在所述第一和第二串联连接点之间延伸，所述纵向链节转换器可操作以提供阶跃可变电压（V1臂、V2臂、V3臂），每个第一串联连接点（22）经由第一横向支路（142）与对应的第一交流连接端子（42）电连接，每个第二串联连接点（24）经由第二横向支路（146）与对应的第二交流连接端子（46）电连接，所述第一和第二交流连接端子（42、46）共同限定交流连接（48），所述交流连接在使用中可连接到交流网络（14）的相应相，并且每个转换器分支（121、122、123）中的至少一个横向支路（142、146）包括横向电路（44；72；82；92），所述横向电路具有在其中的横向链节转换器（56），所述横向链节转换器可操作以提供阶跃可变电压（V1臂T、V2臂T、V3臂T）。
2.根据权利要求1所述的电压源转换器（80；90），其中至少一个横向电路（82；92）另外包括电感元件（84）。
3.根据权利要求1或2所述的电压源转换器（70；90），其中至少一个横向电路（72；92）另外包括电容元件（74）。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电压源转换器（90），其中至少一个横向电路（92）另外包括电容元件（74）和电感元件（84）。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电压源转换器（10；70；80；90；110），进一步包括控制单元（150），如果相关的交流网络（14）的单相中有降低的电压（V1相、V2相、V3相）的话所述控制单元（150）被编程成修改所述电压源转换器（10；70；80；90；110）的操作，以减小跨对应于所述降低的单相的受危害的转换器分支（121、122、123）的所述第一和第二交流连接端子（42、46）呈现的交流电压（V1相、V2相、V3相）。
6.根据权利要求5所述的电压源转换器（10；70；80；90；110），其中所述控制单元（150）被编程成控制在对应的受危害的转换器分支（121、122、123）的所述或每个横向支路（142、
146）中的所述横向链节转换器（56），以产生阶跃可变电压（V1臂T、V2臂T、V3臂T），所述阶跃可变电压减小由所述对应的受危害的转换器分支（121、122、123）的所述纵向链节转换器（26）产生的所述阶跃可变电压（V1臂、V2臂、V3臂）的交流电压分量。
7.根据权利要求6所述的电压源转换器（70；90），当从属于权利要求3或权利要求4时，其中所述控制单元（150）被进一步编程成控制在所述或每个其他未受危害的转换器分支（121、122、123）的所述或每个横向支路（142、146）中的所述横向链节转换器（56），以产生阶跃可变电压（V1臂T、V2臂T、V3臂T），以抵消跨所述或每个所述其他未受危害的转换器分支（121、
122、123）内的对应的电容元件（74）两端的交流电压降（VicT）。
8.根据权利要求5所述的电压源转换器（10；70；80；90；110），其中所述控制单元（150）被编程成控制在对应的受危害的转换器分支（121、122、123）中的所述纵向链节转换器（26），以产生具有减小的直流电压分量的阶跃可变电压（V1臂、V2臂、V3臂）。
9.根据权利要求8所述的电压源转换器（10；70；80；90；110），其中所述控制单元（150）
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被进一步编程成控制在所述或每个其他未受危害的转换器分支（12、12 、12）中的所述纵向链节转换器（26），以产生具有增加的直流电压分量的阶跃可变电压（V1臂、V2臂、V3臂）。
10.根据前述权利要求中任一项所述的电压源转换器（10；70；80；90；110），进一步包括控制单元（150），如果相关的交流网络（14）的多个受危害的相中有不同的电压（V1相、V2相、V3相）的话所述控制单元（150）被编程成修改在对应于受危害的相的每个受危害的转换器分支（121、122、123）中的所述纵向链节转换器（26）的操作，以产生具有改变的直流电压分量的阶跃可变电压（V1臂、V2臂、V3臂），所述直流电压分量与在对应的受危害的相中的不同电压相当。
11.根据权利要求10所述的电压源转换器（110），其中所述第一和第二直流端子（16、
18）中的一个或两个具有与其连接的补偿链节转换器（126），所述补偿链节转换器（126）可操作以提供阶跃可变电压。
12.根据权利要求11所述的电压源转换器（110），其中所述控制单元（150）被另外编程成控制所述或每个补偿链节转换器（126），以产生与电压纹波（VO）相等但相反的阶跃可变电压，所述电压纹波（VO）否则将由于由所述纵向链节转换器（26）产生的不同的阶跃可变电
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压（V臂、V臂、V臂）而出现在所述第一和第二直流端子（16、18）处的直流电压（Vdc）中。
13.根据权利要求10所述的电压源转换器（10；70；80；90），其中所述控制单元（150）被进一步编程成控制所述纵向链节转换器（26），以产生包括一组负电压分量（VaO'、VbO'、VcO'）的阶跃可变电压（V1臂、V2臂、V3臂），所述一组负电压分量一起与电压纹波（VO）相等但相反，所
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述电压纹波否则将会由于由所述纵向链节转换器（26）产生的不同的阶跃可变电压（V臂、V2臂、V3臂）而出现在所述第一和第二直流端子（16、18）处的直流电压（Vdc）中。
14.根据权利要求13所述的电压源转换器（10；70；80；90），其中所述控制单元（150）还被进一步编程成控制每个转换器分支（121、122、123）的所述或每个横向支路（142、146）中的所述横向链节转换器（56），以产生包括对应的一组的相等但相反的负电压分量的阶跃可变电压（V1臂T、V2臂T、V3臂T）。
15.根据前述权利要求中任一项所述的电压源转换器（10；70；80；90；110），还包括控制单元（150），如果在相关的直流网络（20）中有降低的电压（Vdc）的话所述控制单元（150）被编程成控制每个纵向链节转换器（26），以产生具有相等地减小的直流电压分量的阶跃可变电压（V1臂、V2臂、V3臂）。
16.根据权利要求15所述的电压源转换器（10；80；110），在从属于权利要求1或权利要求2时，其中所述控制单元（150）还被进一步编程成控制每个转换器分支（121、122、123）的所述或每个横向支路（142、146）中的所述横向链节转换器（56），以产生以下中的一项：
（i）阶跃可变电压（V1臂T、V2臂T、V3臂T），以增加或代替由在相同的转换器分支（121、122、
123）中的所述纵向链节转换器（26）产生的所述阶跃可变电压（V1臂、V2臂、V3臂）的交流电压分量；以及
（ii）跨所述横向链节转换器两端的零电压。
17.根据权利要求15所述的电压源转换器（70；90），当从属于权利要求3或权利要求4时，其中所述控制单元（150）还被进一步编程成控制在每个转换器分支（121、122、123）的所述或每个横向支路（142、146）中的所述横向链节转换器（56），以产生以下中的一项：
（i）直流电压，所述直流电压减小跨相同的横向支路（142、146）内的电容元件（74）两端的电压降；以及
（ii）阶跃可变电压（V1臂T、V2臂T、V3臂T），以增加由在相同的转换器分支（121、122、123）中的所述纵向链节转换器（26）产生的所述阶跃可变电压（V1臂、V2臂、V3臂）的交流电压分量。
电压源转换器
技术领域
背景技术
[0002] 在高压直流（HVDC）输电网络中，交流（AC）电力通常转换为直流（DC）电力以用于经由架空线路和/或海底电缆进行传输。这种转换去除对于补偿由输电介质（即，输电线路或电缆）所导致的交流电容负载效应的需要，并减小了线路和/或电缆的每公里成本，并且因此当需要在长距离上传输电力时变得具有成本效益。
[0003] 直流电力和交流电力之间的转换在需要使直流电网和交流电网互连的输电网络中被利用。在任何这种输电网络中，在交流电力和直流电力之间的每个接口都需要转换器，以实现所需的转换；交流到直流或者直流到交流。
发明内容
[0004] 根据本发明的一个方面，提供了一种供高压直流输电和无功功率补偿使用的电压源转换器，包括在使用中可连接到直流网络的第一和第二直流端子之间的串联连接的多个转换器分支（limb），每个转换器分支包括第一和第二串联连接点，在所述第一和第二串联连接点之间延伸可操作以提供阶跃可变电压的纵向链节转换器，每个第一串联连接点经由第一横向支路（branch）与对应的第一交流连接端子电连接，每个第二串联连接点经由第二横向支路与对应的第二交流连接端子电连接，所述第一和第二交流连接端子共同限定在使用中可连接到交流网络的相应相的交流连接，以及每个转换器分支中的至少一个横向支路，所述横向支路包括在其中具有可操作以提供阶跃可变电压的横向链节转换器的横向电路。
[0005] 在直流网络的第一和第二直流端子之间包括串联连接的多个转换器分支（其中每个转换器分支包括在其相应的第一和第二连接点之间的纵向链节转换器）导致本发明的电压源转换器具有与例如传统的电压源转换器相比更小的占用空间，所述传统的电压源转换器包括在第一和第二直流端子之间彼此并联连接的多个转换器分支（其中，每个这种转换器分支具有第一和第二转换器分支部分，所述第一和第二转换器分支部分由交流连接分隔并且每个所述第一和第二转换器分支部分都包括相应的链节转换器）。更特别地，本发明的电压源转换器具有与这种传统的电压源转换器相比更小的占用空间，或者因为其需要占用更少空间的显著更低数量的链节模块，或者在需要相似数量的链节模块的地方，例如为了维持更高的电流额定值，其允许那些链节模块彼此并联连接，使得需要更少的绝缘间距，并且因此减小电压源转换器的总体积。
[0006] 同时，在每个横向电路中包括横向链节转换器避免需要在横向电路中包括大直流电压阻断电容器，并且从而有助于避免与在这种大电容器中所存储能量相关的问题，所述大电容器在瞬态和故障情况期间可以在链节转换器内不期望地产生大量不受控制的循环电流。此外，在仍允许本发明的电压源转换器处理故障情况的同时，避免了对大直流阻断电容器的需要。
[0007] 可选择地，至少一个横向电路另外包括电感元件。
[0008] 在横向电路中包括电感元件是有利的，因为这种电感元件能够用作相对于对应横向链节转换器的调谐电抗，并且因此提供在所述对应横向链节转换器中所需的链节模块的数量和尺寸的减小。
[0009] 优选地，至少一个横向电路另外包括电容元件。
[0010] 在给出的横向电路中包括电容元件有助于移除由纵向链节转换器所引入的平均直流电压，所述平均直流电压否则将会出现在对应的第一和第二交流连接端子处。
[0011] 同时，横向链节转换器与电容元件的组合有助于减小所需电容元件的尺寸，因为横向链节转换器能够仿真等效电感，所述等效电感进而消除了大电压降，所述大电压降否则将通过生成反相电压而在较小电容元件两端产生。
[0012] 而且，物理电感的缺失避免了与包括这种组件相关的成本和空间要求。
[0013] 在本发明的一优选实施例中，至少一个横向电路另外包括电容元件和电感元件。
[0014] 横向链节转换器与电容元件和电感元件中的每个元件的组合有助于减小无源元件（即电容和电感元件）的尺寸、成本和体积，同时这些元件中的每个仍然能够提供与其包括相关的益处。
[0015] 而且，可以操作横向链节转换器、电容元件和电感元件的组合以在电流流过其中时在对应横向电路两端产生零或非常接近零的交流电压降，并且从而有助于本发明的电压源转换器有效地运行。
[0016] 优选地，所述电压源转换器进一步包括控制单元，如果在相关交流网络的单相中有降低的电压的话所述控制单元被编程成修改电压源转换器的操作，以减小跨对应于所述降低的单相的受危害转换器分支的第一和第二交流连接端子所呈现的交流电压。
[0017] 将跨第一和第二交流连接端子呈现的交流电压减小到例如零，使流过受危害相的电流减小到额定（或甚至零）值。结合与故障相交换的有功和无功功率的减小，这种步骤类似地有助于将流过转换器的纵向和横向链节转换器的电流保持在额定限度内。这防止损坏链节转换器内的链节模块，并且因此避免保护系统的操作，所述保护系统否则将会使电压源转换器与相关的交流和直流网络绝缘，并中断在那些网络之间的电力传输。
[0018] 控制单元可被编程成控制在对应受危害转换器分支的所述或每个横向支路中的横向链节转换器以产生阶跃可变电压，所述阶跃可变电压减小由所述对应受危害转换器分支的纵向链节转换器产生的阶跃可变电压的交流电压分量。
[0019] 这种减小阶跃可变电压的产生部分地或（如所期望的）完全地偏移由受危害转换器分支的纵向链节转换器产生的交流电压分量，以及因此类似地减小了随后跨受危害转换器分支的第一和第二交流连接端子呈现的交流电压。
[0020] 可选择地，控制单元被进一步编程成控制在所述或每个其他未受危害转换器分支的所述或每个横向支路中的横向链节转换器以产生阶跃可变电压，所述阶跃可变电压抵消了在所述或每个所述其他未受危害转换器分支内的跨对应电容元件两端的交流电压降。
[0021] 这种特征有助于保持未受危害转换器分支中功率的平衡。
[0022] 在本发明的另一优选实施例中，控制单元被编程成控制在对应的受危害转换器分支中的纵向链节转换器以产生具有减小的直流电压分量的阶跃可变电压。
[0023] 这种阶跃可变电压的产生允许跨对应受危害转换器分支的第一和第二交流连接端子呈现的交流电压的部分的或（如所期望的完全的）减小，以便保持在电压源转换器和交流网络之间传输的能量的平衡。
[0024] 在本发明的又一优选实施例中，控制单元被进一步编程成控制在所述或每个其他未受危害转换器分支中的纵向链节转换器以产生具有增加的直流电压分量的阶跃可变电压。
[0025] 增加在由所述或每个其他未受危害转换器分支中的纵向链节转换器产生的阶跃可变电压中的直流电压分量补偿了由受危害转换器分支的纵向链节转换器产生的阶跃可变电压的直流电压分量的减小，并且因此有助于在也保持受危害转换器分支中的净能量同时，允许经由对应的未受危害转换器分支与未受危害的交流相的有功和无功功率交换。
[0026] 优选地，电压源转换器进一步包括控制单元，如果在相关交流网络的多个受危害相中有不同电压的话所述控制单元被编程成修改在对应于受危害相的每个受危害转换器分支中的纵向链节转换器的操作，以产生具有改变的直流电压分量的阶跃可变电压，所述改变的直流电压分量与在对应受危害相中的不同电压相当。
[0027] 这种特征部分地或如所期望的完全地减小跨对应受危害转换器分支的第一和第二交流连接端子呈现的交流电压，并且因此也减小了在每个受危害相中流动的电流。
[0028] 第一和第二直流端子的一个或两个都可具有连接到该端子的补偿链节转换器，所述补偿链节转换器可操作以提供阶跃可变电压。
[0029] 控制单元优选地被另外编程成控制所述或每个补偿链节转换器，以产生与电压纹波相等但相反的阶跃可变电压，所述电压纹波否则将会由于由纵向链节转换器产生的不同阶跃可变电压而出现在第一和第二直流端子处的直流电压中。
[0030] 上述特征期望地移除了电压纹波，例如在基频的零序，所述电压纹波否则将会污染本发明的电压源转换器在使用中所连接到的相关直流网络内的直流电压。
[0031] 在本发明的另一优选实施例中，控制单元被进一步编程成控制纵向链节转换器以产生阶跃可变电压，所述阶跃可变电压包括一组共同与电压纹波相等但相反的负电压分量，所述电压纹波否则将会由于不同阶跃可变电压（所述不同阶跃可变电压否则将会由纵向链节转换器产生）而出现在第一和第二直流端子处的直流电压中。
[0032] 上述特征再次期望地移除了电压纹波，例如在基频的零序，所述电压纹波否则将会污染本发明的电压源转换器在使用中所连接到的相关直流网络内的直流电压。
[0033] 可选择地，控制单元更进一步被编程成控制每个转换器分支的所述或每个横向支路中的横向链节转换器，以产生包括对应组的相等但相反的负电压分量的阶跃可变电压。
[0034] 具有被如此编程的控制单元防止包括在由纵向链节转换器产生的阶跃可变电压中的该组负电压分量出现在跨每个转换器分支的第一和第二交流连接端子所呈现的对应交流电压中，并且因此防止这些负电压分量改变相关交流网络的期望电压工作点，而同时保持传输进每个转换器分支内和传输出每个转换器分支的有功功率的平衡。
[0035] 优选地，电压源转换器进一步包括控制单元，如果在相关直流网络中有降低的电压的话所述控制单元被编程成控制每个纵向链节转换器，以产生具有相等地减小的直流电压分量的阶跃可变电压。
[0036] 这种控制单元允许减小的直流电压分量之和与相关直流网络的所述降低的电压相匹配，同时保持彼此平衡。
[0037] 可选择地，控制单元更进一步被编程成控制每个转换器分支的所述或每个横向支路中的横向链节转换器，以产生以下之一：（i）用于增大或代替由相同转换器分支中的纵向链节转换器产生的阶跃可变电压的交流电压分量的阶跃可变电压；以及
（ii）跨其两端的零电压。
（ii）跨其两端的零电压。
[0038] 阶跃可变电压的产生提供了对在本发明的转换器和相关交流网络之间的无功功率交换的控制度，以支持所述交流网络的持续操作。
[0039] 由于仅需要控制纵向链节转换器，零电压的产生简化了电压源转换器的整体控制。
[0040] 控制单元可以更进一步被编程成控制在每个转换器分支的所述或每个横向支路中的横向链节转换器，以产生以下之一：（i）减小跨相同横向支路内的电容元件两端的电压降的直流电压；以及
（ii）用于增大由相同转换器分支中的纵向链节转换器产生的阶跃可变电压的交流电压分量的阶跃可变电压。
（ii）用于增大由相同转换器分支中的纵向链节转换器产生的阶跃可变电压的交流电压分量的阶跃可变电压。
[0041] 通过避免每个电容元件的放电（以及因此，避免随后需要在能重新开始电压源转换器的操作之前将电容元件充电回原态），减小跨相同横向支路内的电容元件两端的电压降的直流电压的产生允许在不过度地影响电压源转换器的随后操作的情况下处理降低的直流电压。
[0043] 现在接下来的是作为非限制性示例通过对附图进行参考的本发明的优选实施例的简要描述，其中：图1示出了根据本发明的第一实施例的电压源转换器；
图2（a）示出了在图1所示的电压源转换器中包括的全桥链节模块；
图2（b）示出了在图1所示的电压源转换器中包括的半桥链节模块；
图3（a）图示了如果在相关交流网络的单相中有降低的电压的话控制图1所示的电压源转换器的一种方式；
图3（b）图示了如果在相关交流网络的单相中有降低的电压的话控制图1所示的电压源转换器的第二种方式；
图4（a）图示了如果在相关交流网络的多相中有降低的电压的话图1所示的电压源转换器内的纵向链节转换器的控制；
图4（b）图示了负电压分量，其可被添加到图4（a）所示的控制；
图4（c）示出了可在图1所示的电压源转换器的变型中包括的补偿链节转换器；
图5（a）图示了如果在相关直流网络中有降低的电压的话控制图1所示的电压源转换器的一种方式；
图5（b）图示了如果在相关直流网络中有降低的电压的话控制图1所示的电压源转换器的第二种方式；
图6示出了根据本发明的第二实施例的电压源转换器；
图7（a）图示了如果在相关交流网络的单相中有降低的电压的话控制图6所示的电压源转换器的一种方式；
图7（b）图示了在图7（a）所示的电压源转换器的受危害转换器分支中的纵向和横向链节转换器的控制；
图7（c）图示了在图7（a）所示的电压源转换器的未受危害转换器分支中的纵向和横向链节转换器的控制；
图8图示了如果在相关交流网络的单相中有降低的电压的话控制图6所示的电压源转换器的第二种方式；
图9（a）图示了如果在相关直流网络中有降低的电压的话控制图6所示的电压源转换器的一种方式；
图9（b）图示了如果在相关直流网络中有降低的电压的话控制图6所示的电压源转换器的第二种方式；
图10示出了根据本发明第三实施例的电压源转换器；
图11示出了根据本发明第四实施例的电压源转换器；以及
图12图示了在图11所示的电压源转换器的操作期间产生的多种电压和电流级别。
图2（a）示出了在图1所示的电压源转换器中包括的全桥链节模块；
图2（b）示出了在图1所示的电压源转换器中包括的半桥链节模块；
图3（a）图示了如果在相关交流网络的单相中有降低的电压的话控制图1所示的电压源转换器的一种方式；
图3（b）图示了如果在相关交流网络的单相中有降低的电压的话控制图1所示的电压源转换器的第二种方式；
图4（a）图示了如果在相关交流网络的多相中有降低的电压的话图1所示的电压源转换器内的纵向链节转换器的控制；
图4（b）图示了负电压分量，其可被添加到图4（a）所示的控制；
图4（c）示出了可在图1所示的电压源转换器的变型中包括的补偿链节转换器；
图5（a）图示了如果在相关直流网络中有降低的电压的话控制图1所示的电压源转换器的一种方式；
图5（b）图示了如果在相关直流网络中有降低的电压的话控制图1所示的电压源转换器的第二种方式；
图6示出了根据本发明的第二实施例的电压源转换器；
图7（a）图示了如果在相关交流网络的单相中有降低的电压的话控制图6所示的电压源转换器的一种方式；
图7（b）图示了在图7（a）所示的电压源转换器的受危害转换器分支中的纵向和横向链节转换器的控制；
图7（c）图示了在图7（a）所示的电压源转换器的未受危害转换器分支中的纵向和横向链节转换器的控制；
图8图示了如果在相关交流网络的单相中有降低的电压的话控制图6所示的电压源转换器的第二种方式；
图9（a）图示了如果在相关直流网络中有降低的电压的话控制图6所示的电压源转换器的一种方式；
图9（b）图示了如果在相关直流网络中有降低的电压的话控制图6所示的电压源转换器的第二种方式；
图10示出了根据本发明第三实施例的电压源转换器；
图11示出了根据本发明第四实施例的电压源转换器；以及
图12图示了在图11所示的电压源转换器的操作期间产生的多种电压和电流级别。
具体实施方式
[0044] 通常由参考标记10标示根据本发明的第一实施例的电压源转换器，如图1中所示。
[0045] 第一电压源转换器10包括三个转换器分支121、122、123，其中每个都对应于在使用中与第一电压源转换器10连接的交流网络14的相应的相。转换器分支121、122、123串联连接在第一与第二直流端子16、18之间，所述第一与第二直流端子16、18在使用中与直流网络20连接。
[0046] 在其他实施例（未示出）中，根据相关交流网络中的相的数量，本发明的电压源转换器可包括仅两个转换器分支，或其可包括超过三个转换器分支。
[0047] 返回到所示出的实施例，每个转换器分支121、122、123包括第一和第二串联连接点22、24，纵向链节转换器26在所述连接点之间延伸。
[0048] 每个纵向链节转换器26均包括链节模块28的电连接链，并且每个链节模块28本身包括与采用电容器32的形式的储能装置并联连接的多个开关元件30。在所示的实施例中，每个开关元件30均包括采用例如与反并联二极管并联连接的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的形式的半导体装置。然而，可能在每个开关元件30中使用其他半导体装置。
[0049] 图2（a）示出了第一类型的链节模块28，其中第一对和第二对34、36的开关元件30和电容器32采用已知的全桥布置连接，以限定四象限双极全桥链节模块38。开关元件30的切换选择性地引导电流通过电容器32或致使电流绕过电容器32，使得全桥模块38可以提供零电压、正电压或负电压，并且能够在两个方向上传导电流。
[0050] 图2（b）示出了第二类型的链节子模块28，其中仅第一对34的开关元件30与电容器32采用已知的半桥布置并联连接，以限定二象限单极半桥链节模块40。采用与全桥链节子模块38类似的方式，开关元件30的切换再次选择性地引导电流通过电容器32，或致使电流绕过电容器32，使得半桥模块40能够提供零电压或正电压，并且能够在两个方向上传导电流。
[0051] 每个纵向链节转换器26均包括全桥和半桥链节模块38、40的混合体。更特别地，每个纵向转换器26中的链节模块28的一半是全桥模块38。然而，在本发明的其他实施例中，纵向链节转换器中的一个或多个可包括不同比值的全桥和半桥模块。在本发明的这种其他实施例中，一个或多个纵向链节转换器可仅包括全桥模块或仅包括半桥模块。
[0052] 在任何情况下，在每个纵向链节转换器26中包括链节模块28的链意味着可能经由插入多个链节模块28的电容器32（其中每个模块28提供其自身的电压）跨每个这种纵向链节转换器26两端建立组合电压，所述组合电压高于从每个单独模块28可获得的电压。
[0053] 因此，链节模块28的每个都共同工作，以允许给出的纵向链节转换器26提供阶跃可变电压源。这进而允许使用逐步逼近来建立跨所述给出的纵向链节转换器26两端的电压波形。在本发明的其他实施例中，可以使用脉宽调制控制策略来控制链节模块。
[0054] 在本发明的又一实施例（未示出）中，至少一个转换器分支中的上述纵向链节转换器可以在对应的第一和第二串联连接点之间与纵向电感器串联连接。
[0055] 同时，返回图1所示的第一电压源转换器10，每个转换器分支121、122、123的第一串联连接点22经由第一横向支路142与对应的第一交流连接端子42电连接，并且每个转换器分支121、122、123的第二串联连接点24经由第二横向支路146与对应的第二交流连接端子46电连接。以这种方式，给定的转换器分支121、122、123的第一和第二交流连接端子42、46限定了对应的交流连接48，所述交流连接48在使用中可连接到交流网络14的相应的相之一。
[0056] 更特别地，并且作为示例，每个转换器分支121、122、123的交流连接48连接到分离的和独立的单相变压器52的次级绕组50。对应的交流相电压V1相、V2相、V3相跨每个所述对应单相变压器52的初级绕组54两端存在，并且交流相电流I1ac、I2ac、I3ac存在于初级绕组54中。在所示的实施例中，初级和次级绕组54、50之间的比值r为1，尽管这在本发明的其他实施例中可能不同。此后，单相变压器52以星配置布置，以用于连接到交流网络14。在本发明的其他实施例中，单相变压器52可改为被布置在不同配置（诸如接地的星形或三角形配置）中，以用于连接到交流网络。
[0057] 在本发明的进一步其他实施例中，每个转换器分支121、122、123的交流连接48可改为连接到三相变压器（未示出）的相应绕组，所述绕组进而可被布置在星或三角形配置中以用于连接到交流网络。
[0058] 在第一电压源转换器10中，每个转换器分支121、122、123中的第一横向支路142均包括在其中仅具有横向链节转换器56的第一横向电路44，所述横向链节转换器56如同每个纵向链节转换器26一样，可操作以提供阶跃的可变电压。
[0059] 每个横向链节转换器56再次包括全桥和半桥链节模块38、40的混合体，尽管在其他的实施例中，一个或多个横向链节转换器56包括仅半桥链节模块40或仅包括全桥模块38。
[0060] 在第一电压源转换器的其他实施例（未示出）中，第二横向支路可改为包括第一横向电路，或第一和第二横向支路两者都可在其中具有相应的第一横向电路。
[0061] 除上述外，第一电压源转换器10包括控制单元150，所述控制单元被编程成控制第一电压源转换器10的操作，并且更特别是控制相应的纵向和横向链节转换器26、56的操作。控制单元150可以是可编程的微控制器，尽管可以使用其他的装置。
[0062] 在使用中，控制单元150控制每个纵向链节转换器26以产生阶跃可变电压V1臂、V2臂、V3臂，所述阶跃可变电压具有支持直流网络20的直流电压Vdc的直流分量以及支持交流网络14的对应相的交流相电压V1相、V2相、V3相的交流电压分量。
[0063] 更特别地，在每个转换器分支121、122、123中的纵向链节转换器26的阶跃可变电压V1臂、V2臂、V3臂的直流电压分量之和等于直流网络20的总电压Vdc，并且这用于控制直流电压Vdc并且调节在第一电压源转换器10和直流网络20之间的功率传输。
[0064] 同时，每个交流相电压V1相、V2相、V3相都通过在相关的阶跃可变电压V1臂、V2臂、V3臂内消除直流偏移电压（即通过相应的纵向链节转换器26引入的平均直流电压）使得在对应的交流连接48处不存在直流电压来从对应的纵向链节转换器26的阶跃可变电压V1臂、V2臂、V3臂的交流分量导出。
[0065] 在第一电压源转换器10的正常操作期间，跨每个纵向链节转换器26两端的平均直流电压分量是总直流电压Vdc的三分之一，但是跨单独的纵向链节转换器26两端的阶跃可变电压V1臂、V2臂、V3臂相对于交流网络14在幅度和相位方面进行调制，以便调节在第一电压源转换器10和交流网络14之间的有效功率（real power）和无功功率传输。
[0066] 更特别地，在第一电压源转换器10的正常操作期间，跨每个纵向链节转换器26两端的阶跃可变电压V1臂、V2臂、V3臂的直流电压分量以及每个转换器分支121、122、123中的循环直流电流I1臂、I2臂、I3臂通过以下等式给出：以及
其中，
以及
并且其中，
Idc是直流网络20中流动的电流；
r是每个单相变压器52的次级绕组与初级绕组之间的比值，即为绕组匝数（其在所示的实施例中为1）；
ωac是角频率，交流网络14按该角频率操作；以及
是在对应的单相变压器52的初级绕组54处的相应交流相电压V1相、V2相、V3相与交流相电流I1ac、I2ac、I3ac之间的相移。
其中，
以及
并且其中，
Idc是直流网络20中流动的电流；
r是每个单相变压器52的次级绕组与初级绕组之间的比值，即为绕组匝数（其在所示的实施例中为1）；
ωac是角频率，交流网络14按该角频率操作；以及
是在对应的单相变压器52的初级绕组54处的相应交流相电压V1相、V2相、V3相与交流相电流I1ac、I2ac、I3ac之间的相移。
[0067] 同时，直流功率和交流功率符合以下功率平衡等式：每个对应的横向链节转换器56通过根据以下等式产生阶跃可变电压V1臂T、V2臂T、V3臂T阻断相关的纵向链节转换器26的阶跃可变电压V1臂、V2臂、V3臂中的直流偏移：
因此，在第一电压源转换器10的这种正常操作期间，每个纵向链节转换器26的交流电压分量相对彼此相移120°，使得当求和时，它们给出零总交流电压。因此，在电压源转换器
10的直流端子16、18处留下平滑的直流电压Vdc。
因此，在第一电压源转换器10的这种正常操作期间，每个纵向链节转换器26的交流电压分量相对彼此相移120°，使得当求和时，它们给出零总交流电压。因此，在电压源转换器
10的直流端子16、18处留下平滑的直流电压Vdc。
[0068] 以这种方式，保持了交流和直流功率流两者的独立控制，既有有功的（即有效的），也有无功的。
[0069] 如果在交流网络14的单相中有降低的电压V1相、V2相、V3相的话，控制单元150被另外编程成修改第一电压源转换器10的操作，以减小跨对应于所述降低单相的受危害转换器分1 2 3
支12、12、12的第一和第二交流连接端子42、46呈现的交流电压。
支12、12、12的第一和第二交流连接端子42、46呈现的交流电压。
[0070] 控制单元150可被如此另外编程的一种方式是，控制对应的受危害转换器分支121、122、123的第一横向支路142中的横向链节转换器56，以产生阶跃可变电压V1臂T、V2臂T、V3臂T，所述阶跃可变电压V1臂T、V2臂T、V3臂T减小或完全取消由对应的受危害转换器分支121、
122、123的纵向链节转换器26产生的阶跃可变电压V1臂、V2臂、V3臂的交流电压分量。同时，纵向链节转换器26被控制以使在降低的电压出现之前纵向链节转换器26产生的阶跃可变电压V1臂、V2臂、V3臂的直流和交流电压分量份额保持不变。
122、123的纵向链节转换器26产生的阶跃可变电压V1臂、V2臂、V3臂的交流电压分量。同时，纵向链节转换器26被控制以使在降低的电压出现之前纵向链节转换器26产生的阶跃可变电压V1臂、V2臂、V3臂的直流和交流电压分量份额保持不变。
[0071] 例如，如图3（a）所示，如果在交流网络14的第一相中发生导致在交流网络14的第一相中出现零电压V1相的相对地故障的话，控制单元150控制对应的受危害第一转换器分支121的第一横向支路142中的横向链节转换器56以产生与由受危害第一转换器分支121的纵向链节转换器26产生的阶跃可变电压V1臂的交流电压分量相等但相反的阶跃可变电压V1臂T，即产生具有振幅与由受危害第一转换器分支121的纵向链节转换器26产生的阶跃可变电压V1臂的交流电压分量的振幅相同但极性与该交流电压分量的极性相反的阶跃可变电压V1臂T。
这完全取消了由受危害第一转换器分支121的纵向链节转换器26产生的阶跃可变电压V1臂的交流电压分量，并且从而将跨所述第一转换器分支121的第一和第二交流连接端子42、46呈现的交流电压减小到零，使得其与在交流网络14的第一相中出现的零电压V1相匹配。
这完全取消了由受危害第一转换器分支121的纵向链节转换器26产生的阶跃可变电压V1臂的交流电压分量，并且从而将跨所述第一转换器分支121的第一和第二交流连接端子42、46呈现的交流电压减小到零，使得其与在交流网络14的第一相中出现的零电压V1相匹配。
[0072] 以上述方式控制第一转换器分支121中的横向链节转换器56允许未受危害的转换2 3
器分支，即第二和第三转换器分支12 、12 ，继续与交流网络14的对应未受危害相交换无功功率。这是因为如下事实：如果有效功率传输到直流网络20或从直流网络20传输，则直流电流在受危害第一转换器分支121的纵向链节转换器26中流动，这导致在直流网络20和受危害的第一转换器分支121的纵向链节转换器26之间的能量的不受控交换。
器分支，即第二和第三转换器分支12 、12 ，继续与交流网络14的对应未受危害相交换无功功率。这是因为如下事实：如果有效功率传输到直流网络20或从直流网络20传输，则直流电流在受危害第一转换器分支121的纵向链节转换器26中流动，这导致在直流网络20和受危害的第一转换器分支121的纵向链节转换器26之间的能量的不受控交换。
[0073] 控制单元150可被如此另外编程的第二种方式是控制对应的受危害转换器分支121、122、123中的纵向链节转换器26，以产生具有减小的直流电压分量的阶跃可变电压V1臂、V2臂、V3臂，而同时控制每个其他未受危害转换器分支121、122、123中的纵向链节转换器121、
122、123，以产生具有增加的直流电压分量的阶跃可变电压V1臂、V2臂、V3臂。这种控制允许经由对应的未受危害转换器分支121、122、123与未受危害的交流相交换有功和无功功率，同时也保持受危害转换器分支121、122、123中的净能量。
122、123，以产生具有增加的直流电压分量的阶跃可变电压V1臂、V2臂、V3臂。这种控制允许经由对应的未受危害转换器分支121、122、123与未受危害的交流相交换有功和无功功率，同时也保持受危害转换器分支121、122、123中的净能量。
[0074] 例如，如图3（b）所示，再次如果在交流网络14的第一相中发生导致在交流网络14的第一相中出现零电压V1相的相对地故障的话，控制单元150控制受危害第一转换器分支121中的纵向链节转换器26以产生具有零直流电压分量的阶跃可变电压V1臂。控制单元150还控1 1
制在相同的受危害第一转换器分支12 中的横向链节转换器56以产生阶跃可变电压V臂，所述阶跃可变电压V1臂减小由受危害第一转换器分支121的纵向链节转换器26产生的阶跃可变电压V1臂的交流电压分量，并且实际上完全抵消了所述交流电压分量，从而将跨所述第一转换器分支121的第一和第二交流连接端子42、46呈现的交流电压减小到零，使得其与在交流
1
网络14的第一相中出现的零电压V相匹配。
制在相同的受危害第一转换器分支12 中的横向链节转换器56以产生阶跃可变电压V臂，所述阶跃可变电压V1臂减小由受危害第一转换器分支121的纵向链节转换器26产生的阶跃可变电压V1臂的交流电压分量，并且实际上完全抵消了所述交流电压分量，从而将跨所述第一转换器分支121的第一和第二交流连接端子42、46呈现的交流电压减小到零，使得其与在交流
1
网络14的第一相中出现的零电压V相匹配。
[0075] 同时，控制单元150控制第二和第三未受危害转换器分支122、123中的纵向链节转换器26各自产生具有相等地增加的直流电压分量的阶跃可变电压V2臂、V3臂。更特别地，由未受危害第二和第三转换器分支122、123中的每个链节转换器26产生的增加的直流电压分量相加在一起，以保持直流网络20的故障前直流电压Vdc。以这种方式，未受危害转换器分支122、123能够提供在直流和交流网络20、14之间的交换有效功率，以及同时提供与交流网络的无功功率的交换。
[0076] 除上述之外，如果在交流网络14的多个受危害相中有不同电压V1相、V2相、V3相的话，控制单元150被编程成修改与受危害相对应的每个受危害转换器分支121、122、123中的纵向链节转换器26的操作，以产生具有改变的直流电压分量的阶跃可变电压V1相、V2相、V3相，所述改变的直流电压分量与在对应受危害相中的不同电压相当。
[0077] 在当每个相位中的电压不同的情况下，这需要纵向链节转换器26产生具有对应非对称组的交流电压分量的阶跃可变电压Va、Vb、Vc，如在图4（a）中作为示例示意性地示出的。由于阶跃可变电压Va、Vb、Vc彼此不同（即不对称），零序基频V（O 即电压纹波）出现在第一和第二直流端子16、18处的直流电压Vdc中（即在直流网络20的直流电压Vdc中）。
[0078] 在所示的实施例中，控制单元150被编程成控制纵向链节转换器26以产生阶跃可变电压V1臂、V2臂、V3臂，其包括采用超前电压VaO'、VbO'、VcO'形式的一组负电压分量，如图4（b）作为示例所示。负电压分量VaO'、VbO'、VcO'一起等于上述电压纹波VO但与其相反，并且因此抵消了否则将出现在直流网络20的直流电压Vdc中的纹波VO。
[0079] 每个负电压分量VaO'、VbO'、VcO'都比对应纵向链节转换器26否则将会产生的阶跃可变电压Va、Vb、Vc超前90°，并被添加到平常将会产生的阶跃可变电压Va、Vb、Vc。在本发明的其他实施例中，负电压分量可滞后于纵向链节转换器的对应阶跃可变电压。
[0080] 无论负电压分量VaO'、VbO'、VcO'的性质如何，在所示实施例中控制单元150被进一步编程成控制每个转换器分支121、122、123中的横向链节转换器56，以产生包括对应组的相等但相反的负电压分量的阶跃可变电压。这种相等但相反的负电压分量的添加抵消了对将负1 2 3
电压分量VaO'、VbO'、VcO'添加到由纵向链节转换器26产生的阶跃可变电压V臂、V臂、V臂的交流网络14的每个相中的交流电压V1相、V2相、V3相的影响。
电压分量VaO'、VbO'、VcO'添加到由纵向链节转换器26产生的阶跃可变电压V臂、V臂、V臂的交流网络14的每个相中的交流电压V1相、V2相、V3相的影响。
[0081] 作为对包括控制单元以上述方式被编程成结合负电压分量的替代方案，根据本发明的另外实施例，第一电压源转换器10的变型110可包括第一直流端子16，第一直流端子16具有连接到其的补偿链节转换器126，所述补偿链节转换器126可操作以提供阶跃可变电压，例如如图4（c）所示。
[0082] 该变型的电压源转换器110包括控制单元（图4（c）中未示出），所述控制单元被另外编程成控制补偿链节转换器126，以产生与电压纹波VO相等但相反的阶跃可变电压，所述电压纹波否则会出现在直流网络20的直流电压Vdc中。
[0083] 在根据本发明其他实施例的第一电压源转换器10的更进一步变型中，第二直流端子可改为具有连接到其的补偿链节转换器，或者第一和第二直流端子两者都可具有连接到其的补偿链节转换器。
[0084] 返回图1所示的第一电压源转换器10，如果在直流网络20中有降低的电压的话，控制单元150被另外编程成控制每个纵向链节转换器26，以产生具有相等地减小的直流电压1 2 3
分量的阶跃可变电压V臂、V臂、V臂，如图5（a）作为示例所示。在所示出的示例中，直流网络20的直流电压Vdc暂时地降低到零，并且因此由每个纵向链节转换器26产生的阶跃可变电压的减小的直流电压分量的总和为零。
分量的阶跃可变电压V臂、V臂、V臂，如图5（a）作为示例所示。在所示出的示例中，直流网络20的直流电压Vdc暂时地降低到零，并且因此由每个纵向链节转换器26产生的阶跃可变电压的减小的直流电压分量的总和为零。
[0085] 在所示的实施例中，控制单元150也被编程成在这种情况下控制每个横向链节转1 2 3 1 2 3
换器56，以产生阶跃可变电压V臂T、V臂T、V臂T，所述阶跃可变电压V臂T、V臂T、V臂T增加了由相同转换器分支121、122、123中的纵向链节转换器26产生的阶跃可变电压V1臂、V2臂、V3臂的交流电压分量，并且因此允许在第一电压源转换器10和交流网络14之间传输无功功率。在本发明的其他实施例中，控制单元150可改为控制横向链节转换器56（与纵向链节转换器26组合），使得仅横向链节转换器56产生跨对应的第一和第二交流连接端子42、46的交流电压，即，使得横向链节转换器56替代（即完全地取代）由相同转换器分支121、122、123中的对应纵向链节转换器26产生的阶跃可变电压V1臂、V2臂、V3臂的交流电压分量。
换器56，以产生阶跃可变电压V臂T、V臂T、V臂T，所述阶跃可变电压V臂T、V臂T、V臂T增加了由相同转换器分支121、122、123中的纵向链节转换器26产生的阶跃可变电压V1臂、V2臂、V3臂的交流电压分量，并且因此允许在第一电压源转换器10和交流网络14之间传输无功功率。在本发明的其他实施例中，控制单元150可改为控制横向链节转换器56（与纵向链节转换器26组合），使得仅横向链节转换器56产生跨对应的第一和第二交流连接端子42、46的交流电压，即，使得横向链节转换器56替代（即完全地取代）由相同转换器分支121、122、123中的对应纵向链节转换器26产生的阶跃可变电压V1臂、V2臂、V3臂的交流电压分量。
[0086] 在本发明的又一实施例中，控制单元150可改为被编程成控制每个横向链节转换器56以产生跨其两端的零电压，如图5（b）作为示例所示，其中直流网络20的直流电压Vdc再次暂时地降低到零。
[0087] 根据本发明的第二实施例的电压源转换器70在图6中示意性地示出。
[0088] 第二电压源转换器70类似于第一电压源转换器10，并且相似的特征共享相同的参考标记。然而，第二电压源转换器70确实与第一电压源转换器10不同在于，每个转换器分支121、122、123中的第一横向支路142包括第二横向电路72，所述第二横向电路72以及横向链节转换器56另外包括采用横向电容器76的形式的电容元件74。
[0089] 在第二电压源转换器的其他实施例（未示出）中，第二横向支路可改为包括第二横向电路，或第一和第二横向支路两者都可在其中具有相应的第二横向电路。
[0090] 在每个第二横向电路72中包括这种横向电容器76另外有助于移除由纵向链节转换器26引入的平均直流电压，即直流偏移电压。
[0091] 更特别地，在稳态条件期间使用时，第二电压源转换器70中的直流偏移电压由每个第二横向电路72内的对应电容元件74（即，由对应横向电容器76）阻断，即移除。
[0092] 同时，每个横向链节转换器56产生具有交流电压分量的阶跃可变电压V1臂T、V2臂T、V3臂T，以抵消跨对应横向电容器76两端的交流电压降，所述交流电压降由于流过所述对应横向电容器76的电流的原因而产生。
[0093] 在第二电压源转换器70的正常操作期间，通过在每个第二横向电路72中的横向纵向链节转换器56产生的阶跃可变电压V1臂T、V2臂T、V3臂T由以下等式给出：其中，
Leq是由给出的横向链节转换器56根据以下等式仿真的等效电感：
其中，
Cr是横向电容器76的幅度。
Leq是由给出的横向链节转换器56根据以下等式仿真的等效电感：
其中，
Cr是横向电容器76的幅度。
[0094] 第二电压源转换器70类似地包括控制单元150，所述控制单元150再次被编程成如1 2 3
果在交流网络14的单相中有降低的电压V相、V相、V相的话，修改第二电压源转换器70的操作，以减小在跨与所述降低的单相对应的受危害转换器分支121、122、123的第一和第二交流连接端子42、46呈现的交流电压。
果在交流网络14的单相中有降低的电压V相、V相、V相的话，修改第二电压源转换器70的操作，以减小在跨与所述降低的单相对应的受危害转换器分支121、122、123的第一和第二交流连接端子42、46呈现的交流电压。
[0095] 控制单元150可被如此另外编程的一种方式再次是控制对应的受危害转换器分支1 2 3 1 2 3 1 2
12 、12 、12 中的横向链节转换器56，以产生阶跃可变电压V臂T、V臂T、V臂T，所述V臂T、V臂T、V3臂T减小了由对应的受危害转换器分支121、122、123的纵向链节转换器26产生的阶跃可变电压V1臂、V2臂、V3臂的交流电压分量。
12 、12 、12 中的横向链节转换器56，以产生阶跃可变电压V臂T、V臂T、V臂T，所述V臂T、V臂T、V3臂T减小了由对应的受危害转换器分支121、122、123的纵向链节转换器26产生的阶跃可变电压V1臂、V2臂、V3臂的交流电压分量。
[0096] 同时，第二电压源转换器70的控制单元150被进一步编程成控制每个其他未受危害转换器分支121、122、123中的横向链节转换器56，以产生阶跃可变电压V1臂T、V2臂T、V3臂T，所述阶跃可变电压V1臂T、V2臂T、V3臂T抵消跨所述或每个所述的其他未受危害转换器分支121、122、123内的对应横向电容器76两端的交流电压降VicT。
[0097] 同时纵向链节转换器26再次被控制以使它们产生的阶跃可变电压V1臂、V2臂、V3臂的直流和交流电压分量保持不变。
[0098] 例如，如图7（a）所示，如果在交流网络14的第一相中发生导致在交流网络14的第一相中出现零电压V1相的相对地故障时，控制单元150控制对应的受危害第一转换器分支121中的横向链节转换器56，以产生阶跃可变电压V1臂T，所述阶跃可变电压V1臂T减小由受危害第一转换器分支121的纵向链节转换器26产生的阶跃可变电压V1臂的交流电压分量。
[0099] 更特别地，如图7（b）所示，控制单元150控制在受危害第一转换器分支121中的横向链节转换器56以产生阶跃可变电压Vi臂T，所述阶跃可变电压Vi臂T与跨第一转换器分支121中的横向电容器76两端的电压降VicT相加与由所述第一转换器分支121的纵向链节转换器26产生的阶跃可变电压Vi臂的交流分量相等但相反。这具有完全地取消由受危害第一转换
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器分支12的纵向链节转换器26产生的阶跃可变电压的交流电压分量的效果，并且因此再次将跨所述第一转换器分支121的第一和第二交流连接端子42、46呈现的交流电压减小到零，使得其与在交流网络14的第一相中出现的零电压V1相匹配。
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器分支12的纵向链节转换器26产生的阶跃可变电压的交流电压分量的效果，并且因此再次将跨所述第一转换器分支121的第一和第二交流连接端子42、46呈现的交流电压减小到零，使得其与在交流网络14的第一相中出现的零电压V1相匹配。
[0100] 同时，交流网络14的第一相中的相对地故障意味着没有交流电经由受危害转换器1 1
分支12 传输，并且因此以保持第一转换器分支12中的有效功率平衡，直流功率（即与直流网络20交换的有效功率）必须也为零。由于受危害转换器分支121中的直流功率必须为零，因此直流网络20中流动的电流Idc也必须为零，使得可由每个未受危害转换器分支122、123传输的直流电也同样为零。因此，为了保持未受危害转换器分支122、123中的功率平衡，经由每个传输的交流功率也必须为零，并且因此控制每个未受危害转换器分支122、123中的横向链节转换器56以产生阶跃可变电压Vi臂T，所述阶跃可变电压Vi臂T与跨对应横向电容器76两端的交流电压降VicT相等但相反，并且因此抵消跨对应横向电容器76两端的所述交流电压降VicT，即如图7（c）所示。
分支12 传输，并且因此以保持第一转换器分支12中的有效功率平衡，直流功率（即与直流网络20交换的有效功率）必须也为零。由于受危害转换器分支121中的直流功率必须为零，因此直流网络20中流动的电流Idc也必须为零，使得可由每个未受危害转换器分支122、123传输的直流电也同样为零。因此，为了保持未受危害转换器分支122、123中的功率平衡，经由每个传输的交流功率也必须为零，并且因此控制每个未受危害转换器分支122、123中的横向链节转换器56以产生阶跃可变电压Vi臂T，所述阶跃可变电压Vi臂T与跨对应横向电容器76两端的交流电压降VicT相等但相反，并且因此抵消跨对应横向电容器76两端的所述交流电压降VicT，即如图7（c）所示。
[0101] 然而，经由纵向和横向链节转换器26、56的控制，仍然可能在转换器分支121、122、3
12和交流网络14之间传输无功功率。
12和交流网络14之间传输无功功率。
[0102] 控制单元150可被另外编程的第二种方式与相对于第一电压源转换器10的相同，即再次控制对应受危害转换器分支121、122、123中的纵向链节转换器26以产生具有减小的直流电压分量的阶跃可变电压V1臂、V2臂、V3臂，同时控制每个其他未受危害转换器分支121、2 3 1 2 3
12、12中的纵向链节转换器12 、12、12以产生具有增加的直流电压分量的阶跃可变电压V1臂、V2臂、V3臂，如图8作为示例所示。
12、12中的纵向链节转换器12 、12、12以产生具有增加的直流电压分量的阶跃可变电压V1臂、V2臂、V3臂，如图8作为示例所示。
[0103] 由于此特征，仍然可能与AC网络14交换有功和无功功率。
[0104] 除上述之外，如果在交流网络14的多个受危害相中有不同电压V1相、V2相、V3相的话，第二电压源转换器70的控制单元150采用与第一电压源转换器10的控制单元150相同的方式被编程成控制第二电压源转换器70。
[0105] 再次，作为对包括控制单元被编程成结合负电压分量的替代方案，根据本发明的另外实施例，第二电压源转换器70的变型（未示出）可具有第一直流端子和/或第二直流端子，其具有连接到其的补偿链节转换器，所述补偿链节转换器可操作以提供阶跃可变电压。在这种进一步的实施例中，控制单元再次被另外编程成控制所述或每个补偿链节转换器，以产生与否则将会出现在相关直流网络的直流电压中的电压纹波相等但相反的阶跃可变电压。
[0106] 同时，如果在直流网络20中有降低的电压的话，第二电压源转换器70内的控制单元150再次被另外编程成控制每个纵向链节转换器26，以产生具有相等地减小的直流电压分量的阶跃可变电压V1臂、V2臂、V3臂，如图9（a）作为示例所示。在所示的示例中，直流网络20的直流电压Vdc再次暂时地降低到零，并且因此由每个纵向链节转换器26产生的阶跃可变电压V1臂、V2臂、V3臂的减小的直流电压分量总和为零。
[0107] 在所示的实施例中，在这种情况下，控制单元150也被编程成控制每个横向链节转换器56，以产生直流电压以减小跨相同横向支路内（例如，在所示实施例中在相同的第一横向支路142内）的电容元件74（即，横向电容器76）两端的电压降。以这种方式，跨每个转换器分支121、122、123的第一和第二交流连接端子42、46出现的交流电压是由对应纵向链节转换器26产生的阶跃可变电压的交流电压分量以及跨对应横向电容器76两端的交流电压降的结果。
[0108] 在基于第二电压源转换器70的本发明其他实施例中，控制单元150可改为被编程成控制每个横向链节转换器56，以产生阶跃可变电压V1臂T、V2臂T、V3臂T，所述阶跃可变电压1 2 3 1 2 3
V臂T、V臂T、V臂T增加由相同转换器分支12 、12、12 中的纵向链节转换器26产生的阶跃可变电压V1臂、V2臂、V3臂的交流电压分量，如图9（b）作为示例所示。
V臂T、V臂T、V臂T增加由相同转换器分支12 、12、12 中的纵向链节转换器26产生的阶跃可变电压V1臂、V2臂、V3臂的交流电压分量，如图9（b）作为示例所示。
[0109] 图10示出了根据本发明的第三实施例的电压源转换器80。
[0110] 第三电压源转换器80类似于第一电压源转换器10，并且同样相似的特征共享相同的参考标记。
[0111] 第三电压源转换器80与第一电压源转换器10的不同在于，其在每个转换器分支121、122、123的第一横向支路142中包括第三横向电路82，所述第三横向电路82仅包括与采用横向电感器86形式的电感元件84串联连接的横向链节转换器56。
[0112] 在第三电压源转换器的其他实施例（未示出）中，第二横向支路可改为包括第三横向电路，或第一和第二横向支路两者都可在其中具有相应的第三横向电路。
[0113] 在稳态条件下，即在正常操作期间，第三电压源转换器80采用与第一电压源转换器10基本相同的方式操作，即每个对应的横向链节转换器56阻断直流偏移，即由相关的纵向链节转换器26产生的阶跃可变电压V1臂、V2臂、V3臂的直流电压分量V1臂、V2臂、V3臂，第三电压源转换器80通过根据以下等式产生阶跃可变电压V1臂T、V2臂T、V3臂T来操作：此外，在故障情况下，例如，如果在相关交流网络14的单相中有降低的电压V1相、V2相、
3 1 2 3
V相，在相关交流网络14的多个受危害相中有不同电压V相、V相、V相，或在相关直流网络20中有降低的电压的话，再次控制第三电压源转换器80以采用与第一电压源转换器10基本相同的方式操作。
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V相，在相关交流网络14的多个受危害相中有不同电压V相、V相、V相，或在相关直流网络20中有降低的电压的话，再次控制第三电压源转换器80以采用与第一电压源转换器10基本相同的方式操作。
[0114] 然而，每个转换器分支121、122、123内的第三横向电路82中的横向电感器86减小了每个对应第三横向电路82中的横向链节转换器56必须产生的电压的级别，例如与每个这种横向链节转换器56必须在第一电压源转换器10中产生的电压的级别相比。因此，也减小了每个所述横向链节转换器56处理此类故障所需的单独半桥链节模块40的数量。
[0115] 在图11中示出了根据本发明第四实施例的电压源转换器90。
[0116] 第四电压源转换器90类似于第二电压源转换器70，并且相似的特征共享相同的参考标记。
[0117] 然而，第四电压源转换器90确实在每个转换器分支121、122、123的第一横向支路142中包括第四横向电路92，其以及横向链节转换器56和采用横向电容器76的形式的电容元件74一样也包括采用横向电感器86的形式的电感元件84。这种布置允许每个横向链节转换器56处理本文所讨论的多种故障所需的单独链节模块的数量的更进一步减小。
[0118] 在第四电压源转换器的其他实施例（未示出）中，第二横向支路可改为包括第四横向电路，或第一和第二横向支路两者都可在其中具有相应的第四横向电路。
[0119] 可以设想的是，在未形成本发明的一部分的某一其他布置中，可以省略在这种另外的横向电路内的横向链节转换器，以仅留下电容元件和电感元件，即仅留下横向电容器和横向电感器。
[0120] 在使用中，第四电压源转换器90采用与第二电压源转换器70相似的方式在稳态条件下（即在正常操作期间）工作，即其中直流偏移电压通过每个第四横向电路92内的对应电容元件74（即通过对应横向电容器76）被阻断，即被移除。
[0121] 同时，在这种稳态条件下，每个横向链节转换器56均产生交流电压，以抵消跨对应横向电容器76和对应横向电感器86两者两端的交流电压降。该交流电压与在交流网络14的每个相中流动的电流I1ac、I2ac、I3ac正交，并且因此可以实现每个横向链节转换器56中的多种半桥链节模块40的电容器32中的能量的平衡。
[0122] 由每个第四横向电路92内的横向链节转换器56产生的电压由以下等式给出：其中，
Leq是由给出的横向链节转换器56根据以下等式仿真的等效电感：
其中，
Cr是横向电容器76的幅度；以及
Lr是横向电感器86的幅度。
Leq是由给出的横向链节转换器56根据以下等式仿真的等效电感：
其中，
Cr是横向电容器76的幅度；以及
Lr是横向电感器86的幅度。
[0123] 图12示出了在第四电压源转换器90正常操作期间遍及第四电压源转换器90的多种电压和电流级别。除上述的这些电压和电流外，图12另外示出了跨相应第二纵向链节转换器26中的每个链节模块28两端的电压VLM，跨相应横向链节转换器56中的每个链节模块28两端的电压VTM，以及平均为Vdc/3的跨整个第四横向电路92两端的电压VTC。
[0124] 在故障情况下，例如，如果在相关交流网络14的单相中有降低的电压V1相、V2相、V3相，在相关交流网络14的多个受危害相中有不同电压V1相、V2相、V3相，或在相关直流网络20中有降低的电压的话，第四电压源转换器90被控制以采用与第二电压源转换器70基本相同的方式操作，即如上所述。
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