CN101069334B - 用于高压直流传送的装置 - Google Patents

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Abstract

为了提供可以用其为例如孤立电网的无源用电设备供电的、一种用于高压直流传送的装置(1)，该装置带有用于连接提供能量的交流电网(2)的电源连接端子(4)，以及用于连接多相的用电设备(3)的用电设备连接端子(5)，其中，所述电源连接端子(4)后接一个整流器(6)，该整流器通过带有滤波装置(12)的直流中间电路(8)与逆变器(9)连接，该逆变器在交流一侧连接到所述用电设备连接端子(5)，其中，该整流器(6)和逆变器(9)具有可控硅换流阀(9a+，9b+，9c+；9a-，9b-，9c-)，并且控制单元(14)根据时钟信号触发该逆变器(9)的可控硅换流阀(9a+，9b+，9c+；9a-，9b-，9c-)，本发明建议，所述控制单元(14)与产生所述时钟信号的时钟发生器连接，该时钟发生器具有自身的电源，其中，所述逆变器(9)后接用于对在功率通量的方向上的电流进行换向的电容性阻抗，或者所述多相的用电设备(3)具有一个对于电流的换向足够的电容性阻抗。

Description

用于高压直流传送的装置
技术领域
本发明涉及一种用于高压直流传送的装置，其带有用于连接提供能量的交流电网的电源连接端子，以及用于连接多相的用电设备的用电设备连接端子，其中，电源连接端子后接一个整流器，该整流器通过带有滤波装置的直流中间电路与逆变器连接，该逆变器交流一侧连接到用电设备连接端子，其中，该整流器和逆变器具有可控硅换流阀(Thyristorventile)，并且控制单元根据时钟信号触发该逆变器的可控硅换流阀。
本发明还涉及一种用于高压直流传送的方法，其中，提供能量的多相交流电网的交流电被整流器整流，作为直流电传送至逆变器，而该逆变器将该直流电变换为交流电以便为多相的用电设备供电，其中，该整流器和逆变器具有可控硅换流阀，并且控制单元根据时钟信号触发该逆变器的可控硅换流阀。
背景技术
这种装置和这种方法例如由CIGRE Working Group 14.07和IEEEWorking Group 15.05.05的“Guide For Planning DC Links Terminating AC DCSystems Locations Having Low Short-Circuit Capacities”，Cigre，Paris在1992年公开。在该文献中公开了高压直流传送系统，其中，直流电压电路将传导交流电的能量分配网络相互连接。在此，换流器站与各自的三相电压网连接，并且用来对电流进行整流和逆变。换流器具有按照桥式电路相互连接的功率半导体阀，其中通常采用可控硅。相对于诸如所谓的GTO或IGBT的其它功率半导体，可控硅具有明显更小的损耗功率并且此外其制造的成本低廉。
然而，可控硅具有如下的缺点：其尽管能够通过电触发信号从断开通过可控硅的电流的截止状态变换到可以有通过可控硅换流阀的电流的导通状态，但是不能通过触发信号断开可控硅换流阀。只有通过可控硅流动的电流降低到其保持电流，才能将可控硅变换回其截止状态。因此，可控硅被称为外来引导(fremdgeführt)或者网络引导的功率半导体。在通常的高压直流传送中，两个通过直流电路连接的换流器分别与一个交流电网连接。在此，该交流电网的三相电压在作为逆变器运行的换流器中用于对在逆变器的交流输出端上的电流进行换向，并且由此用于将不再被触发的可控硅从其导通状态变换到其截止状态。为了对所谓的孤立电网供电，这种孤立电网本身不具有电压源并因此不能提供用于在高压直流传送中使电流换向的三相电压，按照迄今为止的专业意见，高压直流传送系统应该采用例如IGBT的自行引导的(selbstgeführt)功率半导体。不过，IGBT的造价高并具有高的损耗功率，后者在运行期间相对于可控硅同样带来造价上的劣势。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，提供本文开始部分所述类型的一种装置和一种方法，利用该装置和方法也可以从本身不具有电压源的所谓孤立电网或者其它的用电设备或负载进行供电。
按照第一种变形本发明如下地解决上述的技术问题：控制单元与产生所述时钟信号的时钟发生器连接，该时钟发生器具有自身的电源，其中，逆变器后接用于对在功率通量(Leistungsfluss)的方向上的电流进行换向的电容性阻抗，或者多相的用电设备具有一个对于电流的换向足够的电容性阻抗。为了是足够的，该电容性阻抗必须这样大：换流器在由时钟发生器规定的基本振荡之下可以这样远地在电感区域中被运行，使得形成一个用于保证可控硅的关断间隔的足够大的熄弧角
按照第二种变形本发明如下地解决上述的技术问题：时钟发生器利用独立的且自身的电源产生时钟信号，并且在逆变器的交流一侧上提供一个对于电流的换向足够的电容性阻抗。
按照本发明，可以借助于可控硅换流阀为孤立电网或者其它无源的用电设备供电。换言之，可以在没有自身的换向电压的条件下通过其换流器具有可控硅换流阀的高压直流传送设备利用提供能量的连接电网为无源的用电设备供电。仅仅借助于电容性阻抗提供对于电流换向所需要的电压，该电容性阻抗在功率通量的方向上接在逆变器之后。此外，按照本发明，有源的可熄弧换流阀或者在并联的换向支路中的功率半导体换流阀是多余的。例如，按照本发明，可以在逆变器的交流输出端上通过电容器将单个的相线相互连接。例如第一相线的触发时刻仅仅根据由独立的时钟发生器所产生的时钟信号实现。在此，不仅对位于传导电流的相线之间的电容、而且对两个通过不传导电流的相线连接的电容进行充电。这点保证在下一个可控硅的触发之后所需要的换向电压。这点导致在重新触发的换流阀中的电流升高，并且导致在应该熄弧的换流阀中的电流下降到保持电流之下。因此，该可控硅换流阀在此变换到其截止状态。按照本发明，不对逆变器进行调整。对可控硅换流阀的触发仅仅根据与在逆变器上的三相电压独立的时钟信号的相位进行。因此，通过本发明克服了长时间存在的偏见，即，认为可控硅换流阀不适合于在高压直流传送中为无源用电设备供电。
电容性阻抗根本不必通过在用电设备的相线之间的电容器来实现。可以按照任意的方式来提供该电容性阻抗。用电设备本身也可以提供一个电容性阻抗，利用该电容性阻抗同样可以按照本发明进行电流的换向。用电设备的电容性阻抗也可以加入到由专门的电容组所产生的阻抗中来。
原则上，每个合适的时钟发生器均可以用在本发明的范围内。不过，如果时钟发生器是自由振荡的振荡器，则带来优点。自由振荡的振荡器对于专业人员来说是充分地公知的，因此在此不需要说明。
合适的是，电容性阻抗由至少一个电容器组提供。通过这些电容器组可以实现本发明的装置的一种基本上与用电设备独立的设计，因为可以通过该电容器组保证在任何情况下提供对于电流换向所需要的电容。为此，对应地设计电容器的电容。
合适的是，电容器组在整流器和用电设备连接端子之间与用电设备并联接入。通过电容器组的这种在逆变器上的位置接近的设置，电容作用最大。这点导致了较为迅速的换向，并且由此导致在逆变器上较短的重叠角。
不具有自身电压源的孤立电网对于多相的用电设备是是合适的。孤立电网例如出现在如用于石油钻探的远海平台上。
不过，与上面不同是，用电设备也可以是简单的电机和/或由一个或多个其它电气机器组成。
合适的是，直流中间电路具有长度超过30公里的直流导线。这种高压直流传送系统优选地用于为远离连接电网的远距离的孤立电网供电。
与上面不同是，将整流器和逆变器紧靠地相邻设置(背靠背)，从而实现了一种所谓的短耦合。这种短耦合例如用于不同旋转频率、相位状态、中点操作等的交流电网的耦合。这种结构在驱动技术的范围中也是优选的。
优选地，仅仅借助于整流器对在逆变器的交流一侧上出现的交流电压进行调整。如同已经解释的那样，按照本发明，省去了对于逆变器的调整。在逆变器的交流一侧下降的三相电压取决于在那里的阻抗、以及交流电流的大小。不过，该交流电流和由此的交流电压可以通过直流电流和由此的对整流器的调整来确定。
按照针对这点的适当的扩展，在获得交流测量电压的条件下对在逆变器的交流一侧下降的交流电压进行测量，将该交流测量电压与基准电压进行比较，根据该比较产生一个基准直流信号，在获得直流测量信号的条件下对直流中间电路的电流进行测量，将该直流测量信号与该基准直流信号进行比较，并且根据该比较这样对所述整流器的可控硅换流阀进行触发，使得设置所希望的交流测量电压。
附图说明
本发明的其它适当的结构和优点借助于附图由下面对优选实施方式的描述给出，其中作用相同的部件标有相同的参考标记，图中：
图1表示按照本发明的装置的一种实施方式，
图2表示按照图1的装置的逆变器一侧，并且
图3表示用于说明按照本发明的方法的一种实施方式的示意图。
具体实施方式
图1示出了按照本发明的装置1的一种实施方式，该装置被设置用来将能量从提供能量的交流电网2传送到一个基本上不具有自身电压源的孤立电网3中。在此，装置1包括用于连接提供能量的交流电网2的电源连接端子4，以及用于连接在此作为孤立电网3实现的用电设备的用电设备连接端子5。电源连接端子4后接整流器6，其中，在电源连接端子4和整流器6之间设置了变压器7。整流器6通过直流中间电路8与逆变器9连接，后者后接另一个变压器10以及用电设备连接端子5。此外，提供了这样的公知的滤波器组11，该滤波器组被调谐在交流电网2、3的三相电压的各自的额定频率的谐波上。这种起干扰作用的谐波可能在整流或逆变中出现。通过与各自电网并联接入的滤波器有效地压制了谐波。在直流中间电路8中设置了用于直流电的滤波的电感12。在逆变器9的交流一侧上设置了与孤立电网3并联的电容器13，这些电容器具有一个对于电流的换向足够的电容性阻抗。为了对逆变器9进行控制，设置了控制装置14，下面还要更详细地描述该控制装置的作用方式。
图2按照更详细的图示出了逆变器9。尤其可以看出的是，孤立电网3由三个相线3a、3b、3c组成，这些相线通过变压器10与逆变器9连接。逆变器9基本上由两个带有可控硅换流阀9a+、9b+、9c+以及9a-、9b-、9c-的两个换向组组成，这些可控硅换流阀按照六脉冲桥式电路(Sechspuls-brückenschaltung)相互连接。连接导线L1、L2和L3对应于孤立电网3的相线。还可以看出的是，电容器组13由三个电容器(15a、15b、15c)组成，它们用连接导线L1、L2和L3按照三角形连接来连接。出发点例如是通过对可控硅9a+和9c-的触发开始的。由整流器产生的直流电既为直接与传导电流的相线(L1和L3)连接的电容器15c充电，也为两个通过无电流的相线L2连接的电容器15a和15b充电。在对下一个可控硅支路(9b+)进行触发时，在电容器15a上的电压保证所需要的换向电压，使得电流从可控硅9a+换向到可控硅9b+上。按照这种方式可控硅9a+变换到其截止状态中。其它的换向按照相同的方式在时间上错开地进行。
图3示出了按照本发明的方法的示意图。特别是可以看出供电电网2以及孤立电网3，它们通过已经描述的装置1相互连接。正如已经描述的那样，对逆变器9的可控硅的触发仅仅取决于针对在图3中没有示出的时钟发生器所独立地产生的时钟信号。不对逆变器进行调整。为了调整在孤立电网3中的三相电压，例如借助于电压分压器或者变换器测量孤立电网3的交流电压。然后，将所测量的交流测量电压Vac_inv与一个参数化的额定或基准电压Vac_ref进行比较，其中，借助于在控制单元中的内部逻辑产生一个额定电流值或一个基准直流信号Iref。孤立电网3的阻抗对于所述内部逻辑来说起到了利用其计算该直流基准信号的参数的作用。将该基准直流信号与所测量的直流测量信号Idc进行比较，并且根据该比较通过改变触发角度α这样来改变对整流器的触发，使得所测量的交流电压Vac_inv与基准值Vac_ref对应。

Claims (7)

1.一种用于高压直流传送的装置(1)，其带有用于连接提供能量的交流电网(2)的电源连接端子(4)，以及用于连接多相的用电设备(3)的用电设备连接端子(5)，其中，所述电源连接端子(4)后接整流器(6)，该整流器通过带有滤波装置(12)的直流中间电路(8)与逆变器(9)连接，该逆变器交流一侧连接到所述用电设备连接端子(5)，其中，该整流器(6)和逆变器(9)具有可控硅换流阀(9a+，9b+，9c+；9a-，9b-，9c-)，并且控制单元(14)根据时钟信号触发该逆变器(9)的可控硅换流阀(9a+，9b+，9c+；9a-，9b-，9c-)，
其特征在于，所述控制单元(14)与产生所述时钟信号的时钟发生器连接，该时钟发生器具有自身的电源，
其中，所述逆变器(9)后接用于对在功率通量的方向上的电流进行换向的电容性阻抗，所述电容性阻抗由至少一个电容器组(13)提供，每个所述电容器组(13)与所述用电设备(3)并联接入；或者所述多相的用电设备(3)具有一个对于电流的换向足够的电容性阻抗，并且
触发时刻仅仅根据由独立的时钟发生器所产生的时钟信号实现。
2.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述时钟发生器是自由振荡的振荡器。
3.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述多相的用电设备(3)是不具有自身电压源的孤立电网(3)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述直流中间电路(8)具有长度超过30km的直流导线。
5.一种用于高压直流传送的方法，其中，提供能量的多相交流电网(3)的交流电被整流器(6)整流，并且作为直流电被传送至逆变器(9)，该逆变器(9)将该直流电变换为交流电以便为多相的用电设备(3)供电，其中，该整流器和逆变器具有可控硅换流阀(9a+，9b+，9c+；9a-，9b-，9c-)，并且控制单元根据时钟信号触发该逆变器(9)的可控硅换流阀(9a+，9b+，9c+；9a-，9b-，9c-)，
其特征在于，时钟发生器利用独立的且自身的电源产生所述时钟信号，并且在所述逆变器(9)的交流一侧上提供一个对于电流的换向足够的电容性阻抗。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，仅仅借助于所述整流器(6)对在所述逆变器(9)的交流一侧上出现的交流电压进行调整。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在获得交流测量电压(Vac_inv)的条件下对在所述逆变器(9)的交流一侧上出现的交流电压进行测量，将该交流测量电压(Vac_inv)与基准电压(Vac_ref)进行比较，根据该比较产生一个基准直流信号(Iref)，在获得直流测量信号(Idc)的条件下对直流中间电路的电流进行测量，将该直流测量信号(Idc)与所述基准直流信号(Iref)进行比较，根据该比较并且这样对所述整流器(6)的可控硅换流阀进行触发，使得设置所希望的交流测量电压(Vac_inv)。
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