CN101297457A - 换流器 - Google Patents

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Abstract

一种换流器，用于在高压输电系统的换流站中将交流电压变换为直流电压以及将直流电压变换为交流电压，所述换流器包括串联连接的多个换流阀(10－13)。所述换流器在所述换流阀的两个相对侧具有到变压器的连接。

Description

换流器
技术领域和背景技术
本发明涉及一种换流器，用于在高压输电系统的换流站中将交流电压变换为直流电压以及将直流电压变换为交流电压，所述换流器包括串联连接的多个换流阀，所述换流器的DC侧由换流阀的所述串联连接的相对端形成，以便分别连接到高电位和低电位，所述换流器还包括多个连接部件，所述多个连接部件通过分别连接到相继的所述换流阀之间的所述串联连接的点而连接到所述换流器的AC侧，用于从所述换流器引出到变压器。
所述换流器是线换向(line commutated)CSC(Current SourceConverter，电流源型换流器)换流器，其中，例如晶闸管的开关元件在所述AC系统中的AC电流的过零点处关断。每一个换流阀通常具有串联连接的以功率半导体器件形式的多个这种开关元件以及与其反并联连接的整流二极管，以便能够一起保持在换流阀阻断状态下换流阀所要保持的高电压。
本发明尤其但不是唯一地涉及用于HVDC(高压直流，High VoltageDirect Current)输电系统的换流器，因此将针对该应用对本发明进行说明。当在连接到这种换流站的直流电压网络中传输电力时，因为当电压升高时传输损耗降低，所以希望电压尽可能高。因此，一直在进行提高输电系统的输电线或者电缆的极相对于地的电压的尝试。本发明尤其但不是唯一地针对当所述电压升高到高电平时出现的问题，该高电平特别但不是唯一地为600kV以上。
这种类型的换流器通常是所谓的12脉冲桥换流器，其意味着在到高电位和低电位的连接的所述端之间具有以三个串并联连接的四个换流阀形式的12个所述换流阀。然而，本发明不限于这种12脉冲结构，还可以想到更多或者更少的换流阀，其中，四个是下限，这是因为应当有至少两个所述连接部件，以便连接到变压器。
现在讨论用于所述高电压的12脉冲换流器结构的情况，以便解释这种类型的换流器面临的问题。
这种类型的已知换流器中的所述连接部件设置在所述换流阀的一侧，以便从换流器引出到通常设置在容纳所述换流器的阀厅外部的变压器。由于运输限制，需要大功率变压器是单相双绕组类型的，否则大功率变压器将太大太重而很难找到车辆来运输这些大功率变压器和/或这些大功率变压器可能太重而不允许在道路上进行运输。这意味着12脉冲换流器结构需要六个单相双绕组变压器。对于该已知的换流器，这些变压器需要在换流器的一侧并排设置成很长的行。由于使所有变压器在该阀厅建筑的一长侧，将使许多电连接集中在该侧。在每一个连接之间需要电绝缘距离(空气距离)，这将需要额外的空间和空气。这还意味着然后该换流阀通常被建立为双阀，这意味着该换流阀以两个重叠的阀的列来设置，在12脉冲结构的情况下六个这种列被设置成行。这种换流器结构在换流器和变压器之间具有相当复杂的电母线设计。
发明内容
本发明的目的是提供一种在引言中限定的类型的换流器，其相对于已知的这种换流器被简化。
根据本发明，通过提供如下的换流器实现了上述目的：所述换流器在所述换流阀的两个相对侧中的两侧都具有所述连接部件。因为变压器可以设置在换流器的两侧，使得可以大大减小容纳换流器的阀厅的尺寸并且简化变压器和换流器之间的电连接。这意味着可以以更紧凑的方式来设置换流阀，用例如四重阀来代替双阀，并且因为在换流器的每一侧有比以前更少的连接，所以仍然可以在到变压器的连接之间获得足够的电绝缘距离。然后，有利的所述连接部件中的半数设置在所述换流阀的一侧，半数设置在所述换流阀的另一侧。将上述配置与按列设置的换流阀数目为两倍的所述换流阀配置进行结合，意味着基本可以将所述换流阀厅(converter valvehall)的长度减小为一半，节省了空间，同时简化了换流器和变压器之间的电母线工作。
根据本发明实施例，换流器包括布置成一列的在彼此的顶部的所述串联连接的至少四个所述换流阀，而且AC侧的所述连接部件连接到每两个换流阀之间如第一换流阀和第二换流阀之间、第三换流阀和第四换流阀之间等等的所述串联连接的点。
根据本发明的另一个实施例，换流阀的串联连接具有四个换流阀以及在所述列的两个相对侧中的每一侧的用于AC侧的一个所述连接部件。这意味着在四个这种换流阀的换流阀列的两个相对侧中的每一侧仅有一个所述连接部件。
根据本发明的另一个实施例，换流器包括彼此并联连接的换流阀的多个串联连接，且通常的情况是换流器包括彼此并联连接的换流阀的三个所述串联连接，以在所述AC侧提供三相。然后，所述换流器包括布置成行的三个所述列的串联连接的四个换流阀，每列在所述行的两个相对侧中的每一侧具有连接到所述AC侧的一个所述连接部件。这意味着，在所述行的每一侧具有三个连接部件，而不是已知换流器的12脉冲结构中的六个。
根据本发明的另一个实施例，换流器包括多个电涌放电器，其以一个电涌放电器与每个换流阀并联连接的方式串联连接在所述换流阀的串联连接的两个DC侧端部之间，所述电涌放电器的串联连接具有布置在所述换流阀的串联连接的一侧的第一部分和布置在所述换流阀的串联连接的相对侧的相继第二部分，所述两个部分通过导体互连，所述导体通过两个所述换流阀之间的自由空间从一个所述侧导向另一侧。通过在所述串联连接的两个相继的换流阀之间设置自由空间，可以改变所述电涌放电器的串联连接的侧，并从而改变用于从换流器导向变压器的所述连接部件的配置的侧，以便在换流器的两侧设置这些连接部件。
根据本发明的另一个实施例，每个换流阀包括多个包括功率半导体的重叠的层，通过使两个相继的所述换流阀之间的距离大约为所述层的一半或者一个所述层而形成所述自由空间。这构成了一种简单的方式，通过简单地省略一层或者半层来获得电涌放电器的所述串联连接的侧的改变，所以重叠的换流阀的列的总高度仅仅会稍微增大。
根据本发明的另一个实施例，到所述换流阀的串联连接的相对的端的两个DC侧连接也可以分别设置在所述换流阀的所述相对的侧中的一侧。这抵消了由于电连接集中在换流器的一侧而造成的换流器沿任意方向需要大的尺寸。应当指出，换流阀的串联连接的所述相对的两端可以连接到高压输电线的每一个极，或者所述相对的两端中的一端可以连接到该极，而另一端连接到接地的中性母线。
根据本发明的另一个实施例，该换流器包括容纳所述换流阀的换流阀厅，所述换流阀厅在其相对的壁上具有引线，以便在其相对的侧连接到在所述换流阀厅外部的变压器。由于所述连接部件在所述换流器两侧并且所述变压器在所述厅的两侧的配置，可以使该换流阀厅紧凑，同时在连接部件之间以及在变压器之间保持足够的电绝缘距离。
根据本发明的另一个实施例，换流器被配置为对换流器的所述DC侧50kV以上、200kV以上、400kV以上或者600kV-1000kV的电压进行变换。所述电压越高，本发明越适于应用，但是在本文中电压为低也是可以的，这意味着例如200kV的等级。本发明尤其适用于电线/电缆输电系统中较高的电压以及背靠背(back-to-back)应用中的较低电压。
本发明还涉及一种用于将AC系统连接到HVDC输电线的换流站，其设置有至少一个根据本发明的换流器；一种用于在背靠背应用中将AC系统连接到另一个AC系统的换流站，其设置有至少一个根据本发明的换流器；以及一种HVDC(高压直流)输电系统，其包括具有至少一个根据本发明的换流器的换流站。本发明还涉及一种高压AC输电系统，其包括具有至少一个根据本发明的换流器的换流站；根据本发明的换流器在HVDC输电系统的换流站中的用途；以及根据本发明的换流器在高压AC输电系统的背靠背换流站中的用途，从根据本发明的不同实施例对换流器的以上讨论，这种换流器的配置和用途关于使得结构更简单、需要更小的空间以及节省成本的效果将变得明显。
从以下对本发明实施例的说明，本发明的其它优点及有益特征将变得明显。
附图说明
下面是参考附图对根据现有技术的换流器以及根据本发明实施例的换流器的具体说明。在附图中：
图1是示出具有换流站的HVDC(高压直流)输电系统的示意图；所述换流站可以包括也可以不包括根据本发明的换流器；
图2是示出具有12脉冲结构的已知换流器的示意图；以及
图3是根据本发明实施例的换流器的简化端视图；
图4是示出在背靠背应用中使用的两个已知换流器的总体结构的简化视图；以及
图5是与图4类似的在背靠背应用中所使用的根据本发明的换流器的视图。
对根据现有技术的换流器的简要说明
图1示意性地示出具有两个换流站1、2的高压直流输电系统，两个换流站1、2通过双极型高压直流输电线3互连，高压直流输电线3的一个极4相对于地具有例如+800kV的正极性，一个极5相对于地具有例如-800kV的负极性。每一个换流站具有两个换流器6、7，每一个换流器的DC侧一方面连接到高电位的所述极，另一方面连接到接地的DC中性设备8。每一个换流器的AC侧连接到变压器9。
图2示出已知的所谓12脉冲桥换流器，用于在这种类型的HVDC输电系统的换流站中将交流电压变换为直流电压以及将直流电压变换为交流电压。该换流器具有四个换流阀10’、11’、12’和13’的三个串联连接，并且所述串联连接彼此并联连接以将相对端14’和15’分别连接到所述DC侧的高电位和低电位。这里，每一个所述串联连接被设置成两列，每列具有两个重叠的换流阀。图2示出如何对在每一列的两个换流阀之间的点设置部件16’，以将其分别连接到变压器17’，这样在一行换流阀列的一侧设置六个变压器，这导致了上面讨论的问题。
具体实施方式
从所述一行换流阀列的一端来看，图3示意性地示出了根据本发明实施例的换流器。这也是12脉冲桥换流器，其具有四个换流阀10-13的串联连接，换流阀10-13在彼此顶部设置成一列，从而该换流器将具有设置成行的三个这样的列。这里，该列被示出为通过隔离部件19与换流阀厅(current valve hall)的顶(roof)18隔离。换流器的DC侧连接到所述换流器列，在换流器DC侧的相对侧，连接20将换流器连接到HVDC输电线的极，连接21将换流器连接到换流站的中性母线。在所述DC连接20、21之间串联连接电涌放电器22-25，一个电涌放电器与每一个换流阀并联连接，以保护换流阀免受过电压。电涌放电器的串联连接的一部分，即电涌放电器中的两个电涌放电器22和23，设置在换流阀列的一侧，电涌放电器的串联连接的另一部分设置在换流阀列的另一侧，通过导体26互连这两个部分，导体26通过两个所述换流阀11、12之间的自由空间27从一个所述侧导向另一侧。每一个换流阀包括多个重叠的层，该重叠的层包括功率半导体，所述自由空间27优选通过在两个连续的换流阀之间留出这种层的大约一半的距离来形成。
还示出如何以这种方式在换流器的相对侧30、31设置连接到连续的换流阀之间的换流阀的串联连接点的部件16以便在换流器的相对侧连接到变压器17，由此产生了上面说明的优点。
图4示出了可以使用本发明的其它应用。该图示出了已知的背靠背应用，其中两个换流器40、41由DC链路42连接并且设置在换流器厅43中。例如，在一侧44，交流电压具有50Hz的频率，而在另一侧45，具有60Hz的频率。这里，每一个换流器具有三列，一列用于一相，如列50所示，每一列具有四个换流阀46-49。连接到同一换流器的变压器51-54设置在换流器的同一侧，用于这种配置的厅43变得相当宽。
图5示出在图4所示的背靠背应用中使用的根据本发明的换流器。该换流器使用八重阀，即每一列中有八个换流阀，通过使用图3所示的上述技术，变压器51-54设置在换流器厅43的两侧。这显著减小了阀厅的宽度。
当然，本发明不以任何方式局限于以上描述的实施例，很明显，本领域技术人员可以进行许多变型，而不脱离所附权利要求所限定的本发明的基本思想。

Claims (18)

1.一种换流器，用于在高压输电系统的换流站中将交流电压变换为直流电压以及将直流电压变换为交流电压，所述换流器包括串联连接的多个换流阀(10-13)，所述换流器的DC侧由换流阀的所述串联连接的相对端(14、15)形成，以便分别连接到高电位和低电位，所述换流器还包括多个连接部件(16)，所述多个连接部件(16)通过分别连接到相继的所述换流阀之间的所述串联连接的点而连接到所述换流器的AC侧，用于从所述换流器引出到变压器(17)，其特征在于，所述换流器在所述换流阀的两个相对侧(30，31)中的两侧都包括所述连接部件(16)。
2.根据权利要求1所述的换流器，其特征在于，所述连接部件(16)中的半数设置在所述换流阀(10-13)的一侧，半数设置在所述换流阀(10-13)的另一侧。
3.根据权利要求1或者2所述的换流器，其特征在于，所述换流器包括布置成一列的在彼此的顶部的所述串联连接的至少四个所述换流阀(10-13)，而且AC侧的所述连接部件(16)连接到每两个换流阀之间如第一换流阀和第二换流阀之间、第三换流阀和第四换流阀之间等等的所述串联连接的点。
4.根据权利要求3所述的换流器，其特征在于，所述换流阀的串联连接具有四个换流阀(10-13)以及在所述列的两个相对侧中的每一侧的用于AC侧的一个所述连接部件。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的换流器，其特征在于，所述换流器包括彼此并联连接的所述换流阀的多个串联连接。
6.根据权利要求5所述的换流器，其特征在于，所述换流器具有彼此并联连接的所述换流阀(10-13)的三个串联连接，以提供用于所述AC侧的三相。
7.根据权利要求4和6所述的换流器，其特征在于，所述换流器包括布置成行的三个所述列的串联连接的四个换流阀(10-13)，每列在所述行的两个相对侧中的每一侧具有连接到所述AC侧的一个所述连接部件(16)。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的换流器，其特征在于，所述换流器包括多个电涌放电器(22-25)，其以一个电涌放电器与每个换流阀并联连接的方式串联连接在所述换流阀的串联连接的两个DC侧端部(20、21)之间，所述电涌放电器的串联连接具有布置在所述换流阀的串联连接的一侧的第一部分(22，23)和布置在所述换流阀的串联连接的相对侧的相继第二部分(24，25)，所述两个部分通过导体(26)互连，所述导体(26)通过两个所述换流阀之间的自由空间(27)从一个所述侧导向另一侧。
9.根据权利要求8所述的换流器，其特征在于，每个换流阀(10-13)包括多个包括功率半导体的重叠的层，通过使两个相继的所述换流阀(11、12)之间的距离大约为所述层的一半或者一个所述层而形成所述自由空间(27)。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的换流器，其特征在于，到所述换流阀的串联连接的相对的端的两个DC侧连接(20、21)也可以分别设置在所述换流阀(10-13)的所述相对的侧中的一侧。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的换流器，其特征在于，所述换流器包括容纳所述换流阀的换流阀厅，所述换流阀厅在其相对的壁上具有引线，以便在其相对的侧连接到在所述换流阀厅外部的变压器(17)。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的换流器，其特征在于，所述换流器被配置为对换流器的所述DC侧的50kV以上、200kV以上、400kV以上或者600kV-1000kV的电压进行变换。
13.一种用于将AC系统连接到HVDC输电线的换流站，其设置有至少一个根据权利要求1-12中的任一项所述的换流器。
14.一种用于在背靠背应用中将AC系统连接到另一个AC系统的换流站，其设置有至少一个根据权利要求1-12中的任一项所述的换流器。
15.一种HVDC(高压直流)输电系统，其包括具有至少一个根据权利要求1-12中的任一项所述的换流器的换流站。
16.一种在背靠背应用中的高压AC输电系统，其包括具有至少一个根据权利要求1-12中的任一项所述的换流器的换流站。
17.根据权利要求1-12中的任一项所述的换流器在HVDC输电系统的换流站中的用途。
18.根据权利要求1-12中的任一项所述的换流器在高压AC输电系统的背靠背换流站中的用途。
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