CN101507080B - Dc滤波器以及包括这种滤波器的电压源换流站 - Google Patents

Dc滤波器以及包括这种滤波器的电压源换流站 Download PDF

Info

Publication number
CN101507080B
CN101507080B CN2006800556800A CN200680055680A CN101507080B CN 101507080 B CN101507080 B CN 101507080B CN 2006800556800 A CN2006800556800 A CN 2006800556800A CN 200680055680 A CN200680055680 A CN 200680055680A CN 101507080 B CN101507080 B CN 101507080B
Authority
CN
China
Prior art keywords
filter
voltage source
source converter
tie point
polar curve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2006800556800A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101507080A (zh
Inventor
安德斯·彼得松
蒋琳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Energy Switzerland AG
Original Assignee
ABB T&D Technology AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB T&D Technology AG filed Critical ABB T&D Technology AG
Publication of CN101507080A publication Critical patent/CN101507080A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101507080B publication Critical patent/CN101507080B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/14—Arrangements for reducing ripples from dc input or output
    • H02M1/143—Arrangements for reducing ripples from dc input or output using compensating arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • H02J2003/365—Reducing harmonics or oscillations in HVDC
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

用于HVDC传输系统的VCS站中的DC滤波块(F3)既连接到极线(W1，W2)又连接到地。

Description

DC滤波器以及包括这种滤波器的电压源换流站
技术领域
本发明总地涉及DC滤波器，并且更具体而言，涉及一种用于基于电压源换流器的HVDC传输系统的DC滤波器。本发明还涉及一种包括这种滤波器的电压源换流站。
背景技术
GB 1535741 A描述了一种AC转换器设备，其中整流器的输出端和逆变器的输入端通过阻抗元件而连接到地点。所述阻抗元件包括电容元件，以抑制来自整流器的整流电流中的伪振荡。
US4,638,416公开了抑制具有不同滤波元件和滤波电路的HVDC系统。
电压源换流器(VSC)用于例如高压直流(HVDC)系统中，并且也被用作静态无功补偿器(SVC)。在HVDC应用中，电压源换流器耦合在直流链路与交流网络之间，并且在第二种应用中耦合在直流电压源与交流网络之间。在这两种应用中，电压源换流器必须能够产生频率与交流网络的频率相同的交流(AC)电压。通过对所产生的与交变电流网络的电压有关的AC电压的幅度和相位分别进行调制，来控制通过换流器的无功功率流和有功功率流。
具体而言，形成配备有串联晶体管(IGBT)的电压源换流器使得有可能将这种类型的换流器用于相当高的电压，并且用于控制所产生的AC电压的脉宽调制(PWM)使得能够非常快地控制该电压。
对于用于电压源换流器的控制系统的一般性描述，参照AndersLindberg：PWM and Control of Two and Three Level High Power VoltageSource Converters.Royal Institute of Technology，Department of ElectricPower Engineering.Stockholm 1995，特别是第1、21-56、77-106页以及附录A，上述文献通过引用合并于此。
图1以示意性框图的形式示出现有技术中已知的高压直流传输系统中的电压源换流(在下文中也称为VSC)站的DC侧。第一换流站STN1和第二换流站STN2经由具有两个极导体W1和W2的直流链路而分别耦合到彼此。典型地，极导体是线缆，但它们还可以至少部分地以架空线的形式。虽然将仅详细描述第一VSC站，但应理解，第二站可以具有相同的设计。
换流站具有电容设备C1，所述电容设备C1耦合在极导体之间，以将电极稳定到极电压。在极线(pole line)中设置平滑电抗器S1，以稳定极电流。此外，设置零序电抗器S2，以确保两个极线中的流至和流出VSC站的极电流是平衡的。VSC站还包括电压源换流器VSC1，所述电压源换流器VSC1具有以本身已知的桥式连接方式的半导体阀，例如，在AndersLindberg中第8-16页上描述的2电平或3电平换流器桥。以本身已知的方式，半导体阀包括由栅极导通/截止半导体元件组成的支路(例如所谓的IGBT型的功率晶体管)以及与这些元件反向并联的二极管。电压源换流器经由示意性地示出为块COMP1的滤波器、电感器以及变压器等而连接到三相交流电源网络N1。
换流站包括控制设备(未示出)，所述控制设备用于根据预定脉宽调制模式而对半导体阀产生一系列导通/截止命令。
当使用包括可开关半导体比如IGBT时，半导体的开关动作在VSC的DC侧引入谐波电流。优选地应当在VSC站中滤除这些谐波电流，以便限制线缆应力并使得对电话订户以及相似的信号传送系统的干扰最小。
为了减小谐波电流，在两个极导体W1、W2之间布置了第一滤波块F1。该滤波块因此被布置为滤除极与极之间产生的谐波，即，极模式(polemode)谐波电流。
在VSC站的DC侧还布置了第二滤波块F2。这些第二滤波块分别被布置在每个极导体W1和W2与地之间，以便滤除来自AC侧并且注入到DC侧的谐波，即地模式(ground mode)谐波电流。
由于成本和大小等随VSC站中的部件数目而增加，因此期望使得部件的数目最少。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于电压源换流器VSC站的DC滤波器，其中使得部件的数目最少。
本发明基于以下实现方式：极模式滤波器和地模式滤波器可以组合为单个滤波器，从而减少了部件的数目，这又导致减少的成本、大小等。
根据本发明的第一方面，提供了一种DC滤波器，其用于包括第一极线和第二极线的基于电压源换流器的HVDC传输系统，所述滤波器包括：第一连接点，其连接到所述第一极线；以及第二连接点，其连接到所述第二极线，其特征在于：所述滤波器包括：第三连接点，其连接到地。
根据本发明的第二方面，提供了一种包括这种DC滤波器的换流站。
因此，提供了一种滤波器部件的数目减少了的DC滤波器和换流站。
在优选实施例中，在第一连接点与第二连接点之间串联两个LC滤波器，所述第一连接点和所述第二连接点被布置为分别连接到第一极线和第二极线，并且在所述两个LC滤波器间的接合点(junction)与地之间设置了电感器。这样对于本发明的DC滤波器提供了简单并且节省成本的设计。
通过从属权利要求限定了另外的优选实施例。
附图说明
现在参照附图通过示例来描述本发明，在附图中：
图1以示意性框图的形式示出现有技术中已知的高压直流传输系统；
图2是与图1相似、但示出根据本发明的VSC站的示图；
图3示出图2中所示的DC滤波块的详细示图；以及
图4和图5示出DC谐波计算的极模式和地模式建模。
具体实施方式
在下文中，将参照图2至图5来给出对本发明优选实施例的详细描述。在该描述中，术语“高压”将用于50kV和更高的电压。如今，商用高压设备的上限是800kV，但已经发展到或者在不远的将来可以设想甚至更高的电压，比如1000kV或更高。
根据本发明的VSC站STN1的整个结构与背景部分中的上述VSC站的结构相似。因此，图2的VSC站耦合到分别具有两个极导体W1和W2的直流链路。换流站具有耦合在极导体之间的电容设备C1，并且包括电压源换流器VSC1，所述电压源换流器VSC1具有通过控制设备(未示出)来控制的半导体阀。电压源换流器经由部件块COMP1而耦合到三相交流电源网络N1。平滑电抗器S1使极电流稳定，而零序电抗器S2确保极电流的平衡。
DC滤波块F3具有连接到第一极线W1的第一连接点和连接到第二极线W2的第二连接点。滤波块F3的第三连接点连接到地。这表示单个滤波块既用于极模式谐波又用于地模式谐波。
图3示出DC滤波块F3的详细示图。所述滤波块包括两个由串联的电感器L3和电容器C3组成的LC滤波器。LC滤波器串联连接在第一连接点和第二连接点之间，所述第一连接点和第二连接点被布置为分别连接到第一极线W1和第二极线W2。
在两个LC滤波器间的接合点与地之间设置了电感器L4。
现将参照图4和图5来解释滤波块F3的功能，其中图4示出针对DC侧谐波计算的极模式建模，而图5示出针对DC侧谐波计算的地模式建模。在图4中可见，串联在两个极线W1、W2之间的两个LC滤波器L3、C3是有源的，以便滤除极模式谐波电流。在图5中可见，LC滤波器L3、C3之一与电感器L4的串联连接是有源的，以便滤除地模式谐波电流。
滤波块F3中的不同部件的额定值必须被选取为使得对于极模式谐波电流和地模式谐波电流都获得合适的滤波特性。
如果Ωpm和Ωgm是以弧度/秒为单位的待滤除的极模式谐波频率和地模式谐波频率，则Ωpm 2＝1÷(L3×C3)，而Ωgm 2＝1÷([2×L4+L3]×C3)。因此，针对每一种应用选取L3、C3和L4的值。
已经描述了根据本发明的电压源换流站的优选实施例。本领域技术人员应理解，这可以在所附权利要求的范围内变化。因此，已经描述了简单的滤波设计。应理解，这种设计可以是更复杂的。

Claims (4)

1.一种DC滤波器，用于包括第一极线和第二极线(W1，W2)的基于电压源换流器的HVDC传输系统，所述滤波器包括：第一连接点，其连接到所述第一极线；第二连接点，其连接到所述第二极线，以及第三连接点，其连接到地，
其特征在于：
所述滤波器包括：两个LC滤波器(L3，C3)，其串联在所述第一连接点与所述第二连接点之间；以及电感器(L4)，其被设置在所述两个LC滤波器间的接合点与地之间。
2.根据权利要求1的DC滤波器，其中，所述LC滤波器(L3，C3)和所述电感器(L4)的值被选取为使得：
Ωpm 2＝1÷(L3×C3)，并且
Ωgm 2＝1÷([2×L4+L3]×C3)，
其中，Ωpm是以弧度/秒为单位的待滤除的极模式谐波频率，而Ωgm是以弧度/秒为单位的待滤除的地模式谐波频率，L3表示所述LC滤波器(L3，C3)的电感值，C3表示所述LC滤波器(L3，C3)的电容值，而L4表示所述电感器(L4)的电感值。
3.一种换流站，包括根据前述权利要求中任意一项的DC滤波器。
4.根据权利要求3的换流站，包括：电压源换流器(VSC1)，其具有半导体阀，所述半导体阀包括由栅极导通/截止半导体元件组成的支路。
CN2006800556800A 2006-08-25 2006-08-25 Dc滤波器以及包括这种滤波器的电压源换流站 Expired - Fee Related CN101507080B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/SE2006/000976 WO2008024039A1 (en) 2006-08-25 2006-08-25 Dc filter and voltage source converter station comprising such filter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101507080A CN101507080A (zh) 2009-08-12
CN101507080B true CN101507080B (zh) 2011-10-26

Family

ID=39107043

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2006800556800A Expired - Fee Related CN101507080B (zh) 2006-08-25 2006-08-25 Dc滤波器以及包括这种滤波器的电压源换流站

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8228693B2 (zh)
EP (1) EP2054988A4 (zh)
CN (1) CN101507080B (zh)
WO (1) WO2008024039A1 (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011127982A1 (en) * 2010-04-15 2011-10-20 Abb Research Ltd Common mode choke for dc transmission lines
WO2012003857A1 (en) * 2010-07-05 2012-01-12 Abb Research Ltd Interface arrangement between ac and dc systems
CN103119821B (zh) 2010-09-30 2016-01-13 Abb研究有限公司 多端hvdc系统的协调控制
US9559611B2 (en) 2012-09-28 2017-01-31 General Electric Company Multilevel power converter system and method
US9431918B2 (en) 2012-09-28 2016-08-30 General Electric Company Grounding scheme for modular embedded multilevel converter
US20230400496A1 (en) * 2022-06-09 2023-12-14 Hamilton Sundstrand Corporation Common mode current feed fault protection

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1535741A (en) * 1975-12-03 1978-12-13 Ni I Postoyan Toka Ac Converter apparatus
US4638416A (en) * 1984-03-01 1987-01-20 Siemens Aktiengesellschaft Method and apparatus for high-voltage D.C. transmission with a bypass circuit for malfunctions
CN1263643A (zh) * 1998-02-18 2000-08-16 Abb股份有限公司 用于有源滤波器的控制设备和用于减少双极直流线路中的谐波的方法
CN1283322A (zh) * 1997-12-23 2001-02-07 亚瑞亚·勃朗勃威力有限公司 具有直流中间电路的转换器电路结构

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE502858C2 (sv) 1994-07-04 1996-02-05 Asea Brown Boveri HVDC-överföring med fulltransformatorlös anslutning av strömriktaren till sitt växelspänningsnät
DE60043190D1 (de) 2000-06-02 2009-12-03 Abb Ab Steuerverfahren und System zur Spannungsregelung in einer Umformeranlage
DE102004002261A1 (de) 2004-01-09 2005-08-18 Siemens Ag Kommutierungsfilter
US20090033439A1 (en) * 2005-06-13 2009-02-05 Taiyo Yuden Co., Ltd. Multilayer filter

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1535741A (en) * 1975-12-03 1978-12-13 Ni I Postoyan Toka Ac Converter apparatus
US4638416A (en) * 1984-03-01 1987-01-20 Siemens Aktiengesellschaft Method and apparatus for high-voltage D.C. transmission with a bypass circuit for malfunctions
CN1283322A (zh) * 1997-12-23 2001-02-07 亚瑞亚·勃朗勃威力有限公司 具有直流中间电路的转换器电路结构
CN1263643A (zh) * 1998-02-18 2000-08-16 Abb股份有限公司 用于有源滤波器的控制设备和用于减少双极直流线路中的谐波的方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP2054988A4 (en) 2016-09-21
WO2008024039A1 (en) 2008-02-28
US20090303759A1 (en) 2009-12-10
EP2054988A1 (en) 2009-05-06
US8228693B2 (en) 2012-07-24
CN101507080A (zh) 2009-08-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8144488B2 (en) Voltage source converter station
CN106452136B (zh) 一种用于能源互联网的多端口电力电子变换器
CN105191108B (zh) 变换器
EP2727234B1 (en) Converter
CN102377324B (zh) 适合于高压应用的变流桥臂及其应用系统
Manias et al. An AC-to-DC converter with improved input power factor and high power density
CN101507080B (zh) Dc滤波器以及包括这种滤波器的电压源换流站
CN105191100A (zh) 双向dc/dc转换器
CN108574420A (zh) 电力电子变换单元及系统
CN103329421A (zh) 用于将电能从dc发电机馈入具有两条电力线的ac电网的功率逆变器
WO2012163841A1 (en) A voltage source converter for a hvdc transmission system
US11451091B2 (en) Converter
CN101069334A (zh) 用于高压直流传送的装置
CN103036451B (zh) 电子电力变压器
CN106911133B (zh) 一种基于mmc的分布式潮流控制器拓扑结构及控制方法
CN102769291B (zh) 一种基于多相变流结构的有源电力滤波器
CN107153152A (zh) 一种电网适应性测试装置
CN105191091A (zh) 电压源型变换器
CN105932885A (zh) 一种新型电力电子变压器拓扑结构
CN107634659A (zh) 一种扩大混合型mmc运行区域的控制方法
CN103199691A (zh) 一种火力发电机组带高压直流输电系统的零功率启动方法
CN102496932A (zh) 一种并联型电压暂降补偿装置
CN101662220A (zh) 电压源型滤波换流器
CN206945888U (zh) 一种电网适应性测试装置
CN203014686U (zh) 电子电力变压器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20180425

Address after: Baden, Switzerland

Patentee after: ABB Switzerland Co.,Ltd.

Address before: Zurich

Patentee before: ABB TECHNOLOGY Ltd.

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20111026

Termination date: 20210825