CN102246379A - 对用于传输电力的设施进行升级的方法和这样的设施 - Google Patents

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Abstract

一种用于通过HVDC传输电力的设施，包括两个换流站，这两个换流站通过单极直流电压网络(7)互连，并且每个换流站具有交流电压侧，以将电力从所述交流电压侧之一馈送到另一个。每个站具有线换向换流器(3、4)。通过使得直流电压网络为双极的，为每个站设置电压源换流器(11、12)，以及为两个线换向换流器或两个电压源换流器设置两个开关(17-20)并设置用于控制所述四个开关的装置，来对设施进行升级。

Description

对用于传输电力的设施进行升级的方法和这样的设施
技术领域
本发明涉及一种对用于通过高压直流(HVDC)传输电力的设施进行升级的方法、以及用于传输电力的这种升级后的设施，所述设施包括两个换流站，这两个换流站通过单极直流电压网络的极导线互连，并且每个换流站具有交流电压侧，以将电力从所述交流电压侧之一馈送到另一个，每个站具有线换向电流源换流器，该线换向电流源换流器具有至少一个相臂，该相臂的一端连接到直流电压网络的所述极导线，而另一端具有至接地电极的连接或返回电流导线的形式的接地连接。
背景技术
本发明不限于在所述直流电压网络上传输的任何特定水平的电力或其对地电压，但是所述电压在1kV以上并且通常在100kV以上。
两个站的交流电压侧通常是两个交流电压网络，但是可想到任何其它类型的交流电压侧，诸如至发电厂的发电机的连接。
在附图1中示出了根据介绍的设施，其中1和2是各自具有线换向电流源换流器3、4的两个换流站，线换向电流源换流器3、4各自具有交流电压网络形式的交流电压侧5、6。这两个站通过具有极导线7的单极直流电压网络互连，极导线7可以是架空线或线缆。换流器的相对端均具有被连接到接地电极8、9的接地连接。然而，该接地连接最好还是至处于地电位的返回电流导线的连接，该返回电流导线在站1、2之间延伸用于在其间传导返回电流。在这样的设施中，电流I可能在所述极导线中仅在一个方向上从一个站1流到另一个站2，然后将通过接地电极或通常为线缆形式的所述返回电流导线而返回。通过改变极导线的极性，电力馈送方向将发生改变。对于流入站所位于的大地的电极电流，要获得政府许可。
存在对这样的设施进行升级的诱因。“升级”应被解释为进行对这样的设施的操作或行为的任何特性进行改进的构造修改。
图1中示出的类型的设施的缺点在于通过该设施的电力传输将不平衡，这会引起干扰。
发明内容
本发明的目的是提供一种使得有兴趣对上述类型的设施进行升级的方法。
根据本发明，通过提供具有以下步骤的这种方法来达到此目的：
●通过利用另一极导线互连所述站而使得所述直流电压网络为双极的，
●为每个站设置具有至少一个相臂的电压源换流器，该相臂的一端连接到所述另一极导线，而另一端连接到所述接地连接并且通过该另一端连接到所述电流源换流器，以及
●为该设施的两个电流源换流器或两个电压源换流器设置两个开关，并且设置装置以控制所述四个开关，使得能够改变设置有所述开关的每个换流器的所述相臂的哪个端连接到所述极导线之一，以及哪个端连接到所述接地连接并且通过该端连接到站的另一换流器。
通过以此方式使直流电压网络为双极的，平衡的电力传输成为可能，从而可增加设施的操作稳定性。
此外，通过在站中布置电压源换流器，可以避免可能的网络增强，如果替代地使用电流源换流器，则该网络增强将非常可能是必需的。电流源换流器需要相当强的网络，而电压源换流器不需要并且实际上可向弱的交流电压网络或自身不能发电的网络(无电(dead)交流电压网络)馈电。这使得本发明对于与站相连的弱交流电压网络的情况特别有吸引力，但是本发明不限于该情况。
然而，本发明远不止于此，这是因为当要改变在站之间传输的电力的馈送方向时，仅如附图2所示在每个站中布置电压源换流器11、12将产生问题。这是由于如下事实：电流在连接电流源换流器的极导线7中仅会在一个方向上流动，而对于电压源换流器，当要改变电力的所述馈送方向时，要改变另一极导线10中的电流方向。因此，只要站之间传输的电力的馈送方向保持相同，使得电流将在极导线7之一中从一个站流到另一个站，然后返回电流将在另一极导线10中流动，这就不会构成问题。然而，当要改变所述电力馈送方向时，电流将在两个极导线中在同一方向上流动，这将导致电极电流为根据图1的设施中的两倍，或者在返回电流导线的情况下，导致其中为两倍高的电流。电力馈送方向的这种改变通常一天可发生一次，诸如在夜间，但是其也可更少发生，诸如一年几次。这将导致需要为更高的电极电流水平申请扩展的政府许可，这可能是无法获得的，并且在任何情况下，这对大地和环境具有严重的影响。
然而，本发明通过设置所述四个开关以及用于控制所述开关的所述装置而注意到了刚才描述的问题，使得可以改变在站之间传输的电力的馈送方向，而无需迫使任何电流进入各个站的接地电极。因此，本发明的主要优点在于两个极导线中的电流可以是平衡的，以使得没有电流流过接地电极。
根据本发明的实施例，每个站设置有所述装置，所述装置被配置成当要改变站之间传输的电力的馈送方向时控制所述开关进行切换以获得所述改变，以维持电流在极导线之一中从一个站流到另一个站，并且返回电流在另一极导线中流动。布置具有该特性的装置的优点从以上清楚地得以显现。
根据本发明的另一实施例，每个站的电压源换流器设置有所述两个开关，并且该设施设置有所述装置，所述装置被配置成控制所述开关，以在所述站之间传输的电力的馈送方向的所述改变时维持在每个所述极导线中流动的电流的方向。这意味着获得了如下设施：其中，电流在双极直流电压网络的两个极导线中将总是在同一方向上流动，而与在两个换流站之间传输的电力的馈送方向无关，使得可以避免电极电流。
根据本发明的另一实施例，每个站的电流源换流器设置有所述两个开关，并且该设施设置有所述装置，所述装置被配置成控制所述开关，以在所述站之间传输的电力的馈送方向的所述改变时获得在两个所述极导线中流动的电流的方向的改变。以此方式得到，当所述换流站之间传输的电力的馈送方向改变时，电流的方向将同时在直流电压网络的两个极导线中改变，使得可避免任何电极电流，而与所述馈送方向无关。
根据本发明的另一实施例，每个所述站设置有所述电压源换流器，所述电压源换流器的每个所述相臂包括开关单元的串联连接，每个开关单元一方面具有至少两个串联连接的半导体组件，并且每个半导体组件具有关断型半导体器件和与之并联连接的续流二极管，而每个开关单元另一方面具有至少一个储能电容器，每个所述开关单元被配置成通过每个开关单元的所述半导体器件的控制而获得两个开关状态，即，第一开关状态和第二开关状态，其中，所述至少一个储能电容器两端的电压和零电压分别被施加到开关单元的两端。应指出的是，本发明不限于任何类型的电压源换流器，但是通过例如DE 101 03 031 A1和WO2007/023064 A1已知的并且通常被称作多单元换流器或M2LC的该类型的电压源换流器具有一些特别有利的特性。当使用这样的电压源换流器来传输高电力时，这还意味着处理高电压，并且通过开关单元的所述储能电容器两端的电压来确定换流器的直流电压侧的电压。这意味着要串联连接较大数目的这样的开关单元，或者在每个所述开关单元中要串联连接大量的半导体器件(即，所述半导体组件)，并且当所述相臂中的开关单元的数目较大时，该类型的电压源换流器尤其有吸引力。串联连接的大量这样的开关单元意味着将可以控制这些开关单元以在所述第一和第二开关状态之间改变，并且通过该改变，已在换流器的相输出处获得非常接近正弦电压的交流电压。这可以是已借助于与通常在DE 10103 031 A1中的图1中示出类型的已知电压源换流器中使用的开关频率相比显著更低的开关频率而获得的，该已知电压源换流器具有如下开关单元：其具有至少一个关断型半导体器件以及与之反并联连接的至少一个续流二极管。这使得可以获得显著更低的损耗，并且还显著地减少了滤波和谐波电流以及无线电干扰的问题，使得装备成本可以较低。
根据本发明的另一实施例，每个所述站设置有所述电压源换流器，所述电压源换流器的每个所述相包括电流阀的串联连接，每个所述电流阀一方面具有关断型半导体器件以及与之反并联连接的续流二极管。这种所谓的两电平换流器的构造是简单的并且在一些应用中可以是最优选的。
根据本发明的另一实施例，每个站设置有高压断路器形式的两个所述开关。高压断路器适合用作所述开关，这是由于这些高压断路器应该能够在其两端承受全电压。使用断路器作为所述开关的优点在于它们操作快速。应指出，甚至非机械式开关(即，半导体开关)是可想到的，但是它们非常不可能构成任何有吸引力的替选。
根据本发明的另一实施例，每个站设置有SF6断路器形式的所述开关。在较早的HVDC应用中已将这样的断路器用作开关，并且其性能非常好。
本发明还涉及一种根据所附的设施独立权利要求的、通过执行根据本发明的方法而获得的用于传输电力的设施，并且其优点和设施从属权利要求中限定的设施的优点从根据本发明的方法的不同实施例的以上讨论清楚地显现出来。
可提及根据本发明的一个实施例，所述换流器被配置成在双极直流电压网络的所述两个极导线的两端具有1kV和1200kV之间或者10kV和1200kV之间或者100kV和1200kV之间的直流电压。
根据本发明的另一实施例，该设施被配置成通过所述直流电压网络将200A至10kA或1kA至7kA的直流从一个换流站传导到另一个换流站。
本发明的另外的优点和有利的特征将从以下描述得以显现。
附图说明
参照附图，以下是作为示例阐述的本发明的实施例的描述。
在附图中：
图1是用于通过HVDC传输电力的已知设施的非常简化的视图，其中要通过根据本发明的方法来对该已知设施进行升级，
图2示意性地图示了不属于本发明的、对根据图1的设施进行升级的尝试，
图3示意性地图示了通过根据本发明的第一实施例的方法升级的根据图1的设施，以及
图4是与图3类似的视图，其示意性地图示了通过根据本发明的第二实施例的方法升级的根据图1的设施。
具体实施方式
现在将参照图3描述根据本发明的第一实施例的、对图1所示类型的用于通过高压直流(HVDC)传输电力的设施进行升级的方法。然而，要重复的是，以下描述的本发明的这个和其它实施例均等地应用于具有处于地电位的返回电流导线的单极设施。这里，对于对应的元件，将使用在图1和2中所用的相同的附图标记。要升级的设施在每个换流站中具有线换向电流源换流器3、4，并且这些电流源换流器3、4通过单极直流电压网络的极导线7而互连。两个换流器3、4各自具有至少一个相臂，其中相臂的一端连接到极导线7，而另一端连接到接地电极8、9。
通过利用另一极导线10互连两个站而使得直流电压网络为双极的。此外，每个站设置有电压源换流器11、12，电压源换流器11、12的一端13、14连接到所述另一极导线10，而另一端15、16连接到对应的接地电极8、9，并且通过所述另一端15、16连接到对应站的电流源换流器3、4。
每个电压源换流器11、12设置有两个开关17-20，每个开关分别连接到该换流器的对应端13、15和14、16。控制装置21、22被设置成控制开关，以改变电压源换流器的端13或15以及14或16中的哪个端以及电压源换流器的哪个相臂连接到另一极导线10，以及这些端中的哪个端连接到接地电极并且通过该端连接到站的另一换流器。更确切地说，所述装置21、22被配置成当要改变设施的两个站之间传输的电力的馈送方向时控制开关17-20进行切换以获得所述改变，以维持电流在极导线7中从站1流到站2，然后通过极导线10回到站1。从图3中示出的情形开始，这如下进行。电流如通过图3中的箭头示出的那样流动。当要改变电力的馈送方向时，在极导线7中进行极性改变，并且需要改变通过电压源换流器11、12的电流的方向。通过控制开关17-20进行切换，电流将改变通过电压源换流器的方向，但是将维持电流在极导线10中的方向。
开关优选地是使得它们快速的断路器。SF6断路器已在之前用于HVDC应用中时显示出良好的性能，因此在这里也是优选的选择。此处的开关不是用于处理任何故障情况，而是用于设施的正常操作，并且当要改变电力馈送方向时，通常开关可一天被控制一次，或者甚至更少次。
通过图4示意性图示了根据本发明的第二实施例的、对图1所示类型的设施进行升级的方法，为了简明的目的，图4仅示出了换流站中的一个，并且将相应地设计另一个换流站。本实施例与根据图3的实施例的不同之处在于，这里反而是线换向电流源换流器3、4各自设置有两个开关23、24，而不是电压源换流器11、12。这意味着所述装置21、22被配置成控制开关23、24，以改变电流源换流器23的一个或多个相臂的端25、26中的哪个端连接到极导线，以及哪个端连接到接地电极8并且通过该端连接到电压源换流器。
站之间传输的电力的馈送方向的改变将以下述方式发生，同时避免了任何接地电极电流。从图4中示出的情形开始，其中，电流在极导线7中从站1流到站2然后通过极导线10回到站1，通过改变极导线7的极性并控制两个开关23、24来改变换流器3的所述端25、26的连接，以使得从换流器3流出的电流将流向电压源换流器，电力馈送方向的改变发生。
同时控制电压源换流器11以改变通过其的电流方向，使得电流将在极导线10中从站1流到站2然后通过极导线7回到站1。因此，当改变电力馈送方向时，直流电压网络的极导线中的电流的流动方向改变，使得消除了任何电极电流。
当然不以任何方式将本发明限于上述实施例，而且在不背离所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下，实施例的修改的很多可能对本领域的技术人员来说将是明显的。
应指出，在附图中省略了与本发明无关的、用于通过HVDC传输电力的设施的装备，诸如谐波滤波器、换流器控制单元等。可以以任何已知的适当方式来控制电压源换流器，例如像通过脉宽调制。换流器的相臂的数目也是可选的，并且通常为三个以在换流器的交流电压侧生成三相交流电压。然而，也可想到一相电压。

Claims (15)

1.一种对用于通过高压直流(HVDC)传输电力的设施进行升级的方法，所述设施包括两个换流站(1、2)，所述两个换流站(1、2)通过单极直流电压网络的极导线(7)互连，并且每个换流站具有交流电压侧(5、6)，以将电力从所述交流电压侧之一馈送到另一个，每个站具有线换向电流源换流器(3、4)，所述电流源换流器(3、4)具有至少一个相臂，其中所述相臂的一端连接到所述直流电压网络的所述极导线，而另一端具有至接地电极(8、9)的连接或返回电流导线的形式的接地连接，
其特征在于，
●通过利用另一极导线(10)互连所述站而使得所述直流电压网络为双极的，
●为每个站设置具有至少一个相臂的电压源换流器(11、12)，所述相臂的一端连接到所述另一极导线(10)，而另一端连接到所述接地连接并且通过该另一端连接到所述电流源换流器(3、4)，以及
●为所述设施的两个电流源换流器或者两个电压源换流器设置两个开关(17-20、23、24)，并且设置装置(21、22)以控制所述四个开关，使得能够改变设置有所述开关的每个换流器的所述相臂的哪个端连接到所述极导线之一，以及哪个端连接到所述接地连接并且通过该端连接到所述站的另一换流器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个站(1、2)设置有所述装置(21、22)，所述装置(21、22)被配置成当要改变所述站之间传输的电力的馈送方向时控制所述开关(17-20、23、24)进行切换以获得所述改变，以维持电流在所述极导线(7、10)之一中从一个站流到另一个站，并且返回电流在另一极导线中流动。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，每个站的电压源换流器(11、12)设置有所述两个开关(17-20)，并且所述设施设置有所述装置(21、22)，所述装置(21、22)被配置成控制所述开关，以在所述站(1、2)之间传输的电力的馈送方向的所述改变时维持在每个所述极导线(7、10)中流动的电流的方向。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，每个站的电流源换流器(3、4)设置有所述两个开关(23、24)，并且所述设施设置有所述装置(21)，所述装置(21)被配置成控制所述开关，以在所述站(1、2)之间传输的电力的馈送方向的所述改变时获得在两个所述极导线(7、10)中流动的电流的方向的改变。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，每个所述站(1、2)设置有所述电压源换流器(11、12)，所述电压源换流器(11、12)的每个所述相臂包括开关单元的串联连接，每个开关单元一方面具有至少两个串联连接的半导体组件，并且每个半导体组件具有关断型半导体器件以及与之并联连接的续流二极管，并且每个开关单元另一方面具有至少一个储能电容器，每个所述开关单元被配置成通过每个开关单元的所述半导体器件的控制而获得两个开关状态，即，第一开关状态和第二开关状态，其中，所述至少一个储能电容器两端的电压和零电压分别被施加到所述开关单元的两端。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，每个所述站(1、2)设置有所述电压源换流器(11、12)，所述电压源换流器(11、12)的每个所述相臂包括电流阀的串联连接，每个所述电流阀一方面具有关断型半导体器件以及与之反并联连接的续流二极管。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，每个站设置有高压断路器形式的两个所述开关(17-20、23、24)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，每个站设置有SF6断路器形式的所述开关(17-20、23、24)。
9.一种用于通过高压直流(HVDC)传输电力的设施，包括两个换流站(1、2)，所述两个换流站(1、2)通过双极直流电压网络互连并且每个换流站具有交流电压侧(5、6)，以将电力从所述交流电压侧之一馈送到另一个，每个站具有线换向电流源换流器(3、4)，所述电流源换流器(3、4)具有至少一个相臂，其中所述相臂的一端连接到所述直流电压网络的第一极导线(7)，而另一端具有至接地电极(8、9)的连接或返回电流导线的形式的接地连接，
其特征在于，每个站还具有电压源换流器(11、12)，所述电压源换流器(11、12)具有至少一个相臂，所述相臂的一端连接到所述双极直流电压网络的第二极导线(10)，而另一端连接到所述接地连接并且通过该端连接到所述电流源换流器(3、4)，并且所述设施包括用于两个电流源换流器或两个电压源换流器的两个开关(17-20、23、24)、以及装置(21、22)，所述装置(21、22)用于控制所述四个开关，使得能够改变设置有所述开关的每个换流器的所述相臂的哪个端连接到所述极导线之一，以及哪个端连接到所述接地连接并且通过该端连接到所述站的另一换流器。
10.根据权利要求9所述的设施，其特征在于，所述装置(21、22)被配置成当要改变所述站之间传输的电力的馈送方向时控制所述开关(17-20、23、24)进行切换以获得所述改变，以维持电流在所述极导线(7、10)之一中从一个站流到另一个站，并且返回电流在另一极导线中流动。
11.根据权利要求9或10所述的设施，其特征在于，每个站(1、2)的电压源换流器(11、12)设置有所述两个开关(17-20)，并且所述装置(21、22)被配置成控制所述开关，以在所述站之间传输的电力的馈送方向的所述改变时维持在每个所述极导线(7、10)中流动的电流的方向。
12.根据权利要求9或10所述的设施，其特征在于，每个站(1、2)的电流源换流器(3、4)设置有所述两个开关(23、24)，并且所述装置(21、22)被配置成控制所述开关，以在所述站之间传输的电力的馈送方向的所述改变时获得在两个所述极导线(7、10)中流动的电流的方向的改变。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的设施，其特征在于，每个站的所述两个开关(17-20、23、24)是高压断路器。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的设施，其特征在于，所述换流器(3、11、4、12)被配置成在所述双极直流电压网络的所述两个极导线(7、10)的两端具有1kV和1200kV之间或者10kV和1200kV之间或者100kV和1200kV之间的直流电压。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的设施，其特征在于，所述设施被配置成通过所述直流电压网络将200A至10kA或者1kA至7kA的直流电流从一个换流站传导到另一个换流站。
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