CN102379076A - 多端hvdc电力传输网络中的dc电压补偿 - Google Patents
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Abstract
在一种包括有通过至少两条传输线路(12，14，16，18，20)被互连的至少三个HVDC换流器站(1至6)的多端HVDC电力传输网络(10)中，其中，所述传输线中的至少一条传输线路是长线路，有源电压源装置(30)串联连接到所述传输线路中的一条传输线路(20)，所述有源电压源装置(30)通过以与所述一条传输线路(20)串联的方式注入附加的DC电压将网络的传输线路的DC电压维持在预定电压范围之内。
Description
技术领域
本发明涉及一种多端HVDC电力传输网络，该多端HVDC电力传输网络包括通过至少两条传输线路被互联的至少三个HVDC换流器站，其中传输线路中的至少一条传输线路是长线路。本发明还涉及一种对这样的网络进行操作的方法以及一种有源电压源装置。
背景技术
HVDC(高压直流)电力传输通常在有需要进行远距离传送电力时使用，这是因为通过与AC电力传输相比的降低的损失在远距离处补偿HVDC设备的较高的成本。以下将远距离或者长线路理解为大约为500km或者大于500km的距离。
在现有技术中，主要已知的是点对点HVDC链路或者双端HVDC链路，即包括有两个电力换流站的HVDC传输系统，在电力传输线路的每个端处各有一个电力换流站。电力传输线路通常是单极线路或双极线路，该双极线路分别包括有位于几百千伏直至上千千伏以上的高DC电压处的第一极，以及连接到地或连接到相反极性的高DC电压的、用于返回电流的第二极。实际上也存在有少数几个所谓的多端HVDC电力传输系统或网络，这些电力传输系统或网络包括有不止两个换流器站和不止一条传输线路。良好的示例是在加拿大的魁北克和美国的新英格兰之间的HVDC传输网络，其曾经是世界上第一大规模的多端HVDC传输网络。该网络现今包括以串联的方式经由两条电力传输线路被互连的三个换流器站并且覆盖了1480km的线路距离。换流器站的线性互连还可以被称为非网状网络，以与包括有互连的闭合回路的网状网络以及下述的部分网状网络形成对比，该部分网状网络包括有互连的区域性的闭合回路以及在区域之间的线性互连和/或伸出到更远距离区域的线性互连。
在未来，预期要建造更多的以及一定程度上甚至更大的HVDC传输网络，这些HVDC传输网络会覆盖更远的距离和/或面积并且可以用于例如在不同的陆地之间传送电力。这样的大型HVDC传输网络可能是从零开始建造的，但也可以是在现有较小的HVDC传输网络之间新添加链路的结果。例如，由Mata Prasad等人在1999年9月份在马来西亚的吉隆坡举办的Cigré研讨会上提交的“Viability of a national HVDCTransmission Ring in India”中，建议了在所谓的HVDC环方案中可以将印度现有的和未来的HVDC传输网络以及背靠背式HVDC链路集成起来，这实际上可以形成包括有闭合回路和线性互连的部分网状HVDC网络。文章中指出，对这种扩大的HVDC传输网络的实施和操作需要结合所需的控制算法的分层公式考虑具体问题，诸如构成网络的HVDC链路之间的协调，确保网络的各个区域的线路中最佳的电流潮流，并且以区域化的方式稳定网格。
涉及多端HVDC网络的其他文档重点主要集中在网络的稳定性和可用性上，特别是在线路故障的情况下，诸如在由Michael在1999年3月份在波兰的波兹南举办的Central European Power Exhibition andConference(CEPEX)上提交的“Multiterminal HVDC for High PowerTransmission in Europe”中，或者诸如在由Victor F.Lescale等人在2008年10月12至15日在印度新德里举办的IEEE Power India Conference(POWERCON)上提交的“Challenges with Multi-Terminal UHVDCTransmissions”中。
发明内容
本发明的目的是提出一种可以确保在以上所解释类型的多端HVDC网络上对期望数量的电力进行传送的方案。
该目的是由根据权利要求1所述的一种多端HVDC电力传输网络、根据权利要求6所述的对这种网络进行控制的方法以及根据权利要求11所述的一种有源电压源装置所实现的。
本发明基于对下述事实的认识：未来多端HVDC网络所必须的一条或更多条传输线的长度很有可能达到在沿着所述一条或更多条传输线的电压下降不能通过已知用于双端HVDC链路的对策来克服的尺度。对于多端HVDC网络来说，这个问题直到现在还根本没有解决。还认识到：对于大的多端HVDC网络来说，与LCC(电网换向换流器)相比，在换流器站中更可能使用VSC(电压源换流器)，这是因为VSC总是工作在同一DC电压水平，独立于电力潮流的方向。另一方面，与LCC相比，VSC的缺点是对DC电压进行控制的自由度降低了，这削弱了对电网中的电压下降进行补偿的机会。
假设例如要将电力以±500千伏的DC电压经由几个HVDC传输链路的线性连接从撒哈拉沙漠传输到北欧。总线路长度成为几千千米，其中，网络中的每个传输链路的多个线路都可以各自具有几百千米直至一千千米左右的长度。在高架线路的情况下，1000千米长度的线路上的电压下降可以正是大约50kV，即在这里是总电压的大约10％。
现今已知的是：当经由双端HVDC链路远距离传输电力时，是通过对作为用于更高电压的整流器的HVDC换流器站而不是在链路的另一端作为逆变器的HVDC换流器站进行额定来克服电压下降问题的。
目前，发明人认识到不同额定的HVDC换流器站并不是多端HVDC网络的选择，这是因为不同电力潮流的电压变化会变得难以处理或者甚至不可能处理，特别是在基于VSC换流器站的情况下。还认识到最好是多端HVDC网络中的所有换流器站都可以具有同一额定电压，这是因为系统中部件的多样性的减少会降低为设计、制造、实施、操作和控制以及维护系统所付出的努力和成本。再此外，发明人认识到在包括有线性互连的多端HVDC网络中，线性互连中的每条线路都会增加总的电压下降，从而在上述示例中，HVDC网络的接近撒哈拉沙漠的南方部分中的DC电压水平会显著地高于北欧中的。据此，北方电压水平当然会落入在换流器站可接受的电压变化的任何容差范围之外，而这会导致网络的北方部分中的可传输的电力数量明显地降低，尤其是在电流潮流反向的情况下。一种可能性当然是设计并安装允许更大电压变化的换流器站，但这会使成本明显地增加。
为了克服不可接受的电压下降的问题，根据本发明，建议为多端HVDC网络增加一种有源电压源装置，该有源电压源装置串联连接到所述网络的传输线中的一条传输线路，并且建议对该有源电压源装置进行控制从而与该一条传输线线路串联的方式注入附加的DC电压，以使得网络的传输线路的DC电压水平保持在预定电压范围内。因为网络中的电压水平维持在所期望的水平或者维持在所期望的水平左右，所以可以确保在整个网络中传输所期望电量，而多端网络的每个端子中的换流器站可以具有同一的因而是标准的额定电压并且可以被设计用于缓解电压容差。由于本发明，可以建立任何可能尺寸的多端HVDC网络，这是因为电压下降不再会是限制标准。电压源装置需要是有源装置或者是有源受控装置，这是因为由无源装置所进行的电压下降补偿会需要具有负电阻的装置，而具有负电阻的装置是不存在的。本发明的另外的优点是下述效果：通过对传输线路上的电压下降进行补偿，针对同一电力潮流降低了DC电流水平。这意味着在传输线路中生成了更少的热，由此降低了可能的接地故障的风险。这在世界各地的几个案例中已经发生，重负载高架传输线路会增加线路的长度，这是因为所生成的热到了如此程度以使得重负载过流传输线路显著地下陷并会与接地物体(例如在它们下面生长的植物)物理接触。因而发生的接地故障可以是发展成更大范围的停电的起点。对于长DC传输线路来说，发生这种情况的可能性可以由于本发明而降低。
在本发明的实施例中，在多端HVDC网络中的DC电压水平落在预定电压范围的下DC电压限值之下的情况下，电压源装置注入正的附加的DC电压。据此，电压源装置被控制为对发生在电压源装置所直接连接到的一条传输线路上的电压下降进行补偿，而且被控制为对发生在临近传输线路中的、即直接地或间接地连接到上述一条传输线路的传输线路中的电压下降进行补偿，这些临近的传输线路至少是如此接近所述一条传输线路的以使得所述一条传输线路上的DC电压水平也会以明显的程度影响到这些临近的传输线路的DC电压水平。因此，可以仅经由一个电压源装置对几条传输线路中的电压水平进行调整。
在本发明的另外的实施例中，在网络中的DC电压水平超过上DC电压限值的情况下，电压源装置注入负的附加的DC电压。根据本实施例，有源电压源装置能够取决于实际情况来注入正附加的DC电压或者负的附加的DC电压，这是因为这不仅有利于对电压下降进行补偿，还利于不期望的电压升高进行反应，不期望的电压升高会例如发生在网络上的快速负载下降的情况下。
在对后两个实施例的具体开发中，取决于网络的HVDC换流器站中的DC电压水平以及取决于至少两条传输线路的DC电流水平，网络中的中央控制单元确定附加的DC电压的幅度和正负号。根据这些DC电压水平和DC电流水平，中央控制单元得到了整个网络的状态和行为的全面评述，并且中央控制单元可以据此判定是否需要在网络中对电压下降或者电压升高进行补偿以及需要在网络中的什么位置处对电压将或电压升高进行补偿。据此，中央控制单元然后确定附加的DC电压的合适的幅度和正负号并将该信息发送到电压源装置，从而启动电压源装置以注入附加的DC电压。
在包括闭合回路的网络的情况下，即在部分网状网络或完全网状网络中，中央控制单元确定附加的DC电压的幅度和正负号，不仅使得电压源装置将传输线路的DC电压水平维持在预定电压范围之内，而且使得电压源装置使网络中的闭合回路中的DC电流分布保持平衡。该实施例是基于对下述事实的认识：在具有至少一个闭合回路的网状HVDC网络中，可以对电力潮流的至少两种可能的路线的可用性加以利用，从而缓解那些对非常大的电流或者甚至接近于触发过流保护功能和/或装置的电流进行输送的传输线路。通过使电力潮流保持平衡，即通过使流过并联连接的电流改道以在网状HVDC网络中尽可能的均匀地分配电流潮流，以使得缓解了重负载线路、最优地使用了网络的电力传输容量、避免了过流保护装置不必要的干预，并且避免了过载条件、如上所述的不期望加长线路。
在本发明的另外的实施例中，电压源装置由外部电源进行电力供应。在另一有利实施例中，电压源装置从该电压源装置所连接到的传输线路接收电压源装置的电力，以使得不再需要外部电源。该实施例允许电压源装置甚至定位在远程的区域中而不具有基础设施或者仅具有简化了的基础设施。
在另外的实施例中，多于一个的电压源装置连接到网络，而由中央控制单元以协同方式对电压源装置进行控制从而共同将网络的传输线路的DC电压维持在预定电压范围内，在部分网状网络或者完全网状网络的情况下，还使网络中的一个或更多个闭合回路中的DC电流分布保持平衡。优选地，不是传输线路中的每一条都设置有其自身的电压源装置，而是几条传输线路的DC电压水平是经由一个电压源装置被调整的，这节省了成本、安装努力和维护努力。但是，还可以的是：特别是在非常长的传输线路的情况下，每条传输线路连接到一个甚至更多个相对应的电压源装置。
通过使用所需的尽可能多的电压源装置并将电压源装置分布在网络中以使得可以在各个传输线路中对网络中的电压变化都进行补偿，确保了同一标准化的DC电压可以独立于网络的尺寸和拓扑、独立于实际的电力潮流方向以及独立于网络中的负载分布而被用在整个网络中。
附图说明
对本领域技术人员而言，根据以下结合附图的详细说明，本发明的其他特征和优点以及另外的实施例将变得更加明显，在附图中：
图1示出了根据本发明的、为线性互连形式的多端HVDC电力传输网络；
图2示出了根据本发明的、为部分网状网络形式的多端HVDC电力传输网络；
图3示出了用于单极传输线路的电压源装置的第一实施例；
图4详细地示出了图3的电压源装置的第一换流器；
图5详细地示出了图3的电压源装置的第二换流器；
图6示出了用于双极传输线路的电压源装置的第一实施例；
图7示出了对多端HVDC电力传输网络中的电压下降或电压升高进行补偿的方法的步骤；
图8示出了用于单极传输线路的电压源装置的第二实施例；
图9示出了用于单极传输线路的电压源装置的第三实施例；
图10示出了用于单极传输线路的电压源装置的第四实施例。
具体实施方式
图1示出了为非网状网络形式的并且具体为线性互连形式的多端HVDC电力传输网络10。假设起初存在有三个双端HVDC链路并且这三个双端HVDC链路相互独立地被操作，其中，第一HVDC链路包括通过传输线12被互连的换流器站1和换流器站2，第二HVDC链路包括通过传输线20被互连的换流器站3和换流器站4，而第三HVDC链路包括通过传输线18被互连的换流器站5和换流器站6。之后，通过在换流器站2和换流器站3之间引入传输线14而将第一HVDC链路和第二HVDC链路相连，而通过在换流器站4和换流器站5之间引入传输线16而将第二HVDC链路和第三HVDC链路相连。所得到的结果是换流器站1与换流器站6之间的长的线性互连。所有的换流器站具有同一额定电压，在该示例中是300千伏、具有±6千伏的容差范围。电力潮流定向成从换流器站1到换流器站6，如由用于电流方向的箭头所指示的。在换流器站3和换流器站4之间，有源电压源装置30串联连接到传输线20，该有源电压源装置30具有对最大±11千伏的电压变化进行补偿的能力。电压源装置30从传输线20接收电压源装置30的电力。电压源装置30的方向是由描绘在电压源装置30的符号上的四象限图中的加号和减号表示的，该图指示出正电压从左边注入到右边，即沿着与图1中电流在传输线路20上流动的方向相同的方向。方向表示了在正的附加的DC电压的情况下由电压源装置30生成并注入的电压的极性。示意性地示出了中央控制单元22，该中央控制单元22监测并控制整个网络10并由此不仅与电压源装置30进行通信(如虚线双箭头所指示的)而且还与所有的换流器站1至6进行通信，为了简化，这未在图1中具体地示出。
在HVDC网络10中的每个换流器站处，示出了局部电压水平，其中，对于被定位成沿着电力流动方向在电压源装置30之后的换流器站4、换流器站5以及换流器站6，指示了两种不同的电压水平，上下划线值是在有电压源装置30的情况下针对HVDC网络10的操作的值，下下划线值是在没有电压源装置30的情况下针对HVDC网络10的操作的值。很明显，对于前三个换流器站，即换流器站1、换流器站2以及换流器站3来说，局部电压水平在它们的300千伏±6千伏容许电压范围内，独立于电压源装置的存在，这是由于电力潮流方向是远离换流器站1、换流器站2以及换流器站3的。但是对于换流器站4、换流器站5以及换流器站6来说，如果不存在电压源装置30，那么可容许的电压范围分别会几乎被超过或实际上被超过。294千伏的可接受低电压限值与局部电压水平之间的差可以分别是0千伏、5千伏以及10千伏。通过在换流器站3和换流器站4之间的合适点处引入电压源装置30并将该电压源装置30设计成对最大为±11千伏的电压差进行补偿，成为可能的是甚至对换流器站6处的最大电压下降进行补偿以使得所有局部电压水平最终都在300千伏±6千伏的电压范围内。因此，可以在没有任何修改的情况下使用HVDC网络10中的所有的换流器站，即：即使与之前相比这些换流器站现在互联在了更大的网络中，这些换流器仍然可以保持它们自身的标准的并且适中的额定电压。
在图7中示意性地描绘了对多端HVDC电力传输网络进行控制的方法。该方法是通过中央控制单元22与集成在电压源装置30中的控制单元的交互来执行的，并且还可以通过中央控制单元22与安装在换流器站1至换流器站6测量设备的交互来执行。在第一步骤54中，确定了HVDC网络中的至少一条线路的或者连接到该至少一条线路的换流器站的DC电压水平，其中该至少一条线路是已知或预期在可能超过线路上的电压差的可接受的容许范围方面是关键的线路。在图1的示例中，假设存在稳定的负载条件，即不发生电压升高而仅需要看电压下降。由于实际的电力潮流方向，因此会判定线路20、线路16以及线路18的电压下降是感兴趣的，而据此会确定相对应的电压下降中的至少一个，这在本示例中是换流器站5的DC电压水平。在第二步骤56中，判定所确定的DC电压水平是否超过了预定的电压范围，即中央控制单元在步骤56中将所确定的DC电压水平与预定的电压范围的上DC电压限值和下DC电压限值进行比较，在图1的示例中上DC电压限值是306千伏而下DC电压限值是294千伏。如果DC电压水平保持在预定的电压范围之内，那么该方法返回到步骤54，即继续对至少一个DC电压水平进行监测。在图1的示例中，换流器站5的289千伏的DC电压水平意味着所测量的电压下降到了294千伏的低DC电压限值以下5千伏。在这种情况下，中央控制单元22启动电压源装置30从传输线20分接电力(步骤58)并将以与传输线20串联的方式注入正的附加的DC电压(步骤60)。为了将其实现，中央控制单元22确定附加的DC电压的幅度和正负号，这在图1的示例中会是用于对换流器站5中的电压下降充分补偿的11千伏的幅度以及正号，中央控制单元22将这两个值传输到电压源装置30，然后电压源装置30开始分接电力。在可替换的方案中，通过考虑另外的标准诸如网络上的负载情况，中央控制单元还可以将幅度确定成仅对换流器站5中的电压下降部分地补偿。
在图2中，示出了与图1不同的另一种可能的HVDC网络拓扑的示例，以便示出如何可以将多个电压源装置用来对部分网状网络中的电压下降或者电压升高进行补偿。该网络包括闭合回路7和闭合回路8，每个回路各自包括四个换流器站。这两个闭合回路7和8经由换流器站27和换流器站15之间的第一线性互连而被互连。第二线性互联用于将电力从换流器站13向上传输至远程换流器站19。假设第一线性互联和第二线性互联二者由于二者的长度都遭受了明显的电压下降。据此，第一电压源装置23串联连接到了换流器站13和换流器站15之间的传输线路，以便对第一线性互联中的电压下降进行补偿，取决于电力潮流的方向，这还会影响闭合回路7或闭合回路8之一。第二电压源装置25串联连接到换流器站29和换流器站17之间的传输线路以便对第二线性互联中的电压下降进行补偿。此外，在闭合回路8中的换流器站9和换流器站11之间的长传输线路的长度需要第三电压源装置21被串联连接在该线路中。再此外，将第四电压源装置24引入到同一闭合回路8中的在换流器站27和换流器站26之间。有了第三电压源装置21和第四电压源装置24，一次执行两种功能成为了可能：对电压下降或电压上升进行补偿以及使闭合回路8中的DC电流分布保持平衡。所有四个电压源装置都是由它们所连接到的传输线来馈电的，并且所有四个电压源装置不仅能够补偿电压下降而且还能够作用于电压上升。
用以下所描述的各种实施例来解释可以如何实现这样的线馈送电压源装置。
在图3中示意性地示出了电压源装置30的第一实施例。电压源装置30串联连接到传输线路20(参见图1)并被描绘为虚线框。更具体地，电压源装置30连接到所谓的电压注入点26和电力分接点28之间的传输线路20。传输线路20位于高DC电压水平处，这里是标称的300kV，并且其在图3的示例中是单极传输线路。如双线所指示的，电压源装置30安装在绝缘平台35上。该平台35优选地连接到与传输线路20的电压水平相同的电压水平，即连接到300kV。
电压源装置30包括第一换流器32，这里第一换流器32是电网换向换流器(LCC)，如是例如从Erich Uhlmann，“Power Transmission byDirect Current”，Springer-Verlag Berlin-Heidelberg-New York，1975中所描述的现有技术中知道的。第一换流器32用作整流器以将AC电压变换成DC电压而由此能够将DC电压注入到电力分接点28和电压注入点26之间的传输线路20中，即第一换流器32与线路串联并且取向为自电力分接点28到电压注入点26，以使得传输线路20中的电压水平被调整、在HVDC网络10的所有其他线路12、14、16和18中的电压水平间接地被调整。第一换流器32又包括第一变压器42、第一组43电流阀以及第一电感器L1。在该第一组43中的电流阀各自具有控制端子31并且被设置成相互串联且与电压注入点26和电力分接点28之间的传输线路20串联，其中，这些阀直接到电力分接点28并且经由串联连接的第一电感器L1间接连接到电压注入点26。电流阀具有与线路有关的取向，其允许电流在线路中沿着一个方向行进而阻止电流沿着相反的方向行进。此外，第一组43电流阀被划分成多个部分，其中一个第一部分连接到第一变压器42的第一绕组或第一组相绕组，而第二部分连接到第一变压器42的第二绕组或第二组相绕组，其中第一变压器42是三相三绕组变压器。在这里，每个部分都设置有要由第一换流器32注入到传输线路20中的电压的一部分。
图4更详细地示出了第一换流器32的可能的实现方式。LCC换流器的第一变压器42是三相三绕组变压器，其具有磁连接到第一组Δ互连相绕组W4、W5和W6而且还磁连接到第二组Y互连相绕组W7、W8和W9的第三组相绕组W1、W2和W3。第三组中的每个相绕组W1、W2和W3的第一端经由各自的开关S1、S2和S3连接到第二变压器40(参见图2)，而这些绕组W1、W2和W3的第二端共同连接到平台35上的局部地。
第一换流器32的第一组43电流阀的第一部分包括有六个电流阀(这里为半导体闸流管形式的电流阀)，其中第一电流阀T1和第二电流阀T2连接在与传输线路20串联的第一支路中，第三电流阀T3和第四电流阀T4连接在与传输线路20串联的第二支路中，而第五电流阀T5和第六电流阀T6连接在与传输线路20串联的第三支路中。由此，第一支路、第二支路和第三支路与传输线路20串联而相互并联。第一组相绕组中的单相绕组W4的第一端连接到第一支路中的第一电流阀T1和第二电流阀T2之间。同一相绕组W4的第二端连接到另一个相绕组W5的第一端，其中这个其他的相绕组W5的第一端还连接到第二支路的第三电流阀T3和第四电流阀T4之间。这个其他的相绕组W5的第二端连接到第一组相绕组中的最后的相绕组W6的第一端。最后的相绕组W6的所述第一端还连接到第三支路中的第五电流阀T5和第六电流阀T6之间，而该最后的相绕组W6的第二端连接到第一组相绕组中的首先提到的相绕组W4的第一端，由此提供了Δ连接。
第一换流器32的第一组43电流阀的第二部分是相同的类型并且设置成以与第一部分相同的方式与传输线路20串联，其中第一部分和第二部分被布置成相互串联在电力分接点28与第一电感器L1之间。由此在第二部分中也有三条并联支路，每条支路各自具有两个电流阀：T7、T8，或者T9、T10，或者T11、T12。第二组绕组的每个相绕组W7、W8和W9的第一端连接在相对应的支路的两个电流阀之间，而第二组绕组的相绕组W7、W8和W9的第二端相互连接，由此提供了Y连接。
再次参照图3，电压源装置30除了包括第一换流器32之外，还包括电压检测器36，在本实施例中电压检测器36连接到电力分接点28以便确定传输线路20中的DC电压的DC电压水平。电压检测器36又连接到控制单元38。控制单元38(最好地可以通过使用处理器和相关联的程序存储器来实现控制单元38)控制第一换流器32，以使得幅度和正负号是由中央控制单元22所确定的所期望的附加的DC电压被以与传输线路20串联的方式注入，以便对由电压检测器36所确定的电压下降或者电压升高进行补偿。为此，控制单元38计算要被施加到第一组43电流阀的相应控制信号。控制单元38对电流阀的控制端子31发出相对应的控制信号。这里，要被注入的电压典型地通过电流阀的相角的合适变化来实现。控制单元38还连接到第二换流器34，以下解释该第二换流器34的结构和功能。
电压源装置30包括有第二换流器34，该第二换流器34分流连接在传输线路20的电力分接点28和地端子33之间，且也由控制单元38所控制。由此，第二换流器34以与图1中的换流器3和换流器4相同的方式被设置在传输线路20和地之间。第二换流器34还连接到第二变压器40，第二变压器40自身经由线路37连接到第一变压器42的第三绕组或第三组相绕组。
图3的实施例中的第二换流器34是电压源换流器(VSC)34，其用作为逆变器，即电压源换流器(VSC)34将输入DC电压转换为输出AC电压。这里，输入DC电压是电力分接点28处的电压，而输出AC电压是变压器40的输入电压，该输入电压被变换成为线路37上的所期望的AC电压水平。据此，线路37可以被认为是布置在平台35上的局部AC网络，其被用作第一换流器32的馈送网络并被用作平台上的另外的装置的辅助电源，另外的装置诸如断路器，其中，这种另外的装置未在图中示出。
在图5中示出了第二换流器34的一种可能的实现方式，其中有两个串联连接的电流阀44和46(这里为两个绝缘栅双极晶体管(IGBT)形式的电流阀44和46)，每个电流阀44和46分别具有与其反并联连接的二极管48和二极管50。电容器52与电流阀44和电流阀46二者并联连接，即电容器52连接在第一电流阀44的IGBT的集电极与第二电流阀46的IGBT的发射极之间。第二电感器L2连接在传输线路20上的电力分接点28与串联连接的电流阀之间。电流阀44和电流阀46之间的连接点连接到第三电感器L3，第三电感器L3自身连接到图2的第二变压器40。第一电感器L1、第二电感器L2以及第三电感器L3表明了对高频谐波进行滤波的滤波器的存在。
在HVDC电力传输网络10是双极系统、第一极是传输线路20的情况下，电压源装置30包括了其用在单极情况下(参见图3)的基本部件的重复，如图6所示。重复的基本部件是重复的第一换流器32＊，重复的第二换流器34＊，重复的第二变压器40＊以及重复的局部AC网络线路37＊，它们以与原始部件连接到第一极的方式相同的方式相互连接并且连接到第二极20＊。
参照先前所描述的图1至图5以及图7来描述如何对本发明的电压源装置进行操作的示例。根据图7中的第一方法步骤54，检测器36可以用于对传输线路20的DC电压水平进行连续地测量。DC电压水平然后经由控制单元38转送(forward)到中央控制单元22，其中，控制单元38与中央控制器22之间的通信经由双向通信线路进行，这在图3中如块状双箭头所示。中央控制单元22然后将DC电压水平与预定电压范围的下水平和上水平进行比较(步骤56)，以及如果超出了范围，那么中央控制单元22基于所检测到的下述状态来确定要以与传输线路20串联的方式被注入的附加的DC电压的幅度和正负号，所述状态即：是否需要补偿电压下降或电压升高，以及另外，闭合回路中的DC电流分布是否需要被平衡。中央控制单元22然后向控制单元38发送出附加的DC电压的幅度和正负号，控制单元38作为反应生成控制信号并将这些控制信号发送到第二换流器34以及到第一换流器32从而启动第二换流器34和第一换流器32以分别提供附加的DC电压并将其注入到传输线路20中(步骤58和步骤60)。然后由电力分接点28和电压注入点26之间的第一换流器32注入附加的DC电压。更具体地，根据图7的步骤58，对附加的DC电压的提供是通过第二换流器34通过将来自传输线路20的DC电力在分接点28处分接出来执行的。然后，所分接的DC电力通过第二换流器34和第二变压器40转换成中间状态的AC电力，该中间状态的AC电力又由第一变压器42转换，以便将合适的AC电压施加到第一换流器32。然后，通过第一换流器32的第一组43电流阀的合适的切换将附加的DC电压注入到传输线路20中，以使得AC电压被转换为DC电压，以及以使得DC电压的水平被调整到由控制单元38计算出的所期望的附加的DC电压的水平。
在可替换的方案中，其中控制单元38装配有通信装置以与HVDC电力传输网络10中的其他装置进行通信，还可能的是：控制单元38自身独自执行步骤54至步骤60，或者这些步骤可以以其他方式(例如以上所描述的方式)在中央控制单元22和控制单元38之间或者甚至是在另外的控制单元之间被分享。
因为是通过分接来自电力线路自身的电力来提供将电压升高所需的电力的，所以不需要外部电源，这意味着可以将本发明的电压源装置设置在远程的以及不可达到的位置处。
根据本发明的串联连接的电压源装置的设计可以以多种方式变化，现将对一些方式进行描述。
图8示出了电压源装置30’的第二实施例，而图9示出了电压源装置30”的第三实施例，这两个实施例在很大程度上具有与图3的电压源装置30相同的结构，并且这两个实施例被设计成对传输线路20上的反向电流进行处理。如图所示，这两个实施例的第一换流器32’和32”分别与图3的第一换流器32不同，而为了简单起见，在图8和图9中均未示出电压检测器36和控制单元38，即使电压检测器36和控制单元38是出现在电压源装置30’和电压源装置30”二者中的。
在图8中，第一换流器32’包括第一组43电流阀和附加的第二组43’电流阀，这里这些附加的第二组43’电流阀设置在以第一组中的方式相同方式包括有支路的多个部分中。该第二组43’电流阀与第一组43反并联地连接。第二组43’还以与第一组43电流阀相同的方式连接到第一变压器42，并且接收相同的控制信号。
图9中的第一换流器32”提供了与图8中的第一换流器32’基本同一类型的功能性，但是仅需要第一组43电流阀。这里，用于处理反向电流的布置包括有一组开关S4、S5、S6以及S7，这组开关被布置成使流过与传输线路20有关联的第一组43中的电流阀的电流的方向发生反向。开关S4和开关S5被放置成与传输线路20串联，开关S4在电力分接点28和第一组43电流阀之间，而开关S5在第一电感器L1和电压注入点26之间。开关S6设置在下述支路中：该支路从开关S4和第一组43开关阀之间的连接点伸出到电压注入点26，而开关S7设置在下述支路中：该支路从电力分接点28处伸出到开关S5和第一电感器L1之间的连接点。
当电流在图9中从左向右行进时，开关S4和开关S5是闭合的而开关S6和开关S7是断开的。如果电流沿着相反的方向行进，那么开关S4和开关S5是断开的而开关S6和开关S7是闭合的。
根据图9的第三实施例与根据图3的第一实施例更多的不同在于：电容器41与第二变压器40串联连接以便滤除任何DC电压，以使得第二变压器40看到纯的AC电压。
根据电压源装置的第四实施例，如图10所示，第二变压器40可以略去。在这种情况下，将另外的换流器即DC-DC换流器64用来调整电压水平。在该示例中，第二电感器L2被放置在第二换流器34’外部并且分流连接到第二换流器34’并且在电力分接点28和DC-DC换流器64之间。第二换流器34’在所有其它方面都与图3中的第二换流器34相同。DC-DC换流器64包括IGBT 66，其集电极连接到第二电感器L2而其发射极连接到地。二极管68反并联地连接到IGBT 66。电容器70连接于伸展在电力分接点28与地之间的并联支路中。另外的电容器72连接在IGBT 66的发射极和第二电感器L2之间。最后，另外的二极管74连接在第二电感器L2和第二换流器34’的接地端子之间并且取向成朝向该接地端子。DC-DC换流器64将传输线路20的DC电压转换成适于由第二换流器34’输出的电压水平的较低水平，因此第二换流器34’在其输出侧不需要第二变压器40。
电压源装置的另外的改变和实施方式是可能的。例如，可以使用其他类型的电流阀，诸如MOSFET晶体管、棚极可关断晶闸管(Gate Turn-OffThyristor，GTO)以及汞弧阀。此外，设置在换流器中的部分和电流阀的数目可以改变或者可以将换流器布置成多个子换流器的串联连接。此外，可以设置并联连接的旁路开关，只要不需要电压源装置该旁路开关就闭合旁路开关。还应该认识到，可以使用各种保护措施，诸如谐波滤波器、断路器以及装置断开开关。除此之外，电压检测器和控制单元未必是电压源装置的不可少的组成部分，而是可以换作为被设置成一个或两个分离的装置。根据本发明的多端HVDC电力传输网络可以包括包含VSC的换流器站或包含LCC的换流器站或两者的组合，其中本发明在VSC的情况下甚至更加有利，这是由于其固有的减小电压变化的能力。
Claims (25)
1.一种对多端高压直流电力传输网络(10)进行控制的方法，所述多端高压直流电力传输网络(10)包括至少两条传输线路(12，14，16，18，20)，其中，所述传输线路中的至少一条传输线路是长线路，其特征在于，通过对与所述传输线路中的一条传输线路(20)串联连接的有源电压源装置(30)进行控制以按照与所述一条传输线路(20)串联的方式注入附加的直流电压，将所述传输线路(12，14，16，18，20)的直流电压水平保持在预定电压范围内。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述网络中的直流电压水平落在所述预定电压范围的低直流电压限值以下的情况下，对所述电压源装置(30)进行控制以注入正的附加的直流电压。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述网络中的直流电压水平超过所述预定电压范围的上直流电压限值的情况下，对所述电压源装置(30)进行控制以注入负电压。
4.根据权利要求2和3所述的方法，其中，取决于所述高压直流换流器站(1至6)中的所述直流电压水平以及取决于所述至少两条传输线路(12，14，16，18，20)的所述直流电流水平，确定所述附加的直流电压的幅度和正负号。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，确定所述附加的直流电压的幅度和正负号，以不仅将所述传输线路(12，14，16，18，20)的所述直流电压水平维持在所述预定电压范围内而且还使所述网络中的闭合回路中的直流电流分布保持平衡。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，从所述有源电压源装置(30)所连接到的所述传输线路对所述有源电压源装置(30)进行电力供应。
7.根据前述权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，从外部电源对所述有源电压源装置进行电力供应。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过以协同的方式对所述有源电压源装置和另一个有源电压源装置进行控制将所述传输线路的所述直流电压保持在预定电压范围内，其中，所述另一个有源电压源装置串联连接到所述传输线路中的另一条传输线路。
9.一种多端高压直流电力传输网络(10)，包括通过至少两条传输线路(12，14，16，18，20)被互连的至少三个高压直流换流器站(1至6)，其中，所述传输线路中的至少一条传输线路是长线路，其特征在于，有源电压源装置(30)串联连接到所述传输线路中的一条传输线路(20)，以及所述有源电压源装置(30)通过以按照与所述一条传输线路(20)串联的方式注入附加的直流电压来将所述网络的所述传输线路(12，14，16，18，20)的直流电压维持在预定电压范围内。
10.根据权利要求9所述的网络，其中，在所述网络中的直流电压水平落在所述预定电压范围的低直流电压限值以下的情况下，所述电压源装置(30)注入正的附加的直流电压。
11.根据权利要求9或10所述的网络，其中，在所述网络中的直流电压水平超过所述预定电压范围的上直流电压限值的情况下，所述电压源装置(30)注入负的附加的直流电压。
12.根据权利要求10和11所述的网络，包括中央控制单元(22)，所述中央控制单元(22)将在所述网络中测量的至少一个直流电压水平与所述预定电压范围进行比较，并且在所述直流电压水平在所述电压范围之外的情况下，所述中央控制单元(22)取决于所述高压直流换流器站(1至6)中的所述直流电压水平以及取决于所述至少两条传输线路(12，14，16，18，20)的所述直流电流水平来确定所述附加的直流电压的幅度和正负号并将所述附加的直流电压的所述幅度和正负号传输到所述电压源装置(30)。
13.根据前述权利要求9至11中任一项所述的网络，其中，所述高压直流换流器站(1至6)中的每个都具有同一额定电压。
14.根据前述权利要求9至12中任一项所述的网络，其中，所述电压源装置(30)从所述电压源装置(30)连接到的所述传输线路(20)获取所述电压源装置(30)的电力，或者所述电压源装置(30)从外部电源获取所述电压源装置(30)的电力。
15.根据前述权利要求9至14中任一项所述的网络，其中，所述网络是非网状网络、部分网状网络或者完全网状网络。
16.根据权利要求12和15所述的网络，其中，在部分网状网络或者完全网状网络的情况下，所述中央控制单元(22)确定所述附加的直流电压的所述幅度和正负号，从而使所述电压源装置(30)不仅将所述传输线路(12，14，16，18，20)的所述直流电压水平维持在所述预定电压范围内而且使将所述网络中的闭合回路中的直流电流分布保持平衡。
17.根据前述权利要求9至16中任一项所述的网络，其中，另一个有源电压源装置连接到所述传输线路中的另一条传输线路，以及其中，所述中央控制单元(22)以协同的方式对所述两个电压源装置进行控制。
18.一种有源电压源装置(30)，其特征在于，所述装置被布置成与多端高压直流电力传输网络(10)的至少两条传输线路(12，14，16，18，20)中的一条传输线路(20)串联连接，并且被布置成通过按照与所述一条传输线路(20)串联的方式注入附加的直流电压而将所述网络中的所述传输线路(12，14，16，18，20)的所述直流电压维持在预定电压范围内。
19.根据权利要求18所述的电压源装置，在所述网络中的直流电压水平落在所述预定电压范围的低直流电压限值以下的情况下，所述电压源装置注入正的附加的直流电压。
20.根据权利要求18或19所述的电压源装置，在所述网络中的直流电压水平超过所述预定电压范围的上直流电压限值的情况下，所述电压源装置注入负的附加的直流电压。
21.根据权利要求19和20所述的电压源装置，其中，所述电压源装置能够连接到中央控制单元(22)并且适于取决于从所述中央控制单元(22)接收到的所述附加的直流电压的所述幅度和正负号来注入所述附加的直流电压。
22.根据前述权利要求18至21中任一项所述的电压源装置，其中，所述装置被布置成从所述装置连接到的所述传输线路(20)供应电力。
23.根据前述权利要求18至21中任一项所述的电压源装置，其中，所述装置被布置成从外部电源供应电力。
24.根据权利要求22所述的电压源装置，其中，所述装置包括与所述一条传输线路(20)串联连接的第一换流器(32)以及与所述一条传输线路(20)分流连接的第二换流器(34)，其中，所述第二换流器(34)用作逆变器以将来自所述一条传输线路(20)的直流电力转换成为交流电力以供给所述第一换流器，以及其中，所述第一换流器(32)用作整流器以提供要被注入到所述一条传输线路(20)中的所述附加的直流电压。
25.根据权利要求24所述的电压源装置，其中，所述第一换流器(32’，32”)被布置成使所述第一换流器(32’，32”)的换流器电流的方向反向。
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