CN104426400A - 电力变换系统和操作该电力变换系统的方法 - Google Patents

电力变换系统和操作该电力变换系统的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104426400A
CN104426400A CN201410453659.2A CN201410453659A CN104426400A CN 104426400 A CN104426400 A CN 104426400A CN 201410453659 A CN201410453659 A CN 201410453659A CN 104426400 A CN104426400 A CN 104426400A
Authority
CN
China
Prior art keywords
power
power conversion
coupled
spacer assembly
conversion system
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.)
Pending
Application number
CN201410453659.2A
Other languages
English (en)
Inventor
R.K.古普塔
R.N.拉朱
R.S.乔哈瓦拉
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.)
GE Energy Power Conversion Technology Ltd
Original Assignee
GE Energy Power Conversion Technology Ltd
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 GE Energy Power Conversion Technology Ltd filed Critical GE Energy Power Conversion Technology Ltd
Publication of CN104426400A publication Critical patent/CN104426400A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/02—Details
    • H02H3/025—Disconnection after limiting, e.g. when limiting is not sufficient or for facilitating disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/02—Details
    • H02H3/06—Details with automatic reconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H02H7/261—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured involving signal transmission between at least two stations
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H02H7/268—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured for dc systems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
    • 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
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • 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
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/06—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode
    • H02M7/10—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode arranged for operation in series, e.g. for multiplication of voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q9/00—Arrangements in telecontrol or telemetry systems for selectively calling a substation from a main station, in which substation desired apparatus is selected for applying a control signal thereto or for obtaining measured values therefrom
    • 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
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33573—Full-bridge at primary side of an isolation transformer
    • 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)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明公开一种电力变换系统和操作该电力变换系统的方法，其中电力变换系统耦连到高压直流(HVDC)输电系统。所述电力变换系统包括多个功率变换模块。所述功率变换模块中的至少一个功率变换模块包括耦连到至少一个DC电源端子的至少一个功率变换器。所述功率变换模块还包括耦连到所述至少一个功率变换器的至少一个隔离装置。所述至少一个功率变换器和所述至少一个隔离装置至少部分地限定所述电力变换系统的隔离部分。所述至少一个隔离装置被配置成使所述隔离部分停止服务。所述至少一个功率变换器被配置成在打开所述至少一个隔离装置之前降低通过所述隔离部分的电流传输。

Description

电力变换系统和操作该电力变换系统的方法
技术领域
本发明的领域一般涉及高压直流(HVDC)输电系统，并且更具体地涉及电力变换系统和他们的操作方法。
背景技术
至少一些已知的发电厂地理上位于遥远的地区或者实际上难以到达的区域。一个示例包括地理上位于崎岖不平的和/或遥远地域(例如多山的山坡、与用户距离广大、近海)的发电厂，例如近海风力涡轮机安装。更特别地，这些风力涡轮机可能物理上一起嵌套在共同的地理位置，以形成风力涡轮机场，并电耦连到共同的交流(AC)收集器系统。这些已知的风力涡轮机场中有许多通过功率变换器、电力变压器和AC断路器耦连到AC输电系统。已知的功率变换器中有许多是电耦连到AC收集器系统和电力变压器的功率变换组件或系统。这些已知的电力变换组件包括整流部分和逆变部分，整流部分将由发电厂产生的AC变换成直流(DC)，逆变部分将DC变换成预定频率和电压幅值的AC。已知的AC断路器中有许多便于在发电厂需要被隔离(例如，当电厂由于断路器任一侧上的电力故障停止服务时)时，将发电厂从AC输电系统上去耦连。
类似地，一些风力涡轮机场通过电耦连到AC收集器系统和HVDC输电系统的单独的电力变换组件或系统耦连到高压(HVDC)输电系统。在这些配置中，单独的电力变换组件的整流部分位置非常靠近关联的发电厂，单独的全电力变换组件的逆变部分位于遥远的工厂，诸如位于陆地上的工厂。这些整流和逆变部分通常通过至少部分地限定HVDC输电系统的水下HVDC电力电缆电连接。同样，至少一些已知的HVDC输电系统不需要AC变换的逆变部分耦连到DC负载。
许多已知的HVDC输电系统包括在位置上限定系统的隔离部分的隔离装置，例如DC断路器或重合器。这些隔离装置可以打开，以隔离电力故障，并且一旦故障被隔离，可以闭合以将系统的尽可能多的部分恢复使用。然而，估计这些装置的电压超过100千伏(kV)，估计如此高电压的DC断路器除了通过定制设计和制造通常不是商业可用的。因此，与构造和维护HVDC输电系统有关的费用可能显著提高。而且，快速动作的断路器的任何替代都需要为及时有效的故障隔离提供类似的快速动作特征。
此外，许多已知的HVDC输电系统包括监控与数据采集(SCADA)系统或包括位于其中的电流和电压传感器以便于隔离和恢复操作的一些等同物。然而，与AC输电系统相比，由于DC的本质，即作为时间的函数DC电压和电流的幅值没有过零点，这样打开DC断路器需要在包括由于故障造成的高于通常负载的负载下打开装置，从而增大了机械隔离装置的接触器部分产生电弧的风险，潜在降低了接触器部分的使用寿命。同样，在向上的DC电流偏移的情况下，由于故障造成负载增加，通常认为，机构的操作有大约5毫秒(ms)来隔离关联的故障。
发明内容
在一方面，本发明提供了一种电力变换系统。所述电力变换系统耦连到高压直流(HVDC)输电系统。所述电力变换系统包括多个功率变换模块。所述多个功率变换模块中的至少一个功率变换模块包括耦连到至少一个DC电源端子的至少一个功率变换器。所述功率变换模块还包括耦连到所述至少一个功率变换器的至少一个隔离装置。所述至少一个功率变换器和所述至少一个隔离装置至少部分地限定所述电力变换系统的隔离部分。所述至少一个隔离装置被配置成使所述隔离部分停止服务。所述至少一个功率变换器被配置成在打开所述至少一个隔离装置之前，降低通过所述隔离部分的电流传输。
在另一方面，本发明提供了一种用于电力变换系统的控制系统。所述电力变换系统耦连到HVDC输电系统。所述电力变换系统包括多个功率变换模块。至少一个功率变换模块包括耦连到至少一个DC电源端子的至少一个功率变换器。所述至少一个功率变换模块进一步包括耦连到所述至少一个功率变换器的至少一个隔离装置。所述至少一个功率变换器和所述至少一个隔离装置至少部分地限定所述电力变换系统的隔离部分。所述至少一个隔离装置被配置成使所述隔离部分停止服务。所述至少一个功率变换器被配置成在打开所述至少一个隔离装置之前，降低通过所述隔离部分的电流传输。所述控制系统包括至少一个传感器，所述至少一个传感器被配置成传输代表通过所述电力变换系统和所述HVDC输电系统中的至少一个的电流传输值的至少一个信号。所述控制系统还包括至少一个处理器，所述处理器耦连到所述至少一个传感器、所述至少一个功率变换器以及所述至少一个隔离装置。所述至少一个处理器被配置成确定电流传输的至少一个，所述电流传输接近、达到和超过所述电力变换系统和所述HVDC输电系统中的至少一个的至少一个参数。所述至少一个处理器还被配置成至少部分地根据通过所述电力变换系统和所述HVDC输电系统中的至少一个的电流传输值(at least partially as a function of the value of electriccurrent transmission through at least one of the electric power conversion system andthe HVDC transmission system)，来调节通过所述隔离部分的电流传输。所述至少一个处理器进一步被配置成当所述至少一个传感器测量到预定值的电流传输时，打开所述至少一个隔离装置。
其中，所述至少一个传感器包括至少一个电流传感器和至少一个电压传感器中的至少一个。
其中，所述至少一个功率变换器包括第一功率变换器，所述第一功率变换器耦连到至少一个DC电源端子，所述至少一个功率变换模块进一步包括第二功率变换器，所述至少一个隔离装置包括第一隔离装置和第二隔离装置，所述至少一个处理器进一步被配置成：操作地将所述第一隔离装置耦连到所述第二功率变换器；以及在打开所述第一隔离装置之前，降低通过所述第二功率变换器的电流传输。所述至少一个处理器进一步被配置成：操作地将所述第二隔离装置耦连到所述第一功率变换器；以及在打开所述第二隔离装置之前，降低通过所述第一功率变换器的电流传输。
其中，所述至少一个处理器进一步被配置成：通过闭合所述至少一个隔离装置使得所述隔离部分不隔离；以及通过调节所述至少一个功率变换器来提高通过所述隔离部分的电流传输。
其中，所述多个功率变换模块并联耦连，所述控制系统进一步被配置成基本上同时使所有的所述多个功率变换模块停止服务。
在另一方面，本发明提供了一种操作电力变换系统的方法。所述电力变换系统耦连到高压直流(HVDC)输电系统。所述电力变换系统包括多个功率变换模块。每个功率变换模块包括耦连到至少一个DC电源端子的至少一个功率变换器。所述至少一个功率变换模块进一步包括耦连到所述至少一个功率变换器的至少一个隔离装置。所述至少一个功率变换器和所述至少一个隔离装置至少部分地限定所述功率变换模块的隔离部分。每个功率变换模块还包括至少一个传感器，所述至少一个传感器被配置成传输代表通过所述电力变换系统和所述HVDC输电系统中的至少一个的电流传输值的至少一个信号。所述方法包括确定通过所述电力变换系统和所述HVDC输电系统中的至少一个的电流传输是接近、达到和超过所述电力变换系统和所述HVDC输电系统中的至少一个的至少一个参数中的一种。所述方法还包括至少部分地根据通过所述电力变换系统和所述HVDC输电系统中的至少一个的电流传输值(at least partially as a function of the value ofelectric current transmission through at least one of the electric power conversionsystem and the HVDC transmission system)，来调节通过所述隔离部分的电流传输。所述方法进一步包括当所述至少一个传感器测量到预定值的电流传输时，打开所述至少一个隔离装置。
其中，调节电流传输包括在打开所述至少一个隔离装置之前，降低通过所述隔离部分的电流传输。降低电流传输包括当通过所述至少一个隔离装置传输的电流大约为零时，打开所述至少一个隔离装置。
其中，所述方法进一步包括：通过闭合所述至少一个隔离装置使得所述隔离部分不隔离；以及通过调节所述至少一个功率变换器，提高通过所述隔离部分的电流传输。
其中，所述多个功率变换模块并联耦连，所述方法进一步包括基本上同时使所有的所述多个功率变换模块停止服务。
附图说明
当参考附图阅读下面的详细描述时本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，附图中相同的字符在所有图中代表相同零件，其中：
图1是示例性计算装置的框图；
图2是可以包括图1中所示的计算装置的示例性监视和控制系统的一部分的框图；
图3是可以使用图2中所示的系统监视和控制的示例性电力变换系统的示意图；
图4是可以与图3中所示的电力变换系统一起使用的示例性功率变换模块的示意图；
图5是图4中所示的功率变换模块的另一示意图；
图6是图3中所示的电力变换系统的一部分的示意图，其中示出了故障；
图7是可以与图3中所示的电力变换系统一起使用的替代性功率变换模块的示意图；
图8是可以使用图2中所示的系统监视和控制的替代性电力变换系统的示意图；
图9是可以与图8中所示的电力变换系统一起使用的替代性功率变换模块的示意图；
图10是图9中所示的功率变换模块的另一示意图；
图11是可以使用图2中所示的系统监视和控制的另一替代性电力变换系统的示意图；
图12是可以使用图2中所示的系统监视和控制的又一替代性电力变换系统的示意图；
图13是可以与图8中所示的电力变换系统一起使用的替代性功率变换模块的示意图；以及
图14是可以与图8、11和/或12中所示的电力变换系统一起使用的另一替代性功率变换模块的示意图。
除非另外指出，否则本文中提供的附图想要图解说明本发明的实施例的特征。这些特征被认为是可用于各种各样的系统，包括本发明的一个或多个实施例。因此，附图并不意味着包括本领域技术人员所知的实践本文中公开的实施例所需的所有传统的特征。
元件表
105 计算装置
110 存储装置
115 处理器
120 显示接口
125 用户
130 用户输入接口
135 通信接口
200 监控与数据采集(SCADA)系统
215 中央处理单元(CPU)
220 其它装置
225 通信网络
230 第一操作员
235 第二操作员
240 监视传感器
245 输入信道
300 电力变换系统
302 交流(AC)发电系统(装置)
304 高压直流(HVDC)输电系统(电网)
305 AC端子
306 功率变换模块
307 DC端子
308 双向功率变换器
310 第一双向功率变换器
312 第二双向功率变换器
314 第一DC链路
315 DC端子
316 第三双向功率变换器
318 第二DC链路
320 AC旁路开关
322 DC旁路开关
324 两端口无源网络
325 电压匹配变压器
326 机械隔离装置
328 隔离部分
330 半导体装置(IGBT)
332 反并联二极管
334 故障
340 替代性变换模块
342 第一子模块
344 第二子模块
400 替代性电力变换系统
402 第一DC系统
404 第二DC系统
405 第一组DC端子
406 替代性功率变换模块
407 第二组DC端子
408 第一机械隔离装置
410 第二机械隔离装置
412 第一双向功率变换器
416 第二双向功率变换器
420 第一隔离部分
422 第二隔离部分
430 替代性电力变换系统
432 DC轨道
450 替代性电力变换系统
452 第一DC通道
454 第二DC通道
506 替代性电力变换系统
520 隔离部分
525 整流二极管装置
606 替代性电力变换系统
620 隔离部分
625 校平电力变换器
630 DC链路
具体实施方式
在下面的说明书和权利要求书中，将引用许多词语，这些词语定义为具有以下含义：
单数形式“一”、“该”包括复数引用，除非上下文明确指示为相反。
“可选的”或“可选地”表示随后描述的事件或情况可以出现或者可以不出现，这种描述包括事件出现的情况和事件不出现的情况。
如在说明书和权利要求书中使用的近似性用语可以适用于修饰任何数量表示，在不会造成它涉及的基本功能的改变时允许有变化。因此，由诸如“大约”和“基本上”的词语修饰的值不局限为规定的精确值。在至少一些情况下，近似性用语可以对应于用于测量值的仪器的精度。在说明书和权利要求书中，范围限定可以组合和/或互换，这些范围被确定为包括本说明书中包含的所有子范围，除非上下文或用语指示为相反。
如本说明书中使用的，词语“计算机”和例如“计算装置”的相关词语不局限于本领域中称作计算机的集成电路，还广义上指微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路和其它可编程电路(图1中没有显示)，这些词语在本说明书中可以互换使用。
进一步地，如本说明书中使用的词语“软件”和“固件”是可互换的，包括存储在存储器中由个人计算机、工作站、客户机和服务器执行的任何计算机程序。
而且，如本说明书中使用的词语“非暂态计算机可读介质”包括所有可触知的计算机可读介质(诸如固件、软盘、CD-ROM、DVD)和另一数字源(诸如网络或互联网)以及有待开发的数字装置，唯一的例外是暂态传播的信号。
而且，如本说明书中使用的词语“实时”指相关事件的出现时间、预定数据的测量和采集时间、处理数据的时间和系统对事件和环境的响应时间中的至少一个。在本说明书中描述的实施例中，这些活动和事件基本上瞬间出现。
本说明书中描述的用于HVDC输电系统的电力变换系统提供用于传输HVDC电的成本有效的方法。本说明书中描述的实施例便于跨越相对大的距离传输HVDC电，同时便于在HVDC输电系统上出现电力故障时快速检测、隔离受影响的电力变换系统。本说明书中描述的实施例还便于在系统的故障部分被有效隔离之后快速恢复受影响的电力变换系统。具体地，本说明书中描述的装置、系统和方法包括多个双向功率变换器和操作耦连到双向功率变换器的机械隔离装置。双向功率变换器和机械隔离装置限定电力变换系统的隔离部分。双向功率变换器便于在感测的通过变换系统或在HVDC输电系统上传输的电流超过实时传送到监控与数据采集(SCADA)系统的参数时，实时降低通过隔离部分的电流。特别地，在感测的电流超过参数时，双向功率变换器降低通过它的电流，当电流接近或达到大约零的值时，SCADA系统启动打开具有接近零安培的显著降低的负载的关联的机械隔离装置，从而缓解损坏机械隔离装置的接触器的潜在可能。与降低受影响组件的使用时间缩短的一部分所需的典型的五毫秒(ms)相比，故障隔离要快大约3个数量级。
同样，本说明书中描述的装置、系统和方法便于系统恢复。一旦清除电力故障，SCADA系统会启动故障后恢复动作。特别地，被清除的机械隔离装置会在接近零负载下重新闭合，关联的双向功率变换器会提高通过恢复的隔离部分传输的电流，以迅速地将DC功率传输恢复到受影响部分。
图1是可以用来执行高压直流(HVDC)输电系统更具体地是电力变换系统(两者在图1中均未示出)的监视和/或控制的示例性计算装置105的框图。更具体地，计算装置105监视和/或控制任何一个设备、任何系统和与电力变换系统和HVDC输电系统(例如，不局限于双向功率变换器、机械隔离装置和监视装置，图1中均未显示)关联的任何过程。计算装置105包括存储装置110和操作耦连到存储装置110以执行指令的处理器115。在一些实施例中，可执行的指令存储在存储装置110中。计算装置105可配置成执行本说明书中描述的由编程处理器115执行的一个或多个操作。例如，处理器115可以通过用一个或多个可执行的指令对操作编码，并在存储装置110中提供可执行指令而被编程。在示例性实施例中，存储装置110是能够存储和检索信息(诸如可执行指令和/或其它数据)的一个或多个装置。存储装置110可以包括一个或多个计算机可读介质。
存储装置110可以被配置成存储操作测量值，包括但不限于实时和历史振动值和/或其它任何类型的数据。同样，存储装置110包括但不限于足够的数据、算法和便于监视和控制HVDC输电系统和关联的电力变换系统中的组件的命令。
在一些实施例中，计算装置105包括耦连到处理器115的显示接口(presentation interface)120。显示接口120给用户125显示信息，诸如用户接口和/或警报。在一些实施例中，显示接口120包括一个或多个显示装置。在一些实施例中，显示接口120诸如通过使用人机界面(HMI)(图1中没有显示)显示与被监视的HVDC输电系统和关联的电力变换系统关联的警报。同样，在一些实施例中，计算装置105包括用户输入接口130。在示例性实施例中，用户输入接口130耦连到处理器115，从用户125接收输入。
通信接口135耦连到处理器115，并被配置成耦连成与一个或多个其它装置(诸如传感器或另一计算装置105)通信，以对于这些装置执行输入和输出操作，同时作为输入信道操作。通信接口135可以从一个或多个远程装置接收数据、和/或向一个或多个远程装置发送数据。例如，计算装置105的通信接口135可以向另一计算装置105的通信接口135发送警报。
图2是监视和控制系统的一部分的框图，即，在示例性实施例中，监视和控制系统是可以用来监视和控制电力变换系统300和关联的HVDC输电系统(在图2中没有显示)的至少一部分的监控与数据采集(SCADA)系统200。如本说明书中使用的词语“SCADA系统”指可以跨越多个站点、远程站点和远距离监视和控制电力变换系统300的任何控制和监视系统。在示例性实施例中，SCADA系统200包括被配置成执行监视算法和监视逻辑的至少一个中央处理单元(CPU)215。CPU 215可以通过通信网络225耦连到其它装置220。
参照图1和2，CPU 215是计算装置105。在示例性实施例中，计算装置105通过通信接口135耦连到网络225。在替代性实施例中，CPU 215与其它装置220集成在一起。
CPU 215与第一操作员230交互，例如，不局限于，通过用户输入接口130和/或显示接口120。在一个实施例中，CPU 215向操作员230显示关于电力变换系统300的信息，诸如警报。其它装置220与第二操作员235交互，例如，不局限于，通过用户输入接口130和/或显示接口120。例如，其它装置220向第二操作员235显示警报和/或其它操作信息。如本说明书中使用的词语“操作员”包括在与操作和维护电力变换系统300有关的能力范围内的任何人，包括但不局限于轮班作业人员、维修技师和设备主管。
在示例性实施例中，电力变换系统300包括通过至少一个输入信道245耦连到CPU 215的一个或多个监视传感器240。监视传感器240采集操作测量值，包括，但不局限于，在电力变换系统300内部产生的及通过其传输的AC和DC电压和电流。监视传感器240重复地(例如，周期性地、连续地和/或经请求)发送测量时刻的操作测量读数。CPU 215接收并处理操作测量读数。这些数据在网络225上传送，可以由能够访问网络225的任何装置(包括，但不限于，桌面计算机、膝上型计算机和个人数字助理(PDA)，均未显示)访问。在替代性实施例中，CPU 215包括，但不限于，充足的数据、算法和便于控制通过电力变换系统300的DC电流传输的命令。
图3是可以使用SCADA系统200(图2中显示)监视和控制的电力变换系统300的示意图。在示例性实施例中，电力变换系统300将交流(AC)发电装置302(只显示了一个)耦连到HVDC电力传输网或者系统304，HVDC电力传输网或者系统304可以位于距离装置302几百或几千公里的位置，跨越崎岖不平的和/或遥远的地域，例如多山的山坡、大片水域和与用户相距很远距离。AC发电装置302电压额定为超过100千伏(kV)AC，且HVDC电力传输系统304的电压额定可超过100kV DC。在一些实施例中，装置302限定AC电力系统或电网。
在示例性实施例中，AC发电装置302可以位于近海(off-shore)，即装置302可以是近海风场。替代性地，AC发电装置302可以包括任何类型的可再生发电系统，例如，包括但不限于太阳能发电系统、燃料电池、热力发电机、地热发电机、水力发电机、柴油发电机、汽油发电机和/或由可再生能源产生电力的其它任何装置。替代性地，AC发电装置302可以包括任何类型的不可再生发电系统，例如，包括但不限于煤和石油火力发电厂、燃气涡轮机、核电厂和/或由不可再生能源产生电力的其它任何装置。而且，可以使用任何数目的发电系统302。同样，AC发电装置302可以包括AC电网。
在示例性实施例中，电力变换系统300包括通过AC端子305每相串联电耦连在AC侧的多个功率变换模块306，示出了三个并联AC相，通过DC端子307串联在DC侧。三相中的每一相包括n个功率变换模块306。在示例性实施例中，每个功率变换模块306被配置成生成单极输出电压和双极电流。替代性地，功率变换模块306被配置成生成能够实现如本说明书中描述的电力变换系统300的操作的具有任何电压和电流特征的电力。
图4是可以与电力变换系统300的功率变换模块306一起使用的示意图。图5是功率变换模块306的另一示意图。功率变换模块306包括多个双向功率变换器308。第一双向功率变换器310耦连到AC发电装置302。第一双向功率变换器310被配置成当能量/功率(power)从AC发电装置302朝HVDC电力传输系统304流动时，将AC电转换成DC电。同样，第一双向功率变换器310被配置成当能量/功率从HVDC电力传输系统304朝AC发电装置302流动时将DC电转换成AC电。
第二双向功率变换器312通过第一DC链路314和DC端子315耦连到第一双向功率变换器310。第二双向功率变换器312被配置成当能量/功率从AC发电装置302朝HVDC电力传输系统304流动时将DC电转换成高频AC(HFAC)电。同样，第二双向功率变换器312被配置成当能量/功率从HVDC电力传输系统304朝AC发电装置302流动时将HFAC电转换成DC电。
第三双向功率变换器316通过第二DC链路318耦连到HVDC电力传输系统304。第三双向功率变换器316被配置成当能量/功率从AC发电装置302朝HVDC电力传输系统304流动时将HFAC电转换成DC电。同样，第三双向功率变换器316被配置成当能量/功率从HVDC电力传输系统304朝AC发电装置302流动时将DC电转换成HFAC电。
功率变换模块306包括耦连到第一双向功率变换器310和AC发电装置302的AC旁路开关320。功率变换模块306还包括耦连第三双向功率变换器316和HVDC电力传输系统304的DC旁路开关322。功率变换模块306进一步包括一对两端口无源网络(passive networks)324和位于其间的电压匹配互感器325，以便于功率变换器308、312和316的零电压开关(ZVS)和/或零电流开关(ZCS)，从而提高操作效率、以及便于降低由功率变换模块306的开关效应引起的电磁干扰(EMI)。
功率变换模块306包括至少一个隔离装置，例如，但不限于，位于DC侧两端口无源网络324和第三双向功率变换器316之间的机械隔离装置326。在示例性实施例中，机械隔离装置326是具有打开和关闭位置的开关装置(显示为打开)。替代性地，机械隔离装置326是能够实现如本说明书中描述的功率变换模块306的操作的任何装置，包括但不限于断路器和重合器。机械隔离装置326和第二双向功率变换器312操作耦连(在下文进一步论述)，以限定功率变换模块306的隔离部分328。
第一、第二和第三双向电流转换器310、312和316各自分别包括具有开-关特征与反并联二极管332(只示于图5中)并联的半导体装置330，例如绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolar transistors，IGBT)(只在图5中显示)。替代性地，使用能够实现如本说明书中描述的双向电流转换器310、312和316的操作的任何半导体装置，包括，但不限于，集成绝缘门极换向晶闸管(IGCT)、可控硅整流器(SCR)、门极换流晶闸管(GCT)、对称门极换流晶闸管(SGCT)和门极关断晶闸管(GTO)。
电力变换系统300中的每个功率变换模块306耦连到SCADA系统200(只在图4中显示)。SCADA系统200包括多个监视传感器240，包括但不限于电压监视传感器和电流监视传感器。功率变换模块306和SCADA 200还可以包括能够实现如本说明书中描述的功率变换模块306的操作的其它任何传感装置。监视传感器240被配置成向SCADA系统200传送实时电流和电压监视信息。可以使用能够实现如本说明书中描述的功率变换模块306的操作的监视传感器240的任何位置和配置。而且，机械隔离装置326、两端口无源网络324和第一、第二以及第三双向电流转换器310、312和316各自被配置成从SCADA系统200接收命令，将状态和反馈信息传送到SCADA系统200。
替代性地，使用能够实现功率变换模块306和SCADA系统200的操作的任何控制系统架构。例如，但不局限于，第一、第二和第三双向功率变换器310、312和316和机械隔离装置326中每一个分别可以包括至少一个控制器(未显示)，控制器包括至少一个处理器(未显示)。如本说明书中使用的词语“控制器”、“控制系统”和“处理器”包括任何可编程系统，包括系统和微控制器、精简指令集电路、专用集成电路、可编程逻辑电路和能够执行本说明书中描述的功能的其它任何电路。上文的示例只是示例性的，因此不想要以任何方式限制词语处理器的定义和/或含义。而且，每个控制器可以包括足够的处理能力，以执行支持应用程序，包括但不限于用于SCADA系统200的那些应用程序。每个关联的控制器可以耦连到关联的监视传感器240，还可以耦连到SCADA系统200和/或是SCADA系统200的一部分。
操作中，AC发电装置302产生三相、正弦AC电(在图4和5中只显示了一相)。第一双向电流转换器310接收正弦AC电并将正弦AC电整流成预定第一电压的DC电(通常超过500V)，且激励第一DC链路314。第二双向电流转换器312接收从第一双向电流转换器310通过第一DC链路314传输的DC电，且将具有第一电压的DC电转换成具有适当方波和预定HFAC电压的HFAC。HFAC电通过两端口无源网络324和电压匹配互感器325传输，以便于ZVS/ZCS操作、并降低由功率变换模块306的开关效应引起的电磁干扰(EMI)，以调理HFAC电的幅值。机械隔离装置326通常是关闭的。因此，调理过的HFAC电传输到第三双向功率变换器316，第三双向功率变换器316将HFAC电转换成预定电压范围(通常超过500V)的HVDC电，HVDC电激励第二DC链路318，并将电力传输到HVDC输电系统304。
在一些情况下，电力可以在相反方向上流动，即双向功率变换器310、312和316便于将来自系统304的HVDC电转换成AC电，AC电再传输到系统302。同样，在操作中，监视传感器240向SCADA系统200传输实时操作状态和反馈信息，在一些实施例中，监视传感器240将实时操作状态和反馈信息直接传输到(不限于)第一、第二和第三双向功率变换器310、312和316中的每一个以及机械隔离装置326。
图6是电力变换系统300的一部分即其三相中的一相的示意图，在HVDC电力传输系统304中显示有故障334。参照图4、5和6，故障334包括通过模块306快速增大的电流，其可能还伴有电压波动，两者都可以由监视传感器240感测。信息传输到SCADA 200和/或第二双向功率变换器312和机械隔离装置326。SCADA 200确定通过电力变换系统300和HVDC输电系统304中的至少一个的电流传输是否是接近、达到和超过电力变换系统300和HVDC输电系统304中的至少一个的至少一个参数中的一种。如果SCADA系统200确定需要保护动作，则通过调节第二双向电流转换器312来降低通过隔离部分328的电流传输，直到电流降低到预定值，例如大约零安培。这种保护动作不超过大约100微秒(μS)完成，也可以不超过50μS完成。SCADA系统200然后在由此传输的电流大约为零安培时打开机械隔离装置326，此打开过程花费大约1毫秒(ms)。在故障清除得足够快的情况下，机械隔离装置326可能不需要打开。可以使用能够实现SCADA系统200和电力变换系统300的操作的任何电流值。尽管在图4和图5中只示出了一个功率变换模块306，图6只示出了三相中的一相，但所有相的所有功率变换模块306是类似基本同时被隔离的，使得电力变换系统300完全停止服务，直到故障334清除。
SCADA系统200还可以便于电力变换系统300恢复到服务。在每个模块306中机械隔离装置326基本上同时关闭，使得隔离部分328是不隔离的，通过调节第二双向功率变换器312来增加通过隔离部分328的电流传输来恢复全方位服务。
图7是可以与电力变换系统300一起使用的替代性功率变换模块340的示意图。功率变换模块340包括两个子模块，即第一子模块342，其类似模块306，不同之外是连接到两个第二子模块344。由于与子模块342并联的两个附加的子模块344，相比模块306，功率变换模块340便于通过功率变换模块300有较大的功率传输。SCADA 200(图2中所示)用来监视和控制功率变换模块340的操作，每个子模块342和344的操作类似于模块306的操作。子模块342和344的任何组合可以用在能够实现如本说明书中描述的电力变换系统300的操作的任何相位和任何模块340。
图8是可以使用SCADA系统200(图2中所示)监视和控制的替代性电力变换系统400的示意图。在此替代性实施例中，电力变换系统400将第一DC系统402耦连到第二DC系统404，第二DC系统404可以类似于HVDC电力传输系统304(图3-7中所示)。DC系统402和404可以标定为超过100千伏(kV)的电压。替代性地，DC系统402和404可以具有能够实现如本说明书中描述的电力变换系统400的操作的任何电压额定值。同样，在此替代性示例性实施例中，电力变换系统400包括分别通过第一组DC端子405和第二组DC端子407串联地电耦连到第一DC系统402和第二DC系统404的多个功率变换模块406。电力变换系统400包括n个功率变换模块406。
图9是可以与电力变换系统400一起使用的替代性功率变换模块406的示意图。图10是功率变换模块406的另一示意图。在此替代性实施例中，电力变换系统400将第一DC系统402耦连到第二DC系统404。功率变换模块406包括位于第一双向功率变换器412和第二双向功率变换器416之间的第一机械隔离装置408和第二机械隔离装置410。第一和第二机械隔离装置408和410分别类似于机械隔离装置326(图4、5和7中所示)。第一双向功率变换器412类似于第二双向功率变换器312(图4、5和7中所示)，第二双向功率变换器416类似于第三双向功率变换器316(图4、5和7中所示)。
同样，在替代性实施例中，第一双向功率变换器412和第二机械隔离装置410操作耦连，以限定功率变换模块406的第一隔离部分420。类似的，第二双向功率变换器416和第一机械隔离装置408操作耦连，以限定功率变换模块406的第二隔离部分422。SCADA 200(图2中所示)用来监视和控制功率变换模块406的操作，模块406的操作类似于模块306的操作(图3-6中所示)。
图11是可以使用SCADA系统200(图2中所示)监视和控制的另一替代性电力变换系统430的示意图。在此替代性实施例中，电力变换系统430将第一DC系统402耦连到第二DC系统404。同样，在此替代性实施例中，电力变换系统430包括通过多个DC轨道432彼此耦连在一起的多个电力变换系统400。进一步地，在此实施例中，电力变换系统400垂直堆叠(为了清楚，显示得稍微偏离中心)，以形成电力变换系统430。替代性地，任何数目的电力变换系统400可以以能够实现如本说明书中描述的电力变换系统430的操作的任何布置配置。SCADA 200(图2中所示)用来监视和控制电力变换系统430的操作，系统430的操作类似于模块306的操作(图3-6中所示)。
图12是可以使用SCADA系统200(图2中所示)监视和控制的又一替代性电力变换系统450的示意图。在此替代性实施例中，电力变换系统450将第一DC系统402耦连到第二DC系统404。同样，在此替代性实施例中，电力变换系统430包括通过多个配置为第一极性的DC通道452和配置为第二极性的第二DC通道454彼此耦连的多个电力变换系统400。替代性地，任何数目的电力变换系统400可以以能够实现如本说明书中描述的电力变换系统450的操作的任何布置配置。SCADA 200(图2中所示)用来监视和控制电力变换系统430的操作，系统450的操作类似于模块306的操作(图3-6中所示)。
图13是可以与电力变换系统400(图8中所示)一起使用的替代性功率变换模块506的示意图。在此替代性实施例中，功率变换模块506将第一DC系统402耦连到第二DC系统404。功率变换模块506包括操作耦连以限定功率变换模块506的隔离部分520的机械隔离装置326和双向功率变换器412。功率变换模块506还包括二极管整流装置525，其便于单方向的电流从第一DC系统402传输到第二DC系统404，并阻止反方向上的电流传输。SCADA 200(图2中所示)用来监视和控制功率变换模块506的操作，模块506的操作类似于模块306的操作(图3-6中所示)。功率变换模块506可以与电力变换系统400一起使用，以形成类似于系统430的堆叠系统(图11中所示)和类似于系统450的并联系统(图12中所示)。
图14是可以与电力变换系统400(图8中所示)一起使用的另一替代性功率变换模块606的示意图。功率变换模块606类似于功率变换模块506，一个例外是功率变换模块606包括通过DC链路630耦连到功率变换器412的校平电力变换器(levelizing electric power converter)625。校平电力变换器625便于借助校平变换器625的线性控制，实现同等功率共享。与功率变换模块506中的变换器412的非线性控制相比，这种线性校平通过均匀分配功率便于提高功率变换的效率。功率变换模块606可以与电力变换系统400一起使用，以形成类似于系统430的堆叠系统(图11中所示)和类似于系统450的并联系统(图12中所示)。
上述的用于HVDC输电系统的电力变换系统提供用于传输HVDC电的成本有效的方法。本说明书中描述的实施例便于跨越相对大的距离传输HVDC电，同时，便于在HVDC输电系统上有电力故障时快速检测和隔离受影响的电力变换系统。本说明书中描述的实施例还便于在系统的故障部分被有效隔离之后快速恢复受影响的电力变换系统。特别是，本说明书中描述的装置、系统和方法包括多个双向功率变换器和操作耦连到双向功率变换器的机械隔离装置。双向功率变换器和机械隔离装置限定电力变换系统的隔离部分。双向功率变换器便于在感测的通过变换系统或在HVDC输电系统上传输的电流超过实时传送到监控与数据采集(SCADA)系统的参数时，实时降低通过隔离部分的电流。特别是，在感测的电流超过参数时，双向功率变换器降低从其中传输的电流，当电流接近或达到大约零值时，SCADA系统开始打开具有接近零安培的显著降低的负载的关联的机械隔离装置，从而缓解损坏机械隔离装置的接触器的潜在可能。与降低受影响组件的使用时间缩短的一部分所需的典型的五毫秒(ms)相比，故障隔离要快大约3个数量级(three orders of magnitude)。
同样，本说明书中描述的装置、系统和方法便于系统恢复。一旦清除电力故障，SCADA系统会开始故障后恢复动作。特别是，被清除的机械隔离装置会在零负载下重新闭合，关联的双向功率变换器会提高通过恢复的隔离部分传输的电流，以将DC电力传输快速恢复到受影响的部分。
本说明书中描述的方法、系统和设备的示例性技术效果包括以下当中的至少一个：(a)通过机械隔离装置，将HVDC输电系统和关联的电力变换系统上的故障检测和隔离的时间周期降低到不超过100μS，在一些情况下，不超过大约50μS；(b)通过将通过电力变换系统的隔离部分的电力传输降低到接近零值，并在不超过100μS内(在一些情况下是近似50μS，即比通过机械隔离装置隔离的时间要少大约3个数量级)打开关联的机械隔离装置，降低由于故障造成的电力变换系统的组件暴露到升高的电流条件；(c)将电流通过机械隔离装置的传输降低到接近零值，以便于快速打开以清除电力故障条件并重新闭合以恢复电力传输；以及(d)基本上降低使用较慢的动作和费用高的DC断路器来隔离故障的需要。
在上文中详细描述了用于耦连发电厂和电网的HVDC输电系统和电力变换系统以及用于操作他们的方法的示例性实施例。HVDC输电系统、双向功率变换器以及操作这些系统和装置的方法不限于本说明书中描述的特定实施例，而是，系统的组件和/或方法的步骤可以被独立地并与本说明书中描述的其它组件和/或步骤单独地使用。例如，所述方法还可以与其它需要HVDC传输和功率变换的其它系统以及关联方法结合使用，不局限于只用本说明书中描述的HVDC输电系统、双向功率变换器和方法来实践。而是，可以与目前被配置成接收并接受双向功率变换器(例如但不限于遥远地区和工厂的DC配电系统)的许多其它DC传输应用结合来实现和使用示例性实施例。
尽管本发明的各个实施例的特定特征可能在一些附图中示出，而在其它附图中没有显示，但这只是为了方便。根据本发明的原理，一幅图中的任何特征可以与其它任何图中的任何特征结合被引用和/或要求保护。
一些实施例涉及使用一个或多个电子或计算装置。这些装置通常包括处理器或控制器，诸如通用中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、微控制器、精简指令集计算机(RISC)处理器、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑电路(PLC)和/或能够执行本说明书中描述的功能的其它任何电路或处理器。本说明书中描述的方法可以编码为计算机可读介质(包括但不限于存储装置和/或存储器装置)中具体体现的可执行指令。这些指令在被处理器执行时，引起处理器执行本说明书中描述的方法的至少一部分。上文的示例只是示例性的，因此不想要以任何方式限制词语处理器的定义和/或含义。
本说明书使用示例来公开本发明，包括最佳实施方式，还使得本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统并执行任何所包括的方法。本发明的可专利范围由权利要求书限定，可以包括本领域技术人员能想到的其它示例。这些其它示例如果具有与权利要求的书面语言没有差异的结构元件或者包括与权利要求的书面语言没有实质性差异的等同结构元件，则也在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种电力变换系统，所述电力变换系统耦连到高压直流(HVDC)输电系统，所述电力变换系统包括：
多个功率变换模块，其中，所述多个功率变换模块中的至少一个功率变换模块包括：
至少一个功率变换器，所述功率变换器耦连到至少一个DC电源端子；以及
至少一个隔离装置，所述隔离装置耦连到所述至少一个功率变换器，所述至少一个功率变换器和所述至少一个隔离装置至少部分地限定所述电力变换系统的隔离部分，所述至少一个隔离装置被配置成使所述隔离部分停止服务，所述至少一个功率变换器被配置成在打开所述至少一个隔离装置之前，降低通过所述隔离部分的电流传输。
2.根据权利要求1所述的电力变换系统，其特征在于：
所述至少一个功率变换器包括第一功率变换器，所述第一功率变换器耦连到所述至少一个DC电源端子；以及
所述至少一个功率变换模块进一步包括第二功率变换器，所述第二功率变换器耦连到所述至少一个隔离装置。
3.根据权利要求2所述的电力变换系统，其特征在于，所述至少一个功率变换模块进一步包括第三功率变换器，所述第三功率变换器通过DC链路耦连到所述第一功率变换器，其中，所述第三功率变换器进一步耦连到AC发电机和AC输电系统中的至少一个。
4.根据权利要求2所述的电力变换系统，其特征在于，所述至少一个功率变换模块进一步包括第三功率变换器，所述第三功率变换器通过DC链路耦连到所述第一功率变换器，其中，所述第三功率变换器进一步耦连到至少一个DC电力系统。
5.根据权利要求1所述的电力变换系统，其特征在于：
所述至少一个功率变换器包括第一功率变换器，所述第一功率变换器耦连到所述至少一个DC电源端子；以及
所述至少一个功率变换模块进一步包括第二功率变换器，所述第二功率变换器耦连到所述HVDC输电系统；以及
所述至少一个隔离装置包括：
第一隔离装置，所述第一隔离装置操作耦连到所述第二功率变换器，其中，所述第二功率变换器被配置成在打开所述第一隔离装置之前，降低通过所述隔离部分的电流传输；以及
第二隔离装置，所述第二隔离装置操作耦连到第一功率变换器，其中，所述第一功率变换器被配置成在打开所述第二隔离装置之前，降低通过所述隔离部分的电流传输。
6.根据权利要求1所述的电力变换系统，其特征在于，所述至少一个功率变换模块进一步包括至少一个二极管整流装置，所述至少一个二极管整流装置耦连到所述至少一个隔离装置。
7.根据权利要求1所述的电力变换系统，其特征在于，所述至少一个功率变换器是双向功率变换器，所述双向功率变换器被配置成传输具有单极电压和双极电流特征的电力。
8.根据权利要求1所述的电力变换系统，其特征在于，所述多个功率变换模块耦连到至少一个AC电源端子和所述HVDC输电系统。
9.根据权利要求1所述的电力变换系统，其特征在于，所述多个功率变换模块耦连到至少一个DC电源端子和所述HVDC输电系统。
10.一种用于电力变换系统的控制系统，所述电力变换系统耦连到HVDC输电系统，所述电力变换系统包括多个功率变换模块，其中，至少一个功率变换模块包括耦连到至少一个DC电源端子的至少一个功率变换器，所述至少一个功率变换模块进一步包括至少一个隔离装置，所述隔离装置耦连到所述至少一个功率变换器，所述至少一个功率变换器和所述至少一个隔离装置至少部分地限定所述电力变换系统的隔离部分，所述至少一个隔离装置被配置成使所述隔离部分停止服务，所述至少一个功率变换器被配置成在打开所述至少一个隔离装置之前降低通过所述隔离部分的电流传输，所述控制系统包括：
至少一个传感器，所述传感器被配置成传输代表通过所述电力变换系统和所述HVDC输电系统中的至少一个的电流传输值的至少一个信号；以及
至少一个处理器，所述处理器耦连到所述至少一个传感器、所述至少一个功率变换器以及所述至少一个隔离装置，所述至少一个处理器被配置成：
确定电流传输为接近、达到和超过所述电力变换系统和所述HVDC输电系统中的至少一个的至少一个参数的至少其中一种；
至少部分地根据通过所述电力变换系统和所述HVDC输电系统中的至少一个的电流传输值，来调节通过所述隔离部分的电流传输；以及
当所述至少一个传感器测量到预定值的电流传输时，打开所述至少一个隔离装置。
CN201410453659.2A 2013-09-06 2014-09-05 电力变换系统和操作该电力变换系统的方法 Pending CN104426400A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/020111 2013-09-06
US14/020,111 US20150070939A1 (en) 2013-09-06 2013-09-06 Electric power conversion system and method of operating the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104426400A true CN104426400A (zh) 2015-03-18

Family

ID=51357852

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410453659.2A Pending CN104426400A (zh) 2013-09-06 2014-09-05 电力变换系统和操作该电力变换系统的方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20150070939A1 (zh)
EP (1) EP2846450A3 (zh)
CN (1) CN104426400A (zh)
BR (1) BR102014022092A2 (zh)
CA (1) CA2861701A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108233402A (zh) * 2018-01-11 2018-06-29 上海交通大学 适用于煤矿的远距离中压直流输电系统
CN110663166A (zh) * 2017-06-19 2020-01-07 依赛彼公司 具有四象限变换器的改进电源及用于操作的技术

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3188333A1 (en) * 2015-12-30 2017-07-05 Openhydro IP Limited Array of electrical generator units and shedding of inter-unit transmission cables in response to fault
US10439533B2 (en) * 2017-01-05 2019-10-08 General Electric Company Power converter for doubly fed induction generator wind turbine systems
US10411473B2 (en) * 2017-01-05 2019-09-10 General Electric Company Power converter for energy systems
US10641245B2 (en) * 2017-01-05 2020-05-05 General Electric Company Hybrid power generation system and an associated method thereof
US10110149B2 (en) * 2017-01-06 2018-10-23 General Electric Company Grounding scheme for power converters with silicon carbide MOSFETs
US10027240B1 (en) 2017-01-06 2018-07-17 General Electric Company Ground fault isolation for power converters with silicon carbide MOSFETs
US10103665B2 (en) * 2017-01-06 2018-10-16 General Electric Company Protection for redundancy of isolated inverter blocks
US10205399B2 (en) * 2017-01-13 2019-02-12 General Electric Company Switching strategy for increased efficiency of power converters
EP3358698A1 (en) * 2017-02-02 2018-08-08 University of Limerick Battery charging
WO2019023023A1 (en) * 2017-07-28 2019-01-31 General Electric Company HYBRID ENERGY GENERATION SYSTEM AND ASSOCIATED METHOD
US10958066B2 (en) 2017-09-13 2021-03-23 General Electric Company Control method for protecting primary windings of wind turbine transformers
CA3097955A1 (en) * 2018-04-30 2019-11-07 General Electric Company Control method for power converters with inverter blocks with silicon carbide mosfets
CN108879623B (zh) * 2018-06-13 2020-06-05 南京南瑞继保电气有限公司 一种多电压等级直流电网系统及控制保护方法
CN112350588B (zh) 2019-08-07 2023-07-25 台达电子工业股份有限公司 应用于固态变压器架构的电源装置及三相电源系统
CN111277596A (zh) * 2020-01-20 2020-06-12 广东电网有限责任公司电力调度控制中心 一种电网调控安全区数据传输系统、方法和设备

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4463400A (en) * 1983-01-13 1984-07-31 Westinghouse Electric Corp. DC Static switch with phase commutation
EP2290799A1 (en) * 2009-08-25 2011-03-02 Converteam Technology Ltd Bi-directional multilevel AC-DC converter arrangements
EP2293407A1 (en) * 2009-09-08 2011-03-09 Converteam Technology Ltd Power transmission and distribution systems
GB201102031D0 (en) * 2011-02-07 2011-03-23 Rolls Royce Plc Protection system for an electrical power network
WO2012123014A2 (en) * 2011-03-11 2012-09-20 Abb Technology Ag A current limitation system for limiting the effects of a fault in a dc grid and a method of operating a current limitation system
WO2013115915A1 (en) * 2012-01-31 2013-08-08 Atlantic Grid Operations A., Llc Control and protection of a dc power grid

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110663166A (zh) * 2017-06-19 2020-01-07 依赛彼公司 具有四象限变换器的改进电源及用于操作的技术
CN108233402A (zh) * 2018-01-11 2018-06-29 上海交通大学 适用于煤矿的远距离中压直流输电系统
CN108233402B (zh) * 2018-01-11 2021-03-09 上海交通大学 适用于煤矿的远距离中压直流输电系统

Also Published As

Publication number Publication date
EP2846450A2 (en) 2015-03-11
EP2846450A3 (en) 2015-07-22
BR102014022092A2 (pt) 2015-12-01
CA2861701A1 (en) 2015-03-06
US20150070939A1 (en) 2015-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104426400A (zh) 电力变换系统和操作该电力变换系统的方法
Mazumder et al. A review of current research trends in power-electronic innovations in cyber–physical systems
Chaudhuri et al. Multi-terminal direct-current grids: Modeling, analysis, and control
Sayed et al. SCADA and smart energy grid control automation
Ansari et al. MMC based MTDC grids: A detailed review on issues and challenges for operation, control and protection schemes
Perveen et al. Off-shore wind farm development: Present status and challenges
Kim et al. HVDC transmission: power conversion applications in power systems
CN101697422B (zh) 微网多微源逆变器环流及电压波动主从控制方法
EP2779350B1 (en) Direct current transmission and distribution system and method of operating the same
US9515565B2 (en) Hybrid high voltage direct current converter systems
Padiyar et al. Dynamics and control of electric transmission and microgrids
EP3414577B1 (en) System and method for distributed grid control with sub-cyclic local response capability
Gabbar et al. Risk-based performance analysis of microgrid topology with distributed energy generation
Wang et al. Feasibility of integrating large wind farm via fractional frequency transmission system a case study
Jadidi et al. A review on operation, control and protection of smart microgrids
Peng et al. Envisioning the Future Renewable and Resilient Energy Grids–A Power Grid Revolution Enabled by Renewables, Energy Storage, and Energy Electronics
Makkieh et al. DC Networks on the distribution level–New trend or Vision?
Kar Ray et al. Fault analysis in solar–wind microgrid using multi‐resolution analysis and Stockwell transform‐based statistical analysis
Durgaprasad et al. HVDC Fault Analysis and Protection Scheme
CN105186896A (zh) 高压dc电力变换系统和操作该系统的方法
Muzzammel et al. Analytical behaviour of thyrister based HVDC transmission lines under normal and faulty conditions
Swamy et al. Wavelet-ANN Based Analysis of PV-IoT Integrated Two Area Power System Network Protection in presence of SVC
Beshir et al. Upgrading the intermountain HVDC project to handle 480 MW additional wind power
Andersson et al. Guest editorial special section on HVDC systems and technologies
Tawhidul Alam Development of an analytical model of a simultaneous AC-DC power transmission system

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20150318

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication