CN104718691B - 功率转换器组装件 - Google Patents

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Abstract

提出功率转换器组装件，其布置成在主AC连接上的AC与DC连接上的DC之间转换功率。该功率转换器组装件包括：多个转换器装置；至少一个转换器互感器，其相应地在转换器装置中的一个与中间AC总线之间连接；至少一个电压互感器，其在一侧上连接到中间总线并且布置成在另一侧上连接到主AC连接。

Description

功率转换器组装件
技术领域
本发明涉及用于在交流AC与直流DC之间转换功率的功率转换器组装件。
背景技术
对于电力传输，高压DC(HVDC)由于与AC相比的许多益处而在使用方面增加。为了使HVDC链路或HVDC电网连接到AC电网，需要从DC到AC或AC到DC的转换。该转换在转换器站中执行。
然而，这些转换器站大且笨重，这不仅在安装期间而且在将转换器站从组装转换器站所在的工厂运输到安装现场时造成需求。
发明内容
目的是提供功率转换器组装件，其比现有技术中的功率转换器组装件更易于运输。
根据第一方面，提供功率转换器组装件，其布置成在主AC连接上的AC与DC连接上的DC之间转换功率。该功率转换器组装件包括：多个转换器装置；至少一个转换器互感器，其相应地在转换器装置中的一个与中间AC总线之间连接；至少一个电压互感器，其在一侧上连接到中间总线并且布置成在另一侧上连接到主AC连接。与如果将需要转换器互感器连接到主AC连接相比，用于变换到中间总线的转换器互感器变得更小。这样，转换器装置可以提供有具有减少尺寸和重量的转换器互感器。
主AC连接与DC连接之间的所有功率通过中间AC总线。这样，功率转换器组装件的功率转换可以通过控制中间AC总线的电压来控制。例如，当在使用中时，中间AC总线的电压可用于控制DC连接上的电压。
在一个实施例中，可以控制中间AC总线的电压以控制DC连接上的电压。例如，这可以通过控制至少一个电压互感器来实现。
至少一个转换器互感器中的每一个可以是固定电压互感器。在该上下文中，固定电压互感器要解释为在一次与二次侧之间具有固定匝数比的互感器。与可变电压互感器相比，固定电压互感器更小且更易于运输。
根据权利要求1的功率转换器组装件进一步包括至少一个组合互感器，其在一侧上连接到转换器装置中的一个并且布置成在另一侧上连接到主AC连接。
连接到至少一个组合互感器的任何转换器装置的DC偏移的幅度低于连接到至少一个转换器互感器的任何转换器装置的幅度。这样，对于其中电压转换要求更低的低DC偏移，可以提供组合互感器。因为电压转换要求更低，仍可以提供相对小的组合互感器。
转换器互感器的数量可等于转换器装置的数量。这提供一致拓扑，其可以更易于维护和修理。
电压互感器的数量可与转换器互感器的数量不同。
转换器装置中的每一个可以是用于在至少任一方向上在交流AC与直流DC之间转换的功率转换器。
电压互感器的数量可等于转换器互感器的数量。这允许故障隔离，其中例如失效的转换器互感器可以与其他转换器互感器隔离，其中这些其他转换器互感器然后可以继续用它们相应的对应电压互感器操作。
电压互感器的数量可低于转换器互感器的数量。这可以是更成本有效的备选方案。例如，在中间AC总线与主AC总线之间可以仅存在一个电压互感器。
转换器装置可在DC连接的正端子与DC连接的负端子之间串联连接。
每个转换器装置可经由相应的转换器互感器连接到中间AC总线。
电压互感器中的每一个的电压变换大于转换器互感器中的每一个的电压变换。这使转换器互感器的尺寸减少，这然后可以提供并且运输、组装到转换器装置。
转换器装置和至少一个转换器互感器可包含在单个壳体中。
根据第二方面，提供功率转换器，其包括根据之前权利要求中任一项的多个功率转换器组装件，其中这些功率转换器组装件连接到相同DC连接但不同的相应主AC连接，其中这些不同的相应主AC连接是不同的相位。
一般，在权利要求中使用的所有术语要根据它们在技术领域内的普通含义来解释，除非在本文另外明确定义。对“一个/该元件、设备、部件、工具、步骤等”的所有引用要公开地解释为指元件、设备、部件、工具、步骤等中的至少一个实例，除非另外明确规定。本文公开的任何方法的步骤不必按所公开的确切顺序执行，除非明确规定。
附图说明
现在通过示例的方式参考附图描述本发明，其中：
图1是示出根据一个实施例的功率转换器组装件的示意图；
图2是示出根据另一个实施例的功率转换器组装件的示意图；
图3是示出根据另一个实施例的功率转换器组装件的示意图；以及
图4是用于在DC与AC之间转换的多相功率转换器的示意图。
具体实施方式
本发明现在将在下文参考附图(其中示出本发明的某些实施例)更充分地描述。然而，本发明可以许多不同形式体现并且不应解释为受到本文阐述的实施例的限制；相反，这些实施例通过示例的方式提供使得本公开将是彻底和完整的，并将向本领域的技术人员充分传达本发明的范围。类似的数字指整个说明中类似的元件。
图1是示出根据一个实施例的功率转换器组装件1的示意图。该功率转换器组装件1或它的至少部分也称为转换器站。功率转换器组装件1的目的是在高压主AC连接AC1与高压DC(HVDC)连接DC之间转换功率。功率转换器组装件1可能够在任一方向上仅单向功率转换或可选地能够双向功率转换。
存在一个或多个连接到主AC总线AC1的滤波器8a-b以减少谐波和/或减少功率转换器组装件1的感应效应。进一步存在中间AC总线AC2。存在一个或多个也连接到中间AC总线AC2的滤波器9a-b。主AC总线AC1上的电压高于中间AC总线AC2上的电压。例如，在一个示例中中间总线AC2上的电压在50与300kV之间并且主AC总线AC1上的电压是500至1500kV。在一个更特定的非限制性示例中，中间总线上的电压是245kV并且主AC总线上的电压是1000kV。
在DC侧上，在DC连接的正端子(DC+)与DC连接的负端子(DC-)之间存在串联连接的第一转换器装置2a、第二转换器装置2b、第三转换器装置2c和第四转换器装置2d。每个功率转换器装置2a-d可以是电压源转换器或电流源转换器，其在现有领域中本身都是已知的。由于在DC连接的端子之间串行连接，每个转换器装置2a-d具有不同的DC偏移。在对称DC连接的情况下，转换器装置串的中间点(在该示例中，第二与第三转换器装置2b-c之间的点)可以接地。尽管功率转换器组装件1在这里示出有四个转换器装置，功率转换器组装件可以提供有任何适合数量的转换器装置。
转换器互感器5a在第一转换器装置2a的AC侧与中间AC总线AC2之间提供。类似地，另一个转换器互感器5b在第四转换器装置2d与中间AC总线AC2之间提供。转换器互感器5a-b是用于对这些的任何尺寸和重量要求保持为低的固定电压互感器。
中间总线AC2经由两个电压互感器6a-b连接到主AC总线AC1。尽管该实施例示出有两个电压互感器6a-b，可以提供任何数量的电压互感器，其包括一个、三个、四个等。电压互感器6a-b在这里示出为可变电压互感器，但它们可选地可以是固定电压互感器。
第二转换器装置2b经由组合互感器7a连接到主AC总线AC1，而不经由中间AC总线AC2传递。类似地，第三转换器装置2c经由组合互感器7b连接到主AC总线AC1，而不经由中间AC总线AC2传递。组合互感器7a-b在这里示出为可变电压互感器，但它们可选地可以是固定电压互感器。
利用提供的结构，外转换器装置(即，第一和第四转换器装置2a、d)每个经由两个互感器连接到主AC总线AC1。这样，转换器互感器5a-b仅负责DC隔离，其由于不同DC偏移而防止第一与第四转换器装置2a、d之间的冲突。两个电压互感器6a、b然后负责中间AC总线AC2与主AC总线AC1之间的电压转换，从而将该任务从转换器互感器中解除。
两个内转换器装置(即第二和第三转换器装置2b-c)不需要与外转换器装置相同的电压转换程度，因为对于这两个转换器装置2b-c的DC偏移更低。因此，从内转换器装置2b-c到主AC总线的电压转换可以利用具有比外转换器装置的情况更低的电压转换要求的组合转换器7a-b实现。
通过将对于外转换器装置的互感器划分为二并且仅需要与转换器互感器5a-b的DC隔离，转换器互感器5a-b可以变得小得多。另一方面，电压互感器6a-b(其可以在剩余转换器站的外部提供)可以更大而不影响剩余转换器站的运输。这样，将转换器站从工厂运输到安装现场的能力明显提高。
在一个示例中，转换器站包括转换器装置2a-d、转换器互感器和中间AC总线AC2。可选地，组合互感器和/或中间总线滤波器9a-b包括在转换器站中。
而且，通过提连接到中间AC总线AC2的滤波器9a-b，主AC总线AC1上的滤波器8a-b需要更少的滤波。因为在主AC总线AC1的明显更高电压的滤波更昂贵且更复杂，这降低复杂性和成本。
而且，因为仅需要对到主AC总线AC1上的合适电压的电压变换定制电压互感器，使用中间AC总线AC2，转换器互感器5a-b的设计可以标准化。
图2是示出根据另一个实施例的功率转换器组装件1的示意图。该实施例与图1的实施例相似。然而，在这里，所有转换器装置2a-d经由相应转换器互感器5a-d连接到中间AC总线AC2。此外，在该实施例中，电压互感器6a-d的数量等于转换器互感器5a-d的数量。这样，不存在对任何组合互感器的需要，如在图1中示出的。此外，功率转换器组装件1的电压变换可以通过控制电压互感器6a-d并且从而控制中间AC总线AC2上的电压来控制。
图3是示出根据另一个实施例的功率转换器组装件的示意图。该实施例与图2的实施例相似。然而，在这里，对于中间AC总线AC2与主AC总线AC1之间的电压变换仅提供一个电压互感器6a。
图4是用于在DC与AC之间转换的多相功率转换器10的示意图。在该示例中，该多相功率转换器10是三相功率转换器并且从而包括三个功率转换器组装件1a-c，如上文描述的。这样，AC连接在这里包括三个相端子AC1A、AC1B、AC1C以能够提供到例如向AC电网、AC电源或AC电力负载的三相连接。可选地，也提供AC接地端子AC0(未示出)。多相功率转换器10可以通过提供与期望支持的相位数量相同数量的功率转换器组装件而对于任何数量的适合的相位配置。
本发明在上文主要参考几个实施例描述。然而，如容易被本领域内技术人员意识到的，除上文公开的那些之外的其他实施例在本发明的范围内同样是可能的，如由附上的专利权利要求限定的。

Claims (8)

1. 一种功率转换器组装件（1），布置成在主AC 连接（AC1）上
的高压交流AC 与DC 连接（DC）上的高压直流DC 之间转换功率，
所述功率转换器组装件（1）包括：
多个转换器装置（2a-d），其在所述DC 连接的正端子（DC+）与所述DC 连接的负端子（DC-）之间串联连接，其中两个外转换器装置（2a，2d）直接连接到所述DC 连接（DC）的端子（DC+，DC-）并且内转换器装置（2b，2c）在两个其他转换器装置之间连接；
至少一个转换器互感器（5a-d），其相应地在所述转换器装置（2a，2d）中的一个与中间AC 总线（AC2）之间连接；
至少一个电压互感器（6a-b），其在一侧上连接到所述中间AC总线（AC2）并且布置成在另一侧上连接到主AC 连接（AC1）；以及
至少一个组合互感器（7a-b），其相应地在一侧上连接到所述转换器装置中的一个并且布置成在另一侧上连接到主AC连接（AC1）；
其中所述两个外转换器装置（2a，2d）布置成经由所述中间AC总线连接到所述主AC 连接（AC1）；并且所有内转换器装置（2b，2c）布置成经由相应的组合互感器（7a-b）连接到所述主AC 连接（AC1）。
2. 如权利要求1 所述的功率转换器组装件（1），其中所述至少一个转换器互感器（5a-d）中的每一个是固定电压互感器。
3. 如权利要求1所述的功率转换器组装件（1），其中连接到所述至少一个组合互感器（7a-b）的任何转换器装置的DC 偏移的幅度低于连接到所述至少一个转换器互感器（5a-b）的任何转换器装置的幅度。
4. 如权利要求1所述的功率转换器组装件（1），其中所述转换器装置（2a-d）中的每一个是用于在至少任一方向上在交流AC 与直流DC 之间转换的功率转换器。
5.如权利要求1-4中任一项所述的功率转换器组装件（1），其中电压互感器（6a-d）的数量等于转换器互感器（5a-d）的数量。
6.如权利要求1-4中任一项所述的功率转换器组装件（1），其中所述电压互感器（6a-d）中的每一个的电压变换大于所述转换器互感器（5a-d）中的每一个的电压变换。
7.如权利要求1-4中任一项所述的功率转换器组装件（1），其中所述转换器装置（2a-d）和所述至少一个转换器互感器（5a-d）包含在单个壳体中。
8. 一种多相功率转换器（10），包括多个根据权利要求1-7中任一项所述的功率转换器组装件（1），其中所述功率转换器组装件连接到相同的DC 连接但不同的相应主AC 连接，其中所述不同的相应主AC 连接是不同的相位。
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