CN115004500A - 用于电网的功率支持装置 - Google Patents

Abstract

一种用于电网(24)的功率支持装置(10)包括具有AC侧和DC侧的第一和第二电压源转换器(14、8)、将电压源转换器(14、18)的DC侧互连的DC链路(16)、具有多个可设置位置的第一开关装置(20)以及第一同步电机(12)。第二电压源转换器(18)的AC侧连接至电网(24)并且第一开关装置(20)连接在第一同步电机(12)、第一电压源转换器(14)的AC侧和电网(24)之间，并且可操作以选择性地将第一同步电机(12)连接至电网(24)或连接至第一电压源转换器(14)的AC侧。

Description

用于电网的功率支持装置

技术领域

本发明总体上涉及功率的支持。具体来说，本发明涉及一种用于电网的功率支持装置。

背景技术

已知同步电机可用于使用惯性支持电网。

这种支持的常规方式是经由变压器将同步电机直接连接至电网。

还已知经由开关装置和功率转换器将同步电机连接至电网，其中开关装置将同步电机连接至转换器或者完全绕过转换器。因此，同步电机可以直接或者经由转换器连接至电网。例如，可以在WO 2018/072843中找到这方面的示例，其中在旁路的情况下完全不使用功率转换器。

然而，电网可能需要不同方式的支持，例如在频率稳定性和短路电平增强方面。同时，通常需要限制用于支持电网的电网支持设备的数量。然而，还需要增加支持设备连接到电网的灵活性。

发明内容

本发明旨在以功率支持设备可以连接到电网的方式提高灵活性。

根据本发明的第一个方面，该目的是通过一种用于电网的功率支持装置实现的，其中所述功率支持装置包括：

第一电压源转换器，所述第一电压源转换器具有AC侧和DC侧，

第二电压源转换器，所述第二电压源转换器具有AC侧和DC侧，

DC链路，所述DC链路将第一和第二电压源转换器的DC侧互连，

第一开关装置，所述第一开关装置具有多个可设置位置，以及

第一同步电机，

其中，所述第二电压源转换器的AC侧连接至电网且所述第一开关装置连接在所述第一同步电机、所述第一电压源转换器的AC侧和所述电网之间，从而使所述第一电压源转换器成为电机侧转换器，并使所述第二电压源转换器成为电网侧转换器，所述第一开关装置可操作以选择性地将所述第一同步电机连接至所述电网或连接至所述第一电压源转换器的AC侧，其中所述第一同步电机在所述第一开关装置的第一可设置位置连接至电网，并在所述第一开关装置的第二可设置位置连接至所述第一电压源转换器的AC侧。

在第一变型方案中，当所述第一开关装置被设置在所述第二可设置位置时，所述功率支持装置被配置为向所述电网提供无功功率和惯性支持，其中所述惯性经由所述第一和第二电压源转换器以及所述DC链路从所述第一同步电机被传递。

根据第二变型方案，当所述第一开关装置被设置在所述第一可设置位置时，所述第一同步电机被配置为与提供无功功率支持的所述第二电压源转换器并联地向所述电网提供惯性和无功功率。因此，所述第一同步电机可以被配置为直接向所述电网提供惯性，并且所述第二电压源转换器可以被配置为与该惯性提供并联地提供无功功率支持。

根据第三变型方案，所述第一电压源转换器被配置为与所述第二电压源转换器并联并与来自所述第一同步电机的所述惯性和无功功率并联地向所述电网提供无功功率支持。当所述第一开关装置具有将所述第一电压源转换器的AC侧连接至所述电网的第三可设置位置时，所述第一电压源转换器被配置成这样做是可能的，其中所述第一开关装置可以具有所述第三可设置位置和第一可设置位置。

根据另一种变型方案，功率支持装置进一步包括第二同步电机、第三电机侧电压源转换器、第四电网侧电压源转换器和具有与所述第一开关装置相同的可设置位置的第二开关装置。在这种情况下，第三电压源转换器的DC侧经由DC链路连接至第四电压源转换器的DC侧，并且当设置第一或第二可设置位置时，所述第二开关装置可操作以选择性地将所述第二同步电机连接至所述电网或连接至第三电压源转换器的AC侧。

可能的是，当所述第二开关装置被设置在所述第二可设置位置时，所述功率支持装置被配置为向所述电网提供无功功率和惯性支持，其中所述惯性从所述第二同步电机经由所述第三和第四电压源转换器和所述DC链路被传递。

同样地，当所述第二开关装置被设置在所述第一可设置位置时，所述第二同步电机被配置为与提供无功功率支持的所述第四电压源转换器并联地向所述电网提供惯性和无功功率。因此，所述第二同步电机可被配置为直接向所述电网提供惯性，并且所述第四电压源转换器可被配置为与该惯性提供并联地提供无功功率支持。

当所述功率支持装置包括第二同步电机、第三电机侧电压源转换器、第四电网侧电压源转换器和第二开关装置时，所述第二开关装置的第一和第二可设置位置可以被设置为与所述第一开关装置中相同的方式。作为替代方案，与所述第一开关装置的第一和第二可设置位置相比，所述第二开关装置的第一和第二可设置位置可以以相反的方式被设置。

当功率支持装置包括第二同步电机、第三电机侧电压源转换器、第四电网侧电压源转换器和第二开关装置时，所述第三电压源转换器可被配置为与所述第二电压源转换器并联以及与来自所述第二同步电机的所述惯性和无功功率并联地向所述电网提供无功功率支持。当所述第二开关装置具有将所述第一电压源转换器的AC侧连接至所述电网的第三可设置位置时，所述第三电压源转换器被配置成这样做是可能的，其中所述第二开关装置可具有第三可设置位置和第一可设置位置。

根据另一种变型方案，功率支持装置可以包含经由另一转换器连接到所述DC链路的能量存储系统。所述另一转换器可以被配置为从所述能量存储系统接收有功功率/向所述能量存储系统提供有功功率，以用于支持电网。

根据另一变型方案，功率支持装置可以进一步包括将所述开关装置以及所述第二和第四电网侧电压源转换器连接至所述电网的连接装置，其中所述连接装置可包括第一变压器且可选地包括第二变压器。

可以提供所述第一变压器以将每个电网侧电压源转换器连接至所述电网，并且可以是单绕组变压器。

可以提供所述第二变压器以将每个同步电机和每个电网侧转换器连接至所述电网。所述第二变压器可以是三绕组变压器，其包括连接至通向每个同步电机的第一总线的第一组绕组、连接至通向每个电网侧转换器的第二总线的第二绕组、以及用于连接至所述电网的第三绕组。

本发明具有许多优点。它增加了电网支持设备连接到电网的灵活性。这允许以更加灵活和通用的方式使用有限数量的电力支持设备，以实现可用于支持电网的不同运行模式。通过这些模式，包括在功率支持装置中的电网支持设备也可以更加有效的使用。

附图说明

下面将参照附图描述本发明，其中

图1示意性地示出了连接到电网的功率支持装置的第一方案，该功率支持装置包含第一开关装置。

图2示意性地示出了连接到电网的功率支持装置的第一方案，其中示出了第一开关装置的更多细节。

图3示意性地示出了功率支持装置的第二方案。

图4示意性地示出了连接以用于在第一模式下运行的功率支持装置的第三方案。

图5示意性地示出了连接以用于在第二模式下运行的功率支持装置的第三方案，以及

图6示意性地示出了连接以用于在第三模式下运行的功率支持装置的第三方案。

具体实施方式

在下文中，将给出本发明的优选实施例的详细描述。

图1示出了根据本发明的第一变型方案的功率支持装置10的第一变型。功率支持装置10包含具有交流(AC)侧和直流(DC)侧的第一电压源转换器VSC1 14，以及同样具有AC侧和DC侧的第二电压源转换器VSC2，其中第一和第二VSC 14和18的DC侧经由DC链路DCL 16互联。第二VSC 18的AC侧又连接至电网PG 24——在这种情况下是待支持的AC电网。经由包含第一变压器TRA的连接装置CA 22进行连接。在这种情况下第二VSC 18的AC侧与电网24的连接是经由第一变压器TRA进行的。还有包括至少一个第一开关SW1的第一开关装置SWA120，其中第一开关装置20连接在第一同步电机12、第一VSC 14的AC侧和待支持的电网之间。第一同步电机在有或没有飞轮的情况下均可以实现。在如图1所示的示例中，第一VSC 14的AC侧连接到第一同步电机12，并且第一开关装置20的第一开关SW1连接在第一VSC 14的AC侧和第二VSC 18的AC侧之间。第一VSC 14可以被认为是电机侧VSC且第二VSC 18可以被认为是电网侧VSC，因为第一VSC 14的AC侧面向第一同步电机12且第二VSC 18的AC侧面向电网24。第一同步电机12以及VSC 14和18也可以被认为是电网支持设备，因为它们是用于支持电网的设备。

第一开关装置20具有多个可设置位置并且可操作以选择性地将第一同步电机12连接至电网24或连接至第一VSC 14的AC侧，其中第一同步电机12在开关装置20的第一可设置位置或在开关装置20的设置中连接至电网24，并且在第一开关装置20的第二可设置位置设置中连接至第一VSC 14的AC侧。可以看出，当第一开关装置20的第一开关SW1闭合时，第一开关装置20在第一可设置位置，其中第一同步电机12经由连接装置22与电网24连接，在这种情况下第一同步电机12也经由第一变压器TRA与电网24连接。可以提供第一变压器TRA，用于将所述功率支持装置16中的每个电网侧电压源转换器连接至电网24。当第一开关SW1断开时，第一开关装置20在第二可设置位置，其中同步电机12连接至第一VSC 14的AC侧。还可以看出，对于第一开关装置的两个位置，第二VSC 18经由第一变压器TRA连接至电网。这里还可提到的是，当第一开关SW1在第一可设置位置(即闭合)时，第一VSC 14的AC侧也可能可选地经由连接装置20连接至电网。

当第一开关装置20的第一开关SW1断开并且第一开关装置20被设置在第二可设置位置时，功率支持装置10在第一模式下运行，其中它被配置为向电网提供无功功率和惯性支持，其中惯性从第一同步电机12经由第一和第二电压源转换器14和18以及DC链路16被传递。在这种模式下，同步电机12和VSC对14和18提供第一支持功能，其中在宽频率范围内向电网提供无功功率和惯性。当电网的频率不稳定时——例如，如果其具有高频率变化率(ROCOF)，这很有意义。

然而，当第一开关SW1闭合并且第一开关装置20被设置在第二可设置位置时，功率支持装置10在第二模式下运行，其中第一同步电机12与第二电压源转换器18并联地向电网24提供惯性，并且第一同步电机12可能还与第一电压源转换器14并联地向电网24提供无功功率支持。因此，在该第二模式中，第一同步电机12向电网提供惯性而不使用第一和第二VSC 14和18以及DC链路16。在该设置中，第一同步电机12还可以向电网提供无功功率。然而，VSC对14和18仍在运行，并且至少第二VSC 18，可能还有第一VSC 14可用于与由第一同步电机12提供的惯性和无功功率并联地提供无功功率，这在发生故障的情况下，可以用于向电网24提供短路电流。这在电网具有低短路电平(SCL)的情况下是有利的。

由此可以看出，根据第一方案的功率支持装置10具有高度的灵活性。当旁路开关断开时，在第一开关装置的第一可设置位置中，第一同步电机可作为飞轮存储单元运行，其速度可以在宽范围内变化以向电网传递大量合成惯性以用于频率响应，而在第一开关装置的第二可设置位置中，当旁路开关闭合时，同步电机可以作为直接连接到电网的同步调相机(synchronous condenser)运行，例如在SCL达到阈值的情况下。同时，转换器可充分用于无功功率服务。因此，当第一开关SW1闭合时，可以使用大部分并且可能所有的电网支持设备，即第二VSC 18和第一同步电机12以及可能还有第一VSC 14。因此，当网络惯性低时，功率支持装置10可用作增强型STATCOM，并且当短路电平低时，可用作STATCOM和同步调相机，其中STATCOM是静态VAR补偿器的缩写，即无功功率支持设备。

图2更详细地示出了第一变型方案的单线线路图。在这种情况下，第一开关装置20包括选择性地将第一同步电机12与连接装置CA 22连接的第一开关SW1.1和选择性地将第一同步电机12与第一VSC 14的AC侧连接的第二开关SW1.2。第一开关装置20还包括选择性地将第一VSC 14的AC侧与连接装置22连接的第三开关SW1.3。第一开关SW1.1在闭合时提供第一开关装置20的第一可设置位置并且将第一同步电机12与通向连接装置22的第一AC总线互连，第三开关SW1.3在闭合时提供第一开关装置20的第三可设置位置并且将第一VSC14的AC侧与通向连接装置22的第二AC总线互连。第二开关SW1.2在闭合时提供第一开关装置20的第二可设置位置。

第一VSC 14的DC侧再次经由DC链路16连接到第二VSC的DC侧，其中第二VSC 18的AC侧经由第三AC总线连接到连接装置22。连接装置22包含前面提到的用于将第二VSC 18的AC侧连接到电网24的第一变压器(未示出)。为了允许第一同步电机12和第一VSC 14的AC侧连接到电网，连接装置22还可以包含第二变压器(未示出)。然而，在这种情况下，也可能只使用第一变压器。

图3示意性地示出了支持装置的第二变型方案的单线线路图。在这种情况下，第一同步电机12、第一开关装置20以及第一和第二VSC 14和18以与图2中相同的方式连接。然而，在这种情况下，还存在第二同步电机28、第二开关装置SWA2 34、第三电压源转换器VSC330和第四电压源转换器VSC4 32，其中第三VSC 30是电机侧VSC并且第四VSC 32是电网侧VSC。第二开关装置34具有与第一开关装置相同的可设置位置。因此，当第一或第二可设置位置已被设置时，第二开关装置34可操作以选择性地将第二同步电机28连接至电网24或第三VSC 30的AC侧。因此第二开关装置34包括选择性地将第二同步电机28与连接装置CA 22连接的第一开关SW2.1、选择性地将第二同步电机12与第三VSC 30的AC侧连接的第二开关SW2.2、以及选择性地将第三VSC 30的AC侧与连接装置22连接的第三开关SW 2.3。第一开关SW2.1在此将第二同步电机28与第一AC总线互连，并且第三开关SW 2.3将第三VSC 30的AC侧与第二AC总线互连。

第四VSC 32的AC侧经由第四AC总线连接至连接装置22，该第四AC总线也可以连接至前面提到的第一变压器(未示出)。

最后存在有功功率提供实体36，其包括能量存储系统38和另一个转换器40——在这种情况下是DC/DC转换器，其中能量存储系统38经由另一个转换器40连接至DC链路16。功率提供实体36是可选的并且可以被省略。如果包括功率提供实体36，能量存储系统38可用于经由第二和/或第四VSC 18和32和/或经由第一和/或第三VSC 14和30向电网供应有功功率。因此，能量存储系统38也可以被认为是电网支持设备。能量存储系统可以包括一个或多个电池、一个或多个飞轮和/或一个或多个超级电容器。这里应该认识到，有功功率提供实体36也可以被包括在功率支持装置的第一变型方案中。

根据功率支持装置的第二变型方案的替代方案，第三VSC 30可以使用专用DC链路连接至第四VSC 32。因此，第一VSC 14将经由第一DC链路连接至第二VSC 18，并且第三VSC30将经由第二DC链路连接至第四VSC 32。在使用能量存储系统的情况下，有功功率提供实体可能连接至一个或两个DC链路。

另一种可能性是，当第一开关SW1.1和SW1.3闭合并且第二开关SW1.2和SW2.2断开时，第一和第二开关装置20和34的第三开关SW1.3和SW2.3是断开的。

如上所述，功率支持装置增加了支持电网的灵活性。图4-6示意性地示出了可用于支持电网的功率支持装置的第三方案，其中第三方案类似于第二方案。为了提高对所提供的支持的理解，对第二方案进行了一些简化。开关装置已被省略，并且连接装置的变压器在使用时被示出。此外，省略了功率提供实体36。此外，由于第二和第四VSC 18和32从同一DC电网供电，因此在这里被看作是经由第一变压器TRA连接至电网24的转换器。

图4示出了配置用于提供频率稳定性控制的第一运行模式时的功率支持装置。当功率支持装置的第三变型方案根据此第一模式运行时，第一同步电机12连接至第一VSC 14的AC侧并且第二同步电机28连接至第三VSC 30的AC侧。因此，第一和第二开关装置20和34的第一和第三开关SW1.1、SW1.3和SW2.1、SW2.3断开，而第二开关SW1.2和SW2.2闭合。因此以相同的方式设置第一和第二开关装置的第一、第二和第三可设置位置。在这种情况下，同步电机12和28经由第一和第三VSC14和30向DC链路提供惯性，第二和第四VSC 18和32由此将惯性转发至电网24。在这种情况下，第二和第四VSC 18和32中的一个或两个可以为电网24提供无功功率补偿。在这种情况下，具有或不具有飞轮的同步电机12和28形成存储单元，而第一、第二、第三和第四VSC 14、18、30、32是接口转换器。主要功能是与电网交换有功和无功功率，以保持电压稳定并且缓解ROCOF。

图5示出了当根据提供短路电流支持的第二模式运行时的功率支持装置的第三变型方案。在这种情况下，第一和第二开关装置20和34的第一和第三开关闭合，而第一和第二开关装置20和34的第二开关断开。第一和第二开关装置的第一、第二和第三可设置位置在这里也以相同方式设置。因此，第一和第二同步电机12和28连接至第一AC总线，而第一和第三VSC 14和30的AC侧连接至第二AC总线。第一AC总线又通向第二变压器TRB的第一组绕组，而第二AC总线通向第二变压器TRB的第二组绕组。在第二变压器TRB中，第一和第二组绕组依次磁耦合至第三组绕组，该第三组绕组又连接至电网24。第二变压器TRB可能为此是可用于将每个同步电机和每个电机侧转换器连接至电网24的变压器。第二变压器TRB是三绕组变压器，因此出于安全考虑可将同步电机12和28与电机侧转换器14和30分离。在这里第一和第三VSC 14和30以双Y配置连接至第二变压器TRB，从而是双Y转换器，而第二和第四VSC18和32也以双Y配置连接至第一变压器TRA从而也是双Y转换器，其中双Y转换器是包括两组Y连接的相脚(phase legs)的转换器，其中一组相脚是在对应的变压器和具有第一DC电势的DC链路的第一线路之间Y形连接的，并且另一组相脚是在变压器和具有第二DC电势的DC链路的第二线路之间Y形连接的。在第一变压器TRA中，VSC 18和32的AC侧连接到磁耦合至连接至电网24的第二组绕组的同一组绕组。因此，第一变压器TRA是双绕组变压器。

通过这种配置，同步电机12和28用作同步调相机并一起形成惯性源，而第一和第三VSC 14和30形成第一无功功率源/负源(sink)并且第二和第四VSC形成第二无功功率源/负源，其中VSC运行时可以作为STATCOM运行。还可以看出，所有的源/负源都相互并联支持电网。在这种模式下，同步电机12和28通过第二变压器TRB直接连接至电网24并作为同步调相机运行。第一、第二、第三和第四VSC 14、18、30和32都连接至电网24并且充当常规STATCOM。

第三种混合运行模式如图6所示。在这种情况下，第一同步电机12和第一VSC 14如图5所示连接，而第二同步电机28和第三VSC 30如图4所示连接。为了实现这一点，第一开关装置20的第一和第三开关闭合，而同一开关装置20的第二开关断开。因此，第一同步电机12连接至第一AC总线并且第一VSC 14的AC侧连接至第二AC总线，其中两条总线都通向第二变压器TRB。然而，第二开关装置34的第一和第三开关断开，而同一开关装置34的第二开关闭合。因此，第二开关装置的第一、第二和第三可设置位置以与第一开关装置的第一、第二和第三可设置位置相反的方式设置。因此，第二同步电机28连接至第三VSC 30的AC侧。

在这种情况下，第一同步电机12和第一VSC 30是两个并联连接的源，用于提供短路电流电平支持，而第二同步电机28与第二、第三和第四VSC 18、30和32一起提供频率稳定性控制。在这种模式下，功率支持装置同时传递频率响应、电压调节和SCL增强功能。

如图3、4、5和6中所示，具有或不具有飞轮的同步电机可以直接连接至电网或者通过电压源转换器形式的功率电子转换器连接至电网。电机侧转换器又可以用作与电机串联的接口转换器，或用作与电机并联的STATCOM。

如前所述，可以为连接的电机配置三种运行模式：

1.第一模式是快速频率响应或合成惯性响应(FFR/SIR)模式：电机通过电机侧转换器连接传递有功功率，以响应频率或ROCOF事件。电网侧转换器可以设计为向电网传递有功和无功功率服务。

2.第二模式即SCL增强(SCLE)模式：电机通过变压器与电网相连，并作为同步调相机运行以增强电网SCL。同时，电机侧转换器还可通过变压器连接至电网，并作为常规STATCOM运行以进一步加强电压稳定性。

3.第三模式，即混合模式：一部分电机通过变压器连接并作为同步调相机运行，其余电机通过背靠背转换器(back-to-back converter)连接以向电网传递惯性。

当电网经历低惯性时，可使用FFR/SIR模式；当电网经历低SCL时，可使用SCLE模式；当需要两种服务时，可以使用混合模式。此外，附加的能量源38(例如超级电容器、飞轮和电池)可如图3所示出的连接在DC链路16以扩大系统容量。

因此，功率支持装置提供了三个柔性AC传输系统(FACTS)设备(即同步调相机、飞轮存储系统和STATCOM)的可转换集成，使其能够同时传递有功功率(在数十秒的时间范围内)和无功功率，同时也增强了网络SCL。

上面提到的每一个FACTS设备本身都无法满足未来电网服务的所有需求：

·同步调相机技术具有简单的控制系统，并有助于通过短路电流来增强SCL，此外还能够暂时提供高无功功率过载，例如用于减缓电压骤降。然而，同步调相机的电压调节速度远低于STATCOM的电压调节速度，并且即使附加飞轮，其向电网传递的惯性也非常有限。

·STATCOM技术是采取电力电子的FACTS。STATCOM技术具有对称的运行区域和快速响应控制系统。在功率网络受到干扰的情况下，对于设定点变化以及对于动态电压支持，响应都很快。除了可以在过电压场景下的高无功功率吸收，STATCOM技术还可以在(故障期)期间和扰动之后(故障恢复期)提供非常快速的无功功率吸收/注入。此外，它们还具有例如有源滤波、闪烁补偿和功率振荡阻尼(POD)等能力。然而STATCOM不具备为频率服务传递有功功率或为增大SCL传递短路电流的能力。

·通过功率转换器连接至电网的具有飞轮的同步电机具有快速有功功率注入/吸收的能力以缓解高ROCOF并向电网带去惯性以维持稳定性。然而，存储单元通过限制短路电流的转换器连接至电网，并且使得其在短路电流提供和SCL增强方面的用处不大。

所有三个电网支持设备的简单并联即可满足所有需求，但成本高昂，体积庞大，且灵活性有限。由上可见，功率支持装置是电网支持设备的灵活组合，并且能够最大化它们的利用率。

下面给出的示例例示了功率支持装置的多功能性。

·同步电机12和28可以是70MVA，13.8kV，3kA，50Hz，具有飞轮以在20～50Hz范围内产生350MW.s的有效能量；电机的过电流能力为10秒3p.u.和瞬态峰值20p.u.。

·电机侧VSC 14和30可以是50MVA、13.8kVac。

·电网侧VSC 18和32可以都为140MVA、13.8kVac。

以70MVA、13kV、3kA为基准值。

在SIR模式下，如图4所示，两个电机12和28通过第一、第二、第三和第四VSC14、18、30和32连接以提供合成惯性。总有功功率可为1.43p.u.，无功功率1.43p.u.，瞬态短路电流3p.u.，并且总能量可能为700MW.s。

在SCLE模式下，如图5所示，两个同步电机12和28通过第二变压器TRB连接，两个电机侧转换器14和30以及电网侧转换器18和32以STATCOM运行。总有功功率为零，无功功率5.43p.u.，瞬态短路电流40p.u.，10秒短路电流6p.u.，以及总能量为66MW.s(假设电机速度变化范围48-50Hz)。

在混合模式下，如图6所示，一台电机(例如第一电机12)通过第二变压器TRB连接，另一台电机(在这种情况下为第二电机28)通过电机侧转换器18和32连接。在这种模式下，总有功功率为0.72p.u.，总无功功率为3.57p.u.，瞬态短路电流20p.u.，10秒短路电流3p.u.，以及总能量为350MW.s。

发展功率支持装置的动机是基于电网面临的当前和未来的挑战。非同步发电的普及率提高和常规发电的退出降低了电力系统的有效惯性，导致频率稳定性变差并且ROCOF较高。此外，系统惯性随一天内的总系统需求的变化而变化。

另一方面，由于电网中同步发电机的数量较少，电网预计SCL的输电水平会下降。对于配电水平而言，由于更多的非同步发电连接和需求的增加，最大SCL趋于增加，但由于输电水平的SCL分布对配电水平来说较主要，配电水平的最小SCL也会减小。最终的结果是输电水平和配电水平的SCL在一天内和一年内的变化都会变大。众所周知，低SCL对输电保护(延迟或无保护触发)和转换器接口发电机(由于低SCL时电压的不稳定性导致故障期间锁相环路参考错误)产生负面影响，并且最终影响整个系统的安全。因此，可以维护系统SCL的解决方案非常重要。

下面给出了功率支持装置的24小时运行的示例，用于解决电网状态和/或输电系统运营商(TSO)的偏好。

在早上0-6点期间，惯性和SCL可能都处于低水平。则功率支持装置可以在混合模式下运行以向电网传递SCL增强和惯性响应。考虑到在这段时间内发电机处于低发电水平，它们可以为频率响应预留足够的可能性，因此SCL增强可能具有更高的优先级。

早上6-12点期间，惯性和SCL都可能处于高水平。则功率支持装置可以在混合模式下运行。考虑到在这段时间内，发电机处于高发电水平，为频率响应预留的可能性较小，因此合成惯性模式可能具有更高的优先级。

下午12-18点期间，电网惯性可能处于较高水平，而SCL在夏季可能会达到低水平(低消耗)。则功率支持装置可以在SCL增强模式下运行。

晚上18-24点期间，电网惯性可能处于低水平，而SCL可以达到高水平。则功率支持装置可以在合成惯性模式下运行。

整体的运行保证了功率支持装置对电网进行支持，以维持频率稳定性和SCL，从而最大限度地利用系统部件和扩展其功能的同时完成。因此，功率支持装置可以同时或根据电网条件/TSO偏好提供合成惯性响应、电压调节服务和短路分布。

不同模式之间的改变可以在一个或多个控制单元的控制下执行，该一个或多个控制单元，可尤其控制开关装置。这样的控制单元可以被实现为作用于计算机指令的处理器，例如一个或多个分立部件。然而，它也可以以具有伴随程序存储器的处理器的形式实现，该程序存储器包含处理器运行时执行所需控制功能的计算机程序代码。携带该代码的计算机程序产品可以作为数据载体，例如一个或多个CD ROM盘或一个或多个携带该计算机程序代码的记忆棒，这些数据载体在被加载到处理器中时充当控制单元。

从前面的讨论可以明显看出，本发明可以以多种方式进行变型方案。因此应当认识到，本发明仅受以下权利要求的限制。

Claims (15)

1.一种用于电网(24)的功率支持装置(10)，所述功率支持装置(10)包括：

第一电压源转换器(14)，所述第一电压源转换器(14)具有AC侧和DC侧，

第二电压源转换器(18)，所述第二电压源转换器(18)具有AC侧和DC侧，

DC链路(16)，所述DC链路(16)将所述第一和第二电压源转换器(14，18)的DC侧互连，

第一开关装置(20)，所述第一开关装置(20)具有多个可设置位置，以及

第一同步电机(12)，

其中所述第二电压源转换器(18)的AC侧连接至所述电网(24)且所述第一开关装置(20)连接在所述第一同步电机(12)、所述第一电压源转换器(14)的AC侧和所述电网(24)之间，从而使所述第一电压源转换器(14)成为电机侧转换器并且使所述第二电压源转换器(18)成为电网侧转换器，所述第一开关装置(20)可操作以选择性地将所述第一同步电机(12)连接至所述电网(24)或连接至所述第一电压源转换器(14)的AC侧，其中所述第一同步电机(12)在所述第一开关装置(20)的第一可设置位置连接至所述电网(24)并且在所述第一开关装置(20)的第二可设置位置连接至所述第一电压源转换器(14)的AC侧。

2.根据权利要求1所述的功率支持装置(10)，其中当所述第一开关装置(20)被设置在所述第二可设置位置时，所述功率支持装置(10)被配置为向所述电网(24)提供无功功率和惯性支持，其中所述惯性从所述第一同步电机(12)经由所述第一和第二电压源转换器(14、18)以及所述DC链路(16)被传递。

3.根据权利要求1或2所述的功率支持装置(10)，当所述第一开关装置(20)被设置在所述第一可设置位置时，所述第一同步电机(12)被配置为与提供无功功率支持的所述第二电压源转换器(18)并联地向所述电网(24)提供无功功率和惯性。

4.根据权利要求3所述的功率支持装置(10)，其中所述第一电压源转换器(14)被配置为与所述第二电压源转换器(18)并联并且与来自所述第一同步电机(12)的所述惯性和无功功率并联地向所述电网(24)提供无功功率支持。

5.根据任一前述权利要求所述的功率支持装置(10)，还包含第二同步电机(28)、第三电机侧电压源转换器(30)、第四电网侧电压源转换器(32)和具有与所述第一开关装置相同的可设置位置的第二开关装置(34)，其中所述第三电压源转换器(30)的DC侧经由所述DC链路(16)连接到所述第四电压源转换器(32)的DC侧，并且当所述第一或第二可设置位置被设置时，所述第二开关装置(36)可操作以选择性地将所述第二同步电机(28)连接至所述电网(24)或连接至所述第三电压源转换器(30)的AC侧。

6.根据权利要求5所述的功率支持装置(10)，其中当所述第二开关装置(34)被设置在第二可设置位置时，所述功率支持装置(10)被配置为向所述电网(24)提供无功功率和惯性支持，其中所述惯性从所述第二同步电机(28)经由所述第三和第四电压源转换器(30、32)和所述DC链路(16)被传递。

7.根据权利要求5或6所述的功率支持装置(10)，其中当所述第二开关装置(34)被设置在第一可设置位置时，所述第二同步电机(28)被配置为与提供无功功率支持的所述第四电压源转换器(32)并联地向所述电网(24)提供惯性和无功功率。

8.根据权利要求7所述的功率支持装置(10)，其中所述第三电压源转换器(34)被配置为与所述第二电压源转换器(18)并联并且与来自所述第二同步电机的所述惯性和无功功率并联地向所述电网(24)提供无功功率支持。

9.根据权利要求5-8中任一项所述的功率支持装置(10)，其中所述第二开关装置(28)的所述第一和第二可设置位置以与所述第一开关装置(20)中相同的方式被设置。

10.根据权利要求5-8中任一项所述的功率支持装置(10)，其中与所述第一开关装置(20)的所述第一和第二可设置位置相比，所述第二开关装置(34)的所述第一和第二可设置位置以相反的方式被设置。

11.根据任一前述权利要求所述的功率支持装置(10)，还包含能量存储系统(38)，所述能量存储系统(38)经由另一转换器(40)连接至所述DC链路(16)，所述另一转换器(40)用于提供或接收支持所述电网(24)的无功功率。

12.根据任一前述权利要求所述的功率支持装置(10)，还包含第一变压器(TRA)，用于将每个电网侧电压源转换器(18、32)连接至所述电网。

13.根据权利要求12所述的功率支持装置(10)，其中所述第一变压器(TRA)是单绕组变压器。

14.根据权利要求12或13所述的功率支持装置(10)，还包含第二变压器(TRB)，所述第二变压器(TRB)用于将每个同步电机(12、28)和每个电网侧转换器(14、30)连接至所述电网(24)。

15.根据权利要求14所述的功率支持装置(10)，其中所述第二变压器(TRB)是三绕组变压器，所述第二变压器(TRB)包含连接至通向每个同步电机(12、28)的第一总线的第一组绕组、连接至通向每个电网侧转换器(14、30)的第二总线的第二绕组和用于连接至所述电网(24)的第三绕组。

Images