CN216672848U - 用于直流输电的换流器系统、整流站和逆变站 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种用于直流输电的换流器系统，系统包括：第一换流器单元，包括：至少一个换流器变压器，包括第一两组二次绕组；和在直流侧串联连接的第一电网换向换流器LCC和第二LCC，第一电网换向换流器LCC和第二LCC以延边三角形连接的方式分别与第一两组二次绕组中的相应一组二次绕组耦接，以使第一两组二次绕组的电压分别相移+15°和‑15°相位角；第二换流器单元，在直流侧与第一换流器单元串联连接，第二换流器单元包括：至少一个换流器变压器，包括第二两组二次绕组；在直流侧串联连接的第三LCC和第四LCC，第三LCC以星形连接的方式与第二两组二次绕组中的一组二次绕组耦接，第四LCC以三角形连接的方式与第二两组二次绕组中的另一组二次绕组耦接。

Description

用于直流输电的换流器系统、整流站和逆变站
技术领域
本实用新型涉及电力技术领域，尤其涉及用于直流输电的换流器系统、整流站和逆变站。
背景技术
高压直流(HVDC)输电或特高压直流(UHVDC)输电使用直流(DC)进行电力传输，是交流(AC)电力传输的替代方式。可以在整流站处应用换流器系统，以将由发电设施生成的AC电压转换为DC电压用于传输。可以在逆变站处应用另一换流器系统，以将接收到的DC电压转换为预定频率和电压幅值的AC电压以供使用。HVDC或UHVDC传输线路连接在整流站和逆变站之间，以在它们之间传输电力。
实用新型内容
提供一种用于直流输电的换流器系统以及用于特高压直流输电的整流站和逆变站是有利的。
根据本实用新型的一方面，提供了一种用于直流输电的换流器系统，所述换流器系统包括：第一换流器单元，包括：至少一个换流器变压器，包括第一两组二次绕组；和在直流侧串联连接的第一电网换向换流器LCC和第二LCC，其中，所述第一电网换向换流器LCC和所述第二LCC以延边三角形连接的方式分别与所述第一两组二次绕组中的相应一组二次绕组耦接，以使所述第一两组二次绕组的电压分别相移+15°和-15°相位角；以及第二换流器单元，在直流侧与所述第一换流器单元串联连接，其中，所述第二换流器单元包括：至少一个换流器变压器，包括第二两组二次绕组；和在直流侧串联连接的第三LCC和第四LCC，其中，所述第三LCC以星形连接的方式与所述第二两组二次绕组中的一组二次绕组耦接，并且所述第四LCC以三角形连接的方式与所述第二两组二次绕组中的另一组二次绕组耦接。
根据本实用新型的一方面，提供了一种用于特高压直流输电的整流站，所述整流站包括根据上述的换流器系统。
根据本实用新型的一方面，提供了一种用于特高压直流输电的逆变站，所述逆变站包括根据上述的换流器系统。
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解。
在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本申请公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本申请范围的限制。
图1示出了根据本实用新型的实施例的用于直流输电的换流器系统的示意图；以及
图2示出了根据本实用新型的实施例的用于直流输电的换流器系统的示意图。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本申请的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
通常，换流器系统包括一个或多个换流器变压器以进行AC电压变换。并且，换流器耦接至换流器变压器，以便如果换流器系统部署在整流站处则将输入的AC电压转换为DC电压，或如果换流器系统应用在逆变站处则将输入的DC电压转换为AC电压。
换流器有多种类型，其中一种电网换相换流器(LCC)，由于其高可靠性和良好的经济性，已被广泛应用于电力传输。在整流站和逆变站处均部署有LCC的HVDC系统可以被称为LCC HVDC系统；在在整流站和逆变站处均部署有LCC的UHVDC系统可以被称为LCC UHVDC系统。
然而，传统的高压直流输电系统(例如LCC HVDC系统或LCC UHVDC系统)中，会因为各种原因产生谐波。谐波是电力系统中的一种能量污染，会导致电机发热产生故障、电力保护误动作、控制和通讯设备受干扰等等，具有极大的危害性，因此需要尽可能消除输电系统中的谐波。在相关技术中，为了减少谐波，可以采用两个6脉动换流器在直流侧串联，在交流侧通过彼此相移30°的两个变压器并联，形成12脉动换流器。如果要进一步减少谐波，可以在输电系统中安装大量的滤波器。然而，这些滤波器需要较大的占地面积，并且会增加电力传输系统中的损失和经济成本。例如，对于可以用于LCC UHVDC系统的24脉动换流器，其可能需要数量更多的滤波器来减少谐波，这进一步增加了输电系统的整体复杂度，为系统的维护带来极大不便。
下面参照图1和图2描述根据本实用新型的实施例的用于直流输电的换流器系统。
图1示出了根据本实用新型的实施例的用于直流输电的换流器系统100的示意图。
如图1所示，用于直流输电的换流器系统100包括：第一换流器单元110(下方的虚线框示出)和第二换流器单元120(上方的虚线框示出)。第二换流器单元120在直流侧与第一换流器单元110串联连接。
第一换流器单元110包括：换流器变压器111-1和111-2，换流器变压器111-1和111-2共包括两组二次绕组(即，换流器变压器111-1包括一组二次绕组，并且换流器变压器111-2也包括一组二次绕组)。其中，每组二次绕组可以是三相二次绕组。
第一换流器单元110还包括：在直流侧串联连接的第一电网换向换流器(linecommutated converter，LCC)112-1和第二LCC 112-2。其中，第一电网换向换流器LCC 112-1和第二LCC 112-2以延边三角形连接的方式分别与上述两组二次绕组中的相应一组二次绕组耦接(即，第一电网换向换流器LCC 112-1与换流器变压器111-1的一组二次绕组耦接；并且第二LCC 112-2与换流器变压器111-2的一组二次绕组耦接)，以使上述两组二次绕组的电压分别相移-15°和+15°相位角。例如，在图1所示的实施例中，第一电网换向换流器LCC112-1以延边三角形连接的方式与换流器变压器111-1的一组二次绕组耦接，以使该组二次绕组的电压相移-15°相位角；并且第二LCC 112-2以延边三角形连接的方式与换流器变压器111-2的一组二次绕组耦接，以使该组二次绕组的电压相移+15°相位角。
第二换流器单元120包括：换流器变压器121-1和121-2，换流器变压器121-1和121-2共包括两组二次绕组(即，换流器变压器121-1包括一组二次绕组，并且换流器变压器121-2也包括一组二次绕组)。其中，每组二次绕组可以是三相二次绕组。
第二换流器单元120还包括：在直流侧串联连接的第三LCC 122-1和第四LCC 122-2。其中，第三LCC 122-1以星形连接的方式与换流器变压器121-1的一组二次绕组耦接；并且第四LCC 122-2以三角形连接的方式与换流器变压器121-2的一组二次绕组耦接。
从图中可以看出，第一换流器单元110和第二换流器单元120的每个换流器变压器(111-1、111-2、121-1和121-2)的一次绕组以星形连接的方式与交流母线(图中左侧示出了交流母线)耦接。
通过上述布置，换流器变压器121-1、121-2、111-1、111-2的二次绕组的电压(例如线电压)依次相移0°相位角、+30°相位角、-15°相位角、+15°相位角。第一换流器单元110和第二换流器单元120均为由两个6脉动LCC串联连接形成的12脉动换流器单元，并且第一换流器单元110和第二换流器单元120串联连接形成24脉动换流器组。由此可以减少电路中的谐波，尤其是减少直流侧的12次/36次谐波。在一个示例中，直流侧的12次/36次谐波减少了一半以上。由此，还能够减少直流侧的谐波滤波器的数量，从而减少系统的占地面积。
此外，由于在第一换流器单元110中采用了延边三角形连接的方式，还可以节省换流器系统100中的备用变压器的数量。原因在于：同一个变压器既可以用于形成相移+15°相位角的换流器变压器的备用变压器，还可以用于形成相移-15°相位角的换流器变压器的备用变压器。即，换流器变压器111-1和111-2可以使用一个备用变压器。因此，在图1示出的示例中，可以使用3个备用变压器，而不是4个备用变压器，由此节省了整个系统的占地面积和成本。
在一个实施例中，第二换流器单元120还可以在交流侧与第一换流器单元110并联连接，例如，如图1所示。由此，可以进一步减少电路中的谐波，尤其是减少交流侧的11次/13次谐波和35次/37次谐波。在一个示例中，交流侧的11次/13次谐波和35次/37次谐波均减少了一半以上。由此，还能够减少交流侧的谐波滤波器的数量，从而进一步减少系统的占地面积。
应当理解的是，上述24脉动换流器组可以用于特高压直流输电。
在一个实施例中，第一换流器单元110是低压换流器单元，并且第二换流器单元120是高压换流器单元。如图1所示，位于视图下方的第一换流器单元110是低压换流器单元，位于视图上方的第二换流器单元120是高压换流器单元。这种布置方式便于对系统的制造和安装。
图2示出了根据本实用新型的实施例的用于直流输电的换流器系统200的示意图。
如图2所示，用于直流输电的换流器系统200包括：第一换流器单元210(上方的虚线框示出)和第二换流器单元220(下方的虚线框示出)。第二换流器单元220在直流侧与第一换流器单元210串联连接。
第一换流器单元210包括：换流器变压器211-1和211-2，换流器变压器211-1和211-2共包括两组二次绕组(即，换流器变压器211-1包括一组二次绕组，并且换流器变压器211-2也包括一组二次绕组)。其中，每组二次绕组可以是三相二次绕组。
第一换流器单元210还包括：在直流侧串联连接的第一电网换向换流器(LCC)212-1和第二LCC 212-2。其中，第一电网换向换流器LCC 212-1和第二LCC 212-2以延边三角形连接的方式分别与上述两组二次绕组中的相应一组二次绕组耦接(即，第一电网换向换流器LCC 212-1与换流器变压器211-1的一组二次绕组耦接；并且第二LCC 212-2与换流器变压器211-2的一组二次绕组耦接)，以使上述两组二次绕组的电压分别相移-15°和+15°相位角。例如，在图2所示的实施例中，第一电网换向换流器LCC 212-1以延边三角形连接的方式与换流器变压器211-1的一组二次绕组耦接，以使该组二次绕组的电压相移-15°相位角；并且第二LCC 212-2以延边三角形连接的方式与换流器变压器211-2的一组二次绕组耦接，以使该组二次绕组的电压相移+15°相位角。
第二换流器单元220包括：换流器变压器221-1和221-2，换流器变压器221-1和221-2共包括两组二次绕组(即，换流器变压器221-1包括一组二次绕组，并且换流器变压器221-2也包括一组二次绕组)。其中，每组二次绕组可以是三相二次绕组。
第二换流器单元220还包括：在直流侧串联连接的第三LCC 222-1和第四LCC 222-2。其中，第三LCC 222-1以星形连接的方式与换流器变压器221-1的一组二次绕组耦接；并且第四LCC 222-2以三角形连接的方式与换流器变压器221-2的一组二次绕组耦接。
从图中可以看出，第一换流器单元210和第二换流器单元220的每个换流器变压器(211-1、211-2、221-1和221-2)的一次绕组以星形连接的方式与交流母线(图中左侧示出了交流母线)耦接。
通过上述布置，换流器变压器211-1、211-2、221-1、221-2的二次绕组的电压(例如线电压)依次相移-15°相位角、+15°相位角、0°相位角、+30°相位角。第一换流器单元210和第二换流器单元220均为由两个6脉动LCC串联连接形成的12脉动换流器单元，并且第一换流器单元210和第二换流器单元220串联连接形成24脉动换流器组。由此可以减少电路中的谐波，尤其是减少直流侧的12次/36次谐波。在一个示例中，直流侧的12次/36次谐波减少了一半以上。由此，还能够减少直流侧的谐波滤波器的数量，从而减少系统的占地面积。
在一个实施例中，第二换流器单元220还可以在交流侧与第一换流器单元210并联连接，例如，如图2所示。由此，可以进一步减少电路中的谐波，尤其是减少交流侧的11次/13次谐波和35次/37次谐波。在一个示例中，交流侧的11次/13次谐波和35次/37次谐波均减少了一半以上。由此，还能够减少交流侧的谐波滤波器的数量，从而进一步减少系统的占地面积。
在图2所示的实施例中，位于视图上方的第一换流器单元210是高压换流器单元，位于视图下方的第二换流器单元220是低压换流器单元。
在一些实施例中，换流器系统还可以包括至少一个旁路断路器，至少一个旁路断路器在直流侧与第一电网换向换流器LCC、第二LCC、第三LCC和第四LCC中的至少一个LCC并联连接，用于将至少一个LCC旁路。
在一些实施例中，例如，如图1所示，换流器系统100还可以包括两个旁路断路器130-1和130-2。两个旁路断路器中的一个旁路断路器130-1与第一电网换向换流器LCC112-1和第二LCC 112-2并联连接；并且，两个旁路断路器中的另一个旁路断路器130-2与第三LCC 122-1和第四LCC 122-2并联连接。由此，通过闭合旁路断路器130-1与130-2中的任意一个，可以将相应的LCC旁路，换流器系统100可以在百分之五十的全DC电压下工作，并且可以对被旁路的LCC进行检修或更换。如果将两个旁路断路器130-1与130-2都断开，则换流器系统100可以在全DC电压下工作。此外，由于每个换流器单元中的两个变压器之间均具有彼此相对30°的相移，当一个换流器单元被旁路时，另一个换流器单元能够作为12脉动换流器单元继续工作。例如，如图2所示，如果第一LCC 212-1和第二LCC 212-2被旁路断路器230-1旁路，则换流器单元220依然能够作为12脉动换流器单元继续工作；如果第三LCC222-1和第四LCC 222-2被旁路断路器230-2旁路，则换流器单元210依然能够作为12脉动换流器单元继续工作。
在一些实施例中，换流器系统还可以包括至少一个谐波滤波器以用于过滤谐波。从而进一步过滤或消除电路中的谐波。
应当理解的是，上述实施例示出的变压器可以是三相双绕组变压器。换流器变压器还可以采用其他的绕组方式，例如，三相三绕组的绕组方式、或单相三绕组的绕组方式、或单相双绕组的绕组方式。相应的，每个换流器单元中的换流器变压器的数量还可以是一个、三个或六个。只要换流器变压器的二次绕组与相应LCC的接线方式符合上述实施例的方式即可。
本实用新型还提供了一种用于特高压直流输电的整流站。该整流站包括根据本实用新型的实施例的用于直流输电的换流器系统。
本实用新型还提供了一种用于特高压直流输电的逆变站。该逆变站包括根据本实用新型的实施例的用于直流输电的换流器系统。
应当理解的是，在本说明书中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系或尺寸为基于附图所示的方位或位置关系或尺寸，使用这些术语仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，并且因此不能理解为对本申请的保护范围的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
本说明书提供了能够用于实现本申请的许多不同的实施方式或例子。应当理解的是，这些不同的实施方式或例子完全是示例性的，并且不用于以任何方式限制本申请的保护范围。本领域技术人员在本申请的说明书的公开内容的基础上，能够想到各种变化或替换，这些都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求所限定的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种用于直流输电的换流器系统，其特征在于，所述换流器系统包括：
第一换流器单元，包括：
至少一个换流器变压器，包括第一两组二次绕组；和
在直流侧串联连接的第一电网换向换流器LCC和第二LCC，其中，所述第一电网换向换流器LCC和所述第二LCC以延边三角形连接的方式分别与所述第一两组二次绕组中的相应一组二次绕组耦接，以使所述第一两组二次绕组的电压分别相移+15°和-15°相位角；以及
第二换流器单元，在直流侧与所述第一换流器单元串联连接，其中，所述第二换流器单元包括：
至少一个换流器变压器，包括第二两组二次绕组；和
在直流侧串联连接的第三LCC和第四LCC，其中，所述第三LCC以星形连接的方式与所述第二两组二次绕组中的一组二次绕组耦接，并且所述第四LCC以三角形连接的方式与所述第二两组二次绕组中的另一组二次绕组耦接。
2.根据权利要求1所述的换流器系统，其特征在于，所述第一换流器单元和所述第二换流器单元均为由两个6脉动LCC串联连接形成的12脉动换流器单元，并且所述第一换流器单元和所述第二换流器单元串联连接形成24脉动换流器组。
3.根据权利要求1所述的换流器系统，其特征在于，所述第一换流器单元和所述第二换流器单元的每个换流器变压器的一次绕组以星形连接的方式与交流母线耦接。
4.根据权利要求1所述的换流器系统，其特征在于，所述第一换流器单元是低压换流器单元，并且所述第二换流器单元是高压换流器单元。
5.根据权利要求1所述的换流器系统，其特征在于，所述第一换流器单元包括两个换流器变压器，每个换流器变压器包括所述第一两组二次绕组中的一组对应的二次绕组，其中，所述第一电网换向换流器LCC以延边三角形连接的方式与所述第一两组二次绕组中的一组二次绕组耦接，以使该组二次绕组的电压相移+15°相位角，并且所述第二LCC以延边三角形连接的方式与所述第一两组二次绕组中的另一组二次绕组耦接，以使该组二次绕组的电压相移-15°相位角。
6.根据权利要求1所述的换流器系统，其特征在于，所述第二换流器单元包括两个换流器变压器，每个换流器变压器包括所述第二两组二次绕组中的一组对应的二次绕组。
7.根据权利要求1所述的换流器系统，其特征在于，所述换流器系统还包括至少一个旁路断路器，所述至少一个旁路断路器在直流侧与所述第一电网换向换流器LCC、所述第二LCC、所述第三LCC和所述第四LCC中的至少一个LCC并联连接，用于将所述至少一个LCC旁路。
8.根据权利要求7所述的换流器系统，其特征在于，所述至少一个旁路断路器为两个旁路断路器，其中，所述两个旁路断路器中的一个旁路断路器与所述第一电网换向换流器LCC和所述第二LCC并联连接，并且其中，所述两个旁路断路器中的另一个旁路断路器与所述第三LCC和所述第四LCC并联连接。
9.根据权利要求1所述的换流器系统，其特征在于，所述第二换流器单元在交流侧与所述第一换流器单元并联连接。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的换流器系统，其特征在于，所述换流器系统还包括至少一个谐波滤波器以用于过滤谐波。
11.一种用于特高压直流输电的整流站，其特征在于，所述整流站包括根据权利要求1至10中任一项所述的换流器系统。
12.一种用于特高压直流输电的逆变站，其特征在于，所述逆变站包括根据权利要求1至10中任一项所述的换流器系统。
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