KR20110014584A

KR20110014584A - 전압원 변환기

Info

Publication number: KR20110014584A
Application number: KR1020107024941A
Authority: KR
Inventors: 비외른 야콥손; 군나르 아스플룬드
Original assignee: 에이비비 테크놀로지 아게
Priority date: 2008-05-07
Filing date: 2008-05-07
Publication date: 2011-02-11
Also published as: EP2277258A1; CN102067430B; WO2009135528A1; US20110103115A1; EP2277258B1; US8422254B2; CN102067430A; KR101473515B1

Abstract

변환기의 직류 전압 측의 대향하는 폴에 접속된 적어도 하나의 페이즈 레그를 갖고 스위칭 셀의 직렬 접속을 포함하는 전압원 변환기는, 상기 스위칭 셀 (7') 의 직렬 접속에 내장되고, 셀의 단자 (14, 15) 에 접속됨으로써 그 셀과 직렬로 접속되는 복수의 인덕터 (23) 를 포함하는 인덕터 수단을 갖는다.

Description

전압원 변환기{A VOLTAGE SOURCE CONVERTER}

본 출원은, 전압원 변환기에 관한 것으로서, 전압원 변환기는 변환기의 직접 전압 측의 대향하는 폴들에 접속되고 스위칭 셀의 직렬 접속을 포함하는 적어도 하나의 페이즈 레그를 갖고, 상기 스위칭 셀 각각은 일측에는, 직렬로 접속되고 각각 턴-오프 타입의 반도체 디바이스와 그 반도체 디바이스와 병렬로 접속된 프리 휠링 다이오드를 갖는 적어도 2 개의 반도체 어셈블리를 갖고, 타측에는 상기 스위칭 셀의 직렬 접속에서 셀을 인접 셀에 접속시키는 2 개의 단자들과 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 갖고, 상기 스위칭 셀의 직렬 접속의 중간점은 변환기의 교류 전압 측에 접속되도록 구성되는 페이즈 출력을 형성하고, 상기 스위칭 셀 각각은, 각각의 스위칭 셀의 상기 반도체 디바이스의 제어에 의해 2 개의 스위칭 상태, 즉, 제 1 스위칭 상태 및 제 2 스위칭 상태를 획득하도록 구성되고, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터에 걸친 전압 및 제로 전압은, 각각, 상기 페이즈 출력 상의 결정된 교류 전압을 획득하기 위해 스위칭 셀의 상기 2 개의 단자 사이에 공급되고, 상기 스위칭 셀의 직렬 접속은 인덕턴스 수단을 포함한다.

임의의 수의 페이즈 레그를 갖는 이러한 변환기가 포함되지만, 변환기는 통상적으로, 교류 전압 측 상에 3 상 교류 전압을 갖기 위해 3 개의 페이즈 레그를 갖는다.

이러한 타입의 전압원 변환기는 모든 종류의 상황에서 이용될 수도 있고, 이러한 이용의 몇몇 예는, 직류 전압이 통상적으로 3 상 교류 전압으로 또는 그 반대로 변환되는 HVDC-플랜트 (High Voltage Direct Current) 의 상황, 또는 교류 전압이 먼저 직류 전압으로 변환되고, 그 후 교류 전압으로 변환되는 소위 백-투-백 상황, 및 직류 전압 측이 프리 행잉 커패시터로 구성된 SVC (Static Var Compensator) 이다. 그러나, 본 발명은 이러한 애플리케이션에 제한되지 않으며, 머신, 차량 등을 위한 상이한 타입의 구동 시스템과 같은 다른 애플리케이션 또한 가능하다.

이러한 타입의 전압원 변환기는 예를 들어 DE 101 03 031 A1 및 WO 2007/023064 A1 을 통해 공지되어 있고, 그 공보들에 개시된 바와 같이 통상적으로 소위 멀티-셀 변환기 또는 M2LC 로 지칭된다. 이러한 타입의 변환기의 기능을 위해 이 공보들을 참조한다. 변환기의 상기 스위칭 셀은 상기 공보에 개시된 것 이외의 외형을 가질 수도 있고, 예를 들어, 도입부에서 설명한 바와 같은 2 개의 상태 사이에서 스위칭되도록 스위칭 셀을 제어할 수 있는 한, 각각의 스위칭 셀은 상기 에너지 저장 커패시터를 2 개 이상 가질 수 있다.

이러한 타입의 다른 전압원 변환기는 Static Var Compensator 에서 이용되는 US 5 642 275 를 통해 공지되어 있고, 여기서, 스위칭 셀은 소위 풀 브릿지의 형태인 상이한 외형을 갖는다.

본 출원은 높은 전력을 전달하도록 구성되는 이러한 전압원 변환기를 주로 의도하지만 이에 제한되는 것은 아니며, 이러한 이유로, 이하 본 발명을 설명하지만 제한하지는 않기 위해 높은 전력을 전달하는 경우를 주로 설명한다. 이러한 전압원 변환기가 높은 전력을 전달하는 경우, 이것은 또한 높은 전압이 핸들링되는 것을 의미하고, 변환기의 직류 전압 측 전압은 스위칭 셀의 상기 에너지 저장 커패시터들에 걸친 전압에 의해 결정된다. 이것은, 다수의 반도체 디바이스를 위해 비교적 많은 수의 이러한 스위칭 셀이 직렬로 접속되어야 함을 의미하고, 즉, 상기 반도체 어셈블리가 상기 스위칭 셀 각각에서 직렬로 접속되어야 하고, 이러한 타입의 전압원 변환기는 상기 페이즈 레그의 스위칭 셀의 수가 비교적 클 경우에 특히 해당있다. 직렬로 접속된 많은 수의 스위칭 셀은, 이러한 스위칭 셀이 상기 제 1 스위칭 상태와 제 2 스위칭 상태 사이에서 변화하도록 제어하는 것이 가능할 것이고, 이에 의해 정현파 전압에 매우 근접한 교류 전압을 상기 페이즈 출력에서 획득할 수 있을 것임을 의미한다. 이것은, 서로 역평행으로 접속되는 적어도 하나의 턴-오프 타입의 반도체 디바이스와 적어도 하나의 프리-휠링 다이오드를 갖는 DE 101 03 031 A1 의 도 1 에 도시된 타입의 공지된 전압원 변환기에서 통상적으로 이용되는 주파수보다 상당히 낮은 스위칭 주파수를 이용하여 획득될 수도 있다. 이것은, 상당히 더 낮은 손실을 획득하는 것을 가능하게 하고, 또한 필터링 및 고조파 전류 및 무선 간섭의 문제를 상당히 감소시켜, 장비를 더 저렴하게 할 수도 있다.

따라서, 본 발명은 소위 캐스케이드된 하프 또는 풀 브릿지를 갖는 변환기를 의도한다.

예를 들어, 복잡성 및/또는 사이즈를 감소시켜 이미 공지된 이러한 변환기를 개선하는 것은 진행중인 시도이다.

본 발명의 목적은, 이러한 이미 공지된 변환기에 대해, 적어도 몇몇 양태에서, 도입부에 정의된 타입의 전압원 변환기를 제공하는 것이다.

이 목적은 도입부에 정의된 타입의 전압원 변환기를 제공함으로써 본 발명에 따라 획득되고, 여기서, 인덕턴스 수단은, 상기 스위칭 셀의 직렬 접속에 내장되고 상기 단자에 접속됨으로써 셀들과 직렬로 접속되는 복수의 인덕터를 포함한다.

이러한 타입의 변환기의 인덕턴스 수단은, 원하는 형상의 교류 전압을 획득하는 것, 상기 중간점의 반대 측에 위치된 스위칭 셀의 직렬 접속의 브랜치의 회로 단락을 회피하는 것 등과 같은 다수의 이유 때문에, 그 위치에 존재해야 한다. 이 인덕턴스 수단은, 이미 공지된 변환기들에서, 스위칭 셀의 상기 직렬 접속의 각각의 중간을 페이즈 출력에 접속시키는 단일한 별개의 인덕턴스를 배열함으로써 제공된다. 본 발명자는, 상기 인덕턴스 수단의 개념을 변형함으로써 이러한 타입의 전압원 변환기의 개선이 획득될 수도 있음을 이해하였고, 이에 의해, 상이한 애플리케이션을 위해 이러한 다수의 변환기가 맞춤형이 되어야 하는 경우 변환기의 설계의 완전한 모듈화를 획득할 수 있음을 이해하였다. 본 발명자는, 이러한 페이즈 리액터의 총 인덕턴스는 상기 스위칭 셀의 전압의 합에 비례하고, 따라서, 상기 스위칭 셀에 의해 단계적으로 모듈화될 수도 있음을 인식하였다. 따라서, 인덕터를 스위칭 셀의 직렬 접속에 내장하고, 이를, 상기 단자에 접속되어 그에 따라 페이즈 레그에 요구되는 인덕턴스를 통합하는 그 셀들과 직렬로 접속시킴으로써, 어떠한 페이즈 리액턴스도 더 이상 요구되지 않아서, 특히 더 높은 전압 및 전력 레이팅의 경우, 변환기의 사이즈 및 복잡성 및 그에 따른 변환기가 속하는 변환기 스테이션의 사이즈 및 복잡성이 감소될 수도 있다. 따라서, 이 방식으로 복수의 인덕터를 내장하는 주요한 절약 및 이점은, 더 모듈화된 설계에 기인하여, 변환기 스테이션의 감소된 풋프린트 및 더 양호한 생산 플로우 및 재료 핸들링으로 구성된다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 실질적으로 동일한 수의 인덕터가 상기 스위칭 셀의 직렬 접속 상에서 상기 직렬 접속의 중간점의 양 측에 배열된다. 모듈화는 이 방식으로 용이하게 되고, 각각의 변환기에 요구되는 총 인덕턴스는 변환기의 총 전압에 비례한다는 이해에 기초하여 획득될 수도 있고, 이 전압은 개별적 스위칭 셀의 전압 및 수에 의존한다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 인덕터는 상기 스위칭 셀의 직렬 접속에 실질적으로 균일하게 분산되고, 이것은 상기 모듈화를 더 용이하게 한다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 스위칭 셀의 직렬 접속은 직렬로 접속된 2 이상의 스위칭 셀의 모듈에 의해 형성되고, 이러한 모듈 각각에는 적어도 하나의 인덕터가 제공된다. 이에 의해, 이러한 각각의 모듈은 그 모듈을 통해 적용되는 전압에 적응되는 인덕턴스를 갖는 것이 보장될 수도 있어서, 이러한 모듈이 상이한 애플리케이션에 대한 맞춤형의 상이한 변환기를 획득하는데 이용될 수도 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 스위칭 셀의 직렬 접속 내의 스위칭 셀 중 오직 일부만이 그 단자에 접속된 인덕터를 갖는다. 따라서, 각각의 스위칭 셀이 그 단자에 접속된 인덕터를 가질 필요가 없으며, 특히, 변환기가 상기 모듈로 형성되는 경우, 예를 들어, 2, 3 또는 그 이상의 스위칭 셀의 모듈에 오직 하나의 인덕터를 갖는 것이 적합할 수도 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 스위칭 셀의 직렬 접속 중 각각의 스위칭 셀은 그 스위칭 셀의 단자에 접속된 인덕터를 갖고, 이것은, 상이한 애플리케이션에 맞춤형으로 형성된 변환기를 내장하는데 이용될 모듈이, 연관된 인덕터를 갖는 스위칭 셀에 의해 형성될 수도 있음을 의미한다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 변환기는, 스위칭 셀의 직렬 접속에서의 인접 스위칭 셀들을 전기적으로 상호접속하는 세장형 도체 (elongated conductor) 에 의해 형성되고, 상기 스위칭 셀 주위에 유전체 차폐를 생성하기 위해 상기 스위칭 셀의 적어도 일부를 그 주위에서 적어도 실질적으로 1 회의 권선을 형성하여 둘러싸는 인덕터를 포함한다. 이것은, 상기 인덕터를 스위칭 셀의 직렬 접속에 내장함으로써, 상기 스위칭 셀의 영역 내의 전기장의 제어를 위해 유전체 차폐가 자동으로 형성됨을 의미한다. 이러한 통합된 차폐/인덕턴스의 이용은 변환기의 비용을 낮출 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 인덕터는 상기 인접한 스위칭 셀들을 전기적으로 상호접속하면서 스위칭 셀의 일부 주위에 복수회의 권선을 형성한다. 이 방식으로, 권선의 적절한 횟수를 선택함으로써 추가된 인덕턴스가 조절될 수도 있다. 이 권선에 의해 형성된 유전체 차폐는 또한 권선의 횟수 및 외형에 의해 영향받을 수도 있다. 인접 스위칭 셀에 상호접속하는 모든 도체가 인덕터를 형성하지만, 유전체 차폐 인덕터를 형성하는 이러한 코일은, 유지보수, 교체 및/또는 다른 작업을 위해 그 스위칭 셀에 도달하는 것을 더 용이하게 하도록 상기 스위칭 셀의 직렬 접속을 따라 이격되어 배치될 수도 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 각각의 스위칭 셀은 직렬로 접속된 상기 반도체 어셈블리를 3 개 이상 갖는다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 페이즈 레그의 스위칭 셀의 수는 ≥4, ≥12, ≥30 또는 ≥50 이다. 전술한 바와 같이, 이러한 타입의 변환기는, 상기 페이즈 레그의 스위칭 셀의 수가 커서 상기 페이즈 출력 상에 전달된 전압 펄스의 가능한 레벨의 수가 커지는 경우 특히 해당한다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 스위칭 셀 어셈블리의 상기 반도체 디바이스는 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), IGCT (Integrated Gate Commutated Thyristor) 또는 GTO (Gate Turn-Off thyristor) 이다. 이 디바이스들이 이러한 변환기에 적합한 반도체 디바이스지만, 다른 턴-오프 타입의 반도체 디바이스 또한 가능하다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 변환기는 고전압 직류 (HVDC) 를 송신하기 위해 직류 전압 네트워크에 접속된 상기 직류 전압 측 및 교류 전압 네트워크에 속하는 교류 전압 페이즈 라인에 접속된 교류 전압 측을 갖도록 구성된다. 이것은 이 타입의 변환기의 특히 관심있는 적용에 요구되는 다수의 반도체 어셈블리에 기인한다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 변환기는, 스위칭 셀의 상기 에너지 저장 커패시터에 의해 형성된 직류 전압 측 및 교류 전압 네트워크에 접속된 교류 전압 페이즈 출력을 갖는 SVC (Static Var Compensator) 의 일부이다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 변환기는 상기 2 개의 폴에 걸친 직류 전압이 1 kV - 1200 kV, 10 kV - 1200 kV, 또는 100 kV - 1200 kV 이 되도록 구성된다. 본 발명은 상기 직류 전압이 클수록 더 관심있다.

본 발명은 또한 첨부된 청구항에 따라 전력을 송신하기 위한 플랜트에 관련된다. 이러한 플랜트의 스테이션은 소정의 매력적인 치수일 수도 있고, 낮은 비용으로 높은 신뢰도일 수도 있다.

본 발명의 추가적인 장점 및 이로운 특성은 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.

첨부된 도면을 참조하여, 예시로서 인용되는 본 발명의 실시형태의 설명은 다음과 같다.
도 1 은 본 발명에 따른 타입의 전압원 변환기의 매우 개략적인 도면이다.
도 2 및 도 3 은 본 발명에 따른 전압원 변환기의 일부일 수도 있는 2 개의 상이한 공지된 스위칭 셀이다.
도 4 는 본 발명에 따른 타입의 공지된 전압원 변환기를 매우 개략적으로 설명하는 단순화된 도면이다.
도 5 는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 전압원 변환기의 도 4 에 대응하는 매우 개략적 도면이다.
도 6 은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 전압원 변환기의 도 5 에 대응하는 도면이다.
도 7 은 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 변환기에서 스위칭 셀의 직렬 접속의 하프, 소위 밸브 브랜치의 매우 개략적인 말단이다.
도 8 은 도 7 에 도시된 밸브 브랜치의 일부를 위에서 바라본 도면이다.
도 9 는 도 7 에 도시된 밸브 브랜치의 일부에 대한 측면도이다.
도 10 은 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 변환기에서 밸브 브랜치의 일부를 도시하는 매우 개략적인 도면이다.
도 11 은 본 발명의 제 5 실시형태에 따른 변환기에 대한 도 10 에 대응하는 도면이다.

도 1 은, 본 발명이 관련된 타입의 전압원 변환기 (1) 의 일반적 구성을 매우 개략적으로 도시한다. 이 변환기는, 고전압 직류를 송신하기 위한 직류 전압 네트워크와 같은 변환기의 직류 전압 측의 대향 폴 (5, 6) 에 접속되는 3 개의 페이즈 레그 (2 내지 4) 를 갖는다. 각각의 페이즈 레그는, 이 케이스에서는 16 개인 박스로 표시된 스위칭 셀 (7) 의 직렬 접속을 포함하고, 이 직렬 접속은, 변환기의 교류 전압 측에 접속되도록 구성된 페이즈 출력을 형성하는 중간점 (10 내지 12) 에 의해 분리되는 2 개의 동등한 부분인 상위 밸브 브랜치 (8) 및 하위 밸브 브랜치 (9) 로 분할된다. 페이즈 출력 (10 내지 12) 은 가능하게는 변압기를 통해 3 상 교류 전압 네트워크, 로드 등에 접속될 수도 있다. 또한 필터링 장비가 교류 전압 측 상의 교류 전압의 형상을 개선하기 위해 상기 교류 전압 측에 배열된다.

제어 장치 (13) 가 스위칭 셀 (7) 을 제어하기 위해 배열되고, 그에 의해 변환기가 직류 전압을 교류 전압으로 변환하고 교류 전압을 직류 전압으로 변환한다.

전압원 변환기는, 한편으로는 각각 턴-오프 타입의 반도체 디바이스를 갖는 적어도 2 개의 반도체 어셈블리, 및 그 어셈블리에 병렬로 접속된 프리-윌링 다이오드를 갖고, 다른 한편으로는, 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 가지며, 이러한 스위칭 셀의 2 개의 예가 도 2 및 도 3 에 도시되어 있다. 스위칭 셀의 단자 (14, 15) 는, 페이즈 레그를 형성하는 스위칭 셀의 직렬 접속에서 인접 스위칭 셀에 접속되도록 적응된다. 반도체 디바이스 (16, 17) 는 이 경우 다이오드 (18, 19) 와 병렬로 접속된 IGBT 이다. 어셈블리 당 오직 하나의 반도체 디바이스 및 하나의 다이오드가 도시되어 있지만, 어셈블리를 통해 흐르는 전류를 공유하기 위해 병렬로 접속된 다수의 반도체 디바이스 및 다이오드가 각각 존재할 수도 있다. 에너지 저장 커패시터 (20) 가 다이오드와 반도체 디바이스의 각각의 직렬 접속에 병렬로 접속된다. 일 단자 (14) 는 2 개의 반도체 디바이스들 사이의 중간점 및 2 개의 다이오드들 사이의 중간점에 접속된다. 다른 단자 (15) 는 에너지 저장 커패시터 (20) 에 접속되며, 도 2 의 실시형태에서는 에너지 저장 커패시터의 일 측에 접속되고, 도 3 에 따른 실시형태에서는 다른 측에 접속된다. 도 2 및 도 3 에 도시된 각각의 반도체 디바이스 및 각각의 다이오드는 핸들링될 전압들을 핸들링할 수 있도록 2 개 이상이 직렬로 접속될 수도 있고, 이렇게 직렬로 접속된 반도체 디바이스는 하나의 단일 반도체 디바이스로서 동작하도록 동시에 제어될 수도 있다.

도 2 및 도 3 에 도시된 스위칭 셀은 a) 제 1 스위칭 상태 및 b) 제 2 스위칭 상태 중 하나를 획득하도록 제어될 수도 있고, 여기서, a) 의 경우 커패시터 (20) 에 걸친 전압 및 b) 의 경우 제로 전압이 단자 (14, 15) 를 통해 인가된다. 제 1 상태를 획득하기 위해, 도 2 에서는 반도체 디바이스 (16) 가 턴온되고 반도체 디바이스 (17) 가 턴오프되며, 도 3 에 따른 실시형태에서는 반도체 디바이스 (17) 가 턴온되고 반도체 (16) 가 턴오프된다. 스위칭 셀은 반도체 디바이스의 상태를 변경시킴으로써 제 2 상태로 스위칭되어, 도 2 에 따른 실시형태에서는 반도체 디바이스 (16) 가 턴오프되고 반도체 디바이스 (17) 가 턴온되며, 도 3 에서는 반도체 디바이스 (17) 가 턴오프되고 반도체 디바이스 (16) 가 턴온된다.

도 4 는, 도 1 에 따른 변환기의 페이즈 레그가 도 3 에 도시된 타입의 스위칭 셀에 의해 어떻게 형성되는지를 보다 더 상세히 도시하며, 도면을 단순화하기 위해 총 10 개의 스위칭 셀이 생략되어 있다. 제어 장치 (13) 는 반도체 디바이스를 제어함으로써 스위칭 셀을 제어하도록 적응되며, 스위칭 셀은 제로 전압 또는 커패시터에 걸친 전압을 상기 직렬 접속의 다른 스위칭 셀의 전압에 전달하여 추가되게 할 것이다. 여기서는 변압기 (21) 및 필터링 장비 (22) 가 또한 표시되어 있다. 이 도면에는 각각의 밸브 브랜치가 페이즈 출력 (10) 에 접속된 페이즈 리액터 (50, 51) 를 통하는 방법이 도시되어 있고, 이러한 페이즈 리액터는 또한 도 1 에서 페이즈 출력 (10, 11, 12) 에 대해 존재할 것이지만 도면의 단순화를 위해 생략되었다.

도 5 는, 도 4 에 도시된 변환기 페이즈 레그의 페이즈 리액터를 스위칭 셀 (7') 의 직렬 접속에 내장된 인덕터 (23) 로 대체함으로써 본 발명이 어떻게 실현될 수 있는지를 매우 개략적으로 도시하며, 이 실시형태에서, 각각의 스위칭 셀 (7') 은 그 스위칭 셀의 일 단자에 접속되는 인덕터를 갖는다. 하나의 스위칭 셀 및 하나의 인덕터의 모듈 (30) 이 이렇게 형성될 수도 있고, 변환기를 특정 애플리케이션에 의도되도록 맞춤화하기 위해 상기 페이즈 레그에서 직렬로 접속된 상이한 수의 모듈로 결합될 수도 있다.

도 6 은, 본 발명의 다른 실시형태에서 스위칭 셀의 상기 직렬 접속에 인덕터 (23) 가 내장될 수도 있는 방법을 도시하면, 여기서, 인덕터는 2 개의 스위칭 셀 당 한번씩 다음 스위칭 셀과의 접속을 형성하는 한편, 2 개의 접속 당 한번씩은 임의의 현저한 인덕턴스 없이 단순한 도체로 구성된다. 본 발명은 상기 직렬 접속에 내장되는 인덕터의 수와 스위칭 셀의 수 사이의 관계에 대한 임의의 적절한 조합을 커버한다. 이러한 인덕터는 상기 직렬 접속 내에서 실질적으로 균일하게 분산되는 것이 바람직하고, 중간점 (10) 의 양측 상의 스위칭 셀의 직렬 접속에서 실질적으로 동일한 수의 인덕터가 배열되는 것이 바람직하다.

도 7 내지 도 9 는 스위칭 셀의 상기 직렬 접속에 이러한 인덕터가 내장될 수도 있는 방법을 더 상세히 도시하며, 직렬 접속의 상기 반도체 어셈블리는 박스 (24) 로 도시되어 있고 커패시터는 더 큰 박스 (25) 로 도시되어 있다. 이것은, 스위칭 셀 주위에 유전체 차폐를 생성하기 위해 상기 스위칭 셀의 적어도 일부를 그 주위에서 적어도 실질적으로 1 회의 권선 (27) 을 형성하여 둘러싸면서 스위칭 셀의 직렬 접속 내의 인접 스위칭 셀들을 전기적으로 상호접속하는 세장형 도체 (26) 가 형성되는 방법을 도시한다. 권선 (27) 을 도시하는 실선은 또한, 목적하는 인덕턴스를 획득하기 위해, 예를 들어, 300 회와 같은 도체의 다수의 권선을 나타낼 수도 있다. 인덕턴스 L 은 다음의 공식:

에 따라 계산될 수도 있으며, 여기서, N 은 권선수이고, A 는 상기 권선에 의해 감긴 영역이고, I 는 도체의 길이이다. 이것은, 예를 들어, N = 300, A = 3 m² 및 I = 15 m 인 경우, 인덕턴스 L = 23 mH 가 된다.

따라서, 이러한 방식으로 내장된 인덕터는 또한 스위칭 셀의 적어도 일부 주위에 유전체 차폐를 생성할 것이고, 이에 의해, 이 영역 내의 전기장을 제어하는데 이용되어 전기전 브레이크다운을 회피한다.

도 10 에는 본 발명에 따른 전압원 변환기의 스위칭 셀의 직렬 접속의 2 개의 스위칭 셀마다 도 7 내지 도 9 에 도시된 타입의 인덕터 (23) 에 의해 상호접속될 수도 있는 방법이 개략적으로 도시되어 있으며, 이것은, 상기 직렬 접속의 상이한 컴포넌트에 대한 용이한 가용성을 제공할 수 있다. 그러나, 도 7 내지 도 9 에 도시된 바와 같이 각각의 스위칭 셀 사이에 이러한 인덕터를 갖거나, 유전체 차폐 특성을 조절하기 위해 직렬 접속의 연장의 더 길거나 짧은 부분에 대해 인덕터를 형성하는 각각의 도체에 의해 형성된 권선을 확장하는 것 또한 가능하다.

도 11 은, 전압원 변환기 내의 스위칭 셀의 직렬 접속의 각각의 스위칭 셀이, 직렬로 접속된 4 개의 반도체 어셈블리 (24) 를 갖는 실시형태를 도시하며, 이 경우, 각각의 스위칭 셀은 스위칭 셀의 단자에 접속된 상기 인덕터 (23) 를 갖는다. 인접한 인덕터 (23) 사이에서 원하는 거리는 각각의 스위칭 셀의 더 많은 수의 반도체 어셈블리에 기인하여 획득된다.

물론, 본 발명은 전술한 실시형태들에 제한되지 않으며, 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 기본적 사상을 벗어나지 않으면서 다수의 변형이 가능함은 당업계의 당업자에게 자명할 것이다.

Claims

전압원 변환기로서,
상기 전압원 변환기는, 상기 전압원 변환기의 직류 전압 측의 대향하는 폴 (5, 6) 에 접속되고 스위칭 셀 (7, 7') 의 직렬 접속을 포함하는 적어도 하나의 페이즈 레그 (2 내지 4) 를 갖고,
상기 스위칭 셀 각각은 한편으로는, 직렬로 접속되고 각각 턴-오프 타입의 반도체 디바이스 (16, 17) 와 그 반도체 디바이스와 병렬로 접속된 프리 휠링 다이오드 (18, 19) 를 갖는 적어도 2 개의 반도체 어셈블리를 갖고, 다른 한편으로는 상기 스위칭 셀의 직렬 접속에서 셀을 인접 셀에 접속시키는 2 개의 단자들 (14, 15) 과 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터 (20) 를 갖고,
상기 스위칭 셀의 직렬 접속의 중간점 (10 내지 12) 은 상기 전압원 변환기의 교류 전압 측에 접속되도록 구성되는 페이즈 출력을 형성하고,
상기 스위칭 셀 각각은, 각각의 스위칭 셀의 상기 반도체 디바이스의 제어에 의해 2 개의 스위칭 상태, 즉, 제 1 스위칭 상태 및 제 2 스위칭 상태를 획득하도록 구성되고,
상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터에 걸친 전압 및 제로 전압은, 각각, 상기 페이즈 출력 상의 결정된 교류 전압을 획득하기 위해 상기 스위칭 셀의 상기 2 개의 단자를 통해 공급되고,
상기 스위칭 셀의 직렬 접속은 인덕턴스 수단을 포함하며,
상기 인덕터 수단은, 상기 스위칭 셀 (7, 7') 의 상기 직렬 접속에 내장되고 상기 단자들에 접속됨으로써 스위칭 셀들과 직렬로 접속되는 복수의 인덕터 (23)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전압원 변환기.
제 1 항에 있어서,
상기 직렬 접속의 상기 중간점 (10 내지 12) 의 양측에는 상기 스위칭 셀 (7, 7') 의 직렬 접속 내에 실질적으로 동일한 수의 상기 인덕터 (23) 가 배열되는 것을 특징으로 하는, 전압원 변환기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 인덕터 (23) 는 상기 스위칭 셀 (7, 7') 의 직렬 접속 내에 실질적으로 균일하게 분포되는 것을 특징으로 하는, 전압원 변환기.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스위칭 셀 (7, 7') 의 직렬 접속은 직렬로 접속된 2 개 이상의 스위칭 셀 (7, 7') 의 모듈 (30) 에 의해 형성되고, 이러한 모듈 각각에는 적어도 하나의 상기 인덕터 (23) 가 제공되는 것을 특징으로 하는, 전압원 변환기.
제 1 항에 있어서,
상기 스위칭 셀의 직렬 접속 내의 상기 스위칭 셀 중 오직 몇몇 스위칭 셀만이, 단자에 접속된 인덕터 (23) 를 갖는 것을 특징으로 하는, 전압원 변환기.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스위칭 셀의 직렬 접속 중 각각의 스위칭 셀 (7, 7') 은 해당 스위칭 셀의 단자에 접속된 상기 인덕터 (23) 를 갖는 것을 특징으로 하는, 전압원 변환기.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스위칭 셀의 직렬 접속에서의 인접 스위칭 셀 (7, 7') 들을 전기적으로 상호접속하는 세장형 도체 (elongated conductor: 26) 에 의해 형성되고, 상기 스위칭 셀 주위에 유전체 차폐를 생성하기 위해 상기 스위칭 셀의 적어도 일부를 그 주위에서 적어도 실질적으로 1 회의 권선 (27) 을 형성하여 둘러싸는 인덕터 (23) 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전압원 변환기.
제 7 항에 있어서,
상기 도체 (26) 는 상기 인접한 스위칭 셀에 전기적으로 상호접속하면서 상기 스위칭 셀 (7, 7') 의 일부 주위에 복수회의 권선 (27) 을 형성하는 것을 특징으로 하는, 전압원 변환기.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스위칭 셀 (7, 7') 각각은 직렬로 접속된 3 개 이상의 반도체 어셈블리 (24) 를 갖는 것을 특징으로 하는, 전압원 변환기.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 페이즈 레그의 상기 스위칭 셀 (7, 7') 의 수는 4 이상, 12 이상, 30 이상 또는 50 이상인 것을 특징으로 하는, 전압원 변환기.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스위칭 셀의 상기 반도체 디바이스 (16, 17) 는 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), IGCT (Integrated Gate Commutated Thyristor) 또는 GTO (Gate Turn-Off thyristor) 인, 전압원 변환기.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
고전압 직류 (HVDC) 를 송신하기 위해 직류 전압 네트워크 (5, 6) 에 접속된 상기 직류 전압 측 및 교류 전압 네트워크에 속하는 교류 전압 페이즈 라인에 접속된 교류 전압 측 (10 내지 12) 을 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 전압원 변환기.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전압원 변환기는 상기 스위칭 셀의 상기 에너지 저장 커패시터 (20) 에 의해 형성된 직류 전압 측 및 교류 전압 네트워크에 접속된 교류 전압 페이즈 출력 (10 내지 12) 을 갖는 SVC (Static Var Compensator) 의 일부인 것을 특징으로 하는, 전압원 변환기.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 2 개의 폴에 걸친 직류 전압이 1 kV - 1200 kV, 10 kV - 1200 kV, 또는 100 kV - 1200 kV 이 되도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 전압원 변환기.
스테이션을 통해 플랜트에 접속된 직류 전압 네트워크 및 적어도 하나의 교류 전압 네트워크를 포함하는, 전력을 전송하기 위한 플랜트로서,
상기 스테이션은 상기 직류 전압 네트워크와 상기 교류 전압 네트워크 사이에서 전력의 송신을 수행하도록 구성되고, 직류 전압을 교류 전압으로 변환하고 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 적어도 하나의 전압원 변환기를 포함하고,
상기 플랜트의 스테이션은 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 기재된 전압원 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 플랜트.