KR20150122763A

KR20150122763A - 다이오드 정류기를 구비한 변환기 스테이션

Info

Publication number: KR20150122763A
Application number: KR1020157026850A
Authority: KR
Inventors: 요르그 돈; 도미니크 얼진; 토마스 해머; 한스-요아힘 크낙; 피터 멘케; 롤란드 쉐스터; 제스퍼 모엘러; 헨릭 스티스달; 잔 디스테드
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2015-11-02
Also published as: WO2014131457A1; KR101835192B1; JP2016510203A; EP2941823A1; US20160013653A1; EP2941823B1; CN105027409A; CN105027409B

Abstract

본 발명은, DC 전압 단자 및 AC 전압 단자를 구비하는 변환기(2)와, AC 전압 단자에 접속되는 적어도 하나의 변압기(6, 7)를 포함하는, 전기 전력을 전송하는 변환기 스테이션(1)에 관한 것이다. 변환기 스테이션(1)을 가능한 비용 효율적인 것으로 하기 위해서, 변환기 스테이션은 적어도 2개의 독립적 지지 구조들(18, 19, 20) 상에 분산된다.

Description

다이오드 정류기를 구비한 변환기 스테이션{CONVERTER STATION WITH DIODE RECTIFIER}

본 발명은, DC 전압 단자 및 AC 전압 단자를 갖는 변환기와, AC 전압 단자에 접속된 적어도 하나의 변압기를 구비한, 전기 전력 전송용 변환기 스테이션에 관한 것이다.

이와 같은 변환기 스테이션은, 예를 들어, S. Bernal-Perez 등에 의한 논문, "Wind power plant control for the connection to multiterminal HVDC links", IEEE, 2012, 2873면에 알려져 있다. 이 문헌은, 다이오드 정류기가 DC 전압 측에서 DC 전압 중간 회로에 접속되는 설치를 개시한다. 이러한 DC 전압 중간 회로는 2개의 VSC(Voltage Source Converter) 사이에 연장된다. 다이오드 정류기는 변압기들 및 AC 전압 배전망을 통해 풍력 단지에 접속된다. 더욱이, 변환기의 AC 전압 측에 배치되는 필터 유닛들이 개시된다. DC 전압 측에는, 다이오드 정류기에 의해 생성되는 직류 전류를 평활화하는 평활화 인덕터가 사용된다.

바다에 건립되는 풍력 단지들을 육지 상의 배전망에 접속하는 것은, 긴 전송 경로들의 경우에 일반적으로 직류 전류로 행해진다. 이러한 이유로, 실제로, 변환기가 현재는 바다에서 풍력 단지의 근처에 건립되는 공해 플랫폼(open-sea platform) 상에 수용된다. 바다에 있는 상기 변환기는 AC 전압 배전망을 통해 풍력 단지에 접속되고, 여기서 DC 전압 접속은 그 DC 전압 단자로부터 육지 상의 변환기까지 연장된다. 그러나, 바다에 이러한 변환기들을 건립하는 것은, 변환기들의 여전히 큰 중량 및 큰 부피로 인해 비용이 집중된다.

따라서, 본 발명의 과제는 서두에 언급된 유형의 변환기 스테이션을 가능한 저비용으로 제공하는 데에 있다.

상기 과제는, 상호 독립적으로 건립되는 적어도 2개의 지지 구조들 상에 분산되는 방식으로 변환기 스테이션이 배치되는 본 발명의 범주에서 해결된다.

본 발명에 따르면, 변환기 스테이션은 더 이상 단일 지지 구조 상에 배치되지 않는다. 오히려, 변환기 스테이션의 중량이 여러 지지 구조들 상에 분산된다. 따라서, 본 발명의 범주에서는, 오늘날 매우 비싼 통상적인 플랫폼들을 생략하는 것이 가능하고, 그 대신, 예를 들어, 풍력 터빈들을 지지하는데도 사용되는 지지 구조들이 사용된다. 본 발명에 따라 비교적 저렴한 지지 구조들 상에 변환기 스테이션을 분산 배치하는 것은, 다이오드 정류기로서 구성되는 변환기의 경우에 특히 유리하다. 다이오드 정류기는 풍력 단지들을 접속시키는데 현재까지 사용되는 자가 정류형(self-commutated) 변환기들과 비교하여 현저히 낮은 중량을 갖는다. 이는 또한 사이리스터들(thyristors)로 형성된 전류 밸브들로 장착된 사이리스터 변환기에 제한적인 방식으로 적용된다.

본 발명에 따른 변환기 스테이션은, 예를 들어, 고유한, 즉 별도의 지지 구조에 의해 유지되는 변환기를 구비할 수 있다. 다른 컴포넌트들은 상기 지지 구조에 의해 유지되지 않는다. 이러한 경우, 변환기는 자신의 전류 또는 전압 밸브들과 적어도 하나의 6 펄스 브릿지를 형성한다. 상기 6 펄스 브릿지의 DC 전압 단자들 중 하나는, 예를 들어, 접지 전위에 접속된다. 그리고, 다른 DC 전압 단자는, 예를 들어, 단극 DC 전압 접속을 통해 육지 상의 변환기에 접속된다. 변환기를 고전압 DC 전송으로부터 알려진 12 펄스 브릿지로서 구성하는 것 또한 가능하다. 12 펄스 브릿지는 DC 전압 측에서 직렬로 접속되는 2개의 6 펄스 브릿지들을 구비한다. 그 접속 지점은 일반적으로 접지 전위에 있다. 각각의 6 펄스 브릿지는, 예를 들어, 개별 변압기들을 통해 AC 전압 배전망에 접속된다. 2개 변압기들의 권선들은 상이한 방식으로 상호 접속되어, 그 결과 전송 중 변압기들에서 상이한 위상 변위가 발생한다. 물론, 변환기 스테이션도, 각각 접지 전위에 한 단자를 구비하는 2개의 6 펄스 브릿지들을 구비할 수 있다.

변환기의 구성은, 기본적으로, 본 발명의 범주에서 임의적이다. 예를 들어, 변환기는 자가 정류형 변환기, 예를 들어, VSC(Voltage Source Converter)이다. 모듈형 다단계 변환기의 사용 또한 본 발명의 범주에서 가능하다. 물론 변환기는, 변환기의 전류 변화기 밸브들이 사이리스터들을 구비하는 외부 정류형 변환기일 수도 있다.

본 발명의 제1 변형에 따르면, 변환기 및 적어도 하나의 변압기들이 상이한 지지 구조들에 의해 유지된다. 이러한 분산은 중량의 분산의 관점에서 특히 바람직한 것으로 입증되었다.

본 발명의 바람직한 변형에 따르면, 지지 구조들은 바다에 또는 호수에 배치될 수 있고, 적어도 하나의 지지 구조는 풍력 터빈을 유지하도록 치수 설계된 풍력 터빈 지지 구조이다. 환언하면, 본 발명의 이러한 변형에 따르면, 풍력 터빈들을 유지하는 기능도 하거나 이러한 기능도 할 수 있는 지지 구조들이 사용된다. 그들의 치수 설계, 사용되는 재료들, 및 그 재료 강도들에 관하여, 지지 구조들은 시중에 통상적인 풍력 터빈의 질량에 대응하는 질량들을 유지하도록 설계된다. 풍력 터빈들을 유지하는데 일반적인 이러한 지지 구조들, 즉 풍력 터빈 지지 구조들은, 모노 파일(mono-pile), 트라이 파일(tri-pile), 트라이포드(tripod), 재킷(jacket), 중력 기초(gravity foundation), 또는 유동 지지 구조 등의 용어들로 통상의 기술자에게 공지되어 있다. 그 예시적인 실시예들이 도면을 참조하여 이하 명시된다. 풍력 터빈 지지 구조들은 공해 플랫폼들에 비해 제작이 편리하다. 이러한 경우, 본 발명의 범주에서, 변환기 스테이션의 컴포넌트들이 아닌 다른 컴포넌트들도 각각의 지지 구조에 의해 유지되는 것이 배제되지 않는다. 따라서, 본 발명에 따르면, 변환기 스테이션의 부품들은, 풍력 터빈을 추가적으로 지지하거나 또는 유지하는 지지 구조 상에 배치될 수도 있다. 본 발명의 범주에서, 변환기 스테이션의 컴포넌트들은 풍력 터빈의 지지 프레임의 타워 상에 직접 탑재될 수도 있다.

편의상, 변환기는 복수의 DC 전압 측에서 직렬 또는 병렬 접속되는 부분 변환기들을 구비한다. 상기 부분 변환기들을 사용하여, 변환기는 용이하게 스케일링될 수 있으므로, 부여되는 각각의 전류 또는 전압 요건들에 용이하게 적응될 수 있다. 이러한 경우, 각각의 부분 변환기는, 상기 부분 변환기에만 단독으로 할당되는 개별 지지 구조, 예를 들어, 모노 파일 상에 배치될 수 있다. 물론, 복수의 부분 변환기들이 하나의 지지 구조에 의해 유지될 수도 있다.

이와 관련하여 바람직한 다른 개선예에 따르면, 각각의 부분 변환기는 AC 전압 측에서 부분 변압기에 접속되고, 상기 부분 변환기 및 상기 부분 변압기는 공통의 부분 캡슐화 하우징 내에 배치된다. 이러한 유리한 다른 개선예에 따르면, 예를 들어, 풍력 단지의 열(string)에 할당되는 컴포넌트들이 생성될 수 있고, 이러한 열은 복수의 풍력 터빈들에 접속된다. 캡슐화 하우징은, 예를 들어, 풍력 터빈의 지지 구조 상에서, 간단한 방식으로 바다에 배치될 수 있다.

바람직하게, 각각의 부분 변환기는 바이패스 스위치에 의해 바이패스될 수 있는 2개의 DC 전압 단자들을 구비한다. 이러한 유리한 다른 개선예에 따르면, 예를 들어 부분 변환기 및 부분 변압기를 포함하는 부분 변환기 스테이션은, 예를 들어, 고장시 바이패스될 수 있다. 부분 변환기 스테이션이 풍력 단지의 한 구획에, 예를 들어 풍력 단지의 한 열에 접속되면, 상기 구획도 이러한 방식으로 바이패스될 수 있다. 이는, 고장이 각각의 컴포넌트뿐 아니라 이러한 컴포넌트에 접속되는 AC 전압 배전망의 열 또는 분기에도 존재할 수 있기 때문에 유리하다.

바람직하게, 각각의 부분 변환기는 6 펄스 브릿지 또는 12 펄스 브릿지를 형성한다.

바람직하게, 변환기의 AC 전압 측에는 필터 유닛이 제공된다. 필터 유닛은, 무효 전력(reactive power)를 보상하고, 변환기의 정상 작동 시 발생할 수 있는, 기본 고조파의 고조파들을 필터링하는데 사용된다. 필터 유닛은 풍력 터빈들도 포함하거나 풍력 터빈들을 배제하고 구성될 수도 있다.

바람직하게, 각각의 부분 변환기는 DC 전압 측에서 부분 평활화 인덕터에 접속된다. 부분 평활화 인덕터는 직류 전류를 평활화하는데 사용된다. 부분 변환기들이 적어도 부분적으로 부분 다이오드 정류기들로서 구성되는 경우, 이는 특히 바람직하다.

본 발명의 바람직한 구성의 경우, 부분 변환기들은, 적어도 부분적으로 전류 밸브들이 다이오드들 또는 사이리스터들로 구성된 직렬 회로를 구비한, 부분 다이오드 정류기들 또는 사이리스터 부분 변환기들이다. 다시 6 펄스 또는 12 펄스 브릿지를 형성할 수 있는 부분 다이오드 정류기는, 자가 정류형 부분 변환기에 비해 특히 가볍고, 적은 손실을 초래한다. 사이리스터 부분 변환기는, 점화 임펄스를 통해 능동적으로 스위치 온 되지만 스위치 오프될 수 없는 전류 밸브들을 형성한다. 그러나, 사이리스터 전류 밸브들은 견고하고 저렴하다.

유리하게는, 변환기가 다이오드 정류기이다. 이미 언급된 바와 같이, 구동될 수 없는 자신의 수동 전력 반도체들을 갖는 다이오드 정류기는, 스위치 온 및 오프될 수 있는 변환기들을 갖는 변환기에 비해 가볍고 손실이 적다. 그러나, 본 발명의 범주에서, 변환기는 자가 정류형 변환기, 예를 들어, VSC(Voltage Source Converter), 특히 모듈형 다단계 변환기일 수도 있다. 이러한 변환기들은, IGBT들, GTO들, IGCT들 등과 같이, 스위치 온 및 오프될 수 있는 전력 반도체 스위치들을 구비한다.

변환기가 다이오드 정류기이면, 다이오드 정류기는 DC 전압 측에서 평활화 인덕터에 접속되는 것이 바람직하다.

바람직하게, 변환기 스테이션에 접속되는 AC 전압 배전망을 공급하는 전원 수단이 제공된다. 전원 수단은 다이오드 정류기가 전력 전송을 한 방향으로만 허용하는 환경들을 충족시킨다. 본 발명에 따른 변환기 스테이션이 특히 적합한 풍력 단지 접속의 경우에는, 그러나, 변환기 스테이션에 접속되는 AC 전압 배전망에 전기 전력을 공급할 필요가 종종 있다. 예를 들어, 풍력 단지의 풍력 터빈들은 상기 전기 전력을 사용하여 실행될 수 있고, 회전자 블레이드들은 각각 요구되는 각도 만큼 조절될 수 있다. 전원 수단은, 예를 들어, 발전기를 구동하는 디젤 엔진을 포함하고, 발전기는 풍력 단지에 접속되는 AC 전압 배전망에 공급되는 필요한 전기 전력을 생성한다.

그러나 유리하게, 디젤 엔진에는 유지보수가 집중되고 지속적으로 디젤이 공급되어야 하기 때문에, 디젤 엔진이 생략될 수 있도록 전원 수단이 구성된다. 특히, 본 발명에 따른 변환기 스테이션이 바다에 설치되는 경우, 바람 또는 폭풍이 있을 때 연료 공급이 어렵다. 이러한 이유로, 본 발명의 범주에서, 육지 상의 공급 배전망 또는 인접한 바다의 AC 전압 배전망으로부터 전력이 공급될 수 있게 하는 전원 수단을 제공하는 것이 바람직하다. 이러한 전원 수단은, 물을 통해 적어도 일부 연장되고, 예를 들어, 50 내지 70 kV 범위의 전압을 갖는 AC 전압 라인인 전원 라인을 포함한다.

이로부터 벗어나는 본 발명의 구성에 따르면, 전원 수단은, DC 전압 측에서 변환기의 부분 다이오드 정류기들과 직렬로 접속되는 부분 변환기를 포함한다. 육지 상의 전원 배전망에 변환기 스테이션이 접속되게 하는 DC 전압 접속을, 부분 변환기를 사용하여 전력 흐름을 반대 방향으로, 즉 육지에서 풍력 단지로 공급하기 위해 사용하는 것도 가능하다. 이러한 접속에서, 물론, 위에 언급된 바와 같이, 부분 다이오드 정류기들이, 직렬 회로에서 부분 다이오드 정류기의 바이패싱을 가능하게 하여, 육지 상의 변환기로부터의 전력은, DC 전압 접속에 의해 제공되고, 부분 변환기 또는 변환기들로부터 AC 전압으로 변환될 수 있게 하는 바이패스 스위치를 갖추는 것이 바람직하다. 그러면, 이렇게 생성되는 AC 전압은 접속된 풍력 단지의 전원으로 사용된다.

바람직하게, 변압기는 배전 장치(switchgear assembly)에 접속된다. 배전 장치는, 예를 들어, 가스 절연형 배전 장치이고, 예를 들어, 오일에 저장되는 배전 장치와 변압기 사이의 대응 부싱이 제공된다. 위에 이미 언급된 바와 같이, 본 발명의 범주에서, 복수의 변압기들을 사용하는 것이 또한 가능하다. 이는 배전 장치에도 적용된다.

배전 장치는, 육지 상의 전원 배전망 또는 바다에서의 AC 전압 배전망에 접속되는 커플링 인 컴포넌트(coupling-in component)에, AC 전압 라인을 통해 바람직하게 접속될 수 있다.

바람직하게, 변압기 및 변환기는 절연 재료 내에 배치된다. 절연 재료라는 용어는, 본 발명의 범주에서, 대기에 비해 향상된 절연 속성들을 갖는 모든 기체들과 액체들 및 고체들을 포함하는 것으로 의도된다. 향상된 절연 속성들로 인해, 상이한 레벨의 전기 전위에 있는 변환기의 개별 컴포넌트들은 전압 플래시오버들(voltage flashovers)의 발생없이 서로 더 짧은 거리에 배치될 수 있다. 특히, 구동될 수 없는 수동의 전력 반도체들을 구비하는 다이오드 정류기가 절연 재료에 문제점들 없이 배치될 수 있다. 이는 사이러스터들이 장착된 외부 정류형 변환기에도 적용된다. 절연 재료는 유지보수의 경우에 제거되어야만 한다. 이러한 목적으로, 예를 들어, 절연 재료가 유출되거나 유입될 수 있는 입구 및 출구 수단이, 변환기가 내부에 배치된 캡슐화 하우징 상에 제공된다.

본 발명의 바람직한 구성에 따르면, 변환기 및 변압기는 각각 캡슐화 하우징 내에 배치되고, 갭슐화 하우징들은 상호 접속된다. 이러한 방식으로, 상기 컴포넌트들은, 고전압 전위에 있는 도체를 하나의 절연 재료 환경으로부터 다른 절연 재료 환경으로 또는 대기로 전달하는 고가의 부싱들이 사용되지 않고서도, 상호 전기적으로 접속될 수 있다. 일반적으로 접지 전위에 있는, 변환기 스테이션의 컴포넌트들의 캡슐화는, 특히 변환기 스테이션이 바다에 또는 호수에 건립될 때 손상을 초래할 수 있는 유해 환경 영향들에 대해 상기 컴포넌트들을 더욱 보호한다.

유리하게도, 변환기의 적어도 일부 및 변압기의 적어도 일부가 공통으로 배치되는 적어도 하나의 캡슐화 하우징이 제공되고, 캡슐화 하우징은 절연 재료로 채워진다. 본 발명의 이러한 유리한 다른 개선예에 따르면, 절연 재료로 채워진 캡슐화 하우징이 제공되고, 그 내부에 (부분) 변환기 및 (부분) 변압기의 적어도 일부가 공통으로 배치된다. 이러한 방식으로, 변환기 스테이션은 훨씬 더 콤팩트하게 구성될 수 있다. 물론, 변환기의 배선 네트워크들도 캡슐화 하우징 또는 하우징들에 수용된다. 캡슐화 하우징 또는 하우징들은 바람직하게 접지 전위에 있다.

절연 재료는, 기본적으로, 기체, 액체 또는 고체일 수 있다. 바람직하게, 에너지 전송 및 분배에 알려진, 헥사플루오르화 황(sulfur hexafluoride) 등과 같은 보호 가스들이 사용된다. 그러나, 절연 재료로서 액체, 예를 들어, 바람직한 절연 오일이 사용되면 특히 유리한 점들이 드러난다. 오일은 절연 이외에도 오일은 냉각을 제공한다.

본 발명의 다른 바람직한 구성들 및 이점들은 도면을 참조하는 본 발명의 예시적인 실시예의 이하 설명의 대상이고, 동일한 참조 부호들은 동일하게 기능하는 컴포넌트들을 표시한다.

도 1은 본 발명에 따른 변환기 스테이션의 예시적인 일 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 1a는 다이오드 정류기의 세부도이다.
도 2는, 바다에 배치되는 풍력 단지를 육지 상의 변환기에 접속하는, 본 발명에 따른 변환기 스테이션의 다른 예시적인 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 3은 공통 캡슐화 하우징 내의 부분 다이오드 정류기, 부분 평활화 인덕터 및 부분 변압기를 구비한 부분 변환기 스테이션의 예시적인 일 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 4는 부분 변압기를 구비한 부분 변환기의 예시적인 일 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 5는 도 3에 따른 부분 변환기 스테이션의 측면도이다.
도 6은 현재 사용되는 일련의 풍력 터빈 지지 구조들을 개략적으로 도시한다.
도 7은 도 5에 따른 부분 변환기 스테이션이 고정되는 풍력 터빈 지지 구조를 개략적으로 도시한다.

도 1은 다이오드 정류기(2)를 포함하는, 본 발명에 따른 변환기 스테이션(1)의 예시적인 일 실시예를 도시한다. 다이오드 정류기(2)는, 접지되는 접속 라인(5)에 의해 그들의 DC 전압 단자들 중 하나에서 각각 상호 접속되고, 각각 변압기(6 또는 7)를 통해 AC 전압 배전망의 다양한 구획들 또는 열들(8)에 접속되는 2개의 6 펄스 브릿지들(3 및 4)를 포함하는 소위 12 펄스 브리지를 형성한다. 변압기들(6, 7)은 각각 1차 권선(9) 및 2차 권선(10)을 구비한다. 6 펄스 브릿지(3)의 AC 전압 단자에 전기적으로 접속되는, 제1 변압기(6)의 1차 권선(9)은 스타 포인트(star point)를 형성한다. 대조적으로, 제2 변압기(7)의 1차 권선(9)은 델타 회로로서 존재한다. 이는 이에 의해 전송되는 AC 전압들의 경우에 상이한 위상 시프트를 초래한다. 물론, - 본 발명의 범주에서 - 2개의 6 펄스 브릿지들(3, 4) 각각은 다른 6 펄스 브릿지와는 독립적으로 자신의 DC 전압 단자들에서 접지될 수도 있다. 다이오드 정류기(2)가 단지 1개의 6 펄스 브릿지만을 구비하더라도, 상기 6 펄스 브릿지는 DC 전압 단자에서 접지 전위에 접속될 수 있고, 그 결과 소위 단극이 형성된다.

도 1에 도시된 다이오드 정류기(2)의 경우에, 6 펄스 브릿지들(3 및 4) 각각은, DC 전압 접속(15)의 극(13 또는 14)에 각각 접속되어 있는 DC 전압 접속 단자(11 또는 12)를 구비한다. 도면들에 도시되지 않는 평활화 인덕터는 각각의 극(13 또는 14)에 배치된다. 다이오드 정류기(2)는 육지 상에 건립되고 해안에 가까운 변환기(16)에 DC 전압 접속(15)에 의해 접속되고, 육지 상의 변환기(16)는 육지 상의 전원 배전망(17)에 접속되는 AC 전압 단자를 구비하고, 상기 전원 배전망은 도면들에서 개략적으로만 도시된다. 전원 배전망(17)은 AC 전압 배전망이다.

다이오드 정류기(2)는 지지 구조(18) 상에 배치되고, 이는 해안으로부터 대략 50 내지 400 km 떨어진 바다에 배치된다. 특히 유리한 실시예에서, 각각의 풍력 단지에 사용되는 지지 구조들 및 기초들이 지지 구조(18)로서 사용되거나 컴포넌트들이 풍력 터빈의 타워에 직접 고정된다. 변압기(6)는 대응 지지 구조(19) 상에 배치되고, 변압기(7)는 대응 지지 구조(20) 상에 배치된다. 따라서, 지지 구조들(18, 19, 20)은 특히 저렴하다. 위에 이미 언급된 바와 같이, 바다에 배치되는 변환기 스테이션은 풍력 단지에 의해 생성되는 전력을 DC 전압 접속(15)에 전송하는데 사용된다.

다이오드 정류기(2)는 전력을 한 방향으로만, 즉 변압기(6)로부터 육지 상의 변환기(16)로만 전송하도록 셋업되기 때문에, 무풍시 풍력 단지에 의해 요구되는 에너지는 다른 방식으로 풍력 단지에 제공되어야 한다. 이러한 목적으로, 본 경우에 커플링 인 변압기(23) 및 기계적 스위치(24)로 구성되는 커플링 인 컴포넌트(22)를 구비하는 에너지 전송 수단(21)이 사용된다. 커플링 인 컴포넌트(22)는, AC 전압 라인(25) 및 도면들에 도시되지 않은 배전 장치를 통해, AC 전압 배전망의 열들(8)에 접속된다. 이러한 경우, 커플링 인 컴포넌트(22)는 변압기(25)를 통해 전원 배전망(17)에 접속된다. 변압기(25)는 50 내지 70 kV 크기 정도로 바람직한 AC 전압을 공급한다. 이러한 방식으로, 풍력 단지는 육지로부터 에너지를 공급받을 수 있다.

6 펄스 브릿지(3)의 구성이 도 1a에 보다 상세히 도시된다. 알 수 있는 바와 같이, 6 펄스 브릿지(3)는, 각각의 변압기(6, 7)가 접속되어 있는 AC 전압 배전망(8)의 위상들의 개수에 상응하는 개수로 3개의 위상 모듈들(27)을 구비한다. 각각의 위상 모듈(27)은 2개의 상호 반대로 분극될 수 있는 DC 전압 접속들 또는 DC 전압 단자들을 구비하고, 이들은 플러스 부호 및 마이너스 부호로 표시된다. 또한, 각각의 위상 모듈(27)은 AC 전압 단자(28)를 구비한다. AC 전압 단자(28)와 각각의 DC 전압 단자들 사이에 각각 하나의 다이오드 밸브(29)가 연장되며, 그 결과 각각의 위상 모듈(27)은 2개의 다이오드 밸브들(29)을 구비한다. 다이오드 밸브들(29)는 각각의 경우에 존재하는 전압에 의존되는 개수의 다이오드들로 구성되는 직렬 회로를 포함한다. 다이오드 정류기(2)의 DC 전압 측에는, 평활화 인덕터들(30)이 개략적으로 그리고 캡슐화 하우징없이 도시되어 있다.

도 2에는 본 발명에 따른 변환기 스테이션(1)의 다른 예시적인 실시예가 도시되어 있는데, 변환기 스테이션은 부분 변환기 스테이션들(31)로 구성되고, 각각의 부분 변환기 스테이션(31)은 부분 다이오드 정류기 외에도, 도면들에 도시되지 않는 부분 변압기 및 마찬가지로 도면들에 도시되지 않는 부분 평활화 인덕터를 구비한다. 부분 변환기 스테이션(31)은 DC 전압 측에서 상호 직렬로 접속된다. 또한, 부분 변환기(32)가 상기 직렬 회로에 접속된 것을 알 수 있다. 각각의 부분 변환기 스테이션(31)은 제1 DC 전압 단자(33) 및 제2 DC 전압 단자(34)를 구비하는데, 이들은 바이패스 스위치(35)에 의해 상호 접속될 수 있다. 따라서, 예를 들어 고장난 부분 변환기 스테이션(31)의 바이패싱은 바이패스 스위치(35)에 의해 가능하게 된다.

이미 언급된 바와 같이, 변환기 스테이션(1)은 해안(36)으로부터 대략 100 km 떨어진 바다에서 복수의 지지 구조들 상에 분산 배치되며, 육지 상의 변환기(16)는 DC 전압 접속(15)를 통해 변환기 스테이션(1)에 접속된다. 각각의 부분 변환기 스테이션(31)은, 풍력 단지(37)를 변환기 스테이션(1)에 접속하는데 사용되는 AC 전압 배전망(7)의 열(8)에 접속되는 것을 알 수 있다. 풍력 단지(37)는 복수의 풍력 터빈(38)을 포함한다.

무풍시에도, 풍력 단지(37)는 에너지를 필요로 한다. 이는 부분 변환기(32)를 사용하여 풍력 단지에 제공된다. 이러한 목적으로, 예를 들어 모든 부분 다이오드 정류기들(31)은 각각의 바이패스 스위치(35)를 닫음으로써 바이패스되고, 그 결과 부분 변환기(32)는, 예를 들어 모듈형 다단계 변환기인, 육지 상의 변환기(16)에 직접 접속된다. 상기 모듈형 다단계 변환기는, 도면들에 도시되지 않은 전원 배전망에 접속되고, 부분 변환기(32)에 필요한 전력을 공급하고, 부분 변환기는 풍력 단지(37)를 위해 상기 전력을 AC 전압 측에서 제공한다.

도 3에는 부분 변환기 스테이션(31)이 보다 정확하게 도시되어 있다. 부분 변환기 스테이션(31)은, 내부에 2개의 부분 평활화 인덕터들(41), 부분 다이오드 정류기(42) 및 부분 변압기(40)가 함께 배치되는 부분 캡슐화 하우징(39)을 구비한다. 부분 다이오드 정류기는, 예를 들어 6 펄스 브릿지를 형성한다. 부분 캡슐화 하우징(39)은 절연 오일로 채워진다. 부분 캡슐화 하우징(39)의 외부에는, 기계적 DC 전압 스위치들(43)을 볼 수 있고, 이에 의해 각각의 극이 바이패스 스위치(35)에 접속될 수 있다.

도 4에는 별도의 캡슐화 하우징에 배치되지 않는 부분 변환기(32)가 보다 정확하게 도시되어 있다. 부분 변환기(32)는 DC 전압 측에 평활화 인덕터들을 전혀 구비하지 않는다. 상기 인턱터는 제어형 또는 자가 정류형 부분 변환기의 경우에 불필요하다. 또한, 부분 변환기(32)는 DC 전압 측에서 바이패스 스위치(35)를 사용하여 바이패스될 수 있다.

도 5에는 부분 변환기 스테이션(31)이 개략적인 측면도로 도시되어 있다. 부분 변압기(40), 부분 평활화 인덕터들(41) 및 부분 다이오드 정류기(42)가 오일로 채워진 공통 캡슐화 하우징(39) 내에 배치된 것을 볼 수 있다. 또한, 오일 절연으로부터 보호 가스 절연으로 고전압 도체들이 전송되는 부싱들(44)을 볼 수 있으며, 이들은 각각의 캡슐화 하우징의 하나 또는 복수의 벽들을 통해 연장되고, 벽들은 접지 전위에 있다. 더욱이, 본 경우에 헥사플루오르화 황인, 보호 가스로 채워지는 캡슐화 하우징(45) 내에 바이배스 스위치(35)가 마찬가지로 배치된 것을 볼 수 있다. 부싱(46)에 의해, 보호 가스로 채워진 하우징(45)에 케이블이 접속될 수 있게 된다.

도 6에는 변환기 스테이션(1)의 부품들을 지지하도록 설치된 풍력 터빈 지지 구조들(47 내지 52)의 예시적인 실시예들이 도시된다. 이러한 경우, 해저는 도면 부호 "53"으로 표시되고, 수면은 도면 부호 "54"로 표시된다.

지지 구조(47)는 소위 유동(floating) 지지 구조이며, 자유롭게 유동하는 부력체(55)가 앵커(56) 및 로프(57)에 의해 해저면에 고정 앵커링된다. 유동하는 부력체(55) 상에 타워 또는 마스트(58)가 지지되고, 풍력 터빈을 유지하도록 설치된다. 부력체(55)는 자신의 부력들에 의해 타워(58)의 고유 중량 및 풍력 터빈의 중량에 적응된다. 해저(53) 상의 앵커링(56)은, 예를 들어 해저 내에 파일들을 밀어 넣는 것에 의해 이루어진다. 이와는 다르게, 밸러스트 바디들(ballast bodies)이 제공되고, 이는 해저 상에 자유롭게 놓이며, 로프들이 여기에 고정된다.

지지 구조(48)의 경우에는, 단 하나의 램 파일만이 해저(53)에 밀어 넣어지고, 밀어 넣어진 램 파일은 타워 또는 타워 섹션(58)까지 연장된다. 다시, 변환기 스테이션(1)의 부품들은 타워(58)에 고정될 수 있다.

지지 구조(49)는 3개의 램 파일들(59)이 해저에 밀어 넣어졌다는 점에서 지지 구조(48)와 상이하다. 수면(54) 위에서 3개의 램 파일들 상에 공간 프레임워크(space framework)(60)를 볼 수 있고, 상기 공간 프레임워크는 모든 램 파일들 상에 지지된다. 타워 또는 마스트(58)는 공간 프레임워크(60)로부터 수직으로 돌출된다.

지지 구조(50)는, 공간 프레임워크(60)가 사면체이고 수면(54) 아래에 배치된다는 점에서 지지 구조(49)와는 상이하다.

지지 구조(51)는 공간 프레임워크 대신에 지지 프레임워크(61)를 구비하고, 상기 지지 프레임워크는 4개의 램 파일들(59) 상에 지지되고, 수면(54) 아래뿐 아니라 위로도 연장된다. 다시, 풍력 터빈의 타워 또는 마스트(58)는 지지 프레임워크(61) 상에 지지된다.

지지 구조(52)는 해저(53) 상에 놓이는 스탠드 풋(stand foot)(62)을 구비한다. 마스트 또는 타워(58)는 스탠드 풋(62)으로부터 직접 연장된다.

도 7은 도 6에 따른 풍력 터빈 지지 구조(50)의 타워(58)에 도 5에 따른 부분 변환기 스테이션(31)가 고정된 것을 보여준다. 지지 플랫폼(63)이 타워 또는 마스트(58) 상에 부착되고, 해당 지지 플랫폼 상에는 도 5에 따른 부분 변환기 스테이션(31)이 설치된다. 부분 변환기 스테이션(31)의 기저 영역에 배치되는 부싱(44)은, 변환기 스테이션(1)을 풍력 단지(37)에 접속시키는 AC 전압 배전망의 열(8) 중 하나에 대응하는 AC 전압 케이블의 접속을 가능하게 한다. 대략 65 kV의 전압이 열(8)에 인가된다. 또한, DC 전압 접속(5)의 극(13)을 볼 수 있는데, 이러한 극은 접지 전위에 대해 200 내지 400 kV의 DC 전압 전위에 있다.

Claims

DC 전압 단자 및 AC 전압 단자를 구비하는 변환기(2)와, 상기 AC 전압 단자에 접속되는 적어도 하나의 변압기들(6, 7)을 구비한, 전기 전력을 전송하는 변환기 스테이션(1)에 있어서,
상기 변환기 스테이션(1)은 상호 독립적으로 건립되는 적어도 2개의 지지 구조들(18, 19, 20) 상에 분산되는 방식으로 배치되는 것을 특징으로 하는 변환기 스테이션(1).
제1항에 있어서,
상기 변환기(2) 및 적어도 하나의 변압기들(6, 7)은 상이한 지지 구조들(18, 19, 20)에 의해 유지되는 것을 특징으로 하는 변환기 스테이션(1).
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 지지 구조들(18, 19, 20)은 바다에 또는 호수에 배치될 수 있고, 적어도 하나의 지지 구조(18, 19, 20)는 풍력 터빈(38)을 유지하도록 치수 설계된 풍력 터빈 지지 구조인 것을 특징으로 하는 변환기 스테이션(1).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 변환기(2)는 복수의 DC 전압 측 직렬 접속된 또는 병렬 접속된 부분 변환기들(42)을 구비하고, 상기 부분 변환기들은 상이한 지지 구조들(18, 19, 20)에 의해 적어도 부분적으로 유지되는 것을 특징으로 하는 변환기 스테이션(1).
제4항에 있어서,
각각의 부분 변환기(42)는 AC 전압 측에서 부분 변압기(40)에 접속되는 것을 특징으로 하는 변환기 스테이션(1).
제5항에 있어서,
상기 부분 변환기(42) 및 상기 부분 변압기(40)는 공통의 부분 캡슐화 하우징(39) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 변환기 스테이션(1).
제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 부분 변환기(42)는 바이패스 스위치(35)에 의해 바이패스될 수 있는 2개의 DC 전압 단자들(31, 32)을 구비하는 것을 특징으로 하는 변환기 스테이션(1).
제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 부분 변환기(42)는 6 펄스 브릿지를 형성하는 것을 특징으로 하는 변환기 스테이션(1).
제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 부분 변환기(42)는 12 펄스 브릿지를 형성하는 것을 특징으로 하는 변환기 스테이션(1).
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 변환기(2)의 AC 전압 측에는 필터 유닛이 제공되는 것을 특징으로 하는 변환기 스테이션(1).
제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 부분 변환기는 DC 전압 측에서 부분 평활화 인덕터에 접속되는 것을 특징으로 하는 변환기 스테이션(1).
제4항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
부분 변환기들은 적어도 부분적으로 부분 다이오드 정류기들 또는 사이리스터 부분 변환기들이며, 이들의 전류 밸브들이 다이오드들 또는 사이리스터들로 구성되는 직렬 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 변환기 스테이션(1).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 변환기는 다이오드 정류기인 것을 특징으로 하는 변환기 스테이션(1).
제13항에 있어서,
상기 다이오드 정류기는 DC 전압 측에서 부분 평활화 인덕터에 접속되는 것을 특징으로 하는 변환기 스테이션(1).
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 변환기 스테이션(1)에 접속되는 AC 전압 배전망(8)에 전기 전력을 공급하는 전원 수단(21)이 제공되는 것을 특징으로 하는 변환기 스테이션(1).
제15항에 있어서,
상기 전원 수단(21)은, DC 전압 측에서 상기 부분 다이오드 정류기들(42)과 직렬로 접속되는 부분 변환기(32)를 구비하는 것을 특징으로 하는 변환기 스테이션(1).
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 변환기(6, 7)는 배전 장치에 접속되는 것을 특징으로 하는 변환기 스테이션(1).
제17항에 있어서,
상기 배전 장치는, 육지 상의 전원 배전망(17) 또는 바다의 AC 전압 배전망에 접속되는 커플링 인 컴포넌트(22)에 AC 전압 라인(25)을 통해 접속될 수 있는 것을 특징으로 하는 변환기 스테이션(1).