用于高压直流输电的变换器的改进或与其有关的改进制造技术

技术编号:13792301 阅读:78 留言:0更新日期:2016-10-06 03:23
在高压直流(HVDC)输电领域中,变换器(10)包括三个变换器臂(12A,12B,12C),每个对应于变换器(10)的相应相(A,B,C),每个在第一与第二DC端子(14,16)之间延伸,每个包括由AC端子(18A,18B,18C)分隔开的第一臂部和第二臂部(12A+,12A‑,12B+,12B‑,12C+,12C‑)。每个臂部(12A+,12A‑,12B+,12B‑,12C+,12C‑)包括可操作以提供阶梯式可变电压源的链式变换器(24A+,24A‑,24B+,24B‑,24C+,24C‑)。变换器(10)还包括第一控制器(32),被编程为选择性地在一个时刻为一个变换器臂(12A、12B、12C)将其每个臂部(12A+,12A‑,12B+,12B‑,12C+,12C‑)中的链式变换器(24A+,24A‑,24B+,24B‑,24C+,24C‑)操作为同时采用电流导通模式,并由此限定完全导通的变换器臂(12A、12B、12C),以经由每个所述完全导通的变换器臂(12A,12B,12C)在所述第一DC端子与所述第二DC端子(14,16)之间相继地路由DC电流需求(IDC)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于在高压直流输电中使用的变换器。
技术介绍
在高压直流(HVDC)电力传输网络中,交流(AC)电力通常被变换为直流(DC)电力,用于经由架空线和/或海底电缆进行传输。这种变换免除了对由电力传输介质(即传输线或电缆)造成的AC电容性载荷效应进行补偿的需要,并且从而降低电线和/或电缆的每公里成本。当需要长距离传输电力时,从AC到DC的变换因而变得有成本效益。DC电力与AC电力之间的变换还用于需要互连DC和AC电网的电力传输网络。在任何这种电力传输网络中,在AC电力与DC电力之间的每个交界处需要变换器来产生所需的变换:AC到DC或者DC到AC。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面,提供了一种变换器,用于高压直流输电,包括:三个变换器臂,每个变换器臂对应于所述变换器的相应相,每个变换器臂在第一DC端子与第二DC端子之间延伸,并且每个变换器臂包括由AC端子分隔开的第一臂部和第二臂部,每个臂部包括能够操作以提供阶梯式可变电压源的链式变换器;以及第一控制器,被编程为选择性地在一个时刻为一个变换器臂将其每个臂部中的链式变换器操作为同时采用电流导通模式,并由此限定完全导通的变换器臂,以经由每个所述完全导通的变换器臂在所述第一DC端子与所述第二DC端子之间相继地路由DC电流需求。依次经由每个完全导通的变换器臂在第一DC端子与第二DC端子之间相继地路由DC电流需求允许DC电流需求在第一DC端与第二DC端子之
间连续流动,并且由此允许本专利技术的变换器在变换器的整个操作周期中与在使用中与第一DC端和第二DC端连接的DC网络连续地交换电力。同时,在一个时刻仅具有一个完全导通的变换器臂避免在相应的变换器臂之间创建电流路径,并且在变换器臂之间没有瞬态循环电流出现。没有这种循环电流允许从每个臂部中去除原本为限制变换器臂之间的上述循环电流的水平所需要的无源电感器。这种无源电感器在物理上是非常大的,并且因此省略它们允许显著地减少(例如大约20%)包括本专利技术的变换器的变换器站的整体占地面积。这进而有助于大大减少变换器站成本。此外,从每个臂部省略无源电感器也意味着可以将变压器与变换器直接连接,而不需要通常大型且昂贵的互连套管,并且因此提供了进一步的空间节省和成本节省机会。另外,从每个臂部中省略无源电感器允许提高变换器能够产生的AC电压的水平,同时允许降低必须提供的AC电流的水平,即单独的AC相电流需求波形(AC current demand phase waveform)的水平,并因此提高变换器的效率。优选地,第一控制器被编程为以大约60度电角度的规则间隔相继地限定完全导通的变换器臂。包括如此编程的第一控制器导致在第一DC端子与第二DC端子之间路由的DC电流需求是平滑和连续的。可选的,所述第一控制器被另外编程为,在为给定变换器臂将其每个臂部中的链式变换器选择性地操作为同时采用电流导通模式并由此限定完全导通的变换器臂时,同时为每个其它变换器臂将其一个或两个臂部中的链式变换器操作为使得一个链式变换器采用电流导通模式并且另一个链式变换器采用电流阻断模式,并由此限定部分导通的变换器臂以将相应的AC相电流需求波形朝向给定的AC端子引导,从而使得相应的AC相电流需求波形之和为零。在给定的AC端子处使得AC相电流需求波形之和为零,即在本专利技术的变换器内,消除了在第一DC端子与第二DC端子之间路由的DC电流需求中包括的任何AC分量,因此避免了在电流经过其流到在使用中与第一DC
端子和第二DC端子连接的DC网络之前对此电流进行滤波的需要。在HVDC安装中的任何一种滤波器都对于最终的变换器站的占地面积具有重大影响,因此避免了这样的滤波器是非常有利的。根据本专利技术的优选实施例的变换器进一步包括第二控制器,其被编程为:(a)为每个变换器臂获得对应的变换器臂需要跟踪的相应的AC相电流需求波形,以及每个变换器臂还需要跟踪的DC电流需求;以及(b)执行数学优化,为每个臂部确定该臂部为跟踪对应的所需AC相电流需求波形和所需的DC电流需求必须贡献的最优臂部电流。执行上述数学优化,即,从一组可用的替代方案中选择最佳的单独臂部电流(相对于选择标准),允许AC和DC电流需求彼此独立地受到(例如通过更高级别的控制器)控制。这还允许单独的臂部电流彼此独立地变化以适应通过变换器的不同的电流流动路径,例如在整个变换器的每个操作周期中,由相继限定完全导通的变换器臂和相应的部分导通的变换器臂所产生的不同的电流流动路径。此外,第二控制器能够实时执行步骤(a)和(b)以便允许本专利技术的变换器的稳健性控制。第二控制器可被编程为通过创建表示通过所述变换器的电流流动的等效变换器配置来进行数学优化。以上述方式创建等效变换器配置对变换器可被控制的方式加上约束条件,并且因此有助于执行数学优化来确定每个最优臂部电流。可选的,所述第二控制器被编程为通过映射通过所述变换器的可能的电流流动路径来创建表示通过所述变换器的电流流动的等效变换器配置。映射通过变换器的可能的电流流动路径有助于第二控制器来定制其提供给本专利技术的变换器的拓扑结构(即结构)的数学优化。优选地,所述第二控制器被编程为通过施加电流权重到多个臂部所提供的相对电流贡献来执行数学优化。施加这种权重允许每个臂部的性能变化使其更加具有适应性,同时继续优化变换器作为整体的操作。所述第二控制器可被编程为根据所述变换器的测量的操作参数来确定所述或每个权重。以上述方式确定权重允许第二控制器考虑到可能影响变换器的良好运行的环境因素,并且改变被确定以克服环境因素的最优臂部电流,并减轻对变换器的运行的相关联的影响。这样的环境因素的例子包括一个臂部中的部件发热,或臂部受到部件损坏或故障使得其性能下降。在本专利技术的另一个优选实施例中,当在特定操作条件下控制所述变换器时,所述第二控制器被编程为通过施加不同的权重到至少一个臂部来施加权重,使得所述或每个所述臂部提供与其它臂部不同的贡献。这种特征允许第二控制器区分一个臂部和另一个臂部,例如根据给定的臂部性能如何来进行区分。在以下情况下这是有用的,即当期望降低由给定臂部贡献的电流水平(例如这是因为与该臂部相关联的冷却运行于较低容量)并且暂时提高由一个或多个其它臂部提供的电流水平以便允许变换器继续操作和提供高水平的电力变换时。这也可以用来例如在故障或其它损坏降低给定臂部的性能的情况下,减少给定臂部必须提供的臂部电压,使得变换器仍然能够继续操作并提供高水平的电力变换。优选地,所述第二控制器被编程为执行数学优化来确定对应的臂部必须贡献以跟踪对应所需的AC相电流需求波形和所需的DC电流需求的一个或多个最小单独的臂部电流。确定一个或多个最小单独的臂部电流减小了每个臂部中的传导和开关损耗,这是因为通常这种损耗是与电流的平方(即I2)成正比的。在本专利技术的一个进一步优选的实施例中,所述第二控制器进一步被编程为执行数学优化以提供最优臂部电压源。包括如此编程的第二控制器有助于以可能的最有效的方式提供彼此独立变化的单独的臂部电流。附图说明现在将参照以下附图,通过非限制示例的方式来简要描述本专利技术的优选
实施例,在附图中:图1示出根据本专利技术的第一实施例的变换器的示意图;图2示出变换器的操作周期过程中图1所示的变换器本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种变换器,用于高压直流输电,包括:三个变换器臂,每个变换器臂对应于所述变换器的相应相,每个变换器臂在第一DC端子与第二DC端子之间延伸,并且每个变换器臂包括由AC端子分隔开的第一臂部和第二臂部,每个臂部包括能够操作以提供阶梯式可变电压源的链式变换器;以及第一控制器,被编程为选择性地在一个时刻为一个变换器臂将其每个臂部中的链式变换器操作为同时采用电流导通模式,并由此限定完全导通的变换器臂,以经由每个所述完全导通的变换器臂在所述第一DC端子与所述第二DC端子之间相继地路由DC电流需求。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.12 EP 13275311.21.一种变换器,用于高压直流输电,包括:三个变换器臂,每个变换器臂对应于所述变换器的相应相,每个变换器臂在第一DC端子与第二DC端子之间延伸,并且每个变换器臂包括由AC端子分隔开的第一臂部和第二臂部,每个臂部包括能够操作以提供阶梯式可变电压源的链式变换器;以及第一控制器,被编程为选择性地在一个时刻为一个变换器臂将其每个臂部中的链式变换器操作为同时采用电流导通模式,并由此限定完全导通的变换器臂,以经由每个所述完全导通的变换器臂在所述第一DC端子与所述第二DC端子之间相继地路由DC电流需求。2.根据权利要求1所述的变换器,其中所述第一控制器被编程为以大约60度电角度的规则间隔相继地限定完全导通的变换器臂。3.根据权利要求1或权利要求2所述的变换器,其中所述第一控制器被另外编程为,在为给定变换器臂将其每个臂部中的链式变换器选择性地操作为同时采用电流导通模式并由此限定完全导通的变换器臂时,同时为每个其它变换器臂将其一个或两个臂部中的链式变换器操作为使得一个链式变换器采用电流导通模式并且另一个链式变换器采用电流阻断模式,并由此限定部分导通的变换器臂以将相应的AC相电流需求波形朝向给定的AC端子引导,从而使得相应的AC相电流需求波形之和为零。4.根据任一项前述权利要求所述的变换器,还包括第二控制器,其被编程为:(a)为每个变换器臂获得对应的变...

【专利技术属性】
技术研发人员:O·F·贾西姆F·J·莫雷诺穆诺兹K·戴克
申请(专利权)人:通用电气技术有限公司
类型:发明
国别省市:瑞士;CH

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