电压源转换器制造技术

一种用于互连第一和第二电网的电压源转换器(10；80；90)包括转换器结构(12)，其包括用于到第一电网(16)的第一端子(14)以及用于到第二电网(20)的连接的第二端子(18)。转换器结构(12)还包括至少一个模块(38)，其连接在第一与第二端子(14，18)之间。该或每个模块(38)包括至少一个能量存储装置(40)和至少一个开关元件(46，48)。该或每个能量存储元件(40)和开关元件(46，48)可操作以便有选择地提供电压源。转换器结构(12)更进一步包括集成无源故障电流限制器(54)，其配置成在电压源转换器(10；80；90)的正常操作期间对电压源转换器(10；80；90)中流动的正常电流(IN)呈现第一阻抗，并且配置成在故障状况期间对电压源转换器(10；80；90)中流动的故障电流(IF)呈现第二阻抗。第一阻抗低于第二阻抗。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电压源转换器本专利技术涉及电压源转换器。在高压直流(HVDC)输电网中，交流(AC)电力通常转换成直流(DC)电力，以用于经由高架线和/或海底电缆的传输。这个转换消除对于补偿输电介质（即输电线或电缆）所施加的AC电容负载效应的需要，以及降低每公里线路和/或电缆的成本，并且因而在电力需要通过长距离传送时变为成本有效的。DCC电力与AC电力之间的转换还用于必需互连DC和AC电网的输电网中。在任何这种输电网中，在AC与DC电力之间的每个接口处要求转换器以实现要求的转换：AC到DC或者DC到AC。一种这样的转换器是电压源转换器(VSC)。按照本专利技术的第一方面，提供一种用于互连第一和第二电网的电压源转换器，该电压源转换器包括转换器结构，其包括：用于到第一电网的连接的第一端子；用于到第二电网的连接的第二端子；连接在第一与第二端子之间的至少一个模块，该或每个模块包括至少一个能量存储装置和至少一个开关元件，该或每个能量存储元件和开关元件可操作以便有选择地提供电压源；以及集成无源故障电流限制器，配置成在电压源转换器的正常操作期间对电压源转换器中流动的正常电流呈现第一阻抗，并且配置成在故障状况期间对电压源转换器中流动的故障电流呈现第二阻抗，第一阻抗低于第二阻抗。故障电流限制器的无源性质自动准许其操作，即第一较低阻抗或第二较高阻抗的选择性呈现，而无需例如通过人或控制算法的任何形式的有源控制，即持续监控。同时，与常规电压源转换器相比，呈现第一较低阻抗或第二较高阻抗的所述能力改进本专利技术的电压源转换器的性能。这种改进性能是显然的，首先因为较低的第一阻抗在电压源转换器的正常操作期间提供对电网之一中的电压的更好利用，并且由此准许给定电力量以比否则在例如包含较高固定阻抗时会发生的损耗要低的损耗在第一与第二电网之间传递。其次，第二较高阻抗在故障状况期间对第一与第二端子之间的该或每个模块中的该或每个开关元件提供一定程度的保护，并且因此准许使用较低电流定额的开关元件(其因而不太笨重并且不太昂贵)，同时避免对附加固定阻抗的需要(其如上所述否则在其正常操作期间会使电压源转换器的效率降级)。优选地，第二阻抗充分高，以便将故障电流的增加率限制到预定级别。呈现这种第二阻抗的能力允许故障电流的预定增加率被选择成使得在故障状况的开始之后提供充分延迟，以便在故障电流超过该或每个模块中的该或每个开关元件的电流定额之前准许较慢行动的保护元件的操作，例如电网之一中的断路器的断开。依靠较慢行动的保护元件的所产生能力准许从该或每个模块中省略快速行动的保护元件（例如晶闸管），并且由此极大地降低该或每个这种模块的复杂度和成本。可选地，第二阻抗充分高，以便还将故障电流限制到处于或低于该或每个模块中的该或每个开关元件的电流定额的级别。这种第二阻抗为本专利技术的电压源转换器提供故障穿越能力，由此转换器能够耐受故障状况，而甚至无需操作较慢行动的保护元件（例如断路器）。避免操作这种保护元件的需要是特别期望的，因为它通常中断第一与第二电网之间的电力流，并且由此使关联输电方案的用户感到不便（因为此后需要电压源转换器在对应电网能够被重新连接之前经过启动序列和检查）。故障电流限制器可以是或者包括按照流经其的电流的级别在第一低阻抗状态与第二高阻抗状态之间转变的材料。作为或者包括这种材料的故障电流限制器合乎需要地准许第一较低阻抗或第二较高阻抗的自动呈现，而无需通过人或控制算法的任何监控，并且因此易于促进本专利技术的电压源转换器的复杂度的显著降低。在本专利技术的优选实施例中，材料是或者包括超导材料，其具有在流经其的电流超过电流阈值时发生变化的电阻。这种超导材料能够提供第一与第二阻抗之间的合乎需要的高比率，以便允许正常操作期间的电压源转换器的改进效率，同时还提供故障状况期间的高故障电流阻断性能。优选地，超导材料配置成为故障电流限制器提供非线性电阻特性。具有非线性电阻特性的故障电流限制器当交流或直流流经其时按照流经其的电流的级别在第一低阻抗状态与第二高阻抗状态之间转变，并且因此在它能够集成于转换器结构中的位置方面提供许多灵活性。超导材料可配置成为故障电流限制器提供非线性电感特性。具有非线性电感特性的故障电流限制器能够被优化成当交流电流流经其时在第一低阻抗状态与第二高阻抗状态之间转变。可选地，材料是或者包括磁性材料，其随着流经其的电流增加而耗散更大量的能量。由这种磁性材料对能量的耗散等同于电阻。因此，磁性材料能够提供期望的第一较低阻抗，以允许正常操作期间的电压源转换器的有效操作，以及在故障状况期间提供具有良好故障电流阻断性能的第二较高阻抗。在本专利技术的另一优选实施例中，磁性材料是未磁化的，并且随着流经其的电流的级别增加而变得被磁化。未磁化磁性材料能够被优化成当交流电流流经其时在第一低阻抗状态与第二高阻抗状态之间转变。优选地，磁性材料经过预磁化，并且随着流经其的电流的级别增加而变得被消磁。预磁化磁性材料能够被优化成当直流电流流经其时在第一低阻抗状态与第二高阻抗状态之间转变。可选地，电压源转换器包括与该或每个模块串联连接在第一与第二端子之间的集成无源故障电流限制器。按照这种方式布置第一集成无源故障电流限制器允许故障电流限制器使交流和直流的组合经过其中，并且因此增加可形成故障电流限制器或者故障电流限制器可包括的不同类型的材料的数量。另外，这种布置准许从第一与第二端子之间省略电抗器元件。这降低了第一与第二端子之间的电压降，并且因此类似地降低在第一与第二电网之间的给定电力量的传递期间的转换器中引起的损耗。电压源转换器可包括串联连接在第一端子与第一电网(其在使用中与第一端子连接)之间的集成无源故障电流限制器。优选地，电压源转换器包括串联连接在第二端子与第二电网(其在使用中与第二端子连接)之间的集成无源故障电流限制器。集成无源故障电流限制器相对于第一和第二端子其中之一或另一个的这类布置合乎需要地准许所述故障电流限制器按照流经其的电流的性质（即交流或直流）的优化。另外，在本专利技术的某些实施例中的转换器结构中多于一个无源故障电流限制器的集成允许每个这种故障电流限制器是或者包括不同类型的材料，其具有按照转换器结构中的故障电流限制器的不同位置以及流经其的电流的对应性质（即交流和/或直流）所优化的性能特性。下面是对附图进行参照的、作为非限制性示例的本专利技术的优选实施例的概要描述，附图中：图1示出按照本专利技术的第一实施例的电压源转换器；图2示意示出形成图1中所示电压源转换器的一部分的相应无源故障电流限制器中包含的第一材料的电阻特性；图3示意示出所述无源故障电流限制器在故障状况期间对流经图1中所示电压源转换器中的相应开关元件的故障电流的影响；图4示意示出适合于包含在图1中所示电压源转换器的相应无源故障电流限制器中的第二材料的特性；图5示意示出适合于包含在图1中所示电压源转换器的相应无源故障电流限制器中的第三材料的特性；图6示出按照本专利技术的第二实施例的电压源转换器；图7示出在电压源转换器在使用中与其连接的第一电网中发生故障状况的情况下、在图6中所示电压源转换器的第一端子的故障电流；图8示出按照本专利技术的第三实施例的电压源转换器；以及图9示出在电压源转换器使用时与其连接的第一电网中发生故障状况的情况下、在图8中所示电压源转换器的第二端子的故本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于互连第一和第二电网的电压源转换器，所述电压源转换器包括转换器结构，所述转换器结构包括：第一端子，用于到所述第一电网的连接；第二端子，用于到所述第二电网的连接；至少一个模块，连接在所述第一与第二端子之间，该或每个模块包括至少一个能量存储装置和至少一个开关元件，该或每个能量存储元件和开关元件可操作以便有选择地提供电压源；以及集成无源故障电流限制器，配置成在所述电压源转换器的正常操作期间对所述电压源转换器中流动的正常电流呈现第一阻抗，并且配置成在故障状况期间对所述电压源转换器中流动的故障电流呈现第二阻抗，所述第一阻抗低于所述第二阻抗。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.11 EP 14275190.81.一种用于互连第一和第二电网的电压源转换器，所述电压源转换器包括转换器结构，所述转换器结构包括：第一端子，用于到所述第一电网的连接；第二端子，用于到所述第二电网的连接；至少一个模块，连接在所述第一与第二端子之间，该或每个模块包括至少一个能量存储装置和至少一个开关元件，该或每个能量存储元件和开关元件可操作以便有选择地提供电压源；以及集成无源故障电流限制器，配置成在所述电压源转换器的正常操作期间对所述电压源转换器中流动的正常电流呈现第一阻抗，并且配置成在故障状况期间对所述电压源转换器中流动的故障电流呈现第二阻抗，所述第一阻抗低于所述第二阻抗。2.按照权利要求1的电压源转换器，其中，所述第二阻抗充分高，以便将所述故障电流的增加率限制到预定级别。3.按照权利要求2的电压源转换器，其中，所述第二阻抗充分高，以便还将所述故障电流限制到处于或低于该或每个模块中的该或每个开关元件的电流定额的级别。4.按照任一前述权利要求的电压源转换器，其中，所述故障电流限制器是或者包括按照流经其的电流的级别在第一低阻抗状态与第二高阻抗状态之间转变的材料。5.按照权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：B鲁卡斯科，FJ莫雷诺穆尼奥斯，DR特赖纳，CDM奥亚茨，J斯特奇斯，
申请(专利权)人：通用电器技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH