HVDC功率转换器中或与之有关的改进制造技术

在高压直流（HVDC）功率转换器领域中，提供了HVDC功率转换器（10；70；80；90；100），其包括第一和第二DC端子（12、14）以用于连接到DC网络（16）。该功率转换器（10；70；80；90；100）还包括至少一个转换器分支（18A、18B、18C）。该或每个转换器分支（18A、18B、18C）在第一与第二DC端子（12、14）之间延伸并且包括被相应AC端子（26A、26B、26C）分开的第一和第二分支部分（22A、22B、22C、24A、24B、24C）。该或每个转换器分支（18A、18B、18C）的AC端子（26A、26B、26C）用于连接到AC网络（20）的相应AC相（a、b、c）。该或每个第一分支部分（22A、22B、22C）在第一DC端子（12）与对应的AC端子（26A、26B、26C）之间延伸，并且该或每个第二分支部分（24A、24B、24C）在第二DC端子（14）与对应的AC端子（26A、26B、26C）之间延伸。每个分支部分（22A、22B、22C、24A、24B、24C）包括相应的阀（28），其可操作以选择性地准许电流流过对应的分支部分（22A、22B、22C、24A、24B、24C）并且因此在相应DC端子（12、14）与对应的AC端子（26A、26B、26C）之间流动，以由此在使用中在DC与AC网络（16、20）之间运输电力。功率转换器（10；70；80；90；100）还包括至少一个放电电路（44），其在至少一个转换器分支（18A、18B、18C）与地（50）之间电连接，以选择性地提供从该或每个转换器分支（18A、18B、18C）到地（50）的电流放电路径（54）。

Improvements in or relating to HVDC power converters

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】HVDC功率转换器中或与之有关的改进
本专利技术涉及高压直流（HVDC）功率转换器。
技术介绍
在HVDC输电中，交流（AC）电力被转换成高压直流（DC）电力以经由架空线和/或海底线缆传输。该转换将每公里线和/或线缆的成本降低并且因此当需要远距离传输电力时是具有成本效益的。一旦所传输的电力到达它的目标目的地，高压DC电力在分配到本地网络之前就被转换回AC电力。在必需互连以不同频率操作的两个AC网络的情况下，在输电网络中通常还利用AC电力到DC电力的转换。在AC与DC网络之间的每个接口处需要HVDC功率转换器来实行AC电力与DC电力之间所需的转换。
技术实现思路
根据本专利技术的方面，提供HVDC功率转换器，其包括：第一和第二DC端子，用于连接到DC网络；至少一个转换器分支（limb），该或每个转换器分支在第一与第二端子之间延伸，该或每个转换器分支包括被相应AC端子分开的第一和第二分支部分，该或每个转换器分支的AC端子用于连接到AC网络的相应AC相，该或每个第一分支部分在第一DC端子与对应的AC端子之间延伸，该或每个第二分支部分在第二DC端子与对应的AC端子之间延伸，每个分支部分包括相应的阀，其可操作以选择性地准许电流流过对应的分支部分并且因此在相应DC端子与对应AC端子之间流动，以由此在使用中在DC与AC网络之间输送电力；以及至少一个放电电路，其在至少一个转换器分支与地之间电连接，以选择性地提供从该或每个转换器分支到地的电流放电路径。包括一个或多个这样的放电电路，这些放电电路以前面提到的方式在功率转换器内连接，这准许DC传输管道的电压水平通过将所述DC传输管道中流动的电流经由所述一个或多个放电电路向地放电而快速降低，其中所述DC传输管道即DC传输线或电缆，其在使用中连接到功率转换器的第一或第二DC端子中的一个。可能例如由于安全原因，如果传输管道设置于其内的给定DC输电网络需要断电以便修理或维护，则需要DC传输管道的操作电压中的这种快速降低。特别是对于对称单极传输方案也可能是期望的，在该对称单极传输方案中，到地的单个传输管道故障导致有故障的管道中的电流被放电到零而另外健康的管道则被过度充电到接近传输管道的绝缘保护的水平，并且因此需要使它的电压水平至少一定程度上降低。另外，给定转换器分支与地之间的该或每个放电电路的电连接提供了使功率转换器控制放电过程的选项，例如通过控制位于需要快速放电的传输管道所连接到的DC端子之间的对应阀的操作，即，通过控制对应放电阀的操作，以便选择性地准许放电电流从所述DC端子经由相关联的分支部分流到地。放电过程的这种控制允许例如在任何时间停止放电电流的流动（通过控制所述阀来防止放电电流通过其流动）。因此，例如关于在对称单极传输方案中从单极故障恢复方面，一旦感兴趣的传输管道的电压降到只需要是额定操作电压的某一百分比的期望值，就可以停止放电过程。这进而允许传输方案的启动比例如常规DC传输管道放电布置要快得多，其中常规DC传输管道放电布置需要感兴趣的传输管道的电压完全放电到零。此外，在本专利技术的布置中，该或每个放电电路内的放电开关元件未暴露于较长持续时间的例如跨开路触点的DC电压应力（stress），但其另外在给定DC端子或DC传输管道与地之间直接电连接的常规DC传输管道放电布置中出现。因此，本专利技术所包括的放电开关元件比常规DC传输管道放电布置中所并入的那些可能更简单且更便宜。此外，放电开关元件仅需要在零（或几乎零）电流操作并且因此它不必实施电流形成或断开能力。因此，关于本专利技术所包括的放电开关元件的更进一步降低的性能要求，可能有更进一步的成本节省。优选地，至少一个放电电路包括选择性可开和可闭放电开关元件。例如，在相关联HVDC功率转换器的正常操作条件下，这样的开关元件可期望地促进电流放电路径的阻断。尤其优选的放电开关元件的一个示例是AC接地开关。这样的接地开关未提供DC电压应力耐受能力并且因此比例如常规DC传输管道放电布置中所需要的DC接地开关要便宜得多。可选地，至少一个放电电路包括接地电抗器。这样的电抗器的阻抗取决于对它施加的电信号的频率，例如根据：其中zx(w)是处于角频率w的电抗器阻抗；并且L是处于相同的角频率w的电抗器阻抗。因此，在本专利技术的功率转换器的正常操作下，即当第一和第二DC端子处的电压平衡时，这样的接地电抗器在基频处暴露于AC电压并且因此接地电抗器在对应的转换器分支与地之间呈现高阻抗。因此，可以选择接地电抗器的电感使得它对功率转换器的正常操作几乎没有影响。同时，接地电抗器跨过它施加DC电压时提供基本上零（或非常小）阻抗，并且因此这种电抗器能够根据需要提供到地的低阻抗路径，这时决定通过相关联的DC传输管道来降低给定第一或第二DC端子处呈现的DC电压。至少一个放电电路可以另外包括串联连接的电阻器。包括这样的电阻器提供额外帮助来耗散与期望降低的给定DC端子处的DC电压相关联的能量。在本专利技术的另一个优选实施例中，一个或多个串联连接的电阻器选择性地可接通和断开对应放电电路。这样的布置准许该或每个这样的电阻器在功率转换器的某一其他操作期间执行额外功能，例如，诸如预插（pre-insertion）电阻器，其可以被包括在一些HVDC功率转换器中来限制可能在功率转换器初始通电期间从所连接的AC网络流动的不受控涌入（inrush）电流的幅度。可选地，至少一个放电电路电连接到对应转换器分支内的AC端子的AC网络侧。用这样的方式来布置一个或多个放电电路有助于确保单个放电电路可以用于将第一和第二DC端子的任一个处出现的DC电压减少和/或放电。优选地，HVDC功率转换器包括多个放电电路，其中的每个在相应的单转换器分支与地之间电连接。这样的布置提供具有一个或多个冗余放电电路的益处，这虑及更高的操作可靠性以及维修或修理给定放电电路同时继续操作功率转换器的选项两者。另外，这样的多个放电电路可以提供更短的DC电压放电时间。HVDC功率转换器可以进一步包括控制单元，对该控制单元编程来控制功率转换器内每个阀的开关，并且当期望降低在使用中电连接到第一和第二DC端子中的一个或另一个的感兴趣的DC传输管道的电压时，进一步对该控制单元编程以：（a）控制每个阀，以防止电流通过其流动；以及（b）控制设置于位于所述DC端子与放电电路之间的至少一个分支部分内的阀，以允许放电电流流过所述阀并且因此流过该或每个对应分支部分并且继续流过放电电路，其中感兴趣的DC传输管道电连接到所述DC端子。包括这样的控制电路有利地允许功率转换器控制放电过程的所有方面，即通过根据需要选择合适的阀来充当指定的放电阀，其具有上文提到的这样的放电过程所带来的所有伴随的益处。优选地，其中的每个阀包括由多个串联连接的链节模块形成的链节转换器，该链节模块中的每个包括与能量存储设备电连接的多个个体开关元件。在每个阀内包括这样的链节转换器允许每个阀按所期望的那样操作以提供步进式可变电压源，其有助于提高功率转换器能够在相应的AC与DC网络之间运输电力的效率。可选地，对控制单元编程来控制设置于位于所述DC端子与放电电路之间的至少一个所述分支部分内的链节转换器，以通过选择性地将该或每个所述链节转换器内的每个链节模块切换成旁路状态来允许电流通过其流动，其中感兴趣的DC传输管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种HVDC功率转换器（10；70；80；90；100），包括：第一和第二DC端子（12、14），用于连接到DC网络（16）；至少一个转换器分支（18A、18B、18C），所述或每个转换器分支（18A、18B、18C）在所述第一与第二DC端子（12、14）之间延伸，所述或每个转换器分支（18A、18B、18C）包括被相应AC端子（26A、26B、26C）分开的第一和第二分支部分（22A、22B、22C、24A、24B、24C），所述或每个转换器分支（18A、18B、18C）的所述AC端子（26A、26B、26C）用于连接到AC网络（20）的相应AC相（a、b、c），所述或每个第一分支部分（22A、22B、22C）在所述第一DC端子（12）与对应的AC端子（26A、26B、26C）之间延伸，所述或每个第二分支部分（24A、24B、24C）在所述第二DC端子（14）与对应的AC端子（26A、26B、26C）之间延伸，每个分支部分（22A、22B、22C、24A、24B、24C）包括相应的阀（28），所述阀（28）可操作以选择性地准许电流流过所述对应分支部分（22A、22B、22C、24A、24B、24C）并且因此在相应DC端子（12、14）与所述对应AC端子（26A、26B、26C）之间流动，以由此在使用中在所述DC与AC网络（16、20）之间运输电力；以及至少一个放电电路（44），所述放电电路（44）在至少一个转换器分支（18A、18B、18C）与地（50）之间电连接，以选择性地提供从所述或每个转换器分支（18A、18B、18C）到地（50）的电流放电路径（54）。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.01 EP 16201775.01.一种HVDC功率转换器（10；70；80；90；100），包括：第一和第二DC端子（12、14），用于连接到DC网络（16）；至少一个转换器分支（18A、18B、18C），所述或每个转换器分支（18A、18B、18C）在所述第一与第二DC端子（12、14）之间延伸，所述或每个转换器分支（18A、18B、18C）包括被相应AC端子（26A、26B、26C）分开的第一和第二分支部分（22A、22B、22C、24A、24B、24C），所述或每个转换器分支（18A、18B、18C）的所述AC端子（26A、26B、26C）用于连接到AC网络（20）的相应AC相（a、b、c），所述或每个第一分支部分（22A、22B、22C）在所述第一DC端子（12）与对应的AC端子（26A、26B、26C）之间延伸，所述或每个第二分支部分（24A、24B、24C）在所述第二DC端子（14）与对应的AC端子（26A、26B、26C）之间延伸，每个分支部分（22A、22B、22C、24A、24B、24C）包括相应的阀（28），所述阀（28）可操作以选择性地准许电流流过所述对应分支部分（22A、22B、22C、24A、24B、24C）并且因此在相应DC端子（12、14）与所述对应AC端子（26A、26B、26C）之间流动，以由此在使用中在所述DC与AC网络（16、20）之间运输电力；以及至少一个放电电路（44），所述放电电路（44）在至少一个转换器分支（18A、18B、18C）与地（50）之间电连接，以选择性地提供从所述或每个转换器分支（18A、18B、18C）到地（50）的电流放电路径（54）。2.如权利要求1所述的HVDC功率转换器（10；70；80；90；100），其中至少一个放电电路（44）包括选择性可开和可闭放电开关元件（46）。3.如权利要求1所述的HVDC功率转换器（10；70；80；90；100），其中至少一个放电电路（44）包括接地电抗器（102）。4.如权利要求2或权利要求3所述的HVDC功率转换器（10；70；80；90；100），其中至少一个放电电路（44）另外包括串联连接的电阻器（72）。5.如权利要求4所述的HVDC功率转换器（10；70；80；90；100），其中一个或多个串联连接的电阻器（72）选择性地可接通和断开对应的放电电路（44）。6.如任一项前述权利要求所述的HVDC功率转换器（10；70；80；90；100），其中至少一个放电电路（44）电连接到对应转换器分支（18A、18B、18C）内的所述AC端子（26A、26B、26C）的AC网络侧（52）。7.如任一项前述权利要求所述的HVDC功率转换器（10；70；80；90；100）包括多个放电电路（44、44’、44’’），所述多个放电电路（44、44’、44’’）中的每个在相应单个转换器分支（18A、18B、18C）与地（50）之间电连接。8.如任一项前述权...

【专利技术属性】
技术研发人员：A阿当齐克，R古普塔，
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