模块化高压直流变换器制造技术

模块化高压直流变换器系统（１）包括高压直流（ＨＶＤＣ）网络（２）以及串联连接到高压直流（５）网络的两个或更多个ＤＣ／ＡＣ变换器（３），其中ＤＣ／ＡＣ变换器中的每一个被配置为向独立的交流负载（４）提供交流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及高压直流(HVDC)变换器系统，尤其涉及模块化HVDC变换器系统及其部件和用途。
技术介绍
与常规设施相比，从已有的电力网络向远程或者不方便地定位的分布式设施馈送电力、或者从远程或者不方便地定位的分布式设施向已有的电力网络馈送电力产生了稍微不同的挑战。这对于具有若干大功率电源或者负载的设施来说尤其显著。这种远程或者不方便地定位的分布式设施的示例是用于油和/或气生产的海上设施尤其是海底设施、海上风场设施以及位于远程位置的采矿区或者制炼厂。如在EP 1385259、WO 0152379和WO 0148892中所公开的，优选使用HVDC输电向这些设施馈送电力或者从这些设施馈送电力。自从1卯4年第一次使用HVDC输电以来，已经在商业上发现了许多DC输电的优点。最终用大功率晶闸管代替了汞弧阀，并且dc输电超过+/-600kV达到了几GW以及大约 1000千米的距离。在1997年，引入了新的种类的HVDC变换器站和HVDC输电。ABB将其命名为HVDC Light 产品系列。在电压源变换器中使用强迫换流的功率半导体允许大大改善对有功功率流、无功功率流和谐波的控制，甚至在连接到弱ac电网时。这从低压应用是公知的。允许电压源变换器在迄今不能达到的电压水平连接到网络的关键因素是功率晶体管的串联连接，在ABB 的情况下是IGBT的串联连接。HVDC Light 可以在dc以及ac侧连接到地下/水下线缆或者高架线。标准HVDC 和HVDC Light 之间明显的不同之处在于在后者中，dc链路的电压极性是恒定的，与功率流的方向无关。对于远程或者不方便地定位的分布式设施，目前例如由EP 13852589A代表的 Light 技术是针对可控性、低运行成本的好的解决方案，并且规模和投资成本也在合理的水平内。在这种解决方案中，电力通过HVDC线缆馈送到设施，HVDC Light 变换器作为用于在设施处例如向电机等分配电力的本地AC网络的AC电压源工作。经常使用汽轮机等经由本地电源提供备用电源。然而，这种本地电源需要相当大的空间和海上人员配备。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新的HVDC变换器系统，其克服了现有技术的缺点。这是通过在独立权利要求中限定的模块化HVDC变换器系统、其部件及其用途来实现的。使用根据本专利技术的HVDC变换器系统的一些优点如下与传统的变换器相比，模块化变换器中的每一个尺寸小、重量轻，从而处理更简单，尤其维护和修理期间的处理更简单。因为一个变换器的故障不会导致电力完全损失，并且连接到其它变换器的负载也不会受到影响，所以与传统的变换器相比，模块化方法提供了更好的冗余。模块化变换器可以提供频率可变的AC电力，因此能够用作电机的驱动单元。这些问题对于海上设施尤其对于海底设施更为重要。从以下对本专利技术的详细描述，其它优点将更加明显。在从属权利要求中限定了本专利技术的实施例。附图说明下面，参考附图详细描述本专利技术，在附图中图1示出根据本专利技术的模块化HVDC变换器系统的总体电路图。图2示出根据本专利技术的HVDC变换器系统的替代电路图。图3示出HVDC变换器的一个实施例的电路图。图如至如示出被配置为向根据本专利技术的模块化HVDC变换器系统馈送DC电流的整流器站或者HVDC电源的三个示例。图5示出根据本专利技术的模块化HVDC变换器单元。图6a和6b分别示意性地示出插入式插座和配对的插入式变换器的布局。图7a至7c示意性地示出插入式插座和配对的插入式变换器。图8示出替代插入式插座和插入式变换器设备。图9a和9b示意性地示出变换器的一个替代实施例和互连多个这种变换器的耦合方案。图10依然示出根据本专利技术的HVDC变换器系统的替代电路图。具体实施方式图1示意性地示出根据本专利技术的模块化HVDC变换器系统1的一个实施例。模块化HVDC变换器系统1包括高压直流(HVDC)网络2 ；串联连接到HVDC网络的两个或更多个DC/AC变换器3，其中DC/AC变换器中的每一个被配置为向独立的AC负载4提供AC。模块化变换器由每一个单独控制的多个小尺寸的串联连接的变换器单元3构成。一个变换器发生故障不会使整个输电停止，因为其它变换器将继续正常工作。变换器单元3是串联连接的，假设它们代表HVDC电路2中的一致负载的理想情况，每一个变换器单元上的电压近似是HVDC电压除以工作的变换器的数量。例如通过被配置为以可变电压(V)提供恒定电流(Id)的整流器站向HVDC网络提供HVDC。HVDC网络以50至500kV范围内的电压工作。 在图1中，由连接到三相高压AC网络6的HVDC变换器5提供HVDC电力，但是很明显HVDC 电力可以由例如电厂等的替代手段来提供。图如至4c示出整流器站或者HVDC电源的三个示例，其中图如示出HVDC Light 型变换器，图4b示出二极管整流桥式变换器，图如示出经典的HVDC型晶闸管桥。在公开的实施例中，HVDC网络是双极网络，但是其也可以是单极网络，其中大地作为返回路径，从而降低了线缆成本。根据一个实施例，变换器单元3可以连接到其各自的负载4，使得负载4可以在两个或更多个变换器单元3、7之间转移，由此提供一个或更多个后备变换器单元7将产生大大增强的冗余。图2示出了具有增强的冗余的模块化变换器系统1的一个示例，其中在相关联的变换器单元发生故障或者进行维护的情况下后备变换器单元7可以连接到负载4中的任何一个。在图2中，后备变换器单元7连接到后备功率导体8，继而连接到后备功率开关9，这使得AC负载中的每一个与后备功率导体连接。在图9a和9b中公开了提供改进的冗余的替代示例，其中每一个变换器单元3分别设置有两个HVDC输入和输出，如图9b所示，这些单元以重叠的方式彼此连接。根据一个实施例，对模块化变换器的单独控制可以用于为连接到AC侧的电机建立可变频率和电压，并且作为完整的驱动系统工作，或者它们可以用于以恒定电压和频率馈送辅助电力。因此，可以省略附加驱动系统。单独的变换器可以在ac侧彼此隔离，向不同的负载馈送可能不同的频率和电压水平，或者可以通过常规低压开关板作为网络电源或者其组合连接到公共母线。模块化DC/AC变换器图3示出根据本专利技术的模块化DC/AC变换器3的一个示例。DC/AC变换器包括 DC输入10和DC输出11，用于与HVDC网络串联连接；AC输出12，用于连接到AC负载；DC/ DC变换器13，被配置为将HVDC网络中的HVDC电压的一部分变换为可控中压直流(MVDC， Medium Voltage Direct Current)电压；以及DC/AC变换器14，被配置为将可控MVDC电压变换为馈送给AC负载的可控AC电压。在公开的实施例中，DC/DC变换器13包括与DC输入串联连接的高压开关单元(HV开关)15，被配置为在输入侧经由二极管17在与HV开关 15并联连接的电容器16上提供可控DC电压。DC/AC变换器14与电容器并联连接，从而在输入侧具有可控MVDC电压。根据一个实施例，HV开关是与二极管23并联连接的IGBT开关22。根据一个实施例，DC/AC变换器是二电平HVDC Light 变换器桥，负载可以通过变压器19连接到DC/AC变换器以降低馈送到负载的电压。模块化DC/AC变换器3还包括旁路开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＤＣ／ＡＣ变换器（３），其特征在于包括：直流输入（１０）和直流输出（１１），用于与高压直流网络（２）串联连接；交流输出（１２），用于连接到交流负载（４）；ＤＣ／ＤＣ变换器（１３），被配置为将高压直流网络中的高压直流电压的一部分变换为可控中压直流（ＭＶＤＣ）电压；以及ＤＣ／ＡＣ变换器（１４），被配置为将可控中压直流电压变换为可控交流电压，以便馈送给交流负载。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：贡纳尔阿斯普隆德，马茨许蒂宁，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]