一种在旁路连接中与三相电力网络(2)交换电力的装置，包括一方面对每个所述相，无功阻抗元件(3’、31、41、51)以及与所述元件串联连接的电压源变换器(32、42、52)，并且另一方面控制单元(25)被配置为控制所述电压源变换器的关断型半导体器件以便生成基本频率与各所述相的电压的基本频率相等的电压，并且通过该控制单元来控制所述装置与所述电力网络的各相之间的无功电力的流。每个所述电压源变换器包括所谓H桥形式的开关单元的串联连接，该开关单元包括两个并联连接的开关元件，并且每个开关元件至少具有两个串联连接的半导体组件。每个开关单元还包括至少一个与所述开关元件并联连接的能量存储电容器。
【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在旁路连接中与三相电力网络交换电力的装置，所述装置包括一方面对每个所述相无功阻抗元件以及与所述元件串联连接的电压源变换器，并且另一方面控制单元被配置为控制所述电压源变换器的关断型半导体器件以便生成基本频率与各自的所述相的电压的基本频率相等的电压，并且通过该控制单元来控制所述装置与所述电力网络的各相之间的无功电力的流。也就是说，可以模仿电容器和电抗器的行为。
技术介绍
在电力网络中经常通过将旁路连接中的、电感器和电容器形式的无功阻抗元件连接到电力网络，发生无功电力的流的补偿。通过将半导体开关与该电感器串联，流经该电感器的电流可以受到控制并且因此与所述网络的无功电力的交换也可以受到控制。通过将半导体开关与该电容器串联并且对其进行控制，可以按部就班地控制提供给该电力网络的无功电力。在工业网络中，连接在旁路连接中的电容器主要用于补偿例如大型异步电动机中的无功电力消耗。该装置的另一个应用涉及具有变化极大的无功电力消耗的负载，如在工业电弧炉中。通过利用所述电压源变换器并且利用脉冲宽度调制来控制所述电压源变换器，可以获得对所述电力交换的快速控制。这是通过控制该变换器以生成具有实质上在频率和相位上与网络的电压一致的基础分量的电压。通过变化所生成的电压的幅度，如果该变换器的电压的幅度低于该网络的电压的幅度则该变换器可以用来消耗无功电力，并且如果变换器的电压的幅度高于该网络的电压的幅度则该变换器可以用来生成无功电力。通过US 7173349B2得知根据上文的介绍的装置，并且在附图1和2中示意性地示出了两个不同的该配置。图1示出了电压源变换器1’在旁路中通过电容器3’形式的无功阻抗元件连接到电力网络2 ’。该串联连接还包括滤波器电感器4 ’，用于对变换器所产生的电压进行平滑并且限制短路电流。电容器3’与电压源变换器1’的串联连接的优点在于在电力网络2’的电压为1.0每单元时可以将变换器的电压额定为0.33每单元。这意味着相对于没有电容器3’的情况，可以降低在所述电压源变换器中串联连接的半导体器件的数量。然后将电容器3，的额定为用于这样一种电压，该电压对应于该电力网络电压加上该变换器生成的、与电力网络电压相位相反的电压。图2显示了另一个已知的无功电力补偿装置，其与根据图1的装置的不同之处在于在该情况中无功阻抗元件是电感器5’，将电感器5’的额定为用于这样一种电压，该电压对应于该电力网络电压加上该变换器生成的、与电力网络电压相位相反的电压。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供上文的介绍中所定义的那种类型的但是相对于已知的装置至少在一些方面得以改进的装置。根据本专利技术，通过提供这样一种装置来达到该目的，在该装置中每个所述电压源变换器包括所谓H桥形式的开关单元的串联连接，该开关单元包括两个并联连接的开关元件，并且每个开关元件至少具有两个串联连接的半导体组件，并且每个半导体组件具有关断型的半导体器件和与半导体器件反并联地连接的整流元件，每个所述开关单元还包括至少一个与所述开关元件并联连接的能量存储电容器，每个开关元件的半导体组件之间的中点形成了该开关单元的端子，该端子用于连接到相邻开关单元的对应端子以形成开关单元的所述串联连接，并且所述控制单元被配置为控制每个开关单元的所述半导体组件的所述半导体器件，并且通过该控制单元，每个开关单元传送的跨过端子的电压是零、+U或-U (其中U是所述电容器两端的电压)，以便与电压源变换器的其他开关单元一起传送为由每个开关单元如此传送的电压之和的电压脉冲，用于生成用于所述无功电力流控制的电压。在相串联连接中利用该电压源变换器将带来大量优点。用较少数该串联连接的开关单元已经可以获得较大量不同的由变换器传送的所述电压脉冲，从而无需任何平滑滤波器就已经可以获得基本频率的形状与正弦电压非常接近的所述电压。此外，这已经可以通过实质上比两或三级电压源变换器中所使用的开关频率更低的开关频率来获得。此外， 这使其能够获得实质上更低的损耗并且还减少了滤波和谐波电流和无线电干扰的问题，从而其所用的设备的成本将更低。这总体导致该装置的性能更好并且节省已知的该装置的成本。根据本专利技术的一个实施方式，所述无功阻抗元件包括电容器，该电容器使得能够获得连续可控的无功电力生成。根据本专利技术的另一个实施方式，每个相的所述串联连接包括滤波电感器，该滤波电感器被配置为对所生成的所述基本频率电压进行平滑或者限制短路电流。根据本专利技术的另一个实施方式，通过形成星形连接，将所述无功阻抗元件的串联连接和在旁路中连接到所述电力网络的三个相的所述电压源变换器相互连接。在电力网络的无功电力消耗中，到三相电力网络的该类型连接的装置将非常有效。根据本专利技术的另一个实施方式，通过使得每个所述相串联连接的无功阻抗元件的一端连接到所述相并且另一端连接到该电压源变换器的开关单元的该串联连接的一端并且该电压源变换器的开关单元的该串联连接的另一端连接到其他两个电压源变换器的对应的端，获得该星形连接。可选择地，可以通过使得每个所述相串联连接的电压源变换器的开关单元的所述串联连接的一端连接到所述相并且另一端连接到所述无功阻抗元件的一端并且该无功阻抗元件的另一端连接到另外两个相串联连接的无功阻抗元件的对应的端，获得该星形连接。根据本专利技术的另一个实施方式，通过形成三角形连接，将所述无功阻抗元件的相串联连接与在旁路中连接到该电力网络的三个相的所述电压源变换器相互连接。这构成了将该类型的装置连接到三相电力网络的另一种受欢迎的方法，并且当希望在该装置与网络之间引入有功电力的瞬态交换时(例如为了降低工业电弧炉的操作中引起的闪烁 (flicker))，所述相串联连接的该类型的互联尤其适用。可以获得这个效果是因为通过该连接可以将高电流从该装置传送到网络这一事实。根据本专利技术的一个实施方式，通过使得每个所述相串联连接的所述无功阻抗元件的一端连接到所述相并且另一端连接到所述电压源变换器的开关单元的所述串联连接的5第一端，并且每个电压源变换器的开关单元的所述串联连接的第二端连接到其他两个相串联连接之一的电压源变换器的所述第一端，形成该三角形连接。当该装置包括电容器形式的无功阻抗元件时，通过形成到三相电力网络的星形连接或三角形连接而具有所述相串联连接的以上装置的另一个优点在于该电容器可以阻止 DC电流并且允许非对称接地。根据本专利技术的另一个实施方式，每个所述电压源变换器中的所述开关单元的串联连接的所述开关单元的数量具体地与所述网络上试图提供的电压成比例，例如，4-20或 8-15。虽然该类型的装置通过降低需要串联连接的开关单元的数量而获得了成本节省，但是当所述串联连接中的开关单元的数量相当高而导致由变换器所传送的电压脉冲可能等级数量很大时，也很有兴趣使用该类型的变换器。根据本专利技术的一个实施方式，所述半导体组件的所述半导体器件是IGBT(绝缘栅双极晶体管)、IGCT(集成栅极换流晶闸管)或GTO(栅极可关断晶闸管)。这些是适用于该变换器的半导体器件，但是可以想到其他关断型的半导体器件。根据本专利技术的另一个实施方式，所述电压源变换器具有与与其串联连接的所述无功阻抗元件一起生成幅度为IOkV到300kV (优选地，30kV到200kV)的所述基本频率电压的能力。该装置将适用于与例如高压传输线本文档来自技高网...
【技术保护点】
【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：F·奇门托，F·迪吉库伊曾，JP·哈斯勒，F·霍辛尼，T·乔森，P·伦德伯格，M·蒙格，S·诺加，J·斯文森，F·廷勒夫，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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