高压直流输电系统
专利汇可以提供高压直流输电系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一 高压直流输电 系统包括一个整流站(1)和一个逆变站(2)，它们通过直流连线(4)互连，还包括接在直流连线和交流网络(3c)间的第三变换站(3)，第三变换站包括通过直流 电压 变换器(5)与直流连线相连的变换器(3a)。该直流电压变换器包括至少第一和第二变换器级(8∶1，8∶2)，每级皆有正极端(TP∶1，TP∶2)、负极端(TM∶1，TM∶2)和输出端(TO∶1，TO∶2)，并包括带有至少一个可关断 半导体 阀 (T1，T2)的电压源变换 电路 (V，C1，SL)。第二变换器级的正极端与第一变换器级的输出端相连，第二变换器级的输出端与第一变换器级的负极端相连。，下面是高压直流输电系统专利的具体信息内容。
1．一高压直流输电系统，包括至少一个整流站(1)和一个逆变站 (2)，它们通过直流连线(4)互连，还包括接在直流连线和交流网络 (3c)间的第三变换站(3)，该变换站包括通过直流电压变换器(5) 与直流连线相连的变换器(3a)，其特征在于，该直流电压变换器包括 至少第一和第二变换器级(8∶1，8∶2)，每级皆有正极端(TP∶1，TP∶2)、 负极端(TM∶1，TM∶2)和输出端(TO∶1，TO∶2)，第二变换器级的正极 端和负极端分别被连接到第一变换器级的输出端和地电位，第二变换器 级的输出端被连接到第一变换器级的负极端，以形成所述直流电压变换 器(5)的输出，每个所述变换器级包括一个电压源变换电路(V，Cl， SL)，具有在一个公共连接点(J)和第二可关断半导体阈和二极管阈 (D2)之一串联的第一可关断半导体阀(TⅠ，T2)，串联连接的所述第 一可关断半导体阀和第二可关断半导体阈和二极管阈(D2)之一被连接 在相应的变换器级的所述正极端和负极端之间，所述公共连接点被连接 在相应变换器级的所述输出端。
2．根据权利要求1的输电系统，其特征在于，直流电压变换器还包 括与第一级相同的至少第三变换器级(8∶3)，第三变换器级的正极端 (TP∶3)与第二变换器级的输出端相连，第三变换器级的输出端(TO∶3) 与第二变换器级的负极端相连。
3．根据权利要求1～2中任一权利要求的输电系统，其特征在于， 每一变换器级皆包括带有与之反并联地连接的二极管阀(D1)的第一可 关断半导体阀(T1)，所述半导体阀在公共接点(J)处与第二二极管 阀(D2)串联，这样形成的串联接在所述正极端和所述负极端间，电容 器(C1)接在所述正极端和所述负极端间，有基本为感性的阻抗的电抗 器(SL)接在公共接点和所述输出端间。
4．根据权利要求1的输电系统，其特征在于，直流电压变换器包括 控制直流电压变换器中的可关断半导体阀的控制装置(CM)，控制装置 产生互补的控制信号(CVD*)，提供给第一和第二变换器级的所述第一 可关断半导体阀，这样一变换器级中的第一可关断半导体阀处于导通状 态时，另一变换器级中的第一可关断半导体阀处于非导通状态。
5．根据权利要求4的输电系统，其特征在于，控制装置产生互补的 控制信号，提供给第二和第三变换器级中的第一可关断半导体阀，这样 一变换器级中的第一可关断半导体阀处于导通状态时，另一变换器级中 的第一可关断半导体阀处于非导通状态。
6．根据权利要求4的输电系统，其特征在于，每一变换器级中，第 二可关断半导体阀(T2)反并联地与第二二极管阀相连，控制装置产生 互补的控制信号，提供给第一和第二可关断半导体阀，这样，一个阀处 于导通状态时，另一个阀处于非导通状态。
7．根据权利要求4的输电系统，其特征在于，控制装置产生互补的 控制信号，对于一个半导体阀来说，其导通状态的持续时间等于其非导 通状态的持续时间。
8．根据权利要求1的输电系统，其特征在于，直流连线包括一极(4) 和一中性极(1d，2d)，一变换器级的正极端与所述极相连，另一变换 器级的负极端与中性极相连，第三变换站中的变换器接在最后提及的变 换器级的输出端和负极端之间。
9．根据权利要求1的输电系统，其特征在于，至少一变换器级被包 封在适于户外安装的外壳内。
技术领域
本发明涉及一种高压直流输电系统，包括至少一个整流站和一个逆 变站，它们通过直流电路相互连接，该系统还包括连于直流电路和ac 网间的第三变换站。
所谓电压源变换电路在这里是指一种可控电压转换电路，该电路具 有一个正极、一个负极和一个输出端，它用作正极端和负极端间的稳定 直流电压源。在输出端和负极端间，变换电路有一可控直流电压，其值 等于或低于正极端和负极端间的电压。
所谓可关断(extinguishable)半导体器件阀(valve)在这里是 指由两个端子限定的一个或多个可关断功率半导体器件构成的一组功率 半导体器件，它们作为一个单元工作，并具有能在一个方向上传输电流 的特性。
所谓可关断功率半导体器件是指一种功率半导体器件，它能通过施 加到控制输入的控制信号变成导电及非导电状态。这种可关断功率半导 体器件可以是栅关断晶闸管(GTOs)、绝缘栅双极晶体管(IGBTs)和MOS 控制的晶闸管(MCTs)。
所谓二极管阀在这里是指由两个端子限定的一个或多个二极管构成 的一组二极管，它们作为一个单元工作，并具有能在一个方向上传输电 流的特性。
所谓阀(valve)在这里是指带有一个反并联连接的二极管阀的可 关断半导体阀。
背景技术
美国专利文件US4259713公开了在高压直流输电系统中从直流线放 出(即分出)功率的变换站。该变换站包括为比线电压低很多的电压设 计的逆变器，该逆变器通过一直流电压变换器与直流线连接。直流电压 变换器又除了感性和容性元件外、还包括二极管和脉冲控制的晶闸管。 可以向该晶闸管提供用于可关断的振荡电路或将之设计成栅关断晶闸 管。
直流电压变换器包括大量元件，且必须是对满线电压而设计，这意 味着它变得较贵。由于从绝缘的角度来看必须对满线电压设计直流电压 变换器，将它设计成封闭的室外装置是不合适的，而这在许多情况下是 希望的。在晶闸管的控制失效或晶闸管自身失效时，会导致连续导通， 逆变器和直流电压变换器中位于晶闸管和逆变器间的元件会遭受增高的 直流电压。
发明概述
本发明的目有是提供一种本文开头所述的那种输电系统，能克服上 述已有技术的缺点。
根据本发明的一高压直流输电系统，包括至少一个整流站和一个逆 变站，它们通过直流连线互连，还包括接在直流连线和交流网络间的第 三变换站，该变换站包括通过直流电压变换器与直流连线相连的变换 器，该直流电压变换器包括至少第一和第二变换器级，每级皆有正极端、 负极端和输出端，第二变换器级的正极端和负极端分别被连接到第一变 换器级的输出端和地电位，第二变换器级的输出端被连接到第一变换器 级的负极端，以形成直流电压变换器的输出，每个所述变换器级包括一 个电压源变换电路，具有在一个公共连接点和第二可关断半导体阈和二 极管阈之一串联的第一可关断半导体阀，串联连接的所述第一可关断半 导体阀和第二可关断半导体阈和二极管阈之一被连接在相应的变换器级 的所述正极端和负极端之间，所述公共连接点被连接在相应变换器级的 所述输出端。
附图简述
下面将参照各附图借对实施例的说明详细介绍本发明，其中：
图1示意性地示出了本发明输电系统的单线图；
图2示意性地示出了本发明直流电压变换器中的变换电路的实施 例；及
图3示意性地示出了本发明直流电压变换器的一般实施例。
优选实施例的描述
图1示出了用于高压直流传输的输电系统的单线图，该系统中包括 整流站1、逆变站2和第三变换站3。按已知方式设计的整流和逆变站 每块皆包括变换器1a，2a，它通过变压器1b，2b与三相交流网络1c， 2c相连。整流器和逆变器通过构成输电系统的一极的直流电压连线4互 连，它们的电路利用两接地端1d，2d通过地闭路，构成输电系统的中 性极。第三变换站包括按已知方式设计的变换器3a、直流电压变换器5、 控制设备6和滤波器单元7。变换器3a通过变压器3b与三相交流网络 3c相连。直流电压变换器5经过第一分接头51通过滤波器单元7与直 流电压连线4相连，并经过第二分接头52与地5d相连。变换器3a通 过其一个电压分接头与直流电压变换器上的第三分接头53相连，并通 过其另外的直流电压分接头与地3d相连。控制设备6将控制信号CL*送 至变换器3a，以便按已有技术中某已知常规方式控制变换器，并将控制 信号CVD*送至直流电压变换器，该控制信号将在下文中详细说明。整流 站和逆变站1和2分别由控制设备(图中未示出)按已有技术中的某已 知常规方式控制。
直流电压变换器包括第一、第二、第三和第四变换器级8∶1、8∶2、 8∶3、8∶4，每级的正极端分别是TP∶1、TP∶2、TP∶3、TP∶4，负极端分 别是TM∶1、TM∶2、TM∶3、TM∶4，输出端分别是TO∶1、TO∶2、TO∶3、TO∶4。 第一变换器级的负极端TP∶1与直流变换器的第一分接头51相连，第四 变换器级的负极端TM∶4与直流电压变换器的第二分接头52相连。第四 变换器级的输出端TO∶4与直流电压变换器的第三分接头53相连。第一 和第二变换器级互连，这样，第二变换器级的正极端TP∶2与第一变换 器级的输出端TO∶1相连，第二变换器级的输出端TO∶2与第一变换器级 的负极端TM∶1相连。另外，第三变换器级的正极端TP∶3与第二变换器 级的输出端TO∶2相连，第三变换器级的输出端TO∶3与第二变换器级的 负极端TM∶2相连。最后，第四变换器级的正极端TP∶4与第三变换器级 的输出端TO∶3相连，第四变换器级的输出端TO∶4与第三变换器级的负 极端TM∶3相连。
每一变换器级皆包括连接于正极、负极和输出端的电压源变换电 路，其中一个实施例见图2。
变换电路包括一个阀电路V，阀电路又包括第一阀V1和第二阀V2。 这些阀相互串联，并有一个公共接点J。阀V1和V2中每一个皆包括可 关断半导体阀T1、T2，在图中它们是绝缘栅双极晶体管(IGBT)，二极 管阀以反并联的方式与其相连，所说二极管在图中分别是二极管D1和 D2。阀的串联使各二极管有相同的导电方向。串联的两个阀V1和V2接 在每一变换器级的正极端TP和负极端TM间。具有基本感性的阻抗的电 抗器SL通过第一分接点TL1与接点J相连，通过第二分接点TL2与每 一变换器级的输出端相连。电容器C1接于每一变换器级的正极端和负 极端，选择电容器C1，目的是使正常工作中的变换电路用作电压源电路。 高欧姆电阻器R与电容器C1并联，滤波电容器C2接在输出端和负极端 间。
置于控制设备6中的控制装置CM产生控制信号，在图中该信号由 控制矢量CVD*表示，其中含有使阀V1和V2中的晶体管分别处于导电和 不导电状态的信息。控制信号提供给阀电路V，用于按已有技术中某常 规方式控制阀V1和V2，这在图中未具体示出。控制信号是这样产生的， 控制阀V1和V2中的每一个，使它们互补并具有选定频率fsv，即在产 生使阀V1中的晶体管变为导通状态的信号的同时，在产生另一个信号， 使阀V2中的晶体管变为非导通状态。这样正极端与负极端交替地连至 接点J，由于设定电抗器SL有基本感性的阻抗，对于直流电压来说，输 出端必然相对负极端与接点J等电位。
在本发明的优选实施例中，产生控制信号，分别使阀V1和V2中的 晶体管等间隔的导通，即每个晶体管导通相当于频率fSV的半个周期。 以此方式，输出端和负极端间的电压时间平均值即电容器C1上的电压 等于正极端和负极端间电压的一半。
可以选择比ac网络的系统频率高101-102的频率fSV。这样来规定 容器C1和电抗器SL的尺寸，即，使电容电压和电抗电流的谐波的振幅 分别限定在所述电压和电流正常值的10-20％。
应该明白，控制矢量CVD*将提供给直流电压变换器5所含的所有 变换器级。所以在优选实施例中，这些变换器级的每一级分别接在它们 的输出端和负极端间的电压等于它们的正极端和负极端电压的一半。
图3示出了根据本发明的直流电压变换器的一般构成。它包括至少 两个变换器级，图3中变换器的级数等于N。第一变换器级8∶1以其正 极端TP∶1与电压相对于地电位为U的直流电压传输导体4’相连。第N 变换器级8∶N的负极端TM∶N接地，在图中为5d。为了简化图示，只在 图中示出了第一、第二、第(N-1)和第N变换器级的正极、负极和输 出端。但应该明白，所有变换器级皆以上述同样的方式互连。另外，对 于图中各变换器级的各输出端，在图中用U∶1，…，U∶n，…，U∶(N-1)， U∶N表示各输出端与地间的电压。直流电流I从导体4’流至第一变换 器级的正极端，图中还示出了流到第一、第n、第(N-1)和第N变换 器级正极端的电流，它们流到第一、第三、第(n+2)、第(N-1)和 第N变换器级的负极端。负载3f接在第N变换器级的输出端TO∶N和地 端3d间，其地端通过地端5d接至第N变换器级的负极端TM∶N。负载包 括通过变压器3b连到三相交流网络3c的变换器3a。
对于每一变换器级，通过所有端的电流总量为零。特别是当控制阀 V1和V2使各变换器级的输出端和负极端间电压等于正极端和负极端电 压的一半时，流过正极和负极端的电流大小相等，如图中示出的第一和 第N变换器级。流过输出端的电流因而变成流过负极端电流的两倍。
第n变换器级的输出端电压U∶n变成U∶n=U[N-(n-1)]/[N+1]。
这样，负载3f上的电压变成U/[N+1]，流过负载的电流为I*[N+1]。
图3示出了从导体4’到负载3f的电能流，即在如图1所示的应用 中，从直流电压连线4分到第三变换站的电能。参照图2所说明的变换 电路实施例还可使电能在相反的方向上流动，即，电能从第三变换站流 向直流电压连线4。
从直流电压连线4分出电能时，可以去掉阀V2中的可关断半导体 阀T2，使阀V2只包含二极管阀。相反，在仅向直流电压连线4提供电 能时，可以去掉阀V1中的可关断半导体阀T1，使阀V1只包含二极管阀。
在对本发明的进一步改进中，采用控制装置6产生互补的控制信号， 并送至各变换器级的第一可关断半导体阀，这样使第二变换器级中的第 一可关断半导体阀处于非导通状态时，一个变换器级中的第一可关断半 导体阀的第一和第二变换器级处于导通状态，并以模拟的方式为第二和 第三变换器级等等的第一可关断半导体阀产生互补的控制信号。比较图 2和3可知，这意味着，在直流导体4’和地间至少总是有一半半导体 阀处于非导通状态。这便减小了直流电压变换器穿通的危险。
本发明还可使直流电压变换器模件化，模件中可以包括选定数量的 相同变换器级。每一变换器级的尺寸可以根据输电系统的电压按比例确 定，因而可对作为整体的直流电压变换器设计最佳工作电压。这便可能 以适于户外安装的分立外壳包封每一变换器级。所以，与导体4’(输 电直流连线)相连的变换器级的外壳只需对满电压与地绝缘，而其它外 壳可以对逐渐降低的电压与地绝缘。
可按已知的方式使用滤波单元7，该滤波单元包括用于连接和断开 第三变换站的断路元件和保护装置。
本发明并不限于所示的实施例，在不背离本发明思想的范围内可能 有大量改型。如半导体阀可采用除晶体管以外的其它种类的可关断功率 半导体器件。
根据情况，负载3f可以是例如基于脉宽调制技术的电压源变换器 形式，它直接通过变压器与ac网络3c相连，或可以是与交流网络3c 线交换的变换器形式。
变换器3a例如可以按电流控制来控制，而控制部件6可用于至少 为一个变换器级产生控制信号，为补偿负载改变，根据所测得的负载改 变的控制信号在负载上产生一电压UL的瞬时改变。
在输电系统设计成两极式时，滤波器7可以包括改变极性的开关， 使直流电压变换器可与输电系统的一极相连。
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