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      具有星形中性點(diǎn)電抗器的用于轉(zhuǎn)換電氣參數(shù)的裝置的制作方法

      文檔序號(hào):7328464閱讀:220來(lái)源:國(guó)知局
      專(zhuān)利名稱(chēng):具有星形中性點(diǎn)電抗器的用于轉(zhuǎn)換電氣參數(shù)的裝置的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及一種用于在電能傳輸和電能分布的領(lǐng)域內(nèi)變換電氣參數(shù)的裝置,具有可連接在交流電壓網(wǎng)和直流電壓電路之間的換流器,以及與交流電壓接頭相連接的電網(wǎng)接頭單元以用于與交流電壓網(wǎng)連接,該換流器具有連接在交流電壓接頭和直流電壓接頭之間的功率半導(dǎo)體整流器,其中每個(gè)功率半導(dǎo)體整流器包括由雙極子模塊組成的串聯(lián)電路,其分別具有能量存儲(chǔ)器以及功率半導(dǎo)體電路。
      背景技術(shù)
      用于變換電氣參數(shù)的裝置例如作為高壓直流傳輸設(shè)備的部件公知。高壓直流傳輸設(shè)備(HGii設(shè)備)通常具有兩個(gè)經(jīng)由直流電壓中間電路彼此相連的換流器,該換流器在交流電壓側(cè)分別與交流電壓網(wǎng)耦合。借助高壓直流傳輸設(shè)備能夠從一個(gè)交流電壓網(wǎng)向另一個(gè)交流電壓網(wǎng)傳輸電功率。特別是利用高壓直流傳輸進(jìn)行遠(yuǎn)距離的能量傳輸是具有優(yōu)勢(shì)的, 因?yàn)榕c利用交流電壓進(jìn)行傳輸相比在傳輸中的損耗更小。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù),HGii的不同的換流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是公知的。在專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域稱(chēng)為兩點(diǎn)換流器(Zweipunkt-Umrichter)的兩級(jí)換流器(Zwei-Stufen-Umrichter)在其輸出端僅產(chǎn)生兩個(gè)不同的電壓電平。兩點(diǎn)換流器的換流器整流器具有多個(gè)布置為互相串聯(lián)的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。串聯(lián)連接的功率半導(dǎo)體必須所有的都同時(shí)接通,也就是從中斷經(jīng)過(guò)功率半導(dǎo)體的電流的斷開(kāi)位置轉(zhuǎn)換到允許經(jīng)過(guò)功率半導(dǎo)體的電流的接通位置。自導(dǎo)向的并且產(chǎn)生電壓的換流器也稱(chēng)為“電壓源換流器(Voltage Source Converter, VSC) ”。具有三個(gè)電壓級(jí)的換流器被稱(chēng)為三點(diǎn)換流器(Dreipunkt-Umrichter)。除了兩點(diǎn)和三點(diǎn)換流器之外,根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)還公知所謂的多級(jí)換流器,該多級(jí)換流器在專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域中也被稱(chēng)為“多級(jí)電壓源換流器(Multilevel Voltage Source Converter, VSC)”。多級(jí)VSC通常具有由雙極子模塊組成的功率半導(dǎo)體整流器,其分別具有諸如電容器的能量存儲(chǔ)器以及功率半導(dǎo)體電路,借助其能夠在各個(gè)子模塊的輸出端子上產(chǎn)生在電容器上降落的電壓或者零電壓。通過(guò)子模塊的串聯(lián)電路可以逐級(jí)地改變?cè)诿總€(gè)功率半導(dǎo)體整流器的輸出端上的電壓,其中級(jí)的幅度通過(guò)在各個(gè)電容器上降落的電壓來(lái)確定。在兩點(diǎn)或三點(diǎn)換流器中設(shè)置的直流電壓電路的中央電容器在多級(jí)VSC中被分布到功率半導(dǎo)體整流器的各個(gè)子模塊。多級(jí)換流器具有如下的缺陷,即換流器的功率半導(dǎo)體整流器所連接的直流電壓中間電路的極相對(duì)于地電位可以具有帶有不同高的絕對(duì)值的電壓。

      發(fā)明內(nèi)容
      因此,本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是,提供一種本文開(kāi)頭提到的類(lèi)型的換流器,利用該換流器簡(jiǎn)單有效且低成本地相對(duì)于地電位平衡在直流電壓電路中的電壓。本發(fā)明通過(guò)與在電網(wǎng)接頭單元和換流器之間的電勢(shì)點(diǎn)相連的星形中性點(diǎn)電抗器來(lái)解決上述技術(shù)問(wèn)題,該星形中性點(diǎn)電抗器具有與接地的星形中性點(diǎn)相連的電抗器線圈,其中電抗器線圈被這樣構(gòu)造,使得其對(duì)于具有交流電壓網(wǎng)的基波振蕩頻率的交流電流來(lái)說(shuō)表示對(duì)于地電位具有高阻抗的電流路徑,并且對(duì)于直流電流來(lái)說(shuō)表示對(duì)于地電位具有低阻抗的電流路徑。根據(jù)本發(fā)明,換流器側(cè)的電勢(shì)連接通過(guò)星形中性點(diǎn)電抗器實(shí)現(xiàn)。星形中性點(diǎn)電抗器具有與星形中性點(diǎn)相連的電抗器線圈,其在其背向星形中性點(diǎn)側(cè)與各個(gè)換流器的交流電壓接頭電氣地連接。換句話說(shuō),借助電網(wǎng)接頭單元在交流電壓網(wǎng)上連接按照本發(fā)明的裝置時(shí)是將星形中性點(diǎn)電抗器與交流電壓網(wǎng)并聯(lián)地布置。星形中性點(diǎn)電抗器的電抗器線圈被這樣構(gòu)造,使得其對(duì)于通常位于50或60Hz的交流電流的基波振蕩分量來(lái)說(shuō)表示具有高阻抗的電流路徑,從而交流電流不能流過(guò)接地的星形中性點(diǎn)。但在絕緣子表面的寄生的漏電流的數(shù)量級(jí)中直流的電流是可能的。合適地,星形中性點(diǎn)電抗器在露天場(chǎng)中位于靠近在其中布置了功率半導(dǎo)體整流器的整流器庫(kù)(Ventilhalle)。由此,借助該星形中性點(diǎn)電抗器可以平衡具有浮置電勢(shì)(fliegende Potenzial)的多級(jí)換流器的直流電壓中間電路。換句話說(shuō),直流電壓中間電路的極相對(duì)于地電位具有其絕對(duì)值大致相同的電壓。合適地,星形中性點(diǎn)電抗器的星形中性點(diǎn)經(jīng)由歐姆電阻與地電位相連。借助歐姆電阻可以避免在直流電壓中間電路的導(dǎo)體-地電容和星形中性點(diǎn)電抗器的電感之間的諧振或振蕩。由此通過(guò)這種方式提供衰減。合適地,每個(gè)電抗器線圈具有可磁化的芯??纱呕男纠缈梢允氰F芯或者諸如此類(lèi)。按照與此相關(guān)地合適的擴(kuò)展,芯限定氣隙。氣隙用于避免在傳導(dǎo)例如直到IOOmA的直流電流時(shí)芯提前飽和。合適地,每個(gè)子模塊具有帶有四個(gè)可斷開(kāi)的功率半導(dǎo)體的全橋電路,這些功率半導(dǎo)體這樣與能量存儲(chǔ)器相連接,使得在子模塊的輸出端子上可以產(chǎn)生在能量存儲(chǔ)器上降落的能量存儲(chǔ)器電壓、零電壓或反向的能量存儲(chǔ)器電壓。這種全橋電路對(duì)于該領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)人員來(lái)說(shuō)是公知的,從而在此關(guān)于其詳細(xì)的作用和開(kāi)關(guān)模式不再更詳細(xì)地介紹。全橋電路也被稱(chēng)為H-橋電路。續(xù)流二極管與每個(gè)可斷開(kāi)的功率半導(dǎo)體反向并聯(lián)。與此不同,每個(gè)子模塊具有帶有兩個(gè)可斷開(kāi)的功率半導(dǎo)體的半橋電路,這些功率半導(dǎo)體這樣與能量存儲(chǔ)器相連接,使得在子模塊的輸出端子上可以產(chǎn)生在能量存儲(chǔ)器上降落的能量存儲(chǔ)器電壓或零電壓。具有這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和子模塊的換流器也被稱(chēng)為所謂“馬夸特?fù)Q流器(Marquardt-Umrichter) ”。與全橋電路不同,利用半橋電路不能在輸出端子上產(chǎn)生反向的能量存儲(chǔ)器電壓。為此在半橋電路的情況下,用于換流器的高成本的功率半導(dǎo)體的數(shù)量減半。同樣,在此續(xù)流二極管與每個(gè)可控的并且可斷開(kāi)的功率半導(dǎo)體,如IGBT或GTO 反向并聯(lián)。優(yōu)選地,電網(wǎng)接頭單元是變壓器。將變壓器相應(yīng)于各自的要求連接。變壓器的初級(jí)繞組例如經(jīng)由開(kāi)關(guān)設(shè)備與交流電壓網(wǎng)相連。變壓器的次級(jí)繞組電氣地與換流器的交流電壓接頭以及與星形中性點(diǎn)電抗器相連接。對(duì)于從電網(wǎng)接頭單元向換流器的交流電壓接頭延伸的每一相布置電抗器線圈。電抗器線圈的數(shù)量在本發(fā)明的范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)于可連接的交流電壓網(wǎng)的相數(shù)。在另一種方案中,電網(wǎng)接頭單元包括可與交流電壓網(wǎng)串聯(lián)連接的電感。根據(jù)該擴(kuò)展,從交流電壓網(wǎng)到換流器的交流電壓接頭的電流路徑通過(guò)串聯(lián)連接的電感引導(dǎo)。此外,電網(wǎng)接頭單元可以具有與電感串聯(lián)連接的電容器。此外,電網(wǎng)接頭單元可以具有變壓器、串聯(lián)的電感以及串聯(lián)的電容器。電感原則上是任意的電感性的部件。合適地,電感是線圈、電抗器、繞組或其它此類(lèi)部件。合適地,星形中性點(diǎn)電抗器的電抗器線圈被安裝在絕緣子上。特別合適地是,具有其電抗器線圈的星形中性點(diǎn)電抗器安裝在室外。優(yōu)選地,換流器具有不接地的換流器星形中性點(diǎn),其中電抗器線圈被布置在換流器星形中性點(diǎn)上。


      本發(fā)明的合適的構(gòu)成和優(yōu)點(diǎn)是下面描述的參考附圖的實(shí)施例的內(nèi)容,附圖中圖1示出了按照本發(fā)明的裝置的星形中性點(diǎn)電抗器的實(shí)施例。
      具體實(shí)施例方式圖1示出了按照本發(fā)明的裝置1的實(shí)施例,該裝置具有帶有六個(gè)功率半導(dǎo)體整流器3的換流器2,這些功率半導(dǎo)體整流器分別連接在交流電壓接頭4和直流電壓接頭5或6 之間。在此,在每個(gè)功率半導(dǎo)體整流器3和每個(gè)交流電壓接頭4之間布置以線圈形式的電感18,利用該電感可以容易地調(diào)節(jié)在不同的功率半導(dǎo)體整流器3之間流過(guò)的回路電流。每個(gè)直流電壓接頭5與直流電壓中間電路7的正極相連接,該直流電壓中間電路在附圖中僅部分地示出。直流電壓接頭6與直流電壓中間電路7的負(fù)極(-)相連接。每個(gè)功率半導(dǎo)體整流器3由雙極子模塊的串聯(lián)電路4組成,其分別具有附圖中未示出的電容器以及由兩個(gè)可斷開(kāi)的功率半導(dǎo)體,IGBT組成的功率半導(dǎo)體電路,續(xù)流二極管分別與所述可斷開(kāi)的功率半導(dǎo)體反向并聯(lián)。子模塊8是雙極的并且因此具有兩個(gè)輸出端子。這樣選擇功率半導(dǎo)體和電容器的連接,使得可以在各個(gè)子模塊的輸出端子上或者產(chǎn)生在電容器上降落的電容器電壓或者產(chǎn)生零電壓。由此,通過(guò)合適地控制子模塊8可以逐級(jí)地調(diào)節(jié)在功率半導(dǎo)體整流器 3上降落的電壓。在應(yīng)用于高壓直流傳輸?shù)姆秶鷥?nèi)的情況下,子模塊的數(shù)量處于20至幾百之間。裝置1還具有作為電網(wǎng)接頭單元的變壓器9,其中變壓器9具有與交流電壓網(wǎng)11 連接的初級(jí)繞組10以及與換流器2的交流電壓接頭4電氣地連接的次級(jí)繞組12。交流電壓網(wǎng)11被構(gòu)造為三相。交流電壓接頭4的數(shù)量以及用于將次級(jí)繞組12與交流電壓接頭4 電氣地連接的導(dǎo)線段13也是這樣。導(dǎo)線段13也可以稱(chēng)為在電網(wǎng)接頭單元9與換流器2的交流電壓接頭4之間的電勢(shì)點(diǎn)。為了平衡正直流電壓和負(fù)直流電壓,即換句話說(shuō),為了相對(duì)于地電位平衡直流電壓中間電路7的極,設(shè)置星形中性點(diǎn)電抗器14。星形中性點(diǎn)電抗器14具有三個(gè)連接到星形中性點(diǎn)16的電抗器線圈15。星形中性點(diǎn)16經(jīng)由歐姆電組17與地電位相連。每個(gè)電抗器線圈15在其背向中性點(diǎn)16側(cè)與導(dǎo)線段13的一相相連接,并且由此電氣地與換流器2的交流電壓接頭4相連接。這樣設(shè)計(jì)電抗器線圈15,使得這些電抗器線圈對(duì)于交流電壓網(wǎng)11的交流電壓的基本頻率(在所選擇的實(shí)施例中該基本頻率為50Hz)表示具有高阻抗的電流路徑。為此, 每個(gè)電抗器線圈15具有鐵芯。為了避免鐵芯提前飽和,在每個(gè)電抗器線圈15的鐵芯內(nèi)設(shè)置氣隙。星形中性點(diǎn)電抗器如市場(chǎng)上通常的放電互感器那樣構(gòu)造,其中取消了放電互感器的次級(jí)繞組。星形中性點(diǎn)電抗器的電抗器線圈15被設(shè)置在合適的絕緣子上,例如設(shè)置在對(duì)于39kV設(shè)計(jì)的這種絕緣子上。由此,借助星形中性點(diǎn)電抗器14,換流器2的交流電壓側(cè)的電勢(shì)連接可以平衡直流電壓中間電路7的極。第一測(cè)試已經(jīng)得出,盡管利用交流電壓的基波振蕩的第三諧波極度激勵(lì)星形中性點(diǎn)電抗器,系統(tǒng)仍保持穩(wěn)定。最大程度上避免了回路電流。此外,與直流電壓側(cè)的電勢(shì)連接相反,明顯出現(xiàn)了降低的能量損耗。從其結(jié)構(gòu)出發(fā)與電感性的電壓互感器類(lèi)似的星形中性點(diǎn)電抗器作為標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品可以在市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)到,從而按照本發(fā)明的裝置是低成本的。
      權(quán)利要求
      1.一種用于在電能傳輸和電能分布的領(lǐng)域內(nèi)變換電氣參數(shù)的裝置(1),具有-可連接在交流電壓網(wǎng)(11)和直流電壓電路(7)之間的換流器O),所述換流器具有連接在交流電壓接頭(4)和直流電壓接頭(5,6)之間的功率半導(dǎo)體整流器(3),其中每個(gè)功率半導(dǎo)體整流器C3)包括由雙極子模塊(8)組成的串聯(lián)電路,所述子模塊分別具有能量存儲(chǔ)器以及功率半導(dǎo)體電路,以及-與所述交流電壓接頭(4)相連接的電網(wǎng)接頭單元(9)以用于與交流電壓網(wǎng)(11)連接,其特征在于與在所述電網(wǎng)接頭單元(9)和所述換流器( 之間的電勢(shì)點(diǎn)(1 相連的星形中性點(diǎn)電抗器(14),所述星形中性點(diǎn)電抗器具有與接地的星形中性點(diǎn)(16)相連的電抗器線圈(15),其中所述電抗器線圈(15)被這樣構(gòu)造,使得其對(duì)于具有交流電壓網(wǎng)(11)的基波振蕩頻率的交流電流來(lái)說(shuō)表示對(duì)于地電位具有高阻抗的電流路徑,并且對(duì)于直流電流來(lái)說(shuō)表示對(duì)于地電位具有低阻抗的電流路徑。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(1),其特征在于,每個(gè)電抗器線圈(15)在其背向所述星形中性點(diǎn)(16)側(cè)與所述換流器O)的對(duì)應(yīng)的交流電壓接頭(4)相連接。
      3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置(1),其特征在于,所述星形中性點(diǎn)電抗器(14)的星形中性點(diǎn)(16)經(jīng)由歐姆電阻(17)與地電位相連。
      4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置(1),其特征在于,每個(gè)電抗器線圈(15)具有可磁化的芯。
      5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置(1),其特征在于,所述芯限定一個(gè)氣隙。
      6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置(1),其特征在于,每個(gè)子模塊(8)具有帶有四個(gè)可斷開(kāi)的功率半導(dǎo)體的全橋電路,這些功率半導(dǎo)體這樣與能量存儲(chǔ)器相連接,使得在子模塊的輸出端子上可以產(chǎn)生在能量存儲(chǔ)器上降落的能量存儲(chǔ)器電壓、零電壓或反向的能量存儲(chǔ)器電壓。
      7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的裝置(1),其特征在于,每個(gè)子模塊具有帶有兩個(gè)可斷開(kāi)的功率半導(dǎo)體的半橋電路,這些功率半導(dǎo)體這樣與能量存儲(chǔ)器相連接,使得在子模塊的輸出端子上可以產(chǎn)生在能量存儲(chǔ)器上降落的能量存儲(chǔ)器電壓或零電壓。
      8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置(1),其特征在于,所述電網(wǎng)接頭單元是變壓器(9)。
      9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置(1),其特征在于,所述電網(wǎng)接頭單元具有可與交流電壓網(wǎng)(11)串聯(lián)連接的電感。
      10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置(1),其特征在于,所述星形中性點(diǎn)電抗器 (14)的電抗器線圈(15)被安裝在絕緣子上。
      11.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置(1),其特征在于,所述換流器( 具有不接地的換流器星形中性點(diǎn),并且所述電抗器線圈(1 被布置在換流器星形中性點(diǎn)上。
      全文摘要
      為提供一種用于在電能傳輸和電能分布領(lǐng)域內(nèi)變換電氣參數(shù)的裝置(1),該裝置具有可連接在交流電壓網(wǎng)(11)和直流電壓電路(7)之間的換流器(2),以及與交流電壓接頭(4)相連接的電網(wǎng)接頭單元(9)以用于與交流電壓網(wǎng)(11)連接,所述換流器具有連接在交流電壓接頭(4)和直流電壓接頭(5,6)之間的功率半導(dǎo)體整流器(3),其中每個(gè)功率半導(dǎo)體整流器(3)包括由雙極子模塊(8)組成的串聯(lián)電路,其分別具有能量存儲(chǔ)器以及功率半導(dǎo)體電路,利用所述裝置可以簡(jiǎn)單有效地并且低成本地相對(duì)于地電位平衡直流電壓電路中的電壓,提出一種與在電網(wǎng)接頭單元(9)和換流器(2)之間的電勢(shì)點(diǎn)(13)相連的星形中性點(diǎn)電抗器(14),星形中性點(diǎn)電抗器具有與接地的星形中性點(diǎn)(16)相連的電抗器線圈(15),其中電抗器線圈(15)這樣構(gòu)造,使得其對(duì)于具有交流電壓網(wǎng)(11)的基波振蕩頻率的交流電流是對(duì)于地電位具有高阻抗的電流路徑,并且對(duì)于直流電流是對(duì)于地電位具有低阻抗的電流路徑。
      文檔編號(hào)H02M7/49GK102474101SQ201080032077
      公開(kāi)日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月17日
      發(fā)明者C.阿姆沙特, M.多瑪施克, T.維斯特維勒, V.休森內(nèi)瑟 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司
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