高壓dc電力變換系統(tǒng)和操作該系統(tǒng)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高壓直流(HVDC)輸電系統(tǒng)，并且更具體地涉及電力變換系統(tǒng)和他們的操作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]至少一些已知的發(fā)電廠地理上位于遙遠(yuǎn)的地區(qū)或者實(shí)際上難以到達(dá)的區(qū)域。一個(gè)示例包括地理上位于崎嶇不平的和/或遙遠(yuǎn)地域(例如多山的山坡、與用戶距離廣大、近海)的發(fā)電廠，例如近海風(fēng)力渦輪機(jī)安裝。更特別地，這些風(fēng)力渦輪機(jī)可能物理上一起嵌套在共同的地理位置，以形成風(fēng)力渦輪機(jī)場，并電耦連到共同的交流(AC)收集器系統(tǒng)。這些已知的風(fēng)力渦輪機(jī)和風(fēng)力渦輪機(jī)場中有許多通過功率變換器和電力變壓器耦連到AC輸電系統(tǒng)。已知的功率變換器中有許多是通過電力變壓器電耦連到AC收集器系統(tǒng)的功率變換組件或系統(tǒng)。這些已知的電力變換組件包括整流部分和逆變部分，整流部分將由發(fā)電廠產(chǎn)生的AC變換成直流(DC)，逆變部分將DC變換成預(yù)定頻率和電壓幅值的AC。
[0003]這些已知的AC收集器系統(tǒng)中一些通過另一電力變壓器和單獨(dú)的電力變換組件或系統(tǒng)的一部分進(jìn)一步耦連到高壓DC (HVDC)輸電系統(tǒng)。在這些配置中，單獨(dú)的電力變換組件的整流部分位于非?？拷P(guān)聯(lián)的AC收集器系統(tǒng)的位置，單獨(dú)的全功率變換組件的逆變部分位于遙遠(yuǎn)的工廠，諸如位于陸地上的工廠。這些整流和逆變部分通常通過至少部分地限定HVDC輸電系統(tǒng)的水下HVDC電力電纜電連接。同樣，至少一些已知的HVDC輸電系統(tǒng)不需要AC變換的逆變部分耦連到DC負(fù)載。這些已知的AC到DC到AC功率變換/AC收集/AC到DC變換/HVDC輸電配置實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡單。然而，大量的AC到DC到AC功率變換器顯著增大了構(gòu)造和維修這種配置的成本。
[0004]類似地，在第二種已知配置中，多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)和/或風(fēng)力渦輪機(jī)場通過多個(gè)電力變換器耦連到公共DC收集系統(tǒng)，所述多個(gè)電力變換器包括用于整流的AC到DC變換器和直接耦連到AC到DC變換器用于升壓和調(diào)制的DC到DC變換器。公共DC收集系統(tǒng)通過另一DC到DC變換器耦連到HVDC輸電系統(tǒng)，以用于進(jìn)一步升高DC電壓以便進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電。還是，大量的DC到DC功率變換器顯著增大了構(gòu)造和維修這種配置的成本。
[0005]第三種已知的配置包括通過關(guān)聯(lián)用于整流的AC到DC變換器直接耦連到HVDC輸電系統(tǒng)的多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)和/或風(fēng)力渦輪機(jī)場。多個(gè)AC到DC變換器分配到多個(gè)串(string)中，每個(gè)串中的變換器串聯(lián)耦連，這些串并聯(lián)耦連到HVDC輸電系統(tǒng)。這些配置不用增加升壓變壓器的成本就能實(shí)現(xiàn)高效率的輸電。然而，每個(gè)串兩端的電壓必須保持在窄公差帶內(nèi)，以緩解這些串之間的電壓不匹配和電流不平衡。通常與可再生能源(諸如風(fēng)力渦輪機(jī))關(guān)聯(lián)的電壓產(chǎn)生有各種不同，維持這種窄的公差帶是異常困難的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在一方面，本發(fā)明提供了一種用于將并聯(lián)的多個(gè)高壓直流(HVDC)功率串(powerstrings)親連到HVDC輸電系統(tǒng)的分段額定電力變換系統(tǒng)(fract1n rated convers1nsystem)。所述系統(tǒng)包括:至少一個(gè)分段額定功率變換器(fract1n rated powerconverter)，所述分段額定功率變換器耦連到多個(gè)HVDC功率串；以及至少一個(gè)電容裝置，所述電容裝置耦連到所述至少一個(gè)分段額定功率變換器。所述至少一個(gè)分段額定功率變換器和所述至少一個(gè)電容裝置將所述多個(gè)HVDC功率串中的每個(gè)HVDC功率串兩端的差分電壓(differential voltage)調(diào)節(jié)到基本上彼此相似。
[0007]在另一方面，本發(fā)明提供了一種耦連到高壓直流(HVDC)輸電系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。所述電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括具有第一極性(polarity)的第一 HVDC輸電通道以及具有第二極性的第二 HVDC輸電通道。所述電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)還包括在所述第一 HVDC輸電通道和所述第二HVDC輸電通道之間并聯(lián)延伸的多個(gè)HVDC功率串。所述電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)還包括分段額定變換系統(tǒng)，所述分段額定變換系統(tǒng)包括耦連到所述多個(gè)HVDC功率串的至少一個(gè)分段額定功率變換器。分段額定變換系統(tǒng)還包括至少一個(gè)電容裝置，所述電容裝置耦連到所述至少一個(gè)分段額定功率變換器。所述至少一個(gè)分段額定功率變換器和所述至少一個(gè)電容裝置將所述多個(gè)HVDC功率串中的每個(gè)HVDC功率串兩端的差分電壓調(diào)節(jié)到基本上彼此相似。
[0008]其中，所述至少一個(gè)分段額定功率變換器配置為接收至少通過所述多個(gè)HVDC功率串中的每一個(gè)傳送的DC電流的至少一部分，并調(diào)節(jié)通過每個(gè)所述HVDC功率串傳送的DC電流。
[0009]其中，所述至少一個(gè)分段額定功率變換器使得從所述多個(gè)HVDC功率串中的每個(gè)HVDC功率串接收的DC電流循環(huán)，以將通過每個(gè)HVDC功率串傳輸?shù)腄C電流調(diào)節(jié)為基本上彼此相似。
[0010]其中，所述至少一個(gè)電容裝置和所述至少一個(gè)分段額定功率變換器被配置成為所述多個(gè)HVDC功率串中的每個(gè)HVDC功率串感生補(bǔ)充電壓。
[0011]其中，所述至少一個(gè)分段額定功率變換器被配置成為對(duì)所述多個(gè)HVDC功率串中的每個(gè)HVDC功率串感生補(bǔ)充電壓，這些感生的補(bǔ)充電壓具有預(yù)定值，使得當(dāng)加入到在HVDC功率串兩端感生的現(xiàn)有電壓時(shí)，在每個(gè)HVDC功率串兩端感生的總電壓基本上彼此相似。
[0012]其中，由所述至少一個(gè)分段額定功率變換器感生的所有補(bǔ)充電壓的和大約為零。
[0013]在另一方面，本發(fā)明提供了一種操作電力變換系統(tǒng)的方法。所述電力變換系統(tǒng)耦連到高壓直流(HVDC)輸電系統(tǒng)。所述電力變換系統(tǒng)包括具有第一極性的第一 HVDC輸電通道和具有第二極性的第二 HVDC輸電系統(tǒng)。所述系統(tǒng)還包括在第一 HVDC輸電通道和第二HVDC輸電通道之間并聯(lián)延伸的多個(gè)HVDC功率串。所述系統(tǒng)還包括分段額定變換系統(tǒng)，所述分段額定變換系統(tǒng)包括:至少一個(gè)分段額定功率變換器，所述分段額定功率變換器耦連到多個(gè)HVDC功率串；以及至少一個(gè)電容裝置，所述電容裝置耦連到至少一個(gè)分段額定功率變換器。所述方法包括感測每一個(gè)HVDC功率串兩端的差分電壓值，從而確定多個(gè)差分電壓值。所述方法還包括將多個(gè)差分電壓值與預(yù)定的參考差分電壓值進(jìn)行比較。所述方法進(jìn)一步包括調(diào)節(jié)至少一個(gè)差分電壓值，使得感測的每一個(gè)HVDC功率串兩端的差分電壓值基本上彼此相似。
[0014]其中，所述方法進(jìn)一步包括:感測通過所述HVDC功率串中的每一個(gè)的DC電流值，其中調(diào)節(jié)至少一個(gè)差分電壓的步驟包括調(diào)節(jié)通過至少一個(gè)HVDC功率串傳送的DC電流?’傳送通過每個(gè)功率串傳輸?shù)腄C電流的至少一部分到所述至少一個(gè)分段額定功率變換器；和使從每個(gè)HVDC功率串接收的DC電流循環(huán)，以將通過每個(gè)HVDC功率串傳輸?shù)腄C電流調(diào)節(jié)為基本上彼此相似。
[0015]其中，所述調(diào)節(jié)至少一個(gè)差分電壓值的步驟包括在至少一個(gè)HVDC功率串上感生補(bǔ)充電壓，所述在至少一個(gè)HVDC功率串上感生補(bǔ)充電壓的步驟包括對(duì)每個(gè)HVDC功率串感生補(bǔ)充電壓，每個(gè)感生的補(bǔ)充電壓具有確定的值，所述確定的值與每個(gè)HVDC功率串的每個(gè)差分電壓值對(duì)所述預(yù)定的參考差分電壓值的比較有關(guān)；以及將每個(gè)感生的補(bǔ)充電壓加入到感測到的在每個(gè)關(guān)聯(lián)的HVDC功率串兩端的差分電壓值。
[0016]其中，所述感生用于每個(gè)HVDC功率串的補(bǔ)充電壓的步驟包括感生具有為正、負(fù)、和零中的至少一個(gè)的值的多個(gè)補(bǔ)充電壓，以使得由所述至少一個(gè)分段額定功率變換器感生的所有補(bǔ)充電壓的和大致為零。
【附圖說明】
[0017]當(dāng)參考附圖閱讀下面的詳細(xì)描述時(shí)本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，附圖中相同的字符在所有圖中代表相同零件，其中:
[0018]圖1是示例性計(jì)算裝置的框圖；
[0019]圖2是可以包括圖1中所示的計(jì)算裝置的示例性監(jiān)視和控