经由双极高压直流传输线路的能量传输的制作方法

本发明涉及一种用于经由双极高压直流传输线路进行能量传输的变流器站以及其运行方法。

背景技术：

由于利用直流电压在远距离上的能量传输，相对于利用交流电压的能量传输，损耗更低并且成本更低，因此在远距离上，经常利用高的直流电压来传输交流电网之间的电能。这种类型的能量传输称为高压直流传输在此，能量传输可以经由单极或者双极高压直流传输线路(线路)进行。单极线路仅具有一个高压线，在该高压线上相对于地电势施加高压。双极线路具有两个高压线，其中，在一个高压线上施加相对于地电势为正的高压，并且在另一个高压线上施加相对于地电势为负的高压。下面，将线路的与相同的电压极性相关联的部分，称为线路的极。由此，单极线路具有一个极，而双极线路具有两个极。

为了将线路与交流电网连接，在交流电网与线路的一端之间布置变流器站，在变流器站中，在交流电网的交流电流和交流电压与的直流电流和直流电压之间进行转换。对于与变流器站连接的线路的每个极，变流器站具有变流器，该变流器经常实施为基于晶闸管的线路换向的变流器(lcc＝linecommutatedconverter)。这些变流器基于在各个阀单元之间相互进行电流换向的原理工作，这些阀单元分别具有一个晶闸管或者串联连接的多个晶闸管。在此，通过电感来维持连续的电流流动。

如果在阀单元的导通时间段期间，电流流动过零，使得在电流换向时接替该阀单元的阀单元被点火之前，流过该阀单元的电流流动已经熄灭，则必须再次点火已经熄灭的阀单元，于是将其称为间歇运行(lückbetrieb)。这种间歇运行引起高的损耗，并且对变流器提出了非常高的要求，因此在运行中最好避免间歇运行。由于该原因，线路换向的变流器以最小电流流动运行，最小电流流动例如约为额定电流的5％到10％，并且在最小电流流动下，肯定不会出现间歇运行。但是这同时意味着，如果在该运行范围内不附加地降低直流电压，则每个线路换向的变流器具有例如约为额定功率的5％至10％的最小传输功率，然而这又意味着损耗增大。

因此，在接通(解封)线路换向的变流器时，在没有其它措施的情况下，在输电网中发生有功功率跳变，有功功率跳变伴随着无功功率跳变。这些功率跳变具有不期望的副作用，并且也造成电压跳变，这种电压跳变在弱交流电网中过大，并且必须通过成本密集的措施来补偿。

使有功功率跳变减小的一种可能性是，在电流保持相同的情况下，降低的直流电压，然而这使损耗增大。

在双极线路的情况下，还存在如下可能性，即，通过经由线路的两个极，在彼此相反的方向上，传输有功功率，来使有功功率跳变减小。在此，以协调的方式，分别在与线路连接的多个变流器站上，两个变流器中的一个作为整流器运行，整流器从与其连接的交流电网汲取变流器有功功率，而另一个变流器作为逆变器运行，逆变器将变流器有功功率传输到交流电网中。在这种情况下，从变流器站传输的站有功功率，是该变流器站的两个变流器的变流器有功功率的差。由此，可以使站有功功率小于每个变流器的变流器有功功率，特别是小于每个变流器的最小传输功率，从而尽管两个变流器至少以其最小传输功率运行，但是可以使有功功率跳变减小。但是这种方法具有以下缺点，即，通过经由线路的两个极传输有功功率，产生了高的传输损耗。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，给出一种特别是在有功功率跳变方面得到改善的具有线路换向的变流器的变流器站以及运行这种变流器站的方法，该变流器站用于经由双极线路进行能量传输。

根据本发明，上述技术问题通过具有权利要求1的特征的方法，以及通过具有权利要求10的特征的变流器站来解决。

本发明的有利的设计方案是从属权利要求的内容。

在根据本发明的运行变流器站的方法中，变流器站具有两个线路换向的变流器，用于经由双极高压直流传输线路进行能量传输，在第一运行模式下，两个变流器以反向并联连接的方式，与高压直流传输线路的同一个极电连接，变流器中的一个作为整流器在交流电网上运行，并且另一个变流器作为逆变器在交流电网上运行。在第二运行模式下，两个变流器与高压直流传输线路的彼此不同的极连接，并且两个变流器作为整流器或者作为逆变器在交流电网上运行。在这两个运行模式下，通过针对在变流器与交流电网之间交换的变流器有功功率的有功功率预设值，来控制在变流器站与交流电网之间交换的站有功功率。

也就是说，本发明提供两种不同的运行模式，用于在双极线路上运行具有两个线路换向的变流器的变流器站。在第一运行模式下，变流器以反向并联连接的方式以单极的方式运行，即，在线路的同一个极上运行。在该运行模式下，变流器中的一个作为整流器在交流电网上运行，即，该变流器从交流电网汲取有功功率。另一个变流器作为逆变器在交流电网上运行，即，该变流器将有功功率传输到交流电网中。在第二运行模式下，两个变流器以传统的方式运行，在该传统的方式下，两个变流器与高压直流传输线路的彼此不同的极连接，并且两个变流器作为整流器或者作为逆变器在交流电网上运行。

在第一运行模式下，由于变流器中的一个作为整流器运行，并且另一个变流器作为逆变器运行，因此变流器站与交流电网交换的站有功功率是两个变流器的变流器有功功率的差。由此，即使两个变流器至少以其最小传输功率运行，也可以使站有功功率小于每个变流器的变流器有功功率，特别是小于每个变流器的最小传输功率。特别是，如果两个变流器以相同的变流器有功功率运行，则可以设置为零的站有功功率。因此，第一运行模式尤其适合用于接通和关断变流器站，以减小或者完全避免在接通或者关断时引起的有功功率跳变。由于在第一运行模式下，在变流器有功功率大的情况下，站有功功率和经由线路传输的功率可以小，因此第一运行模式还适合用于在设备首次投入运行的过程中，以大的变流器有功功率进行测试，即使交流系统和/或线路尚未设计为用于大功率或者不可用于大功率。

在第二运行模式下，由于两个变流器作为整流器或者作为逆变器运行，因此变流器站与交流电网交换的站有功功率，是两个变流器的变流器有功功率的和。因此，该运行模式适合用于经由线路传输大的有功功率。

在这两个运行模式下，通过针对在变流器与交流电网之间交换的变流器有功功率的有功功率预设值，来控制变流器站。在第一运行模式下，针对两个变流器的有功功率预设值通常彼此不同，然而在特定情况下也可以一致，特别是为了设置为零的站有功功率，例如为了在没有有功功率跳变的情况下接通或者关断变流器站。在第二运行模式下，两个变流器通常以一致的有功功率预设值运行，使得每个变流器有功功率是站有功功率的一半大。然而，在第二运行模式下，两个变流器也可以以彼此不同的有功功率预设值运行。

也就是说，除了变流器站的传统的(第二)运行模式之外，在该传统的运行模式下，在线路的不同的极上，两个变流器两者都作为整流器或者都作为逆变器运行，本发明还能够实现另一个(第一)运行模式，在该运行模式下，变流器站以小的站有功功率运行，特别是可以在减小对交流电网的影响的情况下，来接通和关断变流器站。

本发明的一个设计方案设置为，在两个运行模式之间进行运行模式切换时，首先关断两个变流器中的一个，同时将另一个变流器的变流器有功功率，设置为在运行模式切换之前实现的站有功功率，之后将关断的变流器从在该变流器关断之前与该变流器连接的极分离，并且与另一个极连接，最后接通关断的变流器，并且在改变后的运行模式下，变流器站以与运行模式切换之前相同的站有功功率运行。本发明的这种设计方案使得能够避免由于改变运行模式而引起的站有功功率中的有功功率跳变。

本发明的另一个设计方案设置为，预先给定针对站有功功率的阈值，并且对于阈值以下的站有功功率，变流器站以第一运行模式运行。在阈值以上，变流器站例如以第二运行模式运行。本发明的这种设计方案考虑到第一运行模式尤其适合于小的站有功功率，因为在该运行模式下，站有功功率是两个变流器的变流器有功功率的差。特别是，在第一运行模式下，可以设置小于变流器的最小传输功率的站有功功率，最小传输功率用于避免变流器的间歇运行。在此，阈值例如等于变流器站的变流器的最小传输功率的和，或者大于该和。

本发明的另外的设计方案设置为，在以第一运行模式接通变流器站时，通过无级地改变有功功率预设值，站有功功率从接通有功功率开始增加，和/或在以第一运行模式关断变流器站时，通过无级地改变有功功率预设值，站有功功率下降到关断有功功率。在此，接通有功功率和/或关断有功功率特别是可以为零。本发明的这些设计方案能够实现变流器站在没有有功功率跳变的情况下，或者在有功功率跳变相对于传统的运行减小的情况下的软接通和/或关断。

本发明的另一个设计方案设置为，为了改变站有功功率的流动方向，变流器站以第一运行模式运行，其中，通过无级地改变有功功率预设值，来改变站有功功率。本发明的这种设计方案使得在改变站有功功率的流动方向时，连续地改变站有功功率，并且避免了站有功功率中的有功功率跳变。

根据本发明的用于经由双极高压直流传输线路进行能量传输的变流器站包括：两个线路换向的变流器，变流器分别可以选择性地作为整流器或者作为逆变器在交流电网上运行，并且可以与高压直流传输线路的两个极中的每一个电连接；以及控制单元，控制单元被配置为，按照根据本发明的方法，通过针对在变流器与交流电网之间交换的变流器有功功率的有功功率预设值，来控制由变流器站从交流电网汲取的站有功功率。

根据本发明的变流器站使得能够执行具有上面提到的优点的根据本发明的方法。相对于具有线路换向的变流器的传统的变流器站，仅需要使得两个变流器能够反向并联的电路以及控制单元，控制单元被配置为根据本发明对反向并联连接的变流器的变流器有功功率进行控制。对于该电路，必要时可以使用变流器站的已经存在的开关设备，其中，在需要的情况下，必须将这些开关设备的绝缘水平提高到高压电势。控制单元的设置例如可以通过对应的编程来实现。因此，相对于具有线路换向的变流器的传统的变流器站，根据本发明的变流器站的附加的硬件开销相对较低。因此，必要时也可以使用本发明来升级已有的具有线路换向的变流器的双极变流器站。

根据本发明的变流器站的一个设计方案设置为，每个变流器可以直接与高压直流传输线路的一个极连接，并且可以通过换极开关与另一个极连接。当变流器站经由线路与多于一个的另外的变流器站连接(即所谓的多端运行，multiterminal-betrieb)时，本发明的这种设计方案是特别有利的，因为在这种情况下，线路的简单的换极是不可能的，因此经常无论如何都设置有换极开关。

本发明的另一个设计方案设置为，交流电网为三相的。在这种情况下，每个变流器例如可以具有十二个阀单元，该十二个阀单元以十二脉冲桥电路布置，十二脉冲桥电路由两个六脉冲桥电路构成，其中，每个阀单元特别是可以具有至少一个晶闸管。此外，在此，每个变流器可以通过变压器单元与交流电网连接，变压器单元对于交流电网的每一相，具有初级绕组、第一次级绕组和第二次级绕组，其中，初级绕组通过星形电路彼此连接，第一次级绕组通过三角形电路彼此连接，并且第二次级绕组通过星形连接彼此连接。前面提到的本发明的设计方案涉及三相交流电网之间的线路的主流构造。在这些情况下，特别是具有十二脉冲变流器和上面提到的其它特性的变流器站已经得到了证明，其因此也是本发明的有利的设计方案。然而，应当指出，本发明不限于上面提到的类型的三相交流电网和/或变流器，而是例如也可以应用于单相交流电网和/或六脉冲变流器。

附图说明

结合下面对实施例的描述，上面描述的本发明的特性、特征和优点以及其实现方式，将变得更清楚并且更容易理解，结合附图来详细说明这些实施例。在此：

图1示出了根据现有技术的变流器站的电路图，

图2示意性地示出了经由线路连接的两个变流器站，

图3示意性地示出了经由线路连接的三个变流器站。

在附图中，对彼此对应的部分设置相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了根据现有技术的用于经由双极线路30进行能量传输的变流器站1的电路图。变流器站1包括两个线路换向的变流器4、5(lcc＝linecommutatedconverter)，线路换向的变流器4、5分别可以在三相交流电网27、28、29上，选择性地作为整流器或者作为逆变器运行。

每个变流器4、5具有十二个阀单元7，这些阀单元7以十二脉冲桥电路26布置，十二脉冲桥电路26由两个六脉冲桥电路26.1、26.2构成。每个阀单元7具有一个晶闸管或者串联或并联连接的多个晶闸管。过电压放电器9与每个阀单元7并联连接。

每个变流器4、5通过变压器单元11与交流电网27连接，变压器单元11对于交流电网27的每一相具有初级绕组13、第一次级绕组15和第二次级绕组17。每个变压器单元11的初级绕组11通过星形电路彼此连接，第一次级绕组15通过三角形电路彼此连接，并且第二次级绕组17通过星形电路彼此连接。

每个第一次级绕组15的每个绕组端部与由六个阀单元7形成的第一六脉冲桥电路26.1连接。每个第二次级绕组17的远离星形电路的星形点19的绕组端部，与由相应的变流器4、5的其它六个阀单元7形成的第二六脉冲桥电路26.2连接。

第一变流器4与线路30的第一极21连接。为此，第一变流器4的第二六脉冲桥电路26.2与线路30的第一极21连接。第二变流器5与线路30的第二极23连接。为此，第二变流器5的第二六脉冲桥电路26.2与线路30的第二极23连接。此外，两个变流器4、5经由针对中压设计的变流器连接线25彼此连接。为此，两个变流器4、5的第一六脉冲桥电路26.1与变流器连接线25连接。

图2示意性地示出了两个变流器站1、2，其在直流侧经由线路30彼此连接。在交流侧，第一变流器站1与第一交流电网27连接，并且第二变流器站2与第二交流电网28连接。

线路30在两个变流器站1、2之间，以第一极21和第二极23以及高压线32、34以双极的方式构造。

每个变流器站1、2像在图1中示出的变流器站1一样构造，其中，每个变流器站1、2的两个变流器4、5中的每个，可以选择性地与线路30的两个极21、23中的每个连接。为此，与相应的一个极21、23连接的每个变流器站1、2的输出端，可以经由极连接线36和两个中断开关42，或者经由换极线48、49和两个换极开关38彼此连接。此外，每个变流器站1、2的极连接线36，可以经由重新配置开关40，与变流器站1、2的变流器连接线25连接。变流器站1、2的变流器连接线25经由中压线44彼此连接。每个变流器站1、2具有控制单元46，通过控制单元46来控制变流器站1、2的变流器4、5的阀单元7。

每个变流器站1、2与和其连接的交流电网27、28交换站有功功率p1、p2，其中，pi表示变流器站i的站有功功率(对于i＝1,2)。在此，变流器站i的站有功功率pi由变流器站i的第一变流器4的变流器有功功率pi1和变流器站i的第二变流器5的变流器有功功率pi2得到。在图2中通过箭头示出了每个有功功率流的方向。

在图2中示出的情况下，两个变流器站1、2在根据本发明的方法的第一运行模式下运行。在此，每个变流器站1、2的两个变流器4、5，以反向并联连接，与线路30的第一极21连接，其中，每个变流器站1、2的第一变流器4直接与第一极21连接，而第二变流器5通过换极开关38与第一极21连接。也就是说，变流器站1、2在第一运行模式下分别以单极的方式、即仅在线路30的极21上运行。

每个变流器站1、2的变流器4、5中的一个作为整流器运行，变流器站1、2的另一个变流器4、5作为逆变器运行。

在所示出的示例中，第一变流器站1的第一变流器4作为逆变器运行，这意味着，第一变流器4将变流器有功功率p11传输到第一交流电网27中。第一变流器站1的第二变流器5作为整流器运行，这意味着，第二变流器5从第一交流电网27汲取变流器有功功率p12。在所示出的示例中，假设p11大于p12，从而第一变流器站1将站有功功率p1＝p11-p12传输到第一交流电网27中。

第二变流器站2的第一变流器4作为整流器运行，这意味着，第一变流器4从第二交流电网28汲取变流器有功功率p21。第二变流器站2的第二变流器5作为逆变器运行，这意味着，第二变流器5将变流器有功功率p22传输到第二交流电网28中。在所示出的示例中，假设p21大于p22，从而第二变流器站2从第二交流电网28汲取站有功功率p2＝p21-p22。

借助每个变流器站1、2的控制单元46，通过针对变流器有功功率p11、p12、p21、p22的有功功率预设值，来控制该变流器站1、2的站有功功率p1、p2。通过针对每个变流器站1、2的两个变流器4、5的相同的有功功率预设值，即对于p11＝p12和p21＝p22，特别是可以设置为零的站有功功率p1、p2，即p1＝0并且p2＝0。

此外，在图2中标出了电流i1至i8以及通过箭头示出的其方向，电流i1至i8分别流过第一高压线32、中压线44、两个变流器站1、2的变流器4、5和换极线48、49。在所示出的示例中，例如流过第一变流器站1的第一变流器4的电流i3，被分为流过第一高压线32和换极线48的电流i1、i7。在开头描述的方法中，通过经由线路30的两个高压线32、34，在站有功功率p1、p2为零的情况下，在彼此相反的方向上传输有功功率，来避免接通或者关断变流器站1、2时的有功功率跳变，相对于开头描述的方法，在此，有利地使由于通过高压线32的电流流动而产生的功率损耗减小。在站有功功率p1、p2为零的特殊情况下，即对于p1＝0和p2＝0，甚至可以完全避免由于通过高压线32和中压线44的电流i1、i2而产生的功率损耗，因为这些电流i1、i2在这种特殊情况下为零。

图3示意性地示出了三个变流器站1、2、3，其在直流侧经由线路30彼此连接。在交流侧，第一变流器站1与第一交流电网27连接，第二变流器站2与第二交流电网28连接，并且第三变流器站3与第三交流电网29连接。

线路30以第一极21和第二极23以双极的方式构造。变流器站1、2、3经由高压线32、34彼此连接。

像在图1中示出的变流器站1一样，构造每个变流器站1、2、3，其中，每个变流器站1、2、3的两个变流器4、5中的每个，可以选择性地与线路30的两个极21、23中的每个连接。为此，分别与极21、23连接的每个变流器站1、2、3的输出端，可以经由极连接线36和两个中断开关42，或者经由换极线48、49和两个换极开关38彼此连接。此外，每个变流器站1、2、3的极连接线36，可以经由重新配置开关40与变流器站1、2、3的变流器连接线25连接，并且在变流器站1、2、3与重新配置开关40的连接线、和变流器站1、2、3的每个变流器4、5之间，具有中断开关42。变流器站1、2、3的变流器连接线25经由中压线44彼此连接。每个变流器站1、2、3具有控制单元46，通过控制单元46来控制变流器站1、2、3的变流器4、5的阀单元7。

每个变流器站1、2、3与和其连接的交流电网27、28、29交换站有功功率p1、p2、p3，其中，pi表示变流器站i的站有功功率(对于i＝1,2,3)。在此，变流器站i的站有功功率pi，由变流器站i的第一变流器4的变流器有功功率pi1和变流器站i的第二变流器5的变流器有功功率pi2得到。再次通过箭头示出每个有功功率流的方向。

第一变流器站1以根据本发明的方法的第一运行模式运行。在此，第一变流器站1的两个变流器4、5，以反向并联连接的方式，与线路30的相同的第一极21连接，其中，第一变流器站1的第一变流器4直接与该第一极21连接，而第一变流器站1的第二变流器5通过换极开关38与第一极21连接。第一变流器4作为逆变器运行，这意味着，第一变流器4将变流器有功功率pl1传输到第一交流电网27中。第二变流器5作为整流器运行，这意味着，第二变流器5从第一交流电网27汲取变流器有功功率p12。在所示出的示例中，假设p11大于p12，从而第一变流器站1将站有功功率p1＝p11-p12传输到第一交流电网27中。

第二变流器站2和第三变流器站3分别以传统的第二运行模式运行，即，这些变流器站2、3中的每个的两个变流器4、5与线路30的不同的极21、23连接，并且两个变流器4、5作为整流器或者作为逆变器运行。

在所示出的示例中，第二变流器站2的两个变流器4、5作为整流器运行，变流器4、5分别从第二交流电网28汲取变流器有功功率p21和p22。因此，第二变流器站2从第二交流电网28汲取站有功功率p2＝p21+p22。

第三变流器站3的两个变流器4、5作为逆变器运行，变流器4、5分别将变流器有功功率p31和p32传输到第三交流电网29中。因此，第三变流器站3将站有功功率p3＝p31+p32传输到第三交流电网29中。

借助每个变流器站1、2的控制单元46，通过针对变流器站1、2的变流器4、5的变流器有功功率p11、p12、p21、p22、p31、p32的有功功率预设值，来控制该变流器站1、2的站有功功率p1、p2、p3。

在图2和3中示出的示例中，处于第一运行模式的变流器站1、2、3的站有功功率p1、p2、p3，是变流器站1、2、3的两个变流器4、5的变流器有功功率p11至p32的差。因此，即使两个变流器4、5至少以其最小传输功率运行，也可以使第一运行模式下的站有功功率p1、p2、p3，小于每个变流器4、5的变流器有功功率p11至p32，特别是小于用来防止变流器4、5的间歇运行的最小传输功率。特别是，通过变流器站1、2、3的两个变流器4、5以相同的变流器有功功率p11至p32运行，也可以设置变流器站1、2、3的为零的站有功功率p1、p2、p3。

因此，优选针对变流器站1、2、3的小的站有功功率p1、p2、p3，使用第一运行模式。例如，预先给定针对变流器站1、2、3的站有功功率p1、p2、p3的阈值，并且对于阈值以下的站有功功率p1、p2、p3，变流器站1、2、3以第一运行模式运行。在此，阈值例如等于变流器站1、2、3的变流器4、5的最小传输功率的和，或者大于该和。对于阈值以上的站有功功率p1、p2、p3，变流器站1、2、3优选以第二运行模式运行。

在变流器站1、2、3的两个运行模式之间进行运行模式切换时，首先关断变流器站1、2、3的两个变流器4、5中的一个，并且同时将另一个变流器4、5的变流器有功功率p11至p32，设置为在运行模式切换之前实现的站有功功率p1、p2、p3。之后，将关断的变流器4、5从在关断变流器4、5之前与变流器4、5连接的极21、23分离，并且与另一个极21、23连接。最后，将关断的变流器4、5再次接通，并且变流器站1、2、3以改变后的运行模式，以与运行模式切换之前相同的站有功功率p1、p2、p3运行。以这种方式，避免由于运行模式的改变引起的站有功功率p1、p2、p3中的有功功率跳变。

特别是，使用第一运行模式来接通以及关断变流器站1、2、3，以便减小或者完全避免由于接通或者关断引起的有功功率跳变。此外，在接通变流器站1、2、3时，处于第一运行模式的变流器站1、2、3的站有功功率p1、p2、p3，优选通过无级地改变针对变流器有功功率p11至p32的有功功率预设值，从接通有功功率开始增加。在关断变流器站1、2、3时，第一运行模式下的站有功功率p1、p2、p3，通过无级地改变针对变流器有功功率p11至p32的有功功率预设值，下降到关断有功功率。在此，接通有功功率和/或关断有功功率特别是可以为零。由此，使得能够在没有有功功率跳变的情况下实现变流器站1、2、3的软接通和关断。

此外，优选使用变流器站1、2、3的第一运行模式，来改变站有功功率p1、p2、p3的流动方向。在此，优选也通过无级地改变有功功率预设值，来改变站有功功率p1、p2、p3，使得在改变站有功功率p1、p2、p3的流动方向时，也连续地改变站有功功率p1、p2、p3，并且避免站有功功率p1、p2、p3中的有功功率跳变。

虽然在细节上通过优选实施例详细说明和描述了本发明，但是本发明不限于所公开的示例，本领域技术人员可以从中推导出其它变形方案，而不脱离本发明的保护范围。

附图标记列表

1至3变流器站

4、5变流器

7阀单元

9过电压放电器

11变压器单元

13初级绕组

15、17次级绕组

19次级侧星形点

21、23极

25变流器连接线

26十二脉冲桥电路

26.1、26.2六脉冲桥电路

27至29交流电网

30高压直流传输线路

32、34高压线

36极连接线

38换极开关

40重新配置开关

42中断开关

44中压线

46控制单元

48、49换极线

i1至i8电流

p1至p3站有功功率

p11至p32变流器有功功率