用于hvdc应用的模块化多电平dc/dc转换器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于连接具有不同的电压的高压直流电网的直流电压转换器，包 括第一部分变流器和第二部分变流器，其彼此串联连接，以形成变流器串联电路，其中，所 述变流器串联电路在直流电压接线端的直流电压端子之间延伸，并且第二部分变流器在第 二直流电压接线端的直流电压端子之间延伸。
【背景技术】
[0002] 这种装置例如从WO 2010/145690 A1中已知。其中公开了彼此串联连接的两个部 分变流器，其中，每个部分变流器具有由串联连接的两极子模块构成的单个相模块。该两极 子模块配备有功率半导体开关和电容器，其中，根据对功率半导体开关的控制，在每个子模 块的输出端处可以产生降落在电容器上的电压或者零电压。串联连接的相模块形成第一直 流电压接线端，第一直流电网可与其连接。第二直流电压接线端由第二部分变流器的相模 块形成，其中，第一直流电压接线端的负极同时是第二直流电压接线端的负极。先前已知的 装置具有以下缺点：存在在连续运行时，部分变流器的子模块的电容器被充电超过允许的 量的风险。
[0003] 根据WO 2010/115452,描述了一种用于对直流电网进行负载流控制的装置。这种 装置具有纵向电压源，其串联连接在所述直流电网的直流电压线中。纵向电压源通过两个 串联连接的线路换向变流器来实现，从而连续运行时的损耗小。为了能够提高直流电网中 的电压，将串联连接在直流电网中的变流器，在交流电压侧经由第一变压器、交流电网和第 二变压器，连接到与直流电网并联连接的变流器的交流电压接线端。该与直流电网并联连 接的变流器也可以称为横向电压源。横向电压源提供向纵向电压源供电所需的能量。以这 种方式，使得能够通过提高直流电网中的电压来进行负载流控制。
[0004] 作为示例，在图1中示出了用于连接处于不同的电压水平的高压直流电网的其它 现有技术。为了连接第一高压直流电网，其中示出的直流电压转换器具有第一直流电压接 线端1，其形成正直流电压端子2以及负直流电压端子3。为了连接具有较小的标称直流电 压的第二高压直流电网，设置了第二直流电压接线端4,其也具有正直流电压端子5以及负 接线端子6。第一部分变流器8的三个相模块7在直流电压接线端1的正直流电压端子2 和负接线端子3之间延伸。在此，一个相模块由两个彼此串联连接的变流器臂9以及线圈 形式的电感10构成。此外，设置了第二部分变流器11，其同样具有三个相模块7,所述相模 块分别由两个串联连接的变流器臂9和电感10组成。每个相模块7形成两个直流电压接 线端，其形成第二直流电压接线端4的正接线端子5以及负接线端子6。在变流器臂9之间 的电势点形成各自的变流器8或11的交流电压接线端12的交流电压相12。两个交流电压 接线端12经由三相变压器14彼此连接。在此，所述变压器14的绕组可以按照任意方式、 即例如按照三角形或星形电路彼此连接。
[0005] 根据该先前已知的装置，首先将第一直流电网的直流电压经由第一部分变流器8 转换为交流电压，经由变压器14变换到各自需要的电压水平，随后又通过部分变流器11转 换为希望的直流电压。
[0006] 用于小功率至中功率的直流电压转换器同样充分地已知。关于这一点，应当提及 配备有线圈和电容器的升压或降压转换器，其中，功率半导体开关确保电流流动的短时中 断。然而，已知升压或降压转换器的功率半导体在高压范围内将被加上如此之大的负载，使 得在短时间之后可能已经产生无法修复的损坏。
【发明内容】
[0007] 本发明要解决的技术问题是，提供一种也适合于连续运行的开头提及的类型的直 流电压转换器。
[0008] 本发明通过如下来解决上述技术问题，即，第一部分变流器和第二部分变流器经 由功率交换部件彼此连接，从而使得能够经由功率交换部件在第一部分变流器和第二部分 变流器之间交换电功率。
[0009] 在本发明的范围内，提供了一种直流电压转换器，其具有两个部分变流器的串联 电路。该变流器串联电路形成两个直流电压接线端，其分别与一个直流电压端子连接。该 连接例如经由合适的电感进行。直流电压端子共同形成第一直流电压接线端，第一直流电 网可以连接到所述第一直流电压接线端。第二直流电网可以与直流电压转换器的第二直流 电压接线端相连，从而第二直流电网与单个部分变流器的直流电压接线端相连。因为第二 部分变流器的串联电路的耐压强度大于串联电路的单个部分变流器的耐压强度，因此第一 直流电网可以具有比第二直流电网的运行电压高的运行电压。因此，也可以将第一直流电 压接线端称为高压侧，并且将第二直流电压接线端称为低压侧。在本发明的范围内已知，在 部分变流器持续运行时，必须提供或汲取电功率。此外，向每个部分变流器馈送的功率必须 平均为零。然而，这实际上是不可能的。根据本发明，因此设置功率交换部件，两个部分变流 器同样经由所述功率交换部件彼此连接。由此，部分变流器能够相互交换电功率，从而在本 发明的范围内，即使在直流电压转换器连续运行时，也尽可能避免了部件出现错误或故障。 根据本发明，降落在第一直流电压接线端的正直流电压端子和第二直流电压接线端的正直 流电压端子之间延伸的第一部分变流器上的多余的功率，经由功率交换部件，向低压侧、即 向在第二直流电压接线端的直流电压端子之间延伸的第二部分变流器传输。第二部分变流 器将该功率馈入连接在第二直流电压接线端处的直流电网。在本发明的范围内，功率流动 可以沿两个方向、即从高压侧向低压侧或者相反。在本发明的范围内，还可以实现任意的转 换比。
[0010] 在本发明的范围内，部分变流器的拓扑、即结构和部件原则上是任意的。然而，适 宜的是，部分变流器是因此配备有能够主动导通和关断的功率半导体开关的自换向变流 器。与此不同，仅第二部分变流器是自换向变流器。有利的是，变流器具有两极子模块的串 联电路。在本发明的范围内，子模块的构造原则上是任意的。因此，例如，子模块仅具有一 个功率半导体开关、例如晶闸管、GTO、IGBT、IGCT等，在可关断的功率半导体开关的情况下， 与其例如反向并联连接续流二极管。替选地，考虑能够反向导通的功率半导体开关。这种 子模块的串联电路是必须的，因为单个子模块的耐压强度通常不足以能够可靠地容纳在高 压直流输电的范围内降落的电压。由于该原因，在本发明的范围内，每个部分变流器具有串 联连接的多个子模块、例如大约100或300个。此外，部分变流器还可以具有用于限制可能 流过部分变流器的最大电流的电感元件。当然，在本发明的范围内，当使用不能进行硬开关 的功率半导体时，还可以设置缓冲网络（Beschaltungsnetzwerk)。
[0011] 有利的是，每个部分变流器具有交流电压接线端，其中，第一部分变流器的交流电 压接线端经由功率交换部件与第二部分变流器的交流电压接线端相连。通过该有利扩展， 将连接到直流电压转换器的直流电网的直流电压转换为交流电压，其中，功率交换部件以 已知的方式将交流电压转换到需要的电压水平。
[0012] 因此，有利的是，功率交换部件被构造为变压器。变压器的结构原则上可以是任意 的。因此，可以使用具有以适宜的方式彼此感性耦合的电隔离的绕组的普通变压器。然而， 与此不同，还可以使用自耦变压器。在自耦变压器的情况下，省去了绕组的电隔离。代替绕 组对，仅使用具有一个抽头的一个绕组。因此，还可以将这种自耦变压器视为电感分压器。 有利的是，在自耦变压器和部分变流器的交流电压接线端之间布置用于隔离直流电压电势 的部件、例如电容器。
[0013] 适宜的是，变压器具有与第一部分变流器的交流电压接线端相连的初级绕组和与 第二部分变流器的交流电压接线端相连的次级绕组。
[0014] 通过该变压器，将降落在初级绕组上的交流电压变换为次级侧的较低的交流电 压。
[0015] 根据一个有利扩展，每个部分变流器具有至少一个相模块，其形成两个串联连接 的变流器臂，其中，在每个相模块的变流器臂之间的电势点形成交流电压接线端的交流电 压相。根据该有利扩展，使用例如形成彼此连接成所谓的格雷兹桥（Graetz-Brilcke)的变 流器臂或变流器器支路的变流器。在此，每个变流器臂在直流电压接线端和交流电压接线 端之间延伸。在变流器臂或者相模块中，例如布置扼流