专利名称:模块化电压源换流器机架以及绝缘设备的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及模块化电压源换流器机架以及绝缘设备。一种模块化电压源换流器机架，该模块化电压源换流器包含一个或多个换流器模块 ， 机架（13）包括用于容纳一个或多个换流器模块（121…12n）的壳体（15），绝缘设备（10）包括：第一导电层（16），其包括用于连接到包容所述机架（13）的外壳（14）的第一连接装置（19）；第二导电层（17），其包含用于连接到所述一个或多个换流器模块（121…12n）中的一个换流器模块（121）的第二连接装置（20）；以及绝缘层（18），所述绝缘层（18）将第一导电层（16）与第二导电层（17）分隔。本实用新型还涉及绝缘设备（10）。
【专利说明】模块化电压源换流器机架以及绝缘设备
【技术领域】
[0001]本实用新型一般涉及电压源换流器领域，并且特别是涉及换流器机架，及其绝缘和保护。
【背景技术】
[0002]电压源换流器(VSC)，也称为STATCOM，是现今用于增强电网的电能质量以及用于保证在集成随机发电(即，风能、太阳能)的情况下遵守并网标准的一种有价值解决方案。降低系统成本的需求驱动着技术朝向标准的解决方案，并且参照图1，多电平换流器I常常由标准换流器模块2i，”.2η(也表示换流器单元、换流器链或阀)的串联/并联连接来建造。这些标准的换流器模块2” -。^皮堆叠在机械机架3中。多电平换流器I通常连接到中/高压，并且换流器相位需要充分地与壳体4绝缘，例如，壳体4可以是容器，多电平换流器I被放置在该容器内。这种绝缘借助于绝缘体以及至壳体的壁、地板以及天花板足够的空气距离来实现，如在图中由双箭头所指示的。
[0003]因此，对于电气绝缘来说，必须保证机架和壳体之间有足够的空气距离，当电压源换流器I直接连接到配电和传输电压电平时，这限制了解决方案的紧密度并严重影响了系统的成本。空气绝缘距离限制了可被安装在标准容器中的机架的尺寸和数量，导致用于承载电压源换流器所需容器数量的增加。
[0004]US 3，805，140公开了一种解决方案，其中绝缘挡板被紧固在包含AC-DC换流器的金属容器的内壁。将这种绝缘挡板布置在容器壁上可能是麻烦的并且为整个容器制造这种绝缘挡板既成本高又困难。
[0005]除了上述对壳体定尺寸以便提供足够的空气距离，以及用绝缘材料对壳体加内衬的解决方案外，使用绝缘油或真空绝缘的解决方案也是已知的。
[0006]上述已知的解决方案遭受一个或多个缺点，诸如较高材料、生产以及安装成本，需要占用较大面积，对环境构成危害。此外，高维护成本较高，特别是对于油或气体绝缘结构，并且用于保证密封所有部件的机械成本非常高。
实用新型内容
[0007]鉴于上述，本实用新型的目的是提供模块化电压源换流器机架以及绝缘设备。本实用新型的提供了用于换流器模块装配的成本高效和紧凑的绝缘装置。
[0008]所述目的是根据本实用新型的第一方面，通过一种模块化电压源换流器的机架来实现的，该模块化电压源换流器包含一个或多个换流器模块。所述机架包含用于容纳所述一个或多个换流器模块的壳体；以及绝缘设备，其包含:第一导电层，所述第一导电层包含用于连接到包含所述机架的外壳的第一连接装置，第二导电层，所述第二导电层包含用于连接到所述一个或多个换流器模块中的一个换流器模块的第二连接装置，以及绝缘层，所述绝缘层将所述第一导电层与所述第二导电层分隔。
[0009]本实用新型提供了用于模块化换流器系统的紧凑绝缘解决方案，使得能够减少用于承载所述换流器模块的外壳的尺寸和数量。从而，本实用新型还能够减少系统成本。所述外壳减少的尺寸要求能够通过为应用引入另外的换流器模块来利用，其中这种需求可以出现。
[0010]更进一步地，本实用新型的解决方案可以被标准化并且适合于大批量生产，还允许低成本的紧凑系统。本实用新型的机架需要的低覆盖区以及绝缘设备致使它们例如特别适用于海上风力发电平台。
[0011]所述目的是根据本实用新型的第二方面，通过一种用于机架的绝缘设备来取得的，所述机架容纳包含一个或多个换流器模块的模块化电压源换流器。所述绝缘设备包含第一导电层，所述第一导电层包含用于连接到包含所述机架的外壳的第一连接装置。所述绝缘设备还包含第二导电层，所述第二导电层包含用于连接到所述一个或多个换流器模块中的一个换流器模块的第二连接装置。所述绝缘设备还包含绝缘层，所述绝缘层将所述第一导电层与所述第二导电层分隔。取得的对应于上述的特征也用于本实用新型的这个方面。
[0012]根据阅读以下描述和附图，本实用新型的进一步特征和优点将变得清楚。
【附图说明】
[0013]图1图示现有技术的换流器机架。
[0014]图2图示根据本实用新型的换流器机架和绝缘设备。
[0015]图3图示图2的细节。
[0016]图4图示三角连接的电压源换流器的实用新型。
[0017]图5图示借助于本实用新型所获得的优点。
【具体实施方式】
[0018]在以下描述中，为了解释而非限制的目的，阐述了特定细节，诸如特定架构、接口、技术等，以便提供对本实用新型的完全理解。然而，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以以不背离这些特定细节的其它实施例来实践是显而易见的。在其它示例中，省略了众所周知的设备、电路、以及方法的详细描述，以便不用不必要的细节使本实用新型的描述不清楚。在整个说明书中，相同的附图标记指示同样的元件。
[0019]参照图2，示出了根据本实用新型的实施例的机械机架13，也表示换流器机架。机架13旨在针对模块化电压源换流器11，并且可包含将被描述的具有适应性的标准机械换流器机架。模块化电压源换流器11包含一个或多个换流器模块U1,…，12n(因此模块化)。
[0020]作为示例，电压源换流器11可以被适配为在33kV电压的连接处使用，然后，电压源换流器11例如可包含80个换流器模块。因此，电压源换流器11的每一相可需要数个机架13以用于包含特定电压电平所需的换流器模块(也见图4)。
[0021]机架13包含用于容纳一个或多个换流器模块12”…，12n的壳体15。壳体15例如可以是由金属或塑料组成。壳体15包含用于接纳换流器模块的装置，例如组装件或装配件，借助于这些装置被插入到机架壳体15的换流器模块被紧固在机架壳体上。然后，换流器模块通过布线彼此互相连接，因此共同提供期望的电压电平。
[0022]机架13还包含绝缘设备10，该绝缘设备10包含第一导电层16和第二导电层17。导电层16、17通过电气绝缘层18分隔。绝缘设备10在图3中详细图示。
[0023]第一导电层16包含第一连接装置19，适用于例如连接到包含机架13的外壳14。通常，机架13 (或许多机架)被包含在标准尺寸的容器内，并且外壳14可包含这种容器。作为另一个示例，外壳14可以是具有内部金属结构(即，限制电磁发射)的混凝土壳体。第一导电层16应当包含用于连接到这种外壳的连接装置19，该外壳通常接地。替代地，第一导电层16可以连接到某些其它地电势。第一连接构件19可包含焊接接点，即第一导电层16通过焊接连接到外壳14。另一个示例包含通过机械压力应用的可去除电气端子，并且借助于可去除电气端子第一连接装置19连接到外壳14。又一个示例包含螺栓和/或螺钉。
[0024]第二导电层17包含第二连接装置20，其用于连接到一个或多个换流器模块121；…，12n中的一个换流器模块12 !O第二连接装置20通常在将减少绝缘距离的方向上连接到具有最高电势(例如相对于地电势)的有源部分，即在图示的情况下，垂直于外壳14的天花板，并且垂直于外壳14的地板。第二连接装置20可以与第一连接装置相同，例如包含电气端子、焊接连接、螺栓或螺钉。
[0025]绝缘层18被布置在第一导电层16和第二导电层17之间，并且因此使第一导电层16与第二导电层17分隔。绝缘层18可包含固体绝缘材料，优选具有高介电常数，诸如塑料或橡胶。
[0026]在一个实施例中，对绝缘层18定尺寸，以便为绝缘设备10提供电容保护模块化电压源换流器11抵抗快速瞬态涌入电流。即，可设计绝缘层18的尺寸，以便为绝缘设备10提供适用于其预期用途的电容。然后，绝缘设备10作用为沿电压源换流器11的分布式额外并联电容的功能。可另外地或替代地选择绝缘层18的材料，以便为绝缘设备10提供期望电容，以保护模块化电压源换流器11抵抗这种快速瞬态涌入电流。
[0027]当设计和生产绝缘设备10时，应当保证生产并互相连接第一导电层16、第二导电层17和绝缘层18，使得消除它们之间的任何空气。从而，避免局部放电。此外，应当确保第一导电层16、第二导电层17和绝缘层18中的每一层都没有空气。
[0028]涉及这种局部放电的另一个设计方面是第一导电层16、第二导电层17和绝缘层18的形状。特别地，应当设计它们的形状，以便均匀地分布电场，例如给予这些层平滑的(圆形的)边缘。
[0029]绝缘设备10可以被布置在壳体15的顶部21和/或壳体15的底部22。每个绝缘设备10的第一导电层16连接到外壳14，因此，通常连接到地电势，因为外壳通常接地。第二导电层17连接到邻近的换流器模块的端子。在图示的情况下，这将分别是一堆换流器模块的最上面的换流器模块以及该堆模块中的最低放置的换流器模块。因此，第二导电层17假定这些换流器模块的电势是相同的。
[0030]绝缘设备10可以以各种方式被紧固到机架13。第一示例包含使用电气绝缘紧固装置，例如诸如阳和阴联接装置的协作啮合构件。即，机架壳体15可以设有阴联接装置，在绝缘设备10上设置的阳联接装置插入到阴联接装置。
[0031]如果机架壳体15由诸如金属的导电材料制成，并且壳体15连接到最高的换流器模块(在图示的情况下，为换流器模块12上则壳体15将与第二导电层17处于相同的电势。然后，绝缘设备10、以及特别是其第二导电层17可仅通过金属螺钉或类似物被紧固到机架13ο
[0032]本实用新型可包括用于如所描述的机架的绝缘设备10。S卩，机架13容纳包含一个或多个换流器模块12p…，12?的模块化电压源换流器11。绝缘设备10是考虑已经描述的方面来设计的。绝缘设备10包含第一导电层16、第二导电层17以及分隔它们的绝缘层18。
[0033]在一个实施例中，第一导电层16、第二导电层17以及绝缘层18都互相连接，使得消除它们之间的任何空气。较优地，还保证每一层16、17、18都没有空气。
[0034]在一个实施例中，使第一导电层16、第二导电层17以及绝缘层18的成形为使得包含平滑的转角，从而均匀地分布电场。
[0035]在一个实施例中，绝缘层18包含具有高介电常数的固体绝缘材料，例如塑料或橡胶。
[0036]在一个实施例中，对绝缘层18定尺寸，以便为绝缘设备10提供电容以保护模块化电压源换流器11抵抗快速瞬态涌入电流。
[0037]在一个实施例中，选择绝缘层18的材料，以便为绝缘设备10提供电容以保护模块化电压源换流器11抵抗快速瞬态涌入电流。
[0038]在一个实施例中，第一连接装置19和第二连接装置20包含焊接连接或可去除电气端子。
[0039]在一个实施例中，第一连接装置19连接到地电势，并且第二连接装置20连接到具有最高电势的模块化换流器11的有源部分。
[0040]虽然，以上描述了绝缘设备10的一些特定实施例，但是绝缘设备10可设置有在描述机架13时已经描述的特征的任何组合。
[0041]图4图示三角连接的电压源换流器11，因此具有三个相桥L1、L2、L3。如先前所提及的，机架13(或许多机架)被包含在标准尺寸容器内，外壳14包含这种容器。这之所以方便有许多原因；例如可以在一个地方和同一地方针对所有换流器进行大部分布线。然后，容器被运输到其期望操作地点，通过具有标准尺寸的容器促进了所述运输。
[0042]需要注意的是，电压源换流器的三角连接仅是作为示例提供的，并且其它类型的连接也可受益于本实用新型的教导，例如诸如星形(Y形)连接的电压源换流器或单相换流器。
[0043]图5图示提供沿电压源换流器11的分布式额外并联电容的简要提到的方面。这是抵抗快速瞬态涌入电流的自然保护，快速瞬态涌入电流例如可源于闪电现象(如由最左边的箭头所图示的)。这种闪电现象对换流器模块潜在地造成损害。如所提及的，绝缘设备10的电容值可通过变化绝缘材料(具有不同的电介质常数)和/或通过改变绝缘厚度来进行选择。因此，(多个)绝缘设备10提供保护换流器模块的分布式浪涌电容。
[0044]借助于本实用新型，与现有技术相比，可使用有限距离来保证由绝缘设备10提供的电气绝缘，导致更加紧凑的换流器系统。绝缘设备10可与保持换流器模块的机械机架13集成在一起。由于可使用标准化机架的解决方案，减少了、甚至最小化生产成本。
【权利要求】
1.一种模块化电压源换流器(11)的机架(13)，所述模块化电压源换流器(11)包括一个或多个换流器模块(12^..12η)，其特征在于，所述机架(13)包括: -壳体(15)，用于容纳所述一个或多个换流器模块(12^.12η)，以及 -绝缘设备(10)，所述绝缘设备(10)包括: -第一导电层(16)，包括用于连接到包容所述机架(13)的外壳(14)的第一连接装置(19)， -第二导电层(17)，包括用于连接到所述一个或多个换流器模块(12Γ..12η)中的一个换流器模块(U1)的第二连接装置(20)，以及 -绝缘层(18)，所述绝缘层将所述第一导电层(16)与所述第二导电层(17)分隔。2.根据权利要求1所述的模块化电压源换流器(11)的机架(13)，其特征在于，所述第一导电层(16)、所述第二导电层(17)以及所述绝缘层(18)相互连接，使得消除它们之间的任何空气。3.根据权利要求1或2所述的模块化电压源换流器(11)的机架(13)，其特征在于，所述第一导电层(16)、所述第二导电层(17)以及所述绝缘层(18)中的每一层都没有空气。4.根据前述权利要求1或2所述的模块化电压源换流器(11)的机架(13)，其特征在于，使所述第一导电层(16)、所述第二导电层(17)以及所述绝缘层(18)的成形为使得均匀地分布电场。5.根据权利要求4所述的机架模块化电压源换流器(11)的机架(13)，其特征在于，所述第二导电层(17)和所述绝缘层(18)包括平滑的边缘。6.根据前述权利要求1或2所述的模块化电压源换流器(11)的机架(13)，其特征在于，所述绝缘层(18)包含具有高介电常数的固体绝缘材料。7.根据前述权利要求1或2所述的模块化电压源换流器(11)的机架(13)，其特征在于，对所述绝缘层(18)定尺寸，使得为所述绝缘设备(10)提供电容用于保护所述模块化电压源换流器(11)抵抗快速瞬态涌入电流。8.根据前述权利要求1或2所述的模块化电压源换流器(11)的机架(13)，其特征在于，选择所述绝缘层(18)的材料，使得为所述绝缘设备(10)提供电容用于保护所述模块化电压源换流器(11)抵抗快速瞬态涌入电流。9.根据前述权利要求1或2所述的模块化电压源换流器(11)的机架(13)，其特征在于，所述第一连接装置(19)和所述第二连接装置(20)包含焊接连接或可去除端子。10.根据前述权利要求1或2所述的模块化电压源换流器(11)的机架(13)，其特征在于，所述第一连接装置(19)连接到地电势，并且所述第二连接装置(20)连接到具有最高电势的所述模块化电压源换流器(11)的有源部分。11.根据前述权利要求1或2所述的模块化电压源换流器(11)的机架(13)，其特征在于，所述绝缘设备(10)被布置在所述壳体(15)的顶部(21)和/或所述壳体(15)的底部(22)。12.根据前述权利要求1或2所述的模块化电压源换流器(11)的机架(13)，其特征在于，所述绝缘设备(10)借助于电气绝缘紧固装置被紧固到所述机架(13)。13.一种用于机架(13)的绝缘设备(10)，其特征在于，所述机架(13)容纳包括一个或多个换流器模块(12Γ..12η)的模块化电压源换流器(11)，所述绝缘设备(10)包括: -第一导电层(16)，包括用于连接到包容所述机架(13)的外壳(14)的第一连接装置(19)， -第二导电层(17)，包括用于连接到所述一个或多个换流器模块(12Γ..12η)中的一个换流器模块(U1)的第二连接装置(20)，以及 -绝缘层(18)，所述绝缘层将所述第一导电层(16)与所述第二导电层(17)分隔。14.根据权利要求13所述的绝缘设备(10)，其特征在于，所述第一导电层(16)、所述第二导电层(17)以及所述绝缘层(18)相互连接，使得消除它们之间的任何空气。15.根据权利要求13或14所述的绝缘设备(10)，其特征在于，所述第一导电层(16)、所述第二导电层(17)以及所述绝缘层(18)中的每一层都没有空气。16.根据权利要求13或14所述的绝缘设备(10)，其特征在于，使所述第一导电层(16)、所述第二导电层(17)以及所述绝缘层(18)成形为使得包括平滑的拐角，从而均匀地分布电场。17.根据权利要求13或14所述的绝缘设备(10)，其特征在于，所述绝缘层(18)包括具有高介电常数的固体绝缘材料。18.根据权利要求13或14所述的绝缘设备(10)，其特征在于，对所述绝缘层(18)定尺寸，使得为所述绝缘设备(10)提供电容用于保护所述模块化电压源换流器(11)抵抗快速瞬态涌入电流。19.根据权利要求13或14所述的绝缘设备(10)，其特征在于，选择所述绝缘层(18)的材料，使得为所述绝缘设备(10)提供电容用于保护所述模块化电压源换流器(11)抵抗快速瞬态涌入电流。20.根据权利要求13或14所述的绝缘设备(10)，其特征在于，所述第一连接装置(19)和所述第二连接装置(20)包含焊接连接或可去除端子。21.根据权利要求13或14所述的绝缘设备(10)，其特征在于，所述第一连接装置(19)连接到地电势，并且所述第二连接装置(17)连接到具有最高电势的所述模块化电压源换流器(11)的有源部分。
【文档编号】H02M7-00GK204290748SQ201190001106
【发明者】M·蒙吉 [申请人]Abb技术有限公司