专利名称：电压源换流器站的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及电压源换流器，更具体地，涉及在高电压直流
(HVDC)系统中使用的电压源换流器。
背景技术：
电压源换流器(VSC)用于例如高电压直流(HVDC)系统中，并且 也用作静态无功^h(尝器(SVC )。在HVDC应用中，电压源换流器耦合在 直流链与交流网络之间，而在第二个应用中，电压源换流器耦合在直流电 压源与交流网洛之间。在这两个应用中，电压源换流器必须能够产生频率 与交流网络的频率相同的交流(AC)电压。通it^目对于交流网络的电压 分别调制所产生的交流电压的幅度和相位(phase position )，可控制流过 换流器的无功功率和有功功率。
具体而言，装配有串联晶体管(IGBT)的电压源换流器的出现使得 有可能将这种换流器用于较高的电压，并且控制所产生的交流电压的脉冲 宽度调制(PWM)使得能够非常快地控制该电压。
关于电压源换流器的控制系统的一般描述，参考"PWM and Control of Two and Three Level High Power Voltage Source Converters" ， Anders Lindberg著，Royal Institute of Technology (皇家理工学院)，Department of Electric Power Engineering (电力工程学院)，斯德哥尔摩，1995，具 体是第1、 21-56、 77-106页以及附录A，这些通过引用而结合于此。该 文献在下面简称为Anders Lindberg。
图1以示意性的单线和方框图的形式示出现有技术中已知的高电压 直流输电系统。第一换流器站STN1和第二换流器站STN2经由分别具有 两个电极导体Wl和W2的直流链分别相互耦合。通常，电极导体为线缆， 但它们也可以为(至少部分为)架空线的形式。虽然将仅仅详细描述第一 换流器站，但是应当理解，第二换流器站也可以具有相同的设计。
换流器站具有耦合在电极导体之间的电容器器件CI,并且包括电压
3源换流器(在下文中称为VSC) VSC1。 vsc包括半导体阀，半导体岡为 本身已知的桥式连接形式，例如，如Anders Lindberg第8-16页所述的2 级或3级换流器桥。实质上已知的，半导体阀包括栅极导通/截止半导体 元件(例如，所谓IGBT类型的功率晶体管)支路，以及与这些元件反向 并联连接的二极管。
电压源换流器经由相电感器PI1和线路Ll耦合到三相交流电力网 Nl。尽管在该图中未示出，但是相电感器块PI1还包括滤波器装置，如 PLC/RI滤波器，以便过滤高频信号。如该图中所示，在本领域中已知的 是，换流器可以经由变压器T1耦合到三相网络，在这种情况下，相电感 器在一些情况下可以省略。
当使用包括可切换半导体如IGBT的VSC时，半导体切换在该VSC 的三相侧引入谐波电流。在VSC站中优选应当过滤这些谐波电流，以避 免干扰三相网络N1。为此，第一滤波器块F1耦合在相电感器与三相网络 之间的连接点处。该第一滤波器块以"Y"形连接在三相之间并且中性点 接地。这样，将提供对三相网络上出现的零序电流的过滤。
第二滤波器块F2耦合在相电感器与三相网落t间的连接点处。该第 二滤波器块不接地，并且以"Y，，形连接在三相之间，由于该第二滤波器 块不接地，所以将只提供对正、负序电流的过滤。
换流器站包括控制装置(未示出)，用于根据预定脉冲宽度调制模式 产生对于半导体阀的一系列导通/截止奇^^。在/>开号为EP 1 174 993的 欧洲专利申请中描述了 HVDC输电系统中用于电压源换流器的控制系统。
希望使滤波器的电阻部分中的谐波电流最小化，尤其是使甚高电压系 统中的滤波器的电阻部分中的谐波电流最小化，以减少损耗并且4吏对电阻 器的额定功率要求最小化。
发明内容
本发明的目的是提供一种电压源换流器(vsc)站，其中，使滤波器
电阻器的功率要求最小化。
本发明的另一目的是4^供一种部件数目减少的vsc站，从而节省空 间和成本。本发明基于以下实现通过向VSC站中的零序电流滤波器块的电阻 器提供相之间的公共不接地电零点，减少通过所述电阻器的谐波电流，进 而导致对电阻器的额定功率要求降低。
才隊本发明，提供一种电压源换流器站，该电压源换流器站包括电 压源换流器，其耦合在高电压直流输电系统中的直流链与交流网^J'司； 以及接地滤波器块，其耦合到电压源换流器与交流网络之间的相线，以便 过滤交流网络中的零序电流谐波。电压源换流器站的特征在于滤波器块 的电阻部分具有相之间的公共不接地电零点。
这样就提供一种VSC站，其中，通过电阻器的谐波电流減少多达 50-70%，从而对电阻器的额定功率要求最小化。此外，通过提供具有不 接地的电阻部分的滤波器，在一个单一滤波器中实现了对于零序谐波具有 高q值而对于正、负序谐波具有低q值的带通滤波器，节省空间和成本。
在优选实施例中，所述电压源换流器是脉冲宽度调制换流器。由于大 多数PWM技术都以换流器的切换频率产生零序谐波并且在切换频率的 边带中产生正、负序谐波，所以本发明的构思对于滤波器设置在换流器加 相电抗器与变压器之间的拓朴以及PWM控制的换流器是尤其有利的。
其它优选实施例由从属权利要求限定。
现参照附图举例说明本发明，在附图中
图1以示意性单线和方框图的形式示出现有技术中已知的高电压直 流输电系统；
图2是与图1相似的示图，但是示出了##本发明的VSC站；
图3是示出图2的VSC站中包括的滤波器的特性的示图4是与图2相似的示图，但是示出了根据本发明可替代实施例的 VSC站；
图5是根据本发明的VSC站中包括的可替代滤波器的电路图6是根据本发明的VSC站中包括的又一可替代滤波器的电路图。
具体实施方式
在下文中，将参照图2给出本发明优选实施例的详细描述。在该描述 中，术语"高电压"将用于50kV电压及更高电压。如今，商用高电压设 备的上限是800kV，但是已经建立或者在不远的将来将设想更高的电压， 如1000kV或者更高。
根据本发明的VSC站STN1的总体结构与上文在背景扠术部分中描 述的VSC站的总体结构类似。因此，图2的VSC站耦合到具有分别两个 电极导体Wl和W2的直流链。换流器站具有耦合在电极导体之间的电容 器器件C1，并且包括电压源换流器VSC1，该电压源换流器VSC1具有 由控制装置(未示出)控制的半导体阀。通过变压器Tl，电压源换流器 经由相电感器PIl和线路L1耦合到交流电力网Nl。
滤波器块F1耦合在相电感器与连接到三相网络N1的变压器Tl之间 的连接点处。类似于现有技术，该滤波器块以"Y"形连接在三相之间， 但是与现有技术滤波器至少有一方面不同。每个相的滤波器块F1包括串 联连接在线路L1和地之间的电容器C和电感器L，其中，电容器连接到 线路L1而电感器接地。换句话说，三个相中的滤波器块Fl的LC支路 与接地中性点以"Y"形连接。这种接地是相对于VSC的直流侧电中点 进行的。这通常是在电容器C1的中点，见图2。 VSC直流侧可以在或者 不在相同位置接地。
此外，每个相的滤波器块F1包括电阻器R，该电阻器R—端连接到 电容器C与电感器L之间的结合点，另一端连接到浮置中性点。换句话 说，三个相的滤波器块F1中的电阻器R与不接地的公共中性点以"Y" 形连接。
图3示出滤波器块F1的滤波器特性的示例，其中，虚线表示正序谐 波和负序谐波的阻抗，而实线表示零序谐波的阻抗。
通过在相线与浮置中性点之间提供串联连接的RC电路将得到滤波 器，对构成零序的谐波，该滤波器是具有带通特性的尖锐调谐滤波器。对 于构成正序或负序的谐波，该滤波器是具有高通特性的阻尼滤波器。
该电路拓朴将提供两种不同特性的组合，不会额外带来与经过滤波的 零序谐波有关的电阻器损耗，仿佛是电阻器与电抗器共享接地的情况。
在图4所示的可替代实施例中，与滤波器Fl并联提供第二滤波器F2。 该第二滤波器具有与图1所示第二滤波器类似的配置。
图5示出滤波器Fl的可替代结构。该滤波器与先前描述的滤波器Fl相似，但是另外还包括第二电感器I/和第二电容器c',其中第二电感 器1/和第二电容器c'彼此并联并且与第一电容器c串联连接。这样得
到滤波器双调谐。
图6示出滤波器Fl的又一可替^^结构。该滤波器与图5的滤波器相 似，但是另外还包括第三电感器L，，和第三电容器C"，其中第三电感器 L"和第三电容器C"彼此并联并且与电容器C串联连接。这样得到滤波器 三调谐。
上文描述了根据本发明的电压源换流器站的优选实施例。本领域技术 人员应当理解，这些实施例可以在所附权利要求的范围内变化。应当理解， 本发明的滤波器配置通常可应用作为相结合的零序带通滤波器和正/负序 高通滤波器，即除换流器站中之外的应用。
权利要求
1.一种换流器站，包括-电压源换流器(VSC1)，其耦合在高电压直流输电系统中的直流链(W1，W2)与交流网络(N1)之间；滤波器块(F1)，其耦合在所述电压源换流器与所述交流网络之间，以便对所述交流网络中的电流谐波进行滤波；其特征在于-第二滤波器块(F1)的电阻部分包括相之间的公共不接地电零点。
2. 根据权利要求1所述的换流器站，其中，所述电压源换流器(VSC1) 是脉冲宽度调制换流器。
3. 根据权利要求1所述的换流器站，其中，所述滤波器块(Fl)耦 合在相电感器(PI1)与变压器(Tl)之间的连接点处，所述变压器(Tl) 连接到所述三相网络(Nl )。
4. 根据权利要求l-3中任一项所述的换流器站，其中，所述滤波器块 (Fl )为对于构成零序谐波的谐波具有带通特性的调谐滤波器和对于构成正序谐波或负序谐波的谐波具有高通特性的阻尼滤波器。
5. 根据权利要求l-4中任一项所述的换流器站，其中，每个相的滤波 器块(Fl)包括-串联连接在相线(Ll)与地之间的电容器(C)和电感器(L)，其 中，所述电容器连接到所勤目线，且所述电感器接地，以及-电阻器(R)，其一端连接到所述电容器(C)与所述电感器(L) 之间的结合点，且另一端连接到浮置中性点。
6. 根据权利要求5所述的换流器站，其中，所述滤波器块(Fl)包 括彼此并联并且与所述电容器(C)串联连接的第二电感器(1/ )和第二 电容器(C')。
7. 根据权利要求6所述的换流器站，其中，所述滤波器块(Fl)包 括彼此并联并且与所述电容器(C)串联连接的第三电感器(L")和第三 电容器(C")。
8. 根据权利要求1-7中任一项所述的换流器站，包括与所述滤波器 (F1)并联连接的第二滤波器块(F2),其中，所述第二滤波器块不接地。
全文摘要
VSC站中的滤波器块(F1)的电阻器与浮置中性点以“Y”形连接。
文档编号H02J3/36GK101517854SQ200680055676
公开日2009年8月26日 申请日期2006年8月25日 优先权日2006年8月25日
发明者安德斯·彼得松, 琳 蒋 申请人:Abb技术有限公司