专利名称：Dc滤波器以及包括这种滤波器的电压源换流站的制作方法
技术领域：
本发明总地涉及DC滤波器，并且更具体而言，涉及一种用于基于电 压源换流器的HVDC传输系统的DC滤波器。本发明还涉及一种包括这 种滤波器的电压源换流站。
背景技术：
电压源换流器(VSC)用于例如高压直流(HVDC)系统中，并且也 被用作静态无功补偿器(SVC)。在HVDC应用中，电压源换流器耦合在 直流銜洛与交流网备t间，并且在第二种应用中耦合在直流电压源与交流 网络之间。在这两种应用中，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。通过对所产生的与交变电流网络的电压 有关的AC电压的幅度和相位分别进行调制，来控制通过换流器的无功功 率流和有功功率流。
具体而言，形成配备有串联晶体管(IGBT)的电压源换流器使得有 可能将这种类型的换流器用于相当高的电压，并且用于控制所产生的AC 电压的脉宽调制(PWM)使得能够非常快地控制该电压。
对于用于电压源换流器的控制系统的一般性描述，参照Anders Lindberg: PWM and Control of Two and Three Level High Power Voltage Source Converters. Royal Institute of Technology, Department of Electric Power Engineering. Stockholm 1995，特别是第1、 21-56、 77-106页以及 附录A,上述文献通过引用合并于此。
图1以示意性框图的形式示出现有技术中已知的高压直流传输系统 中的电压源换流(在下文中也称为VSC )站的DC侧。第一换流站STN1 和第二换流站STN2经由具有两个极导体Wl和W2的直流銜洛而分别耦 合到彼此。典型地，极导体是线缆，但它们还可以至少部分地以架空线的 形式。虽然将仫/洋细描述第一 VSC站，但应理解，第二站可以具有相同 的设计。换流站具有电容设备C1，所述电容设备Cl耦合在极导体之间，以 将电极稳定到极电压。在极线(poleline)中设置平滑电抗器S1，以稳定 极电流。此外，设置零序电抗器S2，以确保两个极线中的流至和流出VSC 站的极电流是平衡的。VSC站还包括电压源换流器VSC1，所述电压源换 流器VSC1具有以本身已知的桥式连接方式的半导体阀，例如，在Anders Lindberg中第8-16页上描述的2电平或3电平换流器桥。以本身已知的 方式，半导体阀包括由栅极导通/截止半导体元件组成的支路(例如所谓 的IGBT型的功率晶体管)以及与这些元件反向并联的二极管。电压源换 流器经由示意性地示出为块COMPl的滤波器、电感器以及变压器等而连 接到三相交流电源网络Nl 。
换流站包括控制设备(未示出)，所述控制设备用于根据预定脉宽调 制模式而对半导体岡产生一系列导通/截止命令。
当使用包括可开关半导体比如IGBT时，半导体的开关动作在VSC 的DC侧引入谐波电流。优选地应当在VSC站中滤除这些谐波电流，以
便限制线缆应力并使得对电话订户以;M目似的信号传送系统的干扰最小。
为了减小谐波电流，在两个极导体W1、 W2之间布置了第一滤波块 Fl。该滤波块因此被布置为滤除极与极之间产生的谐波，即，极模式(pole mode)谐波电流。
在VSC站的DC侧还布置了第二滤波块F2。这些第二滤波块分别被 布置在每个极导体Wl和W2与地之间，以便滤除来自AC侧并且注入到 DC侧的谐波，即地模式(ground mode)谐波电流。
由于成本和大小等随VSC站中的部件数目而增加，因此期望使得部 件的数目最少。
发明内容
本发明的目的^i提供一种用于电压源换流器VSC站的DC滤波器， 其中使得部件的数目最少。
本发明基于以下实现方式^L模式滤波器和M式滤波器可以组合为 单个滤波器，从而减少了部件的数目，这又导致减少的成本、大小等。
根据本发明的第一方面，提供了一种DC滤波器，其用于包括第一极 线和第二极线的基于电压源换流器的HVDC传输系统，所述滤波器包括
4第一连接点，其连接到所述第一极线；以及第二连接点，其连接到所述第 二极线，其特征在于所述滤波器包括第三连接点，其连接到地。
根据本发明的第二方面，提供了一种包括这种DC滤波器的换流站。
因此，提供了一种滤波器部件的数目减少了的DC滤波器和换流站。
在优选实施例中，在第一连接点与第二连接点之间串联两个LC滤波 器，所述第一连接点和所述第二连接点被布置为分别连接到第一极线和第 二极线，并且在所述两个LC滤波器间的接合点(junction)与地之间设 置了电感器。这样对于本发明的DC滤波器提供了简单并且节省成本的设 计。
通it^属权利要求限定了另外的优选实施例。
现在参照附图通过示例来描述本发明，在附图中 图1以示意性框图的形式示出现有技术中已知的高压直流传输系统； 图2是与图1相似、但示出根据本发明的VSC站的示图；以及 图3和图4示出DC谐波计算的极模式和地模式建模。
具体实施例方式
在下文中，将参照图2至图5来给出对本发明优选实施例的详细描述。 在该描述中，术语"高压"将用于50kV和更高的电压。如今，商用高压 设备的上限是800kV，但已经^ll到或者在不远的将来可以设想甚至更高 的电压，比如1000kV或更高。
#>据本发明的VSC站STN1的整个结构与背景部分中的上述VSC站 的结构相似。因此，图2的VSC站耦合到分别具有两个极导体Wl和 W2的直流链路。换流站具有耦合在极导体之间的电容设备Cl，并且包 括电压源换流器VSC1，所述电压源换流器VSC1具有通过控制i殳备(未 示出)来控制的半导体阀。电压源换流器经由部件块COMPl而耦合到三 相交流电源网络N1。平滑电抗器S1使极电流稳定，而零序电抗器S2确 保极电流的平衡。
DC滤波块F3具有连接到第一极线Wl的第一连接点和连接到第二极线W2的第二连接点。滤波块F3的第三连接点连接到地。il^示单个 滤波块既用于极模式谐波又用于,式谐波。
图3示出DC滤波块F3的详细示图。所述滤波块包括两个由串联的 电感器L3和电容器C3组成的LC滤波器。LC滤波器串联连接在第一连 接点和第二连接点之间，所述第一连接点和第二连接点被布置为分别连接 到第一极线Wl和第二极线W2。
在两个LC滤波器间的掩^点与地之间设置了电感器L4。
现将参照图4和图5来解释滤波块F3的功能，其中图4示出针对DC 侧谐波计算的极模式建模，而图5示出针对DC侧谐波计算的i4^式建模。 在图4中可见，串联在两个极线W1、 W2之间的两个LC滤波器L3、 C3 是有源的，以便滤除极模式谐波电流。在图5中可见，LC滤波器L3、 C3之一与电感器L4的串联连接是有源的，以便滤除,式谐波电流。
滤波块F3中的不同部件的额定值必须被选取为使得对于极模式谐波 电流和,式谐波电流都获得合适的滤波特性。
如果Qpm和Qgm是以弧^/秒为单位的待滤除的极模式谐波频率和地
模式谐波频革，则Jlpm2=l + (L3 x C3 ),而ftgm2=l + ( [2 x L4+L3x C3 )。 因此，针对每一种应用选取L3、 C3和L4的值。
已经描述了根据本发明的电压源换流站的优选实施例。本领域技术人 员应理解，这可以在所附权利要求的范围内变化。因此，已经描述了简单 的滤波i史计。应理解，这种设计可以是更复杂的。
权利要求
1. 一种DC滤波器，用于包括第一极线和第二极线(W1，W2)的基于电压源换流器的HVDC传输系统，所述滤波器包括第一连接点，其连接到所述第一极线；以及第二连接点，其连接到所述第二极线，其特征在于所述滤波器包括第三连接点，其连接到地。
2. 根据权利要求1的DC滤波器，包括两个LC滤波器(L3， C3 )， 其串联在所述第一连接点与所述第二连接点之间，所述第一连接点和所述 第二连接点被布置为分别连接到所述第 一极线和所述第二极线(Wl ， W2);以及电感器(L4)，其被设置在所述两个LC滤波器间的掩^点与 地之间。
3. 根据权利要求2的DC滤波器，其中，所述LC滤波器(L3， C3 ) 和所述电感器(L4)的值被选取为使得Qpm2=l + (L3xC3)，并且Qgm2=l + (2 x L4+L3x C3)，其中，Qpm是以弧JL/秒为单位的待滤除的极模式谐波频率，而ftgm 是以弧^L/秒为单位的待滤除的地模式谐波频率。
4. 一种换流站，包括根据前i^L利要求中任意一项的DC滤波器。
5. 根据权利要求4的换流站，包括电压源换流器(VSC1)，其具 有半导体阀，所述半导体阀包括由栅极导通/截止半导体元件组成的支路。
全文摘要
用于HVDC传输系统的VCS站中的DC滤波块(F3)既连接到极线(W1，W2)又连接到地。
文档编号H02M1/14GK101507080SQ200680055680
公开日2009年8月12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