经由双极的高压直流电传输路径的能量传输的制作方法

本发明涉及一种用于经由双极的高压直流电传输路径进行能量传输的变流器站以及一种用于运行该变流器站的方法。

背景技术：

远距离的交流电网之间的电能经常以高的直流电压进行传输，因为以直流电压的远距离能量传输相对于以交流电压的能量传输损耗更低且成本更低。这种类型的能量传输被称为高压直流电传输(hochspannungs-gleichstrom-)。在此，能量传输可以通过单极或双极的高压直流电传输路径(路径)进行。单极的路径仅具有一条高压线路，在该高压线路上施加有相对于接地电位的高压。双极的路径具有两条高压线路，其中在一条高压线路上施加有相对于接地电位为正的高压，并且在另一条高压线路上施加有相对于接地电位为负的高压。下面，将路径的与相同的电压极性相关联的部分称为路径的极。因此，单极的路径具有一个极，双极的路径具有两个极。

为了将路径与交流电网连接，在交流电网与路径的端部之间布置有变流器站，在变流器站中进行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的变换。变流器站针对路径的、与变流器站连接的每个极具有变流器，通常将变流器实施为基于晶闸管的电网换相的变流器(lcc，linecommutatedconverter)。不同于自换相的变流器(vsc，voltagesourcedconverter)，电网换相的变流器对于其运行需要来自交流电网的无功功率。根据将无功功率与有功功率联系起来的特性曲线，由电网换相的变流器与交流电网交换的无功功率原则上取决于由变流器传输的有功功率。因此，在电网换相的变流器的情况下，不能容易地独立于彼此地设置无功功率和有功功率。因此特别地，在不改变有功功率流的情况下，电网换相的变流器也只能非常有限地用于交流电网中的无功功率补偿。

虽然存在通过调制电网换相的变流器的触发角来改变传输运行中与交流电网的无功功率交换的可能性。但是，在交流电压保持不变或者将变流器耦合到交流电网的变压器单元的次级电压保持不变的情况下，变流器的直流侧的电压并且因此整体连接的系统的有功功率流在此也强制性地发生变化。尽管可以通过借助分级开关局部移动变压器次级电压在狭窄的范围内对这一点进行补偿，但是然后会在不自然的运行点实现变流器的运行，这需要复杂且昂贵的运行装置设计。此外，由于变压器电压的移动要在几秒钟的范围内进行，因此在这种情况下也不能以高动态对无功功率改变做出瞬时反应。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，提供一种用于经由双极的高压直流电传输路径进行能量传输的变流器站，该变流器站特别是在与交流电网的无功功率交换方面进行了改善，还提供了一种用于运行这种变流器站的方法，该方法在无功功率交换方面进行了改善。

根据本发明，该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5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。

在根据本发明的用于运行变流器站的方法中，该变流器站用于经由双极的高压直流电传输路径进行能量传输，该变流器站具有两个电网换相的变流器，两个变流器以反并联电路与高压直流电传输路径的同一极电连接。变流器中的一个作为交流电网处的整流器运行，并且另外的变流器作为交流电网处的逆变器运行，并且由变流器站与交流电网交换的站无功功率通过针对变流器有功功率的有功功率规定进行控制，该变流器有功功率在变流器与交流电网之间进行交换。

因此，本发明规定，变流器站的两个变流器以反并联电路单极地运行，即在路径的同一极上运行。变流器中的一个作为交流电网处的整流器运行，即该变流器从交流电网获取有功功率。另外的变流器作为交流电网处的逆变器运行，即该变流器将有功功率传输至交流电网。在此，由变流器站与交流电网交换的站无功功率通过针对变流器有功功率的有功功率规定进行控制，该变流器有功功率在变流器与交流电网之间进行交换。

本发明利用以下事实：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，由于变流器中的一个作为整流器运行，并且另外的变流器作为逆变器运行，而站无功功率是变流器无功功率的和。此外，由于每个变流器无功功率根据特性曲线取决于相应的变流器有功功率，因此可以通过改变两个变流器的变流器有功功率来改变和控制站无功功率，而不改变站有功功率。例如，可以通过使整流器和逆变器的变流器有功功率增加了相同的量来增加站无功功率，而站有功功率不变。因此，通过针对变流器有功功率的合适的有功功率规定，除了可以设置站有功功率还可以设置变流器站的站无功功率。

因此，除了变流器站的传统运行模式之外，在传统运行模式中电网换相的变流器两者都作为整流器或者作为逆变器并且在路径的不同极上运行，本发明还可以实现一种另外的运行模式，在该另外的运行模式中并行于利用变流器还提供了一种无功功率补偿的电网系统服务，类似于利用自换相的变流器或无功功率补偿器(svc，staticvarcompensator)。

本发明的一种设计方案规定，预先给定针对站无功功率的无功功率设定值，并且通过有功功率规定将由变流器与交流电网交换的变流器无功功率之和设置到无功功率设定值。这可以实现，通过针对变流器的变流器有功功率的有功功率规定将站无功功率设置到设定值。

本发明的另一种设计方案规定，预先给定在变流器站与交流电网之间交换的站有功功率的有功功率设定值，并且有功功率规定将变流器有功功率的差设置到有功功率设定值。这可以实现，通过针对变流器的变流器有功功率的有功功率规定来设置期望的站有功功率。

本发明的另一种设计方案规定，在接通或断开至少一个交流滤波器的时间点，通过抵消无功功率突变的变流器有功功率的变化，来减小通过将变流器站的电网连接处的至少一个交流滤波器接通到交流电网或从交流电网断开而引起的站无功功率的无功功率突变。通过接通和断开电网连接处的交流滤波器可以改变变流器站与交流电网之间的无功功率交换的偏移量。但是，如果没有进一步的措施，接通和断开交流滤波器会引起站无功功率的无功功率突变。根据本发明的方法的前面提到的设计方案规定，在连接或断开的时间点通过改变变流器有功功率来减小这种无功功率突变。本发明的这种设计方案也利用以下事实：变流器的相反运行可以实现，通过变流器有功功率来影响站无功功率，而在此不改变站有功功率。

根据本发明的用于经由双极的高压直流电传输路径进行能量传输的变流器站包括两个电网换相的变流器，它们分别可以可选地作为交流电网处的整流器或逆变器运行，并且可以与高压直流电传输路径的两个极中的每个极电连接。此外，变流器站具有控制单元，该控制单元被设计为，当两个变流器以反并联电路与高压直流电传输路径的同一极连接时，由变流器站与交流电网交换的站无功功率通过针对变流器有功功率的有功功率规定进行控制，该变流器有功功率在变流器与交流电网之间进行交换。

根据本发明的变流器站可以实现，执行具有上述优点的根据本发明的方法。相对于具有电网换相的变流器的传统变流器站，仅需要可以实现两个变流器的反并联连接的电路，以及被设计为用于对反并联连接的变流器的变流器有功功率进行根据本发明的控制的控制单元。对于所述电路，必要时可以使用已经存在的变流器站的开关设备，其中在必要情况下，必须将这些开关设备的绝缘水平增加到高压电位。例如，可以通过相应的编程来实现控制单元的建立。因此，相对于具有电网换相的变流器的传统变流器站，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，本发明还可以用于升级现有的具有电网换相的变流器的双极的变流器站。

根据本发明的变流器站的一种设计方案规定，每个变流器直接与高压直流电传输路径的一个极连接，并且可以通过极转换开关与另外的极连接。本发明的该设计方案特别有利的是，变流器站经由路径与多于一个的另外的变流器站连接(所谓的多终端运行)，由于在这种情况下不能实现路径的简单的极性反转，因此无论如何通常都会设置极转换开关。

本发明的另一种设计方案规定，交流电网是三相的。在这种情况下，每个变流器可以具有例如十二个阀单元，这些阀单元布置在由两个六脉冲桥式电路组成的十二脉冲桥式电路中，其中每个阀单元尤其可以具有至少一个晶闸管。此外，每个变流器可以通过变压器单元与交流电网连接，变压器单元针对交流电网的每个相具有初级绕组、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电路彼此连接。在这种变流器的设计中，每个第一次级绕组的每个绕组端部优选地与变流器的第一六脉冲桥式电路连接，和/或每个第二次级绕组的背向星形电路的星形中性点的绕组端部与变流器的第二六脉冲桥式电路连接。本发明的前面提到的设计方案涉及三相交流电网之间的路径的主流设计。在这些情况下特别地，具有十二脉冲变流器和前面提到的其他特性的变流器站已经证明了其是有价值的，因此他们也是本发明的有利的设计方案。然而，要强调的是，本发明不限于前面提到类型的三相交流电网和/或变流器，而是还可以将本发明应用于例如单相交流电网和/或六脉冲变流器。

附图说明

结合下面对结合附图详细阐述的对实施例的描述更清楚且更明晰地理解上面描述的本发明的特点、特征和优点以及其实现方式。附图中：

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路径连接的三个变流器站，

图3示出了变流器站到交流电网的电网连接，

图4示出了交流滤波器的第一实施方式，

图5示出了交流滤波器的第二实施方式，

图6示出了交流滤波器的第三实施方式。

在附图中，相互对应的部分具有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了根据现有技术的变流器站1的电路图，该变流器站1用于经由双极的路径30进行能量传输。变流器站1包括两个电网换相的变流器(lcc，linecommutatedconverter)4、5，可选地，电网换相的变流器4、5可以分别作为三相交流电网27、28、29上的整流器或作为逆变器运行。

每个变流器4、5具有十二个阀单元7，它们布置在由两个六脉冲桥式电路26.2、26.2组成的十二脉冲桥式电路26中。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，该变压器单元11针对交流电网27的每个相具有初级绕组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构成的第一六脉冲桥式电路26.1连接。每个第二次级绕组17的背向星形电路的星形中性点19的绕组端部与由相应变流器4、5的另外六个阀单元7构成的第二六脉冲桥接电路26.2连接。

第一变流器4与路径30的第一极21连接。为此，第一变流器4的第二六脉冲桥式电路26.2与路径30的第一极21连接。第二变流器5与路径30的第二极23连接。为此，第二变流器5的第二六脉冲桥式电路26.2与路径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路25彼此连接。为此，两个变流器4、5的第一六脉冲桥式电路26.1与变流器连接线路25连接。

图2示意性示出了三个变流器站1、2、3，这三个变流器站在直流侧经由路径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。

路径30被设计成具有第一极21和第二极23的双极形式。变流器站1、2、3经由路径30的高压线路32、34相互连接。

如图1中所示的变流器站1那样来设计每个变流器站1、2、3，其中每个变流器站1、2、3的两个变流器4、5中的每个可以可选地与路径30的两个极21、23中的每个连接。为此，每个变流器站1、2、3的、分别与极21、23连接的输出端经由极连接线路36和两个极转换开关38彼此连接。此外，每个变流器站1、2、3的极连接线路36还可以经由重新配置开关40与变流器站1、2、3的变流器连接线路25连接，并且在极连接线路至重新配置开关40的连接与变流器站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的变流器连接线路25经由中压线路44彼此连接。每个变流器站1、2、3具有控制单元46，通过该控制单元46来控制其变流器4、5的阀单元7。

每个变流器站1、2、3与其所连接的交流电网27、28、29交换站有功功率(stationswirkleistung)p1、p2、p3和站无功功率(stationsblindleistung)q1、q2、q3，其中pi和qi表示变流器站i(其中i＝1，2，3)的站有功功率和站无功功率。在此，从变流器站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得到变流器站i的站有功功率pi。相应地，从变流器站i的第一变流器4的变流器无功功率qi1和变流器站i的第二变流器5的变流器无功功率qi2得到变流器站i的站无功功率qi。在图2中通过箭头表示每个有功功率流和无功功率流的方向。

按照根据本发明的方法来运行第一变流器站1。在此，第一变流器站1的两个变流器4、5以反并联电路与路径30的同一极21、23连接。第一变流器站1的变流器4、5中的一个作为整流器运行，第一变流器站1的另一个变流器4、5作为逆变器运行。因此，第一变流器站1单极地运行，即仅在路径30的一个极21、23上运行。如在下面更深入地说明的，这可以实现，按照根据本发明的方法借助第一变流器站1的控制单元46通过针对变流器有功功率p11和p12的有功功率规定来控制站无功功率q1。

在所示示例中，第一变流器站1的两个变流器4、5与路径30的第一极21电连接，其中第一变流器站1的第一变流器4直接与第一极21连接，而第一变流器站1的第二变流器5通过极转换开关38与第一极21连接。第一变流器4作为逆变器运行，即第一变流器将变流器有功功率p11传输至第一交流电网27。第二变流器5作为整流器运行，即第二变流器从第一交流电网27获取变流器有功功率p12。在所示示例中，假定p11大于p12，使得第一变流器站1将站有功功率p1＝p11-p12传输至第一交流电网27。将由第一变流器4与第一交流电网27交换的变流器无功功率q11和由第二变流器5与第一交流电网27交换的变流器无功功率q12相加为站无功功率q1＝q11+q12，由第一变流器站1与第一交流电网27交换该站无功功率q1。

由于由两个变流器4、5中的每个与第一交流电网27交换的变流器无功功率q11、q12根据特性曲线取决于由该变流器4、5传输的变流器有功功率p11、p12，因此对于预先给定的站有功功率p1，由第一变流器站1与第一交流电网27交换的站无功功率q1可以通过针对第一变流器站1的变流器4、5的变流器有功功率p11、p12的有功功率规定进行控制。例如，可以通过增加变流器有功功率p11、p12来增加站无功功率q1，而站有功功率p1不变。这可以通过反并联连接的变流器4、5作为逆变器和整流器的不同运行实现。根据本发明，预先给定了站有功功率p1的有功功率设定值和站无功功率q1的无功功率设定值，并且通过针对变流器有功功率p11和p12的有功功率规定将站有功功率p1和站无功功率q1设置到其相应的设定值，其中有功功率规定将变流器有功功率p11与p12的差设置到有功功率设定值，并且将变流器无功功率q11与q12的和设置到无功功率功率设定值。

第二变流器站2和第三变流器站3分别以传统方式运行，即这些变流器站2、3中的每个的两个变流器4、5与路径30的不同的极21、23连接，并且两个变流器4、5要么作为整流器要么作为逆变器运行。

在所示示例中，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获取变流器有功功率p21和p22。因此，第二变流器站2从第二交流电网28获取站有功功率p2＝p21+p22。第二变流器站2的变流器4、5的变流器无功功率q21和q22相加为站无功功率q2＝q21+q22，由第二变流器站2与第二交流电网28交换该站无功功率q2。

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传输至第三交流电网29。因此，第三变流器站3将站有功功率p3＝p31+p32传输至第三交流电网29。第三变流器站3的变流器4、5的变流器无功功率q31和q32相加为站无功功率q3＝q31+q32，由第三变流器站3与第三交流电网29交换该站无功功率q3。

因此，除了传统运行模式之外，在图2中所示的示例中以该传统运行模式运行第二变流器站2和第三变流器站3，本发明还可以针对变流器站1、2、3实现另外的运行模式，在该示例中以该另外的运行模式运行第一变流器站1，并且该另外的运行模式附加于并且与并行地可以实现对站无功功率q1的无功功率控制。

根据本发明的方法的扩展方案涉及将变流器站1、2、3的电网连接50处的交流滤波器54接通到交流电网27、28、29或从交流电网27、28、29断开。

图3示出了变流器站1到交流电网27的电网连接50的实施例。如图2中所示的变流器站1、2、3中的一个那样来设计变流器站1。电网连接50具有多条母线52、输出母线输出端53和交流滤波器54，交流滤波器54通过功率开关56彼此连接。通过接通和断开交流滤波器54可以改变变流器站1与交流电网27之间的无功功率交换的偏移量(offset)。根据本发明的方法的前面提到的扩展方案规定，在接通或断开至少一个交流滤波器54的时间点，通过抵消无功功率突变的、变流器站1的变流器4、5的变流器有功功率p11、p12的变化，来减小通过接通或断开至少一个交流滤波器54而引起的站无功功率q1的无功功率突变。换言之，在接通或断开至少一个交流滤波器54的时间点，通过改变变流器有功功率p11、p12来改变变流器站1的站无功功率q1，使得该改变至少部分地补偿无功功率突变。

图4至图6示出了可以在电网连接50处使用的交流滤波器54的不同实施方式的电路图。

图4示出了具有电容器60和与电容器60串联连接的、线圈62和电阻器64组成的并联电路。此外，交流滤波器54具有接地的滤波器过电压放电器66。

图5示出了一种交流滤波器54，其与图4中所示的交流滤波器54的不同之处仅在于，线圈62与振荡电路68的串联电路与电阻器64并联连接。

图6示出了一种交流滤波器54，其与图4中所示的交流滤波器54的不同之处仅在于，线圈62与两个振荡电路68的串联电路与电阻器64并联连接。

虽然在细节上通过优选的实施例对本发明进行了详细的阐述和描述，但是本发明却不限于所公开的示例并且本领域技术人员可以从中导出其它变形方案，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次级侧的星形中性点

21、23极

25变流器连接线路

26十二脉冲桥式电路

26.1、26.2六脉冲桥式电路

27至29交流电网

30高压直流电传输路径

32、34高压线路

36极连接线路

38极转换开关

40重新配置开关

42中断开关

44中压线路

46控制单元

50电网连接

52母线

53母线输出端

54交流滤波器

56功率开关

60电容器

62线圈

64电阻器

66滤波器过电压放电器

68振荡电路

p1至p3站有功功率

p11至p32变流器有功功率

q1至q3站无功功率

q11至q32变流器无功功率