本发明涉及双极功率传输方案并且涉及操作这种方案的方法。
背景技术：
1、在高压直流（hvdc）功率传输网络中，ac功率通常被转换成dc功率，以用于经由架空线路、海底线缆和/或地下线缆进行传输。这种转换消除了对补偿由功率传输介质（即，传输线路或线缆）所施加的ac电容性负载效应的需要，并且降低了线路和/或线缆的每千米成本，并且因此当需要在长距离上传送功率时变得成本效益合算。
2、dc功率与ac功率之间的转换用于其中必需互连dc和ac网络的情况下。在任何这样的功率传输网络中，在ac功率与dc功率之间的每个接口处要求转换器（即功率转换器），以实现从ac到dc或从dc到ac的所要求转换。
3、在hvdc功率传输网络内最合适的hvdc功率传输方案的选择根据应用和方案特征而不同。这种方案的一种类型是双极功率传输方案。
技术实现思路
1、根据本发明的第一方面，提供一种双极功率传输方案，所述双极功率传输方案包括：第一转换器站，所述第一转换器站在使用时远离第二转换器站定位；以及第一传输导管和第二传输导管以及返回导管，它们用于在使用时将所述第一转换器站与所述第二转换器站互连，并且因此允许在所述第一转换器站与所述第二转换器站之间转移功率，
2、所述第一转换器站包括：
3、第一功率转换器，所述第一功率转换器具有：与第一传输导管连接的第一dc端子；与返回导管连接的第二dc端子；以及至少一个第一ac端子，其与公共耦合点电连接以用于连接到以参考相角操作的ac网络元件，所述第一功率转换器还具有第一转换器控制器，所述第一转换器控制器被编程以通过使第一功率转换器在所述或每个第一ac端子处提供呈现给公共耦合点的第一ac电压来控制第一传输导管与公共耦合点之间的功率转移；
4、第二功率转换器，所述第二功率转换器具有：与所述返回导管连接的第三dc端子；与所述第二传输导管连接的第四dc端子；以及与所述公共耦合点电连接的至少一个第二ac端子，所述第二功率转换器还具有第二转换器控制器，所述第二转换器控制器被编程以通过使所述第二功率转换器在所述或每个第二ac端子处提供呈现给所述公共耦合点的第二ac电压来控制所述第二传输导管与所述公共耦合点之间的功率转移；以及
5、转换器站控制器，所述转换器站控制器被布置成与第一转换器控制器和第二转换器控制器中的每一个转换器控制器可操作地通信，由此第一功率转换器和第二功率转换器作为电网形成转换器被控制，使得呈现给公共耦合点的第一ac电压和第二ac电压管理公共耦合点处的ac频率和ac电压，
6、转换器站控制器被编程以在电流分配模式下操作第一转换器站，在所述电流分配模式下控制dc电流在第一传输导管和第二传输导管之间的分配，所述转换器站控制器在电流分配模式下操作第一转换器站时被编程以指示第一转换器控制器相对于公共耦合点处的参考相角在第一方向上调整在所述或每个第一ac端子处提供的第一ac电压的操作相角，并且指示第二转换器控制器相对于公共耦合点处的参考相角在与第一方向相反的第二方向上调整在所述或每个第二ac端子处提供的第二ac电压的操作相角。
7、调整给定ac电压的操作相角（该给定ac电压进而呈现给公共耦合点）变更在公共耦合点和对应导管之间转移的功率量，因此，进而变更由导管所携载的dc电流的电平。
8、同时，相对于公共耦合点处的参考相角在第一方向上调整一个ac电压的操作相角以及相对于公共耦合点处的参考相角在与第一方向相反的第二方向上调整另一个ac电压的操作相角致使由一个导管转移的功率增大，而由另一个导管转移的功率减小，因而引起由一个传输导管携载的直流电流的电平的相称增大连同由另一个传输导管携载的dc电流电平的相称降低。
9、因此，使转换器站控制器控制第一转换器控制器和第二转换器控制器以调整其相关联功率转换器提供给所述或每个对应ac端子的相应ac电压的操作相角，并且然后在彼此相反的方向上呈现给公共耦合点以期望的方式使得由每个传输导管携载的dc电流的份额能够被变更，并且因此使得dc电流在第一传输导管与第二传输导管之间的分配被控制。
10、这种对dc电流在第一传输导管与第二传输导管之间的分配的控制本身是有利的，这是因为它可以用于控制在返回导管中流动的电流的幅度。这种对任何返回导管电流的控制是有益的，这是因为在使用时可以进行该控制以降低第一转换器站和第二转换器站之间的总功率传输损耗，或者最小化返回导管和任何相关联返回导管组件作为电流载体的使用，从而降低维护和/或更换这些元件中的一个或多个元件的需要。
11、公共耦合点可以与采取电源形式的ac网络元件连接，第一转换器控制器可以被编程以控制从电源到第一传输导管的功率转移，并且第二转换器控制器可以被编程以控制从电源到第二传输导管的功率转移。
12、这样的布置以期望的方式结合包括例如采取风电场形式的电源的双极功率传输方案来利用本发明，所述风电场正变得越来越普遍。
13、优选地，转换器站控制器被编程以确定在第一方向和第二方向中的每一个方向上的操作相角调整程度。
14、这种特征有助于确保转换器站控制器能够根据需要控制在第一传输导管和第二传输导管中的每一个传输导管中流动的dc电流量。
15、可选地，转换器站控制器根据期望的份额因数（sharing factor）确定在第一方向和第二方向中的每一个方向上的操作相角调整程度。
16、使转换器站控制器利用期望的份额因数提供对由第一传输导管和第二传输导管中的每一个传输导管所携载的dc电流的比例的控制程度，这可以容易地在例如闭环内实现。
17、在本发明的优选实施例中，转换器站控制器：
18、确立第一参考电流，要求所述第一功率转换器通过将所述期望的份额因数应用到所测量第一传输导管电流和所测量第二传输导管电流之和来将第一参考电流提供给所述第一传输导管，并且此后基于第一参考电流与所测量第一传输导管电流的比较，来确立用于第一功率转换器的第一改变指令；以及
19、确立第二参考电流，要求第二功率转换器通过将互补份额因数应用到所测量第一传输导管电流和所测量第二传输导管电流之和来提供给第二传输导管，并且此后基于第二参考电流与所测量第二传输导管电流的比较，来确立用于第二功率转换器的第二改变指令。
20、包括以前述方式编程的转换器站控制器是实现第一改变指令和第二改变指令中的每一个改变指令的闭环控制的有效方式，并且因此有利地引起第一功率转换器和第二功率转换器中的每一个功率转换器的有效闭环控制。
21、可以选择互补份额因数，以在电流分配模式下操作第一转换器站期间将公共耦合点与第一传输导管和第二传输导管之间的功率转移总量维持在与在电流分配模式下操作第一转换器站之前的功率转移电平相同的电平。
22、这样的互补份额因数的选择以期望的方式确保例如从第一传输导管和第二传输导管转移到下游ac网络的功率总量在电流分配模式下操作第一转换器站期间被维持，并且因此最小化对下游ac网络的用户的任何中断，同时本发明的双极功率传输方案能够利用与以期望的方式在第一传输导管与第二传输导管之间分配dc电流相关联的益处。
23、在本发明的另一个优选实施例中，转换器站控制器通过确立所测量返回导管电流并将所测量返回导管电流驱动到期望幅度来确定在第一方向和第二方向中的每一个方向上的操作相角调整程度。
24、具有以这种方式编程的转换器站控制器实现了dc电流在第一传输导管与第二传输导管之间的期望分配，同时特别适合于最小化返回导管电流，这可以具有显著的环境益处以及在一些设施中是强制的正常操作要求。
25、在电源与上游ac网络并联连接的实施例中，转换器站控制器优选地在电流分配模式下操作第一转换器站的同时还被编程，以调整从电源转移到第一传输导管和第二传输导管中的功率总量，从而控制与上游ac网络交换的功率。
26、控制与上游ac网络交换的功率的能力是有利的，这是因为它可以用于例如在一个传输导管中有故障并且另一个传输导管不能够转移由电源供应的全部功率的情况下补偿在电源与上游ac网络之间交换的任何ac有功功率，使得一些供应的功率被拒绝并且相反不得不流入上游ac网络中。
27、可选地，转换器站控制器被编程以通过如下方式调整从电源转移到第一传输导管和第二传输导管中的功率总量：确立所测量上游ac网络功率转移并调整从电源转移到第一传输导管和第二传输导管中的功率总量以将所测量上游ac网络功率转移驱动到期望的幅度。
28、转换器站控制器可以被编程以通过确立所测量电源输出并将从电源转移到第一传输导管和第二传输导管中的功率总量调整为所测量电源输出的期望比例来调整从电源转移到第一传输导管和第二传输导管中的功率总量。
29、如本文上文所述的那样编程的转换器站控制器中的每一个转换器站控制器提供以闭环方式实现对与上游ac网络交换的功率的期望控制的就绪模式，这引起迅速且高效的功率交换控制。
30、优选地，转换器站控制器被额外编程以在故障恢复模式下操作第一转换器站，并且在故障清除之后切换成在电流分配模式下操作第一转换器站。
31、当发生故障时（例如传输导管故障，在传输导管故障期间，由导管携载的功率暂时降至零），另一个传输导管维持或可能甚至增大其承载的功率（并且因此也维持或增大流过另一个传输导管的dc电流），以补偿另一个传输导管的损耗。一旦故障被清除，即在故障恢复模式下操作第一转换器站之后，随后将第一转换器站切换成在电流分配模式下操作是有利的，这是因为它迫使恢复的传输导管取回一些dc电流，并因此重新开始转移正被转移的总ac功率的一部分。
32、根据本发明的第二方面，提供一种操作双极功率传输方案的方法，双极功率传输方案包括：第一转换器站，所述第一转换器站在使用时远离第二转换器站定位；以及第一传输导管和第二传输导管以及返回导管，它们用于在使用时将第一转换器站与第二转换器站互连，并且因此允许在第一转换器站和第二转换器站之间转移功率，
33、所述第一转换器站包括：
34、第一功率转换器，所述第一功率转换器具有：与第一传输导管连接的第一dc端子；与返回导管连接的第二dc端子；以及至少一个第一ac端子，其与公共耦合点电连接以连接到以参考相角操作的ac网络元件，所述第一功率转换器还具有第一转换器控制器，所述第一转换器控制器被编程以通过使第一功率转换器在所述或每个第一ac端子处提供呈现给公共耦合点的第一ac电压来控制第一传输导管与公共耦合点之间的功率转移；
35、第二功率转换器，所述第二功率转换器具有：与所述返回导管连接的第三dc端子；与所述第二传输导管连接的第四dc端子；以及与所述公共耦合点电连接的至少一个第二ac端子，所述第二功率转换器还具有第二转换器控制器，所述第二转换器控制器被编程以通过使所述第二功率转换器在所述或每个第二ac端子处提供呈现给所述公共耦合点的第二ac电压来控制所述第二传输导管与所述公共耦合点之间的功率转移；以及
36、转换器站控制器，所述转换器站控制器被布置成与第一转换器控制器和第二转换器控制器中的每一个转换器控制器可操作地通信，由此第一功率转换器和第二功率转换器作为电网形成转换器被控制，使得呈现给公共耦合点的第一ac电压和第二ac电压管理公共耦合点处的ac频率和ac电压，
37、所述方法包括以下步骤：在电流分配模式下操作第一转换器站，在电流分配模式下，通过使转换器站控制器指示第一转换器控制器相对于公共耦合点处的参考相角在第一方向上调整所述或每个第一ac端子处提供的第一ac电压的操作相角，并且指示第二转换器控制器相对于公共耦合点处的参考相角在与第一方向相反的第二方向上调整所述或每个第二ac端子处提供的第二ac电压的操作相角，来控制dc电流在第一传输导管与第二传输导管之间的分配。
38、本发明的方法分享本发明的双极功率传输方案的对应特征的优点。
39、将领会，除非另外规定，否则在本专利说明书中使用术语“第一”和“第二”等仅意在帮助区分相似的特征（例如，第一传输导管和第二传输导管，以及第一功率转换器和第二功率转换器），而并不意在表明一个特征相对于另一特征的相对重要性。
40、在本技术的范围内，明确地意图的是，在先前的段落和权利要求和/或以下的描述和附图中阐述的各个方面、实施例、示例和备选，以及特别是其单独特征，可以独立地或以任何组合来采用。也就是说，所有实施例和任何实施例的所有特征可以以任何方式和/或组合来组合，除非此类特征不相容。申请人保留相应地改变任何最初提交的权利要求或提交任何新权利要求的权利，包括修改任何最初提交的权利要求以取决于和/或并入任何其它权利要求的任何特征（尽管没有以该方式原始地要求保护）的权利。
41、本发明提供一组技术方案，如下。
42、技术方案1. 一种双极功率传输方案（10），包括：第一转换器站（12），所述第一转换器站（12）在使用时远离第二转换器站（14）定位；以及第一传输导管和第二传输导管（18、20）以及返回导管（22），它们用于在使用时将所述第一转换器站（12）与所述第二转换器站（14）互连，并且因此允许在所述第一转换器站和所述第二转换器站（12、14）之间转移功率（pdc1、pdc2），
43、所述第一转换器站（12）包括：
44、第一功率转换器（30），所述第一功率转换器（30）具有：与所述第一传输导管（18）连接的第一dc端子（32）；与所述返回导管（22）连接的第二dc端子（34）；以及至少一个第一ac端子（36），其与公共耦合点（40）电连接以连接到以参考相角操作的ac网络元件，所述第一功率转换器（30）还具有第一转换器控制器（46），所述第一转换器控制器（46）被编程以通过使所述第一功率转换器（30）在所述或每个第一ac端子（36）处提供呈现给所述公共耦合点（40）的第一ac电压（vac1）来控制所述第一传输导管（18）与所述公共耦合点（40）之间的功率转移；
45、第二功率转换器（48），所述第二功率转换器（48）具有：与所述返回导管（22）连接的第三dc端子（50）；与所述第二传输导管（20）连接的第四dc端子（52）；以及与所述公共耦合点（40）电连接的至少一个第二ac端子（54），所述第二功率转换器（48）还具有第二转换器控制器（56），所述第二转换器控制器（56）被编程以通过使所述第二功率转换器（48）在所述或每个第二ac端子（54）处提供呈现给所述公共耦合点（40）的第二ac电压（vac2）来控制所述第二传输导管（20）与所述公共耦合点（40）之间的功率转移；以及
46、转换器站控制器（58），所述转换器站控制器（58）被布置成与所述第一转换器控制器和所述第二转换器控制器（46、56）中的每一个转换器控制器可操作地通信，由此所述第一功率转换器和所述第二功率转换器（30、48）作为电网形成转换器被控制，使得呈现给所述公共耦合点（40）的第一ac电压和第二ac电压（vac1、vac2）管理所述公共耦合点（40）处的ac频率（ f）和ac电压（ v），
47、所述转换器站控制器（58）被编程以在电流分配模式（78）下操作所述第一转换器站（12），在所述电流分配模式（78）下控制dc电流（idc1、idc2）在所述第一传输导管与所述第二传输导管（18、20）之间的分配，当在所述电流分配模式（78）下操作所述第一转换器站（12）时，所述转换器站控制器（58）被编程以指示所述第一转换器控制器（46）相对于所述公共耦合点（40）处的参考相角在第一方向上调整所述或每个第一ac端子（36）处提供的第一ac电压（vac1）的操作相角，并且指示所述第二转换器控制器（56）相对于所述公共耦合点（40）处的参考相角在与第一方向相反的第二方向上调整所述或每个第二ac端子（54）处提供的第二ac电压（vac2）的操作相角。
48、技术方案2. 根据技术方案1所述的双极功率传输方案（10），其中，所述公共耦合点（40）与采取电源（38）形式的ac网络元件连接，所述第一转换器控制器（46）被编程以控制从所述电源（38）到所述第一传输导管（18）的功率转移，以及所述第二转换器控制器（56）被编程以控制从所述电源（38）到所述第二传输导管（20）的功率转移。
49、技术方案3. 根据技术方案1或2所述的双极功率传输方案（10），其中，所述转换器站控制器（58）被编程以确定在所述第一方向和第二方向中的每一个方向上的操作相角调整程度。
50、技术方案4. 根据技术方案3所述的双极功率传输方案（10），其中，所述转换器站控制器（58）根据期望的份额因数（ d）来确定在第一方向和第二方向中的每一个方向上的操作相角调整程度。
51、技术方案5. 根据技术方案4所述的双极功率传输方案（10），其中，所述转换器站控制器（58）：
52、（i）确立第一参考电流（64），要求所述第一功率转换器（30）通过将期望的份额因数（ d）应用于所测量第一传输导管电流和所测量第二传输导管电流（68、70）之和（66）来将所述第一参考电流（64）提供给所述第一传输导管（18），并且此后基于所述第一参考电流（64）与所述所测量第一传输导管电流（68）的比较来确立用于所述第一功率转换器（30）的第一改变指令（72）；以及
53、（ii）确立第二参考电流（74），要求所述第二功率转换器（48）通过将互补份额因数（ 1-d）应用于所测量第一传输导管电流和所测量第二传输导管电流（68、70）之和来将所述第二参考电流（74）提供给所述第二传输导管（20），并且此后基于所述第二参考电流（74）与所述所测量第二传输导管电流（70）的比较来确立用于所述第二功率转换器（48）的第二改变指令（76）。
54、技术方案6. 根据技术方案5所述的双极功率传输方案（10），其中，选择所述互补份额因数（ 1-d），以在所述电流分配模式（78）下操作所述第一转换器站（12）期间，将所述公共耦合点（40）与所述第一传输导管和第二传输导管（18、20）之间的功率转移总量维持在与在所述电流分配模式（78）下操作所述第一转换器站（12）之前的功率转移电平相同的电平。
55、技术方案7. 根据技术方案3所述的双极功率传输方案（10），其中，所述转换器站控制器（58）通过确立所测量返回导管电流并将所测量返回导管电流驱动到期望的幅度来确定在第一方向和第二方向中的每一个方向上的操作相角调整程度。
56、技术方案8. 根据技术方案2或其任何从属技术方案所述的双极功率传输方案（10），其中，所述电源（38）与上游ac网络（82）并联连接，并且其中，所述转换器站控制器（58）当在所述电流分配模式（78）下操作所述第一转换器站（12）的同时被额外编程，以调整从所述电源（38）转移到所述第一传输导管和所述第二传输导管（18、20）中的功率总量，从而控制与所述上游ac网络（82）交换的功率。
57、技术方案9. 根据技术方案8所述的双极功率传输方案（10），其中，所述转换器站控制器（58）被编程以通过如下方式来调整从所述电源（38）转移到所述第一传输导管和所述第二传输导管（18、20）中的功率总量：确立所测量上游ac网络功率转移（84）并调整从所述电源（38）转移到所述第一传输导管和所述第二传输导管（18、20）中的功率总量，以将所述所测量上游ac网络功率转移（84）驱动到期望的幅度。
58、技术方案10. 根据技术方案8所述的双极功率传输方案（10），其中，所述转换器站控制器（58）被编程以通过如下方式调整从所述电源（38）转移到所述第一传输导管和所述第二传输导管（18、20）中的功率总量：确立所测量电源输出并将从所述电源（38）转移到所述第一传输导管和所述第二传输导管（18、20）中的功率总量调整为所述所测量电源输出的期望比例。
59、技术方案11. 根据前述技术方案中任一项所述的双极功率传输方案（10），其中，所述转换器站控制器（58）被额外编程以在故障恢复模式下操作所述第一转换器站（12），并且在故障清除之后切换成在所述电流分配模式（78）下操作所述第一转换器站（12）。
60、技术方案12. 一种操作双极功率传输方案（10）的方法，所述双极功率传输方案（10）包括：第一转换器站（12），所述第一转换器站（12）在使用时远离第二转换器站（14）定位；以及第一传输导管和第二传输导管（18、20）以及返回导管（22），它们用于在使用时将所述第一转换器站（12）与所述第二转换器站（14）互连，并且因此允许所述第一转换器站与所述第二转换器站（12、14）之间转移功率（pdc1、pdc2），
61、所述第一转换器站（14）包括：
62、第一功率转换器（30），所述第一功率转换器（30）具有：与所述第一传输导管（18）连接的第一dc端子（32）；与所述返回导管（22）连接的第二dc端子（34）；以及至少一个第一ac端子（36），其与公共耦合点（40）电连接以连接到以参考相角操作的ac网络元件，所述第一功率转换器（30）还具有第一转换器控制器（46），所述第一转换器控制器（46）被编程以通过使所述第一功率转换器（30）在所述或每个第一ac端子（36）处提供呈现给所述公共耦合点（40）的第一ac电压（vac1），来控制所述第一传输导管（18）与所述公共耦合点（40）之间的功率转移；
63、第二功率转换器（48），所述第二功率转换器（48）具有：与所述返回导管（22）连接的第三dc端子（50）；与所述第二传输导管（20）连接的第四dc端子（52）；以及与所述公共耦合点（40）电连接的至少一个第二ac端子（54），所述第二功率转换器（48）还具有第二转换器控制器（56），所述第二转换器控制器（56）被编程以通过使所述第二功率转换器（48）在所述或每个第二ac端子（54）处提供呈现给所述公共耦合点（40）的第二ac电压（vac2）来控制所述第二传输导管（20）与所述公共耦合点（40）之间的功率转移；以及
64、转换器站控制器（58），所述转换器站控制器（58）被布置成与所述第一转换器控制器和所述第二转换器控制器（46、56）中的每一个转换器控制器可操作地通信，由此所述第一功率转换器和所述第二功率转换器（30、48）作为电网形成转换器被控制，使得呈现给所述公共耦合点（40）的第一ac电压和第二ac电压（vac1、vac2）管理所述公共耦合点（40）处的ac频率（ f）和ac电压（ v），
65、所述方法包括以下步骤：在电流分配模式（78）下操作所述第一转换器站（12），在所述电流分配模式（78）下，通过使所述转换器站控制器（58）指示所述第一转换器控制器（46）相对于所述公共耦合点（40）处的参考相角在第一方向上调整所述或每个第一ac端子（36）处提供的第一ac电压（vac1）的操作相角，来控制dc电流（idc1、idc2）在所述第一传输导管和所述第二传输导管（18、20）之间的分配，以及指示所述第二转换器控制器（56）相对于所述公共耦合点（40）处的参考相角在与第一方向相反的第二方向上调整所述或每个第二ac端子（54）处提供的第二ac电压（vac2）的操作相角。