电气组件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电气组件。
【背景技术】
[0002]在电力传输网络中，交流(AC)电力通常被变换为经由架空线路和/或海底电缆进行传输的直流(DC)电力。这种转换不需要补偿由传输线路或电缆导致的AC电容性负载的影响，并因此降低了线路和/或电缆的每公里成本。当需要长距离传电力传输力时，从AC到DC的变换因而变得有成本效益。
[0003]AC电力到DC电力的变换还用于需要互连在不同频率下运行的AC网络的电力传输网络。在任何这种电力传输网络中，在AC电力与DC电力之间的每个交接处需要变换器来实现所需的变换，并且一种此类形式的变换器是电压源型变换器(VSC)。
【发明内容】
[0004]根据本发明的方案，提供一种电气组件，包括:
[0005]电压源型变换器，包括第一DC端子和第二 DC端子以及至少一个AC端子，所述第一DC端子和第二DC端子分别可连接至第一DC电力传输介质和第二DC电力传输介质，所述第一DC电力传输介质和第二 DC电力传输介质连接至DC电网；所述或每个AC端子可连接至AC电网；
[0006]DC抽头，包括第一抽头端子和第二抽头端子，所述第一抽头端子和第二抽头端子分别可连接至所述第一 DC电力传输介质和第二 DC电力传输介质，所述DC抽头包括在所述第一抽头端子与第二抽头端子之间延伸的抽头臂，所述抽头臂具有由第三抽头端子分隔开的第一抽头臂部和第二抽头臂部，每个抽头臂部包括相应的隔直电容器，所述第三抽头端子可连接至电气负载；
[0007]电流返回路径，被配置为将所述或每个AC端子电互连至所述第三抽头端子；
[0008]变换器单元；以及
[0009]控制器，被配置为选择性地控制变换器单元，以在所述或每个AC端子处产生至少一个第一非基频交流分量，以驱动非基频交流电通过所述电流返回路径并在所述第三抽头端子中流动，以及选择性地控制所述电压源型变换器，以修改在所述或每个AC端子处的所述或每个第一非基频交流分量，以便形成在所述第一DC端子与所述第一抽头端子之间流动的第一电流以及形成在所述第二 DC端子与所述第二抽头端子之间流动的第二电流，所述第一电流和第二电流中的每一个包括直流分量和至少一个第二非基频交流分量，以便使得所述DC抽头能够从所述DC电网汲取电力，用于供应到所述电气负载。
[0010]DC电力传输介质可以是能够在两个或更多个电气元件之间传电力传输力的任何介质。这种介质可以是，但不限于，水下DC电力传输电缆、架空DC电力传输线路或电缆以及地下DC电力传输电缆。这种电气元件可以是，但不限于，DC电源、负载、DC电力网的DC端子或DC电网。
[0011]以上述方式配置控制器以选择性地控制变换器单元和电压源型变换器，连同布置电压源型变换器和DC抽头，使得变换器单元和电压源型变换器被控制为使第一和第二电流分别通过第一和第二抽头臂部流动。第一和第二电流的直流分量用于放电，并由此分别减小了第一和第二抽头臂部的隔直电容器的电压。
[0012]然而，由于抽头臂被布置为与DC电网并联连接，隔直电容器的结合电压必须被维持在DC电网的DC电压处。因此，充电直流分量从DC电网流入隔直电容器，以便阻止第一和第二电流中的每一个的直流分量，并由此维持隔直电容器的结合电压。这意味着每个隔直电容器，并因此DC抽头，仅经受非基频交流电。充电直流分量从DC电网流入隔直电容器使得DC抽头从DC电网获取电力，以供应到电气负载。
[0013]因此，在电气组件中包括变换器单元和DC抽头使得利用在使用中正常运行的电压源型变换器和DC电力传输介质能够提供低电平功率(例如，在20kV处20MW)，以提供高电平功率(例如，在600kV处600MW)。这提供了传输和分配在适合于位于偏远地区终端用户消费的水平下的电力的方式，通过该方式来传递DC电力传输介质。
[0014]与此相反，省略变换器单元和DC抽头将需要在每个偏远位置处安装具有高压降压能力的装置(诸如高电压DC到DC变换器)，以降低在DC电力传输介质中传输的电力的电压电平，以便传输和分配在适合于前述终端用户消费的水平下的电力。安装多个这种装置将明显增加硬件尺寸、重量和成本，从而不利地影响了相关电力传输和配电网络的经济可行性。
[0015]此外，由于在电气组件中包括变换器单元和DC抽头避免了改变电压源型变换器和DC电力传输介质的额定值以使得它们能够供应低电平功率的需要，所以将变换器单元和DC抽头添加至现有的电压源型变换器和DC电力传输介质以形成电气组件不需要明显地修改现有的电压源型变换器和DC电力传输介质。
[0016]在使用中，电压源型变换器被控制以在所述或每个AC端子处产生基频交流分量，以便经由DC电力传输介质传输高电平功率。
[0017]优选地，所述控制器被配置为选择性地控制所述电压源型变换器以在所述或每个AC端子处产生基频交流分量，同时所述变换器单元在所述或每个AC端子处产生所述或每个第一非基频交流分量。以这种方式操作电气组件使得能够通过DC电力传输介质同时传输高电平和低电平功率，从而提高电气组件的效率。
[0018]因此，配置根据本发明的电气组件导致能够使用正常操作的硬件来传输和分配低电平功率的经济的、节省空间的和高效的电气组件，用于供应高电平功率。
[0019]在使用中，可以操作变换器单元以在所述或每个AC端子处产生任何类型的第一非基频交流分量，以驱动非基频交流电通过电流返回路径并在第三抽头端子中流动。例如，所述或每个第一非基频交流分量可以是谐频交流分量和/或所述或每个第一非基频交流分量可以是零相序交流分量(例如，3次、9次、15次谐频交流分量等)。
[0020]在本发明的实施例中，所述电压源型变换器可以包括在所述第一DC端子与第二DC端子之间延伸的至少一个变换器臂，所述或每个变换器臂具有由AC端子分隔开的第一变换器臂部和第二变换器臂部，每个变换器臂部包括至少一个开关元件，每个变换器臂部中的所述或每个开关元件使可切换的，以将对应变换器臂部切换进和切换出在所述AC端子与所述对应DC端子之间的电路，从而控制在所述对应AC端子处AC电压的形态。
[0021]以这种方式配置电压源型变换器意味着，在操作电压源型变换器以在AC电网与DC电力传输介质之间转移电力的过程中，变换器臂部的开关元件可以被切换为在一个占空比上将变换器臂部交替地切换进在AC端子与对应DC端子之间的电路中。这意味着在一个占空比上，在电压源型变换器中，电流的流动在变换器臂部之间交替变化。因此，当变换器臂部中的一个被切换进在AC端子与对应的DC端子之间的电路时，变换器臂部中的另一个被切换出在AC端子与对应的DC端子之间的电路。
[0022]在一个占空比上，在变换器臂部之间电流的交替流动导致“斩断”对应的AC端子处的所述或每个第一非基频交流分量，以产生在DC端子与抽头端子之间流动的第一和第二电流。
[0023]可选地，所述控制器被配置为选择性地控制所述变换器臂部中的所述开关元件的切换，以便以标称50:50占空比将所述变换器臂部交替地切换进在所述AC端子与对应的DC端子之间的电路。以这种方式控制变换器臂部中开关元件的切换使得AC端子处的交流电被分开，使得AC端子处的正半交流电在第一和第二变换器臂部的一个中流动以及AC端子处的负半交流电在第一和第二变换器臂部的另一个中流动，从而简化了电压源型变换器的控制，以修改在所述或每个AC端子处的所述或每个第一非基频交流分量，从而形成第一和第二电流。
[0024]每个变换器臂部的配置可以变化，只要其包括至少一个开关元件，该开关元件是可切换的，以将对应的变换器臂部切换进和切换出在AC端子与对应DC端子之间的电路，从而控制在对应的AC端子处的AC电压的形态。
[0025]例如，每个变换器臂部可以包括至少一个模块，所述或每个模块包括至少一个开关元件和至少一个能量储存装置，所述或每个模块中的所述或每个开关元件和所述或每个能量储存装置结合，以选择性地提供电压源。
[0026]所述或每个模块的配置可以变化，只要所述或每个模块中的所述或每个开关元件和所述或每个能量储存装置可以结合，以选择性地提供电压源。
[0027]在所述或每个模块的示例性布置中，所述或每个模块可包括以全桥结构与能量储存装置并联连接的两对开关元件，以限定能够提供负电压、零电压或正电压并且能够在两个方向上传导电流的4象限双极模块。
[0028]在所述或每个模块的又一个示例性布置中，所述或每个模块可以包括以半桥结构与能量储存装置并联连接的一对开关元件，以限定能够提供零电压或正电压并且能够在两个方向上传导电流的2象限单极模块。
[0029]在所述或每个模块的再一个示例性布置中，所述或每个模块可以包括与至少一个能量储存装置并联连接的第一组和第二组串联连接电流流动控制元件，每组电流流动控制元件包括开关元件，以选择性地引导电流通过能量储存装置以及无源电流检测元件，从而在单一方向上限制电流通过合理化模块流动。
[0030]在每个变换器臂部中包括所述或每个模块为每个变换器臂提供控制在对应的AC端子处的AC电压形态的可靠手段。
[0031]每个变换器臂部可以包括限定链环式变换器的多个串联连接模块。通过将每个提供自身电压的多个模块的能量储存装置插入链环式变换器，链环式变换器的结构允许在链环式变换器两端建立结合电压，其高于从每个其单个模块可获得的电压。以这种方式切换每个模块中的所述或每个开关元件使得链环式变换器能够提供步阶式可变电压源，这允许使用步进式近似以在链环式变换器两端产生电压波形。因此，链环式变换器能够提供大范围的复杂电压波形，以使得能够在所述或每个AC端子处配置高质量的AC电压。
[0032]至少一个开关元件可以包括至少一个自换向开关装置。所述或每个自换向开关装置可以是绝缘栅双极型晶体管、栅极可关断晶闸管、场效应晶体管、注入增强栅晶体管、集成门极换向晶闸管或任何其他自换向半导体器件。每个开关元件中开关装置的数量可以取决于该开关元件所需的额定电压和额定电流而变化。
[0033]所述或每个无源电流检测元件可以包括至少一个无源电流检测装置。所述或每个无源电流检测装置可以是能够限制电流仅在一个方向上流动的任何装置，例如二极管。每个无源电流检测元件中的无源电流检测装置的数量可以取决