[发明专利]用于输送电能的电厂

说明书

技术领域和背景技术

本发明涉及通过高压直流(HVDC)输送电能的电厂，包括由双极直流电压网络互连的两个变流器站，并且每个变流器站各自连接到交流电压网络，以从交流电压网络中的一个向另一个馈送电能。每个变流器站具有电压源变流器，电压源变流器具有连接到变流器直流电压侧的异性极的至少一个相脚，并且包括串联连接的开关单元。每个开关单元一方面具有串联连接的至少两个半导体组件，每个半导体组件各自具有关断型半导体器件和与关断型半导体器并联连接的续流二极管，并且每个所述开关单元另一方面具有至少一个储能电容器。变流器的相输出被配置成连接到沿开关单元的串联连接在两个开关单元之间形成的变流器的交流电压侧。每个开关单元被配置成通过每个开关单元的半导体器件的控制获得两个切换状态，即，第一开关状态和第二开关状态，其中，把至少一个储能电容器上的电压以及零电压分别施加到开关单元的端子上，以在相输出上获得确定的交流电压。

变流器站中的一个可以一直作为整流器，即，可以从连接到作为整流器的变流器站且连接到作为逆变器的另一变流器站的交流电压网络以及通过该交流电压网络向连接到作为逆变器的变流器站的交流电压网络馈送电能。如果连接到作为整流器的变流器站的交流电压网络是用于生成电能的电厂(例如风电场)的一部分，则将会是这种情况。然而，也可预见的是，两个变流器站之间电能的馈送可以改变，所以变流器站可以从作为整流器改变成作为逆变器，反之亦然。

站中的变流器可以具有任何数量的相脚，但是变流器为了在其交流电压侧具有三相交流电压通常具有三个这种相脚。

可以将这种类型的电压源变流器用于所有种类的场合，在该场合中，将直流电压转换成交流电压，反之亦然；在该场合中，这些使用的实例是在HVDC(高压直流)电厂的站中；在该场合中，通常把直流电压转换成三相交流电压，反之亦然；或者在所谓的背对背站的情况下，在该场合中，首先把交流电压转换成直流电压以及随后把该直流电压转换成交流电压；以及在SVC(静态无功功率补偿器)的情况下，在该场合中，直流电压侧包括自由挂接的电容器。

通过例如DE 10103031A1和WO 2007/023064A1知晓这种类型的电压源变流器，并且如其中所公开的，通常被称为多单元变流器或M2LC。针对这种类型的变流器的功能，参考这些公开内容。变流器的开关单元可以具有除公开内容中所示的外观以外的外观，并且例如每个开关单元可以具有多于一个的储能电容器，只要可以控制开关单元在介绍中所提及的两个状态之间切换即可。

本发明针对配置成输送大功率的这种电压源变流器。当使用这种电压源变流器输送大功率时，这也意味着处理高电压，并且通过开关单元的储能电容器上的电压确定变流器直流电压侧的电压。这意味着将针对大量半导体器件串联连接相当大数量的这种开关单元，即，将在每个开关单元中串联连接半导体组件，并且在相脚中的开关单元的数量相当大时，这种类型的电压源变流器尤其令人关注。串联连接的大量这种开关单元意味着将可以控制这些开关单元在第一与第二开关状态之间改变，并且由此已经在相输出处获得非常接近于正弦电压的交流电压。这已经可以通过基本上比DE 10103031A1的图1中所示类型的已知电压源变流器中通常使用的切换频率更低的切换频率来获得，该已知电压源变流器具有开关单元，该开关单元具有关断类型的至少一个半导体器件以及与至少一个半导体器件反并联连接的至少一个续流二极管。这使得可以获得基本上更低的损耗，并且还显著减少无线电干扰以及滤波和谐波电流的问题，所以其设备成本可以更少。

相应地，具有变流器站、通过HVDC输送电能的电厂具有许多优点，其中该变流器站具有这种M2LC型的电压源变流器。

发明内容

本发明的目的是提供一种相对于已知的这种电厂在至少一些方面得到改进的在介绍中定义的类型的电厂。

根据本发明，通过提供这种电厂达到该目的，其中，电压源变流器被配置成采用直流电压，该直流电压相对于地在第一极的大小比在第二极的大小更高，并且由此该直流电压相对于地不对称，以在各变流器的相输出上产生交流电压。

通过在变流器的直流电压侧采用这种不对称，更便宜的线缆或架空线路可以用于电厂的直流电压网络。因此，本发明在于在通过HVDC输送电能的电厂中组合便宜输送线路以及M2LC型低损耗变流器。这相对于已知的这种电厂形成了显著改进。

根据本发明的实施例，变流器被配置成采用在第一极的大小比在第二极的电压大小高至少三倍的直流电压。这使得第二极可以采用比第一极成本更低的导体，由此节省成本。