[发明专利]交替臂电流源转换器,功率转换系统以及用于控制这种转换器的方法

说明书

本发明涉及一种本发明涉及在高压直流(HVDC)传输链路上串联的交替臂电流源转换器(AACSC)，用于直流电(DC)从和/或到链路(HVDC)的流动，并且连接到交流(AC)网络，用于交流电从和/或到交流(AC)网络的流动。转换器(AACSC)包括至少一个导向开关(DS)和并联连接的子模块的单元，根据流过子模块的单元的电流来控制导向开关(DS)。本发明还涉及一种包括这种转换器(AACSC)的功率转换系统，并且涉及一种利用这种转换器(AACSC)在链路上转换功率(HVDC)的方法。

技术领域

本发明涉及在电力传输和分配网络上，特别是在高压直流链路上的电力传输领域。更具体地，本发明涉及几兆瓦到几十兆瓦的中功率和高功率的功率转换领域。

本发明尤其涉及用于在高压直流(DC)链路和交流(AC)网络之间转换电功率的设备。

背景技术

功率转换利用功率转换器、电感和电抗元件、控制装置以及变压器，以将高安培(几千安培)的直流电可逆地转换成交流电(单相或三相)，以提供几千伏的中压网络。

高压直流电(HVDC)链路的安装广泛用于直流电具有技术和经济意义的应用，特别是长距离输电。其中HVDC链路尤其可以传输高功率，同时减少所需的电缆数量，异步网络的互连以及长距离电能传输。

实际上，在交流电形式的输电过程中，配电网络电缆的电容会产生无功功率并减少所输送的有功功率。由于电缆中不产生无功功率，因此以直流形式进行的电力传输导致的损耗较小。

高压直流链路对于埋入或海底电缆中大于约100km的距离的电力传输也是有利的。高压直流链路也可用于更短距离的传输，这是因为易于调节所承载的功率及其能量稳定性。

这些HVDC链路的激增引起了它们与所穿越区域互连的能力问题。这可能是由于需要提供隔离的社区或将分散的低功率生产手段连接在一起。从链路中抽出或注入一小部分功率(通常小于总功率的10％)通常称为分接。

当前存在几种换流站技术，例如包括“线路换流转换器”(LCC)技术，两级“电压源转换器”技术(VSC)和模块化多级转换器技术(VSC-MMC)。

然而，当今的转换结构不适合使用。连接到非常高的电压的需求需要串联数百个功率半导体，从而增加了这些结构的成本和复杂性。这些半导体不是为在高电压和低强度下操作而设计的，从而导致非常低的利用率。使用当今的转换技术，根据转换后的功率，连接到HVDC链路的成本几乎没有压缩。

可能以受控的成本和占地面积将一小部分电力注入高压直流输电线路，特别是在可再生能源的情况下，或者从其中抽出电力向农村地区供电的可能性，构成了真正的技术挑战。由于可以将高压DC转换为降压AC或反之亦然的转换器的成本，仍未在现场实施称为“HVDC分接站”的HVDC链路分接站。

串联配置具有许多优点。公认的是，只有在HVDC分接站的功率水平与主站的功率量级相同时，在HVDC链路上并联连接并称为“并联分接”的HVDC分接站才具有经济意义。而为了从HVDC分接站获得低功率输出，将HVDC分接站串联连接到HVDC链路并称为“串联分接”的替代方案更具成本效益。实际上，串联配置允许半导体的更优化操作，并因此减少了所需组件的数量以及额外的固有功能，例如其冷却。

技术问题

文献中已为串联分接站提出了几种架构，例如机电站，12脉冲LCC或强制切换LCC站，强制切换CCC站，三级LCC站，软开关DC/DC转换器和模块化多电平电流源转换器(MMCSC)。但是，所有这些架构都没有超出技术准备水平TRL5(在相关环境中验证组件或面包板的代名词)。

提议用于DC链路的串联分接的大多数拓扑结构的性能不足和/或投资成本过高，因此无法与替代解决方案的部署竞争，例如柴油发电机或柴油机的本地生产，或者连接到更远但更易于使用的AC网络的链路构造。