專(zhuān)利名稱(chēng)：高壓直流系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高壓直流(HVDC, high voltage direct current)輸電。 尤其是，本發(fā)明涉及連接第一 AC網(wǎng)絡(luò)和第二 AC網(wǎng)絡(luò)的HVDC輸電網(wǎng) 絡(luò)。輸電網(wǎng)絡(luò)在每一端包括站，站包含用于將DC電流變換為AC電流以 及將AC電流變換為DC電流的變換器裝置。
背景技術(shù)：
從現(xiàn)有技術(shù)中已知使用HVDC網(wǎng)絡(luò)在"M巨離上傳輸電力。HVDC網(wǎng) 絡(luò)包括整流器站、線纜或者架空線形式的傳輸線、進(jìn)行逆變的站、以及用 來(lái)消除在逆變過(guò)程中產(chǎn)生的諧波的一個(gè)或多個(gè)濾波器。在也稱(chēng)作典型 HVDC的常見(jiàn)HVDC網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施例中，使用例如晶閘管的不可熄滅的半 導(dǎo)體元件來(lái)進(jìn)行整流和逆變二者。晶閘管能夠被觸發(fā)，但是不能被熄滅。 在電壓的過(guò)零點(diǎn)附近進(jìn)行換流，該過(guò)零點(diǎn)由ac電壓和逆變器來(lái)確定。因 此，這些變換器被稱(chēng)為是電網(wǎng)換流的(line-commutated)，也稱(chēng)作電流源 型變換器(CSC， current source converter )。這種技術(shù)涉及消耗無(wú)功功率 的逆變，并且產(chǎn)生諧波送出到網(wǎng)絡(luò)上。下面，將用作整流器或者逆變器的 變換器統(tǒng)稱(chēng)為變換器。
從現(xiàn)有技術(shù)中已知使用架空線布置HVDC輸電網(wǎng)絡(luò)。這種未絕緣的 架空線用來(lái)實(shí)現(xiàn)互連可能相隔非常長(zhǎng)的距離，例如1000km或者更W巨離 的站的直流電壓網(wǎng)絡(luò)。然而，這種架空線對(duì)地區(qū)和環(huán)境有非常大的干擾影 響。替代方案是使用線纜。合適的線纜包括內(nèi)導(dǎo)體，內(nèi)導(dǎo)體被用油浸透的 紙形成的厚絕緣層包圍。然而，這些線纜非常昂貴，從而不是現(xiàn)實(shí)的架空 線的替代物。用具有導(dǎo)體和包圍導(dǎo)體的基于聚合物的絕緣層的線纜進(jìn)行了 試驗(yàn)。這些試驗(yàn)揭示了由于在絕緣層中產(chǎn)生了空腔，因此使用這種類(lèi)型的 線纜用于HVDC輸電存在很大的問(wèn)題?？涨皇咕€纜中的電場(chǎng)發(fā)生畸變， 這導(dǎo)致局部放電，也稱(chēng)為空間電荷。這些局部放電產(chǎn)生侵蝕聚合材料的氣 體。 一段時(shí)間之后，絕緣層破損，線纜失去其絕緣性能。當(dāng)有效功率的傳 輸方向變化時(shí)，導(dǎo)體經(jīng)歷的極性的變化產(chǎn)生空間電荷。因此，已知在陸地
上布置架空線來(lái)傳輸HVDC，而在海洋中布置具有特制的油浸絕緣薄片 的線纜在被水隔離的陸地區(qū)域之間進(jìn)行電力傳輸。
根據(jù)US 5,910,888 (Wiemers)，已知用于傳輸電力的電廠(plant )。 該電廠的目的是避免與HVDC結(jié)合的線纜破損的問(wèn)題。因此，設(shè)置包括 電壓源型變換器(VSC, voltage source converter)的用于傳輸HVDC的 電廠。已知當(dāng)有效功率的傳輸方向改變時(shí)，這些變換器不改變DC線的極 性。
在HVDC技術(shù)產(chǎn)業(yè)中仍然存在能夠使用線纜進(jìn)行更符合成本效益的 典型HVDC的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種改進(jìn)的HVDC網(wǎng)絡(luò)，其包括用第一和第二傳輸 導(dǎo)體波此連接的兩個(gè)變換器站，其中至少第一傳輸導(dǎo)體包括線纜。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)以獨(dú)立權(quán)利要求1中的技術(shù)特征為特征的HVDC 電廠或者以獨(dú)立權(quán)利要求7中的步驟為特征的方法來(lái)達(dá)到該目的。在從屬 權(quán)利要求中描述了優(yōu)選實(shí)施例。
根據(jù)本發(fā)明，每一個(gè)變換器站包括開(kāi)關(guān)設(shè)備，其能夠引導(dǎo)第一和第二 傳輸導(dǎo)體的電流，使得每一個(gè)傳輸導(dǎo)體的電勢(shì)相同而與有效傳輸方向無(wú) 關(guān)。使用使每一個(gè)傳輸導(dǎo)體的電勢(shì)不變化的該開(kāi)關(guān)設(shè)備，第一傳輸導(dǎo)體可 以包括具有聚合物絕緣的線纜。此外，對(duì)稱(chēng)HVDC網(wǎng)絡(luò)中的第二傳輸導(dǎo) 體可以包括聚合物絕緣的線纜。根據(jù)本發(fā)明的開(kāi)關(guān)設(shè)^^吏得可以組合典型 的HVDC網(wǎng)絡(luò)和具有聚合物絕緣的線纜。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，HVDC系統(tǒng)包括具有變換器的對(duì)稱(chēng)單極 HVDC系統(tǒng)，在每一個(gè)變換器站中變換器包括一個(gè)12脈沖變換器。>Mt 一端布置變換器的中性地。變換器與具有聚合物絕緣的兩個(gè)相同的高壓線 纜連接。這種結(jié)構(gòu)提供了具有高傳輸電壓、低電流、從而利用柔性線纜并 且具有低傳輸損耗的方案，并且消除了通過(guò)陸地或者海洋的回路DC電 流。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，在每一個(gè)站處開(kāi)關(guān)設(shè)備包括兩個(gè)開(kāi)關(guān)。這些開(kāi) 關(guān)協(xié)作工作。第一站的變換器包括與第一開(kāi)關(guān)的第一DC連接以及與第二 開(kāi)關(guān)的第二DC連接。在表示第一方向上的有效功率傳輸?shù)牡谝荒Ｊ降牟?作中，第一開(kāi)關(guān)使第一DC連接和第一傳輸導(dǎo)體接觸。在該操作中，第二開(kāi)關(guān)使第二DC連接和第二傳輸導(dǎo)體接觸。第二站包括等同的開(kāi)關(guān)設(shè)備。 因此，第一和第二站之間的第 一電流路徑包括第 一站變換器的第一 DC連 接、第一傳輸導(dǎo)體以及第二站變換器的第一DC連接。因此，第二電流路 徑由第一站變換器的第二DC連接、第二傳輸導(dǎo)體以及第二站變換器的第 二DC連接形成。
在表示與第一方向相反的第二方向上的有效功率傳輸?shù)牡诙Ｊ降?操作中，第一開(kāi)關(guān)使第一DC連接和第二傳輸導(dǎo)體接觸。在該^Mt中，第 二開(kāi)關(guān)使第二 DC連接和第一傳輸導(dǎo)體接觸。第二站包括等同的開(kāi)關(guān)設(shè) 備。因此，在該操作中，第一和第二站之間的第一電流路徑包括第一站變 換器的第一 DC連接、第二傳輸導(dǎo)體以及第二站變換器的第一 DC連接。 因此，第二電流路徑由第一站變換器的第二DC連接、第一傳輸導(dǎo)體以及 第二站變換器的第二 DC連接形成。當(dāng)有效功率傳輸?shù)姆较蚋淖儾⑶译妷?為零時(shí)，進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作。
開(kāi)關(guān)設(shè)備使第一和第二傳輸導(dǎo)體的電勢(shì)從不改變方向。因此，在根據(jù) 本發(fā)明的實(shí)施例中，不存在空間電荷的產(chǎn)生。這使得可以使用利用包括聚 合材料的絕緣的線纜。具有故基于聚合物的絕緣層包圍的導(dǎo)體的這種類(lèi)型 的線纜可以以比前面提到的具有收基于用油浸透的紙的絕緣層包圍的導(dǎo) 體的線纜低得多的成本來(lái)生產(chǎn)。這意味著這種線纜成為架空線的替代物， 并且從成本的觀點(diǎn)來(lái)看具有吸引力。現(xiàn)在，可以消除這種架空線引起的所 有不便，而對(duì)于成本沒(méi)有任何實(shí)際的負(fù)面后果。
本發(fā)明基于可以使用先前被認(rèn)為不適于該目的的線纜的理解。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，線纜包括擠壓(extruded)線纜。這種線纜可 以以非常有利于使用的成本和質(zhì)量來(lái)生產(chǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，線纜的絕緣 包括包圍導(dǎo)體的半導(dǎo)體材料的第 一層、包括聚合絕緣材料的第二層以及包 括包圍絕緣材料的半導(dǎo)體材料的第三層。第一和第三層的目的是平滑線纜 中的電場(chǎng)。根據(jù)本發(fā)明，第一和第二層之間以及第二和第三層之間的粘附 必須是充分的，以便不會(huì)由于熱或者機(jī)械力而脫離從而在層之間形成空 腔。
在本發(fā)明的第一方面中，該目的通過(guò)HVDC網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該HVDC 網(wǎng)絡(luò)包括第一和第二站，每一個(gè)站包括變換器；以及第一和第二傳輸導(dǎo) 體，其中第一和第二站包括開(kāi)關(guān)設(shè)備，用于在第一和第二傳輸導(dǎo)體之間使 電流流動(dòng)交替。
在本發(fā)明的第二方面中，該目的通過(guò)用于在hvdc網(wǎng)絡(luò)的第一變換 器和第二變換器之間傳輸有效功率流的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，第一和第二變換器通 過(guò)第一傳輸導(dǎo)體和第二傳輸導(dǎo)體彼此連接，每一個(gè)變換器包含第一dc連 接和第二dc連接，其中該方法包括在包含第一方向的有效功率流的第 一模式的操作中形成第一電流路徑和第二電流路徑，第一電流^M圣包括第 一傳輸導(dǎo)體以及第一和第二變換器的第一dc連接，第二電流路徑包括第
二傳輸導(dǎo)體U)以及第一和第二變換器的第二 dc連接；以;M^包含第
二方向的有效功率流的第二模式的操作中形成第一電流路徑和第二電流 路徑，第一電流路徑包括第二傳輸導(dǎo)體(4)以及第一和第二變換器的第 一dc連接，第二電流路徑包括第一傳輸導(dǎo)體(3)以及第一和第二變換 器的第二dc連接。
在本發(fā)明的第三方面中，該目的通過(guò)計(jì)算^ME序產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)，該計(jì)算 ;l^呈序產(chǎn)品包含用于處理器的指令，以評(píng)價(jià)本發(fā)明的hvdc網(wǎng)絡(luò)的電力 傳輸方法。該計(jì)算^序可存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可使用的介質(zhì)上。該計(jì)算機(jī)程序 產(chǎn)品的至少一部分還可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，例如因特網(wǎng)來(lái)提供。


從以下結(jié)合附圖的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技 術(shù)人員將變得更明顯，在附圖中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的hvdc網(wǎng)絡(luò)的原理電路圖；以及
圖2是具有包括多個(gè)斷路器的開(kāi)關(guān)設(shè)備的hvdc網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
圖1中是根據(jù)本發(fā)明的hvdc網(wǎng)絡(luò)。hvdc網(wǎng)絡(luò)包括由第一傳輸導(dǎo) 體3和第二導(dǎo)體4彼此連接的第一變換器1和第二變換器2。第一變換器 連接到第一ac網(wǎng)絡(luò)5，第二變換器連接到第二ac網(wǎng)絡(luò)6。第一變換器 包括具有第一開(kāi)關(guān)8的第一 dc連接7和具有第二開(kāi)關(guān)10的第二 dc連 接9。第一和第二開(kāi)關(guān)與第一鏈接11并行地工作。第一開(kāi)關(guān)包括與第一 傳輸導(dǎo)體3相連接的第一接觸部分以及經(jīng)由中間鏈接12連接到第二傳輸 導(dǎo)體4的第二接觸部分。第二開(kāi)關(guān)包括與第二傳輸導(dǎo)體相連接的第一接觸 部分以及經(jīng)由中間鏈接13連接到第一傳輸導(dǎo)體3的第二接觸部分。
第二變換器2包括具有第一開(kāi)關(guān)15的第一 DC連接14以及具有第二 開(kāi)關(guān)17的第二 DC連接16。第一和第二開(kāi)關(guān)與第二鏈接18并行地工作。 第一開(kāi)關(guān)包括與第一傳輸導(dǎo)體3相連接的第一接觸部分以及經(jīng)由中間鏈 接20連接到第二傳輸導(dǎo)體4的第二接觸部分。第二開(kāi)關(guān)包括與第二傳輸 導(dǎo)體相連接的第一接觸部分以及經(jīng)由中間鏈接19連接到第一傳輸導(dǎo)體3 的第二接觸部分。
在如圖1所示的表示第一方向上的有效功率傳輸?shù)牡谝荒Ｊ降牟僮?中，第一變換器1的第一開(kāi)關(guān)8連接第一 DC連接7和第一傳輸導(dǎo)體3， 第二開(kāi)關(guān)10連接第二 DC連接9和第二傳輸導(dǎo)體4。第二變換器2的第 一開(kāi)關(guān)15連接第一 DC連接14和第一傳輸導(dǎo)體3，第二開(kāi)關(guān)17連接第 二 DC連接16和第二傳輸導(dǎo)體4。
在表示與第一方向相反的第二方向上的有效功率傳輸?shù)牡诙Ｊ降?操作中，第一和第二變換器的第一和第二開(kāi)關(guān)位于其第二位置。因此，在
該模式的操作中，第一和第二變換器的第一 DC連接連接到第二傳輸導(dǎo) 體。同時(shí)，第一和第二變換器的第二DC連接連接到第一傳輸導(dǎo)體。
根據(jù)圖1所示的實(shí)施例，HVDC網(wǎng)絡(luò)包括用于控制開(kāi)關(guān)的控制單元 21。控制單元包括用于感測(cè)有效功率傳輸方向的方向的第一感測(cè)裝置22 和第二感測(cè)裝置23?？刂茊卧€包括用于控制第一變換器的第一和第二 開(kāi)關(guān)的第一致動(dòng)器裝置24以及用于控制第二變換器的第一和第二開(kāi)關(guān)的 第二致動(dòng)器裝置25。
在圖2所示的實(shí)施例中，HVDC網(wǎng)絡(luò)包括由第一線纜28和第二線纜 29彼此連接的第一站26和第二站27。在該實(shí)施例中，線纜包括具有包含 聚合材料的絕緣層的高壓線纜。第一站包括在第一網(wǎng)點(diǎn)31連接到第一 AC 網(wǎng)絡(luò)的第一變壓器30。此外，第一站包括包含第一和第二晶閘管閥的第 一變換器1，其具有包括電抗器32的第一 DC連接以及具有電抗器32的 第二DC連接。第一站還包括在該實(shí)施例中包括電抗器32的中點(diǎn)接地連 接33。
第二站包括在第二網(wǎng)點(diǎn)36連接到第二AC網(wǎng)絡(luò)的第二變壓器35。此 外，第二站包括包含第一和第二晶閘管閥的第二變換器2，其具有包括電 抗器L的第一 DC連接以及具有電抗器L的第二 DC連接。第二站不包 括中點(diǎn)接地連接。
圖2所示的HVDC的實(shí)施例還包括包含第一和第二斷路器的開(kāi)關(guān)設(shè)備。因此，具有與圖l所示的實(shí)施例相同的功能，在圖2的實(shí)施例中，第 一變換器1的第一開(kāi)關(guān)8和第二變換器2的第一開(kāi)關(guān)15分別包括第一斷 路器A和第二斷路器B。同樣，第一變換器1的第二開(kāi)關(guān)10和第二變換 器2的第二開(kāi)關(guān)17分別包括第一斷路器A和第二斷路器B。因此，當(dāng)開(kāi) 關(guān)位于其第一位置時(shí)，這通過(guò)閉合第一斷路器A并且斷開(kāi)第二斷路器B 來(lái)實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)地，當(dāng)開(kāi)關(guān)位于其第二位置時(shí)，這通過(guò)斷開(kāi)第一斷路器A 并且閉合第二斷路器B來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在第一模式的操作中，所有第一斷路器A斷開(kāi)，所有第二斷路器B 閉合。在第二模式的操作中，所有第一斷路器A閉合，所有第二斷路器B 斷開(kāi)。
通過(guò)使用該開(kāi)關(guān)設(shè)備，可以在第一和第二線纜之間使電流流動(dòng)交替， 使M—個(gè)線纜的電勢(shì)不改變。這使得可以使用具有包括聚合物的絕緣的 線纜。
雖然優(yōu)選地本發(fā)明的范圍不局限于所呈現(xiàn)的實(shí)施例，但是顯然還包含 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的實(shí)施例。例如，典型HVDC網(wǎng)絡(luò)的任何實(shí)施 例，例如具有陸地(earth)電極的單線HVDC傳輸以及雙極HVDC傳 輸，均包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高壓直流網(wǎng)絡(luò)，包括包含第一變換器(1)的第一站(26)；包含第二變換器(2)的第二站(27)；兩個(gè)變換器每一個(gè)都包含不可熄滅的半導(dǎo)體元件；第一傳輸導(dǎo)體(3)；以及第二傳輸導(dǎo)體(4)，其特征在于，第一站包括第一開(kāi)關(guān)設(shè)備(8，10)，第二變換器包括第二開(kāi)關(guān)設(shè)備(15，17)，用于在第一和第二傳輸導(dǎo)體之間使電流流動(dòng)交替。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓直流網(wǎng)絡(luò)，其中第一開(kāi)關(guān)設(shè)備包括第 一開(kāi)關(guān)(8)和第二開(kāi)關(guān)(10)，第二開(kāi)關(guān)設(shè)備包括第一開(kāi)關(guān)(15)和第二 開(kāi)關(guān)(17)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的高壓直流網(wǎng)絡(luò)，其中每一個(gè)開(kāi)關(guān)包 括第一斷路器(A)和第二斷路器(B )。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的高壓直流網(wǎng)絡(luò)，其中第一 傳輸導(dǎo)體包括具有聚合物絕緣的線纜(28)。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的高壓直流網(wǎng)絡(luò)，其中第二 傳輸導(dǎo)體包括具有聚合物絕緣的線纜(29)。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的高壓直流網(wǎng)絡(luò)，其中第一 站包括用于控制第一和第二開(kāi)關(guān)i殳備的控制單元(21)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的高壓直流網(wǎng)絡(luò)，其中控制單元包括用于感 測(cè)功率流方向的第一和第二感測(cè)裝置(22, 23)。
8. —種在高壓直流網(wǎng)絡(luò)的第一變換器(1)和第二變換器(2)之間 傳輸有效功率流的方法，每一個(gè)變換器包含不可熄滅的半導(dǎo)體元件，第一 和第二變換器通過(guò)第一傳輸導(dǎo)體(3 )和第二傳輸導(dǎo)體(4)彼此連接，第 一變換器包含第一DC連接(7)和第二DC連接(9)，第二變換器包含 第一DC連接(14)和第二DC連接(16)，其特征在于，在包含第一方 向的有效功率流的第一操作模式下形成第一電流5M圣和第二電流路徑，第 一電流路徑包括第一變換器的第一 DC連接(7)、第一傳輸導(dǎo)體(3)和 第二變換器的第一 DC連接(14),第二電流路徑包括第一變換器的第二 DC連接(9 )、第二傳輸導(dǎo)體(4 )和第二變換器的第二 DC連接(17); 以及在包含第二方向的有效功率流的第二模式的操作中形成第一電流路 徑和第二電流路徑，第一電流路徑包括第一變換器的第一DC連接(7)、 第二傳輸導(dǎo)體(4 )和第二變換器的第一 DC連接(14 )，第二電流膝陘包 括第一變換器的第二DC連接(9)、第一傳輸導(dǎo)體(3)和第二變換器的 第二DC連接(17)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中形成第一和第二電流路徑包括 操作第一和第二開(kāi)關(guān)設(shè)備。
10. —種計(jì)算M序產(chǎn)品，其可存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可使用的介質(zhì)上，包含 用于處理器的指令，以評(píng)價(jià)根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其至少一部分通過(guò)網(wǎng) 絡(luò)，例如因特網(wǎng)，來(lái)提供。
12. —種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其特征在于包^^根據(jù)權(quán)利要求10所述的 計(jì)算;^序產(chǎn) 品。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高壓直流網(wǎng)絡(luò)，包括包含第一變換器(1)的第一站(26)；包含第二變換器(2)的第二站(27)；兩個(gè)變換器每一個(gè)都包含不可熄滅的半導(dǎo)體元件；第一傳輸導(dǎo)體(3)；以及第二傳輸導(dǎo)體(4)，其中第一站包括第一開(kāi)關(guān)設(shè)備(8，10)。
文檔編號(hào)H02J3/36GK101341642SQ200580052354
公開(kāi)日2009年1月7日 申請(qǐng)日期2005年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月21日
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