專利名稱：電壓源換流器站的制作方法
技術領域：
本發明通常涉及電壓源換流器，更具體地，涉及在高電壓直流
(HVDC)系統中使用的電壓源換流器。
背景技術：
電壓源換流器(VSC)用于例如高電壓直流(HVDC)系統中，并且 也用作靜態無功^h(嘗器(SVC )。在HVDC應用中，電壓源換流器耦合在 直流鏈與交流網絡之間，而在第二個應用中，電壓源換流器耦合在直流電 壓源與交流網洛之間。在這兩個應用中，電壓源換流器必須能夠產生頻率 與交流網絡的頻率相同的交流(AC)電壓。通it^目對于交流網絡的電壓 分別調制所產生的交流電壓的幅度和相位(phase position )，可控制流過 換流器的無功功率和有功功率。
具體而言，裝配有串聯晶體管(IGBT)的電壓源換流器的出現使得 有可能將這種換流器用于較高的電壓，并且控制所產生的交流電壓的脈沖 寬度調制(PWM)使得能夠非常快地控制該電壓。
關于電壓源換流器的控制系統的一般描述，參考"PWM and Control of Two and Three Level High Power Voltage Source Converters" ， Anders Lindberg著，Royal Institute of Technology (皇家理工學院)，Department of Electric Power Engineering (電力工程學院)，斯德哥爾摩，1995，具 體是第1、 21-56、 77-106頁以及附錄A，這些通過引用而結合于此。該 文獻在下面簡稱為Anders Lindberg。
圖1以示意性的單線和方框圖的形式示出現有技術中已知的高電壓 直流輸電系統。第一換流器站STN1和第二換流器站STN2經由分別具有 兩個電極導體Wl和W2的直流鏈分別相互耦合。通常，電極導體為線纜， 但它們也可以為(至少部分為)架空線的形式。雖然將僅僅詳細描述第一 換流器站，但是應當理解，第二換流器站也可以具有相同的設計。
換流器站具有耦合在電極導體之間的電容器器件CI,并且包括電壓
3源換流器(在下文中稱為VSC) VSC1。 vsc包括半導體閥，半導體岡為 本身已知的橋式連接形式，例如，如Anders Lindberg第8-16頁所述的2 級或3級換流器橋。實質上已知的，半導體閥包括柵極導通/截止半導體 元件(例如，所謂IGBT類型的功率晶體管)支路，以及與這些元件反向 并聯連接的二極管。
電壓源換流器經由相電感器PI1和線路Ll耦合到三相交流電力網 Nl。盡管在該圖中未示出，但是相電感器塊PI1還包括濾波器裝置，如 PLC/RI濾波器，以便過濾高頻信號。如該圖中所示，在本領域中已知的 是，換流器可以經由變壓器T1耦合到三相網絡，在這種情況下，相電感 器在一些情況下可以省略。
當使用包括可切換半導體如IGBT的VSC時，半導體切換在該VSC 的三相側引入諧波電流。在VSC站中優選應當過濾這些諧波電流，以避 免干擾三相網絡N1。為此，第一濾波器塊F1耦合在相電感器與三相網絡 之間的連接點處。該第一濾波器塊以"Y"形連接在三相之間并且中性點 接地。這樣，將提供對三相網絡上出現的零序電流的過濾。
第二濾波器塊F2耦合在相電感器與三相網落t間的連接點處。該第 二濾波器塊不接地，并且以"Y，，形連接在三相之間，由于該第二濾波器 塊不接地，所以將只提供對正、負序電流的過濾。
換流器站包括控制裝置(未示出)，用于根據預定脈沖寬度調制模式 產生對于半導體閥的一系列導通/截止奇^^。在/>開號為EP 1 174 993的 歐洲專利申請中描述了 HVDC輸電系統中用于電壓源換流器的控制系統。
希望使濾波器的電阻部分中的諧波電流最小化，尤其是使甚高電壓系 統中的濾波器的電阻部分中的諧波電流最小化，以減少損耗并且4吏對電阻 器的額定功率要求最小化。
發明內容
本發明的目的是提供一種電壓源換流器(vsc)站，其中，使濾波器
電阻器的功率要求最小化。
本發明的另一目的是4^供一種部件數目減少的vsc站，從而節省空 間和成本。本發明基于以下實現通過向VSC站中的零序電流濾波器塊的電阻 器提供相之間的公共不接地電零點，減少通過所述電阻器的諧波電流，進 而導致對電阻器的額定功率要求降低。
才隊本發明，提供一種電壓源換流器站，該電壓源換流器站包括電 壓源換流器，其耦合在高電壓直流輸電系統中的直流鏈與交流網^J'司； 以及接地濾波器塊，其耦合到電壓源換流器與交流網絡之間的相線，以便 過濾交流網絡中的零序電流諧波。電壓源換流器站的特征在于濾波器塊 的電阻部分具有相之間的公共不接地電零點。
這樣就提供一種VSC站，其中，通過電阻器的諧波電流減少多達 50-70%，從而對電阻器的額定功率要求最小化。此外，通過提供具有不 接地的電阻部分的濾波器，在一個單一濾波器中實現了對于零序諧波具有 高q值而對于正、負序諧波具有低q值的帶通濾波器，節省空間和成本。
在優選實施例中，所述電壓源換流器是脈沖寬度調制換流器。由于大 多數PWM技術都以換流器的切換頻率產生零序諧波并且在切換頻率的 邊帶中產生正、負序諧波，所以本發明的構思對于濾波器設置在換流器加 相電抗器與變壓器之間的拓樸以及PWM控制的換流器是尤其有利的。
其它優選實施例由從屬權利要求限定。
現參照附圖舉例說明本發明，在附圖中
圖1以示意性單線和方框圖的形式示出現有技術中已知的高電壓直 流輸電系統；
圖2是與圖1相似的示圖，但是示出了##本發明的VSC站；
圖3是示出圖2的VSC站中包括的濾波器的特性的示圖4是與圖2相似的示圖，但是示出了根據本發明可替代實施例的 VSC站；
圖5是根據本發明的VSC站中包括的可替代濾波器的電路圖6是根據本發明的VSC站中包括的又一可替代濾波器的電路圖。
具體實施方式
在下文中，將參照圖2給出本發明優選實施例的詳細描述。在該描述 中，術語"高電壓"將用于50kV電壓及更高電壓。如今，商用高電壓設 備的上限是800kV，但是已經建立或者在不遠的將來將設想更高的電壓， 如1000kV或者更高。
根據本發明的VSC站STN1的總體結構與上文在背景扠術部分中描 述的VSC站的總體結構類似。因此，圖2的VSC站耦合到具有分別兩個 電極導體Wl和W2的直流鏈。換流器站具有耦合在電極導體之間的電容 器器件C1，并且包括電壓源換流器VSC1，該電壓源換流器VSC1具有 由控制裝置(未示出)控制的半導體閥。通過變壓器Tl，電壓源換流器 經由相電感器PIl和線路L1耦合到交流電力網Nl。
濾波器塊F1耦合在相電感器與連接到三相網絡N1的變壓器Tl之間 的連接點處。類似于現有技術，該濾波器塊以"Y"形連接在三相之間， 但是與現有技術濾波器至少有一方面不同。每個相的濾波器塊F1包括串 聯連接在線路L1和地之間的電容器C和電感器L，其中，電容器連接到 線路L1而電感器接地。換句話說，三個相中的濾波器塊Fl的LC支路 與接地中性點以"Y"形連接。這種接地是相對于VSC的直流側電中點 進行的。這通常是在電容器C1的中點，見圖2。 VSC直流側可以在或者 不在相同位置接地。
此外，每個相的濾波器塊F1包括電阻器R，該電阻器R—端連接到 電容器C與電感器L之間的結合點，另一端連接到浮置中性點。換句話 說，三個相的濾波器塊F1中的電阻器R與不接地的公共中性點以"Y" 形連接。
圖3示出濾波器塊F1的濾波器特性的示例，其中，虛線表示正序諧 波和負序諧波的阻抗，而實線表示零序諧波的阻抗。
通過在相線與浮置中性點之間提供串聯連接的RC電路將得到濾波 器，對構成零序的諧波，該濾波器是具有帶通特性的尖銳調諧濾波器。對 于構成正序或負序的諧波，該濾波器是具有高通特性的阻尼濾波器。
該電路拓樸將提供兩種不同特性的組合，不會額外帶來與經過濾波的 零序諧波有關的電阻器損耗，仿佛是電阻器與電抗器共享接地的情況。
在圖4所示的可替代實施例中，與濾波器Fl并聯提供第二濾波器F2。 該第二濾波器具有與圖1所示第二濾波器類似的配置。
圖5示出濾波器Fl的可替代結構。該濾波器與先前描述的濾波器Fl相似，但是另外還包括第二電感器I/和第二電容器c',其中第二電感 器1/和第二電容器c'彼此并聯并且與第一電容器c串聯連接。這樣得
到濾波器雙調諧。
圖6示出濾波器Fl的又一可替^^結構。該濾波器與圖5的濾波器相 似，但是另外還包括第三電感器L，，和第三電容器C"，其中第三電感器 L"和第三電容器C"彼此并聯并且與電容器C串聯連接。這樣得到濾波器 三調諧。
上文描述了根據本發明的電壓源換流器站的優選實施例。本領域技術 人員應當理解，這些實施例可以在所附權利要求的范圍內變化。應當理解， 本發明的濾波器配置通常可應用作為相結合的零序帶通濾波器和正/負序 高通濾波器，即除換流器站中之外的應用。
權利要求
1.一種換流器站，包括-電壓源換流器(VSC1)，其耦合在高電壓直流輸電系統中的直流鏈(W1，W2)與交流網絡(N1)之間；濾波器塊(F1)，其耦合在所述電壓源換流器與所述交流網絡之間，以便對所述交流網絡中的電流諧波進行濾波；其特征在于-第二濾波器塊(F1)的電阻部分包括相之間的公共不接地電零點。
2. 根據權利要求1所述的換流器站，其中，所述電壓源換流器(VSC1) 是脈沖寬度調制換流器。
3. 根據權利要求1所述的換流器站，其中，所述濾波器塊(Fl)耦 合在相電感器(PI1)與變壓器(Tl)之間的連接點處，所述變壓器(Tl) 連接到所述三相網絡(Nl )。
4. 根據權利要求l-3中任一項所述的換流器站，其中，所述濾波器塊 (Fl )為對于構成零序諧波的諧波具有帶通特性的調諧濾波器和對于構成正序諧波或負序諧波的諧波具有高通特性的阻尼濾波器。
5. 根據權利要求l-4中任一項所述的換流器站，其中，每個相的濾波 器塊(Fl)包括-串聯連接在相線(Ll)與地之間的電容器(C)和電感器(L)，其 中，所述電容器連接到所勤目線，且所述電感器接地，以及-電阻器(R)，其一端連接到所述電容器(C)與所述電感器(L) 之間的結合點，且另一端連接到浮置中性點。
6. 根據權利要求5所述的換流器站，其中，所述濾波器塊(Fl)包 括彼此并聯并且與所述電容器(C)串聯連接的第二電感器(1/ )和第二 電容器(C')。
7. 根據權利要求6所述的換流器站，其中，所述濾波器塊(Fl)包 括彼此并聯并且與所述電容器(C)串聯連接的第三電感器(L")和第三 電容器(C")。
8. 根據權利要求1-7中任一項所述的換流器站，包括與所述濾波器 (F1)并聯連接的第二濾波器塊(F2),其中，所述第二濾波器塊不接地。
全文摘要
VSC站中的濾波器塊(F1)的電阻器與浮置中性點以“Y”形連接。
文檔編號H02J3/36GK101517854SQ200680055676
公開日2009年8月26日 申請日期2006年8月25日 優先權日2006年8月25日
發明者安德斯·彼得松, 琳 蔣 申請人:Abb技術有限公司