[发明专利]用于电能传输的设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于电能传输的设备，包括至少一个换流器，其中，每个换流器具有分别拥有由开关元件组成的装置的相位元件，这些开关元件分别包括至少两个可断开的功率半导体以及至少两个分别与所述功率半导体并联的空转二极管和能量存储装置。

背景技术

这种类型的公知设备具有例如两个在直流电压端连接的换流器，以便在两个电气分离的异步的或者相互连接的同步的交流电网之间传输电能，并且有针对性地控制该传输。这种控制是必需的，因为例如在交流电网中可能出现局部过载或者不均匀的负载分布。这样，通过经过调节的能量传输可以平衡该过载。这种以及一系列的其它的设备被公知为所谓的高压直流输电设备和FACTS。在该设备和FACTS的换流器中采用在线路换相技术(netzgeführter Technik)中起作用的功率半导体、例如可控硅，或者可断开的功率半导体、例如所谓的绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)，其被用于自换相拓扑结构(selbstgeführte Topologie)中。在带有可断开的功率半导体的所谓的电压源换流器(Voltage Sourced Converter，VSC)中，需要能量临时存储器、通常是电容器。在带有自换相的换流器以及作为能量临时存储器的电容器的装置中，缺点是通过所采用的电容器的大小对传输功率的限制。在故障情况下，极其高的短路电流可以导致设备的损坏。因此，迄今为止利用这种装置在实践中仅仅实现了直到大约±150kV的传输电压以及大约300至500兆瓦特的传输功率。

DE 10103031A1公开了一种用于电网耦合的换流器装置，其包含代替中间电路电容器作为能量存储器的分布式电容器，这些分布式电容器包含在各个带有可断开的功率半导体和相关的空转二极管的开关元件内。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，构造一种本文开始部分所述类型的设备，利用该设备改善了在能量分配网络中或者之间的传输特性。

按照本发明，上述技术问题是通过用于调节换流器的装置这样解决的，使得可以控制可与该设备连接的传输网络的交流电的零相角、幅度和/或瞬时值，和/或可以控制将至少一个换流器与直流电压源连接的直流电导线的直流电压和直流电流，和/或可以控制至少三个相互连接的换流器的直流电压和直流电流。

按照本发明，提供了一种带有换流器的设备，该换流器具有多个可以各自断开的能量存储装置。通过用于调节的装置，可以在能量传输和分布的范围中并且特别是在无功功率补偿和直流输电中采用这种换流器的特性，这种换流器的特性在这些情况下是特别具有优势的。例如，按照本发明的设备用于提高该设备连接在其上的传输网络的稳定性。不过，除了改善网络稳定性之外还可以优化能量传输的电流质量，其中，电流质量的概念在此包括供电可靠性和电压质量。为此，将由换流器所产生的电压并联地连接到传输网络的传输导线上或者串联地耦合到其中，使得在传输网络中的负载流(Lastfluss)如所希望地改变。为了将电压相位精确地并联连接或者串联耦合，在传输网络中合适地设置了用于采集交流电压和交流电流的设备，其测量值被送至按照本发明的设备的调节单元中，该单元根据所测量的值与预定的额定值的比较而允许对换流器的调节。用于调节的装置除了一个或多个这样的调节单元之外，包括用于采集测量参数的测量设备、在调节单元上运行的软件、通信装置等等。可控制的调节参数例如有传输网络的交流电压和/或交流电流。传输网络具有一个或多个相位。在本发明的范围内，交流电压既被理解为基本的振荡参数、又被理解为时间上任意改变的电压变化。这样，在基本上正弦形式的交流电压的情况下，优选地调节传输网络的交流电压的零相角和幅度。交流电压的瞬时值(也可以被称为当前值)优选地用于调节交流电压的其它时间上的变化。概念零相角被理解为交流电压和参考值之间的相位差，该参考值取决于分别对按照本发明的设备所提出的要求。因此，仅仅作为举例，这里将在连接点上的传输网络的交流电流称为参考值。

换流器也可以通过直流电导线与直流电压源连接。例如，该直流电压源是另一个换流器。这样，两个换流器作为直流输电设备的直流端相互连接的逆变器工作，其中，调节参数是直流导线的直流电压和/或直流电流和/或传输网络的交流电压。例如，在每个换流器上采集直流电压和直流电流，并且送至一个分别为该换流器配设的调节单元。通过该调节可以确定待传输的有功功率和/或无功功率和/或它们各自的分量。在相互远离布置的换流器的情况下，通过适当的数据传输在换流器之间传输额定参数。具有优势的是，将这种直流远距离传输设备的换流器相互距离数公里地布置。