[发明专利]高压直流系统

说明书

技术领域

本发明涉及高压直流(HVDC，high voltage direct current)输电。尤其是，本发明涉及连接第一AC网络和第二AC网络的HVDC输电网络。输电网络在每一端包括站，站包含用于将DC电流变换为AC电流以及将AC电流变换为DC电流的变换器装置。

背景技术

从现有技术中已知使用HVDC网络在长距离上传输电力。HVDC网络包括整流器站、线缆或者架空线形式的传输线、进行逆变的站、以及用来消除在逆变过程中产生的谐波的一个或多个滤波器。在也称作典型HVDC的常见HVDC网络的实施例中，使用例如晶闸管的不可熄灭的半导体元件来进行整流和逆变二者。晶闸管能够被触发，但是不能被熄灭。在电压的过零点附近进行换流，该过零点由ac电压和逆变器来确定。因此，这些变换器被称为是电网换流的(line-commutated)，也称作电流源型变换器(CSC，current source converter)。这种技术涉及消耗无功功率的逆变，并且产生谐波送出到网络上。下面，将用作整流器或者逆变器的变换器统称为变换器。

从现有技术中已知使用架空线布置HVDC输电网络。这种未绝缘的架空线用来实现互连可能相隔非常长的距离，例如1000km或者更长距离的站的直流电压网络。然而，这种架空线对地区和环境有非常大的干扰影响。替代方案是使用线缆。合适的线缆包括内导体，内导体被用油浸透的纸形成的厚绝缘层包围。然而，这些线缆非常昂贵，从而不是现实的架空线的替代物。用具有导体和包围导体的基于聚合物的绝缘层的线缆进行了试验。这些试验揭示了由于在绝缘层中产生了空腔，因此使用这种类型的线缆用于HVDC输电存在很大的问题。空腔使线缆中的电场发生畸变，这导致局部放电，也称为空间电荷。这些局部放电产生侵蚀聚合材料的气体。一段时间之后，绝缘层破损，线缆失去其绝缘性能。当有效功率的传输方向变化时，导体经历的极性的变化产生空间电荷。因此，已知在陆地上布置架空线来传输HVDC，而在海洋中布置具有特制的油浸绝缘薄片的线缆在被水隔离的陆地区域之间进行电力传输。

根据US 5,910,888(Wiemers)，已知用于传输电力的电厂(plant)。该电厂的目的是避免与HVDC结合的线缆破损的问题。因此，设置包括电压源型变换器(VSC，voltage source converter)的用于传输HVDC的电厂。已知当有效功率的传输方向改变时，这些变换器不改变DC线的极性。

在HVDC技术产业中仍然存在能够使用线缆进行更符合成本效益的典型HVDC的需要。

发明内容

本发明旨在提供一种改进的HVDC网络，其包括用第一和第二传输导体彼此连接的两个变换器站，其中至少第一传输导体包括线缆。

根据本发明，该目的通过具有以下特征的HDVC电厂达到：一种HVDC网络，包括：包含第一变换器的第一站；包含第二变换器的第二站；两个变换器每一个都包含不可熄灭的半导体元件；第一传输导体；以及第二传输导体；其中，第一站包括第一开关设备，第二变换器包括第二开关设备，用于在第一和第二传输导体之间使电流流动交替。或者，该目的通过以下方法达到：一种在高压直流网络的第一变换器和第二变换器之间传输有效功率流的方法，每一个变换器包含不可熄灭的半导体元件，第一和第二变换器通过第一传输导体和第二传输导体彼此连接，第一变换器包含第一DC连接和第二DC连接，第二变换器包含第三DC连接和第四DC连接，其中，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电流路径和第二电流路径，第一电流路径包括第一变换器的第一DC连接、第一传输导体和第二变换器的第三DC连接，第二电流路径包括第一变换器的第二DC连接、第二传输导体和第二变换器的第四DC连接；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电流路径和第二电流路径，第一电流路径包括第一变换器的第一DC连接、第二传输导体和第二变换器的第三DC连接，第二电流路径包括第一变换器的第二DC连接、第一传输导体和第二变换器的第四DC连接。

根据本发明，每一个变换器站包括开关设备，其能够引导第一和第二传输导体的电流，使得每一个传输导体的电势相同而与有效传输方向无关。使用使每一个传输导体的电势不变化的该开关设备，第一传输导体可以包括具有聚合物绝缘的线缆。此外，对称HVDC网络中的第二传输导体可以包括聚合物绝缘的线缆。根据本发明的开关设备使得可以组合典型的HVDC网络和具有聚合物绝缘的线缆。