[发明专利]具有星形中性点电抗器的用于转换电气参数的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在电能传输和电能分布的领域内变换电气参数的装置，具有可连接在交流电压网和直流电压电路之间的换流器，以及与交流电压接头相连接的电网接头单元以用于与交流电压网连接，该换流器具有连接在交流电压接头和直流电压接头之间的功率半导体整流器，其中每个功率半导体整流器包括由双极子模块组成的串联电路，其分别具有能量存储器以及功率半导体电路。

背景技术

用于变换电气参数的装置例如作为高压直流传输设备的部件公知。高压直流传输设备(设备)通常具有两个经由直流电压中间电路彼此相连的换流器，该换流器在交流电压侧分别与交流电压网耦合。借助高压直流传输设备能够从一个交流电压网向另一个交流电压网传输电功率。特别是利用高压直流传输进行远距离的能量传输是具有优势的，因为与利用交流电压进行传输相比在传输中的损耗更小。

根据现有技术，的不同的换流器拓扑结构是公知的。在专业领域称为两点换流器(Zweipunkt-Umrichter)的两级换流器(Zwei-Stufen-Umrichter)在其输出端仅产生两个不同的电压电平。两点换流器的换流器整流器具有多个布置为互相串联的功率半导体开关。串联连接的功率半导体必须所有的都同时接通，也就是从中断经过功率半导体的电流的断开位置转换到允许经过功率半导体的电流的接通位置。自导向的并且产生电压的换流器也称为“电压源换流器(Voltage Source Converter，VSC)”。具有三个电压级的换流器被称为三点换流器(Dreipunkt-Umrichter)。

除了两点和三点换流器之外，根据现有技术还公知所谓的多级换流器，该多级换流器在专业领域中也被称为“多级电压源换流器(Multilevel Voltage Source Converter，VSC)”。多级VSC通常具有由双极子模块组成的功率半导体整流器，其分别具有诸如电容器的能量存储器以及功率半导体电路，借助其能够在各个子模块的输出端子上产生在电容器上降落的电压或者零电压。通过子模块的串联电路可以逐级地改变在每个功率半导体整流器的输出端上的电压，其中级的幅度通过在各个电容器上降落的电压来确定。在两点或三点换流器中设置的直流电压电路的中央电容器在多级VSC中被分布到功率半导体整流器的各个子模块。

多级换流器具有如下的缺陷，即换流器的功率半导体整流器所连接的直流电压中间电路的极相对于地电位可以具有带有不同高的绝对值的电压。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种本文开头提到的类型的换流器，利用该换流器简单有效且低成本地相对于地电位平衡在直流电压电路中的电压。

本发明通过与在电网接头单元和换流器之间的电势点相连的星形中性点电抗器来解决上述技术问题，该星形中性点电抗器具有与接地的星形中性点相连的电抗器线圈，其中电抗器线圈被这样构造，使得其对于具有交流电压网的基波振荡频率的交流电流来说表示对于地电位具有高阻抗的电流路径，并且对于直流电流来说表示对于地电位具有低阻抗的电流路径。

根据本发明，换流器侧的电势连接通过星形中性点电抗器实现。星形中性点电抗器具有与星形中性点相连的电抗器线圈，其在其背向星形中性点侧与各个换流器的交流电压接头电气地连接。换句话说，借助电网接头单元在交流电压网上连接按照本发明的装置时是将星形中性点电抗器与交流电压网并联地布置。星形中性点电抗器的电抗器线圈被这样构造，使得其对于通常位于50或60Hz的交流电流的基波振荡分量来说表示具有高阻抗的电流路径，从而交流电流不能流过接地的星形中性点。但在绝缘子表面的寄生的漏电流的数量级中直流的电流是可能的。合适地，星形中性点电抗器在露天场中位于靠近在其中布置了功率半导体整流器的整流器库(Ventilhalle)。由此，借助该星形中性点电抗器可以平衡具有浮置电势(fliegende Potenzial)的多级换流器的直流电压中间电路。换句话说，直流电压中间电路的极相对于地电位具有其绝对值大致相同的电压。

合适地，星形中性点电抗器的星形中性点经由欧姆电阻与地电位相连。借助欧姆电阻可以避免在直流电压中间电路的导体-地电容和星形中性点电抗器的电感之间的谐振或振荡。由此通过这种方式提供衰减。

合适地，每个电抗器线圈具有可磁化的芯。可磁化的芯例如可以是铁芯或者诸如此类。按照与此相关地合适的扩展，芯限定气隙。气隙用于避免在传导例如直到100mA的直流电流时芯提前饱和。