[发明专利]用于HVDC背靠背换流器的变压器配置

说明书

技术领域

本发明一般地涉及AC-AC换流器高压直流(HVDC)系统，并且更具体地涉及，包括变压器布置和换流器单元的AC-AC换流器系统。

背景技术

从1954年称为经典HVDC的第一个HVDC传输投入使用开始，HVDC部件的优点已经在商业上被采用。汞弧阀最终被高功率晶闸管取代，并且DC传输装置已经达到数GW，超过+/-800kV，并且距离约1000公里。1997年，引入了称为轻型HVDC的新类型的HVDC换流站和HVDC传输。

HVDC换流器桥与线路或电缆可以被布置成多种配置以供有效利用。为了例如互连两个异步AC电力网或调节AC电力网中的功率流，在背靠背配置中，两个HVDC换流器在DC侧或多或少地彼此直接连接。在例如日本、巴西、阿根廷，使用背靠背DC链路来用于在不同的频率(50和60 Hz)的电力系统网络之间的互连。

HVDC功率换流器的主要部分是阀或阀臂。如果阀或阀臂由串联的一个或多个功率二极管串联来构成，则可能是不可控的，或者如果由串联的一个或多个晶闸管来构成，则可以是可控的。图1a示意性地示出了用于传统六脉动换流器单元5的电路网络。经典HVDC中的标准桥或换流器阀组10被定义为包括如图1a中所示的连接到一个或多个物理变压器单元30的6个阀20或阀臂的双路连接。在HVDC阀组和AC系统之间流动的电力是三相的。当功率从AC系统流动到DC阀组中时，那么其被认为是整流器。如果功率从DC阀组流动到AC系统，则其是逆变器。每个阀由晶闸管模块中很多串联连接的晶闸管组成。图1a表示对于六脉动阀组配置的电路网络描绘。图1 b是六脉动换流器单元的图形符号。

如今，几乎所有的具有晶闸管阀的HVDC功率换流器都被装配在十二脉动配置的换流器桥中。图2a示出了具有2个三相换流器变压器31、32的十二脉动换流器，其中一个DC侧绕组作为未接地的星形连接31并且另一个为三角形配置32。因此，对构成十二脉动阀组40的每个六脉动阀组10施加的AC电压具有30°的相位差，这用于消除AC侧的五次和七次谐波电流以及DC侧的六次谐波电压，从而使得显著节省谐波滤波器。图2a还示出了围绕单个垂直堆叠中的4个阀的三个组中的每一个的概况50。这些被称为“四重阀(quadrivalves)”，并且通过串联堆叠4个阀来被装配为单阀结构。因为晶闸管的额定电压是数kV，所以500kV的四重阀可能具有串联连接的数百个单个晶闸管的阀组或晶闸管模块。图2b是十二脉动换流器单元的图形符号。

图3是通过传统背靠背十二脉动AC-AC换流器的方案，包括AC入口50a、AC出口50b、假设以背靠背配置布置的两个十二脉动HVDC换流器单元40。换流器单元由控制单元来控制(未示出)。根据图2a，每个换流器单元包括串联的2个六脉动阀组。入口阀组经由单独的入口变压器30a连接到AC入口，并且出口阀组经由单独的出口变压器30b连接到AC出口。

一起形成变压布置的十二脉动HVDC换流器设置的换流器变压器可以采取不同的配置，参见图4a-d。其中示出的配置包括一个单十二脉动组，这用作用于HVDC换流器系统的基本构成块。十二脉动组可从中性点施加到极(单极配置)，其中2个十二脉动组施加到不同的电压极性的极(双极配置)，或者在换流器的中间的中性点具有中点接地，使得六脉动组在中性点和极之间。在不同的配置中使用的变压器是三相三绕组变压器(图4a)、三相两绕组变压器(图4b)、单相三绕组变压器(图4c)和单相两绕组变压器(图4d)。

HVDC系统是昂贵的，所以期望能够在考虑到需要备用HVDC变压器的情况下对给定的HVDC系统拓扑选择最成本有效的HVDC变压器配置。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于具有约25kV的DC电压范围的传输系统的成本有效的HVDC变压器配置。

本发明是基于下述认识：在诸如HVDC换流器系统中的变压器的背靠背AC-AC换流器系统中的不同侧的变压器的地理接近、或者具有在不同物理变压器单元之间的地理接近的其他系统，产生了将不同变压器功能集成到一个单个变压器单元中的可能性。