用于电能传输的设备制造技术

为了提供一种用于电能传输的设备，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，该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串联电路的相位元件，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，建议：相位元件分别具有至少两个相互并联连接的并联支路，所述并联支路分别带有由开关元件组成的串联电路。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于电能传输的设备，该设备包括至少一个换流器， 其中，每个换流器具有分别拥有至少一个由开关元件组成的串联电路的相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。
技术介绍
DE 10103031A1已经公开这种设备。在那里公开一种具有多个作为能 量存储器的电容器的换流器，这些电容器分别被配设给各个开关元件。其 中，开关元件拥有带有并联的空转二极管的可断开的功率半导体。通过采 用多个可以单个接通的电容器可以对可由换流器所产生的电压进行调节， 该调节与其开关元件同 一个中心的、所有开关元件公共的能量存储器相协作的换流器的电压调节相比，更为精确或者换言之更为细致。在能量分配的领域中，通常将换流器在构成短连接(Kurzkupplung)的 条件下在直流电一侧相互连接并且在交流电 一侧与第 一或第二传输网络耦 合。例如，通过该短连接相互连接的传输网络可以具有不同的电压水平、 频率、相位或中点操纵(Stempunktbehandlungen )。通过对短连接适当的调 节，可以在第 一和第二能量网络中或之间有针对性地传输有功功率和/或无 功功率。除了短连接之外，在能量传输和分配领域中，换流器被用于所谓的高 压直流输电(HGt))设备和所谓的灵活交流传输系统(Flexible AC Transmission System, FACTS)中。在其这种类型的应用中，换流器具有在 线路换相技术(netzgefiihrterTechnik)中起作用的功率半导体、例如可控硅。 不过，在自换相拓朴结构(selbstgefiihrteTopologie )中也采用可断开的功率 半导体、例如所谓的绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)。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，缺点是由于所采用的电容器的大小而对传输 功率造成的限制。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土150kV的传输电压以及大约300至500兆瓦的传输功率。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，提供一种本文开始部分所述类型的设备， 利用该设备可以更为细致地调节可由换流器产生的电压。本专利技术如下地解决上述技术问题所述相位元件分别具有至少两个相 互并联连接的并联支路，所述并联支路分别带有开关元件的串联电路。按照本专利技术，每个相位元件具有至少两个并联支路。每个并联支路由 开关元件的串联电路组成，分别为这些开关元件配设有能量存储装置。因 此，按照本专利技术换流器所需要的容量可以被分布到较大数量的能量存储装 置上，这些能量存储装置可以被单独地接通。按照这种方式，允许对可以 由换流器所产生的电压进行更为精确的调节或者换言之更为细致的分级。 该可细致分级的电压可以在本专利技术的范围内在任意的应用中采用。例如， 按照本专利技术的设备与负载接头或者传输网络连接。该传输网络具有 一个或 多个相位，并且被设置用于引导交流电。在本专利技术的范围内，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。在DE 10103031A1中描述了开关元件的结构和功能，在此将该文献全 部作为本专利技术公开的一部分。在这种开关元件的串联电路中具有优势的是， 将所存储的能量分配到多个分别较小的能量存储装置中，从而克服在单个 诸如电容器的能量存储装置的布置中的电压限制或者功率限制。此外，通 过这些分布的能量存储装置相对于具有仅仅一个公共的能量存储装置的设 备来说允许对由换流器所提供的电压的更细的分级，从而减小用于在该设 备的连接点上的平滑和滤波的开销。例如，显著地简化了换流器在传输网 络或负载上的耦合。在本专利技术的范围内省略了昂贵的磁性耦合措施(例如 通过变压器绕组的串联电路的耦合)。此外，按照本专利技术保证了运行可靠性 的提高，因为在单个开关元件的(例如通过短路造成的)故障的情况下， 其它开关元件保持如同此前一样地起作用。相位元件的单个开关元件如同 可控制的电压源一样起作用，并且具有三个可能的状态。在第一状态中，开关元件的端子电压等于电容器电压。在第二状态中，开关元件的端子电 压除了可断开的功率半导体或者空转二极管的导通电压之外几乎等于零， 其中，第三状态被设置用于故障情况。按照本专利技术，所述设备是模块化构造。该模块化构造通过本身又被细 分为开关元件的相位元件实现。开关元件或者是相同的并且特别是利用相 同的能量存储装置构造的，从而具有相同的存储能力。不过，与此不同在 本专利技术的范围内也可以采用具有不同的容量设计的组合。在本专利技术的一种合适的扩展中，每个并联支路具有偶数个开关元件， 其中，用于将各个相位元件连接到负载或传输网络上的接头被连接在该并 联支路的中间。设置在串联电路中间的接头的前提是偶数个开关元件。其 中，所有开关元件是相同构造的。换言之，每个相位元件相对于该接头对 称地构造。例如，对称构造的相位元件的串联电路一侧的开关元件处于在 更前面所描述的第一状态，而另一侧的开关元件处于同样在更前面所描述 的第二状态，或者反过来。利用这种控制则实现了最大的电压值。如果将一个或者多个在各自一侧上的开关元件控制为分别另一种状态，则形成了 具有单个开关元件的电压的高度的电压分级。不过，在本专利技术的范围内，也可以采用带有奇数个开关元件的相位元 件和/或具有非居中的负载接头或网络接头的相位元件。各个开关元件例如 被设计用于相同的或不同的电压，并且被适当地以二进制或其它进制不同 地分级，由此在相同数量的开关元件的条件下可以实现比对于相同的电压 情况更细致的调整。在一种合适的扩展中，换流器的多个相位元件相互并联连接。在此， 相位元件构成一种桥接电路。换流器如同本身公知的所谓的电压源换流器 (VSC)那样起作用，并且因此可以按照具有优势的方式与传输网络、直流 电导线或负载连接。在此，换流器例如产生多相位的交流电。通过合适的 调节装置，可以选择性地影响耦合到传输网络中的交流电的零相角和/或幅 度，并且是相互独立地进行影响。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专利技术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。因此，这种换流器也可以例如作为有源的滤波元件代替或者与无源滤波器(例如RC电路)组合地，用于对在低于和/或高于电网频率(次谐波、超次谐波)的频率范围内的电压失真进行有源滤波，和/或用于补偿电压的 不对称。在此，耦合入这种来自换流器的电压，从而消除例如通过负的千 护G造成的正弦形式的电压偏差。具有优势的是，在带有三个相互并联的相位元件的按照本专利技术的换流 器的应用中，在直流电一侧没有能量存储装置与直流电导线连接，因为相 位元件的各个开关元件本身具有能量存储装置，该装置既用作能量存储器、 又用于在直流电一侧上进行电压平滑。在第二换流器中采用三个相互并联 的相位元件使得通过带有能量存储装置的开关元件能够产生可以更细致分 级的多相位交流电，以便例如耦合到所连接的交流电网中。此外，这种电压源换流器也可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电能传输的设备（１，３９），该设备包括至少一个换流器（４，６，４０），其中，每个换流器（４，６，４０）具有分别拥有至少一个由开关元件（１０ａ…１０ｉ，１１ａ…１１ｉ，１２ａ…１２ｉ，１３ａ…１３ｉ，１４ａ…１４ｉ，１５ａ…１５ｉ，１０ａ′…１０ｉ′，１１ａ′…１１ｉ′，１２ａ′…１２ｉ′）组成的串联电路的相位元件（１０，１１，１２，１３，１４，１５，２７，２８，２９），这些开关元件分别包括至少两个可断开的功率半导体（２２，２３）以及至少两个分别与所述功率半导体并联的空转二极管（２４，２５）和能量存储装置（２６），　　　　其特征在于：所述相位元件（２７，２８，２９）分别具有至少两个相互并联连接的并联支路（７，７′），所述并联支路分别带有开关元件（１０ａ…１０ｉ，１１ａ…１１ｉ，１２ａ…１２ｉ，１３ａ…１３ｉ，１４ａ…１４ｉ，１５ａ…１５ｉ，１０ａ′…１０ｉ′，１１ａ′…１１ｉ′，１２ａ′…１２ｉ′）的串联电路。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：马克戴维斯，约格多恩，哈特马特黄，迪特马雷茨曼，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]