高壓直流輸電用變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高壓直流輸電用變換器，更詳細(xì)地，涉及用于通過使用由12脈沖二極 管整流器和電壓源型變換器（VSC:V〇ltageSourceConverter)串聯(lián)的變換器拓?fù)?，來向?地上的系統(tǒng)輸送從海上側(cè)風(fēng)力發(fā)電廠發(fā)電的電力的高壓直流輸電用變換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 進(jìn)來，隨著保護(hù)電力系統(tǒng)的必要性和對環(huán)境問題的關(guān)注日益增加，高壓直流 (HVDC，HighVoltageDirectCurrent)輸電技術(shù)受到了矚目。上述高壓直流輸電提供了 費(fèi)用、減少設(shè)置面積、易于與新型可再生能源銜接、高穩(wěn)定性、提高電能質(zhì)量等多種優(yōu)點(diǎn)。
[0003] 上述高壓直流輸電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)具有兩種拓?fù)?，分別為使用晶閘管（Thyristor) 的電流源型變換器（CSC-HVDC，Line-commutatedCurrent-SourceConverters)和使用 門極可關(guān)斷晶閘管（GTOs，gateturn-offthyristors)或絕緣柵雙極晶體管（IGBTs， InsulatedGateBipolarTransistor)的電壓源型變換器（VSV-HVDC，Self-Commutated Voltage-SourceConverters)〇
[0004] 圖I為不出以往電流源型尚壓直流輸電系統(tǒng)的一相的圖表的例不圖。
[0005] 如圖1所示，電流源型變換器1由兩個(gè)使用晶閘管閥的3相6脈沖橋控制整流器 2串聯(lián)而成。
[0006] 上述電流源型變換器1對直流母線產(chǎn)生12脈沖的電壓，為了去除柵極電流的第5 次諧波、第7次諧波（即，相當(dāng)于基頻（例如60Hz)的5倍的頻率（例如300Hz)和相當(dāng)于 基頻的7倍的頻率（例如420Hz))，上述電流源型變換器1使用Y/Y/A三繞組變壓器3。
[0007] 上述Y/Y/A三繞組變壓器3與系統(tǒng)或海上風(fēng)力發(fā)電廠（未圖示）的交流母線4 相連接。并且，與上述Y/Y/A三繞組變壓器3的前端相聯(lián)接的交流濾波器5 (或交流諧波 濾波器）為了去除諧波電流而與上述交流母線4相連接。上述交流濾波器5為用于抑制在 電流源型變換器中產(chǎn)生的諧波泄漏，并吸收在電流源型變換器中產(chǎn)生的諧波的單元，上述 交流濾波器5由電阻器（Resistor)、電抗器（Reactor)、電容器（Capacitor)構(gòu)成。
[0008] 在上述三相6脈沖橋控制整流器2的輸出端配置的平滑用電抗器6不僅用于間歇 性地保護(hù)電流、限制直流故障電流，而且還用于使直流電線（未圖示，用于向陸地上的電力 系統(tǒng)傳送直流電的電線）的電流平滑化。
[0009] 與上述平滑用電抗器6的后端相聯(lián)接的直流濾波器7由電容器構(gòu)成，上述平滑用 電抗器6用于在上述三相12脈沖橋控制整流器2的輸出電壓中對諧波進(jìn)行濾波。
[0010] 在上述電流源型高壓直流輸電中，存在以下缺點(diǎn)，S卩，為了晶閘管的換相 (commutation)而在交流電源側(cè)需要無功功率，并且需要交流電源的電壓和頻率信息?？赏?過具有自換相能力的絕緣柵雙極晶體管電壓源型變換器來克服上述電流源型高壓直流輸 電中的缺點(diǎn)，而且，可通過控制電壓源型變換器來生成或消耗無功功率。
[0011] 并且，在上述電壓源型變換器具有如下優(yōu)點(diǎn)，絕緣柵雙極晶體管閥的導(dǎo)通無需外 部的電壓源，并且，還可減小濾波器大小。
[0012] 圖2為示出利用以往的電壓源型變換器的高壓直流輸電系統(tǒng)的簡化的圖表的例 示圖。
[0013] 如圖2所示，電壓源型變換器8包括變換器閥9,各個(gè)變換器閥9以兩電平變換器 類型的橋形狀相連接。
[0014] 上述電壓源型變換器8可由中點(diǎn)鉗位（NPC，Neutral-PointClamped)多電平變換 器、模塊化多電平變換器（MMC，ModularMultilevelConverter)來代替。上述各個(gè)變換器 閥9由多個(gè)絕緣柵雙極晶體管10元件串聯(lián)而成，絕緣柵雙極晶體管10元件的數(shù)量與高壓 直流輸電的額定電壓相關(guān)。
[0015] 上述電壓源型變換器8通過升壓用電感器12、并聯(lián)濾波器13及變壓器14來與交 流側(cè)11相連接，上述升壓用電感器12起到使得用于控制柵極電流的電壓升壓、抑制流向系 統(tǒng)的通過上述電壓源型變換器8的切換而產(chǎn)生的諧波電流的作用。并且，與上述電壓源型 變換器80的后端相聯(lián)接的串聯(lián)的兩個(gè)組的直流電容器15與直流電線（未圖示，用于向陸 地上的電力系統(tǒng)傳送直流電的電線）的兩極16、17之間相連接。
[0016] 上述兩個(gè)組的直流電容器15具有相同電容值。
[0017] 上述電壓源型高壓直流輸電系統(tǒng)可提供優(yōu)秀的控制性能，并可減少設(shè)置面積。但 是，上述電壓源型高壓直流輸電系統(tǒng)存在變換器的損失高于電流源型高壓直流輸電系統(tǒng)的 缺點(diǎn)。
[0018] 本發(fā)明的【背景技術(shù)】記載于韓國授權(quán)專利10-1019683號（2011. 02. 25.登錄，具有 調(diào)制控制功能的電壓源型高壓直流輸電系統(tǒng)）。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 本發(fā)明為了解決上述問題而創(chuàng)作，本發(fā)明的目的在于提供如下高壓直流輸電用變 換器，即，上述高壓直流輸電用變換器通過使用使電壓源型變換器和12脈沖二極管整流器 串聯(lián)的變換器拓?fù)?，從而與以往的電流源型高壓直流輸電用變換器相比，可提高控制性能， 并可減少設(shè)置面積。
[0020] 并且，本發(fā)明的目的在于提供如下高壓直流輸電用變換器，S卩，上述高壓直流輸電 用變換器通過使用是電壓源型變換器和12脈沖二極管整流器串聯(lián)的變換器拓?fù)?，從而與 以往的電壓源型逆變高壓直流輸電用變換器相比，可減少系統(tǒng)價(jià)格和變換器損失。
[0021] 本發(fā)明一實(shí)施方式的高壓直流輸電用變換器的特征在于，包括：12脈沖二極管整 流器，使兩個(gè)三相全橋二極管整流器串聯(lián)，來使從海上側(cè)連接點(diǎn)接收的交流電整流成12脈 沖；以及電壓源型變換器，與上述12脈沖二極管整流器的下端串聯(lián)，上述電壓源型變換器 控制從上述海上側(cè)連接點(diǎn)接收的交流電的電壓和上述電壓源型變換器的直流母線電壓。
[0022] 本發(fā)明的特征在于，還包括Y/Y/A三繞組變壓器，上述Y/Y/A三繞組變壓器與上 述12脈沖二極管整流器的輸入端相連接，來向上述12脈沖二極管整流器的各個(gè)三相全橋 二極管整流器輸入交流電。
[0023] 本發(fā)明的特征在于，上述Y/Y/A三繞組變壓器借助兩個(gè)二次側(cè)相電壓間的30度 的相位差來去除借助各個(gè)三相全橋二極管整流器產(chǎn)生的第5次諧波電流分量、第7次諧波 電流分量。
[0024] 本發(fā)明的特征在于，還包括濾波電感器（filterinductor)，上述濾波電感器與上 述各三相全橋二極管整流器的輸入側(cè)串聯(lián)，Y/Y/A三繞組變壓器的兩個(gè)二次側(cè)分別與上述 濾波電感器串聯(lián)。
[0025] 本發(fā)明的特征在于，還包括交流濾波器，上述交流濾波器通過與上述Y/Y/A三繞 組變壓器的一次側(cè)并聯(lián)，來去除高次諧波。
[0026] 本發(fā)明的特征在于，上述交流濾波器包括電阻器、電感器及電容器，上述交流濾波 器去除至少包括柵極電流的第23次諧波分量和第25次諧波分量及其以上的高次諧波分 量。
[0027] 本發(fā)明的特征在于，還包括升壓電感器，上述升壓電感器與上述電壓源型變換器 的輸入側(cè)串聯(lián)，上述升壓電感器對借助上述電壓源型逆變器的切換來產(chǎn)生在電流的諧波分 量進(jìn)行濾波，上述升壓電感器與變換器的變壓器的二次側(cè)串聯(lián)。
[0028] 本發(fā)明的特征在于，在上述換流變壓器的二次側(cè)和上述升壓電感器之間還包括為 了去除柵極電流的高次諧波而并聯(lián)的交流濾波器。
[0029] 本發(fā)明的特征在于，上述電壓源型變換器包括兩電平電壓源型變換器、多電平中 點(diǎn)鉗位變換器及模塊化多電平變換器中的至少一個(gè)。
[0030] 本發(fā)明的特征在于，上述電壓源型變換器的額定電壓為高壓直流輸電系統(tǒng)額定電 壓的1/3。
[0031] 本發(fā)明的特征在于，還包括用于控制上述電壓源型變換器的控制部，上述控制部 包括：海上側(cè)連接點(diǎn)電壓控制器，用于接收交流電壓指令值，并接收作為反饋信號的上述海 上側(cè)連接點(diǎn)的交流電壓測定值，來輸出用于控制無功功率的Q軸指令信號；直流母線電壓 控制器，用于接收直流母線電壓指令值，并接收作為反饋信號的上述電壓源型變換器的直 流母線電壓測定值，來輸出用于控制有功功率的D軸指令信號；d_q變換器，用于使分別從 上述海上側(cè)連接點(diǎn)電壓控制器和上述直流母線電壓控制器輸出的Q軸指令信號及D軸指令 信號的兩相交流信號變換成三相交流信號；比例諧振控制器，用于通過帶通濾波去除借助 上述12脈沖二極管整流器來在海上側(cè)連接點(diǎn)產(chǎn)生的第11次諧波電流分量、第13次諧波電 流分量；以及空間矢量脈寬調(diào)制發(fā)生器，用于接收在上述d_q變換器的功率加上上述比例 諧振控制器的功率的指令值，來以空間矢量脈寬調(diào)制方式控制構(gòu)成上述電壓源型變換器的 各個(gè)絕緣柵雙極晶體管元件。
[0032] 本發(fā)明的特征在于，上述海上側(cè)連接點(diǎn)電壓控制器和上述直流母線電壓控制器為 比例積分（PI，proportional-integral)控制器。
[0033] 本發(fā)明的高壓直流輸電用變換器作為使電壓源型變換器和12脈沖二極管整流器 串聯(lián)的變換器拓?fù)?，本發(fā)明具有如下效果，與以往的電流源型高壓直流輸電用變換器相比， 可提高控制性能，并可減少設(shè)置面積，并且，與以往的電壓源型高壓直流輸電用變換器相 比，不僅可減少系統(tǒng)價(jià)格和變換器損失，而且還容易維護(hù)。
【附圖說明】
[0034] 圖1為不出以往電