專利名稱：電壓源轉(zhuǎn)換器的制作方法
電壓源轉(zhuǎn)換器技術(shù)領(lǐng)域和
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種電壓源轉(zhuǎn)換器，該電壓源轉(zhuǎn)換器具有至少一個(gè)相臂(phase leg), 該至少一個(gè)相臂連接到該轉(zhuǎn)換器的直流電壓側(cè)的彼此相反的極，該至少一個(gè)相臂包括開(kāi)關(guān) 單元的串聯(lián)連接，每個(gè)所述開(kāi)關(guān)單元一方面具有串聯(lián)連接的至少兩個(gè)半導(dǎo)體組件，每個(gè)半 導(dǎo)體組件具有關(guān)斷型半導(dǎo)體器件和與之并聯(lián)連接的續(xù)流二極管(free-wheeling diode), 每個(gè)所述開(kāi)關(guān)單元另一方面具有至少一個(gè)儲(chǔ)能電容器以及將該單元連接到開(kāi)關(guān)單元的所 述串聯(lián)連接中的相鄰單元的兩個(gè)端子，開(kāi)關(guān)單元的所述串聯(lián)連接的中點(diǎn)形成相輸出，該相 輸出被配置成連接到該轉(zhuǎn)換器的交流電壓側(cè)，每個(gè)所述開(kāi)關(guān)單元被配置成通過(guò)對(duì)每個(gè)開(kāi)關(guān) 單元的所述半導(dǎo)體器件的控制來(lái)獲得兩個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)，即，第一開(kāi)關(guān)狀態(tài)和第二開(kāi)關(guān)狀態(tài)，其 中所述至少一個(gè)儲(chǔ)能電容器上的電壓和零電壓被分別提供在該開(kāi)關(guān)單元的所述兩個(gè)端子 之間，以便在所述相輸出上獲得確定的交流電壓，其中開(kāi)關(guān)單元的所述串聯(lián)連接包括電感
直ο這種具有任何數(shù)目的所述相臂的轉(zhuǎn)換器被包括在內(nèi)，但是其通常具有三個(gè)這種相 臂，以使其交流電壓側(cè)有三相交流電壓。該類型的電壓源轉(zhuǎn)換器可用于如下各種情況，S卩，其中要將直流電壓轉(zhuǎn)換成交流 電壓以及將交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，其中這種應(yīng)用的例子是在HVDC(高壓直流電流)電 廠的電站中，其中通常將直流電壓轉(zhuǎn)換成三相交流電壓或者將三相交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電 壓，或者在所謂背對(duì)背電站中，其中首先將交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓、然后將該直流電壓轉(zhuǎn) 換成交流電壓，以及在SVC(靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器)中，其中直流電壓側(cè)由一個(gè)或多個(gè)自由懸掛 (hanging freely)的電容器構(gòu)成。然而，本發(fā)明不限于這些應(yīng)用，而是還可考慮其它應(yīng)用， 比如應(yīng)用于機(jī)器、車輛等的不同類型的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。通過(guò)例如DE 101 03 031 Al和WO 2007/023064 Al 了解該類型的電壓源轉(zhuǎn)換器。 如這些文獻(xiàn)中所公開(kāi)的，該類型的電壓源轉(zhuǎn)換器通常被稱為多單元轉(zhuǎn)換器或M2LC。參考這 些文獻(xiàn)來(lái)獲知該類型的轉(zhuǎn)換器的功能。該轉(zhuǎn)換器的所述開(kāi)關(guān)單元可具有與所述文獻(xiàn)中所示 外觀不同的外觀，例如，每個(gè)開(kāi)關(guān)單元可以具有多于一個(gè)的所述儲(chǔ)能電容器，只要可以控制 該開(kāi)關(guān)單元在引言中提到的兩個(gè)狀態(tài)之間切換即可。通過(guò)US 5 642 275 了解用在靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器中的該類型的另一個(gè)電壓源轉(zhuǎn)換 器，其中開(kāi)關(guān)單元具有呈所謂全橋形式的不同外觀。本發(fā)明主要但非排他地涉及這種被配置成傳輸高功率的電壓源轉(zhuǎn)換器，因此下文 中將主要討論傳輸高功率的情形來(lái)說(shuō)明本發(fā)明、但不以任何方式將本發(fā)明局限于此。當(dāng)使 用這種電壓源轉(zhuǎn)換器來(lái)傳輸高功率時(shí)，這也意味著處理高電壓，且轉(zhuǎn)換器的直流電壓側(cè)的 電壓由開(kāi)關(guān)單元的所述儲(chǔ)能電容器上的電壓決定。這意味著相對(duì)大數(shù)目的這種開(kāi)關(guān)單元將 被串聯(lián)連接，因?yàn)榇髷?shù)目的半導(dǎo)體器件(即，所述半導(dǎo)體組件)將串聯(lián)連接在每個(gè)所述開(kāi)關(guān) 單元中，且當(dāng)所述相臂中的開(kāi)關(guān)單元數(shù)目相對(duì)大時(shí)，該類型的電壓源轉(zhuǎn)換器特別引人關(guān)注。 串聯(lián)連接的大數(shù)目的這種開(kāi)關(guān)單元意味著可以控制這些開(kāi)關(guān)單元在所述第一和第二開(kāi)關(guān) 狀態(tài)之間改變并由此已經(jīng)在所述相輸出獲得非常接近正弦電壓的交流電壓。這已經(jīng)可以利用比DE 101 03 031 Al中的圖1中所示的類型的已知電壓源轉(zhuǎn)換器中典型使用的開(kāi)關(guān)頻 率低很多的開(kāi)關(guān)頻率來(lái)獲得，該已知電壓源轉(zhuǎn)換器具有至少一個(gè)關(guān)斷型半導(dǎo)體器件和與之 反并聯(lián)連接的至少一個(gè)續(xù)流二極管。這使得可以實(shí)現(xiàn)低很多的損耗并且還可以顯著減少無(wú) 線電干擾以及濾波和諧波電流的問(wèn)題，從而用于其的設(shè)備的成本可以降低。因而，本發(fā)明涉及具有所謂級(jí)聯(lián)式半橋或全橋的轉(zhuǎn)換器。正在嘗試?yán)缤ㄟ^(guò)減小轉(zhuǎn)換器的復(fù)雜性和/或尺寸來(lái)改進(jìn)這種已知的轉(zhuǎn)換器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供在引言中定義的類型的電壓源轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器相對(duì)于這種 已知的轉(zhuǎn)換器至少在某個(gè)方面得以改進(jìn)。根據(jù)本發(fā)明，該目的是通過(guò)提供在引言中定義的類型的電壓源轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)的， 其中電感裝置包括多個(gè)電感器，該多個(gè)電感器內(nèi)置在開(kāi)關(guān)單元的所述串聯(lián)連接中、并通過(guò) 連接到這些單元的所述端子來(lái)與這些單元串聯(lián)連接。該類型的轉(zhuǎn)換器中必須存在電感裝置的原因有多個(gè)，比如為了獲得具有期望波形 的交流電壓、從而可能避免開(kāi)關(guān)單元的串聯(lián)連接的位于其所述中點(diǎn)的彼此相對(duì)的側(cè)的分支 的短路等。在已知的該類型的轉(zhuǎn)換器中，這些電感裝置是通過(guò)布置單個(gè)分立電感來(lái)提供的， 該單個(gè)分立電感將開(kāi)關(guān)單元的所述串聯(lián)連接的每一半連接到相輸出。本發(fā)明人已理解當(dāng) 要針對(duì)不同應(yīng)用定制若干該類型的電壓源轉(zhuǎn)換器時(shí)，可通過(guò)修改所述電感裝置的構(gòu)思并由 此獲得轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的全模塊化的可能性來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)這種電壓源轉(zhuǎn)換器的所述改進(jìn)。發(fā)明者已 認(rèn)識(shí)到這種相電抗器的總電感與所述開(kāi)關(guān)單元的電壓的總和成比例，并因此可模塊化成 具有所述開(kāi)關(guān)單元的梯級(jí)。因此，通過(guò)將電感器內(nèi)置在開(kāi)關(guān)單元的串聯(lián)連接中、并使電感器 通過(guò)連接到這些單元的所述端子來(lái)與這些單元串聯(lián)連接、并因此整合所考慮的相臂所需的 電感，相電抗器不再是需要的，從而尤其對(duì)于較高的電壓和額定功率，可減小轉(zhuǎn)換器的尺寸 和復(fù)雜性并由此減小其所屬的轉(zhuǎn)換站的尺寸和復(fù)雜性。因此，這樣內(nèi)置多個(gè)電感器的主要 節(jié)約和益處包括由于更加模塊化的設(shè)計(jì)，生產(chǎn)流程和材料處理更容易，并且轉(zhuǎn)換站的占地 面積減小。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，基本上相同數(shù)目的所述電感器被布置在開(kāi)關(guān)單元的所 述串聯(lián)連接上、該串聯(lián)連接的所述中點(diǎn)的兩側(cè)。這樣促進(jìn)了模塊化，于是相應(yīng)轉(zhuǎn)換器所需的 總電感可以在理解總電感與轉(zhuǎn)換器總電壓(其取決于各個(gè)開(kāi)關(guān)單元的電壓及其數(shù)目)成比 例的基礎(chǔ)上獲得。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，所述電感器基本上均勻地分布在開(kāi)關(guān)單元的所述串 聯(lián)連接中，這愈發(fā)促進(jìn)了所述模塊化。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，開(kāi)關(guān)單元的所述串聯(lián)連接由串聯(lián)連接的兩個(gè)或更多 開(kāi)關(guān)單元的模塊形成，并且每個(gè)這種模塊設(shè)有至少一個(gè)所述電感器。由此可確保每個(gè)這種 模塊具有與待施加在所述模塊上的電壓相適應(yīng)的電感，使得這種模塊可用于實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同 應(yīng)用定制的不同轉(zhuǎn)換器。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，開(kāi)關(guān)單元的所述串聯(lián)連接中的僅一些所述開(kāi)關(guān)單元 具有連接到其端子的電感器。因此，不必每個(gè)所述開(kāi)關(guān)單元都具有連接到其端子的電感器； 尤其是在轉(zhuǎn)換器由所述模塊制成的情形下，可能適合于在兩個(gè)、三個(gè)或更多開(kāi)關(guān)單元的模塊中設(shè)有例如僅一個(gè)這種電感器。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，開(kāi)關(guān)單元的所述串聯(lián)連接中的每個(gè)所述開(kāi)關(guān)單元具 有連接到該開(kāi)關(guān)單元的端子的所述電感器，這意味著用于內(nèi)置針對(duì)不同應(yīng)用定制的轉(zhuǎn)換 器的模塊于是可以由這種關(guān)聯(lián)有電感器的開(kāi)關(guān)單元形成。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，轉(zhuǎn)換器包括所述電感器，所述電感器是由將開(kāi)關(guān) 單元的所述串聯(lián)連接中的相鄰開(kāi)關(guān)單元電互連的細(xì)長(zhǎng)形導(dǎo)體在通過(guò)使至少基本上一匝 (turn)圍繞所述開(kāi)關(guān)單元的至少多個(gè)部分來(lái)包圍所述至少多個(gè)部分、以便圍繞這種開(kāi)關(guān)單 元產(chǎn)生介電屏蔽的同時(shí)形成的。這意味著用于控制所述開(kāi)關(guān)單元的區(qū)域內(nèi)的電場(chǎng)的介電 屏蔽則是通過(guò)將所述電感器內(nèi)置在開(kāi)關(guān)單元的該串聯(lián)連接中而自動(dòng)形成的。使用這種集成 式屏蔽/電感可降低轉(zhuǎn)換器的成本。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，所述電感器在將所述相鄰開(kāi)關(guān)單元電互連的同時(shí)使 多個(gè)匝圍繞開(kāi)關(guān)單元的多個(gè)部分。這樣，可通過(guò)選擇適當(dāng)數(shù)目的匝來(lái)調(diào)整所添加的電感。由 這些匝形成的介電屏蔽還可能受到其數(shù)目和外觀的影響。應(yīng)指出不必所有的將相鄰開(kāi)關(guān) 單元互連的導(dǎo)體都形成電感器，但是這種形成介電屏蔽電感器的線圈可沿著開(kāi)關(guān)單元的所 述串聯(lián)連接分隔開(kāi)，以使得更容易觸及開(kāi)關(guān)單元以便進(jìn)行其維護(hù)、替換和/或其它工作。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，每個(gè)開(kāi)關(guān)單元具有串聯(lián)連接的多于兩個(gè)的所述半導(dǎo) 體組件。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，所述相臂中的開(kāi)關(guān)單元的數(shù)目>4、> 12、> 30或 ^ 50。如上面所提到的，當(dāng)所述串聯(lián)連接中的開(kāi)關(guān)單元數(shù)目相當(dāng)大從而導(dǎo)致在相輸出上遞 送的電壓脈沖具有大數(shù)目的可能電平時(shí)，該類型的轉(zhuǎn)換器特別引人關(guān)注。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，開(kāi)關(guān)單元組件的所述半導(dǎo)體器件是IGBT (絕緣柵雙 極晶體管)、IGCT(集成柵換向晶閘管)或GT0(柵關(guān)斷晶閘管)。它們是適合于這種轉(zhuǎn)換 器的半導(dǎo)體器件，盡管還可以考慮其它關(guān)斷型半導(dǎo)體器件。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，所述轉(zhuǎn)換器被配置成使所述直流電壓側(cè)連接到用于 傳輸高壓直流電流(HVDC)的直流電壓網(wǎng)絡(luò)，并使交流電壓側(cè)連接到屬于交流電壓網(wǎng)絡(luò)的 交流電壓相線。這是因?yàn)樵擃愋偷霓D(zhuǎn)換器的特別引人關(guān)注的應(yīng)用需要大數(shù)目的半導(dǎo)體組 件。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，轉(zhuǎn)換器是SVC(靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器)的一部分，該SVC 的直流電壓側(cè)由開(kāi)關(guān)單元的所述儲(chǔ)能電容器形成，且該SVC的交流電壓相輸出連接到交流 電壓網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，轉(zhuǎn)換器被配置成使所述兩極之間的直流電壓為 lkV-1200kV、10kV-1200kV或100kV-1200kV。所述直流電壓越高，本發(fā)明越引人關(guān)注。本發(fā)明還涉及根據(jù)這里所附權(quán)利要求所述的用于傳輸電力的電廠。這種電廠的電 站可被賦予吸引人的尺度和高的性價(jià)比。本發(fā)明的更多優(yōu)點(diǎn)和有利特征將體現(xiàn)在以下描述中。


下面參考附圖描述作為例子引用的本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例。在附圖中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的類型的電壓源轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)圖；圖2和圖3示出了兩種不同的已知開(kāi)關(guān)單元，它們可以是根據(jù)本發(fā)明的電壓源轉(zhuǎn) 換器的一部分；圖4是示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的類型的已知電壓源轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)圖；圖5是對(duì)應(yīng)于圖4的、根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電壓源轉(zhuǎn)換器的示意圖；圖6是對(duì)應(yīng)于圖5的、根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電壓源轉(zhuǎn)換器的視圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的轉(zhuǎn)換器中的開(kāi)關(guān)單元的所述串聯(lián)連接的一半(所 謂閥分支)的簡(jiǎn)化的端視圖；圖8是圖7中所示的閥分支的一部分的俯視圖；圖9是圖7中所示的閥分支的一部分的側(cè)視圖；圖10是示出了根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的轉(zhuǎn)換器中的閥分支的一部分的簡(jiǎn)圖；以 及圖11是對(duì)應(yīng)于圖10的、根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的轉(zhuǎn)換器的視圖。
具體實(shí)施例方式圖1示意性地示出了本發(fā)明所涉及類型的電壓源轉(zhuǎn)換器1的總體構(gòu)造。該轉(zhuǎn)換器 具有三個(gè)相臂2-4，相臂2-4連接到該轉(zhuǎn)換器的直流電壓側(cè)的彼此相反的極5、6，比如用于 傳輸高壓直流電流的直流電壓網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)相臂包括由方框表示的開(kāi)關(guān)單元7的串聯(lián)連接 (在本情形下開(kāi)關(guān)單元7的數(shù)目為16)，且該串聯(lián)連接被劃分成兩個(gè)相等部分即上閥分支8 和下閥分支9，這兩個(gè)分支由中點(diǎn)10-12分開(kāi)，中點(diǎn)10-12形成相輸出，相輸出被配置成連接 到該轉(zhuǎn)換器的交流電壓側(cè)。相輸出10-12可以通過(guò)變壓器連接到三相交流電壓網(wǎng)絡(luò)、負(fù)載 等。在所述交流電壓側(cè)還設(shè)置濾波設(shè)備，以改善所述交流電壓側(cè)的交流電壓的形狀?？刂蒲b置13被設(shè)置用于控制開(kāi)關(guān)單元7并由此控制轉(zhuǎn)換器將直流電壓轉(zhuǎn)換成交 流電壓以及將交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓。電壓源轉(zhuǎn)換器具有具有如下類型的開(kāi)關(guān)單元7 該開(kāi)關(guān)單元一方面具有至少兩個(gè) 半導(dǎo)體組件，每個(gè)半導(dǎo)體組件具有關(guān)斷型半導(dǎo)體器件和與之并聯(lián)連接的續(xù)流二極管；該開(kāi) 關(guān)單元另一方面具有至少一個(gè)儲(chǔ)能電容器，圖2和圖3中示出了這種開(kāi)關(guān)單元的兩個(gè)例子。 開(kāi)關(guān)單元的端子14、15適于連接到形成相臂的開(kāi)關(guān)單元的串聯(lián)連接中的相鄰開(kāi)關(guān)單元。在 本情形下，半導(dǎo)體器件16、17是與二極管18、19并列連接的IGBT。盡管每個(gè)組件僅示出了 一個(gè)半導(dǎo)體器件和一個(gè)二極管，但是它們可分別代表并聯(lián)連接以便共享流過(guò)該組件的電流 的多個(gè)半導(dǎo)體器件和二極管。儲(chǔ)能電容器20與二極管和半導(dǎo)體器件的相應(yīng)串聯(lián)連接并聯(lián) 連接。一個(gè)端子14連接到兩個(gè)半導(dǎo)體器件之間的中點(diǎn)以及兩個(gè)二極管之間的中點(diǎn)。另一 個(gè)端子15連接到儲(chǔ)能電容器20，在圖2的實(shí)施例中連接到其一側(cè)，在根據(jù)圖3的實(shí)施例中 連接到其另一側(cè)。應(yīng)指出圖2和圖3中所示的每個(gè)半導(dǎo)體器件和每個(gè)二極管可以是串聯(lián) 連接以便能夠處理待處理的電壓的多于一個(gè)的半導(dǎo)體器件和二極管，如此串聯(lián)連接的半導(dǎo) 體器件于是可被同時(shí)控制，以便擔(dān)當(dāng)單個(gè)半導(dǎo)體器件。圖2和圖3中所示的開(kāi)關(guān)單元可被控制為獲得a)第一開(kāi)關(guān)狀態(tài)和b)第二開(kāi)關(guān)狀 態(tài)二者之一，其中對(duì)于a)電容器20上的電壓和對(duì)于b)零電壓施加在端子14、15之間。為 了在圖2中獲得第一狀態(tài)，半導(dǎo)體器件16接通而半導(dǎo)體器件17關(guān)斷，而在根據(jù)圖3的實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件17接通而半導(dǎo)體器件16關(guān)斷。通過(guò)改變半導(dǎo)體器件的狀態(tài)，開(kāi)關(guān)單元被 切換到第二狀態(tài)，從而在根據(jù)圖2的實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件16關(guān)斷而半導(dǎo)體器件17接通， 而在圖3中，半導(dǎo)體器件17關(guān)斷而半導(dǎo)體器件16接通。圖4更詳細(xì)地示出了如何由圖3中所示類型的開(kāi)關(guān)單元構(gòu)成根據(jù)圖1的轉(zhuǎn)換器的 相臂，其中為了使圖簡(jiǎn)化，省去了總共10個(gè)開(kāi)關(guān)單元。控制裝置13適于通過(guò)控制開(kāi)關(guān)單元 的半導(dǎo)體器件來(lái)控制開(kāi)關(guān)單元，使得它們將遞送零電壓或者電容器上的電壓來(lái)與所述串聯(lián) 連接中的其它開(kāi)關(guān)單元的電壓相加。在此還示出了變壓器21和濾波設(shè)備22。示出了如何 將每個(gè)閥分支通過(guò)相電抗器50、51連接到相輸出10，這種相電抗器也應(yīng)存在于圖1中用于 相輸出10、11和12，但為了使圖簡(jiǎn)化而將其省去。圖5示意性地示出了本發(fā)明可如何通過(guò)用內(nèi)置在開(kāi)關(guān)單元V的所述串聯(lián)連接中 的電感器23替換圖4中所示轉(zhuǎn)換器相臂的相電抗器來(lái)實(shí)現(xiàn)，在本實(shí)施例中每個(gè)開(kāi)關(guān)單元7 ’ 具有連接到該開(kāi)關(guān)單元的端子的電感器。一個(gè)這種開(kāi)關(guān)單元和一個(gè)電感器的模塊30可由 此在所述相臂中形成并組合成串聯(lián)連接的不同數(shù)目的這種模塊，以便針對(duì)想要用于的特定 應(yīng)用定制轉(zhuǎn)換器。圖6示出了在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中可如何將電感器23內(nèi)置在開(kāi)關(guān)單元的所 述串聯(lián)連接中，其中電感器形成每個(gè)第二開(kāi)關(guān)單元與下一個(gè)開(kāi)關(guān)單元的連接，而每個(gè)第二 這種連接由無(wú)任何明顯電感的簡(jiǎn)單導(dǎo)體制成。應(yīng)指出本發(fā)明覆蓋了內(nèi)置在所述串聯(lián)連接 中的電感器的數(shù)目與其中的開(kāi)關(guān)單元的數(shù)目之間的關(guān)系的任何適當(dāng)?shù)慕M合。于是優(yōu)選的 是所述電感器基本上均勻地分布在所述串聯(lián)連接中，且基本上相同數(shù)目的所述電感器被 布置在開(kāi)關(guān)單元的所述串聯(lián)連接中、其中點(diǎn)10的兩側(cè)。圖7-9更詳細(xì)地示出了可如何將這種電感器內(nèi)置在開(kāi)關(guān)單元的所述串聯(lián)連接中， 其中該串聯(lián)連接的所述半導(dǎo)體組件由方框24表示，而其電容器由更大的方框25表示。示 出了如何由將開(kāi)關(guān)單元的所述串聯(lián)連接中的相鄰開(kāi)關(guān)單元電互連的細(xì)長(zhǎng)形導(dǎo)體26在通過(guò) 使至少基本上一匝27圍繞所述開(kāi)關(guān)單元的至少多個(gè)部分來(lái)包圍所述至少多個(gè)部分、以便 圍繞這種開(kāi)關(guān)單元產(chǎn)生介電屏蔽的同時(shí)形成所述導(dǎo)體。應(yīng)指出為了獲得目標(biāo)電感，示出匝 27的實(shí)線同樣可以代表導(dǎo)體的大數(shù)目的匝，例如300匝?？筛鶕?jù)如下公式計(jì)算電感L 其中N是匝的數(shù)目，A是由所述匝包圍的面積，I是導(dǎo)體的長(zhǎng)度。例如在N = 300、 A = 3m2且I = 15m的情形下，這將得出電感L = 23mH。相應(yīng)地，這樣內(nèi)置的電感器于是也將圍繞開(kāi)關(guān)單元的至少多個(gè)部分產(chǎn)生介電屏 蔽，并由此被用于控制該區(qū)域中的電場(chǎng)以及防止電擊穿。圖10示意性地示出了可如何通過(guò)圖7-9中所示類型的電感器23來(lái)將根據(jù)本發(fā)明 的電壓源轉(zhuǎn)換器中的開(kāi)關(guān)單元的串聯(lián)連接中的每個(gè)第二開(kāi)關(guān)單元互連，這使得可以容易得 到所述串聯(lián)連接中的不同部件。然而，完全可以如圖7-9中所示那樣使這種電感器處于每 個(gè)開(kāi)關(guān)單元之間，或者擴(kuò)展由形成電感器的每個(gè)導(dǎo)體制成的匝使之遍布該串聯(lián)連接的延伸 范圍的更長(zhǎng)或更短部分，以便調(diào)整其介電屏蔽特性。圖11示出了一個(gè)實(shí)施例，其中電壓源轉(zhuǎn)換器中的開(kāi)關(guān)單元的串聯(lián)連接中的每個(gè)開(kāi)關(guān)單元具有串聯(lián)連接的四個(gè)半導(dǎo)體組件24，在該情形下，每個(gè)開(kāi)關(guān)單元具有連接到該開(kāi) 關(guān)單元的端子的所述電感器23。歸功于每個(gè)開(kāi)關(guān)單元的半導(dǎo)體組件的更大數(shù)目，仍獲得相 鄰的這種電感器23之間可能希望的距離。 本發(fā)明當(dāng)然不以任何方式局限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員容易明白， 在不脫離如所附權(quán)利要求書(shū)中限定的本發(fā)明的基本觀點(diǎn)的情況下，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行很多 修改。
權(quán)利要求
1.一種電壓源轉(zhuǎn)換器，所述電壓源轉(zhuǎn)換器具有至少一個(gè)相臂0-4)，所述至少一個(gè)相 臂(2-4)連接到所述轉(zhuǎn)換器的直流電壓側(cè)的彼此相反的極(5、6)，所述至少一個(gè)相臂(2-4) 包括開(kāi)關(guān)單元(7、7’ )的串聯(lián)連接，每個(gè)所述開(kāi)關(guān)單元一方面具有串聯(lián)連接的至少兩個(gè)半 導(dǎo)體組件，每個(gè)半導(dǎo)體組件具有關(guān)斷型半導(dǎo)體器件(16、17)和與之并聯(lián)連接的續(xù)流二極 管(18、19)，每個(gè)所述開(kāi)關(guān)單元另一方面具有至少一個(gè)儲(chǔ)能電容器OO)以及將所述單元連 接到開(kāi)關(guān)單元的所述串聯(lián)連接中的相鄰單元的兩個(gè)端子(14、15)，開(kāi)關(guān)單元的所述串聯(lián)連 接的中點(diǎn)(10-1 形成相輸出，所述相輸出被配置成連接到所述轉(zhuǎn)換器的交流電壓側(cè)，每 個(gè)所述開(kāi)關(guān)單元被配置成通過(guò)對(duì)每個(gè)開(kāi)關(guān)單元的所述半導(dǎo)體器件的控制來(lái)獲得兩個(gè)開(kāi)關(guān) 狀態(tài)，即，第一開(kāi)關(guān)狀態(tài)和第二開(kāi)關(guān)狀態(tài)，其中所述至少一個(gè)儲(chǔ)能電容器上的電壓和零電壓 被分別提供在所述開(kāi)關(guān)單元的所述兩個(gè)端子之間，以便在所述相輸出上獲得確定的交流電 壓，其中開(kāi)關(guān)單元的所述串聯(lián)連接包括電感裝置，其特征在于，電感裝置包括多個(gè)電感器(23)，所述多個(gè)電感器內(nèi)置在開(kāi)關(guān)單元 (7、7’ )的所述串聯(lián)連接中、并通過(guò)連接到這些單元的所述端子來(lái)與這些單元串聯(lián)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，基本上相同數(shù)目的所述電感器03)被 布置在開(kāi)關(guān)單元(7、7’ )的所述串聯(lián)連接中、所述串聯(lián)連接的所述中點(diǎn)(10-12)的兩側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中的任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述電感器基本 上均勻地分布在開(kāi)關(guān)單元(7、7’ )的所述串聯(lián)連接中。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，開(kāi)關(guān)單元(7、7’)的所述 串聯(lián)連接由串聯(lián)連接的兩個(gè)或更多開(kāi)關(guān)單元(7、7’)的模塊(30)形成，且每個(gè)這種模塊設(shè) 有至少一個(gè)所述電感器03)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，開(kāi)關(guān)單元的所述串聯(lián)連接中的僅一些 所述開(kāi)關(guān)單元具有連接到其端子的電感器03)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，開(kāi)關(guān)單元的所述串聯(lián)連 接中的每個(gè)所述開(kāi)關(guān)單元(7、7’ )具有連接到該開(kāi)關(guān)單元的端子的所述電感器03)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換器包括所述電 感器(23)，所述電感器是由將開(kāi)關(guān)單元的所述串聯(lián)連接中的相鄰開(kāi)關(guān)單元(7、7’)電 互連的細(xì)長(zhǎng)形導(dǎo)體06)在通過(guò)使至少基本上一匝(XT)圍繞所述開(kāi)關(guān)單元的至少多個(gè)部分 來(lái)包圍所述至少多個(gè)部分、以便圍繞這種開(kāi)關(guān)單元產(chǎn)生介電屏蔽的同時(shí)形成的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述導(dǎo)體06)在將所述相鄰開(kāi)關(guān)單元 電互連的同時(shí)使多個(gè)匝(XT)圍繞開(kāi)關(guān)單元(7、7’ )的多個(gè)部分。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，每個(gè)開(kāi)關(guān)單元(7、7’)具 有串聯(lián)連接的多于兩個(gè)的所述半導(dǎo)體組件04)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述相臂中的所述開(kāi)關(guān) 單元(7、7，)的數(shù)目彡4、彡12、彡30或彡50。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)單元組件的所 述半導(dǎo)體器件(16、17)是IGBT (絕緣柵雙極晶體管)、IGCT (集成柵換向晶閘管)或GTO(柵 關(guān)斷晶閘管)。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換器被配置成使 所述直流電壓側(cè)連接到用于傳輸高壓直流電流(HVDC)的直流電壓網(wǎng)絡(luò)(5、6)，并使所述交流電壓側(cè)(10-12)連接到屬于交流電壓網(wǎng)絡(luò)的交流電壓相線。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-11中的任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換器是SVC(靜 態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器)的一部分，所述靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器的直流電壓側(cè)由所述開(kāi)關(guān)單元的所述儲(chǔ)能 電容器00)形成，且所述靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器的交流電壓相輸出(10-1 連接到交流電壓網(wǎng)
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換器被配置成使 所述兩極之間的直流電壓為lkV-1200kV、10kV-1200kV或100kV_1200kV。
15.一種用于傳輸電力的電廠，包括直流電壓網(wǎng)絡(luò)和通過(guò)電站與其相連的至少一個(gè)交 流電壓網(wǎng)絡(luò)，所述電站適于在所述直流電壓網(wǎng)絡(luò)和所述交流電壓網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行電力傳輸， 所述電站包括適于將直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓以及將交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓的至少一 個(gè)電壓源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述電廠的所述電站包括根據(jù)權(quán)利要求1-14中的任一項(xiàng)所 述的電壓源轉(zhuǎn)換器。
全文摘要
一種電壓源轉(zhuǎn)換器，該電壓源轉(zhuǎn)換器具有至少一個(gè)相臂，該至少一個(gè)相臂連接到該轉(zhuǎn)換器的直流電壓側(cè)的彼此相反的極，該至少一個(gè)相臂包括開(kāi)關(guān)單元的串聯(lián)連接；該電壓源轉(zhuǎn)換器具有電感裝置，該電感裝置包括多個(gè)電感器(23)，該多個(gè)電感器(23)內(nèi)置在開(kāi)關(guān)單元(7’)的所述串聯(lián)連接中、并通過(guò)連接到這些單元的端子(14、15)來(lái)與這些單元串聯(lián)連接。
文檔編號(hào)H02J3/36GK102067430SQ200880129853
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2008年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月7日
發(fā)明者比約恩·雅各布森, 貢納爾·阿斯普隆德 申請(qǐng)人:Abb技術(shù)有限公司