使用縱向電壓源在直流電網(wǎng)節(jié)點的支路中連接或斷開電力的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種使用縱向電壓源(11)對直流電網(wǎng)節(jié)點(1)的支路(2，3，4)中的直流電流進行負載流控制的裝置(5a，5b，5c)，所述縱向電壓源具有用于連接或斷開電力的部件，其中，用于連接和斷開電力的部件與布置在同一直流電網(wǎng)節(jié)點(1)的另一個支路(2，3，4)中的另一個用于進行負載流控制的裝置(5a，5b，5c)的用于連接和斷開電力的部件耦合。因此，所述裝置可以經(jīng)濟并且靈活地用于控制電網(wǎng)節(jié)點處或中的負載流。
【專利說明】使用縱向電壓源在直流電網(wǎng)節(jié)點的支路中連接或斷開電力

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種使用縱向電壓源在直流電網(wǎng)節(jié)點的支路中連接或斷開電力的裝 置，所述縱向電壓源具有用于連接或斷開電力的部件。

【背景技術(shù)】
[0002] 在W02010/115453A1中，提出了一種在DC輸電網(wǎng)中的電壓補償。其中在DC輸電 線中引入了縱向電壓源，以使DC電網(wǎng)中的電壓在所有點處保持在允許范圍內(nèi)。通過引入縱 向電壓源，在該位置不可避免地向DC系統(tǒng)供給電能或者將電能引離。根據(jù)W02010/115453， 這些電能取自已有的三相電網(wǎng)或者借助附加設(shè)備取自直流線路本身。
[0003] 開頭提及的裝置具有如下缺點：其嚴重限制了能量流控制方面的可能性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種開頭提及的類型的裝置，其能夠經(jīng)濟 并且靈活地用于控制電網(wǎng)節(jié)點處的負載流（Lastflu ss)。
[0005] 本發(fā)明通過將用于連接和斷開電力的部件，與布置在同一直流電網(wǎng)節(jié)點的另一個 支路中的另一個用于負載流控制的裝置的用于連接和斷開電力的部件耦合，來解決上述技 術(shù)問題。
[0006] 通過特別是經(jīng)由直流電網(wǎng)節(jié)點與多個用于負載流控制的裝置耦合，能夠靈活地實 現(xiàn)負載流控制，因為用于連接和斷開電力的部件使得能夠以有意義的方式將例如從縱向電 壓源輸出的電力用于任意目的。例如，縱向電壓源可以被配置用于向用電設(shè)備供電或者用 于將來自一個源的電能饋送到直流電網(wǎng)節(jié)點中。代替用電設(shè)備或者源，也可以設(shè)置電網(wǎng)。
[0007] 然而，用電設(shè)備也可以同時是能量存儲器、例如水能存儲器、機械能存儲器、電能 或化學(xué)能存儲器。在需要的情況下，于是用電設(shè)備成為能量源。用電設(shè)備也可以是一般的 能量消耗設(shè)備，例如工業(yè)廠房、住宅小區(qū)等。
[0008] 為了進行完整的負載流控制，直流電網(wǎng)節(jié)點處的根據(jù)本發(fā)明的裝置的數(shù)量，可以 比所述電網(wǎng)節(jié)點的支路的數(shù)量少一個。因此，如果η是直流電網(wǎng)節(jié)點的支路的數(shù)量，則根據(jù) m = η-1來計算進行完整的負載流控制所需的根據(jù)本發(fā)明的裝置的數(shù)量m。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的裝置旨在用于在高壓直流電網(wǎng)中使用，其中，能夠經(jīng)由低壓母線耦 合多個裝置。這使得用于電力交換的開銷顯著減少。
[0010] 縱向電壓源可以與設(shè)計用于交流電流的低壓母線連接。在此，與幾百千伏的支路 的運行電壓相比，低壓意為幾千伏的電壓。
[0011] 在一種構(gòu)造的范圍內(nèi)，縱向電壓源可經(jīng)由橫向電流源與零點（地電勢）連接。
[0012] 特別是直流電壓節(jié)點可經(jīng)由橫向電流源與零點連接。
[0013] 特別是所述裝置可以具有被配置用于與零點連接的這樣的橫向電流源。替代地， 所述裝置可以被配置用于連接到所述橫向電流源（的例如一個接線柱或者一個極）。
[0014] 優(yōu)選地，橫向電流源可與直流電網(wǎng)節(jié)點連接。
[0015] 橫向電流源表示針對通過縱向電壓源汲取和饋送的能量的能量總和不等于零的 情況的一個選項。
[0016] 一個擴展方案是，縱向電壓源經(jīng)由橫向電流源或者直接與交流電網(wǎng)（例如經(jīng)由變 壓器）耦合。
[0017] 另一個擴展方案是，縱向電壓源具有至少一個變換器。對于高壓直流輸電 (HGii ),使用所謂的模塊化多電平變換器（MMC 'Modular Multilevel Converter"），其 基本模塊例如是由IGBT和二極管構(gòu)成的半橋。將這種基本模塊也稱為子模塊（也稱為：變 換器模塊）。已知將多個這樣的子模塊串聯(lián)連接，以實現(xiàn)耐高壓性。
[0018] 一個附加擴展方案是，縱向電壓源具有至少一個帶有至少兩個串聯(lián)連接的相模塊 支路的相模塊，其中，相模塊支路之間的中心抽頭可與交流電壓接頭、特別是與變壓器連 接。
[0019] 特別是多個相模塊可以并聯(lián)連接，由此可以實現(xiàn)多相變換器。
[0020] 此外，一種構(gòu)造是，縱向電壓源與機械開關(guān)串聯(lián)連接，并且與縱向電壓源和機械開 關(guān)并聯(lián)地布置功率切換單元。
[0021] 作為示例可以如下使用縱向電壓源。即一方面，當(dāng)例如要中斷短路電流時，其用作 換向電壓。首先，在特定持續(xù)時間上檢測到大的電流升高和/或過大的電流。隨后，向持續(xù) 電流路徑中的機械開關(guān)的釋放單元發(fā)送釋放信號。同時，接通切換路徑中的功率半導(dǎo)體單 元的功率半導(dǎo)體開關(guān)。最后，產(chǎn)生反向電壓，所述反向電壓在由持續(xù)電流路徑和切換電流 路徑形成的網(wǎng)孔中產(chǎn)生回路電流，所述回路電流與持續(xù)電流路徑中的要切換的短路電流反 向?？v向電壓源例如主動產(chǎn)生反向電壓。與此不同，如在開頭提及的文獻中，縱向電壓源作 為電子輔助開關(guān)來實現(xiàn)。例如，具有反并聯(lián)的續(xù)流二極管的IGBT或IGCT適合作為電子輔 助開關(guān)。自然，也可以使用反向串聯(lián)布置的多個串聯(lián)連接的電子輔助開關(guān)。輔助開關(guān)的斷 開可以等同于施加抵消持續(xù)電流路徑中的電流流動的反向電壓。借助縱向電壓源將電流換 向到斷開支路中，從而機械開關(guān)無電流地斷開。短路電流的實際中斷在功率切換單元中進 行。
[0022] 在本發(fā)明的范圍內(nèi)，原則上縱向電壓源可以任意地構(gòu)造。然而，在縱向電壓源具有 至少一個配備有能量存儲器和功率半導(dǎo)體電路的子模塊的情況下看到特別的優(yōu)點，其中， 每個子模塊具有用于連接和斷開電力的部件。如果設(shè)置多個這種類型的子模塊，則將這些 子模塊彼此串聯(lián)連接。
[0023] 有利的是，每個子模塊具有半橋電路。這樣的半橋電路配備有由兩個功率半導(dǎo)體 開關(guān)的串聯(lián)電路構(gòu)成的功率半導(dǎo)體電路，其中，所述串聯(lián)電路與能量存儲器、例如單極存儲 電容器并聯(lián)連接。所述串聯(lián)電路的兩個功率半導(dǎo)體開關(guān)之間的電勢點與第一接線柱連接， 其中，能量存儲器的一個極與子模塊的第二接線柱連接。
[0024] 在需要的情況下，對功率半導(dǎo)體開關(guān)并聯(lián)連接反向續(xù)流二極管。作為功率半導(dǎo)體 開關(guān)例如考慮IGBT或IGCT。通過半橋電路，可以在每一個子模塊的接線柱上產(chǎn)生降落在能 量存儲器上的能量存儲器電壓U c或者零電壓。因此，根據(jù)該有利擴展方案，縱向電壓源可 以僅在一個方向上主動產(chǎn)生反向電壓。因此，當(dāng)已知要施加 （einpiigen )的反向電壓的方 向時，于是半橋電路特別適合。
[0025] 然而，為了能夠在兩個方向上建立電壓，具有全橋電路的子模塊是有利的。這些子 模塊也串聯(lián)連接，從而縱向電壓源由子模塊的串聯(lián)電路構(gòu)成。具有全橋電路的子模塊分別 配備有兩個由兩個功率半導(dǎo)體開關(guān)構(gòu)成的串聯(lián)電路，其中，第一串聯(lián)電路的兩個串聯(lián)連接 的功率半導(dǎo)體開關(guān)之間的電勢點與第一接線柱連接，并且第二串聯(lián)電路的兩個功率半導(dǎo)體 開關(guān)之間的電勢點與第二接線柱連接。兩個串聯(lián)電路與能量存儲器并聯(lián)連接?？偟膩碚f， 由此全橋電路具有四個功率半導(dǎo)體開關(guān)。在需要的情況下，又對這些功率半導(dǎo)體開關(guān)中的 每一個反并聯(lián)連接續(xù)流二極管。由于這種電路布置，可以在每一個子模塊的接線柱上產(chǎn)生 降落在能量存儲器上的能量存儲器電壓U c、零電壓或者反向能量存儲器電壓-Uc。因此，使 用這樣的全橋子模塊的串聯(lián)電路，可以在兩個方向上建立反向電壓，其中，最大反向電壓取 決于子模塊的數(shù)量。通過在控制功率半導(dǎo)體開關(guān)時使用脈沖寬度調(diào)制，可以使反向電壓在 最大正向能量存儲器電壓和最大反向能量存儲器電壓之間近似連續(xù)地變化。
[0026] 合適的是，用于連接和斷開電力的部件可產(chǎn)生低壓范圍內(nèi)的交流電壓。交流電壓 具有其可以簡單地例如通過感應(yīng)以低成本與其它產(chǎn)生交流電壓的用于連接和斷開電力的 部件耦合的優(yōu)點。
[0027] 根據(jù)這方面的合適的擴展方案，用于連接和斷開電力的部件具有至少一個與能量 存儲器并聯(lián)連接的、由兩個可接通可斷開功率半導(dǎo)體開關(guān)構(gòu)成的串聯(lián)電路和線圈。線圈以 其接線柱中的一個與所述串聯(lián)電路的功率半導(dǎo)體開關(guān)之間的電勢點連接。根據(jù)這方面的擴 展方案，除了線圈之外，還使用至少一個電容器。還可以使用硬開關(guān)全橋形式的兩個串聯(lián)電 路，其中，兩個串聯(lián)電路的兩個功率半導(dǎo)體開關(guān)之間的電勢點與線圈的不同的接線柱連接。
[0028] 合適的是，線圈通過感應(yīng)與布置在直流電網(wǎng)節(jié)點的另一個支路中的另一個根據(jù)本 發(fā)明的裝置的縱向電壓源的線圈耦合。這種感應(yīng)耦合例如經(jīng)由單變壓器進行。單變壓器具 有次級繞組，所述次級繞組與低壓母線連接。還可以將所有線圈布置在公用變壓器上。
[0029] 本發(fā)明也涉及一種具有支路的電網(wǎng)電壓節(jié)點（直流電網(wǎng)節(jié)點），其中，在至少兩個 支路中布置根據(jù)本發(fā)明的裝置。
[0030] 合適的是，至少兩個根據(jù)本發(fā)明的裝置的用于連接和斷開電力的部件經(jīng)由低壓母 線彼此耦合。低壓母線例如被設(shè)計用于交流電壓。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031] 本發(fā)明的其它合適的構(gòu)造和優(yōu)點是下面參考附圖對本發(fā)明的實施例的描述的內(nèi) 容，其中，相同的附圖標(biāo)記參考相同地起作用的部件，并且其中，
[0032] 圖1示出了具有一系列支路的直流電網(wǎng)節(jié)點，在這些支路中分別示意性地示出了 根據(jù)本發(fā)明的裝置的實施例，
[0033] 圖2示出了與中斷電路結(jié)合的根據(jù)本發(fā)明的裝置的示例性實施例，
[0034] 圖3示出了所述裝置的縱向電壓源的實施例，
[0035] 圖4示出了包括用于連接和斷開電力的部件的縱向電壓源的子模塊，
[0036] 圖5基于圖1示出了具有根據(jù)本發(fā)明的裝置以及兩個可選橫向電流源的雙極直流 輸電網(wǎng)，
[0037] 圖6至11分別示意性地示出了用于連接和斷開電力的部件的實施例，
[0038] 圖12至14示出了用于耦合用于連接和斷開電力的部件可產(chǎn)生的交流電壓的變壓 器的實施例，
[0039] 圖15基于圖1示出了使用變換器的具有可選橫向電流源的根據(jù)本發(fā)明的裝置的 示例性實現(xiàn)，
[0040] 圖16示出了可作為縱向電壓源或者作為橫向電流源使用的布置的示例性實現(xiàn)，
[0041] 圖17示出了作為半橋電路的子模塊，
[0042] 圖18示出了作為全橋電路的子模塊，
[0043] 圖19示出了使用經(jīng)由母線彼此耦合的兩個縱向電壓源和一個橫向電流源的示例 性實現(xiàn)。

【具體實施方式】
[0044] 圖1示出了具有一系列支路2、3、4的根據(jù)本發(fā)明的直流電網(wǎng)節(jié)點1的實施例，在 這些支路中分別布置了根據(jù)本發(fā)明的裝置5的實施例。每個裝置5具有帶有用于連接和斷 開電力的部件的縱向電壓源，其中，用于連接和斷開電力的部件經(jīng)由低壓母線6彼此連接。 以這種方式，例如使得能夠在裝置5a、5b和5c之間進行電力交換?？蛇x地，設(shè)置橫向電流 源40,其可以與直流電網(wǎng)節(jié)點1和低壓母線6連接。此外，可以設(shè)置零點41 (地電勢），其 與裝置5a、5b和5c以及橫向電流源40連接。
[0045] 圖5基于圖1的圖示，示出了雙極直流輸電網(wǎng)的情況，所述雙極直流輸電網(wǎng)包括正 星形點Ia和負星形點Ib以及用于裝置5a至5c的母線6a和用于裝置5d至5e的母線6b。
[0046] 可選地，可以設(shè)置經(jīng)由零點41耦合的兩個橫向電流源40a和40b。橫向電流源40a 與正星形點Ia并且與母線6a連接，并且橫向電流源40b與負星形點Ib和母線6b連接。
[0047] 圖15示出了基于圖1的實施例，其中，裝置5a至5c以及橫向電流源40分別作為 變換器來實現(xiàn)。裝置5a至5c的交流接頭經(jīng)由變壓器與橫向電流源40的交流接頭耦合。
[0048] 圖2示出了與中斷電路結(jié)合的根據(jù)本發(fā)明的裝置的示例性實施例。根據(jù)該示例， 裝置5示例性包括持續(xù)電流路徑7以及其中布置了功率切換單元9的斷開電流路徑8。功 率切換單元9被配置用于中斷由多達500kV的高壓驅(qū)動的大短路電流。這樣的功率切換單 元對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是已知的，從而在此不詳細討論其構(gòu)造。其例如具有分別與續(xù) 流二極管反并聯(lián)連接的功率半導(dǎo)體開關(guān)IGBT、IGCT、GTO等的串聯(lián)電路。在此，功率半導(dǎo)體 開關(guān)并且因此與其相關(guān)聯(lián)的續(xù)流二極管不是全部在相同的電流方向上取向。相反，功率半 導(dǎo)體開關(guān)的反向串聯(lián)布置使得能夠在兩個方向上切換電流。為了減少在進行切換時釋放的 能量，在與功率半導(dǎo)體開關(guān)的并聯(lián)電路中使用放電器。
[0049] 在持續(xù)電流路徑7中布置了快速機械開關(guān)10,其在正常工作時閉合。此外，示意 性地示出了縱向電壓源11以及用于耦合裝置5a、5b和5c的低壓母線6。如已經(jīng)說明的那 樣，縱向電壓源在由持續(xù)電流路徑7和斷開路徑8構(gòu)成的網(wǎng)孔中主動產(chǎn)生反向電壓。反向 電壓在網(wǎng)孔中供應(yīng)與持續(xù)電流路徑中的工作直流電流相反的回路電流。由此可以限制或者 完全抑制在持續(xù)電流路徑廣生的電流。
[0050] 圖3示出了包含在所述裝置中的縱向電壓源11的實施例，在此作為示例，縱向電 壓源11由子模塊12的串聯(lián)電路構(gòu)成。子模塊12分別具有第一接線柱13以及第二接線柱 14。在此，接線柱13和14布置在持續(xù)電流路徑7中，其中，其在正常工作時傳導(dǎo)直流電流。 此外，每個子模塊具有第一交流電壓接線柱15以及第二交流電壓接線柱16。兩個交流電壓 接線柱15和16分別與低壓母線6連接。在此，例如可以使用電感、變壓器等，稍后還要對 其進行討論。
[0051] 圖4示出了子模塊12的實施例，其中，作為示例在圖4中示出的子模塊具有全橋 電路。換句話說，子模塊12具有由兩個功率半導(dǎo)體開關(guān)單元18構(gòu)成的第一串聯(lián)電路。每 個功率半導(dǎo)體開關(guān)單元18由作為功率半導(dǎo)體開關(guān)的IGBT 19以及由與其反向并聯(lián)連接的 續(xù)流二極管20構(gòu)成。此外，可以看到第二串聯(lián)電路21，其類似地由兩個功率半導(dǎo)體開關(guān)單 元18形成。第一串聯(lián)電路17和第二串聯(lián)電路21分別與作為存儲電容器構(gòu)造的能量存儲 器22并聯(lián)連接。第一串聯(lián)電路17的功率半導(dǎo)體開關(guān)單元18之間的電勢點與子模塊12的 第一接線柱13連接，并且第二串聯(lián)電路21的功率半導(dǎo)體開關(guān)單元18之間的電勢點與第二 接線柱14連接。此外，設(shè)置了用于連接和斷開電力的部件23,其具有由兩個功率半導(dǎo)體開 關(guān)單兀18構(gòu)成的串聯(lián)電路24,其中，串聯(lián)電路24的功率半導(dǎo)體開關(guān)單兀18之間的電勢點 與第一交流電壓接線柱15連接。第二交流電壓接線柱16經(jīng)由電容器25連接到能量存儲 器22的極。此外，用于連接和斷開電力的部件23具有電感26,其與低壓母線6的電感27 耦合。由于沒有接地，電感或者線圈26必須不被設(shè)計用于500kV范圍內(nèi)的高壓。由于其通 過在其間連接電容器而連接到能量存儲器的一個極、即連接到直流鏈路（Zwi schenkre i s), 因此通過其可產(chǎn)生的交流電壓處于低壓范圍內(nèi)。
[0052] 圖6再一次示出了具有全橋的子模塊12,已經(jīng)結(jié)合圖4對其進行了討論。然而，在 圖6中示出了沒有用于連接和斷開電力的部件的子模塊12。替代地，示出了用于將用于連 接和斷開電力的部件23進行連接的直流電壓側(cè)連接點P和N。
[0053] 在圖7、8、9、10和11中示出了用于連接和斷開電力的部件23的不同的構(gòu)造。
[0054] 圖7示出了用于連接和斷開電力的部件23的第一實施例，已經(jīng)結(jié)合圖4對其進行 了說明。
[0055] 圖8示出了用于連接和斷開電力的部件23的另一個實施例，其與根據(jù)圖7的示例 相對應(yīng)地構(gòu)造為半橋，并且具有由兩個功率半導(dǎo)體開關(guān)單元18構(gòu)成的串聯(lián)電路24,其中， 串聯(lián)電路24與由兩個電容器C dc構(gòu)成的串聯(lián)電路并聯(lián)連接。兩個電容器之間的電勢點與線 圈26的第一接線柱連接，其中，線圈26的另一個接線柱與串聯(lián)電路24的功率半導(dǎo)體開關(guān) 單元18之間的電勢點連接。與在圖7中示出的用于連接和斷開電力的部件的構(gòu)造相同，根 據(jù)圖8的實施例是硬開關(guān)半橋。然而，與圖7相比，直流鏈路由作為分壓器的電容器C D。實 現(xiàn)。
[0056] 圖9示出了用于連接和斷開電力的部件23的另一個實施例，其除了由兩個功率半 導(dǎo)體開關(guān)單元構(gòu)成的第一串聯(lián)電路之外，還具有由兩個功率半導(dǎo)體開關(guān)單元18構(gòu)成的第 二串聯(lián)電路29。第一串聯(lián)電路24的功率半導(dǎo)體開關(guān)單元18之間的電勢點經(jīng)由第一交流電 壓接線柱15與線圈26的第一接線柱連接，而第二串聯(lián)電路29的功率半導(dǎo)體開關(guān)單元18 之間的電勢點經(jīng)由第二交流電壓接線柱16與線圈26的另一個接線柱連接?？梢詫⒏鶕?jù)圖 9的電路稱為硬開關(guān)全橋。
[0057] 根據(jù)圖10的實施例很大程度上對應(yīng)于根據(jù)圖9的實施例，然而其中，在第一交流 電壓接線柱15中、也就是交流電壓側(cè)布置了電容器(；。在此，其相應(yīng)地是諧振開關(guān)全橋。
[0058] 圖11很大程度上對應(yīng)于根據(jù)圖7的實施例，然而其中，在線圈26的交流電壓側(cè)布 置了電容器作為諧振電容器。因此，可以將根據(jù)圖11的用于連接和斷開電力的部件23稱 為諧振開關(guān)半橋。
[0059] 關(guān)于實施例7至11，可以總結(jié)為用于連接和斷開電力的部件不僅可以作為硬開 關(guān)、還可以作為諧振開關(guān)的半橋或全橋來實現(xiàn)。諧振電路具有優(yōu)點：可以實現(xiàn)更高的時鐘頻 率，并且因此用于耦合不同的根據(jù)本發(fā)明的裝置的電感的變壓器的尺寸更小。
[0060] 在圖12、13和14中示出了這樣的變壓器30的可能的實現(xiàn)。在根據(jù)圖12的實施 例中設(shè)置了多個單變壓器30。每個單變壓器30的初級繞組由用于連接和斷開電力的部件 23的線圈26形成。其經(jīng)由變壓器30的鐵芯31與次級繞組32耦合。所有次級繞組經(jīng)由母 線6彼此連接。
[0061] 圖14示出了具有三個變壓器30的實施例。變壓器30的次級繞組又經(jīng)由母線6 彼此連接。然而，次級繞組分別與用于連接和斷開電力的部件23的多個電感或線圈26連 接。與實施例12和14相比，根據(jù)圖13的變壓器30沒有次級繞組和母線6。相反，用于連 接和斷開電力的部件的電感僅經(jīng)由變壓器的鐵芯31彼此耦合。在這種情況下，交換的電力 相加為零。
[0062] 圖16示出了例如作為部件5a至5c可使用的裝置50形式的縱向電壓源的示例性 實現(xiàn)。裝置50 -方面與直流電壓節(jié)點1、另一方面與支路2、3或4中的一個連接。就這方 面而言，縱向電壓源可表示為連接在直流電壓的兩個極1和2 (或者3或4)之間的二端網(wǎng) 絡(luò)。
[0063] 裝置50是具有三個相模塊51、52和53的模塊化變換器，其中，相模塊51、52和53 各自具有兩個相模塊支路54和55、56和57以及58和59。在各個相模塊支路之間設(shè)置了 交流電壓接頭60、61、62。
[0064] 每個相模塊支路54至59具有多個串聯(lián)連接的子模塊63。
[0065] 根據(jù)圖17,子模塊63可以作為半橋電路來實現(xiàn)，其具有與由分別設(shè)置了反向地布 置的并聯(lián)續(xù)流二極管67、68的兩個功率半導(dǎo)體開關(guān)65、66構(gòu)成的串聯(lián)電路并聯(lián)地布置的能 量存儲器64。
[0066] 如在圖18中所示出的，替代地，子模塊63可以作為全橋電路來實現(xiàn)。在這種情況 下，設(shè)置了四個功率半導(dǎo)體開關(guān)70至73,其中，兩個功率半導(dǎo)體開關(guān)分別串聯(lián)連接，并且兩 個這樣的串聯(lián)電路與能量存儲器69并聯(lián)地布置。對功率半導(dǎo)體開關(guān)中的每一個反并聯(lián)地 布置續(xù)流二極管74至77。
[0067] 在半橋電路中在直流側(cè)僅可能有一個電壓極性，而全橋電路可以產(chǎn)生兩個電壓極 性。
[0068] 交流電壓接頭60、61和62可以與三相變壓器連接。
[0069] 作為示例，根據(jù)圖16的電路被實現(xiàn)為具有三個相模塊。相應(yīng)地，可以設(shè)置單個相 模塊或者任意數(shù)量的相模塊。為了連接變壓器，于是設(shè)置具有兩個交流電壓接頭的至少兩 個相模塊。
[0070] 縱向電壓源5a至5c可以由子模塊12的串聯(lián)電路構(gòu)造，如作為示例在圖3中所示 出的，其可以作為四端網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。
[0071] 另外應(yīng)當(dāng)指出，橫向電流源40、40a或40b也可以根據(jù)圖3的布置來實現(xiàn)。替代地， 橫向電流源40、40a或40b可以與在圖16中示出的布置相對應(yīng)地實現(xiàn)。
[0072] 有利的是，橫向電流源可以借助半橋電路來實現(xiàn)，并且有利的是，縱向電壓源可以 借助全橋電路來實現(xiàn)。
[0073] 圖19示出了包括縱向電壓源80 (參見圖1中的縱向電壓源5a)、縱向電壓源81 (參 見圖1中的縱向電壓源5b)和橫向電流源82 (參見圖1中的橫向電流源40)的示意性電路 布置。
[0074] 與針對裝置50的描述相對應(yīng)，縱向電壓源80、81和橫向電流源82具有類似的構(gòu) 造：
[0075] 即縱向電壓源80包括多個相模塊83至86,其中，相模塊83與相模塊84串聯(lián)連 接。此外，相模塊85和86串聯(lián)連接。由相模塊構(gòu)成的兩個串聯(lián)電路彼此并聯(lián)連接，其中， 分別串聯(lián)連接的相模塊之間的中心抽頭經(jīng)由變壓器87與低壓母線6連接?？v向電壓源80 被布置在支路2和直流電壓節(jié)點1之間。
[0076] 這些描述相應(yīng)地適用于布置在支路3和直流電壓節(jié)點1之間的縱向電壓源81。該 縱向電壓源81包括相模塊88至91，其與縱向電壓源81相對應(yīng)地布置。此外，設(shè)置了變壓 器92,其與低壓母線6連接。
[0077] 橫向電流源82也包括相對應(yīng)地布置的相模塊93至96。橫向電流源82的變壓器 97與交流電壓接頭以及低壓母線6連接。橫向電流源82 -方面與直流電壓節(jié)點1、另一方 面與零點41連接。
[0078] 縱向電壓源80、81和橫向電流源82可以經(jīng)由低壓母線6交換電能。
[0079] 如已經(jīng)關(guān)于圖16所描述的，縱向電壓源80、81和/或橫向電流源82也可以具有 多個相模塊支路，并且相應(yīng)地還提供多個交流電壓接頭，其中，兩個交流電壓接頭分別經(jīng)由 變壓器耦合。
[0080] 附圖標(biāo)記列表
[0081] 1 直流電網(wǎng)節(jié)點
[0082] 2 支路
[0083] 3 支路
[0084] 4 支路
[0085] 5 裝置
[0086] 5a_5f 裝置
[0087] 6 低壓母線
[0088] 7 持續(xù)電流路徑
[0089] 8 斷開電流路徑
[0090] 9 功率切換單元
[0091] 10 開關(guān)
[0092] 11 縱向電壓源
[0093] 12 子模塊
[0094] 13 接線柱
[0095] 14 接線柱
[0096] 15 交流電壓接線柱
[0097] 16 交流電壓接線柱
[0098] 17 串聯(lián)電路
[0099] 18 功率半導(dǎo)體開關(guān)單元
[0100] 19 功率半導(dǎo)體開關(guān)單元（例如IGBT)
[0101] 20 續(xù)流二極管
[0102] 21 串聯(lián)電路
[0103] 22 能量存儲器
[0104] 23 用于連接和斷開電力的部件
[0105] 24 串聯(lián)電路
[0106] 25 電容器
[0107] 26 線圈
[0108] 27 電感
[0109] 29 串聯(lián)電路
[0110] 30 變壓器
[0111] 31 變壓器的鐵芯
[0112] 32 次級繞組
[0113] 40 橫向電流源
[0114] 40a、40b 橫向電流源
[0115] 41 零點
[0116] 50 裝置
[0117] 51-53 相模塊
[0118] 54-59 相模塊支路
[0119] 60-62 交流電壓接頭
[0120] 63 子模塊
[0121] 64 能量存儲器
[0122] 65,66 功率半導(dǎo)體開關(guān)
[0123] 67、68 續(xù)流二極管
[0124] 69 能量存儲器
[0125] 70-73 功率半導(dǎo)體開關(guān)
[0126] 74-77 續(xù)流二極管
[0127] 80,81 縱向電壓源
[0128] 82 橫向電流源
[0129] 83-86 相模塊
[0130] 87 變壓器
[0131] 88-91 相模塊
[0132] 92 變壓器
[0133] 93-96 相模塊
[0134] 97 變壓器
【權(quán)利要求】
1. 一種使用縱向電壓源（11)對直流電網(wǎng)節(jié)點（1)的支路（2,3,4)中的直流電流進行 負載流控制的裝置（5,5&，5比5(：)，所述縱向電壓源（11)具有用于連接或斷開電力的部件 (23)， 其特征在于， 所述用于連接和斷開電力的部件（23)與布置在同一直流電網(wǎng)節(jié)點（1)的另一個支路 (2.3.4) 中的另一個用于進行負載流控制的裝置（5,5a，5b，5c)的用于連接和斷開電力的 部件（23) f禹合。
2. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的裝置， 其特征在于，所述縱向電壓源能經(jīng)由橫向電流源與零點連接。
3. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的裝置， 其特征在于，所述縱向電壓源具有至少一個變換器。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的裝置， 其特征在于，所述縱向電壓源具有帶有至少兩個串聯(lián)連接的相模塊支路的至少一個相 模塊，其中，所述相模塊支路之間的中心抽頭能與交流電壓接頭、特別是與變壓器連接。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的裝置， 其特征在于，所述縱向電壓源與機械開關(guān)串聯(lián)連接，并且與所述縱向電壓源和所述機 械開關(guān)并聯(lián)地布置功率切換單元。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的裝置（5, 5a，5b，5c)， 其特征在于，所述縱向電壓源（11)具有帶有能量存儲器（22)和功率半導(dǎo)體電路（17， 21)的至少一個子模塊（12)，并且還配備有用于連接和斷開電力的部件（23)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置（5, 5a，5b，5c)， 其特征在于，每個子模塊（12)具有半橋電路。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置（5, 5a，5b，5c)， 其特征在于，每個子模塊（12)具有全橋電路。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6至8中的任一項所述的裝置（5, 5a，5b，5c)， 其特征在于，通過所述用于連接和斷開電力的部件（23)能產(chǎn)生低壓范圍內(nèi)的交流電 壓。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置（5, 5a，5b，5c)， 其特征在于，所述用于連接和斷開電力的部件（23)具有至少一個與能量存儲器（22) 并聯(lián)連接的、由兩個可接通可斷開功率半導(dǎo)體開關(guān)（19)構(gòu)成的串聯(lián)電路（24)和線圈（26)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置（5, 5a，5b，5c)， 其特征在于，所述線圈（26)通過感應(yīng)與布置在同一直流電網(wǎng)節(jié)點（1)的另一個支路 (2.3.4) 中的另一個根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置（5,5a，5b，5c)的縱向電壓源（11)的線圈 (26)耦合。
12. -種具有支路的直流電網(wǎng)節(jié)點（1)， 其特征在于，在至少兩個支路（2, 3,4)中分別布置根據(jù)權(quán)利要求1至10中的任一項所 述的裝置（5,5&，513,5(3)，其中，設(shè)置了用于連接和斷開電力的部件（23)，其經(jīng)由低壓母線 (6)彼此耦合。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的直流電網(wǎng)節(jié)點（1)， 其特征在于，所述裝置（5,5a，5b，5c)經(jīng)由用于連接和斷開電力的部件（23)彼此耦合， 從而能夠進行負載流控制。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的直流電網(wǎng)節(jié)點（1)， 其特征在于，所述縱向電壓源（11)通過感應(yīng)彼此耦合。
【文檔編號】H02J3/36GK104396112SQ201280074040
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2012年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月19日
【發(fā)明者】H-G.?？藸? 申請人:西門子公司