本實用新型涉及利用備用整流器傳輸電力的一種裝置和一種設備。

背景技術：

為了進行能量傳輸，例如，在S.Bernal-Perez等的文章“Off-shore Wind Farm Grid Connection using a Novel Diode-Rectifier and VSC-Inverter based HVDC Transmission Link”，IECON,2011,第3186-3191頁中，公開了一種用于在風力發(fā)電設備中使用的能量傳輸設備。已知的能量傳輸設備包括作為二極管整流器構造的不可控的轉換器，其在直流側連接到直流電壓中間電路。直流電壓中間電路在二極管整流器與在英語中也稱為“Voltage Source Converter(VSC)”的電壓源轉換器之間延伸。不可控的整流器經(jīng)由變壓器和交流電網(wǎng)連接到風力發(fā)電設備的風場。為了進行無功功率補償，將無源濾波器元件與風場的交流電網(wǎng)連接。

借助于直流的電能傳輸在許多應用中、特別是在傳輸線路長的情況下在經(jīng)濟性上是有利的。例如，已經(jīng)提及的將架設在海上的風場連接到陸地側的供電網(wǎng)、從陸地對離岸設備(例如石油平臺)的能量供應或者連接兩個被海洋分離的陸地電網(wǎng)屬于這些應用。

在直流傳輸設備中，經(jīng)常使用借助直流連接彼此連接的兩個自換向的轉換器。這種裝置允許也能夠在弱交流電網(wǎng)之間進行雙向功率流動，從而例如能夠實現(xiàn)通過強交流電網(wǎng)使弱交流電網(wǎng)的穩(wěn)定化。

然而，在自換向的轉換器的情況下，缺點是高基礎設施開銷和高成本。

此外，在海上的離岸應用中架設這種轉換器，由于轉換器的重量和體積總是很大，因此是高成本的。

雖然使用不可控的整流器僅允許在一個方向上進行功率輸送，但是具有與自換向的轉換器相比整流器的損耗、體積和重量可以明顯減小的優(yōu)點。此外，在不可控的整流器中可以使用相對緊湊的功率半導體。對不可控的整流器的控制和冷卻也能夠以較低的成本來進行。如果第一交流電網(wǎng)例如連接到能量產(chǎn)生設備、例如連接到風場，則功率輸送的方向基本上是預先給定的，因此這種限制不是嚴重的缺點。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型要解決的技術問題是，提出一種利用整流作用的裝置以及一種用于傳輸電能的設備，其特征在于相對高的操作安全性。

根據(jù)本實用新型，上述技術問題通過具有在直流側形成串聯(lián)電路的第一組整流器以及備用整流器的裝置來解決，第一組整流器能連接到第一交流電網(wǎng)，在整流器中的一個發(fā)生故障的情況下，備用整流器能借助合適的開關裝置電連接到第一交流電網(wǎng)，并且在直流側能電連接到第一直流導線，以與整流器形成補充的串聯(lián)電路。

根據(jù)本實用新型的裝置的優(yōu)點在于，串聯(lián)連接的整流器能夠被設計用于較低的電壓。通過使用多個整流器，能夠使所述裝置更容易匹配于各種要求。此外，整流器中的每一個相對輕，因此能夠以相對低的成本例如架設在為此而設置的基座、例如風力發(fā)電設備的基座上。相應的整流器例如經(jīng)由與其相關聯(lián)的變壓器與交流電網(wǎng)的母線連接，或者與交流電網(wǎng)的不同線段連接，其中，例如可以在每個線段中布置多個風力發(fā)電設備。可以看到，另一個優(yōu)點在于，在整流器發(fā)生故障、例如整流器失靈的情況下，避免了在連接到風場的交流電網(wǎng)與供電網(wǎng)之間的總功率流的中斷。此外，在連接離岸風場的情況下，通過根據(jù)本實用新型的裝置，能夠避免如下的根本問題：在經(jīng)由單個高壓直流傳輸連接進行連接的情況下，在電纜或者整流器失靈的情況下，丟失非常大的饋送功率。

然而，本實用新型的應用范圍不限于風場連接。相反，根據(jù)本實用新型的裝置同樣可以在具有其它能量產(chǎn)生單元的其它能量供應裝置中使用。

在整流器中的一個發(fā)生故障的情況下，例如在整流器損壞或者在其交流側發(fā)生故障的情況下，能夠將備用整流器投入運行并且代替有故障的整流器，由此整流器的串聯(lián)電路的直流側的電壓能夠保持穩(wěn)定，并且能夠在交流側保證均勻的負載分配。此外，在整流器發(fā)生故障的情況下，能夠以這種方式以全功率能量進行傳輸，其中，與全冗余實施相比，成本更低。

根據(jù)本實用新型的一個有利實施方式，所述裝置還包括在直流側形成串聯(lián)電路的第二組整流器，第二組整流器能連接到第二交流電網(wǎng)，其中，在第一組整流器中的一個發(fā)生故障的情況下，備用整流器能借助合適的開關裝置電連接到第一交流電網(wǎng)，并且在直流側能電連接到第二直流導線，以與第一組整流器形成補充的串聯(lián)電路。換句話說，兩個組共享備用整流器，由此，能夠使成本顯著下降。

有利的是，在第二組整流器中的一個發(fā)生故障的情況下，備用整流器能借助合適的開關裝置電連接到第二交流電網(wǎng)，并且在直流側能電連接到第二直流導線，以與第二組整流器形成補充的串聯(lián)電路。

此外，優(yōu)選在第二組整流器中的一個發(fā)生故障的情況下，備用整流器能借助合適的開關裝置電連接到第二交流電網(wǎng)，并且在直流側能電連接到第一直流導線，以與第二組整流器形成補充的串聯(lián)電路。

此外，優(yōu)選在第一直流導線發(fā)生故障的情況下，第一組整流器能借助合適的開關裝置連接到第二直流導線。此外，特別優(yōu)選在第二直流導線發(fā)生故障的情況下，第二組整流器能借助合適的開關裝置連接到第一直流導線。由此，在直流導線中發(fā)生故障的情況下，備用整流器和開關裝置也能夠用于避免設備的功能局限性。

根據(jù)一個優(yōu)選實施方式，所述裝置還包括電網(wǎng)換向或者自換向的第一轉換器，其中，第一轉換器能電連接到第一直流導線，以及能在交流側電連接到第一供電網(wǎng)。

根據(jù)另一個優(yōu)選實施方式，所述裝置還包括電網(wǎng)換向或者自換向的第二轉換器，其中，自換向的第二轉換器能電連接到第二直流導線，以及能在交流側電連接到第二供電網(wǎng)。由此，在轉換器發(fā)生故障的情況下，能夠以相同的方式使用裝置的所描述的功能。

所描述的配置當然可以擴展到多于兩組的整流器，其中，所有的組如前面所述共享備用整流器。多個組任意連結并且將備用整流器布置在其之間的配置也是可以的。

第一和第二供電網(wǎng)也可以彼此連接。

上面列舉的技術問題還通過用于在具有至少一個風力發(fā)電設備的至少一個第一風場與第一供電網(wǎng)之間傳輸電力的設備來解決，所述設備包括前面描述的裝置，其中，根據(jù)本實用新型，第一組整流器能經(jīng)由第一交流電網(wǎng)連接到第一風場。

根據(jù)一個優(yōu)選實施方式，所述設備還被配置用于在第二風場與第二供電網(wǎng)之間傳輸電力，其中，第二組整流器能經(jīng)由第二交流電網(wǎng)連接到第二風場。

對到各個交流導線和直流導線中的負載流的控制例如可以由使用對應的控制算法的主控制器進行。在此，主控制器確保希望的負載流不在特定導線中導致過載。為此，其向轉換器或者向風場控制器傳輸相應的額定功率值。在那里借助對應的控制算法對與額定功率值相關聯(lián)的額定電壓進行調(diào)節(jié)。

根據(jù)本實用新型的一個實施方式，電網(wǎng)換向或者自換向的轉換器布置在陸地上，而整流器布置在海洋或者湖泊中。

優(yōu)選整流器是二極管整流器。二極管整流器特別輕，并且制造和運行的成本低。

有利的是，至少一個自換向的轉換器是模塊化的多級轉換器。模塊化的多級轉換器具有相模塊，其數(shù)量與連接的供電網(wǎng)的相的數(shù)量相對應。在此，每個相模塊被構造為三極的，并且具有兩個外直流電壓接線端和中間交流電壓接線端。相模塊支路在交流電壓接線端與每個直流電壓接線端之間延伸，相模塊支路具有由雙極子模塊形成的串聯(lián)電路。每個子模塊配備有能量存儲器、例如單極電容器以及與其并聯(lián)地布置的功率半導體電路。功率半導體電路例如可以被構造為本領域技術人員已知的半橋或者全橋電路。替換地，也可以使用電網(wǎng)換向的轉換器。

合適的是，每個整流器分別能借助橋接開關被橋接。為此，每個整流器優(yōu)選可以具有兩個直流電壓端子，其通過橋接開關的閉合而彼此連接。

根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述設備包括多組二極管整流器以及多個轉換器，其在直流側經(jīng)由直流導線彼此連接，其中，直流導線以多端子或者混合的網(wǎng)絡布置彼此連接。在這種情況下，總功率平衡可以借助主控制器來控制。直流連接線中的直流電壓經(jīng)由風電場的額定功率和交流電網(wǎng)中的交流電壓來控制。以這種方式，能夠在使用整流器、例如二極管整流器的條件下實現(xiàn)多端子裝置。

附圖說明

下面，根據(jù)圖1至圖7詳細說明根據(jù)本實用新型的設備的實施例。

圖1至圖6以示意圖示出了根據(jù)本實用新型的用于傳輸電力的設備的實施例；

圖7以示意圖示出了根據(jù)本實用新型的設備的另一個實施例。

具體實施方式

具體地，在圖1中示出了在第一風場2、第二風場3以及第一和第二供電網(wǎng)4、5之間的根據(jù)本實用新型的用于傳輸電力的設備1的實施例。

在圖1中示出的風場2和3具有三個示意性地示出的風力發(fā)電設備。然而，當然可以對于每個風場選擇任意其它合適的數(shù)量的風力設備，其中，每個風場也可以具有不同的數(shù)量。

設備1包括第一組6二極管整流器7，其在交流側分別連接到第一交流電網(wǎng)8，并且可經(jīng)由第一交流電網(wǎng)8借助開關裝置71連接到第一風場2。二極管整流器7在直流側以串聯(lián)電路彼此連接。此外，二極管整流器7可經(jīng)由第一直流導線9借助開關裝置91連接到自換向的轉換器10。自換向的轉換器10在交流側連接到第一供電網(wǎng)4。整流器7和12作為二極管整流器構造。

設備1還包括第二組11二極管整流器12，其在交流側分別連接到第二交流電網(wǎng)13，并且可經(jīng)由第一交流電網(wǎng)13借助開關裝置121連接到第二風場3。二極管整流器12在直流側以串聯(lián)電路彼此連接。此外，二極管整流器12可經(jīng)由第二直流導線14借助開關裝置141連接到自換向的第二轉換器15。自換向的轉換器15在交流側連接到第二供電網(wǎng)5。

在第一風場2與第二風場3之間布置備用整流器16，其同樣是二極管整流器。備用整流器16可以在交流側借助開關裝置27、28、29連接到第一交流電網(wǎng)8或者第二交流電網(wǎng)13。

備用整流器16在直流側具有兩個接線端161和162。

接線端161可借助具有兩個開關元件171、172的開關裝置17連接到直流導線9。此外，接線端162可借助具有兩個開關元件181、182的開關裝置18連接到直流導線14。

接線端162可借助具有兩個開關元件191、192的開關裝置19連接到直流導線14。此外，接線端162可借助具有兩個開關元件201、202的開關裝置20連接到直流導線9。

設備1還包括具有兩個開關元件211、212的連接導線21，用于將直流導線9連接到直流導線14。此外，設備1具有另外兩個開關裝置22和23，用于斷開直流導線9或直流導線14。

在設備1正常運行時，開關裝置71以及121閉合，使得整流器7、12 連接到交流電網(wǎng)8或13。開關裝置91、141、22、23同樣閉合。由此，第一組6在直流側連接到第一轉換器10，并且第二組11連接到第二轉換器15。其余所有開關裝置斷開。因此，在設備1正常運行時，備用整流器既不在交流側、也不在直流側連接到網(wǎng)絡2、3中的一個或者導線9、14中的一個。

下面，在圖2至6中，將根據(jù)案例來詳細說明備用整流器的功能。

圖2示出了圖1中的設備1，其中，在第一組6整流器7中的一個中出現(xiàn)了故障(在圖2的圖示中是從上面的第二個整流器)。對應地，所屬的開關裝置71斷開，使得整流器與第一交流電網(wǎng)8的連接分離。

在這種情況下，備用整流器16借助現(xiàn)在閉合的開關裝置27和29在交流側連接到第一交流電網(wǎng)8。在直流側，備用整流器16與具有第一組6整流器的串聯(lián)電路形成串聯(lián)電路，因為其借助開關裝置17(其中，開關元件171、172閉合)和開關裝置20(其中，開關元件201、202也閉合)對應地連接到第一直流導線9，其中，開關裝置22斷開。

圖3示出了圖1和圖2的設備1，其中，在圖3中示出了，在第一組6的整流器7中的一個(在圖3的圖示中從上面的第二個)發(fā)生故障的情況下，備用整流器16如何連接到第一組6和第二直流導線14，

與此對應地，備用整流器16借助閉合的開關裝置27和29在交流側連接到第一交流電網(wǎng)8。在直流側，備用整流器16與具有第一組6整流器的串聯(lián)電路形成串聯(lián)電路，其中，其借助開關裝置17(其中，開關元件171、172閉合)連接到第一組6整流器7，以及借助開關裝置19(其中，開關元件191、192閉合)連接到第二直流導線14。同時，借助具有閉合的開關元件211、212的開關裝置21，在第二直流導線14與第一組6整流器7之間建立連接。

圖4示出了圖1至圖3中的設備1，其中，在第二組11整流器的整流器12中的一個中出現(xiàn)了故障(在圖4的圖示中是從上面的第二個整流器)。對應地，所屬的開關裝置121斷開，使得整流器與第二交流電網(wǎng)13的連接分離。

在這種情況下，備用整流器16借助閉合的開關裝置28和29在交流側連接到第二交流電網(wǎng)13。在直流側，備用整流器16與具有第二組11整流器的串聯(lián)電路形成串聯(lián)電路，因為其借助開關裝置19(其中，開關元件191、192閉合)和開關裝置18(其中，開關元件181、182也閉合)對應地連接到第二組11，其中，開關裝置23斷開。

圖5示出了圖1至圖4中的設備，其中，整流器中的一個(在所選擇的圖示中是從上面的第二個)損壞。在圖5中，用備用整流器16代替有故障的整流器7。同時，經(jīng)由第一直流導線9引導來自兩個風場2和3的全部電力傳輸。

為此，開關裝置27和29閉合，由此備用整流器16連接到第一交流電網(wǎng)8。此外，備用整流器16與第一組6整流器7形成串聯(lián)電路，其中，其為此借助開關裝置17和20連接到第一組6和第一直流電網(wǎng)9。在此，開關裝置22斷開。此外，第二組11借助開關裝置21和19連接到第一直流導線9。在此，開關裝置141斷開，而開關裝置23閉合。

在圖6中示出了圖1至圖5的設備1，其中，來自兩個風場2和3的全部電力傳輸經(jīng)由第二直流導線14進行。為此，第一組6整流器7經(jīng)由開關裝置17和18以及21連接到第二直流導線14。在此，開關裝置91斷開。

圖7示出了設備1的第二實施例。圖7的實施例與圖1至圖6的實施例的不同之處僅在于，第一交流電網(wǎng)8和第二交流電網(wǎng)13分別具有環(huán)形拓撲結構(環(huán)形總線)。