用于hvdc應(yīng)用的模塊化多電平dc/dc轉(zhuǎn)換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于連接具有不同的電壓的高壓直流電網(wǎng)的直流電壓轉(zhuǎn)換器，包 括第一部分變流器和第二部分變流器，其彼此串聯(lián)連接，以形成變流器串聯(lián)電路，其中，所 述變流器串聯(lián)電路在直流電壓接線端的直流電壓端子之間延伸，并且第二部分變流器在第 二直流電壓接線端的直流電壓端子之間延伸。
【背景技術(shù)】
[0002] 這種裝置例如從WO 2010/145690 A1中已知。其中公開了彼此串聯(lián)連接的兩個(gè)部 分變流器，其中，每個(gè)部分變流器具有由串聯(lián)連接的兩極子模塊構(gòu)成的單個(gè)相模塊。該兩極 子模塊配備有功率半導(dǎo)體開關(guān)和電容器，其中，根據(jù)對(duì)功率半導(dǎo)體開關(guān)的控制，在每個(gè)子模 塊的輸出端處可以產(chǎn)生降落在電容器上的電壓或者零電壓。串聯(lián)連接的相模塊形成第一直 流電壓接線端，第一直流電網(wǎng)可與其連接。第二直流電壓接線端由第二部分變流器的相模 塊形成，其中，第一直流電壓接線端的負(fù)極同時(shí)是第二直流電壓接線端的負(fù)極。先前已知的 裝置具有以下缺點(diǎn)：存在在連續(xù)運(yùn)行時(shí)，部分變流器的子模塊的電容器被充電超過允許的 量的風(fēng)險(xiǎn)。
[0003] 根據(jù)WO 2010/115452,描述了一種用于對(duì)直流電網(wǎng)進(jìn)行負(fù)載流控制的裝置。這種 裝置具有縱向電壓源，其串聯(lián)連接在所述直流電網(wǎng)的直流電壓線中。縱向電壓源通過兩個(gè) 串聯(lián)連接的線路換向變流器來實(shí)現(xiàn)，從而連續(xù)運(yùn)行時(shí)的損耗小。為了能夠提高直流電網(wǎng)中 的電壓，將串聯(lián)連接在直流電網(wǎng)中的變流器，在交流電壓側(cè)經(jīng)由第一變壓器、交流電網(wǎng)和第 二變壓器，連接到與直流電網(wǎng)并聯(lián)連接的變流器的交流電壓接線端。該與直流電網(wǎng)并聯(lián)連 接的變流器也可以稱為橫向電壓源。橫向電壓源提供向縱向電壓源供電所需的能量。以這 種方式，使得能夠通過提高直流電網(wǎng)中的電壓來進(jìn)行負(fù)載流控制。
[0004] 作為示例，在圖1中示出了用于連接處于不同的電壓水平的高壓直流電網(wǎng)的其它 現(xiàn)有技術(shù)。為了連接第一高壓直流電網(wǎng)，其中示出的直流電壓轉(zhuǎn)換器具有第一直流電壓接 線端1，其形成正直流電壓端子2以及負(fù)直流電壓端子3。為了連接具有較小的標(biāo)稱直流電 壓的第二高壓直流電網(wǎng)，設(shè)置了第二直流電壓接線端4,其也具有正直流電壓端子5以及負(fù) 接線端子6。第一部分變流器8的三個(gè)相模塊7在直流電壓接線端1的正直流電壓端子2 和負(fù)接線端子3之間延伸。在此，一個(gè)相模塊由兩個(gè)彼此串聯(lián)連接的變流器臂9以及線圈 形式的電感10構(gòu)成。此外，設(shè)置了第二部分變流器11，其同樣具有三個(gè)相模塊7,所述相模 塊分別由兩個(gè)串聯(lián)連接的變流器臂9和電感10組成。每個(gè)相模塊7形成兩個(gè)直流電壓接 線端，其形成第二直流電壓接線端4的正接線端子5以及負(fù)接線端子6。在變流器臂9之間 的電勢(shì)點(diǎn)形成各自的變流器8或11的交流電壓接線端12的交流電壓相12。兩個(gè)交流電壓 接線端12經(jīng)由三相變壓器14彼此連接。在此，所述變壓器14的繞組可以按照任意方式、 即例如按照三角形或星形電路彼此連接。
[0005] 根據(jù)該先前已知的裝置，首先將第一直流電網(wǎng)的直流電壓經(jīng)由第一部分變流器8 轉(zhuǎn)換為交流電壓，經(jīng)由變壓器14變換到各自需要的電壓水平，隨后又通過部分變流器11轉(zhuǎn) 換為希望的直流電壓。
[0006] 用于小功率至中功率的直流電壓轉(zhuǎn)換器同樣充分地已知。關(guān)于這一點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)提及 配備有線圈和電容器的升壓或降壓轉(zhuǎn)換器，其中，功率半導(dǎo)體開關(guān)確保電流流動(dòng)的短時(shí)中 斷。然而，已知升壓或降壓轉(zhuǎn)換器的功率半導(dǎo)體在高壓范圍內(nèi)將被加上如此之大的負(fù)載，使 得在短時(shí)間之后可能已經(jīng)產(chǎn)生無法修復(fù)的損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種也適合于連續(xù)運(yùn)行的開頭提及的類型的直 流電壓轉(zhuǎn)換器。
[0008] 本發(fā)明通過如下來解決上述技術(shù)問題，即，第一部分變流器和第二部分變流器經(jīng) 由功率交換部件彼此連接，從而使得能夠經(jīng)由功率交換部件在第一部分變流器和第二部分 變流器之間交換電功率。
[0009] 在本發(fā)明的范圍內(nèi)，提供了一種直流電壓轉(zhuǎn)換器，其具有兩個(gè)部分變流器的串聯(lián) 電路。該變流器串聯(lián)電路形成兩個(gè)直流電壓接線端，其分別與一個(gè)直流電壓端子連接。該 連接例如經(jīng)由合適的電感進(jìn)行。直流電壓端子共同形成第一直流電壓接線端，第一直流電 網(wǎng)可以連接到所述第一直流電壓接線端。第二直流電網(wǎng)可以與直流電壓轉(zhuǎn)換器的第二直流 電壓接線端相連，從而第二直流電網(wǎng)與單個(gè)部分變流器的直流電壓接線端相連。因?yàn)榈诙?部分變流器的串聯(lián)電路的耐壓強(qiáng)度大于串聯(lián)電路的單個(gè)部分變流器的耐壓強(qiáng)度，因此第一 直流電網(wǎng)可以具有比第二直流電網(wǎng)的運(yùn)行電壓高的運(yùn)行電壓。因此，也可以將第一直流電 壓接線端稱為高壓側(cè)，并且將第二直流電壓接線端稱為低壓側(cè)。在本發(fā)明的范圍內(nèi)已知，在 部分變流器持續(xù)運(yùn)行時(shí)，必須提供或汲取電功率。此外，向每個(gè)部分變流器饋送的功率必須 平均為零。然而，這實(shí)際上是不可能的。根據(jù)本發(fā)明，因此設(shè)置功率交換部件，兩個(gè)部分變流 器同樣經(jīng)由所述功率交換部件彼此連接。由此，部分變流器能夠相互交換電功率，從而在本 發(fā)明的范圍內(nèi)，即使在直流電壓轉(zhuǎn)換器連續(xù)運(yùn)行時(shí)，也盡可能避免了部件出現(xiàn)錯(cuò)誤或故障。 根據(jù)本發(fā)明，降落在第一直流電壓接線端的正直流電壓端子和第二直流電壓接線端的正直 流電壓端子之間延伸的第一部分變流器上的多余的功率，經(jīng)由功率交換部件，向低壓側(cè)、即 向在第二直流電壓接線端的直流電壓端子之間延伸的第二部分變流器傳輸。第二部分變流 器將該功率饋入連接在第二直流電壓接線端處的直流電網(wǎng)。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，功率流動(dòng) 可以沿兩個(gè)方向、即從高壓側(cè)向低壓側(cè)或者相反。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，還可以實(shí)現(xiàn)任意的轉(zhuǎn) 換比。
[0010] 在本發(fā)明的范圍內(nèi)，部分變流器的拓?fù)?、即結(jié)構(gòu)和部件原則上是任意的。然而，適 宜的是，部分變流器是因此配備有能夠主動(dòng)導(dǎo)通和關(guān)斷的功率半導(dǎo)體開關(guān)的自換向變流 器。與此不同，僅第二部分變流器是自換向變流器。有利的是，變流器具有兩極子模塊的串 聯(lián)電路。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，子模塊的構(gòu)造原則上是任意的。因此，例如，子模塊僅具有一 個(gè)功率半導(dǎo)體開關(guān)、例如晶閘管、GTO、IGBT、IGCT等，在可關(guān)斷的功率半導(dǎo)體開關(guān)的情況下， 與其例如反向并聯(lián)連接續(xù)流二極管。替選地，考慮能夠反向?qū)ǖ墓β拾雽?dǎo)體開關(guān)。這種 子模塊的串聯(lián)電路是必須的，因?yàn)閱蝹€(gè)子模塊的耐壓強(qiáng)度通常不足以能夠可靠地容納在高 壓直流輸電的范圍內(nèi)降落的電壓。由于該原因，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，每個(gè)部分變流器具有串 聯(lián)連接的多個(gè)子模塊、例如大約100或300個(gè)。此外，部分變流器還可以具有用于限制可能 流過部分變流器的最大電流的電感元件。當(dāng)然，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，當(dāng)使用不能進(jìn)行硬開關(guān) 的功率半導(dǎo)體時(shí)，還可以設(shè)置緩沖網(wǎng)絡(luò)（Beschaltungsnetzwerk)。
[0011] 有利的是，每個(gè)部分變流器具有交流電壓接線端，其中，第一部分變流器的交流電 壓接線端經(jīng)由功率交換部件與第二部分變流器的交流電壓接線端相連。通過該有利擴(kuò)展， 將連接到直流電壓轉(zhuǎn)換器的直流電網(wǎng)的直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓，其中，功率交換部件以 已知的方式將交流電壓轉(zhuǎn)換到需要的電壓水平。
[0012] 因此，有利的是，功率交換部件被構(gòu)造為變壓器。變壓器的結(jié)構(gòu)原則上可以是任意 的。因此，可以使用具有以適宜的方式彼此感性耦合的電隔離的繞組的普通變壓器。然而， 與此不同，還可以使用自耦變壓器。在自耦變壓器的情況下，省去了繞組的電隔離。代替繞 組對(duì)，僅使用具有一個(gè)抽頭的一個(gè)繞組。因此，還可以將這種自耦變壓器視為電感分壓器。 有利的是，在自耦變壓器和部分變流器的交流電壓接線端之間布置用于隔離直流電壓電勢(shì) 的部件、例如電容器。
[0013] 適宜的是，變壓器具有與第一部分變流器的交流電壓接線端相連的初級(jí)繞組和與 第二部分變流器的交流電壓接線端相連的次級(jí)繞組。
[0014] 通過該變壓器，將降落在初級(jí)繞組上的交流電壓變換為次級(jí)側(cè)的較低的交流電 壓。
[0015] 根據(jù)一個(gè)有利擴(kuò)展，每個(gè)部分變流器具有至少一個(gè)相模塊，其形成兩個(gè)串聯(lián)連接 的變流器臂，其中，在每個(gè)相模塊的變流器臂之間的電勢(shì)點(diǎn)形成交流電壓接線端的交流電 壓相。根據(jù)該有利擴(kuò)展，使用例如形成彼此連接成所謂的格雷茲橋（Graetz-Brilcke)的變 流器臂或變流器器支路的變流器。在此，每個(gè)變流器臂在直流電壓接線端和交流電壓接線 端之間延伸。在變流器臂或者相模塊中，例如布置扼流