用于將電力發(fā)電機(jī)連接到hvdc傳輸系統(tǒng)的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力產(chǎn)生的領(lǐng)域，特別是涉及用于將電力發(fā)電機(jī)連接到HVDC傳輸系統(tǒng)的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著用于產(chǎn)生電能的大的離岸風(fēng)力田的開(kāi)發(fā)，沿著在風(fēng)力田和到陸地上的配電網(wǎng)的連接之間的傳輸線路發(fā)生的傳輸損耗可能變得顯著。
[0003]在這樣的情況下，與普通的AC (交流電流)技術(shù)相比較，HVDC (高電壓，直流電流)技術(shù)在低損耗方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。特別是，通過(guò)使用高電壓(達(dá)到例如800 kV)，當(dāng)傳輸給定量的電力時(shí)，在傳輸線路中流動(dòng)的電流一以及由此電阻損耗一被顯著減少。因此，在損耗方面，對(duì)于長(zhǎng)距離電力傳輸而言HVDC是優(yōu)選的，并且對(duì)于離岸風(fēng)電力應(yīng)用而言HVDC可以被認(rèn)為是理想的。使用用于傳輸?shù)母贁?shù)量的布線也意味著成本上的減少。
[0004]然而，為了在HVDC傳輸中對(duì)高電壓和高電力進(jìn)行處置，尤其是在越來(lái)越嚴(yán)苛的性能要求下，不得不應(yīng)用一些復(fù)雜的電力轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，這可能在技術(shù)上是挑戰(zhàn)性的并且經(jīng)常意味著尚成本。
[0005]在已知的實(shí)現(xiàn)中，風(fēng)輪機(jī)的電網(wǎng)轉(zhuǎn)換器的AC輸出被連接到升壓變壓器，并且然后通過(guò)轉(zhuǎn)換器而被轉(zhuǎn)換為HVDC。常見(jiàn)的轉(zhuǎn)換器拓?fù)渲械膬煞N是線換向電流源晶閘管轉(zhuǎn)換器和基于電壓源轉(zhuǎn)換器(VSC)的IGBT。
[0006]晶閘管轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)已經(jīng)是用于HVDC傳輸?shù)恼贾涞匚坏募夹g(shù)，該技術(shù)可以使用如800 kV那么高的電壓。在該轉(zhuǎn)換器類型中，引燃角被用于DC電壓和電力流的控制。它消耗無(wú)功功率，并且AC電流包含低頻諧波。因此，通常使用相位補(bǔ)償以改進(jìn)功率因數(shù)，并且要求大的濾波器以減少電流失真。
[0007]利用VSC技術(shù)的HVDC傳輸具有高控制帶寬和低電流諧波失真的優(yōu)點(diǎn)，以及因此對(duì)線路濾波器的低要求。這種系統(tǒng)正處于快速進(jìn)步中，并且兩個(gè)示例是西門(mén)子HVDC加強(qiáng)(HVDC Plus)和ABB HVDC輕型(HVDC Light)。兩種系統(tǒng)都采用多級(jí)轉(zhuǎn)換器技術(shù)以便適應(yīng)低電壓額定功率部件(例如，IGBT)以及相對(duì)低的切換操作，并且因此這兩種系統(tǒng)傾向于相對(duì)地更加在技術(shù)上有挑戰(zhàn)性并且更加昂貴。
[0008]可能存在針對(duì)將電力發(fā)電機(jī)連接到HVDC傳輸系統(tǒng)的簡(jiǎn)單的和成本有效的方式的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]可以通過(guò)根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的主題來(lái)滿足該需要。通過(guò)從屬權(quán)利要求來(lái)描述本發(fā)明的有利的實(shí)施例。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于將電力發(fā)電機(jī)連接到HVDC傳輸系統(tǒng)的裝置。該裝置包括:(a)第一單元，用于將來(lái)自電力發(fā)電機(jī)的AC輸出電壓轉(zhuǎn)換為用于HVDC傳輸系統(tǒng)的DC輸入電壓，第一單元包括變壓器和全橋整流器；以及(b)第二單元，用于生成變壓器中的和/或電力發(fā)電機(jī)中的控制電壓和/或控制電流，第二單元包括PWM全橋轉(zhuǎn)換器，PWM全橋轉(zhuǎn)換器被適配為接收來(lái)自電力發(fā)電機(jī)的AC輸出電壓或基于所述AC輸出電壓的AC電壓。
[0011]本發(fā)明的該方面基于如下思想:電力發(fā)電機(jī)和HVDC傳輸系統(tǒng)之間的連接被分到第一路徑(由第一單元形成)和第二路徑(由第二單元形成)中。第一路徑用于將來(lái)自電力發(fā)電機(jī)的AC輸出電壓轉(zhuǎn)換為用于HVDC傳輸系統(tǒng)的適當(dāng)?shù)腄C輸入電壓，即，第一單元包括用于增加AC電壓的變壓器和把被增加的AC電壓水平整流為用于HVDC傳輸系統(tǒng)的DC輸入電壓的全橋整流器。因此，第一單元對(duì)從電力發(fā)電機(jī)到HVDC傳輸系統(tǒng)中的電力的實(shí)際(或主要)傳輸進(jìn)行處置。第二路徑用于生成控制/電壓和/或控制電流，即，第二單元包括專用于執(zhí)行控制和校正功能而非電力傳輸?shù)腜WM全橋轉(zhuǎn)換器。換言之，由第一單元的簡(jiǎn)單的和成本有效的全橋整流器來(lái)處置電力傳輸，而由PWM全橋轉(zhuǎn)換器來(lái)處置控制和校正功能。因?yàn)榈诙卧腜WM全橋轉(zhuǎn)換器將不必須處置與第一單元的全橋整流器相同的電力水平，所以第二單元的PWM全橋轉(zhuǎn)換器不需要近乎于像被設(shè)計(jì)為處置電力傳輸和控制功能兩者的PWM全橋轉(zhuǎn)換器那么復(fù)雜(并且因此昂貴)。相應(yīng)地，根據(jù)本發(fā)明的該方面的裝置提供把電力從電力發(fā)電機(jī)(諸如離岸風(fēng)輪機(jī)或風(fēng)力田)饋送到HVDC傳輸系統(tǒng)中的簡(jiǎn)單的和成本有效的方式。
[0012]在本上下文中，術(shù)語(yǔ)“全橋整流器”可以特別地指示利用無(wú)源部件的整流器，而術(shù)語(yǔ)“PWM全橋轉(zhuǎn)換器”特別地可以指示利用有源部件的轉(zhuǎn)換器。
[0013]第二單元的PWM全橋轉(zhuǎn)換器被適配為接收來(lái)自電力發(fā)電機(jī)的AC輸出電壓或基于來(lái)自電力發(fā)電機(jī)的AC輸出電壓的(或者從來(lái)自電力發(fā)電機(jī)的AC輸出電壓推導(dǎo)出的)AC電壓。在后者的情況下，PWM全橋轉(zhuǎn)換器可以例如經(jīng)由與來(lái)自電力發(fā)電機(jī)的AC輸出電壓相比將電壓升高的變壓器來(lái)接收AC電壓。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，變壓器包括:(a) —組初級(jí)繞組，用于從電力發(fā)電機(jī)接收AC輸出電壓；(b)第一組次級(jí)繞組，被耦合到第一單元的全橋整流器的輸入；以及(c)第二組次級(jí)繞組，被耦合到第二單元的PWM全橋轉(zhuǎn)換器的輸入。
[0015]考慮來(lái)自電力發(fā)電機(jī)的AC輸出電壓來(lái)選取第一組次級(jí)繞組中的匝數(shù)和該一組初級(jí)繞組中的匝數(shù)之間的關(guān)系，以使得第一單元的全橋整流器的經(jīng)整流的DC輸出電壓與HVDC傳輸系統(tǒng)的所要求的DC輸入電壓對(duì)應(yīng)，例如，使得690 V AC輸出電壓被轉(zhuǎn)換為800 kVDC電壓。
[0016]類似地，考慮來(lái)自電力發(fā)電機(jī)的AC輸出電壓和在PWM全橋轉(zhuǎn)換器的輸出處的DC電壓來(lái)選取第二組次級(jí)繞組中的匝數(shù)和該一組初級(jí)繞組中的匝數(shù)之間的關(guān)系。
[0017]第二組次級(jí)繞組中的匝數(shù)可以等于或小于第一組次級(jí)繞組中的匝數(shù)。
[0018]來(lái)自電力發(fā)電機(jī)的AC輸出電壓可以優(yōu)選地為3相AC電壓。在該情況下，該一組初級(jí)繞組、第一組次級(jí)繞組和第二組次級(jí)繞組中的每個(gè)可以優(yōu)選地包括3個(gè)繞組，即，每相一個(gè)繞組。
[0019]在該實(shí)施例中，變壓器的這兩(S卩，第一和第二)組次級(jí)繞組把來(lái)自電力發(fā)電機(jī)的輸出電力分成被提供到第一單元的第一部分和被提供到第二單元提的第二部分。
[0020]相應(yīng)地，該實(shí)施例與常規(guī)的HVDC連接裝置的不同之處在于，變壓器被提供有與第一組次級(jí)繞組共享同一芯的第二組次級(jí)繞組，并且不同之處在于，第二組次級(jí)繞組被耦合到專用于生成變壓器中的控制電壓和/或控制電流的轉(zhuǎn)換器，例如，用于諧波控制、效率控制、HVDC電壓調(diào)節(jié)等。
[0021]因此，本實(shí)施例易于在不修改電力發(fā)電機(jī)的情況下在現(xiàn)有系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例，電力發(fā)電機(jī)包括:發(fā)電機(jī)單元，發(fā)電機(jī)單元具有定子和被可旋轉(zhuǎn)地支承的轉(zhuǎn)子，定子包括第一組繞組和第二組繞組，轉(zhuǎn)子被適配為在轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子旋轉(zhuǎn)時(shí)在第一組繞組中和在第二組繞組中感應(yīng)出電壓。更進(jìn)一步地，第一單元的變壓器的該一組初級(jí)繞組被耦合到定子的第一組繞組，并且第二單元包括進(jìn)一步的PWM全橋轉(zhuǎn)換器，PWM全橋轉(zhuǎn)換器具有被耦合到定子的第二組繞組的輸入。
[0023]換言之，在根據(jù)該實(shí)施例的裝置中，第二單元包括兩個(gè)PWM全橋轉(zhuǎn)換器，即，一個(gè)轉(zhuǎn)換器被耦合到如以上所描述的第一單元的變壓器的第二組次級(jí)繞組，并且進(jìn)一步的轉(zhuǎn)換器被耦合到定子的第二組繞組。
[0024]在該實(shí)施例中，該進(jìn)一步的PWM全橋轉(zhuǎn)換器可以特別地被專用于用于發(fā)電機(jī)單元的控制電壓和/或控制電流的生成，即，被專用于執(zhí)行與來(lái)自發(fā)電機(jī)單元的輸出有關(guān)的控制和調(diào)節(jié)功能，而另一(即，第一)PWM全橋轉(zhuǎn)換器(即，被耦合到第一單元的變壓器的第二組次級(jí)繞組的那個(gè)PW