用于消除高压直流输电线故障的方法及通过高压直流输电线和变流器传输电流的装置

摘要

为了能够可靠地以相对低的支出消除通过自换相式变流器（1）连接到交流电压网（17）的高压直流输电线（19）上的故障，借助控制以模块化设计实施的变流器（1）的相支路（4，5，6；7，8，9）中的各自至少一个H电桥子模块（36，37，38；39，40，41），在产生电弧电压的反相电压的条件下，降低在故障时流过的短路电流。本发明还涉及一种通过高压直流输电线和变流器传输电流的装置。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于消除高压直流输电线故障的方法，交流电压网通过 自换相式变流器与所述高压直流输电线连接。

背景技术

这类方法从欧洲专利文献EP0867998B1的译文DE69837414T2 2007.12.20中为公众所知。也就是说，该出版物使得一种通过电力装置进行 高压直流传输的方法为公众获悉，包括具有两根输电线的直流电压网和通过 变流器连接在该输电线上的交流电压网。对于所述公知方法，为了在故障情 况下（例如是在直流电压网中的接地故障）快速限制电流，在其中一根输电 线中使用了由至少一个阻断半导体元件和过过压防护放电器组成的并联电 路。在正常工作下，该阻断半导体元件保持接通，而在直流电压网侧出现故 障时，由控制设备借助高频交替地阻断和接通该阻断半导体元件，由此产生 电流限制以及恰当时也产生电流中断。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，建议一种用于消除高压直流输电线故障的 方法，所述方法能够以相对小的支出可靠地实施。

为了解决所述技术问题，在开头提出的方法中，按照本发明当高压直流 输电线出现故障时，为了熄灭在该高压直流输电线上的电弧，借助控制以具 有多个半桥式子模块的模块化设计实施的变流器的各个相支路中的各自至 少一个H电桥子模块，在产生电弧电压的反相电压的条件下，降低在故障 时流过的短路电流。H电桥子模块例如从文章“New Concept for High  Voltage-Modular Multilevel Converter，PESC2004Conference in Aachen， Germany”中公知。

在由于短路而引起开关断开之后，立即对各自至少一个H电桥子模块 进行控制，所述开关被安置在变流器远离高压直流输电线一侧的交流电压网 中。

在故障情况下，按照本发明的方法以有利的方式无需额外在高压直流输 电线旁或在高压直流输电线内的电路元件来中断电流。因为这些电路元件 在无故障情况下导致额外的损耗。相反地，按照本发明的方法只需要使用 具有至少一个H电桥子模块的模块化设计的自换相式变流器，并且在故障 情况下，在断开交流电压网中的开关之后如此控制，以产生电弧电压的反 相电压，对比缺少按照本发明的技术方案的情况，由此明显更快地降低了 从模块化设计的自换相式变流器的电感中以及从在该变流器的直流电压接 口和故障位置之间有效的电感中流出的、经过故障位置的电流。在此，H电 桥子模块的数量取决于各自要产生的反相电压的数值。通常的变流器子模 块可以是半桥式子模块，其对整个变流器的制造成本产生有利影响。另外， 由此使变流器中的损耗保持较小。半桥式子模块也例如在文章“New Concept  for High Voltage-Modular Multilevel Converter，PESC2004Conference in  Aachen，Germany”中公知。

在按照本发明的方法中，优选使用这样的变流器，其H电桥子模块的 数量相对少于半桥式子模块的数量。也就是说，为了降低制造成本，并为了 降低损耗，使用了具有各自尽可能少的H电桥子模块而具有尽可能多的半 桥式子模块的变流器。

在按照本发明的方法中，所述变流器能够根据能量流动方向作为整流器 或作为逆变器运行。

本发明还涉及一种通过高压直流输电线传输电流的装置，交流电压网通 过自换相式变流器与所述装置连接。

以按照开头提出的现有技术的这类装置为前提，本发明也要解决的技术 问题是，继续研制所述装置，使其在小损耗的情况下能够以相对小的支出消 除在直流电压网中的故障。

为了解决该技术问题，按照本发明实施了以模块化设计的变流器，并且 该变流器在其各个相支路中具有各自至少一个、位于带有多个半桥式子模块 的串联电路中的H电桥子模块。

借助这样的变流器，在由于短路而引起在交流电压网中的开关断开之 后，按照本发明的装置在控制其至少一个H电桥子模块的情况下，即当故 障时产生电弧电压的反相电压的情况下，能够相对快速地降低短路电流，直 到消除该故障。在此，在高压直流输电线无故障时，所述装置正常工作下， 保持损耗相对较小，因为按照本发明的装置通过相应地控制变流器本身或其 H电桥子模块而无需直流电压网中的额外的阻断元件和过过压防护放电器 即已足够使用。

为了保持小的制造费用和电损耗，对于按照本发明的装置，在串联电路 中H电桥子模块的数量相对少于半桥式子模块的数量。

在按照本发明的装置中，所述变流器既能够作为整流器使用，也能够作 为逆变器使用。

本发明还要解决的技术问题是，建议一种变流器，其能够有利地被安装 在高压直流输电线和交流电压网之间。

为了解决该技术问题，所述变流器按照本发明以模块化设计实施，并且 在其各个相支路中具有各自至少一个、位于带有多个半桥式子模块的串联电 路中的H电桥子模块。

按照本发明的变流器的主要优点在于，在由于短路而引起与该变流器相 连的交流电压网中的开关断开之后，通过控制该变流器的子模块能够快速消 除在高压直流输电线上的故障。另外，通过使用H电桥子模块限制了在直 流电压侧的短路电流大小，而无需在架空线上的额外的开关元件。另外，这 样的变流器由于其相对少的H电桥子模块而相对低损耗。

按照本发明的变流器的优选方式在于，在串联电路中H电桥子模块的 数量相对少于半桥式子模块的数量。

附图说明

为了进一步解释本发明，给出：

图1示出了用于执行按照本发明的方法的装置的实施例，具有交流 电压侧可操作的开关；以及

图2示出了按照本发明的变流器的实施例。

具体实施方式

在图1中示出的装置具有仅示意性示出的自换相式变流器1，其以公知 的方式由这里仅按照框图类型示出的正极侧的变流器部分2和负极侧的变 流器部分3组成，具有相支路4、5和6或者7、8和9。在通常方式下，所 述变流器1通过线圈11p、12p和13p或11n、12n和13n与交流电压网17 的三根相线导体14、15和16相连。但是，该线圈也可以被安置在所述变流 器1的直流电压侧，如在图1中使用附图标记11p’至13n’虚线表示的一样。

在所述变流器1远离交流电压网17的一侧，高压直流输电线19在两侧 上借助其两根输电线20和21与该变流器连接。在输电线21中连接了装置 22，其用于探测在高压直流输电线19故障情况下流经的短路电流，在故障 情况下由该装置通过虚线示出的电连接23激起在相线导体14、15和16中 的开关24、25和26的操作。被断开的开关24至26中断了在交流电压网 17和高压直流输电线19之间的连接。

在图2中示出了按照图1的自换相式变流器1的细节，附带其正极侧的 变流器部分2和负极侧的变流器部分3。每个变流器部分2和3由三个正极 侧的相支路4、5和6及由三个负极侧的相支路7、8和9组成。就每个相支 路4至9而言，正极侧和负极侧各自由N个子模块组成，其中正极侧的相支 路4至6各自具有数量为k的半桥式子模块30、31和32，并且负极侧的相 支路7至9同样具有数量为k的半桥式子模块33、34和35。在每个相模块 4至6以及7至9中，串联了k个半桥式子模块30至32或33至35以及N-k 个H电桥子模块36、37和38或39、40和41。

如果在高压直流输电线19上出现故障，由装置22探测到与故障同时出 现的短路电流，所述装置22断开开关24至26，由此使得交流电压网17与 高压直流输电线19分离。然而，由于在线圈11p至13p以及11n至13n，以 及在直流电压侧有效的电感（例如连接在直流电压侧作为直流输电线直到故 障位置的电缆的电感，或者连接在直流电压侧直到故障位置的架空线的电 感）中储存的电能，仍有短路电流流向在高压直流输电线19上的故障位置。 为了快速降低该电流，并从而消除在高压直流输电线19上的故障，通过控 制设备（为更清晰起见未在图中示出）控制H电桥子模块36至40，从而产 生故障位置电压或电弧电压的反相电压，该反相电压在消除高压直流输电线 19故障的条件下，快速降低短路电流。在此，选择H电桥子模块36至41 的数量N-K为这样大，从而能够产生足够高的反相电压，并由此可以在故 障消除同时快速降低短路电流。另外，在适当控制下，H电桥子模块也能降 低短路电流的大小。

在此，以合适方式保持H电桥子模块的数量N-k相对少，这会对自换 相式变流器1的组件成本产生有利影响，而支出少的半桥式子模块30至35 的数量k则相对多。