具有充油电抗器的功率变换器的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及用于在高电压DC连接和高电压AC连接之间传输功率的功率变换器。
【背景技术】
[0002 ] 在HVDC (高电压直流)应用中，功率变换器用于在AC (交流)电网和DC (直流)之间变换。
[0003]功率变换器通常在AC侧上提供有电抗器，部分作为功率变换器的组成部分，并且也充当过滤器用于提供适合的AC波形。然而，用于高电压应用的电抗器占据大量空间。而且，尺寸严重限制能够放置电抗器的地方，从而引起不灵活的安装拓扑。
【发明内容】
[0004]目的是提供具有小型电抗器的功率变换器。
[0005]根据第一方面，提供用于在高电压DC连接和高电压AC连接之间传输功率的功率变换器。功率变换器包括功率变换器组合件，该功率变换器组合件包括:串联地连接在DC连接的正端子和负端子之间的第一变换器臂、第一电抗器、第二电抗器和第二变换器臂。高电压AC连接提供在第一变换器臂和第二变换器臂之间。变换器臂的每一个包括多个变换器单元，并且变换器单元的每一个包括开关元件和能量存储元件。第一电抗器和第二电抗器都是充油电抗器。
[0006]与使单个开关(例如晶闸管)取代相应变换器臂相比，具有变换器单元的变换器臂(也被称为多级变换器)的使用允许变换器单元的每一个的个别控制，因此每个开关导致AC连接上的相对小电压阶跃。降低的电压差使多级变换器结构容许电抗器中的更大的寄生电容。这允许显著小于对应的充气电抗器的充油电抗器的使用。
[0007]降低的尺寸例如对于其中空间被特别限制的离岸(off-shore)应用非常重要。此夕卜，充油电抗器的小尺寸允许更灵活的安装，因为电抗器能够在各种位置中放置。而且，具有充油电抗器的安装对于操作者更安全，因为空气中的高电压基本上被避免。
[0008]AC连接可包括提供在具有开口端的外壳内的导体，从而在AC连接被连接时允许充油AC连接。开口端可形成套管的一部分。这种实施例允许到诸如开关设备或变压器的充油连接，这进一步增加安全性。
[0009]功率变换器可进一步包括串联地布置在DC连接的正端子和负端子之间的DC侧电容器。
[0010]变换器单元可以是全桥变换器单元。
[0011]变换器单元可以是半桥变换器单元。
[0012]可选地，变换器单元能够是形成多级桥配置的一部分的任何其他类型的单元。
[0013]第一电抗器和第二电抗器都可以提供有铁芯。铁芯增加效率并且降低周围磁场。
[0014]功率变换器可包括用于在公共高电压DC连接和三相高电压AC连接之间的连接的三个功率变换器组合件。这实现三相功率变换器。
[0015]—般来说，权利要求书中所使用的所有术语要根据它们在技术领域中的普通含义来解释，除非本文另有明确限定。对于“一 / 一个/该元件、设备、组件、部件、步骤等”的所有参考要公开地解释为指的是元件、设备、组件、部件、步骤等的至少一个实例，除非另有明确规定。除非明确规定，本文所公开的任何方法的步骤不必以所公开的精确的顺序来执行。
【附图说明】
[0016]现在参考附图通过示例来描述本发明，附图中:
[0017]图1是用于在DC和AC之间变换功率的单相功率变换器的示意图；
[0018]图2是用于在DC和AC之间变换功率的三相功率变换器的示意图；
[0019]图3是图示由单个功率变换器组合件所表示的图1和图2的功率变换器组合件的实施例的示意图；
[0020]图4是通过图3的AC连接的实施例的示意纵向视图；
[0021]图5是图3的AC连接的实施例的示意截面；
[0022]图6是图示图3的变换器臂的可能变换器单元布置的示意图；以及
[0023]图7A-C是图示图6的变换器臂的变换器单元的实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0024]现在将在下文参考附图更全面地描述本发明，在附图中示出本发明的某些实施例。然而，本发明可以以许多不同形式来体现并且不应解释为限制于本文所阐述的实施例；而是，这些实施例通过示例来提供，使得本公开将是彻底的和完整的，并且将全面地传达本发明的范围给本领域的技术人员。相似数字在说明书中指的是相似元件。
[0025]图1是用于在DC和AC之间变换功率的功率变换器I的示意图。功率变换器I在高电压DC连接81和高电压AC连接80之间以任一方向变换功率。DC连接81包括正端子DC+和负端子DC-AC连接80包括相端子AC ο接地端子也可被提供(未示出)。功率能够从DC流到AC，或反之亦然。功率变换器I包括执行实际功率变换的功率变换器组合件6。在功率变换器I和功率变换器组合件6之间这种划分不需要由不同的物理对象来表示，因此功率变换器I和功率变换器组合件6能够实际上是相同装置。
[0026]关于电压，正的和负的在这里要解释为互相相对的术语并且不是绝对的。换言之，DC连接81的正连接DC+具有比DC连接81的负端子DC-更高的电压。因此，例如，正端子或负端子能够处于接地电位。在这种情况下，DC连接的一个能够使用接地连接来取代，由此提供单级系统。
[0027]图2是用于在DC和AC之间变换功率的三相功率变换器I的示意图。三相功率变换器I在这里包括三个功率变换器组合件6a_c。以这种方法，AC连接在这里包括三个相端子80a、80b和80c以能够提供三相连接例如到AC电网、AC功率源或AC功率负载。可选地，AC接地端子也被提供(未示出)。对于除了三相之外，对应的多级功率变换器能够通过将与存在相的相同数量的功率变换器组合件连接来实现。以这种方法，能够提供用于相的任何适合数量(例如两个、四个、五个、六个等)的相的多级功率变换器。
[0028]图3是图示在这里由单个功率变换器组合件6所表示的图1和图2的功率变换器组合件6，6a-c的实施例的示意图。功率变换器组合件6包括:串联地连接在DC连接81的正端子和负端子DC+、DC-之间的第一变换器臂13a、第一电抗器15a、第二电抗器15b和第二变换器臂13b。尽管电抗器15a_b在这里示为提供在变换器臂13a_b的内侧，但是电抗器能够备选地或另外地提供在变换器13a-b和DC连接81的相应的DC端子DC+、DC-之间。电抗器15a-b充当过滤器以在AC连接80上提供充分正弦(或正方形、锯齿形等)的波形。电抗器15a-b可选地提供有铁芯。铁芯增加效率并且降低任何周围磁场。
[0029]AC连接80提供在第一变换器臂13a和第二变换器臂13b之间。由于如图3所示的在第一变换器臂13a和第二变换器臂13b之间的第一电抗器15a和第二电抗器15b的放置，AC连接80提供在第一电抗器15a和第二电抗器15b之间。
[0030]DC侧电容器12可选地布置在正和负DC端子DC+、DC-以允许AC电流以最小影响来流通。可选地，在使用诸如图2所示的多级功率变换器的多级变换器I时，DC侧电容器12能够被省略，因为AC电流能够在变换器组合件各种相的DC侧之间流通。
[0031]功率变换器组合件是多级变换器，因此变换器臂13a_b的每一个包括多个变换器单元。变换器单元能够被个别控制以在变换中实现更细粒度，例如以便实现更正弦(或正方形、锯齿形等)的功率变换。而且，与使单个开关(例如晶闸管)取代相应的变换器臂13a_b相比，通过变换器单元每一个的个别控制，每个开关导致AC连接上的相对小的电压差。与单个开关情形相比，因为每个开关导致AC连接上的更小电压差，所以电抗器15a-b中的寄生电容的影响大大降低。对寄生电容的这个降低敏感度通过提供充油的电抗器15a_b在本文所提出的实施例中来利用。充油电抗器15a_b暗示比充气电抗器更高的寄生电感，但这在实现为对于寄生电感不太敏感的多级变换器的一部分时是可接受的。
[0032]与充气电抗器相比，因为油的介电常数更大，将电抗器15a_b实现为充油电抗器显著降低电抗器15a_b的尺寸。油能够例如是矿物油、硅油、蓖麻油或合成酯油，只要实现足够高的介电常数。备选地，电抗器能够使用另一种适合介电液体或气体例如六氟化硫(SF6)或八氟环丁烷(R-C318)或甚至介电固体例如环氧树脂来填充。
[0033]这降低的尺寸例如