CN101258671A

CN101258671A - 用于电能传输的设备

Info

Publication number: CN101258671A
Application number: CNA2005800515295A
Authority: CN
Inventors: 马克·戴维斯; 约格·多恩; 哈特马特·黄; 迪特马·雷茨曼
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-09-09
Filing date: 2005-09-09
Publication date: 2008-09-03

Abstract

为了提供一种用于电能传输的设备，利用该设备改善了在能量分配网络中或者之间的传输特性，该设备包括至少一个换流器，其中，每个换流器具有分别拥有由开关元件组成的串联电路的相位元件，这些开关元件分别包括至少两个可断开的功率半导体以及至少两个分别与所述功率半导体并联的空转二极管和能量存储装置，建议：相位元件分别具有至少两个相互并联连接的并联支路，所述并联支路分别带有由开关元件组成的串联电路。

Description

用于电能传输的设备

技术领域

本发明涉及一种用于电能传输的设备，该设备包括至少一个换流器，其中，每个换流器具有分别拥有至少一个由开关元件组成的串联电路的相位元件，这些开关元件分别包括至少两个可断开的功率半导体以及至少两个分别与所述功率半导体并联的空转二极管和能量存储装置。

背景技术

DE 10103031A1已经公开这种设备。在那里公开一种具有多个作为能量存储器的电容器的换流器，这些电容器分别被配设给各个开关元件。其中，开关元件拥有带有并联的空转二极管的可断开的功率半导体。通过采用多个可以单个接通的电容器可以对可由换流器所产生的电压进行调节，该调节与其开关元件同一个中心的、所有开关元件公共的能量存储器相协作的换流器的电压调节相比，更为精确或者换言之更为细致。

在能量分配的领域中，通常将换流器在构成短连接(Kurzkupplung)的条件下在直流电一侧相互连接并且在交流电一侧与第一或第二传输网络耦合。例如，通过该短连接相互连接的传输网络可以具有不同的电压水平、频率、相位或中点操纵(Sternpunktbehandlungen)。通过对短连接适当的调节，可以在第一和第二能量网络中或之间有针对性地传输有功功率和/或无功功率。

除了短连接之外，在能量传输和分配领域中，换流器被用于所谓的高压直流输电(

)设备和所谓的灵活交流传输***(Flexible ACTransmission System，FACTS)中。在其这种类型的应用中，换流器具有在线路换相技术(netzgeführter Technik)中起作用的功率半导体、例如可控硅。不过，在自换相拓扑结构(selbstgeführte Topologie)中也采用可断开的功率半导体、例如所谓的绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)。在带有可断开的功率半导体的所谓的电压源换流器(Voltage Sourced Converter，VSC)中，需要能量临时存储器、通常是电容器。在带有自换相的换流器以及作为能量临时存储器的电容器的装置中，缺点是由于所采用的电容器的大小而对传输功率造成的限制。在故障情况下，极其高的短路电流可以导致设备的损坏。因此，迄今为止利用这种装置在实践中仅仅实现了直到大约±150kV的传输电压以及大约300至500兆瓦的传输功率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种本文开始部分所述类型的设备，利用该设备可以更为细致地调节可由换流器产生的电压。

本发明如下地解决上述技术问题：所述相位元件分别具有至少两个相互并联连接的并联支路，所述并联支路分别带有开关元件的串联电路。

按照本发明，每个相位元件具有至少两个并联支路。每个并联支路由开关元件的串联电路组成，分别为这些开关元件配设有能量存储装置。因此，按照本发明换流器所需要的容量可以被分布到较大数量的能量存储装置上，这些能量存储装置可以被单独地接通。按照这种方式，允许对可以由换流器所产生的电压进行更为精确的调节或者换言之更为细致的分级。该可细致分级的电压可以在本发明的范围内在任意的应用中采用。例如，按照本发明的设备与负载接头或者传输网络连接。该传输网络具有一个或多个相位，并且被设置用于引导交流电。在本发明的范围内，交流电压既被理解为基本的振荡参数、又被理解为时间上任意改变的电压变化。

在DE 10103031A1中描述了开关元件的结构和功能，在此将该文献全部作为本发明公开的一部分。在这种开关元件的串联电路中具有优势的是，将所存储的能量分配到多个分别较小的能量存储装置中，从而克服在单个诸如电容器的能量存储装置的布置中的电压限制或者功率限制。此外，通过这些分布的能量存储装置相对于具有仅仅一个公共的能量存储装置的设备来说允许对由换流器所提供的电压的更细的分级，从而减小用于在该设备的连接点上的平滑和滤波的开销。例如，显著地简化了换流器在传输网络或负载上的耦合。在本发明的范围内省略了昂贵的磁性耦合措施(例如通过变压器绕组的串联电路的耦合)。此外，按照本发明保证了运行可靠性的提高，因为在单个开关元件的(例如通过短路造成的)故障的情况下，其它开关元件保持如同此前一样地起作用。相位元件的单个开关元件如同可控制的电压源一样起作用，并且具有三个可能的状态。在第一状态中，开关元件的端子电压等于电容器电压。在第二状态中，开关元件的端子电压除了可断开的功率半导体或者空转二极管的导通电压之外几乎等于零，其中，第三状态被设置用于故障情况。

按照本发明，所述设备是模块化构造。该模块化构造通过本身又被细分为开关元件的相位元件实现。开关元件或者是相同的并且特别是利用相同的能量存储装置构造的，从而具有相同的存储能力。不过，与此不同在本发明的范围内也可以采用具有不同的容量设计的组合。

在本发明的一种合适的扩展中，每个并联支路具有偶数个开关元件，其中，用于将各个相位元件连接到负载或传输网络上的接头被连接在该并联支路的中间。设置在串联电路中间的接头的前提是偶数个开关元件。其中，所有开关元件是相同构造的。换言之，每个相位元件相对于该接头对称地构造。例如，对称构造的相位元件的串联电路一侧的开关元件处于在更前面所描述的第一状态，而另一侧的开关元件处于同样在更前面所描述的第二状态，或者反过来。利用这种控制则实现了最大的电压值。如果将一个或者多个在各自一侧上的开关元件控制为分别另一种状态，则形成了具有单个开关元件的电压的高度的电压分级。

不过，在本发明的范围内，也可以采用带有奇数个开关元件的相位元件和/或具有非居中的负载接头或网络接头的相位元件。各个开关元件例如被设计用于相同的或不同的电压，并且被适当地以二进制或其它进制不同地分级，由此在相同数量的开关元件的条件下可以实现比对于相同的电压情况更细致的调整。

在一种合适的扩展中，换流器的多个相位元件相互并联连接。在此，相位元件构成一种桥接电路。换流器如同本身公知的所谓的电压源换流器(VSC)那样起作用，并且因此可以按照具有优势的方式与传输网络、直流电导线或负载连接。在此，换流器例如产生多相位的交流电。通过合适的调节装置，可以选择性地影响耦合到传输网络中的交流电的零相角和/或幅度，并且是相互独立地进行影响。概念零相角被理解为交流电压和参考值之间的相位差，该参考值取决于分别对按照本发明的设备所提出的要求。因此，仅仅作为举例，这里将在连接点上的传输网络的交流电流称为参考值。因此，这种换流器也可以例如作为有源的滤波元件代替或者与无源滤波器(例如RC电路)组合地，用于对在低于和/或高于电网频率(次谐波、超次谐波)的频率范围内的电压失真进行有源滤波，和/或用于补偿电压的不对称。在此，耦合入这种来自换流器的电压，从而消除例如通过负的干扰造成的正弦形式的电压偏差。

具有优势的是，在带有三个相互并联的相位元件的按照本发明的换流器的应用中，在直流电一侧没有能量存储装置与直流电导线连接，因为相位元件的各个开关元件本身具有能量存储装置，该装置既用作能量存储器、又用于在直流电一侧上进行电压平滑。在第二换流器中采用三个相互并联的相位元件使得通过带有能量存储装置的开关元件能够产生可以更细致分级的多相位交流电，以便例如耦合到所连接的交流电网中。

此外，这种电压源换流器也可以在直流传输中作为逆变器使用。这样，该换流器或者更确切为逆变器包括例如三个按照公知的桥接电路的相互并联连接的相位元件。具有两个并联连接的相位元件的装置还提供了将用于直流传输的逆变器连接到仅仅具有单个相位(例如通过耦合变压器)的传输网络上或者连接到具有多个相位的传输网络上的简单可能性。在本发明的范围中，直流传输的概念既包括高压直流传输()、也包括中压直流传输(

)和低压直流传输(

)。

在另一种实施方式中，多个相位元件相互串联连接。这种布置同样地如同电压源换流器一样起作用，并且例如可以在直流传输设备中起到逆变器的作用。在此，该串联电路允许在预定的功率下传输较高的直流电压、即具有较低的电流和因此较低的损耗。

在一种优选的扩展中，与所述相位元件并联地设置能量存储装置。这些额外的能量存储装置被用于进一步的平滑和稳定。

在另一种实施方式中，每个相位元件具有至少一个阻抗，或者通过至少一个阻抗与另一个相位元件连接。这种在最简单的情况下作为线圈构成的阻抗，按照优选的方式起到限制可能在各个相位元件之间(例如由于电压波动或者电压不对称)出现的电路电流的作用。此外，可以这样构造这些阻抗：使得在故障情况下限制了电流上升陡度和/或电流幅度。在此，该阻抗例如或者与相位元件或相位元件的单个开关元件串联连接，或者被(例如按照具有优势的模块化结构方式)集成在开关元件中。

在一种优选的实施方式中，至少一个换流器可以与传输网络或直流电导线并联地连接。这种布置起到对于无功功率和/或有功功率控制的所谓的并联补偿，并且实现了例如用于衰减不希望的功率摆动和/或次同步谐振和/或次谐波或超次谐波的动态调节功能。该具有优势的扩展还例如用于电压对称化。

特别具有优势的是，与公知的并联补偿设备相比，在按照本发明扩展的设备中，通过已经在上面描述的开关元件的串联电路可以将可以细致分级的交流电耦合入传输导线中，其中，用于产生交流电的能量被存储在单个开关元件的分布的能量存储装置中，而在公知的设备中单个的电容器被用作能量存储器并且由于其大小的原因而起到对该设备的传输电压和功率的限制性元件的作用。因此，利用带有在每个开关元件中的能量存储装置的按照本发明的设备可以更加细致地调整待耦合入的电压。

在另一种实施方式中，至少一个换流器可以与传输网络串联地连接。通过主动地接通和/或耦合入在大小和/或相位上变化的电压，这种连接同样用于对传输网络的无功功率和/或有功功率惊醒控制，包括已经描述的动态调节功能。优选地，按照本发明的设备包括多个换流器，这些换流器中一个与传输网络并联而一个与传输网络串联。通过主动地耦合入两个在大小和/或相位上动态地变化的电压，改善了对于传输网络的无功功率和/或有功功率控制或者已经描述的动态调节功能。传输网络例如是单相位或多相位的传输导线。

在一种不同的实施方式中，每个换流器与直流电压源连接。根据该合适的扩展，可以在该直流电压源与换流器之间产生直流电压。该换流器或者更确切为逆变器则用于将直流电变换成交流电。不过，换流器作为整流器或者逆变器的作用方式是可以任意选择的。

根据一种与此相关的合适的扩展，直流电压源是整流的换流器。根据该具有优势的扩展，例如设置两个换流器。这样，两个换流器作为直流输电设备或者短连接的直流端相互连接的逆变器工作。通过对换流器的适当的调节可以确定待传输的有功功率和/或无功功率和/或它们各自的分量。

整流的换流器优选地与至少两个换流器连接。这样一种设备也被称为多终端设备。

具有优势的是，换流器在构成短连接的条件下直接地相互连接。这种设备也被称为背对背(back to back)直流传输设备。该短连接在本发明的范围内包括例如两个直流端相互连接的换流器。与此不同的是，短连接包括多个直流端相互连接的换流器。例如，这种多终端的短连接允许多个传输网络的连接，其中可以有针对性地控制在这些网络之间的负载流(Lastfluss)。

根据一种与此不同的实施例，换流器借助于直流电导线相互连接。按照这种方式，提供了一种所谓的直流远距离传输设备。该直流远距离传输设备可以同样具有仅仅两个或者多个换流器。在相互远离布置的换流器的情况下，通过适当的数据传输在换流器之间传输调节的额定参数。具有优势的是，将这种直流远距离传输设备的换流器相互距离数公里地布置。

在一种合适的扩展中，所述直流电导线是单极的或者双极的。双极的直流电导线允许传输更高的功率。单极的直流电导线(其通过地或者在海底电缆的情况下通过水反馈直流电)带来造价低廉的设备。在按照本发明的远距离传输设备的交流电一侧上的单相的或者双相的直流电导线传输网络，使得可以连接到专用网络上、例如用于铁路供电的网络。自然地，在本发明的范围内多极的直流电导线也是可能的。直流输电原则上利用任意构造的直流电导线进行。

不过，具有优势的是，所述直流电导线至少部分地是气体绝缘的传输导线、电缆和/或架空线。自然地，在本发明的范围内这些导线的组合也是可以的。与电缆(也包括与架空线的组合)相比，气体绝缘的传输导线(GIL)的特别的优点在于，对动态调节和保护功能的更好的可控制性，因为该气体绝缘的导线具有更小的充电容量。一种按照这种方式进一步开发的本发明的设备例如用于直流远距离传输，以便从单相位或多相位的交流电中借助于第一整流器产生直流电。

在该扩展的另一种实施方式中，所述直流电导线是通过阻抗(在最简单的情况下通过线圈)构成的。例如，利用作为直流电导线的线圈可以构成本身公知的所谓短连接，其中，线圈承担了诸如平滑、限制电流和/或限制上升陡度的功能。

在一种合适的实施方式中，换流器具有线路换相的功率半导体。设备的这种实施允许降低设备开销，该设备带有一个这样的换流器，即该换流器例如具有由线路换相的功率半导体(例如可控硅，或者在最简单的情况下的代替可断开的功率半导体的二极管)组成的桥接电路。

在一种合适的实施方式中，所述开关元件分别并联连接另一个二极管。这种另一个二极管例如是本身公知的压力接触二极管，诸如板式光电二极管(Scheibenzellendiode)，或者是在压力接触的电子模块中集成的二极管，该二极管可以在一个或多个开关元件出现故障的情况下通过调节器的对应的控制而构造成对出故障的开关元件的桥接，由此允许换流器继续运行。在此，通过适当地控制尚且完好的开关元件在有故障的开关元件上有针对性地建立短时间的过压，使得并联连接的二极管完全熔合(durchlegieren)，并且直到下一次维护周期中的更换之前一直保持将损坏的开关元件桥接。此外，功率半导体中集成的空转二极管也可以具有开关元件的这种在故障情况下的桥接功能。

根据在这里所选择的术语，能量存储装置包括例如电池、飞轮或超级电容(Super-Caps)的能量存储器以及电容器。这些能量存储器与电容器相比具有显著更高的能量密度。这具有这样的优点：即使在传输网络或者在直流电导线中较长的电压断开的情况下，也保持了具有对无功功率和/或有功功率控制以及已经描述的动态调节功能。采用带有高的能量密度的能量存储装置的结果是***的更好的可用性。

具有优势的是，所述能量存储装置至少部分是电容器。电容器与目前公知的能量存储器相比是造价低廉的。

具有优势的是，至少两个并联支路借助于变压器绕组相互连接。与此不同的是，至少两个并联支路相互通过一个并联支路连接电流地连接。该借助于并联支路连接的电流连接允许变压器的造价低廉的构造方式，该变压器用于将按照本发明的设备连接到传输网络或者负载上。

在一种优选的实施方式中，换流器借助于能量存储器与所述直流电导线连接。在采用带有高的能量密度的能量存储器的条件下，这种连接形成了***的更好的可用性。在按照本发明的这种扩展中，作为能量存储器也考虑例如上面提到的除了超级电容之外的能量存储器。串联或者并联地将能量存储器连接到直流电导线上。

具有优势的是，该设备构成直流传输设备和/或所谓的FACTS(FlexibleAC Transmission System，灵活交流传输***)，并且在此提供细致分级的输出电压。另一个优点是，在没有昂贵的磁耦合的条件下传输无功功率和/或有功功率。在此，按照本发明的设备具有优势地按照模块化结构方式构成。特别优选的是，将按照本发明的设备用于直流输电，和/或用于构造所谓静态同步补偿器(Static Synchronous Compensator，STATCOM)、静态同步串联补偿器(Static Synchronous Series Compensator，S3C)或者统一功率流控制器(Unified Power Flow Controller，UPFC)。

附图说明

本发明合适的实施方式以及优点是下面对照附图对本发明实施例描述的内容，附图中相同的参考标记赋予了具有相同作用的部件。附图中：

图1表示按照本发明的设备的一种实施例的示意图；

图2表示根据图1的设备的开关元件的电路装置；

图3表示图1的开关元件的另一个实施例；

图4表示带有本发明设备的相位元件的串联电路的换流器的示例性示意图；

图5表示带有本发明设备的相位元件的并联电路的换流器的示例性示意图；

图6表示按照本发明的设备的另一个实施例。

具体实施方式

在图1中作为用于电能传输的设备示出了用于传输网络或交流电网2到另一个交流电网3双向功率传输的高压短连接1。在此，交流电网2和3通过没有示出的变压器和/或线圈或者电流地与该高压短连接1连接。高压短连接1包括：作为换流器的第一变流器4，用于将交流电变换成直流电；直流电连接5；以及作为换流器的第二变流器4，用于将直流电变换成交流电。第一变流器4具有三个相位元件10、11、12，这些相位元件分别由两个并联支路7、7′组合而成。每个并联支路又由多个串联设置的开关元件10a...10i，10a′...10i′，11a...11i，11a′...11i′，和12a...12i，12a′...12i′组成。在此，出于对称的原因，每个相位元件10、11、12在开关元件的串联电路的中间分别与交流电网2的交流电的一个相位连接。通过没有示出的变压器与交流电网耦合的并联支路连接8，起到连接的作用。在并联支路连接8与正连接导线5之间设置了与设置在并联支路连接8与负连接导线5′之间恰好同样多的开关元件。因此，相位元件在交流电网2的连接在中间进行。

第二变流器6同样包括三个相位元件13、14、15，这些相位元件同样具有两个并联支路7、7′。每个并联支路7、7′又由偶数个串联的开关元件13a...13i，13a′...13i′，14a...14i，14a′...14i′，和15a...15i，15a′...15i′组成，相位元件分别在串联电路的中间具有用于交流电网3的一个相位的接头。在此，该接头也是作为图中没有示出的变压器实现的。

此外，高压短连接1还包括在直流电连接5、5′的各自末端上的其它用9、9′标记的电路装置，这些电路装置由电容器和/或线圈和/或电阻和/或放电器组成，其被设置用于额外地平滑直流电压或者稳定传输。

电压变换器16、16′以及电流变换器17、17′被设置用于测量在直流电连接5、5′以及在各个交流电网2、3上的电压以及电流，其中，为了清楚起见在图中没有示出交流电一侧的电压变换器和电流变换器。电压变换器16、16′以及电流变换器17、17′的输出信号对应于高压部件的各自待监视的测量参数。最后将所测量的参数作为测量值传输到高压短连接1的调节单元18、19。在调节单元18、19中在获得各自所属的采样值的条件下对这些信号进行采样，并且在获得数字测量值的条件下对该采样值进行数字化。将所测量的数字化测量电流I_DC和/或I_AC以及所测量的数字化测量电压U_DC和/或U_AC分别与预定的额定值I_Soll和/或U_Soll进行比较。该设备的用于调节的装置在控制和/或调节方法的基础上控制变流器4和6。

在相位元件10、11、12以及13、14、15的直流电一侧的连接或者分别在有关相位元件的交流电一侧的中间接头上的连接之间，还可以设置其它在图中没有示出的线圈。这些线圈限制在相位元件之间的可能的电路电流。

图2和图3示出了等价的电路装置，它们由DE 10103031A1公开并且被作为开关元件10a...10i，11a...11i，12a...12i，13a...13i，14a...14i，15a...15i以及10a′...10i′，11a′...11i′，12a′...12i′，13a′...13i′，14a′...14i′，15a′...15i′用在按照图1的设备中。这些开关元件分别包括两个连接端子20、21，两个功率半导体22、23，两个二极管24、25以及一个作为能量存储装置的电容器26。功率半导体22和23在所示出的例子中是可以断开的电子开关并且在此是IGBT。不过，也可以采用IGCT、MOS开关场效应晶体管等等作为功率半导体。在DE 10103031A1中描述了多个这样的开关元件的电路装置以及串联电路的功能，其通过该引用成为本发明公开的内容。各个开关元件可以被设计用于相同的或不同的电压范围，还例如被以二进制或其它进制不同地分级。必要时，在连接端子20、21上连接图中没有示出的额外的二极管，用于在故障情况下对开关元件的桥接。

在图4中示出了应用在按照本发明的设备中的、按照所谓H电路的换流器的另一个实施例，其中，按照图2为相位元件27、28、29设置开关元件10a...10i和10a′...10i′、11a...11i和11a′...11i′、12a...12i和12a′...12i′。每个相位元件27、28、29又包括两个分别带有串联连接的开关元件的并联支路7、7′。这些并联分支分别通过两个在图4中上部和下部示出的外部连接导线以及一个中间的连接导线相互连接，其中，中间的和每个外部的连接导线之间串联接入了相同数量的开关元件。中间连接导线分别具有一个相位接头30、31、32，用于与所接入的交流电的两个相位连接。相位接头30、31、32被示意性地作为变压器30、31、32的次级的接头示出，在这些变压器的没有示出的初级一侧上测取或施加各个交流电压。相互串联连接的相位元件27、28、29与电容器33、34、35并联。如果将所示出的装置运行用来产生交流电，则通过每个相位元件从在直流电一侧耦合入的直流电中通过适当地控制每个开关元件将交流电馈入到多相位的交流电的一个相位中。电容器33、34、35起到额外的稳定和平滑的作用并且仅仅是可选择地设置的。该装置按照电压源换流器的原理起作用，并且根据从直流电一侧馈入的或者通过换流器本身产生的直流电产生三相的交流电。由此，该装置自然也可以作为用于将三相的交流电变换为直流电的变流器以及反过来使用。

图5示出了带有相位元件27、28、29的并联电路的换流器，利用其实现与图4的串联电路相比更高的传输电流。在该实施方式中的相位元件27，28，29例如借助于线圈36、37、38以及36′、37′、38′与双极的直流电路连接，在该直流电路上可以连接传输导线、电缆、GIL或者它们的任意组合。

图6示意性地示出了用于电能传输的本发明设备39的另一个实施例。该设备39包括被连接到传输网络的传输导线41上的换流器40，其中，换流器40直流电一侧与电容器52以及一个可选的直流电压源42连接。传输导线41作为传输网络是带有负载接头的供电电网的一部分。

除了其它的用于调节所示出的本发明的装置39之外，控制和调节单元43用于控制和调节换流器40，将借助于电流测量单元44所采集的测量交流电流I_AC和借助于电压测量单元45所获得的测量交流电压U_AC传输到该控制和调节单元，并且在其中与预定的额定值进行比较，以便借助于适当的控制方法动态和相位匹配地控制传输导线41的交流电。在此要再次指出的是，概念交流电包括加载到作为传输网络的传输导线41上的电压的任意的时间变化，而不局限为正弦形式或者谐波的电压变化。

换流器40通过可选的线圈46以及同样可选的变压器47连接到传输导线41上。借助于换流器40允许无功功率和/或有功功率控制或者动态调节功能，例如，借助主动地耦合入在大小和/或相位上动态地变化的电压来衰减功率摆动和/或次同步谐振和/或次谐波或超次谐波，和/或使得电压对称。

如同在图1中示出的变流器4、6或者如同在图4或图5中示出的换流器，换流器40具有在图中没有示出的相位元件。该设备包括其它用于补偿的部件48、49，后者带有固定元件和可以接入或控制的功率半导体50、51并且同样地与传输导线41连接。用于补偿的部件48、49的无源的组件可以由线圈、电容器、电阻和放电器的任意组合和/或同样的单个元件组成。例如，为部件49安装电阻是具有优势的，从而实现了用于消除在传输导线41上的有功功率过冲的接入或控制的阻尼电阻。这种有功功率过冲可能在断开连接到传输导线41上的负载或者设备时导致有害的过电压。

具有优势的是，部件49具有至少一个放电器。通过该放电器设置可以实现相应的电压减小。换流器40和用于补偿的部件48、49与多相位的传输导线41的连接，可以通过变压器47或通过阻抗或者直接地进行。这种补偿和控制元件本身被公知为FACTS。在这里示出的本发明的设备中，将在换流器40所产生的交流电主动地接入到传输导线41上。在此，根据传输要求控制换流器40，使得可以将耦合入的信号按照细致的分级与传输要求相适应。也可以采用例如功率开关的机械开关来代替功率半导体50、51。在此，通过按照本发明的设备实现了本身公知的FACTS，例如静态同步补偿器(STATCOM)、在串联耦合到传输导线的情况下的静态同步串联补偿器(S3C)或者在组合并联和串联耦合的情况下的统一功率流控制器(UPFC)。

在图1、图4、图5和图6中示出的设备中，在本发明的范围内，与所示出的三相位交流电网或者三相位的传输导线41不同，也可以借助于各个合适的连接装置与单相位、双相位或多相位的交流电网或者传输导线连接。

此外，在本发明的范围内，按照图1的高压短连接1除了在图中示出的相位元件的并联电路之外，还具有按照图4串联连接的开关元件。通过采用在换流器之间延伸的直流电导线可以得到

设备。

设备以及短连接可以在本发明的范围内表示为多于两个换流器，并且因此适合于多终端运行。换流器之间的传输导线例如作为电缆或通过气体绝缘的传输导线实现。通过换流器的直接连接可以得到所述的短连接。

在图1中所示出的电路装置9、9′的电容器、按照图2和图3的电容器26、按照图4的电容器33、34、35以及图6的包括电容器52的电容器，可以与例如飞轮、超级电容等等的能量存储器任意地组合，或者可以由这些能量存储器替代。为此，将能量存储器与所述电容器并联地设置或者替代所述电容器。能量存储器在公共的部件(例如在电路装置9)中的空间上集中的布置以及分布的布置(即，在不同部件上空间的分布)都是可能的。

附图标记列表

1 短连接

2，3 交流电网

4 第一变流器

5，5′ 直流电连接

6 第二变流器

7，7′ 并联支路

8 并联支路连接

9，9′ 电路装置

10，11，12 相位元件

10a...10i 开关元件

11a...11i 开关元件

12a...12i 开关元件

10a′...10i′ 开关元件

11a′...11i′ 开关元件

12a′...12i′ 开关元件

13，14，15 相位元件

13a...13i 开关元件

14a...14i 开关元件

15a...15i 开关元件

13a′...13i′ 开关元件

14a′...14i′ 开关元件

15a′...15i′ 开关元件

16，16′ 电压变换器

17，17′ 电流变换器

18，19 调节单元

20，21 接头

22，23 功率半导体

24，25 二极管

26 电容器

27，28，29 相位元件

30，31，32 相位接头

33，34，35 电容器

36，37，38 线圈

36′，37′，38′ 线圈

39 用于电能传输的***

40 换流器

41 传输导线

42 能量存储装置

43 控制和调节单元

44 电流测量单元

45 电压测量单元

46 线圈

47 变压器

48，49 用于补偿的部件

50，51 可控硅

52 电容器

Claims

1.一种用于电能传输的设备(1，39)，该设备包括至少一个换流器(4，6，40)，其中，每个换流器(4，6，40)具有分别拥有至少一个由开关元件(10a...10i，11a...11i，12a...12i，13a...13i，14a...14i，15a...15i，10a′...10i′，11a′...11i′，12a′...12i′)组成的串联电路的相位元件(10，11，12，13，14，15，27，28，29)，这些开关元件分别包括至少两个可断开的功率半导体(22，23)以及至少两个分别与所述功率半导体并联的空转二极管(24，25)和能量存储装置(26)，

其特征在于：所述相位元件(27，28，29)分别具有至少两个相互并联连接的并联支路(7，7′)，所述并联支路分别带有开关元件(10a...10i，11a...11i，12a...12i，13a...13i，14a...14i，15a...15i，10a′...10i′，11a′...11i′，12a′...12i′)的串联电路。

2.根据权利要求1所述的设备(1，39)，其特征在于，每个并联支路具有偶数个所述开关元件，其中，用于将各个所述相位元件(27，28，29)连接到负载或传输网络上的接头(30，31，32)被连接在该并联支路的中间。

3.根据权利要求1或2所述的设备(1，39)，其特征在于，换流器的多个相位元件(27，28，29)相互并联连接。

4.根据权利要求1或2所述的设备(1，39)，其特征在于，多个相位元件(27，28，29)相互串联连接。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备(1，39)，其特征在于，与所述相位元件(27，28，29)并联地设置能量存储装置(33，34，35)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备(1，39)，其特征在于，每个相位元件(10，11，12，13，14，15，27，28，29)具有至少一个阻抗(36，37，38，36′，37′，38′)，或者通过一个阻抗(36，37，38，36′，37′，38′)与另一个相位元件连接。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备(1，39)，其特征在于，至少一个换流器(4，6，40)可以与传输网络(41)或者与直流电导线(5)并联地连接。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的设备(1，39)，其特征在于，至少一个换流器(4，6，40)可以与传输网络(41)或者与直流电导线(5)串联地连接。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的设备(1，39)，其特征在于，每个换流器与直流电压源连接。

10.根据权利要求9所述的设备(1，39)，其特征在于，所述直流电压源是整流的换流器。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的设备(1，39)，其特征在于，所述整流的换流器与至少两个换流器连接。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的设备(1，39)，其特征在于，所述换流器在构成短连接的条件下直接地相互连接。

13.根据权利要求9至11中任一项所述的设备(1，39)，其特征在于，所述换流器借助于直流电导线(5)相互连接。

14.根据权利要求13所述的设备(1，39)，其特征在于，所述直流电导线(5)是单极的或者双极的。

15.根据权利要求13或14所述的设备(1，39)，其特征在于，所述直流电导线(5)至少部分地是气体绝缘的传输导线、电缆和/或架空线。

16.根据权利要求13至15中任一项所述的设备(1，39)，其特征在于，所述直流电导线(5)是阻抗。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的设备(1，39)，其特征在于，所述换流器(4，6，40)之一具有线路换相的功率半导体。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的设备(1，39)，其特征在于，所述开关元件并联连接至少另一个二极管。

19.根据权利要求1至18中任一项所述的设备(1，39)，其特征在于，所述能量存储装置至少部分地是电容器(9，9′，26，33，34，35，52)。

20.根据权利要求1至19中任一项所述的设备，其特征在于，至少两个并联支路(7，7′)借助于变压器绕组(30，31，32)相互连接。

21.根据权利要求1至20中任一项所述的设备，其特征在于，至少两个并联支路(7，7′)通过并联支路连接(8)相互电流地连接。