可配置成单极操作的双极hvdc功率传输系统
技术领域
1.本发明涉及双极功率传输方案（即，双极功率传输装置）以及涉及操作这样的方案的方法。
背景技术：
2.在高压直流(hvdc)功率传输网络中，ac功率通常被转换成dc功率，以用于经由架空线路、海底线缆和/或地下线缆进行传输。这种转换消除对补偿由功率传输介质（即，传输线路或线缆）施加的ac电容性负载效应的需要，并且降低每公里的线路和/或线缆的成本，并且因此当需要通过长距离传输功率时变得成本有效。dc功率也可以直接从离岸风电场传输到岸上ac功率传输网络。
3.dc功率与ac功率之间的转换用于其中必需互连dc和ac网络的地方。在任何这样的功率传输网络中，在ac与dc功率之间的每个接口处要求转换器（即，功率转换器），以实现从ac到dc或者从dc到ac的所要求转换。
4.在hvdc功率传输网络内最合适的hvdc功率传输方案（即，功率传输装置）的选择根据应用和方案特征而不同。这样的方案的一种类型是双极功率传输方案，即，双极功率传输装置。
技术实现要素：
5.根据本发明的第一方面，提供有一种双极功率传输方案，其包括：第一转换器站，其在使用中远离第二转换器站定位；以及第一传输管道和第二传输管道，其用来在使用中将第一转换器站与第二转换器站互连，并且由此允许第一转换器站向第二转换器站传输功率，第一转换器站包括：第一功率转换器，其将第一传输管道与第一可变功率源电互连，并且在使用中将功率从第一功率源传递到第一传输管道中；以及第二功率转换器，其将第二传输管道与第二可变功率源电互连，并且在使用中将功率从第二功率源传递到第二传输管道中；所述双极传输方案还包括转换器站控制器，其被编程成通过以下方式选择性地将所述双极功率传输方案转变为非对称单极配置，同时保持来自所述第一功率源和所述第二功率源两者的功率的传递：电互连第一功率源和第二功率源；将连接到意图在单极配置中继续传输功率的传输管道的一个功率转换器配置为在电网形成模式中操作的主转换器；将连接到意图在单极配置中停止传输功率的传输管道的另一个功率转换器配置为在电网跟随模式中操作的从转换器；以及控制从转换器以将正被馈送到与所述从转换器连接的传输管道中的功率减小到
零。
6.具有如此编程的这样的转换器站控制器允许到非对称单极配置的所述转变，同时避免来自两个功率源的功率传递中的中断，并且因此不会在正由第一功率源和第二功率源供应的与之相关联的任何下游功率传输网络中引起非常不希望的功率的中断。
7.另外，将执行上述步骤的转换器站控制器包括在本发明中引起来自两个功率源的功率仅仅通过主转换器并进入与其连接的传输管道中，但是尽管如此，仍然进入在使用中与其相关联的下游功率传输网络中，从而避免所述下游功率传输网络中的功率中的中断。
8.转换器站控制器可以被进一步编程为一旦正被馈送到与从转换器连接的传输管道中的功率达到零，就将从转换器与电互连的第一功率源和第二功率源断开连接。
9.这样的另外的步骤电隔离从转换器，并且因此也电隔离与所述从转换器连接的传输管道，并且因此允许在那个传输管道上进行安全工作，例如，用于计划的维护或修理。
10.可选地，第一功率源和第二功率源在公共耦合点处暂时互连。
11.采用互连第一功率源和第二功率源所在的公共耦合点提供实现这样的互连的方便方式，尤其是因为这样的公共耦合点经常位于第一转换器站内，并且由此靠近每个功率转换器。
12.在本发明的另一优选实施例中，在互连第一功率源和第二功率源之前，转换器站控制器被编程成使第一功率源和第二功率源的电压和频率彼此同步。
13.使第一功率源的电压和频率与第二功率源的电压和频率同步期望降低当这样的互连发生时出现的对第一功率转换器和第二功率转换器以及第一转换器站的损坏的风险。
14.优选地，在第一功率源和第二功率源互连之后，下垂控制最初被应用于两个功率转换器。
15.将这样的下垂控制应用于两个功率转换器防止功率转换器的相应转换器控制器之间的任何交互，同时仍然允许在第一功率源和第二功率源之间共享功率。
16.在本发明的另外的优选实施例中，在电网形成模式中操作的主转换器保持与所述主转换器连接的功率源的电压和频率。
17.在本发明的又一优选实施例中，在电网跟随模式中操作的从转换器测量与所述从转换器连接的功率源的电压和频率，以便使所述从转换器的输出电压与所述功率源同步。
18.上述步骤期望允许一个功率转换器（即，被配置为主转换器的一个功率转换器）承担对电互连的第一功率源和第二功率源的总体控制，以及允许另一个功率转换器（即，被配置为从转换器的另一个功率转换器）根据互连的第一功率源和第二功率源的电压和频率来修改另一个功率转换器的输出。
19.因此，由主转换器设置并保持的电压和频率能够充当可以由从转换器跟随的参考，并且由此主转换器能够表现出对从转换器必要程度的控制，而不需要转换器之间的专用通信信道。
20.可选地，第一转换器站是离岸转换器站，并且第一功率源和第二功率源中的至少一个功率源是离岸风电场。
21.用来减少碳排放的动力意味着存在对可再生能量源的增加的需求，并且因此本发明对离岸风电场的适用性是非常有利的。
22.双极功率传输方案可以包括通过第一传输管道和第二传输管道与第一转换器站
互连的第二转换器站。
23.包括这样的第二转换器站提供对整个双极功率传输方案进行端到端控制的机会。
24.根据本发明的第二方面，提供有一种操作双极功率传输方案的方法，所述双极功率传输方案包括：第一转换器站，其在使用中远离第二转换器站定位；以及第一传输管道和第二传输管道，其用来在使用中将所述第一转换器站与所述第二转换器站互连，并且由此允许所述第一转换器站向所述第二转换器站传输功率，第一转换器站包括：第一功率转换器，其将第一传输管道与第一可变功率源电互连，并且在使用中将功率从第一功率源传递到第一传输管道中；以及第二功率转换器，其将第二传输管道与第二可变功率源电互连，并且在使用中将功率从第二功率源传递到第二传输管道中；所述双极功率传输方案还包括转换器站控制器，以及该方法包括以下步骤：通过以下方式使转换器站控制器选择性地将双极功率传输方案转变为非对称单极配置，同时保持来自第一功率源和第二功率源两者的功率的传递：电互连第一功率源和第二功率源；将连接到意图在单极配置中继续传输功率的传输管道的一个功率转换器配置为在电网形成模式中操作的主转换器；将连接到意图在单极配置中停止传输功率的传输管道的另一个功率转换器配置为在电网跟随模式中操作的从转换器；以及控制从转换器以将正被馈送到与所述从转换器连接的传输管道中的功率减小到零。
25.本发明的方法共享本发明的双极功率传输方案的对应特征的益处。
26.将领会，本专利说明书中的术语“第一”和“第二”等的使用只是意图帮助区分类似特征(例如，第一传输管道和第二传输管道，以及第一功率转换器和第二功率转换器)，而不是意图指示一个特征优于另一个特征的相对重要性，除非另有指定。
27.在本技术的范围内，明确地意图的是，在前述段落和权利要求书和/或以下描述和附图中阐述的各个方面、实施例、示例和备选方案，并且特别是其个别特征可以独立地或以任何组合来采用。也就是说，所有实施例和任何实施例的所有特征可以以任何方式和/或组合进行组合，除非这样的特征不相容。申请人保留用来相应地改变任何原始提交的权利要求或提交任何新的权利要求的权利，包括下列权利：修改任何原始提交的权利要求以取决于任何其它权利要求的任何特征和/或并入任何其它权利要求的任何特征，尽管没有以那种方式原始地要求保护。
附图说明
28.现在接下来是通过非限制性示例参考以下附图对本发明的优选实施例的简要描述，其中：图1示出根据本发明第一实施例的在正常条件下操作的双极功率传输方案的示意图；图2示出图1中所示的双极功率传输方案转变为非对称单极配置的示意图；以及
图3示出图1中所示的作为非对称单极操作的双极功率传输方案的示意图。
具体实施方式
29.如图1中所示，根据本发明的第一实施例的双极功率传输方案一般由参考数字10指定。
30.双极功率传输方案10包括远离第二转换器站14定位的第一转换器站12。在所示的实施例中，第一转换器站12是离岸转换器站16，而第二转换器站14是岸上转换器站18，然而在本发明的其它实施例中，不必一定是这种情况，例如，转换器站12、14都可以是岸上转换器站。
31.此外，在所示的实施例中，本发明的双极功率传输方案10包括第二转换器站14，即，岸上转换器站18，但是本发明的其它实施例可以仅包括第一转换器站12，例如，仅包括离岸转换器站。当第三方拥有或管理第二转换器站以及与第二转换器站相关联的下游功率传输网络时，本发明的这样的其它实施例也可适用，并且本发明的双极功率传输方案意图与这样的第二转换器站以及相关联的功率传输网络进行互操作。
32.返回到所示的实施例，第一转换器站12和第二转换器站14（即，离岸转换器站16和岸上转换器站18）通过第一传输管道20和第二传输管道22（即，第一
‘
极’和第二
‘
极’(因此构成
‘
双极’方案的方案)）互连，所述第一传输管道20和第二传输管道22允许第一离岸转换器站16向第二岸上转换器站18传输功率。
33.第一传输管道20和第二传输管道22中的每个传输管道都是或都包括海底线缆24，然而在本发明的其它实施例中，一个或其它传输管道可以是或可以包括地下线缆、架空线路或这样的线缆和线路的混合。
34.第一转换器站12和第二转换器站14也通过返回管道26互连，所述返回管道26是或包括专用的金属返回件28，所述金属返回件28通常采用另外的海底线缆24的形式，然而也可以使用某种其它形式的电导体。
35.第一离岸转换器站16包括第一功率转换器30，其将第一传输管道20与第一可变功率源32电互连。
36.在所示的实施例中，第一可变功率源32是包括多个风力涡轮(未示出)的第一离岸风电场34。第一离岸风电场34被配置为离岸ac电网，所述离岸ac电网向第一功率转换器30提供ac功率馈入（infeed），然而在本发明的其它实施例中，不必一定是这种情况。
37.除上述之外，第一功率转换器30也包括它自己的第一转换器控制器36，其被编程成控制来自第一功率源32(即，第一离岸风电场34)的功率采取dc功率馈送的形式传递到第一传输管道20中。
38.所示的第一功率转换器30是电压源转换器，然而也可以使用其它类型的功率转换器。
39.所示的电压源转换器具有包括三个转换器分支的已知配置，所述三个转换器分支中的每个转换器分支被分为第一分支部分和第二分支部分，并且所述分支部分中的每个分支部分包括链式链路转换器。每个链式链路转换器包括多个串联连接的链式链路模块，而每个链式链路模块包括多个开关元件，所述多个开关元件与采取电容器的形式的能量存储装置并联连接（虽然，然而也可以使用其它类型的能量存储装置，即，能够存储和释放能量
以选择性地提供电压的任何装置，例如，燃料电池或电池)。
40.供应多个链式链路模块意味着有可能经由插入多个链式链路模块(其中每个链式链路模块提供其自己的电压)的能量存储装置(即，电容器)跨每个链式链路转换器积聚组合电压，所述组合电压高于可从每个个别链式链路模块可得的电压。
41.因此，所述链式链路模块中的每个链式链路模块一起工作，以允许链式链路转换器提供阶跃可变电压源。这允许使用逐步近似、跨每个链式链路转换器来生成电压波形。因此，每个链式链路转换器能够提供宽范围的复杂波形，并且由此使得电压源转换器能够提供上述的功率传递功能性，即，将功率从第一功率源32(即，第一离岸风电场34)传递到第一传输管道20中。
42.第一离岸转换器站16也包括第二功率转换器38，其也是电压源转换器，并以与第一功率转换器30基本相同的方式配置，如上所述。
43.然而，第二功率转换器38改为确实将第二传输管道22与第二可变功率源40电互连。
44.在所示的实施例中，第二可变功率源40是第二离岸风电场42，其类似地包括多个风力涡轮(未示出)。
45.类似地，第二功率转换器38也包括它自己的第二转换器控制器44，其被编程成控制来自第二功率源40(即，第二离岸风电场42)的功率采取dc功率馈送的形式传递到第二传输管道22中。
46.如同第一离岸风电场34一样，第二离岸风电场42被类似地配置为向第二功率转换器38提供ac功率馈入的离岸ac电网，然而在本发明的其它实施例中，不必一定是这种情况。
47.同时，在所示的实施例中，第二岸上转换器站18包括也作为电压源转换器的第三功率转换器48和第四功率转换器50，其基本上以与第一离岸转换器站16中的第一功率转换器30和第二功率转换器38相同的方式配置，尽管以镜像方式配置。然而，也可以改为将其它类型的功率转换器以及其它配置的功率转换器包括在第二岸上转换器站18中。
48.第三功率转换器48和第四功率转换器50被配置成将dc功率馈送从对应的第一传输管道20或第二传输管道22传递到对应的第一ac网络52或第二ac网络54，并且响应于对应的第一传输管道20或第二传输管道22的dc电压而这样做。然而，在本发明的其它实施例中，第三功率转换器和第四功率转换器可以改为被配置成将dc功率馈送从第一管道和第二管道传递到单个ac网络。在任何情况下，第三功率转换器48和第四功率转换器50都在dc电压控制中操作，并且它们贯穿本发明的双极功率传输方案10的操作过程继续这样做，如下所述。
49.除上述之外，双极传输方案10也包括转换器站控制器46，在所示的实施例中，所述转换器站控制器46采用位于第一转换器站12内的站控制器的形式。然而，在本发明的其它实施例中，转换器站控制器可以采用远离第一转换器站（例如，在第二转换器站中或邻近第二转换器站）定位的站控制器的形式。在本发明的又一些实施例中，转换器站控制器可以采用第一转换器控制器和第二转换器控制器中的一个转换器控制器或另一个转换器控制器的形式，或者每个这样的转换器控制器可以定义转换器站控制器。
50.在使用中，并且在双极功率传输方案10在正常操作的同时，第一转换器控制器36被编程成在第一电网形成模式56中控制第一功率转换器30，在所述第一电网形成模式56
中，第一功率转换器30将第一功率源32(即，第一离岸风电场34)保持在第一电压58和第一频率60，即，第一功率转换器30调节第一离岸风电场34的瞬时ac频率60和ac电压58两者。第一功率转换器30也能够在第一离岸风电场34内的ac故障期间提供等于任何稳态额定电流的无功电流。
51.同时，第二转换器控制器44被类似地编程成在第二电网形成模式62中控制第二功率转换器38，在所述第二电网形成模式62中，第二功率转换器38将第二功率源40保持在第二电压64和第二频率66，即，第二功率转换器38调节第二离岸风电场42的瞬时ac频率66和ac电压64。类似地，第二功率转换器38也能够在第二离岸风电场42内的ac故障期间提供等于任何稳态额定电流的无功电流。
52.第一电网形成模式56和第二电网形成模式62彼此完全独立。换言之，个别离岸风电场34、42能够经由对应的功率转换器30、38将功率彼此独立地馈送到每个传输管道20、22中。
53.另外，转换器站控制器46被编程成选择性地将双极功率传输方案10转变为非对称单极配置，如图3中所示。此外，转换器站控制器在保持来自第一功率源32和第二功率源40的功率的传递的同时实现这样的转变。
54.在所示的实施例中，转换器站控制器46通过电互连第一功率源32和第二功率源40（即，通过电互连第一离岸风电场34和第二离岸风电场42）选择性地将双极功率传输方案10转变为非对称单极配置，如图2中所示。
55.更特定地，第一离岸风电场34和第二离岸风电场42在公共耦合点68处暂时互连，在所示的实施例中，所述公共耦合点68经由为两个功率转换器30、38共用的(经由母线耦接器连接的)ac汇流条，以形成组合功率源90。
56.在互连第一离岸风电场34和第二离岸风电场42之前，转换器站控制器46被编程成使第一离岸风电场34和第二离岸风电场42（即，第一功率源32和第二功率源40）的电压58、64和频率60、66彼此同步。另外，与使电压幅度58、64和频率60、66同步一样，第一功率源32和第二功率源40的相位角也同步。
57.例如，转换器站控制器46可以使第二转换器站控制器44将第一离岸风电场34的第一电压58和频率60与第二离岸风电场42的第二电压64和频率66同步。这可以通过向第一转换器控制器36发送第二电压64的测量来完成，所述第一转换器控制器36转而相应地修改第一电压58和频率60。更特定地，在所示的实施例中，所测量的电压包括瞬时三相电压，根据所述瞬时三相电压可以确定三相电压的幅度、相位角和频率。
58.在第一离岸风电场34和第二离岸风电场42的电互连之后，即，为了形成组合功率源90，第一功率转换器30和第二功率转换器38最初继续在它们相应的第一电网形成模式56和第二电网形成模式62中操作。然而，在第二转换器控制器44继续控制第二功率转换器38以将第二功率源40(即，第二离岸风电场42)保持在第二电压64和第二频率66的同时，第一转换器控制器36修改第一功率转换器30的第一电网形成模式56，使得第一功率转换器30改为使第一功率源32(即，第一离岸风电场34)在第二电压64和第二频率66操作。
59.在本发明的(未示出的)其它实施例中，可以改为使第二离岸风电场的第二电压和频率同步以匹配第一离岸风电场的第一电压和第一频率。
60.另外，虽然最初继续在上述第一电网形成模式56和第二电网形成模式62中操作第
一功率转换器30和第二功率转换器38，但是下垂控制被应用于两个功率转换器30、38。这是为了防止所述第一功率转换器30和第二功率转换器38的相应转换器控制器36、44之间的任何交互。
61.此后，转换器站控制器46通过如下方式被编程成继续将双极功率传输方案10转变为非对称单极配置的过程：将连接到意图在单极配置中继续传输功率的传输管道20、22的一个功率转换器30、38配置为在电网形成模式中操作的主转换器；并且将连接到意图在单极配置中停止传输功率的传输管道20、22的另一个功率转换器30、38配置为在由主转换器控制的电网跟随模式中操作的从转换器。
62.例如，并且继续上述示例，转换器站控制器46可以被编程成将第二功率转换器38配置为主转换器70(注意，第二传输管道22由此意图在单极配置中继续传输功率)，并且将第一功率转换器30配置为从转换器72(类似地，注意，第一传输管道20由此意图在单极配置中停止传输功率)，如图2中所示。
63.如上所指示，主转换器70(例如，第二功率转换器38)在电网形成模式中操作。实际上，这意味着第二功率转换器38在第三电网形成模式74中操作，在所述第三电网形成模式74中，第二功率转换器38将现在电互连的第一功率源32和第二功率源40（即，组合功率源90）保持在第三电压76和第三频率78。第三电压76和第三频率78可以与第二电压64和第二频率66不同，第二功率转换器38先前将第二功率源40保持在第二电压64和第二频率66并且间接地通过电压同步也将第一功率源32保持在第二电压64和第二频率66。
64.同时，从转换器72（例如，第一功率转换器30）现在被配置成在电网跟随模式80中操作。
65.更特定地，从转换器72（例如，第一功率转换器30）测量组合功率源90的第三电压76和第三频率78（即，公共耦合点68处的电压和频率），并且此后将从转换器72的输出电压与组合功率源90的输出电压同步，即，将从转换器72的输出电压与第三电压76和第三频率78同步。
66.换言之，从转换器72锁定到由主转换器70生成的第三电压76上，使得从转换器72现在被认为处于功率控制中。因此，电网跟随的转换器（即，从转换器72）与组合功率源90的ac电压76和频率78匹配。从转换器72也可以能够在组合功率源90内的ac故障期间提供等于稳态额定电流的无功电流。
67.最后，转换器站控制器46被编程成通过控制从转换器72(例如，第一功率转换器30)以将正被馈送到与从转换器72连接的传输管道(例如，第一传输管道20)中的功率减小到零来完成将双极功率传输方案10转变为非对称单极配置的过程。
68.因此，在本文描述的示例实施例中，转换器站控制器46通过将正由第一功率转换器30馈送到第一传输管道20中的功率减小到零来使第二转换器控制器44完成所述转变。
69.一旦正被馈送到第一传输管道20中的功率达到零，第一功率转换器30和第三功率转换器48中的每个功率转换器就被阻断，并且转换器站控制器46将从转换器72(例如，第一功率转换器30)与组合功率源90断开连接。转换器站控制器46也将返回管道26与第一功率转换器30和第三功率转换器48断开连接，并且将第三功率转换器48与第一ac网络52断开连接，以便由此允许进行对应的第一传输管道20的维护和/或修理。
70.同时，来自组合功率源90的功率（即，来自两个离岸风电场34、42的功率）仅仅通过
主转换器70（例如，第二功率转换器38）(只要第二功率转换器38的功率额定值不被超过)并进入与主转换器70连接的第二传输管道22中，并且因此向前进入第二ac网络52中，从而避免来自第一功率源32和第二功率源40的功率传递的中断。同时，由主转换器70(即，第二功率转换器38)对组合功率源90的电压和/或频率调节可用来帮助确保第二功率转换器38的功率额定值不被超过。此外，在其中转换器站控制器46与第一离岸风电场34和第二离岸风电场42中的一个或多个离岸风电场之间进行直接远程通信的实施例中，这也可以用来将组合功率源90的功率限制到低于第二功率转换器38的额定值。
技术领域
1.本发明涉及双极功率传输方案（即，双极功率传输装置）以及涉及操作这样的方案的方法。
背景技术：
2.在高压直流(hvdc)功率传输网络中，ac功率通常被转换成dc功率，以用于经由架空线路、海底线缆和/或地下线缆进行传输。这种转换消除对补偿由功率传输介质（即，传输线路或线缆）施加的ac电容性负载效应的需要，并且降低每公里的线路和/或线缆的成本，并且因此当需要通过长距离传输功率时变得成本有效。dc功率也可以直接从离岸风电场传输到岸上ac功率传输网络。
3.dc功率与ac功率之间的转换用于其中必需互连dc和ac网络的地方。在任何这样的功率传输网络中，在ac与dc功率之间的每个接口处要求转换器（即，功率转换器），以实现从ac到dc或者从dc到ac的所要求转换。
4.在hvdc功率传输网络内最合适的hvdc功率传输方案（即，功率传输装置）的选择根据应用和方案特征而不同。这样的方案的一种类型是双极功率传输方案，即，双极功率传输装置。
技术实现要素：
5.根据本发明的第一方面，提供有一种双极功率传输方案，其包括：第一转换器站，其在使用中远离第二转换器站定位；以及第一传输管道和第二传输管道，其用来在使用中将第一转换器站与第二转换器站互连，并且由此允许第一转换器站向第二转换器站传输功率，第一转换器站包括：第一功率转换器，其将第一传输管道与第一可变功率源电互连，并且在使用中将功率从第一功率源传递到第一传输管道中；以及第二功率转换器，其将第二传输管道与第二可变功率源电互连，并且在使用中将功率从第二功率源传递到第二传输管道中；所述双极传输方案还包括转换器站控制器，其被编程成通过以下方式选择性地将所述双极功率传输方案转变为非对称单极配置，同时保持来自所述第一功率源和所述第二功率源两者的功率的传递：电互连第一功率源和第二功率源；将连接到意图在单极配置中继续传输功率的传输管道的一个功率转换器配置为在电网形成模式中操作的主转换器；将连接到意图在单极配置中停止传输功率的传输管道的另一个功率转换器配置为在电网跟随模式中操作的从转换器；以及控制从转换器以将正被馈送到与所述从转换器连接的传输管道中的功率减小到
零。
6.具有如此编程的这样的转换器站控制器允许到非对称单极配置的所述转变，同时避免来自两个功率源的功率传递中的中断，并且因此不会在正由第一功率源和第二功率源供应的与之相关联的任何下游功率传输网络中引起非常不希望的功率的中断。
7.另外，将执行上述步骤的转换器站控制器包括在本发明中引起来自两个功率源的功率仅仅通过主转换器并进入与其连接的传输管道中，但是尽管如此，仍然进入在使用中与其相关联的下游功率传输网络中，从而避免所述下游功率传输网络中的功率中的中断。
8.转换器站控制器可以被进一步编程为一旦正被馈送到与从转换器连接的传输管道中的功率达到零，就将从转换器与电互连的第一功率源和第二功率源断开连接。
9.这样的另外的步骤电隔离从转换器，并且因此也电隔离与所述从转换器连接的传输管道，并且因此允许在那个传输管道上进行安全工作，例如，用于计划的维护或修理。
10.可选地，第一功率源和第二功率源在公共耦合点处暂时互连。
11.采用互连第一功率源和第二功率源所在的公共耦合点提供实现这样的互连的方便方式，尤其是因为这样的公共耦合点经常位于第一转换器站内，并且由此靠近每个功率转换器。
12.在本发明的另一优选实施例中，在互连第一功率源和第二功率源之前，转换器站控制器被编程成使第一功率源和第二功率源的电压和频率彼此同步。
13.使第一功率源的电压和频率与第二功率源的电压和频率同步期望降低当这样的互连发生时出现的对第一功率转换器和第二功率转换器以及第一转换器站的损坏的风险。
14.优选地，在第一功率源和第二功率源互连之后，下垂控制最初被应用于两个功率转换器。
15.将这样的下垂控制应用于两个功率转换器防止功率转换器的相应转换器控制器之间的任何交互，同时仍然允许在第一功率源和第二功率源之间共享功率。
16.在本发明的另外的优选实施例中，在电网形成模式中操作的主转换器保持与所述主转换器连接的功率源的电压和频率。
17.在本发明的又一优选实施例中，在电网跟随模式中操作的从转换器测量与所述从转换器连接的功率源的电压和频率，以便使所述从转换器的输出电压与所述功率源同步。
18.上述步骤期望允许一个功率转换器（即，被配置为主转换器的一个功率转换器）承担对电互连的第一功率源和第二功率源的总体控制，以及允许另一个功率转换器（即，被配置为从转换器的另一个功率转换器）根据互连的第一功率源和第二功率源的电压和频率来修改另一个功率转换器的输出。
19.因此，由主转换器设置并保持的电压和频率能够充当可以由从转换器跟随的参考，并且由此主转换器能够表现出对从转换器必要程度的控制，而不需要转换器之间的专用通信信道。
20.可选地，第一转换器站是离岸转换器站，并且第一功率源和第二功率源中的至少一个功率源是离岸风电场。
21.用来减少碳排放的动力意味着存在对可再生能量源的增加的需求，并且因此本发明对离岸风电场的适用性是非常有利的。
22.双极功率传输方案可以包括通过第一传输管道和第二传输管道与第一转换器站
互连的第二转换器站。
23.包括这样的第二转换器站提供对整个双极功率传输方案进行端到端控制的机会。
24.根据本发明的第二方面，提供有一种操作双极功率传输方案的方法，所述双极功率传输方案包括：第一转换器站，其在使用中远离第二转换器站定位；以及第一传输管道和第二传输管道，其用来在使用中将所述第一转换器站与所述第二转换器站互连，并且由此允许所述第一转换器站向所述第二转换器站传输功率，第一转换器站包括：第一功率转换器，其将第一传输管道与第一可变功率源电互连，并且在使用中将功率从第一功率源传递到第一传输管道中；以及第二功率转换器，其将第二传输管道与第二可变功率源电互连，并且在使用中将功率从第二功率源传递到第二传输管道中；所述双极功率传输方案还包括转换器站控制器，以及该方法包括以下步骤：通过以下方式使转换器站控制器选择性地将双极功率传输方案转变为非对称单极配置，同时保持来自第一功率源和第二功率源两者的功率的传递：电互连第一功率源和第二功率源；将连接到意图在单极配置中继续传输功率的传输管道的一个功率转换器配置为在电网形成模式中操作的主转换器；将连接到意图在单极配置中停止传输功率的传输管道的另一个功率转换器配置为在电网跟随模式中操作的从转换器；以及控制从转换器以将正被馈送到与所述从转换器连接的传输管道中的功率减小到零。
25.本发明的方法共享本发明的双极功率传输方案的对应特征的益处。
26.将领会，本专利说明书中的术语“第一”和“第二”等的使用只是意图帮助区分类似特征(例如，第一传输管道和第二传输管道，以及第一功率转换器和第二功率转换器)，而不是意图指示一个特征优于另一个特征的相对重要性，除非另有指定。
27.在本技术的范围内，明确地意图的是，在前述段落和权利要求书和/或以下描述和附图中阐述的各个方面、实施例、示例和备选方案，并且特别是其个别特征可以独立地或以任何组合来采用。也就是说，所有实施例和任何实施例的所有特征可以以任何方式和/或组合进行组合，除非这样的特征不相容。申请人保留用来相应地改变任何原始提交的权利要求或提交任何新的权利要求的权利，包括下列权利：修改任何原始提交的权利要求以取决于任何其它权利要求的任何特征和/或并入任何其它权利要求的任何特征，尽管没有以那种方式原始地要求保护。
附图说明
28.现在接下来是通过非限制性示例参考以下附图对本发明的优选实施例的简要描述，其中：图1示出根据本发明第一实施例的在正常条件下操作的双极功率传输方案的示意图；图2示出图1中所示的双极功率传输方案转变为非对称单极配置的示意图；以及
图3示出图1中所示的作为非对称单极操作的双极功率传输方案的示意图。
具体实施方式
29.如图1中所示，根据本发明的第一实施例的双极功率传输方案一般由参考数字10指定。
30.双极功率传输方案10包括远离第二转换器站14定位的第一转换器站12。在所示的实施例中，第一转换器站12是离岸转换器站16，而第二转换器站14是岸上转换器站18，然而在本发明的其它实施例中，不必一定是这种情况，例如，转换器站12、14都可以是岸上转换器站。
31.此外，在所示的实施例中，本发明的双极功率传输方案10包括第二转换器站14，即，岸上转换器站18，但是本发明的其它实施例可以仅包括第一转换器站12，例如，仅包括离岸转换器站。当第三方拥有或管理第二转换器站以及与第二转换器站相关联的下游功率传输网络时，本发明的这样的其它实施例也可适用，并且本发明的双极功率传输方案意图与这样的第二转换器站以及相关联的功率传输网络进行互操作。
32.返回到所示的实施例，第一转换器站12和第二转换器站14（即，离岸转换器站16和岸上转换器站18）通过第一传输管道20和第二传输管道22（即，第一
‘
极’和第二
‘
极’(因此构成
‘
双极’方案的方案)）互连，所述第一传输管道20和第二传输管道22允许第一离岸转换器站16向第二岸上转换器站18传输功率。
33.第一传输管道20和第二传输管道22中的每个传输管道都是或都包括海底线缆24，然而在本发明的其它实施例中，一个或其它传输管道可以是或可以包括地下线缆、架空线路或这样的线缆和线路的混合。
34.第一转换器站12和第二转换器站14也通过返回管道26互连，所述返回管道26是或包括专用的金属返回件28，所述金属返回件28通常采用另外的海底线缆24的形式，然而也可以使用某种其它形式的电导体。
35.第一离岸转换器站16包括第一功率转换器30，其将第一传输管道20与第一可变功率源32电互连。
36.在所示的实施例中，第一可变功率源32是包括多个风力涡轮(未示出)的第一离岸风电场34。第一离岸风电场34被配置为离岸ac电网，所述离岸ac电网向第一功率转换器30提供ac功率馈入（infeed），然而在本发明的其它实施例中，不必一定是这种情况。
37.除上述之外，第一功率转换器30也包括它自己的第一转换器控制器36，其被编程成控制来自第一功率源32(即，第一离岸风电场34)的功率采取dc功率馈送的形式传递到第一传输管道20中。
38.所示的第一功率转换器30是电压源转换器，然而也可以使用其它类型的功率转换器。
39.所示的电压源转换器具有包括三个转换器分支的已知配置，所述三个转换器分支中的每个转换器分支被分为第一分支部分和第二分支部分，并且所述分支部分中的每个分支部分包括链式链路转换器。每个链式链路转换器包括多个串联连接的链式链路模块，而每个链式链路模块包括多个开关元件，所述多个开关元件与采取电容器的形式的能量存储装置并联连接（虽然，然而也可以使用其它类型的能量存储装置，即，能够存储和释放能量
以选择性地提供电压的任何装置，例如，燃料电池或电池)。
40.供应多个链式链路模块意味着有可能经由插入多个链式链路模块(其中每个链式链路模块提供其自己的电压)的能量存储装置(即，电容器)跨每个链式链路转换器积聚组合电压，所述组合电压高于可从每个个别链式链路模块可得的电压。
41.因此，所述链式链路模块中的每个链式链路模块一起工作，以允许链式链路转换器提供阶跃可变电压源。这允许使用逐步近似、跨每个链式链路转换器来生成电压波形。因此，每个链式链路转换器能够提供宽范围的复杂波形，并且由此使得电压源转换器能够提供上述的功率传递功能性，即，将功率从第一功率源32(即，第一离岸风电场34)传递到第一传输管道20中。
42.第一离岸转换器站16也包括第二功率转换器38，其也是电压源转换器，并以与第一功率转换器30基本相同的方式配置，如上所述。
43.然而，第二功率转换器38改为确实将第二传输管道22与第二可变功率源40电互连。
44.在所示的实施例中，第二可变功率源40是第二离岸风电场42，其类似地包括多个风力涡轮(未示出)。
45.类似地，第二功率转换器38也包括它自己的第二转换器控制器44，其被编程成控制来自第二功率源40(即，第二离岸风电场42)的功率采取dc功率馈送的形式传递到第二传输管道22中。
46.如同第一离岸风电场34一样，第二离岸风电场42被类似地配置为向第二功率转换器38提供ac功率馈入的离岸ac电网，然而在本发明的其它实施例中，不必一定是这种情况。
47.同时，在所示的实施例中，第二岸上转换器站18包括也作为电压源转换器的第三功率转换器48和第四功率转换器50，其基本上以与第一离岸转换器站16中的第一功率转换器30和第二功率转换器38相同的方式配置，尽管以镜像方式配置。然而，也可以改为将其它类型的功率转换器以及其它配置的功率转换器包括在第二岸上转换器站18中。
48.第三功率转换器48和第四功率转换器50被配置成将dc功率馈送从对应的第一传输管道20或第二传输管道22传递到对应的第一ac网络52或第二ac网络54，并且响应于对应的第一传输管道20或第二传输管道22的dc电压而这样做。然而，在本发明的其它实施例中，第三功率转换器和第四功率转换器可以改为被配置成将dc功率馈送从第一管道和第二管道传递到单个ac网络。在任何情况下，第三功率转换器48和第四功率转换器50都在dc电压控制中操作，并且它们贯穿本发明的双极功率传输方案10的操作过程继续这样做，如下所述。
49.除上述之外，双极传输方案10也包括转换器站控制器46，在所示的实施例中，所述转换器站控制器46采用位于第一转换器站12内的站控制器的形式。然而，在本发明的其它实施例中，转换器站控制器可以采用远离第一转换器站（例如，在第二转换器站中或邻近第二转换器站）定位的站控制器的形式。在本发明的又一些实施例中，转换器站控制器可以采用第一转换器控制器和第二转换器控制器中的一个转换器控制器或另一个转换器控制器的形式，或者每个这样的转换器控制器可以定义转换器站控制器。
50.在使用中，并且在双极功率传输方案10在正常操作的同时，第一转换器控制器36被编程成在第一电网形成模式56中控制第一功率转换器30，在所述第一电网形成模式56
中，第一功率转换器30将第一功率源32(即，第一离岸风电场34)保持在第一电压58和第一频率60，即，第一功率转换器30调节第一离岸风电场34的瞬时ac频率60和ac电压58两者。第一功率转换器30也能够在第一离岸风电场34内的ac故障期间提供等于任何稳态额定电流的无功电流。
51.同时，第二转换器控制器44被类似地编程成在第二电网形成模式62中控制第二功率转换器38，在所述第二电网形成模式62中，第二功率转换器38将第二功率源40保持在第二电压64和第二频率66，即，第二功率转换器38调节第二离岸风电场42的瞬时ac频率66和ac电压64。类似地，第二功率转换器38也能够在第二离岸风电场42内的ac故障期间提供等于任何稳态额定电流的无功电流。
52.第一电网形成模式56和第二电网形成模式62彼此完全独立。换言之，个别离岸风电场34、42能够经由对应的功率转换器30、38将功率彼此独立地馈送到每个传输管道20、22中。
53.另外，转换器站控制器46被编程成选择性地将双极功率传输方案10转变为非对称单极配置，如图3中所示。此外，转换器站控制器在保持来自第一功率源32和第二功率源40的功率的传递的同时实现这样的转变。
54.在所示的实施例中，转换器站控制器46通过电互连第一功率源32和第二功率源40（即，通过电互连第一离岸风电场34和第二离岸风电场42）选择性地将双极功率传输方案10转变为非对称单极配置，如图2中所示。
55.更特定地，第一离岸风电场34和第二离岸风电场42在公共耦合点68处暂时互连，在所示的实施例中，所述公共耦合点68经由为两个功率转换器30、38共用的(经由母线耦接器连接的)ac汇流条，以形成组合功率源90。
56.在互连第一离岸风电场34和第二离岸风电场42之前，转换器站控制器46被编程成使第一离岸风电场34和第二离岸风电场42（即，第一功率源32和第二功率源40）的电压58、64和频率60、66彼此同步。另外，与使电压幅度58、64和频率60、66同步一样，第一功率源32和第二功率源40的相位角也同步。
57.例如，转换器站控制器46可以使第二转换器站控制器44将第一离岸风电场34的第一电压58和频率60与第二离岸风电场42的第二电压64和频率66同步。这可以通过向第一转换器控制器36发送第二电压64的测量来完成，所述第一转换器控制器36转而相应地修改第一电压58和频率60。更特定地，在所示的实施例中，所测量的电压包括瞬时三相电压，根据所述瞬时三相电压可以确定三相电压的幅度、相位角和频率。
58.在第一离岸风电场34和第二离岸风电场42的电互连之后，即，为了形成组合功率源90，第一功率转换器30和第二功率转换器38最初继续在它们相应的第一电网形成模式56和第二电网形成模式62中操作。然而，在第二转换器控制器44继续控制第二功率转换器38以将第二功率源40(即，第二离岸风电场42)保持在第二电压64和第二频率66的同时，第一转换器控制器36修改第一功率转换器30的第一电网形成模式56，使得第一功率转换器30改为使第一功率源32(即，第一离岸风电场34)在第二电压64和第二频率66操作。
59.在本发明的(未示出的)其它实施例中，可以改为使第二离岸风电场的第二电压和频率同步以匹配第一离岸风电场的第一电压和第一频率。
60.另外，虽然最初继续在上述第一电网形成模式56和第二电网形成模式62中操作第
一功率转换器30和第二功率转换器38，但是下垂控制被应用于两个功率转换器30、38。这是为了防止所述第一功率转换器30和第二功率转换器38的相应转换器控制器36、44之间的任何交互。
61.此后，转换器站控制器46通过如下方式被编程成继续将双极功率传输方案10转变为非对称单极配置的过程：将连接到意图在单极配置中继续传输功率的传输管道20、22的一个功率转换器30、38配置为在电网形成模式中操作的主转换器；并且将连接到意图在单极配置中停止传输功率的传输管道20、22的另一个功率转换器30、38配置为在由主转换器控制的电网跟随模式中操作的从转换器。
62.例如，并且继续上述示例，转换器站控制器46可以被编程成将第二功率转换器38配置为主转换器70(注意，第二传输管道22由此意图在单极配置中继续传输功率)，并且将第一功率转换器30配置为从转换器72(类似地，注意，第一传输管道20由此意图在单极配置中停止传输功率)，如图2中所示。
63.如上所指示，主转换器70(例如，第二功率转换器38)在电网形成模式中操作。实际上，这意味着第二功率转换器38在第三电网形成模式74中操作，在所述第三电网形成模式74中，第二功率转换器38将现在电互连的第一功率源32和第二功率源40（即，组合功率源90）保持在第三电压76和第三频率78。第三电压76和第三频率78可以与第二电压64和第二频率66不同，第二功率转换器38先前将第二功率源40保持在第二电压64和第二频率66并且间接地通过电压同步也将第一功率源32保持在第二电压64和第二频率66。
64.同时，从转换器72（例如，第一功率转换器30）现在被配置成在电网跟随模式80中操作。
65.更特定地，从转换器72（例如，第一功率转换器30）测量组合功率源90的第三电压76和第三频率78（即，公共耦合点68处的电压和频率），并且此后将从转换器72的输出电压与组合功率源90的输出电压同步，即，将从转换器72的输出电压与第三电压76和第三频率78同步。
66.换言之，从转换器72锁定到由主转换器70生成的第三电压76上，使得从转换器72现在被认为处于功率控制中。因此，电网跟随的转换器（即，从转换器72）与组合功率源90的ac电压76和频率78匹配。从转换器72也可以能够在组合功率源90内的ac故障期间提供等于稳态额定电流的无功电流。
67.最后，转换器站控制器46被编程成通过控制从转换器72(例如，第一功率转换器30)以将正被馈送到与从转换器72连接的传输管道(例如，第一传输管道20)中的功率减小到零来完成将双极功率传输方案10转变为非对称单极配置的过程。
68.因此，在本文描述的示例实施例中，转换器站控制器46通过将正由第一功率转换器30馈送到第一传输管道20中的功率减小到零来使第二转换器控制器44完成所述转变。
69.一旦正被馈送到第一传输管道20中的功率达到零，第一功率转换器30和第三功率转换器48中的每个功率转换器就被阻断，并且转换器站控制器46将从转换器72(例如，第一功率转换器30)与组合功率源90断开连接。转换器站控制器46也将返回管道26与第一功率转换器30和第三功率转换器48断开连接，并且将第三功率转换器48与第一ac网络52断开连接，以便由此允许进行对应的第一传输管道20的维护和/或修理。
70.同时，来自组合功率源90的功率（即，来自两个离岸风电场34、42的功率）仅仅通过
主转换器70（例如，第二功率转换器38）(只要第二功率转换器38的功率额定值不被超过)并进入与主转换器70连接的第二传输管道22中，并且因此向前进入第二ac网络52中，从而避免来自第一功率源32和第二功率源40的功率传递的中断。同时，由主转换器70(即，第二功率转换器38)对组合功率源90的电压和/或频率调节可用来帮助确保第二功率转换器38的功率额定值不被超过。此外，在其中转换器站控制器46与第一离岸风电场34和第二离岸风电场42中的一个或多个离岸风电场之间进行直接远程通信的实施例中，这也可以用来将组合功率源90的功率限制到低于第二功率转换器38的额定值。
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