用于HVDC功率转换器的阀装置

摘要

本公开涉及一种包括串联电连接的多个阀单位(410‑450)的阀装置(400)。第一阀单位(410)包括容器(130)，容器(130)中布置有至少一个转换器单元(120)的堆叠。容器至少部分地填充有电绝缘气体(115)。阀装置还包括至少一个第一连接器(460)，其包括将容器一端处的第一阀单位的单元(421)电连接到第二阀单位(420)的单元(441)的第一汇流条元件(420)。第一连接器通过电绝缘气体(465)绝缘。此外，阀装置包括至少一个第二连接器(470)，其包括用于在容器的另一端处的第一阀单位的另一单元的连接的汇流条元件(471)。

权利要求

1.一种阀装置(400)，包括：

串联电连接的多个阀单位，其中，第一阀单位(410)包括柱状容器(130)，在所述柱状容器(130)中布置至少一个转换器单元(120)的堆叠(150)，所述容器沿着轴向方向(112)从第一基部(118)延伸至第二基部(119)，所述第二基部与所述第一基部相对，并且至少部分地填充有电绝缘气体(115)，其中沿着所述轴向方向所述柱状容器的所述第一基部和所述第二基部之间的距离对应于所述容器的高度；

至少一个第一连接器，所述至少一个第一连接器被布置在所述容器的所述第一基部，并且包括第一汇流条元件，所述第一汇流条元件将所述容器的所述第一基部(118)处的所述第一阀单位的单元(421)电连接到第二阀单位(420)的单元(441)，其中，所述第一连接器通过电绝缘气体(465)绝缘；以及至少一个第二连接器，所述至少一个第二连接器被布置在所述容器的所述第二基部，并且包括用于所述容器的所述第二基部(119)处的所述第一阀单位的另一单元(431)的连接的汇流条元件。

2.根据权利要求1所述的阀装置，其中，所述至少一个第一连接器被布置为将所述第一阀单位的所述堆叠的上部单元电连接到所述第二阀单位的堆叠的上部单元。

3.根据权利要求1或2所述的阀装置，其中，所述至少一个第二连接器被配置为将所述第一阀单位的单元连接到第三阀单位(430)的单元(451)，其中，所述第二连接器是电绝缘的。

4.根据权利要求3所述的阀装置，其中，所述至少一个第二连接器被布置为将所述第一阀单位的所述堆叠的下部单元电连接到所述第三阀单位的堆叠的下部单元。

5.根据权利要求1或2所述的阀装置，其中，所述至少一个第一连接器和所述至少一个第二连接器中的至少一个的所述汇流条元件是U形的。

6.根据权利要求1或2所述的阀装置，其中，所述多个阀单位被对齐以形成列的矩阵或至少一行。

7.根据权利要求1或2所述的阀装置，其中，所述多个阀单位被并排布置。

8.根据权利要求1或2所述的阀装置，其中，阀单位的所述容器沿着垂直方向延伸，使得所述阀单位位于彼此相邻。

9.根据权利要求1或2所述的阀装置，其中，所述阀单位中的一个阀单位包括用于连接到交流传输线的插入式电缆端子或气体绝缘汇流条，并且所述阀单位中的另一个阀单位包括用于连接到直流输电线的另一插入式电缆端子或气体绝缘汇流条。

10.根据权利要求1或2所述的阀装置，其中，所述至少一个第二连接器的所述汇流条元件被嵌入在固体绝缘材料(676)中或位于管道(573)中，所述管道至少部分地由绝缘气体(575)填充。

11.根据权利要求1或2所述的阀装置，其中，所述第二连接器包括绝缘隔室，在所述绝缘隔室中布置有用于所述第一阀单位的所述另一单元的连接的汇流条元件，其中，所述绝缘隔室形成所述阀装置的基部。

12.根据权利要求11所述的阀装置，其中，所述隔室包括用于所述汇流条元件的电隔离的固体绝缘材料或绝缘气体。

13.根据权利要求1或2所述的阀装置，其中，包括绝缘材料的间隔元件被布置在所述第一阀单位的所述容器的一端，以用于将所述第一阀单位的所述容器与相邻阀单位的容器分离。

14.根据权利要求13所述的阀装置，其中，所述间隔元件包括在与轴向方向(112)横切的方向上延伸的第一部分，所述容器沿所述轴向方向(112)延伸。

15.根据权利要求1或2所述的阀装置，其中，所述容器中的所述绝缘气体或用于所述至少一个第二连接器的绝缘的绝缘气体中的任何一个是六氟化硫(SF6)、氮气(N2)、空气和干燥空气中的至少一种。

16.根据权利要求1或2所述的阀装置，其中，转换器单元(120)包括电容器屏蔽(122)、电容器元件(125)和至少一个开关器件(127)。

17.根据权利要求1或2所述的阀装置，其中，所述转换器单元是盘形的。

18.根据权利要求1或2所述的阀装置，其中，所述转换器单元的所述堆叠被布置成与轴向方向(112)同轴，所述容器沿所述轴向方向(12)延伸。

19.根据权利要求1或2所述的阀装置，其中，所述容器包括导电材料。

20.根据权利要求1或2所述的阀装置，进一步包括用于在所述容器的一端处插入所述转换器单元的所述堆叠的电屏蔽、和/或用于在所述容器的相对端处插入所述转换器单元的所述堆叠的电屏蔽。

21.一种功率转换器站，包括至少两个前述权利要求中任一项所述的阀装置。

说明书

用于HVDC功率转换器的阀装置

技术领域

[0001] 本公开一般地涉及高压功率转换器的领域，并且集中于通过至少绝缘气体获得绝缘的阀装置。本公开的阀装置可以适用于例如海上平台。

背景技术

[0002] 高压直流(HVDC)转换器站是适配为将高压直流(DC)转换为交流(AC)或反向的站的类型。HVDC转换器站可以包括多个元件，诸如转换器本身(或者串联或并联连接的多个转换器)、交流开关装置、变压器、电容器、滤波器、直流开关装置和/或其他辅助元件。电子转换器可以被分类为使用例如晶闸管作为开关的线路换流转换器，或者使用诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)的晶体管作为开关(或开关器件)的电压源转换器。诸如晶闸管或IGBT的多个固态半导体器件可以由电容器围绕并且被例如串联连接在一起，以形成HVDC转换器的构建块或阀单位。

[0003] 在HVDC转换器站的构造和设计中的挑战是HVDC转换器站的不同部分的电绝缘，因为HVDC转换器站的各个部分之间的距离的增加改善了绝缘，但是同时导致HVDC转换站具有较大尺寸。这可能引起相对于例如安装、运输和成本，特别是对于海上应用的很多困难。对于至少这样的应用，存在对更紧凑解决方案的一般需求。

发明内容

[0004] 本公开的至少一些实施例的目的是完全或部分地克服现有技术系统的上述缺点，并提供对现有技术更紧凑的替代。

[0005] 该目的和其他目的通过在所附独立权利要求中限定的阀装置来实现。其他实施例由从属权利要求限定。

[0006] 根据第一概括方面，提供了一种阀装置，包括串联电连接的多个阀单位(例如至少两个阀单位)。第一阀单位包括其中布置有至少转换器单元堆叠的容器。容器至少部分地填充有电绝缘气体。阀装置还包括至少一个第一连接器，该第一连接器包括将容器的一端处的第一阀单位的单元电连接到第二阀单位的单元的第一汇流条元件。第一连接器通过电绝缘气体绝缘。此外，阀装置包括至少一个第二连接器，第二连接器包括用于在容器的另一端处的第一阀单位的另一单元的连接的汇流条元件。

[0007] 在以上限定的阀装置中，阀单位内的转换器单元的电绝缘通过封闭在容器中的绝缘气体来获得。此外，该容器被配备用于在容器的两端(例如相对端)处汇流条的连接，这允许阀单位的更紧凑的布置。阀单位串联电连接。

[0008] 在以上限定的阀装置中，阀单位包括在其容器的一端处的第一连接器，用于将其堆叠的转换器单元连接到第二阀单位(例如，阀装置中相邻的一个或连续的一个)堆叠的单元。此外，第二连接器被设置在容器的另一端，以用于第一阀单位堆叠的另一单元的连接。因此，阀单位本身提供了更紧凑的解决方案，因为用于将形成堆叠的多个转换器单元进行连接的导体或汇流条从容器的一段延伸到另一端，这减少了用于空气间隙的空间限制和对任何额外的屏蔽元件的需要，如果与对阀堆叠的输入单元和阀堆叠的输出单元的两个连接位于容器的同一端处，即彼此接近，则可以是这种情况。

[0009] 根据一些实施例，第二连接器被配置为将第一阀单位的单元连接到第三阀单位(例如，在阀装置中相邻的一个或连续的一个)堆叠的单元。第二连接器可以是电绝缘的。

[0010] 根据一些实施例，第一连接器和第二连接器可以位于容器的相对端。具体地，第一连接器可以被配置为将阀堆叠的上部单元(例如，位于堆叠的顶部的一个)电连接到第二阀单元堆叠的上部单元。类似地，第二连接器可以被配置为将阀叠堆的下部单元电连接到第三阀单位的阀叠堆的下部单元(例如，阀叠堆中的最低的一个)。例如，在柱状容器(或外壳)的情况下，第一连接器可以被布置在柱状容器的第一基部，并且第二连接器可以被布置在与第一基座相对的柱状容器的第二基部。

[0011] 其中容器是指其中可以布置多个转换器单元以形成转换器单元堆叠的外壳或箱。容器可以沿着轴向方向在位于沿着轴向方向的两个远离位置的第一端(或基部或末端)和第二端(或基部或末端)之间延伸。沿着轴向方向的容器的两端之间的距离对应于容器的高度。

[0012] 其中转换器单元堆叠是指转换器单元的列，即，在彼此之上钉住的多个转换器单元。然后，阀装置可以被认为是彼此相邻的列的布置，其中列对应于转换器单元堆叠，列被布置在至少部分地由绝缘气体填充的容器内。应当理解，在堆叠的两个连续的转换器单元之间可以存在具有绝缘气体的间隙。

[0013] 阀单位的单元堆叠可以沿着容器沿其延伸的轴向方向被布置，使得沿轴向方向限定多个位置，并且单元被布置在这种位置处。单元堆叠可以包括具有HV电容器屏蔽(或HV电晕屏蔽)的多个转换器。

[0014] 根据一些实施例，多个阀单位可以并排布置，这提供了更紧凑的解决方案。

[0015] 阀装置可以对应于功率转换器站的臂。阀装置中的阀单位的数目和每个阀单位中的单元位置的数目确定臂中的单元位置的总数。

[0016] 根据一些实施例，阀单位的容器可以沿着垂直方向延伸，使得阀单位彼此相邻。

[0017] 根据实施例，第一连接器可以被布置为将第一阀单位堆叠的上部单元电连接到第二阀单位堆叠的上部单元(例如，连接两个连续阀堆叠中的位于最高水平处的单元)。类似地，第二连接器可以被布置为将第一阀单位堆叠的下部单元电连接到第三阀单位堆叠的下部单元(例如，连接位于两个连续阀堆叠中的最高水平处的单元)。

[0018] 根据一些实施例，第一连接器和第二连接器中的至少一个的汇流条元件可以是U形的。这种形状促进第一阀单位的上部单元对第二阀单位的上部单元的连接，仍然提供必要的空气间隙。相邻阀单位可以具有相同数目的转换器单元，或者被设计为使得其基本上具有相同的高度，以促进在两个连续阀单位之间的单元的连接。

[0019] 在一些实施例中，第二和第三阀单位等效于第一阀单位。然而，在其他实施例中，可以在阀单位中使用任何数目的单元，或者可以使用不同高度的阀单位。

[0020] 根据一些实施例，多个阀单位可以被对齐以形成列的至少一行或列的矩阵。

[0021] 根据一些实施例，阀装置的阀单位中的至少一个可以包括用于连接到交流(AC)传输线的插入式电缆端子或气体绝缘汇流条，并且阀单位中的另一个可以包括用于连接到直流(DC)传输线的另一插入式电缆终端或气体绝缘汇流条。在仅具有两个阀单位的配置中，第一阀单位可以包括插入式电缆端子或气体绝缘汇流条，用于在其容器的一端处连接到AC传输线，而在其相对端，第一阀单位经由通过气体电绝缘的第一连接器被连接到第二阀单位。然后，在第二阀单位的相对端处的单元可以经由插入式电缆端子或气体绝缘汇流条被连接到DC传输线。

[0022] 根据一些实施例，第二连接器的汇流条元件可以被嵌入固体绝缘材料(例如环氧树脂)中或位于至少部分地由绝缘气体填充的管道中。

[0023] 根据一些实施例，第二连接器可以包括绝缘隔室，其中布置有用于第一阀单位的另一单元的连接(例如用于与第三阀单位的连接)的汇流条元件。绝缘隔室可以形成阀装置的基部。在这些实施例中，阀单位可以位于隔室或柜的顶部，在隔室或柜中布置有用于将阀单位连接到另一个或用于将阀单位连接到AC或DC传输线的连接器(或连接元件)。隔室可以例如被布置在阀单位的容器的底部。因此，隔室可以用作用于安装阀单位的容器的基架。

[0024] 根据一些实施例，隔室可以包括固体绝缘材料(例如环氧树脂)或绝缘气体以用于在连续的阀单位之间的单元连接的汇流条元件的电气隔离。

[0025] 根据一些实施例，包括绝缘材料的间隔元件(或间隔件)可以被布置在第一阀单位的容器的一端，以用于将第一阀单位的容器与相邻阀单位的容器分离。间隔元件例如可以被布置在第一阀单位的容器的一端与第一连接器和/或第二连接器中的一个之间的接合处。然而，间隔元件还可以沿着用于连接堆叠的转换器单元的汇流条被布置在容器内，即在容器和第一连接器之间的结构(或物理)接合之前。

[0026] 例如，第一阀单位可以配备有用于与第二阀单位和第三阀单位(或与第一阀单位的单元所连接到的任何其他元件)分离的两个间隔元件。间隔元件还可以用于支撑从容器的一端延伸到另一端的阀堆叠。然而，在第二连接器包括绝缘材料并且容器的一端(例如底端)由这种绝缘材料密封的一些实施例中，阀单位可以仅包括一个单独的间隔元件(具体地用于密封容器的顶端)。

[0027] 根据一些实施例，间隔元件可以包括在与容器沿其延伸的轴向方向横切的方向上延伸的第一部分。间隔元件用于密封容器。在一些实施例中，间隔元件还可以包括沿着第一阀单位的容器的外壁和第一(或第二)连接器的外壁中的至少一个延伸的第二部分。

[0028] 根据一些实施例，容器中的绝缘气体可以是六氟化硫(SF6)、氮气(N2)、空气和干燥空气中的至少一个。根据一些实施例，用于第二连接器的绝缘的绝缘气体(例如在前述实施例中的一些中所述的管道或隔室中)也可以是六氟化硫(SF6)、氮气(N2)、空气和干燥空气中的至少一个。应当理解，气体可以是不同气体的混合物，例如SF6和N2的混合物。应当理解，本公开不限于这种气体，并且可以设想其他绝缘气体。此外，气体可以是压缩气体，即在高于大气压的特定压力下的气体。

[0029] 根据一些实施例，转换器单元可以包括电容器屏蔽、电容器元件和至少一个开关器件。开关器件可以例如是基于半导体的组件，包括例如晶闸管或IGBT。在更具体的实施例中，单元可以是布置有开关器件(或用于构建转换器中的至少一部分的半导体组件)的具有盘形电容器元件的盘型单元。

[0030] 根据一些实施例，转换器单元堆叠可以与容器沿其延伸的轴向方向同轴地布置，由此提供甚至更紧凑的阀单位。

[0031] 根据一些实施例，容器可以具有柱体形状。在一些实施例中，阀堆叠由盘形转换器单元形成，从而形成具有柱体形状的转换器单元列，这提供甚至更均匀的电场。结果，气体间隙可以进一步被减小，并且提供甚至更紧凑的阀装置。

[0032] 通常，应当理解，容器可以包括诸如金属的导电材料。替代地，容器可以由在其外表面上涂覆有导电层的另一材料制成。然后，可以将容器的导电材料或涂层用于接地。

[0033] 根据一些实施例，阀装置可以进一步包括用于在容器的一端处插入转换器单元堆叠的电屏蔽和/或用于在容器的相对端处插入转换器单元堆叠的电屏蔽。

[0034] 根据一些实施例，可以提供功率转换器站。功率转换器站可以包括至少两个如前述实施例中任一实施例所限定的阀装置。功率转换器站可以是高压直流(HVDC)转换器站。

[0035] 本公开适用于具有各种电压电平的高压功率设备，其中期望提供绝缘环境。本公开对于期望更紧凑的功率设备的应用通常是有利的，诸如在用于安装电功率设备的空间是有限的应用和/或用于海上风电场应用中。

[0036] 应当理解，可以设想使用在上述实施例中所述的特征的所有可能组合的其他实施例。

附图说明

[0037] 现在将参考以下附图更详细地描述示例性实施例：

[0038] 图1示出了根据实施例的阀单位的示意图；

[0039] 图2示出了根据一些实施例的单元的示意图；

[0040] 图3示出了根据一些实施例的阀堆叠的示意图；

[0041] 图4示出了根据一些实施例的HVDC转换器的阀单位的布置的示意图；

[0042] 图5示出了根据一些实施例的HVDC转换器的阀单位的布置的示意图；以及[0043] 图6示出了根据一些实施例的HVDC转换器的阀单位的布置的示意图。

[0044] 如图所示，为了说明的目的，元件、层和区域的尺寸可以被夸大，并且因此被提供以示出实施例的一般结构。相同的附图标记始终表示相同的元件。

具体实施方式

[0045] 在下文中，现在将参考附图更详细地描述本示例性实施例，在附图中示出了当前优选的实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实现，并且不应当被解释为限于本文所阐述的实施例；相反，为了全面性和完整性而提供这些实施例，并且将本发明的范围完全传达给本领域技术人员。

[0046] 参考图1，描述了根据实施例的阀单位100。

[0047] 图1示出了包括容器(或外壳)130和在外壳130内布置为堆叠的多个单元120的阀单位100的横截面图。单元120被布置在彼此的顶部并且被串联连接,以在容器130内形成电气设备或系统(例如，转换器)。

[0048] 容器130可以主要沿着轴向方向112延伸，并且可以例如具有从一个基部表面或区域118延伸到另一基部表面或区域119(即在沿着轴向方向112的两个远离位置之间)的柱体形状。在具体实施例中，外壳130可以是沿着轴向方向112延伸的柱体，并且单元120沿着轴向方向112彼此之上布置，从而沿着轴向方向112限定多个单元位置。

[0049] 如将参考图3更具体描述的，单元可以包括至少一个电容器元件和开关器件。转换器单元120的堆叠可以包括标记为122的高压电容器屏蔽，其中布置有电容器元件。单元120的HV电容器屏蔽122包围开关器件。换言之，单元120的电容器屏蔽122用作用于电容器元件的壳体。电容器屏蔽可以被形成为具有方形截面的环形。在堆叠中，通过位于容器内的绝缘气体分离两个连续的转换器单元，每一个包括具有电容器元件和开关器件的电容器屏蔽。在该配置中，HV电容器屏蔽被认为是单元的一部分，使得单元包括开关器件、电容器元件及其电容器屏蔽，在该情况下，堆叠包括在两个连续单元之间具有某个气体间隙的布置在彼此顶部的一系列单元。如图1所示，转换器单元120的开关器件由HV电容器屏蔽122包围。

[0050] 外壳130的外表面可以由诸如金属的导电材料制成，或者可以由导电材料覆盖，使得外壳130的外表面可以被接地。

[0051] 图1还示出了用于将阀单位堆叠的一端连接到另一阀单位的第一连接器160，以及用于将阀单位堆叠的另一端连接到又一阀单位的第二连接器170。

[0052] 包括转换器单元堆叠的容器可以是封闭的或密封的。例如，间隔元件可以被布置在外壳的端部或基部表面中的一个处。如图1所示，第一间隔元件116被布置在容器130的一端118处，而第二间隔元件114被布置在容器130的相对端119处。更具体地，第一间隔元件116可以被布置在第一连接器160和容器130的顶端118之间的接合处，而第二间隔元件114可以被布置在第二连接器170和容器130的底端119之间的接合处。

[0053] 第一间隔元件116和第二间隔元件114可以例如由绝缘材料制成。

[0054] 替代地，如将参考例如图4更具体描述的，容器130的底端119可以通过绝缘材料密封，其中第二连接器的汇流条元件可以被嵌入以用于电绝缘。

[0055] 第一连接器160包括汇流条元件161，该汇流条元件161被布置为将转换器单元堆叠(并且更具体地，堆叠的上部单元)连接到相邻阀单位的堆叠(图1中未示出，但在图4-6中示出)。第一连接器160可以包括由单件弯曲制成的汇流条元件，以便于连接位于两个相邻阀单元单元堆叠的顶部的两个单元。替代地，如图1所示，第一连接器160的汇流条元件可以包括多个段。例如，第一连接器可以具有节点元件162，以用于将汇流条元件的第一段连接到沿着轴向方向112延伸的汇流条元件的另一段，以用于串联电连接转换器单元120。在图1所示的具体实施例中，节点元件162被配置为在与容器130沿其延伸的轴向方向112相交(例如正交)的方向上引导汇流条元件161的段，以便到达相邻的阀单位。

[0056] 第二连接器170包括汇流条元件171，该汇流条元件171被布置为将转换器单元的堆叠(更具体地，堆叠的下部单元)连接到相邻阀单位的堆叠(图1中未示出，但例如在图4-6中)。第二连接器170可以包括由单件弯曲制成的汇流条元件，以便于连接位于两个相邻阀单位的堆叠的底部的两个单元。替代地，如图1所示，第二连接器170的汇流条元件可以包括多个段。例如，第二连接器可以具有节点元件172，以用于将汇流条元件的第一段连接到沿着轴向方向112延伸的汇流条元件的另一段，以用于串联电连接转换器单元120。在图1所示的具体实施例中，节点元件172被配置为在与容器130沿其延伸的轴向方向112相交(例如正交)的方向上引导汇流条元件171的段，以便到达相邻的阀单位。

[0057] 第一连接器160和第二连接器170可以被配置为在相反方向上引导汇流条元件，以便到达两个不同阀单位的堆叠，从而使得阀单位的串联连接能够形成更大的转换器。

[0058] 此外，对于在转换器单元120之间的电绝缘，容器130可以至少部分地填充有绝缘气体115，绝缘气体115可以是例如SF6、N2、空气、干燥空气或这些气体的混合物。然而，应当理解，本公开不限于这些示例，并且可以使用具有类似绝缘性质的其他气体，具体地不含SF6的气体。此外，可以使用具有大约几巴的压力的压缩气体。例如，外壳130可以填充有2至6巴的范围内的压力的SF6。

[0059] 在一些实施例中，单元、单元组或堆叠中的至少一个可以被可拆卸地布置，使得其可从容器移除。具体地，单元堆叠可以是从外壳可拆卸的(或可移除的)，这例如对于堆叠的单元、单元组或甚至整个堆叠的修理或更换是有利的。参考图1，可以通过移除第一间隔元件或间隔件116、安装在柱状容器130的顶端处的第一连接器160，从而打开容器130，并且通过可选地移除第二间隔元件114并拆卸容器130的顶部，来将单元120堆叠从外壳130插入或移除。图1示出了容器130可以由至少两个工件制成，其中主要部分是其中布置有单元堆叠的柱体，并且顶部部分通过凸缘117被成形为搁置在主要部分上的瓶颈，以形成瓶状容器130。然后，柱体堆叠可以在柱体外壳130内沿着轴向方向112滑动。

[0060] 在图1所示的阀单位100中，转换器单元堆叠可以成与容器130沿其延伸的轴向方向112同轴地被布置。具体地，通过间隔元件114、116和汇流条(或导体)140可以沿着轴向方向112保持单元堆叠被对齐，汇流条(或导体)140将转换器单元串联连接在一起的，容器130沿轴向方向112延伸，其中第一间隔元件116将汇流条140保持在容器130的顶端118处，而第二间隔元件114将汇流条140保持在容器130的底端119处。

[0061] 阀单位100还可以配备有顶部电容器屏蔽111和底部电容器屏蔽113，在顶部电容器屏蔽111中转换器单元120堆叠被插入在容器130的顶端118处，在底部电容器屏蔽113中转换器单元120堆叠被插入在容器130的底端119。

[0062] 应当理解，虽然柱体状形状对于在这种电气设备中感生的电场的均匀性提供了一些优点，但是本公开不限于这种外壳的形状，并且可以设想其他几何形状。

[0063] 阀单位100的部件或元件(例如单元、单元组、单元堆叠、顶部电容器屏蔽、底部电容器屏蔽、第一连接器和第二连接器中的一个或多个当中的每一个)可以是可移动的或模块化的，以便于在不影响其他元件的情况下促进其更换。更具体地参考HVDC应用，具有诸如参考图1所描述的多个单元位置的柱体型HVDC转换器相对于传统的海上转换器站是有利的，因为其避免或至少减少了对于手动接入阀单位的元件的间隙的需要。

[0064] 此外，单元120的电容器之间的电压(其可能是大约几kV)将被暴露给封闭在外壳130内的压缩气体。

[0065] 参考图2，更具体地描述根据实施例的单元120。

[0066] 图2示出了包括电容器屏蔽122和诸如基于半导体的组件127的开关器件的单元120。至少一个电容器元件(未示出)被布置或封闭在电容器屏蔽122内(即，在由电容器屏蔽主体的内部限定的体积内)。在图2所示的实施例中，电容器屏蔽122围绕半导体组件127并且是盘形的。电容器屏蔽122是环形的并且限定中心孔，半导体组件127可以置于该中心孔中。因此，图2所示的单元120特别适用于形成要布置在柱体状容器内的转换器单元的柱体状堆叠。

[0067] 在不失一般性的情况下并且仅出于说明的目的，根据期望的电气设备(例如，转换器的类型)，半导体组件可以是一个或多个晶闸管或IGBT的布置。

[0068] 多个单元120可以沿着容器的轴向方向(特别是沿着垂直方向但不是必须地)彼此之上布置，在其之间具有气体间隙，以在结构上形成堆叠(诸如在多个盘状单元的重叠的情况下)。多个单元120可以经由汇流条元件140电连接在一起以形成期望的电气设备。

[0069] 图3示出了阀堆叠150的示例，其中多个转换器单元沿轴向方向彼此之上地布置，在转换器单元之间具有气体间隙188。阀堆叠150包括多个单元120，其可以等同于参考图2描述的转换器单元120。图3示出了具有由电容器屏蔽122围绕的开关器件127的转换器单元堆叠150的横截面图。仍然应当理解，堆叠中的两个连续的单元可以彼此相同或不同。图3还示出了汇流条140，该底部电容器屏蔽113串联连接多个转换器单元120以形成更大转换器。

[0070] 图4示出了根据实施例的阀装置400。

[0071] 阀装置400包括串联电连接的多个阀单位410、420、430、440和450(在本示例中为五个)。然而，本公开不限于包括五个阀单位的阀装置。阀装置可以包括任何数目的阀单位，例如至少两个阀单位。

[0072] 在图4所示的实施例中，阀单位被并排布置。阀单位410、420、430、440和450中的每一个包括容器，其中布置有转换器单元的至少一个堆叠150。阀单位中的每一个可以形成较大转换器(其通过阀单位的多个单元堆叠的串联连接被形成)的至少一部分。阀单位的容器可以至少部分地填充有电绝缘气体115。阀单位410、420、430、440和450中的每一个可以等同于参考图1描述的阀单位100。

[0073] 在图4所示的阀装置400中，容器(或阀单位)沿着垂直方向延伸，使得阀单位彼此相邻。阀单位410、420、430、440和450的容器中的每一个沿其延伸的轴向方向可以基本上平行。

[0074] 此外，多个阀单位可以被对齐以形成一行列，如图4所示。具体地，图4所示的阀装置可以形成转换器站的一个臂。

[0075] 阀装置400还可以包括至少一个第一连接器460，其包括第一汇流条元件461，第一汇流条元件461将位于第一阀单位410的一端(具体地顶端)的单元421电连接到位于第二阀单位420的一端(具体地顶端)的另一单元441。第一连接器460通过电绝缘气体465绝缘。更一般地，第一连接器460被布置为将第一阀单位410堆叠的上部单元电连接到第二阀单位420堆叠的上部单元。如图4所示，第一连接器460并且特别是汇流条元件461可以是U形的。

[0076] 具体地，第一连接器460可以包括至少一个管道或管状元件，其被布置为将第一阀单位410的容器的一端连接到第二阀单位420的容器的另一端。汇流条元件461位于管道内，以将第一阀单位410的单元堆叠电连接到第二阀单位420的单元堆叠。管道可以至少部分地通过绝缘气体415填充，以使汇流条元件461绝缘。

[0077] 阀装置还可以包括第一类型的连接器，即类似于第一连接器461，以用于将第四阀单位440连接到第五阀单位450。

[0078] 阀装置还可以进一步包括第二连接器470，其包括汇流条元件471，汇流条元件471将位于第一阀单位的另一端的另一单元(特别是第一阀单位410的最下面单元431)连接到第三阀单位430的另一单元451，特别是第三阀单位的最下面单元431。第二连接器并且具体地其汇流条元件471是电绝缘的。更一般地，第二连接器470被布置为将第一阀单位410堆叠的下部单元电连接到第三阀单位430堆叠的下部单元。

[0079] 图4所示的布置是对称的，使得第四阀单位440和第五阀单位450以与第二阀单位420和第一阀单位410类似的方式被连接和布置。在该布置中，第三阀单位430和第五阀单位
450中的每一个配备有用于连接到电气系统(或外部汇流条)的一个插入式电缆端子482、
484。插入式电缆端子(或任何其他气体绝缘汇流条)可以用于将阀装置连接到变压器或DC气体绝缘系统。

[0080] 如图4所示，阀装置400包括插入式电缆端子482，插入式电缆端子482用于将标记为430的第三阀单位的单元堆叠连接到交流传输线。此外，阀装置400包括插入式电缆端子484，插入式电缆端子482用于将标记为450的第五阀单位的单元堆叠连接到直流输电线。

[0081] 插入式电缆端子482、484可以被设计成经由某个类型的电缆连接到另一阀单位或电气系统。

[0082] 阀装置400可以例如是转换器站(或其至少一部分)的转换器，并且可以用于将进入AC功率转换成输出DC功率。

[0083] 如已经参考图1所述，阀单位的容器可以通过间隔元件来密封。例如，间隔元件416可以被布置在第一阀单位410的容器的端部或基部表面中的一个处。第一间隔元件416被布置在第一阀单位410的容器的顶部，而第二间隔元件414被布置在第一阀单位410的容器的相对端(即底部)处。

[0084] 间隔元件可以由绝缘材料制成，例如环氧树脂。间隔件416可以包括在横切于轴向方向的方向上延伸的第一部分，容器沿轴向方向延伸，以用于将第一阀单位410与第二阀单位420分离。间隔件(或接头)416还可以包括沿着第一阀单位410的外壳的外壁和第一连接器460的壁延伸的第二部分。

[0085] 在图4所示的装置400中，第一阀单位410的输出通过第一连接器460被连接到第二阀单位420的输入(反之亦然)，而没有任何电缆或汇流条为露天的。

[0086] 在图4所示的阀装置400中，第二连接器470的汇流条元件471通过绝缘气体475绝缘，绝缘气体475可以是例如SF6、N2、空气、干燥空气或这些气体的混合物。然而，应当理解，本公开不限于这些示例，并且可以使用具有类似绝缘性质的其他气体，特别是不含SF6的气体。此外，可以使用具有大约几巴的压力的压缩气体。

[0087] 更具体地，第二连接器470可以是绝缘隔室，其中布置有用于将第一阀单位410的下部单元431连接到第三阀单位430的下部单元451的汇流条元件471。其他连接器并且具体地汇流条元件可以位于绝缘隔室中，诸如用于将第二阀单位420的下部单元连接到第四阀单位440的下部单元的标记为472的汇流条元件。绝缘隔室470形成阀装置的基部，阀单位410-450的容器布置在阀装置基部。

[0088] 图4所示的装置440可以是转换器站(或阀站)的一部分，并且可以具体地表示这种转换器站的一个臂。然后，阀站可以包括三个这样的布置，即三相。对于每个相，阀单位的数目(即容器或柱体罐的数目)可以是不同的，这取决于额定系统电压和在一个罐中包括多少单元。

[0089] 图5示出了与参考图4描述的阀装置400等效的阀装置500，除了第二连接器可以等同于第一连接器而不是柜(或填充有绝缘气体的隔室)。具体地，第一阀单位510堆叠的下部单元514可以通过位于管道573中的汇流条元件571被连接到另一阀单位530堆叠的下部单元551，管道573至少部分地填充有绝缘气体575。

[0090] 绝缘气体575可以是例如SF6、N2、空气、干燥空气或这些气体的混合物。然而，应当理解，本公开不限于这些示例，并且可以使用具有类似绝缘性质的其他气体，特别是不含SF6的气体。此外，可以使用具有大约几巴的压力的压缩气体。

[0091] 除了上述第二连接器的类型的差异之外，参考图4描述的所有其他特征可以与图5所示的配置组合以形成其他实施例。

[0092] 具体地，图5示出了串联电连接的五个阀单位510、520、530、540和550的布置。然而，根据期望应用，可以使用任何其他数目的阀单位来构件阀装置。

[0093] 在图5所示的实施例中，阀单位被并排布置。阀单位510、520、530、540和550中的每一个包括容器，其中布置有至少一个转换器单元堆叠550(如针对由510表示的阀单位所示)。阀单位中的每一个可以形成较大转换器(其通过阀单位的多个单元堆的串联连接形成)的至少一部分。阀单位的容器可以至少部分地填充有电绝缘气体515。除了上述关于第二连接器570的差异之外，阀单位510、520、530、540和550中的每一个可以与参考图1描述的阀单位100或参考图4描述的阀单位410、420、430、440和450等效。

[0094] 具体地，包括第一汇流条元件561的第一连接器560可以对应于参考图4描述的第一连接器460，第一汇流条元件561将位于第一阀单位510的一端(具体地顶端)的单元521电连接到位于第二阀单位520的一端(具体地顶端)的另一单元541。第一连接器560通过电绝缘气体565绝缘。阀装置500还可以包括第一类型的连接器，即，类似于第一连接器561，用于将第四阀单位540连接到第五阀单位550。

[0095] 对于图4所示的阀装置400，第三阀单位530和第五阀单位550中的每一个可以配备有一个插入式电缆端子582、584，以用于连接到电气系统(或外部汇流条)。插入式电缆端子(或任何其他气体绝缘汇流条)可以用于将阀装置连接到变压器或DC气体绝缘系统。如图5所示，阀装置500包括用于将标记为530的第三阀单位的单元堆叠连接到交流传输线的插入式电缆端子582。此外，阀装置500包括用于将标记为550的第五阀单位的单元堆叠连接到直流传输线的插入式电缆端子584。插入式电缆端子582、584可以被设计为经由某个类型的电缆连接到另一阀单位或电气系统。

[0096] 此外，阀单位的容器可以通过间隔元件514、516密封，间隔元件514、516可以等同于参考图4描述的间隔元件414、416。

[0097] 阀装置500可以例如是转换器站(或其至少一部分)的转换器，并且可以用于将进入AC功率转换成输出DC功率。

[0098] 图6示出了具有在隔室或柜670上彼此相邻的五个阀单位610、620、630、640和650的阀装置。与参考图4所描述的实施例相比，在基于图6所示的配置的实施例中，用于连接两个相邻阀单位的下部单元的汇流条元件(诸如，标记为610和630的阀单位以及标记为620和640的阀单位)被嵌入绝缘材料中，而不是通过绝缘气体隔离。隔室670的绝缘材料可以是环氧树脂。

[0099] 图6示出了等同于参考图4描述的阀装置400的阀装置600，除了第二连接器包括具有固体绝缘材料的隔室，其中汇流条元件671用于将第一阀单位610堆叠的下部单元连接到第三阀单位630堆叠的下部单元。

[0100] 图6示出了具有在隔室或柜670上彼此相邻的五个阀单位610、620、630、640和650的阀装置。与参考图4描述的实施例相比，在基于图6所示的配置的实施例中，用于连接两个相邻阀单位的下部单元的汇流条元件(诸如标记为610和630的阀单位以及标记为620和640的阀单位)被嵌入绝缘材料中，而不是通过绝缘气体隔离。隔室670的绝缘材料可以是环氧树脂。

[0101] 在图6所示的阀装置600中，第一阀单位610包括用于将其容器与相邻阀单位420和430的容器分离的间隔元件。间隔元件包括绝缘材料，并且可以例如被布置在第一阀单位
610的容器的一端与第一连接器660之间的接合处，第一连接器660将第一阀单位610的单元堆叠连接到相邻阀单位620的单元堆叠。第一连接器660可以等效于以上参考图1和图4描述的第一连接器160和460。然而，在容器的底端，包括绝缘材料的柜670用作两个相邻阀单位之间的间隔元件，并且不必须额外的间隔元件。

[0102] 图6还示出了阀装置可以配备有一个插入式电缆端子，该插入式电缆端子用于将阀单位中的一个(在本示例中为标记为630的第三阀单位)连接到交流传输线，并且可以配备有另一个插入式电缆端子用于将阀单位中的一个(在本示例中为第五阀单位650)连接到直流传输线。应当理解，插入式电缆端子可以位于这些阀单位的容器的端部(或开口)处，或者经由汇流条元件连接到这些阀单位的单元堆叠(或从单元堆叠延伸的汇流条元件)。

[0103] 虽然在上面以具体组合描述了特征和元件，但是每个特征或元件可以在没有其他特征和元件的情况下被单独使用或者与具有或不具有其他特征和元件的各种组合一起使用。具体地，虽然图4和图6中所示的示例包括五个阀单位，但是应当理解，可以使用任何其他数目的阀单位来形成功率转换器站(或其至少一部分)。此外，对第一、第二、第三、第四和第五阀单位的引用可以被互换，例如第三阀单位被认为是第一阀单位，反之亦然。

[0104] 另外，通过对附图、公开和所附权利要求的研究，本领域技术人员在实践要求保护的本发明时可以理解和实现所公开的实施例的其他变体。在所附权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中陈述的某些措施的事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。