SE464843B - Stroemriktaranlaeggning med seriekopplad stroemstyv och spaenningsstyv stroemriktare - Google Patents

Description

464 843 Spänningsstyva, tvångskommuterade omvandlare har hittills mest kommit till användning vid måttliga spänningar, för effektstyrningar av motorer o. dyl. Det är i och för sig tidigare känt, på det teoretiska planet om än ej så mycket i praktiska anläggningar, att dylika omvand- lare skulle kunna ge fördelar, särskilt med hänsyn till möjligheten att alstra reaktiv effekt och att de kan anslutas till "svaga" växelströmsnät, dvs sådana med en hög inre impedans, t ex på grund av avsaknad av synkronmaskiner.

Genom att emellertid enligt uppfinningen kombinera i serie en strömstyv nätkommuterad och spänningsstyv tvångskommuterad strömriktare kan man uppnå en billigare och bättre anläggning, bl a beroende på att man kan utnyttja reglerkapaciteten för den tvångsstyrda komponenten bättre. Om den tvångsstyrda komponenten ges tillräckligt regleromfång, kan man till och med i många fall undvara lindningskopplare i transformatorn. Med hänsyn till möjligheten att med den spänningsstyva strömriktaren reglera kommuteringsspänningen för den strömstyva strömriktaren samt möjligheten att styra förhållandet mellan växelspän- ning och likspänning för den spänningsstyva strömriktaren oberoende av motsvarande förhål- lande för den strömstyva strömriktaren.

En särskild fördel enligt uppfinningen är som nämnts ovan, att man i samma anläggning kan kompensera bort den reaktíva belastningskomponent som är förenad med användningen av linjekommuterade strömstyva strömriktare. Med hänsyn härtill föredrages att 30-50 96 av den totala likspänningen över anläggningen upptas av den späningsstyva komponenten.

Uppfinningen kan också användas för att sammankoppla två likspänningslinjer med olika spänning. Ett behov härav kan föreligga, när man vill sammankoppla en högspänd likströmslinje med luftledning (t.ex. f 500 kV) med en likströmslinje med kabelöverföring (t ex i" 250 kV).

(I detta fall är den andel av spänningen som upptas av de båda komponenterna bestämd av de båda linjernas märkspänningar.

Uppfinningen skall nu beskrivas i utföringsexempelform och med hänvisning till ritningarna.

Fig. 1 visar ett förenklat enlinjeschema för en strömriktare enligt uppfinningen.

Fig. 2 visar ett ekvivalent enlinjeschema för strömriktaren i Fig. l. nvpfi Ö\ .Du CÖ .Ps CN Fig. 3 visar ett utföringsexempel, där uppfinningen utnyttjas för effektöverföring mellan två likströmsnät med olika spänning.

I samtliga figurer har utnyttjats de inom detta tekniska område konventionella symbolerna, och det förutsättes att dessa och andra konventioner, beskrivna i inledningsvis angiven litte- ratur, är bekanta.

I Fig. l visas schematiskt ett system med, från vänster till höger sett, ettutrefas växelströms- system A, en trefas trelindnings strömriktartransformator B för erhållande av växelspän- ningar för kommutering, själva strömriktarventilbryggorna C inklusive filter på likströms- sidan, och ett likströmsnät D. Strömriktaranläggningen är styrd av en styr- och reglerutrust- ning.

Strömriktarbryggorna C består av två strömriktarbryggor, en strömstyv nätkommuterad strömriktarbrygga a, och en spänningsstyv tvångskommuterad strömriktarbrygga b, vilka är kopplade i serie, så att deras respektive utgående likspänningar U da och U db adderas till U d på utgången.

Det är lämpligt att dimensionera de båda strömriktarbryggorna på så sätt, att U da max > U db max, eftersom man då får en billigare anläggning och kan styra den totala likspänningen till noll samt ändå får tillräcklig styrmöjlighet av reaktiv effekt genom den spänningsstyva, tvångskommuterade strömriktaren, i vilken erforderlig reaktiv effekt kan alstras eller absorberas för att få god kompensation på växelströmssidan. Genom att endast en del av den totala spänningen behöver upptas av den spänningsstyva tvångskommu- terade strömriktarens släckbara ventiler, blir dessa billigare.

Genom de båda för likström seriekoplade strömriktarna går alltså i varje ögonblick samma likström. Sett från likströmssidan kan emellertid U db varieras så att man kan undvara den lindningsomkopplare som eljest är vanlig i transformatorutrustningen, och sett från växelströms- sidan kan man alstra eller absorbera reaktiv effekt.

I Fig. 2 visas ett ekvivalentschema av enlinjetyp, vilket visar läckinduktanserna i strömriktar- transformatorn för fallet att ventillindningen till den strömstyva bryggan a är placerad mellan nätlindningen och ventillindningen till den spänningsstyva bryggan b. Då den ström- styva bryggan genererar harmoniska övertonsströmmar med beloppet I an av ordningen n 464 843 och den spänningsstyva övertonsspänningen med belopp Ubn åskådliggör figur 2 också förhållan- dena med avseende på utdämpningen av de harmoniska, av kommuteringen alstrade spänning- arna och strömmarna. Den angivna koppligen är därvid fördelaktig då den ger minimal utmat- ning av övertoner till växelströmsnätet.

I Fig. 3 visas ett särskilt exempel pâ uppfinningens användning. I Station I med en strömstyv, nätkommuterad strömriktare, är ett trefasigt linjenät sammankopplat med en högspänd likströms transmissionslinje, som kan vara en luftlinje för t ex f 500 kV. Denna sammankopplas i Station II med en likströmslinje i kabel, som därför har lägre maximal spänning, t.ex. 250 kV.

En strömstyv, nätkommuterad strömriktare b. En strömstyv nätkommuterad strömriktare a är likströmsmässigt seriekopplad med en spänningsstyv, tvångskommuterad strömriktare b.

De båda strömriktarna är på växelströmssidan kopplade till en transformator eller tvâ eller flera sammankopplade transformatorer, bildande ett lokalt växelströmsnät LN. Detta kan vara belastat som ett vanligt nät, men behöver egentligen inte vara det utan kan även vara tomgående.

På högra likströmssidan i Station II är en kabellinje ansluten, i vars andra ände finns Station III.

I detta fall visad som en spänningsstyv tvångskommuterad strömriktare.

I fallet enligt Fig.3 behöver ej likströmmen genom strömriktarna a och b vara lika. Tvärtom kan likströmmen från station I exempelvis vara hälften så stor som likströmmen till station III, vilket är nödvändigt om samma effekt skall överföras via luftledningen och via kabelled- ningen och det förutsätts att kabelöverföringen är dimensionerad för bara halva spänningen.

Man inser att vid ett sådant driftsfall, alltså när effekt transporteras från vänster till höger, strömriktarbryggan a kommer att leverera aktiv effekt till strömriktartransformatorn och att den senare levererar aktiv effekt till strömriktarbryggan b. När effekttransporten sker åt motsatt håll, råder det motsatta förhållandet.

Det lokala växelströmsnätet behöver alltså inte vara belastat utifrån, men genom närvaron av den spänningsstyva , tvångskommuterade strömriktaren kan växelspänningen styras på ett liknande sätt som för en synkronmaskin, där den reaktiva effekten styres genom maskinens magnetisering.

I de ovanstående exemplen har varken funktionen av den konvetionella strömstyva nätkom- muterade strömriktaren eller den spänningsstyva tvângskommuterade strömriktaren beskrivits, med hänsyn till att de är beskrivna i de anförda litteraturställena. 464 843 Styr- och reglerkretsarna för den strömstyva nätkommuterade bryggan a, kan utformas som beskrivits i de anförda litteraturställena för en konventionell HVDC överföring med två stationer.

Styr- och reglersystemet för den spänningsstyva tvångskommuterade bryggan b, kan förslagsvis utformas som beskrivs nedan för fallet att strömriktarstationen arbetar i växelriktardrift, dvs aktiv effekt överföres från likströmssidan till de anslutna växelspänningsnäten. Det förutsättes att HVDC överföringen endast består av två stationer varvid den andra stationen arbetar i likriktardrift samt reglerar strömmen på likströmslinjen till ett önskat värde.

Växelriktarstationen vilken förutsättes uppbyggd enligt uppfinningen bestämmer likspänningen på likströmslinjen, vilken i växelriktarstationen betecknas med U d och bestäms av bfYßâsPäfi' ningarna U da och Udb. Det förutsätts att den strömstyva strömriktarbryggan a, styrs på konventionellt sätt på minsta släckvinkel f min, varvid spänningen U da kommer att bestämmas av släckvinkel, kommuteringsreaktans och kommuteringsspänning vilka i sin tur bestäms av växelspänningsnätets spänning UL och växelspänningen Ub från den spänningsstyva strömriktaren. (Det förutsätts här att transformatorn ej är försedd med lindningskopplare).

För att erhålla önskat värde på spänningen U d måste därför primärt spänningen U db kunna styras så att önskad summaspänning erhålles över de två seriekopplade bryggorna a och b. Då spänningen U db och upplagrad energi i kondensatorn Cb bestäms av skillnaden mellan inmatad energi från likströmslinjen och utmatad energi till växelströmsnätet kan spänningen U dL styras via styrning av utmatad effekt till växelströmsnätet. Då denna primärt bestäms av fasvinkelskillnaden mellan spänningarna UL och Ubl där Ubl är grundtonskomponenten av växelspänningen till ventilbryggan b, styrs utmatad effekt via styrning av fasläget av spänningen Ub , vilken bestäms av tänd- och släckpulserna till bryggan b. Detta åskådliggör förenklat de nedersta blocken i blockschemat enligt figur 4.

Då den strömstyva nätkommuterade bryggan a, alltid konsumerar reaktiv effekt vilken normalt är av storleksordningen 50 96 av dess aktiva effekt arrangeras styrningen av den tvångskommuterade spänningsstyva strömriktaren b, så att den svarar för styrning av den totala reaktiva effekten till de båda strömriktarna. Denna styrning och reglering kan t ex arrangeras såsom visas i figur 4 där regleringen arrangeras för att erhålla konstant nätspänning UL eller en reglering av reaktiv effekt som är beroende av nätspänningen UL. Styrningen arrangeras så att en låg nätspänning ger en ökning av spänningen Ub varvid fflêkfíV effekt matas från strömriktare b, ut till växelströmsnätet. Förhållandet melllan spänningen Ub och likspänningen över strömriktarbryggan b i figur 4 betecknad med U db kan styras meld t ex s k pulsbreddmodulering, t ex tillämpad på en s k NPC koppling enligt det första av ovan angivna litteraturställen. 464 845 Som visas i figur 4 kommer tidpunkterna för ventilernas tändning och släckning att styras av önskat fasläge och amplitud av grundtonskomponenten av spänningen Ubl. De förenklade styr- och reglerprinciper som beskrivits ovan med referens till figur 4 har e] beaktat ovan- stående lindningskopplare. Om strömriktartransformatorn är försedd med lindningskopplare arrangeras lämpligen dess styrning för att säkerställa att växelspänningarna till de två bryg- gorna ligger inom ett lämpligt arbetsområde medan den snabba styrningen och regleringen kan arrangeras enligt ovan beskrivna grundprinciper.

Claims (7)

-7_ 464 843 Patentkrav

1. Strömriktaranläggning, vari ingår minst en transformator (TR), till transformatorn kopp- lade, styrbara strömventiler (a,b,), samt medel (K) för styrning av strömventilerna, k ä n n t e c k n a d av att strömventilerna innefattar minst två likströmsmässigt i serie kopplade strömriktarbryggor, varav en första enhet (a) utgöres av en strömstyrd, linjekom- muterad strömriktarbrygga, under det att den andra enheten (b) utgöres av en spänningsstyv, tvângskommuterad strömriktarbrygga, vars strömventiler innefattar släckbara strömventiler.

2. Strömriktaranläggning enligt krav l. k ä n n e t e c k n a d av att strömriktartransformatorerna för varje fas är arrangerade så att ventillindningarna som matar strömriktarbryggan a och strömriktarbryggan b är Iindade på ett gemensamt transformatorben med en gemensam växeltrömsnätlindning varvid ventillind- ningen som anslutes till den strömstyva bryggan är placerad emellan de två övriga lindningarna för att uppnå optimala förhållanden med hänsyn till utmatade övertoner.

3. Strömriktaranläggning enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a d av att den första strömriktarbryggan (a) har en märkspänning i förhåll- ande till den andra strömriktarbryggan, uppgående till mellan 1:1 och 2:1.

4. Strömriktaranläggning enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att den första (a) och den andra (b) strömriktarbryggan har väsent- ligen samma märkström.

5. Strömriktaranläggning enligt krav l, k ä n n e t e c: k n a d av att medlen för styrd kommutering (K) av den andra strömventil- enheten (b) är anordnad så att förhållandet mellan strömriktarbryggans likspänning och växelspänningen från strömriktartransformatorn kan styras t ex med s k pulsbreddmodulering och att växelspänningens amplitud styrs så at; önskad reaktiv effekt alternativt amplitud av matande växelströmsnäts spänning erhålles medan fasläget styrs så att önskad aktiv effekt och därmed önskad likspänning över strömriktarbryggan b och därmed över de seriekopp- lade bryggorna a och b erhålles..

6. Strömriktaranläggning enligt krav l, 2, 3 eller 5, k ä n n e t e c k a d av att den andra strömriktarenheten (b) har högre märkström än den första (a), att anläggningen har en första anslutning för en första högspänd likströmslinje, i vilken anslutning de båda strömriktrarenheterna är inkopplade i serie, och en andra anslutning för en andra högspänd likströmslinje, i vilken endast den andra strömriktarenheten (b) är inkopplad . 464 843

7. Strömriktaranläggning enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d av att dess minst en transformator (TR) bildar ett løkalt växelströmsnät utan väsentlig yttre växelströmsbelastning. dl