FI100748B - Verkon impedanssin nopea säätölaite - Google Patents

Description

100748

Verkon impedanssin nopea säätölaite Tämä keksintö koskee siirtoimpedanssin säätöä vaih-5 tosähköjärjestelmässä ja erityisesti voimansiirtojärjestel mässä. Lähemmin tämä keksintö koskee siirtojärjestelmän kanssa sarjaan kytketyn staattisen säädettävän reaktanssin käyttämistä siten, että se tekee mahdolliseksi siirtojohdon tehon tai virran tehokkaan säädön.

10 Vaihtosähkötehon siirtojärjestelmässä kahden pisteen välillä siirrettävän tehon määräävät pääasiallisesti näissä pisteissä vaikuttavan jännitteen suuruus, näitä kahta jännitettä vastaavien vektorien välinen kulma sekä näiden kahden pisteen välinen siirtoimpedanssi . Teho on verrannollinen 15 jännitteen arvoon. Jännitteiden suuruus kuitenkin säädetään yleensä siten, että jännite vaihtelee suhteellisen pienellä suunnittelurajojen määräämällä alueella ja siten että estetään sähkölaitoksen tilaajalla verkkojännitteen muuttuminen yli sallittujen vaihtelurajojen. Käytettäessä suuria kiinteitä 20 siirtoimpedansseja tehonsäätömahdollisuudet jännitettä säätämällä ovat rajoitetut. Siirretty teho on likimain verrannollinen edellä mainittujen kahden jännitevektorin välisen kulman sinin arvoon. Tästä syystä tehoa yleensä säädetään jännite-vektorien välistä kulmaa säätämällä. Tehon säätö tätä kulmaa 25 säätämällä tehdään yleensä suhteellisen hitaalla tavalla säätämällä synkronikoneiden roottorikulmaa. Tällaisessa tapauksessa rajan suurimmalle sallittavalle kulmalle, ja siten myös siirrettävälle teholle, asettavat tekijät, jotka vaikuttavat järjestelmän stabiilisuuteen dynaamisessa ja 30 transienttitilassa.

Tehonsiirtokyvyn sekä dynaamisen ja transienttitilan stabiilisuusrajojen parantamiseksi on käytetty useita eri menetelmiä; on käytetty esimerkiksi rinnakkaisrektanssilait-teita. Tahtikpmpensaattorit, rinnakkaiskondensaattorit, 35 rinnakkaiskuristimet, tyristorikytketyt ja/tai säädetyt 2 100748 staattiset loistehokompensaattorit sekä kyllästyviin kuristimiin perustuvat kompensaattorit ovat tähän tarkoitukseen käytettyjä rinnakkaislaitteita. Näistä menetelmistä käytetään joskus nimityksiä aaltoimpedanssin kompensointi tai lohkotuk-5 sella suoritettava kompensointi.

Kompensointia sarjakondensaattorin avulla on myös joskus käytetty stabiilisuusrajojen ja siirtokyvyn parantamiseen pienentämällä siirtoimpedanssia. Tästä menetelmästä käytetään joskus nimitystä johdon pituuden kompensointi ja 10 se on olennaisesti passiivinen kompensoint imene te lmä. Sarjakon-densaattori voidaan tietyin rajoituksin kytkeä siirtojohtoon tai erottaa siitä stabiilisuusominaisuuksien parantamiseksi. Toisaalta, koska sarjakondensaattori on passiivinen laite, niin sitä ei voida käyttää siirrettävän tehon portaattomaan 15 säätämiseen. Koska siirretty teho on kääntäen verrannollinen siirto impedanssiin, niin sarjakondensaattoria käyttävän kompensoinnin tehokkuus siirtoimpedanssin pienentämisessä ja siirrettävän tehon suurentamisessa paranee lisättäessä sarja-kondensaattorilla suoritettavaa kompensointia. Esimerkiksi 20 muiden tekijöiden pysyessä muuttumattomina 50-prosenttinen kompensointi sar jakondensaattor illa pienentää siirto impedanssin noin puoleen alkuperäisestä arvostaan ja suurentaa siirrettävän tehon kaksinkertaiseksi otettaessa huomioon jatkuvuustilan stabiilisuusrajät. Lisättäessä kompensointia vielä 25 prosent-25 tiyksiköllä, joka pienentäisi siirtoimpedanssin yhteen nel-jäsosaaan alkuperäisestä arvostaan, suurenisi siirrettävä maksimiteho, sen jatkuvuustilan stabiilisuusraja huomioon ottaen, nelinkertaiseksi alkuperäisestä arvostaan.

Huolimatta tästä moninkertaisesta siirrettävän tehon 30 suurenemisesta lisäämällä sar jakompensointia, ei tähän mennessä ole käytetty kovin suurta sarjakompensointitasoa. Yleensä on myönnetty, että sarjakompensoinnin ylärajataso käytännössä on 80 prosentin suuruusluokkaa.

Mikäli käytettäisiin hyvin suurta, lähellä 100 pro-35 senttiä olevaa sarjakompensointitasoa, siitä aiheutuisi (1) hallitsemattomia tehon tai virran vaihteluita jännitteiden tai vektorikulmien vähän muuttuessa, (2) mahdollisesti vähin- 3 100748 gollisia vaimentamattomia alisynkronisia värähtelyltä sekä (3) suuria transienttivirtoja ja -jännitteitä johtuen sarja-resonanssista.

Nämä suuret transienttivirrat tai - jännitteet voidaan 5 estää käyttämällä suljettuja metallioksidivaristoreita sarja-kondensaattorien ylijännitesuojana. Rajoittamalla sarjakon-densaattor in yli vaikuttava ylijännite suuren transienttivirran esiintyessä metallioksidivaristorin rajajännitteen tasoon saadaan muutetuksi sarjakondensaattorin tehollista kapasi-10 tanssia transientti-ilmiön aikana. Tämä poistaa tilapäisesti sarjaresonanssitilan ja estää transienttivirran saavuttamasta hyvin suurta arvoa.

Edellä manitut ensimmäinen ja toinen ongelma johtuvat siitä, ettei tehoa vaihtosänkösiirtojärjestelmässä voida 15 riittävästi säätää. Esillä oleva keskintö kuitenkin ratkaisee tämän ongelman.

Toisiinsa kytketyissä voimansiirtojärjestelmissä on ongelmana, että niissä esiintyy suunnitelmatonta tehon virtausta verkon osien välillä johtuen suunnitellun ja todellisen 20 tehonvirtauksen erisuuruudesta. Tämä keksintö tekee mahdolliseksi siirtoverkon eri osien impedanssin säätämisen siten, että todellinen tehonvirtaus on lähempänä suunniteltua arvoa.

Tämä keksintö tekee myös mahdolliseksi siirtojärjestelmän eri osien impedanssin säädön siten, että tehonvirtausta 25 voidaan säätää samalla kun häviöt minimoidaan.

Tämän keksinnön mukainen laite on staattinen säädetty sarjareaktanssi, joka kytketään sarjaan vaihtosähkövoiman-siirtojärjestelmän kanssa sen siirtoimpedanssin nopeaa jatkuvatoimista säätämistä varten. Laitteeseen voi kuulua kiinteä 30 tai kytkettävä kapasitiivinen tai induktiivinen sarjareaktans- si, jonka avulla suurennetaan säätöherkkyyttä ja/tai säätö-aluetta. Tämän keksinnön mukaista laitetta voidaan siis käyttää tehokkaasti siirtojärjestelmän tehon tai virran säätämiseen siten, että vältetään mahdolliset ongelmat, jotka aiheutuisivat 35 suuresta kompensointitasosta sar jakondensaattor ia käytettäessä, samalla kun minimoidaan suunnitelmaton tehon virtaus ja häviöt siirtojärjestelmässä.

4 100748 Tämän keksinnön eräänä tarkoituksena, edellä mainituista syistä, on saada aikaan uusi staattinen elin tehonsäätöön, jossa siirto impedanssin nopea hienosäätö on tehty mahdolliseksi käyttämällä staattista säädettyä sarjarektanssia.

5 Toisena tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan vaihtosähköjohdon tehon hyvä säädettävyys.

Edelleen tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan vaihtosähkösiirtojohdon tehon hyvä säädettävyys käyttämällä suhteellisen pienikokoista säädettävää sar jareaktanssilaitetta, 10 joka muodostaa merkittävän osan siirtoimpedanssista.

Lisäksi tämän keksinnön tarkoituksena on käyttää tämän keksinnön mukaista staattista säädettävää sarjareaktanssia siten, että sen avulla saavutetaan sarjakondensaattoria käytettäessä merkittävästi suurempi kompensointitaso kuin 15 tähän asti käytetyillä kompensointimenetelmillä.

Näiden lisäksi tämän keksinnön tarkoituksena on parantaa siirtojärjestelmän staattista ja dynaamista stabiilisuutta käyttämällä tämän keksinnön mukaista staattista säädettävää sarjareaktanssia samalla kun käytetään suurta sarjakompen-20 sointitasoa.

Tämän keksinnön tarkoituksena on lisäksi tehdä mahdolliseksi siirtojärjestelmän eri osien impedanssin säätö suun-nitelmattoman tehonvirtauksen minimoimiseksi.

Lisäksi tämän keksinnön tarkoituksena on tehdä mahdol-25 liseksi siirtojärjestelmän eri osien impedanssin säätö häviöiden minimoimiseksi.

Edellä mainitut tavoitteet saavutetaan käyttämällä staattista säädettävää reaktanssilaitetta, joka kytketään sarjaan vaihtosähkötehon siirtojärjestelmän kanssa, kuten 30 esillä olevassa sovelluksessa esitetään.

Tämä keksintö koskee laitetta, jolla suoritetaan verkon impedanssin säätö siirtojohdossa, jossa säädettävä rektanssi kytketään sarjaan siirtojohdon kanssa. Säädettävä reaktanssi konstruoidaan säädettävästä kuristimesta (reaktorista), joka 35 kytketään kiinteän rektanssin kanssa rinnan. Säädettävä kuristin muodostetaan kuristinkelasta, joka kytketään sarjaan staattisen kytkimen kanssa, joka säätää kuristimen kautta 5 100748 kulkevan virran virtausaikaa ja siten säätää kuristimen tehollista induktanssia. Vastarinnankytketyt tyristorit voivat toimia tällaisena sarjaan kytkettynä staattisena kytkimenä. Kuristimen virtausajan muuttaminen aiheuttaa sen, että ku-5 ristimen kautta kulkeva virta on epäjatkuva. Kiinteistä reaktansseista muodostettu rinnakkainen sähköpiiri kytketään säädettävään kuristimeen epäjatkuvasta virrasta aiheutuvien harmonisten komponenttien suodattamiseksi ja jotta säädettävälle rektanssille saadaan haluttu toimialue. Säädettävästä 10 kuristimesta ja rinnakkaisreaktansseista muodostuva säädettävä reaktanssi voidaan kytkeä siirtojohdon kanssa sarjaan joko suoraan tai kytkemällä se sellaisen muuntajan toisiokäämityksen napoihin, jonka ensiökäämitys on kytketty sarjaan siirtojohdon kanssa. Laitteen kytkeminen muuntajan toisiopuolelle tekee mah-15 dolliseksi sovittaa laite kolmivaihejärjestelmässä kolmiokyt-kentään kolmella jaollisten parittomien harmonisten eliminoimiseksi. Lisäksi laitteen kehittämien harmonisten pienentäminen on mahdollista myös jakamalla laite kahteen osaan ja kytkemällä ne muuntajan tähteen ja kolmioon kytkettyihin toisiokäämeihin 20 muuntajan ensiökäämityksen ollessa kytketty sarjaan siirto-johdon kanssa.

Tämä keksintö poistaa edellä keksinnön taustaa tarkasteltaessa todetun ensimmäisen ja toisen ongelman esittämällä, että käytetään staattista säädettävää sarjareaktanssia, jonka 25 avulla tehdään säädettävästä rektanssista siirtoimpedanssin merkittävä osa tai jopa pääosa. Muuttamalla tätä säädettävää rektanssia siirto impedanssia voidaan muuttaa riittävästi, jotta saadaan aikaan tehokas siirtojohdon tehon tai virran säätö. Tämän säädettävän reaktanssin käyttäminen sarjakonden-30 saattorilla aikaansaatavan suuren kompensointitason yhteydessä tekee mahdolliseksi laitteen konstruoimisen suhteellisen pienikokoiseksi ja siten taloudelliseksi. Esimerkiksi käytettäessä sarjakondensaattorien avulla suoritettua 100-prosent-tista siirtoimpedanssin induktiivisen sarjareaktanssiosan 35 kompensointia siirto impedanssi olisi olennaisesti hyvin pieni verrattuna sarjaresistanssiin. Tässä tapauksessa staattisella säädettävällä pienikokoisella sarjareaktanssilaitteella, 6 100748 jonka reaktanssi on esimerkiksi 10 prosenttia kompensoimatto-masta siirtoimpedanssista, saadaan aikaan tehon tai virran säätö hyvin laajalla alueella. Tekemällä pääasiallinen osa siirtoimpedanssista säädettäväksi voidaan helposti välttää 5 ongelma, joka aiheutuisi hallitsemattomista tehon vaihteluista pienten häiriöiden aikana, jos käytettäisiin kiinteillä sarjakondensaattoreilla aikaansaatua suurta kompensointitasoa. Järjestelmän tehoa tai virtaa voidaan helposti säätää halutuissa rajoissa siirto impedanssin nopean jatkuvatoimisen 10 säädön avulla. Koska tehon vaihtelu on herkkä staattisen säädettävän reaktanssin muutoksille, niin tämän keksinnön mukaisen laitteen avulla aikaansaatava dynaaminen säätö tekee mahdolliseksi alisynkronisten värähtelyjen vaimentamisen.

Impedanssin nopeaan säätöön tarvittavan laitteen koko 15 riippuu halutusta tehonsäädön toimialueesta ja herkkyydestä. Tämän keksinnön mukaista laitetta voidaan käyttää millä tahansa sarjakondensaattorin avulla saavutettavalla kompen-sointitasolla ja jopa ilman sarjakompensaattorilla suoritettavaa kompensointia, esimerkiksi lyhyen siirtojohdon ollessa 20 kysymyksessä. Toimittaessa lähellä 100-prosenttista sarjakom-pensointia tätä laitetta käytettäessä johdon teho on herkempi jännitteiden suuruudelle tehden mahdolliseksi säätää tehoa säätämällä johdon päiden jännitettä esimerkiksi mekaanisella tai puolijohdeosia käyttäen toteutetulla käämikytkimellä, synk-25 ronikoneen magnetoinnin säädöllä tai staattisella loisteho-kompensaattorilla. Tämän keksinnön mukaista laitetta voidaan käyttää siirtoimpedanssin nopean muutoksen aikaansaamiseksi, jolla tavoin parannetaan transienttistabiilisuutta tai moduloidaan siirtojohdossa kulkevaa tehoa tai virtaa dynaamisen 30 stabiilisuuden parantamiseksi.

Suunnitelmattoman tehonvirtauksen ongelma, joka aiheutuu todellisen ja suunnitellun tehovi r tauksen er isuur uudesta, palautuu olennaisesti ongelmaksi, miten säädetään verkon eri osien impedansseja suhteessa toisiinsa siten, että tehonvirtaus 35 saadaan sovitetuksi sellaiseksi kuin kulloinkin on tarpeen. Tämän keksinnön mukainen laite säätää verkon eri osien impedanssia siten, että tehonvirtaus on tarvetta vastaava, jolla 7 100748 tavoin suunnitelmaton tehonvirtaus tulee minimoiduksi.

Koska tämän keksinnön mukainen laite säätää verkon eri osien impedanssia, niin sitä voidaan käyttää impedanssien säätämiseen siten, että sen avulla minimoidaan koko järjestelmän tai sen osien häviöt.

5 Tämä keksintö on täydellisemmin ymmärettävissä seuraa- vassa esitettävän yksityiskohtaisen selostuksen ja liitteenä olevien piirustusten avulla, jotka kuvaavat ainoastaan parhaina pidettyjä tämän keksinnön toteutusmuotoja. Piirustuksissa: kuvio 1(a) esittää kaaviollisesti laitteen kytkemistä 10 suoraan siirtojohtoon säätämään nopeasti verkon impedanssia; kuvio 1(b) esittää kaaviollisesti laitteen kytkemistä muuntajan välityksellä siirto johtoon tämän keksinnönmukaisella tavalla säätämään nopeasti verkon impedanssia; kuvio 2 esittää tämän keksinnön mukaisen verkon impe-15 danssia nopeasti säätävän laitteen yhtä yleistä toteustusmuo-toa; kuviot 3(a) ja 3(b) esittävät tämän keksinnön mukaisen verkon impedanssia nopeasti säätävän laitteen toisia toteutusmuotoja; 20 kuvio 4(a) esittää tämän keksinnön mukaisten verkon impedanssia nopeasti säätävien laitteiden kytkemistä muuntajan välityksellä kolmivaiheiseen siirtojärjestelmään 6-pulssitoi-minnan aikaansaamiseksi; ja kuvio 4 (b) esittää tämän keksinnön mukaisesti muodos-25 tettujen verkon impedanssia nopeasti säätävien laitteiden kytkemistä muuntajan välityksellä kolmivaiheiseen siirtojärjestelmään 12-pulssitoiminnan aikaansaamiseksi.

Kuviot 1(a) ja 1(b) esittävät kahta tapaa kytkeä tämän keksinnön mukainen verkon impedanssia nopeasti säätävä laite, 30 ja nämä tavat esitetään vastaavasti kuvioissa 2, 3(a) ja 3(b) esittämällä kytkeminen kolmivaiheisen voimansiirtojärjestelmän yhteen vaiheeseen. Kukin näistä kuvioista voisi vaihtoehtoisesti kuvata joko yhtä kolmivaiheista voimansiirtojohtoa tai vaihtosähköpiirin yhtä vaihetta.

35 Kuviossa 1(a) tehoa syöttävässä päässä oleva vaihto- sähkölaite 2 syöttää tehon kuluttavassa päässä olevalle 8 100748 vaihtosähkölaitteelle 4 siirtojohtojen 6,8 kautta. Jotta saataisiin aikaan verkon impedanssin kompensointi ja tehon säätö, keksinnön mukaisella tavalla muodostettu verkon impedanssin nopea säätölaite 10 on kytketty sarjaan siirtojohdon 5 kanssa.

Vaihtoehtoisesti, kuten esitetään kuviossa 1(b), jossa samanlaisiin laitteisiin on viitattu samalla viitenumerolla, tehoa syöttävän pään vaihtosähkölaite 2 syöttää tehon siirto-johtojen 6,8 kautta tehoa kuluttavan pään vaihtosähkölaitteelle 10 4 samalla tavalla kuin kuviossa 1(a). Samaten keksinnön mukaisella tavalla muodostettu verkon impedanssin nopea säätölaite 10, on sovitettu vuorovaikutukseen siirtojohdon kanssa. Kuvion 1(b) toteutusmuodossa on kuitenkin johdon kanssa sarjaan kytketty muuntaja 12, jonka ensiökäämitys 15 14 on kytketty sarjaan siirtojohtojen 6,8 kanssa ja jonka toisiokäämitykseen 16 on kytketty keksinnön mukaisella tavalla muodostettu verkon impedanssin nopea säätölaite 10. Tämä sovitelma, jossa käytetään sarjaan kytkettyjä muuntajia, aiheuttaa muuntajan takia lisäkustannuksia, mutta antaa useita 20 etuja. Muuntajan käytön ansiosta voidaan joustavasti valita jännite- ja virtatasot keksinnön mukaisesti muodostetussa verkon impedanssin nopeassa säätölaitteessa, jonka parhaana pidetyssä toteutusmuodossa käytetään vastarinnankytkettyjä tyr is tor e itä. Jäljempänä tarkastellaan sanotunlaisen muuntajan 25 käyttämisestä saatavia muita etuja.

Verkon impedanssia nopean säätölaitteen 10 parhaana pidetty kuvioissa 1(a), 1(b) ilmenevä toteutusmuoto esitetään kuviossa 2. Kuristin X,20 on kytketty sarjaan staattisen kytkinlaitteen (johon yleisesti viitataan numerolla 22) kanssa, 50 jolloin muodostuu säädetty kuristin 21. Staattinen kytkinlaite käsittää parhaana pidetyssä toteutusmuodossaan kaksi vasta-rinnankytkettyä tyristoria 24,26, joilla vastaavasti on ohjaushilat 24g,26g. Vaikkakin parhaana pidetyssä toteutusmuodossa on käytetty kytkinlaitteena kahta tyristoria 24,26, 35 niin myös muita tarkoitukseen soveltuvia kytkinlaitteita, kuten hilaohjauksella sammutettavia tyristoreita, kyllästyviä kuristimia tai triacia, voidaan käyttää keksinnön mukaisessa 9 100748 parhaana pidetyssä toteutusmuodossa tyristorien sijasta.

Säädettävän kuristimen 21 rinnalla on käytetty lisäreak-tanssia Xp,28. Tällä lisäreaktanssilla Xp,28 voi olla kaksi tehtävää. Säädettävän kuristimen 21 kautta kulkeva epäjatkuva 5 virta aiheuttaa harmonisia/ joista luonteenomaisia ovat parittomat harmoniset 3, 5r 7, 9, 11/ 13 jne. Lisäreaktanssiin Xp sisältyvät harmoniset suotimet, jotka on kytketty rinnan sanotun reaktanssin kanssa, suodattavat nämä harmoniset. Riippuen kunkin sovelluksen harmonisten suhteen asettamista 10 vaatimuksista, harmoniset suotimet voivat olla joko viritettyjä tai laajakaistaisia suotimia. Lisäksi kytkettyä tai kytkettävissä olevaa kondensaattoria tai kuristinta voidaan käyttää lisärektanssina Xp,28 tai sen osana tarvittavan vaihtelualueen aikaansaamiseksi laitteen 10 impedanssille. Lisäreaktanssi 15 Xp,28 voi muodostua kokonaan olemassaolevasta reaktanssista tai muodostua osasta sitä tai reaktanssilaite voi sisältyä siirtojohtoon.

Oletetaan esimerkiksi, että kuristimen Xp, 28 reaktanssin arvo perustaajuudella on 10 ohmia ja säädetyn kuristimen 21 20 reaktanssi voidaan säätää mihin tahansa arvoon 10 ohmista ylöspäin. Jos lisäreaktanssin Xp,28 induktiivinen reaktanssi perustaajuudella on 40 ohmia, niin on mahdollista saada aikaan laitteen 10 napojen välisen induktiivisen reaktanssin vaihte-lualue 8 ohmista 40 ohmiin johtuen 40 ohmin reaktanssin ja 25 säädettävän kuristimen kehittämän 10 ohmin tai sitä suuremman reaktanssin rinnankytkennästä.

Tämän rinnakkaisen lisäreaktanssin Xp,28 luonnetta voidaan vielä selostaa viitaten kuvioihin 3(a) ja 3(b). Kuvioiden 3(a) ja 3(d) mukaisissa toteutusmuodoissa esitetään 30 kiinteän kondensaattorin 30 tai kiinteän kuristimen 34 ja harmonisten suotimien 32 rinnakytkentä kytkettynä rinnan säädettävän kur istimen 21 kanssa. Perustaajuudella harmonisilla suotimilla 32 voi olla kapasitiivinen reaktanssi. Harmonisten suotimien 32 ja kiinteän kondensaatorin 30 tai kiinteän 35 kuristimen 34 rinnankytkennän impedanssi voi olla kapasitii-vinen tai induktiivinen. Laitteen yli näkyvä kokonaisimpedanssi kuvioissa 2 ja 3 esitettyjen pisteiden A ja B välillä voi 10 100748 olla kapasitiivinen reaktanssi tai induktiivinen reaktanssi riippuen lisäreaktanssin Xp,28 ja säädetyn kuristimen 21 reak-tanssien suuruussuhteista. Tarvittaessa voidaan käyttää kiinteätä tai kytkettävää sarjakondensaattoria 36, kuten 5 kuvioissa 3(a) ja 3(b) on katkoviivoin esitetty, peruslaitteen kanssa suurentamaan kompensaatiotasoa sen mukaan kuin siirto-tarpeet vaativat tai haluttaessa tehostaa säädettävän reak-tanssin vaikutusta siirrettävään tehoon tai virtaan.

Jotta rajoitettaisiin kytkinlaitteen 22 ja erityisesti 10 tyristorien 24,26 vikaantumisalttiutta, parhaana pidetyssä toteutusmuodossa kuristin X,20 voidaan jakaa kahteen osaan, jotka kytketään kytkinlaitteen 22 molemmin puolin. Kun resistanssi ja venttiilien yli vaikuttava jännite laitteessa jätetään huomioonottamatta ja oletetaan, että johdon virrassa 15 ei ole mainittavassa määrin harmonisia, niin jännite pisteiden A ja B välillä kuvioissa 2 ja 3 on johdon virran ja laitteen napojen A ja B välillä perustaajuudella vaikuttavan reaktanssin Xg££ tulon suuruinen. Säätämällä tyristorien 24,26 sytytys-kulmaa tämän jännitteen vaihekulmaa vastaten 90° ja 180° 20 välillä, voidaan säädettävän reaktanssin virtauskulmaa d> säätää. Tämä tyristorien 24,26 sytytyskulman säätö, antamalla ohjaussignaalit tyristorien vastaaville hiloille 24g,26g, voidaan toteuttaa millä hyvänsä tavanomaisella tehoelektroniikassa tunnetulla menetelmällä. Laitteen 10 ainutlaatuisesta 25 rakenteesta johtuen, on perusteltua muuttaa tyristorien sytytyskulmaa käyttämällä johdossa kulkevasta tai kiinteässä rinnakkaisreaktanssipiirissä kulkevasta virrasta johdettua signaalia säädön referenssisignaalina. Säädettävän kuristimen virtauskulman säätämisellä tällä tavoin saadaan aikaan kuris-30 timen induktiivisen reaktanssin säätö. Tarkemmin sanottuna tyristorien sytytyskulma oo ja tyristorien avulla säädettävän kuristimen virtauskulma ό riippuvat toisistaan seuraavan yhtälön mukaisella tavalla 35 d = 2ΤΓ - 200 (1)

Jos säädettävän kuristimen 21 impedanssi perustaajuudella täydellä johtokulmalla on X, niin tehollinen reaktanssi 11 100748

Xv millä tahansa johtokulmalla saadaan yhtälöstä X = 1CX (2) Äv S - sinoÄ

Jos Xp on tyristorisäädetyn kuristimen rinnalle kytketyn 5 lisäreaktanssin 28 reaktanssi perustaajuudella, niin verkon impedanssia nopeasti säätävän laitteen tehollinen reaktanssi perustaajuudella määräytyy impedanssien Xp ja xv rinnan-kytkennästä ja se saadaan lasketuksi kaavasta X„ * x„ 10 x s —E— — (3) ef£ xp + xv

Muuttamalla tyristorien sytytyskulmaa voidaan siis muuttaa ja säätää laitteen impedanssia.

Toisin kuin verkon rinnalle kytkettävissä staattisissa 15 loistehon kompensointijärjestelmissä käytettävissä tyristo-risäädetyissä kuristimissa, laitteen yli vaikuttava jännite on säädettävissä laajalla alueella riippuen tyristorien sytystyskulmasta ja johdon virrasta. Tämä jännite voidaan laskea impedanssin X^^ ylläolevan kaavan (3) ja johdon virran 20 avulla. Jos johdon virran tehollisarvo on I, niin laitteen yli pisteiden A ja B välillä vaikuttavan jännitteen tehollisarvo V on V = I · Xef£ (4) 25 Kun tiedetään jännite V ja tyristorien sytytyskulma, säädettävässä kuristimessa 21 syntyvän epäjatkuvan virran kehittämät harmoniset virtakomponentit voidaan määrittää tyr istorisäädettyjen kuristimien tunnetun teorian avulla. Järjestysluvultaan n:nnen karakteristisen harmonisen kompo-30 nentin In tehollisarvo on (kaava 5 alla): V 4 fsin(n+l)°£ , sin(n-l)&£ . cosoi-sin n<^ ]

n = X ir L 2(n+l) 2(n-l) n J

Verkon impedanssin nopea säätölaite 10, jota kuviot 3(a) ja 3(b) esittävät, voitaisiin myös tarvittaessa kytkeä 35 johdon kanssa sarjaan kytketyn muuntajan 12, kuvio 1(b), toisiokäämityksiin. Johdon kanssa sarjaan kytketyn muuntajan : käytön ansiosta voidaan joustavasti valita jännite- ja virta- 12 100748 tasot tyristorisäädetyssä kuristinpiirissä. Lisäksi kolmivaiheisessa voimansiirtojärjestelmässä muuntaja tekee mahdolliseksi tämän keksinnön mukaisella tavalla muodostettujen impedanssinsäädön suorittavien laitteiden kytkemisen kolmio-5 kytkentään, jonka avulla voidaan vähentää suodattamisen tarvetta kolmella jaollisten parittomien harmonisten (3:nnen, 9:nnen, 15:nnen jne.) suhteen.

Kuvio 4(a) esittää 6-pulssisovitelmaa, jossa käytetään verkon impedanssin nopeita säätölaitteita 10 muuntajan väli-10 tyksellä kytketyssä järjestelmässä. Verkon impedanssin nopeiden säätölaitteiden 10 kolmiokytkentäinen sovitelma (johon yleisesti viitataan numerolla 40) käsittää kolme verkon impedanssin nopeaa säätölaitetta 10, D1-D3, jotka on kytketty kolmioon. Kukin verkon impedanssin nopea säätölaite on kytketty muuntajan 15 T1-T3 vastaavan toisiokäämin S1-S3 napoihin. Kunkin muuntajan T1-T3 vastaava ensiökäämi on kytketty sarjaan kolmivaiheisen voimansiirtojärjestelmän siirtojohdon L1-L3 kanssa, joka voimansiirtojärjestelmä siirtää vaihtosähkötehon syöttävän pään vaihtosähkölaitteelta siirtojohdon L1-L3 toisesta päästä 20 tehoa kuluttavalle vaihtosähkölaitteelle siirtojohdon toiseen päähän.

Kuviossa 4(a) esitetyssä 6-pulssisovitelmassa muuntajan toisiokäämit on kytketty kolmioon. Vaihtoehtoisessa 6- puls-sisovitelmassa muuntajien toisiokäämit on kytketty tähteen 25 ja kolme verkon impedanssin nopeaa säätölaitetta on kytketty kolmioon muuntajan toisiokäämin napoihin.

Kuvion 4(b) mukaisessa toteutusmuodossa on esitetty 12-pulssisovitelma, jossa on käytetty tähti/kolmiokytkentää. Ne osat, jotka ovat samanlaiset kuin kuviossa 4(a), on esitetty 30 samoilla viitenumeroilla. Kuvion 4(b) mukaisessa toteutusmuodossa käytetään kuutta tämän keksinnön mukaisella tavalla muodostettua impedanssinsäätölaitetta (D4-D6 ja D7-D9). Siirtojohdon kanssa sarjaan kytketyillä muuntajilla T1-T3 on kaksi toisiokäämitystä (Sla-S3a ja Slb-S3b vastaavasti). Im-35 pedanssinsäädön suorittavat laitteet D4-D6 on sovitettu kolmiokytkentään, johon yleisesti viitataan numerolla 50 ja • joka on samanlainen kuin kuviossa 4(a) esitetty. Tämä kolmio- 13 100748 kytkentä on kytketty ensimmäisiin toisiokäämeihin Sia-S3a, jotka on kytketty kolmioon samalla tavalla kuin muuntajan toisiokäämit kuviossa 4(a).

Lisäksi kuvion 4(b) mukaisessa toteutusmuodossa impe-5 danssinsäädön suorittavat laitteet D7-D9 on sovitettu kolmio-kytkentään, johon yleisesti viitataan numerolla 60 ja joka on kytketty siirtojohdon kanssa sarjaan kytketyn muuntajan toisiin toisiokäämeihin Slb-S3b, jotka on kytketty tähteen. Kunkin toisiokäämin Slb-S3b yksi napa on kytketty välijohtimeen 10 62.

Kuviossa 4(b) esitetty 12-pulssisovitelma sallii harmonisten suodatustarpeen minimoinnin eliminoimalla sellaiset harmoniset (viides, seitsemäs, seitsemästoista, yhdeksästoista jne.), jotka eivät ole luonteenomaisia 12-pulssitoiminnalle.

15 Staattisen kytkinlaitteen 22 tyristorien 24,26 ohjaus jokaisessa verkon impedanssin nopeassa säätölaitteessa 10 voidaan toteuttaa tavoin, jotka ovat ilmeisiä alan asiantuntijalle ja jotka ovat tavanomaisia sellaisissa laitteissa, kuten staattiset loistehon kompensaattorit tai suur jännitteiset 20 tasasähkövoimansiirtojärjestelmät. Näiden laitteiden ohjaus vaatii järjestelmän sopivien suureiden mittaamista, tyristorien sytytyskulman määrittämistä haluttujen jatkuvuustila- ja transienttiominaisuuksien aikaansaamiseksi sekä sytytyssig-naalien kehittämistä. Tällaiset menetelmät kuuluvat kuitenkin 25 alan tavanomaisen tietämyksen piiriin.

Kukin verkon impedanssin nopea säätölaite 10 tai sen osat voidaan toteuttaa tämän keksinnön mukaisella tavalla, ja vahvavirtajärjestelmän sanottujen osien normaalisti tarpeelliseen suojaamiseen voidaan käyttää esimerkiksi ylijännitesuo-30 jia, tyristorien pakko-ohjattua sytyttämistä venttiilien vikaantumisen estämiseksi ja/tai ohituskytkimiä tai ilmavä-lisuojia sekä sopivia maadoitussovitelmia.

Keksintö on kehitetty ja selostettu pääasiallisesti sähkövoiman siirtojärjestelmiä silmällä pitäen, mutta se on 35 selvästi myös käyttökelpoinen muissa suur- ja pienjännitteisissä tehopiireissä ja keksinnön tarkoitettu käyttö kattaa myös tällaiset tapaukset.

14 100748

Edellä esitetyn kuvauksen perusteella keksintöä voidaan muunnella monilla kuvauksen perusteella ilmeisillä tavoilla poikkeamatta tämän keksinnön hengestä ja kattavuudesta. Kaikki muunnokset, jotka on tehty seuraavien patenttivaatimusten 5 hengessä ja niiden kattamalla tavalla, on tarkoitettu kuuluvan keksinnön puitteisiin, eivätkä tässä selostuksessa esillä olleen sovelluksen spesifikaatiot rajoita tätä keksintöä millään tavoin.

Claims (13)

15 100748

1. Laite, joka on sijoitettu vaihtosähköjohdossa ensimmäisen ja toisen vaihtosähkölaitteen välille impedans- 5 sin säätämiseksi vaihtosähköjohdossa, tunnettu siitä, että siihen kuuluu: reaktanssielimet (28, 30, 34), jotka on kytketty sarjaan sanotun vaihtosähköjohdon kanssa, sekä 10 säädettävä kuristinlaite (21), joka on kytketty sanotun vaihtosähköjohdon kanssa sarjaan ja sanottujen reaktans-sielimien (28, 30, 34) kanssa rinnan sanotun vaihtosähkö-johdon impedanssin säätämiseksi, ja että sanottu säädettä-15 vä kuristinlaite (21) käsittää kuristimen (20) ja kytkinelimen (22), joka on kytketty sanotun kuristimen 20 kanssa sarjaan ja joka säätää sanotun kuristimen kautta kulkevan virran virtausaikaa ja säätää siten sanotun laitteen tehollista reaktanssia.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, t u n -25 n e t t u siitä, että siihen kuuluu: muuntaja (12), jossa on ensiökäämi (14) ja toisiokäämi (16) ja jonka 30 ensiökäämi on kytketty sanotun vaihtosähköjohdon kanssa sarjaan, ja että säädettävä kuristinlaite ja sen kanssa rinnan kytketty reaktanssi on kytketty sanotun muuntajan toisiokäämin 35 kanssa rinnan. 16 100748

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tun nettu siitä, että sanottu vaihtosähköjohto on kolmivaiheinen voimansiirtojohto, jossa on kolme vaihejohdinta (L1-L3), joista kuhunkin on kytketty yksi sanotuista muun- 5 tajista (T1-T3) siten, että sen sanottu ensiökäämi (P1-P3) on kytketty vaihejohtimen kanssa sarjaan, ja että kunkin sanotun muuntajan toisiokäämin (S1-S3) napoihin on kytketty sanotunlainen säädettävä kuristinlaite ja tämän rinnalle kytketty rinnakkaisreaktanssi. 10

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laite, tun nettu siitä, että sanotut toisiokäämit sekä säädettävät kuristinlaitteet ja niiden kanssa rinnan kytketyt rin-nakkaisreaktanssit on kytketty keskenään kolmiokytkentään. 15

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laite, tun nettu siitä, että muuntajien sanotut toisiokäämit on sovitettu tähtikytkentään ja että sanotut säädettävät kuristinlaitteet ja niihin kytketyt rinnakkaisreaktanssit 20 on sovitettu kolmivaiheiseen kolmiokytkentään ja kytketty sanottuihin tähteen kytkettyihin toisiokäämeihin.

6. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laite, tun nettu siitä, että kukin sanotuista muuntajista käsit- 25 tää ensimmäisen ja toisen toisiokäämin, joista ensimmäiset kunkin sanotun muuntajan toisiokäämeistä on kytketty keskenään kolmivaiheiseen kolmiokytkentään ja toiset kunkin muuntajan sanotuista toisiokäämeistä on kytketty keskenään kolmivaiheiseen tähtikytkentään, ja että kukin sanotuista . 30 säädettävistä kuristinlaitteista sekä niihin liittyvät sanotut rinnakkaisreaktanssit on kytketty kolmivaiheiseen kolmiokytkentään, toinen kolmiokytkennöistä on kytketty sanottujen muuntajien sanottuihin kolmioon kytkettyihin toisiokäämeihin ja että toinen kolmiokytkennöistä on kyt 17 100748 ketty sanottujen muuntajien sanottuihin tähteen kytkettyihin toisiokäämeihin.

7. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 1—6 mukainen 5 laite, tunnettu siitä, että sanottuun reaktans- sielimeen kuuluu harmonisia suotimia (32), jotka suodattavat sanotun säädettävän kuristinlaitteen kautta kulkevan epäjatkuvan virran aiheuttamia harmonisia.

8. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 1—6 mukainen laite, tunnettu siitä, että sanottu reaktanssi-elin on pääasiallisesti induktiivinen.

9. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 1—6 mukainen 15 laite, tunnettu siitä, että sanottu reaktanssi- elin on pääasiallisesti kapasitiivinen.

10. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 1—6 mukainen laite, tunnettu siitä, että siihen lisäksi kuuluu 20 kondensaattori (36), joka on kytketty sarjaan sanotun säädettävän kuristinlaitteen kanssa sanotussa vaihtosähkö-johdossa ja jonka tehtävänä on nostaa sarjakondensaatto-rilla aikaansaatavaa kompensointitasoa sanotussa vaihto-sähkö johdossa. 25

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen laite, tunnettu siitä, että sanottu kondensaattori on kytkettävä kondensaattori.

12. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 1—6 mukainen laite, tunnettu siitä, että sanottuun kytkineli-meen kuuluu: kaksi vastarinnankytkettyä tyristoria (24, 26), joissa 35 molemmissa on ohjaushila, sekä 18 100748 ohjaushiloihin kytketty laite, joka säätää sanottujen tyristorien sytytyskulmaa ja siten säätää sanotun laitteen impedanssia.

13. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 1—6 mukainen laite, tunnettu siitä, että sanottu kuristin on muodostettu ensimmäisestä ja toisesta kuristinosasta, jotka on kytketty sarjaan sanotun kytkinelimen kanssa, ja että sanottu kytkinelin on sijoitettu niiden välille sano-10 tun kytkinelimen kautta kulkevan vikavirran rajoittamiseksi . 19 100748