FI116922B

FI116922B - Menetelmä tyristorikytketyn kondensaattoripariston irtikytkemiseksi ja tyristorikytketty kondensaattoriparisto

Info

Publication number: FI116922B
Application number: FI20045193A
Authority: FI
Inventors: Tarmo Kaensaelae
Original assignee: Nokian Capacitors Oy
Priority date: 2004-05-25
Filing date: 2004-05-25
Publication date: 2006-03-31
Also published as: FI20045193A; FI20045193A0; WO2005117230A1

Description

f/

Menetelmä tyristorikytketyn kondensaattoripariston irtita miseksi ja tyristorikytketty kondensaattoriparisto

Keksinnön ala

Keksinnön kohteena on menetelmä tyristorikytketyn kondei 5 pariston irtikytkemiseksi, joka mainittu kondensaattoriparisto käsittä yhden tyristorin käsittävän tyristorikytkimen, kelan, joka on kytketty mainitun tyristorikytkimen kanssa ja kondensaattorin, joka on kytkett mainitun kelan kanssa.

Edelleen keksinnön kohteena on tyristorikytketty kondensi 10 risto, joka käsittää ainakin yhden tyristorin käsittävän tyristorikytkime joka on kytketty sarjaan mainitun tyristorikytkimen kanssa ja konden joka on kytketty sarjaan mainitun kelan kanssa.

Keksinnön tausta

Voimansiirtolinjojen kompensoinnissa käytetään yleisesti 15 saattoreita, kuten staattisia loistehokompensaattoreita SVC (Static \ pensator), jotka yleisesti käsittävät muutaman, kuten kaksi tai kolme, kytkettyä kondensaattoriparistoa, joiden kytkettävät paristotehot ovi sesti noin 50-150 Mvar, virrat 1 - 3 kAja kiskostojännitteet 12-181 Tunnetun tekniikan mukainen tyristorikytketty kondensaatt 20 kytkeytyy irti verkkojännitteestä virran luonnollisessa nollakohdass : V kondensaattorilla on verkkojännitteen huippuarvon suuruinen jännitt flf

v · suurin mahdollinen energia. Kondensaattoriin jää siten verkkojännitU

puarvon suuruinen tasajännitelataus. Tällöin tyristorikytkimen tulee ki : laavana jännitteenä TRV (Transient Recovery Voltage) yhteensä ti 25 densaattoriin jäänyt tasajännite ja verkkojännitteen huippuarvo. Kosi tyristorin jännitekesto on nykyään kuitenkin vain noin 5,2 - 8 kV ja tyi *···* vät tyypillisesti kestä merkittäviä ylijännitteitä, tulee tyristorikytkimi useita tyristoreita sarjaankytkettyinä tästä kondensaattoripariston i nässä esiintyvästä ilmiöstä johtuen. Ongelmana tunnetun tekniikan n 30 sa ratkaisussa on kuitenkin se, että tyristorikytkimen käsittäessä moni 2 kittävä. Kun ottaa huomioon lisäksi sen, että suurta tyristorimäärää tyypillisesti ainoastaan kondensaattori pariston irtikytkennässä, on tyrii suuresta lukumäärästä aiheutuva tehohäviö kohtuuttoman suuri vern ristoreiden käyttöasteeseen.

5 Julkaisussa CA 1208286 esitetään eräs staattinen kompei joka käsittää tyristorikytkinpiirin, joka puolestaan käsittää päätyristorir järjestetty kytkemään laite verkkojännitteeseen, ja aputyristorin, joka < tetty yhdistämään jännitteenrajoitinlaitteen päätyristorin rinnalle silloin tyristorin yli oleva jännite ylittää ennalta määrätyn arvon. Ongelmana 10 mukaisessa ratkaisussa on kuitenkin se, että kytkimeen kerääntyy si gia. Tehonkulutus on siten huomattavan suurta. Jännitteen purkamis kytkinpiirissä tarvitaan paljon komponentteja, joista osa on hinnaltaan

Keksinnön lyhyt selostus

Keksinnön tavoitteena on näin ollen kehittää menetelmä ty 15 ketyn kondensaattoripariston irtikytkemiseksi ja tyristorikytketty kond< riparisto, joiden avulla yllä mainittuja haittoja voidaan vähentää.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, densaattoriparisto käsittää lisäksi kelan kanssa rinnan kytketyn apuen

teen, jossa menetelmässä ladataan apuenergialähdettä kunnes sen I

20 energiamäärä vastaa kelaan varastoitunutta energiamäärää, ja sam .. . tyristorikytkin ennalta määrätyllä hetkellä ohjaamalla tyristorikytkime negatiiviseksi ennafta määrätyksi varmuusajaksi purkamalla apuenerg : seen ladattu jännite mainitulle kelalle.

Edelleen keksinnön mukaiselle kondensaattori paristolle or : 25 omaista se, että kondensaattoriparisto käsittää lisäksi kelan kanssa rii *[· ketyn apuenergialähteen, joka kondensaattoriparisto käsittää väline !**·. nergialähteen lataamiseksi, ja välineet tyristorikytkimen sammuttamia * * naita määrätyllä hetkellä ohjaamalla tyristorikytkimen (204) jännite seksi ennalta määrätyksi varmuusajaksi purkamalla apuenergialäl 30 ladattu jännite kelalle.

**l S I ncriistiui «iihen aHIS twietnrikvtkpth/ IfnnHeneaatti 3 tämä energiamäärä vastaa kelaan varastoitunutta energiamäärää. Ty kin sammutetaan ennalta määrätyllä hetkellä, edullisesti kondensaal nitteen ollessa nolla, ohjaamalla tyristorikytkimen jännite negatiiviset määrätyksi varmuusajaksi, joka edullisesti on pidempi kuin tyristorit 5 määritetty irtikytkentäaika, purkamalla apukondensaattoriin ladattu js talle esimerkiksi yhden tai useamman tyristorin käsittävän apukytkime

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan kelaan van energia siirretään edelleen esimerkiksi kondensaattorille tai vastuksel

Keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaan tyristc 10 kondensaattoriparisto on kytketty kolmioon tai tähteen.

Keksinnön erään kolmannen suoritusmuodon mukaan ty ketty kondensaattoriparisto on yksi- tai kolmivaiheinen.

Keksinnön mukaisen järjestelyn olennaisena etuna on se, torikytketyn kondensaattoripariston käsittämien tyristorien lukumäärän 15 olennaisesti pienentää, sillä palaavaan jännitteeseen ei jää tasajännil nenttia, joten palaava jännite on olennaisesti pienempi kuin tunnetun mukaisessa ratkaisussa. Siten pariston käsittämien tyristoreiden yhte viö on aiempaa huomattavasti pienempi. Tämä on hyvin edullista etc mansiirtoyhtiöille, sillä pienihäviöisimmät kompensaattorit ovat tyypillä 20 udellisesti kaikkein tuottoisimpia. Eräänä toisena etuna on se, että kor toripariston valmistuskustannukset pienenevät tarvittavien tyristoriko) :v. tien lukumäärän pienentyessä. Eräänä etuna on edelleen se, että k * * mukaisen tyristorikytketyn kondensaattoripariston rakenne on suhtee si n kertainen ja helppo valmistaa, ja lisäksi tyristorikytketyn kondensi 25 riston toimintavarmuus on tyypillisesti hyvä.

• » ♦ · · » » · * ’ V Kuvioide n lyhyt selostus *·*·' Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuc "* täydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista:

Kuviossa 1a esitetään tunnetun tekniikan ja kuviossa 1b k 30 erään suoritusmuodon mukaisen tyristorikytketyn kondensaattoripar : *: kvtkevtvmistä: 4

Keksinnön yksityiskohtainen selostus

Kuviossa 1a esitetään tunnetun tekniikan ja kuviossa 1b k erään suoritusmuodon mukaisen tyristorikytketyn kondensaattoripar kytkeytymistä verkkojännitteestä 100. Tunnetun tekniikan mukainen 5 kytketty kondensaattori paristo kytkeytyy tyypillisesti luonnostaan irti vi nitteestä 100 ainoastaan virran 102 nollakohdassa 104 vasteena silk paisupulssin antaminen lopetetaan. Kuviossa tunnetun tekniikan r ratkaisun eräs irtikytkeytymishetki on merkitty viitenumerolla 106. Täi densaattoreihin jää huippujännite 108. Koska nykyisten tyristorien jän 10 on suhteellisen vähäinen, eivätkä ne tyypillisesti kestä merkittäviä ylijä tyristoreita tulee käyttää useita sarjaan kytkettyinä.

Keksinnön mukainen tyristorikytketty kondensaattoriparist jaan on mahdollista kytkeä irti verkkojännitteestä 100 esimerkiksi neljä soa aikaisemmin virran 102 maksimiarvolla 110. Kondensaattoriin ei 15 usta ja siten kondensaattorin jännitteen hetkellisarvo on nolla 112 ja p jännitteeseen ei jää tasajännitekomponenttia. Kuviossa keksinnön eri lisen suoritusmuodon mukaisen kytkennän eräs irtikytkeytymishetki or viitenumerolla 114. Jos esimerkiksi verkon pääjännite on tehollisarvoH kV, jää tunnetun tekniikan mukaiseen kondensaattoriparistoon tyypilli! 20 20 kV:n tasajännite, jolloin tyristorikytkimeen palaava jännite on noi Sen sijaan keksinnön mukaisessa kondensaattoriparistossa konden ei jää tasajännitekomponenttia, joten palava jännite olisi tässä tapi [••I. vain noin 20 kV. Siten keksinnön mukaisessa kondensaattoriparisto! * , taan tyristoreita tunnetun tekniikan mukaista ratkaisua huomattavasi

m * 25 män, mikä mahdollistaa olennaisesti edullisempien kytkinratkaisujen V

: Kuviossa 2 on esitetty keksinnön erään edullisen suoritu; mukainen tyristorikytketty kondensaattoriparisto, joka käsittää sarjaar ainakin yhden, edullisesti useita, esimerkiksi 5 - 20, tyristoria Ti (202) käsittävän tyristorikytkimen TV (204), virtasysäyksiä vaimentava a (.a 30 (206) ja kompensointikondensaattorin C (208), jotka on kytketty veri teeseen Ui - U2 esimerkiksi kuvion esittämällä tavalla. Verkkojännite • «

A

5 la, kuten esimerkiksi jännite- tai virtamuuntajafla, kunnes apukonden CA (210) varastoitunut energiamäärä vastaa kelaan L (206) varas energiamäärää. Edullisesti kondensaattoriparisto käsittää kuvion 2 rr diodin (212) ja virtaa rajoittavan vastuksen R (214), joiden avulla ap 5 saattori CA (210) voidaan ladata. Jotta kondensaattoriin C (208) ei j kennässä tasajännitelatausta, tyristorikytkin TV (204) tehdään virrattc sammutetaan esimerkiksi verkkojännitteen nollakohdassa purkamalla densaattoriin ladattu jännite U(CA) kelalle L (206) esimerkiksi apu k TVa (216) toimivan kytkinelementin, joka edullisesti käsittää ainak 10 puolijohdekomponentin, kuten tyristorin tai IGBT:n (Insulated Gat Transistor), avulla. Apukytkintä TVA (216) ohjaa edullisesti siihen to sesti liitetty ohjauselektroniikka, jolla syötetään sisäänmenona esime riston irtikytkentäkomento ja tieto pariston irtikytkentähetken jännittee kondensaattorilta CA (210) tuleva virtapulssi on edullisesti vähintään 15 (206) irtikytkeytymishetkellä olevan virran suuruinen. Kelan jännite U{ löin yhtä suuri mutta vastakkaismerkkinen tyristorikytkimen jännittei kanssa. Siten tyristorikytkin TV (204) sammuu tyristorien jännitteider essa negatiiviseksi ennalta määrätyksi varmuusajaksi, joka edullisest torin (200, 202) ennalta määrättyä irtikytkentäaikaa pidempi. Konder 20 C jännite U(C) sekä jännite Ui - U2 ovat tällä tarkasteluhetkellä nollia Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan kelaan L (206) :Va tunut energia voidaan siirtää edelleen esimerkiksi apukondensaat (210) tai vastukselle, joka edullisesti on hyvin pieni, jotta kondensaal v : ton virta saadaan loppumaan.

25 Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan kytkentä on t naalinen, jolloin sekä diodi D (212) että tyristori TVA (216) kytketään ti *·· kuin kuviossa 2 on esitetty.

.·*. Kuvioissa 3a, 3b ja 3c on esitetty esimerkiksi kuviossa 2 keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisen ratkaisun suurei . 30 sesti. Kuviossa 3a esitetään apukondensaattorin CA (210) jännite :···“ (300) ajan t funktiona. Apukondensaattoria CA (210) ladataan kunne; 6 tällöin tyristorikytkimen TV (204) jännitteen U(TV) kanssa yhtä suuri n takka is merkkinen. Tällöin tyristori kytkimeltä TV (204) alunperin tul l(TV) (304) korvautuu edullisesti täysin apukondensaattorilta CA(210 virralla kuten kuviossa 3c on esitetty. Tyristori kytkin TV (204) sammi 5 rien jännitteiden muututtua negatiiviseksi varmuusajaksi ti -12, kuten 3b ja 3c esitetään, joka varmuusaika edullisesti on tyristorin (200, 2C kentäaikaa U pidempi, kuten kuviossa 3b esitetään.

Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaan tyristc kondensaattoriparisto on kytketty kolmioon tai tähteen.

10 Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaan tyristc kondensaattoriparisto on yksi· tai kolmivaiheinen.

Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyess non perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen muodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin ja kompon 15 vaan ne voivat vaihdella oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

·· · φ « · • · • Λ • · · ♦ · Λ * * ♦ · • · « « · i ··· · « • « ft « ft · « • ft • » • · • · · • · « «•f • ft ♦ · • · «

Claims

1. Menetelmä tyristorikytketyn kondensaattoripariston in seksi, joka mainittu kondensaattoriparisto käsittää ainakin yhden (200, 202) käsittävän tyristorikytkimen (204), kelan (206), joka on kyt 5 jaan mainitun tyristorikytkimen (204) kanssa ja kondensaattorin (208 kytketty sarjaan mainitun kelan (206) kanssa, tunnettu siitä,että mainittu kondensaattoriparisto käsittää lisäksi: mainitun kelan (206) kanssa rinnan kytketyn apuenerg 10 (210), jossa menetelmässä: ladataan mainittua apuenergialähdettä (210) kunnes sen I energiamäärä vastaa kelaan (206) varastoitunutta energiamäärää, ja sammutetaan mainittu tyristorikytkin (204) ennalta määrätyl 15 lä ohjaamalla tyristorikytkimen (204) jännite negatiiviseksi ennalta m varmuusajaksi purkamalla mainittuun apuenergialähteeseen (210) la< nite mainitulle kelaile (206).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 20 sammutetaan mainittu tyristorikytkin (204) kondensaatto jännitteen nollakohdassa. * · · : V 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, :T: tunnettu siitä, että ♦ sammutetaan mainittu tyristorikytkin (204) verkkojännitte : 25 kohdassa. * # * **V 4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen meneteli tunnettu siitä, että 41« 1 mainittu apuenergialähde (210) on ainakin toinen seuraavii - kondensaattori 30. akku.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen meneteli

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelr tunnettu siitä, että ladataan mainittua apuenergialähdettä (210) jollakin sei komponentilla: 5. kelalla (206) - kondensaattorilla (208) - apumuuntajalla

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelr tunnettu siitä, että 10 puretaan mainittuun apuenergialähteeseen (210) ladatti mainitun kondensaattoripariston (208) käsittämällä kytkinelementillä (!

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu kytkinelementti (216) käsittää ainakin yhden pu 15 komponentin.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelr tunnettu siitä,että mainittu varmuusaika on pidempi kuin mainitun tyristorin (5 ennalta määritelty irtikytkentäaika.

10. Tyristorikytketty kondensaattoriparisto, joka käsittää air den tyristorin (200,202) käsittävän tyristorikytkimen (204), kelan (206] Γ'|: kytketty sarjaan mainitun tyristorikytkimen (204) kanssa ja konden (208), joka on kytketty Saijaan mainitun kelan (206) kanssa, tunnettu siitä, että ♦ · . . 25 mainittu kondensaattoriparisto käsittää lisäksi: mainitun kelan (206) kanssa rinnan kytketyn apuenergi ..T (210), » ·* joka mainittu kondensaattoriparisto käsittää: välineet mainitun apuenergialähteen (210) lataamiseksi, ja : 30 välineet mainitun tyristorikytkimen (204) sammuttamiseksi .···. määrätyllä hetkellä ohjaamalla tyristorikytkimen (204) jännite nege • · * annalto mfläräfi/lfci v/ormi n icaialsci mirlfomollo mainittuiin an· lanorn mainittu kondensaattoriparisto käsittää välineet mainitun ty kimen (204) sammuttamiseksi kondensaattorin (208) jännitteen nollak

12. Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukainen kondensaattor tunnettu siitä, että 5 mainittu kondensaattoriparisto käsittää välineet mainitun ty kimen (204) sammuttamiseksi verkkojännitteen nollakohdassa.

13. Jonkin patenttivaatimuksen 10-12 mukainen kondensi risto, tunnettu siitä, että 10 mainittu apuenergialähde (210) on ainakin toinen seuraavii - kondensaattori - akku

14. Jonkin patenttivaatimuksen 10 -13 mukainen kondensi risto, 15 tunnettu siitä,että mainittu kela (206) on järjestetty purkamaan varastoimans an ainakin toiselle seuraavista komponenteista: - mainitulle kondensaattorille (208) - vastukselle

15. Jonkin patenttivaatimuksen 10 -14 mukainen kondens; risto, :v: tunnettu siitä,että • « ; * l9; jokin seuraavista komponenteista on järjestetty lataamaan apuenergialähdettä (210): . / 25 - kela (206) !# γ - kondensaattori (208) - apumuuntaja ♦ * + \: 16. Jonkin patenttivaatimuksen 10 -15 mukainen kondens; risto, . 30 tunnettu siitä, että .*··. kondensaattoriparisto (208) käsittää kytkinelementin (216] • · • M ______i_______ir\A Λ\ .

18. Jonkin patenttivaatimuksen 10-17 mukainen kondensc risto, tunnettu siitä,että mainittu varmuusaika on pidempi kuin mainitun tyristorin (S 5 ennalta määritelty irtikytkentäaika. *# » • · 9 9 9 • 9 t«t • · · • · 9 • 9 • * 9 9 9 • · 9 «4· 9 9 999 9 9999 999 9 9 9 m 999 9 9 9 9. m 999 •99 9 9 9 9 999