JP2009273355A

JP2009273355A - 電力伝送のための装置

Info

Publication number: JP2009273355A
Application number: JP2009111241A
Authority: JP
Inventors: Achenbach Sven; アッヒェンバッハスフェン; Rittiger Juergen; リッティガーユルゲン
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2008-05-06
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2009-11-19
Also published as: CN101577501A; GB0907505D0; GB2459764A

Abstract

【課題】低コストであり同時に直流電圧接続回路における不所望の交流電流成分が抑制されている電力伝送のための装置を提供する。
【解決手段】交流電圧を直流電圧に変換するように設けられた第１の電力変換器（２）を備え、第１の電力変換器（２）が、直流電圧接続回路（４）を介して、直流電圧を交流電圧に変換するための少なくとも１つの第２の電力変換器に接続され、更に直流電圧を平滑するように設計された平滑リアクトルＬ_Gと、直流電圧接続回路（４）内の交流電流成分を制限するための制限フィルタ（９）とを備えている電力伝送のための装置（１）において、平滑リアクトルＬ_Gを少なくとも部分的に制限フィルタ（９）の一部とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、交流電圧を直流電圧に変換するように設けられた第１の電力変換器を備え、第１の電力変換器が、直流電圧接続回路を介して、直流電圧を交流電圧に変換するための少なくとも１つの第２の電力変換器に接続され、更に直流電圧を平滑するように設計された平滑リアクトルと、直流電圧接続回路内の交流電流成分を制限するための制限フィルタとを備える電力伝送のための装置に関する。

このような装置は、従来から公知であり、一般には高電圧直流送電設備と呼ばれる。図１はこのような公知の装置を概略的に示す。この図に示す装置１は、整流器２を第１の電力変換器として含み、第１の電力変換器は変圧器３を介して図示しない交流電圧系統又は３相交流系統に接続されている。整流器は、変圧器３を介して交流電圧系統から供給される交流電圧を直流電圧に変換するために設けられ、直流電圧接続回路４を介して図１には示さない第２の電力変換器としてのインバータに接続されている。インバータは、他の変圧器を介して、給電すべき負荷に連結された他の交流電圧系統に接続されている。このような高電圧直流送電設備により、長距離区間を介する低コストの電力伝送が可能になる。何故なら、直流送電は交流送電に比べて少ない損失で動作するからである。

直流電圧接続回路４は、図１では、単極の直流電圧接続回路として実現されている。換言すれば、電力変換器間に１つの送電線５のみが設けられている。直流電圧の平滑化のために直流電圧線５中に、２つの平滑リアクトル部分７と８からなる平滑リアクトルＬ_Gが配置されている。直流電流回路は、単極設備の場合には接地を介して接続される。電力変換器の接地のために図１には示さない接地電極が用いられ、接地電極は接地線６を介して各電力変換器の第２の直流電圧端子に接続されている。

高電圧直流送電設備においては、直流電圧回路、交流電圧フィルタおよび接続される交流電圧系統の短絡出力の接続構成に依存して不都合な共振条件が生じる。直流電圧接続回路における低インピーダンスの共振点は、接続される交流電圧系統の基本周波数の高調波にある。典型的かつ実際的な該当ケースは、接続される交流電圧系統の基本周波数に関する基本波又は基本波の第２高調波における低インピーダンスの共振点である。実際上、一般に常に存在する装置における非対称性によって、特定のシステム状態において過大な不所望の高調波電流が直流電圧接続回路に生じ、これは装置の既存のフィルタによっては抑制できないか又は不十分にしか抑制できない。既存のフィルタは、一般に接続される交流電圧系統の基本波周波数の電力変換時に生じる特徴的な高調波、従って高い周波数に対して設計されている。図１に示す従来技術による装置においては上述の交流電力成分が許容限界値を上回るために、上述の交流電力成分の制限又は抑制のための制限フィルタ９が設けられている。制限フィルタ９は、接地線６中に配置され、制限インダクタンスＬ_Sとこれに並列接続された制限キャパシタンスＣ_Sとからなり、制限キャパシタンスＣ_Sには制限抵抗Ｒ_Sが直列接続されている。しかし、このような制限フィルタのような付加的な構成部品は装置１のコストを高める。

本発明の課題は、低コストであり同時に直流電圧接続回路における不所望の交流電流成分が抑制されている冒頭に述べた如き装置を提供することにある。

本発明は、この課題を、平滑リアクトルが少なくとも部分的に制限フィルタの一部であることによって解決する。

本発明によれば、平滑リアクトルが、少なくとも部分的に、同時に直流電圧接続回路内の不所望な交流電流成分の抑制のためにも用いられる。従って、別個の付加的な制限リアクトルが本発明の枠内においては不要となる。更に、僅かなエネルギー損失がもたらされ、これにより運転コストの低減ももたらされる。

制限フィルタが、制限すべき交流電流成分の少なくとも１つの周波数に同調しているとよい。この周波数は、一般に、各電力変換器に接続される交流電圧系統の基本波の高調波であり、上述の高調波は、例えば２〜４の低い次数を有する。このためには、制御フィルタがリアクトルコイルと制限キャパシタンスを含むとよい。更に、必要ならば制限抵抗を設け得る。制限キャパシタンスは、例えばコンデンサ、スーパーキャップ（高出力コンデンサ蓄電装置）等である。制限抵抗はオーム抵抗であるとよい。

制限フィルタは、平滑リアクトルの少なくとも一部分に並列に配置された並列分岐を有し、並列分岐内に制限キャパシタンスが接続される。必要ならば制限キャパシタンスに加えて制限抵抗が設けられ、制限抵抗は制限キャパシタンスに並列に接続される。これとは別の本発明構成によれば、制限抵抗が同様に並列分岐に内に接続され、従って並列分岐内において制限キャパシタンスに対して直列に配置される。

平滑リアクトルが多数の平滑リアクトル部分からなるとよい。この場合に全体の平滑リアクトルは総和として直流電流の平滑に対して設計される。更に、平滑リアクトル部分の１つが、又は多数の平滑リアクトル部分も、同時に直流電圧接続回路における不所望な交流電流成分の制限のために用いられる。本発明の枠内で重要なことは、平滑リアクトル部分が同時に平滑リアクトルの設計時にも考慮され、従ってその作用が直流成分の平滑時にも、不所望な交流電流成分の抑制のためにも発揮されることである。従って、平滑リアクトル部分が、直流電流平滑との関連で何れにせよ本発明による装置の一部なので、制限フィルタにも係らず付加的な制限リアクトル、コイル又はインダクタンスは不要である。

有利な構成では、制限フィルタの一部である平滑リアクトル部分が、接地電極を電力変換器の１つに接続する接地線中に配置される。換言すれば、上述のように重複作用を発揮する平滑リアクトル部分を有する制限フィルタは、所謂中性母線内に配置され、通常の運転パラメータの場合は中間高電圧の電位、従って１ｋＶと５０ｋＶとの間にある。

有利な構成では、直流電圧接続回路が正極および負極を含む双極の直流電圧接続回路である。双極の直流電圧接続回路又は装置の場合にも、各電力変換器が接地電極に接地線を介して接続されるとよい。従って、直流電圧接続回路の一方の極の故障時に接地を介する電流の流れが可能なので、装置の全体故障を防止し得る。

これに関する適切な発展形態によれば、直流電圧接続回路の各極に制限フィルタが付設される。

図１は従来技術による装置を示す回路図である。図２は本発明による装置の実施例を示す回路図である。図３は本発明による装置の他の実施例を示す回路図である。図４は本発明による装置の他の実施例を示す回路図である。図５は本発明による装置の他の実施例を示す回路図である。

以下、図面に基づき本発明の実施例を説明することにより、本発明の他の適切な構成および利点を明らかにする。図において、同じ作用をする部分には同じ符号を付している。

図１は背景技術で既に説明した従来技術による装置を示し、詳細な説明は省略する。

図２は本発明による装置１の実施例を示す。この装置１は、第１の電力変換器としての整流器２と、第２の電力変換器としての図示しないインバータとを有する。両電力変換器は直流電圧接続回路４を介して互いに接続されている。各電力変換器の交流電圧側は、交流電圧系統又は３相交流系統に接続され、変圧器３が交流電圧系統と電力変換器との間の電気的絶縁を行なう。変圧器は１次巻線１０と２つの２次巻線１１、１２とを含み、２つの２次巻線は各々整流器２の交流電圧端子に接続されている。２次巻線の異なる結線により位相のずれが生ずるので、２つの直列接続された６パルス電流バルブブリッジ回路によって所謂１２パルス電力変換器が得られる。このような電力変換器自体は当業者によく知られているので、ここではその構成および動作について更に詳細には触れない。

単極の直流電圧接続回路４は、図示の実施例では１つの直流電圧線５のみを備える。直流電流回路４は接地を介して接続されている。確実な接地を提供すべく、従来技術におけると同様に、一般に図２には示さない接地電極が用いられ、接地電極は接地線６を介して整流器２の直流電圧端子の１つに接続されている。直流電流の平滑化のために平滑リアクトルが用いられ、平滑リアクトルの全体を図２ではＬ_Gで示している。平滑リアクトルＬ_Gは、互いに直列に接続された２つの平滑リアクトル部分７と８を有する。平滑リアクトル部分７、８は、それらが全体として所望の直流電流平滑を行うように設計されている。更に、平滑リアクトル部分８は、直流電圧接続回路４における不所望の交流成分の抑制のために用いられる制限フィルタ９の一部である。

制限フィルタ９は、平滑リアクトル部分８、即ちインダクタンスＬ_G2の他に、並列分岐１３を有し、該分岐１３で制限キャパシタンスＣ_Sと制限抵抗Ｒ_Sが直列接続されている。

図３は、制限キャパシタンスＣ_Sが接続された並列分岐１３内に制限抵抗Ｒ_Sが配置されていない点で、図２に示す実施例と相違する本発明による装置１の他の実施例を示す。制限抵抗Ｒ_Sは、平滑リアクトル部分８にも制限キャパシタンスＣ_Sにも並列に配置されている。

図４は、制限フィルタ９の構成に関して図２に示す実施例に対応する本発明による装置１の他の実施例を示す。勿論、図４に示す実施例の場合には、制限フィルタ９を直流電圧接続回路４の接続線５中に配置せずに、第１の電力変換器としての整流器２を図示しない接地電極に接続する接地線６中に配置している。

図５は本発明による装置１の他の実施例を示し、制限フィルタ９の構成が図３に示す実施例に対応する。しかし、図４に対応して制限フィルタ９がここでも接地線６中に配置されている。

結果的に、図示しないインバータを、ここで説明した整流器と同様に構成でき、同様に制限フィルタ９を使用可能であることを指摘しておく。インバータの制限フィルタ９は、例えば図２乃至５により明らかにした制限フィルタと同様の構成を持つ。

１電力伝送のための装置、２整流器、３変圧器、４直流電圧接続回路、５直流電圧線、６接地線、７、８平滑リアクトル部分、９制限フィルタ、１０１次巻線、１１、１２２次巻線、１３並列分岐

Claims

交流電圧を直流電圧に変換するように設けられた第１の電力変換器（２）を備え、第１の電力変換器（２）が、直流電圧接続回路（４）を介して、直流電圧を交流電圧に変換するための少なくとも１つの第２の電力変換器に接続され、更に直流電圧を平滑するように設計された平滑リアクトルＬ_Gと、直流電圧接続回路（４）内の交流電流成分を制限するための制限フィルタ（９）とを備えている電力伝送のための装置（１）において、
平滑リアクトルＬ_Gが少なくとも部分的に制限フィルタ（９）の一部である
ことを特徴とする電力伝送のための装置。
制限フィルタ（９）が、制限すべき交流電流成分の少なくとも１つの周波数に同調されていることを特徴とする請求項１記載の装置（１）。
制限フィルタ（９）が、平滑リアクトルＬ_Gの少なくとも一部分に並列に配置された並列分岐（１３）を有し、並列分岐（１３）内に制限キャパシタンスＬ_Sが接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の装置。
制限キャパシタンスＣ_Sに並列に制限抵抗Ｒ_Sが配置されていることを特徴とする請求項３記載の装置。
制限抵抗Ｒ_Sが並列分岐（１３）内に接続されていることを特徴とする請求項３記載の装置。
平滑リアクトルＬ_Gが多数の平滑リアクトル部分（７、８）からなることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の装置。
制限フィルタ（９）の一部である平滑リアクトル部分（８）が、接地電極を電力変換器の１つに接続する接地線（６）中に配置されていることを特徴とする請求項６記載の装置。
直流電圧接続回路（４）が正極および負極を含む双極の直流電圧接続回路であることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の装置。
直流電圧接続回路（４）の各極に制限フィルタ（９）が付設されていることを特徴とする請求項８記載の装置。