JP2010505378A

JP2010505378A - 直流送電設備のサイリスタバルブ

Info

Publication number: JP2010505378A
Application number: JP2009529706A
Authority: JP
Inventors: フアング、ハルトムート; ホイスラー、マルクス; ウダー、マルクス
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-09-28
Filing date: 2007-09-27
Publication date: 2010-02-18
Also published as: US20100027177A1; CN101523682A; DE102006046040A1; WO2008037774A1; EP2067226A1

Abstract

【課題】電圧分担コンデンサを必要としない高電圧直流送電設備の電力変換器（２）のサイリスタバルブを提供する。
【解決手段】電気的に直列に接続された多数のサイリスタ（４６）を各々有する多数のバルブセクション（３８）と、バルブ（４）に電気的に並列に接続された過電圧アレスタ（３２）とを備えた高電圧直流送電設備の電力変換器（２）のバルブ（４）において、本発明によれば、各バルブセクション（３８）に電気的に並列に過電圧アレスタ（５８）が接続される。
【選択図】図６

Description

本発明は、各々多数の電気的に直列接続されたサイリスタを有する多数のバルブセクションと、バルブに電気的に並列接続されている過電圧アレスタとを備えた高電圧直流送電設備の電力変換器のバルブに関する。

ＨＶＤＣ設備とも呼ばれる高電圧直流送電設備のこの種のサイリスタバルブは公知である（例えば、非特許文献１参照）。ＨＶＤＣ設備により、異なる周波数特性を有する２つの電源系統が電力授受のために互いに結合されている。要求される電圧阻止能力の実現を可能にすべく、ＨＶＤＣ設備の電力変換器のバルブは多数のサイリスタを有する。サイリスタバルブのこれら多数のサイリスタは、多数のバルブセクションに分割されている。１つのサイリスタバルブの２つのバルブセクションが、各々１つのサイリスタモジュールを構成する。ＨＶＤＣ設備の電力変換器の１つの相は４個のサイリスタバルブを有し、各サイリスタバルブは３個のサイリスタモジュールから構成されているので、１つの相は１２個のこのようなサイリスタモジュールを有し、これらサイリスタバルブは空間的に平行に配置された２つのバルブ塔に配分されている。各サイリスタモジュールはこのようなバルブ塔の階を構成する。

各サイリスタバルブには、過電圧アレスタが電気的に並列に接続されている。過電圧がバルブ内の全ての構成単位に均等に分布する限り、これら並列に接続されたアレスタにより、バルブが各々過電圧から保護される。高い電圧上昇速度を有する過電圧の場合、考察されるバルブセクションに応じて相違する浮遊キャパシタンスにより、サイリスタバルブ内で非対称電圧配分が生じる結果となるので、配分に応じて最も高い過電圧を有するバルブセクションにおけるサイリスタが、その逆方向阻止能力を超えた負担をかけられて破壊されることがある。

これを防止すべく、先に挙げた非特許文献１によれば、１つのバルブの各バルブセクションにおいて電圧対称化のための所謂電圧分担コンデンサが使用される。この電圧分担コンデンサは、各バルブセクションに電気的に並列接続されている。その結果、２つのバルブセクションを有する各サイリスタモジュールが２つの電圧分担コンデンサを有する。各電圧分担コンデンサの値は、電圧配分を決定するのが浮遊キャパシタンスではなくて電圧分担コンデンサであるように大きく選定せねばならない。電圧分担コンデンサのための典型的な値は、５００ｋＶのＨＶＤＣ用バルブにおいて、バルブセクション当たり６ｎＦである。この種の電圧分担コンデンサは、サイリスタモジュール内で相当なスペースを占める。更に、これらの電圧分担コンデンサはサイリスタモジュールの重量を高める。

「Modern HVDC Thyristor Valves for china's Electric Power System」（中国の電力系統のための現代式ＨＶＤＣサイリスタバルブ）」なるタイトルの刊行物

本発明の課題は、電圧分担コンデンサがもはや必要ないように、この種のバルブを構成することにある。

この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴事項によって解決される。

いずれにせよ存在するバルブアレスタを主にバルブセクションに配分することで、バルブセクション毎の電圧分担コンデンサはもはや不要となる。それに伴いバルブの投入キャパシタンスの値が著しく減少するので、バルブセクション毎に存在する可飽和リアクトルを小型化できる。バルブセクションにバルブアレスタを部分的に組み込むことで、浮遊キャパシタンスに起因して発生する過電圧が、この発生する過電圧を予め対称化することなしに個々に制限され、バルブが保護される。

本発明によるＨＶＤＣ設備の電力変換器のバルブの第２実施形態では、存在するバルブアレスタが完全にバルブ内に組み込まれる。即ち、バルブアレスタがバルブセクションに分配されている。その結果、付加的にバルブ塔のスペース要求が減少することが付加的に達成される。

本発明によるＨＶＤＣ設備の電力変換器のバルブの有利な実施形態では、このバルブのバルブセクション内に組み込まれた過電圧アレスタが液体冷却される。そのため、これら過電圧アレスタがバルブの既存の冷却システムに接続可能であり、その結果個別のアレスタ冷却をなくすることができる。

従来技術によるＨＶＤＣ設備の電力変換器の等価回路図である。図１による電力変換器のバルブの等価回路図である。図１による電力変換器のバルブの回路図である。図１による電力変換器のサイリスタモジュールを示す斜視図である。図１による電力変換器の構造を示す斜視図である。ＨＶＤＣ設備の電力変換器の本発明によるバルブの第１の実施形態の等価回路図である。本発明によるバルブの第２の実施形態の等価回路図である。

本発明を更に詳細に説明すべく、ＨＶＤＣ設備の電力変換器のバルブの多数の実施形態を概略的に示す図面を参照する。

詳しくは図示しない高電圧直流送電設備（ＨＶＤＣ設備）の電力変換器２の等価回路図によれば、該電力変換器２の各相は電気的に直列接続された４つのバルブ４を有する。この種の相バルブ６は４重バルブと呼ばれる。この電力変換器２の交流側は変圧器８により系統に接続されている。この変圧器８は１つの１次巻線１０と、２つの２次巻線１２、１４とを有する。１次巻線１０と２次巻線１２が各々星形結線されているのに対して、２次巻線１４は三角結線されている。２次巻線１２又は１４の相出力は、電気的に直列に接続された２つのバルブ４からなる部分相バルブ２８又は３０の交流側入力１６、１８、２０又は２２、２４、２６に導電接続されている。星形結線および三角結線の２つの２次巻線１２、１４を有する変圧器８の使用によって、系統の高調波負担が少ない。

ＨＶＤＣ設備の電力変換器２のこの等価回路図によれば、各バルブ４はバルブアレスタ３２、等価インダクタンス３４および等価サイリスタ３６を有する。図２によれば、この等価サイリスタ３６は、各々サイリスタ回路図によって示された６つのバルブセクション３８を有する。各バルブセクション３８に、電圧分担コンデンサ４０が電気的に並列接続されている。各電圧分担コンデンサ４０の値は非常に大きく選定されているので、これらの電圧分担コンデンサ４０が電圧配分を決定し、浮遊キャパシタンスは電圧配分を決定しない。電圧分担コンデンサについての典型的な値は、例えば５００ｋＶのＨＶＤＣバルブ４において、バルブセクション３８当たり６ｎＦであり、即ち６つのバルブセクション３８の場合には、各電圧分担コンデンサ４０の値は各バルブ４当たり１ｎＦである。

図３は、ＨＶＤＣ設備の電力変換器２のバルブ４の回路図を詳しく示す。図２のバルブ４の等価回路図によれば、このバルブ４は６つのバルブセクション３８を有し、これらのうち、図の見易さのために３つだけのバルブセクション３８を示している。各バルブセクション３８は、電圧分担コンデンサ４０の他に、なお多数のサイリスタエリア４２および多数の可飽和リアクトル４４を有する。このうち、バルブセクション３８毎に各々１つのみを示している。各サイリスタエリア４２は１つのサイリスタ４６を有し、サイリスタには各々スナバ回路４８が並列接続されている。例えば５００ｋＶの電力変換器２のバルブ４は、各々１３個のサイリスタエリア４２を有する６つのバルブセクション３８から構成されている。従って、このバルブは７８個のサイリスタ４６を有する。

所謂サイリスタモジュール５２の構成を更に詳しく示す図４によれば、各バルブセクション３８のサイリスタ４６が電気的に直列に接続され、サイリスタの冷却ブロックと共に保持枠５０内に配置されている。この図では、保持枠５０に対し空間的に平行に、一方ではスナバ回路４８が配置され、他方ではサイリスタ制御ユニットが配置されている。更にこの図から、サイリスタモジュール５２が、２つのバルブセクション３８の他の構成要素を収納していることが分かる。これら構成要素には、可飽和リアクトル４４がバルブセクション３８毎に４つ属し、かつ電圧分担コンデンサ４０がバルブセクション３８毎に各々１つ属している。従って、６つのバルブセクション３８に区分されたバルブ４が、３つのサイリスタモジュール５２により実現される。これは、図１による電力変換器２の４重バルブ６が、１２個のこのようなサイリスタモジュール５２を有することを意味する。

図５は、この種４重バルブ６の構成を更に詳しく示す。４重バルブの１２個のサイリスタモジュール５２を２つのバルブ塔５４と５６に配分している。これらサイリスタモジュール５２は、各々バルブ塔５４又は５６の各階を構成している。空間的にこれら両バルブ塔５４、５６に並んで、付属のバルブアレスタ３２が取付け構造にて配置されている。この図から、この種バルブアレスタ３２の空間的な広がりがどのようであるかが分かる。

図６は、本発明によるバルブ４の第１実施形態の等価回路図を更に詳しく示す。図２の等価回路図に比べ、本発明によるバルブ４は電圧分担コンデンサ４０を持っていない。これら電圧分担コンデンサ４０の電圧制限機能は、今やバルブセクションアレスタ５８により引き受けられる。これらバルブセクションアレスタ５８は、従来のバルブアレスタ３２の一部分がバルブセクションアレスタ５８により実現されるように設計されている。その結果、バルブアレスタ３２として少ない電力を有するアレスタで済む。バルブ４の電圧分担コンデンサ４０の省略により、今や再び、考察されるバルブセクションに応じて異なる浮遊キャパシタンスがバルブ４に沿った電圧配分を決定する。バルブ４のバルブセクション３８にアレスタ電圧を上回る電圧が発生した場合、対応するバルブセクションアレスタ５８が導通状態となり、もってバルブセクションアレスタ５８が発生する電圧を予め定められた値に制限する。個々のバルブセクション３８へのバルブアレスタ３２の部分的な組み込みにより、電圧分担コンデンサ４０がもはや不要となり、その結果各バルブセクション３８の投入キャパシタンスの値が減少する。それに伴い、バルブセクション３８の各可飽和リアクトル４４のインダクタンスの値も減少する。

ＨＶＤＣ設備の電力変換器２の本発明によるバルブ４の第２の実施形態では、バルブアレスタ３２を完全にバルブセクション３８内に組み込んでいる。図７の等価回路図によれば、各バルブセクション３８がバルブセクションアレスタ６０を有する。これらバルブセクションアレスタ６０は、図６による実施形態のバルブセクションアレスタ５８に比べて高い電力を有する。何故ならば、バルブアレスタ３２の電力容量が、今や完全に、これらバルブセクションアレスタ６０に集められるからである。バルブ４のこの実施形態の場合にバルブアレスタ３２がもはや不要なことから、バルブアレスタ３２のための取付け枠がもはや不要となり、そのため図５の４重バルブ６の構造における両バルブ塔５４と５６の空間的寸法が減少する。

２電力変換器、４バルブ、６相バルブ、８変圧器、１０１次巻線、１２、１４２次巻線、１６、１８、２０、２２、２４、２６交流側入力、２８、３０部分相バルブ、３２バルブアレスタ、３４等価インダクタンス、３６等価サイリスタ、３８バルブセクション、４０電圧分担コンデンサ、４２サイリスタエリア、４４可飽和リアクトル、４６サイリスタ、４８スナバ回路、５０保持枠、５２サイリスタモジュール、５４、５６バルブ塔、５８、６０バルブセクションアレスタ

Claims

各々多数の電気的に直列に接続されたサイリスタ（４６）を有する多数のバルブセクション（３８）と、バルブ（４）に電気的に並列に接続された過電圧アレスタ（３２）とを備えた高電圧直流送電設備の電力変換器（２）のバルブ（４）であって、
各バルブセクション（３８）に電気的に並列に過電圧アレスタ（５８）が接続されていることを特徴とするバルブ。
各々多数の電気的に直列に接続されたサイリスタ（４６）を有する多数のバルブセクション（３８）を備えた高電圧直流送電設備の電力変換器（２）のバルブ（４）であって、
各バルブセクション（３８）に電気的に並列に過電圧アレスタ（６０）が接続されていることを特徴とするバルブ。
各々多数の電気的に直列に接続されたサイリスタ（４６）を有する多数のバルブセクション（３８）を備えた高電圧直流送電設備の電力変換器（２）のバルブ（４）であって、
各サイリスタ（４６）に電気的に並列に過電圧アレスタが接続されていることを特徴とするバルブ。
過電圧アレスタ（５８、６０）が液体冷却されることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載のバルブ。
２つのバルブセクション（３８）の過電圧アレスタ（５８、６０）が、これら両バルブセクション（３８）を収容するサイリスタモジュール（５２）内に組み込まれていることを特徴とする請求項１又は２記載のバルブ。