JPH10505999A - 直列補償された変換器ステーション - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 高圧直流の送電のための設備内の、直列補償された変換器ステーションは、３相（それぞれＡ、Ｂ、Ｃ）を有する交流電圧回路網（Ｎ）に接続されている。この変換器ステーションは、少なくとも２つの直列接続された直流電圧６パルス変換器ブリッジ（それぞれＳＲ１、ＳＲ２）と、２つの２次巻線（それぞれＳＷ１、ＳＷ２）、および接地された中性点（ＮＰ）を有する星形接続された１次巻線（ＰＷ）を備えた３相変圧器結合と、３相の各１つに対する直列キャパシタユニット（ＣＮ）と、を含む。前記変換器ブリッジの各１つは、それぞれの２次巻線に接続され、１次巻線は前記直列キャパシタユニットを経て交流電圧回路網に接続されている。前記変圧器結合は、該変圧器結合の１次巻線を通るゼロシーケンス電流に対して高インピーダンスを示す。

Description

【発明の詳細な説明】 直列補償された変換器ステーション 技術分野 本発明は、高圧直流を送電するための設備内の、特に１２パルス変換器におけ る、直列補償された変換器ステーションに関する。 背景技術 高圧直流を送電するための設備内の変換器ステーションは、３相交流電圧回路 網と直流接続との間に接続され、変換器と、該変換器を前記交流電圧回路網に接 続するための変圧器結合と、無効電力を発生しかつ高調波をフィルタするための 分路フィルタと、を含む。変圧器結合は、１つまたはそれ以上の物理ユニットか ら成りうる。変換器は、通常は線転流（ｌｉｎｅ−ｃｏｍｍｕｔａｔｅｄ）電流 源変換器であり、線転流電流源変換器とは、変換器のバルブ（ｖａｌｖｅ）間の 転流が交流電圧回路網内に生じる電圧により起こることと、変換器から見た直流 接続が定（ｓｔｉｆｆ）電流源として生じることと、を意味するものと理解すべ きである。変換器によって発生される高調波、殊に第５および第７高調波、を減 少させる目的のために、変換器は、２つの６パルスブリッジとして設計され、こ れらは直流電圧側において直列接続され、またこれらのそれぞれは３０°の相互 移相をもってそれぞれの３相交流電圧システムに接続される。この相互移相は、 変圧器結合を、一方が星形接続（Ｙ接続）で接続され、他方がデルタ接続（Ｄ接 続）で接続された２つの３相２次巻線を含むように配置することにより実現され うる。変圧器結合はさらに、接地された中性点を有する通常Ｙ接続された１次巻 線を含む。高圧直流の送電技術の一般的説明としては、例えば、ベルリン、ハイ デルベルク、ニューヨークのシュプリンガー・フェアラク（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ− Ｖｅｒｌａｇ）１９７５年発行のエリッヒ・ウールマン（Ｅｒｉｃｈ Ｕｈｌｍ ａｎ）著「直流による送電（Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｂｙ Ｄ ｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）」を参照されたい。特に、第１５頁の第２．７図 は、上述の構成を示している。 直列キャパシタを、交流電圧回路網と、変換器ブリッジの交流接続と、の間の 接続導線内に接続することにより、変換器ステーションを直列補償することは公 知である。これは、いくつかの利点を生じる。直列キャパシタは、それらを通っ て流れる電流により周期的に充電され、それによりそれらのキャパシタに発生す る電圧は、それらのキャパシタのバルブにおける転流電圧に加算される。転流電 圧は、交流電圧回路網に対し、交流電圧回路網の電圧のための位相位置に関する 制御角および消弧角（転流の余裕）により、バルブが０より小さい制御角を有す る整流器の動作において、また０より小さい消弧角を有するインバータの動作に おいて、制御されうるように移相されることになる。これは、変換器の無効電力 消費の減少を可能にし、かつ無効電力の発生を可能とする。これは、分路フィル タにおける無効電力の発生の必要を減少させ、従ってこれらの分路フィルタは実 質的に高調波のフィルタリングの必要に基づいて大きさを定められ（ｄｉｍｅｎ ｓｉｏｎ）うる。キャパシタの充電電流、従ってその電圧は、直流接続における 直流電流に比例し、キャパシタを適切な大きさに設定することにより、オーバー ラップ角の該直流電流の大きさへの依存性が補償されうる。これは、直列補償が 、速い電流トランジエントの場合においてさえ、転流の余裕（マージン）の保持 へ寄与することを意味する。転流の余裕の、交流電圧回路網の振幅への依存性も また、直列キャパシタにより好ましい影響を受ける。 このようにして、多くの情況において、上述の種類の変換器ステーションを直 列補償することが望ましい。これまでに提案された公知の解決法においては、直 列キャパシタは、変圧器結合のそれぞれの２次巻線と、変換器ブリッジの交流接 続と、の間に配置され、それは、６つのキャパシタユニットが設置されなければ ならないことを意味した。代わりに、キャパシタユニットを、変圧器結合の１次 巻線と、交流電圧回路網との間に配置することにより、キャパシタユニットの数 を３つに減少させうる。しかし、この配置を用いていて、かつ例えば、交流電圧 回路網において接地事故が起こった場合には、キャパシタユニットは、特にその ような接地事故の場合に生じる過電流が、分路フィルタおよびキャパシタユニッ トを含む交流電圧回路網と、変圧器結合との間の共振により増幅されるので、許 容しえない高電圧を受けることが判明した。たとえもし直列キャパシタが通常、 例えばサージアレスタの形式の過電圧保護手段を備えていても、上述の種類の故 障は比較的に長い期間存続することが多いので、発生したエネルギーの、それに 加わる応力は非現実的なほどに高くなる。 発明の要約 本発明は、変圧器結合の１次巻線と、交流電圧回路網との間の接続導線内にキ ャパシタユニットを配置することを可能にする、上述の種類の直列補償された変 換器ステーションの設計を提案することを目的とする。 本発明の装置の特徴は、添付の請求の範囲により明らかにされる。 本発明の利点とする改良点は、以下の説明および請求の範囲により明らかにさ れる。 本発明の変換器ステーションの実施例によれば、変換器ステーションはそのよ うに設計されて直列補償の利点を与えるが、６つではなく３つのキャパシタユニ ットを用いることにより、必要なスペースを小さくし、総合的に見ると、信頼性 がより高くかつ経済的な設備が得られる。 図面の簡単な説明 以下においては、添付図面を参照しつつ実施例を記述することにより、本発明 をより詳細に説明する。添付図面において、 第１図は、公知の種類の直列補償された変換器ステーションを概略的に示し、 第２図は、本発明の直列補償された変換器ステーションの実施例を概略的に示 し、 第３図は、本発明の回路素子の実施例を示し、 第４図は、本発明の回路素子のもう１つの実施例を概略的に示し、 第５図から第７図までは、本発明の直列補償された変換器ステーションのさら なる実施例を概略的に示す。 実施例の説明 第１図は、高圧直流の送電のための設備内の、３相Ａ、Ｂ、およびＣを有する 交流電圧回路網Ｎに接続された、従来技術の直列補償された変換器ステーション を示す。この変換器ステーションは、２つの直列接続された直流電圧６パルスブ リッジＳＲ１およびＳＲ２を有する変換器ＳＲと、３相変圧器結合と、無効電力 の発生および高調波のフィルタリングのための３相分路フィルタＳＦ（概略的に のみ示した）と、６つのキャパシタユニットＣＳＲと、を含む。 変圧器結合は、Ｙ接続された１次巻線ＰＷおよび２つの２次巻線ＳＷ１および ＳＷ２のそれぞれと、さらに１次巻線の中性点ＮＰを接地する中性導線ＷＮと、 を有する変圧器Ｔを含む。２次巻線ＳＷ１はＹ接続され、２次巻線ＳＷ２はＤ接 続されている。１次巻線は交流電圧回路網に接続され、両２次巻線は、直列キャ パシタユニットを経て変換器上の交流端子に、２次巻線ＳＷ１が、それぞれの相 内に１つある３つの直列キャパシタユニットを経て６パルスブリッジＳＲ１と導 通し、２次巻線ＳＷ２が、他のそれぞれの相内に１つある３つの直列キャパシタ ユニットを経て６パルスブリッジＳＲ２と導通するように接続されている。分路 フィルタは、交流電圧回路網に接続されている。このようにして１２パルス電流 源変換器を構成する前記変換器は、その直流電圧側において、極導線（ｐｏｌｅ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）ＷＰおよび電極線ＷＥを含む直流接続（概略的にのみ示 した）に接続されており、電極線ＷＥは接地されている。 第２図は、本発明の直列補償された変換器ステーションの実施例を示す。この 変換器ステーションは、第１図に関連して上述したそれと同様の種類のものであ り、同種の対象を示すために同一符号が用いられている。第２図の変換器ステー ションが第１図のそれと異なる点は、変圧器の２次巻線と、変換器ブリッジと、 の間に接続された６つの直列キャパシタユニットＣＳＲが、３つの直列キャパシ タユニットＣＮにより置換されていることと、変圧器の１次巻線が、それぞれの 相内に１つあるこれら３つの直列キャパシタユニットを経て、交流電圧回路網に 接続され、一方その２次巻線が変換器ブリッジに直接接続されていることである 。第２図の変換器ステーションが第１図のそれとさらに異なる点は、１次巻線の 中性点ＮＰが回路素子ＡＲを経て接地されていることであるが、これについては 以下に詳述する。 例えば、相Ａにおける、この相に関連する直列キャパシタユニットＣＮの交流 電圧回路網に接続された側での単相の接地事故を仮定すると、当業者にとって公 知の回路計算により、変換器が停止していても、ゼロシーケンス電流が直列キャ パシタユニットを通って流れることが示される。そのわけは、Ｄ接続された２次 巻線ＳＷ２が、ゼロシーケンス電流に対して閉回路を構成するからである。直列 キャパシタのインピーダンスと、回路内に含まれる他のインピーダンス、すなわ ち、変圧器、分路フィルタ、および交流電圧回路網のインピーダンスとは、共振 回路を形成する。殊にこの回路における基本トーン共振の場合には、また、例え ば、第３トーンのような他の低トーン共振の場合にも、これらのゼロシーケンス 電流は、とりわけもし１次巻線の中性点と接地との間におけるゼロシーケンス電 流に対するインピーダンスが低いか、または第１図の変圧器結合を有する変換器 ステーションの場合におけるように０であれば、極めて高くなる。従って、変圧 器結合は、ゼロシーケンス電流に対し高インピーダンスを示すように設計されな ければならない。これは、第２図の本発明の実施例においては、この性質を有す る回路素子ＡＲにより実現される。有利な実施例においては、この回路素子は、 第３図に示されているように、例えば、ＺｎＯタイプのサージアレスト形ＡＲを 含む。すなわち、このサージアレスト形のものは、上述の種類の単相の接地事故 の場合に１次巻線の中性点に生じる電圧において動作に入らないように、電圧に 関して有利に大きさを定められ、すなわちそれは、その保護のレベルが上述の電 圧よりも高くなるように大きさを定められる。しかし、それは、制限されたエネ ルギー内容によって雷サージおよび他のサージを制限するよう、有利に大きさを 定められるべきである。 本発明のもう１つの有利な実施例においては、回路素子ＡＲは第４図に示され ているように、中性点と接地との間に接続されたインダクタＬＲを含む。このイ ンダクタは、ゼロシーケンス電流に対するインピーダンスを構成し、さらにまた 、上述の共振回路における共振条件を変化させる。このリアクトルは、例えば上 述の種類の故障の場合に生じるゼロシーケンス電流を、直列キャパシタユニット に対して無害であるレベルに制限し、それによってまた共振回路の共振周波数を も考慮に入れるように、大きさを定められる。前記リアクトルのインピーダンス は、回路の共振周波数が、全ての考えられる回路網の構成において、基本トーン から十分な余裕をもって変位せしめられるように選択されなければならない。さ らに、実際の共振周波数のトランジエント高調波または分数調波もまた、考慮さ れなければならない。これらの高調波または分数調波は、基本トーンと共に、考 えられ る定常基本トーン値を上回ってキャパシタ応力を増大させるビートを与える。こ の実施例においても、回路素子ＡＲが、第３図に関連して上述された基準により 大きさを定められたサージアレスタＡＲＰをも含むと有利である。 第５図は、本発明の直列補償された変換器ステーションのもう１つの実施例を 示す。この変換器ステーションは、第２図に関連して上述したそれと同様の種類 のものであり、同種の対象を指示するのには同じ符号が用いられている。第５図 の変換器ステーションが第２図に示されているそれと異なる点は、変圧器の２次 巻線が共に、いわゆる拡張デルタ接続により、各１つが１次巻線に対し１５°の 移相をなして、接続されていることである。変圧器の両２次巻線は、これにより 同じにされ、本質的に公知であるように、両２次巻線間の３０°の相互移相が外 部接続により実現されうる。ゼロシーケンス電流は、第２図から第４図までに関 連して上述したように制限される。 第６図および第７図は、本発明の直列補償された変換器ステーションのさらな る実施例を示す。これらの変換器ステーションは、第２図に関連して上述したそ れと同様の種類のものであり、同種の対象を指示するのには同じ符号が用いられ ている。第６図および第７図の変換器ステーションが、第２図により説明された それと異なる点は、第６図の変圧器の両２次巻線が、一方は星形接続により、他 方は千鳥形接続によって接続されており、第７図においては変圧器の２つの２次 巻線が千鳥形接続により、各１つが１次巻線に対し１５°の移相をなし、かつ３ ０°の相互移相をなして接続されていることである。本発明のこれらの実施例に おいては、１次巻線の中性点は、中性導線ＷＮにより直接接地されうる。そのわ けは、２次巻線がゼロシーケンス電流に対して閉回路を作らず、従って原理的に 、上述の種類の故障が起こった時にゼロシーケンス電流に対し無限大のインピー ダンスを示すからである。 第１図、第２図、および第５図から第７図までにおいて、変圧器Ｔは、３相３ 巻線変圧器として示されているが、本発明はもちろん、変圧器結合が、並列接続 された１次巻線を有する、２つの３相または６つの単相２巻線変圧器により設計 されている場合、または、それぞれの２次巻線が上述のように接続された、３つ の単相３巻線変圧器として設計されている場合にも適用可能である。 本発明の変圧器結合を有する上述の種類の変換器ステーションを具備すること により、直列補償を用いて得られる利点は、最少数の直列キャパシタユニットに より実現されうる。すなわち、この変換器ステーションは少数の成分によって設 計することができ、従って必要なスペースが小さく、総合的には、信頼性が高く かつ経済的な設備が得られる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アストロム，ウルバン スウェーデン国 エス − 772 70 サ ックスダレン，オルスヨベーゲン 11

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．高圧直流の送電のための設備内の、３相（それぞれＡ、Ｂ、Ｃ）を有する 交流電圧回路網（Ｎ）に接続される、直列補償された変換器ステーションであっ て、少なくとも２つの直列接続された直流電圧６パルス変換器ブリッジ（それぞ れＳＲ１、ＳＲ２）と、２つの２次巻線（それぞれＳＷ１、ＳＷ２）、および接 地された中性点（ＮＰ）を有する星形接続された１次巻線（ＰＷ）を備えた３相 変圧器結合と、前記３相の各１つに対する直列キャパシタユニット（ＣＮ）と、 を含み、前記変換器ブリッジの各１つが、それぞれの２次巻線に接続されており 、前記１次巻線が前記直列キャパシタユニットを経て前記交流電圧回路網に接続 されており、前記２次巻線の一方が星形接続され、他方がデルタ接続されており 、前記中性点が、前記変圧器結合の前記１次巻線を通るゼロシーケンス電流に対 して高インピーダンスを示す回路素子（ＡＲ）を経て接地されていること、を特 徴とする前記変換器ステーション。 ２．高圧直流の送電のための設備内の、３相（それぞれＡ、Ｂ、Ｃ）を有する 交流電圧回路網（Ｎ）に接続される、直列補償された変換器ステーションであっ て、少なくとも２つの直列接続された直流電圧６パルス変換器ブリッジ（それぞ れＳＲ１、ＳＲ２）と、２つの２次巻線（それぞれＳＷ１、ＳＷ２）、および接 地された中性点（ＮＰ）を有する星形接続された１次巻線（ＰＷ）を備えた３相 変圧器結合と、前記３相の各１つに対する直列キャパシタユニット（ＣＮ）と、 を含み、前記変換器ブリッジの各１つが、それぞれの２次巻線に接続されており 、前記１次巻線が前記直列キャパシタユニットを経て前記交流電圧回路網に接続 されており、前記２次巻線の双方が拡張デルタ接続により接続されており、前記 中性点が、前記変圧器結合の前記１次巻線を通るゼロシーケンス電流に対して高 インピーダンスを示す回路素子（ＡＲ）を経て接地されていることと、を特徴と する前記変換器ステーション。 ３．前記回路素子が、前記中性点と接地との間に接続されたサージアレスタ（ ＡＲＲ）を含むことを特徴とする、請求項第１項および第２項のいずれかに記載 の変換器ステーション。 ４．前記回路素子が、前記中性点と接地との間に接続され且つ前記直列キャパ シタユニットを通るゼロシーケンス電流を制限するように大きさを定められたイ ンダクタ（ＬＲ）をさらに含むことを特徴とする、第３項記載の変換器ステーシ ョン。 ５．前記サージアレスタの保護レベルが、前記変圧器結合の、前記直列キャパ シタユニットを経て前記交流電圧回路網に接続されている側における単相の接地 事故の場合に、前記１次巻線の前記中性点に生じる電圧を超えることを特徴とす る、請求項第３項または第４項記載の変換器ステーション。 ６．高圧直流の送電のための設備内の、３相（それぞれＡ、Ｂ、Ｃ）を有する 交流電圧回路網（Ｎ）に接続される、直列補償された変換器ステーションであっ て、少なくとも２つの直列接続された直流電圧６パルス変換器ブリッジ（それぞ れＳＲ１、ＳＲ２）と、２つの２次巻線（それぞれＳＷ１、ＳＷ２）、および接 地された中性点（ＮＰ）を有する星形接続された１次巻線（ＰＷ）を備えた３相 変圧器結合と、前記３相の各１つに対する直列キャパシタユニット（ＣＮ）と、 を含み、前記変換器ブリッジの各１つが、それぞれの２次巻線に接続されており 、前記１次巻線が前記直列キャパシタユニットを経て前記交流電圧回路網に接続 されており、前記２次巻線の一方が星形接続され、他方が千鳥形接続されており 、前記変圧器結合が前記１次巻線を通るゼロシーケンス電流に対して高インピー ダンスを示すように、前記中性点が中性導線（ＷＮ）を経て接地へ直接接続され ていることと、を特徴とする、前記変換器ステーション。 ７．高圧直流の送電のための設備内の、３相（それぞれＡ、Ｂ、Ｃ）を有する 交流電圧回路網（Ｎ）に接続される、直列補償された変換器ステーションであっ て、少なくとも２つの直列接続された直流電圧６パルス変換器ブリッジ（それぞ れＳＲ１、ＳＲ２）と、２つの２次巻線（それぞれＳＷ１、ＳＷ２）、および接 地された中性点（ＮＰ）を有する星形接続された１次巻線（ＰＷ）を備えた３相 変圧器結合と、前記３相の各１つに対する直列キャパシタユニット（ＣＮ）と、 を含み、前記変換器ブリッジの各１つが、それぞれの２次巻線に接続されており 、前記１次巻線が前記直列キャパシタユニットを経て前記交流電圧回路網に接続 されており、双方の前記２次巻線が千鳥形接続されており、前記変圧器結合が前 記 １次巻線を通るゼロシーケンス電流に対して高インピーダンスを示すように、前 記中性点が中性導線（ＷＮ）を経て接地へ直接接続されていること、を特徴とす る前記変換器ステーション。