SE443687B - Kopplingsanordning for tillkoppling av en overtonsstromriktare till samlingsskenorna hos ett vexelstroms-/trefasnet - Google Patents

Description

7811386-7 2 tolvpuls strömriktargrupper endast använda dämpade högpass- bredbandsfilter (M. Schraudolph, G. Weigel: Drosselspulen mit eingebautem Widerstand für den Hochpass der Hochspannungs- Gleichstrom-Übertragung von Cabora Bassa nach Johannesburg, Techn.Mitteilungen AEG-Telefunken 65 (1975) 5, S. 157-159).

Alltefter nätanslutningsförhâllandena eller med hänsyn till redan befintliga filterkretsar av hög godhet kan i många fall enbart insättning av högpass-bredbandfilter ej vara tillräcklig, för att uppfylla ställda fordringar pâ nätspänningens övertons- innehåll över hela spektret.

För att minska frekvensberoendet och parameterkänsligheten hos avstämda högpass-filterkretsar är det känt att utbygga dessa i och för sig passiva filterkretsar genom tillkoppling av övertons- växelriktare till så kallade aktiva filter (N.Mohan, H.A.Peterson, - W.F.Long, G.R- Derifuerst, J.J Vithayathil: Active filters for ac harmoníc suppression, Paper A 77026-8, 1977, IEEE PES Winter Meeting, New York). Övertonsväxelriktare kan bringa det resulterande motståndet hos den tidigare passiva filterkretsen för den frekvens, till vilken filterkretsen är avstämd, till noll eller till och med till ett negativt värde.

För tillkopplingen är dessutom en parallellresonanskrets av för- hållandevis hög godhet erforderlig. Eftersom väsentliga delar av det aktiva filtret består av resonanskretsar med hög godhet, erhåller man åter igen den ofördelaktiga egenskapen att det bildas svagt dämpade parallellresonanser.

Uppfinningen har till uppgift att utveckla en kopplingsanordning och för kompensation av övertonströmmar i ett växel-/trefasnät, varvid höga fordringar på frekvensoberoende, parameteroberoende och förekomsten av restsvängningar skall uppfyllas.

Denna uppgift löses enligt uppfinningen genom att de inledningsvis definierade kopplingsanordningarna erhållit de i krav 1 resp 2 an- -givna kännetecknen. 7811386-7 avsedda övertonsströmmen mot noll.

Genonxatt på enligt uppfhuuxgen föreslaget sätt använda ett högpass-bredbands- filter uppnås särskilt på fördelaktigt sätt att fil-gerkretsarnas filter- verkan kvarstår även vid frekvenssvëngningar hos nätet liksom I vid variationer hos filterkretsparametrarna till följd av åld- ring eller temperaturinflytande. På fördelaktigt sätt undviks överbelastningar på filterkretsarna till följd av parallell- IGSOIIEHSEI.

Redan existerande högpass-bredbandsfilter kan med fördel i efter- hand utrustas till aktiva filter. Härigenom avlägsnas den risk för otillräcklig filterverkan, som uppträder vid enbart insätt- ning av högpass-bredbandfilter i stället för den hittills van- liga kombinationen av högpass-bredbandsfilter med avstämda högpass-filterkretsar.

Kostnaderna för ombyggnad av ett högpass-bredbandsfilter till ett aktivt filter är mindre än kostnaderna för likvärdiga avstämda filterkretsar. Uppfinningen tillåter alltså ombildning av hög- passfilter vid uppträdande svårigheter och i många fall kan avstämda filterkretsar av hög godhet utelämnas vid planering av nya högspännings-1ikströms-överföringsanläggningar med ren tolvpulsdrift. Ytterligare fördelar på grund av kopplingsanord- ningen enligt uppfinningen kommer att framgå närmare av nedanstående beskrivning.

Ett utföringsexempel av uppfinningen beskrives 1 det följande med hänvisning till ritningarna. På ritningarna visar: fig. l ett aktivt högpass-bredbandsfilter med aktiv filterverkan nära högpassbandets resonansfrekvens; fig. 2 beroendet hos förhållandet mellan övertonsströmriktare- belastningsmotstândet ZnwR och svängningsmotståndet X0 av nät- frekvensens avvikelse från filteregenfrekvensen; fig. 3 ett högpassbredbandsfilter med aktiv filterverkan vid avvikande resonansfrekvens. 7811386-7 4 I fig. l, som endast i enpolig framställning visar ett trefassystem, åskådliggörs ett aktivt högpass-bredbandsfilter, bestående av elementen kondensator Cl, dämpmotstånd Rl och drossel Ll. Hög- pass-bredbandsfiltret är anslutet till en trefassamlingsskena 3, vilken matas medelst en högspänníngs-likström-överföringsnät- strömriktare l via en strömriktartransformator 2. Strömriktar- transformatorn 2 tillför en övertonsström In till samlingsskenan 3. Högpass-bredbandsfiltrets element Ll och Rl är parallellkopp- lade och jordade, medan dl ligger i serie härmed och är ansluten till samlingsskenan 3. En likaledes med samlingsskenan 3 förbun- den transformator 4 matar en likriktare 5, vilken över en glätt- ningsdrossel 6 är ansluten till en övertonsströmriktare 7, före- trädesvis en självstyrd strömriktare.

Denna övertonsströmriktare 7 inmatar en ström InWR till högpass- bredbandfiltret vid den gemensamma förbindningspunkten för Cl, L och R . Den över kondensatorn Cl flytande filterströmmen har l l betecknats med In Övertonsströmriktaren U styrs av en styr- anordning 8. Denn: styranordning mottager vid ingångssidan en signal som motsvarar den uppmätta skillnadsströmmen Z$In mellan filterströmmen IHF och övertonsströmmen In. Skillnadsströmmen ¿flIn uppmäts medelst en i förbindningen mellan samlingsskenan 3 och nätet 9 anordnad mätanordning l0.

Högpass-bredbandfiltret skiljer sig allmänt från avstämda filter- kretsar med hög godhet genom att i varje fall ett dâmpmotstând Rl finnes och att detta är anordnat parallellt med svängnings- kretsens drossel Ll, medan detta motstånd Rl, om över huvud- taget erforderligt, vid avstämda filterkretsar är anordnat i serie med drosseln. Härigenom uppträder ett skiljaktigt frek- venslopp hos högpass- bredbandfilter och avstämda filterkretsar med hög godhet.

Naturligtvis har drosseln Ll och kondensatorn Cl liksom varje drossel och varje kondensator ett förlustmotstånd, som vid drosseln får betraktas såsom liggande i serie med Ll och vid kondensatorn såsom liggande parallellt med Cl. Dessa båda motstånd kan emellertid vid högpass-bredbandfilter till sin verkan anses försumbara jämfört med dämpmotståndet R1. 5 7811386-7 Det dämpade högpass-bredbandfiltret måste till skillnad från filter av hög godhet ej obetingat vara exakt avstämt till den fasta frekvens, för vilken en aktiv filterverkan skall uppnås.

Högpass-bredbandfiltrets resonansfrekvens lägges så att - eventu- ellt i förbindelse med ytterligare högpass-bredbandsfilter - under de givna nätförhållandena en optimal filterverkan för möjligast många strömövertoner erhålles. Det är vanligt att lägga resonansfrekmaßænhos högpass-bredbandfiltret och parallella högpass-bredbandfilter mellan de elfte och tretton harmoniska övertonerna av nätfrekvensen. Många gånger används dessutom hög- pass-bredbandfilter med resonans mellan de tjugotredje och tjugofemte harmoniska övertonerna.

Uppnâr ett högpass-bredbandfilter för en karakteristisk harmonisk överton nära sin resonansfrekvens ej det erforderliga låga mot- ståndet (sett från nätet), utvidgas det genom tillkoppling av övertonsströmriktaren 7 till ett aktivt filter för den mot- svarande harmoniska övertonen.

Det förutsätts att frekvens fn hos strömmen InWR ligger i närheten av högpass-bredbandfiltrets egenresonans fo, varvid f = l 1 . o ZÜJ L Vid fullständig kompensation av den störande övertonsströmmen In hos strömriktaren l bildar högpass-bredbandfiltret - sett från övertonströmriktaren 7 - en "parallellresonanskrets" med elementen Cl, Ll och Rl.

Inflytandet av frekvensavvikelsen Aif(nätfrekvensens avvikelse från filteregenfrekvensen) på "parallellresonanskretsens" sken- motstånd ZnWR, med avseende på svängningsmotståndet. xo = Ll/ cl framgår av fig. 2. Man kan se att övertonströmriktarens 7 ström- 7811386-7 s riktareffekt vid en godhet q = 4 och 6 hos högpass-bredbandfiltret endast måste höjas 8 resp 20 %¿ för att kompensera övertonsströmmen In hos strömriktaren 1 vid en frekvensavvikelse av 5 %. ( med In = InF, se fig. 1).

X För täckande av förlusten Inz ° EE drar övertonsströmriktaren 7 energi från sin likströmssida. Såsom anges i fig. l kan denna energi lämnas av en nätlikriktare 5.

Ovanstående framställning gäller endast för det ideella fallet att kompensationen av strömmen In lyckas fullständigt. Förutsätt- ning för ett närmelsevis uppfyllande av detta villkor är en mot- svarande mätanordning 10 för avkänning av skillnadsströmmen iâïn mellan filterström InF och övertonsströmmen In och en styranord- ning 8, vilken verkar på övertonsströmriktaren 7 på så sätt att skillnaden ¿¶lgâr mot noll.

Så länge övertonsströmriktaren 7 ej styrs, har högpass-bredbands- filtret samma egenskaper som tidigare. Dess skenmotstånd ZnWR - sett från nätanslutningspunkten och med avseende på svängnings- motståndet X0 - uppgår_til1 Z nWR _ 1- 1 o “ jf' J' i +c 1 (l) q if' L _ l med X0- f' = f/fo fo= t 277' Ll cl q = Rl/xo och varvid f, = frekvens hos en godtycklig harmonisk överton n.

Om övertonsströmriktaren 7 tänds och styrs mot <ÄIn = O, täcker den inre spänningsfallet p.g.a strömmen av n-te frekvens vid hög- pass-bredbandfiltret. Sett från nätet är det skenbara filtermot- 7 7811586-7 ståndet för den ifrågavarande frekvens noll.

Den spänning, för vilken övertonströmriktaren 7 skall dimensioneras, motsvarar det spänningsfall, som förorsakas av strömmen In vid kondensatorn Cl: varvid Cèn= Zírfn = cirkelfrekvensen hos en godtycklig harmonisk överton n. Den ström, som övertonströmriktaren 7 måste lämna, uppnår vid avstämning UnwR ' InwR = In å? (2) Q Den uppträdande förlusteffekten är praktiskt taget exakt lika stor som vid ett passivt högpass-bredbandfilter. Endast energi- källan är olika, eftersom den vid passivt högpassfilter är strömriktaren l, och vid aktivt högpassfilter övertonsström- riktaren 7.

Det fallet är tänkbart att högpass-bredbandfiltrets filterverkan ej är tillräckligt för en exempelvis icke-karakteristisk harmo- nisk överton, vars frekvens avviker starkare från högpass-bred- bandfiltret:egen frekvens fo. För detta fall föreslås tillkopp- ling av övertonsströmriktaren 7 till högpass-bredbandfiltret över en parallellresonanskrets med hög godhet, såsom framgår av fig. 3, vilken figur endast visar ett trefassystem i enpolig framställning. 7811386-7 8 Resonansfrekvenserna hos högpass-bredbandfilter och parallellreso- nanskrets är därvid olika, och närmare bestämt har den i fig. 3 visade tillkopplingsparallellresonanskretsen sin resonans vid den frekvens vid vilken den aktiva filterverkan skall'utövas.

Den av ett dämpmotstånd R2, en kondensator C2 och en drossel L2 bestående parallellresonanskretsen är kopplad i serie med hög- pass-bredbandfiltret. En pol hos parallellresonanskretsen är jordad, medan den gemensamma förbindningspunkten för parallell- resonanskretsen och högpass-bredbandfiltret bildar inmatnings- punkten för övertonsströmriktaren 7.

Skillnaden gentemot den ovannämnda, kända anordningen (N. Mohan, H.A. Peterson...) ligger i att för tillkoppling till nätet används ingen serieresonanskrets av hög godhet, utan det dämpade högpass-bredbandfiltret. Filterverkan beror därför knappast av detta, utan väsentligen av parallellresonanskretsens frekvens- förlopp. För denna är relativt låga godhetstal möjliga, utan att filterverkan påverkas eller förlusteffekten ökas för mycket. _ Därför kan frekvens- och parameterkänsligheten hos det aktiva filtret med högpass-bredbandfilter hållas mindre än hos det aktiva filtret med avstämda filter.

Parallellresonanskretsen med elementen C2, L2 och R2 förändrar högpass-bredbandfiltrets frekvenskarakteristik. Det mer eller mindre breda frekvensband,i vilket aktiva filteregenskaper upp- träder, ligger omkring parallellresonanskretsens avstämnings- .frekvens och beror huvudsakligen av parallellresonansgodheten.

Uttrycket för skenmotståndet genom svängningsmotståndetflinne- håller ett ytterligare led Z _12, X0 vars imaginärdel försvinner vid avstämningsfrekvensen och vars realdel därvid är dämpmotståndet R2. Det ytterligare ledet är, med avseende på högpass-bredbandfiltrets svängningsmotstând Xo 9 7811386-7 fy 1 X0 _ _Ä + k (Él_ _ _l_ ) rq 3 m2 f' varvid :gg Ri k=fi Lz och varvid fp är parallellkretsens resonansfrekvens och no ordningstalet för högpassfiltrets resonansfrekvens med avseende på nätfrekvensen.

Den spänning som övertonsströmriktaren 7 måste alstra för att driva strömmen IHF = In in i nätet, uppgår till U I Z nwR = n nwR varvid Z kan beräknas av uttrycket (1). nWR Närmelševis gäller Z = X .

HWR O för n<.no älv ZnWR = X0 . q för n>no Övertonsströmriktarens 7 effekt uppgår därför under försummande av avledningsförlustströmmen över parallellresonanskretsen till _7s11386-7 1D U I = I 2 X 1 för n nWR ° nWR n ' o ' E o 2 ..

UDWR . InwR - In . X0 . q for n>no (3b) Förlusteffekten i parallellresonanskretseniuppgår till l ..

P=U .-=I .X forn nWR Rz n' o rní2q o 2 = In ° än - för n>no r En jämförelse av strömriktareffekten enligt (2) med (3a) och (3b) visar att det är mer omfattande att bygga ett aktivt filter för frekvenser, vilka ej överensstänunermed högpass-bredbandfiltrets egenfrekvens. . Dessutom är en parallellresonanskrets erforderlig.

Claims (2)

7811386-7 H Patentkrav.

1. Kopplingsanordning för tillkoppling av en övertonsströmriktare till samlingsskemorna hos ett växel-/trefasnät, för kompensation av övertonsström- mar på växel-/trefasnätet, varvid övertonsströmriktaren består av styrbara strömriktarventiler och inmatning sker över en likriktare och en glättnings- drossel, k ä n n e t e c k n a d av att övertonsströmriktarens (7) utgång endast är ansluten över vardera en kondensator (Cl) till varje samlingsskena (4) hos växel-/trefasnätet (9) och endast över vardera en drossel (Ll) med paral- lellkopplat dämpningsmotstånd (R1) till jordpotential, varvid kondensator (Cl), dämpningsmotstånd (R1) och drossel (L1) är dimensionerade som dämpat högpass- bredbandsfilter av ringa godhet, vilket täcker hela frekvensområdet för de störande övertonerna.

2. Koppllngsanordning för tillkoppling av en övertonsströmriktare till samlingsskenorna hos ett växel-/trefasnät, för kompensering av övertonsströmmar på växel-/trefasnätet, varvid övertonsströmriktaren består av styrbara ström- riktarventiler och inmatning sker över en likriktare och en glättningsdrossel, och varvid från övertonströmriktarens utgång vardera ett högpassfilter är an- slutet till samlingsskenorna hos växel-/trefasnätet och vardera en parallell- resonanskrets till en gemensam punkt, k ä n n e t e c k n a d av att högpass- filtret är en seriekoppling av en kondensator (Cl) med en parallellkoppling av ett dämpningsmotstånd (Rl) och en drossel (Ll), varvid kondensator (Cl), dämp- ningsmostånd (Rl) och drossel (LI) är dimensionerade som dämpat högpassbred- bandsfilter av ringa godhet, vilket täcker hela frekvensområdet för de störande övertonerna, och att den gemensamma fotpunkten hos alla parallellkretsar ligger på jordpotential.