SE512376C2 - Anläggning för växelspänningsmatning - Google Patents

Description

512 3276 skjutningen mellan ström och spänning, spänningsfall över ledningen samt förluster i ledningen.

För att lösa detta problem med begränsad överförbar effekt från den första ledningen har olika lösningar föreslagits, vilka gár ut pà att impedansen i den första ledningen skall minskas. Bland dessa kan dubbelmatade linjer och anordnande av olika typer av förstärkningslinor som ligger parallellt med den kontaktledningen bildande första ledningen nämnas.

En annan angreppsvinkel pà problemet utgörs av anordnande av med högre Detta parallella växelspänningstransmissionssystem spänning än spänningen hos den första ledningen. innebär att spänningen transformeras upp till en högre nivå och leds parallellt med den första ledningen, vilket innebär betydligt lägre förluster, varvid exempelvis spänningen kan transformeras upp från cirka 16 kV i den första ledningen till 130 kv i den parallella ledningen. Sedan transformeras spänningen ned vid olika punkter utmed den första ledningen för matning därav. Sá kan helt separata högspända transmis- sionsledningar användas med anslutning till den första ledningen via transformatorer utplacerade med jämna mellan- rum eller en användning av autotransformatorsystem äga rum.

En av nackdelarna med denna lösning är kravet på dyra transformatorer. Gemensamt för alla lösningarna är att de är förhållandevis kostsamma.

SAMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en anläggning av inledningsvis definierat slag, vilken möjlig- gör ett uppnàende av en god förmåga till överföring av elektrisk effekt från den första ledningen till laster utmed denna på ett enklare och därmed prisbilligare sätt än de ovan diskuterade tidigare kända anläggningarna. 512l376 Detta syftet uppnås enligt uppfinningen genom att nämnda in- rättning förses med en andra, likspänning förande ledning anordnad att sträcka sig utmed den första ledningen och vid punkter utmed ledningarnas utsträckning anordnade växelrik- tare, vilka är anslutna mellan likspänningsledningen och växelspänningsledningen för omvandling av likspänning till växelspänning därigenom matad till den första ledningen.

Genom att förse matarinrättningen med en likspänning förande ledning kan matningen av elektrisk effekt mellan olika punkter utmed den första ledningen ske via en likström som endast kommer att känna av den resistiva delen på den andra ledningen och därigenom impedansen och spänningsfallet över Vidare kan. problemfritt strömmen i vid direkt överföring på den första ledningen, då en betydligt, närmare bestämt zJï likspänningsledningen än den spänningsnivå som önskas uppnås ledningen blir lägre. likspänningsledningen. vara betydligt lägre än gånger, högre likspänning kan överföras på på den första ledningen utan att det krävs någon transfor- mator för att få ned spänningen ^till önskad nivå mellan växelriktaren och den första ledningen. Detta kommer att in- nebära väsentligt ökad transmissionsförmåga och minskade förluster.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen in- nefattar matarinrättningen en tredje, växelspänning förande, till den första ledningen förd ledning för matande av elek- trisk effekt till den första ledningen, och en likriktare är ansluten mellan den tredje och den andra ledningen. Häri- genom kan hos den uppfinningsenliga anläggningen på konven- tionellt sätt en växelspänning förande matarledning här- rörande från en källa för generering av elektrisk effekt, föras till den första ledningen för matning av effekt till den, varvid dock en likriktning sker via likriktaren för att via en växelriktare kunna tillhandahålla en växelspänning av annorlunda typ, främst vad avser antalet faser och frekvens, is 512 376 till den första ledningen, varvid här den likspänning som àstadkommes av likriktaren av den andra, likspänning förande ledningen utnyttjas för en likspänningstransmission i den andra ledningen till punkter där växelriktare är anordnade och kan överföra elektrisk effekt till den första ledningen.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen in- nefattar matarinrättningen en omriktare med en till den tredje ledningen ansluten likriktare, en till den första ledningen ansluten växelriktare och ett däremellan anordnat mellanled, och den andra ledningen är ansluten till mellan- ledet för matning av likspänning utmed den första ledningen.

Genom att på detta sätt i princip förlänga den likspännings- ledning som finns mellan en likriktare och en växelriktare hos en konventionell omriktare uppnås ett enkelt sätt att överföra elektrisk effekt på utmed en ledning för matning av växelspänning under bibehållen god överföringsförmåga från den första ledningen till eventuella laster och låga förlus- ter utmed själva ledningen.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är den första ledningen en kontaktledning för matning av enfas växelspänning till spårgående fordon. Uppfinningen lämpar sig speciellt väl för denna applikation, hos vilken det är viktigt att tillräcklig effekt kan överföras till ett dylikt fordon vid olika punkter utmed kontaktledningen.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är anslutningen mellan nämnda växelriktare och den första ledningen transformatorlös, vilket håller kostnaderna för anläggningen nere på en låg nivå och ändock möjliggör en förhållandevis svag ström med små förluster i den andra likspänningstransmissionsledningen.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är växelriktaren en trenivåsväxelriktare, det vill säga en ffl 512* 576 växelriktare med nollpunkt, varigenom en bättre kurvform uppnás pá den växelspänning som växelriktaren förser den första ledningen med.

Det påpekas att patentkravsdefinitionerna "likriktare" och “växe1riktare" är att ge en vid betydelse och innebär att i den avsedda riktningen, såsom fràn den tredje ledningen till den andra ledningen sker en övergång från växelspänning till likspänning respektive från likspänning till växelspänning, men detta utesluter ändock inte möjligheten att via dessa komponenter överföra effekt àt motsatt håll, sà att dessa då fungerar som växelriktare respektive likriktare istället, vilket blir aktuellt vid bromsning av ett spàrgáende fordon.

Ytterligare fördelar med samt fördelaktiga särdrag hos uppfinningen kommer att framgà av den efterföljande beskriv- ningen samt övriga osjälvständiga patentkrav.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGEN Här nedan beskrivs såsom exempel anförda föredragna ut- föringsformer av uppfinningen under hänvisning till bifogade ritning, pá vilken: Fig 1 visar ett schematiskt blockschema illustrerande hur en uppfinningsenlig anläggning enligt en förs- ta föredragen utföringsform av uppfinningen kan se ut, Fig 2 är en mera detaljerad vy av en del av anläggningen enligt fig 1, och Fig 3 är en del av en anläggning av det i fig 1 visade slaget enligt en andra föredragen utföringsform av uppfinningen. 512376 6 DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER AV UPP- FINNINGEN I fig l illustreras schematiskt principerna för en anlägg- ning enligt uppfinningen, vilken här är visad i form av en anläggning för matning av växelspänning till spårgående fordon. Denna anläggning uppvisar en första ledning 1 i form av en så kallad kontaktledning för matning av spårgående fordon med enfas växelspänning, vilken 'typiskt sett kan ha ett effektivvärde av exempelvis 16 kV och en frekvens om löåHz. Ledningen 1 hänger på lämpligt avstånd ovanför rälsen 2. Ledningen 1 uppvisar en betydande impedans, vanligtvis cirka 0,3 Q/km, vilken har en induktiv och en resistiv del.

Anläggningen uppvisar vidare en tredje ledning 3, vilken här för en trefas växelspänning (annat antal faser är även möjligt) elektrisk effekt. Den tredje ledningen 3 är via en transfor- och är anordnad att mata kontaktledningen med mator 4 (se fig 2) för nedtransformering av högspänningen hos ledningen 3 från exempelvis 200 kV till 16 kV ansluten till ingången hos var och en av två schematiskt antydda, se- vilka är anordnade att omvandla Till utgångar är en respektive av två polledare hos en andra, riekopplade likriktare 5, växelspänningen till en likspänning. likriktarnas likspänning förande ledning 6 ansluten, och denna likspän- ningsledning är anordnad att sträcka sig utmed kontaktled- ningen l. Likriktarutgångarnas mittpunkt är ansluten till rälsen 2. Vid olika punkter utmed likspänningsledningen 6 och därmed kontaktledningen l är växelriktare 7 anordnade mellan likspänningsledningen och kontaktledningen för överföring av växelspänning och -ström till kontaktledningen vid dessa punkter. Fördelarna med att på detta sätt dra ut likspänningsledningen 6 utmed kontaktledningen för transmis- likspänningsledningen över sträckor sion via de längre kontaktledningen sträcker sig har noga penetrerats ovan. 512 376 7 Nu skall fler detaljer hos den uppfinningsenliga anlägg- ningen beskrivas under hänvisning till fig 2. Likriktaren 5 består som nänmts av två halvor 8, 9, och mittpunkten mellan Likriktarens båda halvor 8 och 9 utgörs av så kallade ventiler med en rad seriekopplade dessa är ansluten till rälsen 2. likriktande halvledarkomponenter. Detta utgör konventionell teknik. Till likriktarens utgång är ett mellanled 10, vilket är bildat av kondensatorer och induktansspolar, anslutet.

Härigenom bildas övertonsfilter 13-16 för att eliminera Varje växelriktare 7 består på konventionellt sätt av tvà elektroniska kopplare ll som enfassidans effektpulsationer. ansluter fasuttaget 12 antingen till plus eller minus. I praktiken utgörs de elektroniska kopplarna av ett antal seriekopplade (för att få den spänningstålighet som behövs) släckbara halvledarkomponenter, såsom lGBTzer, och med varje Fasuttaget 12 är det vill säga tvà induktorer och en kondensator och således utan sådan en antiparallellt kopplad diod. anslutet till kontaktledningen l via ett LCL-filter, någon mellanliggande transformator.

Då spänningen på mellanledet 10 måste vara högre än topp- till-toppvärdet på växelspänningen som skall genereras till kontaktledningen, måste exempelvis vid en spänning i kon- taktledningen på 16,5 kV i fallet av ett svenskt system en spänning pà mellanledet av minst ZJE x 16,5 kV = 46,7 kV användas. Detta innebär i sin tur att strömmen kommer att vara minst en faktor 2,8 gånger lägre hos ledningen 6 än vid direkt transmission på kontaktledningen och dessutom en likström, på likspänningsmellanledet som ger upphov till spännings- fall. Detta innebär, ökad transmissionsförmåga och minskade förluster. vilket gör att det är enbart den resistiva delen såsom deklarerat ovan, en väsentligt I fig 3 illustreras ett alternativt sätt att utföra växel- riktaren på hos en anläggning enligt uppfinningen, varvid denna här är utförd som en så kallad nollpunkts(NPC)- 512 376 8 växelriktare med tre nivåer. Hur en sådan växelriktare är uppbyggd utgör konventionell teknik. Anordnandet av en växelriktare av denna typ innebär att de spänningsspràng som enfasfiltrets induktor har att upptaga halveras, vilket medför en bättre kurvform.

Uppfinningen är givetvis inte på något sätt begränsad till de ovan beskrivna föredragna utföringsformerna, utan en mängd möjligheter till modifikationer därav torde vara uppenbara för en fackman på området, utan att denne för den skull avviker från uppfinningens grundtanke.

Exempelvis skulle antalet växelriktare hos anläggningen kunna vara ett annat än vad som visas i figurerna, och vanligtvis torde en växelriktare vara anordnad i samband med likriktaren i en så kallad omriktarstation.

Såsom redan tidigare nämnts skulle de olika växelspännings- ledningarna kunna ha ett annat antal faser och andra spän- ningsnivàer och frekvenser än vad som nämnts ovan.

.Q

Claims (12)

10 15 20 25 30 35 512' 376 Bateniray

1. Anläggning för matning av växelspänning mellan avlägset belägna platser via en lång första ledning (1), innefattar en matarinrättning (3-7) för matning av elektrisk effekt till den första ledningen, känejggkgad därav, att nämnda inrättning innefattar en andra, likspänning förande ledning (6) anordnad att sträcka sig utmed den första ledningen och vid punkter utmed ledningarnas utsträckning (7), mellan och vilken anordnade växelriktare vilka är anslutna likspänningsledningen växelspänningsledningen för omvandling av likspänning till växelspänning därigenom matad till den första ledningen. att matar- käneiecknad därav, växelspänning förande,

2. Anläggning enligt krav 1, inrättningen innefattar en tredje, till den första ledningen (1) förd ledning (3) för matande av elektrisk effekt till den första ledningen, och att en likriktare (5) är ansluten mellan den tredje och den andra ledningen (6).

3. Anläggning enligt krav 2, känggjegknad därav, att matar- inrättningen innefattar en omriktare med en till den tredje ledningen (3) ansluten likriktare (5), en till den första ledningen (1) ansluten växelriktare (7) och ett däremellan anordnat mellanled (10), ansluten till mellanledet för matning av likspänning utmed och att den andra ledningen (6) är den första ledningen.

4. Anläggning enligt krav 3, kägejegknad därav, att den in- nefattar en i en station nära likriktaren (5) anordnad nämnd växelriktare (7) ansluten till den första ledningen (1) och åtminstone en ytterligare på väsentligt avstånd därifrån ut- med den första ledningen mellan denna och den andra led- ningen (6) ansluten växelriktare (7). 10 15 20 25 30 35 512376 10 kännetesknad därav, att den första ledningen (1) är en kontaktledning för

5. Anläggning enligt något av kraven 1-4, matning av enfas växelspänning till spàrgàende fordon. därav, att den tredje ledningen är en trefas växelspänningsledning (3).

6. Anläggning enligt krav 3, därav, att en transformator (4) är anordnad mellan den tredje ledningen (3) och nämnda likriktare (5) spänningen före likriktning därav.

7. Anordning enligt krav 6, för nedtransformering av

8. Anläggning enligt nàgot gav kraven 1-7, kännejegknad därav, att nämnda växelriktare (7) uppvisare brytare (ll) i form av släckbara halvledarkomponenter, och att anläggningen uppvisar en styrinrättning för styrande av växelriktarens brytare för uppnàende av ett pulsbreddsmoduleringsmönster. 1" I I I att anslutningen mellan nämnda växelriktare (7) och

9. Anläggning enligt något av kraven 1-8, därav, den första ledningen (1) är transformatorlös.

10. Anläggning enligt krav 9, kännejegknad därav, att ett filter med induktor och kondensator för utsläckande av över- toner är anordnat i förbindelse mellan växelriktaren (7) och den första ledningen (1).

11. ll. Anläggning enligt något av' kraven 1-10, kännetecknad därav, att växelriktaren (7) är en trenivàväxelriktare, det vill säga en växelriktare med nollpunkt.

12. Anläggning enligt krav 2, kännflififlknad därav, att nämnda växelriktare (7) är anordnad att omvandla nämnda likspänning till en växelspänning hos den första ledningen (1) med en annan frekvens än växelspänningen hos den tredje ledningen.