SE512795C2 - VSC-strömriktare - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 35 512795 jande av sådana strömriktare beskrives. Före tillkomsten av den avhandlingen har anläggningar för överföring av elkraft mellan ett likspänningsnät och ett växelspänningsnät byggt på att nätkommuterade CSC(Current Source Converter)-ström- riktare har använts i stationer för effektöverföring. I den- na avhandling beskrivs emellertid ett helt nytt koncept, som grundar sig på att istället använda VSC(Voltage Source Con- verter)-strömriktare för tvångsstyrd kommutering för överfö- ring av elektrisk effekt mellan ett därigenom spänningsstyvt likspänningsnät, i ifrågavarande fall för högspänd likström, och därtill anslutna växelspänningsnät, vilket erbjuder fle- ra betydande fördelar i förhållande till användande av nät- kommuterade CSC-strömriktare i HVDC, av vilka det kan nämnas att förbrukning av aktiv och reaktiv effekt kan styras obe- roende av varandra och det inte finns någon risk för kommu- teringsfel i strömriktare och därmed inte någon risk för att kommuteringsfel överförs mellan olika HVDC-länkar, såsom kan ske med nätkommuterade CSC-er. Dessutom finns det en möjlig- het att mata ett svagt växelspänningsnät eller ett nät utan någon egen generering (ett dött växelspänningsnät). Ytterli- gare fördelar finnes också.

Uppfinningen är inte begränsad till denna applikation, utan strömriktaren kan lika väl vara avsedd för omvandling i en SVC, varvid då likspänningsnätet är ersatt av ett DC- mellanled. "Nät" och det måste inte röra sig om några sådana i detta ords är även att ge en mycket vid betydelse, egentliga bemärkelse. Här kommer nu emellertid uppfinning- ens problem att belysas för just denna applikation, ehuru problemet är gemensamt för alla tänkbara inom uppfinningens ram fallande applikationer. Vid användande av en strömrik- tare av det inledningsvis nämnda slaget istället för en strömstyv CSC-strömriktare uppstår ett helt nytt, vid den senare inte förekommande problem, vilket nu skall förklaras genom hänvisning till fig 1, 2 och 3. Först av allt kan sä- gas att fördelen med att använda en s k NPC-(Neutral Point 10 15 20 25 30 35 512795 Clamped)koppling, vilken således innebär att fasuttaget kan förses såväl med positiv och negativ spänning från re- i förhållande till en eller i fallet av tre faser en s k sex- spektive polledare som nollspänning, s k två-pulsbrygga, pulsbrygga, das, vilket medför lägre förluster och bättre verkningsgrad. är att en lägre omkopplingsfrekvens kan använ- Denna lider dock fortfarande av nämnda, ännu ej beskrivna problem. I fig l visas en VSC-strömriktare 1 av inlednings- vis definierat slag med ett fasben 2 med fyra seriekopplade strömventiler 3-6, som var och en består av åtminstone ett släckbart halvledarelement, såsom en IGBT 7, rallellt därmed kopplat första likriktarorgan i form av en och ett antipa- diod 8. En punkt på fasbenet mellan de två i seriekopplingen inre ventilerna 4, 5 är avsedd att anslutas till en fas 9 hos ett växelspänningsnät. En seriekoppling av två, åt samma håll med avseende på nämnda seriekoppling som de första lik- riktarorganen riktade andra s k klampningslikriktarorgan 10, ll i form av dioder är ansluten mellan å ena sidan en punkt 12 mellan den ena, i seriekopplingen yttre ventilen 3 och den närmaste inre ventilen 4 och å andra sidan en punkt 13 mellan den i seriekopplingen andra yttre ventilen 6 och den närmaste inre ventilen 5 med en mittpunkt 14 mellan de båda klampningslikriktarorganen ansluten till en nollpotential 15 definierad av mellan en positiv polledare 16 och en negativ polledare 17 hos ett likspänningsnät 18 seriekopplade kon- densatorer 19, 20. I fig 2 och 3 illustreras vad som händer vid kommutering, d v s när spänningsuttaget på fasuttaget 9 ändras. I det i fig 2 visade fallet tänkes att strömmen går från likspänningsnätets negativa polledare 17 genom dioderna hos ventilerna 5 och 6 till fasuttaget 9, som därvid får spänningen -Ud hos polledaren 17. Därvid är halvledarelemen- ten 7 hos strömventilerna 3 och 4 släckta. Om nu en kommute- ring sker så att halvledarelementet i strömventilen 4 tänds, då. kommer strömmen att kommuteras över att gå via klamp- ningsdioden 10 och strömventilen 4 till fasuttaget 9, som därvid erhåller nollpotential. Detta kommer att resultera i 10 15 20 25 30 35 tansen i. kommuteringskretsen, 512795 en kommuteringsström enligt den slinga 21 som är visad i fig 2. I fig 3 illustreras vad som händer om först halvledarele- menten hos strömventilerna 5 och 6 är tända och därmed en ström går från fasuttaget 9 till polledaren 17 och därmed fasuttaget har potentialen -Ud och sedan en kommutering sker så att halvledarelementet i strömventilen 6 släcks och istället strömmen leds genom strömventilen 5 och klampnings- dioden ll till punkten 14 och via kondensatorn 20 till pol- ledaren 17, så att fasuttaget 9 erhåller nollpotential. Där- vid resulterar en kommuteringsström enligt en mindre kommu- teringsslinga 22. Kommuteringsströmmen kommer att löpa i re- spektive kommuteringsslinga åt motsatt håll i det fall kom- muteringen sker i motsatt ordningsföljd mot beskrivet. Lik- nande kommuteringsslingor, d v s en stor och en liten slinga förekommer även vid kommutering via den övre kondensatorn 19. korta och förhållandevis stora tidsderivator av strömmen Kommuteringstiderna hos en dylik VSC-strömriktare är uppstår, vilket gör det eftersträvansvärt att sänka induk- , d v s i själva fasbenet och den mellan likspänningsnätets poler anslutna ledningen med kondensatorer för definierande av likspänningen, till en så låg nivå som möjligt, för att undvika onödigt stora över- spänningar och därmed förluster vid nämnda kommuteringar.

SAMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en VSC-strömriktare av inledningsvis definierat slag, hos vil- ken ovan nämnda problem lösts på en tillfredsställande sätt.

Detta syfte uppnås enligt uppfinningen genom att åtminstone F två av strömventilerna och klampningslikriktarorganen är an-} ordnade nära varandra och så att vid kommutering av ström-j riktaren alstrade kommuteringsströmmmar i dessa kommer att; flyta åt väsentligen motsatta håll. l: 10 15 20 25 30 35 512795 Genom att på detta sätt tillse att sådana kommuteringsström- mar löper nära varandra och åt motsatta håll kommer induk- tansen hos kommuteringskretsen att kunna nedbringas avse- värt, då de varandra mötande strömmarna kommer att alstra motsatt roterande magnetfält som delvis tar ut 'varandra.

Därigenom kan kommuteringsförlusterna nedbringas till en låg, acceptabel nivå.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen är ström- ventilerna och klampningslikriktarorganen anordnade i. par- visa stackar och så att vid kommutering av strömriktaren alstrade kommuteringsströmmar kommer att flyta åt väsentli- gen motsatta håll hos stackar tillhörande samma par. Ett sà- dant parvis anordnande av stackar medför ett lågt induktans- värde hos kommuteringskretsen och därmed små kommuterings- förluster.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är varje strömventil och klampningslikriktarorgan bildat av en eller flera stackar av seriekopplade 'väsentligen likadana enheter, och stackarna är utformade med stor bredd och in- tilliggande stackar är anordnade på korta inbördes avstånd.

Genom att på detta sätt utnyttja den s k bandkabeltekniken uppnås en låg induktans hos kommuteringskretsen med ovan- nämnda fördelar som följd.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är hos åtminstone ett av följande tre par de båda däri ingående delarna anordnade nära varandra och så att vid kommutering av strömriktarna alstrade kommuteringsströmmar i de tillhö- rande samma par kommer att flyta åt väsentligen motsatta håll: a) en första yttre strömventilen och klampningslikrik- tarorganet anslutet mellan den andra yttre strömventilen och den närmaste inre strömventilen, b) den andra yttre ström- ventilen och klampningslikriktarorganet anslutet mellan den första yttre strömventilen och den närmaste inre strömventi- 10 15 20 25 30 35 512795 len och <3) de båda inre strömventilerna. Dessa olika par kommer att höra till den i fig 2 xüsade större kommute- ringskretsen 21 eller den motsatta stora kommuteringskretsen gående genom strömventilerna 3, 4, 5 och klampningslikrik- tarorganet ll. Det är av speciell betydelse att pà detta sätt induktansen hos den stora kommuteringskretsen nedbring- as, då det är denna induktans som är störst hos de båda kom- muteringskretsarna p g a den längre väg kommuteringsströmmen har att gå i denna krets och den större arean en sådan krets kommer att sluta in.

Enligt en. annan föredragen utföringsfornx av uppfinningen, vilken. utgör en fördelaktig vidareutveckling av' den sist- nämnda utföringsformen, har alla tre paren a), b) och c) si- na pardelar anordnade nära varandra och med nämnda kommu- teringsströmmar~ hos varje par motriktade varandra när de löper i en stor kommuteringsslinga igenom en yttre strömven- til, ventilen och det till den senare anslutna klampningslikrik- den närmast inre strömventilen, den andra inre ström- tarorganet. Detta medför speciellt låg induktans hos de båda stora kommuteringskretsarna och kommuteringsförluster på en låg, acceptabel nivå.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är de fyra strömventilerna och klampningslikriktarorganen an- ordnade väsentligen i en rad efter varandra med ett klamp- ningslikriktarorgan inplacerat mellan respektive i serie- kopplingen yttersta ventil och den därtill kopplade inre ventilen. Genom att anordna de fyra strömventilerna och klampningslikriktarorganen på detta sätt i en rad kan ovan beskrivna kommuteringkretsar 21, 22 göras små, d v s den area som respektive kommuteringskrets innesluter blir mycket och induktansen hos kommuteringskretsen minskar med Genom ett dylikt an- liten, minskande area innesluten av kretsen. ordnande på en rad kommer även kommuteringskretsarna att bli mycket smala och därmed induktansen hos denna minska genom att de varandra mötande strömmarna kommer att alstra motsatt 10 15 20 25 30 35 512795 roterande magnetfält som delvis tar ut varandra. Därigenom kan kommuteringsförlusterna nedbringas till en låg, accepta- bel nivå.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen är ström- ventilerna och klampningslikriktarorganen anordnade att sträcka sig väsentligen vinkelrätt mot utsträckningsrikt- ningen av nämnda rad. Härigenom kan raden göras förhållande- vis kort och därigenom kommuteringskretsens längd minskas, d v s strömmens ledningssträcka blir' kortare, vilket ned- bringar induktansen, då. denna är' proportionell till denna längd.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är den i nämnda seriekoppling ena yttre strömventilen och den med avseende på denna längst bort belägna inre strömventilen och de båda övriga strömventilerna är anordnade väsentligen parallellt med varandra och väsentligen 1809 i förhållande till de båda anordnade väsentligen parallellt med varandra, förstnämnda. Härigenom uppnås att kommuteringskretsarna blir så smala som möjligt, d v s den därav inneslutna arean blir så liten som möjligt och därmed induktansen låg.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är de båda ledriktningar' i väsentligen 1809 relativt 'varandra. sina Detta medför att båda kommuteringskretsarna hos respektive halva klampningslikriktarorganen anordnade med av en NPC-kopplingen kan slutas via respektive klampnings- likriktarorgan på sådant sätt att kretsen blir så kort som möjligt och innesluter en mycket liten area.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen, vilken utgör en vidareutveckling av den just beskrivna utfö- ringsformen, är respektive klampningslikriktarorgan anordnat med sin ledningsriktning i väsentligen 1809 relativt led- ningsriktningen hos det första likriktarorganet :L den in- 10 15 20 25 30 35 572795 tilliggande yttre strömventilen. Härigenom uppnås minimala längder och inneslutna areor hos och av kommuteringskret- sarna, speciellt den mindre kommuteringskretsen med de av det ovan framgående fördelarna som följd.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är nämnda rad vikt med väsentligen 1809 i regionen av nämnda så att de yttre strömventilerna kommer nära var- detta sätt kan VSC-strömriktaren placeras på ett mycket volymbesparande fasuttag, andra och fasbenet blir kompakt. På sätt, och i fallet av ett anordnande av nämnda rad i verti- kal riktning kan på detta sätt höjden fås ned.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är nämnda kondensatorer två till antalet och en av dem är an- sluten till varje ände av nämnda rad med den ena plattan till den där belägna yttre strömventilen och den andra plat- tan till det intilliggande klampningslikriktarorganet. Denna utföringsform i kombination med den föregående medför att i fallet av en stående rad de båda kondensatorerna kommer att placeras intill varandra i nærkplanet. Denna placering av kondensatorerna gör att kommuteringskretsarna blir korta, speciellt den mindre kommuteringskretsen.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen be- står varje strömventil av ett flertal seriekopplade släck- bara halvledarelement och därmed antiparallellt kopplade likriktarorgan anordnade så att de bildar väsentligen en U- form. Härigenom minskas induktansen i respektive strömventil tack vare de varandra mötande strömmarna.

Enligt en annan föredragen. utföringsform av uppfinningen, vilken utgör en föredragen vidareutveckling av den föregå- ende utföringsformen, är skänklarna hos nämnda U breda och avståndet däremellan förhållandevis litet för minskande av respektive strömventils induktans. Genom att på detta sätt 10 15 20 25 30 35 512795 uppbygga respektive strömventil enligt bandkabelprincipen kan induktansen nedbringas till låga nivàer.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är de olika förbindningarna mellan strömventiler och klamp- hos strömriktaren ningslikriktarorgan samt kondensatorer åstadkomna genom làginduktivskenor, d v s tunna skenor med en förhållandevis stor bredd på tvären mot deras längdut- sträckning. Härigenom minskas induktansen hos kommuterings- kretsarna ytterligare.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen när strömriktaren avsedd att anslutas till ett likspänningsnät för högspänd likström (HVDC). seriekoppling av ett relativt stort antal, trettiotal, halvledarelement och därmed antiparallellt kopp- lade likriktarorgan för att bilda en strömventil, uppfinningen är speciellt väl lämpad för just denna applika- I denna applikation krävs en utan vidare ett varför tion.

Ytterligare fördelar med samt fördelaktiga särdrag hos upp- finningen framgår* av' den. efterföljande beskrivningen samt övriga osjälvständiga patentkrav.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Här nedan beskrivs såsom exempel anförda föredragna utfö- ringsformer av uppfinningen under hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: Fig l är ett schematiskt kopplingsschema illustrerande upp- byggnaden hos en VSC-strömriktare av det uppfinnings- enliga slaget, varvid dock endast denna visats för en fas, 10 15 20 25 30 35 512795 10 Fig 2 och 3 är fig l motsvarande vyer illustrerande hur en kommuteringkrets för en kommuteringsström kan bildas vid två olika möjliga kommuteringar, Fig 4 illustrerar schematiskt uppbyggnaden av en VSC-ström- riktare enligt en första föredragen utföringsform av uppfinningen, Fig 5 illustrerar en VSC-strömriktare av det slag som il- lustreras i fig 4, men här är samtliga tre fasben vi- sade, Fig 6 och 7 är vyer illustrerande en VSC-strömriktare enligt en andra föredragen utföringsform av uppfinningen, varvid figurerna visar denna från olika håll, Fig 8 illustrerar schematiskt uppbyggnaden av en VSC-ström- riktare enligt en tredje föredragen utföringsform av uppfinningen, Fig 9 illustrerar schematiskt en VSC-strömriktare enligt en fjärde föredragen utföringsform av uppfinningen, och Fig 10 illustrerar en fördelaktig utformning och anordning av ledningsskenor hos VSC-strömriktarna enligt uppfin- ningen.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER AV UPPFINNINGEN Figur 1 har redan ovan diskuterats, och här kan konstateras att den schematiskt illustrerar uppbyggnaden av en VSC- strömriktare av NPC-typ ansluten mellan ett likspänningsnät för högspänd likström (HVDC = High Voltage Direct Current), eller endast ett DC-mellanled (SVC-drift), och ett trefasigt växelspänningsnät, fastän i fig 1 endast en fas 9 och ett 10 15 20 25 30 35 512795 ll fasben 2 är visade, men i praktiken är två ytterligare så- dana fasben parallellkopplade med fasbenet 2 mellan likspän- ningsnätets båda poler 16 och 17. Varje fasben hos strömrik- taren uppvisar fyra s k strömventiler, vilka består av se- riekopplade enheter av tänd- och släckbara brytare 7, före- trädesvis i form av IGBT-er, och därmed antiparallellt kopp- lade likriktarorgan, d v s organ som är ledande i en rikt- ning och blockerande i motsatt riktning, i form av dioder 8.

Därvid kan ett stort antal sådana enheter och därmed IGBT-er vara seriekopplade hos en enda ventil för att tändas och släckas samtidigt för att fungera som en enda brytare, vari- genom spänningen över ventilen delas upp på de olika serie- kopplade brytarna. Styrningen av brytarna sker genom puls- breddsmodulering (PWM). s k klampningsdioderna 10 och ll för att bistå vid klampning Vidare används de redan beskrivna eller fastlåsande av spänningen över icke ledande ventiler, så att exempelvis när ventilerna 5 och 6 är tända och spän- ningen -Ud ligger på fasuttaget 9 dioden hos strömventilen 3 och dioden 10 "klampar" punkten 12 till en potential mellan 0 och +Ud på känt sätt.

De induktansproblem som föreligger vid en strömriktare av denna typ har noga avhandlats i beskrivningsinledningen och skall inte upprepas här, men det kan konstateras att p g a de höga switchfrekvenserna använda i denna form av strömrik- tare, en eller några kHz, i motsats till switchfrekvenser i storleksordningen 50 Hz hos CSC-strömriktare, blir tidsderi- vatorna av kommuteringsströmmarna mycket högre, och därför blir det väsentligt att sträva efter att minska induktansen hos kommuteringskretsen för att på så vis reducera de över- Nu skall inom uppfinningens ram fallande utföringsformer av spänningar och förluster som trots allt uppstår. några 'strömriktare enligt uppfinningen beskrivas under hänvisning till fig 4-9. 10 15 20 25 30 35 512795 12 I fig 4 visas hur de olika strömventilerna 3-6 och klamp- ningsdioderna 10, ll är anordnade väsentligen i en rad efter varandra, varvid en klampningsdiod är inplacerad mellan re- spektive i seriekopplingen yttersta ventil och den därtill kopplade inre ventilen, såsom dioden ll mellan strömventi- lerna 5 och 6. Därvid är strömventilerna och klampningsdio- derna anordnade att utsträcka sig väsentligen vinkelrätt mot utsträckningsriktningen av raden. Som framgår är strömventi- lerna 3 och 5 riktade väsentligen parallellt med varandra, medan strömventilerna 4 och 6 är riktade väsentligen paral- lellt med varandra men i väsentligen 1809 i förhållande till de båda förstnämnda strömventilerna. Vidare är de båda klampningsdioderna riktade med sina ledriktningar åt motsatt håll och med ledriktningen i motsatt håll mot ledriktningen hos dioden 8 i den intilliggande yttre strömventilen 3 re- spektive 6. De olika förbindningarna mellan strömventilerna och klampningsdioderna samt kondensatorerna 19, 20 är åstad- komna genom låginduktansskenor 23, d v s tunna skenor med en förhållandevis stor bredd på tvären mot deras längdutsträck- ning. Denna form hos dessa skenor framgàr bättre av fig 5-7.

Hos utföringsformen enligt fig 4 är förbindningarna 23 mel- lan strömventilerna och klampningsdioderna för åtminstone huvuddelen av' dessas sammanlagda längd. väsentligen paral- lella med längdriktningen hos nämnda rad.

Genom denna uppbyggnad på strömventilen får lummnuterings- kretsarna en förhållandevis kort längd och kommer att inne- sluta en liten area, så att dessas induktans blir låg. Detta inses genom betraktande av fig 4, då de i fig 2 och 3 mot- svarande kommuteringskretsarna kommer att löpa enligt föl- jande: om vi anser att den stora kommuteringskretsen börjar upptill, går den där i fig 4 sett åt vänster genom klamp- ningsdioden 10, sedan nedåt till strömventilen 4, genom den- nas halvledarelement och sedan nedåt till fasuttaget 9, vi- dare till strömventilen 5 och genom dennas halvledarelement åt vänster och sedan rakt nedåt till strömventilen 6, genom 10 15 20 25 30 35 512795 13 dennas halvledarelement åt höger, sedan till kondensatorn 20 sedan åt vänster och därpå raka vägen upp genom neutralskenan 23 till klampningsdioden 10. Denna krets blir och således mycket smal och innesluter en liten area. Den korta kommuteringskretsen kommer att löpa från vänster åt höger genom klampningsdioden 11, sedan till kondensatorn 20, och därpå åt vänster genom dioden hos strömventilen 6 för att sedan löpa uppåt till dioden ll igen. Motsvarande slingor förekommer även genom den övre kondensatorn 19.

I fig 5 illustreras hur en strömriktare ansluten till ett trefas-växelspänningsnät med uppbyggnaden enligt fig 4 för varje fas kan se ut. Här förekommer således tre fasuttag 9, 9', 9", Upptill till väns- ter i fig 5 illustreras uppbyggnaden hos en strömventil el- ett för varje fasben 2, 2', 2". ler klampningsdiod, och det framgår att dessa består av en mängd seriekopplade enheter, vilka är anordnade så att de bildar väsentligen en U-form. Därvid är skänklarna 24 hos U-et breda och avståndet däremellan förhållandevis litet för minskande av respektive strömventils eller klampningsdiods induktans. "Klampningsdiod" eller "klampningslikriktarorgan" är således även att tolka som att den respektive det kan va- ra bildat av en mängd seriekopplade sådana dioder eller or- gan.

I den i fig 5 visade utföringsformen är fasbenet sträckt och riktat väsentligen vertikalt, men det är även möjligt att och företrädesvis vika raden, företrädesvis vid fasuttaget, med väsentligen 1809, så att fasbenet med kondensatorer er- håller det utseende som framgår av fig 6 och 7, varvid samma delar är visade i dessa båda figurer, men från olika håll.

Härigenom kommer strömriktaren att bli mycket kompakt, och i det fall den är anordnad i vertikal riktning kommer höjden att kunna minskas väsentligt, varvid då båda kondensatorerna kan anordnas vid markplanet. 10 15 20 25 30 35 512795 14 I fig 8 illustreras en mycket föredragen utföringsform av uppfinningen, hos vilken de fyra strömventilerna och klamp- ningslikriktarorganen är anordnade i tre par av nära var- andra anordnade stackar med riktningen av de därigenom fly- tande kommuteringsströmmarna motriktade vad gäller den i fig 2 visade stora kommuteringsslingan och den stora kommute- ringsslingan som går igenom den i fig 2 visade övre ström- ventilen. Närmare bestämt bildar strömventilen 3 och klamp- ningslikriktarorganet ll ett par, strömventilen 6 och klamp- ningslikriktarorganet 10 ett annat par, medan strömventilen 5 och strömventilen 4 bildar ett tredje par. Ett sådant an- ordnande av strömventilerna och klampningslikriktarorganen i parvisa stackar med angiven riktning hos kommuteringsström- men i. den stora kommuteringsloopen medför att induktansen för denna kommuteringsloop blir mycket låg och kommuterings- förlusterna därvid hålls på en låg nivå. Det är därvid spe- i samma par ingående stackar för att ut- ciellt fördelaktigt om dessa, anordnas tätt och utformas med en stor bredd, nyttja den s k bandkabelprincipen.

I fig 9 illustreras en strömriktare enligt en fjärde före- dragen utföringsform schematiskt. Hos denna strömriktare bildas varje strömventil respektive klampningslikriktarorgan av två stackar, varvid dessa är visade uppifrån och rikt- ningen av kommuteringsströmmen genom dessa visas med X (inåt i ritningen) och . (ut ur ritningen). På detta sätt kommer kommuteringsströmmarna att löpa åt motsatta håll hos en mängd av intilliggande nämnda stackar och på så vis kommute- ringskretsarnas induktans att kunna nedbringas. Vad gäller den stora kommuteringsloopen framgår att även här 3 och ll samt 4 och 5 bildar par, medan 10 och 6 inte ligger intill varandra. Kommuteringsströmmarna igenom skenorna 25 och 26 kommer att över stora delar av dessas utsträckning löpa åt motsatta håll, så att induktansen även hos den delen av kom- muteringskretsarna blir låg. 10 15 20 512795 15 I fig 10 illustreras hur dessa skenor företrädesvis är ut- formade och anordnade, nämligen så att de är breda och an- ordnade på ett ringa inbördes avstånd för utnyttjande av den s k bandkabelprincipen.

Strömriktare av det uppfinningsenliga slaget kan användas både för aktiv och reaktiv effektöverföring under uppkom- mande av i sammanhanget små förluster.

Uppfinningen är givetvis inte på något sätt begränsad till de ovan beskrivna föredragna utföringsformerna, utan en mängd möjligheter till modifikationer därav torde vara up- penbara för en fackman på området, utan att denne för den skull avviker från uppfinningens grundtanke, sådan denna de- finieras i patentkraven.

Exempelvis är "väsentligen 'vinkelrät" samt "i väsentligen 1809 relativt" i patentkraven att ges en vid betydelse och menar att strömventilerna och klampningslikriktarorganen är anordnade att sträcka sig på tvären mot nämnda rads längdut- riktning respektive dessa är riktade åt i huvudsak motsatta håll, vinklar även täcks in. och att vinklar liggande förhållandevis nära dessa

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 l. 512795 16 Patentkrav VSC-strömriktare för omvandling av likspänning till väx- elspänning och vice versa och vilken uppvisar åtminstone ett fasben (

2) med en NPC-koppling, d v s fyra serie- kopplade strömventiler (3-6), som består av åtminstone ett släckbart halvledarelement (7) och ett antiparal- lellt därmed kopplat första likriktarorgan (8), varvid en punkt på fasbenet mellan de två i seriekopplingen in- re ventilerna (4,5) är avsedd att anslutas till en fas (9) hos ett växelspänningsnät och fasbenets motsatta än- dar är avsedda att anslutas till varsin polledare (16, 17) hos ett likspänningsnät eller ett likspänningsmel- lanled, håll med avseende på nämnda seriekoppling som de första riktade s k 11) är ansluten mellan å ena samt varvid en seriekoppling av två, åt sanuua likriktarorganen andra klamp- ningslikriktarorgan ( l0 , sidan en punkt (12) mellan den ena, i seriekopplingen yttre ventilen (3) och den närmaste inre ventilen (4) och å andra sidan en punkt (13) mellan den i seriekopp- lingen andra yttre ventilen (6) och den närmaste inre ventilen (5) med en mittpunkt (14) mellan de båda klamp- ningslikriktarorganen ansluten till en nollpotential de- finierad av mellan nämnda polledare seriekopplade kon- densatorer (19, 20), kännetecknad därav, att åtminstone två av strömventilerna och klampningslíkriktarorganen är anord- nade nära varandra och så att vid kommutering av strömrikta- ren alstrade kornmuteringsstnörmnar i dessa kornmer att flyta åt väsentligen motsatta håll. Strömriktare enligt krav 1, att kännetecknad därav, strömventilerna och klamningslikriktarorganen är anord- nade i parvisa stackar och så att vid kommutering av strömriktaren alstrade kommuteringsströmmar kommer att flyta åt väsentligen motsatta håll hos stackar tillhö- rande samma par (4, 5; 6, 10; 3, ll). 10 15 20 25 30 35 512795 17 Strömriktare enligt krav l eller 2, kännetegknad därav, att varje strömventil (3-6) och klampningslikriktarorgan (10, ll) är bildat av en eller flera stackar av serie- kopplade väsentligen likadana enheter, och att stackarna är utformade med stor bredd och intilliggande stackar är anordnade pà korta inbördes avstånd. Strömriktare enligt nàgot av' kraven 1-3, kägngggßflgggi därav, att den innefattar strömventilerna (3-6) och klampningslikriktarorganen (10, 11) med varandra förbin- dande skenor (23, 25, 26), och att dessa är så anordnade att vid kommutering av strömriktarna alstrade kommute- ringsströmar kommer att flyta åt väsentligen nwtsatta häll hos intilliggande sådana skenor över åtminstone de- lar av dessas utsträckning. Strömriktare enligt krav 1, kängetggknad därav, att hos àtminstone ett av följande tre par är de bàda däri ingà- ende delarna anordnade nära varandra och sä att vid kom- mutering av strömriktarna alstrade kommuteringsströmar i de tillhörande samma par komer att flyta át väsentli- gen motsatta håll: a) den första (3) yttre strömventilen och klampningslikritarorganet (11) anslutet nællan den andra yttre strömventilen (6) och den närmaste inre strömventilen (5), b) den andra yttre strömventilen (6) och klampningslikriktarorganet (10) anslutet mellan den första yttre strömventilen (

3) och den närmaste inre strömventilen (4) och c) de bàda inre strömventilerna (4, 5). Strömriktare enligt krav 5, kännetegknag därav, att alla de paren a), b) och c) har sina pardelar (3-6, 10, ll) anordnade nära varandra och med nämnda kommute- ringsströmar hos varje par nwtriktade varandra när de löper i en stor komuteringsslinga igenom en yttre strömventil (6), den närmast inre strömventilen (5), den 10 15 20 25 30 35 10. ll. 512795 18

(4) och det till den senare an- (10). andra inre strömventilen slutna klampningslikriktarorganet 3 eller 4, där- av, att de fyra strömventilerna och. klampningslikrik- Strömriktare enligt krav 1, tarorganen är anordnade väsentligen i en rad efter var- andra med ett klampningslikriktarorgan (10, ll) inplace- rat mellan respektive i seriekopplingen yttersta ventil (3, 6) och den därtill kopplade inre ventilen (4, 5). kännetesknad därav, att och klampningslikriktarorganen Strömriktare enligt krav 7, (3-6) är anordnade att sträcka sig väsentligen vin- strömventilerna (10, 11) kelrâtt mot utsträckningsriktningen av nämnda rad. där- att, den i. nämnda seriekopplimg ena yttre ström- Strömriktare enligt krav 7 eller 8, av, ventilen (3) och den med avseende på denna längst bort belägna inre strömventilen (

5) är anordnade väsentligen parallellt med varandra, och att de båda övriga ström- är anordnade 'väsentligen. parallellt i förhållande till ventilerna (4, 6) med varandra och i väsentligen l80° de båda förstnämnda. (10, 11) är anordnade med sina ledriktningar i väsentligen l80° Strömriktare enligt något av kraven 1-9, därav, att de båda klampningslikriktarorganen relativt varandra. kägnfitšskaâd därav, att respektive klampningslikriktarorgan (10, 11) är anordnat Strömriktare enligt krav 10, med sin ledningsriktning i väsentligen l80° relativt ledningsriktningen hos det första likriktarorganet (8) i den intilliggande yttre strömventilen (3, 6). 10 15 20 25 30 35 12. 13. 14. 15. 16. 17. 512795 19 därav, att i regionen av Strömriktare enligt krav 7, nämnda rad är vikt med väsentligen 180° nämnda fasuttag (9), sä att de yttre strömventilerna (3, 6) kommer nära varandra och fasbenet blir kompakt. Strömriktare enligt något av kraven 1-12, kännetegknad därav, att varje strömventil (3-6) består av ett fler- tal seriekopplade släckbara halvledarelement (7) och därmed antiparallellt kopplade likriktarorgan (8) an- ordnade så att de bildar väsentligen en U-form. Strömriktare enligt krav 13, därav, att skänklarna (24) hos nämnda U är breda och avståndet där- emellan förhällandevis litet för minskande av respektive strömventils induktans. Strömriktare enligt något av kraven 1-14, kängggggkngd därav, att de olika förbindningarna (23) (3-6) samt kondensatorer (19, 20) mellan ström- (10, ll) hos strömriktaren är åstad- ventiler och klampningslikriktarorgan komna genom läginduktivskenor, d v s tunna skenor med en förhållandevis stor bredd pä tvären mot deras längdut- sträckning. Strömriktare enl igt krav 7 , därav, att förbindningarna (23) mellan strömventilerna (3-6) och (10, vuddelen av dessas sammanlagda längd sträcker sig vä- klampningslikriktarorganen 11) över åtminstone hu- sentligen i nämnda rads längdriktning. kännetegknad därav, att 20) är två till antalet och en Strömriktare enligt kraven 7, nämnda kondensatorer (19, av dem är ansluten till varje ände av nämnda rad med den ena plattan till den där belägna yttre strömventilen (3,

6) och den andra plattan till det intilliggande klamp- ningslikriktarorganet(10, 11). 10 15 20 18. 19. 20. 21. 22. 23. 512795 20 Strömriktare enligt krav 17, kännetecknad därav, att den ena kondensatorn (19) är ansluten till med avseende på ledriktningen motsatt ände av strömventilen och klamp- ningslikriktarorganet mot den andra kondensatorn (20). Strömriktare enligt något av' kraven 1-18, kännetecknad därav, att klampningslikriktarorganen (10, 11) är dioder. Strömriktare enligt något av kraven l - 19 , kännetecknad därav, att de första likriktarorganen (8) är dioder. Strömriktare enligt något av' kraven 1-20, kännetecknad därav, att halvledarelementen (

7) är IGBT-er. Strömriktare enligt något av' kraven 1-21, kännetecknad därav, att den uppvisar flera fasben (2, 2', 2") för an- slutning till flera faser (9, 9', 9") hos ett växel- spänningsnät. kännetecknad att den är avsedd att anslutas till ett likspän- Strömriktare enligt något av kraven 1-22, därav, ningsnät (1

8) för högspänd likström (HVDC).