SE515140C2 - Anläggning för överföring av elektrisk effekt med hjälp av högspänd likström - Google Patents

Description

30 35 515140 p ~~ - :L f";".' ..'... .. tarna anordnade i var sin strömriktarstation, 000000 o suv-no vilka är belägna på avstånd från varandra och förbundna genom en lik- strömsförande kabel och/eller luftledning. I vissa fall kan - vid s k kortkopplingar - strömriktarna vara anordnade i samma strömriktarstation, och likströmsförbindelsen består då av likströmsskenor i stationen.

Vanligen är strömriktarna 12-pulsiga och består var och en av två seriekopplade sexpulsbryggor med tillhörande trans- formatorer samt styr- och skyddsutrustning.

En anläggning av aktuellt slag kan vara enpolig, dvs med en enda likströmsledning och med àterledning av likströmmen genom jord, eller tvåpolig, dvs med två strömriktare i varje station, och med två likströmsledningar, en med positiv spänning relativt jord och den andra med negativ spänning relativt jord.

Vid anläggningar av ovan nämnt slag arbetar den ena ström- riktaren som likriktare och den andra som växelriktare.

Strömriktarna styrs så att den ena strömriktaren är ström- styrande och den andra är spänningsstyrande. Vanligen är likriktaren strömstyrande, och dvs den arbetar något nedstyrd med en styrvinkel a som påverkas av en strömregulator så att likströmmen regleras mot ett strömbörvärde. Växelrikta- ren kel ett är då den spänningsstyrande strömriktaren. Dess styrvin- hàlls vid ett sådant värde att strömriktaren arbetar vid minimivärde hos släckvinkeln Y. Växelriktaren bestämmer då likspänningen i överföringen, och denna likspänning kan styras med hjälp av växelriktartransformatorns lindnings- kopplare så att likspänningen, t ex vid likriktaren, hålls vid ett spänningsbörvärde.

Vid dessa kända anläggningar har likriktarens styrvinkel ett nominellt värde på t ex l5°, och likriktartransformatorns lindningskopplare styrs så att likriktarens styrvinkel hålls inom ett förutbestämt intervall. Detta bestäms t ex så att, vid en styrvinkeländring från det nominella värdet till intervallets undre eller övre gräns, den av styrvinkeländ- 10 15 20 25 30 35 5.15 149 ~ uti' ' ' o I n 0 Ü ' . go too OI 0 0010 voitti I OUOUOO ringen orsakade likspänningsändringen är i 1 lindningskopp- larsteg. Styrvinkelintervallets gränser är typiskt l2,5° och 17,5° vid det ovan nämnda nominella styrvinkelvärdet l5°.

Ett lindningskopplarsteg motsvarar typiskt en spänningsänd- ring pá 1,25 % av nominell driftspänning.

En strömriktares reaktiveffektförbrukning ökar snabbt med styrvinkeln och är approximativt proportionell mot sin G.

Vid dessa kända anläggningar är därför likriktarens reaktiv- effektförbrukning relativt hög.

Det finns därför en strävan att kunna arbeta med lägre styr- vinklar hos likriktaren, men detta har av olika skäl i de flesta fall inte tidigare varit praktiskt möjligt. Vid vissa typer av strömriktare har det emellertid visat sig möjligt att arbeta med låga styrvinklar (styrvinklarna förutsätts relaterade till nätspänningen). Speciellt har detta visat sig vara fallet vid s k seriekompenserade HVDC-strömriktare, dvs sådana strömriktare som är anslutna till sina växelspän- ningsnät via seriekondensatorer. Sådana strömriktare kan som likriktare arbeta med mycket låga och även negativa styr- vinklar. Härigenom kan reaktiveffektförbrukningen hållas låg.

Vid seriekompenserade strömriktare är emellertid tänd- och släckpänningssprången, dvs de plötsliga spänningsändringarna över en strömriktarventil vid dess tändning respektive släckning, relativt höga och ökar med styrvinkeln. Vid sådana strömriktare är det därför angeläget att styrvinkeln hålls låg.

Att driva en likriktare vid låga styrvinklar medför dock en väsentlig nackdel. Denna àskàdliggörs schematiskt i figur 1 som visar förhållandet mellan en likriktares skenbara effekt effekt P (P=Scosa)och reaktiva effekt Q (Q=Ssina) vid en viss ström och vid två olika styrvinklar al och a2.

S, aktiva Likriktarens likspänning Ud är proportionell mot den aktiva effekten P och visas pà samma axel som denna. Som ovan nämnts kommer styrvinkeln att behöva varieras inom ett 10 15 20 25 30 35 51-5 1-41) H .. litt 0 c tunn anno --- I 000900 omrâde som är så stort att styrvinkeländringen orsakar en viss given likspänningsändring AUd, vars storlek bestäms av lindningskopplarstegets storlek. Vid den högre styrvinkeln m2 och den skenbara effekten S2 krävs en styrvinkeländring Aa2 för att åstadkomma spänningsändringen AUd. Denna styr- vinkeländring medför en ändring AQ2 i den reaktiva effekten.

Vid den lägre styrvinkeln al och den skenbara effekten S1 krävs en väsentligt större styrvinkeländring Aal för att åstadkomma samma spänningsändring AUd, vilket medför en väsentligt större reaktiveffektändring AQI. Vid ännu lägre styrvinklar, vid eller i närheten av de styrvinkelvärden där likspänningen har sitt maximum, blir de erforderliga styr- vinkeländringarna och därmed reaktiveffektändringarna mycket stora. En drift vid låga styrvinklar medför alltså stora reaktiveffektvariationer, vilka kan vara ogynnsamma vid vissa nätkonfigurationer. Dessa reaktiveffektvariationer kan visserligen, åtminstone delvis, motverkas genom insats av tyristorkopplade shuntkondensatorer, men detta medför en väsentlig kostnadsnackdel. Styrvinkelvariationerna, och därmed reaktiveffektvariationerna, skulle också teoretiskt kunna reduceras genom en minskning av storleken pà lind- ningskopplarens steg. En sådan minskning skulle dock medföra att lindningskopplarens kopplingsfrekvens ökade i motsva- rande grad, vilket skulle medföra en kraftig och i de flesta fall oacceptabel ökning av slitaget hos lindningskopplaren.

Det som ovan sagts om som likriktare arbetande strömriktare gäller - mutatis mutandis - även för en som växelriktare arbetande strömriktare. För en sådan strömriktare möjliggörs t ex genom seriekompensering drift vid låga släckvinklar (räknat relativt nätspänningen), och då uppträder vid styr- vinkeländringar de ovan nämnda stora reaktiveffektvariatio- nerna.

REDOGÖRE LSE FÖR UPPF INN INGEN Uppfinningen avser att åstadkomma en anläggning av inled- ningsvis nämnt slag, vid vilka de ovan nämnda reaktiveffekt- variationerna vid drift med låga styrvinklar (eller släck- 10 15 20 25 30 35 ,ø.:nu nn I c I g o o ,.g g o o o a 0 g 0 O I i .o Ino a: aut: I vinklar) väsentligt reduceras. Uppfinningen avser därmed att utan något extra komponentuppbàd (såsom tyristorkopplade shuntkondensatorer), och enbart genom ett nytt styrförfa- rande, möjliggöra drift vid väsentligt lägre styrvinklar och lägre variation i reaktiv effekt än vad som hittills varit möjligt, varigenom strömriktarnas reaktiveffektförbrukning respektive tänd- och släckspänningsspràngens storlek kan sänkas väsentligt jämfört med tidigare kända styrprinciper.

Vad gar som kännetecknar en anläggning enligt uppfinningen fram- av bifogade patentkrav.

Vid stegning av t ex likriktarens lindningskopplare, eller vid en ändring av spänningen i likriktarens växelspännings- nät, kommer likriktaren att ändra sin styrvinkel för att bibehålla beordrad likström. Vid en anläggning enligt upp- finningen ändras överföringens likspänning så att ändringen 1 likriktarens styrvinkel och därmed dess reaktiveffekt- variation begränsas.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas i anslutning till bifogade figurer 1-7. Figur 1 visar som ovan nämnts effektförhàllandena vid drift med två olika styrvink- lar. Figur 2a visar ett översiktsschema över en anläggning enligt uppfinningen, där likriktarens styrvinkelvariation begränsas genom att ett vinkeltillskott lämnas till växel- riktarens styrvinkel. Figur 2b visar ett motsvarande över- siktsschema för en alternativ utföringsform, där växelrik- taren har en spänningsregulator och där likriktarens styr- vinkelvariation begränsas genom att regulatorns spännings- referens ges ett tillskott. Figurerna 3-7 visar mera i detalj exempel pà utförandet av olika enheter hos anlägg- ningarna enligt figur 2. Figur 3 visar likriktarens styrvin- kelgenerator vid anläggningarna enligt figur 2a och 2b.

Figur 4a visar styrenheten för likriktarens referensvärdes- generator vid anläggningen enligt figur 2a. Figurerna 4b och 4c visar två alternativa utföringsformer av referensvärdes- 10 15 20 25 30 35 I: u nøøutø 5.15» 140 Iol 0 I e; - - 00 at! 'I o o o b h unna ~-- 000000 I :obama generatorn vid anläggningen enligt figur 2b. Figur 5a visar styrdonet för likriktarens lindningskopplare vid anlägg- ningen enligt figur 2a, och figur 5b visar samma styrdon vid anläggningen enligt figur 2b. Figur 6a visar växelriktarens styrvinkelgenerator vid anläggningen enligt figur 2a och figur 6b styrvinkelgeneratorn vid anläggningen enligt figur 2b. Figur 7a och figur 7b visar styrenheten för växelrikta- rens lindningskopplare vid anläggningarna enligt figur 2a respektive figur 2b.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL Figur 1 har beskrivits ovan.

Figur 2a visar ett exempel på en HVDC-anläggning enligt upp- finningen. Den är anordnad för effektöverföring mellan tvà trefaskraftnät NI och NII. En strömriktare SRI är via sin strömriktartransformator TRI ansluten till nätet NI och en strömriktare SRII via sin strömriktartransformator TRII till nätet NII. Transformatorerna är försedda med lindningskopp- lare, vilka tillförs styrsignalerna tcI och tcII. Uppfin- ningen är speciellt fördelaktig vid seriekompenserade ström- riktare, eftersom dessa som ovan nämnts kan arbeta med myc- ket låga styrvinklar. Strömriktarna har därför visats anslutna till sina växelspänningsnät via seriekondensatorer CI och CII. Dessa placeras företrädesvis som visat i figuren mellan strömriktartransformatorerna och strömriktarna, men de kan vid en anläggning enligt uppfinningen alternativt placeras pà nätsidan om strömriktartransformatorerna.

Strömriktarna är förbundna med varandra genom en högspän- ningsledning L som kan utgöras av en kabel och/eller en luftledning och som har resistansen RL. Den genom ledningen och strömriktarna flytande likströmmen betecknas med Id.

Strömriktarna har likströmsmätande organ IMI och IMII och för enkelhets skull används samma beteckning Id för mätsig- nalerna fràn mätorganen som för den verkliga likströmmen. 10 15 20 25 30 35 s1s 14n .~¿~- 1 ::=...=' ø-v-a .

Diølvv u coh-bo I de här beskrivna exemplen förutsätts om inget annat sägs att det vanligaste driftfallet råder, dvs SRI arbetar som likriktare och SRII som växelriktare, och SRI är strömsty- rande och SRII är spänningsstyrande, och endast de för detta driftfall relevanta delarna av anläggningens styrutrustning har visats. På vanligt sätt förutsätts emellertid strömrik- tarna och deras styrutrustningar vara sinsemellan lika så att vilken som helst av strömriktarna kan arbeta som likrik- tare (varvid den andra strömriktaren arbetar som växelrik- tare) och vilken som helst av strömriktarna kan vara ström- styrande (varvid den andra strömriktaren är spänningssty- rande).

Varje strömriktares styrutrustning innefattar en styrvinkel- generator, CFCreCt och CFC¿nv, en referensvärdesgenerator, VARCreCt och VARCinv, och ett lindningskopplarstyrdon, TCCreCt och TCCinv. Vidare finns en överordnad styrenhet SC som läm- nar en strömorder IO till strömriktarna. Styrutrustningens olika delar är schematiskt visade som analoga funktionsenhe- ter, men delarna kan antingen vara utformade i analog eller digital teknik. Överföring av erforderliga styr-, referens- och mätsignaler IO) till eller mellan de báda strömriktarsta- tionerna äger pà känt sätt rum med hjälp av en icke närmare visad telelänk.

Vid anläggningen enligt figur 2a erhålles, pá det sätt som nedan närmare skall beskrivas, en begränsning av likrikta~ rens styrvinkelvariation genom att ett - negativt eller positivt - styrvinkeltillskott lämnas till växelriktaren.

Figur 2b visar en alternativ utföringsform av en anläggning enligt uppfinningen, där växelriktaren har en spänningsregu- lator, och där likriktarens styrvinkelvariation begränsas genom att ett - negativt eller positivt - tillskott ges till regulatorns spänningsreferens. Bortsett fràn uppbyggnaden av vissa av anläggningens styrenheter och de mellan dessa 10 15 20 25 30 35 51S¿140 :"¿U. n_n: ' g 211m* .. utväxlade signalerna överensstämmer anläggningen med den i figur 2a visade.

Figur 3 visar strömriktarens SRI styrvinkelgenerator CFCrect vid anläggningarna enligt figur 2a och 2b. En summator SUl tillförs strömordern IO och strömmätvärdet Id och bildar strömavvikelsen Aïrect. Denna tillförs en strömregulator CCArect som i sin tur avger en signal arect. Signalen till- förs strömriktaren och styr dennas styrvinkel. Styrvinkeln a,@fi¿är begränsad uppåt och nedåt till värdena 0hßx,æct och Ogán rect. Vinkeln Omßx rect är den maximalt tillåtna styrvin- keln och motsvarar minsta tillåtna kommuteringsmarginal. Den är definierad på samma sätt som den av kretsen UAL i figur 6a definierade maximala styrvinkeln umax inv för växelrikta- ren (se beskrivning av figur 6a nedan). Begränsningen 0%¿n rect säkerställer erforderlig tändspänning för venti- lerna samt att styrvinkeln inte sänks under den punkt där maximal likspänning erhålles.

Likriktarens styrvinkel arect kommer att - vid i övrigt kon- stanta förhållanden - påverkas av spänningen i nätet NI och av manövrer hos likriktarens lindningskopplare. En nätspän- ningsökning eller motsvarande lindningskopplarmanöver tende- rar att ge en ökning av likriktarens likspänning och därmed en ökning av likströmmen. Likriktarens strömregulator kommer därvid att öka styrvinkeln för att söka hàlla likströmmen vid strömreferensen. På motsvarande sätt orsakar en nätspän- ningssänkning eller motsvarande lindningskopplarmanöver en minskning av likriktarens styrvinkel.

Figur 4a visar referensvärdesgeneratorn VARCreCt vid anlägg- ningen enligt figur 2a. Den tillförs likriktarens styrvinkel urect och avger en signal Ogmx CCA via växelriktarens refe- rensvärdesgenerator VARCinV till växelriktarens styrvinkel- generator CFCinv och lindningskopplarstyrdon TCCinv. I summa- torerna SU2 och SU3 jämförs arect med övre och undre gräns- värden Ohßx nom rect respektive ohfin nom rect vilka definierar det intervall inom vilket man önskar hàlla styrvinkeln under stationära förhållanden. 10 15 20 25 30 35 515, 1,40 I Obs “I ..

Referensvärdet Ogmx ncm fegt är den styrvinkel som ger en lik- spänning Ud som motsvarar 0,5 lindningskopplarstegs sänkning under nominell likspänning vid styrvinkeln anmnrect. Refe- rensvärdet 0h¿n n0m_rect är på motsvarande sätt den styrvinkel som ger en likspänning Ud som motsvarar 0,5 lindningskopp- larstegs höjning över nominell likspänning vid styrvinkeln anom rect- Summatorernas utsignaler tillförs integratorer IA1 och IA2, vilkas utsignaler tillförs en summator SU6 tillsammans med ett värde anmninv som anger växelriktarens nominella styr- vinkel (se beskrivningen av figur 6a nedan för definition av anøm inv) .

Integratorns IA1 utsignal är begränsad uppåt till ett värde bestämt av utsignalen från en summator SU4 och nedåt till värdet noll. Integratorns IA2 utsignal är begränsad uppåt till noll och nedåt till ett värde bestämt av utsignalen från en summator SU5.

Summatorn SU4 tillförs en storhet Ohmx inv, som anger den övre gränsen för växelriktarens dynamiska arbetsområde, och storheten anmninv. Den övre gränsen för integratorns IA1 utsignal blir alltså lika med skillnaden mellan styrvinkelns övre gräns Ohmx inv och den nominella styrvinkeln anom inv.

Summatorn SU5 tillförs en storhet ohgn nmninv, som anger den undre gränsen för växelriktarens stationära arbetsområde, och storheten unmninv. Den undre gränsen för integratorns IA2 utsignal blir alltså lika med skillnaden mellan den nominella styrvinkeln anmninv och styrvinkelns undre gräns amax inv- Storheterna anom,inv, Ohán nom inv och umax inv tillförs lik- riktarens referensvärdesgenerator från växelriktarens styr- vinkelgenerator CFCinv.

Normalt kommer likriktarens styrvinkel att ligga inom det av .von vu 10 15 20 25 30 35 0:9: OI II 51-5 140 IG Qccc 'ort I :onani värdena ohmx nom rect och Owán nom rect bestämda nominella omrâdet. Utsignalen från summatorn SU2 är negativ och den fràn summatorn SU3 positiv, integratorernas utsignaler är noll, och referensvärdesgeneratorns utsignal ohmx CQA har det nominella värdet anmninv. Om likriktarens styrvinkel, t ex pà grund av en spänningsändring i nätet NI, eller pà grund av en lindningskopplarmanöver, ökar så att den hamnar ovan- för den övre gränsen för det nominella omrâdet, kommer utsignalen hos integratorn IAl att bli positiv och ökande.

Den ger ett tillskott till signalen Ohßx CCA, vilket (som nedan skall visas i anslutning till figur 6a) innebär en ökning av växelriktarens styrvinkel och därmed en ökning av överföringens likspänning och i sin tur en begränsning av likriktarens styrvinkeländring. På motsvarande sätt kommer, om likriktarens styrvinkel hamnar under det nominella områ- dets undre gräns, utsignalen hos integratorn IA2 att bli negativ och ökande, vilket medför ett negativt tillskott till växelriktarens styrvinkel, en sänkning av överföringens likspänning, och därmed en begränsning av likriktarens styr- vinkeländring.

Pâ det beskrivna sättet kommer likriktarens styrvinkel att - utom under dynamiska förlopp - hållas inom det förutbestämda nominella området.

Figur 4b visar hur referensvärdesgeneratorn VARCrect är utförd vid den i figur 2b visade anläggningen. Generatorn tillförs likriktarens styrvinkel arect och avger en likspän- ningsreferens Udref via växelriktarens referensvärdesgenera- tor VARCinv till en i växelriktarens styrvinkelgenerator CFCinv anordnad spänningsregulator. Generatorn är uppbyggd och fungerar pà i princip samma sätt som den ovan i anslut- ning till figur 4a beskrivna generatorn. Summatorn SU6 till- förs dock här ett värde Udreffmm som utgör referensvärde för överföringens nominella likspänning vid likriktaränden.

Integratorernas utsignaler är begränsade till värden mellan noll och iAUdmax. Med den ovan givna definitionen av refe- 10 15 20 25 30 35 OO!! ID ll 515 HU Il in! nous v c Inna rensvärdena umax nom rect och Ohün nom rect bör begränsnings- värdet Afldmax sättas till ett värde som utgör den likspän- ningsändring som motsvarar 0,5 lindningskopplarsteg.

I normalfallet, dvs om likriktarens styrvinkel ligger inom sitt nominella område, är integratorernas utsignaler noll, utsignalen Udref har värdet Udref nøm och överföringens spän- ning styrs av växelriktarens spänningsregulator till detta värde. På samma sätt som ovan beskrivits kommer, om likrik- tarens styrvinkel tenderar att gå utanför det nominella området, en av integratorerna att ge ett (positivt eller negativt) tillskott till värdet Udref nom. Detta medför en sådan ändring av överföringens likspänning att likriktarens styrvinkeländring kommer att begränsas och styrvinkeln sta- tionärt att hållas inom det nominella området.

Figur 4c visar en alternativ utföringsform av referensvär- desgeneratorn VARCreCt vid anläggningen enligt figur 2b. Lik- som den i figur 4b visade kretsen tillförs den likriktarens styrvinkel arect och avger en likspänningsreferens Udref.

Summatorerna SU7 och SU8 tillförs likriktarens styrvinkel arect samt en konstant signal Au som motsvarar en liten vin- kel, och som i ett typiskt fall kan motsvara vinkeln l°. I summatorerna bildas gränsvärdena Ohmx nmnrect - Au och 0%¿n nam rect + Au, vilka i nivàvipporna NVl och NV2 jämförs med urect. Om arect överskrider det övre eller underskrider det undre av gränsvärdena erhålles via en ELLER-krets OGl en styrsignal till en omkopplare SW, vilken därvid ansluter referensvärdesgeneratorns utgång till den i en begränsnings- krets FB2 begränsade utsignalen från en beräkningskrets BC.

Dà arect ligger mellan de båda angivna gränsvärdena ligger omkopplaren i det i figuren visade läget, varvid Üdref = Üdref nom- Likriktarens styrvinkel arect begränsas i en begränsare FB1 till det stationära nominella styrvinkelintervallet med gränserna uhßx nom rect och ohün nom rect. Den begränsade styr- vinkeln tillförs beräkningskretsen BC. Beräkningskretsen tillförs dessutom likriktarens maximala tomgàngsspänning ve - .one »v . n nu nu uno 10 15 20 25 30 35 to!! I! I! 51.5 140 1,1. . 00 Jia nu oss: Udio samt likströmmen Id. Ur likriktarens kända huvudkrets- ekvation beräknar kretsen Ud = f(Udi0, Id: arect) dvs det värde på likspänningen som motsvarar den kretsen tillförda styrvinkeln (arect) vid de aktuella driftförhål- landena (üdio, Id). Beräkningskretsens utsignal betecknas med Udref Comp och tillförs begränsningskretsen FB2, där signalen begränsas uppåt till värdet Udref n°m+AUdmax och nedåt till värdet Udref nom-AUdmax (för definition av dessa storheter se beskrivningen av figur 4b ovan).

Funktionen hos den i figur 4c visade referensvärdesgenera- torn motsvarar i allt väsentligt den funktion som ovan beskrivits i anslutning till figur 4b. Om likriktarens styr- vinkel arect når någon av gränserna för det av summatorerna SU7 och SU8 bestämda intervallet kommer omkopplaren SW att aktiveras. Beräkningskretsen beräknar det likspänningsvärde som motsvarar den från begränsaren FBl erhållna begränsade styrvinkeln, och detta värde vidarebefordras av omkopplaren som spänningsreferensen Udref. Detta innebär en ändring av överföringens likspänning Ud till ett sådant värde att styr- vinkeln inte överskrider värdet Ohßx nom rect eller underskri- der värdet Ogfin nom rect. Så snart styrvinkeln urect återgår till det av summatorerna SU7 och SU8 bestämda intervallet, slår omkopplaren SW tillbaka, och spänningsreferensen Udref återgår Udref nOm.

Den i figur 4c visade referensvärdesgeneratorn har en åter- kopplingsslinga mindre än generatorn enligt figur 4b men kräver högre beräkningskapacitet för lösning av strömrikta- rens huvudkretsekvation.

Figur 5a visar lindningskopplarstyrdonet TCCreCt vid den i figur 2a visade anläggningen. Styrdonet tillförs likrikta- rens styrvinkel arect samt signalerna Ohßx CCA, ufiax inv och owün nom inv. I nivåvippor NV3 och NV4 jämförs arect med grän- serna oqßx nom feet respektive Ohán nom rect för det intervall inom vilket man önskar hålla styrvinkeln under stationära förhållanden. Om arect stiger till värdet 10 15 20 25 30 35 515146 . 13 .- - 0 vuvøou auto n-wc 0010cc I 000000 Ohßx nmnzæct erhålles en positiv utsignal från kretsen NV3, och om urect sjunker till värdet Ohán nom rect erhålles en I kretsarna ECl och EC2 jämförs signalen Ohmx CCA med styrvinkelgränserna Owmx inv och positiv utsignal från kretsen NV4. ohán nmninv, vilka motsvarar nominell likspänning i 0,5 lindningskopplarsteg.

Om både amax CCA = “max inv Qflh arect 2 amax nom rect avger en OCH-krets AG1 en nedstyrningssignal tcdI till transformatorns TRI lindningskopplare som därvid styrs ned ett steg.

Om både “max CCA = Ûmin nom inv Qsh arect S Ûhdn nom rect avger en OCH-krets AG2 en uppstyrningssignal tcuI till transformatorns TRI lindningskopplare som därvid styrs upp ett steg.

De båda styrsignalerna till lindningskopplaren är i figur 2a och Sa sammanfattade till signalen tcI.

Lindningskopplarens steg är så avpassade att ett steg ger en spänningsändring av lämplig storlek. Ett typiskt värde pà spänningsändringen per steg är 1,25 % av nominell spänning.

Funktionen hos lindningskopplarstyrdonet blir alltså att stegning beordras då styrvinkeln går utanför det förutbe- stämda intervallet under förutsättning att utrymmet för variation av växelriktarens styrvinkel är fullt utnyttjat.

Figur 5b visar lindningskopplarstyrdonet TCCrect vid den i figur 2b visade anläggningen. Styrdonet tillförs likrikta- rens styrvinkel arect och spänningsreferensen Udref. I nivå- 10 15 20 25 30 35 :n z...

Vi i n 0 c c anno o n o vouv 0000 vippor NV3 och NV4 jämförs arect med gränserna Omøx nom rect respektive Oqán nom rect för det intervall inom vilket man önskar hålla styrvinkeln under stationära förhållanden. Om arect stiger till värdet oqmx nom rect erhålles en positiv utsignal från kretsen NV3, och om arax_sjunker till värdet Ohán nom rect erhålles en positiv utsignal från kretsen NV4. I kretsarna ECl och EC2 jämförs spänningsreferensen Udref med värdena Udrefrmm i Aüdmax, vilka motsvarar nominell likspän- ning i 0,5 lindningskopplarsteg.

Om både Üdref = Üdref nom + AÜdmax: Qfih “rect 2 Ümæx nom rect avger en OCH-krets AGl en nedstyrningssignal tcdl till transformatorns TRI lindningskopplare som därvid styrs ned ett Steg.

Om både Udref = Üdref nom “ AÜdmax Qnh Ürect S Ûkfin nom rect avger en OCH-krets AG2 en uppstyrningssignal tcuI till transformatorns TRI lindningskopplare som därvid styrs upp ett steg.

De båda styrsignalerna till lindningskopplaren är i figur 2b och 5b sammanfattade till signalen tcI.

Lindningskopplarens steg är så avpassade att ett steg ger en spänningsändring av lämplig storlek. Ett typiskt värde på spänningsändringen per steg är 1,25 % av nominell spänning.

Funktionen hos lindningskopplarstyrdonet blir alltså att stegning beordras då styrvinkeln går utanför det förutbe- *Q gb stämda intervallet under förutsättning att styrutrymmet för spänningsreferensen är fullt utnyttjat. 10 15 20 25 30 35 515140 ~ ~ _ 15 -- -- :anv Figur 6a visar utformningen av växelriktarens styrvinkel- generator CFCinV vid den utföringsform enligt figur 2a där växelriktarens styrvinkel ges ett tillskott för ändring av likspänningen. Styrvinkelgeneratorn har en strömregulator CCA¿nv, en summator SU9 och en nivàvippa NV5.

Strömordern IO tillförs summatorn SU9, därpå känt sätt en strömmarginal AI subtraheras frán strömordern. Den verkliga strömmen Id kommer därför, så länge likriktaren är strömsty- att vara större än den resulterande strömordern IO-AI, och strömregulatorns utsignal ainv drivs till sitt rande, övre gränsvärde. Detta styrs av den från likriktarens refe- rensvärdesgenerator VARCrect mottagna signalen Ohmx CCA.

Strömregulatorns utsignal är begränsad nedåt till värdet oqán inv, vilket typiskt har ett värde strax över 90° för att hindra växelriktaren att dynamiskt övergå i likriktardrift.

Strömregulatorns utsignal uinv tillförs växelriktaren SRII och bestämmer dess styrvinkel.

Utsignalen ICC från nivàvippan NV5 är "O" så länge likrikta- ren är strömstyrande och därför uinv ligger vid det övre gränsvärdet Ohßx CCA. Om växelriktaren temporärt skulle övergå till att vara strömstyrande kommer dess styrvinkel ainv att i allmänhet understiga det övre gränsvärdet Ohmx CCA och signalen ICC blir "l" vilket indikerar att växelriktaren är strömstyrande. stÛrheterna amax inv, “min nom inv Ûch anøm inv ges av en krets UAL .

Kretsen UAL bestämmer det övre gränsvärdet ommx inv för väx- elriktarens styrvinkel enligt två kriterier. Dels får på känt sätt den styrvinkel inte överskridas, vid vilken en viss förutbestämd kommuteringsmarginal erhålles. Dels bör den styrvinkel inte överskridas, vid vilken växelriktarens (negativa) likspänning inte längre ökar med ökande styrvin- kel, eftersom annars spänningsstyrningen skulle kunna ha tvâ möjliga arbetspunkter. .evo -»- u-0.-n nu 10 15 20 25 35 515 140 s::'_ " - IG n Uuoâ Uüuc I I counc- vann Det undre gränsvärdet ohfln nmninv är den styrvinkel som ger en sänkning av växelriktarlikspänningen motsvarande ett lindningskopplarsteg relativt den likspänning som erhålles Vid ainv = “max inv- Växelriktarens nominella arbetspunkt är den styrvinkel unmninv vid vilken en växelriktarlikspänning erhålles som ligger 0,5 lindningskopplarsteg under spänningen vid ainv = amax inv- Figur 6b visar växelriktarens styrvinkelgenerator CFCinv för det fall att denna har en spänningsregulator och överföring- ens likspänning påverkas genom styrning av regulatorns spän- ningsreferens. Spänningsregulatorn VCAinv tillförs spän- ningsreferensen Udref från likriktarens referensvärdesgenera- tor VARCrect samt ett mätvärde Udrect för likspänningen vid likriktaren. Den avger utsignalen GVCA till strömregulatorn CCAinv och till styrdonet TCCinv för växelriktartransforma- torns lindningskopplare.

Strömregulatorns utsignal uinv drivs - när likriktaren är strömstyrande - till sitt övre gränsvärde. Detta styrs av spänningsregulatorn VCAinv till värdet avCA. Spänningsregula- torns utsignal är begränsad uppåt till värdet Ommx inv och nedåt till värdet Ogán nmninv. Dessa värden erhålles, som ovan nämnts i anslutning till figur 6a, fràn en krets UAL.

Insignalerna till spänningsregulatorn utgörs som ovan nämnts dels av spänningsreferensen Udref och dels av ett mätvärde för överföringens likspänning Udrect. Såväl referensvärdet som mätvärdet avser spänningen vid överföringens likriktar- sida och överförs därifrån via en telekommunikationslänk.

Mätvärdet kan alternativt bildas i växelriktarens styrut- rustning genom att till växelriktarlikspänningen addera produkten av likströmmen och ledningens kända resistans.

Figur 7a visar styrenheten TCCinv för växelriktarens lind- ningskopplare vid den utföringsform där växelriktarens styr- v.. 10 15 20 25 30 35 151«s»1;4io ,_--,=--- III I I o J . ., g 00 O!! vinkel ges ett tillskott för ändring av likspänningen. Över- föringens likspänning Udrect tillförs nivàvipporna NV6 och NV7 tillsammans med referensvärdena Udmax a och Udmin a, vilka motsvarar nominell likspänning i 1,0 lindningskopplar- steg. Från NV6 erhàlles en signal för nedstyrning av lind- ningskopplaren om Üdrect > Udmax ar och från NV7 erhàlles en signal för uppstyrning av lindningskopplaren om Udrect < Udmin a- Dessa signaler tillförs lindningskopplaren via OCH-kretsar AG3 och AG4, samt nedstyrningssignalen dessutom via en ELLER-krets OG2. Den resulterande nedstyrningssignalen betecknas med tcdII och den resulterande uppstyrningssigna- len med tcuII, och de båda signalerna med den sammanfattande benämningen tcII.

Om växelriktaren temporärt tagit över strömregleringen blir signalen ICC "1“, varvid OCH-kretsarna AG3 och AG4 blockerar lindningskopplarmanövrer. För att i detta driftfall säker- ställa att växelriktaren inte arbetar med alltför låg styr- vinkel ges vidare en ovillkorlig nedstyrningssignal med hjälp av nivávippan NV8 och ELLER-kretsen OG2 om Üinv < “min nom inv- Figur 7b visar styrenheten TCCinv för växelriktarens lind- ningskopplare vid den utföringsform för det fall att växel- riktaren har en spänningsregulator och överföringens lik- spänning påverkas genom styrning av regulatorns spänningsre- ferens.

Eftersom den ovan beskrivna styrningen av likspänningen med hjälp av spänningsreferensen Udref kommer att variera lik- spänningen inom intervallet mellan Udmin b och Udmax b, vilka motsvarar nominell likspänning 1 0,5 lindningskopplarsteg, måste utrustningen kunna skilja mellan à ena sidan dessa av likriktaren orsakade spänningsvariationer och à andra sidan sådana spänningsvariationer som orsakas av spänningsänd- ringar i växelriktarens växelspänningsnät. Detta ástadkommes 10 15 20 25 30 35 515 140 'š 15 med hjälp av jämförelsekretsar EC3 och EC4, en nivàvippa NV8 tattoo samt de ovan nämnda grindarna AG3, AG4 och OG2.

Kretsarna EC3 respektive EC4 avger en "l"-signal om storhe- ten GVCA ligger vid endera av gränserna Ohnx inv eller Oqán nmninv. Växelriktarens styrvinkel är - om växelriktaren är strömstyrande - lika med storheten GVCA. Detta innebär att växelriktarens spänningsregulator VCAinv ensam kommer att motverka avvikelser i likspänningen så länge signalen GVCA och därmed styrvinkeln håller sig mellan de nyssnämnda gränsvärdena. Endast om spänningsregulatorns reglermöjlighe- ter är uttömda, vilket indikeras av en "l"-signal fràn endera av kretsarna EC3 respektive EC4, kommer en manöver- signal till lindningskopplaren att avges.

Ovan har ett antal utföringsformer av uppfinningen beskri- vits, men uppfinningen är givetvis inte begränsad till dessa utföringsformer.

Resultatet av ett styrförfarande enligt uppfinningen blir att vid variationer i likriktarens eller växelriktarens Udig pà upp till il lindningskopplarsteg kommer likriktarens styrvinkel att bibehàllas mellan gränserna Ommx nom regt och 0h¿n nom rect. Vidare kommer växelriktarens styrvinkel att behållas mellan gränserna Ohmx inv och ohgn nom inv. I båda fallen ger detta en maximal styrvinkelvariation motsvarande 1 0,5 lindningskopplarsteg. Denna begränsning av styrvinkel- variationerna àstadkommes genom att överföringens likspänning styrs pà det sätt som beskrivits ovan. Den maximala styrvinkelvariationen har alltså approximativt halverats jämfört med tidigare kända anläggningar och styrförfaranden. Detta medför en motsvarande reduktion av variationerna i både likriktarens och växelriktarens reaktiveffektförbrukning_ Ändringarna av reaktiveffekt- förbrukningen kommer att delas lika mellan likriktaren och växelriktaren.

Större ändringar i likriktarens Udio än vad som motsvarar 10 15 20 25 30 35 s15i14u m .. il lindningskopplarsteg kommer att bringa likriktarens styr- vinkel utanför det förutbestämda omràdet och därmed orsaka en rörelse hos lindningskopplaren och därmed en återställ- ning av styrvinkeln och likspänningen till de nominella vär- dena.

För att undvika möjliga instabiliteter i stegbeordringen kan det vara fördelaktigt att synkronisera lindningskopplarsteg- ningen mellan överföringens båda stationer (strömriktare) så att vid beordring av stegning i en station en stegning i den andra fördröjs till dess att stegningen genomförts i den förstnämnda stationen.

Den ovan beskrivna approximativa halveringen av nätspän- ningsvariationernas maximala amplitud har àstadkommits med oförändrad storlek hos lindningskopplarnas steg och därmed utan någon som helst ökning av lindningskopplarnas arbets- frekvens och slitage.

Ovan har beskrivits en anläggning anordnad för kraftöverfö- ring mellan tvà växelspänningsnät. Uppfinningen kan dock tillämpas även vid s k flerstationsöverföringar, dvs anlägg- ningar där tre eller flera växelspänningsnät är förbundna med varandra med hjälp av strömriktare och en gemensam lik- spänningsförbindelse.

Alternativt kan likriktaren vara spänningsstyrande och väx- elriktaren strömstyrande. Det är även här enligt uppfin- ningen den strömstyrande strömriktaren - i detta fall växel- riktaren - vars styrvinkelvariationer reduceras genom att den spänningsstyrande strömriktaren bringas att ändra över- föringens likspänning pà ett sådant sätt att de nämnda styr- vinkelvariationerna motverkas.

I det ovan beskrivna utföringsexemplet är begränsningarna i styrutrustningen så valda att styrvinkeländringarna och där- med reaktiveffektändringarna delas lika mellan den strömsty- rande och den spänningsstyrande strömriktaren. Denna fördel- ning kan vara lämplig om de båda kraftnäten är ungefär jämn- 000000 515 140 2-0 starka. Om de ena nätet är starkt och det andra svagt tál det förra högre reaktiveffektvariationer för en viss given nivà pà spänningsvariationerna. Det kan då vara lämpligt att styra överföringen så att det starka nätet får ta en större del och det svaga nätet en mindre del av styrvinkelvariationerna, vilket kan åstadkommas genom lämpligt val av gränsvärden i styrutrustningen.

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 IIII 515 "im få! KN 7785 SE 951122 PATENTKRAV

1. l. Anläggning för överföring av elektrisk kraft med hjälp av högspänd likström, vilken anläggning innefattar två fasvinkelstyrda strömriktare (SRI, SRII), vilka var och en är ansluten till ett växelspänningsnät (NI, NII), och vilka är förbundna med varandra genom en likströmsförbin- delse (L), samt styrorgan (SC, CFCreCt, CFCinv) anordnade att styra en av strömriktarna (SRI) att arbeta som likriktare och att styra en annan strömriktare (SRII) att arbeta som växelriktare, samt att styra en strömriktare, den strömstyrande strömrik- taren (SRI), för styrning av den i likströmsförbindelsen flytande likströmmen (Id) och att styra en annan strömrik- tare, den spänningsstyrande strömriktaren (SRII), för styr- ning av likspänningen (Ud) i likströmsförbindelsen, kännetecknad av æm styrorganen innefattar organ (VARCreCt) anordnade att avkänna styrvinkeln (arect) hos den strömstyrande strömriktaren (SRI), och att vid en sådan förändring hos nämnda storhet att storheten när en gräns hos ett förutbestämt intervall (Gmax nom rect ' Ümin nom rect), med hjälp av den Spännings- styrande strömriktaren (SRII) styra överföringens likspän- ning (Ud) pà sådant sätt att nämnda förändring begränsas.

2. . Anläggning enligt patentkravet 1 k ä n n e t e c k n a d a v att styrorganen innefattar organ (VARC;ect) anordnade att generera en av styrvin- keln (arect) i den strömstyrande strömriktaren (SRI) bero- ende styrsignal (amax CCA) för den spänningsstyrande ström- riktarens (SRII) styrvinkel (ainv) samt organ (CCAinv) anordnade att styra den spänningssty- rande strömriktarens (SRII) styrvinkel (Ginv) i enlighet med styrsignalen. 10 15 20 25 30 35 515 140 za,

3. Anläggning enligt patentkravet 2 vid vilken den spän- (SRII) växelspänningsnät (NII) via en med en lindningskopplare för- sedd transformator (TRII), ningsstyrande strömriktaren är ansluten till sitt kännetecknad av att styr- organen innefattar organ (SU4, SU5) för begränsning av den spänningsstyrande strömriktarens styrvinkel (Ginv) till ett styrvinkelomráde (Gmax inv - umin nom inv) som motsvarar ett spänningsintervall som är mindre än den spänningsändring som motsvarar två lindningskopplarsteg hos lindningskopplaren.

4. . Anläggning enligt patentkravet 1 k ä n n e t e c k n a d a v att styrorganen innefattar organ anordnade att i beroende av styrvinkeln (arect) hos den strömstyrande strömriktaren (SRI) generera ett refe- rensvärde (Udref) för överföringens likspänning, samt styrvinkelbestämmande organ (VCAinv) anordnade att tillföras nämnda referensvärde och att påverka den spän- ningsstyrande strömriktarens (SRII) styrvinkel (ainv) för styrning av överföringens likspänning (Ud) i enlighet med referensvärdet.

5. Anläggning enligt patentkravet 4 k ä n n e t e c k n a d a v att styrorganen innefattar organ (BC, SW) anordnade att, om styrvinkeln (arect) når en gräns hos nämnda förutbestämda intervall, med ledning av den första strömriktarens (SRI) huvudkretsekvationer beräkna det likspänningsvärde (Udref Cgmp) som motsvarar en vid intervallgränsen liggande styrvinkel, och att som spänningsreferens (Udref) tllföra de styrvinkelbestämmande organen (VCAinv) detta likspännings- värde.

6. Anläggning enligt patentkravet 4 vid vilken den spän- ningsstyrande strömriktaren (SRII) är ansluten till sitt växelspänningsnät (NII) via en med en lindningskopplare för- sedd transformator (TRII), ganen innefattar organ (UAL, VCAinv) för begränsning av den kännetecknad av att styror- spänningsstyrande strömriktarens (SRII) styrvinkel (ainv) till ett StyrViflkelOmråde (amax inv - amin ngm inv) SOITI mOt- 10 15 20 25 30 35 515 140 ÃB svarar ett spänningsintervall som är mindre än den spän- ningsändring som motsvarar tvà lindningskopplarsteg hos lindningskopplaren.

7. Anläggning enligt patentkravet 6 kännetecknad av att styrorganen innefattar organ (EC3, EC4) anordnade att förhindra manöver av lindningskopplaren så länge den spän- ningsstyrande strömriktarens (SRII) styrvinkel ligger inom nämnda styrvinkelomràde .

8. Anläggning enligt patentkravet 1 vid vilken den ström- styrande strömriktaren (SRI) är ansluten till sitt växel- spänningsnät (NI) via en med en lindningskopplare försedd (TRI), bestämda styrvinkelintervall transformator kännetecknad av att nämnda förut- (umax nom rect - (Imin nom regi-_) är sà valt att en ändring av den strömstyrande strömriktarens styrvinkel (Ozrect) mellan intervallets mitt och en intervallgräns motvarar en ändring av strömriktarens likspänning som är mindre än den likspän- ningsändring som orsakas av en ändring av lindningskoppla- rens läge med ett steg.

9. Anläggning enligt patentkravet 8, kännetecknad av att styrorganen innefattar organ (VARCrect) anordnade att i beroende av den strömstyrande strömriktarens styrvinkel (urect) styra en variabel (amax CCA, Ud) hos den spännings- styrande strömriktaren inom ett av en övre och en undre gräns definierat styromráde (amax inv ' (ïmin nom inv; Udref nom iÅUdmax) , Samt Organ (EC1, EC2, AGl, AG2) anordnade att förhindra manöver av lindningskopplaren så länge variabeln ligger inom styromrà- det.

10. Anläggning enligt nàgot av föregående patentkrav kän- netecknad av att åtminstone någon av strömriktarna är ansluten till sitt växelspänningsnät via seriekondensatorer (CI, CII) .