SE518306C2 - Anordning vid spänningsstyva omriktaranordningar - Google Patents

Description

man; 10 15 20 25 30 35 a a o n | | - O I O I! n 518 306 2 hänvisning till fig 1, som i exemplifierande syfte visar en sådan omriktaranordning i form av en VSC-strömriktare 1 med tre fasben 2, 3, 4 med vardera två strömventiler 5-10, som var och en består av åtminstone ett släckbart halvledarele- ment, såsom en IGBT 11, och ett antiparallellt därmed kopplat likriktarorgan i form av en diod 12. Fasbenen är an- slutna till var sin fas 13, 14, 15 hos ett trefasigt växel- spänningsnät 16. Strömriktarens motsatta ände är ansluten till ett likspänningsnät 17 med en positiv polledare 18 och en negativ polledare 19. Strömriktaren är således bildad av en så kallad 6-pulsbrygga. Om vi nu betraktar exempelvis fa- sen 15 och tänker oss att halvledarelementet ll tillhörande strömventilen 10 är tänt och en ström flyter från växelspän- ningsnätet, igenom detta halvledarelement och till likspän- ningsnätet kommer ett släckande av halvledarelementet ll hos strömventilen 10 att medföra att strömmen först fortsätter från fasen 15 i riktning mot likspänningsnätet, men nu via dioden hos strömventilen 7. Kommuteringstiderna är korta och förhållandevis vilket gör~ det eftersträvansvärt att sänka induktansen i stora tidsderivator av strömmen uppstår, kommuteringskretsen, det vill säga i själva fasbenet och i ledningarna som är anslutna till de olika polledarna hos likspänningsnätet och fram till de kondensatorer som de- finierar likspänningen, till en så låg nivå som möjligt, för att undvika onödigt stora överspänningar och därmed förlus- ter vid nämnda kommuteringar. Närmare bestämt sysselsätter föreliggande uppfinning sig med problemet att sänka induk- tansen just i nämnda ledningar hos kommuteringskretsen.

Vid låga eller måttliga spänningar på omriktaranordningens likspänningssida går det att använda luftisolering, even- tuellt i kombination med isolermaterial i skivor och ändå uppnå en förhållandevis låg induktans. När emellertid spänningarna är höga måste luftavstånden mellan nämnda till olika polledare anslutande ledningar vara så stora för förhindrande av överslag, att det blir nästan omöjligt att 10 15 20 25 30 35 « o c | oo 518 306 3 En möjlighet till att att använda glimmerbaserad uppnå en tillräckligt låg induktans. lösa detta 'problem består i isolation av den typ som utnyttjas i till exempel stora generatorer, men denna lösning är alltför dyr.

SAMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en anordning det inledningsvis definierade slaget, vilken gör det möjligt att sammankoppla ifrågavarande strömventiler vid fasbenets ände via nämnda ledningar med nämnda polledare och kondensator under uppnående av en låg sammanlagd induktans hos dessa ledningar även 'vid höga spänningar' mellan. pol- ledarna hos omriktaranordningens likspänningssida, utan att för den skull anordningen blir oacceptabelt kostsam.

Detta syfte uppnås enligt uppfinningen genom att hos en sådan anordning utforma ledningarna för anslutning till varje polledare och nämnda kondensator så att de innefattar åtminstone en separat högspänningskabel med en dennas ledare omgivande polymerbaserad isoleringsmantel, och genom att lägga sådana kablar tillhörande olika poler utmed åtminstone delar av deras utsträckning tätt bredvid varandra. Genom att utnyttja sådan inom andra applikationer, såsom för överför- ing av elkraft mellan olika stationer hos ett elkraftsnät, i sig känd högspänningskabel blir det möjligt att lägga kablar ihop utan någon risk för så att de tillhörande olika poler tätt överslag ens vid förhållandevis höga spänningar, åt olika håll roterande magnetfält som strömmen i dessa kablar kan alstra motverkar varandra och en acceptabelt låg induktans i denna del av nämnda kommuteringskrets erhålles.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen är nämnda kabel en extruderad kabel. En sådan kabel uppvisar i. el- kraftsöverföringssammanhang dokumenterad god spänningstålig- het och har visat sig lämpa sig mycket väl för denna helt oc o u oss: 10 15 20 25 30 35 u o c | nu 518 306 4 nya användning därav, där det är av vikt att kunna lägga den nära andra sådana kablar med en förhållandevis hög poten- tialskillnad däremellan.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen in- nefattar varje ledning för anslutning till en polledare Det har visat att det är möjligt att sänka induktansen ytter- flera väsentligen parallellt anordnade nämnda kablar. ligare genom att dela upp varje ledning på flera sådana kablar, varvid dessa då kan anordnas i olika mönster för att sänka den sammanlagda induktansen hos nämnda ledningar.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen, vilken utgör en 'vidareutveckling' av sistnämnda utförings- form, är nämnda kablar lagda i mönster bredvid varandra med omväxlande kablar för anslutning till den ena och andra av nämnda polledare. Härigenom uppnås en mycket låg induktans genom att de magnetfält som intill varandra liggande kablar- na genererar motverkar varandra.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen, vilken utgör en vidareutveckling av sistnämnda utförings- form, är nämnda kablar lagda bredvid varandra i åtminstone två ovanpå varandra anordnade skikt så att de rakt ovanför varandra liggande kablarna är avsedda för anslutning till olika av nämnda båda polledare. Genom anordnande av kablarna i sådana skikt på detta omväxlande sätt vad gäller deras po- laritet, kan en mycket låg sammanlagd induktans hos ledning- arna uppnås.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är kablarna tillhörande olika polledare utmed åtminstone delar av deras utsträckning hållna tätt ihop genom att vara inlagda i en gemensam kanal. Ett utnyttjande av en sådan kanal är fördelaktigt för att tillse att nänuïda kablar hålls tätt ihop och en låg induktans resulterar. o n ono- a 'uu 10 15 20 25 30 35 u ø ø . oo 518 306 5 Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är anordningen avsedd för omriktaranordningar i fonn av VSC- strömriktare, där det är speciellt intressant att använda den.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är anordningen utformad för anslutning till ett likspänningsnät för högspänd likström (HVDC). Hos en sådan anordning är det ytterst viktigt att induktansen kan hållas nere på en låg nivå i nämnda kommuteringskrets, för att undvika stora förluster vid överföring av elektrisk effekt i de stationer där nämnda spänningsstyva strömriktare ingår.

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

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Här nedan beskrivs som exempel anförda föredragna utförings- under hänvisning till bifogade former av uppfinningen ritningar, på vilka: Fig 1 är ett schematiskt kopplingsschema illustrerande uppbyggnaden hos en VSC-strömriktare, på vilken den uppfinningsenliga anordningen är applicerbar, Fig 2 är en fig l motsvarande vy illustrerande uppbygg- naden av en anordning enligt en föredragen ut- föringsform av uppfinningen, är en i förhållande till fig 2 mera detaljerad bild av den i fig 2 visade uppfinningsenliga an- Fig 3 ordningen, a c o q nu ~-||u 10 15 20 25 30 35 . . | Q en 518 306 6 Fig 4-6 är schematiska snittvyer illustrerande olika anordningar av kablar hos ledningar för anslutande av ändarna av fasben hos en strömriktare till pol- ledare hos en likspänningssida därav.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER AV UPPFINNINGEN Fig 1 har redan ovan diskuterats, och här kan konstateras att den schematiskt illustrerar uppbyggnaden av en VSC- strömriktare ansluten lnellan ett likspänningsnät för hög- spänd likström (HVDC = High Voltage Direct Current) och ett trefasigt växelspänningsnät. Varje fasben hos strömriktaren uppvisar två så kallade strömventiler, vilka består av seriekopplade enheter av tänd- och släckbara brytare ll, fö- reträdesvis i form av IGBT-er, och. därmed antiparallellt kopplade dioder 12. 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, varigenom spänningen över ventilen delas upp på de olika seriekopplade brytarna och på detta sätt höga spänningar, exempelvis inom intervallet 50-300 kV, hållas av en sådan strömventil. Styrningen av brytarna sker (PWM). föreligger vid en sådan strömriktare har vad gäller ledning- genom pulsbreddsmodulering De induktansproblem som arna 20 och 21, vilka förbinder respektive ändar hos fas- benen med de olika polledarna hos det till strömriktarna an- slutna likspänningsnätet och med de likspänningssidans likspänning definierande kondensatorerna noga avhandlats i beskrivningsinledning, och nu skall en del av många möjliga föredragna utföringsformer av uppfinningen beskrivas under hänvisning till övriga figurer 2-6.

I fig 2 illustreras schematiskt hur nämnda ledningar 20, 21 kan sträcka sig, varvid ledningarna sträcker sig över stora delar väsentligen parallellt med och tätt intill varandra, |n|:. 10 15 20 25 30 35 518 sne v; 7 såsom är mera i detalj visat i fig 3. Därvid är i fig 3 de olika fasbenen utelämnade och endast organen 22 för anslut- ning därtill visade.

Varje ledare är uppbyggd av åtminstone en högspänningskabel med en dennas ledare 25 omgivande polymerbaserad isolerings- mantel 26, kallad PEX-kabel. Därvid består den enklaste varianten i att såsom en extruderad kabel, exempelvis en så utnyttja endast en sådan kabel för varje ledning 20 respek- tive 21, varvid dessa kablar ligger tätt intill varandra för induktans, och nedbringande av ledningarnas sammanlagda denna utföringsform är illustrerad i fig 4.

Det är dock även möjligt att varje ledning är uppbyggd av flera väsentligen parallellt anordnade tunnare kablar av nämnd typ, varvid dessa kablar då vid anslutningen till respektive fasben, det vill säga exempelvis strax före anslutningsorganen 22, är sammanförda till en gemensam anslutning till fasbenet i fråga. I fig 5 illustreras en mycket föredragen utföringsform med ledningar bestående av flera sådana kablar. Hos denna utföringsform har kablar tillhörande olika ledningar blandats med varandra utmed den del de löper väsentligen parallellt, närmare bestämt genom att anordna dem bredvid varandra i två skikt med de rakt ovanför varandra liggande kablarna avsedda för anslutning till olika av nämnda båda polledare. Genom en sådan anord- ning kan induktansen nedbringas till en mycket låg nivå.

I fig 6 illustreras en annan utföringsform, vilken skiljer sig från den enligt fig 5 genom att kablarna 23 är samlade i en kanal 24 med väggar av material med låg elektrisk resis- tivitet, såsom av Cu eller Al, vilket har till följd att de magnetfält som bildas runt kablarna vid flytande av ström därigenom trycks samman och reduceras ytterligare, så att en än lägre induktans kan uppnås.

.Inna 10 15 20 25 51 s 306 r Uppfinningen är givetvis inte på nàgot 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.

Det inses lätt att en mängd andra kombinationer av antalet kablar samt inbördes anordnande därav för uppnående av en låg sammanlagd induktans hos ledningarna är tänkbara, varvid det dock är väsentligt att kablarna ligger förhållandevis tätt intill varandra utan några stora luftgap däremellan.

Det påpekas att uttrycket "två olika polledare av skiljaktig polaritet" definieras att inbegripa både fallen då likspän- ningssidans ena pol är bildad av jord och den andra polen ligger på negativ eller positiv potential och fallet då polerna ligger på positiv respektive negativ potential.

Likaså förekommer i fallet av en SVC inte något likspän- ningsnät anslutet till ledningarna, men denna har ändå en likspänningssida ansluten till en fri kondensator.

Ifrågavarande omriktaranordning kan också vara en DC/DC- omvandlare, varvid då antalet "faser" är ett och omriktar- anordningen då följaktligen har två likspänningssidor.

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 518 306 . .a « ; o u | o ø n u o u. Patentkrav

1. Anordning vid spänningsstyva omriktaranordningar (1), som (2-4) för sammankoppling av nämnda strömventiler med åtminstone två strömven- (5-10) vid (18, 19) av skiljaktig polaritet hos en likspänningssida av om- har åtminstone ett fasben tiler, fasbenets ände via ledningar med två olika polledare riktaranordningen utformad att vara ansluten till ett lik- (HVDC), arna sträcker sig mellan respektive ände av fasbenet för an- spänningsnät för högspänd likström varvid ledning- slutande av detta till nämnda polledare och åtminstone en likspänningssidans likspänning definierande kondensator, kännetecknad därav, att ledningarna innefattar för anslut- ning till varje polledare och nämnda kondensator åtminstone en separat högspänningskabel (23) med en dennas ledare omgi- vande polymerbaserad isoleringsmantel, och att sådana kablar tillhörande olika poler är utmed åtminstone delar av deras utsträckning lagda tätt bredvid varandra.

2. Anordning enligt krav 1, att nämnda kabel (23) kännetecknad därav, är en extruderad kabel.

3. Anordning enligt krav 1 eller 2, kânnetecknad därav, att varje ledning (20, 21) för anslutning till en polledare (18, 19) innefattar flera väsentligen parallellt anordnade nämnda kablar (23).

4. Anordning enligt krav 3, kännetecknad därav, att nämnda flertal kablar (23) hos en och samma ledning (20, 21) är vid anslutning till respektive fasben sammanförda till en gemen- sam anslutning (22) till fasbenet i fråga.

5. Anordning enligt krav 3 eller 4, kännetecknad därav, att (23) omväxlande kablar för anslutning till den ena och andra av (18, 19). nämnda kablar är lagda i mönster bredvid varandra med nämnda polledare 'ou nu 10 15 20 518 306 10 c v o o u

6. Anordning enligt krav 5, att nämnda kablar (23) ovanpå varandra anordnade skikt så att de rakt ovanför var- kännetecknad därav, är lagda bredvid varandra i åtminstone två andra liggande kablarna är avsedda for anslutning till olika av nämnda båda polledare (18, 19).

7. Anordning enligt något av kraven 1-6, kännetecknad därav, att kablarna (23) (18, 19) är utmed. åtminstone delar av deras utsträckning hållna tätt (24). tillhörande olika polledare ihop genom att vara inlagda i en gemensam kanal

8. Anordning enligt krav 7, kännetecknad därav, att nämnda kanal (24) är bildad av väggar av material med låg elektrisk resistivitet. att nämnda

9. Anordning enligt krav 8, kännetecknad därav, väggmaterial är Cu eller Al.

10. Anordning enligt något av kraven 1-9, kännetecknad därav, att den är avsedd för omriktaranordningar i form av VSC-strömriktare (1).