SU1188837A1

SU1188837A1 - High-voltage compensation converter

Info

Publication number: SU1188837A1
Application number: SU843718074A
Authority: SU
Inventors: Валерий Степанович Бойко
Original assignee: Киевский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции
Priority date: 1984-04-02
Filing date: 1984-04-02
Publication date: 1985-10-30

Abstract

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ КОМПЕНСАЦИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий по меньшей мере один трехфазный трансформатор с первичной и четырьм вторичными обмотками, которые соединены в пр мую и обратную звезды и в пр мой и обратный треугольники и подключены к двум вентильным част м, состо щим из двух каскадно соединенных вентильных мостов кажда , и трехфазную батарею конденсаторов регулируемой емкости, отличающийс тем, что, с целью повьш1ени экономичности и эффективности использовани оборудовани , указанные вентильные части соединены между собой последовательно, к соответствующим общим точкам каскадно соединенных вентильных мостов подключены две вторичные обмотки дополнительно введенS ного суммирующего трансформатора, сл к свободным выводам первичных обмоток которого, соединенным в звезду, подключена указанна трехфазна батаре конденсаторов регулируемой, емкости .A HIGH-VOLTAGE COMPENSATION CONVERTER containing at least one three-phase transformer with primary and four secondary windings, which are connected to the forward and reverse stars and to the forward and reverse triangles and connected to two valve sections consisting of two cascade-connected valve bridges each , and a three-phase capacitor bank of adjustable capacity, characterized in that, in order to increase the economy and efficiency of the equipment, these valve parts are connected to Between themselves in series, two secondary windings of an additionally added summing transformer are connected to the corresponding common points of the cascade-connected valve bridges; the free three terminals of the primary windings connected in a star are connected to the indicated three-phase battery of adjustable capacitors.

Description

ОбAbout

00 сю со 1 1 Изобретение относитс к преобразо вательной технике и предназначено дл питани мощных потребителей, работающих на посто нном или переменном токе, в частности, дл преобразо нательных подстанций передач посто н ного тока. Цель изобретени - повышение экономичности и эффективности использовани оборудовани . . На чертеже представлена электрическа схема предлагаемого высоковольтного компенсационного преобразовател . Высоковольтный компенсационный преобразователь содержит две последо вательно соединенные вентильные части 1 ,, кажда из,которых состоит из двух каскадно соединенных вентильных jMocTOB. Кобщим точкам вентилей анод ных и катодньтх групп .каскадно соединенных вентильных мостов подключены вторичные обмотки суммирующего трансформатора 2. К первичной обмотке указанного трансформатора подключена трехфазна батаре 1 конденсаторов 3 регулируемой емкости, котора может быть соединена в звезду или в треугольник. Эта батаре конденсаторов , совместно с суммирующим трансформатором, образует коммутирующее звено преобразо-зател . Подключение к сети переменного тока осу ществлено с помощью трехфазного трансформатора 4 с первичной обмоткой , соединенной в звезду или в треугольник и с четырьм вторичными обмотками, соединенными в пр мую и обратную звезду и в пр мой и обратньй треугольник. Причем две обмотки, соединенные в пр мую звезду и пр мой треугольник, подключены к вентильным мостам одной вентильной части преобразовател , а две другие, соединенные в обратную звезду и обратный треугольник - к вентильным мостам другой вентильной части преобразовател . Преобразователь может работать как в вьшр мительном, так и в инверторном режимах. Рассмотрим специфику его работы, пренебрега активным и реактивным сопротивлением питающего трансформатора и сети, а индуктив ное сопротивление в цепи посто нного тока примем бесконечно большим. При указанных услови х каждый вентиль преобразовател вступает в ра72 боту один раз за период и проводит ток в течение 2///3. Коммутаци тока происходит мгновенно. Оптимальный режим работы преобр азовател , характеризующийс экономичностью , эффективным использованием оборудовани и фазностью преобразовани (2А т7/12) имеет место только при определенном сочетании систем питающих трехфазных напр жений, .подаваемых на вентильные мосты вентильных частей 1 преобразовател , соединенных между собой последовательно. Исследовани ми установлено, что системы трехфазных напр жений, подаваемых на отдельные вентильные мосты, соединенные в вентильных част х каскадно , должны быть сдвинуты между собой на 17/2, а системы трехфазных напр жений отдельных вентильных частей преобразовател должны быть сдвинуты друг по отношению к другу на /7. Поэтому питающий трехфазный трансформатор 4 имеет четыре вторичные обмотки , две из которых соединены в пр мую и обратную звезду, а две другие - в пр мой и обратный треугольник . Дл питани вентильных мостов не об зательно применение одного трехфазного трансформатора с четырьм вторичными обмотками. Трехфазных трансформаторов может быть два. В этом случае они должны иметь по две вторичные обмотки: в одном трансформаторе соединенные в пр мую звезду и пр мой треугольник, а в другом -,в обратную звезду и в обратньй треугольник. Возможен вариант питани вентильных мостов от четырех трехфазных трансформаторов. В этом случае каждый вентильный мост будет подключен к отдельному трансформатору . Вторичные обмотки трансформаторов должны быть соединены: в пр мую звезду, пр мой треугольник, обратную звезду, обратньй треугольник. При достижении указанных сдвигов систем трехфазных питающих напр жений обеспечиваютс оптимальные услови работы трехфазной батареи конденсаторов 3, общей дл обеих вентильных частей преобразовател , подключаемой к ним через суммирующий трансформатор 2. Оптимальность режима заключаетс в благопри тной форме напр жени на конденсаторах (практически синусоидальной) и минимально возножном значении их установленной мощности. Указанные услови обеспечиваютс суммирующим трансформатором , который выполн ет в преобразователе две важнейшие функции. Перва заключаетс в том, что конденсаторна батаре перезар жаетс токами обеих вентильных частей преобразовател . Причем фазировка трехфазных систем питающих напр жений выбрана таким образом, чтобы эти токи преимущественно вычитались, что и вл етс одним из факторов снижени уста новленной мощности конденсаторной батареи, а значит снижени ее стоймости и потерь в ней. Втора функци заключаетс в возможности согласовани номинального напр жени конденсаторной батареи с требуемым рабочим напр жением, что возможно за счет соответствующего подбора коэффициента трансформации суммирующего трансформатора. Поэтому в преобразователе всегда можно достичь теоретической эффективности использовани конденсаторной батареи. Объ сним это важнейшее положение на примере. Предположим, что теоретическа эффективность использовани конденсаторной батареи в преобразователе К j, 2. Предположим также, эрр что расчетное значение рабочего напр жени на ковденсаторной батарее равно В. Если конденсаторна батаре подключаетс в преобразова ,тель не через суммирующий трансформатор , а непосредственно к установке надо прин ть конденсаторы с номи нальным напр жением 1050 В, потому что ближайшее меньшее номинальное значение напр жени серийно выпускаемых конденсаторов 660 В ниже расче ного значени рабочего напр жени . Однако, принима к установке конденсаторы с 1050 В, повышаем требуемое значение напр жени примерно в 1,4 раза, а установленную мощност конденсаторной батареи почти в 2 раза . При этом реальна эффективность использовани конденсаторной батареи будет равна единице, т.е. использование конденсаторной батареи будет неэффективно. Компенсационный режим работы преобразовател обеспечиваетс трехфазной батареей конденсаторов, котора вместе с суммирующим трансформатором образует коммутирующее звено. Трехфазные группы вентилей, подключенные к коммутирующему звену, образуют компенсационную часть преобразовател , а остальные - обычную..Опережающа коммутацию тока вент1-ш ми компенсационной части преобразовател возможна потому, что в основной контур коммутации, состо щий из очередной и предьщущей фаз питающего трансформатора , вводитс дополнительна ЭДС, котора преодолевает в момент коммутации вышеуказанных вентилей напр жение вторичных обмоток питающего трансформатора и осуществл ет процесс коммутации. В качестве дополнительной ЭДС используетс напр жение конденсаторов. В преобразователе оно имеет удвоенную частоту по сравнению с частотой питающего напр жени сети и по форме достаточно близко к синусоиде. Коммутаци осуществл етс в момент времени, соответствующий максимальномь напр жению на конденсаторах. Преобразователь может быть выполнен на неуправл емых вентил х (только как выпр митель), либо быть частично управл емым (когда в обычной части используютс управл емые вентили, а в компенсационной - неуправл емые ) , либо полностью управл емым . В частично или полностью управл емом преобразователе возможно поддерживать заданное з,начение коэффициента мощности при регулирйвании тока и напр жени на вьгходе в mtspo- ких пределах. Такой- режим работы обеспечиваетс , если поддерживать в обычной и компенсационной част х преобразовател примерно одинаковые углы регулировани противоположного знака. Последовательное соединение двух вентильных частей, подключение их к одной трехфазной батарее конденсаторбв через суммирующий трансформатор в сочетании со сдвигом трехфазных систем питающих напр жений отдельных вентильных мостов, позвол ют получить высоковольтный компенсационньм преобразователь , выгодно отличающийс от прототипа и других известных компенсационных преобразователей экономимностью , высокой эффективностью использовани батареи конденсаторов и трансформаторов , способностью поддерживать заданное значение коэффициента мощности при регулировании тока и напр жени на вьгходе в широких пределах, режимом преобразовани повышенной фазности (24 /т/12).00 1 1 1 The invention relates to a conversion technique and is intended for powering high-power consumers operating on direct or alternating current, in particular, for converting substations of direct current transmissions. The purpose of the invention is to increase the efficiency and effectiveness of the use of equipment. . The drawing shows the electrical circuit of the proposed high-voltage compensation converter. The high-voltage compensation converter contains two series-connected valve parts 1, each consisting of two cascade-connected valve jMocTOBs. To the common points of the anodic and cathode groups, there are connected secondary windings of summing transformer 2 connected to valve bridges. A three-phase battery 1 of capacitors 3 of adjustable capacitance, which can be connected in a star or delta, is connected to the primary winding of the specified transformer. This capacitor bank, together with the summing transformer, forms the switching element of the transducer. The AC connection is made using a three-phase transformer 4 with a primary winding connected in a star or a triangle and with four secondary windings connected in a forward and reverse star and a forward and reverse triangle. Moreover, two windings connected to a forward star and a straight triangle are connected to the valve bridges of one valve part of the converter, and the other two, connected to the reverse star and the reverse triangle to the valve bridges of the other valve part of the converter. The converter can operate in either the inverter or the inverter mode. Consider the specifics of his work, neglecting the active and reactive resistance of the supply transformer and the network, and the inductive resistance in the DC circuit is assumed to be infinitely large. Under the specified conditions, each converter valve enters the bot once every period and conducts a current for 2 /// 3. Switching current occurs instantly. The optimum mode of operation of the converter, characterized by efficiency, efficient use of equipment and phase conversion (2A t7 / 12) takes place only with a certain combination of three-phase supply voltage systems supplied to the valve bridges of the converter converter parts 1 connected in series. Research has established that three-phase voltage systems applied to individual valve bridges connected in valve parts in cascade should be shifted by 17/2, and three-phase voltage systems of individual converter valve parts should be shifted relative to each other. on / 7. Therefore, the three-phase supply transformer 4 has four secondary windings, two of which are connected to a forward and reverse star, and the other two to a forward and reverse triangle. It is not necessary to use one three-phase transformer with four secondary windings to power the valve bridges. Three-phase transformers may be two. In this case, they should have two secondary windings: in one transformer they are connected into a straight star and a straight triangle, and in the other, into a reverse star and into a reverse triangle. The option of supplying valve bridges from four three-phase transformers is possible. In this case, each valve bridge will be connected to a separate transformer. The secondary windings of the transformers must be connected: direct star, right triangle, reverse star, reverse triangle. When the indicated shifts of the three-phase supply voltage systems are achieved, optimum conditions of operation of the three-phase capacitor bank 3, common to both valve parts of the converter connected to them via summing transformer 2, are achieved. The optimal mode is in the favorable form of the voltage on the capacitors (almost sinusoidal) and minimal the value of their installed capacity. These conditions are provided by a summing transformer that performs two important functions in the converter. The first is that the capacitor bank is recharged by the currents of both valve sections of the converter. Moreover, the phasing of three-phase supply voltage systems is chosen so that these currents are mainly subtracted, which is one of the factors reducing the installed power of the capacitor battery, and therefore reducing its cost and losses in it. The second function consists in the possibility of matching the nominal voltage of a capacitor bank with the required operating voltage, which is possible due to the appropriate selection of the transformation ratio of the sum transformer. Therefore, it is always possible to achieve the theoretical efficiency of using a capacitor battery in the converter. This is an important example of an example. Suppose that the theoretical efficiency of using a capacitor battery in converter K j, 2. Suppose also err that the calculated value of the operating voltage on the capacitor battery is B. If the capacitor battery is connected to the converter, the torch is not necessary to install Capacitors with a nominal voltage of 1050 V, because the nearest lower nominal voltage of commercially available 660 V capacitors is lower than the calculated value of the operating voltage. no. However, taking capacitors from 1050 V to the installation, we increase the required voltage value by about 1.4 times, and the installed capacity of the capacitor battery is almost 2 times. In this case, the real efficiency of using a capacitor bank will be equal to one, i.e. using a capacitor bank would be inefficient. The compensation operation mode of the converter is provided by a three-phase capacitor bank, which, together with the summing transformer, forms a switching link. The three-phase valve groups connected to the switching link form the compensating part of the converter, and the rest are conventional. The forward switching of the current by the fan 1-m of the compensation part of the converter is possible because the main switching circuit consisting of the next and the previous phases of the supply transformer is inserted an additional EMF that overcomes at the time of switching the above valves the voltage of the secondary windings of the supply transformer and carries out the switching process. As an additional emf, a capacitor voltage is used. In the converter, it has twice the frequency as compared to the frequency of the supply voltage of the mains and is quite close in shape to the sinusoid. The switching takes place at the time corresponding to the maximum voltage across the capacitors. The converter can be performed on uncontrolled valves (only as a rectifier), or be partially controlled (when controlled valves are used in the conventional part, and uncontrollable valves in the compensatory one), or fully controlled. In a partially or fully controlled converter, it is possible to maintain a given s, the power factor when the current and voltage on the drive are controlled within the mts range. Such a mode of operation is provided by maintaining approximately the same control angles of opposite sign in the normal and compensation parts of the converter. The serial connection of two valve parts, connecting them to a single three-phase battery of capacitors via a summing transformer in combination with the shift of three-phase power supply systems of individual valve bridges, allows to obtain a high-voltage compensating converter, which differs favorably from the prototype and other well-known compensatory converters by cost effectiveness, high efficiency capacitor banks and transformers, the ability to maintain a given value coeff power power during current and voltage control over a wide range, conversion mode of increased phase (24 / t / 12).

..

-.1 V V V-.1 V V V

1ЛЛ1LL

-Л.,А-L., A

+ 5+ 5

Claims

A HIGH VOLTAGE COMPENSATION CONVERTER containing at least one three-phase transformer with primary and four secondary windings, which are connected to the forward and reverse stars and to the forward and reverse triangles and connected to two valve parts, consisting of two cascade-connected valve bridges each, and a three-phase battery of capacitors of adjustable capacity, distinguishing Γιο in that, in order to increase the efficiency and efficiency of equipment use, these valve parts are connected between oboj sequentially to the corresponding common points · cascaded rectifier bridges two secondary windings further vveden- § Nogo summing transformer connected to the free terminals of the primary windings' is connected in star connected adjustable, said three-phase battery capacity capacitors.

SU „„ 1188837>

using 10 electric high conversion ”5