SE507176C2

SE507176C2 - Control of series-compensated converter station in inverter operation for high-voltage DC current transmission

Info

Publication number: SE507176C2
Application number: SE9503093A
Authority: SE
Inventors: Per-Erik Bjoerklund; Tomas Jonsson
Original assignee: Asea Brown Boveri
Priority date: 1995-09-08
Filing date: 1995-09-08
Publication date: 1998-04-20
Also published as: SE9503093L; SE9503093D0

Abstract

The control method is for a series compensated converter station which comprises a converter (SR2) controlled by control equipment (CE2) and connected to a three-phase alternating network (N2). The control equipment generates an ordered value (AOL) of a control angle (~a) for valves (V1-V6) included in the converter depending on a limiting value (AMAXL). A calculating value (AMARG) of a control angle for the converter is continuously calculated according to a predetermined relationship (M0,M1,M2,M3) imitating a relationship where the angle is a function of a current and voltage in the station. The limiting signal is formed depending on the calculated value.

Description

507 176 94 sekundärlindning på strömriktartransformatorn, varvid transformatorn är så kopplad att sekundärlindningarna har en inbördes fasförskjutning på 30°. 507 176 94 secondary winding on the converter transformer, the transformer being so connected that the secondary windings have a mutual phase shift of 30 °.

Under normal drift arbetar den ena strömriktaren, i fortsättningen benämnd likriktaren, i likriktardrift, och den andra, i fortsättningen benämnd växelriktaren, i växelriktardrift. En styrutrustning för respektive strömriktare alstrar en styrsignal svarande mot en styrvinkel ot, vid vilken tändpulser påföres strömriktarnas ventiler. I syfte att minimera strömrik- tarnas förbrukning av reaktiv effekt och minska påkänningarna på i strömriktarstationerna ingående komponenter är det fördelaktigt att styra likriktaren med minsta möjliga styrvinkel ot samt att styra växelriktaren med en styrvinkel som resulterar i minsta möjliga respektvinkel 'y (kommuteringsmarginal) utan att den kontrollerade driften äventyras.During normal operation, one inverter, hereinafter referred to as the rectifier, operates in rectifier operation, and the other, hereinafter referred to as the inverter, operates in inverter operation. A control equipment for each inverter generates a control signal corresponding to a control angle ot, at which ignition pulses are applied to the valves of the inverters. In order to minimize the reactive power consumption of the inverters and reduce the stresses on components included in the inverter stations, it is advantageous to control the rectifier with the smallest possible control angle ot and to control the inverter with a control angle resulting in the smallest possible respect angle 'y (commutation margin). the controlled operation is compromised.

Anläggningens styrsystem är därför vanligen så utformat att växelriktaren styrs till en för anläggningens driftförhållanden lämplig högsta likspänning med hänsyn tagen till säkerhetsmarginaler mot kommuteringsfel, spänningsvariationer på växelströmsnätet och andra avvikelser från nominell drift som kan förekomma. Likriktaren styrs i strömreglering, vars ledvärde bildas i beroende av en strömorder, i sin tur bildad i beroende av en effektorder och aktuell likspänning på ett sådant sätt att likströmmen och därmed den överförda aktiva effekten förblir på ett önskat värde.The system's control system is therefore usually designed so that the inverter is controlled to a maximum DC voltage suitable for the system's operating conditions, taking into account safety margins against commutation faults, voltage variations on the AC network and other deviations from nominal operation that may occur. The rectifier is controlled in current control, the joint value of which is formed in dependence on a current order, in turn formed in dependence on a power order and current direct voltage in such a way that the direct current and thus the transmitted active power remains at a desired value.

För att tillförsäkra att ventilen i tändögonblicket har tillräcklig tänd- spänning, det vill säga frarnspänning i blockerat tillstånd, innefattar likriktarens styrutrustning vidare en undre begränsning av styrvinkeln så att dess minimala värde ej understiger ett förutvalt lägsta värde. Denna begränsning åstadkommes konventionellt genom att spänningen över ventilen avkänns med ett mätdon varvid tändpuls för ventilen alstras först då den avkända spänningen överstiger ett förutvalt värde.In order to ensure that the valve at the moment of ignition has sufficient ignition voltage, i.e. off-voltage in the blocked state, the rectifier control equipment further comprises a lower limit of the control angle so that its minimum value does not fall below a preselected minimum value. This limitation is conventionally achieved by sensing the voltage across the valve with a measuring device, the ignition pulse of the valve being generated only when the sensed voltage exceeds a preselected value.

Vanligen utformas styrutrustningen för lik- och växelriktare identiska varvid i likriktaren en strömregulator är aktiverad och i växelriktaren en styrutrustning för en styrning syftande till att respektvinkeln skall förbli på men ej understiga ett förutvalt lägsta värde är aktiverad.The control equipment for rectifiers and inverters is usually designed identical, whereby in the rectifier a current regulator is activated and in the inverter a control equipment for a control aimed at the respect angle remaining at but not less than a preselected minimum value is activated.

För en allmän beskrivning av tekniken vid överföring av högspänd likström hänvisas till Erich Uhlman: Power Transmission by Direct Current. Springer Verlag. Berlin Heidelberg New York 1975, särskilt sidan 125-136. 5 507 176 Mellan styrvinkeln ot, respektvinkeln y och överlappsvinkeln u råder det kända sambandet ot + u + 7 = 180°. Det är således önskvärt att för växel- riktaren bestämma styrvinkeln så att respektvinkeln (kommuterings- marginalen) förblir på ett förutvalt lägsta värde.For a general description of the technology for transmitting high voltage direct current, see Erich Uhlman: Power Transmission by Direct Current. Springer Verlag. Berlin Heidelberg New York 1975, especially pages 125-136. 5 507 176 Between the control angle ot, the respect angle y and the overlap angle u, the known relationship ot + u + 7 = 180 ° prevails. It is thus desirable for the inverter to determine the control angle so that the respect angle (commutation margin) remains at a preselected lowest value.

I den amerikanska patentskriften US 4, 210, 956 beskrivs ett förfarande för styrning av en anläggning för överföring av högspänd likström. Enligt förfarandet beräknas för var och en av de i anläggningen ingående strömriktarna dennas styrvinkel utifrån givna värden på spänning och ström vid varje strömriktare i anläggningen. Beräkningen sker medelst kända samband mellan ström, spänning, kommuteringsreaktans och styrvinkel i syfte att åstadkomma att anläggningen såsom helhet kan drivas under stabila förhållanden. Minimal tillåten styrvinkel, det vill säga minimal tändspänning, och minimalt tillåten respektvinkel, beaktas därvid såsom gränsvärden i dessa beräkningar. Strömriktarna är icke 4 seriekompenserade och förfarandet förefaller väsentligen vara avsett för så kallade ﬂerterminalsystem, i vilka mer än två strömriktarstationer är anslutna till en gemensam likströmsförbindelse.U.S. Patent No. 4, 210, 956 discloses a method of controlling a high voltage DC transmission facility. According to the method, for each of the inverters included in the system, its control angle is calculated based on given values of voltage and current at each inverter in the system. The calculation is made by means of known relationships between current, voltage, commutation reactance and control angle in order to ensure that the plant as a whole can be operated under stable conditions. The minimum permissible control angle, i.e. the minimum ignition voltage, and the minimum permissible respect angle, are then taken into account as limit values in these calculations. The converters are not 4 series compensated and the method appears to be essentially intended for so-called ﬂ terminal systems, in which more than two converter stations are connected to a common direct current connection.

I den amerikanska patentskriften US 4, 264, 951 beskrivs en utrustning för styrning av en anläggning för överföring av högspänd likström.U.S. Pat. No. 4,264,951 discloses equipment for controlling a high voltage direct current transmission system.

Utrustningen innefattar förutom styranordningar för styrning på konstant ström, konstant spänning och konstant respektvinkel, även en anordning vilken utifrån påförda värden på en vid strömriktaren avkänd växelspänning och en avkänd likström beräknar de gränsvärden för strömriktarens styrvinkel vid vilka förlusterna i strömriktarventilernas dämpkretsar uppgår till ett visst värde. Utsignaler från de nämnda anordningarna påföres en väljaranordning i vilken väljes en styrvinkelsignal från någondera av de nämnda styranordningarna under beaktande av att de beräknade gränsvärdena ej överskrids.In addition to constant current control devices, constant voltage and constant respect angle control, the equipment also includes a device which, based on applied values of an AC voltage sensed at the inverter and a sensed direct current, calculates the converter control angle limit values at which the losses in the converter valves attenuate values. . Output signals from the said devices are applied to a selector device in which a control angle signal is selected from either of the said control devices, taking into account that the calculated limit values are not exceeded.

Den amerikanska patentskriften US 4, 563, 732, särskilt figurerna 1 och 2 med tillhörande beskrivning, visar ett förfarande och en anordning för styrning av en strömriktare i växelriktardrift. En strömregulator innefattar ett proportionalförstärkande och ett integrerande organ. Det proportional- förstärkande organet tillförs ett ledvärde för strömmen i likströms- förbindelsen subtraherat med ett avkänt värde på denna ström. Det integrerande organet tillförs likaså ledvärdet för strömmen i likströms- 507 176 4 förbindelsen subtraherat med det avkända värdet på denna ström men dessutom subtraherat med en strömmarginal. Summan av utsignalerna från det proportionalförstärkande och det integrerande organet utgör den styrvinkelorder som reglersystemet avger till växelriktarens styrpulsdon.U.S. Pat. No. 4, 563, 732, in particular Figures 1 and 2 with the accompanying description, show a method and a device for controlling a converter in inverter operation. A current regulator comprises a proportional amplifier and an integrating member. The proportional amplifying means is supplied with a guide value for the current in the direct current connection subtracted with a sensed value of this current. The integrating means is also supplied with the conductive value of the current in the direct current connection subtracted with the sensed value of this current but also subtracted with a current margin. The sum of the output signals from the proportional amplifier and the integrating means constitutes the control angle order which the control system delivers to the control pulse device of the inverter.

Under stationära förhållanden är utsignalen från det proportionalförstär- kande organet lika med eller nära noll medan insignalen till det integrerande organet utgörs av strömmarginalen. Det integrerande organet innefattar en styrbar begränsningsingång medelst vilken dess utsignal kan begränsas och växelriktarens beordrade värde på styrvinkeln ot bestäms således av nämnda begränsningsignal. Begränsningsingången påförs en av en beräkningskrets bildad begränsningssignal, svarande mot en styrvinkel för växelriktaren och beräknad utifrân för strömriktarstationens huvud- krets kända samband mellan strömriktarens ideala likspänning vid styrvinkeln lika med noll, en likström motsvarande strömregulatorns ledvärde, växelspänningsnätets impedans, en förutvald respektvinkel (kommuteringsmarginal) och motsvarande styrvinkel. Den ovan nämnda _ begränsningssignalen kan korrigeras genom en långsamt verkande reglerkrets med negativ återföring av ett avkänt värde på respektvinkeln som jämförs med ett ledvärde för denna vinkel. Styrpulser alstras förutom av det ovan beskrivna reglersystemet även av en släckvinkelstyrkrets, baserad på att en viss minsta spänningstidyta är erforderlig för att de i ventilerna ingående halvledarelementen, vanligen tyristorer, skall kunna återta sitt blockerande tillstånd efter avkommutering. Utifrån ett avkänt värde på kommuteringsspänningen och under antagande om en viss kurvform för denna beräknas fortlöpande återstående spänningstidyta fram till kommuteringsspänningens nollgenomgång, korrigerad för kommu- teringsintervallets av likströmmen beroende längd. Då den korrigerade spänningstidytan är lika med minsta erforderliga spänningstidytan initieras alstring av ventilens tändpuls. Den i beroende av strömregulatorn respektive av släckvinkelstyrkretsen bildade tändpulsen påförs en OR-krets så att den av de båda pulserna vilken anländer först till OR-kretsen initierar tändning av ventilen.Under stationary conditions, the output signal from the proportionally amplifying means is equal to or close to zero, while the input signal to the integrating means consists of the current margin. The integrating means comprises a controllable limiting input by means of which its output signal can be limited and the ordered value of the inverter on the control angle ot is thus determined by said limiting signal. The limiting input is applied to a limiting signal formed by a calculation circuit, corresponding to a control angle for the inverter and calculated from the known connection of the converter station main circuit between the converter's ideal DC voltage at the control angle equal to zero, a direct current corresponding to the current regulator's. and the corresponding steering angle. The above-mentioned limiting signal can be corrected by a slow-acting control circuit with negative feedback of a sensed value of the respect angle which is compared with a guide value for this angle. In addition to the control system described above, control pulses are also generated by a blanking angle control circuit, based on the fact that a certain minimum voltage time surface is required for the semiconductor elements included in the valves, usually thyristors, to regain their blocking state after decommutation. Based on a sensed value of the commutation voltage and assuming a certain curve shape for this, the remaining voltage time surface is calculated continuously until the zero crossing of the commutation voltage, corrected for the length of the commutation interval dependent on the direct current. When the corrected voltage time surface is equal to the minimum required voltage time surface, generation of the valve's ignition pulse is initiated. The ignition pulse formed in dependence on the current regulator and the quench angle control circuit, respectively, is applied to an OR circuit so that the one of the two pulses which arrives first at the OR circuit initiates ignition of the valve.

Det har visat sig att växelriktarens styrsystem, utformat på konventionellt sätt, är känsligt för störningar i stationär drift. En liten spänningssänkning på växelriktarens växelspänningsnät kan, eftersom växelriktarens styrning i sig medför att den uppvisar en negativ ström/spänningskarakeristik, leda till att likströmmen växer lavinartat. För att erhålla en stabil styrning av strömmen måste likriktaren genom sin strömreglering uppvisa en positiv 5 507 176 ström/spänningskarakteristik för att kompensera för den negativa karakteristiken i växelriktarens styrsystem. En hög kapacitans mot jord i likströmsförbindelsen, vilket förefinns då denna utgörs av en lång kabel, innebär att likriktarens strömreglering och växelriktarens styrsystem i viss mån avkopplas från varandra. Snabba spänningssänkningar i växelspän- ningsnätet, exempelvis vid fel av kortslutningskaraktär eller en- eller flerfasiga jordfel, kan leda till att spänningen vid växelriktaren bryter samman. För att växelriktaren genom sin styrvinkelreglering skall kunna motverka sådana förlopp måste därför vid konventionella, icke seriekom- penserade strömriktarstationer styrsystemet under stationär drift arbeta med en respektvinkel större än den som motsvarar normal säkerhet mot kommuteringsfel. Detta innebär emellertid å andra sidan ökad reaktiv effektförbrukning under stationär drift med åtföljande högre kostnader för kompensering och en oekonomisk dimensionering av anläggningen i sin helhet.It has been found that the control system of the inverter, designed in a conventional manner, is sensitive to disturbances in stationary operation. A small voltage drop on the inverter's AC mains can, since the inverter's control in itself causes it to have a negative current / voltage characteristic, lead to the direct current growing avalanche. In order to obtain a stable control of the current, the rectifier must, through its current regulation, have a positive current / voltage characteristic to compensate for the negative characteristic in the control system of the inverter. A high capacitance to ground in the direct current connection, which is present when this consists of a long cable, means that the current control of the rectifier and the control system of the inverter are to some extent disconnected from each other. Rapid voltage drops in the AC network, for example in the event of faults of a short-circuit nature or single- or multiphase earth faults, can lead to the voltage at the inverter breaking down. In order for the inverter to be able to counteract such processes through its control angle control, the control system must therefore operate with a respectable angle greater than that corresponding to normal safety against commutation faults during conventional, non-series-converted inverter stations. On the other hand, this means increased reactive power consumption during stationary operation with consequent higher costs for compensation and an uneconomical dimensioning of the plant as a whole.

Det är känt att seriekompensera strömriktarstationer genom att ansluta i strömriktarstationen innefattade strömriktarbryggor till respektive växelspänningsnät via seriekondensatorerer. Med detta uppnås flera fördelar. Seriekondensatorerna laddas periodiskt av den ström som genomflyter dem och den på detta sätt alstrade spänningen över kondensatorerna ger ett tillskott till kommuteringsspänningen över strömriktarens ventiler. Kommuteringsspänningen blir fasförskjuten relativt växelspänningsnätets spänningar på ett sådant sätt att, med styr-och respektvinklar fortfarande relaterade till fasläget för växelspänningsnätets spänningar, ventilerna vid likriktardrift kan styras med styrvinklar mindre än noll och vid växelriktardrift med respektvinklar mindre än noll (ehuru kommuteringsmarginalen relaterad till ventilens kommuteringsspänning givetvis är större än noll). Detta möjliggör en reducering av strömriktarnas reaktiva effektförbrukning. Därmed reduceras behovet av generering av reaktiv effekt i shuntfiltren och dessa kan således dimensioneras huvud- sakligen utifrån behovet av övertonsfiltrering. Kondensatorernas laddningsström och därmed deras spänning är proportionell mot likströmmen i likströmsförbindelsen och genom lämplig dimensionering av kondensatorerna kan överlappsvinkelns beroende av likströmmens storlek kompenseras. Detta innebär att seriekompenseringen bidrar till att vidmakthålla ventilernas kommuteringsmarginal även vid snabba strömtransienter. Även kommuteringsmarginalens beroende av växel- spänningsnätets amplitud påverkas i gynnsam riktning av seriekom- 507 176 6 penseringen i det att den ovan nämnda negativa ström/ spännings- karakteristiken i strömriktarstyrningen påverkas i stabiliserande riktning och genom lämpligt val av seriekondensatorer även kan bringas bli positiv.It is known to compensate in series for converter stations by connecting converter bridges included in the converter station to the respective AC mains via series capacitors. With this, several benefits are achieved. The series capacitors are periodically charged by the current flowing through them and the voltage generated in this way over the capacitors provides an addition to the commutation voltage across the valves of the converter. The commutation voltage is phase-shifted relative to the AC mains voltages in such a way that, with control and respect angles still related to the phase position of the AC mains voltages, the valves during rectifier operation can be controlled with control angles less than zero and at inverter operation with respect angles less than zero. of course is greater than zero). This enables a reduction of the reactive power consumption of the converters. This reduces the need for generating reactive power in the shunt filters and these can thus be dimensioned mainly on the basis of the need for harmonic filtering. The charging current of the capacitors and thus their voltage is proportional to the direct current in the direct current connection and by suitable dimensioning of the capacitors the dependence of the overlap angle on the magnitude of the direct current can be compensated. This means that the series compensation contributes to maintaining the valves' commutation margin even with fast current transients. The dependence of the commutation margin on the amplitude of the AC network is also affected in a favorable direction by the series compensation in that the above-mentioned negative current / voltage characteristic in the converter control is affected in a stabilizing direction and can also be made positive by suitable selection of series capacitors.

En allmän beskrivning av strömriktarstationens funktion med serie- kondensatorer införda i växelströmsanslutningarna mellan strömriktar- transformatorn och en strömriktare i sexpuls bryggkoppling ges i Iohn Reeve, Iohn A. Baron, and G. A. Hanley: A Technical Assessment of Artificial Commutation of HVDC Converters with Series Compensation (IEEE Trans. on Power Apparatus and Systems, Vol. PAS-87, Oct. 1968, page 1830-1840).A general description of the function of the converter station with series capacitors inserted in the AC connections between the converter transformer and a converter in six-pulse bridge connection is given in Iohn Reeve, Iohn A. Baron, and GA Hanley: A Technical Assessment of Artificial Commutation of HVDC Converters with Series Compensation IEEE Trans. On Power Apparatus and Systems, Vol. PAS-87, Oct. 1968, pages 1830-1840).

Det är således i många sammanhang ett önskemål att seriekompensera strömriktarstationer av ovan beskrivna slag.Thus, in many contexts it is a desire to series compensate converter stations of the type described above.

Seriekompenseringen av strömriktarstationen innebär emellertid att ventilernas kommuteringsspänning är beroende av såväl amplitud som fas I för den strömberoende spänningen över respektive seriekondensator. Vid seriekompensering kan således ventilernas kommuteringsspänning ej direkt härledas ur i växelspänningsnätet avkända spänningar på det sätt som är möjligt vid icke seriekompenserade strömriktarstationer och på vilken de ovan nämnda principerna för styrning av respektvinkeln och likriktarens tändspänningsvillkor bygger.However, the series compensation of the converter station means that the commutation voltage of the valves depends on both the amplitude and phase I of the current-dependent voltage across the respective series capacitor. Thus, in the case of series compensation, the commutation voltage of the valves cannot be directly derived from voltages sensed in the AC network in the manner possible at non-series compensated converter stations and on which the above-mentioned principles for controlling the respect angle and rectifier ignition voltage conditions are based.

För den seriekompenserade strömriktarstationens huvudkretsar kan på i och för sig känt sätt ström/spänningsekvationer ställas upp med styr- vinkeln ot (relaterad till växelspänningsnätets spänningar), likströmmen Id, ideala tomgångslikspänningen Udi0 och ventilens kommuteringsmarginal ym (vid växelriktardrift) som variabler. Ansätts i dessa ekvationer ett konstant förutvalt värde yp på ventilens kommuteringsmarginal låter sig styrvinkeln ot beräknas med likströmmen och ideala tomgångslik- spänningen som variabler.For the main circuits of the series-compensated converter station, current / voltage equations can be set up in a manner known per se with the control angle ot (related to the voltages of the AC network), the direct current Id, the ideal idle DC voltage Udi0 and the valve commutation margin ym (at inverter operation). If a constant preselected value yp is assumed in these equations on the valve's commutation margin, the control angle can be calculated with the direct current and the ideal idle DC voltage as variables.

Ström/ spänningsekvationerna blir emellertid vid seriekompenserade strömriktarstationer avsevärt mera komplicerade än vid icke serie- kompenserade och beräkningen kan ej utan vidare som i den amerikanska patentskriften US 4, 563, 732 ske så att ett styrvinkeln explicit löses ut ut ekvationerna. En beräkning av styrvinkeln utifrån dessa ekvationer måste 7 507 176 lämpligen utföras genom iteration, vilket ställer stora krav på beräknings- snabbhet och/ eller uppbåd av beräkningskapacitet.However, the current / voltage equations at series-compensated converter stations become considerably more complicated than at non-series-compensated ones, and the calculation cannot simply take place as in U.S. Pat. No. 4, 563, 732 so that a control angle is explicitly triggered by the equations. A calculation of the control angle based on these equations must suitably be performed by iteration, which places great demands on the calculation speed and / or the accumulation of calculation capacity.

Den i den ovan nämnda amerikanska patentskriften US 4, 563, 732 angivna styrningen av en växelriktare, där en beräkningskrets anordnas att utgående från huvudkretsarnas ström/spänningsekvationer explicit bilda en signal svarande mot önskad styrvinkel, blir därför vid en seriekompenserad strömriktare ofördelaktig.The control of an inverter stated in the above-mentioned American patent specification US 4, 563, 732, where a calculation circuit is arranged to explicitly form a signal corresponding to the desired control angle based on the current / voltage equations of the main circuits, will therefore be disadvantageous in a series-compensated converter.

En direkt mätning av respektvinkeln kompliceras avsevärt genom införandet av seriekompensering i det att en individuell mätning skulle krävas vid varje ventil, således en avsevärd komplikation och kostnad.A direct measurement of the respect angle is considerably complicated by the introduction of series compensation in that an individual measurement would be required at each valve, thus a considerable complication and cost.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ändamålet med uppfinningen är att åstadkomma ett förfarande av inledningsvis angivet slag, vilket tillåter en ur teknisk och ekonomisk synpunkt enkel och tillfredställande styrning av växelriktaren utan avkänning av över ventilerna uppträdande kommuteringsspänningar, samt en anordning för genomförande av förfarandet.DISCLOSURE OF THE INVENTION The object of the invention is to provide a method of initially stated type, which allows a technically simple and satisfactory control of the inverter without sensing commutation voltages occurring across the valves, and a device for carrying out the method.

Därigenom kan seriekompenseringens fördelar tillvaratas utan att den tekniskt komplicerade och kostsamma mätningen av respektvinkel individuellt över var och en av strömriktarbryggornas ventiler måste vidtas.Thereby, the advantages of series compensation can be utilized without the technically complicated and costly measurement of respect angle individually over each of the valves of the converter bridges having to be taken.

Vad som kännetecknar ett förfarande och en anordning enligt uppfinningen framgår av bifogade patentkrav.What characterizes a method and a device according to the invention is stated in the appended claims.

Fördelaktiga vidareutvecklingar av uppfinningen framgår av nedanstående beskrivning och patentkrav.Advantageous further developments of the invention appear from the following description and claims.

FIGURB ESKRIVNING Uppfinningen skall närmare förklaras genom beskrivning av utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritningar, i vilka figur 1 visar schematisk en anläggning för överföring av högspänd likström med seriekompenserade strömriktarstationer, 507 176 8 figur 2 visar en strömriktarbrygga ansluten via seriekondensatorer till ett trefas växelspänningsnät, figur 3 visar i blockschemaform delar av en styrutrustning för strömriktarstationerna enligt figur 1, vid en utföringsform av uppfinningen, figur 4 visar i blockschemaforrn ett utförande av en strömregulator för en styrutrustning enligt figur 3, och figur 5 visar i blockschemaform en begränsning av maximal styrvinkel vid växelriktardrift för en styrutrustning enligt figur 3, vid en utföringsform av uppfinningen.DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be explained in more detail by describing exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings, in which Figure 1 schematically shows a system for transmitting high voltage direct current with series-compensated converter stations, Figure 2 shows a converter bridge connected via series capacitors to three-phase switching capacitors. Figure 3 shows in block diagram form parts of a control equipment for the converter stations according to Figure 1, in an embodiment of the invention, Figure 4 shows in block diagram form an embodiment of a current regulator for a control equipment according to Figure 3, and Figure 5 shows in block diagram form a limitation of maximum control angle. for a control equipment according to figure 3, in an embodiment of the invention.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL Den följande beskrivningen avser såväl förfarandet som anordningen, varvid figurerna kan ses såväl som signalflödesschemor som blockschemor över anordningar. Uttrycken "beräkningsvärde" och "signal" används därför synonymt.DESCRIPTION OF EMBODIMENTS The following description relates to both the method and the device, the figures being seen as well as signal flow diagrams and block diagrams of devices. The terms "calculation value" and "signal" are therefore used synonymously.

Det förutsätts i det följande att styrvinkeln a, vinkeln då kommutering påbörjas, och respektvinkeln y, vinkeln då kommutering avslutas, relateras till respektive växelspänningsnäts spänningar på konventionellt sätt. Med kommuteringsmarginal ym avses respektvinkeln relaterad till kommu- teringspänningen över en ventil i en strömriktarbrygga. För en icke seriekompenserad strömriktarstation är alltså respektvinkeln y är lika med kommuteringsmarginalen ym medan för en seriekompenserad strömriktar- station respektvinkeln y i allmänhet avviker från kommuterings- marginalen ym och även kan anta värden minde än noll.It is assumed in the following that the control angle a, the angle when commutation is started, and the respect angle y, the angle when commutation ends, are related to the voltages of the respective AC network in a conventional manner. Commutation margin ym refers to the respect angle related to the commutation voltage across a valve in a converter bridge. Thus, for a non-series-converted converter station, the respect angle y is equal to the commutation margin ym, while for a series-compensated converter station, the respect angle y generally deviates from the commutation margin ym and can also assume values less than zero.

Figur 1 visar en anläggning för överföring av högspänd likström mellan två endast antydda trefasiga växelspänningsnät N1 och N2.Figure 1 shows a system for transmitting high-voltage direct current between two only indicated three-phase alternating voltage networks N1 and N2.

En strömriktare SRl är med sina växelspänningsuttag ansluten till nätet N1 via seriekondensatorer SCl och en transformator T1 och en strömriktare SR2 är med sina växelspänningsuttag ansluten till nätet N2 via seriekon- densatorer SC2 och en transformator T2. Var och en av transformatorerna 9 507 176 är utrustad med en lindningskopplare TC1, TC2 respektive, i figuren markerad med en pil. En likströmsförbindelse L1, L2 förbinder ström- riktarens SR1 likspänningsuttag med motsvarande likspänningsuttag på strömriktaren SR2. Likströmsförbindelsens impedanser markeras med Z1, Z2 respektive. Vidare är i figuren icke visade shuntfilter för generering av reaktiv effekt och filtrering av övertoner anslutna till respektive växel- spänningsnät.A converter SR1 is connected with its AC sockets to the mains N1 via series capacitors SC1 and a transformer T1 and a converter SR2 is with its AC sockets connected to the mains N2 via series capacitors SC2 and a transformer T2. Each of the transformers 9 507 176 is equipped with a winding coupler TC1, TC2 and, respectively, in the figure marked with an arrow. A direct current connection L1, L2 connects the DC socket of the converter SR1 to the corresponding DC socket on the converter SR2. The impedances of the DC connection are marked with Z1, Z2 and. Furthermore, shunt filters not shown in the figure for generating reactive power and filtering harmonics are connected to the respective AC mains.

För beskrivningen av utföringsexemplet antas att strömriktaren SR1 arbetar som likriktare och strömriktaren SR2 arbetar som växelriktare, men båda strömriktarna är på känt sätt anordnade att kunna arbeta såväl som lik- som växelriktare.For the description of the exemplary embodiment, it is assumed that the converter SR1 operates as a rectifier and the converter SR2 operates as an inverter, but both inverters are arranged in a known manner to be able to operate as well as inverters.

Strömriktarna kan på känt sätt vara utförda som två seriekopplade 6- pulsbryggor för att bilda en IZ-pulskoppling, varvid tranformatorerna var och en innefattar två sekundärlindningar med en inbördes fasförskjutning på 30°, exempelvis en sekundärlindning i Y-koppling och en sekundär- lindning i A-koppling. Figur 2 visar en sex-pulsbrygga, innefattande sex sinsemellan lika ventiler V1 - V6, i figuren visade som tyristorer, på växelspänningssidan via seriekondensatorer SC1R, SCIS, SCIT anslutna till ett trefasnät innefattande tre spänningsgeneratorer GR, GS, GT i seriæ koppling med tre induktorer LR, LS, LT respektive, vilket nät utgör en ekvivalent krets för ovan nämnda transformator, shuntfilter och växelspänningsnät.The converters can be designed in a known manner as two series-connected 6-pulse bridges to form an IZ pulse coupling, the transformers each comprising two secondary windings with a mutual phase shift of 30 °, for example a secondary winding in Y-coupling and a secondary winding in A-coupling. Figure 2 shows a six-pulse bridge, comprising six mutually equal valves V1 - V6, shown in the figure as thyristors, on the alternating voltage side via series capacitors SC1R, SCIS, SCIT connected to a three-phase network comprising three voltage generators GR, GS, GT in series with three inductors LR, LS, LT, respectively, which network constitutes an equivalent circuit for the above-mentioned transformer, shunt filter and alternating voltage network.

Vid exempelvis kornmutering från ventilen V1 till ventilen V3 är kommuteringsspänningen UKV = US - UCS - UR + UCR.For example, in the case of a grain mutation from the valve V1 to the valve V3, the commutation voltage is UKV = US - UCS - UR + UCR.

Likspänningen över sex-pulsbryggan betecknas med Udb och för det fall strömriktaren innefattar två seriekopplade sex-pulsbryggor blir strömriktarens likspänning, betecknad med Ud, lika med två gånger Udb.The DC voltage across the six-pulse bridge is denoted by Udb and in the event that the converter comprises two series-connected six-pulse bridges, the DC voltage of the converter, denoted Ud, becomes equal to twice Udb.

Vardera strömriktaren är utrustad med en styrutrustning CEl, CE2 respektive (figur 1). Var och en av styrutrustningarna innefattar en styrvinkelenhet CAC för bildandet av ett beordrat värde på styrvinkeln a, vilken styrvinkelenhet nedan skall närmare beskrivas, på i och för sig känt sätt utformade enheter CFC för bestämning av respektive ventils tändögonblick i beroende av beordrat värde på styrvinkeln a, och CPG för alstring av styrpulser CP1 och CP2 respektive till de i strömriktarna 507 176 *O ingående ventilerna vid tändögonblicket. Från en effektstyrenhet POC päföres styrvinkelenheten CAC ett på i och för sig känt sätt bildat ledvärde för aktiv effekt. Styrvinkelenheten kan också påföras andra ledvärden från i figuren icke visade överordnade styrsystem, exempelvis för styrning av reaktivt effektutbyte med växelspänningsnäten.Each inverter is equipped with a control equipment CE1, CE2 and (figure 1). Each of the control equipments comprises a control angle unit CAC for forming an ordered value of the control angle a, which control angle unit will be described in more detail below, in per se known manner CFC units for determining the respective instantaneous ignition moment depending on the ordered value of the control angle a , and CPG for generating control pulses CP1 and CP2 respectively to the valves included in the inverters 507 176 * 0 at the moment of ignition. From a power control unit POC, the control angle unit CAC is applied to a joint value for active power formed in a manner known per se. The control angle unit can also be applied to other joint values from superior control systems not shown in the figure, for example for controlling reactive power exchange with the AC voltage networks.

Likspänningen Udl vid likriktaren och likspänningen Ud2 vid växel- riktaren mäts medelst spänningsmätdon UM1, UM2 respektive, vilka avger mätvärdena UDI och UD2 respektive. Strömmen Id genom likströmsför- bindelsen mäts medelst strömmätdon IM1, IM2 respektive, vilka avger mätvärdena ID1 och ID2 respektive. Växelspänningsnätens spänningar Uni respektive Un2 mäts medelst spänningsmätdon UMN1 och UMN2 respektive, vilka avger mätvärdena UNI och UN2 respektive.The DC voltage Ud1 at the rectifier and the DC voltage Ud2 at the inverter are measured by means of voltage measuring devices UM1, UM2 respectively, which emit the measured values UDI and UD2 respectively. The current Id through the direct current connection is measured by means of current measuring devices IM1, IM2, respectively, which emit the measured values ID1 and ID2, respectively. The voltages Uni and Un2 of the AC mains are measured by means of voltage measuring devices UMN1 and UMN2, respectively, which emit the measured values UNI and UN2 respectively.

Srömriktarnas styrutrustningar påföres de ovan nämnda mätvärdena på anläggningens driftparametrar, det vill säga likriktarens styrutrustning påföres mätvärden för växelspänningsnätets spänning, för likspänningen vid likriktaren och likströmmen i likströmsförbindelsen och växelriktarens styrutrustning påföres motsvarande mätvärden avseende växelriktaren.The control equipment of the converters is applied to the above-mentioned measured values on the operating parameters of the system, ie the rectifier's control equipment is applied to measured values for the AC mains voltage, for the DC voltage at the rectifier and the DC in the DC connection and the inverter converter control corresponding to the AC.

Dessutom påföres styrutrustningarna på ett i figuren inte visat men i och för sig känt sätt insignaler med information om lindningskopplarnas läge och en effektriktningssignal RECT/ INV, vilken effektriktningssignal indikerar likriktardrift och växelriktardrift respektive, och bestäms i beroende av av anläggningens operatör begärd effektriktning.In addition, the control equipments are applied in a manner not shown in the figure but known per se with input information with information about the position of the winding switches and a power direction signal RECT / INV, which power direction signal indicates rectifier operation and inverter operation respectively, and is determined depending on the plant operator's requested power direction.

I beroende av styrutrustningarna påförda mätvärden och insignaler alstrar likriktarens och växelriktarens styrutrustningar styrpulser CP1, CP2 respektive, för strömriktarnas ventiler och påför dessa på respektive ventil.Depending on the measured values and input signals applied to the control equipment, the control equipment of the rectifier and the inverter generates control pulses CP1, CP2 and, respectively, for the valves of the converters and applies these to the respective valve.

De båda styrutrustningarna står på i och för sig känt sätt i förbindelse med varandra via en telelänk TL för dubbelriktad överföring av information om strömriktarnas driftparametrar.The two control equipments are connected to each other in a manner known per se via a telecommunications link TL for bidirectional transmission of information about the operating parameters of the converters.

I respektive styrutrustning kan också innefattas en i figurerna icke visad, på i och för sig känt sätt utformad lindningskopplarstyrenhet för alstring av ÖKA/MINSKA-impulser för lindningskopplarna, vilka impulser påföres lindningskopplarnas manöverutrustning. ll 507 176 Figur 3 visar delar av en styrutrustning för strömriktarstationerna enligt figur 1, vid en utföringsform av uppfinningen. Styrutrustningarna utförs vanligen lika för såväl lik- som växelriktare varför i figur 3 och i den följande figur 4 index 1 respektive 2 för indikering av storheter avseende lik- respektive växelriktare ej anges.The respective control equipment may also include a winding switch control unit, not shown in the figures, designed in a manner known per se, for generating INCREASE / DECREASE pulses for the winding switches, which pulses are applied to the control equipment of the winding switches. Figure 3 shows parts of a control equipment for the converter stations according to Figure 1, in an embodiment of the invention. The control equipment is usually designed equally for both rectifiers and inverters, which is why in figure 3 and in the following figure 4 indices 1 and 2, respectively, for indicating quantities regarding rectifiers and inverters are not specified.

Effektstyrenheten POC innefattar en beräkningsenhet IOCAL för beräkning av en strömorder IO såsom kvoten mellan en effektorder PO för Överförd aktiv effekt i likströmsförbindelsen och ett mätvärde UD1 på likspänningen Udl vid likriktaren. Strömordern påföres ett första begränsningsorgan 1 för begränsning av strömordern i beroende av det nämnda begränsningsorgan påförda mätvärdet UD1 på likspänningen Ud1. Utsignalen IOL från begränsningsorganet 1 påföres därefter en i styrvinkelenheten CAC innefattad strömregulator CC såsom ledvärde för denna regulator.The power control unit POC comprises a calculation unit IOCAL for calculating a current order IO as the ratio between a power order PO for transmitted active power in the direct current connection and a measured value UD1 on the direct voltage Udl at the rectifier. The current order is applied to a first limiting means 1 for limiting the current order in the measured value UD1 applied to the direct voltage Ud1 in dependence on the said limiting means. The output signal IOL from the limiting means 1 is then applied to a current regulator CC included in the control angle unit CAC as a guide value for this regulator.

Strömregulatorns utsignal AO begränsas till sitt minimala och maximala sitt värde i ett begränsningsorgan 2 medelst en begränsningssignal AMINL respektive en begränsningssignal AMAXL, vilka begränsningssignaler båda är påverkbara. Utsignalen AOL från begränsningsorganet 2, som alltså är beordrat värde på styrvinkeln a, påföres enheten CFC för bestämning av respektive ventils tändögonblick.The output signal AO of the current regulator AO is limited to its minimum and maximum value in a limiting means 2 by means of a limiting signal AMINL and a limiting signal AMAXL, respectively, which limiting signals are both controllable. The output signal AOL from the limiting means 2, which is thus the ordered value of the control angle α, is applied to the unit CFC for determining the ignition moment of the respective valve.

Figur 4 visar ett utförande av strömregulatorn CC av likartat slag som i den i den ovan nämnda amerikanska patentskriften US 4, 563, 732 beskrivna. En första summator 3 bildar som utsignal differensen mellan ledvärdet IOL för likströmmen Id och det uppmätta värdet ID på denna ström. Differensen påföres dels ett proportionalförstärkande organ 4 med en förstärkning GP och dels en andra summator 5. Summatorn 5 påföres också en förutvald strömmarginal IOM mellan lik- och växelriktare, och bildar alltså som utsignal differensen mellan strömmarginalen och utsignalen från den första summatorn 3. Utsignalen från summatorn 5 påföres ett integrerande organ 6 med integrationstidkonstanten 1 /GI. Det integrerande organet innefattar ett begränsningsorgan 7 vilket begränsar utsignalen från det integrerande organet till sitt maximala och till sitt minimala värde i beroende av begränsningssignalerna AMAXL och AMINL respektive.Figure 4 shows an embodiment of the current regulator CC of a similar type as in that described in the above-mentioned American patent specification US 4, 563, 732. A first summator 3 forms as an output signal the difference between the lead value IOL for the direct current Id and the measured value ID of this current. The difference is applied partly to a proportional amplifying means 4 with a gain GP and partly to a second summator 5. The summator 5 is also applied to a preselected current margin IOM between inverters and inverters, and thus forms as an output the difference between the current margin and the output signal from the first summator 3. the integrator 5 is applied to an integrating member 6 with the integration time constant 1 / GI. The integrating means comprises a limiting means 7 which limits the output signal from the integrating means to its maximum and to its minimum value in dependence on the limiting signals AMAXL and AMINL respectively.

Utsignalerna från det proportionalförstärkande organet 4 och från det integrerande organet, begränsad av begränsningsorganet 7, påföres en tredje summator 8, vilken som utsignal bildar strömregulatorns utsignal AO 507 176 12 såsom differensen mellan utsignalen från det integrerande organet och utsignalen från det proportionalförstärkande organet.The outputs from the proportional amplifying means 4 and from the integrating means, limited by the limiting means 7, are applied to a third summator 8, which as an output signal forms the output signal AO 507 176 12 of the current regulator as the difference between the output signal from the integrating means and the output signal from the proportional amplifying means.

Strömordrarna och strömmarginalerna för lik- och växelriktare synkroniseras via telelänken TL.The current orders and current margins for rectifiers and inverters are synchronized via the telephone link TL.

Strömmarginalen IOM är vanligen lika med noll för likriktaren och sätts för växelriktaren till ett värde skilt från noll och med sådant tecken att växelriktarens styrutrustning strävar att minska den av likriktaren styrda likströmmen. Vid stationär växelriktardrift utgörs alltså insignalen till det integrerande organet 6 av strömmarginalen, vilket medför att dess utsignal kommer att anta sitt maximala värde begränsat av begränsningssignalen AMAXL. Utsignalen från det proportionalförstärkande organet 4 är i jämviktstillstånd lika med noll eller nära noll, varför växelriktarens beordrade värde på styrvinkeln ot bestäms av nämnda begränsningsignal.The current margin IOM is usually equal to zero for the rectifier and is set for the inverter to a value other than zero and with such a sign that the inverter's control equipment strives to reduce the direct current controlled by the rectifier. In stationary inverter operation, the input signal to the integrating means 6 thus constitutes the current margin, which means that its output signal will assume its maximum value limited by the limiting signal AMAXL. The output signal from the proportional amplifying means 4 is in equilibrium state equal to zero or close to zero, so that the ordered value of the inverter on the control angle ot is determined by said limiting signal.

Figur 5 visar hur begränsningssignalen AMAXL bildas vid fördelaktig utföringsform av uppfinningen. En beräkningsenhet ALCAL bildar en utsignal AMARG såsom ett beräknat värde på styrvinkeln enligt ett visst samband M, av vilket några utförandeformer nedan skall närmare beskrivas. Utsignalen AMARG påföres ett begränsningsorgan 10, vilket medelst begränsningssignaler AMAX och AMIN respektive begränsar utsignalen AMARG till sitt maximala och minimala värde. Utsignalen från begränsningsorganet 10 utgör begränsningssignalen AMAXL, som påföres det i strömregulatorns integrerande organ innefattade begränsningsorganet 7 och styrvinkelenhetens CAC begränsningsorgan 2.Figure 5 shows how the limiting signal AMAXL is formed in an advantageous embodiment of the invention. A calculation unit ALCAL forms an output signal AMARG as a calculated value of the control angle according to a certain relation M, of which some embodiments will be described in more detail below. The output signal AMARG is applied to a limiting means 10, which by means of limiting signals AMAX and AMIN respectively limits the output signal AMARG to its maximum and minimum value. The output signal from the limiting means 10 constitutes the limiting signal AMAXL, which is applied to the limiting means 7 included in the integrating means of the current regulator and the limiting means 2 of the control angle unit CAC.

För den seriekompenserade strömriktarstationens huvudkretsar i växelriktardrift kan på i och för sig känt sätt ström/ spänningsekvationer ställas upp med styrvinkeln a (relaterad till växelspänningsnätets spänningar), likströmmen Id2, ideala tomgångslikspänningen Udi02 och ventilens kommuteringsmarginal ym som variabler. Ansätts i dessa ekvationer ett konstant förutvalt värde VP på ventilens kommuterings- marginal låter sig styrvinkeln ot beräknas, lämpligen iterativt, med likströmmen och ideala tomgångslikspänningen som variabler. Formellt kan detta uttryckas som att styrvinkeln är en funktion FO av likströmmen Id2 och ideala tomgångslikspänningen Udi02 vid en kommuterings- marginal för ventilerna lika med ett förutvalt värde yp, ot = F0(Id2, Udi02, Ypl- 13 m c: -1 -à ~\1 J\ Ett spänningsvärde UDI02 bildas på i och för sig känt sätt såsom utsignal från en likriktare 11, vilken likriktar mätvärdet UN2 på växelspänningsnätets spänning Un med hänsyn tagen till transformatorns aktuella omsättning.For the main circuits of the series-compensated converter station in inverter operation, current / voltage equations can be set up in a manner known per se with the control angle α (related to the voltages of the AC network), the direct current Id2, the ideal idle DC voltage Udi02 and the valve commutation margin ym. If a constant preselected value is assumed in these equations VP on the valve's commutation margin, the control angle can be calculated, suitably iteratively, with the direct current and the ideal idle direct voltage as variables. Formally, this can be expressed as the control angle is a function FO of the direct current Id2 and the ideal idle direct voltage Udi02 at a commutation margin for the valves equal to a preselected value yp, ot = F0 (Id2, Udi02, Ypl- 13 mc: -1 -à ~ A voltage value UDI02 is formed in a manner known per se as an output signal from a rectifier 11, which rectifies the measured value UN2 of the voltage Un of the alternating voltage network, taking into account the current turnover of the transformer.

Genom att påföra beräkningsenheten ALCAL ett mätvärde ID2 på fortlöpande avkända värden på likströmmen Id2 och spänningsvärdet _ UDI02 på växelriktarens ideala tomgångslikspänning, bildade i beroende av fortlöpande avkända spänningsvärden i växelspänningsnätet N2, samt i beräkningsenheten innefatta beräkningsorgan anordnade att fortlöpande beräkna styrvinkeln enligt ett samband M0, enligt vilket styrvinkeln är den ovan nämnda funktionenFO, samt att påföra växelriktarens respektive ventiler detta beräknade värde på styrvinkeln, åstadkommes alltså att växelriktarbryggomas ventiler kommer att arbeta med en konstant kommuteringsmarginal lika med det förvalda värdet yp för varierande värden på likström och ideal tomgångslikspänning, utan att de aktuella kommuteringsspänningarna över respektive ventiler är kända.By applying to the calculation unit ALCAL a measured value ID2 of continuously sensed values of the direct current Id2 and the voltage value _ UDI02 of the inverter ideal ideal DC voltage, formed in dependence on continuously sensed voltage values in the alternating voltage network N2, and of the calculated calculation means. according to which the control angle is the above-mentioned function FO, and to apply this calculated value to the control angle of the inverter and valves, respectively, it is achieved that the valves of the inverter bridges will operate with a constant commutation margin equal to the preselected value yp for varying direct current and ideal idle voltages. the current commutation voltages across the respective valves are known.

Ett studium av representativa anläggningar har visat att en tillfredställande kommuteringsmarginal vid seriekompenserade strömriktarstationer kan åstadkommas över stora intervall i ström och spänning även då utsignalen från beräkningsenheten bildas såsom ett beräknat uttryck enligt ett samband som approximativt efterliknar det ovan beskrivna sambandet M0. Därvid kan förenklade funktioner för den beordrade styrvinkelns beroende av likström och ideal tomgångslikspänning vid konstant kommuteringsmarginal ansättas, vilket medför att de i beräkningsenheten innefattade beräkningsorganen kan utföras enklare och genomföra beräkningen snabbare.A study of representative plants has shown that a satisfactory commutation margin at series-compensated converter stations can be achieved over large intervals in current and voltage even when the output signal from the calculation unit is formed as a calculated expression according to a relationship that approximately mimics the relationship M0 described above. In this case, simplified functions for the ordered control angle 'dependence on direct current and ideal idle DC voltage at a constant commutation margin can be employed, which means that the calculation means included in the calculation unit can be performed more easily and perform the calculation faster.

Genom lämpligt val av seriekondensatorer kan ventilernas kommu- teringsmarginal bringas att variera med endast enstaka grader över stora intervall i likströmmen även då växelriktaren styrs med konstant styrvinkel, det vill säga beräkningsenheten beräknar styrvinkeln enligt ett samband M1 enligt vilken styrvinkeln är en funktion M1 = konstant = A1. I allmänhet leder emellertid detta sätt att styra växelriktaren till att ventilernas kommuteringsmarginal ökar med ökande ström. För att förbättra växelriktarens förmåga att motverka överströmmar, särskilt då i de fall likströmsförbindelsen innefattar en lång kabel, har det visat sig 507 176 14 fördelaktigt att styra växelriktaren med en styrvinkel som ökar med ökande likström, åtminstone för strömmar större än 1 per unit. En studie av en viss anläggning visade att styrning med konstant styrvinkel, i detta fall ot = 163°, gav en variation av kommuteringsmarginalen på endast 2 à 3° över ett intervall i likström från 0 till 1 per unit, vid konstant tomgångslikspänning svarande mot 1.0 per unit. Vid strömmar överstigande 1 per unit tillväxte kommuteringsmarginalen för att vid en likström på 2 per unit ha ökat till ca 11° över sitt lägsta värde.By suitable selection of series capacitors, the commutation margin of the valves can be made to vary by only single degrees over large intervals in the direct current even when the inverter is controlled with a constant control angle, i.e. the calculation unit calculates the control angle according to a relationship M1 according to which the control angle is a function M1 = constant = A1. In general, however, this way of controlling the inverter causes the commutation margin of the valves to increase with increasing current. To improve the inverter's ability to counteract overcurrents, especially when the DC connection includes a long cable, it has been found advantageous to control the inverter with a control angle which increases with increasing direct current, at least for currents greater than 1 per unit. A study of a certain plant showed that control with a constant control angle, in this case ot = 163 °, gave a variation of the commutation margin of only 2 to 3 ° over a range in direct current from 0 to 1 per unit, at constant idle DC voltage corresponding to 1.0 per unit. At currents exceeding 1 per unit, the commutation margin increased so that at a direct current of 2 per unit it had increased to about 11 ° above its lowest value.

Styrning med en strömberoende styrvinkel, det vill säga beräkningsenheten anordnad att beräkna styrvinkeln enligt en funktion u = M2(Id2) = A2 + B2=+Id2, där Id2 är likströmmen i per unit, gav som resultet att kommu- teringsmarginalen, vid likströmmen 2 per unit och ideala tomgångslik- spänningen 1 per unit, vid en styrvinkel beräknad enligt nämnda uttryck ökade med endast ca 5° över sitt lägsta värde. I dett fall valdes funktionen M2 = 157° + 5.5 * Id2, och det sålunda beräknade värdet begränsades mellan ett maximalt värde på 168° och ett minimalt värde på 163°, det vill säga AMAX och AMIN enligt figur 5 sätts lika med 168° och 163° respektive. För strömmar överstigande 1 per unit ökade alltså styrvinkeln från ett minimalt värde på 163° till ett maximalt värde på 168° vid likströmmen Id2 = 2 per unit.Control with a current-dependent control angle, i.e. the calculation unit arranged to calculate the control angle according to a function u = M2 (Id2) = A2 + B2 = + Id2, where Id2 is the direct current in per unit, gave as a result that the commutation margin, at direct current 2 per unit and the ideal idle DC voltage 1 per unit, at a control angle calculated according to the said expression increased by only about 5 ° above its lowest value. In this case, the function M2 = 157 ° + 5.5 * Id2 was selected, and the value thus calculated was limited between a maximum value of 168 ° and a minimum value of 163 °, i.e. AMAX and AMIN according to Figure 5 are set equal to 168 ° and 163 ° respectively. For currents exceeding 1 per unit, the control angle thus increased from a minimum value of 163 ° to a maximum value of 168 ° at direct current Id2 = 2 per unit.

Vid ett betraktande av spänningsberoendet hos ventilernas kommuterings- marginal visar det sig emellertid att med styrvinkeln beräknad enligt en funktion M2 enligt ovan kommuteringsmarginalen vid höga strömmar minskar något med ökande spänning, typiskt av storleksordningen 5° då spänningen ökar från 1 per unit till 1.3 per unit vid Id2 = 2 per unit.However, when looking at the voltage dependence of the commutation margin of the valves, it turns out that with the control angle calculated according to a function M2 according to the above commutation margin at high currents decreases somewhat with increasing voltage, typically of the order of 5 ° when the voltage increases from 1 per unit to 1.3 per unit at Id2 = 2 per unit.

Styrning med en ström- och spänningsberoende styrvinkel, det vill säga beräkningsenheten anordnad att beräkna styrvinkeln enligt en funktion a = M3(Id2, Udi02) = A3 + B3*Id2/Udi02, där Udi02 är den ideala tomgångslik- spänningen i per unit, åstadkoms en ytterligare förbättring av kommu- teringsmarginalens beroende av strömriktarstationens ström och spänning.Control with a current and voltage-dependent control angle, i.e. the calculation unit arranged to calculate the control angle according to a function a = M3 (Id2, Udi02) = A3 + B3 * Id2 / Udi02, where Udi02 is the ideal idle DC voltage in per unit, is achieved a further improvement of the dependence of the commutation margin on the current and voltage of the converter station.

Resultatet blev att kommuteringsmarginalen ökade med endast ca 3° från sitt lägsta värde, då likströmmen, vid ideala tomgångslikspänningen 1 per unit, ökade från 1 per unit till 2 per unit, och minskade med 2 á 3° då ideala tomgångslikspänningen, vid likströmmen 2 per unit, ökade från 1 per unit till 1.5 per unit. 15 5 t. 7 1 7 6 I detta fall valdes funktionen M3 = 158° + 5 -t Id2/Udi02 och begränsnings- värdena AMAX och AMIN till 168° och 160° respektive. Härvid åstadkoms en ytterligare förbättring av kommuteringsmarginalens beroende av strömriktarstationens ström och spänning. Vid Udi02 = 1 per unit ökade kommuteringsmarginalen med endast ca 3° från sitt lägsta värde då likströmmen Id2 vid Udi02 lika med 1 per unit ökade till 2 per unit medan den vid strömmen lika med 2 per unit vid en spänningsvariation från Udi02 = 1.0 till Udi02 = 1.5 minskade med ca 2 à 3°.The result was that the commutation margin increased by only about 3 ° from its lowest value, when the direct current, at the ideal idle DC voltage 1 per unit, increased from 1 per unit to 2 per unit, and decreased by 2 to 3 ° when the ideal idle DC voltage, at DC 2 per unit, increased from 1 per unit to 1.5 per unit. 15 5 h. 7 1 7 6 In this case, the function M3 = 158 ° + 5 -t Id2 / Udi02 and the limit values AMAX and AMIN were selected to 168 ° and 160 ° respectively. This further improves the dependence of the commutation margin on the current and voltage of the converter station. At Udi02 = 1 per unit, the commutation margin increased by only about 3 ° from its lowest value when the direct current Id2 at Udi02 equal to 1 per unit increased to 2 per unit while at the current equal to 2 per unit at a voltage variation from Udi02 = 1.0 to Udi02 = 1.5 decreased by about 2 to 3 °.

Dä beräkningsenheten ALCAL är anordnad beräkna styrvinkeln enligt någon av de ovan nämnda funktionera M0 och M3 påföres den således fortlöpande mätvärdet ID2 på likströmmen Id2 och spänningsvärdet UDI02 på den ideala tomgångslikspänningen Udi02 och beräknar ett värde på styrvinkeln i beroende av dessa mätvärden och ett förvalt värde 'yp på kommuteringsmarginalen. Då beräkningsenheten är anordnad att beräkna styrvinkeln enligt den ovan nämnda funktionen M2 är det givetvis tillräckligt att den påföres mätvärdet ID2 och då den är anordnad att beräkna styrvinkeln enligt den ovan nämnda funktionen M1 arbetar den oberoende av avkända driftparametrar i strömriktarstationen.When the calculation unit ALCAL is arranged to calculate the control angle according to one of the above-mentioned functions M0 and M3, the thus continuous measured value ID2 is applied to the direct current Id2 and the voltage value UDI02 to the ideal idle DC voltage Udi02 and calculates a value of the control angle. yp on the commutation margin. When the calculation unit is arranged to calculate the control angle according to the above-mentioned function M2, it is of course sufficient that it is applied to the measured value ID2 and when it is arranged to calculate the control angle according to the above-mentioned function M1 it operates independently of sensed operating parameters in the converter station.

De i blockschemorna visade begränsningsorganen, beräkningsenheterna och funktionsbildande organen kan i tillämpliga delar utföras som en modell innefattande analoga och/ eller digitala medel för modelleringen eller helt eller delvis utföras som beräkningar medelst analog och /eller digital teknik i fasta kopplade kretsar eller implementerade som program i en mikroprocessor.The limiting means, calculation units and function-forming means shown in the block diagrams can in applicable parts be performed as a model comprising analog and / or digital means for the modeling or be performed in whole or in part as calculations by analog and / or digital technology in fixed coupled circuits or implemented as programs in a microprocessor.

För det fall önskemål skulle finnas att driva anläggningen med olika kommuteringsmarginal under olika driftbetingelser kan givetvis den förvalda kommuteringsmarginalen yp ingå som en parameter i de i beräkningsenheten anordnade beräkningsorganen och önskat värde påföras beräkningsenheten som ett av operatören påverkbart värde.In the event that there is a desire to operate the plant with different commutation margins under different operating conditions, the preselected commutation margin yp can of course be included as a parameter in the calculation means arranged in the calculation unit and the desired value is applied to the calculation unit as a value controllable by the operator.

Ehuru figurena 1-2 visar seriekondensatorer anslutna vid strömriktar- bryggorna omfattar uppfinningen även de fall där strömriktarbryggorna är anslutna till transformatorer och seriekondensatorerna är anslutna mellan transformatorer och nät. 507 176 16 Ehuru det är fördelaktigt att använda likström och ideal tomgångslik- spänning som variabler i funktionen FO kan även motsvarande växelströmsstorheter vid respektive strömriktarstationer användas eftersom mellan lik- och växelström respektive mellan ideal tomgångslikspänning och växelspänningsnätets spänning, med hänsyn tagen till transformatoromsättning och lindningskopplarläge, råder i och för sig kända konstanta förhållanden. I dessa fall kan beräkningsenheten givetvis påföras avkända värden på de nämnda växelströmsstorheterna.Although Figures 1-2 show series capacitors connected to the converter bridges, the invention also covers the cases where the converter bridges are connected to transformers and the series capacitors are connected between transformers and mains. 507 176 16 Although it is advantageous to use direct current and ideal idle DC voltage as variables in the function FO, corresponding AC quantities at respective inverter stations can also be used because between DC and AC power and between ideal idle DC voltage and AC voltage, taking into account transformer voltage, prevailing per se known constant conditions. In these cases, the calculation unit can of course be applied to sensed values of the mentioned alternating current quantities.

Claims

17 507 176 PATENT REQUIREMENTS

A method for controlling in inverter operation a series-compensated converter station included in a system for transmitting high-voltage direct current, which converter station comprises a converter (SR2) controlled by a control equipment (CEZ), connected to a three-phase AC network (NZ), the control equipment generating an ordered value (AOL) of a control angle (oz) for valves included in the converter (V1-V6) depending on a controllable limitation signal (AMAXL), characterized by a calculation value (AMARG) of a control angle (a) for the converter is continuously calculated according to a predetermined relationship (M0, M1, M2, M3), which at least approximately mimics a relationship according to which the control angle, at a commutation margin (ym) for the valves equal to a preselected value (yp), is a function (FO ) of a current (Id2) and of a voltage (Un2) in the current rectifier station, and that the limiting signal is formed in dependence on said calculation value of the control angle.

Method according to Claim 1, characterized in that the calculation value of the control angle is calculated according to a predetermined relationship (M1) according to which the control angle is a constant value (A1).

Method according to claim 1, characterized in that the calculation value of the control angle is calculated in dependence on a current (Id2) continuously sensed in the converter station, according to a predetermined relationship (M2) according to which the control angle is a linear function of said current.

Method according to claim 3, characterized in that the calculation value of the control angle is calculated in dependence also on a voltage (Un2) continuously sensed in the converter station, according to a predetermined relationship (M3) according to which the control angle is a linear function of a ratio between said current (Id2) and said voltage.

Method according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the calculation value of the control angle is limited to not exceeding a maximum value (AMAX) and not less than a minimum value (AMIN).

Device for controlling in inverter operation a series-compensated converter station included in a system for the transmission of high-voltage direct current, which converter station comprises a converter controlled by a control equipment (CE2) 507 176 18, connected to a three-phase AC network (N2) , the control equipment comprising a control angle unit (CAC) for generating an ordered value (AOL) of a control angle (a) for valves included in the converter (V1-V6) depending on a controllable limitation signal (AMAXL), characterized in that the control equipment comprises a calculation unit (ALCAL) which continuously calculates a value (AMARG) of the control angle (u) of the converter according to a predetermined relationship (M0, M1, M2, M3), which at least approximately mimics a relationship according to which the control angle, at a commutation margin (ym) for the valves equal to a preselected value (yp), is a function (FO) of a current (Id2) and of a voltage (Un2) in the converter station, and that the limiting signal is formed in dependence on said calculated value of the control angle.

Device according to Claim 6, characterized in that the calculation unit calculates the control angle according to a predetermined relationship (M1) according to which the control angle is a constant value (A1).

8.; Device according to claim 6, characterized in that a measured value (ID2) of a current (Id2) continuously sensed in the converter station is applied to the calculation unit, which calculates the control angle according to a predetermined relationship (M2) according to which the control angle is a linear function of said measured value.

Device according to claim 8, characterized in that a voltage value (UDI02) formed in dependence on a measured value (UN2) of a voltage (Un2) continuously sensed in the converter station is applied to the calculation unit, which calculates the control angle according to a predetermined relationship (M3) according to which control angle is a linear function of a ratio between said measured value of a current continuously sensed in the converter station and said voltage value.

Device according to any one of claims 6-9, characterized in that the control equipment comprises a limiting means (10), which limits the calculated value of the control angle to not exceed a maximum value (AMAX) and not less than a minimum value (AMIN). .