SE521136C2 - Förfarande för ombyggnad av en anläggning för överföring av elektrisk effekt med hjälp av dubbelriktat styrda tyristorer, samt sådan anläggning - Google Patents

Description

25 30 35 521 136 2 Stundom finns ett intresse av att bygga om en så kallad två- terminal-HVDC-linje, dvs en ovan definierad anläggning med elektrisk effekt till likspänningsnätet respektive uttagning av elektrisk effekt två stationer för inmatning av från likspänningsnätet vid stationerna. Därvid kan det fin- nas önskemål om att ansluta en tredje station till likspän- ningsnätet, exempelvis vid uppbyggande av en ny sådan sta- tion på en ö för att ombesörja energiförsörjningen där, varvid man då önskar ha full frihet att mata effekt över likspänningsnätet mellan de olika stationerna i godtycklig, önskad riktning. Tyristorerna och därmed ventilerna hos ti- digare kända sådana två-terminal-anläggningar av denna typ kan endast leda ström i en riktning, varför ett bytande av riktningen hos överföringen av effekt mellan de båda statio- nerna då görs genom att byta spänningspolaritet hos likspän- ningsnätet. Det är emellertid inte möjligt att lägga till en konventionell station till en sådan anläggning och. uppnå då be- då strömriktningen full valfrihet vad gäller effektmatningsriktningarna, roende på anordnandet av denna ventil, låses till att alltid ge en viss effektmatningsriktning i förhållande till de andra stationernas effektmatningsrikt- ning. Är dess ventil således vänd àt samma håll som ventilen hos en 'viss av stationerna, då kommer effekten från den tillkommande stationen alltid att matas åt samma håll som hos den förstnämnda stationen. Således krävs en betydligt mera omfattande ombyggnad av en befintlig anläggning med två stationer, vilken blir mycket svår att genomföra och ytterst kostsam, då en del befintlig utrustning måste bytas ut, samt att nya ledningar och ställverk, såväl làgspända som hög- spända, måste läggas till för att göra ventilen omkopplings- bar och därigenom nöjliggöra Valbar strömriktning. Därvid krävs även en betydande modifiering av befintliga kontroll- utrustningar i samtliga stationer, vilket genererar höga kostnader. Därtill måste de redan existerande ventilhallarna byggas om på grund av de ökade isolationsavstànd som krävs i 10 15 20 25 30 35 521 136 3 och kring de olika ventilerna, liksom att de mycket dyra transformatorerna byggs om eller byts ut.

I fig 1 illustreras hur en sådan ombyggnad skulle kunna ske vid en tidigare känd anläggning, varvid 1 betecknar ett likspänningsnät för högspänd likström, vilket här är uni- polärt, men lika gärna skulle kunna vara bipolärt med en återledning, varvid då på känt sätt två antiparallellt kopp- lade ventiler per station skulle vara anordnade och anslutna till varsin pollina. Här är visat hur till likspänningsnätet varvid dessa stationer är tre stationer 2, 3, 4 är anslutna, sammanfattade med tecknet för en ventil 5, 6 resp 7. Varje och till varje station. är ett växelspänningsnät 8 anslutet via en sådan ventil består av nätkommuterade tyristorer, transformator 9, varvid i förenklande syfte detta endast vi- sats för stationen 2. Genom att förse stationerna 3 och 4 med ställverk med brytare 10-17 kan effekten vid en given spänningspolaritet hos likspänningsnätet 1 ledas till eller från detta beroende på inställningen av brytarna. Strömmen hos likspänningsnätet 1 kommer alltid att gå från likspän- ningsnätet genom stationen 2, och när en positiv spännings- potential, vilken faller i riktningen mot denna station är lagd på likspänningsnätet kommer ventilen 5 att fungera som växelriktare och överföra effekt från likspänningsnätet till växelspänningsnätet 8, medan när likspänningsnätet ligger på negativ potential, vilken blir mer negativ i riktning mot stationen 2, effekt kommer att matas i motsatt riktning. Ge- nom att exempelvis sluta brytarna 10 och 13, men hålla bry- tarna 11 och 12 öppna kommer stationen 3 att vara i samma driftsläge som stationen 2, varvid effekt då kommer att ma- tas till båda dessa eller ifrån båda dessa beroende på pola- riteten på likspänningsnätet Jfl Här kan således matnings- riktningen genom en av stationerna 3 och 4 ändras genom att kasta om polariteten hos ventilen 6 resp 7, så att i. det ovan beskrivna fallet brytarna 11 och 12 slutes och brytarna 10 och 13 öppnas och därigenom strömmen leds mot likspän- 10 15 20 25 30 35 521 136 4 ningsnätet. Denna lösning på problemet att tillfoga ytterli- gare stationer till en HVDC-linje med två stationer blir så- som ovan nämnts mycket dyr genom krav på kompletterande kontrollutrustning och ombyggnad av ventilhallar på grund av ändrade isolationsavstånd.

SAMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett förfarande samt en. anläggning av inledningsvis definierat slag, vilka möjliggör tillfogande av åtminstone en ytterli- gare nämnd station till anläggningen under undvikande av de enorma kostnader som genereras vid det tidigare kända sättet att bygga om sådana anläggningar.

Detta syfte uppnås enligt uppfinningen genom att hos ett så- dant förfarande i den ena av nämnda båda stationer tyristo- (ECT) förmåga att leda ström i båda riktningarna därigenom och så- rerna byts ut mot dubbelriktat styrda tyristorer med dana tyristorer även sätts in som likriktande halvledarkom- ponenter i ventilerna hos varje tillbyggd station för att hos nämnda ena och varje tillbyggd station möjliggöra val av effektmatningsriktning från likspänningsnätet till respek- tive växelspänningsnät eller från respektive växelspännings- nät ut på likspänningsnätet genom styrning av strömriktning- en igenom respektive ventil.

Härigenonl uppnås en anläggning med full flexibilitet vad gäller möjligheterna att driva de olika stationerna som lik- eller växelriktare, då driften hos de ventiler med dubbel- riktat styrda tyristorer kan bestämmas genom att växla strömmen igenom ventilerna vid bibehållen polaritet på likspänningsnätet. Således kan genom val av effektmatnings- riktning hos den station som är försedd med normala faskom- muterade tyristorer hos sin ventil de andra stationernas ef- fektmatningsriktning bestämmas till samma som hos den först- 10 15 20 25 30 35 521 156 5 nämnda genom att välja samma strömriktning, till eller från likspänningsnätet, som hos den första eller motsatt genom att välja motsatt strömriktning. Detta kan därvid göras in de dubbelriktat (Bidirectionally' Controlled. Thyristor, styrda tyristorerna BCT) faskommuterade tyristorer, genom att sätta på de platser där tidigare "normala" det vill säga de med förmåga att endast leda ström därigenom i en suttit, Det blir endast nödvändigt att i ringa mån modifiera så att de båda antiparallellt kopplade tyristorhalvorna hos ifrågavarande dubbelriktat varsin tändkanal, riktning, så att kraven. på ombyggnad.Iblir~ mycket små. kontrollutrustningen hos sådana stationer, styrda tyristor erhåller tändsignaler genom varvid det dock skulle vara möjligt att bygga in en enhet för uppdelning av tändsignaler på respek- tive halva i "tyristorburkenfl. Den tillkommande stationen blir lika enkel att bygga som en konventionell station, hos vilken strömmen endast kan gå i en riktning, till eller från likspänningsnätet. Genom att pà detta sätt utforma alla stationer utom en med möjlighet till effektriktningsändring genonn växling' av strömriktningen. genonl ventilerna. uppstår inget krav på extra isolationsavstånd och därigenom ombygg- nad av befintlig ventilhall eller uppförande av ny ventil- hall med onödigt stora dimensioner. De dubbelriktat styrda tyristorerna är tyristorer av den typ som finns beskriven i exempelvis DE 44 39 012 A1 och benämns stundom även tvârikt- ningstyristorer.

Uppfinningen avser även en anläggning enligt bilagda själv- ständiga anläggningspatentkrav, och fördelarna med en sådan anläggning framgår klart av diskussionen ovan av förfarandet enligt uppfinningen.

Ytterligare fördelar med samt fördelaktiga särdrag hos upp- finningen framgår* av' den efterföljande beskrivningen. samt övriga osjälvständiga patentkrav. 10 15 20 25 30 35 521 136 6 KORT BESKRIVNING AV RITNINGEN Här nedan beskrivs en såsom exempel anförd föredragen utfö- ringsforvl av uppfinningen under hänvisning till bifogade ritning, på vilken: Fig 1 är ett mycket förenklat kopplingsschema illustrerande det sätt på vilket en anläggning med fler än tvâ sta- tioner måste byggas enligt tidigare känd teknik för flexibelt val olika stationerna, och av effektmatningsriktning mellan de fig 2 illustrerar i en fig l motsvarande vy en anläggning enligt föreliggande uppfinning med möjliggjort val av effektmatningsriktningar mellan de olika stationerna.

DETALJERAD BESKRIVNING AV EN FÖREDRAGEN' UTFÖRINGSFORM AV UPPFINNINGEN I fig 2 illustreras mycket schematiskt och förenklat upp- byggnaden hos en anläggning för överföring av elektrisk effekt, vilken. innefattar* ett likspänningsnät 18 för" hög- spänd likström (HVDC = High Voltage Direct Current) därtill anslutna stationer 19, 20, 21, och tre vilka är antydda genom ventiler 22, 23, 24 och till var och en av vilka ett endast för stationen 19 antytt växelspänningsnät 25 är an- slutet via en transformator 26. Därvid antydes genom fort- sättningen av likspänningsnätet 18 förbi stationen 21. att bort till vilka då är utformade anläggningen kan uppvisa ytterligare längre likspänningsnätet anslutna stationer, som stationerna 20 och 21 i enlighet med vad som kommer att beskrivas nedan.

Högspänningsnätet 18 har typiskt sett en potentialskillnad av 10-500 kV i förhållande till jord 27. »__- 10 15 20 25 30 35 521 136 7 Respektive ventil är på konventionellt sätt bildad genom ex- empelvis så kallade l2-pulsbryggor, i vilka en rad likrik- tande halvledarkomponenter i form av tyristorer är serie- kopplade, då de i icke tänt tillstånd var och en normalt en- dast kan hålla 1-5 kV och den betydligt högre spänningen över ventilen måste delas upp på de olika tyristorerna.

Hos ventilen 22 är tyristorerna av konventionell typ, det vill säga de och därigenom även ventilen kan endast leda strömmen i en det vill från riktning därigenom, säga likspänningsnåtet 18 till stationen 19.

Däremot har ventilerna 23 och 24 i de båda andra stationerna utformats på annorlunda sätt, genom att nämnda tyristorer är ersatta. med så kallade BCT:er (Bidirectionally' Controlled Thyristor), det vill säga dubbelriktat styrda tyristorer, vilka är 'uppbyggda av två i samma skiva ingående halvor kopplade inbördes antiparallellt, så att genom en för venti- len 23 antydd inrättning 28 dessa i ventilen ingående ty- ristorerna kan styras för val av strömriktning genom venti- len oberoende av aktuell polaritet hos likspänningsnåtet el- ler strömriktning igenom ventilen 22.

Därvid är det tänkt att stationen 19 och en av stationerna 20 och 21 funnits från början och därvid den från begynnel- sen förekommande av sistnämnda stationer från början uppvi- sade likadana tyristorer som stationen 19, men sedan vid om- byggnaden av anläggningen för anslutande av ytterligare stationer därtill dessa tyristorer bytts ut mot BCT:er.

Genom en sådan ombyggnad för uppnående av fullständig flexi- bilitet vad gäller effektmatningsriktningar mellan de olika stationerna. erfordras endast en ringa. modifiering' av kon- trollutrustningen hos den redan befintliga stationen som byggs om och ingen ombyggnad av dess ventilhall behövs, enär isolationsavstånden förblir oförändrade. Dessutom bortfaller 10 15 20 25 30 35 521 136 8 kravet pà de nytillkomna yttre switcharna för möjliggörande av den rent fysiska omkopplingen av ventilen, enligt Fig 1.

Funktionen hos den i fig 2 illustrerade anläggningen framgår klart av beskrivningen ovan för en fackman på området, men 'sammanfattas här kort.

Strömmen vid stationen 19 kommer alltid att vara från likspänningsnätet 18 mot stationen 19, så. att när' effekt skall matas fràn likspänningsnätet till växelspänningsnätet och. ventilen 22 således skall drivas i växelriktardrift likspänningsnätet 18 förses med en positiv polaritet, och likspänningsnätet förses med en negativ polaritet, vars storlek är större vid stationen 19 än vid den eller de av stationerna 23 och 24 i vilka strömmen har annan riktning än i stationen 19 för matande av effekt från stationen 19 och ut på likspänningsnätet trots samma strömriktning igenom ventilen 22 som vid effektmatning åt motsatt hàll. Oberoende av spänningspolariteten på likspänningsnätet 18 och därmed funktionen hos ventilen 22 som likriktare eller växelriktare kan effektmatningsriktningen hos stationerna 20 och 21 väl- jas genom att via styrinrättningen 28 välja önskad ström- riktning igenom respektive ventil 23, 24, så att vid väljan- de av samma strömriktning igenom en av dessa ventiler som effektmatningsriktning relativt igenom ventilen 22 samma likspänningsnätet som hos denna uppnås och vid motsatt strömriktning motsatt effektmatningsriktning erhålles. Öns- kas exempelvis det i ett ögonblick att effekt matas från stationen 21 till stationen 20 och 19, då väljes positiv po- laritet hos likspänningsnätet med en högre potential vid stationen 21 än vid stationerna 19 och 20 samt en strömrikt- ning mot likspänningsnätet hos stationen 21 och frán likspänningsnätet hos stationen 20 likt strömriktningen hos stationen 19. 10 15 20 25 521 136 9 Uppfinningen är givetvis inte på något sätt begränsad till den ovan beskrivna utföringsformen, utan en mängd möjlighe- ter till modifikationer därav torde vara uppenbara för en fackman på området, utan att denne för den skull avviker från uppfinningens grundtanke.

Exempelvis skulle antalet stationer eller terminaler som an- läggningen förses med kunna vara fler än tre.

Det självständiga förfarandepatentkravet avses tolkas sà att ombyggnaden till fler än tvâ stationer kan startas från en tvàstationsanläggning, hos vilken den ena stationen redan är försedd med tyristorer i. form zur dubbelriktat styrda ty- ristorer för valbar strömriktning därigenom, och sedan helt enkelt de tillbyggda stationerna förses med sådana tyristo- rer hos sina ventiler, varvid det då kan sägas att egentli- gen själva ombyggnaden startades redan vid. det initiella uppbyggandet av tvåstationsanläggningen redo för tillbyggnad av ytterligare stationer.

Det är naturligtvis fullt möjligt att anordna den tillbyggda stationen mellan två befintliga stationer.

Anläggningen enligt uppfinningen skulle lika gärna kunna be- stå av två antiparallella likspänningsnät med motsatt spän- ningspolaritet på motsvarande sätt som beskrivits ovan för den monopolära anläggningen, och därmed bilda vad som kallas en Bipolär HVDC-överföring.

Claims (5)

10 15 20 25 30 35 «521 156 /0 Egtçntkrav

1. Förfarande för ombyggnad av en anläggning för överföring av elektrisk effekt, vilken innefattar ett likspänningsnät (is) (HvDC) stationer' med nätkommuterade ventiler med tyristorer som för högspänd likström och två därtill anslutna likriktande halvledarkomponenter för överföring av elektrisk effekt mellan likspänningsnätet och till dess respektive (25), den syftar till att ansluta ytterligare sådana stationer stationer anslutna växelspänningsnät varvid ombyggna- till likspänningsnätet under möjliggörande av matning av elektrisk effekt i Valbar riktning hos var och en av statio- nerna med respektive ventil antingen i likriktardrift för matning av elektrisk effekt från växelspänningsnätet ut till likspänningsöverföring eller med ventilen i växelriktardrift för matning från likspänningsnätet till växelspänningsnätet, kännetegknad därav, (20, 21) stationer tyristorerna byts ut mot dubbelriktat styrda ty- (BCT) arna därigenom och sådana tyristorer även sätts in som lik- (23, 24) varje tillbyggd station för att hos nämnda ena och varje att i den ena av nämnda båda ristorer med förmåga att leda ström i båda riktning- riktande halvledarkomponenter i 'ventilerna hos tillbyggd station möjliggöra val av effektmatningsriktning från likspänningsnätet till respektive växelspänningsnät el- ler från respektive växelspänningsnät ut på likspänningsnä- tet genom styrning av strömriktningen genom respektive ven- til.

2. Förfarande enligt krav 1, kännetegknad därav, ningen ombyggs genom att till de två ursprungliga tillfoga att anlägg- en ytterligare station.

3. Anläggning för överföring av elektrisk effekt innefat- (18) för högspänd likström (HVDC) (19-21) tande ett likspänningsnät och. åtminstone tre därtill anslutna stationer med nätkommuterade ventiler med tyristorer som likriktande halv- 10 15 20 521 136 ll ledarkomponenter för överföring av elektrisk effekt mellan likspänningsnätet och till stationerna anslutna växelspän- (25), kännetegknad därav, att åtminstone alla nämn- (19) ristorer dubbelriktat styrda tyristorer ningsnät har som nämnda likriktande ty- (BCT) da stationer utom en anordnade att kunna valbart leda ström i en önskad av båda riktningarna och att de med dubbelriktat styrda tyristorer (28) för styrande av nämnda dubbelriktat styrda tyristorer för därigenom , anordnad försedda stationerna. uppvisar' en inrättning att valbart bestämma effektmatningsriktningen frán likspän- ningsnätet till respektive växelspänningsnät eller från det senare ut på likspänningsnätet genom styrning av strömrikt- ningen genom stationens ventil.

4. Anläggning enligt krav 3, kännetçgknad därav, att en (19) av stationerna uppvisar tyristorer med förmåga att endast leda strån i en riktning därigenom som nämnda likriktande halvledarkomponenter.

5. Anläggning enligt krav 3 eller 4, kännetegknad därav, att antalet stationer (19-21) hos anläggningen är tre.