SE463953B - Anlaeggning foer avtappning av elektrisk kraft fraan en hoegspaend likstroemstransmissionslinje - Google Patents

Description

463 953 z 10 15 20 25 30 35 Detta och andra syften uppnås enligt uppfinningen genom en an- läggning som företer de särdrag som anges i patentkrav 1.

Genom uppfinningen erhålles en möjlighet att med förhållande- vis billiga komponenter göra även en liten avtappning på ett stort HVDC-nät, så att kostnaden blir försvarlig. På den höga linjespänningen behöver bara förläggas en strömriktarbrygga med tillhörande, från jord via optiska fibrer styrd kommute- ringsutrustning och primärlindningen till en transformator. inom vilken lindning vidare bara behöver upptagas ett spän- ningsfall som står i motsvarighet till den avtappade effekten.

Man kan för att forma idéerna tänka sig ett fall med ett HVDC- -nät av känt slag med spänningen ¿500 kv. 1600 A maximalström.

I en ledare i detta nät inkopplas en första strömriktarbrygga och primärlindningen till en transformator. Båda kan vara en- fasiga. Primärlindningen måste kunna tåla hela maxímalströmmen 1600 A samt vara isolerad för 500 kV gentemot transformator- kärnan. Däremot behöver över lindningen inte läggas mer än en spänning motsvarande avtappad effekt. t ex maximalt 50 kV vid en maxímaleffekt om 80 MW. Transformatorn kan ytterligare för- billigas. om den uttagna växelströmmen ges en högre frekvens än normal nätfrekvens. t ex 120-150 Hz. Från transformatorns sekundärsida kan då t ex uttagas 40 kV. 2 kA. som likriktas till en lokal likspänning om 40 kV i en andra strömriktare. vilken förutsättes vara tvängskommuterad. Ur denna likspänning framställes genom växelriktning i en tredje strömriktare en växelspänning, företrädesvis trefasig. där strömriktaren kan vara tvängskommuterad till en nätfrekvens. 50 eller 60 Hz alltefter fallet. med lämplig spänning för lokal transmission.

Det lokala likströmsnätet göres lämpligen spänningsstyvt med i en kondensator och kan eventuellt förses med ackumulator- batteri för temporär energilagring. Effektuttaget styres lämp- ligen på så sätt, att den lokala likspänningen, som ju tende- rar att sjunka vid ökat effektuttag via den tredje strömrikta- ren, avkännes och får styra kommuteríngen för den första och den andra strömriktaren, så att önskad lokal likspänning erhålles. 10 15 20 25 30 35 a 463 955 Den andra och tredje strömriktaren är lämpligen uppbyggda med släckbara ventiler. t ex GTO-tyristorer, medan den första strömriktaren lämpligen innehåller sådana tyristorer som släckes genom strömmens nollgenomgång.

I HVDC-nätet insättes lämpligen filterkretsar för att elimi- nera av effektavtagningen alstrade övertoner.

Kostnaden för avtappningsstationen blir måttlig särskilt genom att spänningen mellan de båda nedledningarna från högspän- ningsledningen är relativt låg, så att de till och med kan intas till strömriktartransformatorn mellan den första och den andra strömriktarbryggan via en gemensam porslinsisolator.

I det följande kommer att beskrivas ett utföringsexempel och några antydda varianter därav. i anslutning till ritningarna.

För att icke tynga framställningen med detaljer, när det gäller känd teknik avseende högspänd likströmstransmission (HVDC) hänvisas till monografilitteraturen på området, t ex E.

Uhlmann: Power Transmission by Direct Current (Springer Verlag 1975).

Kort figurbeskrivning Fig. 1 visar ett blockschema över en anläggning utförd enligt uppfinningens principer.

Fig. 2 och 3 visar mera detaljerat kopplingsscheman.

Fig. 4 visar i blockschemaform hur ett styrsystem för en dylik anläggning kan vara utfört.

Det i fig. l visade blockschemat uppvisar den principiella uppbyggnaden med fyra olika spänningssystem. nämligen den av- tappade linjens HVDC-system, som kan ligga på t ex 500 kV, ett första växelströmsystem AQI. företrädesvis med en systemfrek- vens som är 2-4 gånger högre än vanlig nätfrekvens, ett lik- spänningssystem DC, t ex på 40 kv. och ett andra växelströms- 465 953 4 10 15 20 25 30 35 system AC2, med vanlig nätfrekvens och avsett att försörjalut- göra ett lokalt distributionsnät. Mellan dessa system överfö- res energi genom strömriktarbryggor. Ehuru det första växel- strömssystemet skulle kunna vara ett enfasigt system. kan det också. som i fig. 2, vara ett trefasnät.

För att möjliggöra stort reglerintervall för effektuttaget kan det också vara lämpligt att i den högspända likströmslínjen insätta flera strömriktarbryggor. som är in- och urkopplings- bara och ger var sin växelström, vilkas effekter sammanföres. t ex genom att de får mata var sin primärlindning i den första transformatorn. Därigenom kan man med lämplig dimensionering undvika allt för stora tändvinklar för de strömriktande tyris- torerna och därmed sammanhängande välkända problem.

Uppenbart är ett enfasnät billigast. i det att på högspän- ningssidan behövs bara fyra tyristoruppsättningar. som bara behöver tåla det maximala spänningsfallet för högspänníngs- strömmen över själva anläggningen. och endast en högspännings- isolerad lindning i transformatorn 4. Här föreligger en dimen- sioneringsfråga. och i vissa fall kan man, så som i fig. 2 visas, anordna flera strömriktare 1,1' att ínkopplas i serie vid ökande effektuttag. anordna mera påkostad tolvpulskommute- ring etc alltefter behovet. Det föredrages emellertid vid måttliga till små avtappade effekter att arbeta med enfas och en frekvens om 120-150 Hz. med hänsyn till att transformatorn 4 kan göras billigare. Frekvensen kan också göras varierbar för att styra avtappad effekt.

I fig. 2 visas symboliskt ett helt nät med ändstationer A och B för HVDC-linjen samt avtappningsanläggningen ansluten i en ledare i linjen, som kan vara den ena luftledaren i en tvåle- dare (ej visat).

De i fig. 2 och 3 visade systemen har för strömriktarna 2 och 3 tyristorventiler, vilka är möjliga att släcka medelst ström- pulser (GTO-typ). I fig. 2 är strömriktaren 2 indikerad som '1- 10 15 20 25 30 35 463 955 spänningsstyv och tvångskommuterad. Åtminstone någon av ström- riktarna 1 eller 2 måste vara tvångskommuterad. Strömriktaren 2 är sedan via likströmsmellanledet kopplad till strömriktaren 3. som är tvångskommuterad och direkt kopplad till det anslut- na växelströmsnätet för distribution. Genom att arbeta med re- lativt konstant likspänning kan man också ansluta ett energi- lagrande batteri, vilket dels underlättar start vid "dött" växelströmsnät och dels gör det möjligt att undvika att kort- variga störningar på likströmslinjen stör växelströmsnätet och omvänt. Då strömriktaren 3 är tvångskommuterad behöver det an- slutna nätet ej ha synkronmaskiner.

Om det lokala nätet ej har någon annan effektinmatning kommer frekvensen i nätet att entydigt styras av kommuteringsfrekven- sen i strömriktaren 3, vilken även är tvångskommuterad. I sin enklaste variant styrs strömriktare 3 som en fyrkantvâgström- riktare. Växelspänningens grundtonskomponent Uv(1) är därvid proportionell mot likspänningen U d v s dc U =K.Ud (D Proportionalitetsfaktorn Ku är en fix konstant för fyrkant- vågströmriktare men kan även styras med pulsbreddmodulation. genom att använda två fasförskjutna sexpulsbryggor eller med en s k NPC-koppling. Detta beskrives i monografin Ekström: “High Power Electronics HVDC SVC" (Stockholm 1989).

Nedan beskrivs ett styr- och reglersystem för det enkla fallet att Kul är en konstant varvid växelspänningen Uvl och där- med spänningen i det lokala växelspänningsnätet styrs genom att styra U¿c_ .Om däremot systemet är arrangerat så att Ku kan styras. styrs spänningen i likspänningsmellanledet Ud mot ett fixerat värde, vilket gör det möjligt att ansluta ett batteri till mellanledsspänningen.

Ett blockschema för ett styr- och reglersystem för systemet enligt fíg. l visas i fig. 4. Tändsystemen för strömriktarna 2 och 3 blir här synnerligen enkla då vi förutsätter att dessa 463 955 6 10 15 20 25 30 35 endast styrs för att ge önskade värden för frekvenserna f4 och fL. Styrsystemen 5 och 6 kan t ex arrangeras som ring- räknare vilka triggas av pulser med frekvenserna 2 x f 6 X fL. 4 resp Huvudproblemet blir att styra Uäc så att önskad växelspänning UL i det lokala nätet erhålles. I sin enklaste variant kan detta utformas som ett âterkopplat system enligt fig. 4. var- vid uppmätt spänning UL jämföres med önskad spänning Unref. Vid för låg uppmätt spänning beräknas i spänningsre- gulatorn 7 ett lämpligt tillskott till inmatad effekt AP. vilket matas till styrdonet 8 för strömriktaren 1. Till styr- donet 8 matas även uppmätt spänning U Styrdonet kan t ex utformas så som visas för en HVDC stråmriktare enligt kapitel 7 i ovan anfört arbete av Ekström. Detta utföres så att tänd- pulserna senareläggs vid ett positivt AP och tidigareläggs vid ett negativt AP. Senareläggning av tändpulserna till strömriktaren l innebär att tändvinkeln ökar och släckvinkeln minskar vilket innebär ökning av likspänningen Udl över strömriktare l vid konstant växelspänning U4. Då likströmmen Idl förutsättes konstant innebär en ökning av Udl ökad in- matad effekt till kondensatorn C i likspänningsmellanledet och därmed ökad spänning U¿ över denna. För att förhindra kom- muteringsfel i strömrikiare l är styrsystemet 8, liksom styr- system för HVDC strömriktare som som beskrivs i anförda arbe- tet av Ekström, försett med en begränsning så att släckvinkeln aldrig kan bli mindre än ett visst minsta värde.

En mångfald alternativa utföranden är möjliga inom uppfinning- ens ram. vilket inses av fackmannen. Graden av komplikationer beror i hög grad av vilken effekt som i varje särskilt fall skall avtappas. och ovan angivna exempel är i första hand tänkt för relativt låga avtappningseffekter. där uppfinningens fördelar torde vara mest betydelsefulla, men som nämnts, kan man i viss utsträckning konstruera för högre effektuttag genom att den första strömriktaren göres trefasig/sexpulsad eller rent av tolvpulsad för att minska problemen med filtrering och avstörning på högspänningssidan.

Claims (7)

nu 10 15 20 25 30 35 463 953 Patentkrav

1. Anläggning för avtappning av elektrisk kraft från en hög- spänd likströmstransmissionslinje till ett lokalnât. varvid i en likströmslinje (HVDC) i serie inkopplas en första strömrik- tarbrygga (1) och en första transformators (4) primärlind- ning. k ä n n e t e c k n a d av att den första transforma- torns sekundärlindning är kopplad till en andra strömriktar- brygga (2), som i sin tur är kopplad till ett sekundärt lik- spänningsnät. till vilket är kopplad en tredje strömríktar- brygga (3), som alstrar en växelström för lokalnätet (L).

2. Anläggning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att den första, i den högspända likströmsledningen inkopplade strömriktarbryggan är en enfasbrygga och den första transfor- matorn är en enfastransformator.

3. Anläggning enligt krav l eller 2. k ä n n e t e c k n a d av att den första strömriktarbryggan är sammansatt av medelst elektriska signaler tändbara, endast vid strömnollgenomgâng släckbara halvledarventiler, under det att den andra och tred- je strömriktarbryggan är sammansatta av elektriskt tändbara och släckbara halvledarventiler.

4. Anläggning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att den andra strömriktarbryggan (2) är så anordnad att den är spänningsstyv, samt att dess likspänningsutgång är shuntad med en stabiliserande konden- 53120! .

5. Anläggning enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att den stabiliserande kondensatorn är parallellkopplad med ett ackumulatorbatteri.

6. Anläggning enligt något av föregående krav. k ä n n e t e c k n a d av att den första strömriktarbryggan (1) och den andra strömríktarbryggan (2) är anordnade att kom- 4.63 953 10 mutera med en 2-4 gånger högre frekvens än normal nâtfrekvens. medan den tredje strömriktarbryggan (3) är anordnad att kommu- tera med normal nätfrekvens.

7. Anläggning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att i likströmslinjen (HVDC) är inkopplade i serie ett flertal strömriktarbryggor (1. l'). vilka åtminstone delvis är urkopplingsbara och vilka kan avge var sin växelström. vilka bidrar med varierande belopp till den till den första transformatorn (4) tillförda effekten.