SE514920C2 - Elkraftanläggning med lik- och växelspänningsnät innefattande detektering av obalanstillstånd hos strömriktare - Google Patents

Description

514 92Û 2 sande men sålunda icke begränsande syfte just denna använd- ning av anläggningar av ovan definierad typ att diskuteras.

Före tillkomsten av nämnda avhandling har anläggningar för överföring av elkraft via ett likspänningsnät för högspänd likström byggt pà att nätkommuterade CSC (Current Source Converter)-strömriktare har använts i stationerna för effektöverföring. Genom att IGBT-er (Insulated Gate Bipolar för Transistor = isolerat bipolartransistor med styre) och dessa är då de har nu högspänningsapplikationer har framtagits lämpade för seriekoppling i ventiler i strömriktare, enkelt låter istället VSC tvångsstyrd kommutering kommit sig tändas och släckas simultant, (Voltage Source Converter)-strömriktare för ifråga, och denna typ av överföring av elektrisk effekt mellan ett därigenom spän- ningsstyvt likspänningsnät för högspänd likström och därtill anslutna växelspänningsnät erbjuder flera betydande fördelar i förhållande till användande av nätkommuterade CSC-er i HVDC, aktiv och reaktiv effekt kan styras oberoende av varandra av vilka det kan nämnas att förbrukning av och det inte finns någon risk för kommuteringsfel i ström- riktaren och därmed inte någon risk för att kommuteringsfel överförs mellan olika HVDC-länkar, såsom kan ske med nätkommuterad CSC. Dessutom finns det en möjlighet att mata ett svagt växelspänningsnät eller ett nät utan någon egen (ett dött fördelar finnes också. generering växelspänningsnät). Ytterligare Hos en anläggning av det inledningsvis definierade slaget för HVDC med VSC-strömriktare bestäms likspänningsnätets likspänning av en av nämnda stationer, ovan benämnd första, och det är önskvärt att klara sig utan någon snabb telekom- munikation mellan stationen med den spänningsreglerande in- rättningen och övriga stationer utmed likspänningsnätet, genom vilken man snabbt skulle kunna korrigera en effekt- det vill aktiv effekt avviker från ut från likspänningsnätet matad aktiv effekt. obalans, säga in till likspänningsnätet matad Den mest sannolika obalansen inträder när en 10 15 20 25 30 35 5134 920 station tas ur drift av ett skydd, det vill säga den blockeras, varvid en sådan blockering kan ha många olika såsom en uppträdande överspänning eller överström Om flödet av orsaker, hos stationen ifråga eller ett internt fel. aktiv effekt före blockeringen av stationen var från likspänningsnätet till växelspänningsnätet kommer likspän- ningen hos likspänningsnätet att stiga efter det att strömriktaren hos den blockerade stationen blockerats. För att begränsa den härigenom i likspännings-nätet uppträdande överspänningen ansluter ovan nämnda kopplingsorgan likspän- ningsnätet vid denna station via en resistor till jord för avledande av elektrisk effekt. Därvid kommer den spännings- reglerande stationen att detektera den på likspänningsnätet uppträdande överspänningen och när så skett reglera spän- ningen genom att ändra sin aktiva strömorder, så att den till likspänningsnätet inmatade effekten minskas eller dess riktning reverseras tills dess att nominell spänning och balans uppnås. En nackdel med en anläggning av denna typ är att den spänningsreglerande stationen näste detektera en överspänning på likspänningsnätet innan den tar itu med ef- fektobalansproblemet, vilket innebär att det hinner uppstå en överspänning i hela likspänningsnätet med en överhäng- annan strömriktare detta vilket i så fall ande risk för att någon hos blockerar på grund av denna överspänning, skulle kunna leda till en ännu högre spänning hos likspän- ningsnätet och utslagande av ytterligare strömriktare och en acceleration av förloppet med ett pärlband av utslag- ningar av stationer som följd. Sådan utslagning kan få mycket kostsamma konsekvenser.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en anläggning av det inledningsvis definierade slaget, vilken råder bot på ovannämnda olägenhet hos den inledningsvis de- finierade anläggning vid uppträdande av' ett obalanstill- stånd vid en strömriktare hos den andra stationen. 10 15 20 25 30 35 514 920 4 Detta syfte uppnås enligt uppfinningen genom att hos en så- dan anläggning likspänningsnätets båda poler är vid nämnda strömriktare hos den andra stationen via var sitt nämnt kopplingsorgan och var sin resistor anslutningsbara till jord, att nämnda medel är anordnade att vid detekterande av nämnda obalanstillstånd hos nämnda strömriktare begynna att växelvis koppla in och ur de båda kopplingsorganen för att generera en pulserande likspänning på de båda polerna, och att den spänningsreglerande stationen är försedd med ett där' mellan likspänningsnätets båda poler inkopplat, till jord anslutet organ anordnat att mäta den jordström som alstras därigenom som en följd av nämnda växelvisa in- och urkoppling och sända informationer därom till denna sta- tions spänningsreglerande inrättning.

Genom att begynna med ett sådant växelvis in- och urkopp- lande av kopplingsorganen vid uppträdande av obalanstill- ståndet och detekterande av den därigenom genererade jordströmmen vid den spänningsreglerande stationen erhåller denna information om att en obalans uppstått redan innan någon egentlig överspänning alstrats på likspänningsnätet, så att den spänningsreglerande stationens inrättning kan gripa in och återställa effektbalansen innan överspänningen i likspänningsnätet hunnit stiga till någon så hög nivå att risk skulle finnas för blockerande av ytterligare strömrik- tare i anläggningen. Således erhåller den spänningsregle- rande stationen tack vare den alstrade jordströmmen mycket tidigt besked om effektobalansen, utan att det finns något krav på någon snabb telekommunikation mellan stationerna i anläggningen. En annan fördel med att spänningsregleringen på detta sätt kan sättas in tidigt är att mindre effekt har att avledas under kortare tid igenom resistorerna, så att dessa kan göras mindre och därigenom kostnader sparas.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen är nämn- da medel anordnade att detektera en blockering av nämnda strömriktare hos den andra stationen som nämnda förutbe- stämda obalanstillstånd. Det är oftast ändamålsenligt att 10 15 20 25 30 35 514 920 5 söka meddela den spänningsreglerande stationen att en effektobalans uppnåtts så snart ett skydd utlösts och en strömriktare blockerats.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen innefattar anläggningen organ för mätning av likspänningen på likspänningsnätet vid den andra stationen, och nämnda medel är anordnade att begynna nämnda växelvisa in- och ur- kopplande av kopplingsorganen vid överskridande av en förutbestämd nivå hos den uppmätta likspänningen. Genom ett sådant arrangemang är det möjligt att bringa den spännings- reglerande stationen att gripa in för att återställa effektbalans hos anläggningen redan innan någon strömrik- tare blockerats, vilket i vissa fall skulle kunna vara önskvärt.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är den första stationens spänningsreglerande inrättning utformad att registrera ett inträffande av nämnda förutbe- stämda obalanstillstånd hos nämnda strömriktare vid den andra stationen vid mätande av ett förutbestämt antal direkt på varandra följande jordströmspulser via nämnda ett förutbestämt antal sådana jordströmspulser för registre- jordströmsmätorgan. Genom ett krav på mätande av rande av obalanstillståndet undviks att den spänningsregle- rande stationen reagerar på olika transienta fenomen hos likspänningsnätet.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen innefattar anläggningen fler än två stationer för anslut- ning av var sitt växelspänningsnät till likspänningsnätet, och den innefattar fler än en andra station. Detta innebär att vid en anläggning med fler än två stationer kan den tidigt få ett obalanstillstånd hos någon av de andra stationerna och spänningsreglerande stationen besked om åtgärda detta. 10 15 20 25 30 35 514 920 6 Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen uppvisar både den första och andra stationen två nämnda kopplingsorgan för anslutande av var sin av likspänningsnä- tets båda poler via en var sin resistor till jord, medel anordnade att vid detekterande av nämnda obalanstillstànd hos en strömriktare hos respektive station begynna att växelvis koppla in och ur de båda kopplingsorganen samt ett mellan likspänningsnätets båda poler inkopplat, till jord anslutet organ anordnat att mäta den jordström som alstras annan station i därigenom när kopplingsorganen hos en anläggningen växelvis kopplas in och ur, och både den första och andra stationen är utformade att via en ström- riktare kunna reglera likspänningen hos likspänningsnätet.

Härigenom kan ett snabbt återställande av effektbalans hos anläggningen uppnås oavsett var obalansen uppstår, det vill säga exempelvis oavsett vilken strömriktare som blockeras, och med möjlighet till spänningsreglering hos den station där detta för tillfället passar bäst.

Enligt en ytterligare föredragen utföringsform av uppfin- ningen är anläggningen utformad för överföring av elkraft ett (HVDC).

Fördelarna med den uppfinningsenliga anordningen är speci- via likspänningsnät för högspänd likström ellt uppenbara vid denna föredragna applikation.

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

KORT BESKRIVNING AV RITNINGEN Här nedan beskrivs en såsom exempel anförd föredragen utföringsform av uppfinningen under hänvisning till bifoga- de ritning, på vilken: fig 1 är ett mycket schematiskt blockschema illustrerande uppfinningens principer, och 10 15 20 25 30 35 514 920 7 fig 2 är kurvor illustrerande utvecklingen av några elek- triska storheter över tiden vid uppträdande av en obalans i den ena stationen hos anläggningen enligt fig 1, närmare bestämt en blockering av en växelriktare hos denna anlägg- ning.

DETALJERAD BESKRIVNING AV EN FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM AV UPPFINNINGEN schematiskt och förenklat I fig 1 illustreras uppbyggnaden hos en anläggning för överföring av elektrisk mycket effekt enligt uppfinningen, varvid endast de olika kompo- nenter som har direkt med den uppfinningsenliga funktionen att göra tagits med på ritningen för underlättande av förståelsen av uppfinningen. Anläggningen innefattar ett likspänningsnät 1 med en pluspol 2 och en minuspol 3 för (HVDC = och i föreliggande fall två till likspänningsnätet via var högspänd likström High. Voltage Direct Current), sin station 4, 5 anslutna växelspänningsnät 6, 7, vilka är indikerade genom en växelspänningssymbol och en induktans. att elektrisk effekt mellan likspänningsnätet 1 och respektive Stationerna är utformade åstadkomma överföring av växelspänningsnät, varvid effekten kan matas in från ett växelspänningsnät till likspänningsnätet eller matas ut från likspänningsnätet till ett växelspänningsnät. Växel- spänningsnäten kan således uppvisa generatorer av elektrisk effekt eller endast vara anslutna till förbrukare av sådan.

Stationerna innefattar vardera åtminstone en VSC-strömrik- tare 8, 9 anordnad att omvandla likström till växelström och vice versa. Det är emellertid möjligt att varje station ett flertal sammanfattas i föreliggande fall genonl en enda ruta för innefattar sådana strömriktare, men dessa varje station. Därvid är det även möjligt att växelspän- ningsnäten uppvisar fler än en fas, oftast tre faser, men växelspänningsnätens faser sammanfattas i figuren genom en enda ledning. Respektive VSC-strömriktare innefattar på konventionellt sätt så kallade ventiler, vilka består av grenar med seriekopplade tänd- och släckbara brytare, 10 15 20 25 30 35 514 920 8 företrädesvis i form av IGBT-er, och därmed antiparallellt kopplade dioder på konventionellt sätt. Därvid kan exempel- vis ett stort antal IGBT-er vara seriekopplade hos en enda ventil för att tändas och släckas samtidigt för att fungera enda varigenom spänningsfallet över som en brytare, ventilen delas upp på de olika seriekopplade brytarna.

Styrningen av brytarna sker på konventionellt sätt genom pulsbreddsmodulering (PWM).

Stationerna innefattar* vidare var~ sin schematiskt antydd inrättning 10, ll för styrande av respektive strömriktare 8, 9. regleringsmod, En av stationerna 5 är avsedd att vara i spännings- nämligen den första stationen 5, vilket innebär att dess styrinrättning ll styr strömriktaren 9 för reglering av likspänningen hos likspänningsnätet i. denna station för hållande av denna på ett bestämt nominellt Vid den andra stationen 4 är likspänningsnätets båda 13, vilket i fö- religgande fall är tänd-och släckbara komponenter i form av IGBT-er, 15 anslutna till jord 16.

Därvid ligger jord 16 spänningsmässigt mitt emellan plus- värde. poler 2, 3 via var sitt kopplingsorgan 12, och var sin resistor 14, och minuspolen via anslutande därav till en tvá kondensato- rer 17, 18 dessa kondensatorer. förbindande gren mellan 20 och uppvisande, polerna Motsvarande kondensatorer 19, jordanslutning finns hos den första stationen.

Det är vidare illustrerat hur styrinrättningen 10 hos den andra stationen är utformad att även styra de båda kopp- lingsorganen 12 och 13. Därtill uppvisar den andra statio- nen medel 21 anordnade att detektera inträffande av ett förutbestämt obalanstillstånd vid strömriktaren 8 hos denna kan varvid ett sådant detekterande ett station, exempelvis innebära detekterande av en ökande spänning hos likspänningsnätet eller ett utlösande av ett skydd som blockerar strömriktaren.

Slutligen uppvisar den första stationen ett organ 22, vilket är inkopplat mellan jord 16 och en punkt mellan 10 15 20 25 30 35 514 920 9 kondensatorerna 19 cxflx 20 mellan likspänningsnätets båda poler för att mäta en därigenom gående jordström och sända informationer därom till styrinrättningen ll.

Den ovan beskrivna anläggningen fungerar pá följande sätt vid uppträdande av en obalans vid den andra stationen 4, vilken kan bestå av en ökning av likspänningen däri eller en blockering av någon strömriktare hos den stationen.

Denna obalans detekteras av* medlet 21, vilken därigenom till och 13 att växelvis upprätta och bryta sänder signaler inrättningen 10 för styrande av kopplingsorganen 12 dessas förbindelser med jord. Detta innebär att när ett av kopplingsorganen 12 eller 13 är inkopplat kommer elektrisk effekt att avledas vilket motverkar effektobalansen och en ökning av likspänningen via den tillhörande resistorn, hos likspänningsnätet 1. Genom att kopplingsorganen 12 och 13 växelvis kopplas in och ur kommer en pulserande likspän- ning att genereras på de båda polerna 2, 3 och en jordström att alstras igenom organet 22 hos den spänningsreglerande stationen 5, vilken via signaler från organet 22 till styrinrättningen ll blir varse nämnda obalans och begynner reducera inmatad effekt för att motverka denna obalans och förhindra att likspänningen på likspänningsnätet stiger till skadliga nivåer. Således kan via det växelvisa in- och urkopplandet av kopplingsorganen 12 och 13 från och med uppträdandet av en obalans detta obalanstillstånd detekte- ras vid den spänningsreglerande stationen innan likspän- ningen lux; likspänningsnätet stigit nämnvärt, fastän det inte finns någon telekommunikation mellan de båda statio- nerna ifråga.

I fig 2 illustreras utvecklingen av följande storheter med tiden. Linjen 23 visar tillståndet hos den andra stationens strömriktare 8, varvid den blockeras vid punkten 24. Under denna linje illustreras utvecklingen av likspänningen mellan anläggningens båda poler dels hos en tidigare känd anläggning, hos vilken den spänningsreglerande stationen detekterar blockeringen av en strömriktare hos den andra 10 15 20 25 30 35 514 920 10 stationen genom avkännande av en ökning av likspänningen hos nätet över en förutbestämd nivå 25, genom linjen 26, dels utvecklingen av likspänningen mellan polerna hos en anläggning enligt fig 1 genom linjen 27. Vidare illustrerar linjerna 28 och 29 potentialerna hos polerna 2 respektive 3 30 illustrerar den av Det hos likspänningsnätet, medan linjen organet 22 uppmätta jordströmmen. framgår vid en jämförelse av linjerna 26 och 27 att det betydligt tidigare detekterandet av blockeringen av strömriktaren 8 hos anläggningen enligt uppfinningen innebär att likspänningen inte alls stiger till samma höga nivå som hos den tidigare så att risken för att andra strömrik- det Vidare framgår att inrättningen hos kända anläggningen, tare slås ut och likspänningen stiger ytterligare i närmaste elimineras. den spänningsreglerande stationen är utformad att först re- gistrera ett visst antal jordströmspulser, i föreliggande fall tre, ställa effektbalans hos anläggningen för att undvika onödig innan den begynner sin reglering för att åter- reglering vid uppträdande av olika typer av transienter.

Således begynner den spänningsreglerande stationen sin reglering för àtgärdande av obalansen vid punkten 31 hos kurvan 30.

Genom att förloppet på detta sätt kan minimeras, det vill säga det endast behövs få in- och urkopplingar av resisto- rerna för att effektbalansen skall återställas, minskas ef- fektkraven på resistorerna, så att dessa kan göras mindre och därigenom billigare.

Uppfinningen är givetvis inte på något sätt begränsad till den ovan beskrivna föredragna utföringsformen, utan en mängd möjligheter till modifikationer därav torde vara uppenbara för en fackman på området, utan att denne för den skull avviker från uppfinningens grundtanke.

Ehuru symboler ritats in i fig l för vissa organ, medel el- ler dylikt är det inte alls nödvändigt att dessa förekommer som separata. komponenter, utan de funktioner de har att 10 5,14 920 ll fylla kan mycket väl tillses genom någon komponent som även har andra uppgifter och exempelvis värden inte mätas direkt utan framräknas utifrån uppmätta värden på någon annan storhet.

Likaså är det självklart att en anläggning av detta slag uppvisar en rad ytterligare komponenter, såsom harmoniska filter, utelämnats, olika reglerslingor och dylikt, men dessa har då de inte är väsentliga för föreliggande uppfinning.

Claims (9)

lO 15 20 25 30 35 S14 920 /2 Patentkrav

1. Anläggning för överföring av elektrisk effekt innefat- tande ett likspänningsnät (l) och åtminstone två därtill via var sin station (4, 5) anslutna växelspänningsnät (6, 7), varvid stationerna är utformade att àstadkomma överför- ing av elektrisk effekt mellan likspänningsnätet och re- spektive växelspänningsnät och vardera innefattar àtmins- tone en VSC-strömriktare (8, 9) anordnad att omvandla lik~ spänning till växelspänning och vice versa och en inrätt- (10, ll) varvid in- ning för styrande av strömriktaren, rättningen hos den ena, första stationen (5) är anordnad att styra stationens strömriktare för reglering av likspän- ningen hos likspänningsnätet vid denna station för hållande av värdet pä denna inom ett förutbestämt tillåtet intervall (21) att detektera inträffande av ett förutbestämt obalanstill- samt varvid anläggningen innefattar medel anordnade ständ vid en strömriktare hos den andra stationen (4) och vid sädan detektering styra ett kopplingsorgan att via en resistor vid denna station ansluta likspänningsnätet till jord för avledande av elektrisk effekt, kännetecknad därav, att likspänningsnätets bàda poler* (2, 3) är vid nämnda via var sitt (14, 15) (21) är hos den andra stationen (4) (12, 13) (16), anordnade att vid detekterande av nämnda obalanstillstànd strömriktare (8) nämnt kopplingsorgan och var sin resistor anslutningsbara till jord att nämnda medel hos nämnda strömriktare begynna att växelvis koppla in och ur de båda kopplingsorganen för att generera en pulserande likspänning pà de bàda polerna, och att den spänningsregle- rande stationen är försedd med ett där mellan likspännings- (22) anordnat att mäta den jordström som alstras därigenom som nätets bàda poler inkopplat, till jord anslutet organ en följd av nämnda växelvisa in~ och urkoppling och sända informationer därom till denna stations spänningsreglerande inrättning.

2. Anläggning enligt krav 1, kännetecknad därav, att nämnda medel (21) är anordnade att detektera en blockering av 10 15 20 25 30 35 51Ã 920 /a nämnda strömriktare hos den andra stationen som nämnda förutbestämda obalanstillständ.

3. Anläggning enligt krav 1, kännetecknad därav, att den (21) likspänningsnätet vid den andra stationen, innefattar organ för mätning av likspänningen pä och att nämnda medel är anordnade att begynna nämnda växelvisa in- och ur- vid överskridande av en kopplande av kopplingsorganen förutbestämd nivå hos den uppmätta likspänningen. kännetecknad

4. Anläggning enligt nägot av kraven 1-3, den första stationens (ll) av nämnda förutbestämda obalanstillstànd hos nämnda ström- att inrättning därav, spänningsreglerande riktare vid den andra stationen (4) vid mätande av ett förutbestämt antal direkt pà varandra följande jordströms- pulser via nämnda jordströmsmätorgan (22).

5. Anläggning enligt krav 4, kännetecknad därav, att nämnda bestämda antal är lägre än fem.

6. Anläggning enligt krav 4 eller 5, kännetecknad därav, att nämnda förutbestämda antal är minst tre.

7. Anläggning enligt något av kraven 1-6, kännetecknad därav, att den innefattar fler än tvâ stationer (4, 5) för anslutning av var sitt växelspänningsnät (6, 7) till (1), och att den innefattar fler än en likspänningsnätet andra station (4).

8. Anläggning enligt något av kraven 1-7, kännetecknad däravy att både den första (5) och andra stationen (4) uppvisar två nämnda kopplingsorgan (12, 13) för anslutande av var sin av likspänningsnätets båda poler (2, 3) via (14, 15) till jord, (21) vid detekterande av nämnda obalanstillstànd hos en ström- Var sin resistor medel anordnade att riktare hos respektive station begynna att växelvis koppla in och ur de bàda kopplingsorganen (12, 13) samt ett mellan är utformad att registrera ett inträffande_ lO 514 920 fl! till anordnat att mäta den jordström likspänningsnätets (1) båda poler (2, 3) (22) som alstras därigenonx när kopplingsorganen. hos inkopplat, jord anslutet organ en annan och att är utformade station i anläggningen växelvis kopplas in och ur, både den första (5) att via en strömriktare (8, 9) och andra stationen (4) kunna reglera likspänningen hos likspänningsnätet.

9. Anläggning kännetecknad enligt något av kraven 1-8, därav, att den är utformad för överföring av elkraft via ett likspänningsnät (1) för högspänd likström (HVDC).