BRPI0621040A2

BRPI0621040A2 - conversor

Info

Publication number: BRPI0621040A2
Application number: BRPI0621040-6A
Authority: BR
Inventors: Per-Olov Hedblad; Patrik Karlsson; Stellan Dahlgren; Fabianne Chataignere
Original assignee: Abb Technology Ltd
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2006-06-15
Publication date: 2011-11-29
Also published as: WO2007084039A1; US8107266B2; US20090303758A1; RU2008134114A; EP1974433B2; CN101297457B; CN101297457A; ZA200805666B; EP1974433A1; EP1974433B1; RU2396665C2; EP1974433A4

Abstract

CONVERSOR. A presente invenção refere-se a um conversor para converter voltagem alternada em voltagem direta e vice-versa em uma estação conversora de um sistema de transmissão de alta voltagem que compreende uma conexão em série de uma pluralidade de válvulas conversaras (10-13). O dito conversor tem conexões nos transformadores em ambos os lados opostos das ditas válvulas conversoras.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CONVER- SOR".

CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÃO E TÉCNICA ANTECEDENTE

A presente invenção refere-se a um conversor que serve para converter voltagem alternada em voltagem direta e vice-versa em uma esta- ção conversora de um sistema de transmissão de alta voltagem, o dito con- versor compreendendo uma conexão em série de uma pluralidade de válvu- las conversoras, um lado DC do conversor formado pelas extremidades o- postas da dita conexão em série de válvulas conversoras para conexão com alto potencial e baixo potencial, respectivamente, o conversor compreende adicionalmente uma pluralidade de elementos que se conectam a um lado CA do conversor sendo que cada um se conecta aos pontos da dita conexão em série entre as ditas válvulas conversoras subseqüentes para conduzir a partir do conversor para os transformadores.

O dito conversor consiste em um conversor CSC (Conversor de Fonte de Corrente) de linha comutada em que os elementos de comutação, tais como tiristores, são desligados na passagem por zero da corrente CA no dito sistema CA. Cada válvula conversora tem geralmente inúmeros elemen- tos de comutação sob a forma de dispositivos semicondutores de energia com diodos de retificação conectados antiparalelos aos mesmos, conecta- dos em série para serem capazes de manter a alta voltagem a ser mantida por tal válvula conversora no estado de bloqueio desta.

A invenção é particularmente, porém não exclusivamente, dire- cionada aos conversores para sistemas de transmissão HVDC (Corrente Direta de Alta Voltagem) e a invenção será, portanto, descrita para esta apli- cação. Deseja-se que a capacidade de transmissão em uma rede de volta- gem direta conectada a tal estação conversora seja tão alta quanto possível, uma vez que as perdas de transmissão são reduzidas quando a voltagem aumenta. Deste modo, existe uma tentativa contínua de aumentar a volta- gem do pólo ou pólos de uma linha ou cabo de transmissão de tal sistema de transmissão com relação à terra. A presente invenção é particular, mas não exclusivamente direcionada aos problemas que surgem quando a dita voltagem é aumentada em altos níveis, especialmente, porém não exclusi- vamente acima de 600 kV.

Um conversor deste tipo é geralmente um autodenominado con- versor em ponte de 12 pulsos, o que significa que este tem 12 ditas válvulas conversoras sob a forma de três conexões em série paralelas com quatro válvulas conversoras entre as ditas extremidades para conexão com alto potencial e baixo potencial. Entretanto, a invenção não se restringe a uma configuração de 12 pulsos, como também mais ou menos válvulas converso- ras são concebíveis, em que quatro é o limite inferior, uma vez que podem ser ao menos dois ditos elementos de conexão para se conectar aos trans- formadores.

O caso de uma configuração de conversor de 12 pulsos para as ditas altas voltagens será discutido agora para explicar os problemas que os conversores deste tipo estão enfrentando.

Os ditos elementos de conexão ficam dispostos nos conversores conhecidos deste tipo em um lado das ditas válvulas conversoras para con- duzir a partir do conversor para os transformadores geralmente dispostos na parte externa de um acesso de válvula que aloja os ditos conversores. Os transformadores de alta capacidade precisam ser do tipo enrolamento duplo monofásico devido às limitações de transporte, uma vez que eles, de outra maneira, serão grandes e pesados tornando difícil encontrar veículos para transportá-los e/ou podem ser muito pesados para serem transportados nas estradas. Isto significa que uma configuração de conversor de 12 pulsos re- quer seis transformadores de enrolamento duplo monofásico. Para tal, um conversor conhecido precisa ficar disposto em um lado do conversor em uma fileira longa, lado a lado. Tendo todos os transformadores em um lado longo de tal construção de acesso de válvula, muitas conexões elétricas fica- rão concentradas neste lado. A distância de isolamento elétrico (distância de ar) entre cada conexão é necessária e irá precisar de espaço e ar extra. Isto também significa que as válvulas conversoras são, então, na maioria das vezes construídas como válvulas duplas, o que significa que as mesmas fi- cam dispostas em colunas com duas válvulas sobrepostas, de modo que seis tais colunas fiquem dispostas em uma fileira no caso da configuração de 12 pulsos. Tal configuração de conversor tem um barramento elétrico parti- cularmente complicado entre o conversor e os transformadores.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

O objetivo da presente invenção é proporcionar um conversor do tipo definido na introdução que é simplificada com relação aos conversores já conhecidos.

Este objetivo é obtido, de acordo com a invenção, proporcionan- do-se tal conversor com os ditos elementos de conexão em ambos os lados opostos das ditas válvulas conversoras. Isto torna possível reduzir drastica- mente o tamanho do acesso de válvula que fecha o conversor e simplifica a conexão elétrica entre os transformadores e o conversor, uma vez que os transformadores podem, então, ficar dispostos em ambos os lados do con- versor. Isto significa que as válvulas conversoras podem ficar dispostas de uma maneira mais compacta, tais como válvulas quádruplas em vez de vál- vulas duplas e ainda obter a distância de isolamento elétrico suficiente entre as conexões com os transformadores, uma vez que existem menos cone- xões do que antes em cada lado do conversor. Então, é vantajoso ter meta- de dos ditos elementos de conexão dispostos em um lado das ditas válvulas conversoras e metade em outro lado destas. Combinar isso com uma dispo- sição das ditas válvulas em colunas com duas vezes mais válvulas conver- soras significa que o comprimento de um dito acesso de válvula conversora pode ser reduzido substancialmente pela metade enquanto ao mesmo tem- po economiza espaço à medida que o barramento elétrico entre o conversor e os transformadores é simplificado.

De acordo com uma modalidade da invenção, o conversor com- preende a dita conexão em série com ao menos quatro ditas válvulas con- versoras dispostas em cima umas das outras em uma coluna e os ditos ele- mentos de conexão para o lado CA se conectam aos pontos da dita conexão em série entre cada segundo da válvula atual, tal como entre o primeiro e o segundo, o terceiro e o quarto, e assim por diante.

De acordo com outra modalidade da invenção, a dita conexão em série de válvulas conversoras tem quatro válvulas conversoras e um dito elemento de conexão para o lado CA em cada um dos dois lados opostos da dita coluna. Isto significa que existe somente um dito elemento de conexão em cada um dos dois lados opostos da coluna de válvulas conversoras para quatro tais válvulas conversoras.

De acordo com outra modalidade da invenção, o conversor compreende uma pluralidade de ditas conexões em série de válvulas con- versoras conectadas paralelas umas às outras e o caso normal case é aque- le que compreende três dita conexões em série de válvulas conversoras co- nectadas paralelas umas às outras para proporcionar três fases em cada lado CA. O conversor pode, então, compreender três ditas colunas com qua- tro válvulas conversoras conectadas em série dispostas em uma fileira e ca- da coluna tem um dito elemento de conexão no dito lado CA em cada um dos dois lados opostos da dita fileira. Isto significa que três elementos de conexão em cada lado da dita fileira em vez de seis para esta configuração de 12 pulsos dos conversores conhecidos.

De acordo com outra modalidade da invenção, o conversor compreende uma pluralidade de descarregadores de surtos conectada em série entre as ditas duas extremidades do lado DC da válvula conversora conexão em série com um descarregador de surtos conectado paralelo à cada válvula conversora, a conexão em série dos descarregadores de surtos tem uma primeira parte disposta em um lado da dita conexão em série das válvulas conversoras e uma segunda parte subseqüente disposta no lado oposto da dita conexão em série das válvulas conversoras e as ditas duas partes são interconectadas por um condutor que leva de um dito lado para o outro através de um espaço livre entre duas ditas válvulas conversoras. Pro- porcionando-se tal espaço livre entre duas válvulas conversoras subseqüen- tes da dita conexão em série é possível alterar o lado da dita conexão em série dos descarregadores de surtos e com esta alteração, o lado para a disposição dos ditos elementos de conexão que conduz a partir do conversor para os transformadores a fim de dispor tais elementos de conexão em am- bos os lados do conversor. De acordo com outra modalidade da invenção, cada válvula conversora compreende uma pluralidade de camadas sobrepostas, que compreende semicondutores de energia, e o dito espaço livre é formado tor- nando-se uma distância entre duas das ditas válvulas conversoras subse- qüentes aproximadamente metade de tal camada ou uma camada. Isto constitui uma maneira fácil de se obter uma alteração do lado da dita cone- xão em série dos descarregadores de surtos simplesmente omitindo uma camada ou metade de tal camada, de modo que a altura total da coluna de válvulas conversoras sobrepostas aumente apenas levemente.

De acordo com outra modalidade da invenção, as duas cone- xões de lado DC nas extremidades opostas da dita conexão em série das válvulas conversoras também ficam dispostas em um dos ditos lados opos- tos das válvulas conversoras. Isto se opõe à necessidade de grandes di- mensões do conversor em qualquer direção devido a uma concentração de conexões elétricas em um lado deste. Aponta-se que cada uma das duas ditas extremidades opostas da conexão em série das válvulas conversoras pode ser conectada a um pólo de uma linha de transmissão de alta voltagem ou uma delas pode ser conectada a tal pólo e a outra a um barramento neu- tro que seja aterrado.

De acordo com outra modalidade da invenção, o conversor compreende um acesso de válvula conversora que fecha as ditas válvulas conversoras e que tem condutores atravessantes nas paredes opostas deste para conexão com os transformadores na parte externa do dito acesso nos lados opostos destes. Tal acesso de válvula conversora pode agradecer à disposição dos ditos elementos de conexão em ambos os lados do dito con- versor e pelo fato de que os ditos transformadores em ambos os lados do dito acesso são compactos enquanto mantêm as distâncias de isolamento elétrico suficientes entre os elementos de conexão e entre os transformado- res.

De acordo com outra modalidade da invenção, o conversor é adaptado para converter voltagens que ficam no dito lado DC do conversor acima de 50 kV, acima de 200 kV, acima de 400 kV ou 600 kV-1000 kV. A invenção fica mais interessante quanto mais alta for a dita voltagem, embora também possa ser favorável para voltagens que ficam abaixo deste contex- to, o que significa, por exemplo, na ordem de 200 kV. A invenção é especi- almente adaptada voltagens mais altas em linha/ sistemas de transmissão via cabo e voltagens mais baixas em aplicações de ponta a ponta (back-to- back).

A invenção também se refere a um estação conversora para conectar um sistema CA a uma linha de transmissão HVDC dotada de ao menos um conversor, de acordo com a invenção, uma estação conversora para conectar um sistema CA a outro sistema CA em uma aplicação de pon- ta a ponta dotada de ao menos um conversor, de acordo com a invenção, assim como um sistema de transmissão HVDC (Corrente direta de alta vol- tagem) que tem estações conversoras com menos um conversor, de acordo com a invenção. A invenção também se refere a um sistema de transmissão CA de alta voltagem que tem uma estação conversora com menos um con- versor, de acordo com a invenção, o uso de um conversor, de acordo com a invenção, em uma estação conversora de um sistema de transmissão HVDC, assim como o uso de um conversor, de acordo com a invenção, em uma estação conversora de ponta a ponta de um sistema de transmissão CA de alta voltagem, os resultados da disposição de tal conversor e o uso deste com relação à produção de construções mais simples e que demandam me- nos espaço, e a economia de gastos aparecem na discussão dos converso- res acima, de acordo com diferentes modalidades da invenção.

As vantagens adicionais assim como as características vantajo- sas da invenção irão aparecer na seguinte descrição de uma modalidade da invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Com referência aos desenhos em anexo, segue abaixo uma descrição específica de um conversor de acordo com a técnica anterior e um conversor de acordo com uma modalidade da presente invenção.

Nos desenhos:

a figura 1 é uma vista muito esquemática que ilustra um sistema de transmissão HVDC (Corrente Direta de Alta Voltagem) com estações conversoras, que podem ou não incluir um conversor, de acordo com a in- venção,

a figura 2 é uma vista muito esquemática que ilustra um conver- sor conhecido com uma configuração de 12 pulsos, e

a figura 3 é uma vista de extremidade simplificada de um con- versor de acordo com uma modalidade da presente invenção,

a figura 4 é uma vista simplificada que mostra uma construção geral de dois conversores conhecidos usados em uma aplicação de ponta a ponta, e

a figura 5 é uma vista similar a de um conversor da figura 4, de acordo com a invenção usada em uma aplicação de ponta a ponta.

BREVE DESCRIÇÃO DE UM CONVERSOR DE ACORDO COM A TÉCNICA ANTECEDENTE

A figura 1 ilustra esquematicamente um sistema de transmissão de corrente direta de alta voltagem que tem duas estações conversoras 1,2 interconectadas por uma linha de transmissão de corrente direta de alta vol- tagem 3 do tipo bipolar que tem um pólo 4 com polaridade positiva com rela- ção à terra, por exemplo, +800 kV, e um pólo 5 com polaridade negativa com relação à terra, tal como -800 kV. Cada estação conversora tem dois con- versores 6, 7 que tem um lado DC desta conectado, em um lado, a um dito pólo com alto potencial e no outro a uma disposição neutra DC 8 que seja aterrada. Um lado CA de cada conversor é conectado aos transformadores 9.

Um autodenominado conversor em ponte de 12 pulsos conheci- do para converter voltagem alternada em voltagem direta e vice-versa em uma estação conversora de um sistema de transmissão HVDC deste tipo é mostrado na figura 2. Este conversor tem três conexões em série com quatro válvulas conversoras 10', 11', 12' e 13' cada, e as ditas conexões em série são conectadas paralelas umas às outras para se conectarem às extremida- des opostas 14' e 15' com alto potencial e baixo potencial do dito lado DC1 respectivamente. Cada dita conexão em série é disposta aqui em duas colu- nas que têm duas válvulas conversoras sobrepostas. Mostra-se como os pontos entre as duas válvulas conversoras de cada coluna são dotados de elementos 16' para conectar as mesmas a um transformador 17'cada, de modo que desta maneira seis transformadores fiquem dispostos em um lado da fileira de colunas de válvulas conversoras que resultam nos problemas discutidos acima.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES DA INVENÇÃO

Em uma vista de uma extremidade da dita fileira, a Figura 3 ilus- tra esquematicamente um conversor de acordo com uma modalidade da pre- sente invenção. Este também é um conversor em ponte de 12 pulsos que tem a conexão em série com quatro válvulas conversoras 10-13 dispostas em uma coluna em cima umas das outras, de modo que o conversor tenha três das tais colunas dispostas em uma fileira. Tal coluna é isolada com rela- ção ao telhado 18 de um acesso de válvula atual através de um elemento de isolamento 19. O lado DC do conversor conectado à dita coluna do conver- sor em lados opostos deste através de uma conexão 20 em um pólo da linha de transmissão HVDC e a conexão 21 em um barramento neutro da estação conversora. Os descarregadores de surtos 22-25 são conectados em série entre as ditas conexões DC 20, 21 com um descarregador de surtos conec- tado paralelo a cada válvula conversora para proteção desta contra sobre- tensões. Uma parte da conexão em série dos descarregadores de surtos, isto é, duas delas, 22 e 23, ficam dispostas em um lado da coluna de válvula conversora e a outra parte no outro lado da coluna por serem interconecta- das por um condutor 26 que conduz a partir de um dito lado para outro atra- vés de um espaço livre 27 entre as duas ditas válvulas conversoras 11, 12. Cada válvula conversora compreende uma pluralidade de camadas sobre- postas que compreendem semicondutores de energia e o dito espaço livre 27 é formado, de preferência, deixando uma distância entre as duas válvulas conversoras subseqüentes de aproximadamente metade de tal camada.

Mostra-se como os elementos 16 que se conectam aos pontos da conexão em série das válvulas conversoras entre as válvulas converso- ras subseqüentes podem, deste modo, ficar dispostos em lados opostos 30, 31 do conversor para se conectarem aos transformadores 17 em lados opos- tos deste, resultando nas vantagens descritas acima.

A figura 4 mostra uma aplicação adicional em que a presente invenção é útil. Esta figura mostra uma aplicação de ponta a ponta conheci- da, em que dois conversores 40, 41 são conectados por uma ligação DC 42 e dispostos em um acesso de conversor 43. A voltagem alternada pode, por exemplo, ter em um lado 44 uma freqüência de 50 Hz e no outro lado 45, uma freqüência de 60 Hz. Cada conversor tem aqui três colunas, uma para cada fase, cada uma tendo quatro válvulas conversoras 46-49 conforme in- dicado na coluna 50. Os transformadores 51-54 conectados ao mesmo con- versor são proporcionados no mesmo lado do conversor e o acesso de con- versor 43 para esta disposição fica, de preferência, amplo.

A figura 5 mostra um conversor, de acordo com a invenção, u- sado em uma aplicação de ponta a ponta como aquela de acordo com a Fi- gura 4. Este conversor usa válvulas óctuplas, isto é, oito válvulas converso- ras em cada coluna, e os transformadores 51-54 ficam dispostos em ambos os lados do acesso de conversor 43 usando-se a técnica descrita acima e ilustrada na figura 3. Isto reduz consideravelmente a largura do acesso de válvula.

A invenção certamente não se restringe de nenhuma maneira à modalidade descrita acima, porém muitas possibilidades de modificações desta podem ser aparentes para uma pessoa versada na técnica sem sair da idéia básica da invenção conforme definido nas reivindicações em anexo.

Claims

1. Conversor para converter voltagem alternada em voltagem direta e inversamente, em uma estação conversora de um sistema de trans- missão de alta voltagem, o dito conversor que compreende uma conexão em série de uma pluralidade de válvulas conversoras (10-13), um lado DC do conversor que é formado pelas extremidades opostas (14, 15) da dita cone- xão em série das válvulas conversoras para conexão com alto potencial e baixo potencial, respectivamente, o conversor compreende adicionalmente uma pluralidade de elementos (16) que se conectam em um lado CA do conversor aos pontos da dita conexão em série entre as ditas válvulas con- versoras subseqüentes para conduzir a partir do conversor para os transfor- madores (17), caracterizado pelo fato de que o conversor compreende os ditos elementos de conexão (16) em ambos os lados opostos (30, 31) das ditas válvulas conversoras.

2. Conversor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que metade dos ditos elementos de conexão (16) fica disposta em um lado das ditas válvulas conversoras ,(10-13) e uma metade no outro lado das mesmas.

3. Conversor de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracteriza- do pelo fato de que compreende uma dita conexão em série com ao menos quatro ditas válvulas conversoras (10-13) dispostas em cima umas das ou- tras em uma coluna e que os ditos elementos de conexão (16) para o lado CA se conectam aos pontos da dita conexão em séries entre cada segundo da válvula atual, tal como entre o primeiro e o segundo, o terceiro e o quarto, e assim por diante.

4. Conversor de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a dita conexão em série das válvulas conversoras tem qua- tro válvulas conversoras (10-13) e um dito elemento de conexão para o lado CA em cada um dos dois lados opostos da dita coluna.

5. Conversor de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que compreende uma pluralidade de ditas conexões em série de válvulas conversoras conectadas paralelas umas às outras.

6. Conversor de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o mesmo tem três ditas conexões em série de válvulas con- versoras (10-13) conectadas paralelas umas às outras para proporcionar três fases no dito lado CA.

7. Conversor de acordo com a reivindicação 4 e 6, caracterizado pelo fato de que compreende três ditas colunas com quatro válvulas conver- soras (10-13) conectadas em série em uma fileira e que cada coluna tem um dito elemento (16) que se conecta ao dito lado CA em cada um dos dois Ia- dos opostos da dita fileira.

8. Conversor de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que compreende uma pluralidade de descarregadores de surtos (22-25) conectada em série entre as duas ditas extremidades do lado DC (20, 21) da conexão em série dé válvula converso- ra em um descarregador de surtos conectado em paralela com cada válvula conversora, pelo fato de que a conexão em série dos descarregadores de surtos tem uma primeira parte (22, 23) disposta em um lado (30) da dita co- nexão em série das válvulas conversoras e uma segunda parte subseqüente (24, 25) disposta no lado oposto (31) da dita conexão em série das válvulas conversoras e pelo fato de que as duas ditas partes são interconectadas por um condutor (26) que conduz a partir de um dito lado para o outro através de um espaço livre (27) entre as duas ditas válvulas conversoras.

9. Conversor de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que cada válvula conversora (10-13) compreende uma plurali- dade de camadas sobrepostas que compreende semicondutores de energia e este dito espaço livre (27) é formado tornando-se uma distância entre duas das ditas válvulas conversoras subseqüentes (11, 12) aproximadamente me- tade de tal camada ou uma camada.

10. Conversor de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes , caracterizado pelo fato de que as duas conexões de lado DC (20, 21) nas extremidades opostas da dita conexão em série das válvulas conversoras também ficam dispostas em um dos ditos lados opostos das válvulas conversoras (10-13).

11. Conversor de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que compreende um acesso de vál- vula conversora que fecha as ditas válvulas conversoras e que tem conduto- res atravessantes nas paredes opostas destas para conexão nos transfor- madores (17) na parte externa do dito acesso nos lados opostos destes.

12. Conversor de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que é adaptado para converter as voltagens que ficam no dito lado DC do conversor acima de 50 kV, acima de 200 kV, acima de 400 kV ou 600 kV-1000 kV.

13. Estação conversora para conectar um sistema CA a uma linha de transmissão HVDC dotada de ao menos um conversor como defini- do em qualquer uma das reivindicações 1 a 12.

14. Estação conversora para conectar um sistema CA a outro sistema CA em uma aplicação de ponta a ponta dotada de ao menos um conversor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12.

15. Sistema de transmissão HVDC (Corrente direta de alta vol- tagem) que tem estações conversoras com menos um conversor como defi- nido em qualquer uma das reivindicações 1 a 12.

16. Sistema de transmissão CA de alta voltagem que tem uma estação conversora com ao menos um conversor como definido em qualquer uma das reivindicações 1-12, em uma aplicação de ponta a ponta.

17. Uso de um conversor como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 12, em uma estação conversora de um sistema de trans- missão HVDC.

18. Uso de um conversor como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 12, em uma estação conversora de ponta a ponta de um sistema de transmissão CA de alta voltagem.