DE102006046040A1

DE102006046040A1 - Thyristorventil einer HGÜ-Anlage

Info

Publication number: DE102006046040A1
Application number: DE102006046040A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dr. Huang; Marcus HÄUSLER; Markus Uder
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-09-28
Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2008-04-03
Also published as: JP2010505378A; EP2067226A1; US20100027177A1; WO2008037774A1; CN101523682A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ventil (4) eines Stromrichters (2) einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-Anlage mit mehreren Ventilabschnitten (38), die jeweils mehrere elektrisch in Reihe geschaltete Thyristoren (46) aufweisen, und mit einem Überspannungs-Ableiter (32), der elektrisch parallel zum Ventil (4) geschaltet ist. Erfindungsgemäß ist elektrisch parallel zu jedem Ventilabschnitt (38) ein Überspannungs-Ableiter (58) geschaltet. Somit e(2) einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-Anlage, die keine Steuerkondensatoren mehr benötigt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil eines Stromrichters einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-Anlage mit mehreren Ventilabschnitten, die jeweils mehrere elektrisch in Reihe geschaltete Thyristoren aufweisen, und mit einem Überspannungs-Ableiter, der elektrisch parallel zum Ventil geschaltet ist.
Ein derartiges Thyristorventil einer Hochspannungs-Gleichspannungs-Übertragungs-Anlage, auch als HGÜ-Anlage bezeichnet, ist aus der Veröffentlichung mit dem Titel "Modern HVDC Thyristor Valves for China's Electric Power System", abgedruckt in ... . Mittels einer HGÜ-Anlage werden zwei Energieversorgungs-Netze mit unterschiedlichem Frequenzverhalten zwecks Energieaustauschs miteinander gekoppelt. Um eine geforderte Spannungssperrfähigkeit realisieren zu können, weist ein Ventil eines Stromrichters einer HGÜ-Anlage eine Vielzahl von Thyristoren auf. Diese Vielzahl von Thyristoren eines Thyristorventils sind auf mehrere Ventilabschnitte aufgeteilt. Jeweils zwei Ventilabschnitte eines Thyristorventils bilden einen Thyristorbaustein. Weist eine Phase eines Stromrichters einer HGÜ-Anlage vier Thyristorventile auf und jedes Thyristorventil ist aus drei Thyristorbausteinen aufgebaut, so weist diese Phase zwölf solcher Thyristorbausteine auf, die auf zwei räumlich parallel angeordneten Ventiltürmen aufgeteilt sind. Jeder Thyristorbaustein bildet eine Etage eines solchen Ventilturms.
Jedem Thyristorventil ist ein Überspannungs-Ableiter elektrisch parallel geschaltet. Mittels dieser parallel geschalteten Ableiter sind die Ventile jeweils gegen Überspannungen geschützt, sofern sich eine Überspannung gleichmäßig auf alle Baueinheiten innerhalb eines Ventils aufteilt. Kommt es bei Überspannungen mit hohen Spannungssteilheiten, verursacht durch vorhandene und je nach betrachtetem Ventilabschnitt un terschiedlichen Streukapazitäten, zu einer unsymmetrischen Spannungsaufteilung innerhalb eines Thyristorventils, so können Thyristoren in einem Ventilabschnitt mit der anteilig höchsten Überspannung über ihre Rückwärts-Sperrfähigkeit belastet und dabei zerstört werden.
Um dies zu verhindern, werden gemäß der eingangs genannten Veröffentlichung in jedem Ventilabschnitt eines Ventils so genannte Steuerkondensatoren zur Spannungssymmetrierung eingesetzt. Diese Steuerkondensatoren sind elektrisch parallel zu jeweils einem Ventilabschnitt geschaltet. Dadurch weist jeder Thyristorbaustein, der zwei Ventilabschnitte aufweist, zwei Steuerkondensatoren auf. Der Wert eines jeden Steuerkondensators muss so groß gewählt werden, dass dieser und nicht eine vorhandene Streukapazität die Spannungsaufteilung bestimmt. Ein typischer Wert für einen Steuerkondensator beträgt in einem 500 kV-HGÜ-Ventil 6nF pro Ventilabschnitt. Ein derartiger Steuerkondensator beansprucht in einem Thyristorbaustein keinen unerheblichen Platz. Außerdem erhöhen diese Steuerkondensatoren das Gewicht des Thyristorbausteins.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Ventil derart weiterzubilden, dass keine Steuerkondensatoren mehr benötigt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 1 gelöst.
Dadurch, dass der ohnehin vorhandene Ventilableiter überwiegend auf die Ventilabschnitte aufgeteilt wird, werden keine Steuerkondensatoren pro Ventilabschnitt mehr benötigt. Dadurch reduziert sich der Wert der Einschaltkapazität eines Ventils erheblich, so dass außerdem die pro Ventilabschnitt vorhandenen sättigbaren Drosseln kleiner dimensioniert werden können. Durch die teilweise Integration eines Ventilableiters in seine Ventilabschnitte wird das Ventil punktuell gegenüber auftretenden Überspannungen, verursacht durch Streukapazitä ten, begrenzt, ohne diese auftretende Überspannung zuvor zu symmetrieren.
Bei einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventils eines Stromrichters einer HGÜ-Anlage ist der vorhandene Ventilableiter vollständig in das Ventil integriert. Das heißt, der Ventilableiter ist auf seine Ventilabschnitte aufgeteilt. Dadurch wird zusätzlich erreicht, dass der Platzbedarf eines Ventilturms sich verringert.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventils eines Stromrichters einer HGÜ-Anlage sind die in den Ventilabschnitten dieses Ventils integrierten Überspannungs-Ableiter flüssigkeitsgekühlt. Dadurch können diese an das vorhandene Kühlsystem des Ventils angeschlossen werden, wodurch auf eine separate Ableiterkühlung verzichtet werden kann.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der mehrere Ausführungsformen eines Ventils eines Stromrichters einer HGÜ-Anlage schematisch veranschaulicht sind.
1 zeigt ein Ersatzschaltbild eines Stromrichters einer HGÜ-Anlage nach dem Stand der Technik, in der
2 ist ein Ersatzschaltbild eines Ventils des Stromrichters nach 1 veranschaulicht, die
3 zeigt ein Schaltbild eines Ventils des Stromrichters nach 1, wobei in der
4 ein Thyristorbaustein des Stromrichters nach 1 dargestellt ist, in der
5 ist ein Aufbau des Stromrichters nach 1 dargestellt, und die
6 zeigt ein Ersatzschaltbild einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventils eines Stromrichters einer HGÜ-Anlage, wogegen in der
7 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventils dargestellt ist.
Gemäß dem Ersatzschaltbild eines Stromrichters 2 einer nicht näher dargestellten Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-Anlage (HGÜ-Anlage) weist jede Phase dieses Stromrichters 2 vier Ventile 4 auf, die elektrisch in Reihe geschaltet sind. Ein derartiges Phasenventil 6 wird als Quadrupel-Ventil bezeichnet. Wechselspannungsseitig ist dieser Stromrichter 2 mittels eines Transformators 8 mit einem Netz verbunden. Dieser Transformator 8 weist eine Primärwicklung 10 und zwei Sekundärwicklungen 12 und 14 auf. Die Primärwicklung 10 und die Sekundärwicklung 12 sind jeweils in Stern geschaltet, wogegen die Sekundärwicklung 14 in Dreieck geschaltet ist. Jeder Ausgang einer Phase einer Sekundärwicklung 12 bzw. 14 ist mit einem wechselspannungsseitigen Eingang 16, 18, 20 bzw. 22, 24, 26 eines Teilphasenventils 28 bzw. 30, bestehend aus zwei elektrisch in Reihe geschalteten Ventilen 4, elektrisch leitend verbunden. Durch die Verwendung eines Transformators 8 mit zwei Sekundärwicklungen 12 und 14 mit Stern- und Dreieckschaltung ist die Oberwellenbelastung des Netzes gering.
Gemäß diesem Ersatzschaltbild eines Stromrichters 2 einer HGÜ-Anlage weist jedes Ventil 4 einen Ventilableiter 32, eine Ersatzinduktivität 34 und einen Ersatz-Thyristor 36 auf. Gemäß der 2 weist dieser Ersatz-Thyristor 36 sechs Ventilabschnitte 38 auf, die jeweils durch ein Thyristorschaltbild dargestellt sind. Jedem Ventilabschnitt 38 ist ein Steuerkondensator 40 elektrisch parallel geschaltet. Der Wert eines jeden Steuerkondensators 40 muss so groß gewählt werden, dass dieser und nicht die vorhandenen Streukapazitäten die Spannungsaufteilung bestimmt. Ein typischer Wert für einen Steuerkondensator beträgt beispielsweise bei einem 500 kV-HGÜ-Ventil 4 6nF pro Ventilabschnitt 38, d.h., bei sechs Ventilabschnitten 38 ist der Wert eines jeden Steuerkondensators 40 1nF pro Ventil 4.
In der 3 ist ein Schaltbild eines Ventils 4 eines Stromrichters 2 einer HGÜ-Anlage näher dargestellt. Gemäß dem Ersatzschaltbild des Ventils 4 der 2 weist dieses Ventil 4 sechs Ventilabschnitte 38 auf, von denen der Übersichtlichkeit halb nur drei Ventilabschnitte 38 dargestellt sind. Jeder Ventilabschnitt 38 weist neben dem Steuerkondensator 40 noch mehrere Thyristorplätze 42 und mehrere sättigbare Drosseln 44 auf. Hiervon sind jeweils nur eins je Ventilabschnitt 38 dargestellt. Jeder Thyristorplatz 42 weist einen Thyristor 46 auf, dem jeweils ein Beschaltungsnetzwerk 48 parallel geschaltet ist. Beispielsweise besteht ein Ventil 4 eines 500 kV-Stromrichters 2 aus sechs Ventilabschnitten 38, die jeweils dreizehn Thyristorplätze 42 aufweisen. Somit weist dieses Ventil 4 achtundsiebzig Thyristoren 46 auf.
Gemäß der 4, die den Aufbau eines so genannten Thyristorbausteins 52 näher dargestellt, sind die Thyristoren 46 eines jeden Ventilabschnitts 38 elektrisch in Reihe geschaltet und mit ihren Kühlbausteinen zusammen in einem Spannverband 50 angeordnet. Räumlich parallel zum Spannverband 50 sind gemäß dieser Darstellung einerseits die Beschaltungsnetzwerke 48 und andererseits die Thyristoransteuerungen angeordnet. Dieser Darstellung kann weiterhin entnommen werden, dass ein Thyristorbaustein 52 weitere Bauelemente von zwei Ventilabschnitten 38 beheimatet. Zu diesen Bauelementen gehören die sättigbaren Drosseln 44, vier davon pro Ventilabschnitt 38, und die Steuerkondensatoren 40, jeweils eine pro Ventilabschnitt 38. Somit wird ein Ventil 4, das in sechs Ventilabschnitte 38 unterteilt ist, mittels drei Thyristorbausteinen 52 realisiert. Das bedeutet, dass ein Quadrupel-Ventil 6 des Stromrichters 2 gemäß 1 zwölf solcher Thyristorbausteine 52 aufweist.
In der 5 ist der Aufbau eines derartigen Quadrupel-Ventils 6 näher dargestellt. Seine zwölf Thyristorbausteine 52 sind auf zwei Ventiltürme 54 und 56 verteilt. Diese Thyristorbausteine 52 bilden jeweils eine Etage eines Ventilturms 54 bzw. 56. Räumlich neben diesen beiden Ventiltürmen 54 und 56 sind die zugehörigen Ventilableiter 32 mittels einer Montagekonstruktion angeordnet. Dieser Darstellung ist zu entnehmen, wie die räumliche Ausdehnung eines derartigen Ventilableiters 32 ist.
In der 6 ist ein Ersatzschaltbild einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventils 4 näher dargestellt. Gegenüber dem Ersatzschaltbild gemäß 2 weist das erfindungsgemäße Ventil 4 keine Steuerkondensatoren 40 mehr auf. Die Funktion der Spannungsbegrenzung dieser Steuerkondensatoren 40 wird nun von Ventilabschnitts-Ableitern 58 übernommen. Diese Ventilabschnitts-Ableiter 58 sind derart dimensioniert, dass ein Teil des bisherigen Ventilableiters 32 nun von diesen realisiert sind. Dadurch wird als Ventilableiter 32 ein Ableiter mit einer geringeren Leistung benötigt. Durch den Wegfall der Steuerkondensatoren 40 eines Ventils 4 bestimmen nun wieder die vorhandenen Streukapazitäten, die je nach betrachtetem Ventilabschnitt unterschiedlich sind, die Spannungsaufteilung entlang des Ventils 4. Tritt an einem Ventilabschnitt 38 des Ventils 4 eine Spannung auf, die die Ableiterspannung übersteigt, so wird der entsprechende Ventilabschnitts-Ableiter 58 leitend und begrenzt dadurch diese auftretende Spannung auf einen vorbestimmten Wert. Durch die teilweise Integration des Ventilableiters 32 in seine einzelnen Ventilabschnitte 38 werden keine Steuerkondensatoren 40 mehr benötigt, wodurch sich der Wert der Einschaltkapazität eines jeden Ventilabschnitts 38 verringert. Dadurch verringert sich auch der Wert der Induktivität einer jeden sättigbaren Drossel 44 eines Ventilabschnitts 38.
Bei einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventils 4 eines Stromrichters 2 einer HGÜ-Anlage, ist der Ventilableiter 32 vollständig in seine Ventilabschnitte 38 integriert. Gemäß dem Ersatzschaltbild gemäß 7 weist jeder Ventilabschnitt 38 einen Ventilabschnitts-Ableiter 60 auf. Diese Ventilabschnitts-Ableiter 60 weisen gegenüber den Ventilabschnitts-Ableitern 58 der Ausführungsform gemäß 6 jeweils eine höhere Leistung auf, da das Leistungsvermögen des Ventilableiters 32 nun vollständig von diesen Ventilabschnitts-Ableitern 60 aufgebracht wird. Da bei dieser Ausfüh rungsform des Ventils 4 kein Ventilableiter 32 mehr benötigt wird, wird auch kein Montagerahmen für die Ventilableiter 32 mehr benötigt, wodurch sich die räumlichen Abmessungen der beiden Ventiltürme 54 und 56 des Aufbaus des Quadrupel-Ventils 6 der 5 verkleinern.

Claims

Ventil (4) eines Stromrichters (2) einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-Anlage mit mehreren Ventilabschnitten (38), die jeweils mehrere elektrisch in Reihe geschaltete Thyristoren (46) aufweisen, und mit einem Überspannungs-Ableiter (32), der elektrisch parallel zum Ventil (4) geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass elektrisch parallel zu jedem Ventilabschnitt (38) ein Überspannungs-Ableiter (58) geschaltet sind.
Ventil (4) eines Stromrichters (2) einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-Anlage mit mehreren Ventilabschnitten (38), die jeweils mehrere elektrisch in Reihe geschaltete Thyristoren (46) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass elektrisch parallel zu jedem Ventilabschnitt (38) ein Überspannungs-Ableiter (60) geschaltet sind.
Ventil (4) eines Stromrichters (2) einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-Anlage mit mehreren Ventilabschnitten (38), die jeweils mehrere elektrisch in Reihe geschaltete Thyristoren (46) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass elektrisch parallel zu jedem Thyristor (46) ein Überspannungs-Ableiter geschaltet sind.
Ventil (4) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überspannungs-Ableiter (58, 60) flüssigkeitsgekühlt sind.
Ventil (4) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überspannungs-Ableiter (58, 60) zweier Ventilabschnitte (38) in einem diese beiden Ventilabschnitte (38) aufnehmenden Thyristorbaustein (52) integriert sind.