RU2011282C1 - Self-commutated twelve-phase converter - Google Patents
Self-commutated twelve-phase converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2011282C1 RU2011282C1 SU5025202A RU2011282C1 RU 2011282 C1 RU2011282 C1 RU 2011282C1 SU 5025202 A SU5025202 A SU 5025202A RU 2011282 C1 RU2011282 C1 RU 2011282C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- transformers
- converter
- winding
- transformer
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
- Control Of Electrical Variables (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании преобразовательных подстанций для электропередач и вставок постоянного тока, электрифицированных железных дорог, электрометаллургической и химической промышленности, где требуются мощные преобразователи трехфазного переменного тока в постоянный или (и) постоянного тока в трехфазный, причем необходимо обеспечить работу преобразователей без потребления или с выдачей реактивной мощности. Изобретение дает возможность создать такие преобразователи на базе запираемых вентилей, обеспечивая уменьшение перенапряжений, вызванных принудительными коммтуациями тока запираемыми вентилями. The invention relates to a converter technique and can be used to create converter substations for power transmissions and DC inserts, electrified railways, electrometallurgical and chemical industries, where powerful converters of three-phase alternating current to direct or (and) direct current to three-phase are required, and it is necessary to ensure operation of converters without consumption or with reactive power output. The invention makes it possible to create such converters on the basis of lockable valves, providing reduction of overvoltages caused by forced switching of current by lockable valves.
Известны самокоммутируемые преобразователи, имеющие трехфазные мосты на запираемых вентилях, с различными схемотехническими решениями для ограничения перенапряжений, возникающих из-за принудительных коммутаций тока запираемыми вентилями (из-за практически мгвеновенных прерываний тока в цепях, содержащих индуктивности трансформаторов). К этим схемотехническим решениям относятся: включение конденсаторов параллельно вторичной обмотке трансформатора /1/, передача электромагнитной энергии индуктивностей через вспомогательные преобразователи в накопительный конденсатор /2/, соединение третичных обмоток трансформаторов параллельно, а вторичных обмоток с устройствами демпфирования электромагнитных колебаний /3/. Known self-switching converters having three-phase bridges on lockable valves, with various circuitry solutions to limit overvoltages arising from forced switching currents by lockable valves (due to almost instantaneous current interruptions in circuits containing transformer inductances). These circuitry solutions include: turning on the capacitors parallel to the secondary winding of the transformer / 1 /, transferring the electromagnetic energy of the inductors through auxiliary converters to the storage capacitor / 2 /, connecting the tertiary windings of the transformers in parallel, and the secondary windings with electromagnetic vibration damping devices / 3 /.
Использование только включения конденсаторов по /1/ дает недостаточный эффект по уменьшению перенапряжений, которые в зависимости от реальных индуктивностей трансформаторов имеют кратность в пределах 2-3. Схемотехническое решение по /2/ требует много добавочных вентилей и сложного их управления, что приводит к снижению надежности самокоммутируемого преобразователя. Using only the inclusion of capacitors according to / 1 / gives an insufficient effect to reduce overvoltages, which, depending on the real inductances of the transformers, have a multiplicity in the range of 2-3. The circuitry solution according to / 2 / requires a lot of additional valves and their complex control, which leads to a decrease in the reliability of a self-switching converter.
Из известных самокоммутируемых преобразователей наиболее близким к предлагаемому является преобразователь, выполненный по /3/ с двумя трехфазными мостами, двумя трехфазными трехобмоточными трансформаторами и двумя трехфазными конденсаторными батареями (как частный случай устройств демпфирования). Of the known self-commutated converters, the closest to the proposed one is a converter made along / 3 / with two three-phase bridges, two three-phase three-winding transformers and two three-phase capacitor banks (as a special case of damping devices).
Недостатком этого двенадцатифазного самокоммутируемого преобразователя, принятого за прототип, является недостаточное ограничение перенапряжений, вследствие чего снижается надежность его работы. The disadvantage of this twelve-phase self-switching converter, adopted as a prototype, is the insufficient limitation of overvoltages, as a result of which its reliability is reduced.
Цель изобретения - повышение надежности двенадцатифазного самокоммутируемого преобразователя путем более глубокого уменьшения перенапряжений. The purpose of the invention is to increase the reliability of a twelve-phase self-switching converter by means of a deeper reduction of overvoltages.
Поставленная цель достигается тем, что у двенадцатифазного самокоммутируемого преобразователя, содержащего два трехфазных моста на запираемых вентилях, два трехфазных трехобмоточных трансформатора и две трехфазных конденсаторных батареи, причем первичные и третичные обмотки трансформаторов выполнены соответственно одинаково, вторичная обмотка первого трансформатора соединена звездой, а второго - треугольником, обе вторичные обмотки имеют одинаковые линейные напряжения, первичные обмотки трансформаторов подключены параллельно к трехфазному источнику питания или к трехфазной нагрузке, к каждой вторичной обмотке подключены параллельно мост на запираемых вентилях и конденсаторная батарея, осуществлено соединение одноименных выводов третичных обмоток двух трансформаторов между собой через одинаковые реактивные двухполюсники, выполненные так, чтобы в напряжениях конденсаторных батарей пятая и седьмая гармоники были близки к нулю. This goal is achieved by the fact that a twelve-phase self-switching converter containing two three-phase bridges on lockable valves, two three-phase three-winding transformers and two three-phase capacitor banks, the primary and tertiary windings of the transformers are made equally the same, the secondary winding of the first transformer is connected by a star and a second by a triangle , both secondary windings have the same line voltage, the primary transformer windings are connected in parallel to to a three-phase power supply or to a three-phase load, a bridge on lockable valves and a capacitor battery are connected in parallel to each secondary winding, the terminals of the same name of the tertiary windings of two transformers are connected to each other through the same reactive two-terminal devices, so that the fifth and seventh harmonics are in the voltages of the capacitor banks are close to zero.
В прототипе /3/, который отличается от предлагаемого преобразователя отсутствием реактивных двухполюсников в цепях соединенных между собой пофазно третичных обмоток трансформаторов, пятая и седьмая гармоники в напряжениях конденсаторных батарей имеют наибольшие амплитуды. Они в основном определяют величину перенапряжений на вторичной стороне трансфоматоров. In the prototype / 3 /, which differs from the proposed converter by the absence of reactive bipolar in the circuits of the tertiary windings of the transformers interconnected in phase, the fifth and seventh harmonics in the voltage of the capacitor banks have the largest amplitudes. They mainly determine the amount of overvoltage on the secondary side of transformers.
Подавление предлагаемым схемотехническим решением пятой и седьмой гармоник в напряжениях конденсаторных батарей приводит к существенному уменьшению перенапряжений на вторичной стороне трансформаторов, что особенно важно для запираемых вентилей. Уменьшение перенапряжений позволяет снизить затраты на запираемые вентили и одновременно повысить надежность преобразователя. Как показывает расчет для конкретного объекта, имеется возможность добавочные затраты на реактивные двухполюсники скомпенсировать снижением стоимости запираемых вентилей и при этом получить положительный технический эффект - повышение надежности. Suppression of the fifth and seventh harmonics in the voltages of capacitor banks by the proposed circuit solution leads to a significant reduction in overvoltages on the secondary side of transformers, which is especially important for lockable valves. Reducing overvoltage reduces the cost of lockable valves and at the same time increase the reliability of the converter. As the calculation for a particular object shows, it is possible to compensate for the additional costs of reactive two-terminal devices by reducing the cost of shut-off valves and at the same time obtain a positive technical effect - increasing reliability.
Соединение пофазно третичных обмоток двух трансформаторов через реактивные двухполюсники в предлагаемом преобразователе сочетается с параллельным соединением первичных обмоток и подключением конденсаторных батарей к вторичным обмоткам трансформаторов и дает эффект при совокупности этих технических решений. Их совместное применение в известных решениях заявителем не обнаружено. The phase-wise connection of the tertiary windings of two transformers through reactive bipolar in the proposed Converter is combined with a parallel connection of the primary windings and the connection of capacitor banks to the secondary windings of the transformers and gives an effect when these technical solutions are combined. Their joint application in known solutions by the applicant is not found.
На чертеже приведена схема предлагаемого преобразователя. Преобразователь содержит два трехфазных моста 1 и 2 на запираемых вентилях 3, два трехфазных трехобмоточных трансформатора 4 и 5, две трехфазных конденсаторных батареи 6 и 7, а также реактивные двухполюсники 8. The drawing shows a diagram of the proposed Converter. The converter contains two three-phase bridges 1 and 2 on lockable valves 3, two three-phase three-
Мосты 1 и 2 могут быть соединены последовательно, как показано на чертеже или параллельно через уравнительный реактор. Запираемый вентиль 3 в каждом плече моста в настоящее время может быть выполнен на базе запираемых тиристоров, транзисторов или электронно-лучевых ламп. Возможно также создание запираемого вентиля из этих полностью управляемых приборов в комбинации с обычными тиристорами. Bridges 1 and 2 can be connected in series, as shown in the drawing or in parallel through a surge reactor. Lockable valve 3 in each arm of the bridge can now be made on the basis of lockable thyristors, transistors or cathode-ray tubes. It is also possible to create a lockable valve from these fully controllable devices in combination with conventional thyristors.
Трансформаторы 4 и 5 имеют одинаковые первичные обмотки 9 и одинаковые третичные обмотки 10. У трансформатора 4 вторичная обмотка 11 соединена звездой, а у трансформатора 5 вторичная обмотка 12 соединена треугольником. Линейные напряжения вторичных обмоток 11 и 12 одинаковые по величине. Transformers 4 and 5 have the same primary windings 9 and the same tertiary windings 10. At the transformer 4, the
Первичные обмотки 9 трансформаторов 4 и 5 соединены параллельно и подключаются к трехфазному источнику питания (к трехфазной энергосистеме, содержащей электростанции) или к трехфазной нагрузке (к энергосистеме, для которой источником питания является только рассматриваемый самокоммутируемый преобразователь). В случае подключения к трехфазному источнику питания преобразователь может работать в выпрямительном режиме с потреблением активной мощности или в инверторном режиме с выдачей активной мощности в энергосистему потребителя электроэнергии. В случае подключения к трехфазной нагрузке преобразователь, благодаря тому, что он является самокоммутируемым, работает в инверторном режиме и осуществляет питание этой нагрузки (в этом случае преобразователь представляет собой автономный инвертор тока). В выпрямительном и инверторном режимах преобразователь одновременно с потреблением или выдачей активной мощности может в широких пределах изменять величину и знак реактивной мощности. В частности, возможна работа преобразователя без потребления реактивной мощности. В другом частном случае преобразователь может работать как компенсатор реактивной мощности. The primary windings of 9
К вторичной обмотке 11 трансформатора 4 подключены паралельно мост 1 и конденсаторная батарея 6, к вторичной обмотке 12 трансформатора 5 - мост 2 и конденсаторная батарея 7. Емкость конденсаторов выбирается такой, чтобы собственная частота колебаний в контурах, образованных конденсаторной батареей и вторичной обмоткой трансформатора, была близка к определенному заданному значению fо= νf, где f - частота переменного тока преобразователя. Величина ν должна по возможности больше отличаться от порядка высших гармоник в фазных токах моста, равных 6к±1, где к= 1,2, . . . . При реальных значениях индуктивности короткого замыкания вторичной обмотки рекомендуется задавать ν равным 9.The bridge 1 and the capacitor battery 6 are connected in parallel to the
Одноименные выводы третичных обмоток 10 трансформаторов 4 и 5 соединены между собой через одинаковые реактивные двухполюсники 8. При работе преобразователя через двухполюсники 8 проходят токи, содержащие гармоники порядка n= (2к-1)6±1, где к= 1,2, . . . , то есть гармоники, для которых n= 5, 7, 17, 19, . . . (В этих токах отсутствуют первая гармоника частоты f переменного тока преобразователя и гармоники порядка n= 12к±1). The same terminals of the tertiary windings 10 of
Схема и параметры двухполюсника 8 выбираются так, чтобы в напряжениях конденсаторных батарей пятая и седьмая гармоники были близки к нулю. Для этого, как следует из анализа электромагнитных процессов в предлагаемом преобразователе, реактивное сопротивление x(n) двухполюсника 8 при n= 5 и n= 7 должно удовлетворять следующему условию:
x(n)= -jn ωL, (1) где
L= 2K
Здесь L1, L2 и L3 - индуктивности короткого замыкания соответственно первичной, вторичной и третичной обмотки трансформатора 4 или 5, К2 и К3 - коэффициенты трансформации соответственно вторичной и третичной обмотки, n - порядок гармоники, ω- круговая частота переменного тока преобразователя.The circuit and parameters of the bipolar 8 are selected so that the fifth and seventh harmonics are close to zero in the voltages of the capacitor banks. To do this, as follows from the analysis of electromagnetic processes in the proposed Converter, the reactance x (n) of the two-terminal network 8 with n = 5 and n = 7 must satisfy the following condition:
x (n) = -jn ωL, (1) where
L = 2 K
Here L 1 , L 2 and L 3 are the short-circuit inductances of the primary, secondary and tertiary windings of the
На чертеже приведена одна из возможных схем реактивного двухполюсника 8, при определенных параметрах элементов которого выполняется указанное условие (1). Двухполюсник 8 содержит реактор 13 и два конденсатора 14 и 15. Его элементы должны иметь следующие параметры:
индуктивность реактора 13
L13= 10,1L, (3)
емкость конденсатора 14
C14= , (4)
емкость конденсатора 15
C15= . (5)
Таким образом, по известным параметрам трансформатора 4 или 5 по выражению (2) определяется сперва индуктивность L, а затем рассчитываются параметры элементов реактивного двухполюсника 8 (L13, C14и С15), однозначно зависящее от L.The drawing shows one of the possible schemes of a reactive bipolar 8, with certain parameters of the elements of which the specified condition (1) is fulfilled. The bipolar 8 contains a
L 13 = 10.1L, (3)
capacitor 14
C 14 = , (4)
capacitor capacity 15
C 15 = . (5)
Thus, according to the known parameters of the
Преимущества предлагаемого преобразователя по сравнению с прототипом показываем на конкретном примере. The advantages of the proposed Converter in comparison with the prototype show a specific example.
Преобразователь имеет такие же параметры, как преобразователь Выборгской выпрямительно-инверторной подстанции. Номинальные параметры на стороне постоянного тока: напряжение 180 кВ, ток 2000 А, мощность 360 МВт. Линейные напряжения обмоток трансформаторов 4 и 5: первичной 330 кВ, вторичной 70 кВ, третичной 35 кВ. Параметры, входящие в выражение (2):
L1= 0,229 Гн, L2= 0,00825 Гн, L3 0,
К2= 0,212, К3= 0,106.The converter has the same parameters as the converter of the Vyborg rectifier-inverter substation. Nominal parameters on the DC side: voltage 180 kV, current 2000 A, power 360 MW. The linear voltage of the windings of transformers 4 and 5: primary 330 kV, secondary 70 kV, tertiary 35 kV. Parameters included in expression (2):
L 1 = 0.229 H, L 2 = 0.00825 H, L 3 0
K 2 = 0.212, K 3 = 0.106.
Емкость конденсатора в батареях 6 и 7 С= 5,05 мкФ. Индуктивность L, от которой зависят параметры реактивного двухполюсника, по (2):
L= 2(0,106)2·0,229= 0,00230 Гн.Capacitor capacity in batteries 6 and 7 C = 5.05 μF. The inductance L, on which the parameters of the reactive bipolar, depends on (2):
L = 2 (0.106) 2 · 0.229 = 0.00230 G.
Параметры элементов двухполюсника 8 по (3)-(5):
L13= 0,0232 Гн, С14= 13,4 мкФ, С15= 115 мкФ.The parameters of the elements of the bipolar 8 according to (3) - (5):
L 13 = 0.0232 H, C 14 = 13.4 μF, C 15 = 115 μF.
На ЭВМ проведены расчеты напряжений и токов в двух преобразователях с указанными параметрами:
1) в преобразователе прототипе, у которого закорочены двухполюсники 8 (см. чертеж).On the computer, the calculations of voltages and currents in two converters with the specified parameters:
1) in the prototype converter, in which bipolar 8 are shorted (see drawing).
и 2) в предлагаемом преобразователе с двухполюсниками 8. and 2) in the proposed converter with two-pole 8.
Приводим результаты для номинального режима. Относительное содержание высших гармоник в напряжениях конденсаторных батарей 6 и 7 (в процентах к первой гармонике) для прототипа и предлагаемого преобразователя приведены в табл. 1. We give the results for the nominal mode. The relative content of higher harmonics in the voltages of the capacitor banks 6 and 7 (in percent of the first harmonic) for the prototype and the proposed Converter are shown in table. 1.
Из данных табл. 1 видно, что 1) в прототипе пятая и седьмая гармоники в напряжениях конденсаторных батарей имеют наибольшие значения, 2) в предлагаемом преобразователе, благодаря двухполюсникам 8, эти гармоники близки к нулю, 3) остальные высшие гармоники в предлагаемом преобразователе немного меньше, чем в прототипе. From the data table. 1 it can be seen that 1) in the prototype, the fifth and seventh harmonics in the voltage of the capacitor banks have the greatest values, 2) in the proposed converter, due to the bipolar 8, these harmonics are close to zero, 3) the remaining higher harmonics in the proposed converter are slightly less than in the prototype .
Основной положительный эффект от подавления пятой и седьмой гармоник в напряжениях конденсаторных батарей 6 и 7 состоит в уменьшении перенапряжений на запираемых вентилях 3. В рассматриваемом конкретном примере получены приведенные в табл. 2 величины, характеризующие этот эффект: максимальные напряжения на запираемых вентилях и кратности перенапряжений (отношение максимального напряжения к амплитуде линейного напряжения вторичной обмотки трансформатора 4 или 5). Как видно по данным табл. 2, перенапряжения в предлагаемом преобразователе (по сравнению с прототипом) уменьшены в 1,7/1,2= 1,4 раза. The main positive effect of suppressing the fifth and seventh harmonics in the voltages of
Другой положительный эффект состоит в том, что конденсаторы в батареях 6 и 7 меньше загружены высшими гармониками тока (это следует из данных табл. 1). Another positive effect is that the capacitors in
Уменьшение перенапряжений на запираемых вентилях и загрузки конденсаторов высшими гармониками тока приводит к повышению надежности предлагаемого преобразователя. Reducing overvoltages on lockable valves and loading capacitors with higher harmonics of the current leads to increased reliability of the proposed Converter.
Таким образом, на конкретном примере показано выполнение цели изобретения: предложенный двенадцатифазный самокоммутируемый преобразователь обладает повышенной надежностью, благодаря уменьшению перенапряжений. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 136453, кл. H 02 J 3/18, 1960. Thus, a specific example shows the fulfillment of the purpose of the invention: the proposed twelve-phase self-switching converter has increased reliability due to the reduction of overvoltages. (56) 1. USSR copyright certificate N 136453, cl. H 02 J 3/18, 1960.
2. Холмский И. Г. , Липатов В. С. Процесс коммутации тока в вентильном преобразователе, работающем в области опережающих углов сдвига, журнал "Электричество", N 6, 1978, с. 29-32. 2. Kholmsky I.G., Lipatov V.S. The process of current switching in a valve converter operating in the area of leading shear angles, Journal of Electricity, N 6, 1978, p. 29-32.
3. Авторское свидетельство СССР N 1486009, кл. H 02 M 7/12, 7/72, 1989. 3. Copyright certificate of the USSR N 1486009, cl. H 02
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5025202 RU2011282C1 (en) | 1992-02-03 | 1992-02-03 | Self-commutated twelve-phase converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5025202 RU2011282C1 (en) | 1992-02-03 | 1992-02-03 | Self-commutated twelve-phase converter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011282C1 true RU2011282C1 (en) | 1994-04-15 |
Family
ID=21595836
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5025202 RU2011282C1 (en) | 1992-02-03 | 1992-02-03 | Self-commutated twelve-phase converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2011282C1 (en) |
-
1992
- 1992-02-03 RU SU5025202 patent/RU2011282C1/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6181132B2 (en) | Power converter | |
US5446643A (en) | Harmonic blocking converter system | |
US7050311B2 (en) | Multilevel converter based intelligent universal transformer | |
Kolar et al. | Status of the techniques of three-phase rectifier systems with low effects on the mains | |
CA2174295C (en) | Voltage source type power converting apparatus | |
EP3387745B1 (en) | System and method for integrating energy storage into modular power converter | |
CN104685771A (en) | Power conversion device | |
CN109245566B (en) | Series 36-pulse rectifier using DC side voltage injection method | |
CN102624070A (en) | Symmetric-type uninterruptible power supply (UPS) power system based on nine-phase phase-shifting autotransformer | |
JPH10505999A (en) | Series compensated converter station | |
CN111525826A (en) | Modular capacitor phase-change current converter and method | |
Cheng et al. | Operations of the dominant harmonic active filter (DHAF) under realistic utility conditions | |
Liu et al. | A new high-pulse voltage-sourced converter for HVDC transmission | |
CN114844373B (en) | Series 36-pulse rectifier suitable for HVDC (high voltage direct current) with double-auxiliary passive circuit | |
Liu et al. | Multi-level voltage sourced conversion by voltage reinjection at six times the fundamental frequency | |
CN106712054A (en) | Modular multilevel-based STATCOM device for inhibiting ripples of capacitive voltage | |
KR101297080B1 (en) | Half bridges multi-module converter using series compensation | |
RU2119711C1 (en) | Multiphase converter | |
Silva | Component-minimized voltage sag compensators | |
JP2004104891A (en) | Testing method for self-excited converter | |
Sree et al. | Voltage sag mitigation using a high-frequency-link cycloconverter-based DVR | |
RU2011282C1 (en) | Self-commutated twelve-phase converter | |
Li et al. | Four-port modular multilevel AC/AC converter in continuous co-phase traction power supply application | |
Alexa | Combined filtering system consisting of passive filter with capacitors in parallel with diodes and low-power inverter | |
WO2018145748A1 (en) | Parallel connecting of cell modules in a modular multilevel converter by means of interphase transformers |