SE513846C2 - VSC-strömriktare - Google Patents
VSC-strömriktareInfo
- Publication number
- SE513846C2 SE513846C2 SE9901127A SE9901127A SE513846C2 SE 513846 C2 SE513846 C2 SE 513846C2 SE 9901127 A SE9901127 A SE 9901127A SE 9901127 A SE9901127 A SE 9901127A SE 513846 C2 SE513846 C2 SE 513846C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- phase
- series
- valves
- converter according
- series connection
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
- H02M7/487—Neutral point clamped inverters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
- H02M7/4837—Flying capacitor converters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
- H02M1/0074—Plural converter units whose inputs are connected in series
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Rectifiers (AREA)
- Power Conversion In General (AREA)
Description
20 25 30 35 515 846 roende av varandra och det inte finns någon risk för kommute- ringsfel i strömriktare och därmed inte någon risk för att kommu- teringsfel överförs mellan olika HVDC-länkar, såsom kan ske med nätkommuterade CSC-er. Dessutom finns det en möjlighet att mata ett svagt växelspänningsnät eller ett nät utan någon egen generering (ett dött växelspänningsnät). Ytterligare fördelar finnes också.
Uppfinningen är inte begränsad till denna applikation, utan strömriktaren kan lika väl vara avsedd för omvandling i en SVC, varvid då likspänningsnätet är ersatt av ett DC-mellanled. ”Nät” är även att ge en mycket vid betydelse, och det måste inte röra sig om några sådana i detta ords egentliga bemärkelse.
Spänningarna på strömriktarens likspänningssida är med fördel höga, 10-400 kV, företrädesvis 50-400 kV.
Vid överföring av likspänning på ett till strömriktaren anslutet likspänningsnät är det önskvärt att ha en så hög spänning som möjligt, då överföringsförlusterna minskar med ökande spänning.
Ett ökande av denna spänning innebär emellertid att antalet se- riekopplade släckbara halvledarelement i strömriktarens ström- ventiler måste göras större för att dessa tillsammans skall klara den erforderliga spänningen, vilken delas mellan dem. Detta in- nebär att kostnaden för det stora antalet släckbara halvledarele- ment och likriktarorgan (likriktande dioder) blir hög. Denna kost- nad ter sig speciellt ogynnsam vid överförande av låga effekter på likspänningsnätet, då faktumet att effekten är proportionell till spänningen kommer att innebära en mycket lägre spänning över strömriktaren än vad denna är dimensionerad för, så att denna och även ledaren hos likspänningsnätet, som är utformad för högre spänningar, utnyttjas dåligt. Således blir kostnaden per volt i ett sådant fall mycket hög.
SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en VSC- strömriktare av inledningsvis definierat slag som är kostnadsef- 10 20 25 30 35 513 846 3 fektivare än tidigare kända sådana strömriktare vad gäller förmå- gan att alstra bestämda spänningsnivåer på strömriktarens likspänningssida.
Detta syfte uppnås enligt uppfinningen genom att hos en sådan strömriktare dennas fasben är seriekopplade, och seriekoppling- ens motsatta ändar bildade av en yttre ände hos ett respektive i seriekopplingen yttre fasben är avsedda att anslutas till varsin polledare hos ett likspänningsnät.
Genom att på detta sätt seriekoppla strömriktarens fasben mellan de båda polledarna hos likspänningsnätet kommer varje ström- ventil att vid en given spänning hos likspänningssidan ha en lägre spänning att hålla i sitt blockerade tillstånd än hos tidigare kända VSC-strömriktare, där de olika fasbenen är parallellkopp- lade mellan likspänningssidans båda polledare, så att ett färre antal seriekopplade släckbara halvledarelement och likriktaror- gan eller sådana dimensionerade för lägre spänningar och där- med billigare kan användas i varje strömventil för att uppnå spänningen ifråga. Ett annat sätt att uttrycka det hela år att säga att vid en given uppsättning släckbara halvledarelement samt lik- riktarorgan hos strömriktaren och därmed en given kostnad hos denna kan genom den uppfinningsenliga utformningen av ström- riktaren en högre spänning uppnås hos likspänningssidan än hos en tidigare känd VSC-strörnriktare, så att kostnaden per volt kan reduceras. Närmare bestämt blir en så definierad kostnad per volt högst ß (i det fall att strömriktaren skulle uppvisa endast två fasben) av kostnaden hos en tidigare känd strömriktare av detta slag. l praktiken används dock mestadels 3-fas, vilket då innebär en reducering av kostnaden per volt vad gäller slåckbara halvledarelement samt likriktarorgan till en tredjedel, och det är även speciellt fördelaktigt att på detta sätt seriekoppla just tre fasben, eftersom den inbördes fasförskjutningen av 120° hos spänningen mellan dessa medför ett jämnt effektflöde genom strömriktaren vid seriekopplingen av fasbenen. 10 20 25 30 35 Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen är en trans- formator ansluten till varje fasuttag mellan detta och tillhörande växelspänningsnätsfas. På detta sätt kan en redan för anpass- ning av spänningen mellan växelspänningsnätet och likspän- ningssidan normalt alltid anordnad transformator utnyttjas för att realisera nämnda seriekoppling. Därvid är företrädesvis den ena lindningen hos respektive transformator ansluten med en första ände till fasbenets fasuttag och en andra ände så till strömventi- len att via strömventilen en sluten slinga anordnas.
Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är den ena lindningen hos respektive transformator ansluten med en första ände till fasbenets fasuttag och en andra ände till en mitt- punkt mellan två kondensatorer seriekopplade parallellt med fas- benets strömventiler. På detta sätt låter sig uppfinningen enkelt realiseras, varvid varje fasben då företrädesvis uppvisar två se- riekopplade strömventiler, såsom i en konventionell 2-puls- brygga. l detta fall kommer returströmmen till växelspänningsnä- tet att gå via de båda kondensatorerna.
Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen har varje fasben en NPC-koppling d v s fyra seriekopplade strömven- tiler, varvid en punkt på fasbenet mellan de två i seriekopplingen inre ventilerna bildar nämnda fasuttag, samt en seriekoppling av två, åt samma håll med avseende på nämnda seriekoppling som nämnda likriktarorgan riktade så kallade klampningslikriktarorgan är ansluten mellan å ena sidan en punkt mellan den ena, i serie- kopplingen yttre ventilen och den närmast inre ventilen och å andra sidan en punkt mellan den i seriekopplingen andra yttre ventilen och den närmast inre ventilen med en mittpunkt mellan de båda klampningslikriktarorganen ansluten till en nollpotential definierad av parallellt med fasbenet seriekopplade kondensato- rer. Fördelenmed att använda en s k NPC-(Neutral Point Clam- ped)koppling i förhållande till en s k Z-pulsbrygga, är att en lägre omkopplingsfrekvens kan användas, vilket medför lägre förluster och bättre verkningsgrad. l övrigt blir antalet seriekopplade släckbara halvledarelement och likriktarorgan i varje fasben lika 10 '15 20 25 30 35 513 846 5 stort som i fallet av seriekopplade 2-pulsbryggor, men varje fas- ben uppvisar fyra seriekopplade strömventiler, förutom att klamp- ningsdioder tillkommer.
Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är klampningslikriktarorganen bildade av en likriktardiod och ett an- tiparallellt därmed kopplat släckbart halvledarelement. En sådan koppling hos en s k NPC-strömriktare finns beskriven i sökan- dens svenska patentansökan 9800205-8 och fördelarna med detta finns noga penetrerade däri och innebär framförallt ett in- besparande av antalet halvledarelement .hos strömriktaren, då inte alla måste styras med höga frekvenser och därigenom hög- spända halvledarelement som inte klarar sådana höga frekvenser utan oacceptabelt höga omkopplingsförluster kan användas för vissa av halvledarelementen, så att en avsevärd kostnadsin- besparing och förenkling av styrningen av strömriktaren kan åstadkommas.
Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är varje fasben bildat av inbördes parallellkopplade seriekopplingar av vardera två strömventiler, d v s en s k H-brygga. En fördel med att på sådant sätt egentligen ersätta ett fasben med två fas- ben eller H-brygga, är att strömtåligheten hos strömriktaren i princip fördubblas, så att man kan få ut dubbelt så mycket ström från strömriktaren och därigenom en högre effekt kan överföras.
Därvid är företrädesvis hos varje fasben en lindning hos transfor- matorn ansluten till strömriktaren med en första ände ansluten till en mittpunkt mellan de båda strömventilerna hos den ena serie- kopplingen av strömventiler och den andra änden ansluten till mittpunkten mellan de båda strömventilerna hos den andra serie- kopplingen av strömventiler. En ytterligare fördel med denna om- riktarkonfiguration är att spänningen över transformatorlindingen nu kan anta tre nivåer, varför styrningen av halvledarelementen inte måste ske med lika hög frekvens, varför switchförlusterna kan hållas nere, vilket möjliggör högre verkningsgrad och/eller att ännu högre effekt kan erhållas. 10 20 25 30 35 515 8-46 Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är den ena av nämnda polledare avsedd att ligga på högspänningspo- tential, medan den andra polledaren är anordnad att ligga på en potential nära jord för s k monopolär drift av likspänningsnätet.
Härigenom kan den möjliga spänningen vid ett givet antal kom- ponenter hos strömventilerna ökas än mer, nämligen fördubblas i förhållande till fallet av bipolär drift med två polledare med en potential av samma belopp men motsatta tecken. Därvid kan en lågspänd, billig kabel användas som den ena polledaren för re- turströmmen nära jordpotential, men även retur via jord eller vatten kan tänkas.
Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är de båda polledarna avsedda att ligga på högspänningspotential av samma belopp men motsatta tecken för s k bipolär drift. Fördelen med ett sådant arrangemang är att i det fall en bipolär överföring önskas erhålles på detta sätt färre ventilfunktioner, färre konden- satorer och färre transformatorlindningar.
Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är åt- minstone en induktor och ett högpassfilter anordnade mellan re- spektive strömventil och transformatorns lindningar för mins- kande av övertoner ut mot växelspänningsnätet och minskande av påkänningarna på transformatorn. Transformatorlindningarna kommer genom detta i huvudsak att se en sinusformad spänning mellan sina uttag med en överlagrad likspänning mot jord, vilket ger en robust lösning och en billigare transformator.
Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen utgörs nämnda släckbara halvledarelement av bipolära transistorer med isolerat styre (lGBT = lnsulated Gate Bipolar Transistor). Det är speciellt fördelaktigt att använda lGBT-er som släckbara halvle- darelement i detta sammanhang, då de enkelt låter sig styras si- multant, så att de beter sig som ett enda släckbart halvledarele- ment eller brytare. 10 15 20 25 30 35 513 846 Ytterligare fördelar med samt fördelaktiga särdrag hos uppfin- ningen framgår av den efterföljande beskrivningen samt övriga osjälvständiga patentkrav.
KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Här nedan beskrivs såsom exempel anförda föredragna utfö- _ ringsformer av uppfinningen under hänvisning till bifogade rit- ningar, på vilka: Fig 1 är ett schematiskt kopplingsschema illustrerande upp- byggnaden hos en tidigare känd VSC-strömriktare i form av en s k ö-pulsbrygga, Fig 2 är en Fig 'l motsvarande vy av en VSC-strömriktare enligt en första föredragen utföringsform av uppfinningen, Fig 3 är en Fig 2 motsvarande vy av en VSC-strömriktare enligt en andra föredragen utföringsform av uppfinningen, Fig 4 är en Fig 2 motsvarande vy av en VSC-strömriktare enligt en tredje föredragen utföringsform av uppfinningen, Fig 5 är en Fig 2 motsvarande vy av en VSC-strömriktare enligt en fjärde föredragen utföringsform av uppfinningen, Fig 6 är en Fig 2 motsvarande vy av en VSC-strömriktare enligt en femte föredragen utföringsform av uppfinningen, och Fig 7 är en Fig 2 motsvarande vy av en VSC-strömriktare enligt en sjätte föredragen utföringsform av uppfinningen.
DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGS- FORMER AV UPPFINNINGEN I Fig 1 visas schematiskt en tidigare känd VSC-strömriktare med en s k ß-pulsbrygga, vilken uppvisar tre fasben 1-3 med vardera 10 15 20 25 30 35 515 846 två seriekopplade strömventiler 4-9, vilka var och en är uppbyggd av en mängd seriekopplade släckbara halvledarelement 10 och en mängd antiparallellt därmed seriekopplade likriktarorgan i form av s k frihjulsdioder 11. I figuren är seriekopplingen av halvledarelement respektive dioder sammanfattade med en enda symbol för dessa, ehuru de i praktiken måste förekomma i ett relativt stort antal för att kunna hålla den höga spänning, utan vi- dare i storleksordningen flera 100 kV, som i ventilens blockerade tillstånd gemensamt måste hållas av dem. En mittpunkt på re- spektive fasben mellan nämnda ventiler är utformad att bilda ett fasuttag 12-14 och via en fasreaktor 15-17 förbindas med en fas hos ett växelspänningsnät. Samtliga krafthalvledarelement i en ventil är avsedda att tändas simultant, och de är företrädesvis lGBT-er, då sådana låter sig tillförlitligt tändas och släckas si- multant, via signaler från varsin schematiskt för ventilen 4 antydd drivenhet 18, så att halvledarelementen i den första ventilen 4 leder när en positiv potential önskas på fasuttaget 12 och halvle- darelementen i den andra strömventilen 5 hos fasbenet leder när en negativ potential önskas på fasuttaget 12. Genom att styra krafthalvledarelementen enligt ett bestämt pulsbreddsmodule- ringsmönster (PWlvi) kan likspänningen över en på strömriktarens likspänningssida mellan de båda polledarna 19, 20 ansluten kon- densator 21 användas för att alstra en spänning på fasuttaget 12, vars grundtonskomponent utgör en växelspänning med önskad amplitud, frekvens och fasläge. Önskas exempelvis en spänning av 100 kV mellan likspänningsnätets båda polledare 19, 20, då måste halvledarelementen respektive frihjulsdioderna hos varje strömventil tillsammans kunna hålla denna spänning utan att fal- lera, så att exempelvis i fallet av att varje halvledarelement kan hålla 5 kV åtminstone fyrtio (endast halva spänningen kan ut- nyttjas) sådana erfordras per ventil. Skall emellertid stundom låga effekter överföras på likspänningsnätet, då blir ventilerna överdimensionerade, d v s dessas spänningshanteringsförmåga utnyttjas ej, eftersom spänningen sjunker med effekten som skall överföras. 10 15 20 25 30 35 515 846 l Fig 2 illustreras schematiskt en VSC-strömriktare enligt en första föredragen utföringsform av uppfinningen, och i denna fi- gur har delar med motsvarighet i Fig 1 försetts med samma hän- visningsbeteckningar. Denna strömriktare skiljer sig från den i Fig 1 tidigare kända genom att de tre fasbenen 1, 2, 3 är serie- kopplade, och en transformator 22-24 är ansluten till varje fasuttag med sin ena lindning ansluten med en första ände 25 till fasbenets fasuttag och en andra ände 26 till en mittpunkt mellan två kondensatorer 27, 28 seriekopplade parallellt med fasbenets strömventiler. Den andra lindningen hos transformatorn 22-24 är ansluten till den ena fasen 29-31 hos ett 3-fas växelspännings- nät. Därvid kommer vid omriktningen växelspänningsreturström- men att gå igenom respektive kondensator 27, 28, så att denna måste dimensioneras större än kondensatorn 21. Genom att an- sluta en transformator på detta sätt till varje fasben möjliggörs således ett seriekopplande av de tre fasbenen. Detta gör då att vid samma antal komponenter, d v s släckbara halvledarelement och frihjulsdioder, per strömventil en tre gånger så hög spänning kan hanteras och därigenom en tre gånger så hög spänning kan uppnås på likspänningssidan. Alternativt kan en tredjedel så många komponenter användas för att klara en viss spänning.
Detta innebär exempelvis i det ovan diskuterade fallet att 14 i stället för 40 släckbara halvledarelement erfordras per strömven- til för att dessa tillsammans skall kunna hålla 100 kV. I det i Fig 2 illustrerade fallet är vidare likspänningssidans ena polledare 20 ansluten till jord, medan den andra 19 är ansluten till högspän- ning, så att s k monopolär drift uppnås och en lågspänd billig ka- bel 32 kan användas för returströmmen. Ett utnyttjande av mono- polär drift innebär en tillkommande multiplicering av spänningen hos den högspända polledaren 19 relativt jord med en faktor 2 i förhållande till bipolär drift.
I Fig 3 illustreras schematiskt en VSC-strömriktare enligt en andra föredragen utföringsform av uppfinningen, vilken skiljer sig från den enligt Fig 2 genom att varje fasben här har en NPC- koppling, d v s fyra seriekopplade strömventiler 33-36, varvid en punkt på fasbenet mellan de två i seriekopplingen inre ventilerna 10 15 20 25 30 35 515 846 10 34, 35 bildar fasuttaget 12, samt en seriekoppling av två, åt samma håll med avseende på seriekopplingen av likriktarorganen 11 riktade s k klampningsdioder 37, 38 är ansluten mellan å ena sidan en punkt 39 mellan den ena, i seriekopplingen yttre venti- len och den närmast inre ventilen och å andra sidan en punkt 40 mellan den i seriekopplingen andra yttre ventilen och den när- mast inre ventilen. En mittpunkt 41 mellan de båda klampnings- dioderna är ansluten till en nollpotential definierad av parallellt med fasbenet seriekopplade kondensatorer 27, 28. En transfor- mator 22-24 är ansluten på samma sätt till respektive fasben som hos utförandet enligt Fig 2. Hur en NPC-ventil, d v s en 3-nivå- ventil, av detta slag styrs är allmänt känt bland faokmännen på detta område. En fördel med denna utföringsform i förhållande till den enligt Fig 2 är att en styrning av halvledarelementen i en NPC-koppling inte måste ske med en lika hög frekvens som hos en vanlig 2-pulsbrygga enligt Fig 2, varför switohförlusterna kan hållas nere. l Fig 4 illustreras en VSC-strömriktare enligt en tredje föredragen utföringsform av uppfinningen, vilken skiljer sig ifrån den enligt Fig 2 framförallt genom att varje fasben är bildat av en parallell- koppling i H-brygga 42, 43, vilka vardera består av en seriekopp- ling av två strömventiler. Vidare är här en lindning hos ifrågava- rande transformator 22 ansluten till strömriktaren med den första änden ansluten till en mittpunkt 44 mellan de båda strömventi- lerna hos den ena seriekopplingen av strömventiler och den andra änden ansluten till en mittpunkt 45 hos den andra serie- kopplingen av strömventiler. En fördel med denna utföringsform i förhållande till den enligt Fig 2 är att här strömhanteringsförmå- gan fördubblas, så att högre effekter kan överföras ooh vid en gi- ven överförd effekt förlusterna kan minskas. Emellertid erfordras fler komponenter, d v s halvledarelement och frihjulsdloder, än hos utföringsformen enligt Fig 2. l Fig 5 illustreras en VSC-strömriktare enligt en fjärde föredragen utföringsform av uppfinningen, vilken skiljer sig från den enligt Fig 2 genom att båda polledarna 19, 20 är på högspänningspo- 10 15 20 25 30 35 513 846 11 tential, närmare bestämt med samma belopp men motsatt tecken, d v s + respektive - , för s k bipolär drift. Här sker en jordanslut- ning 46 på likspänningssidan i en mittpunkt mellan två konden- satorer 47, 48 seriekopplade mellan pluspolen 19 och minuspo- len 20. Fördelen med detta arrangemang är att när en bipolär överföring önskas, då erhålles på detta sätt färre ventilfunktioner, färre kondensatorer och färre transformatorlindningar. Anled- ningen till att man önskar använda två yttre kondensatorer 47, 48 är att på detta sätt erhålles de mest stabila polspänningarna mot jord, tack vare att spänningen över kondensatorerna 27-28” är stabil, vilket enklast förstås av att den totala trefaseffekten som överförs mellan växelspännings- och likspänningssidan är kon- stant, vilket leder till ett litet rippel i den totala spänningen över 27-28”.
I Fig 6 illustreras en VSC-strömriktare enligt en femte föredragen utföringsform av uppfinningen, vilken skiljer sig från den enligt Fig 5 genom att induktorer 49-51 och högpassfilter 52-54 är an- ordnade mellan strömventilerna 4-9 och lindningarna anslutna till ventilerna hos transformatorerna 22-24. Härigenom kan ström- riktarens nätkvalitet höjas, d v s övertoner ut mot anslutande nät kan minskas, och påkänningarna på de anslutna transformato- rerna kan minskas. lnduktorerna och högpassfiltren filtrerar bort högfrekventa spänningsövertoner dels mellan de båda transfor- matoruttagen på en och samma lindning, dels mellan transfor- matoruttagen och jord, vilket leder till minskade påkänningar på transformatorerna. Detta innebär att transformatorlindningarna kommer att i huvudsak se en sinusformad spänning mellan utta- gen med en överlagrad likspänning mot jord, vilket ger en robust lösning och billigare transformator.
Slutligen visas i Fig 7 en VSC-strömriktare enligt en sjätte före- dragen utföringsform av uppfinningen, vilken utgör en hybrid mellan utföringsformen enligt Fig 6 och den enligt Fig 4, d v s skillnaden mot utföringsformen enligt Fig 6 består i att varje fas- ben är bildat av en parallellkoppling i H-brygga. Detta medför även att antalet induktorer är fördubblat i förhållande till utfö- 10 15 20 513 846 12 ringsformen *enligt Fig 6, då en induktor 49-51, 55-57 är ansluten till mittpunkten nos varje underfasben hos H-bryggan.
Genom de uppfinningsenliga VSC-strömriktarna blir det således möjligt att klara sig med färre antal krafthalvledarelement för en given spänning på likspänningssidan, så att kostnaden för dessa per volt reduceras avsevärt.
Uppfinningen är givetvis inte på något sätt begränsad till de ovan beskrivna föredragna utföringsformerna, utan en mängd möjlig- heter till modifikationer därav torde vara uppenbara för en fack- man på området, utan att denne för den skull avviker från uppfin- ningens grundtanke sådan denna definieras i bifogade patent- krav.
Exempelvis vore det fullt möjligt att utforma de uppfinningsenliga strömriktarna för bipolär drift om så önskas.
Istället för lGBT-er skulle andra släckbara halvledarelement kunna användas, exempelvis GTO-er (Gate Turn-Off thyristor).
Claims (8)
1. VSC-strömriktare för omvandling av likspänning till växel- spänning och vice versa och vilken uppvisar åtminstone två fasben (1-3) med vardera åtminstone två seriekopplade strömventiler (4-9, 33-36), som består av åtminstone ett släckbart halvledarelement (10) och ett antiparallellt därmed kopplat likriktarorgan (11), varvid en mittpunkt på fasbenet mellan nämnda ventiler är utformad att bilda ett fasuttag (12- 14) och förbindas med en fas (29-31) hos ett växelspännings- nät, kännetecknar! därav, att strömriktarens fasben är serie- kopplade, och att seriekopplingens motsatta ändar bildade av en yttre ände hos ett respektive i seriekopplingen yttre fasben är avsedda att anslutas till varsin polledare (19, 20) hos ett likspänningsnät. . Strömriktare enligt krav 1, kännetecknar! därav, att en trans- formator (22-24) är ansluten till varje fasuttag (12-14) mellan detta och tillhörande växelspänningsnätfas (29-31). Strömriktare enligt krav 2, kännetecknad därav, att den ena lindningen hos respektive transformator (22-24) är ansluten med en första ände (25) till fasbenets fasuttag och en andra ände (26) till en mittpunkt mellan två kondensatorer (27, 28) seriekopplade parallellt med fasbenets strömventiler. . Strömriktare enligt något av kraven 1-3, kännetecknad därav, att varje fasben (1-3) uppvisar två seriekopplade strömventiler (4-9). Strömriktare enligt något av kraven 1-3, kännetecknad därav, att varje fasben har en NPC-koppling, det vill säga fyra serie- kopplade strömventiler (33-36), varvid en punkt på fasbenet mellan de två i seriekopplingen inre ventilerna bildar nämnda fasuttag (12), samt en seriekoppling av två, åt samma häll med avseende på nämnda seriekoppling som nämnda likrik- tarorgan riktade så kallade klampningslikriktarorgan (37, 38) 10 15 20 25 30 35 10. 513 846 14 är ansluten mellan å ena sidan en punkt (39) mellan den ena, i seriekopplingen yttre ventilen (33) och den närmast inre ventilen (34) och å andra sidan en punkt (40) mellan den i se- riekopplingen andra yttre ventilen (36) och den närmast inre ventilen (35) med en mittpunkt (41) mellan de båda klamp- ningslikriktarorganen ansluten till en nollpotential definierad av parallellt med fasbenet seriekopplade kondensatorer (27, 28). Strömriktare enligt krav 2 och 5, kännetecknad därav, att den ena lindningen hos respektive transformator (22-24) är an- sluten med en första ände till fasbenets fasuttag och en andra ände till en mittpunkt mellan de båda kondensatorerna serie- kopplade parallellt med fasbenets strömventiler. Strömriktare enligt krav 5 eller 6, kännetecknad därav, att klampningslikriktarorganen (37, 38) är bildade av en likriktar- diod och ett antiparallellt därmed kopplat släckbart halvleda- relement. Strömriktare enligt krav 1 eller 2, kännetecknad därav, att varje fasben (1-3) är bildat av två inbördes parallellkopplade seriekopplingar (42, 43) av vardera två strömventiler, Strömriktare enligt krav 2 och 8, kännetecknar! därav, att hos varje fasben en lindning hos transformatorn (22-24) är anslu- ten till strömriktaren med en första ände ansluten till en mitt- punkt (44) mellan de båda strömventilerna hos den ena serie- kopplingen (42) av strömventiler och den andra änden anslu- ten till mittpunkten (45) mellan de båda strömventilerna hos den andra seriekopplingen (43) av strömventiler. Strömriktare enligt något av kraven 1-9, kännetecknad därav, att den ena av nämnda polledare (19) är avsedd att ligga på högspänningspotential, medan den andra polledaren (20) är anordnad att ligga på en potential nära jord för så kallad mo- nopolär drift av likspänningsnätet. 10 15 20 25 30 35 11. 1
2. 1
3. 1
4. 1
5. 1
6. 1
7. 1
8. 515 84-6 15 Strömriktare enligt något av kraven 1-9, kännetecknad därav, att båda polledarna (19, 20) är avsedda att ligga på högspän- ningspotential av samma belopp men motsatta tecken för s k bipolär drift. Strömriktare enligt krav 2, kännetecknad därav, att åtmins- tone en induktor och ett högpassfilter (52-54) är anordnade mellan respektive strömventil och transformatorns lindningar för minskande av övertoner ut mot växelspänningsnätet och minskande av päkänningarna på transformatorn. Strömriktare enligt något av kraven 1-12, kännetecknad därav, att växelspänningsnätet uppvisar tre faser (29-31) och därmed antalet seriekopplade fasben (1-3) är tre. Strömriktare enligt något av kraven 1-13, kännetecknad därav, att den är ansluten till ett llkspänningsnät för överfö- rande av högspänd likström (HVDC). Strömriktare enligt något av kraven 1-14, kännetecknad därav, att den är utformad att på likspänningsnätet leverera en högspänning inom intervallet 10-400 kV, företrädesvis 50- 400 kV. Strömriktare enligt något av kraven 1-15, kännetecknad därav, att nämnda släckbara halvledarelement (10) utgörs av bipolära transistorer med isolerat styre (lGBT = lnsulated Gate Bipolar Transistor). Strömriktare enligt något av kraven 1-16, kännetecknad därav, att de släckbara halvledarelementen (10) utgörs av släckbara tyristorer (GTO = Gate Turn-Off thyristor). Strömriktare enligt något av kraven 1-17, kännetecknad därav, att varje strömventil (4-9, 33-36) innefattar ett flertal seriekopplade släckbara halvledarelement (10) och ett flertal seriekopplade likriktarorgan (11).
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/936,988 US6519169B1 (en) | 1999-03-29 | 1999-03-29 | Multiphase inverter with series of connected phase legs |
| SE9901127A SE513846C2 (sv) | 1999-03-29 | 1999-03-29 | VSC-strömriktare |
| PCT/SE2000/000606 WO2000062409A1 (en) | 1999-03-29 | 2000-03-29 | A vsc-converter |
| EP00921269.7A EP1196983B1 (en) | 1999-03-29 | 2000-03-29 | A vsc-converter |
| CA002368030A CA2368030C (en) | 1999-03-29 | 2000-03-29 | A vsc-converter |
| JP2000611369A JP4490591B2 (ja) | 1999-03-29 | 2000-03-29 | Ｖｓｃコンバータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE9901127A SE513846C2 (sv) | 1999-03-29 | 1999-03-29 | VSC-strömriktare |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE9901127D0 SE9901127D0 (sv) | 1999-03-29 |
| SE9901127L SE9901127L (sv) | 2000-09-30 |
| SE513846C2 true SE513846C2 (sv) | 2000-11-13 |
Family
ID=20415033
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE9901127A SE513846C2 (sv) | 1999-03-29 | 1999-03-29 | VSC-strömriktare |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6519169B1 (sv) |
| EP (1) | EP1196983B1 (sv) |
| JP (1) | JP4490591B2 (sv) |
| CA (1) | CA2368030C (sv) |
| SE (1) | SE513846C2 (sv) |
| WO (1) | WO2000062409A1 (sv) |
Families Citing this family (58)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2814006B1 (fr) * | 2000-09-12 | 2002-11-08 | Centre Nat Rech Scient | Dispositif de conversion d'energie electrique a decoupage |
| DE20122923U1 (de) * | 2001-01-24 | 2010-02-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Stromrichterschaltungen mit verteilten Energiespeichern |
| SE520840C2 (sv) * | 2001-02-05 | 2003-09-02 | Abb Ab | Anordning för omriktning samt förfarande för styrning därav |
| SE521885C2 (sv) * | 2001-04-11 | 2003-12-16 | Abb Ab | Strömriktare |
| SE523487C2 (sv) * | 2001-07-16 | 2004-04-20 | Abb Ab | Förfarande för styrning av en strömriktare |
| US6603675B1 (en) * | 2002-01-17 | 2003-08-05 | Abb Ab | Apparatus and a method for voltage conversion |
| DE10217889A1 (de) * | 2002-04-22 | 2003-11-13 | Siemens Ag | Stromversorgung mit einem Direktumrichter |
| SE524447C2 (sv) * | 2002-08-08 | 2004-08-10 | Abb Ab | Strömriktare samt förfarande för styrning därav |
| SE0300704L (sv) * | 2003-03-14 | 2004-09-15 | Abb Ab | VSC-strömriktare samt förfarande |
| AU2004319473B2 (en) * | 2004-04-09 | 2009-10-01 | Smc Electrical Products, Inc. | Inverter bridge short-circuit protection scheme |
| DE102005041087A1 (de) * | 2005-08-30 | 2007-03-01 | Siemens Ag | Stromrichterschaltung mit verteilten Energiespeichern |
| DE112005003749A5 (de) * | 2005-09-09 | 2008-08-14 | Siemens Aktiengesellschaft | Vorrichtung für die Elektroenergieübertragung |
| DE112005003748A5 (de) * | 2005-09-09 | 2008-08-14 | Siemens Aktiengesellschaft | Vorrichtung für die Elektroenergieübertragung |
| US20090080225A1 (en) * | 2005-12-28 | 2009-03-26 | Abb Research Ltd | Voltage source converter and method of controlling a voltage source converter |
| US7230837B1 (en) * | 2006-03-27 | 2007-06-12 | North Carolina State University | Method and circuit for cascaded pulse width modulation |
| US7532490B2 (en) * | 2006-08-14 | 2009-05-12 | General Electric Company | Converter topology and methods for interfacing an electrical machine to electrical power grid |
| US8289736B2 (en) * | 2006-09-29 | 2012-10-16 | Abb Technology Ltd. | Conversion of AC lines to HVDC lines |
| JP5214169B2 (ja) * | 2007-05-17 | 2013-06-19 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置 |
| US8345457B2 (en) * | 2007-09-05 | 2013-01-01 | Abb Technology Ag | Voltage source converter for high voltage direct current power transmission |
| DE102008007659A1 (de) * | 2008-02-06 | 2009-02-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Umrichter |
| BRPI0822496A2 (pt) * | 2008-03-20 | 2015-06-16 | Abb Res Ag | Conversor de fonte de voltagem |
| KR101437717B1 (ko) | 2008-05-06 | 2014-09-03 | 에이비비 테크놀로지 아게 | 전압 변환 장치 |
| DE102008022618A1 (de) * | 2008-05-07 | 2009-12-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Stromversorgungseinrichtung |
| EP2254233B1 (de) * | 2009-04-02 | 2011-08-10 | ABB Schweiz AG | Verfahren zum Betrieb einer Umrichterschaltung sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
| EP2262088A1 (de) * | 2009-06-10 | 2010-12-15 | ABB Research Ltd. | DC-DC-Wandlerschaltung mit einem Umrichter |
| EP2339730A1 (de) * | 2009-12-23 | 2011-06-29 | SMA Solar Technology AG | Erdungsfähiger DC/DC-Wandler |
| DE102010008978B4 (de) * | 2010-02-24 | 2012-10-04 | Rainer Marquardt | Schaltungsanordnung für modulare Antriebsstromrichter |
| CN102823122B (zh) * | 2010-04-15 | 2016-01-20 | Abb研究有限公司 | 具有第二和第三阶谐波降低滤波器的模块化多级功率转换器 |
| EP2569858B1 (en) * | 2010-05-11 | 2018-07-11 | ABB Research Ltd. | AC/DC converter with series connected multicell phase modules each in parallel with a series connection of DC blocking capacitor and AC terminals |
| WO2012007040A1 (en) * | 2010-07-15 | 2012-01-19 | Abb Technology Ag | Cell based dc/dc converter |
| WO2012040257A1 (en) * | 2010-09-21 | 2012-03-29 | Curtiss-Wright Electro-Mechanical Corporation | Two terminal multilevel converter |
| EP2622705B1 (en) | 2010-09-30 | 2015-11-04 | ABB Research Ltd. | Coordinated control of multi-terminal hvdc systems |
| EP2628238B1 (en) | 2010-10-15 | 2018-06-20 | ABB Schweiz AG | Arrangement for transmitting power between a dc power line and an ac power line |
| US9450412B2 (en) * | 2010-12-22 | 2016-09-20 | General Electric Company | Method and system for control power in remote DC power systems |
| US20120218795A1 (en) * | 2011-02-28 | 2012-08-30 | Siemens Corporation | Pulse width modulated control for hybrid inverters |
| US9899917B2 (en) * | 2011-04-01 | 2018-02-20 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for producing an output voltage and assembly for performing the method |
| US9019732B2 (en) * | 2011-07-04 | 2015-04-28 | Abb Technology Ag | High voltage DC/DC converter |
| JP5803683B2 (ja) * | 2012-01-13 | 2015-11-04 | 富士電機株式会社 | マルチレベル電力変換回路 |
| DE102012202173B4 (de) * | 2012-02-14 | 2013-08-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum Betrieb eines mehrphasigen, modularen Multilevelstromrichters |
| WO2013149633A1 (en) * | 2012-03-20 | 2013-10-10 | Abb Technology Ltd | A power converter |
| KR101698873B1 (ko) * | 2012-10-11 | 2017-01-23 | 지멘스 악티엔게젤샤프트 | Hvdc 적용을 위한 모듈형 다중 레벨 dc/dc 컨버터 |
| KR101373170B1 (ko) | 2012-12-28 | 2014-03-12 | 주식회사 효성 | 컨버터 |
| FR3001592A1 (fr) * | 2013-01-29 | 2014-08-01 | Schneider Toshiba Inverter | Convertisseur de puissance multi-niveaux |
| EP2773032A1 (en) * | 2013-03-01 | 2014-09-03 | GE Energy Power Conversion Technology Ltd | Current source converter with gate turn off semiconductor elements and a special commutation mode |
| US9941813B2 (en) | 2013-03-14 | 2018-04-10 | Solaredge Technologies Ltd. | High frequency multi-level inverter |
| CN105379096B (zh) * | 2013-06-14 | 2018-04-06 | Abb 技术有限公司 | 用于在交流与直流之间转换的布置、用于控制电力输送模块的方法及装置 |
| KR101414968B1 (ko) | 2013-07-03 | 2014-07-04 | 엘에스산전 주식회사 | 멀티 레벨 인버터 |
| US9787217B2 (en) | 2013-08-30 | 2017-10-10 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Power conversion circuit and power conversion system |
| CN103475248B (zh) * | 2013-08-30 | 2016-12-07 | 华为技术有限公司 | 功率变换电路和功率变换*** |
| WO2015124209A1 (en) * | 2014-02-21 | 2015-08-27 | Abb Technology Ltd | Ac/dc converter with serially connected phase converters |
| US9318974B2 (en) | 2014-03-26 | 2016-04-19 | Solaredge Technologies Ltd. | Multi-level inverter with flying capacitor topology |
| CN107104600B (zh) * | 2016-02-23 | 2019-09-17 | 西门子公司 | 模块化多电平变换器及电力电子变压器 |
| WO2018201225A1 (en) * | 2017-05-05 | 2018-11-08 | Transgrid Solutions Inc. | Multi-level voltage sourced converter |
| WO2019171568A1 (ja) | 2018-03-09 | 2019-09-12 | 三菱電機株式会社 | 電力変換装置 |
| EP3573227A1 (en) * | 2018-05-23 | 2019-11-27 | Nidec ASI S.A. | Electric power converter |
| JP7108932B2 (ja) * | 2018-11-30 | 2022-07-29 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 電力変換装置、制御方法、及びプログラム |
| RU2737035C1 (ru) * | 2020-03-17 | 2020-11-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Костромская государственная сельскохозяйственная академия" | Способ отыскания жил кабеля или проводов, питающих потребителей |
| FR3136323A1 (fr) * | 2022-06-01 | 2023-12-08 | Supergrid Institute | Système électrique comprenant trois convertisseurs électriques |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3409818A (en) * | 1966-09-14 | 1968-11-05 | Varo | Self-balancing multiple half bridge |
| SE377412B (sv) * | 1973-10-23 | 1975-06-30 | Asea Ab | |
| CA1233222A (en) | 1984-03-09 | 1988-02-23 | Nobuhiko Onda | Movable apparatus driving system |
| US4727303A (en) | 1986-05-22 | 1988-02-23 | Gmf Robotics Corporation | Positional control method and system utilizing same |
| JPH0757098B2 (ja) * | 1989-12-07 | 1995-06-14 | 株式会社東芝 | インバータ装置 |
| WO1992003769A1 (en) | 1990-08-20 | 1992-03-05 | Caterpillar Inc. | Apparatus and method for using force feedback to teach a robot |
| JPH04112690A (ja) | 1990-09-03 | 1992-04-14 | Fanuc Ltd | サーボモータの制御方式 |
| WO1997010080A1 (fr) | 1995-09-14 | 1997-03-20 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Unite d'enseignement pour robots |
| SE520788C2 (sv) | 1997-03-24 | 2003-08-26 | Abb Ab | VSC-strömriktare |
| SE510597C2 (sv) | 1997-03-24 | 1999-06-07 | Asea Brown Boveri | Anläggning för överföring av elektrisk effekt |
| IL120889A (en) | 1997-05-22 | 1998-10-30 | Eshed Robotec 1982 Ltd | Method and facility for direct learning of vending machines |
| US5889668A (en) * | 1997-09-05 | 1999-03-30 | Electric Power Research Institute, Inc. | Three-phase DC-to-AC power inverter with three-level poles |
-
1999
- 1999-03-29 US US09/936,988 patent/US6519169B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-03-29 SE SE9901127A patent/SE513846C2/sv not_active IP Right Cessation
-
2000
- 2000-03-29 WO PCT/SE2000/000606 patent/WO2000062409A1/en active Application Filing
- 2000-03-29 CA CA002368030A patent/CA2368030C/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-03-29 EP EP00921269.7A patent/EP1196983B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-03-29 JP JP2000611369A patent/JP4490591B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2368030C (en) | 2008-03-11 |
| JP2002542751A (ja) | 2002-12-10 |
| SE9901127D0 (sv) | 1999-03-29 |
| US6519169B1 (en) | 2003-02-11 |
| CA2368030A1 (en) | 2000-10-19 |
| EP1196983B1 (en) | 2017-05-03 |
| WO2000062409A1 (en) | 2000-10-19 |
| SE9901127L (sv) | 2000-09-30 |
| EP1196983A1 (en) | 2002-04-17 |
| JP4490591B2 (ja) | 2010-06-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| SE513846C2 (sv) | VSC-strömriktare | |
| JP5977287B2 (ja) | マルチレベルインバータ | |
| Menzies et al. | Advanced static compensation using a multilevel GTO thyristor inverter | |
| CA2764507C (en) | Voltage source converter | |
| US7050311B2 (en) | Multilevel converter based intelligent universal transformer | |
| US6014323A (en) | Multiphase power converter | |
| US9748848B2 (en) | Modular multilevel DC/DC converter for HVDC applications | |
| EP2730016B1 (en) | High voltage dc/dc converter | |
| CN106464160B (zh) | 电压源转换器 | |
| EP2304858B1 (en) | A plant for transmitting electric power | |
| SE512795C2 (sv) | VSC-strömriktare | |
| EP2755317A1 (en) | Voltage source converter comprising a chain-link converter | |
| US20190068081A1 (en) | Converter | |
| EP3931959B1 (en) | Buck-boost converter cell for modilar multilevel converter | |
| SE465343B (sv) | Anordning foer transformering av hoega elektriska effekter fraan en likspaenningsnivaa till en annan likspaenningsnivaa | |
| WO2013135300A1 (en) | Arrangement for conversion between ac and dc | |
| WO2016135247A2 (en) | Voltage source converter | |
| WO2012037967A1 (en) | An apparatus for controlling the electric power transmission in a hvdc power transmission system | |
| EP3582379B1 (en) | Voltage source converter | |
| EP3297149B1 (en) | Parallel-connected converter assembly | |
| SE525546C2 (sv) | Anläggning för överföring av elektrisk effekt samt ett förfarande för drift av en sådan anläggning | |
| US10958190B2 (en) | Multi-level voltage sourced converter | |
| SE542175C2 (en) | Improved modular multilevel converter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NUG | Patent has lapsed |