SE520851C2 - Anläggning för överföring av elektrisk effekt via likspänningsnät för högspänd likström - Google Patents

Description

20 25 _30 fås 520 851 2 använts för överföring av högspänd likström över landområ- den, och kablar med specialtillverkade isoleringsmantlar använts sjökablar vid överföring mellan av vatten skilda landområden.

SOm SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en anläggning av det inledningsvis definierade slaget, genom vilken ovannämnda problem långtgående reduceras.

Detta syfte uppnås enligt uppfinningen genom att hos en så- dan anläggning kombinera dels anordnande av åtminstone en för och vice spänningsstyv VSC-strömriktare hos vardera station omvandling av likspänning till växelspänning versa, dels anordnande av åtminstone en kabel med en dennas för bildande av det stationerna förbindande likspänningsnätet. ledare omgivande polymerbaserad isoleringsmantel Just denna kombination får mycket positiva följder. Genom att en spänningsstyv VSC-strömriktare används för omvand- ling av likspänning till växelspänning och vice versa hos anläggningens stationer, vilken ju använder sig av släck- bara krafthalvledare, genomförs aldrig någon polaritetsväx- ling av likspänningsnätskabelns ledare, så att ovannämnda problem med genombrott och genomslag i kabeln på grund av av kablar med en rymdladdningseffekten vid användande ledare omgiven av en polymerbaserad isoleringsmantel försvinner. Således har föreliggande uppfinnare kommit fram till att det, trots de signaler i motsatt riktning som ovan diskuterade experiment givit, är möjligt att använda sig av denna kabeltyp tack vare i. det närmaste försvinnande av rymdladdningsproblemet vid nämnda kombination. Denna typ av kablar har tidigare använts för växelspänningsöverföring, men de har därvid måst förses med en betydligt tjockare isoleringsmantel än fallet är vid likspänningsöverföring, så att ledningskostnaden kan sänkas avsevärt vid överföring 10 15 20 25 gsø 35 520 851 3 av högspänd likström via denna typ av kablar i förhållande till överföring av växelspänning med sådana kablar.

Kablar av denna typ med en ledare omgiven av en polymerba- serad isoleringsmantel låter sig framställas till en långt hittills för överföring av stående kablar med ledare lägre kostnad än ovannämnda, högspänd likström till buds omgivna av en på oljeimpregnerat papper baserad isolerings- mantel. Detta gör att sådana kablar blir ett ur kostnads- synpunkt attraktivt alternativ till luftledningar, varför det nu finns möjlighet att slippa alla olägenheter med sådana luftledningar utan några väsentliga negativa kost- nadskonsekvenser.

Det påpekas här att uppfinningen baseras på insikten att det borde vara möjligt att för överföring av högspänd likström använda de för detta ändamål tidigare förkastade kablarna med en ledare omgiven av en polymerbaserad isole- ringsmantel för överföring av högspänd likström genom att kombinera dem med spänningsstyva VSC-strömriktare hos stationerna för överföring av effekt mellan likspänningsnä- tet och vid stationerna därtill anslutna växelspänningsnät.

Just genom denna kombination reduceras nämligen ovannämnda rymdladdningsproblematik automatiskt i mycket hög grad och att såsom tå- detta är kärnan hos uppfinningen, men det understrykes för uppnående av optimala egenskaper hos kabeln, lighet, isoleringsförmåga och förhindrande av genomslag bör inte vilken polymerbaserad isoleringsmantel som helst av något standardmaterial, utan speciellt för denna applika- tion framtagna material användas i en anläggning av denna typ.

Enligt en föredragen utföringsform av En sådan kabel låter sig framställas till en sådan kostnad och sådan kvalité att den blir mycket fördelaktig att använda i VSC-strömriktare anläggning för överföring av högspänd likström. uppfinningen är nämnda kabel en extruderad kabel. kombination med spänningsstyva hos stationerna i en 10 15 20 25 'F30 fas 520 851 4 Uppfinningen avser även en användning av en kabel med en inre ledare för elektricitet och en denna omgivande poly- merbaserad isoleringsmantel för bildande av det stationerna förbindande likspänningsnätet vid överföring av elektrisk (HVDC), station uppvisar åtminstone en spänningsstyv VSC-strömrik- effekt genom högspänd likström varvid vardera tare för omvandling av likspänning till växelspänning och vice versa. Fördelarna med en sådan ny uppfinningsenlig an- vändning framgàr med all önskvärd tydlighet av ovanstående diskussion av anläggningen enligt uppfinningen. fördelar med uppfinningen framgår av den efterföljande beskrivningen Ytterligare samt fördelaktiga särdrag hos samt övriga osjälvständiga patentkrav.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Här nedan beskrivs såsom exempel anförda föredragna utfö- ringsformer av uppfinningen under hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: fig 1 är ett mycket schematiskt blockschema illustrerande en anläggning enligt en första föredragen utföringsform av uppfinningen, fig 2 är en fig 1 motsvarande vy av en anläggning enligt en andra föredragen utföringsform av uppfinningen, och fig 3 är ett förenklat tvärsnitt genom en kabel använd mellan stationerna hos anläggningarna enligt fig 1 och 2.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER AV UPPFINNINGEN I fig 1 illustreras mycket schematiskt en anläggning för överföring av elektrisk effekt enligt en föredragen utfö- ringsform av uppfinningen, vilken innefattar ett likspän- 10 15 20 25 É-3O 35 520 851 5 ningsnät 1 för högspänd likström (HVDC = High Votage Direct Current) med två kablar 2, en polymerbaserad isoleringsmantel, kablar, varvid dessa 3 med en inre ledare omgiven av exempelvis extruderade för anslutning av två stationer 4, 5 till varandra, stationer är anordnade för överföring av elektrisk effekt mellan likspänningsnätet J. och. ett med respektive station förbundet växelspänningsnät 6, 7. Det är här antytt att växelspänningsnäten uppvisar tre faser, men annat antal faser är även möjligt. Den ena kabeln 2 är avsedd att ligga på en positiv potential av halva likspän- ningsnätets likspänning, medan den andra kabeln ligger på en negativ potential av halva likspänningen. Likspänningen kan vid drift typiskt sett ligga mellan 50 och 500 kV.

Stationerna är här antydda endast genom var sin spännings- styv VSC-strömriktare 8, 9 (Voltage Source Converter).

Naturligtvis är det möjligt att en station innefattar flera sådana strömriktare. Respektive VSC-strömriktare innefattar på konventionellt sätt så kallade ventiler, vilka består av grenar med seriekopplade tänd- och släckbara brytare, företrädesvis i form av IGBT:er, och därmed antiparallellt stort antal att kopplade dioder. Därvid kan exempelvis ett IGBT:er vara seriekopplade hos en enda ventil för tändas och släckas samtidigt för att fungera som en enda brytare, varigenom spänningen över ventilen delas upp på de olika seriekopplade brytarna. Styrningen av brytarna sker på konventionellt sätt genom pulsbreddsmodulering (PWM).

Stationerna 4, 5 kan mycket väl vara belägna på så stora inbördes avstånd som 1000 km.

HVDC- anläggningen är det endast att ändra strömmens riktning ge- Genom användande av spänningsstyva strömriktare i nom ventilerna när riktningen av effektöverföringen mellan likspänningsnät och växelspänningsnät skall ändras, så att inte något problem med genombrott och genomslag i kabeln på grund av rymdladdningar i isolationen vid tidigare krävd polaritetsväxling hos kabeln uppstår. Detta gör att en 10 15 20 25 Vïïso 35 520 851 6 kabel med en ledaren omgivande polymerbaserad isolerings- mantel kan användas för att förbinda de båda stationerna 4, 5. En sådan kabel blir mycket billigare än hittills möjliga kablar för överföring av högspänd likström, allt är mycket dyra på grund av komplicerade tillverknings- vilka framför- processer. Följaktligen kan en kabel med ett pris i paritet med det för luftledningar användas, och därigenom i de flesta fall vara att föredraga framför luftledningar tack vare att det är betydligt enklare att utan problem för omgivningen lägga sådana kablar än anordna luftledningar.

I fig 2 illustreras en annan möjlig föredragen utförings- form av en anläggning enligt uppfinningen, vilken skiljer sig från den i fig l visade genom att en enda kabel 2 med en ledare omgiven av en polymerbaserad isoleringsmantel förbinder de båda stationerna 4, 5, vilka är försedda med jordåterledning 10. Här ligger således kabeln 2 på likspän- ningspotential.

Slutligen illustreras i fig 3 en kabel 2 använd i en anläggning enligt uppfinningen, vilken uppvisar en inre le- dare ll för ledning av högspänd likström och en denna omgivande polymerbaserad isoleringsmantel 12, vilken kan vara framställd genom extrudering.

Uppfinningen är givetvis inte på något sätt begränsad till de ovan beskrivna föredragna utföringsformerna, utan en mängd möjligheter till modifikationer därav torde vara uppenbara för en fackman på området, utan att denne för den skull avviker från uppfinningens grundtanke. att antalet stationer hos en sådan anläggning skulle kunna vara fler än två.

Såsom exempel på en sådan modifikation kan nämnas

Claims (6)

10 15 20 25 30 35 520 851 Patentkrav

1. Anläggning för överföring av elektrisk effekt mellan ett däri likspänningsnät (1) för högspänd likström (HVDC) 5) anslutna växelspänningsnät (6, 7), att mellan likspänningsnätet och respektive växelspänningsnät, ingående och åtminstone två därtill via var sin station (4, varvid stationerna är utformade åstadkomma överföring av elektrisk effekt samt varvid anläggningen är av typen med möjlighet att mata elektrisk effekt via likspänningsnätet i båda riktningarna mellan stationerna, kännetecknad av kombinationen av dels anordnande av åtminstone en spänningsstyv VSC-strömriktare (8, 9) hos vardera station för omvandling av likspänning till växelspänning och vice versa, dels anordnande av åtminstone en kabel (2, 3) med en dennas ledare (ll) (l2) för bildande av det stationerna förbindande likspänningsnätet. omgivande polymerbaserad isoleringsmantel

2. Anläggning enligt krav l, kännetecknad därav, att nämnda kabel (2, 3) är en extruderad kabel.

3. Anläggning enligt krav l eller 2, kännetecknad därav, att den båda förbindande kablar (2, 3), av vilka en (2) ningsnätets positiva pol och den andra (3) innefattar två nämnda, stationerna (4, 5) bildar likspän- dess negativa pol.

4. Anläggning enligt krav l eller 2, kännetecknad därav, att den uppvisar endast en nämnd kabel (2) för förbindande av de båda stationerna (4, 5), och att respektive station är försedd med en jordåterledning (10). kraven l-4, kännetecknad är utformat att uppvisa en

5. Anläggning enligt något av därav, att likspänningsnätet (1) driftspänning av 50-500 kV. (ll) polymerbaserad

6. Användning av en kabel (2, 3) med en inre ledare för elektricitet och en denna omgivande *520 851 (- isoleringsmantel (12) för bildande av det stationerna (4, 5) förbindande likspänningsnätet vid överföring av' elek- trisk effekt genom högspänd likström (HVDC), varvid vardera station uppvisar åtminstone en spänningsstyv VSC-strömrik- tare (8, 9) för omvandling av likspänning till växelspän- ning och vice versa, samt varvid stationerna ingår i en anläggning av typen med möjlighet till matning av elektrisk effekt via likspänningsnätet i båda riktningarna mellan stationerna.