SE523457C2 - VSC-strömriktare flrsedd med resonanskrets för kommuntering, jämte tillhörande förfarande, datorprogramprodukt och datorläsbart medium - Google Patents

Description

20 25 30 35 -523 457 2 o n « | .- och vice versa enligt ingressen hos bifogade självständiga förfa- randekrav.

Det påpekas att ”första lindning” och ”andra lindning” skall tolkas som en primär- och en sekundärlindning hos en transformator använd för spänningstransformering, fastän det här inte indikeras vilken som är vilken.

”Likriktarorgan” skall här och i hela avhandlingen, inkluderande bifogade krav, tolkas brett, och det kan vara vilket organ som helst med förmåga att ta upp spänning och blockera ström i åt- minstone en riktning genom det, och det måste inte vara en diod, utan det skulle exempelvis även kunna vara styrbart, såsom en tyristor (se exempelvis fig 3 i denna avhandling). Dessutom kan likriktarorganet och halvledarelementet även vara integrerade i ett enda halvledarelement eller omkopplingselement. Detta inne- bär för VSC-strömriktaren ett halvledarelement med i backrikt-t ningen ledande egenskap, såsom en MOSFET med en innebo- ende "kroppsdelsdiod".

En anordning av denna typ kan användas för omvandling av likspänning till växelspänning och vice versa i applikationer där det är av betydelse att uppnå en galvanisk isolering mellan likspänningssidan och växelspänningssidan. Dessutom är det möjligt att uppnå en spänning med variabel frekvens och ampli- tud på växelspänningssidan, ett dubbelriktat effektflöde och spänning- liksom strömtransformering genom en anordning av denna typ.

En känd sådan anordning innefattar en transformator som drivs med frekvensen hos växelspänningssidan, vilket i allmänhet in- nebär en låg frekvens och därigenom en tung och skrymmande' transformator. Detta resulterar i en avsevärt lägre verkningsgrad hos transformatorn och därigenom hos anordningen än om transformatorn skulle ha förmåga att fungera vid högre frekven- ser. 10 15 20 25 30 35 ø « « - f» n u. f . ,. ,, .u n. u _ o: .n . , ,, _ ,, ,, __: -_ . un. n a. , uno nu >| z : ,',: :-1,:, :bfi :~:.« u. n nu: v n u u. , . , , , ,'. . , V U, ' ' 0 I En anordning av denna typ som möjliggör drivande av transfor- matorn vid högre frekvenser än växelspänningsfrekvensen är känd genom DE 2614445 och visad i bifogade fig 1. De använda hänvisningsbeteckningarna är såsom följer: likspänningsmellan- led 1, VSC-strömriktare 2, transformator 3, inrättning 4, likspän- ningssida 5 och växelspänningssida 6. lnrättningen på växel- spänningssidan hos transformatorn är här en cyklokonverter som arbetar med naturlig kommutering och omvandlar högfre- kvensväxelspänningen från VSC-strömriktaren till en växelspän- ning med den önskade frekvensen. Emellertid arbetar VSC- strömriktaren fortfarande med tvångskommutering och hårdom- koppling, vilket resulterar i jämförelsevis höga påkänningar på halvledarelementen hos strömventilerna, vilket resulterar i jämfö- relsevis stora omkopplingsförluster. Dessutom styrs strömventi- lerna hos VSC-strömriktaren genom en styrenhet 7 enligt ett för- farande som resulterar i rektangulära spänningspulser utan noll- spänningsintervall, vilket ökar övertonsinnehållet i växelspän- ningen. Förutom faktumet att effektförlusten i form av värme re- sulterar i avsevärda kostnader måste halvledarelementen hos strömventilerna antingen dimensioneras för att kunna motstå höga termiska påkänningar och därigenom bli kostsamma eller en lägre frekvens hos VSC-strömriktaren måste appliceras, vilket resulterar i en mera skrymmande transformator och en försämrad kurvform för växelspänningskurvan US-patent 4 878 163 beskriver även en anordning av denna typ, men förfarandet använt för omvandlingen inkluderar där även. nollspänningsintervall producerade av VSC-strömriktaren.

Det är även känt att utnyttja så kallad mjukomkoppling för redu- cerande av omkopplingsförlusterna i anordningar för omvandling av likspänning till växelspänning och vice versa, och dessa kon- cept inkorporerar allmänt tillkommande halvledarelement som inte deltager i själva effektomvandlingen. Dessa tillkommande (hjälp-) halvledarelement och den därmed förbundna styrström- kretsen utgör tillägg till kostnader och komplexitet hos sådana anordningar. Dessutom involverar de ofta en försämring av hu- 10 15 20 25 30 35 U I III . . n. . . .. .. .. ., .. ,',,__'_ u", "_ -- . . u nu o. - . av o . v - .I- | 4' ' ' ' ' ' _ ,_ ___ _ _ _ __ _. . .. . . ...... .. .. .'..!..2Z': 1,' .':s'-~~--- - - ' ' ' 'f r I o o v l p I v a :w :n ' ' . .

' ' II to Ill o v 1 - n a . .n vudhalvledarelementen i strömventilerna antingen i form av maximal ström eller spänning.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en an- ordning av typen definierad i inledningen, vilken har förbättrade egenskaper med avseende på redan kända sådana anordningar.

Detta syfte uppnås enligt uppfinningen genom tillhandahållande av en sådan anordning, hos vilken strömventilerna hos VSC- strömriktaren var och en innefattar en snubberkondensator som är parallellkopplad med nämnda halvledarelement och likriktaror- gan, varvid nämnda inrättning innefattar en direktomriktare som har åtminstone ett fasben förbundet genom sina motsatta ändar med motsatta *ändar hos nämnda andra lindning hos transformatorn och som har åtminstone två seriekopplade strömventiler, varvid varje av dessa strömventiler har förmåga att leda ström och blockera spänning i båda riktningarna och att tändas genom gate-styrning, och varvid en mittpunkt hos direktomriktarens fasben är försedd med en fasutgång för bil- dande av en terminal för nämnda växelfasspänning mellan denna utgång och en ytterligare fasutgång hos direktomriktaren.

Användningen av sådana snubberkondensatorer i en anordning av denna typ inkluderande en VSC-strömriktare, en transformator och en direktomriktare, resulterar i en möjlighet att uppnå mjuk- omkoppling av halvledarelementen i VSC-strömriktaren. Dessa kondensatorer kommer att användas som energilagringsmedel och urladdas och återladdas när kopplingstillståndet hos VSC- strömriktaren förändras, vilket märkbart reducerar spänningsderi- vaterna när ventilerna omkopplas och direktomriktaren som kommuterar strömmen leder till ytterligare fördelar med avseende på omkopplingsförluster och påkänningar för halvledarelementen och likriktarorganen, och de förra kan även användas vid noll- spänning och små spänningsderivater. Likriktarorganen, till ex- empel dioder, kan tändas vid små spänningsderivater och 10 15 20 25 30 35 523 457 släckas vid nollspänning och vid små strömderivater. l direktom- riktaren behövs inte någon förmåga till hård släckning, utan ven- tilerna kan mycket väl släckas vid en strömnollgenomgång likar-- tad den hos slåckningsprocessen i en konventionell tyristorom- vandlare. Följaktligen kan förlusterna reduceras i en anordning av denna typ med avseende på redan skända sådana anord- ningar och därigenom kostnader sparas. Mindre kostsamma halvledarelement kan även användas tack vare de reducerade termiska påkänningarna på dem. Grundfunktionaliteten hos en anordning av denna typ i form av spänningsomvandling med va- riabel frekvens på växelspänningssidan, dubbelriktat effektflöde, galvaniskfisolering genom en magnetisk transformator och spän- nings- och strömtransformering kan naturligtvis fortfarande upp- nås. Dessutom möjliggör denna utformning av anordningen en mängd olika styrsätt för anpassning av anordningens drift till rå- dande förhållanden. Grundprincipen hos anordningens drift är att kopplingstillståndet hos VSC-strömriktaren bestämmer tecknet på spänningen över transformatorn och kopplingstillståndet hos di-° rektomriktaren bestämmer riktningen på strömmen genom trans- formatorn. Grundläggande är det nödvändigt att kommutera VSC- strömriktaren, det vill säga ändra tecken på transformatorspän- ningen, för att kunna kommutera direktomriktaren, vilket är nöd- vändigt för att kunna kommutera VSC-strömriktaren igen och så vidare. VSC-strömriktaren måste även kom-nuteras regelbundet för att begränsa transformatorflödet, medan direktomriktaren mo- duleras för att uppnå ett växelspänningspulsmönster på nämnda terminal. ”Direktomriktare” definieras här som en omvandlare utan energilagringsmedel, såsom ett likspänningsmellanled.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen uppvisar VSC-strömriktaren två nämnda fasben och nämnda utgångar för- bundna med ändarna hos den första transformatorlindningen är bildad av en mittpunkt mellan strömventilerna hos var sitt fasben, ' och enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen har VSC-strömriktaren ett nämnt fasben, en av nämnda utgångar förbunden med ändarna hos den första transformatorlindningen är bildad av en mittpunkt mellan strömventilerna och nämnda 10 15 20 25 30 35 » 523 457 6 | . | | en fasben, och utgången förbunden med den motsatta änden av den första transformatorlindningen är bildad av en mittpunkt hos likspänningsmellanledet, vilken är separerad från både den posi- tiva och den negativa polen genom åtminstone en kondensator.

Utföringsformen med en VSC-strömriktare med två fasben har fördelen att göra det möjligt att uppnå ett nollspänningsintervall över den första transformatorlindningen. Utföringsformen med' endast ett fasben har emellertid fördelen av ett lägre antal kom- ponenter med avseende på utförandet med två fasben.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen har di- rektomriktaren endast en nämnd terminal för växelfasspänningen.

Detta fall av en enfasväxelspänning på omfiktarens växelspän- ningssida kommer att avhandlas speciellt i denna avhandling.

Enligt föredragna'utföringsformer av uppfinningen har direktom- riktaren i enfasfallet antingen två nämnda fasben och de två, nämnda terminal bildande fasutgångarna är bildade av en mitt- punkt mellan strömventilerna hos var sitt fasben, eller ett fasben, varvid en av nämnda fasutgångar är bildad av en mittpunkt mel- lan strömventilerna hos fasbenet och den andra fasutgången är_ bildad av en mellan nämnda motsatta ändar hos den andra transformatorlindningen belägen mittpunkt.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen, som redan har indikerats ovan, innefattar ventilerna hos direktomriktaren ett halvledarelement anordnat att släckas och därigenom släcka ventilen genom nollgenomgång av strömmen igenom halvledar- elementen, vilket resulterar i mjukomkopplingsegenskaper.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen base- ras likriktarorganen hos ventilerna hos direktomriktaren på ett material med ett brett energigap mellan valensbandet och led- ningsbandet, det vill säga ett bandgap som överskrider 2 eV, och är företrädesvis av kiselkarbid. Speciellt när omkopplingsanord- ningarna släcker vid strömnollgenomgång kan efterledningen hos_ dioderna förorsaka överspänningar över ventilerna och ökade 10 15 20 25 30 35 ' 0 o nu c o en o. .n u : .:".'. : _--__¿._;¿ . .. . _ ,, ,.. I . I ..ÉHI'..__| :- no n o.- mn .en a: u o v oo n [fo s' r n. z z : I: u c v u . , u n» un cv n o v p 1 a v u « o n omkopplingsförluster om traditionella kiseldioder används. Detta problem löses emellertid genom användande av dioder av ett så- dant material, speciellt av kiselkarbid, vilket uppvisar ett i det närmaste idealt beteende vad avser efterledning.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är. nämnda styrenhet anordnad att styra halvledarelementen hos VSC-strömriktaren för förändrande av kopplingstillståndet hos denna strömriktare genom förändrande av förbindningen av åt- minstone en av nämnda utgångar hos den från en pol hos likspänningsmellanledet till den andra under laddande och urlad- dande av nämnda snubberkondensatorer för minskande av spän- ningsderivaterna under släckning av ett halvledarelement. l en utföringsform, hos vilken VSC-strömriktaren har två nämnda fas- ben, är styrenheten anordnad att kommutera ett fasben hos VSC- strömriktaren åt g-ången utifrån ett tillstånd i vilket de båda mitt- punkterna är förbundna med olika poler hos likspänningsmellan- ledet för uppnående av ett mellantillstånd i vilket nämnda mitt- punkter är förbundna med samma pol för applicerande av en nollspänning på den första lindningen hos transformatorn. Följ- aktligen gör detta sätt att förändra kopplingstillståndet hos VSC-~ strömriktaren det möjligt att uppnå nollspänningsintervall även vid nämnda växelfasspänningsterminal_ Dessutom är enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen styrenheten an- ordnad att variera ordningen med vilken fasbenen hos VSC- strömriktaren kommuteras, vilket resulterar i en möjlighet att för- dela förlusterna i dioderna och halvledaromkopplarna lika över flera omkopplingscykler.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är styrenheten anordnad att styra halvledarelementen hos ström- ventilerna hos VSC-strömriktaren för kommuterande av båda fas- benen samtidigt utifrån tillståndet i vilket de båda mittpunkterna är förbundna med skiljaktiga poler hos likspänningsmellanledet genom var sitt ledande halvledarelement genom släckande av dessa halvledarelement hos båda ventilerna. Detta styrsätt har' 10 15 20 25 30 35 I ooo o . ,. .o :of o o o: oo oo u .».... .. . .,..,,f. -H -.-.. ..- no u; oo o I o ' "' "~ o soc u o o ß o o oo o o , ': z f”. 'z : V” n vn o o o v o o» nu o o o co nu oo o. on o o . 8 fördelen att vara något enklare än styrsättet för kommuterande av ett fasben åt gången.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är styrenheten anordnad att kommutera ett eller flera fasben hos direktomriktaren när effektflödet i anordningen är riktat från växelspänningssidan till Iikspänningssidan, det vill säga från di- rektomriktaren till VSC-strömriktaren, genom att styra strömven-h tilerna hos det fasbenet eller de fasbenen för förändrande av för- bindningen av dess utgång från en ände av nämnda andra transformatorlindning till den andra för förändrande av riktningen av strömmen igenom nämnda andra transformatorlindning, vilket möjliggör en förändring av kopplingstillståndet hos VSC-ström- riktaren. Alla fasbenen hos direktomriktaren måste kommuteras på detta sätt för förändrande av riktningen hos transformator- strömmen. Ett önskat spänningspulsbreddsmoduleringsmönster kan uppnås på växelfasspänningsterminalen genom en sådan styrning.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen, vilken utgör en vidareutveckling av den just nämnda utföringsformen är denna styrenhet anordnad att utifrån ett tillstånd i vilket utgången hos ett fasben hos direktomriktaren är förbunden med en första ände hos den andra transformatorlindningen genom en ledande första strömventil med ett effektflöde från nämnda terminal in till fasbenet, tända den andra, andra strömventilen hos det fasbenet för kortslutning av fasbenet för öppnande av en strömväg igenom lindningen hos transformatorn i riktningen av spänningen över transformatorn, så att den andra strömventilen gradvis tar över strömmen genom transformatorn och den första strömventilen sedan kan släckas vid nollströms- och nollspänningsförhållan- den. Denna styrningsprocedur resulterar i låga omkopplingsför- luster, och nämnda första strömventil släcks såsom redan nämnts företrädesvis naturligt genom nollgenomgång av strömmen ge- nom den. 10 15 20 25 30 35 o v nu o ' '°' ' U n o p q o a' ,"_ vu .u u I I o un. , , , _ , , . I v a a »v n n f . t. no n; nu ' ' ' ' "" " fi ' Ü Û I OI I I I Oil Û - . u . . . 1 . I .

' ' I fl ou nn nu s., , ' v u 1 = ~ i n o.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är styrenheten anordnad att styra strömventilerna hos direktomrikta- ren för att kortsluta dessa båda fasutgångar, det vill säga för- binda dem med samma ände eller ändar hos den andra transfor- matorlindningen, och låta dem kvarvara i detta tillstånd för bil- dande av ett nollspänningsintervall vid terminalen för växel- fasspänningen. Detta utgör ett ytterligare alternativ för uppnå-_ ende av ett nollspänningsintervall vid nämnda terminal när så önskas.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är nämnda styrenhet anordnad att styra de ledande strömventilerna hos fasbenen hos VSC-strömriktaren att släcka för kommute- rande av utgången av dessa fasben och sanftidigt, utifrån ett till- stånd i vilket utgången hos ett fasben hos direktomriktaren är förbunden med en första ände hos den andra transformatorlind- ningen genom en ledande första strömventil, styra den andra, andra strömventilen hos det fasbenet att tändas för kortslutning av den andra transformatorlindningen genom det fasbenet för öppnande av en strömväg igenom den lindningen hos transfor- matorn i riktningen av spänningen över transformatorn för att bilda en resonanskrets genom kapacitansen hos snubberkonden-. satorerna hos VSC-strömriktaren och läckinduktansen hos transformatorn, vilket gör att strömmen igenom den fösta trans- formatorlindningen ökar för assisterande av kommuteringen av nämnda fasben hos VSC-strömriktaren genom laddande och ur- laddande av snubberkondensatorerna. Denna utföringsform tar hand om ett problem som kan vara allvarligt under vissa förhål- landen, nämligen när strömmen på växelspànningssidan hos an- ordningen är låg, eftersom det kan då vara omöjligt att kommu- tera VSC-strömriktaren på normalt sätt. Strömmen igenom transformatorn kan då vara otillräcklig för återuppladdning av snubberkondensatorerna oberoende av kopplingstillståndet hos direktomriktaren. Återladdningen av snubberkondensatorerna kan ta för lång tid eller i extremfallet inte uppträda alls. Genom bil- dande av resonanskretsen på detta sätt initieras en reso- nansprocess som styrs av snubberkapacitanserna och läckin-- 10 15 20 25 30 35 v 0 u. o . n n n " :u . . .u u .. , , . 2:: 31.: z-v - » ..-'...,$2','; If: z z :- u u' . 3 . . . . t.. . i. . - 45 å" ;*', 'n- : z f .I .'¿...»“ ', i) ;,;_~ v: z n.. . - - . u u Å.. '..' u' '_;'. I n nu n u' . . . 10 duktansen. Genom denna process återuppladdas snubberkapa- citanserna så att potentialen hos fasutgångzarna hos VSC-ström- riktarens fasben svänger till den motsatta polen hos likspän- ningsmellanledet. Detta innebär även att transformatorspän- ningen ändrar riktning.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen inne- fattar anordningen en tillkommande induktor, som är seriekopp- lad med nämnda första transformatorlindnlng, för att öka induk- tansen hos resonanskretsen. Detta innebär att den tid som krävs_ för att förändra kopplingstillståndet hos VSC-strömriktaren kan förlängas.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är styrenheten anordnad att a) styra halvledarelementen hos VSC- strömriktaren för förändrande av kopplingstillståndet hos denna strömriktare genom förändrande av förbindn ngen av åtminstone en av nämnda utgångar hos den från en pol hos likspännings- mellanledet till den andra för förändrande av tecknet hos spän- ningen över nämnda första transformatorlindning och b) kommu- tera fasbenet eller fasbenen hos direktomriktaren för förändrande av den ände hos den andra transformatorlindnlngen med vilken respektive fasutgâng är förbunden i en sådan sekvens och med sådana fördröjningar att önskade spänningspulser uppnås på nämnda terminal och göra detta tills strömmen igenom den andra. transformatorlindnlngen har ändrat riktning, och sedan börja om på nytt med styrande av VSC-strömriktaren att förändra kopp- lingstillstånd igen. Detta är en föredragen generisk kommute- ringsstrategi att användas, vid vilken det antages att effekten ini- tiellt flyter från likspänningssidan till växelspänningssidan, och i det motsatta fallet startas det med steg b) följt av steg a) och se- dan med steg b) igen.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är styrenheten anordnad att styra halvledarelementen hos VSC- strömriktaren för förändrande av dennas kopplingstillstånd och starta kommutering av ett eller flera fasben hos direktomriktaren 10 15 20 25 30 35 523 457 11 genom styrande av en strömventil hos det (de) fasbenet (fasbe- nen) innan förändringen av kopplingstillståndet hos VSC-ström- riktaren har fullbordats, när det är ett önskemål att ha ett effekt- flöde igenom anordningen från likspänningssidan till växelspän- ningssidan, det vill säga att ha samma polaritet hos spännings- pulserna på nämnda terminal hos växelspänningssidan som strömmen där. Genom användande av en sådan sammanflätad kommutering av de båda omriktarna kan ett intervall hos varje omkopplingscykel under vilket effektflödet kommer att vara av motsatt riktning mot den önskade riktningen reduceras och den totala kommuteringshastigheten kan ökas. Anordningen uppvisar då företrädesvis medel för detekterande av spänningen över den första transformatorlindningen, och styrenheten är anordnad att starta kommuteringen av direktomriktaren baserat på informatio- ner från spänningsdetekteringsmedlet när, som en följd av att förändringen av kopplingstillståndet hos VSC-strömriktaren har begynt, spänningen över den första transformatorlindningen har ändrat tecken och överskrider ett förutbestämt tröskelspännings- värde. Det tillförsäkras därigenom att en fullständig kommutering g av båda omriktarna äger rum, eftersom det är för detta nödvän- digt att polariteten hos transformatorspänningen omkastas och har nått en viss storlek innan kommuteringen av direktomriktaren initieras.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen, vilken även avser sammanflätad kommutering, är styrenheten anordnad att kommutera alla fasben hos direktomriktaren genom styrning av strömventilerna hos fasbenen och begynna styrningen av halvledarelementen hos VSC-strömriktaren för förändrande av dennas kopplingstillstånd innan kommuteringen av alla fasbenen hos direktomriktaren har fullbordats, när det finns ett önskemål att ha ett effektflöde igenom anordningen från växelspännings- sidan till likspänningssidan, det vill säga ha en polaritet hos spänningspulserna på nämnda terminal hos växelspännings-. sidan, vilken är motsatt polariteten hos strömmen där. När ett effektflöde i den riktningen önskas är det även föredraget att förse anordningen med medel för detektering av strömmen ige- 10 15 20 25 30 35 -523 457 12 f.. o-w-.a . . - , .- nom den andra transformatorlindningen, och styrenheten är an- ordnad att begynna styrningen av VSC-strömriktaren för föränd- ring av dennas kopplingstillstånd baserat på informationer från strömdetekteringsmedlet när, som en följd av den begynnande kommuteringen av fasbenet eller fasbenen hos direktomriktaren, strömmen igenom den andra transformatorlindningen har ändrat riktning och överskrider ett förutbestämt tröskelströmsvärde. En fullständig kommutering av båda omriktarna tillförsäkras när rikt- ningen hos transformatorströmmen har omkastats och nått en viss storlek innan kommuteringen av VSC-strömriktaren initieras.

Uppfinningen avser även ett förfarande för omvandling av likspänning till växelspänning och vice versa enligt det obero- ende förfarandekravet. Fördelarna med ett sådant förfarande och förfarandena enligt de föredragna utföringsformerna av uppfin- ningen definierade i de beroende förfarandekraven framträder med all önskvärd tydlighet från diskussionen ovan av anord- ningen enligt de föredragna utföringsformerna av uppfinningen.

Uppfinningen avser även en datorprogramprodukt och ett dator- läsbart medium enligt motsvarande bifogade krav. Det förstås enkelt att förfarandet enligt uppfinningen definierat i bifogade nämnda förfarandekrav är väl lämpat att utföras genom pro- graminstruktioner från en processor anordnad att påverkas av ett med programstegen ifråga försett datorprogram.

Ytterligare fördelar med samt fördelaktiga särdrag hos uppfin- ningen framträder av följande beskrivning och andra beroende krav.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Med hänvisning till bifogade ritningar följer nedan en specifik be- skrivning av såsom exempel anförda föredragna utföringsformer av uppfinningen. På ritningarna: 10 15 20 25 30 35 I | : | u 'ß av; n . " "' ' - n -ç , ,, a. . H w u fr.. 1. . . u n , :nu ... :!':::;?;c;;;~-,. l....*ä";- g »Il II 1 f 3 | ..- iff fig: }:.;|: n $^<2.", :|'I » . l I ,, _. _" : :ruv 13 fig 1 är ett kopplingsschema som schematiskt illustrerar en an- ordning enligt tidigare känd teknik, fig 2 är ett kopplingsschema som illustrerar enlanordning enligt en fösta föredragen utföringsform av uppfinningen, fig 3 illustrerar schematiskt olika val av utformning av en ventil hos direktomriktaren i en anordning enligt uppfinningen, fig 4 är ett kopplingsschema av en anordning enligt en andra fö-- redragen utföringsform av uppfinningen, fig 5 är ett kopplingsschema som illustrerar en del av en anord- ning enligt en tredje föredragen utföringsform av uppfinningen, fig 6a-d är kopplingsscheman hos växelspältningssidan hos an- ordningen enligt fig 2 eller 4 i olika tillstånd under en procedur för kommutering av de båda fasbenen samtidigt, fig 7a-f är vyer som motsvarar de i fig 6a-d för en procedur av kommutering av ett fasben åt gången, fig 8a-c är förenklade kopplingsscheman av ett fasben hos di- rektomriktaren hos en anordning enligt uppfinningen i olika till- stånd under en procedur för kommutering av detta fasben, fig 9a-f är kopplingsscheman hos en anordning enligt uppfin- ningen med en VSC-strömriktare med ett fasben i olika tillstånd under en procedur för resonantassisterad kommutering av VSC- strömriktaren, fig 10 är ett diagram som illustrerar spänningar och strömmar över tiden för proceduren enligt fig 9a-f, fig 11a-f är kopplingsscheman av en anordning enligt uppfinn- ingen i olika tillstånd under en procedur för resonantassisterad 10 15 20 25 30 35 2523 457 14 kommutering av dess VSC-strömriktare, varvid de båda fasbenen hos VSC-strömriktaren kommuteras samtidigt, fig 12 är ett diagram som illustrerar spänningar och strömmar över tiden för proceduren enligt fig 11a-f, fig 13a-h är kopplingsscheman av en anordning enligt uppfin- ningen i olika tillstånd under en procedur för resonantassisterad' kommutering av dess VSC-strömriktare, varvid dennas båda fas- ben kommuteras ett åt gången, fig 14 är ett diagram som illustrerar spänningar och strömmar över tiden för proceduren enligt fig 13a-h, fig 15 är en schematisk vy av ett möjligt pulsbreddsmodulerings- mönster för växelfasspänningen hos en anordning enligt uppfin- ningen, fig 16a-i är kopplingsscheman av en anordning enligt uppfin- ningen i olika tillstånd under en procedur av sammanflätad kom- mutering av dess båda omriktare när det finns ett önskemål att ha effekten flödande från likspänningssidan till växelspännings- sidan, fig 17 är ett diagram som motsvarar fig 10 för proceduren illustre- rad i fig 16a-i. fig 18a-i är kopplingsscheman av en anordning enligt uppfin- ningen i olika tillstånd hos en procedur för resonantassisterad kommutering av dess VSC-strömriktare när det finns ett önske- mål att ha effekten flödande från växelspänningssidan till likspänningssidan, och fig 19 är ett diagram som motsvarar fig 10 för proceduren illustre- rad i fig 18a-i. 10 15 20 25 30 35 525 457 15 DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGS- FORMER AV UPPFINNINGEN Fig 2 illustrerar en anordning enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen med en VSC-strömriktare 8 med ett likspän-- ningsmellanled 9 med en positiv 10 och en negativ 11 pol och två fasben 12, 13 (1 respektive 2 i följande formler) som inbördes förbinder de båda polerna och uppvisar två seriekopplade ström- ventiler 14-17. Varje strömventil har ett släckbart halvledarele- ment 18, såsom en IGBT, och ett likriktarorgan 42, såsom en lik- riktande diod, kopplat antiparallellt därmed. En snubberkonden- sator 33-36 är parailellkopplad med varje nämnt halvledarele- ment 18 och diod 42. En transformator 19 är med två motsatta ändar av en första lindning 20 förbunden med var sin utgång 21, 22 hos VSC-strömriktaren och med en andra lindning 23 (vilken har en förbindelse 70 med dess mittpunkt för jordningsändamål) hos denna med de motsatta ändarna förbundna med de motsatta ändarna hos två fasben 24, 25 (1 respektive 2 i följande formler) hos en direktomriktare 26. Fasbenen hos direktomriktaren har vart och ett två seriekopplade strömventiler, vilka var och en har." åtminstone ett halvledarelement och ett därmed antiparallellt kopplat likriktarorgan, vilka gör den kapabel att leda ström och blockera spänning i båda riktningarna och gör det möjligt att styra ventilen att tända. En mittpunkt 27, 28 hos varje fasben hos direktomriktaren är försedd med en fasutgång för bildande av en terminal 29 för en växelfasspännlng mellan dessa fasutgångar.

Växelspänningssidströmmen iAC definieras att vara positiv såsom den är visad här. Detsamma gäller för spänningen uAC.

Fig 3 illustrerar tre möjligheter för utformning av en strömventil hos direktomriktaren. Den vänstra är bildad av en koppling av två tyristorer antiparallellt med varandra, medan de andra två är bil- dade av en seriekoppling av å ena sidan en med en första diod antiparallellt kopplad IGBT och å andra sidan en IGBT med den motsatta ledningsriktningen mot den förstnämnda lGBT:n kopplad ' antiparallellt med en andra diod. I en av dem är emittrarna och l den andra kollektorerna hos lGBT:erna förbundna med varandra. 10 15 20 25 30 35 «523 457 16 | | n » :u Fig 4 illustrerar en anordning som skiljer sig från den illustrerad i fig 2 genom att direktomriktaren har endast ett fasben och en fasutgång hos den är istället ansluten till en mittpunkt 43 hos den andra transformatorlindningen.

Fig 5 illustrerar en ytterligare möjlighet till att modifiera en an-- ordning enligt fig 2 genom att anordna en VSC-strömriktare med endast ett fasben, så att en utgång hos denna strömriktare är bildad av en mittpunkt 30 hos likspänningsmellanledet separerad från båda nämnda positiva och negativa poler genom åtminstone en kondensator 31, 32. Halvledarelementen hos anordningarna enligt dessa utföringsformer styrs av en endast i fig 2 schema- tiskt indikerad styrenhet 7.

De olika egenskaperna och skillnaderna i driftsbeteende hos dessa utföringsfonner kommer att beskrivas längre ned.

Vi kommer nu att göra några definitioner som skall användas vid förklaring av olika fenomen här nedan.

Kopplingsfunktionerna för detta fall med två faser på växelspän-' ningssidan kan skrivas: UAc=NtrUtr (kAcn-KACQ) itFNrriAc (kAcn-kAoz) och för fallet med ett fasben: UAc=NtrUirkAo1 lrFNtritrkAcA där kAQi är lika med -1/2 om fasbenet i förbinder motsvarande växelspänningssidterminal med den nedre änden av den andra transformatorlindningen och +1/2 om det förbinder växelspänÄ 10 15 20 25 30 35 523 457 » n « p n. 17 ningsterminalen med den övre änden av den andra transforma- torlindningen.

På motsvarande sätt gäller för likspänningssidomriktaren för fal- let med två fasben följande relation: UiFUoc (kocmkooz) och för fallet med ett fasben : UiFUdkocA där kDQ; är lika med -1/2 om fasbenet i förbinder motsvarande transformatorterminal med den nedre likspänningsmellanledspo- len (negativ) och +1/2 om det förbinder transformatorterminalen med den övre likspänningsmellanledspolen (positiv).

Kopplingstillstånden hos VSC-strömriktaren och direktomriktaren kan förändras genom kommutering av dessas fasben, vilket inne- bär för VSC-strömriktaren att utgången hos ett fasben hos den flyttas från att vara förbunden med en pol hos likspänningsmel- lanledet till dettas andra pol. För direktomriktaren förflyttas fasutgången hos fasbenet från att vara förbunden med en ände av den andra transformatorlindningen till att vara förbunden med den andra änden av den Iindningen. Antagandet görs att indukï tansen hos ledningsfiltret 50 är mycket högre än läckinduktansen hos transformatorn och tillräckligt stor för att hålla strömmen hos växelspänningssidan, iAC, väsentligen konstant under kommute- ringar av omriktarna i systemet. Likaledes antages kapacitansen hos likspänningsledet vara mycket högre än snubberkapacitan- serna hos ventilerna i VSC-strömriktaren (VSC-omriktaren) och tillräckligt höga för att hålla likspänningen, Ud, väsentligen kon- stant under kommuteringarna av omriktarna i systemet. Under dessa antaganden gäller följande: Riktningen av strömmen it, igenom transformatorn bestäms av kopplingstillståndet hos direktomriktaren, medan tecknet hos 10 15 20 25 30 35 :523 457 18 - n - a vo spänningen över transformatorn ut, bestäms av kopplingstillstån- det hos VSC-strömriktaren.

Villkoret som måste uppfyllas för att möjliggöra kommutering av VSC-strömriktaren är u,,i,,>0, det vill säga effektflödet riktas ut från den omriktaren (strömriktaren) mot växelspänningssidan.

Fig 6a-d illustrerar en procedur för förändrande av kopplingstill- ståndet hos VSC-strömriktaren. I denna och följande kopplings- schemefigurer är den momentana strömvägen indikerad genom tjockare linjer. Det antages i fig 6a-d att kopplingstillståndet hos direktomriktaren är oförändrat, vilket innebär att strömmen ige- nom transformatorn i,, kommer att vara konstant och är indikerad genom l. De båda halvledarelementen i strömventilerna som le- der strömmen släcks först (fig 6b), så att strömmen avleds till snubberkondensatorerna 33-36. När kondensatorerna återladdas ändras ut, från +Ud till -U,,. Spänningsderivaterna och således påkänningarna på ventilerna kommer att reduceras märkbart tack vare existensen av kondensatorerna. Slutligen övertar dioderna hos de motsatta ventilerna strömmen och kommuteringen är full- bordad. På detta stadium tänds halvledarelementen (lGBT:erna) som är kopplade antiparallellt med de ledande dioderna vid noll- spännings- och nollströmsförhållanden (fig 6d).

Fig 7a-f visar en alternativ väg för kommuterande av VSC-ström- riktaren, varvid ett fasben kommuteras åt gången. Efter kommu- tering av det första fasbenet blir u" och därigenom även uAC noll när strömmen frihjular (fig 7c). Det är uppenbart att de beskrivna kommuteringsprocesserna skulle kunna ha utförts på analogt sätt om u,, och it, båda vore negativa. När man anländer till kopp- lingstillstånden enligt fig 6d och 7f är det emellertid inte möjligt att återvända till kopplingstillståndet enligt fig 6a respektive 7a' utan att först förändra riktningen på strömmen it, igenom trans- formatorn genom förändrande av kopplingstillståndet hos direkt- omriktaren. 10 15 20 25 30 35 523 457 19 f « n u | »o Med avseende på kommuteringen av direktomriktaren antages det att transformatorn kan kännetecknas av sin läckinduktans LX under ett omkopplingsintervall. För att kommuteringen av fasbe- nen hos direktomriktaren skall vara möjlig måste följande villkor_ uppfyllas: UAciAc < Û Detta är ekvivalent med ett effektflöde in i direktomriktaren från växelfasspänningsterminalen. Verkan av kommuteringen hos ett fasben hos direktomriktaren är att dess utgång växlas från att vara förbunden med en ände hos den andra transformatorlind- ningen till den andra änden hos den. Detta motsvarar en tecken- omkastning hos kopplingsfunktionen KACJ. Fig 8a-c illustrerar hur kommuteringen av ett fasben kan utföras. Initiellt leder den övre ventilen strömmen: det vill säga kAcj = 1/2. Därav följer således att ovan angivna villkor är uppfyllt. För att starta kommuteringen tänds halvledaromkopplaren i den nedre ventilen 37 som blocke- rar den på fasbenet applicerade spänningen. Därigenom kortsluts. fasbenet och spänningen uppträder istället över läckinduktansen hos transformatorn. Strömmen i transformatorn börjar ändras och den nedre ventilen övertar på motsvarande sätt strömmen från den övre ventilen 38. Slutligen når strömmen igenom den övre ventilen noll och dioden som initiellt ledde strömmen släcks. Ef- ter detta släcks halvledaromkopplaren som initiellt ledde ström- men vid nollströms- och nollspänningsförhållanden. Det bör note- ras att i fallet av två fasben kan båda kommuteras simultant. l en del fall kan detta vara av stor fördel för att accelerera kommute- ringssekvenserna.

Såsom redan kort diskuterat ovan kan det inte vara möjligt att kommutera VSC-strömriktaren på det med hänvisning till fig 6 och 7 beskrivna sättet. Strömmen igenom transformatorn kan vara otillräcklig för att återladda snubberkondensatorerna obero-- ende av kopplingstillståndet hos direktomriktaren. Återladdningen av snubberkondensatorerna kan ta för lång tid eller i extremfallet när iAC = 0 kommer den inte att uppträda alls. I dessa situationer 10 15 20 25 30 35 523 457 20 n' o a ø . oo kan ett på resonantassisterad kommutering baserat förfarande användas. Detta förfarande kommer nu att beskrivas under hän- visning till fig 9a-f. l korthet består förfarandet av att koppla om båda omriktarna samtidigt för att bilda en resonanskrets mellan snubberkapacitanserna och läckinduktansen hos transformatorn.

Fig 9a-f visar en förenklad modell av systemet som kan användas för analyserande av den resonantassisterade kommuteringen för fallet då Iikspänningssldan är utrustad med ett fasben. l det' första steget (fig 9b) omkopplas ett eller flera fasben hos växel- spänningssidomriktaren för att tillhandahålla en väg för ström- men i riktningen av ut.. Strömmen igenom transformatorn begyn- ner att öka linjärt. l detta tillstånd tillåts strömmen att öka med en viss mängd, betecknad ökningsström, ienh. Den krävda varaktig- heten är lika med: zLt 'im/H N: ' Ud tenh = L-L är läckinduktansen hos transformatorn uttryckt med avseende på den andra lindningen. När tenh har förlupit släcks halvledar- elementet i VSC-strömriktaren som lett ström. Därigenom initie- ras en resonansprocess (fig 9c) styrd av snubberkapacitanserna och läckinduktansen hos transformatorn. Genom denna process àterladdas snubberkapacitanserna så att potentialen hos faster- minalen hos fasbenet svänger till den motsatta likspänningsske- nan. Detta innebär även att ut, går från +Udl2 till -Ud/2 eller vice versa. När detta är fullbordat tar dioderna som initiellt blockerade likspänningen över strömmen och halvledarelementen som är kopplade antiparallellt med dem tänds vid nollspännings- och nollströmsförhållanden. Strömmen it, tvingas linjärt ned tills den når den initiella nivån. Vid detta stadium släcks ventilerna hos växelspänningssidomríktaren, vilka tändes initiellt, genom natur- lig kommutering och processen är fullbordad. Notera att ök- ningsströmmen kan användas för att kompensera för förluster i resonanskretsen för att tillförsäkra att snubberkondensatorerna är fullständigt återuppladdade innan den fria strömvägen på växelspänningssidan brytes. Den kan även användas för att_ 10 15 20 25 30 35 523 457 » a s | nu 21 kompensera för variationer hos växelspänningssidströmmen, iAC, under kommuteringsprocessen.

Det illustreras i fig 10 hur UAC, u,, och it, utvecklas över tiden un- der de olika tillstånden illustrerade i fig 9a-f. N,, har i denna figur för enkelhets skull ansetts vara 1.

Fig 11a visar en förenklad modell av systemet som kan användas för analyserande av den resonansassisterade kommuteringen för fallet då VSC-strömriktaren är utrustad med två fasben.

På likartat sätt som för en normal kommutering av VSC-ström- riktaren finns det principiellt två sätt att genomföra den reso- nansassisterade kommuteringen på. Det första alternativet, vid vilket båda fasbenen kommuteras samtidigt, är visat i fig 11a-f..

Vid det första steget (fig 11b) omkopplas ett eller flera fasben hos växelspänningssidomriktaren för att tillhandahålla en väg för strömmen i riktningen av u,,. Strömmarna igenom transformatorn börjar öka linjärt. I detta tillstånd tillåts strömmen att öka med en viss i förväg definierad mängd, vilken benämns ökningsström, ienh. Den krävda varaktigheten är lika med LA ' lenh 2 Ntr ° Ud tenh = När tenh har förflutit släcks båda omkopplarna som leder ström i VSC-strömriktaren. Därigenom initieras en resonansprocess (fig 11c) som styrs av snubberkapacitanserna och läckinduktansen.

Genom denna process återladdas snubberkapacitanserna så att potentialen hos fasterminalerna hos båda fasbenen svänger till- motsatt likspänningsskena. Detta innebär även att u,, går från +Ud till -Ud eller vice versa. När detta är fullbordat tar dioderna som initiellt blockerade likspänningen över strömmen och om- kopplarna som är antiparallella med dem tänds vid nollspän- nings- och nollströmsförhållanden. Strömmen i,, tvingas ned lin- järt tills den når den initiella nivån. På detta stadium släcker ven- tilerna hos direktomriktaren som tändes initiellt genom naturlig 10 15 20 25 30 35 523 457 22 kommutering och processen är fullbordad. Notera att ök- ningsströmmen kan användas för att kompensera för förluster i resonanskretsen för att tillförsäkra att snubberkondenstorerna är fullständigt återuppladdade innan den fria strömvägen på växel- spänningssidan bryts. Den kan även användas till att kompen- sera variationer hos växelspänningssidströmmen, iAC, under kommuteringsprocessen.

Det illustreras i fig 12 hur uAC, u" och in utvecklas över tiden un- der de olika tillstånden illustrerade i fig 11a-f. Det noteras att procedurerna hos ett fasben (fig 9a-f) och två fasben (fig 11a-f) är principiellt desamma med avseende på variablerna visade i fig . 10 och 12. N" har i denna figur för enkelhets skull antagits vara 1.

I det andra alternativet, illustrerat i fig 13a-h, kopplas VSC-fas- benen om ett åt gången. lnitiellt kortsluter direktomriktaren transformatorn på samma sätt som beskrivet ovan för att öka transformatorströmmen med en viss i förväg definierad mängd. l det nästa steget släcks endast en av de ledande omkopplarna, vilket leder till en resonans mellan snubberkapacitanserna hos ifrågavarande fasben och läckinduktansen hos transformatorn.

Efter en fjärdedel av en resonanscykel tar dioden i kommute- ringsfasbenen över strömmen. Därigenom går systemet in i till- ståndet där transformatorspänningen och därigenom även växel- spänningssidspänningen är lika med noll. Resonansströmmen flyter fortfarande igenom transformatorn. För att fullborda kom» muteringen kommuteras det andra fasbenet genom att släcka det kvarvarande halvledarelementet som leder ström. Resonansen mellan snubberkondensatorerna och läckinduktansen bringar ned strömmen och bringar faspotentialen till den motsatta likspän- ningsskenan. Återigen efter en fjärdedel av resonanscykeln tar dioden i det kommuterande fasbenet över strömmen. Slutligen tvingas strömmen i transformatorn ned till det initiella värdet och växelspänningssidan återvänder till sitt initiella tillstånd genom en naturlig kommutering. Även i detta fall kan ökningsströmmen användas som ett medel för att tillförsäkra att kommuteringen 10 15 20 25 30 35 åszs 457 23 e ø o u on hos VSC-strömriktaren fullbordas snabbt. Den kan även använ- das för att kompensera för variationer i växelströmmen, iAC, under kommuteringsprocessen.

Det illustreras i fig 14 hur UAC, u,, och i,, utvecklas över tiden under de olika i fig 13a-h illustrerade tillstånden. N,, har i denna figur för en- kelhets skull ansetts vara 1.

Omvandlarsystemet enligt föreliggande uppfinning har likartade egen- skaper som dubbelriktade VSC-dc/ac-omriktare i den meningen att det' kan tillhandahålla ett styrbart späningspulståg på växelspänningssid- terminalen. Oberoende av polariteten och storleken hos växelspän- ningssidströmmen, iAC, kan växelspänningssidspänningen, UAC, bildas av positiva eller negativa spänningspulser. Formen hos pulstâget, det vill säga polariteten och varaktigheten hos pulserna, bestäms på så- dant sätt att vissa syften uppnås. l egenskap av exempel nämns några få sådana syften nedan: 1. Ett visst önskat effektflöde från likspänningssidan till växelspän- ningssidan eller vice versa. 2. Ett visst övertonsinnehåll i växelspänningssidspänningen eller indirekt i växelspänningssidströmmen. 3. En viss impedans sedd från växelspänningssidterminalerna.

Beskaffenheten hos det önskade pulsmönstret kommer allmänt att kraftigt påverkas av typen av applikation och av beskaffenheten hos strömkretsen förbunden med växelspänningssidan hos omriktarsys- temet. Förfarandet för bestämmande av formen hos pulsmönstret för att uppfylla syften, såsom de beskrivna ovan, är välkända och har be- skrivits utförligt i litteraturen, se exempelvis "Power E|ectronics-Con- verters, Applications and Design”, andra upplagan, John Wiley, 1995, Mohan, Undeland och Robbins. De kommer således inte att behandlas här. Ett exempel på ett pulståg för fallet då meddelspänningen under en puls bör sammanfalla med en viss referensspänning ufef ges i fig 15. 10 15 20 25 30 35 523 457 24 n n a s e nu En detaljerad beskrivning av möjliga kommuteringssekvenser kommer nu att göras. Med kommuteringssekvens menas här en sekvens, av godtycklig längd, av Kommuteringar av fasbenen hos de båda omrik- tarna i systemet, vilken utförs för att uppnå vissa syften. En generisk kommuteringssekvens består av växlande mellan kommutering hos alla likspänningssidfasbenen och kommutering av alla växelspän- ningsfasbenen. Antagandet görs att omvandlaren initiellt är i ett till- stånd då spänningen hos växelspänningssidterminalerna är av samma polaritet som strömmen på dessa terminaler, det vill säga uACiAC >0 SHGI' att lAC=Û.

Kommutera fasbenen hos VSC-strömriktaren. Detta skulle kunna göras på en mängd olika sätt. För det första skulle kom- muteringen antingen kunna vara av icke resonant slag eller av resonant slag. Kommuteringar av resonant slag behöver använ- das i fallet att storleken på växelspänningssidströmmen är otill- räcklig för att uppnå en tillräckligt snabb kommutering. För det andra i fallet då VSC-strömriktaren är utrustad med två fasben skulle dessa kunna antingen kommutera samtidigt eller ett åt gången. l fallet att fasbenen kommuteras ett åt gången väljs intervallet mellan deras respektive kommutering för att uppnå ett önskat nollspänningsintervall på växelspänningsutgången.

Efter kommuteringen av alla fasbenen i VSC-strömriktaren är växelspänningssidspänningen, uAC, av motsatt polaritet mot växelspänningssidströmmen, iAC, det vill säga effektflödet i' systemet är riktat från växelspänningssidan till likspänningssi- dan. Systemet hålls i detta tillstånd under en viss tid bestämd av det önskade växelspänningssidspänningspulsmönstret och andra överväganden. Notera att detta tidsintervall mycket väl kan vara noll. Detta skulle exempelvis kunna vara fallet om det önskade medeleffektflödet är från likspäwningssidan till växel- spänningssidan.

Kommutera fasbenen hos växelspänningssidsomriktaren. l fallet då växelspänningssidsomriktaren är utrustad med två fasben skulle dessa kunna antingen kommuteras samtidigt eller ett åt 10 15 20 25 30 35 523 457 25 » | n » no gången. l fallet att fasbenen kommuteras ett åt gången väljs intervallet mellan deras respektive kommuteringar för att uppnå ett önskat nollväxelutgångsspänningsintervall.

IV. Efter kommutering av alla fasbenen l växelspänningssidomrikta- ren är växelspänningssidspänningen, uAC, av samma polaritet som växelspänningssidströmmen, iAC, det vill säga effektflödet i' systemet är riktat från likspänningssidan till växelspänningssi- dan. Systemet hålls i detta tillstånd under ett visst tidsintervall bestämt av det önskade spänningspulsmönstret på växelspän- ningssidan och andra överväganden. Notera att tidsintervallet mycket väl skulle kunna vara noll. Därefter startar sekvensen på nytt vid l.

Det hänvisas härefter till sekvensen som framställs genom stegen I till lV ovan som en kommuteringscykel. l fallet att det initiella förhållan- det ut,it,>0 inte gäller skulle cykeln likaväl kunna begynna med varje annat applicerbart steg. En kommuteringssekvens bildas av ett antal kommuteringscykler följda på varandra. Notera att kommute- ringscyklerna i sekvensen mycket väl kan skilja sig från varandra.

Tidsintervallen mellan ovannämnda kommuteringar kommer att be- stämmas baserat på ett antal överväganden, såsom: 1. Det önskade spänningspulsmönstret på växelspännings- sidutgången, såsom beskrivet ovan. 2. Behovet att uppnå god drift hos transformatorn och undvika mättningar hos transformatorkärnan.

Det är mögligt att välja ovannämnda tidsfördröjningar på sådant sätt att kommuteringscykeln alltid genomlöps med en konstant frekvens.

Algoritmen för väljande av tidsintervallen baserade på de ovan- nämnda övervägandena skulle kunna inkludera en korrigering för faktumet att kommuteringarna inte ändrar transformatorspänningen och växelspänningssidutgångsspänningen momentant. 10 15 20 25 30 35 = 523 457 26 I fallet då VSC-strömriktaren är utrustad med två fasben och dessa fasben kommuteras ett åt gången under flera kommuteringscykler kan åtgärder vidtagas för att uppnå en likformig belastning av ventilerna i fasbenen. Detta kan göras genom varierande av ordningen med vilken- fasbenen kommuteras, varvid det noteras att denna ordning inte på- verkar sättet på vilket strömriktaren kopplar likspänningskondensatorn till transformatorn.

På samma sätt kan i fallet då direktomriktaren är utrustad med två fasben och dessa fasben kommuteras ett åt gången under flera kom- muteringscykler åtgärder vidtagas för att uppnå en likformig belast- ning av ventilerna i fasbenen. Detta kan göras genom varierande av ordningen i vilken fasbenen kommuteras, varvid det noteras att denna ordning inte påverkar sättet på vilket omriktaren kopplar transforma- torn till växelspänningssidterminalen.

I många applikationer är det önskvärt att ha samma riktning hos me- deleffektflödet under flera kommuteringscykler oberoende av rikt- ningen av växelspänningssidströmmen, iAC. Detta kan medföra att de i' antingen steg ll eller steg lV beskrivna tidsintervallen i kommuterings- cykeln borde vara noll och att växelspänningssidkommuteringen borde följa direkt efter likspänningssidkommuteringen och vice versa. Med växelspänningssidkommutering menas här kommuteringen av alla fasbenen, samtidigt eller ett åt gången, i växelspänningssidomrikta- ren, medan med likspänningssidkommutering menas här kommutering av alla fasbenen, samtidigt eller ett åt gången, i likspänningssidom- riktaren. Några medel för uppnående av snabba övergångar från väx- elspänningssidkommutering till Iikspänningssidkommutering, eller vice versa, kommer att beskrivas. l det fall icke-resonant kommutering används och om tidsintervallet beskrivet i steg ll i kommuteringscykeln är noll, kommer det att vara ett kort intervall under vilket växelspänningsutgångsspänningen, UAC, kommer att vara av motsatt tecken mot växelspänningssidströmmen, ' iAc. intervallet uppträder under likspänningssidkommuteringen när transformatorspänningen, och därigenom växelspänningssidutgångs- spänningen, har ändrat tecken. Av olika orsaker kan det vara av in- 10 15 20 25 30 35 I I an: n q u: u. | n a n a c » o a o a o a 523 457 27 - ø I s n tresse att reducera detta intervall, eller att reducera spänningstidsy- tan under detta intervall. Detta kan uppnås genom startande av växel- spänningssidkommuteringen innan likspänningssidkommuteringen fullbordas. Detta görs genom tändande av det relevanta halvledar- elementet eller halvledarelementen hos växelspänningssidomriktaren när transformatorspänningen, u", har ändrat tecken, på grund av likspänningssidkommuteringen, och stigit till en viss nivå. Det mini-_ malt tillåtna värdet hos denna spänningsnivå bestäms av kravet att likspänningssidkommuteringen bör fullbordas innan transformator- strömmen når noll. l fallet då icke-resonant kommutering används och om tidsintervallet beskrivet i steg lV i kommuteringscykeln är noll kommer det att vara ett kort intervall under vilket växelspänningsutgångsspänningen, uAC, kommer att vara av samma tecken som växelspänningssidströmmen, lAC. intervallet uppträder under likspänningssidkommuteringen innan transformatorspänningen, och därigenom växelspänningssidutgångs- spänningen, har ändrat tecken. Av olika orsaker kan det vara av in- tresse att reducera detta intervall eller reducera spänningstidarean under detta intervall. Detta kan uppnås genom startande av likspän- ningssidkommuteringen före fullbordandet av växelspänningssidkom- muteringen. Detta görs genom att släcka det relevanta halvledare|e-- mentet eller halvledarelementen hos likspänningssidomriktaren när transformatorströmmen, i", har ändrat tecken på grund av växelspän- ningssidkommuteringen och nått en viss nivå. Det minimalt tillåtna värdet hos denna strömnivå bestäms av kravet att växelspänningssid- kommuteringen bör fullbordas innan transformatorspänningen når noll. Det hänvisas härefter till de båda förfarandena av förändring av den ovan beskrivna konventionella kommuteringen som sammanflätad kommutering.

Ett sätt att använda en sådan sammanflätad kommutering av båda omriktarna illustreras i fig 16a-i. l detta fall är effektflödet från likspänningssidan till växelspänningssidan, det vill säga spännings- pulserna hos växelspänningssidan bör vara av samma polaritet som växelspänningssidströmmen. VSC-strömriktaren kommer här att be- gynna att kommutera före direktomriktaren, och före fullbordandet av* 10 15 20 25 30 35 Unesco v rr In p; q; .

, , . I O . , u nu 0 ' own nu I: | 0 o n. 1 o n g l 0 I nu 1 0 Q g | . Ü ' Û V Il rise g. 28 kommuteringen av VSC-strömriktaren begynnes kommuteringen av direktomriktaren. Därigenom initieras en resonansprocess som styrs av snubberkondensatorerna och läckinduktansen hos transformatorn.

I den nästa fasen fullbordas VSC-strömriktarkommuteringen och kommuteringen av direktomriktaren fortgår tills den även är fullbor- dad. För att tillförsäkra en fullständig kommutering av båda omrik- ~ooou~ tarna måste polariteten hos transformatorspänningen omkastas och nå en viss storlek innan kommuteringen av direktomriktaren initieras, och detta tillförsäkras genom anordnande av ett medel 39 för detekte- rande av spänningen över den första transformatorlindningen. Denna storlek bestäms genom villkoret att den i läckinduktansen lagrade energin måste vara tillräcklig för att fullborda återuppladdningen av snubberkondensatorerna. Dessutom kan en tilläggsinduktor 40 serie- kopplas med transformatorn för ökande av den totala induktansen mellan omriktarna och därigenom göra kommuteringarna långsam- mare. Omkopplingsförluster hos och påkänningar på halvledarele- menten kan även reduceras genom detta. Det spelar ingen roll om in- duktorn anordnas på direktomriktarsidan eller VSC-strömriktarsidan hos transformatorn. Fig 16a-i illustrerar fallet då VSC-strömriktarfas- benen kommuteras ett åt gången och fig 17 illustrerar hur u,,, i., och den resulterande uAC utvecklas över tiden under tillstånden i fig 16a-i.

N,, har i denna figur för enkelhets skull antagits vara 1.

Fig 16a: initiellt tillstånd. Strömmen flyter igenom halvledaromkopp- larna i VSC-strömriktaren och effekten flödar från likspänningssidan till växelspänningssidan.

Fig 16b: kommuteringen av ett av fasbenen hos VSC-strömriktaren initieras genom släckande av ett av halvledaromkopplarna som leder ström. Därigenom begynner u,, att minska liriärt och når slutligen noll.

Fig 16c: när u,, når noll övertar den motsatta dioden i det kommute- rande VSC-strömrikarfasbenet strömmen. Omkopplaren som är anti- parallell med dioden som övertar strömmen tänds vid nollspännings- och nollströmsförhållanden. Varaktigheten hos detta intervall ställs in för att tillhandahålla det av modulatorn beordrade nollspännlngsinter- vallet. 10 15 20 25 30 35 523 457 29 Fig 16d: kommuteringen av det andra VSC-strömriktarfasbenet initie- ras och ut, begynner öka i den motsatta riktningen i jämförelse med det initiella tillståndet. Detta intervall skall hållas så kort som möjligt, eftersom effekten flödar i den motsatta riktningen mot den önskade.

Fig 16e: när ut, har bytt tecken och ökat tillräckligt i den motsatta rikt-- ningen initieras kommuteringen av båda direktomriktarfasbenen sam- tidigt. Energin i transformatorläckinduktansen måste överskrida den energi som krävs för att fullborda återuppladdningen av snubberkon- densatorerna hos ett fasben. l detta tillstånd underkastas systemet en resonansprocess som både fullbordar återuppladdningen av snubber- kondensatorerna och begynner minskande av i".

Fig 16f: kommuteringen av det andra fasbenet hos VSC-strömriktaren fullbordas och dioden motsatt halvledaromkopplaren som initiellt ledde ström tar över strömmen. Halvledaromkopplaren som är antipa- rallell med dioden som övertager strömmen tänds vid nollspännings- och nollströmsförhållanden.

Fig 169: strömmen genom transformatorn ändrar riktning och därige- nom kopplas strömmen om från dioder till halvledaromkopplare i VSC- strömriktaren.

Fig 16h och 16i: när kommuteringen av direktomriktaren fullbordas är' systemet principiellt tillbaka i det initiella tillståndet och sekvensen kan startas på nytt från steg 1. l fallet då resonanskommutering används för likspänningssidomrikta- ren och det finns ett önskemål om att uppnå snabba övergångar utan onödiga fördröjningar från växelspänningssidkommuteringen till likspänningssidkommuteringen, kan detta göras genom initierande av likspänningssidresonanskommuteringen, genom att tända det rele- vanta halvledarelementet eller halvledarelementen i växelspännings- sidomriktaren före fullbordandet av växelspänningssidkommuteringen.

Notera att detta innebär inte att någon ström kommer att flyta igenom dessa halvledarelement innan växelspänningssidkommuteringarna fullbordats, utan endast att fördröjningar mellan kommuteringarna hos de båda omriktarna undviks.

På liknande sätt kan i fallet av användande av resonanskommutering för likspänningssidomriktaren och då det finns ett önskemål om upp- 10 15 20 25 30 35 . 523 457 30 nående av snabba övergångar utan onödiga fördröjningar från Iikspänningssidkommuteringen till växelspänningssidkommuteringen,' detta göras genom initierande av växelspänningssidkommuteringen genom tändande av det relevanta halvledarelementet eller halvledar- elementen i växelspänningssidomriktaren före fullbordandet av Iikspänningssidresonanskommuteringen. Notera att detta innebär inte att någon ström kommer att flyta igenom nämnda halvledarelement innan likspänningssidkommuteringen fullbordas. utan endast att för- dröjningar mellan kommuteringarna av de båda omriktarna undviks.

Ett exempel på en omkopplingssekvens som involverar resonans- kommutering av VSC-strömriktaren med ett önskat effektflöde från växelspänningssidan till likspänningssidan illustreras i fig 18a-i. Ut- vecklingen av u", it, och UAC under denna process illustreras i fig 19.

Nr, har i denna figur för enkelhets skull antagits vara 1. Det illustreras schematiskt i fig 18f att anordningen innefattar medel 41 för detekte- rande av strömmen genom den andra transformatorlindningen för att tillförsäkra att strömmen igenom den andra transformatorlindningen har bytt riktning och överskrider ett förutbestämt ökningsströmvärde innan styrningen av VSC-strömriktaren för förändring av dennas kopplingstillstånd startas.

Stegen hos denna kommuteringssekvens är såsom följer: Fig 18a: Detta är det initiella stadiet, på vilket strömmen flyter igenom dioderna i VSC-strömriktaren och effekten flyter från växelspännings- sidan till likspänningssidan (se fig 19).

Fig 18b: Kommuteringen av ett av direktomriktarfasbenen initieras.

Fig 18c: Kommuteringen av det första fasbenet i direktomriktaren full- bordas och strömmen på likspänningssidan är noll som en konsek- vens av kortslutningen av fasutgångarna hos direktomriktaren. Varak-_ tigheten hos detta intervall ställs in att tillhandahålla det av modula- torn beordrade nollspänningsintervallet.

Fig 18d: Kommuteringen av det andra direktomriktarfasbenet begyn- nes. Ventilen som tänds för att uppnå detta görs ledande i båda rikt- ningarna. l VSC-strömriktaren begynner strömmen att öka igenom 10 15 20 25 30 35 523 457 L" 31 halvledaromkopplarna antiparallellt med dioderna som initiellt ledde ström.

Fig 18e: Detta är ökningstillståndet. När transformatorströmmen blir högre än växelspänningssidströmmen (i likspänningssidtermer) fort- sätter direktomriktaren att kortsluta transformatorterminalerna. Även direktomriktarfasbenet som kommuterades först bringas att leda i rikt- ningen av ut, för att tillhandahålla en tillkommande väg för reso- nansströmmen. Detta är inte nödvändigt, men det utgör en föredragen lösning, eftersom det reducerar påkänningen på växelspänningssid- ventilerna.

Fig 18f: Detta är resonansstadiet. När transformatorströmmen har ökat med en viss förutbestämd mängd, den så kallade ökningsström- men, indikerad genom strömdetekteringsmedlet 41, släcks båda halv- ledaromkopplarna som leder ström i VSC-strömriktaren. Detta initierar- resonansprocessen som återuppladdar snubberkondensatorerna och omkastar därigenom polariteten hos un.

Fig 18g: När polariteten har omkastats fullständigt tar dioder över strömmen i VSC-strömriktaren. Halvledaromkopplarna som är antipa- rallella med dessa dioder tänds vid nollspännings- och nollsströmsför- hållanden. Strömmen igenom transformatorn minskar linjärt.

Fig 18h-i: När it, når nivån av iAC släcks omkopplarna i direktomrikta- ren som var tända för att tillhandahålla resonanskretsen naturligt.

Därigenom är systemet principiellt tillbaka vid det initiella tillståndet.

Sekvensen kan startas på nytt.

Kommuteringssekvensen är anpassad till driftsförhållandena och kan för vissa förhållanden vara såsom följer. l fallet då riktningen av växelspänningssidströmmen, iAC, förändras under driften, exempelvis på grund av att strömmen är av växeltyp, kan några förändringar av' kommuteringscykeln vara nödvändiga. Detta innebär att systemet kommer att gå till ett nytt steg i kommuteringscykeln utan att följa den tidigare beskrivna ordningen på sådant sätt att det kan fortgå från nämnda nya steg såsom tidigare beskrivet.

I egenskap av exempel beskrivs några förfaranden för uppnående av defla. 10 15 20 25 30 35 :'. ;",', f _"..". H H u »nu n n 0 .s n p . , _ - ø- v H - n n. u. .u -. . I - »al :'U:. ' ~ . . s . - u . Z I '..'.2. ' ' ' ' - 3 5 - V nu o- nu 1 u . 32 I fallet då riktningen av IAC ändras under steg ll i kommuteringscykeln skulle systemet kunna fortsätta direkt med steg I när steg II är avslu- tat.

I fallet då riktningen av iAC förändras under steg IV i kommuteringscy- keln skulle systemet kunna fortsätta direkt med steg III när steg IV är avslutat.

I fallet då Iikspänningssidomriktaren är utrustad med två fasben och dessa kommuteras ett åt gången genom resonanskommutering och IAC ändrar tecken under intervallet när det första av dessa fasben har kommuterats, skulle systemet kunna kommutera detta fasben igen när det önskade nollspänningsintervallet är fullbordat och därefter fort- sätta med steg II.

I fallet då en nollgenomgång av iAC skulle kunna uppträda skulle detta kunna tas hand om genom att direktomriktarventilerna som leder ström styrs att leda-i båda riktningarna.

Det kan i korthet nämnas att för fallet av en enfasterminal hos växelspännlngssidan finns fyra olika kopplingstillstånd för utförings- formen med två fasben, nämligen (KACJ = -1, km; = -1) och (KACJ = 1, km; = 1) vilket ger uAC = O, (KACJ = 1, KAC; = -1) vilket ger uAC = Nwut, och slutligen (KACJ = -1, km; = 1) vilket ger UAC = -Ntrulp I detta fall kan således de önskade nollspänningsintervallen antingen uppnås genom kommutering av fasbenen hos VSC-strömriktaren ett åt gången eller alternativt genom att låta systemet kvarvara i ett av tillstånden i vilket direktomriktaren kortsluter sina båda fasutgångar. Skulle istället direktomriktaren ha endast ett fasben, såsom i utföringsformen enligt fig 4, finns inte någon möjlighet att kortsluta fasutgångarna medelst' direktomriktaren. Det enda möjliga förfarandet för uppnående av det önskade pulsmönstret är således att använda ett förfarande vid vilket VSC-strömriktarfasbenen kommuteras ett åt gången.

Fastän de olika stegen hos kommuteringssekvenserna för ett mönster av positiva spänningspulser på växelspänningssidan hos anordningen har illustrerats ovan, är det uppenbart att kommuteringssekvensen kommer att utföras på analogt sätt för ett intervall av negativa spän- ningspulser önskade på växelspänningsfasterminalen. 10 15 20 0 o. v 1 n o i u . n ..- 523 457 33 Sammanfattningsvis kombinerar det föreslagna omriktningskonceptet de bästa egenskaperna hos en direktomriktare med de hos en VSC- omriktare för att bilda ett system med ett lågt antal komponenter,' märkbart reducerade omkopplingsförluster och en mycket attraktiv uppsättning funktionaliteter.

Uppfinningen är naturligtvis inte på något sätt begränsad till de ovan beskrivna föredragna utföringsformerna, utan många möjligheter till modifikationer därav torde vara uppenbara för en genomsnittsfackman på området utan avvikande från uppfinningens grundtanke, sådan denna definieras i bifogade krav.

Det påpekas att "detekterande" såsom använt ovan för strömdetekte- ringsmedlet 41 och i motsvarande bifogade krav måste tolkas att även innefatta fallet av indirekt detektering av strömmen igenom den andra transformatorlindningen. Detta medel kan mycket väl vara anslutet för att mäta strömmen i den första transformatorlindningen och använda transformeringsförhållandet hos transformatorn för att uppnå strömf men i den andra transformatorlindningen.

Claims (52)

10 15 20 25 30 35 (523 457 34 Patentkrav

1. Anordning för omvandling av likspänning till växelspänning och vice versa, vilken innefattar en VSC-strömriktare (8) med ett likspänningsmellanled (9) med en positiv (10) och en negativ (11) pol och åtminstone ett fasben (12, 13), som inbördes förbinder de båda polerna och uppvisar åtminstone två seriekopplade strömventiler (14-17), varvid varje strömventil uppvisar åtmins- tone ett släckbart halvledarelement (18) och ett antiparallellt därmed kopplat likriktarorgan (42), varvid anordningen dessutom innefattar en transformator (19) med två motsatta ändar hos en första lindning (20) förbundna med var sin utgång (21, 22, 30) hos VSC-strömriktaren och med en andra lindning (23) förbunden med en inrättning anordnad att bilda spänningspulser för bil- dande av en växelfasspänning, varvid anordningen även inne- fattar en enhet (-7) anordnad att styra VSC-strömriktaren och nämnda inrättning för uppnående av nämnda spänningsomvand- ling, kännetecknad därav, att varje strömventil hos VSC-ström- riktaren innefattar en snubberkondensator (33-36) som är paral- lellkopplad med nämnda halvledarelement och likriktarorgan, att nämnda inrättning innefattar en direktomriktare (26) som har åt- minstone ett fasben (24, 25) förbundet genom sina motsatta än- dar med motsatta ändar hos nämnda andra lindning (23) hos transformatorn (19) och som har åtminstone två seriekopplade strömventiler (37, 38), varvid var och en av dessa strömventiler har förmåga att leda ström och blockera spänning i båda riktningarna och att tändas genom gate-styrning, att en mittpunkt (27) hos direktomriktarens fasben är försedd med en fasutgàng för bildande av en terminal (29) för nämnda växelfasspänning mellan denna utgång (28) och en ytterligare fasutgàng hos direktomriktaren, att nämnda styrenhet (7) är anordnad att styra halvledarelementen hos VSC-strömriktaren för förändrande av' kopplingstillstånd hos denna strömriktare genom förändrande av förbindningen av åtminstone en av nämnda utgångar (21, 22) hos den från en pol hos likspänningsmellanledet till den andra under laddande och urladdande av nämnda snubberkondensatorer (33- 36) för minskande av spänningsderivaterna under släckning av 10 15 20 25 30 35 523 457 35 a ø o a c e» ett halvledarelement, att nämnda styrinrättning (7) är anordnad att kommutera ett eller flera fasben (24, 25) hos direktomriktaren när effektflödet i anordningen är riktat från växe|spänningssidan till likspänningssidan, det vill säga från direktomriktaren till VSC- strömriktaren, genom att styra strömventilerna hos det fasbenet eller de fasbenen för förändrande av förbindningen av dess utgång från en ände av nämnda andra transformatorlindning (23) till den andra för förändrande av riktningen av strömmen igenom nämnda andra transformatorlindning, vilket möjliggör en förändring av kopplingstlllståndet hos VSC-strömriktaren, att' nämnda styrenhet (7) är anordnad att styra de ledande ström- ventilerna hos fasbenen (12, 13) hos VSC-strömriktaren att släckas för kommuterande av utgången hos de fasbenen och samtidigt, utgående från ett tillstånd i vilket utgången hos ett fasben hos direktomriktaren är förbunden med en första ände hos den andra transfo-rmatorlindningen (23) genom en ledande första strömventil, styra den andra, andra strömventilen hos det fasbe- net att tända för kortslutning av den andra transformatorlind- ningen genom det fasbenet för öppnande av en strömväg igenom den lindningen hos transformatorn i riktningen av spänningen över transformatorn för att bilda en resonanskrets genom kapa- citansen hos snubberkondensatorerna (33-36) hos VSC-ström- riktaren och läckinduktansen hos transformatorn, vilken gör att strömmen igenom nämnda första transformatorlindning ökar för assisterande av kommuteringen av nämnda fasben hos VSC-l strömriktaren genom laddning och urladdning av nämnda snub- berkondensatorer.

2. Anordning enligt krav 1, kännetecknad därav, att styrenheten (7) är anordnad att släcka ett eller två halvledarelement i VSC- strömriktaren som leder ström när strömmen igenom transfor- matorn har ökat till ett visst värde som en följd av' öppnandet av nämnda strömväg för initierande av en resonansprocess som återladdar snubberkondensatorerna och därigenom överför po- tentialen hos fasterminalen hos fasbenet eller fasbenen till en motsatt likspänningspol, och att styrenheten (7) är anordnad att sedan, efter det att likriktarorganen (42) som initiellt blockerade 10 15 20 25 30 35 523 457 se I | « Q nu Iikspänningen har tagit över strömmen, tända halvledarelementen som är antiparallellt kopplade med de senare vid nollspännings- och nollströmsförhållanden.

3. Anordning enligt krav 1 eller 2, kännetecknad därav, att den innefattar en tillkommande induktor (40) som är seriekopplad med nämnda transformator för ökande av induktansen hos reso- nanskretsen.

4. Anordning enligt krav 1, kännetecknad därav, att nämnda VSC-strömriktare har två nämnda fasben (12, 13) och att nämnda med ändarna hos den första transformatorlindningen (20) för- bundna utgångarna är bildade av en mittpunkt (21, 22) mellan strömventiler hos var sitt fasben.

5. Anordning enligt något av kraven 1-3, kännetecknad därav, att VSC-strömriktaren har ett nämnt fasben (12), att en av nämnda med ändarna hos den första transformatorlindningen förbundna utgångarna är bildad av en mittpunkt (21) mellan strömventiler hos nämnda fasben, och att utgången förbunden med den motsatta änden av den första transformatorlindningen är bildad av en mittpunkt (30) hos likspänningsmellanledet, vilken är separerad från både nämnda positiva och negativa pol (10, 11) genom åtminstone en kondensator (31, 32).

6. Anordning enligt något av kraven 1-5, kännetecknad därav, att direktomriktaren (26) har endast en nämnd terminal för nämnda växelfasspänning.

7. Anordning enligt krav 6, kännetecknad därav, att direktom- riktaren har två nämnda fasben (24, 25) och att nämnda två fasutgångar, som bildar nämnda terminal, är bildade av en mittpunkt (27, 28) mellan strömventilerna hos var sitt fasben.

8. Anordning enligt krav 6, kännetecknad därav, att direktom- riktaren har ett nämnt fasben (24), att en av nämnda fasutgångar är bildad av en mittpunkt (27) mellan strömventilerna hos 10 15 20 25 30 35 523 457 37 nu n ; | | nn nämnda fasben, och att den andra fasutgången är bildad av en mittpunkt (43) hos den andra transformatorlindningen, vilken är belägen mellan de motsatta ändarna hos den Iindningen.

9. Anordning enligt något av kraven 1-8, kännetecknad därav, att halvledarelementet (18) och likriktarorganet (42) hos respek- tive ventil hos VSC-strömriktaren är integrerade i ett och samma halvledarelement, till exempel en MOSFET med en inneboende' kroppsdelsdiod.

10. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad därav, att ventilerna (37, 38) hos direktomriktaren innefattar halvledarelement anordnade att släckas och därigenom släcka ventilen genom nollgenomgång hos strömmen igenom halvledar- elementen.

11. Anordning enligt krav 10, kännetecknad därav, att strömven- tilerna (37, 38) hos direktomriktaren är anordnade att släckas ge- nom tvingande av strömmen igenom dessa ventiler ned till noll som ett resultat av händelser i en yttre krets till vilka dessa ven- tiler är anordnade att anslutas.

12. Anordning enligt krav 11, kännetecknad därav, att varje nämnd strömventil (37, 38) hos direktomriktaren innefattar två i backriktningen blockerande styrbara antiparallellt kopplade andra ventiler.

13. Anordning enligt krav 12, kännetecknad därav, att varje nämnd andra ventil innefattar ett enda i backriktningen block- erande styrbart halvledarelement, till exempel en tyristor.

14. Anordning enligt krav 13, kännetecknad därav, att nämnda enda i backriktningen blockerande styrbara halvledarelement har kiselkarbid som basmaterial.

15. Anordning enligt krav 12, kännetecknad därav, att varje nämnd andra ventil innefattar en seriekoppling av ett halvledarf 10 15 20 25 30 35 *523 457 ss element som kan tändas genom gate-styrning och ett likriktaror- gan, såsom en diod.

16. Anordning enligt krav 15, kännetecknad därav, att samman- bindningspunkterna mellan halvledarelementet och likriktarorga- net i två andra ventiler är direkt förbundna med varandra.

17. Anordning enligt krav 15 eller 16, kännetecknad därav, att nämnda likriktarorgan hos ventilerna hos direktomriktaren är dio- der baserade på ett material med ett brett energigap mellan va- lensbandet och ledningsbandet, det vill säga ett bandgap som överstiger 2 eV.

18. Anordning enligt krav 17, kännetecknad därav, att nämnda dioder (42) är baserade på kiselkarbid. i

19. Anordning enligt krav 15 eller 16 kännetecknad därav, att nämnda halvledarelement i varje andra ventil är någon av en bi- polär transistor med isolerat styre (IGBT), en släckbar tyristor (GTO), en styreskommuterad tyristor (GCT), en genom integrerat styre kommuterad tyristor (IGCT), en MOS-styrd tyristor (MCT),“ en MOSFET och en JFET.

20. Anordning enligt krav 1, kännetecknad därav, att nämnda styrenhet (7) är anordnad att tända halvledarelementen hos strömventilerna (14-17) hos VSC-strömriktaren när en ström fly- ter igenom likriktarorganet (42) hos ventilen ifråga för att tända halvledarelementet (18) vid väsentligen nollspänning över det och vid nollström därigenom.

21. Anordning enligt krav 4, kännetecknad därav, att nämnda styrenhet (7) är anordnad att kommutera ett fasben (12, 13) hos VSC-strömriktaren åt gången utifrån ett tillstånd i vilket de båda mittpunkterna (21, 22) är förbundna med skiljaktiga poler hos likspänningsmellanledet för uppnående av ett mellantillstånd, i vilket nämnda mittpunkter är förbundna med samma pol för appli- 10 15 20 25 30 35 523 457 39 cerande av en nollspänning på transformatorns första lindning (20).

22. Anordning enligt krav 21, kännetecknad därav, att nämnda styrenhet (7) är anordnad att variera ordningen med vilken fas- benen (12, 13) hos VSC-strömriktaren kommuteras.

23. Anordning enligt krav 4, kännetecknad därav, att nämnda styrenhet (7) är anordnad att styra halvledarelementen (18) hos_ strömventilerna hos VSC-strömriktaren för kommuterande av båda fasbenen (12, 13) samtidigt utifrån tillståndet i vilket de båda mittpunkterna (21, 22) är förbundna med skiljaktiga poler hos likspänningsmellanledet genom var sitt ledande halvledar- element genom att släcka dessa halvledarelement hos båda nämnda ventiler.

24. Anordning enligt krav 5, kännetecknad därav, att utifrån ett kopplingstillstånd i vilket mittpunkten (21, 22) hos nämnda fas- ben hos VSC-strömriktaren är förbunden med en första pol hos likspänningsmellanledet är nämnda styrenhet (7) anordnad att släcka halvledarelementet hos strömventilen som förbinder ut- gången med nämnda första pol för laddande av snubberkonden- satorn parallellt med den och förbindande av nämnda mittpunkt genom den andra strömventilen till den andra, andra polen hos. likspänningsmellanledet för förändrande av tecknet hos spän- ningen över nämnda första transformatorlindning (20).

25. Anordning enligt krav 1, kännetecknad därav, att utifrån ett tillstànd i vilket utgången hos ett fasben (24, 25) hos direktom- riktaren är förbunden med en första ände hos den andra trans- formatorlindningen (23) genom en ledande första strömventil är nämnda styrenhet anordnad att tända den andra, andra ström-v ventilen hos det fasbenet för kortslutning av fasbenet för öpp- nande av en strömväg igenom lindningen hos transformatorn i riktningen av spänningen över transformatorn, så att den andra strömventilen gradvis tar över strömmen igenom transformatorn 10 15 20 25 30 35 :523 457 40 och den första strömventilen släcks när strömmen därigenom går till noll.

26. Anordning enligt krav 7 och 25, kännetecknad därav, att styrenheten (7) är anordnad att styra strömventilerna hos direk- tomriktaren för att kortsluta dessa två fasutgàngar (27, 28), det vill säga förbinda dem med samma ände eller ändar av nämnda andra transformatorlindning (23), och låta dem kvarvara i detta tillstånd för bildande av ett nollspännlngsintervall vid terminalen för växelfasspänningen.

27. Anordning enligt krav 7, kännetecknad därav, att en mitt- punkt hos den andra lindningen (23) hos transformatorn är för- sedd med en förbindelse (70) för jordningsändamål.

28. Anordning enligt krav 1, kännetecknad därav, att styrenhe- ten är anordnad att styra strömventilerna hos direktomriktaren- (26) för uppnående av ett önskat pulsbreddsmoduleringsmönster för nämnda växelfasspänning på nämnda terminal (29).

29. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad därav, att nämnda styrenhet (7) är anordnad att a) styra halvle- darelementen hos VSC-strömriktaren (8) för förändrande av kopplingstillståndet hos denna strömriktare genom förändrande av förbindningen av åtminstone en av nämnda utgångar (21, 22) hos den från en pol hos likspänningsmellanledet (9) till den andra för förändrande av tecknet hos spänningen över nämnda första transformatorlindning (20) och b) kommutera fasbenet eller fas- benen (24, 25) hos direktomriktaren för förändrande av den ände hos den andra transformatorlindningen (23) med vilken respek- tive fasutgång är förbunden i en sådan sekvens och med sådana fördröjningar att önskade spänningspulser uppnås på nämnda" terminal och göra detta tills strömmen igenom den andra trans-_ formatorlindningen har ändrat riktning, och sedan börja om på nytt med styrande av VSC-strömriktaren att förändra kopplings- tillstånd igen. 10 15 20 25 30 35 523 457 41 ø v ~ 1 en

30. Anordning enligt krav 1, kännetecknad därav, att styrenhe- ten (7) är anordnad att styra halvledarelementen hos VSC-ström- riktaren (8) för förändrande av dennas kopplingstillstånd och starta kommutering av ett eller flera fasben hos direktomriktaren genom styrande av en strömventil hos det (de) fasbenet (fasbe- nen) (24, 25) innan förändringen av kopplingstillståndet hos' VSC-strömriktaren har fullbordats, när det är ett önskemål att ha ett effektflöde igenom anordningen från likspänningssidan till växelspänningssidan, det vill säga att ha samma polaritet hos spänningspulserna på nämnda terminal (29) hos växelspännings- sidan som strömmen där.

31. Anordning enligt krav 30, kännetecknad därav, att den in- nefattar medel (39) för detekterande av spänningen över trans- formatorn, och att styrenheten (7), under antagande att det finns ett önskemål att- ha ett effektflöde igenom anordningen från likspänningssidan till växelspänningssidan, är anordnad att starta kommuteringen av direktomriktaren (26) baserat på informationer från nämnda spänningsdetekteringsmedel när, som en följd av den begynnande förändringen av kopplingstillståndet hos VSC- strömriktaren, ningen (20) har ändrat tecken och överskridit ett visst tröskel- spänningsvärde.

32. Anordning enligt krav 1, kännetecknad därav, att styrenhe- ten (7) är anordnad att kommutera alla fasbenen (24, 25) hos di- rektomriktaren (26) genom styrande av strömventilerna hos fas- benen och starta styrning av halvledarelementen (18) hos VSC- strömriktaren för förändrande av dennas kopplingstillstånd innan kommuteringen av alla fasbenen hos direktomriktaren har full- bordats, när det finns ett önskemål att ha ett effektflöde igenom anordningen från växelspänningssidan till likspänningssidan, det vill säga att ha en polaritet hos spänningspulserna på nämnda terminal hos växelspänningssidan som är motsatt polariteten hos strömmen där. spänningen över den första transformatorlind- 10 15 20 25 30 35 4523 457 42 | | | v vu

33. Anordning enligt krav 32, kännetecknad därav, att den in- nefattar medel (41) för detekterande av strömmen igenom en av transformatorlindningarna (20, 23), och att styrenheten (7), under antagande att det finns ett önskemål att ha ett effektflöde igenom apparaten från växelspänningssidan till likspänningssidan, är an- ordnad att begynna styrningen av VSC-strömriktaren (8) för för? ändrande av dennas kopplingstillstånd baserat på informationer från nämnda strömdetekteringsmedel när, som en följd av den begynnande kommuteringen av fasbenet eller fasbenen hos di- rektomriktaren, strömmen genom den andra transformatorlind- ningen har bytt riktning och överskridit ett visst tröskelström- värde.

34. Förfarande för omvandling av likspänning till växelspänning och vice versa genom en anordning som innefattar en VSC- strömriktare (8) med ett likspänningsmellanled (9) med en positiv och en negativ pol och åtminstone ett fasben som inbördes för- binder de båda polerna och har åtminstone två seriekopplade strömventiler, varvid varje strömventil uppvisar åtminstone ett släckbart halvledarelement och ett antiparallellt därmed kopplat llkriktarorgan, varvid anordningen dessutom innefattar en trans- formator med två motsatta ändar hos en första lindning hos denna förbundna med var sin utgång hos VSC-strömriktaren och med en andra lindning hos den förbunden med en inrättning an- ordnad att bilda spänningspulser för bildande av en växel- fasspänning, varvid VSC-strömriktaren och inrättningen styrs för uppnående av nämnda spänningsomvandling, kännetecknat därav, att styrningen utförs för en anordning hos vilken ström- ventilerna (14-17) hos VSC-strömriktaren var och en innefattar en snubberkondensator (33-36) som är kopplad parallellt med nämnda halvledarelement och llkriktarorgan, varvid inrättningen innefattar en direktomriktare (26) med åtminstone ett fasben för- bundet genom sina motsatta ändar med motsatta ändar hos den andra lindningen (26) hos transformatorn och som har åtminstone två seriekopplade strömventiler, varvid var och en av dessa strömventiler har förmåga att leda ström och blockera spän- ningen i båda riktningarna och att tändas genom gate-styrning, 10 15 20 25 30 35 523 457 43 varvid en mittpunkt hos nämnda fasben hos direktomriktaren är försedd med en fasutgång för bildande av en terminal för växel- fasspänningen mellan utgången (27) och en ytterligare fasutgång (28) hos direktomriktaren, att styrningen innefattar stegen: a) styrande av halvledarelementen (18) hos VSC-strömriktaren för förändrande av koppiingstiliståndet hos denna strömriktare genom förändrande av förbindningen av åtminstone en av dennas utgångar från en pol hos likspänningsmellanledet till den andra för förändrande av tecknet hos spänningen över den första transformatorlindningen (20), b) kommuterande av fasbenet eller fasbenen (24, 25) hos direk- tomriktaren för bytande av den ände av den andra transfor- matorlindningen (23) med vilken respektive fasutgång är för- bunden i en sådan sekvens och med sådana fördröjningar att önskade spänningspulser uppnås på nämnda terminal och göra detta tills strömmen genom den andra transformatorlind- ningen har bytt riktning, och c) begynnande på nytt med styrande av VSC-strömriktaren för att förändra kopplingstillstånd igen, att halvledarelementen hos VSC-strömriktaren (8) styrs för för- ändrande av koppiingstiliståndet hos denna strömriktare genom förändrande av förbindningen av åtminstone en av dennas ut- gångar (21, 22) från en pol hos likspänningsmellanledet till den andra under laddande och urladdande av nämnda snubberkon- densatorer för minskande av spänningsderivaterna under släck? ning av ett halvledarelement, att ett eller flera fasben (24, 25) hos direktomriktaren kommuteras genom styrande av strömven- tilerna (37, 38) hos det fasbenet eller de fasbenen för föränd- rande av förbindningen av dennas utgång (27, 28) från en ände av den andra transformatorlindningen (23) till den andra för för- ändrande av riktningen av strömmen igenom den andra transfor- matorlindningen, vilket möjliggör en förändring av kopplingstill- ståndet hos VSC-strömriktaren (8), att en ledande strömventil hos ett fasben (12, 13) hos VSC-strömriktaren (8) styrs att släcka för kommuterande av utgången hos det fasbenet och samtidigt, 10 15 20 25 30 35 523 457 44 utgående från ett tillstånd i vilket utgången hos ett fasben hos direktomriktaren (26) är förbunden med en första ände hos den andra transformatorlindningen (23) genom en ledande första strömventil, den andra, andra strömventilen hos det fasbenet hos direktomriktaren styrs att tändas för kortslutning av den andra transformatorlindningen genom det fasbenet för öppnande av en strömväg genom den lindningen hos transformatorn i riktningen av spänningen över transformatorn för att bilda en resonanskrets genom kapacitansen hos snubberkondensatorerna (33-36) hos VSC-strömriktaren och induktansen hos den första transforma- torlindningen (20), vilket gör att strömmen igenom den första transformatorlindningen ökar för assisterande av kommuteringen av fasbenet hos VSC-strömriktaren genom laddande och urlad- dande av snubberkondensatorerna.

35. Förfarande enligt krav 34, kännetecknat därav, att ett eller två halvledarelement i VSC-strömriktaren som leder ström släcks när strömmen genom transformatorn har ökat till ett visst värde som en följd av öppnandet av nämnda strömväg för initierande av en resonansprocess som återladdar snubberkondensatorerna och ' därigenom överför potentialen hos fasterminalen hos fasbenet eller fasbenen till en motsatt likspänningspol, och efter att likrik- tarorganen (42) som initiellt blockerade likspänningen har tagit över strömmen tänds de antiparallellt med dessa kopplade halv- ledarelementen vid nollspännings- och nollströmsförhållanden.

36. Förfarande enligt krav 34, kännetecknat därav, att halvle- darelementen i ventilerna hos direktomriktaren (26) styrs att släckas genom nollgenomgång hos strömmen genom halvledar- elementen.

37. Förfarande enligt krav 34, kännetecknat därav, att halvle- darelementen (18) hos strömventilerna hos VSC-strömriktaren tänds vid väsentligen nollspänning över dem och nollström däri- genom när en ström flyter igenom dioden hos ventilen ifråga. 10 15 20 25 30 35 523 457 45 n | ø s Q n

38. Förfarande enligt krav 34, vid vilket VSC-strömriktaren (8) har två fasben (12, 13) och nämnda med ändarna hos den första 'transformatorlindningen förbundna utgångar är bildade av en mittpunkt (21, 22) mellan strömventiler hos var sitt fasben, kän- netecknat därav, att ett fasben hos VSC-strömriktaren kommute- ras åt gången från ett tillstånd i vilket de båda mittpunkterna är förbundna med olika poler hos likspänningsmellanledet för upp- nående av ett mellantillstånd i vilket nämnda mittpunkter är för-. bundna med samma pol för applicerande av en nollspänning på transformatorns första lindning (20).

39. Förfarande enligt krav 34, vid vilket VSC-strömriktaren har två fasben (12, 13) och nämnda med ändarna hos den första transformatorlindningen förbundna utgångar är bildade av en mittpunkt (21, 22) mellan strömventilerna hos var sitt fasben, kännetecknat där-av, att halvledarelementen hos strömventilerna hos VSC-strömriktaren styrs för kommuterande av båda fasbenen samtidigt utgående från tillståndet i vilket de båda mittpunkterna (21, 22) är förbundna med olika poler hos likspänningsmellanle- det genom ett var sitt ledande halvledarelement genom att släcka dessa halvledarelement hos båda nämnda ventiler.

40. Förfarande enligt krav 38 eller 39, kännetecknat därav, att- för VSC-strömriktaren ett styrsätt av kommuterande av ett fasben åt gången och ett styrsätt av kommuterande av båda fasbenen samtidigt används omväxlande.

41. Förfarande enligt krav 34, vid vilket VSC-strömriktaren har ett nämnt fasben (12), en av nämnda med ändarna hos den första transformatorlindningen (20) förbundna utgångarna är bildad av en mittpunkt mellan strömventiler hos nämnda fasben och ut- gången (30) förbunden med den motsatta änden hos den första transformatorlindningen är bildad av en mittpunkt hos likspän- ningsmellanledet, vilken är separerad från både den positiva och den negativa polen genom åtminstone en kondensator (31, 32), kännetecknat därav, att utgående från ett kopplingstillstånd i vil- ket mittpunkten hos nämnda fasben hos VSC-strömriktaren är 10 15 20 25 30 35 525 457 46 förbunden med en fösta pol hos likspänningsmellanledet halvle-' darelementet hos den utgången med nämnda första pol förbin- dande strömventilen släcks för laddande av snubberkondensa- torn (33-36) parallellt med det och nämnda mittpunkt förbinds genom den andra strömventilen med den andra, andra polen hos likspänningsmellanledet för förändrande av tecknet hos spän- ningen över den första transformatorlindningen.

42. Förfarande enligt krav 34, kännetecknat därav, att utgående från ett tillstånd i vilket utgången hos ett fasben (24, 25) hos di- rektomriktaren är förbunden med en första ände hos den andra transformatorlindningen (23) genom en ledande första strömven- til med ett effektflöde från nämnda terminal in till fasbenet, tänds den andra strömventilen hos det fasbenet för kortslutning av fas- benet för öppnande av en strömväg igenom lindningen hos transformatorn i riktningen av spänningen över transformatorn,- så att den andra strömventilen gradvis tar över strömmen igenom transformatorn och den första strömventilen släcks när strömmen genom den går till noll.

43. Förfarande enligt krav 34 eller 42, vid vilket direktomriktaren (26) har endast en nämnd terminal (29) för växelfasspänningen och två fasben (24, 25), och de båda fasutgångarna (27, 28) som bildar terminalen är bildade av en mittpunkt mellan strömventi- Ierna hos var sitt fasben, kännetecknat därav, att strömventi- Ierna (37, 38) hos direktomriktaren styrs för att kortsluta dessa båda fasutgångar, det vill såga förbinda dem med samma ände eller ändar hos den andra transformatorlindningen (23) och låta dem kvarbli i detta tillstånd för bildande av ett nollspänningsin- tervall på terminalen för växelfasspänningen.

44. Förfarande enligt krav 34, kännetecknat därav, att ström- ventilerna (37, 38) hos direktomriktaren styrs för uppnående av ett önskat puIsbreddsmoduleringsmönster för nämnda växel- fasspänning på nämnda terminal (29). 10 15 20 25 30 35 523 457 47

45. Förfarande enligt krav 34, kännetecknat därav, att halvle- darelementen (18) hos VSC-strömriktaren styrs för förändrande- av dennas kopplingstillstånd och det begynnes med att kommu- tera ett eller två fasben hos direktomriktaren (26) genom sty- rande av en strömventil hos det eller de fasbenen innan föränd- ringen av kopplingstillstànd hos VSC-strömriktaren har fullbor- dats, när det finns ett önskemål om att ha ett effektflöde igenom anordningen från likspänningssidan till växelspänningssidan, det vill säga att ha samma polaritet hos spänningspulserna på nämnda terminal hos växelspänningssidan som strömmen där.

46. Förfarande enligt krav 45, kännetecknat därav, att spän- ningen över transformatorn detekteras och, under antagande att det finns ett önskemål att ha ett effektflöde igenom anordningen från likspänningssidan till växelspänningssidan, startas kommu- teringen av direktomriktaren (26) baserat på informationer från nämnda spänningsdetektering när, till följd av den begynnande' förändringen av kopplingstillståndet hos VSC-strömriktaren, spänningen över den första transformatorlindningen har bytt tecken och överskridit ett visst tröskelspänningsvärde.

47. Förfarande enligt krav 34, kännetecknat därav, att alla fas- benen (24, 25) hos direktomriktaren (26) kommuteras genom sty- rande av strömventilerna (37, 38) hos fasbenen hos den omrikta- ren och det begynnes att styra halvledarelementen (18) hos VSC- strömriktaren (8) för förändrande av dennas kopplingstillstànd innan kommuteringen av alla fasbenen hos direktomriktaren har fullbordats, när det finns ett önskemål om att ha ett effektflöde igenom anordningen från växelspänningssidan till likspänningssi- dan, det vill säga att ha en polaritet hos spänningspulserna på nämnda terminal hos växelspänningssidan som är motsatt pola- riteten hos strömmen där.

48. Förfarande enligt krav 47, kännetecknat därav, att strömmen igenom en av transformatorlindningarna detekteras, och att, un- der antagande att det finns ett önskemål om att ha ett effektflöde igenom anordningen från växelspänningssidan till likspänningssi- 10 15 20 25 ~523 457 48 dan, det begynnes att styra VSC-strömriktaren (8) för föränd- rande av dennas kopplingstillstånd baserat på informationer från strömdetekteringen när, som en följd av den påbörjade kommute- ringen av fasbenet eller fasbenen hos direktomriktaren (26), strömmen genom den andra transformatorlindningen har bytt riktning och överskrider ett visst tröskelströmvärde.

49. Förfarande enligt något av kraven 34-48, kännetecknat därav, att ordningen av stegen utförda för uppnående av kom- muteringar hos fasbenen enligt en kommuteringscykel ändas valfritt därest riktningen hos strömmen på växelspänningssidan, det vill säga strömmen på direktomriktarsidan hos anordningen, ändras under anordningens drift.

50. Datorprogramprodukt som är direkt laddningsbar in i intern- minnet hos en digital dator, vilken innefattar mjukvarukodpartier för genomförande av stegen enligt något av kraven 34-49 när produkten körs på en dator.

51. Datorprogramprodukt enligt krav 50, tillhandahållen åtmins- tone delvis genom ett nätverk såsom Internet.

52. Datorläsbart medium med ett därpå registrerat program som inkluderar mjukvarukodpartier anordnade att bringa en dator att styra stegen enligt något av kraven 34-49.