SE523487C2 - Förfarande för styrning av en strömriktare - Google Patents

Description

1:1»- 10 15 20 25 30 35 o o - . v, 523 487 l' I 2 - » » | v , , , ., elspänningsnät eller ett nät utan någon egen generering (ett dött växelspänningsnät). Ytterligare fördelar finns också.

En VSC-strömriktare kan ingå i en anläggning för överföring av elkraft via ett likspänningsnät för högspänd likström (HVDC), för att exempelvis överföra elkraften från likspänningsnätet till ett växelspänningsnät. l detta fall har strömriktaren sin likspän- ningssida ansluten till likspänningsnätet och sin växelspännings- sida ansluten till växelspänningsnätet. Strömriktaren kan dock även vara direkt ansluten till en last såsom en högspänd gene- rator eller motor, varvid strömriktaren har antingen sin likspän- ningssida eller sin växelspänningssida ansluten till genera- torn/motorn. Uppfinningen är inte begränsad till dessa applikatio- ner, utan strömriktaren kan lika väl vara avsedd för omvandling i en SVC (Static Var Compensator) eller en back-to-back station.

Spänningarna på strömriktarens likspänningssida är med fördel höga, 10-400 kV, företrädesvis 130-400 kV. VSC-strömriktaren kan även ingå i andra typer av FACTS-anordningar (FACTS = Flexible Alternating Current Transmission) än de ovan angivna.

För att begränsa släckförlusterna i de släckbara halvledarele- menten hos strömriktarens strömventiler, d v s förlusterna i de släckbara halvledarelementen då dessa släcks, är det tidigare känt att anordna kapacitiva organ i form av så kallade snubber- kondensatorer kopplade parallellt över respektive släckbart halvledarelement. Det är även känt att förse strömriktaren med en så kallad resonanskrets för omladdning av nämnda snubber- kondensatorer i samband med kommutering av fasströmmen. Hä- rigenom blir det även möjligt att begränsa tändförlusterna i strömventilernas släckbara halvledarelement, d v s förlusterna i de släckbara halvledarelementen då dessa tänds.

En rad olika typer av väsentligen förlustfria kommuteringskretsar baserade på induktanser och kapacitanser har utvecklats och ta- gits i bruk för att sänka förlusterna hos VSC-strömriktare i sam- band med kommuteringar. Dessa typer av strömriktare benämnes på engelska "soft switched converter". Som exempel på sådana :rule 10 15 20 25 30 35 n v o ~ -n 523 487 ä e o oou nu strömriktare kan nämnas ARCP-strömriktare (Auxiliary Resonant Commutated Pole Converter). Dessa strömriktare innefattar en resonanskrets som är anordnad att åstadkomma omladdning av strömventilernas snubberkondensatorer i samband med kommu- tering av fasströmmen från ett Iikriktarorgan hos en strömventil till ett släckbart halvledarelement hos en annan strömventil så att nämnda halvledarelement kan tändas vid låg spänning istället för vid hög spänning, varigenom tändförlusterna i strömventilens halvledarelement begränsas. Resonanskretsen används även vid kommutering av fasströmmen från ett släckbart halvledarelement hos en strömventil till ett Iikriktarorgan hos en annan strömventil, d v s vid släckning av ett halvledarelement hos den första ström- ventilen, när fasströmmen är så låg att switchtiden för spän- ningen i fasuttaget annars skulle bli orimligt lång.

Den uppfinningsenliga lösningen är allmänt tillämpbar hos ström- riktare av typen “soft switched converter", såsom exempelvis hos ovan nämnda typer av med resonanskrets försedda strömriktare.

Som ytterligare exempel på strömriktartyper hos vilka den upp- finningsenliga lösningen är tillämpbar kan nämnas tre-nivå ARCP-strömriktare av den typ som exempelvis beskrivs i "Three Level Auxiliary Resonant Pole Commutated Pole Inverter for High Power Applications", Cho J G, Baek J W, Yoo D W, Won C Y, IEEE, 1996, samt kvasiresonanta PWM-strömriktare av den typ som exempelvis beskrivs i patentskriften US 5572418.

Hos en strömriktare som ej uppvisar någon resonanskrets eller några snubberkondensatorer sker kommuteringen av fasström- men från exempelvis ett släckbart halvledarelement hos en första strömventil till ett Iikriktarorgan hos en andra strömventil i princip i samma ögonblick som halvledarelementet hos den första ström- ventilen släcks, dvs fasspänningen växlar från den ena pol- spänningen till den andra i princip i samma ögonblick som den första strömventilen släcks. Det föreligger normalt en mindre tidsfördröjning mellan den tidpunkt då en släcksignal till en strömventil avges från strömriktarens styrinrättning och den tid- punkt då släckningen av strömventilen, dvs släckningen av Jana: 10 15 20 25 30 35 523 487 l L' 4 strömventilens släckbara halvledarelement, verkligen verkställs.

Om man bortser från denna tidsfördröjning så kan styrinrätt- ningen i detta fall följaktligen vara anordnad att avge en släck- signal till den utgående strömventilen vid den önskade kommute- ringstidpunkt som ges av PWM-modulatorn. Vid en motsvarande kommutering hos en strömriktare av typen "soft switched con- verter" blir kommuteringsförloppet relativt långsamt, varigenom förändringen av fasspänningen sker relativt långsamt. Föränd- ringen hos fasspänningen under kommuteringsförloppet sker dessutom normalt ej heller linjärt i tiden hos en strömriktare av nämnda typ. Detta kan resultera i att den av modulatorn beord- rade utspänningen ej på ett korrekt sätt realiseras av strömrikta- ren, vilket i sin tur kan leda till följande problem: - lnstabilitet i mellanledsspänningsreglering och fasströmsregle- ring. (Strömriktaren ingår i allmänhet i en reglerkrets för styrning av dessa storheter.) - Ökat övertonsinnehåll i fasspänningen och därmed indirekt i fasströmmen.

- Oönskade undertoner i fasspänningen, vilka kan resultera i oönskade fasströmmar samt i mättning av till strömriktaren an- slutna transformatorer.

- Dåligt utnyttjande av strömriktarens förmåga att leverera fas- spänning.

UPPFINNINGENS SYFTE Ett syfte med föreliggande uppfinning är att erbjuda ett förbättra förfarande för styrning av en med resonanskrets försedd VSC- strömriktare, vilket förfarande gör det möjligt att reducera ovan nämnda problem.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN |||»| 10 15 20 25 30 35 ø o v n oo 525 487 I l 5 v - en u; Enligt uppfinningen uppnås nämnda syfte med hjälp av ett förfa- rande enligt patentkravet 1.

Den uppfinningsenliga lösningen är baserad på det faktum att den här aktuella typen av resonanskrets är uppbyggd av väsent- ligen linjära element, såsom induktorer och kondensatorer, vilket gör det möjligt att utnyttja enkla matematiska samband för att bestämma lämpliga tidpunkter för sändande av styrsignaler till strömventilerna och hjälpventilen. Härigenom blir det möjligt att före initieringen av en kommutering beräkna när de olika styrsig- nalerna skall sändas till i kommuteringsförloppet deltagande strömventiler och hjälpventil för att tidpunkten för fasspänningens övergång från den ena till den andra polspänningen med önskad noggrannhet skall komma att sammanfalla med den av modula- torn beordrade kommuteringstidpunkten.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen beräknas tid- punkterna för avgivande av styrsignaler till strömventilerna och hjälpventilen med ledning av värdet på spänningen över mellan- ledet, värdet på fasströmmen, värdet på snubberkapacitansen och värdet på induktansen hos resonanskretsen. Tidpunkterna för avgivande av styrsignaler från styrinrättningen fastställs såle- des med utgångspunkt från parametrar som är konstanta eller åtminstone väsentligen konstanta under respektive kommute- ringsförlopp, såsom snubberkapacitansen och induktansen hos resonanskretsen, eller som varierar relativt långsamt under re- spektive kommuteringsförlopp, såsom mellanledsspänningen och fasströmmen, varför en relativt god noggrannhet kan uppnås vid beräkningen av nämnda tidpunkter.

Enligt en ytterligare föredragen utföringsform av uppfinningen tas variationen hos fasströmmen under kommuteringsförloppet i be- aktande vid beräkningen av nämnda tidpunkter. Härigenom er- hålls en ökad precision i styrningen. Det varierande värdet på fasströmmen under kommuteringsförloppet uppskattas företrä- desvis med hjälp av en linjär modell av den till fasuttaget an- slutna lasten. 10 15 20 25 30 35 ø v u u co -523 487 ' é ' n - u n n n « : u u; Ytterligare föredragna utföringsformer av det uppfinningsenliga förfarandet framgår av de osjälvständiga patentkraven och ef- terföljande beskrivning.

KORT BESKRIVNING AV RlTNlNGEN Uppfinningen kommer i det följande att närmare beskrivas med hjälp av utföringsexempel, med hänvisning till bifogade ritning.

Det visas i: Fig 1 Fig 2 Fig 3-5 Fig e Fig 7 Fig s Fig 9 ett förenklat kopplingsschema illustrerande en ström- riktare enligt en första utföringsform, ett förenklat kopplingsschema illustrerande en ström- riktare enligt en alternativ utföringsform, ström- och spänningskurvor under olika kommute- ringsförlopp, ett förenklat blockdiagram illustrerande ett styrsystem för verkställande av det uppfinningsenliga förfarandet, en kurva visande fasspänningens förändring under ett idealt kommuteringsförlopp, en första kurva visande fasspänningens förändring un- der ett kommuteringsförlopp hos en med en resonans- krets försedd strömriktare, och en andra kurva visande fasspänningens förändring un- der ett kommuteringsförlopp hos en med en resonans- krets försedd strömriktare. iriz: 10 15 20 25 30 35 u o n Q co v 523 487 ' '7 n e av: on DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGS- FORMER l Fig 1 illustreras en VSC-strömriktare. l Fig 1 är endast den del av strömriktaren som är ansluten till en fas hos en växelspän- ningsfasledning visad, varvid antalet faser normalt är tre, men det är även möjligt att detta utgör hela strömriktaren då denna är ansluten till ett enfas-växelspänningsnät. Den visade delen av strömriktaren utgör ett så kallat fasben och en strömriktare an- passad för exempelvis ett trefas-växelspänningsnät innefattar tre fasben av visad typ.

VSC-strömriktare är kända i ett flertal utföranden. l samtliga ut- föranden innefattar en VSC-strömriktare ett antal så kallade strömventiler, vilka var och en innefattar ett släckbart halvledar- element, såsom en IGBT (lnsulated Gate Bipolar Transistor) eller en GTO (Gate Turn-Off Thyristor), och ett antiparallellt därmed kopplat Iikriktarorgan i form av en diod, en så kallad frihjulsdiod.

Varje släckbart halvledarelement är vid högspänningstillämp- ningar normalt uppbyggt av en mängd seriekopplade, simultant styrda släckbara halvledarkomponenter, såsom en mängd en- skilda lGBT-er eller GTO-er. Vid högspänningstillämpningar krävs nämligen ett förhållandevis stort antal sådana halvledar- komponenter för att hålla den spänning som varje strömventil måste hålla i blockerat tillstånd. På motsvarande sätt är varje lik- riktarorgan uppbyggt av en mängd seriekopplade likriktarkompo- nenter. De släckbara halvledarkomponenterna och likriktarkom- ponenterna är hos strömventilen anordnade i ett flertal serie- kopplade kretsar, vilka kretsar var och en innefattar bland annat en släckbar halvledarkomponent och en därmed antiparallellt kopplad likriktarkomponent.

Fasbenet hos den i Fig 1 illustrerade strömriktaren 1 uppvisar två strömventiler 2, 3 seriekopplade mellan de båda polerna 4, 5 hos en likspänningssida hos strömriktaren. Ett mellanled 6 innefat- tande åtminstone en så kallad mellanledskondensator är anord- nad mellan de båda polerna 4, 5. Hos den i Fig 1 illustrerade a-iaa 10 15 20 25 30 35 a ø ø p nu 1523 487 8 n nu av strömriktaren innefattar mellanledet 6 två seriekopplade mellan- ledskondensatorer 7, 8. En mittpunkt 9 mellan dessa kondensato- rer 7, 8 är här, såsom brukligt, ansluten till jord, så att på detta sätt potentialerna +U,,/2 respektive -Ud/Z tillhandahålls hos re- spektive pol, varvid U, är spänningen mellan de båda polerna 4, 5. Jordpunkten 9 kan dock uteslutas, exempelvis vid SVC-till- lämpningar.

En mittpunkt 10 hos seriekopplingen mellan de båda strömventi- lerna 2 och 3, vilken utgör strömriktarens fasuttag, är ansluten till en växelspänningsfasledning 11. På detta sätt uppdelas nämnda seriekoppling i två likadana delar med en strömventil 2 respek- tive 3 hos varje sådan del. l utförandet med tre fasben innefattar således strömriktaren tre fasuttag, vilka är anslutna till varsin växelspänningsfasledning hos ett trefas-växelspänningsnät. I re- gel är fasuttagen anslutna till växelspänningsnätet via elektrisk utrustning i form av brytare, transformatorer etc.

Hos den visade utföringsformen innefattar respektive strömventil 2, 3 i enlighet med vad som ovan angivits ett flertal seriekopp- lade kretsar 12, vilka kretsar var och en innefattar en släckbar halvledarkomponent 13, såsom en lGBT, en IGCT, en MOSFET, en JFET, en MCT eller en GTO, och en antiparallellt därmed kopplad likriktarkomponent 14 i form av en diod, en så kallad fri- hjulsdiod. Hos den i Fig 1 visade utföringsformen innefattar varje strömventil 2, 3 två seriekopplade kretsar 12 av ovan beskriven typ, men de seriekopplade kretsarna 12 kan vara så väl fler som färre till antalet. Beroende av bland annat den spänning för vil- ken strömriktaren är utformad kan antalet av nämnda seriekopp- lade kretsar 12 i respektive strömventil 2, 3 sträcka sig från två upp till flera hundra.

Var och en av de seriekopplade kretsarna 12 hos respektive strömventil 2, 3 är försedd med en kondensator 15, här benämnd snubberkondensator, kopplad parallellt med den i kretsen ingå- ende släckbara halvledarkomponenten 13. Kapacitansen hos re- spektive snubberkondensator 15 måste vara så hög att en god >|||| 10 15 20 25 30 35 | o ø o on 523 487 ' 9 spänningsfördelning mellan de i respektive strömventil ingående släckbara halvledarkomponenterna 13 möjliggöres vid släckning av en strömventils släckbara halvledarkomponenter. Valet av ka- pacitans hos snubberkondensatorerna 15 anpassas från fall till fall och beror bland annat av strömhanteringsförmågan hos de släckbara halvledarkomponenterna 13 och likriktarkomponen- terna 14. Snubberkondensatorerna 15 bidrar till att begränsa släckförlusterna hos strömventilerna, d v s förlusterna i de släck- bara halvledarkomponenterna då dessa släcks.

Vid släckning av halvledarkomponenterna 13 hos en strömventil kommer de snubberkondensatorer 15 som är kopplade över dessa halvledarkomponenter 13 att laddas upp. Om snubberkon- densatorerna 15 har kvar denna laddning när halvledarkompo- nenterna 13 sedan tänds uppkommer tändförluster hos halvle- darkomponenterna 13. De relativt högkapacitiva snubberkonden- satorer 15 som i detta sammanhang kommer i fråga ger i detta fall upphov till mycket höga tändförluster, vilka tändförluster omöjliggör användning av höga switchfrekvenser. För att elimi- nera eller åtminstone reducera dessa tändförluster, och möjlig- göra användning av höga switchfrekvenser, bringas snubberkon- densatorerna 15 att ingå i en resonanskrets 16. Härigenom blir det möjligt att åstadkomma urladdning av en strömventils snub- berkondensatorer 15 när strömventilens halvledarkomponenter 13 skall tändas så att spänningen över respektive halvledarkom- ponent 13 är lika med eller nära noll när den tänds, varigenom tändförlusterna begränsas.

Det är även möjligt att låta en kondensator anordnad mellan fas- uttaget 10 och likspänningsmellanledets mittpunkt 9 ingå i reso- nanskretsen 16.

Resonanskretsen 16 är här av så kallad kvasiresonant typ, vilket innebär att resonansen endast initieras i samband med att strömmen skall kommuteras mellan två strömventiler, d vs då spänningen på strömriktarens fasuttag skall växlas. Resonans- kretsar av denna typ är kända i ett flertal utföranden. Exempelvis 10 15 20 25 30 35 523 487 1D beskrivs användningen av en kvasiresonant så kallad ARCP- krets av det i Fig 1 illustrerade utförandet i US 5047913. Även om det uppfinningsenliga förfarandet nedan kommer att exempli- fieras vid tillämpning hos en två-nivå ARCP-strömriktare betonas att förfarandet likväl är tillämpligt för styrning av vilken som helst annan med resonanskrets försedd strömriktare av typen “soft switched converter", såsom exempelvis strömriktare av tidigare exemplifierade utföranden.

Hos den här aktuella typen av strömriktare används en resonan- skrets innefattande åtminstone en induktor och en med släckbara halvledarkomponenter försedd hjälpventil för omladdning av strömventilernas snubberkondensatorer i samband med kommu- tering av fasströmmen.

Med uttrycket hjälpventil avses i denna beskrivning och efterföl- jande patentkrav en strömventil ingående i strömriktarens reso- nanskrets 16.

Hos den i Fig 1 visade utföringsformen innefattar resonanskret- sen 16 en mellan fasuttaget 10 och mittpunkten 9 hos nämnda seriekoppling av mellanledskondensatorer 7, 8 anordnad serie- koppling av en induktor 17 och en hjälpventil 18. Hjälpventilen 18 innefattar här en uppsättning av två seriekopplade hjälpventil- kretsar 19, vilka vardera innefattar en släckbar halvledarkompo- nent 20, såsom en lGBT, en lGCT, en MOSFET, en JFET, en MCT eller en GTO, och en därmed antiparallellt kopplad likrik- tarkomponent 21 i form av en diod. De släckbara halvledarkom- ponenterna 20 hos de två hjälpventilkretsarna 19 är anordnade i motsatt polaritet i förhållande till varandra. Denna hjälpventil 18 utgör en dubbelriktad ventil som kan bringas att leda åt ena eller andra hållet.

Hjälpventilen 18 kan även innefatta flera seriekopplade uppsätt- ningar av hjälpventilkretsar om så finnes lämpligt, såsom illustre- ras i Fig 2. Hos den i Fig 2 illustrerade utföringsformen innefattar resonanskretsen en hjälpventil 18 innefattande ett flertal serie- »unna 10 15 20 25 30 35 1523 487 .s= -' l .vu av 1'1 kopplade uppsättningar 22 av hjälpventilkretsar, där varje upp- sättning innefattar två seriekoppiade hjälpventilkretsar 19 av ovan beskriven typ. i Fig 2 visas endast två seriekoppiade upp- sättningar 22 av hjälpventilkretsar hos hjälpventilen 18 men an- talet sådana uppsättningar kan vara betydligt större än så. Anta- let uppsättningar av hjälpventilkretsar hos hjälpventilen 18 kan optimeras oberoende av antalet seriekoppiade kretsar 12 hos strömventilerna 2, 3, och beror bland annat av vilken spänning hjälpventilen skall förmå hålla i blockerat tillstånd och egenska- perna hos de enskilda halvledarkomponenter 20 som används.

Rent allmänt kan det konstateras att hjälpventilen 18 i blockerat tillstånd endast behöver hålla halva polspänningen, d v s Ud/2, till skillnad från strömventilerna 2, 3 vilka vardera måste vara di- mensionerad för att kunna hålla hela polspänningen U, i blocke- rat tillstånd.

Varje uppsättning 22 av hjälpventilkretsar 19 hos hjälpventilen 18 är lämpligen, såsom illustreras i Fig 2, försedd med en egen styrenhet 23 som är anordnad att styra tändning och släckning av de i uppsättningen ingående släckbara halvledarkomponenterna 20, varvid samtliga styrenheter 23 hos hjälpventilen är anslutna till en gemensam styrinrättning 24 som är anordnad att sända styrsignaler till samtliga dessa styrenheter 23. Härigenom säker- ställs en simultan styrning av hjälpventilens samtliga hjälpventil- kretsar 19.

Det föredrages vidare att var och en av de i strömriktarens strömventiler 2, 3 ingående släckbara halvledarkomponenterna 13, såsom illustreras i Fig 2, är försedd med en egen styrenhet 25 som är anordnad att styra tändning och släckning av halvle- darkomponenten 13, varvid samtliga styrenheter 25 hos ström- ventilerna är anslutna till en gemensam styrinrättning 24, vilken är anordnad att sända styrsignaler till samtliga i en strömventil 2, 3 ingående styrenheter 25. Härigenom säkerställs en simultan styrning av en strömventils samtliga halvledarkomponenter 13.

Hjälpventilens styrenheter 23 och strömventilernas styrenheter 1:11) 10 15 20 25 30 35 523 487 12 u. -u 25 är här anslutna till en och samma styrinrättning 24, vilket är att föredra.

Det finns tre grundförlopp för kommutering av fasströmmen hos en strömriktare av den i Fig 1 och 2 illustrerade typen, vilka grundförlopp kortfattat kommer att beskrivas i det följande.

Den strömventil som inledningsvis, d v s då kommuteringsförlop- pet initieras, är strömsatt benämns i denna beskrivning och i ef- terföljande patentkrav "den första strömventilen" och den ström- ventil som skall strömsättas genom kommuteringen benämns "den andra strömventilen". Det inses att vilken av de två i Fig 1 och 2 illustrerade strömventilerna 2, 3 som vid varje specifikt kommuteringstillfälle utgör "den första" respektive "den andra" strömventilen varierar från fall till fall.

I denna beskrivning och i de efterföljande patentkraven avses med uttrycket "en av resonanskretsen icke bistådd kommutering" att den i resonanskretsen ingående seriekopplingen av hjälpven- til 18 och induktor 17 ej deltar i kommuteringsförloppet. Natur- ligtvis deltar dock resonanskretsens kapacitiva organ, dvs snubberkondensatorerna 15, i detta kommuteringsförlopp. På motsvarande sätt avses med uttrycket "en av resonanskretsen bistådd kommutering" att den i resonanskretsen ingående serie- kopplingen av hjälpventil 18 och induktor 17 deltar i kommute- ringsförloppet.

Ett första kommuteringsförlopp innebär kommutering av fas- strömmen från ett släckbart halvledarelement hos en strömsatt första strömventil 2, 3 till ett likriktarorgan hos en andra ström- ventil 3, 2 utan bistånd av resonanskretsen 16. Kommuterings- förloppet initieras genom att det släckbara halvledarelementet hos den första strömventilen släcks, varvid fasströmmen ip, åstadkommer en uppladdning av den första strömventilens kapa- citiva organ, d vs dess snubberkondensatorer 15, och en ur- laddning av den andra strömventilens kapacitiva organ, dvs dess snubberkondensatorer 15. Faspotentialen kommer härvid v~|vn 10 15 20 25 30 35 523 487 13 .-- »- att svänga från den ena polen till den andra polen. I Fig 3 illust- reras förändringen hos strömmen i,.g,,, och spänningen uígb, hos den första strömventilens släckbara halvledarelement under kommuteringsförloppet. Det släckbara halvledarelementet hos den första strömventilen släcks vid tidpunkten fo, varvid ström- men genom halvledarelementet i idealfallet direkt gär ner till noll.

I realiteten kommer halvledarelementet att uppvisa en viss efter- ledningsström. Fasströmmen iph kommer sedan att åstadkomma en uppladdning av den första strömventilens kapacitiva organ, varvid spänningen över detta och därmed över det släckbara halvledarelementet ökar väsentligen linjärt från noll till ett värde Ud motsvarande spänningen mellan polerna 4, 5. Det inses att släckningen av halvledarelementet hos den första strömventilen kan ske väsentligen utan några effektförluster.

Varaktigheten T, hos detta kommuteringsförlopp ges i idealfallet av formeln där Ud är spänningen över seriekopplingen 6 av mellanledskon- densatorer, ip. är fasströmmen och C, är snubberkapacitansen, d v s summan av total, seriekopplad snubberkapacitans för den ena ventilen 2, total, seriekopplad snubberkapacitans för den andra ventilen 3 samt i förekommande fall kapacitansen hos den mellan fasuttaget 10 och mellanledets mittpunkt 9 anordnade kondensatorn.

Ett andra kommuteringsförlopp innebär kommutering av fas- strömmen från ett släckbart halvledarelement hos en strömsatt första strömventil 2, 3 till ett likriktarorgan hos en andra ström- ventil 3, 2 med bistånd av resonanskretsen 16. Detta kommute- ringsförlopp utnyttjas vid låga fasströmmar för att påskynda kommuteringen. Kommuteringsförloppet initieras genom att den släckbara halvledarkomponenten (utföringsformen enligt Fig 1), arsa: 10 15 20 25 30 s23 487 1'4 nu nu eller i förekommande fall de släckbara halvledarkomponenterna (utföringsformen enligt Fig 2), som är spänningssatt(-a) hos hjälpventilen tänds. Samtidigt som halvledarkomponenten(-erna) hos hjälpventilen tänds släcks halvledarelementet hos den första strömventilen. För den händelse att så kallad boost-ström an- vänds i samband med kommuteringen släcks halvledarelementet hos den första strömventilen något efter det att halvledarkompo- nenten(-erna) hos hjälpventilen tänds. l det följande antas att ett förfarande utan användning av boost-ström tillämpas. En reso- nansperiod vidtar nu under vilken resonanskretsen tillhandahåller en ström till fasuttaget 10 som bidrar till uppladdning av den för- sta strömventilens snubberkondensatorer 15 och urladdning av den andra strömventilens snubberkondensatorer 15. Efter det att spänningen över den andra strömventilen sjunkit till noll eller till ett värde nära noll tänds det släckbara halvledarelementet hos den andra strömventilen. Efter det att strömmen i re- sonanskretsen sjunkit till noll eller till ett värde nära noll släcks den(de) släckbara halvledarkomponent(-er) 20 som inledningsvis tändes hos hjälpventilen 18.

För ett fall med ett balanserat mellanled, d v s då spänningarna ud, och u” över mellanledskondensatorerna är lika stora (ud,=u,,,=Ud/2), ges varaktigheten T,, hos detta kommuterings- förlopp av formeln: zz - ' Tu = i rr-Zarctan ----° Ilphl wo Ulf . .. 1 l ovan angivna formler ar wo = L . och Zo = Cm , varvid Lm res .t S är värdet på induktansen hos resonanskretsen och Cs såsom ti- digare nämnts är snubberkapacitansen.

Ovan angivna formel för T,, justeras lämpligen för ett fall med obalanserat mellanled, d vs då spänningarna ud, och ud: över mellanledskondensatorerna är olika stora. :nano 10 15 20 25 30 35 n n p » nu 523 487 15 I Fig 4 illustreras förändringen hos strömmen im genom reso- nanskretsen och fasspänningen ud, under det ovan beskrivna kommuteringsförloppet. Den(de) släckbara halvledarkomponen- ten(-erna) hos hjälpventilen 18 tänds vid tidpunkten 1,. l det i Fig 4 illustrerade fallet utnyttjas ingen boost-ström, varför det släck- bara halvledarelementet hos den första strömventilen släcks vid samma tidpunkt 1,.

Ett tredje kommuteringsförlopp innebär kommutering av fas- strömmen från ett likriktarorgan hos en strömsatt första ström- ventil 2, 3 till ett släckbart halvledarelement hos en andra ström- ventil 3, 2 med bistånd av resonanskretsen 16. Kommuterings- förloppet initieras genom att den släckbara halvledarkomponen- ten (utföringsformen enligt Fig 1), eller i förekommande fall de släckbara halvledarkomponenterna (utföringsformen enligt Fig 2), som är spänningssatt(-a) hos hjälpventilen tänds, varvid en så kallad upprampningsperiod inleds. Under upprampningsperioden ökar strömmen i resonanskretsen, under inverkan av spänningen uu. ud, över endera av mellanledskondensatorerna 7, 8, från noll till ett värde motsvarande fasströmmen idd. l idealfallet är spän- ningarna ud, och ud, över mellanledskondensatorerna lika stora men i praktiken kan de skilja sig något från varandra. Varaktig- heten Td, hos upprampningsperioden ges i idealfallet av formeln där LM är värdet på induktansen hos resonanskretsen och ud, motsvarar spänningen ud, mellan en första 4 av polerna och mellanledskondensatorernas mittpunkt 9, d vs spänningen över mellanledskondensatorn 7, vid kommutering av fasströmmen id, från en strömventil 2 anordnad mellan nämnda första pol 4 och fasuttaget 10 till en strömventil 3 anordnad mellan den andra polen 5 och fasuttaget 10, medan ud, motsvarar spänningen ud, mellan mellanledskondensatorernas mittpunkt 9 och den andra :Juan 10 15 20 25 30 n ø o a un S23 487 16 polen 5, d vs spänningen över mellanledskondensatorn 8, vid kommutering av fasströmmen ip, från en strömventil 3 anordnad mellan den andra polen 5 och fasuttaget 10 till en strömventil 2 anordnad mellan den första polen 4 och fasuttaget 10. I idealfal- let motsvarar Lm värdet på induktansen hos resonanskretsens induktor, men i praktiken påverkas resonanskretsens induktans LM även av induktanser hos övriga komponenter hos resonans- kretsen.

När strömmen genom resonanskretsen når ett värde motsva- rande fasströmmen ip, inträder en resonansperiod under vilken den första strömventilens snubberkondensatorer 15 laddas upp och den andra strömventilens snubberkondensatorer 15 laddas ur. När spänningen över den andra strömventilen sjunkit till noll eller till ett värde nära noll tänds det släckbara halvledarele- mentet hos den andra strömventilen. Varaktigheten TM hos reso- nansperioden ges i idealfallet av formeln __ 71' TFES _ i? mo däfcoo= IC.

S L 76A' Efter resonansperioden inträder en så kallad nedrampningspe- riod under vilken strömmen i resonanskretsen minskar till noll från ett värde motsvarande fasströmmen iph. Varaktigheten TW, hos nedrampningsperioden ges i idealfallet av formeln där ud, motsvarar spänningen ud, mellan mellanledskondensato- rernas mittpunkt 9 och den andra polen 5, d v s spänningen över mellanledskondensatorn 8, vid kommutering av fasströmmen ip, från en strömventil 2 anordnad mellan den första polen 4 och Io|»; 10 15 20 25 30 35 » ~ o Q nu u 523 487 0- nu 17 fasuttaget 10 till en strömventil 3 anordnad mellan den andra polen 5 och fasuttaget 10, medan ud, motsvarar spänningen ud, mellan den första polen 4 och mellanledskondensatorernas mitt- punkt 9, d vs spänningen över mellanledskondensatorn 7, vid kommutering av fasströmmen 1,, från en strömventil 3 anordnad mellan den andra polen 5 och fasuttaget 10 till en strömventil 2 anordnad mellan den första polen 4 och fasuttaget 10.

När nedrampningsperloden är över och strömmen sjunkit till noll i resonanskretsen släcks den(de) släckbara halvledarkomponent(- er) 20 som inledningsvis tändes hos hjälpventilen 18. l Fig 5 illustreras förändringen hos strömmen im, genom reso- nanskretsen och fasspänningen u,,,, under det ovan beskrivna kommuteringsförloppet.

Styrinrättningen 24 tillförs signaler representerande de önskade kommuteringstidpunkterna rf, från en i Fig 6 schematiskt illustre- rad modulator 30, vilken företrädesvis utgörs av en PWM-modu- lator (PWM = Pulse Width Modulation). I ett idealfall sker en be- ordrad kommutering direkt i ett enda steg vid den av modulatorn angivna kommuteringstidpunkten z,',, såsom illustreras i Fig 7, d v s fasspänningen övergår i ett enda steg från den ena pols- pännningen till den andra. Hos en strömriktare försedd med en resonanskrets förändrar sig dock faspotentialen relativt långsamt under ett kommuteringsförlopp, såsom exemplifieras i Fig 8. Den tidpunkt som är relevant med avseende på genereringen av styr- signaler hos modulatorn 30 är i Fig 8 indikerad med 1,, och be- nämnes här den ekvivalenta övergångstidpunkten. Denna tid- punkt 1,, representerar den tidpunkt då fasspänningens övergång från den ena polspänningen till den andra kan sägas inträffa. För att strömriktaren skall arbeta på optimalt sätt bör strömriktaren styras så att den av modulatorn angivna kommuteringstidpunkten rf, kommer att överensstämma med den ekvivalenta övergångs- tidpunkten z,,. -u>:o 10 15 20 25 30 523 487 1.8 Den ekvivalenta övergångstidpunkten 1,, kan definieras enligt följande: - Då övergången hos fasspänningen uphu), d v s förändringen hos fasspänningen uphu) i tiden, under ett kommuteringsförlopp är "symmetrisk" kring tidsaxeln sammanfaller den ekvivalenta över- gångstidpunkten 1,, med fasspänningens nollgenomgång. Ett så- dant "symmetriskt" fall illustreras i Fig 8.

- Då övergången hos fasspänningen uphu) under ett kommute- ringsförlopp ej är "symmetrisk" kring tidsaxeln ges den ekviva- lenta övergångstidpunkten 1,, av följande villkor tlf+tc Iup,,(z)dr = 0 :lr -Ic där f, är så vald att övergången hos fasspänningen up,,(r) ej på- börjats vid tidpunkten rw-z, och fullbordats vid tidpunkten z,,+r,.

Ett exempel på en sådan "icke-symmetrisk" övergång hos fas- spänningen up,,(z) under ett kommuteringsförlopp illustreras i Fig 9. Övergången hos fasspänningen up,,(z) under ett kommuterings- förlopp är "symmetrisk" i de fall där uphno +f)= -u,,,,(:, -f), för o där ro representerar den tidpunkt då övergången, d v s föränd- ringen, hos fasspänningen uphu) påbörjas och z, den tidpunkt då övergången avslutas.

Den ekvivalenta övergångstidpunkten 1,, kan uppskattas utgå- ende från kännedom om vilken inverkan de i strömriktaren ingå- ende komponenterna har på övergången hos fasspänningen uphu) under ett kommuteringsförlopp. 10 15 20 25 30 35 | o u ; no u 523 487 1'9 m: :a Enligt uppfinningen bringas styrinrättningen 24 vid verkställande av ett tilltänkt och av modulatorn 30 beordrat kommuteringsför- lopp att avge styrsignaler till i kommuteringsförloppet deltagande strömventiler 2, 3 och hjälpventil 18, för tändning eller släckning av dessa, vid tidpunkter r, som fastställs med utgångspunkt från en av modulatorn 30 angiven önskad kommuteringstidpunkt rf, och en beräkningsalgoritm, vilken är baserad på kännedom om vilken inverkan de i strömriktaren ingående komponenterna har på det tilltänkta kommuteringsförloppet samt vars indata utgörs av värden på fasströmmen ip, och mellanledsspänningen, varvid nämnda beräkningsalgoritm utformas med beaktande av villkoret att den önskade kommuteringstidpunkten rf, skall komma att sammanfalla med den ekvivalenta övergångstidpunkten z, för fasspänningen.

Nämnda beräkningsalgoritm baseras lämpligen på värdet på in- duktansen LM hos resonanskretsen 16, värdet på snubberkapa- citansen C,, samt uppmätta värden på mellanledsspänningen ud, respektive ud, och fasströmmen i”. Med hjälp av dessa paramet- rar är det möjligt att med tillräcklig noggrannhet fastställa vid vilka tidpunkter z, styrinrättningen 24 ska avge styrsignaler till strömriktarens strömventiler och hjälpventil för att strömventiler- nas släckbara halvledarelement och hjälpventilens släckbara halvledarkomponenter ska bringas att tända och släcka vid för de olika kommuteringsförloppen lämpliga ögonblick.

Den aktuella fasströmmen ip, vid kommuteringstillfället registre- ras med lämpligt medel för strömmätning, schematiskt indikerat vid 31 i Fig 6, vilket medel är anordnat att överföra mätsignaler till styrinrättningen 24.

Strömriktaren innefattar lämpligen medel för mätning av spän- ningen ud, över respektive mellanledskondensator 7, 8, schema- tiskt indlkerade vid 32 i Fig 6, vilket medel är anordnat att över- föra mätsignaler till styrinrättningen 24. För den händelse att en |»;ø» 10 15 20 25 30 35 a . u o oo n 523 487 2'o mindre noggrannhet i styrningen av kommuteringsförloppen kan accepteras hos en specifik strömriktare kan man låta antaga att spänningen över respektive mellanledskondensator såsom i ide- alfallet motsvarar halva polspänningen, varvid nämnda medel 32 för spänningsmätning kan undvaras.

Värdena på de parametrar som används i ovan nämnda beräk- ningsalgoritm, såsom snubberkapacitansen CS och induktansen Lm» fastställs lämpligen genom mätningar utförda på strömrikta- ren efter det att den monterats samman. Dessa mätningar kan med fördel utföras vid upprepade tillfällen under strömriktarens livslängd för att kompensera för förändringar hos nämnda vär- den. Härigenom säkerställs att någon menlig påverkan på kom- muteringsförloppens styrning ej förorsakas av de gradvisa för- ändringarna av nämnda värden som uppstår på grund av de med tiden uppkomna degenereringarna av resonanskretsens kompo- nenter. Med fördel kan värdena på snubberkapacitansen C, in- I duktansen LM samt övriga parametrar som används vid beräk- ningen av tidpunkterna z, fastställas genom rekursiv identifiering, vilket innebär att värdena på dessa parametrar kontinuerligt upp- dateras och justeras baserat på mätningar gjorda under tidigare kommuteringsförlopp.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen tas variatio- nen hos fasströmmen iph under respektive kommuteringsförlopp i beaktande vid beräkningen tidpunkterna z, för avgivande av styr- signaler från styrinrättningen 24. Härigenom erhålls en ökad pre- cision i styrningen. Det varierande värdet på fasströmmen under kommuteringsförloppet uppskattas lämpligen med hjälp av en linjär modell av den till fasuttaget 10 anslutna lasten.

Nedan ges exempel på lämpliga algoritmer för fastställandet av tidpunkterna r, för avgivande av styrsignaler från styrinrättningen 24 till strömventilerna 2, 3 och hjälpventilen 18 hos en ARCP- strömriktare i samband med de tidigare beskrivna typerna av kommuteringsförlopp. 10 15 20 25 30 35 ø c ø u oo n 523 487 221 Vid en av resonanskretsen icke bistådd kommutering av fas- strömmen ip, från ett släckbart halvledarelement hos en första strömventil 2, 3 till ett likriktarorgan hos en andra strömventil 3, 2 kan styrinrättningen vara anordnad att avge: - en släcksignal till den första strömventiien vid en första tidpunkt 1,, som ges av formeln där 1,, är den uppskattade tidsfördröjningen från det att släcksig- nalen avges från styrinrättningen 24 till det att släckningen av haivledareiementet hos den första strömventiien verkställs, samt - en tändsignal till den andra strömventiien vid eller efter en andra tidpunkt f” som ges av formeln där 1,, är den uppskattade tidsfördröjningen från det att tändsig- nalen avges från styrinrättningen 24 till det att tändningen av haivledareiementet hos den andra strömventiien verkställs.

I de ovan angivna formlerna för 1,, och r,, är T, varaktigheten hos det aktuella kommuteringsförloppet, företrädesvis uppskattad en- ligt tidigare angivna formel.

För ökad noggrannhet hos styrningen kan det vara lämpligt att även ta efterledningen hos den första strömventilens haivledar- element i beaktande och justera beräkningen av varaktigheten T, och därmed beräkningarna av tidpunkterna 1,, och 1,, med hän- syn till denna efterledning. Efterledningens inverkan på kommu- teringsförloppet fastställs lämpligen genom mätningar utförda på strömriktaren efter det att den monterats samman, vilka mät- ningar kan upprepas under strömriktarens livslängd för att kom- 10 15 20 25 30 35 n a o ø uo 523 487 22 o 4 »en u. pensera för förändringar hos efterledningen orsakade av degene- reringar av strömriktarens komponenter.

Vid ett kommuterlngsförlopp innebärande en av resonanskretsen bistådd kommutering av fasströmmen ip, från ett släckbart halv- ledarelement hos en första strömventil 2, 3 till ett likriktarorgan hos en andra strömventil 3, 2 kan styrinrättningen 24 vara anord- nad att avge: - en tändsignal till hjälpventilen 18 vid en första tidpunkt f", som ges av formeln där :ds är den uppskattade tidsfördröjningen från det att tändsig- nalen avges från styrinrättningen 24 till det att tändningen av av- sedd halvledarkomponent hos hjälpventilen 18 verkställs, - en släcksignal till den första strömventilen vid eller före en andra tidpunkt z", som ges av formeln 0 1 tnz = t" ' ET!! ' tai: där rd, är den uppskattade tidsfördröjningen från det att släcksig- nalen avges från styrinrättningen 24 till det att släckningen av halvledarelementet hos den första hjälpventilen verkställs, - en tändsignal till den andra strömventilen vid en tredje tidpunkt i", som ges av formeln . 1 tu: _' t” + ïT/l ' tas där rd, är den uppskattade tidsfördröjningen från det att tändsig- nalen avges från styrinrättningen 24 till det att tändningen av halvledarelementet hos den andra strömventilen verkställs, samt .l-»n 10 15 20 25 30 35 n I ø . no n 523 487 | ø o I | o I ,, - - Q . - u \ n ø nu 2°3 - en släcksignal till hjälpventilen 18 vid eller efter en fjärde tid- punkt z,,,, som ges av formeln _ . 1 tm _ tv + :Tu " [de där :dö är den uppskattade tidsfördröjningen från det att släcksig- nalen avges från styrinrättningen 24 till det att släckningen av avsedd halvledarkomponent hos hjälpventilen 18 verkställs.

För den händelse att 1,” är större än eller lika med rd, kan natur- ligtvis styrinrättningen 24 vara anordnad att avge släcksignalen till den första strömventilen samtidigt med tändsignalen till hjälp- ventilen. På samma sätt kan styrinrättningen 24 vara anordnad att avge släcksignalen till hjälpventilen samtidigt med tändsigna- len till den andra strömventilen i det fall att :dö är större än eller lika med 145. l de ovan angivna formlerna för z,,,, rm, f", och 1,” är T,, varaktig- heten hos det aktuella kommuteringsförloppet, företrädesvis upp- skattad enligt tidigare angivna formel.

För ökad noggrannhet hos styrningen kan det vara lämpligt att även ta efterledningen hos den första strömventilens halvledar- element och/eller effektförlusterna i resonanskretsen och/eller ojämnheter i spänningsfördelningen mellan mellanledskonden- satorerna i beaktande och justera beräkningen av varaktigheten T,, och därmed beräkningarna av tidpunkterna z,,,, rm, t", och r,,_, med hänsyn till dessa faktorer. Nämnda faktorers inverkan på kommuteringsförloppet fastställs lämpligen genom mätningar ut- förda på strömriktaren efter det att den monterats samman, vilka mätningar kan upprepas under strömriktarens livslängd för att kompensera för förändringar orsakade av degenereringar hos strömriktarens komponenter. ».»n| 10 15 20 25 30 35 c I u c nu :S23 487 2'4 Vid ett kommuteringsförlopp innebärande en av resonanskretsen bistådd kommutering av fasströmmen iph från ett likriktarorgan hos en första strömventil 2, 3 till ett släckbart halvledarelement hos en andra strömventil 3, 2 kan styrinrättningen 24 vara anord- nad att avge: - en tändsignal till hjälpventilen 18 vid en första tidpunkt r,,,, som ges av formeln -l fll 2 f!! där rd, är den uppskattade tidsfördröjningen från det att tändsig- nalen avges från styrinrättningen 24 till det att tändningen av av- sedd halvledarkomponent hos hjälpventilen 18 verkställs, - en släcksignal till den första strömventilen vid eller före en andra tidpunkt z,,,, som ges av formeln I 1 tm: = trf ' Tm ' :Tres ' tas där :ds är den uppskattade tidsfördröjningen från det att släcksig- nalen avges från styrinrättningen 24 till det att släckningen av halvledarelementet hos den första hjälpventilen verkställs, - en tändsignal till den andra strömventilen vid en tredje tidpunkt r,,,, som ges av formeln . 1 tills _ t» + 5 Tre: ' [49 där zdg är den uppskattade tldsfördröjningen från det att tändsig- nalen avges från styrinrättningen 24 till det att tändningen av halvledarelementet hos den andra strömventilen verkställs, samt - en släcksignal till hjälpventilen 18 vid eller efter en fjärde tid- punkt z,,,,, som ges av formeln 10 15 20 25 30 35 n n u ø ro a 523 487 25 . 1 tum = t” + 5 Tre; + Tur' tum där rm är den uppskattade tidsfördröjningen från det att släck- signalen avges från styrinrättningen 24 till det att släckningen av avsedd halvledarkomponent hos hjälpventilen 18 verkställs.

För den händelse att :da är större än eller lika med rd, kan natur- ligtvis styrinrättningen 24 vara anordnad att avge släcksignalen till den första strömventilen samtidigt med tändsignalen till hjälp- ventilen. På samma sätt kan styrinrättningen 24 vara anordnad att avge släcksignalen till hjälpventilen samtidigt med tändsigna- len till den andra strömventilen i det fall att rm är större än eller lika med r”.

I de ovan angivna formlerna för r,,,,, rm, r,,,, och r,,,4 är TM varak- tigheten hos resonansperioden, TW varaktigheten hos uppramp- ningsperioden och TH, varaktigheten hos nedrampningsperioden, företrädesvis uppskattade enligt tidigare angivna formler.

För ökad noggrannhet hos styrningen kan det vara lämpligt att även ta efterledningen hos strömventilernas likriktarorgan och/eller effektförlusterna i resonanskretsen och/eller ojämnheter i spänningsfördelningen mellan mellanledskondensatorerna 7, 8 i beaktande och justera beräkningen av varaktlgheterna TW, T", och TM och därmed beräkningarna av tidpunkterna r,,,,, rm, r,,,3 och r,,,,, med hänsyn till dessa faktorer. Nämnda faktorers inver- kan på kommuteringsförloppet fastställs lämpligen genom mät- ningar utförda på strömriktaren efter det att den monterats sam- man, vilka mätningar kan upprepas under strömriktarens livs- längd för att kompensera för förändringar orsakade av degenere- ringar hos strömriktarens komponenter.

De ovan angivna tidsfördröjningarna rd,-r,,,0 kan vara funktioner av olika variabler, främst fasströmmen. Tidsfördröjningarna rd,- rm vid olika värden på fasströmmen kan exempelvis fastställas »1111 10 15 20 25 30 o o | | no 525 487 26 genom mätningar utförda på strömriktaren efter det att den monterats samman. Dessa mätningar kan med fördel upprepas vid olika tillfällen under strömriktarens livslängd för att kompen- sera för förändringar hos nämnda tidsfördröjningar orsakade ex- empelvis av degenereringar hos strömriktarens komponenter.

Utgångspunkten för ovan angivna formler för fastställande av tid- punkterna z, är att den av modulatorn 30 angivna kommuterings- tidpunkten rf, skall komma att överensstämma med den ovan be- skrivna ekvivalenta övergångstidpunkten 1,, med erfordrad nog- grannhet.

Det inses att ovan beskrivna och i patentkraven angivna släck- ning respektive tändning av en strömventils släckbara halvledar- element avser den simultana släckningen respektive tändningen av en strömventils samtliga släckbara halvledarkomponenter 13 i de fall där respektive strömventil innefattar ett flertal seriekopp- lade kretsar 12 av tidigare beskriven typ. Likaledes inses det att ovan beskrivna och i patentkraven angivna släckning respektive tändning av en hjälpventils släckbara halvledarkomponent avser den simultana släckningen respektive tändningen av en hjälp- ventils samtliga spänningssatta respektive strömsatta släckbara halvledarkomponenter 20 i de fall där hjälpventilen 18 innefattar ett flertal seriekopplade uppsättningar 22 hjälpventilkretsar 19 av tidigare beskriven typ.

Uppfinningen är givetvis inte på något sätt begränsad till de ovan beskrivna föredragna utföringsformerna, utan en mängd möjlig- heter till modifikationer därav torde vara uppenbara för en fack- man på området, utan att denne för den skull avviker från uppfin- ningens grundtanke sådan denna definieras i bifogade patent- krav.

Claims (11)

10 15 20 25 30 35 523 :f_':j_I§_=-: " 27 PATENTKRAV

1. Förfarande för styrning av en VSC-strömriktare, vilken inne- fattar - en mellan två poler (4, 5), en positiv och en negativ, hos en Iikspänningssida hos strömriktaren anordnad seriekoppling av minst två strömventiler (2, 3), vilka strömventiler vardera innefattar ett släckbart halvledarelement och ett därmed an- tiparallellt kopplat likriktarorgan, varvid en växelspännings- fasledning (11) är ansluten till en mittpunkt (10), benämnd fasuttag, hos seriekopplingen mellan två strömventiler under uppdelande av seriekopplingen i två lika delar, - ett på strömriktarens Iikspänningssida anordnat mellanled innefattande åtminstone en mellanledskondensator (7, 8), - en resonanskrets (16) innefattande åtminstone ett kapaci- tivt organ (15), en induktor (17) och en med släckbara halv- ledarkomponenter försedd hjälpventil (18) för omladdning av nämnda kapacitiva organ (15) i samband med kommutering av fasströmmen, - en styrinrättning (24) för styrning avtändning och släckning av strömventilernas släckbara halvledarelement och hjälp- ventilens släckbara halvledarkomponenter, och - medel (31) för mätning av fasströmmen (iph), varvid nämnda tändning och släckning styrs av styrinrätt- ningen (24) i beroende av från en modulator (30) mottagna styrsignaler indikerande önskade tidpunkter (2,1) för kommute- ring, " kännetecknat därav, att styrinrättningen (24) vid verkstäl- lande av ett tilltänkt och av modulatorn (30) beordrat kommu- teringsförlopp avger styrsignaler till i kommuteringsförloppet deltagande strömventiler (2, 3) och hjälpventil (18), för tänd- ning eller släckning av dessa, vid tidpunkter (:,.) som fastställs med utgångspunkt från en av modulatorn (30) angiven önskad kommuteringstidpunkt (r,',) och en beräkningsalgoritm, vilken är baserad på kännedom om vilken inverkan de i strömrikta- ren ingående komponenterna har på det tilltänkta kommute- ringsförloppet, varvid nämnda beräkningsalgoritm utformas 10 15 20 25 30 med beaktande av villkoret att den önskade kommuteringstid- punkten (r,',) ska komma att sammanfalla med en ekvivalent övergàngstidpunkt (zu) för fasspänningen, vilken ekvivalenta övergàngstidpunkt (rn) ges av villkoret Ilf+tC juphmdr = 0 'Ir-te där up,,(z) är fasspänningen, 1,, är den ekvivalenta övergångs- tidpunkten och r, är så valt att förändringen hos fasspänningen (up,,(z)) under det tilltänkta kommuteringsförlop- pet ej påbörjats vid tidpunkten rW-zc och fullbordats vid tid- punkten r,,+rc. .

2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat därav, att värdet på mellanledsspänningen, värdet på fasströmmen (i,,,,), värdet på snubberkapacitansen (Cs) samt värdet på induktansen (L ) feå' hos resonanskretsen (16) tas i beaktande i nämnda beräk- ningsalgoritm. .

3. Förfarande enligt krav 2, kännetecknat därav, att värdet på induktansen (Lm) hos resonanskretsen (16) och/eller värdet på snubberkapacitansen (CS) fastställs genom mätningar ut- förda på strömriktaren. .

4. Förfarande enligt krav 3, kännetecknat därav, att mätningarna för fastställande av värdet på induktansen (LM) hos resonans- kretsen (16) och/eller värdet pà snubberkapacitansen (CS) ut- förs vid upprepade tillfällen under strömriktarens livslängd för att kompensera för förändringar hos dessa värden. .

5. Förfarande enligt krav 3, kännetecknat därav, att värdet på induktansen (LM) hos resonanskretsen (16) och/eller värdet på snubberkapacitansen (CS) uppdateras och justeras konti- nuerligt baserat på mätningar gjorda under tidigare kommute- ringsförlopp. 10 15 20 25 30 35 .u u.. . .. .. _, ,, !:::'.:::-:::---"-'.': ;'~ 1". -u- o - f-i SUG-I '.'- . . . ' ' "I'=;.. r._n n aíne a n g

6. Förfarande enligt något av kraven 2-5, kännetecknat därav, att värdet på spänningarna (um) över mellanledskondensato- rerna (7, 8) fastställs genom kontinuerliga mätningar.

7. Förfarande enligt något av kraven 2-6, kännetecknat därav, att variationen hos fasströmmen (iph) under det tilltänkta kom- muteringsförloppet tas i beaktande i nämnda beräkningsalgo- ritm.

8. Förfarande enligt krav 7, kännetecknat därav, att en linjär modell av den till fasuttaget anslutna lasten används för att beskriva fasströmmens variation under det tilltänkta kommute- ringsförloppet.

9. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat därav, att i beräkningsalgoritmen ingående parametervärden uppdateras och justeras kontinuerligt baserat på mätningar gjorda under tidigare kommuteringsförlopp.

10. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat därav, att strömriktaren utgörs av en ARCP-strömriktare, var- vid mellanledet innefattar en mellan de två polerna (4, 5) hos strömriktarens likspänningssida anordnad seriekoppling av minst två mellanledskondensatorer (7, 8), och resonanskret- sen (16) innefattar en mellan fasuttaget (10) och en mittpunkt (9) hos nämnda seriekoppling av mellanledskondensatorer (7, 8) anordnad seriekoppling av en induktor (17) och en hjälp- ventil (18), vilken hjälpventil (18) innefattar åtminstone två släckbara halvledarkomponenter (20) anordnade i motsatt po- laritet i förhållande till varandra, varvid resonanskretsen vidare innefattar kapacitiva organ (15) vilka vart och ett är kopplat i serie med nämnda induktor (17) och hjälpventil (18) och pa- rallellt med en av nämnda strömventiler (2, 3):

11. Förfarande enligt krav 10, kännetecknat därav, att vid ett kommuteringsförlopp innebärande en av resonanskretsen icke bistådd kommutering av fasströmmen (iph) från ett släckbart 10 15 20 25 30 30 halvledarelement hos en första strömventil (2, 3) till ett likrik- tarorgan hos en andra strömventil (3, 2) bringas styrinrätt- ningen att avge: - en släcksignal till den första strömventilen vid en första tid- punkt (rn) som ges av formeln tn=tfr'_T1'td1 2 där 1,, är nämnda första tidpunkt, rf, den önskande kommute- ringstidpunkten given av modulatorn (30), T, den uppskattade varaktigheten hos kommuteringsförloppet, och rd, den upp- skattade tidsfördröjningen från det att släcksignalen avges från styrinrättningen (24) till det att släckningen av halvleda- relementet hos den första strömventilen verkställs, samt - en tändsignal till den andra strömventilen vid eller efter en andra tidpunkt (rn) som ges av formeln . 1 t12_tu+ïT1'td2 där 1,2 är nämnda andra tidpunkt och rd, den uppskattade tidsfördröjningen från det att tändsignalen avges från styrin- rättningen (24) till det att tändningen av halvledarelementet hos den andra strömventilen verkställs. Förfarande enligt krav 11, kännetecknat därav, att T, ges av formeln där ip, är fasströmmen, C, snubberkapacitansen och U, spän- ningen över mellanledet. 5 10 15 20 25 30 35 525 487 31 Förfarande enligt krav 12, kännetecknat därav, att formeln för beräkning av T, justeras med hänsyn till efterledningen hos den första strömventilens halvledarelement. Förfarande enligt något av kraven 10-13, kännetecknat därav, att vid ett kommuteringsförlopp innebärande en av re- sonanskretsen bistådd kommutering av fasströmmen (iph) från ett släckbart halvledarelement hos en första strömventil (2 ,3) till ett likriktarorgan hos en andra strömventil (3, 2) bringas styrinrättningen (24) att avge: - en tändsignal till hjälpventilen (18) vid en första tidpunkt (rm) som ges av formeln där rm är nämnda första tidpunkt, rf, den önskande kommute- ringstidpunkten given av modulatorn (30), T,, den uppskattade varaktigheten hos kommuteringsförloppet, och rd, den upp- skattade tidsfördröjningen från det att tändsignalen avges från styrinrättningen (24) till det att tändningen av avsedd halvle- darkomponent hos hjälpventilen (18) verkställs, - en släcksignal till den första strömventilen vid eller före en andra tidpunkt (rm) som ges av formeln 1 tm = t; ' ET!! " td4 där f", är nämnda andra tidpunkt och rd, är den uppskattade tidsfördröjningen från det att släcksignalen avges från styrin- rättningen (24) till det att släckningen av halvledarelementet hos den första hjälpventilen verkställs, - en tändsignal till den andra strömventilen vid en tredje tid- punkt (zm) som ges av formeln 10 15 20 25 30 523 487 32 där r”, är nämnda tredje tidpunkt och rd, är den uppskattade tidsfördröjningen från det att tändsignalen avges från styrin- rättningen (24) till det att tändningen av halvledarelementet hos den andra strömventilen verkställs, samt - en släcksignal till hjälpventilen (18) vid eller efter en fjärde tidpunkt (z”4) som ges av formeln . 1 + ET” " tdø där z”4 är nämnda fjärde tidpunkt och :dö är den uppskattade tidsfördröjningen från det att släcksignalen avges från styrin- rättningen (24) till det att släckningen av avsedd halvledar- komponent hos hjälpventilen verkställs. Förfarande enligt krav 14, kännetecknat därav, att T” ges av formeln 2Z -i T” = -l- zr-Zarctan -o-I-ph-l wo Ud där i” är fasströmmen, U” spänningen över mellanledet, w = -1-- och Z = Lf", varvid C är snubberkapacitan- 0 L 0 C x sen och LM är induktansen hos resonanskretsen (16). res s 1' Förfarande enligt krav 15, kännetecknat därav, att formeln för beräkning av T” justeras med hänsyn till efterledningen hos den första strömventilens halvledarelement och/eller ef- fektförlusterna i resonanskretsen och/eller ojämnheter i spän- ningsfördelningen mellan mellanledskondensatorerna (7, 8). 10 15 20 25 30 523 487 o v c n u: 33 Förfarande enligt något av kraven 10-16, kännetecknat därav, att vid ett kommuteringsförlopp innebärande en av re- sonanskretsen bistàdd kommutering av fasströmmen (flm) från ett likriktarorgan hos en första strömventil (2, 3) till ett släck- bart halvledarelement hos en andra strömventil (3, 2) bringas styrinrättningen (24) att avge: - en tändsignal till hjälpventilen (18) vid en första tidpunkt (r,,,,) som ges av formeln där r,,,, är nämnda första tidpunkt, rf, den önskande kommute- ringstidpunkten given av modulatorn (30), 22,: den uppskat- tade varaktigheten hos resonansperioden, TW den uppskat- tade varaktigheten hos upprampningsperioden och t), den uppskattade tidsfördröjningen från det att tändsignalen avges från styrinrättningen (24) till det att tändningen av avsedd halvledarkomponent hos hjälpventilen verkställs, - en släcksignal till den första strömventilen vid eller före en andra tidpunkt (rm) som ges av formeln där rm är nämnda andra tidpunkt och :ds är den uppskattade tidsfördröjningen från det att släcksignalen avges från styrin- rättningen 24 till det att släckningen av halvledarelementet hos den första hjälpventilen verkställs, - en tändsignal till den andra strömventilen vid en tredje tid- punkt (z,,,,) som ges av formeln Û _ 1 tm: _ fr, + :Tres ' tas 10 15 20 25 30 35 523 487 34 där rm, är nämnda tredje tidpunkt och 4,9 den uppskattade tidsfördröjningen från det att tändsignalen avges från styrin- rättningen (24) till det att tändningen av halvledarelementet hos den andra strömventilen verkställs, samt - en släcksignal till hjälpventiien (18) vid eller efter en fjärde tidpunkt (rm) som ges av formeln . 1 tur-z = t» + ET + T ' tdio TEI I' där rm är nämnda fjärde tidpunkt, T", den uppskattade varak- tigheten hos nedrampningsperioden och rm den uppskattade tidsfördröjningen från det att släcksignalen avges från styrin- rättningen (24) till det att släckningen av avsedd halvledar- komponent hos hjälpventilen verkställs. Förfarande enligt krav 17, kännetecknat därav, att: T", ges av formeln där L", är induktansen hos resonanskretsen (16), im fas- strömmen, ud, spänningen mellan en första av polerna (4, 5) och mellanledets mittpunkt (9) vid kommutering av fasström- men från en strömventil (2, 3) anordnad mellan nämnda första pol (4, 5) och fasuttaget (10) till en strömventil (3, 2) anordnad mellan den andra polen (5, 4) och fasuttaget (10), medan ud, är spänningen mellan den andra polen (5, 4) och mellanledets mittpunkt (9) vid kommutering av fasströmmen från en ström- ventil (3, 2) anordnad mellan den andra polen (5, 4) och fas- uttaget (10) till en strömventil (2, 3) anordnad mellan den för- sta polen (4, 5) och fasuttaget (10), 10 15 20 25 30 1523 487 35 TN, ges av formeln där u), är spänningen mellan den andra polen (5, 4) och mel- lanledets mittpunkt (9) vid kommutering av fasströmmen från en strömventil (2, 3) anordnad mellan den första polen (4, 5) och fasuttaget (10) till en strömventil (3, 2) anordnad mellan den andra polen (5, 4) och fasuttaget (10), medan udj. är spän- ningen mellan den första polen (4, 5) och mellanledets mitt- punkt (9) vid kommutering av fasströmmen från en strömventil (3, 2) anordnad mellan den andra polen (5, 4) och fasuttaget (10) till en strömventil (2, 3) anordnad mellan den första polen (4, 5) och fasuttaget (10), och TW ges av formeln där wo = Förfarande enligt krav 18, kännetecknat därav, att formeln för beräkning av Tm justeras med hänsyn till efterledningen hos strömventilernas likriktarorgan och/eller effektförlusterna i resonanskretsen och/eller ojämnheter i spänningsfördelningen mellan mellanledskondensatorerna (7, 8). Förfarande enligt något av kraven 11-19, kännetecknat därav, att respektive tidsfördröjning (zu-rdw) uppskattas med ledning av ett uppmätt värde på fasströmmen"(ip,,). Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat därav, att styrinrättningen (24) mottager de styrsignaler som 523 487 36 indikerar önskade kommuteringstidpunkter (1,1) från en PWM- modulator.