SE524384C2 - Anläggning för överföring av elektrisk effekt - Google Patents

Description

-..1 n, 10 15 20 25 30 35 - Q - . u. 524 334 ningsstyvt likspänningsnät för högspänd likström och därtill anslutna växelspänningsnät erbjuder flera betydande fördelar i förhållande till användande av nätkommuterade CSC-er i HVDC, och det är ett önskemål att finna användningsområden som hittills endast finns teoretiskt beskriven i ovannämnda avhandling, vilka för denna helt nya typ av anläggning, utnyttjar de speciella fördelar som en sådan anläggning erbjuder i förhållande till andra tidigare kända anlägg- ningar för överföring av elektrisk effekt.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en anläggning av inledningsvis definierat slag, vilken tillgo- doser det just deklarerade önskemålet.

Detta syfte uppnås enligt uppfinningen genom att hos en sådan anläggning växelspänningsnätet är ett svagt växelspän- ningsnät och/eller ett nät utan egen generering, och att en stor del av en till växelspänningsnätet ansluten last består av en eller flera elektriska motorer.

Genom insikten att hos denna typ av anläggning det är möj- ligt att mata ett svagt växelspänningsnät eller ett nät utan någon egen generering (ett dött växelspänningsnät), och att denna egenskap med fördel kan kombineras med möjligheten att hos en sådan anläggning styra flödet av aktiv och reaktiv effekt oberoende av varandra, har en anläggning kunnat tillhandahållas, vilken innebär ett helt nytt användnings- område för överföring av elektrisk effekt i ett likspän- ningsnät för högspänd likström och som löser betydande problem som tidigare kända koncept inom detta användnings- område brottats med. Vid utnyttjande av högspänd likström för matning till ett växelspänningsnät med nätkommuterade CSC-er har det varit tvunget att växelspänningsnätet är försett med en egen generering, vilket exempelvis i fallet q-u o »nu »za-n 10 15 20 25 30 35 o u n ~ | - . ø a » oo 524 3-94 av matande av elektriska motorer på en offshore-plattform innebär ett krav på att det finns ett lokalt nät på platt- formen. Detta innebär i sin tur krav på förekomsten av någon kostsam dieselmotor eller dylikt för drivande av detta lokala nät. uppfinningen i ett sådant fall kan man klara sig utan något Genom utnyttjande av en anläggning enligt sådant lokalt nät med egen generering och sådan dieselmotor, Dessutom innebär möjligheten effekt anläggningen kan drivas likt en SVC (Static Var Controller), gasturbin eller dylikt därför. att reglera aktiv och reaktiv separat att vilket är av betydande fördel vid effektöverföring till en elektrisk effektströmmen därtill dominerar kraftigt, men sedan den motor, då vid startande därav den reaktiva aktiva effekten som lasten drar kommer att dominera.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen innefat- tar anläggningen åtminstone en ytterligare till likspän- ningsnätet ansluten station med ett därtill anslutet ytter- ligare växelspänningsnät, det ytterligare växelspännings- nätet är ett elektrisk effekt genererande växelspänningsnät, och likspänningsnätet sträcker sig en i elkraftsöverförings- sammanhang lång sträcka utan något elektrisk effekt gene- därtill till nämnda En sådan anläggning är rerande växelspänningsnät anslutet avlägset belägna första' station. fördelaktig, då den undviker utnyttjande av ett lokalt nät som genererar elektrisk effekt till elektriska motorer belägna på elektriskt avlägsna platser, där det av olika anledningar skulle vara komplicerat och förenat med höga kostnader att anordna sådana lokala nät.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är den första stationen anordnad på en offshore-plattform.

Därvid skulle effektöverföringen via likspänningsnätet kunna ske från en annan plattform eller från land, och hos en sådan plattform finns förhållandevis hög effekt förbrukande elektriska motorer som hittills krävt lokala nät för driv- up» . uno» m1;- 10 15 20 25 30 35 u o - ~ . o ~ o o | en 524 384 - n o « »- ning därav, vilket medfört betydande kostnader, i synnerhet genom den avlägsna och isolerade lokaliseringen av en sådan plattform.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är den första stationen anordnad i samband med en gruva. Även drifts- tiden därav är i tiden begränsad och hela utrustningen har att flyttas från ett ställe till ett annat och denna drift utnyttjar ofta förhållandevis hög effekt förbrukande elek- triska motorer, varför fördelarna med en anläggning enligt gruvor är ofta avlägset och isolerat lokaliserade, denna utföringsform är desamma som hos den närmast ovan beskrivna utföringsformen.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är anslutet till nämnda första station förbundet med åtminstone en förhållandevis hög effekt och anläggningen innefattar växelspänningsnätet förbrukande elektrisk motor, organ utformade att möjliggöra matning av elektrisk effekt från likspänningsnätet till andra laster parallellt med matningen till nämnda motor. Härigenom blir det möjligt att utnyttja anläggningen även för drivande av annan elektrisk i fallet av offshore-plattformar både där befintliga motorer kan drivas och i övrigt elektrisk effekt kan tillhandahållas på platt- formen genom anläggningen. utrustning än motorer, så att exempelvis Enligt en annan föredragen utföringsfonm av uppfinningen, vilken utgör en vidareutveckling av sistnämnda utförings- form, innefattar anläggningen medel anordnade att koppla bort nämnda parallellt matade andra laster från energiför- sörjningen från likspänningsnätet under start av nämnda motor. Härigenom uppnås att andra delar av anläggningen med andra laster inte störs under de extrema förhållanden med kraftig strömrusning som oftast råder under uppstart av en stor motor. f enn. ».p«n 10 15 20 25 30 35 - ø - ø q . ø u ~ o u; .

- - . « -- Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen in- nefattar nämnda organ åtminstone en andra VSC-strömriktare ansluten till likspänningsnätet och anordnad att leverera elektrisk effekt till andra laster än nämnda förhållandevis hög effekt förbrukande elektriska motor. Härigenom låter sig andra laster matas parallellt med matningen till nämnda motor via anläggningen under möjlighet till nedbringande av påverkan av denna matning av en start av nämnda motor.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är det åtminstone en asynkronmotor som är ansluten till det till nämnda första station anslutna växelspänningsnätet. En sådan motor kräver en mycket stor ström vid start under i storleksordningen 20-30 sekunder på grund av den förekom- mande eftersläpningen, och fördelen med att kunna separat reglera överföring av aktiv och reaktiv effekt till nämnda växelspänningsnät är speciellt stora vid matning av en sådan mOtOI' .

Ytterligare fördelar med samt fördelaktiga särdrag hos upp- finningen kommer att framgå av den efterföljande beskriv- ningen samt övriga osjälvständiga patentkrav.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGEN Här nedan beskrivs såsom exempel anförda föredragna ut- föringsformer av uppfinningen under hänvisning till bifogade ritning, på vilken: Figur 1 är ett mycket schematiskt blockschema illustre- rande de grundläggande egenskaperna hos en anlägg- ning enligt en första föredragen utföringsform av uppfinningen, och v nn- »>»n| 10 15 20 25 30 35 » Q o a | n n o ø o en 524 384 Figur 2 är en figur 1 motsvarande vy av en anläggning enligt en andra föredragen utföringsform av upp- finningen .

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER AV UPPFINNINGEN I figur 1 illustreras mycket schematiskt och förenklat upp- byggnaden hos en anläggning för överföring av elektrisk effekt enligt uppfinningen, varvid endast de olika komponen- ter som har direkt med den uppfinningsenliga funktionen att göra tagits med på ritningen för underlättande av förståel- sen av uppfinningen. ningsnät 1 för högspänd likström (HVDC = High Voltage Direct Current) med två polledare 2, Anläggningen innefattar ett likspän- 3 och utmed detta anordnade stationer 4, 5 för överförande av elektrisk effekt mellan likspänningsnätet och ett till respektive station anslutet växelspänningsnät. Därvid är ett till en första 5 av statio- nerna anslutet växelspänningsnät 6 avsett att vara ett så kallat dött nät utan någon egen generering och är anslutet till en elektrisk motor 7, flera sådana motorer, som förmår förbruka förhållandevis hög effekt. Till den andra stationen 4 är ett växelspänningsnät 8, vilket uppvisar generatorer av elektrisk effekt för såsom en asynkronmotor, eller matning av sådan in mot likspänningsnätet, anslutet. Respek- tive station innefattar åtminstone en VSC-strömriktare 9, 10 anordnad att omvandla likspänning till växelspänning och vice versa. Det är emellertid möjligt att respektive station ett flertal sammanfattas i föreliggande fall genom en enda ruta. dessa VSC- strömriktaren innefattar på konventionellt sätt så kallade innefattar sådana strömriktare, men strömventiler, vilka består av grenar med seriekopplade tänd- och släckbara brytare, företrädesvis i form av IGBT- er, och därmed antiparallellt kopplade dioder. Därvid kan ett stort antal IGBT-er vara seriekopplade hos en enda ventil för att tändas och släckas simultant för att fungera 10 15 20 25 30 35 u n n a en n u . - - f f. som en enda brytare, varigenom spänningen över ventilen delas upp på de olika seriekopplade brytarna. Styrningen av brytarna sker genom pulsbreddsmodulering (PWM). Stationerna innefattar vidare en schematiskt antydd inrättning JJ. för att åstadkomma nämnda modulering (en sådan inrättning är endast inritad för styrande av respektive strömriktare för den första stationen 5, men finns för samtliga stationer hos anläggningen).

Det är vidare tänkt att avståndet mellan stationerna 4 och 5 så att stationen 5 befinner sig på en elektriskt avlägsen plats, är j. elkraftsöverföringssammanhang relativt stort, såsom exempelvis på en offshore-plattform, vid en gruva eller på öar, där separata nät krävs. Avståndet mellan stationerna kan vara relativt kort i km men ändå elektriskt långt genom själva lokaliseringen.

Vidare kan och uppvisar här anläggningen en ytterligare VSC- strömriktare 12 ansluten till likspänningsnätet och anordnad att leverera elektrisk effekt till andra laster än nämnda motorer parallellt med matningen till dessa, varvid det är möjligt att denna strömriktare är anordnad i anslutning till stationen 5. Genom en brytare 13 är det meningen att motorn 7 kan separeras från strömriktaren när den inte är i drift och då matning endast ske till en parallellt med motorn ansluten last 14. Tack vare naturen hos en VSC-strömriktare låter sig via inrättningen ll till motorn 7 tillförd aktiv och reaktiv effekt styras separat genom lämpliga styrpulser till strömriktaren, så att en kraftig reaktiv effektström kan alstras vid starten och sedan överföring av aktiv effekt Således kan strömriktaren hos den första stationen som en SVC genom att kan dominera. inrättningen ll styra ge för detta ändamål avvägda reaktiva effektorder till den.

Anläggningen enligt den i figur 2 illustrerade utföringsfor- men skiljer sig från den enligt figur 1 endast genom att här > n.- »»>|p 10 15 20 524 384 strömriktaren 10 hos den första stationen 5 är fast kopplad till endast motorn 7 för separat drift därav utan några till strömriktaren anslutna laster.

Uppfinningen är givetvis inte på något sätt begränsad till de ovan beskrivna föredragna utföringsformerna, utan en mängd möjligheter till modifikationer därav torde vara uppenbara för en fackman på området, utan att denna för den skull avviker från uppfinningens grundtanke.

Exempelvis skulle antalet antalet parallellt kopplade laster och. dylikt kunna varieras godtyckligt. I stationer, figurerna visas en extra strömriktare inkopplad parallellt med den strömriktane till vilken motorn är ansluten, skulle strömriktare eller ha fler än en sådan. men anläggningen kunna sakna sådan parallellkopplad Här påpekas även att patentkravsdefinitionen "växelspän- ningsnät" är att ge en vid betydelse, och därmed inbegripes även en kortare anslutningsledning mellan en motor och en strömriktare för överföring av växelspänning utan att det i dess traditionella be- därvid rör sig om något "nät" tydelse.

Claims (7)

10 15 20 25 30 35 01 f* J Ja. (JJ C I) .Ls Patentkrav

1. Anläggning för överföring av elektrisk effekt till en el- ler flera elektriska motorer anordnade pa ett i elkraftsöver- föringssammanhang långt avstånd från ett elektrisk effekt genererande växelspänningsnät genom att vara anordnad (-e) på en offshore-plattform, på en ö eller vid en gruva, känneteck- nad cürav, att ckni innefattar ett likspänningsnät (l) för (HVDC) åtminstone ett därtill via en första station (5) högspänd likström som överbryggar nämnda avstånd och anslutet, egen generering saknande växelspänningsnät (6), att stationen är anordnad att åstadkomma överföring' av elektrisk effekt mellan likspänningsnätet och sistnämnda växelspänningsnät och (10) omvandla likspänning till växelspänning och vice versa och en (ll) del av en till nämnda, innefattar åtminstone en VSC-strömriktare anordnad att inrättning för styrande av strömriktaren, att en stor egen generering saknande växelspän- ningsnät ansluten last består av nämnda elektriska motor (- er), och att anläggningen dessutom innefattar åtminstone en ytterligare till likspänningsnätet (1) ansluten station (4) med ett därtill anslutet ytterligare växelspänningsnät (8), vilket är ett elektriskt effekt genererande växelspännings- nät. att växel-

2. Anläggning enligt krav 1, kännetecknad därav, spänningsnätet (6) anslutet till nämnda första station (5) är förbundet med åtminstone en förhållandevis hög effekt förbru- (7), organ (12) utformade att möjliggöra matning av elektrisk ef- kande elektrisk motor och att anläggningen innefattar fekt från likspänningsnätet till andra laster parallellt med mätningen till nämnda motor.

3. Anläggning enligt krav 2, kännetecknad därav, att den in- (13) lellt matade andra laster från energiförsörjning från lik- nefattar medel anordnade att koppla bort nämnda paral- spänningsnätet (l) under start av nämnda motor (7). 10 15 20 LH BJ fif' (Al Co 4> 10

4. Anläggning enligt något av kraven l-3, kännetecknad därav, (10) fast ansluten till åtminstone en förhållandevis hög effekt att nämnda strömriktare hos den forsta stationen (5) är förbrukande elektrisk motor (7). att nämnda (12) ansluten till likspänningsnätet (1) och anordnad att leverera

5. Anläggning enligt krav 2, kânnetecknad därav, organ innefattar åtminstone en, andra VSC-strömriktare elektrisk effekt till andra laster än nämnda förhållandevis hög effekt förbrukande elektriska motor (7).

6. Anläggning enligt något av kraven l-5, kännetecknad därav, att det är åtminstone en asynkronmotor (7) som är ansluten till det till nämnda första station (5) ningsnätet (6). anslutna växelspän-

7. Anläggning enligt något av kraven l-6, kännetecknad därav, (ll) hos den första stationen (5) att nämnda inrättning (10) att ge för detta ändamål avvägda reaktiva effektorder där- till. är anordnad att styra VSC-ström- riktaren som en SVC genom