Brevet FR2335088A1 — publié le 19770708

L'invention, due à Viktor Ivanovich EMELYANOV, Khain Shlemouich GROIS, et Dimitry Evgenievich KADOMSKY, concerne le domaine du transport d'énergie entre les réseaux alternatifs ayant les fréquences différentes, et plus précisément, des dispositifs redresseurs-onduleurs d'une sous-station de conversion L'augmentation de la puissance des systèmes énergétiques conduit à une large application du transport de l'énergie entre les réseaux alternatifs à fréquence différant l'une de l'autre, à fonctionnement ncul synchronisé, cela permettant de résoudre les problèmes d'amélioration de la stabilité des systèmes à inter- connecter, de limitation des courants de court-circuit et d'é- change d'énergie commerciale entre les systèmes à fréquences dif- ferventes. Le procédé le plus en usage, du transfert d'énergie entre les réseaux ayant les fréquences différentes, est lie à l'u- tilisation des sous-stations de couversion comprenant un seul on plusieurs dispositifs redresseurs-onduleurs. Chaque dispositif redresseur-onduleur comprend une seule paire redresseur-enduleur ou davantage, ces unités étant branchées en serie dans un circuit à courant continu commun, de sorte que lesdits redres- seurs et onduleurs s'alternent. On connaît des sous-stations de conversion en fonctionnement, comprenant une seule ou un certain nombre de dispositifs redresseurs-onduleurs de cette destination, par exemple, Sukama (Japon) (voir Direct Current, vol. 7, N2, Febr., 1962) ou El River (Canada). II existe, dans chaque dispositif redresseur-onduleur des sous-stations de conversion mentionnées ci-dessus, une connexion directe à la terre de l'un des points du circuit à courant continu. Le procédé de mise à la terre, du circuit à courant continu dans un dispositif redresseur-onduleur, présente les inconvé- nients ci-après - en cas de panne accompagnée d'une mise à la terre acci- dentelle d'un quelconque des éléments dans le circuit à courant continu (par exemple, par suite d'un claquage ou d'un contournement de l'isolation) on voit surgir un court-circuit provoquant la circulation de courants élevés dans les transformateurs et dans une ou plusieurs valves - en régimes normaux, une tension redressée totale est appliquée à l'isolation par rapport à la masse du dispositif redresseur-onduleur, alors qu'à l'isolation, par rapport à la masse, des enroulements à valves connectées des transformateurs, est appliquée une partie considérable de la tension redressée ; - en raison de l'absence de symétrie du schéma, les valves faisant partie des groupes d'anodes et de cathodes de chaque convertisseur-redresseur ou de chaque convertisseur- onduleur se trouvent dans des conditions différentes quant au potentiel par rapport à la masse et aux caractéristiques des phénomènes oscilla toires accompagnant l'allumage et l'extinction de ces valves. Les particularités qu'on vient de décrire, inhérentes aux montages à mise à la terre directe dans le circuit à courant continu, sont d'importance particulière en cas d'application des valves à semi-conducteurs, car la nécessité de choisir leurs caractéristiques, en tenant compte de grands courants accidentels et d'effets de surtension au cours de l'allumage et de l'extinction, rend plus compliquée leur construction, cela se ré flétant notablement sur le prix de revient des valves et d'une sous-station dans son ensemble. Le but de l'invention est de mettre au point un dispositif redresseur-onduleur où seront considérablement réduites les tensions influençant l'isolation principale de l'équipement au cours aussi bien d'un régime normal, que des phénomènes transi toires, et où sera évitee la circulation de grands courants de panne dans les transformateurs et les valves en cas d'une mise à la terre accidentelle de n'importe quel point du circuit à courant continu Le problème posé est résolu comme suit.On propose un dispositif redresseur-onduleur d'une sous-station de conversion pour transmettre 1'énergie entre les réseaux alternatifs ayant les fréquences différant l'une de l'autre, lequel dispositif comprend une seule paire redressenr-onduleur ou davantage, branchée en série dans un circuit à courant continu commun, de sorte que les redresseurs et les onduleurs s'alternet, ledit dispositif étant caractérisé en ce que Les pAles au moins d'un seul redresseur ou onduleur sont reliés à une mise à la masse de protection par l'intermédiaire des éléments résistance-ca opacité. En connectant les éléments du circuit à courant continu du dispositif redresseur-onduleur sur une mise à la terre de protection à travers des éléments résistance-capacité, on trans forme le circuit à courant continu en un système privé d'une mise à la terre directe L'absence d'une aise à la terre directe dans le circuit à courant continu évite la possibilité d'apparition d'un circuit fermé à faible résistance en cas de court-circuit à la terre à n'importe quel endroit du circuit à courant continu. Les schémas de connexion des éléments résistance-capacité sont choisis de façon que ces éléments présentent une haute résistance pour le courant de court-circuit, lorsqu'un court-cir- cuit à la terre apparait à n'importe quel endroit dans le cir- cuit à courant continu. Pour une large gamme de fréquences, les paramètres des éléments résistance-capacité sont à choisir de manière à obtenir sur les pôles de chaque convertisseur une tension gale en valeur et de signe opposé par rapport à la masse. Cela réduit de deux fois la valeur de la tension de l'isolation relativerent à la aasse pour chaque pôle de tous les convertisseurs (par comparaison avec les dispositifs connus) et évite (ou réduit) la composante continue de la tension à l'isolation par rapport à la aasse des enroulements des valves de transformateurs. En assurant la répartition de la tension seulement dans le domaine de basses fréquences et pour la composante continue, la connexion des pôles d'un convertisseur sur une mise à la terre de protection par l'intermédiaire des élements résistance-ca- pacité peut être réalisée dans un au moins des redresseurs on onduleurs faisant partie du circuit à courant continu commun. On va ci-après décrire en détail un exemple de mise en oeuvre d'un dispositif redressur-onduleur d'une sous-station de conversion destinée à transmettre l'énergie entre des réseaux alternatifs ayant les fréquences différant l'une de l'autre, en se référant aux dessins, dans lesquels la fig. 1 est le schéma de principe d'un dispositif redresseur-onduleur d'une sous-station de conversion, selon l'invention ; la fig. 2 représente un dispositif redresseur-onduleur selon l'invention, comprenant une seule paire redresseur-ondu leur à douze phases;; les fig. 3, 4, 5, 6, 7 représentent les variantes les plus avantageuses des schémas de connexion des éléments résistance-capacité L'essentiel de l'invention est expliqué par l'exemple d'une sous-station de conversion ou sont montrées des barres t, 2 (fig. t) appartenant aux réseaux alternatif s à fréquences diffé- rentes. Aux barres t, 2 sont reliés, par l'intermédiaire des transformateurs d'alimentation 3, 4 des convertisseurs-redresseurs 5 et des convertisseurs-onduleurs 6.Comme convertisseursredresseurs 5 et onduleurs 6, on peut utiliser n'importe quel circuit de conversion à valves (tels que, par exemple, en pont à six phases ou à douze phases; Chaque transformateur 3,4 peut être réalisé sous forme d'une seule ou de plusieurs unités. Les convertisseurs-redresseurs 5 et onduleurs 6 sont branchés en série dans un circuit à courant continu 7 comprenant une inductance d'atténuation équivalente 8, qui peut se présenter comme une seule ou plusieurs bobines de réactance. Le circuit à courant continu 7 du dispositif redresseuronduleur de la fig. t peut comprendre seulement un nombre entier de paires (une seule ou davantage) de conuertisseurs-redresseurs 5 et onduleurs 6 connectés en série Selon l'invention, les pâles des convertisseurs-redres- seurs 5 et onduleurs 6 sont reliés à une mise à la terre de protection 9 à travers des éléments résistance-capacité 10. Les éléments résistance-capacité 10 présentent une haute résistance pour le courant de court-circuit à la terre surgissant dans n'importe quel point du circuit à courant continu, et sont choisis, pour une large gamme de fréquences, de façon à obtenir sur les pôles de chaque convertisseur 5, 6, des potentiels par rapport à la masse égale en valeur et de signa opposé. Cela réduit de deux fois les valeurs de potentiel par rapport å la masse de l'isolation de chaque pôle du convertisseur-redresseur 5 et onduleur 6 (par comparaison avec les dispositifs connus), et élimine ou réduit la composante continue de la tension par rapport à la masse de l'isolation des enroulements liés aux valves des transformateurs 3,4. En assurant la répartition de la tension seulement dans le domaine des basses fréquences et de la composante continue, il est suffisant de cpnnecter les éléments la sur un convertisseur 5 ou 6 au moins. La fig. 2 représente, en tant qu'exemple, un dispositif redresseur-onduleur comprenant une seule paire de convertisseurs (redresseur 5 onduleur 6), chacun des convertisseurs 5, 6 étant réalisé suivant le schéma à douze phases flans ce schéma, il est, en principe, suffisant de connecter les éléments ta sur les pôles d'un seul convertisseur (5 ou 6) Il est cependant avantageux de connecter quatre éléments résistance-capacité ta suivant le schéma de la fig. 2, car une asymétrie de tensions apparaissant au moment d'un défaut de l'un des éléments résistance-capacité 10 présente alors un danger plus petit pour l'équipement, et peut être également supprimé, en débranchant l'un des éléments résistance-capacité 10 du deuxième pôle. Il est possible de prévoir diverses modifications des schémas des éléments résistance-capacité 10. Ainsi, la fig. S repré- sente un élément ta sous forme d'une résistance 11, la fig. 4 sous forme d'un circuit composé d'une résistance 12 et d'un condensateur 13, les fig. 5 et 6 représentent des variantes de branchement des résistances Il et 12 et du condensateur 13 dans l'élément résistance-capacité 10. La valeur deX résistances 11 est choisie telle que, indé- pendamment d'une dispersion de valeurs des courants de fuite dans l'isolation de l'équipement de divers pôles, ce qui est éventuel au cours da service, les courants dans les résistances soient de terminants, ce qui assure la répartition choisie de la tension continue des pôles par rapport à la masse en régimes permanents. Comme résistance 11, an peut utiliser des éléments aussi bien linéaires, que non-linéaires tels que par exemple, des res sistances VDR, des disques de tervite et des appareils à semi- conducteurs à effet d'avalanche contrôlé (stanilisateurs de tension En utilisant les éléments 10 sous forme de circuits composés de résistances et de condensateurs, les capacités des condensateurs 13 sont choisies telles qu'elles dépassent celles des capacités intrinsèques du montage.Les composantes BF transitoires des tensions (apparaissant entre les pâles en présence des phénamènes oscillatoires BF, par suite de commutations accidentelles ou d'un défaut de la commutation normale des valves d'un pont) se trouvent alors symétriques par rapport à la masse. La valeur des résistances 12 est cnoisie de manière à assurer un amortissement des oscillations HF dans les circuits comprenant des capacités équivalentes pôle-pôle et pôle-masse. Une différence considérable entre les valeurs des résistances tt et 12 (la valeur de la résistance 11 est grande comparative- ment à celle de la résistance 12) permet de réaliser l'élément 10 en variantes des fig. 5 et 6. Dans des cas particuliers, il peut s'avérer avantageux de modifier le schéma selon la fig. 7, de préférence dans les installations à une tension redressée basse. La présente invention permet de rendre moins sévères les exigences à imposer à l'équipement d'une sous-station de conversion, ainsi que de réduire son prix de revient. Cela devient possible gracie aux faits ci-dessous - on évite l'apparition de grands courants accidentels dans l'équipement (valves, transformateurs d'alimentation) lors d'un contournement ou d'un claquage de l'isolation par rapport à la terre du côte au courant continu ; - on supprime la composante continue de tension applicable aux enroulements de transformateurs allant aux valves ; - les tensions maximales influençant l'isolation principale de l'équipement de conversion en régimes normaux et en cas de phénomènes transitoires baissent de deux fois. Comme dans le dispositif redresseur-onduleur proposé, un court-circuit à la terre dans n'importe quel point du circuit à courant continu n' amène ni circulation d'un courant accidentel, ni défaut de fonctionnement des ponts ; on rend possible une simplification notable du système de protection de l'équipement contre les surtensions et l'application des éclateurs sans résistance de limitation de courant et sans dispositifs spécialement conçus pour supprimer le courant de suite. Le schéma de sous-station de conversion proposé est surtout efficace en cas d'utilisation des dispositifs redresseurs-onduleurs à valves à semi-conducteurs. Il est très important, pour de telles valves, que dans le schéma décrit équipé d'un système de protection contre les courts-circuits unipolai- res à la terre, l'apparition des courants de court-circuit surélevés (par court-circuit à la terre simultané des deux pâles d'un convertisseur) est si peu probable, que ce cas ne doit pas être celui du calcul. Une réduction des tensions influençant les structures isolantes des valves rend plus efficace la commande des valves à partir du potentiel de la masse.L'élimination d'une décharge directe à la terre des capacités propres liées aux enroulements de transformateurs allant aux valves contribue à une diminution de l'amplitude des courants de décharge à l'allumage des valves, et la symétrie des circuits oscillatoires Usure des courbes identiques de la tension se rétablissant aux valves, ce qui rend moins sévères les exigences à imposer aux valves, cela permettant de simplifier la construction de celle-ci et de diminuer leur prix de revient Comme il va de soi, et corme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précede, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réa- lisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement en visagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATION Dispositif redresseur-ouduleur d'une sous-station de conversion de lignes de transport d'énergie entre réseaux al ternatifs ayant des fréquences différant l'une de l'autre, com- prenant une seule paire, ou plus, de convertisseurs redresseursonduleurs branchés en série dans un circuit à courant continu coaun, de sorte que les redresseurs et les onduleurs s'alternent, caractérisé en ce que les pAles d'un au moins des convertisseurs redresseurs-onduleurs sont reliés à une mise à la terre de protection à travers des éléments résistance-capacité.