(57)【要約】  エネルギーを供給する交流系統（２）を接続するための電源側接続端子（４）および多相負荷（３）を接続するための負荷側接続端子（５）を備えた高電圧直流送電のための装置（１）であって、電源側接続端子（４）に整流器（６）が後続接続され、整流器（６）は平滑手段（１２）を有する直流中間回路（８）を介してインバータ（９）に接続され、インバータ（９）は交流側を負荷側接続端子（５）に接続され、整流器（６）およびインバータ（９）はサイリスタ（９ａ+，９ｂ+，９ｃ+；９ａ-，９ｂ-，９ｃ-）を有し、制御ユニット（１４）がインバータ（９）のサイリスタ（９ａ+，９ｂ+，９ｃ+；９ａ-，９ｂ-，９ｃ-）をクロック信号に依存して点弧する装置において、孤立系統のような受動的な負荷の給電を可能にするために、制御ユニット（１４）がクロック信号を発生するクロック発生器に接続され、クロック発生器は固有のエネルギー源を有し、インバータ（９）には容量性インピーダンス（１３）が電流転流のために電力流れ方向において後続接続されているか、または多相負荷（３）が電流の転流のために十分な容量性インピーダンスを有する。
2008505594.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギーを供給する交流系統（２）を接続するための電源側接続端子（４）および多相負荷（３）を接続するための負荷側接続端子（５）を備えた高電圧直流送電のための装置（１）であって、電源側接続端子（４）に整流器（６）が後続接続され、整流器（６）は平滑手段（１２）を有する直流中間回路（８）を介してインバータ（９）に接続され、インバータ（９）は交流側を負荷側接続端子（５）に接続され、整流器（６）およびインバータ（９）はサイリスタ（９ａ+，９ｂ+，９ｃ+；９ａ-，９ｂ-，９ｃ-）を有し、制御ユニット（１４）がインバータ（９）のサイリスタ（９ａ+，９ｂ+，９ｃ+；９ａ-，９ｂ-，９ｃ-）をクロック信号に依存して点弧する装置において、
制御ユニット（１４）がクロック信号を発生するクロック発生器に接続され、クロック発生器は固有のエネルギー源を有し、インバータ（９）には容量性インピーダンス（１３）が電流転流のために電力流れ方向において後続接続されているか、または多相負荷（３）が電流の転流のために十分な容量性インピーダンスを有することを特徴とする装置。
【請求項２】
クロック発生器は自由振動発振器であることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
容量性インピーダンスは、少なくとも１つのコンデンサバンク（１３）によってもたらされていることを特徴とする請求項１乃至２の１つに記載の装置。
【請求項４】
各コンデンサバンク（１３）は、インバータ（９）と負荷接続端子（５）との間において負荷（３）に対して並列回路にて接続されていることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の装置。
【請求項５】
多相負荷は、固有の電圧源を持たない孤立系統（３）であることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の装置。
【請求項６】
直流中間回路（８）は３０ｋｍ以上の長さを有する直流導体であることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の装置。
【請求項７】
エネルギーを供給する多相交流系統（２）の交流電流が整流器（６）によって整流されて、直流電流としてインバータ（９）へ伝送され、インバータ（９）が直流電流を多相負荷（３）の給電のために交流電流に変換し、整流器およびインバータがサイリスタ（９ａ+，９ｂ+，９ｃ+；９ａ-，９ｂ-，９ｃ-）を有し、制御ユニットがインバータ（９）のサイリスタ（９ａ+，９ｂ+，９ｃ+；９ａ-，９ｂ-，９ｃ-）をクロック信号に依存して点弧する高電圧直流送電のための方法において、
独立かつ固有のエネルギー供給源を有するクロック発生器がクロック信号を発生し、インバータ（９）の交流側に電流の転流に十分な容量性インピーダンスが用意されていることを特徴とする方法。
【請求項８】
インバータ（９）の交流側に発生する交流電圧が整流器（６）によってのみ調節されることを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】
インバータ（９）の交流側に発生する交流電圧が交流測定電圧（Ｖａｃ-ｉｎｖ）の取得のために測定され、交流測定電圧（Ｖａｃ-ｉｎｖ）が基準電圧（Ｖａｃ-ｒｅｆ）と比較され、この比較に依存して基準直流電流信号（Ｉｒｅｆ）が発生させられ、直流中間回路の電流が直流電流測定信号（Ｉｄｃ）の取得のために測定され、直流電流測定信号（Ｉｄｃ）が基準直流電流信号（Ｉｒｅｆ）と比較され、この比較に依存して、所望の交流測定電圧（Ｖａｃ-ｉｎｖ）が生じるように、整流器（６）のサイリスタが点弧されることを特徴とする請求項８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギーを供給する交流系統を接続するための電源側接続端子および多相負荷を接続するための負荷側接続端子を備えた高電圧直流送電のための装置であって、電源側接続端子に整流器が後続接続され、整流器は平滑手段を有する直流中間回路を介してインバータに接続され、インバータは交流側を負荷側接続端子に接続され、整流器およびインバータはサイリスタを有し、制御ユニットがインバータのサイリスタをクロック信号に依存して点弧するように構成されている装置に関する。
【０００２】
更に、本発明は、エネルギーを供給する多相交流系統の交流電流が整流器によって整流されて、直流電流としてインバータへ伝達され、インバータが直流電流を多相負荷の給電のために交流電流に変換し、整流器およびインバータがサイリスタを有し、制御ユニットがインバータのサイリスタをクロック信号に依存して点弧する高電圧直流送電のための方法に関する。
【０００３】
このような装置およびこのような方法は、例えば、ＣＩＧＲＥ  Ｗｏｒｋｉｎｇ  Ｇｒｏｕｐ  １４．０７およびＩＥＥＥ  Ｗｏｒｋｉｎｇ  Ｇｒｏｕｐ  １５．０５．０５，Ｃｉｒｇｒｅ，  Ｐａｒｉｓの“Ｇｕｉｄｅ  Ｆｏｒ  Ｐｌａｎｎｉｎｇ  ＤＣ  Ｌｉｎｋｓ  Ｔｅｒｍｉｎａｔｉｎｇ  ＡＣ  ＤＣ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｌｏｃａｔｉｏｎｓ  Ｈａｖｉｎｇ  Ｌｏｗ  Ｓｈｏｒｔ−Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｃａｐａｃｉｔｉｅｓ”から、１９９２年以来公知である。そこには高電圧直流送電システムが開示され、直流電圧回路は交流電流を導くエネルギー配給網を互いに接続する。この場合に変換器ステーションはそれぞれの３相電圧系統に接続されていて、電流の整流または逆変換に用いられる。変換器は、ブリッジ回路にて互いに接続された電力用半導体整流器を有し、一般にはサイリスタが使用される。サイリスタは、いわゆるＧＴＯまたはＩＧＢＴのような他の電力用半導体に比べて非常に少ない損失電力を有し、更にその製造において低コストである。
【０００４】
しかしながら、サイリスタは点弧信号によって通流が遮断されている阻止状態から通流が可能になる導通状態に移行可能であるが、点弧信号による遮断が不可能であるという欠点を有する。サイリスタを通して流れる電流が保持電流を下回ったときにはじめて、サイリスタは再び阻止状態に移行する。したがって、サイリスタは外部消弧形または他励形の電力半導体と呼ばれる。通常の高電圧直流送電の場合には、直流回路を介して接続された２つの変換器が、それぞれ１つの交流系統に接続されている。この場合に交流系統の３相電圧は、インバータとして動作させられる変換器において、インバータの交流側出力端における電流の転流を生じさせ、したがって、もはや点弧されていないサイリスタの導通状態から阻止状態への移行をもたらす。固有の電圧源を持たず、したがって高電圧直流送電における電流の転流のための３相電圧が自由に使用できないいわゆる孤立系統のエネルギー供給のためには、従来の専門的考えのように、例えばＩＧＢＴのような自励形の電力用半導体を有する高電圧直流送電システムが使用されるべきである。しかしながら、ＩＧＢＴは高価であり、かつサイリスタに比べて動作中に結果として同様にコスト上の欠点をもたらす高い損失電力を有する。
【０００５】
したがって、本発明の課題は、固有の電圧源を持たない島嶼等におけるような孤立系統、またはその他の使用者もしくは負荷への電流供給を可能にする冒頭に述べた如き装置および方法を提供することにある。
【０００６】
本発明は、この課題を第１実施形態にしたがって次によって解決する。すなわち、制御ユニットがクロック信号を発生するクロック発生器に接続されていて、クロック発生器は固有のエネルギー源を有し、インバータには容量性インピーダンスが電流転流のために電力流れ方向において後続接続されているか、または多相負荷が電流の転流のために十分な容量性インピーダンスを有する。上記した「十分」であるためには、容量負荷は、クロック発生器によって予め与えられる基本波において、サイリスタのターンオフ時間を守るために十分に大きい消弧角が生じるように広く変換器が誘導性範囲において動作させられ得るように大きくなければならない。
【０００７】
本発明は、この課題を第２実施形態にしたがって次によって解決する。すなわち、独立かつ固有のエネルギー供給源を有するクロック発生器がクロック信号を発生し、インバータの交流側に電流の転流に十分な容量性インピーダンスが設けられている。
【０００８】
本発明によれば、孤立系統またはその他の受動的な負荷のエネルギー供給がサイリスタにより可能にされている。換言すれば、固有の転流電圧なしの受動的な負荷に、サイリスタからなる変換器を有する高電圧直流送電設備を介して、給電側の電源系統のエネルギーを供給することができる。電流の転流のために必要な電圧は、専ら、電力流れ方向においてインバータに後続接続されている容量性インピーダンスによってもたらされる。並列の転流分岐における付加的な電力用半導体整流器または能動的に消弧可能な整流器は、本発明によれば不要である。例えば、本発明によれば、インバータの交流側出力端において、コンデンサを介して、個々の相を互いに接続することができる。例えば第１の相の点弧時点は、独立のクロック発生器によって発生させられるクロック信号のみに依存して発生する。この場合に電流を導く相間にある容量のみならず、電流を導いていない相を介して接続されている両容量が充電される。これは、次のサイリスタの点弧後に、必要な転流電圧をもたらす。これは新たに点弧された整流器における電流立ち上がりと、消弧すべき整流器における保持電流以下への電流低下とをもたらす。したがって、このサイリスタは再び阻止状態に移行させられる。本発明よれば、インバータの調節は行なわれない。つまるところ、サイリスタの点弧はインバータにおける３相電圧に依存しないクロックの位相に基づいて行なわれる。したがって、本発明によって、長く存在していた偏見、つまり高圧直流送電における受動的な負荷への給電の場合にサイリスタは適していないという偏見が克服される。
【０００９】
容量性インピーダンスを負荷の相間のコンデンサによって実現することが不可欠であるということではない。容量性インピーダンスは任意のやり方で用意することができる。負荷自体が、本発明にしたがって同様に電流の転流を可能にする容量性インピーダンスをもたらしてもよい。負荷の容量性インピーダンスが、特別なコンデンサバンクによって発生させられるインピーダンスに加わることもできる。
【００１０】
基本的には目的に適ったあらゆるクロック発生器が本発明の枠内において使用可能である。しかしながらクロック発生器が自由振動発振器であると有利である。自由振動発振器は当業者にとって周知であるので、ここではこれに関して詳細に立ち入ることはしない。
【００１１】
容量性インピーダンスは少なくとも１つのコンデンサバンクによってもたらされることが好ましい。コンデンサバンクによって、ほとんど負荷に依存しない本発明による装置の設計が可能になる。なぜならば、コンデンサバンクによって、あらゆる場合において電流の転流のために必要なキャパシタンスがもたらされるからである。このためにコンデンサのキャパシタンスが相応に設計される。
【００１２】
コンデンサバンクは、インバータと負荷接続端子との間において負荷に対して並列回路にて接続されていることが好ましい。コンデンサバンクのインバータへの接近した配置によって容量性の作用が最大となる。これは高速の転流をもたらし、したがってインバータにおける短い重なり角をもたらす。
【００１３】
多相負荷は、固有の電圧源を持たない孤立系統であることが好ましい。孤立系統は、例えば石油採掘に使用される外海プラットフォームに見いだすことができる。
【００１４】
しかし、これとは違って負荷は簡単な電動機であってもよく、および／または１つまたは多数のその他の電気機械からなっていてもよい。
【００１５】
直流中間回路は３０ｋｍ以上の長さの直流導体を有することが好ましい。このような高電圧直流送電システムは、とりわけ電源系統から遠く隔たった遠方孤立系統のエネルギー供給のために役立つ。
【００１６】
これとは違って、いわゆる短距離結合が実現されるように整流器およびインバータが直接に隣接配置（背中合わせ）されていてもよい。このような短距離結合は、例えば異なる３相周波数、異なる位相、異なる中性点接続などの交流系統の結合のために用いられる。駆動技術の枠内においてもこのような配置は好都合である。
【００１７】
インバータの交流側に発生する交流電圧は整流器によってのみ調節される。既に述べたように、本発明によれば、インバータの調節は不要である。インバータの交流側に生じる３相電圧はそこにおけるインピーダンスに依存し、しかし交流電流の大きさにも依存する。しかしながら、交流電流およびそれにともなう交流電圧は、直流電流によって、したがって整流器の調節によって決定することができる。
【００１８】
これに関して目的に適った発展形態によれば、インバータの交流側に発生する交流電圧が交流測定電圧の取得のために測定され、交流測定電圧が基準電圧と比較され、この比較に依存して基準直流電流信号が発生させられ、直流中間回路の電流が直流電流測定信号の取得のために測定され、直流電流測定信号が基準直流電流信号と比較され、この比較に依存して、所望の交流測定電圧が生じるように、整流器のサイリスタ弁が点弧される。
【００１９】
本発明の他の有効な形態および利点は、本発明の実施例の図面における図を参照する以下の説明の対象である。これらの図において同じ作用をする構成部分は同じ符号を付されている。図１は、本発明による装置の実施例を示し、図２は図１による装置のインバータ側を示し、図３は本発明による方法の実施例を明らかにするための概略図を示す。
【００２０】
図１は、給電側交流系統２からほとんど固有の電圧源を持たない孤立系統３へのエネルギー送電を行なうように構成されている本発明による装置１の実施例を示す。この場合に、装置１は、給電側交流系統２の接続のための電源接続端子４と、ここでは孤立系統３として実現されている負荷の接続のための接続端子５とを含む。電源接続端子４には整流器６が後続接続されている。電源接続端子４と整流器６との間には変圧器７が接続されている。整流器６には直流中間回路８を介してインバータ９が接続されていて、インバータ９には別の変圧器１０ならびに負荷接続端子５が後続接続されている。更に、交流系統２，３の３相電圧のそれぞれの定格周波数の高調波に同調されている公知のフィルタバンク１１が設けられている。このような障害となる高調波は整流もしくは逆変換の際に発生し得る。それぞれの系統に対して並列に接続されたフィルタによって高調波が効果的に抑制される。直流中間回路８内には直流電流平滑のためにインダクタンス１２が設けられている。インバータ９の交流側には孤立系統３に対して並列接続にてコンデンサ１３が配置されている。コンデンサ１３は電流の転流のために十分な容量性インピーダンスを有する。インバータ９の制御のために制御装置１４が設けられている。この制御装置１４の動作態様を以下に更に詳しく説明する。
【００２１】
図２はインバータ９をより正確な図にて示す。特に、孤立系統３が、変圧器１０を介してインバータ９に接続されている３つの相３ａ，３ｂ，３ｃからなることが認識できる。インバータ９は、主として、６パルスブリッジ回路において互いに接続されたサイリスタ９ａ+，９ｂ+，９ｃ+もしくは９ａ-，９ｂ-，９ｃ-を有する２つの転流グループから構成されている。孤立系統３の相には接続導体Ｌ１，Ｌ２およびＬ３が付設されている。更に、コンデンサバンク１３が三角結線にて接続導体Ｌ１，Ｌ２およびＬ３に接続されている３つのコンデンサ（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ）からなることが認識できる。始動は、例えばサイリスタ９ａ+および９ｃ-の点弧によって始まる。整流器によって発生させられた直流電流は、電流を導く相（Ｌ１およびＬ３）に直接にされたコンデンサ１５ｃも、無電流の相Ｌ２を介して接続されている両コンデンサ１５ａおよび１５ｂも充電される。次のサイリスタアーム（９ｂ+）の点弧時にコンデンサ１５ａにおける電圧が必要な転流電圧をもたらすので、電流がサイリスタ９ａ+からサイリスタ９ｂ+へ転流される。このようにしてサイリスタ９ａ+は阻止状態に移行する。他の転流も時間をずらされて同様のやり方で行なわれる。
【００２２】
図３は本発明による方法の概略図を示す。特に、既に説明した装置１を介して互いに接続された電源系統２ならびに孤立系統３が認識できる。既に説明したように、インバータ９のサイリスタの点弧は、図３には図示されていないクロック発生器の独立に発生させられたクロック信号に依存する。インバータの調節は行なわれない。孤立系統３における３相電圧の調整のために、孤立系統３の交流測定電圧が、例えば分圧器または変成器により測定される。次に、測定された交流電圧Ｖａｃ-ｉｎｖが、パラメータ化された目標電圧もしくは基準電圧Ｖａｃ-ｒｅｆと比較され、制御ユニット内の内部ロジックにより目標電流値もしくは基準直流電流信号Ｉｒｅｆが発生させられる。孤立系統３のインピーダンスは、上記内部ロジックにパラメータとして役立ち、このパラメータにより内部ロジックが直流電流基準信号を算定する。直流電流基準信号は、測定された直流電流Ｉｄｃと比較され、この比較に依存して、測定された交流電圧Ｖａｃ-ｉｎｖが基準値Ｖａｃ-ｒｅｆに一致するように、点弧角αの変化による整流器６の点弧が変化される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明による装置の実施例を示す接続図
【図２】図１による装置のインバータ側を示す接続図
【図３】本発明による方法の実施例を示すブロック図
【符号の説明】
【００２４】
１              本発明による装置
２              給電側交流系統
３              孤立系統
４              電源接続端子
５              負荷接続端子
６              整流器
７              変圧器
８              直流中間回路
９              インバータ
９ａ+〜９ｃ+  サイリスタ
９ａ-〜９ｃ-  サイリスタ
１０            変圧器
１１            フィルタバンク
１２            インダクタンス
１３            コンデンサ
１４            制御装置
Ｖａｃ-ｒｅｆ  基準電圧
Ｖａｃ-ｉｎｖ  交流測定電圧
Ｉｒｅｆ        基準直流電流信号
Ｉｄｃ          測定された直流電流
【図１】
2008505594.tif 000003
【図２】
2008505594.tif 000004
【図３】
2008505594.tif 000005
【国際調査報告】
2008505594.tif 000006
2008505594.tif 000007
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2008505594.tif 000009
2008505594.tif 000010
2008505594.tif 000011