СПОСОБ УСТРАНЕНИЯ НЕИСПРАВНОСТИ В ЛИНИИ ПОСТОЯННОГО ТОКА ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ, УСТАНОВКА ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА ПО ЛИНИИ ПОСТОЯННОГО ТОКА ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
FAILURE CORRECTION METHOD IN HIGH-VOLTAGE DIRECT CURRENT LINE, INSTALLATION FOR CURRENT TRANSMISSION THROUGH HIGH-VOLTAGE DIRECT CURRENT LINE AND ALTERNATING CURRENT CONVERTER

Изобретение относится к способу устранения неисправности в линии постоянного тока высокого напряжения, к которой через автономный преобразователь переменного тока подключена сеть переменного тока.
Подобный способ известен из перевода DE 69837414 Т2, 2007.12.20 европейского патента ЕР 0867998 В1. Из этой публикации известен способ для передачи постоянного тока высокого напряжения через электрическую установку с сетью постоянного напряжения с двумя проводами и подключенными к ним через преобразователь переменного тока сетями переменного напряжения. В известном способе для быстрого ограничения тока в случае неисправности, например при неисправности заземления в сети постоянного напряжения, в одном из проводов применяется параллельное включение по меньшей мере одного запирающего полупроводникового компонента и разрядника защиты от перенапряжения. В нормальном режиме работы запирающий полупроводниковый компонент поддерживается пропускающим, в то время как при неисправности на стороне сети постоянного напряжения он попеременно запирается и отпирается с помощью управляющего устройства с высокой частотой, за счет чего возникает ограничение тока и при необходимости также прерывание тока.
В основе изобретения лежит задача предложить способ устранения неисправности в линии постоянного тока высокого напряжения, который может надежно выполняться со сравнительно невысокими затратами.
Для решения этой задачи в вышеупомянутом способе в соответствии с изобретением при неисправности в линии постоянного тока высокого напряжения для гашения электрической дуги в линии постоянного тока высокого напряжения, посредством управления, соответственно, по меньшей мере одним Н-мостовым подмодулем в фазных ветвях выполненного в модульной конструкции с несколькими полумостовыми подмодулями преобразователя переменного тока при формировании противоположного напряжения относительно напряжения на электрической дуге снижается ток короткого замыкания, протекающий в случае неисправности. Н-мостовые подмодули известны, например, из публикации «New Concept for High Voltage-Modular Multilevel Converter», PESC 2004 Conference in Aachen, Germany.
Управление соответствующим по меньшей мере одним Н-мостовым подмодулем осуществляется непосредственно после обусловленного коротким замыканием размыкания переключателей, которые размещены в сети переменного напряжения на стороне преобразователя переменного тока, противоположной линии постоянного тока высокого напряжения.
В соответствующем изобретению способе, в случае неисправности, предпочтительным образом не требуется никаких дополнительных переключающих элементов в линии постоянного тока высокого напряжения, чтобы прервать ток. Эти переключающие элементы приводят, в частности, в режиме работы без неисправностей к дополнительным потерям. В соответствующем изобретению способе, напротив, требуется только применять автономный преобразователь переменного тока в модульной конструкции с по меньшей мере одним Н-мостовым подмодулем и в случае неисправности после размыкания переключателей в сети переменного напряжения управлять таким образом, что формируется напряжение, противоположное напряжению на электрической дуге; за счет этого ток, протекающий через место неисправности, из индуктивностей автономного преобразователя переменного тока в модульной конструкции и из индуктивностей, действующих на стороне постоянного напряжения между выводами постоянного напряжения преобразователя переменного тока и местом неисправности, заметно быстрее снижается, чем это имело бы место без соответствующего изобретению выполнения. При этом количество Н-мостовых подмодулей зависит от высоты соответствующего подлежащего формированию противоположного напряжения. Остальные подмодули преобразователя переменного тока могут быть полумостовыми подмодулями, что предпочтительным образом сказывается на затратах на изготовление всего преобразователя переменного тока. Кроме того, за счет этого потери в преобразователе переменного тока поддерживаются малыми. Полумостовые подмодули известны, например, из публикации «New Concept for High Voltage-Modular Multilevel Converter», PESC 2004 Conference in Aachen, Germany.
В соответствующем изобретению способе предпочтительным образом применяется преобразователь переменного тока, в котором количество Н-мостовых подмодулей по сравнению с количеством полумостовых подмодулей является малым. Таким образом, для снижения затрат на изготовление и для сокращения потерь применяются преобразователи переменного тока, которые имеют по возможности меньше Н-мостовых подмодулей и по возможности больше полумостовых подмодулей.
В соответствующем изобретению способе преобразователь переменного тока может эксплуатироваться, в зависимости от направления потока энергии как выпрямитель или как инвертор.
Изобретение также относится к установке для передачи электрического тока через линию постоянного тока высокого напряжения, к которой через автономный преобразователь переменного тока подключена сеть переменного тока.
Исходя из такой установки согласно вышеуказанному уровню техники в основе изобретения также лежит задача дальнейшего усовершенствования такой установки, чтобы она со сравнительно низкими затратами при низких потерях была в состоянии устранять неисправности в сети постоянного напряжения.
Для решения этой задачи в соответствии с изобретением преобразователь переменного тока выполнен в модульной конструкции и имеет в своих фазных ветвях, соответственно, по меньшей мере один Н-мостовой подмодуль в последовательном соединении с несколькими полумостовыми подмодулями.
Посредством такого преобразователя переменного тока соответствующая изобретению установка после вызванного коротким замыканием размыкания переключателей в сети переменного тока обеспечивает возможность того, что при подобном управлении по меньшей мере одним ее Н-мостовым подмодулем в случае неисправности формируется напряжение, противоположное напряжению на электрической дуге, чтобы ток короткого замыкания относительно быстро снижать настолько, что неисправность устраняется; при этом в нормальном режиме работы установки при свободной от неисправностей линии постоянного тока высокого напряжения потери поддерживаются сравнительно малыми, потому что соответствующая изобретению установка обходится без дополнительных запирающих элементов и разрядников защиты от перенапряжения в сети постоянного напряжения, при этом сам преобразователь переменного тока или его Н-мостовые подмодули соответствующим образом управляются.
В соответствующей изобретению установке, чтобы поддерживать низкими затраты на изготовление и электрические потери, в схеме последовательного соединения число Н-мостовых подмодулей мало по сравнению с числом полумостовых подмодулей.
В соответствующей изобретению установке преобразователь переменного тока может эксплуатироваться в зависимости от направления потока энергии как выпрямитель или как инвертор.
Задачей изобретения также является предложить преобразователь переменного тока, который выгодным образом может использоваться между линией постоянного тока высокого напряжения и сетью переменного напряжения.
Для решения этой задачи преобразователь переменного тока в соответствии с изобретением выполнен в модульной конструкции и имеет в своих фазных ветвях, соответственно, по меньшей мере один Н-мостовой подмодуль в последовательном соединении с несколькими полумостовыми подмодулями.
Существенное преимущество соответствующего изобретению преобразователя переменного тока состоит в том, что посредством управления его подмодулями после вызванного коротким замыканием размыкания переключателей в сети переменного напряжения, связанной с преобразователем переменного тока, неисправность в линии постоянного тока высокого напряжения может быть быстро устранена. Кроме того, за счет использования Н-мостовых подмодулей величина тока короткого замыкания на стороне постоянного напряжения ограничивается; дополнительные переключающие элементы на воздушной (наружной) линии не требуются. Кроме того, такой преобразователь переменного тока, ввиду сравнительно малого количества в нем Н-мостовых подмодулей, характеризуется относительно малыми потерями.
Предпочтительным образом в соответствующем изобретению преобразователе переменного тока в схеме последовательного соединения количество Н-мостовых подмодулей мало по сравнению с количеством полумостовых подмодулей.
Для дальнейшего пояснения изобретения:
на фиг.1 представлен пример выполнения установки для осуществления соответствующего изобретению способа с переключателями, приводимыми в действие на стороне переменного напряжения, и
на фиг.2 представлен пример соответствующего изобретению преобразователя переменного тока.
Показанная на фиг.1 установка содержит изображенный лишь схематично автономный преобразователь 1 переменного тока, который известным образом состоит из представленных в форме блок-схемы части 2 преобразователя положительной стороны и части 3 преобразователя отрицательной стороны с фазными ветвями 4, 5, 6 и, соответственно, 7, 8, 9. Преобразователь 1 переменного тока обычным образом соединен через катушки 11р, 12р, 13р и, соответственно, 11n, 12n, 13n с тремя фазными проводниками 14, 15, 16 сети 17 переменного напряжения. Но катушки могут также находиться на стороне постоянного напряжения преобразователя 1 переменного тока, как показано на фиг.1 пунктиром с использованием ссылочных позиций 11р'-13n'.
На стороне преобразователя 1 переменного тока, противоположной сети 17 переменного напряжения, с обеих сторон подключена линия 19 постоянного тока высокого напряжения с ее обоими проводами 20 и 21. В проводе 21 включено устройство 22 для регистрации тока короткого замыкания, протекающего при неисправности на линии 19 постоянного тока высокого напряжения, от которого через показанное пунктиром электрическое соединение 23 в случае неисправности приводятся в действие переключатели 24, 25 и 26 в фазных проводах 14, 15, 16. Разомкнутые переключатели 24-26 прерывают соединение между сетью 17 переменного напряжения и линией 19 постоянного тока высокого напряжения.
На фиг.2 детально показан автономный преобразователь 1 переменного тока согласно фиг.1 с его частью 2 преобразователя положительной стороны и его частью 3 преобразователя отрицательной стороны; каждая из этих частей 2 и 3 преобразователя состоит из трех фазных ветвей 4, 5 и 6 положительной стороны и из трех фазных ветвей 7, 8 и 9 отрицательной стороны. Каждая из фазных ветвей 4-9, в свою очередь, состоит на положительной стороне и на отрицательной стороне из соответствующих N подмодулей, причем фазная ветвь 4-6 положительной стороны имеет соответственно некоторое количество k полумостовых подмодулей 30, 31 и 32, а фазная ветвь 7-9 отрицательной стороны также имеет некоторое количество k полумостовых подмодулей 33, 34 и 35. В каждом фазном модуле 4-6, а также 7-9 расположены последовательно с k полумостовыми подмодулями 30-32, соответственно, 33-35 N-k Н-мостовых подмодулей 36, 37 и 38, соответственно, 39, 40 и 41.
Если в линии 19 постоянного тока высокого напряжения возникает неисправность, то вызванный этим ток короткого замыкания регистрируется устройством 22, и переключатели 24-26 размыкаются, из-за чего сеть 17 переменного напряжения отсоединяется от линии 19 постоянного тока высокого напряжения. Ввиду электрической энергии, накопленной в катушках 11р-13р, а также 11n-13n, а также в действующих на стороне постоянного напряжения индуктивностях (например, индуктивности подключенного на стороне постоянного напряжения кабеля в качестве линии постоянного тока до места неисправности или подключенной на стороне постоянного напряжения воздушной (наружной) линии до места неисправности), в линии 19 постоянного тока высокого напряжения продолжает протекать ток короткого замыкания до места неисправности. Чтобы этот ток быстро снизить и, тем самым, устранить неисправность на линии 19 постоянного тока высокого напряжения, Н-мостовые подмодули 36-40 таким образом управляются не показанным на чертежах управляющим устройством, что возникает напряжение, противоположное напряжению на месте неисправности или на электрической дуге; это противоположное напряжение быстро снижает ток короткого замыкания при устранении неисправности в линии 19 постоянного тока высокого напряжения. При этом количество H-k Н-мостовых подмодулей 36-40 выбирается настолько большим, что может вырабатываться достаточно высокое противоположное напряжение и, тем самым, возможно быстрое снижение тока короткого замыкания с сопровождающим это устранением неисправности. Кроме того, Н-мостовые подмодули при надлежащем управлении также обуславливают снижение величины тока короткого замыкания.
При этом количество N-k Н-мостовых подмодулей выгодным образом может поддерживаться относительно малым, что предпочтительным образом влияет на затраты на компоненты автономного преобразователя переменного тока; количество k менее затратных полумостовых подмодулей 30-35 является тогда относительно большим.