Устройство для гибкой передачи энергии и для устранения обледенения высоковольтной линии с помощью постоянного тока
Использование: в области электротехники. Технический результат - улучшение режима регулирования реактора с одновременным устранением нечетных гармоник. Устройство (1) имеет число фаз, соответствующее числу фаз высоковольтной линии, при этом каждая фаза имеет, по меньшей мере, одну индуктивность (6) и одну вентильную схему (10), включенную последовательно каждой индуктивности (6), вентильная схема (10) с помощью узловой точки (11) соединена с присоединением переменного тока и имеет первую ветвь (14) цепи тока с первым мощным полупроводниковым вентилем (12) и вторую ветвь (15) - с вторым мощным полупроводниковым вентилем (13), при этом мощные полупроводниковые вентили (12, 13) включены противоположно друг другу относительно узловой точки (11), первая и вторая ветвь (15) цепи тока предназначены для соединения с помощью, по меньшей мере, одного переключателя (16, 17) нулевой точки с нулевой точкой (18) реактора с тиристорным управлением, нулевая точка (18) соединена с нулевой точкой средства (2, 21) подавления нулевой системы, которое является трансформатором, имеющим первичную обмотку (3), включенную по схеме треугольника, и вторичную обмотку (4), включенную по схеме звезды. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к устройству для гибкой передачи энергии и для устранения обледенения имеющей несколько фаз высоковольтной линии с помощью постоянного тока, содержащему присоединение переменного тока высоковольтной линии, которое имеет соответствующее фазам высоковольтной линии число фаз, при этом каждая фаза имеет, по меньшей мере, одну индуктивность и одну вентильную схему, включенную последовательно каждой индуктивности, при этом вентильная схема с помощью узловой точки соединена с присоединением переменного тока и имеет первую ветвь цепи тока с первым мощным полупроводниковым вентилем и вторую ветвь цепи тока со вторым мощным полупроводниковым вентилем, при этом мощные полупроводниковые вентили включены противоположно друг другу относительно узловой точки и при этом первая и вторая ветви цепи тока предназначены для соединения с помощью, по меньшей мере, одного переключателя нулевой точки с нулевой точкой TCR.
Такое устройство уже известно из WO 2006/027376 А1. Там приведено описание как принципа действия так называемой установки для передачи постоянного тока высокого напряжения, так и принципа действия так называемого реактора с тиристорным управлением, сокращенно TCR. Кроме того, раскрыто, что установка для передачи постоянного тока высокого напряжения (установка HGÜ) с помощью переключательной системы преобразуется в реактор с тиристорным управлением, соответственно реактор с тиристорным управлением преобразуется в установку для передачи постоянного тока высокого напряжения. Так, известное устройство имеет присоединение переменного тока, а также присоединение постоянного тока, между которыми включена многофазная последовательная схема. При этом каждая фаза последовательной схемы имеет, по меньшей мере, одну индуктивность, а также одну вентильную схему. Вентильная схема имеет узловую точку цепи, которая разделяет путь прохождения тока на первую ветвь цепи тока, а также на вторую ветвь цепи тока. Каждая ветвь цепи тока снабжена мощным полупроводниковым вентилем, при этом вентили направлены относительно узловой точки цепи противоположно друг другу. Первую ветвь цепи тока, а также вторую ветвь цепи тока всех фаз можно соединять друг с другом с помощью переключателя нулевой точки, так что образуется реактор с тиристорным управлением в цепи заземления нулевой точки. При разомкнутом переключателе нейтральной точки реализуется преобразователь так называемой шестиимпульсной мостиковой схемы, с помощью которой обеспечивается возможность выпрямления получаемого с присоединения переменного тока. Созданный таким образом постоянный ток можно затем подавать в высоковольтную линию для устранения обледенения. Известное устройство имеет тот недостаток, что при выбранной схеме нулевой точки создаются нечетные, кратные третьей гармоники номинального тока. Однако подача этих гармоник в присоединенную сеть переменного тока является нежелательной. Кроме того, фазовые токи не могут образовываться независимо друг от друга на основании схемы звезды, так что ухудшается регулирование режима реактора с тиристорным управлением известного устройства.
Устройства указанного в начале вида используются, например, для устранения обледенения высоковольтных линий. В частности, в более холодных областях высоковольтные линии, такие как, например, воздушные линии, которые используются для передачи переменных токов, нагружаются снегом и образованием льда на высоковольтной линии. Вес этого льда может составлять до нескольких тонн и приводить к механическому повреждению высоковольтной линии. Для плавления этого льда можно контролируемым образом вводить в высоковольтную линию постоянный ток, который нагревает высоковольтную линию и тем самым вызывает таяние и спадание снега или льда. В частности, при длинных высоковольтных линиях, длина которых превышает многие сотни километров, лучше подходит постоянный ток, чем переменный ток, поскольку его легче контролировать.
Задачей данного изобретения является создание устройства указанного в начале вида, которое имеет простую конструкцию и одновременно является более дешевым.
Эта задача решена согласно изобретению тем, что нулевая точка реактора с тиристорным управлением соединена через соединительную линию с нулевой точкой средства подавления нулевой системы.
Устройство согласно изобретению имеет, также как устройство согласно уровню техники, два режима работы. В режиме реактора с тиристорным управлением отбирается реактивная мощность из высоковольтной линии, к которой подключено устройство согласно изобретению. И наоборот, в так называемом режиме передачи постоянного тока высокого напряжения целенаправленно подается постоянный ток в присоединенную высоковольтную линию. В рамках изобретения фазы устройства в режиме реактора с тиристорным управлением соединены друг с другом по схеме звезды, хотя в WO 2006/027376 А1 указывается на то, что схема звезды имеет тот недостаток, что она не подавляет или не поглощает третьи или девятые гармоники номинального тока, так что эти гармоники могут беспрепятственно проходить в присоединенную сеть переменного тока. Эти токи называются в последующем токами нулевой системы, поскольку эти гармоники во включенном по схеме звезды реакторе с тиристорным управлением не гасятся самостоятельно в противоположность гармоникам системы прямой последовательности и системы обратной последовательности. Для предотвращения прохождения токов нулевой системы в сеть переменного тока в рамках изобретения нулевая точка реактора с тиристорным управлением соединена с нулевой точкой средства подавления нулевой системы. Тем самым ток нулевой системы проходит через нулевую точку реактора с тиристорным управлением к нулевой точке средства подавления нулевой системы, которое предотвращает прохождение токов нулевой системы в присоединенную сеть переменного тока. Таким образом, можно отказаться от сложной схемы треугольника со многими разделительными переключателями. Поэтому устройство согласно изобретению имеет простую конструкцию и экономично в изготовлении. Согласно изобретению ток нулевой системы проходит в режиме реактора с тиристорным управлением через землю от нулевой точки реактора с тиристорным управлением к точке заземления средства подавления нулевой системы через замкнутый переключатель нулевой точки обратно к нулевой точке реактора с тиристорным управлением, так что образуется замкнутый контур тока. Кроме того, согласно изобретению предусмотрен дополнительный путь прохождения тока, который для тока нулевой системы имеет такое низкое полное сопротивление, что предотвращается подача токов нулевой системы в присоединенную высоковольтную линию.
Предпочтительно, соединительная линия является соединением с землей. Другими словами, нулевая точка реактора с тиристорным управлением, а также нулевая точка средства подавления нулевой системы заземлены. Это решение является, естественно, экономичным.
В отличие от этого соединительная линия является металлической линией.
Предпочтительно, средство подавления нулевой системы является трансформатором, который имеет первичную обмотку, включенную по схеме треугольника, и вторичную обмотку, включенную по схеме звезды. Если соединительная линия является соединением по земле, то как нулевая точка реактора с тиристорным управлением, так и нулевая точка вторичной обмотки заземлены. Тем самым в режиме реактора с тиристорным управлением ток нулевой системы проходит от нулевой системы реактора с тиристорным управлением в трансформатор, при этом первичная обмотка трансформатора, включенная по схеме треугольника, предотвращает прохождение токов нулевой системы в присоединенную сеть переменного тока.
В отличие от этого средство подавления нулевой системы является, по меньшей мере, одним фильтром нулевой системы. Фильтр нулевой системы настроен, например, на третью гармонику относительно низкого полного сопротивления и имеет целесообразную схему из индуктивностей и конденсаторов. Фильтр нулевой системы имеет соответствующее фазам высоковольтной линии число фаз, при этом фазы фильтра нулевой системы соединены друг с другом в нулевой точке. Эта нулевая точка соединена с нулевой точкой реактора с тиристорным управлением либо через металлическую соединительную линию, либо через землю. Другими словами, нулевая точка фильтра нулевой системы заземлена. Фильтры нулевой системы как таковые известны специалистам, так что они не требуют дополнительного пояснения. Тем самым при замкнутых переключателях нулевой точки образуется с помощью устройства согласно изобретению замкнутый контур тока с малым полным сопротивлением для токов нулевой системы.
Предпочтительно, каждая фаза имеет несколько индуктивностей, при этом, по меньшей мере, одна из индуктивностей включена с возможностью шунтирования с помощью шунтирующего переключателя. Если устройство находится, например, в так называемом режиме реактора с тиристорным управлением, то дополнительные индуктивности не шунтированы, при этом увеличенная индуктивность благоприятно сказывается на работе устройства. И наоборот, в так называемом режиме передачи постоянного тока высокого напряжения целесообразно уменьшать индуктивность посредством шунтирования, по меньшей мере, одной дополнительной индуктивности.
Предпочтительно, предусмотрены фильтрующие средства для подавления пятой, седьмой и/или двенадцатой гармоники. Дополнительные фильтрующие средства предотвращают нагрузку присоединяемой высоковольтной линии указанными гармониками, которые не являются частью нулевой системы.
Другие варианты выполнения и преимущества изобретения являются предметом приведенного ниже описания примеров выполнения изобретения со ссылками на чертежи, на которых одинаковыми позициями обозначены одинаково действующие конструктивные элементы и на которых изображено:
фиг.1 - первый пример выполнения устройства согласно изобретению и
фиг.2 - второй пример выполнения устройства согласно изобретению.
На фиг.1 показан первый пример выполнения устройства 1 согласно изобретению, которое имеет трансформатор 2 в качестве присоединения переменного тока. Другими словами, трансформатор 2 служит для соединения устройства согласно изобретению с не изображенной на фиг.1 высоковольтной линией. Поэтому устройство 1 также имеет несколько фаз, из которых по соображениям наглядности на фиг.1 и 2 показана лишь одна фаза. Как правило, устройство согласно изобретению имеет три фазы.
Трансформатор 2 имеет первичную обмотку 3, а также вторичную обмотку 4. Фазы первичной обмотки соединены друг с другом в так называемый треугольник. Фазы вторичной обмотки 4 образуют друг с другом общую нулевую точку, которая заземлена. Кроме того, устройство 1 согласно изобретению имеет последовательную схему 5, которая имеет индуктивность 6, а также индуктивность 7. Параллельно индуктивности 7 предусмотрен шунтирующий переключатель 8, который расположен в шунтирующей ветви 9.
Кроме того, последовательная схема 5 имеет вентильную схему 10 с узловой точкой 11, которая расположена между двумя мощными полупроводниковыми вентилями 12 и 13. Мощные полупроводниковые вентили 12 и 13 расположены навстречу друг другу относительно узловой точки 11. Мощный полупроводниковый вентиль 12 расположен в первой ветви 14 тока, в то время как мощный полупроводниковый вентиль 13 расположен во второй ветви 15 тока, при этом ветви 14 и 15 тока соединены через первый разделительный переключатель 16, соответственно через второй разделительный переключатель 17 с нулевой точкой 18 реактора с тиристорным управлением. На фиг.1 обозначено, что не изображенные там фазы с их вентильной схемой можно также соединять с нулевой точкой 18 реактора с тиристорным управлением. При этом нулевая точка 18 реактора с тиристорным управлением заземлена. Устройство 1 показано с замкнутыми переключателями 16 и 17, тем самым находится в режиме реактора с тиристорным управлением и служит для поглощения реактивной мощности из многофазной высоковольтной линии. Поэтому шунтирующий переключатель 8 разомкнут, так что в последовательной схеме 5 имеется увеличенная индуктивность, что является предпочтительным для режима реактора с тиристорным управлением устройства 1. Для подавления пятой, седьмой, двенадцатой и/или двадцать четвертой гармоник номинального тока предусмотрены дополнительные фильтрующие средства 19, которые как таковые известны специалистам, так что они не требуют здесь дополнительного пояснения. Дополнительные фильтрующие средства 19, например, не заземлены.
На основании включения звездой устройства 1 согласно изобретению гармоники системы обратной последовательности и системы прямой последовательности взаимно уничтожаются. Однако ток нулевой системы проходит через выполненную в виде соединения по земле соединительную линию от нулевой точки реактора с тиристорным управлением к нулевой точке вторичной обмотки 4 и оттуда, например, снова к последовательной схеме 5, так что образуется замкнутый контур тока с низким полным сопротивлением. Включение треугольником фаз первичной обмотки предотвращает ввод токов нулевой системы в высоковольтную линию.
Кроме того, на фиг.1 обозначен режим передачи постоянного тока высокого напряжения устройства 1 согласно изобретению. Поэтому сборная шина 20 продолжена лишь виртуально штриховыми линиями. Режим передачи постоянного тока высокого напряжения устройства 1 показан справа на конце этой штриховой линии. В режиме передачи постоянного тока высокого напряжения переключатели 16 и 17 разомкнуты. Поэтому первая ветвь 14 тока больше не соединена со второй ветвью 15 тока и тем самым больше не соединена с нулевой точкой 18 реактора с тиристорным управлением. Кроме того, шунтирующий переключатель 8 замкнут, так что индуктивность 7 последовательной схемы 5 уменьшается по сравнению с режимом реактора с тиристорным управлением устройства 1. Мощные полупроводниковые вентили 12 и 13 не действуют больше как двунаправленные переключатели, а как вентили тока шестиимпульсной мостиковой схемы, так что образуется так называемый выпрямитель. Не изображенный на фиг.1 сглаживающий дроссель служит для сглаживания выпрямленного тока. Постоянный ток можно направлять в высоковольтную линию, и он используется там для расплавления снега и льда.
На фиг.2 показан другой пример выполнения устройства 1 согласно изобретению. Устройство 1 согласно изобретению отличается от показанного на фиг.1 примера выполнения тем, что нулевая точка вторичной обмотки 4, в противоположность к фиг.1, больше не заземлена. Вместо этого предусмотрен фильтр 21 нулевой системы, фазы которого соединены друг с другом с образованием нулевой точки 22 фильтра. Тем самым ток нулевой системы может проходить в режиме реактора с тиристорным управлением от нулевой точки 18 реактора с тиристорным управлением к нулевой точке 22 фильтра через землю, при этом фильтр 21 нулевой системы образует путь прохождения тока с низким полным сопротивлением для третьей гармоники тока и тем самым подавляет нагрузки за счет токов нулевой системы. В рамках изобретения может быть, естественно, предусмотрено также несколько фильтров 21 нулевой системы, которые настроены на другие гармоники, например на девятую гармонику. Существенным является то, что все фильтры нулевой системы имеют заземленную нулевую точку или нулевую точку, которая соединена металлической линией с нулевой точкой реактора с тиристорным управлением, так что с помощью устройства согласно изобретению образуется замкнутый контур тока, который имеет для токов нулевой системы небольшое полное сопротивление.
1. Устройство (1) для гибкой передачи энергии и для устранения обледенения имеющей несколько фаз высоковольтной линии с помощью постоянного тока, содержащее присоединение переменного тока высоковольтной линии, которое имеет соответствующее фазам высоковольтной линии число фаз, при этом каждая фаза имеет, по меньшей мере, одну индуктивность (6) и одну вентильную схему (10), включенную последовательно каждой индуктивности (6), при этом вентильная схема (10) с помощью узловой точки (11) соединена с присоединением переменного тока и имеет первую ветвь (14) цепи тока с первым мощным полупроводниковым вентилем (12) и вторую ветвь (15) цепи тока со вторым мощным полупроводниковым вентилем (13), при этом мощные полупроводниковые вентили (12, 13) включены противоположно друг другу относительно узловой точки (11), и при этом первая и вторая ветвь (15) цепи тока предназначены для соединения с помощью, по меньшей мере, одного переключателя (16, 17) нулевой точки с нулевой точкой (18) реактора с тиристорным управлением, отличающееся тем, что нулевая точка (18) реактора с тиристорным управлением соединена с нулевой точкой средства (2, 21) подавления нулевой системы, при этом высоковольтная линия является соединением с землей, причем средство подавления нулевой системы является трансформатором, который имеет первичную обмотку (3), включенную по схеме треугольника, и вторичную обмотку (4), включенную по схеме звезды.
2. Устройство (1) по п.1, отличающееся тем, что в каждой фазе предусмотрено несколько индуктивностей (6, 7), при этом, по меньшей мере, одна из индуктивностей (7) включена с возможностью шунтирования с помощью шунтирующего переключателя (8).
3. Устройство (1) по п.1, отличающееся тем, что первая ветвь (14) тока и/или вторая ветвь (15) тока имеют сглаживающий дроссель.
4. Устройство (1) по п.1, отличающееся тем, что предусмотрены фильтрующие средства (19) для подавления пятой, седьмой и/или двенадцатой гармоники.
