Двенадцатифазный инвертор напряжения

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для создания подстанций электропередачи постоянного тока с напряжением ±500 кВ и выше, а также для других инверторных установок с высоким постоянным напряжением. Техническим результатом является создание 12-фазного инвертора на вдвое большее напряжение на его входе без изменения элементной базы. 12-фазный инвертор напряжения состоит из двух одинаковых 6-фазных инверторов напряжения, на входе которых подключены конденсаторные батареи, трехфазного трехобмоточного трансформатора, две вентильные обмотки которого соединены звездой и треугольником и имеют одинаковые линейные напряжения. Инвертор содержит два формирователя импульсов, выходы которых подключены к управляющим электродам вентилей инверторов, причем 6-фазные инверторы напряжения соединены последовательно. Для нормальной работы 12-фазного инвертора при неравенстве углов регулирования β₁ и β₂ 6-фазных инверторов применен регулятор, вход которого соединен с двумя делителями напряжения, один из которых включен между точкой соединения конденсаторных батарей и нижним полюсом инвертора, второй - между полюсами инвертора, а выход подключен к формирователю импульсов управления одного 6-фазного инвертора. 1 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для создания подстанций электропередачи постоянного тока с напряжением ±500 кВ и выше, а также для других инверторных установок с высоким постоянным напряжением.

Известен 12-фазный инвертор напряжения с параллельным соединением двух 6-фазных инверторов напряжения на стороне постоянного тока [1]. 12-фазный инвертор содержит два одинаковых 6-фазных инвертора напряжения. Они на стороне переменного тока присоединены к двум вентильным обмоткам трехфазного трехобмоточного трансформатора. Одна вентильная обмотка соединена звездой, другая треугольником. Линейные напряжения вентильных обмоток имеют одинаковые действующие значения. Благодаря применению такого трансформатора два одинаковых 6-фазных инвертора работают, как известно, в 12-фазном режиме инвертирования.

Однако при создании инвертора с параллельным соединением мостов на вдвое большее напряжение на его входе требуется разработка новых вентилей соответственно более высокого напряжения. Это сопряжено с техническими трудностями, связанными с увеличением в вентиле числа последовательно включенных запираемых тиристоров или IGBT, что, в свою очередь, ведет к снижению надежности вентиля.

Цель предлагаемого изобретения - создание 12-фазного инвертора на вдвое большее напряжение на его входе без изменения элементной базы.

Указанная цель достигается за счет последовательного соединения на стороне постоянного тока двух одинаковых 6-фазных инверторов.

Сущность изобретения состоит в последовательном соединении на стороне постоянного тока двух одинаковых 6-фазных инверторов и применении регулятора, соединенного с выходами делителей напряжения, который обеспечивает отсутствие уравнительного тока в цепи от общего полюсного провода до точки соединения конденсаторных батарей 6-фазных инверторов и выравнивает постоянные составляющие напряжений на входе обоих инверторов. Этот регулятор обеспечивает правильную работу предлагаемого инвертора.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом, где изображена схема предлагаемого инвертора напряжения. 12-фазный инвертор содержит два одинаковых 6-фазных инвертора напряжения 1 и 2, соединенных последовательно на стороне постоянного тока. На стороне переменного тока они присоединены к двум вентильным обмоткам трехфазного трехобмоточного трансформатора 3. Одна вентильная обмотка соединена звездой, другая треугольником. Линейные напряжения вентильных обмоток имеют одинаковые действующие значения. Каждый 6-фазный инвертор 1 и 2 содержит формирователи импульсов соответственно 4 и 5.

Исследование на математической модели предлагаемого инвертора показало, что он работает только при равенстве постоянных составляющих полюсных токов I_п1 и I_п2 соответственно 6-фазных инверторов 1 и 2, где

где к - коэффициент трансформации вентильной обмотки, соединенной звездой;

Е_m - амплитуда фазного напряжения на шинах инвертора подстанции;

х - индуктивное сопротивление короткого замыкания, приведенное к напряжению вентильных обмоток (считается, что шины подстанции бесконечной мощности);

β₁ и β₂ - углы регулирования соответственно 6-фазных инверторов 1 и 2.

Уравнительный ток, возникающий при β₁ ≠ β₂

I_ур=I_п1-I_п2,

проходит по цепи от общего для обоих 6-фазных инверторов полюсного провода к точке соединения конденсаторных батарей на входе этих инверторов.

При β₁=β₂ I_ур=0 и предлагаемый 12-фазный инвертор работает нормально. Постоянная составляющая тока на входе 12-фазного инвертора

I_d=I_п1=I_п2.

При этом постоянные составляющие напряжения на входе обоих инверторов должны быть равны

U_d1=U_d2=U/2.

Регулирование активной и реактивной мощностей, выдаваемых предлагаемым 12-фазным инвертором в приемную энергосистему, производится изменением углов регулирования β₁ и β₂. Хотя β₁ и β₂ при этом изменяются синхронно, из-за разбросов значений β₁ и β₂, а также из-за разных времен включения вентилей 6-фазных инверторов возникает режим, при котором среднее значение угла β₁ оказывается больше или меньше среднего значения угла β₂. При β₁>β₂ I_п1>I_п2, I_yp>0. При этом небольшой уравнительный ток I_ур, проходя через конденсаторную батарею 6 6-фазного инвертора 1, постепенно разряжает ее. В результате нарушается нормальная работа 12-фазного инвертора. Нарушается равенство постоянных составляющих напряжений на входе инверторов, U_d1<U. Если возникает режим, при котором β₁<β₂, то уравнительный ток, изменив свое направление, проходит через конденсаторную батарею 7 6-фазного инвертора 2 и постепенно разряжает ее.

Для обеспечения нормальной работы инвертора во всех режимах применяется регулятор 8, который при неравенстве углов регулирования β₁ и β₂ обеспечивает отсутствие уравнительного тока и равенство постоянных составляющих напряжений на входе обоих инверторов и тем самым обеспечивает нормальную работу инвертора во всех режимах.

Информацию о постоянных составляющих напряжений на входе инверторов регулятор получает от двух емкостно-омических делителей напряжения 9 и 10, один из которых (10) включен между точкой соединения конденсаторных батарей и нижним полюсом инвертора (параллельно конденсаторной батарее 7), второй (9) - между полюсами инвертора. По информации о величине и знаке разности постоянных составляющих напряжений на входе инверторов в регуляторе 8 вырабатывается сигнал для формирователя импульсов управления 6-фазного инвертора 2 на необходимое изменение величины его угла регулирования.

Если возникает режим, при котором β₂<β₁, то постоянная составляющая напряжения на входе инвертора 1 становится меньше постоянной составляющей на входе инвертора 2. Регулятор 8 вырабатывает сигнал, по которому формирователь импульсов управления 5 увеличивает угол β₂ до величины β₁. При β₂=β₁ постоянные составляющие напряжения становятся равными. Если возникает режим, при котором β₂>β₁, то становится меньше постоянная составляющая на входе инвертора 2. При этом регулятор 8 создает сигнал, по которому формирователь импульсов управления 5 уменьшает угол β₂, и в результате восстанавливает нормальный режим 12-фазного инвертора при равенстве напряжений на входе обоих инверторов и отсутствии уравнительного тока.

Таким образом, предлагаемый 12-фазный инвертор с последовательным соединением двух одинаковых 6-фазных инверторов напряжения, имеющий предложенный регулятор, воздействующий на формирователь импульсов, работает нормально во всех режимах, когда возникают несколько различные по величине углы регулирования β₁ 6-фазного инвертора 1 и β₂ 6-фазного инвертора 2.

Таким образом, задача изобретения выполнена: предложены технические решения, при которых 12-фазный инвертор с последовательным соединением двух одинаковых 6-фазных инверторов напряжения работает нормально не только при равенстве углов регулирования β₁ 6-фазного инвертора 1 и β₂ 6-фазного инвертора 2, но и при возникновении некоторого различия в их величине.

Источник информации

1. Поссе А.В. Определение параметров конденсаторной батареи для инверторов напряжения //Изв. РАН “Энергетика”, 2001, №6, с.86-93, рис.3.

Формула изобретения

Двенадцатифазный инвертор напряжения, состоящий из двух одинаковых шестифазных инверторов напряжения, на входе которых подключены конденсаторные батареи, трехфазного трехобмоточного трансформатора, две вентильные обмотки которого соединены звездой и треугольником и имеют одинаковые линейные напряжения, и двух формирователей импульсов, выходы которых подключены к управляющим электродам вентилей инверторов, отличающийся тем, что шестифазные инверторы напряжения соединены последовательно, для нормальной работы двенадцатифазного инвертора при неравенстве углов регулирования β₁ и β₂ шестифазных инверторов введен регулятор, вход которого соединен с двумя делителями напряжения, один из которых включен параллельно конденсаторной батарее одного шестифазного инвертора, второй - между полюсами инвертора, а выход упомянутого регулятора подключен к формирователю импульсов управления данного шестифазного инвертора.

РИСУНКИ

Рисунок 1