SE517063C2

SE517063C2 - Procedure and device for voltage setting of a VSC converter

Info

Publication number: SE517063C2
Application number: SE0002861A
Authority: SE
Inventors: Bo Bijlenga; Kjell Svensson; Gunnar Asplund; Mats Hyttinen; Lars-Erik Juhlin
Original assignee: Abb Ab
Priority date: 2000-08-10
Filing date: 2000-08-10
Publication date: 2002-04-09
Also published as: SE0002861L; SE0002861D0; EP1307959A1; WO2002013364A1

Abstract

An apparatus for providing a VSC-converter with a voltage has a series connection of at least four units (1-4) arranged between two poles (5, 6) of a direct voltage side of the converter, each said unit comprising a semiconductor device of turn-off type and a rectifying diode connected in anti parallel therewith, an alternating voltage phase line (19) connected to a first midpoint, called phase output, of the series connection between two units while dividing the series connection in two equal parts, in which the converter comprises a second midpoint (22, 24) between two said units of one part of the series connection through a flying capacitor (23) connected to a second midpoint of the other part of the series connection corresponding with respect to the phase output, comprises means for connecting an alternating voltage to the phase output (18) for providing the converter with voltage through provision of voltage of the direct voltage side thereof and an arrangement adapted to co-ordinate the provision of voltage of the direct voltage side of the converter and the charging of the flying capacitor, so that the capacitor is charged to a substantial proportion of full charging before the direct voltage side receives full voltage between the poles thereof.

Description

_25 35 517 063 L-H-l. _L.-.L2._....- A2- ..R.,.-.l.-..2.-..!..~-.. f2....& _ ~ . . ..._-ll ._ A-tll l'l......:.'.... uawx-aiauuiit-ﬂ, ua: vaawiapaiiiiiiigcir una: uiuvaiiuiâa un iirxopaii- ning och sedan denna till växelspänning liksom i SVC-er (Static Var Compensator), där likspänningssidan består av en eller flera fritt hängande kondensatorer. _25 35 517 063 L-H-l. _L .-. L2 ._....- A2- ..R., .-. L .- .. 2 .- ..! .. ~ - .. f2 .... & _ ~. . ..._- ll ._ A-tll l'l ......: .'.... uawx-aiauuiit- ﬂ, ua: vaawiapaiiiiiiigcir una: uiuvaiiuiâa un iirxopaii- ning and then this to alternating voltage as in SVCs (Static Var Compensator), where the DC side consists of one or more freely hanging capacitors.

Uppfinningen är inte begränsad till några spännings- eller effekt- nivåer, men är speciellt inriktad på spänningssättning av VSC- strömriktare för spänningar på likspänningssidan mellan 10 kV och 500 kV.The invention is not limited to any voltage or power levels, but is particularly directed to setting voltage of VSC converters for voltages on the DC side between 10 kV and 500 kV.

En fördel med att använda s k flernivà-omriktare, d v s omriktare hos vilka åtminstone tre olika spänningsnivåer kan "läggas ut" på nämnda fasutgàng, i förhållande till s k tvånivåbryggor, är att halvledarelementen hos nämnda enheter kan omkopplas med en betydligt lägre frekvens för uppnående av en växelspänning på växelspänningsfasledningen av en bestämd frekvens och kvalitet, så att förlusterna hos strömriktaren kan reduceras avsevärt. När- mare bestämt kan switchfrekvensen hos halvledarelementen med en trenivåriktare under nämnda förhållande reduceras till cirka 50%. En fördel med att använda s k flygande kondensatorer för att uppnå ytterligare spänningsnivåer hos fasutgången utöver spänningsnivàn hos likspänningssidans båda poler i förhållande till en användning av s k klampningsdioder är framförallt att halvledarelementen ldet senare fallet måste styras på sådant sätt att det sker en ojämn fördelning av switchförlusten mellan dem, så att i praktiken alla halvledarelement måste dimensione- ras för att klara den maximala belastning som ett enskilt halvle- darelement kan utsättas för, då i annat fall speciella hänsyn till utformningen av varje enskilt halvledarelement måste tas vid styrningen av dem. Detta gör att totalkostnaden för halvledar- elementen blir mycket hög, då vissa av dem kommer att i de flesta driftssituationer vara kraftigt överdimensionerade. Genom att istället använda sig av flygande kondensatorer, såsom är fal- let här, kan en flernivåomriktare med möjlighet till en jämnare belastning av halvledarelementen vad gäller switchförluster upp- nås utan användande av dyra s k klampningsdioder eller extra halvledarelement. annu. 10 15 20 .25 30 35 517 063 Ett problem vid användande av VSC~ trömriktare med flygande kondensatorer enligt ovan är emellertid att vid uppstart, d v s un- der spänningssättning av strömriktaren, tenderar belastningen på de yttre av nämnda enheter, d v s de belägna mellan respektive andra mittpunkt och respektive likspänningspol, att initiellt bli alltför hög. Oavsett om spänningssättningen sker från växel- spänningssidan genom anslutning av en växelspänningskälla till fasuttaget eller från likspänningssida genom anslutning av en lik- spänning till nämnda poler, kommer i det närmaste omedelbart full spänning att ligga mellan likspänningssidans båda poler och denna kommer att i all väsentlig del tas upp av nämnda båda yttre enheter om inte speciella åtgärder vidtages. Det kommer nämligen att dröja en förhållandevis lång tid, i storleksordningen av eventuellt flera minuter, innan den flygande kondensatorn uppladdas, då denna kommer att uppladdas långsamt genom en- dast den svaga läckström som förekommer igenom de spän- ningsdelare som är parallellkopplade med de olika enheterna.An advantage of using so-called multi-level inverters, ie inverters in which at least three different voltage levels can be "laid out" on said phase output, in relation to so-called two-level bridges, is that the semiconductor elements of said units can be switched with a much lower frequency to achieve a AC voltage on the AC phase line of a certain frequency and quality, so that the losses of the converter can be significantly reduced. More specifically, the switching frequency of the semiconductor elements with a three-level converter under said ratio can be reduced to about 50%. An advantage of using so-called flying capacitors to achieve additional voltage levels at the phase output in addition to the voltage level of the two poles of the direct voltage side in relation to a use of so-called clamping diodes is above all that the semiconductor elements in the latter case must be controlled in an uneven distribution. them, so that in practice all semiconductor elements must be dimensioned to withstand the maximum load to which an individual semiconductor element can be subjected, otherwise special consideration must be given to the design of each individual semiconductor element when controlling them. This means that the total cost of the semiconductor elements will be very high, as some of them will in most operating situations be greatly oversized. By instead using flying capacitors, as is the case here, a multilevel converter with the possibility of a more even load of the semiconductor elements in terms of switch losses can be achieved without the use of expensive so-called clamping diodes or extra semiconductor elements. annu. 10 15 20 .25 30 35 517 063 However, a problem with the use of VSC converters with flying capacitors as above is that at start-up, ie during energization of the converter, the load on the outer of said units, i.e. those located between the respective units, tends to second midpoint and respective DC voltage pole, to initially become too high. Regardless of whether the voltage setting takes place from the AC voltage side by connecting an AC voltage source to the phase socket or from the DC voltage side by connecting a DC voltage to said poles, almost immediately full voltage will be between the two poles of the DC voltage side and this will be substantially taken up by the said two external units unless special measures are taken. Namely, it will take a relatively long time, in the order of possibly several minutes, before the flying capacitor is charged, as this will be charged slowly through only the weak leakage current which occurs through the voltage dividers which are connected in parallel with the various units. .

Detta betyder att de yttre enheterna, d v s de däri ingående lik- riktardioderna och halvledarelementen, såsom exempelvis IGBT- er eller GTO-er, måste dimensioneras att klara denna toppspän- ning och även något högre spänningar som kan uppträda över de yttre enheterna p g a överspänningstransienter vid spännings- sättningen. Detta betyder att de måste kraftigt överdimensione- ras vad gäller spänningstålighet, vilket tar bort en del av vitsen med att använda en VSC-strömriktare av denna typ för omvand- ling av likspänning till växelspänning och vice versa.This means that the external units, ie the rectifier diodes and semiconductor elements included therein, such as for example IGBTs or GTOs, must be dimensioned to cope with this peak voltage and also slightly higher voltages which can occur across the external units due to overvoltage transients at the voltage setting. This means that they must be greatly oversized in terms of voltage resistance, which removes some of the point of using a VSC converter of this type for converting direct voltage to alternating voltage and vice versa.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en an- ordning samt ett förfarande av inledningsvis definierat slag, vilka gör det möjligt att långtgående ta itu med ovannämnda problem vid spänningssättning av en VSC-strömriktare av nämnt slag.SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to provide a device and a method of initially defined kind, which make it possible to deal extensively with the above-mentioned problems when energizing a VSC converter of said kind.

Detta syfte uppnås enligt uppfinningen vad gäller anordningen genom att förse en sådan anordning med medel för anslutning av en växelspänning till nämnda fasuttag för spänningssättning av 10 15 20 _25 30 35 517 063 strömriktaren. genom spänningssättning av dennas likspännings- sida och en inrättning anordnad att koordinera spänningssätt- ningen av strömriktarens likspänningssida och uppladdningen av den flygande kondensatorn som en följd av anslutningen av väx- elspänning till fasuttaget genom att ombesörja uppladdning av kondensatorn till en väsentlig andel av full uppladdning därav in- nan likspänningssidan erhåller full spänning mellan sina poler motsvarande den spänning den är avsedd att ha vid drift av den väl spänningssatta strömriktaren.This object is achieved according to the invention with regard to the device by providing such a device with means for connecting an alternating voltage to said phase socket for energizing the converter. by energizing its DC side and a device arranged to coordinate the voltage of the DC side of the inverter and the charging of the flying capacitor as a result of the connection of AC voltage to the phase socket by providing charging of the capacitor to a substantial charge of a before the direct voltage side receives full voltage between its poles corresponding to the voltage it is intended to have during operation of the well-energized converter.

Genom att utföra spänningssättningen från strömriktarens växel- spänningssida och koordinera spänningssättningen av strömrikta- rens likspänningssida och uppladdningen av den flygande kon- densatorn pà detta sätt tillses att ovannämnda höga toppspän- ningar av nämnda yttre enheter (strömventiler) vid spännings- sättningen inte längre kan uppträda, eftersom det tillses att full spänning över likspänningssidans båda poler ej uppnås förrän en betydande spänning byggts upp över den flygande kondensatorn och därmed mellan nämnda båda andra mittpunkter. Detta inne- bär att dimensioneringen av de yttre enheterna kan skruvas ned och därmed betydande kostnader sparas.By performing the voltage setting from the AC voltage side of the converter and coordinating the voltage setting of the DC voltage side of the converter and charging the flying capacitor in this way, it is ensured that the above-mentioned high peak voltages of said external units (current valves) can no longer be applied during voltage setting. , since it is ensured that full voltage across the two poles of the DC voltage side is not reached until a significant voltage has built up over the flying capacitor and thus between said two other midpoints. This means that the dimensioning of the external units can be reduced and thus significant costs are saved.

Det påpekas här att det är tidigare känt genom US 5 668 711 att spänningssätta en VSC-strömriktare av detta slag, d v s med en flygande kondensator, från likspänningssidan, men den i den skriften beskrivna spänningssättningen tar sig inte an ovan- nämnda problem som föreliggande uppfinning löser.It is pointed out here that it is previously known from US 5,668,711 to energize a VSC converter of this kind, i.e. with a flying capacitor, from the DC voltage side, but the voltage setting described in that document does not address the above-mentioned problems as the present invention solves.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen innefattar in- rättningen organ anordnade att efter nämnda anslutning av en växelspänning till fasuttaget göra den därigenom åstadkomna tillväxten av spänningen mellan likspänningssidans båda poler beroende av spänningen över kondensatorn, så att det effektivt säkerställs att inga höga toppbelastningar anbringas på nämnda yttre enheter vid spänningssättningen. in., 10 15 20 A25 30 35 517 063 Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen uppvi- sar inrättningen organ anordnade att efter nämnda anslutning av en växelspänning till fasuttaget retardera den tillväxt av spänning mellan likspänningssidans båda poler som sker som ett resultat av nämnda anslutning i förhållande till fallet om växelspännings- fasledningen skulle anslutits till fasuttaget utan någon påverkan på strömriktaren. Genom att bromsa upp spänningstillväxten över likspänningssidans båda poler kommer det att dröja längre tid innan full spänning nås mellan dessa och därigenom kommer den flygande kondensatorn att tills detta sker kunna laddas upp till en högre nivå än eljest. ”Utan någon påverkan” är här att tolka som att en jämförelse görs med fallet att för spänningssättningen växelspänningsfasledningen ansluts till strömriktaren på sådant sätt den skall vara ansluten vid den senare driften av den spän- ningssatta strömriktaren och det sedan väntas med att sätta igång driften av strömriktaren tills den är helt spänningssatt.According to a preferred embodiment of the invention, the device comprises means arranged to make, after said connection of an alternating voltage to the phase socket, the thereby obtained growth of the voltage between the two poles of the direct voltage side depending on the voltage across the capacitor, so as to ensure no high peak loads. external units when energizing. In., 10 15 20 A25 30 35 517 063 According to another preferred embodiment of the invention, the device has means arranged to retard after the connection of an alternating voltage to the phase socket the growth of voltage between the two poles of the direct voltage side which occurs as a result of said connection in relation to the case if the AC phase line were connected to the phase socket without any effect on the converter. By slowing down the voltage growth across the two poles of the DC voltage side, it will take longer before full voltage is reached between them and thereby the flying capacitor will be able to be charged to a higher level than otherwise until this happens. "Without any effect" is here to be interpreted as a comparison is made with the case that for the voltage setting the AC phase line is connected to the converter in such a way that it should be connected during the later operation of the live converter and it is then expected to start operation of the converter until it is fully energized.

Dessutom är då alla anslutningar till och inom strömriktaren un- der spänningssättningen desamma som de senare ska vara un- der driften.In addition, then all connections to and within the converter during the voltage setting are the same as the latter must be during operation.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen inne- fattar inrättning organ anordnade att öka hastigheten hos upp- laddningen av den flygande kondensatorn i förhållande till en an- slutning av växelspänningsfasledningen till fasuttaget utan någon påverkan på strömriktaren. Genom att på detta sätt öka hastig- heten hos uppladdningen av den flygande kondensatorn kommer denna att ha en högre spänning uppbyggd över sig när den fulla spänningen nås över likspänningssidans båda poler, så att spän- ningen över de yttre enheterna då blir lägre än utan sådana or- gan för ökande av uppladdningshastigheten.According to another preferred embodiment of the invention, the device comprises means arranged to increase the speed of the charging of the flying capacitor in relation to a connection of the alternating voltage phase line to the phase socket without any effect on the converter. By increasing the speed of the charging of the flying capacitor in this way, it will have a higher voltage built up over it when the full voltage is reached over both poles of the direct voltage side, so that the voltage across the external units will then be lower than without such means for increasing the charging speed.

Det är därvid speciellt fördelaktigt om de båda sistnämnda utfö- ringsformerna av uppfinningen kombineras, så att hastigheten hos uppladdningen av den flygande kondensatorn ökas samtidigt som tillväxten av spänningen mellan likspänningssidans båda poler retarderas, så att det kan uppnås både att spänningssätt- ningen blir förhållandevis snabb, så att strömriktaren snabbt an- 10 15 20 .25 35 517 063 länder ti!! normala driftsförhållandcn, och att varje risk för över- drivna toppspänningar på nämnda yttre enheter under spän- ningssättningen elimineras.It is particularly advantageous if the two latter embodiments of the invention are combined, so that the speed of charging of the flying capacitor is increased at the same time as the growth of the voltage between the two poles of the direct voltage side is retarded, so that both the voltage setting can be achieved relatively fast. , so that the converter quickly an- 10 15 20 .25 35 517 063 countries ti !! normal operating conditions, and that any risk of excessive peak voltages on the said external units during the voltage setting is eliminated.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen, vilken utgör en vidareutveckling av sistnämnda utföringsform, är nämnda styrorgan anordnat att under spänningssättningen ge- nom anslutningen av en växelspänning till fasuttaget styra tänd- ningen av haivledarelementet hos enheten/enheterna mellan åt- minstone en andra mittpunkt och närmaste likspänningspol när växelspänningen på fasuttaget är i sådant fasläge att en den fly- gande kondensatorn uppladdande ström alstras genom spän- ningen mellan nämnda andra mittpunkt och fasuttag. Genom att på detta sätt börja omedelbart under spänningssättningen tända någon av nämnda yttre enheter kan tiden för full uppladdning av den flygande kondensatorn förkortas avsevärt. En annan fördel med denna utföringsform är att ingen extra utrustning krävs för att uppnå en snabbare uppladdning av den flygande kondensa- torn, utan de styrorgan som finns för styrande av enheternas halvledarelement vid normal drift av strömriktaren kan utnyttjas för detta. Denna utformning av styrorganet för snabbare upp- laddning av den flygande kondensatorn bör emellertid kombine- ras med andra åtgärder som bromsar upp spänningstillväxten över nämnda yttre enheter, då i annat fall ifrågavarande yttre en- het måste koppla om (åtminstone släckas) mot en hög spänning (halva spänningen mellan likspänningssidans båda poler - spän- ningen över den flygande kondensatorn).According to another preferred embodiment of the invention, which constitutes a further development of the latter embodiment, said control means is arranged to control the ignition of the sheathing conductor element of the unit (s) between at least a second center and through the connection of an alternating voltage to the phase socket. the nearest direct voltage pole when the alternating voltage on the phase socket is in such a phase position that a current charging the flying capacitor is generated by the voltage between said second center point and the phase socket. By starting to ignite one of the said external units immediately during the energization in this way, the time for full charging of the flying capacitor can be considerably shortened. Another advantage of this embodiment is that no additional equipment is required to achieve a faster charging of the flying capacitor, but the control means available for controlling the semiconductor elements of the units during normal operation of the converter can be used for this. However, this design of the control device for faster charging of the flying capacitor should be combined with other measures which slow down the voltage growth across said external units, as otherwise the external unit in question must switch (at least switch off) to a high voltage. (half the voltage between the two poles of the DC voltage side - the voltage across the flying capacitor).

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen, vilken utgör en vidareutveckling av sistnämnda utföringsform, är styror- ganet anordnat att under spänningssättningen genom anslutning av en växelspänning till fasuttaget under varsin halvperiod av nämnda växelspänning styra tändning av haivledarelementet om- växlande hos enheten/enheterna mellan en andra mittpunkt och den ena likspänningspolen och hos enheten/enheterna mellan den motsatta andra mittpunkten och den andra likspänningspolen på sådant sätt att vid varje sådan tändning en den flygande kon- »man 10 15 20 -25 30 35 517 063 densatorn uppladdande ström alstras. Därvid är det speciellt f delaktigt att utforma styrorganet att åstadkomma tändning av halvledarelementet hos enheten/enheterna mellan en nämnd andra mittpunkt och likspänningssidans pluspol när växelspän- ningen hos fasuttaget är positiv och tända halvledarelementet hos enheten/enheterna mellan den motsatta andra mittpunkten och den negativa likspänningspolen när växelspänningen hos fasuttaget är negativ. Härigenom kan den spänning som de yttre enheterna måste koppla om mot hållas nere och därigenom höga toppspänningar över dessa enheter undvikas. ör- Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen inne- fattar anordningen organ anordnade att åstadkomma en omkopp- ling av den med en resistans försedda spänningsdelaren som är parallellkopplad med var och en av nämnda enheter mellan ett tillstånd under nämnda spänningssättning med ett första resi- stansvärde och ett tillstånd vid normal drift av strömriktaren efter utförd spänningssättning med ett väsentligt högre resistansvärde, så att strömmen till den flygande kondensatorn för uppladdning därav ökas vid spänningssättning i förhållande till vad den skulle varit vid normal driftresistans hos spänningsdelarna vid spän- ningssättningen. Härigenom kan tiden för uppladdning av den flygande kondensatorn förkortas avsevärt, så att en full spän- ningssättning av strömriktaren kan uppnås på förhållandevis kort tid utan någon risk för uppträdande av överdrivet höga toppspän- ningar på de yttre enheterna under spänningssättningen.According to another preferred embodiment of the invention, which constitutes a further development of the latter embodiment, the control means is arranged that during the voltage setting by connecting an alternating voltage to the phase socket during each half period of said alternating voltage controlling ignition of the shear conductor element alternately between the unit (s). second center point and one DC voltage coil and of the unit (s) between the opposite second center point and the second DC voltage coil in such a way that at each such ignition a current charging the capacitor is generated. In this case, it is particularly advantageous to design the control means to effect ignition of the semiconductor element of the unit / units between said second center point and the positive pole of the DC side when the AC voltage of the phase socket is positive and the semiconductor element of the unit / units between the opposite second center when the AC voltage of the phase socket is negative. In this way, the voltage to which the external units must switch can be kept down and thereby high peak voltages across these units can be avoided. According to another preferred embodiment of the invention, the device comprises means arranged to provide a switching of the resistive voltage divider which is connected in parallel with each of said units between a state during said voltage setting with a first resistance value. and a state during normal operation of the converter after performing voltage setting with a substantially higher resistance value, so that the current to the flying capacitor for charging thereof is increased during voltage setting compared to what it would have been at normal operating resistance of the voltage parts during voltage setting. As a result, the time for charging the flying capacitor can be considerably shortened, so that a full voltage setting of the converter can be achieved in a relatively short time without any risk of excessive high voltages occurring on the external units during the voltage setting.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen inne- fattar anordningen organ anordnade att efter anslutning av nämnda växelspänning till fasuttaget vid spänningssättning an- sluta den ena terminalen hos den flygande kondensatorn till lik- spänningssidans pluspol och den andra terminalen hos den fly- gande kondensatorn till jord under brytande av förbindelsen mellan den flygande kondensatorns båda terminaler och nämnda andra mittpunkter, och nämnda organ är anordnade att efter genomförd spänningssättning koppla över nämnda båda termi- naler till att vara anslutna till nämnda båda andra mittpunkter och 10 15 20 .25 30 35 517 063 öppna förbindelsen ti!! pluspolen respektive jord. Härigenom till- ses att den flygande kondensatorn inte kopplas in mellan nämnda båda andra mittpunkter förrän efter genomförd spän- ningssättning, då den flygande kondensatorn laddats upp till en väsentlig spänningsnivå, så att under själva spänningssättningen samtliga seriekopplade enheter kommer att dela på spänningen mellan likspänningssidans båda poler och de yttre enheterna inte kommer att överbelastas.According to another preferred embodiment of the invention, the device comprises means arranged to connect, after connection of said alternating voltage to the phase socket during voltage setting, one terminal of the flying capacitor to the positive terminal of the direct voltage side and the other terminal of the flying capacitor to ground. during disconnection of the connection between the two terminals of the flying capacitor and said second midpoints, and said means are arranged to switch over said two terminals after being energized to be connected to said two other midpoints and 517 063 open the connection ti !! plus pole and ground respectively. This ensures that the flying capacitor is not connected between the said two other midpoints until after the voltage has been applied, when the flying capacitor has been charged to a substantial voltage level, so that during the actual voltage setting all series-connected units will divide the voltage between the two DC side poles and the external devices will not be overloaded.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är en seriekoppling av en extra kondensator och en likriktande diod ansluten mellan likspänningssidans pluspol och den närmast denna liggande andra mittpunkten samt likspänningssidans mi- nuspol och den närmast denna belägna andra mittpunkten med likriktardioden hos seriekopplingen ansluten till likspänningssi- dans pluspol med ledriktningen från pluspolen till den andra mitt- punkten och likriktardioden hos seriekopplingen ansluten till lik- spänningssidans minuspol med ledriktningen från den andra mittpunkten till minuspolen för snabb uppladdning av den fly- gande kondensatorn via ström från pluspolen via extrakonden- satorn till den flygande kondensatorn eller från nämnda fasuttag till den flygande kondensatorns positiva terminal och sedan via den andra extrakondensatorn till likspänningssidans minuspol.According to another preferred embodiment of the invention, a series connection of an additional capacitor and a rectifying diode is connected between the positive pole of the direct voltage side and the adjacent second center point and the negative pole of the direct voltage side and the second central point closest to the rectifier connection of the series connection. positive terminal with the conduction direction from the positive terminal to the second center point and the rectifier diode of the series connection connected to the negative voltage side negative terminal with the conduction direction from the other center point to the negative terminal for fast charging of the flying capacitor via current from the positive terminal via the extra capacitor to the flying capacitor or from said phase socket to the positive terminal of the flying capacitor and then via the second extra capacitor to the negative pole of the direct voltage side.

Därvid har nämnda extrakondensator företrädesvis en kapacitans som är något lägre än kapacitansen hos den flygande konden- satorn, och ett anordnande av detta arrangemang kommer att medföra att den flygande kondensatorn laddas upp på några fåtal perioder av växelspänningen, d v s inom bråkdelar av en sekund, efter anslutningen av växelspänningskällan till fasuttaget, vilket kan jämföras med ett par minuter, som det skulle kunna ta om spänningssättningen skulle ske på tidigare känt sätt.In this case, said extra capacitor preferably has a capacitance which is slightly lower than the capacitance of the flying capacitor, and an arrangement of this arrangement will result in the flying capacitor being charged in a few periods of the alternating voltage, i.e. within fractions of a second, after the connection of the AC voltage source to the phase socket, which can be compared with a couple of minutes, which it could take if the voltage setting were to take place in a previously known manner.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen inne- fattar nämnda medel för anslutning av en växelspänning till fas- uttaget en första brytare mellan nämnda fasuttag och en växel- spänningskälla och en mellan brytarna och fasuttaget med dessa seriekopplad resistans med ett sådant värde att den är anordnad 10 15 20 ,25 35 517 063 att väsentligt retardera spänningssättningen av likspänningssidan vid slutande av nämnda brytare, och anordningen innefattar även en andra brytare anordnad parallellt med nämnda resistans och anordnad att när spänningen över den flygande kondensatorn nått en förutbestämd nivå sluta och därmed koppla anslutningen mellan växelspänningskällan och fasuttaget förbi resistansen.According to another preferred embodiment of the invention, said means for connecting an alternating voltage to the phase socket comprises a first switch between said phase socket and an alternating voltage source and a resistance connected in series with the switches and the phase socket with such a value that it is arranged 20, 25 35 517 063 substantially retarding the voltage setting of the DC voltage side at the closing of said switch, and the device also comprises a second switch arranged parallel to said resistance and arranged that when the voltage across the flying capacitor has reached a predetermined level stop and thereby disconnect the connection between the AC voltage source and the phase socket past the resistance.

Härigenom tar det i och för sig längre tid innan likspänningssidan erhåller full spänning, men laddningsförloppet hos den flygande kondensatorn blir mera likt laddningsförloppet av de kondensato- rer som finns på likspänningssidan mellan dess båda poler, och det blir dessutom möjligt att vid uppträdande av något fel, såsom en kortslutning, och därmed en felström vid nämnda fasuttag öppna den första brytaren och därigenom koppla bort nämnda växelspänningskälla innan någon högre spänning hinner byggas upp över likspänningssidans båda poler och därigenom riskerna för att komponenter skadas p g a ett sådant fel kan reduceras avsevärt. Således kan utrustningen på detta sätt överleva en in- koppling av strömriktaren vid ett fel. Det påpekas att därvid "växelspänningskälla" vanligtvis ät ett växelspänningsnät, såsom ett matande trefas-växelspänningsnät.This in itself takes longer before the direct voltage side receives full voltage, but the charging process of the flying capacitor becomes more similar to the charging process of the capacitors located on the direct voltage side between its two poles, and it also becomes possible that in the event of a fault , such as a short circuit, and thus a fault current at said phase socket, open the first switch and thereby disconnect said AC voltage source before any higher voltage has time to build up over both poles of the DC voltage side and thereby the risk of components being damaged due to such a fault can be significantly reduced. Thus, the equipment can in this way survive a connection of the converter in the event of a fault. It is pointed out that in this case "alternating voltage source" usually eats an alternating voltage network, such as a supplying three-phase alternating voltage network.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen inne- fattar nämnda medel för anslutning av en växelspänning till fas- uttaget en seriekoppling av en kondensator och en andra brytare anordnad parallellt med en första brytare för anslutning av fas- uttaget till en växelspänningskälla, och organ är anordnade att vid nämnda spänningssättning först sluta den första brytaren och därigenom ansluta växelspänningskällan via kondensatorn till fasuttaget och när en viss spänningsnivå byggts upp över den flygande kondensatorn styra den andra brytaren att sluta och an- sluta växelspänningskällan direkt till fasuttaget. Denna utfö- ringsform har liknande funktion som den senast diskuterade utfö- ringsformen.According to another preferred embodiment of the invention, said means for connecting an alternating voltage to the phase socket comprise a series connection of a capacitor and a second switch arranged in parallel with a first switch for connecting the phase socket to an alternating voltage source, and means are provided at said voltage setting first close the first switch and thereby connect the AC voltage source via the capacitor to the phase socket and when a certain voltage level has built up over the flying capacitor control the second switch to close and connect the AC voltage source directly to the phase socket. This embodiment has a similar function to the last discussed embodiment.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen uppvisar anord- ningen en, resistans seriekopplad med den flygande kondensa- torn mellan en av nämnda andra mittpunkter och den flygande ø~|;| 10 15 20 .25 30 35 517 063 10 kondensatorns ena terminal samt en därmed parallellkopplad brytare, och organ är anordnade att styra nämnda brytare att öppna vid spänningssättningen av strömriktaren för uppbyggande av en spänning väsentligen lika fort över samtliga enheter serie- kopplade mellan likspänningssldans båda poler och slutande av brytaren för förbikoppling av resistansen efter uppladdning av den flygande kondensatorn över ett förutbestämt värde. Härige- nom kommer de olika enheterna att uppladdas väsentligen lika snabbt, d v s erhålla väsentligen samma spänningstillväxt, me- dan den flygande kondensatorn laddas genom nämnda resistans, så att någon nämnd toppspänning aldrig uppträder över de yttre enheterna under spänningssättningen. När spänningen över den flygande kondensatorn är tillräckligt hög kan resistansen kopplas bort utan någon risk för överbelastning av de yttre enheterna p g a spänningssättningsproceduren.According to another embodiment of the invention, the device has a resistor connected in series with the flying capacitor between one of said second midpoints and the flying ø ~ |; | One terminal of the capacitor and a switch connected thereto in parallel, and means are arranged to control said switch to open at the voltage setting of the converter to build up a voltage substantially equally fast over all units connected in series between the two DC voltage fields. poles and closing of the switch for bypassing the resistance after charging the flying capacitor above a predetermined value. As a result, the different units will be charged substantially equally fast, i.e. obtain substantially the same voltage growth, while the flying capacitor is charged by said resistance, so that any said peak voltage never occurs across the external units during the voltage setting. When the voltage across the flying capacitor is high enough, the resistance can be disconnected without any risk of overloading the external units due to the voltage setting procedure.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen inne- fattar anordningen en lågspänningskälla ansluten till en reso- nanskrets anordnad att omvandla källans låga spänning till och därigenom alstra en väsenligt högre spänning, och nämnda me- del för anslutning av en växelspänning till fasuttaget innefattar en brytare anordnad att ansluta lågspänningskällan via resonans- kretsen till fasuttaget för spänningssättningen. En fördel med an- vändande av en sådan resonanskrets är att en låg spänning hos nämnda lågspänningskälla kan ge en hög ström, så.att spän- ningen över den flygande kondensatorn kan laddas upp till en hög nivå. Följaktligen kan en hög spänning över enheterna hos strömriktaren uppnås utan att någon hög spänning måste matas in. Detta gör att nämnda enheter kan spänningssättas utan att det finns risk för att de skadas.According to another preferred embodiment of the invention, the device comprises a low voltage source connected to a resonant circuit arranged to convert the low voltage of the source to and thereby generate a substantially higher voltage, and said means for connecting an alternating voltage to the phase socket comprises a switch arranged to connect the low voltage source via the resonant circuit to the phase socket for the voltage setting. An advantage of using such a resonant circuit is that a low voltage of said low voltage source can give a high current, so that the voltage across the flying capacitor can be charged to a high level. Consequently, a high voltage across the units of the converter can be achieved without any high voltage having to be input. This means that the said units can be energized without there being a risk of them being damaged.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen, vilken utgör en vidareutveckling av sistnämnda utföringsform, innefattar nämnda anslutningsmedel en första brytare anordnad att vara öppen under spänningssättningen och sluta sig efter genomförd spänningssättning under öppnande av brytaren mellan fasuttaget och lågspänningskällan för anslutning av fasuttaget till en växel- »ll-g 10 15 20 -25 30 35 517 063 11 f' |°ﬁ spänningskälla för drift av strömriktaren. Gen t. .agspän- ningskällan används för spänningssättningen och först därefter nämnda växelspänningskälla för drift av strömriktaren anslutes till fasuttaget är det möjligt att kontrollera att allt är som det ska med strömkretsen, och sedan kan nämnda första brytare slutas och växelspänningskällan anslutas till fasuttaget med gott sam- vete.According to another preferred embodiment of the invention, which constitutes a further development of the latter embodiment, said connection means comprises a first switch arranged to be open during the voltage setting and close after completion of the voltage setting while opening the switch between the phase socket and the low voltage source for connecting the phase socket. »Ll-g 10 15 20 -25 30 35 517 063 11 f '| ° ﬁ voltage source for operation of the converter. If the voltage source is used for the voltage setting and only then said AC voltage source for operation of the converter is connected to the phase socket, it is possible to check that everything is as it should be with the circuit, and then said first switch can be closed and the AC power source connected to the phase socket with good conscience.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är nämnda första brytare anordnad att slutas när spänningen över den flygande kondensatorn överskridit en förutbestämd nivå, och enligt en vidareutveckling därav är nämnda nivå halva spän- ningen över den flygande kondensatorn vid väl spänningssatt strömriktare. Härigenom undvikes att ett matande växelspän- ningsnät anslutes till strömriktaren innan det tillförsäkrats att en betydande del av spänningen på dennas likspänningssida kom- mer att tas av nämnda inre enheter.According to another preferred embodiment of the invention, said first switch is arranged to close when the voltage across the flying capacitor has exceeded a predetermined level, and according to a further development thereof, said level is half the voltage across the flying capacitor at a well-energized converter. This avoids that a supply alternating voltage network is connected to the converter before it is ensured that a significant part of the voltage on its direct voltage side will be taken by said internal units.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen inne- fattar anordningen organ anordnade att detektera eventuella fel- strömmar hos strömriktarens fasuttag och att styra den första brytaren att ansluta växelspänningskällan till nämnda fasuttag om inga fel kan detekteras genom nämnda organ. Härigenom till- ses enligt ovan att växelspänningskällan överhuvudtaget inte kopplas in till strömriktaren förrän man förvissat sig om att inga fel förekommer i strömkretsen.According to another preferred embodiment of the invention, the device comprises means arranged to detect any fault currents at the phase socket of the converter and to control the first switch to connect the AC voltage source to said phase socket if no faults can be detected by said means. In this way, it is ensured, as above, that the AC voltage source is not connected to the converter at all until it has been ascertained that no faults occur in the circuit.

Det är på sin plats att nämna att utföringsformerna med nämnda lågspänningskälla och resonanskrets låter sig väl kombineras med andra utföringsformer, såsom den som avser tändning av de yttre enheterna under spänningssättningen för att uppnå en snabbare uppladdning av den flygande kondensatorn, då en styr- ning av dessa enheter i ett sådant fall kan ske enklare och säk- rare, då likspänningskällan exempelvis kan bringas att mata in en spänning som är hälften av normal driftspänning mellan likspän- ningssidans båda poler under drift av strömriktaren till nämnda fasuttag, så att de yttre enheterna ej måste släckas mot en över- ||;o| 10 15 20 .25 30 35 517 063 12 drivet hög spänning under tippladdningen av den flygande kon- densatorn. Naturligtvis finns det även en möjlighet att på kon- ventionellt, långsamt vis ladda den flygande kondensatorn under användande av nämnda lågspänningskälla till viss nivå och se- dan koppla in den ordinarie växelspänningskällan, såsom ett växelspänningsnät till strömriktaren.It is worth mentioning that the embodiments with said low voltage source and resonant circuit can be well combined with other embodiments, such as that relating to ignition of the external units during the voltage setting in order to achieve a faster charging of the flying capacitor, when a control of these units in such a case can be made simpler and safer, as the direct voltage source can for instance be caused to input a voltage which is half of normal operating voltage between the two poles of the direct voltage side during operation of the converter to said phase socket, so that the external units do not must be extinguished against an over- ||; o | 10 15 20 .25 30 35 517 063 12 driven high voltage during the tipping charge of the flying capacitor. Of course, there is also a possibility to charge the flying capacitor in a conventional, slow manner using said low voltage source to a certain level and then connect the ordinary alternating voltage source, such as an alternating voltage network to the converter.

Uppfinningen avser även förfaranden enligt bifogade förfarande- patentkrav, och de fördelar dessa förfaranden uppvisar framgår med all önskvärd tydlighet av ovannämnda diskussion av anord- ningar enligt föredragna utföringsformer av uppfinningen.The invention also relates to methods according to the appended method claims, and the advantages these methods show are apparent with all the desired clarity from the above-mentioned discussion of devices according to preferred embodiments of the invention.

Ytterligare fördelar med samt fördelaktiga särdrag hos uppfin- ningen framgår av efterföljande beskrivning samt övriga osjälv- ständiga patentkrav.Additional advantages and advantageous features of the invention appear from the following description and other dependent claims.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Här nedan beskrivs såsom exempel anförda föredragna utfö- ringsformer av uppfinningen under hänvisning till bifogade rit- ningar, på vilka: är ett förenklat kopplingsschema illustrerande upp- byggnaden av en VSC-strömriktare försedd med en flygande kondensator av det slag som föreliggande uppfinning har som mål att förbättra spänningssätt- ningen av, Fig1 Fig 2-4 visar mycket schematiskt olika tänkbara uppfinnings- enliga alternativ till utformning av den inom den streckade rutan i Fig 1 förekommande delen av an- ordningen, illustrerar mycket schematiskt en del av en anordning enligt en annan föredragen utföringsform av uppfin- ningen, Fig 5 vanan 10 15 20 -25 30 35 517 063 13 illustrerar schematiskt en del av en strömriktar en- ligt Fig 1 försedd med en anordning enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen, Fig 6 Fig 7 och 8 är Fig 1 motsvarande vyer av anordningar enligt yt- terligare föredragna utföringsformer av uppfinningen, och illustrerar schematiskt en anordning enligt en ännu ytterligare föredragen utföringsform av uppfinningen.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Preferred embodiments of the invention are described below by way of example with reference to the accompanying drawings, in which: is a simplified circuit diagram illustrating the construction of a VSC converter provided with a flying capacitor of the present type; Fig. 2-4 shows very schematically various conceivable alternatives according to the invention for designing the part of the device present within the dashed box in Fig. 1, very schematically illustrates a part of a device according to another preferred embodiment of the invention, Fig. 5 schematically illustrates a part of a converter according to Fig. 1 provided with a device according to another preferred embodiment of the invention, Fig. 6 Figs. 7 and 8 are Fig. 1 corresponding views of devices according to further preferred embodiments of the invention, and illustr schematically shows a device according to a still further preferred embodiment of the invention.

Fig 9 DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGS- FORMER AV UPPFINNINGEN I Fig 1 är endast den del av en VSC-strömriktare som är avsedd att vid drift därav vara ansluten till en växelspänningskälla i form av en växelspänningsfasledning visad, varvid antalet faser nor- malt är tre, men det är även möjligt att det som visas i Fig 1 ut- gör hela strömriktaren, då denna är ansluten till ett enfas-växel- spänningsnät. VSC-strömriktaren uppvisar fyra enheter 1-4, van- ligtvis kallade transistorventiler eller alternativt tyristorventiler, seriekopplade mellan de båda polerna 5, 6 hos en likspännings- sida hos strömriktaren. Två seriekopplade kondensatorer 7, 8 är anordnade mellan nämnda båda poler, och en punkt 9 mellan dessa ansluts vanligtvis till jord, så att på detta sätt potentialerna + U/2 respektive - U/2 tillhandahålls hos respektive pol, varvid U är spänningen mellan de båda polerna 5, 6.Fig. 9 DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS OF THE INVENTION In Fig. 1 only the part of a VSC converter which is intended to be connected to an AC voltage source in the form of an AC phase line is shown during operation thereof, the number of phases being normally , but it is also possible that what is shown in Fig. 1 constitutes the entire converter, as this is connected to a single-phase AC voltage network. The VSC converter has four units 1-4, commonly called transistor valves or alternatively thyristor valves, connected in series between the two poles 5, 6 of a direct voltage side of the converter. Two series-connected capacitors 7, 8 are arranged between said two poles, and a point 9 between them is usually connected to earth, so that in this way the potentials + U / 2 and - U / 2 are provided at each pole, whereby U is the voltage between the both poles 5, 6.

Enheterna 1-4 är var och en uppbyggd av ett släckbart halvle- darelement 10-13, såsom en IGBT eller en GTO, och en antipa- rallellt därmed kopplad likriktardiod 14-17, s k frihjulsdiod.The units 1-4 are each built up of a quenchable semiconductor element 10-13, such as an IGBT or a GTO, and an anti-parallel rectifier diode 14-17, so-called freewheel diode.

Fastän endast en IGBT eller GTO per enhet visas kan denna stå för en mängd seriekopplade, simultant styrda IGBT-er eller GTO- er, vilket ävenledes är fallet, då det krävs ett förhållandevis stort antal sådana halvledarelement för att hålla den spänning som varje enhet måste hålla i blockerat tillstånd. anno: 10 15 20 v25 30 35 517 063 14 En första mittpunkt 18 hos seriekopplingen mellan de båda en- heterna 2 och 3, vilken utgör strömriktarens fasutgång är anslut- bar till en växelspänningsfasledning 19 via en induktor 20 och en första brytare 21. På detta sätt uppdelas nämnda seriekoppling i två likadana delar med två enheter 1, 2 respektive 3, 4 hos varje sådan del.Although only one IGBT or GTO per unit is shown, this can represent a plurality of series-connected, simultaneously controlled IGBTs or GTOs, which is also the case, as a relatively large number of such semiconductor devices are required to maintain the voltage required by each unit. keep in a blocked state. anno: 10 15 20 v25 30 35 517 063 14 A first center point 18 of the series connection between the two units 2 and 3, which constitutes the phase output of the converter, is connectable to an alternating voltage phase line 19 via an inductor 20 and a first switch 21. On in this way, said series connection is divided into two equal parts with two units 1, 2 and 3, 4, respectively, of each such part.

En andra mittpunkt 22 mellan två nämnda enheter hos den ena delen hos seriekopplingen är via en flygande kondensator 23 an- sluten till en med avseende på fasutgången motsvarande andra mittpunkt 24 hos seriekopplingens andra del.A second center point 22 between two said units of one part of the series connection is connected via a flying capacitor 23 to a second center point 24 of the second part of the series connection corresponding to the phase output.

Anordningen uppvisar vidare ett organ 25 anordnat att styra de olika halvledarelementen hos enheterna 1-4 och därigenom tillse att nämnda fasutgång ansluts och erhåller samma potential som polen 5, polen 6 eller någon av nämnda andra mittpunkter 22, 24, vilket för mittpunkten 24 innebär att potentialen hos polen 5 sub- traherad med spänningen över kondensatorn 23 och för mitt- punkten 22 spänningen hos polen 6 adderad med spänningen över kondensatorn 23. Detta organ 25 och dess anordnande är mycket förenklat framställt här, och i praktiken torde ett separat sådant organ vara anordnat på hög potential vid varje enskild enhet och dessa erhålla styrsignaler från en på marknivå anord- nad styrinrättning.The device further comprises a means 25 arranged to control the various semiconductor elements of the units 1-4 and thereby ensure that said phase output is connected and obtains the same potential as the pole 5, pole 6 or any of said other midpoints 22, 24, which for the midpoint 24 means that the potential of the pole 5 is subtracted by the voltage across the capacitor 23 and for the midpoint 22 the voltage of the pole 6 added by the voltage across the capacitor 23. This means 25 and its arrangement are very simply presented here, and in practice a separate such means should be arranged at high potential at each individual unit and these receive control signals from a control device arranged at ground level.

Det illustreras även hur olika mätorgan 26-29 är anordnade att mäta elektriska värden hos olika delar av strömriktaren, framför- allt storlek och riktning på strömmar, vilka kan ligga till grund för styrande av strömriktaren, speciellt spänningssättningen därav, vilken föreliggande uppfinning är inriktad på och vilket nu kom- mer att diskuteras.It is also illustrated how different measuring means 26-29 are arranged to measure electrical values of different parts of the converter, in particular the size and direction of currents which may form the basis for controlling the converter, in particular the voltage setting thereof, to which the present invention is directed. and which will now be discussed.

Skall VSC-strömriktaren spänningssättas utifrån växelspännings- sidan och därvid den första strömbrytaren 21 helt enkelt slutes utan några speciella åtgärder kommer i det närmaste momentant de båda kondensatorerna 7 och 8 att laddas upp helt och full spänning etableras mellan likspänningssidans båda poler 5 och :apan 10 15 20 _25 30 35 517 063 15 6. men den flygande kondensatorn 23 kommer endast att laddas mycket långsamt via den läckström, vanligtvis i storleksordningen 50 mA, som förekommer i spänningsdelarna (en sådan är mycket schematiskt visad i Fig 5) som är anordnade parallellt med re- spektive enhet för uppnàende av god spänningsdelning mellan enheterna under strömriktarens drift. Detta betyder då att de både yttre enheterna 1, 4 kommer att ensamma få ta väsentligen hela spänningen vid begynnelsen av spänningssättningen, och det kan ta flera minuter innan den flygande kondensatorn 23 är helt uppladdad.If the VSC converter is to be energized from the AC voltage side and the first switch 21 is simply closed without any special measures, the two capacitors 7 and 8 will be charged almost instantaneously and full voltage is established between the two poles 5 and the apex of the DC voltage side. But the flying capacitor 23 will only be charged very slowly via the leakage current, usually of the order of 50 mA, present in the voltage parts (one is very schematically shown in Fig. 5) which are arranged in parallel. with respective unit for achieving good voltage distribution between the units during the operation of the converter. This then means that the two external units 1, 4 alone will have to take substantially all the voltage at the beginning of the voltage setting, and it may take several minutes before the flying capacitor 23 is fully charged.

En möjlighet att angripa detta problem är att utforma styrorganet 25 på tidigare beskrivet sätt att under spänningssättningen om- växlande tända de båda yttre ventilerna för att åstadkomma en laddningsström mellan en av nämnda andra mittpunkter 22, 24 och fasuttaget 18. Exempelvis kan enheten 4 tändas, så att en den flygande kondensatorn 23 laddande ström går via fasuttaget 18, igenom dioden 15, till den flygande kondensatorn 23 och ige- nom enheten 4 till minuspolen 6. Alternativt kan enheten 1 tän- das så att en ström för uppladdning av kondensatorn 23 går från pluspolen 5 igenom enheten 1, till den flygande kondensatorn 23, vidare till den andra mittpunkten 24 och igenom dioden 16 till fasuttaget 18. Därvid styrs företrädesvis halvledarelementen 10 och 13 att tända så att den maximala spänningsbelastningen pà enheterna reduceras, närmare bestämt genom att halvledarele- mentet 10 endast tändes när växelspänningen på fasuttaget 18 är under en positiv halvperiod och halvledarelementet 13 tändes endast när växelspänningen hos fasuttaget 18 är inom en negativ halvperiod. Därvid är det möjligt att styra tidpunkten för tänd- ningen inom respektive halvperiod så att just den önskade ladd- ningsströmmen och därmed laddningshastigheten av den fly- gande kondensatorn 23 uppnås.One possibility of tackling this problem is to design the control means 25 in the manner previously described to alternately light the two outer valves during the energization to provide a charging current between one of said second midpoints 22, 24 and the phase socket 18. For example, the unit 4 can be ignited. so that a current charging the flying capacitor 23 passes via the phase socket 18, through the diode 15, to the flying capacitor 23 and through the unit 4 to the negative pole 6. Alternatively, the unit 1 can be ignited so that a current for charging the capacitor 23 passes from the positive pole 5 through the unit 1, to the flying capacitor 23, further to the second center point 24 and through the diode 16 to the phase socket 18. In this case, the semiconductor elements 10 and 13 are preferably controlled to ignite so that the maximum voltage load on the units is reduced. the element 10 was only ignited when the alternating voltage on the phase socket 18 is during a positive half-period and the semiconductor element 13 was ignited only when the AC voltage of the phase socket 18 is within a negative half period. In this case, it is possible to control the time of ignition within the respective half-period so that precisely the desired charging current and thus the charging speed of the flying capacitor 23 is achieved.

I Fig 2 illustreras ett alternativ till den just beskrivna utförings- formen, vilket skiljer sig en del från övriga utföringsformer av uppfinningen genom» att här spänningssättningen sker utifrån lik- spänningssidan, och hos denna utföringsform är en brytare 30 »snus 10 15 20 .25 30 35 517 063 16 anordnad att under spänningssättníngen ansluta fasuttaget 18 ti!! jord, och styrorganet 25 är anordnat att under spänningssätt- ningen styra tändning av halvledarelementet hos enheten 1 eller 4 för att alstra en den flygande kondensatorn uppladdande ström genom spänningsskillnaden mellan respektive andra mittpunkt 22, 24 och fasuttaget 18. När spänningssättníngen väl är fullbor- dad öppnas brytaren 30 och brytaren 21 slutes.Fig. 2 illustrates an alternative to the embodiment just described, which differs somewhat from other embodiments of the invention in that here the voltage setting takes place from the DC voltage side, and in this embodiment a switch 30 is snuff 10. 30 35 517 063 16 arranged to connect the phase socket 18 to during the voltage setting !! ground, and the control means 25 is arranged to control during ignition the ignition of the semiconductor element of the unit 1 or 4 to generate a current charging the flying capacitor through the voltage difference between the respective second midpoints 22, 24 and the phase socket 18. Once the voltage is completed the switch 30 is opened and the switch 21 is closed.

Fig 3 illustrerar mycket schematiskt hur en annan anordning för spänningssättning av en VSC-strömriktare av detta slag kan vara utformad. Denna anordning innefattar i serie med den första brytaren 21 mellan denna och fasuttaget 18 en resistans 31 med ett förhållandevis högt resistansvärde, närmare bestämt med ett sådant värde att den är anordnad att väsentligt retardera spän- ningssättníngen av likspänningssidan vid slutande av brytaren 21. Härigenom är det möjligt att upptäcka eventuella fel innan full spänning nåtts på likspänningssidan och därigenom den första brytaren 21 kan öppnas innan skador uppträder. Den flygande kondensatorn hinner även laddas upp till en högre nivå innan full spänning etableras på likspänningssidan. Parallellt med resistan- sen 31 är en andra brytare 32 anordnad att när spänningen över den flygande kondensatorn når en förutbestämd nivå sluta och därmed koppla anslutningen mellan växelspänningskällan och fasuttaget förbi resistansen.Fig. 3 illustrates very schematically how another device for energizing a VSC converter of this kind can be designed. This device comprises in series with the first switch 21 between it and the phase socket 18 a resistance 31 with a relatively high resistance value, more specifically with such a value that it is arranged to substantially retard the voltage setting of the direct voltage side when closing the switch 21. Hereby it is possible to detect any faults before full voltage is reached on the direct voltage side and thereby the first switch 21 can be opened before damage occurs. The flying capacitor also has time to charge to a higher level before full voltage is established on the DC voltage side. In parallel with the resistor 31, a second switch 32 is arranged to stop when the voltage across the flying capacitor reaches a predetermined level and thereby switch the connection between the AC voltage source and the phase socket past the resistor.

På motsvarande sätt är en seriekoppling av en kondensator 33 och en andra brytare 34 anordnad parallellt med en nämnd första brytare 21 för anslutning av fasuttaget 18 till en växelspännings- källa 19. Organ, såsom styrorganet 25, är anordnade att vid nämnda spänningssättning först sluta den andra brytaren 34 och därigenom ansluta växelspänningskällan via kondensatorn till fasuttaget och när en viss spänningsnivå byggts upp över den flygande kondensatorn styra den första brytaren 21 att sluta och ansluta växelspänningskällan direkt till fasuttaget. Funktionen hos och fördelarna med denna utföringsform är liknande de hos utföringsformen enligt Fig 3. ansv: 10 15 20 .25 30 35 517 063 17 Såsom redan tidigare nämnts uppvisar strömriktaren en s., n- ningsdelare med en resistans parallellkopplad med var och en av enheterna 1-4, och detta är mycket schematiskt illustrerat genom resistansen 35 i Fig 5 för en enhet. Enligt en föredragen utfö- ringsform av uppfinningen innefattar anordningen organ 36 an- ordnade att åstadkomma en omkoppling av spänningsdelaren 37 mellan ett tillstånd under nämnda spänningssättning med ett för- sta resistansvärde och ett tillstånd vid en normal drift av ström- riktaren efter utförd spånningssättning med ett väsentligt högre resistansvärde, vilket innebär att läckströmmen igenom spän- ningsdelaren blir betydligt högre under spänningssättningen än eljest vore fallet vid det högre resistansvärdet. Läckströmmen kan t ex bli 0,5 - 5A, d v s en ökning med en faktor 10-100 med avseende på normal drift av strömriktaren. Härigenom ökas has- tigheten för uppladdningen av den flygande kondensatorn. Därvid vore det möjligt att utforma spänningsdelaren på det i Fig 5 vi- sade sättet med en brytare 38 för konvertering mellan de båda lägena för valbar kortslutning av en del av resistansen 35. Det vore dock även möjligt att utforma resistansen 35 som en i prin- cip steglöst styrbar potentiometer för optimalt styrande av den flygande kondensatorns laddningsström.Correspondingly, a series connection of a capacitor 33 and a second switch 34 is arranged in parallel with said first switch 21 for connecting the phase socket 18 to an alternating voltage source 19. Means, such as the control means 25, are arranged to first close the second switch 34 and thereby connect the AC voltage source via the capacitor to the phase socket and when a certain voltage level has built up over the flying capacitor control the first switch 21 to close and connect the AC voltage source directly to the phase socket. The function and the advantages of this embodiment are similar to those of the embodiment according to Fig. 3. As already mentioned earlier, the converter has a current divider with a resistance connected in parallel with each of the units 1-4, and this is very schematically illustrated by the resistance 35 in Fig. 5 for a unit. According to a preferred embodiment of the invention, the device comprises means 36 arranged to provide a switching of the voltage divider 37 between a state during said voltage setting with a first resistance value and a state during a normal operation of the converter after performing a voltage setting with a significantly higher resistance value, which means that the leakage current through the voltage divider will be significantly higher during the voltage setting than would otherwise be the case at the higher resistance value. The leakage current can, for example, be 0.5 - 5A, i.e. an increase of a factor of 10-100 with respect to normal operation of the converter. This increases the speed of charging the flying capacitor. It would then be possible to design the voltage divider in the manner shown in Fig. 5 with a switch 38 for conversion between the two positions for selectively short-circuiting a part of the resistor 35. However, it would also be possible to design the resistor 35 as one in principle. cip steplessly controllable potentiometer for optimally controlling the charging current of the flying capacitor.

I Fig 6 illustreras schematiskt en anordning enligt en annan före- dragen utföringsform av uppfinningen, varvid endast de båda inre enheterna 2, 3 hos strömriktaren är visade. Hos denna utfö- ringsform är en resistans 39 seriekopplad med den flygande kon- densatorn 23 mellan en av nämnda andra mittpunkter 24 och den flygande kondensatorns ena terminal 40. En brytare 41 är paral- lellkopplad med resistansen 39. Organ, såsom styrorganet 25, är anordnade att styra brytaren 41 att öppna vid spänningssätt- ningen av strömriktaren för uppbyggande av en spänning väsent- ligen lika fort över samtliga enheter seriekopplade mellan lik- spänningssidans båda poler och slutande av brytaren 41 för för- bikoppling av resistansen efter uppladdning av den flygande kondensatorn över ett förutbestämt värde. Genom anordnande av en sådan förhållandevis betydande resistans 39 i serie med kon- densatorn 23 mellan de båda mittpunkterna 24 och 22 vid spän- .inøy 10 15 20 _25 30 35 517 063 18 (D ningssåttningen kommer en betydand spänning snabbt byggas upp även över de båda enheterna 2, .Fig. 6 schematically illustrates a device according to another preferred embodiment of the invention, in which only the two internal units 2, 3 of the converter are shown. In this embodiment, a resistor 39 is connected in series with the flying capacitor 23 between one of said second midpoints 24 and one terminal 40 of the flying capacitor. A switch 41 is connected in parallel with the resistor 39. Means, such as the control means 25, are arranged to control the switch 41 to open at the voltage setting of the converter to build up a voltage substantially equally fast over all units connected in series between the two poles of the direct voltage side and closing the switch 41 for bypassing the resistance after charging the flying capacitor above a predetermined value. By arranging such a relatively significant resistance 39 in series with the capacitor 23 between the two midpoints 24 and 22 at the voltage level, a significant voltage will quickly build up even over the both units 2,.

I Fig 7 illustreras en anordning för spänningssättning av en VSC- strömriktare enligt en annan föredragen utföringsform av uppfin- ningen, hos vilken två mycket schematiskt visade omkopplare 42, 43 är anordnade. Omkopplaren 42 är anordnad att kunna ansluta den flygande kondensatorns 23 ena terminal 44 antingen till den andra mittpunkten 22 eller likspänningssidans pluspol 5, medan den andra omkopplaren 43 är utformad att kunna ansluta den fly- gande kondensatorns 23 andra terminal 40 antingen till den andra mittpunkten 24 eller jord (punkten 9). De båda omkopp- larna är anordnade att efter anslutning av växelspänningen till fasuttaget vid spänningssättningen ansluta den ena terminalen 44 hos den flygande kondensatorn till likspänningssidans pluspol 5 och den andra terminalen 40 hos kondensatorn till jord 9, så- som är illustrerat i Fig 7, under brytande av förbindelsen mellan den flygande kondensatorns båda terminaler och nämnda andra mittpunkter 22, 24. Härigenom kommer vid spänningssättningen den flygande kondensatorn att uppladdas mycket snabbt samti- digt som spänningssättningen av de fyra enheterna 1-4 blir sym- metrisk utan några ökade pàkänningar på någon av enheterna.Fig. 7 illustrates a device for energizing a VSC converter according to another preferred embodiment of the invention, in which two very schematically shown switches 42, 43 are arranged. The switch 42 is arranged to be able to connect one terminal 44 of the flying capacitor 23 either to the second center point 22 or the positive pole 5 of the direct voltage side, while the second switch 43 is designed to be able to connect the other terminal 40 of the flying capacitor 23 either to the second center point 24. or soil (point 9). The two switches are arranged to connect one terminal 44 of the flying capacitor to the positive terminal of the DC voltage side 5 and the other terminal 40 of the capacitor to ground 9, as illustrated in Fig. 7, after connecting the alternating voltage to the phase socket during the voltage setting. breaking the connection between the two terminals of the flying capacitor and the said other midpoints 22, 24. As a result of the voltage setting, the flying capacitor will be charged very quickly at the same time as the voltage setting of the four units 1-4 becomes symmetrical without any increased stresses on any of the devices.

Omkopplarna 42, 43 är vidare anordnade att efter genomförd spänningssättning koppla över de båda terminalerna 44, 40 hos den flygande kondensatorn 23 till att vara anslutna till de båda andra mittpunkterna 22 respektive 24 och öppna förbindelsen mellan dessa och pluspolen respektive jord. l Fig 8 illustreras hur en anordning för spänningssättning av en VSC-strömriktare av beskrivet slag enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen kan se ut. Hos denna anordning är en seriekoppling av en extrakondensator 45, en resistans 46 samt en likriktande diod 47 ansluten mellan respektive likspän- ningspol 5, 6 och den ena terminalen hos den flygande konden- satorn 23. Därvid är de likriktande dioderna 47 så riktade att den mellan likspänningssidans pluspol och den flygande kondensa- torn har sin ledriktning mot den flygande kondensatorn, medan :>»vn 10 15 20 25 30 35 517 063 19 den andra dioden har sin ledningsriktning bort från den flygande kondensatorn mot Iikspänningssidans minuspol. Kondensatorerna 45 är något mindre än den flygande kondensatorn 23. Vid slutande av brytaren 21 kommer beroende på strömriktningen i fasuttaget 18 den flygande kondensatorn att antingen uppladdas genom en ström som gàr fràn fasuttaget 18 genom dioden 15, till den flygande kondensatorn 23 och vidare genom seriekopplingen av dioden 47', resistansen 46' och extrakondensatorn 45' till mi- nuspolen 6, eller vid en ström i fasuttaget 18 bort mot brytaren 21 via en ström igenom extrakondensatorn 45, resistansen 46, dioden 47, kondensatorn 23, dioden 16 till fasuttaget 18. Härige- nom kommer den flygande kondensatorn 23 att uppladdas helt på endast ett par perioder av växelspänningen ansluten till fasutta- get 18. Resistanserna 46, 46' är till för att begränsa laddnings- strömmen, exempelvis till 250 A, men det vore möjligt att ute- lämna dem, därest dioderna 47, 47' väljs så att de klarar tillräck- ligt höga strömmar. l Fig 9 illustreras uppbyggnaden hos en anordning för spän- ningssättning enligt en ytterligare, mycket föredragen utförings- form av uppfinningen. Här har några flera detaljer hos strömrikta- rens kringutrustning ritats in än i övriga figurer. Närmare bestämt har här samtliga tre fasledningar 19, 19', 19" hos en trefas-väx- elspänningsledning samt första brytare 21, 21', 21" för anslut- ning därav till en fasutgång hos varsitt fasben hos en VSC-ström- riktare ritats in, medan endast ett fasben hos strömriktaren visas i figuren. Vidare illustreras hur en transformator 48 är anordnad mellan växelspänningsledningen 19 och fasuttaget 18, och en sådan transformator kan mycket väl även vara anordnad hos de andra utföringsformerna, fastän någon sådan inte är utritad där.The switches 42, 43 are further arranged to switch over the two terminals 44, 40 of the flying capacitor 23 after being energized to be connected to the two other center points 22 and 24, respectively, and open the connection between these and the positive pole and earth, respectively. Fig. 8 illustrates what a device for energizing a VSC converter of the type described according to another preferred embodiment of the invention may look like. In this device, a series connection of an extra capacitor 45, a resistor 46 and a rectifying diode 47 is connected between the respective direct voltage poles 5, 6 and one terminal of the flying capacitor 23. The rectifying diodes 47 are so directed that the between the positive pole of the DC voltage side and the flying capacitor has its conduction direction towards the flying capacitor, while:> »vn 10 15 20 25 30 35 517 063 19 the other diode has its conduction direction away from the flying capacitor towards the negative pole of the DC voltage side. The capacitors 45 are slightly smaller than the flying capacitor 23. When the switch 21 is closed, depending on the current direction in the phase socket 18, the flying capacitor will either be charged by a current flowing from the phase socket 18 through the diode 15, to the flying capacitor 23 and further through the series connection. of the diode 47 ', the resistor 46' and the auxiliary capacitor 45 'to the negative coil 6, or at a current in the phase socket 18 towards the switch 21 via a current through the auxiliary capacitor 45, the resistor 46, the diode 47, the capacitor 23, the diode 16 to the phase socket 18 As a result, the flying capacitor 23 will be fully charged in only a couple of periods of the AC voltage connected to the phase socket 18. The resistors 46, 46 'are there to limit the charging current, for example to 250 A, but it would be possible to omit them, in which case the diodes 47, 47 'are selected so that they can handle sufficiently high currents. Fig. 9 illustrates the construction of a device for energizing according to a further, highly preferred embodiment of the invention. Here, some more details of the inverter's peripheral equipment have been drawn in than in the other figures. More specifically, all three phase lines 19, 19 ', 19 "of a three-phase AC voltage line and the first switch 21, 21', 21" for connection thereof to a phase output of each phase leg of a VSC converter have been drawn here. in, while only one phase leg of the inverter is shown in the figure. It is further illustrated how a transformer 48 is arranged between the alternating voltage line 19 and the phase socket 18, and such a transformer may very well also be arranged in the other embodiments, although no one is drawn there.

Transformatorn har primärlindningarna 49 deltakopplade, medan sekundärlindningarna 50 är Y-kopplade. Vidare är en Iàgspän- ningskälla 51, vilken exempelvis kan vara utformad att alstra en spänning av i storleksordningen 100-200 V, anslutbar till Y-kopp- lingens stjärnpunkt 52 via en brytare 53 med en reglerbar resi- stans 54 och en reglerbar induktans 55 anordnade däremellan.The transformer has the primary windings 49 delta-connected, while the secondary windings 50 are Y-connected. Furthermore, a low voltage source 51, which may, for example, be designed to generate a voltage of the order of 100-200 V, is connectable to the star point 52 of the Y-coupling via a switch 53 with an adjustable resistor 54 and an adjustable inductance 55. arranged in between.

Làgspänningskällans andra ände jordad. En ytterligare brytare 56 1:10; 10 15 20 '25 30 35 517 063 20 ord och de filter 57 scm strömriktarens väx- elspänningssida uppvisar för eliminerande av övertoner genere- rade på växelspänningssidan p g a de högfrekventa switchning- arna av halvledarelementen hos enheterna 1-4 vid nämnda puls- breddsmodulering. Filtren 57 är kapacitiva för grundton. Slutligen är en ännu ytterligare brytare 58 anordnad mellan jord och mittpunkten 9 mellan likspänningssidans båda kondensatorer. ar anordnad mellan Funktionen hos denna anordning är följande: När strömriktaren skall spänningssättas slutes brytaren 53, me- dan brytarna 21 hålls öppna. För en SVC hålls brytaren 58 öppen under spänningssättningen, men för HVDC-applikationen finns inte brytaren 58 utan punkten 9 är hela tiden jordad, även under spänningssättningen. Om inte filtrens nolledare är jordad hålls även brytaren 56 sluten. Q-värdet hos växelspänningsfiltren 57 skall vara högt vid grundfrekvensen hos växelspänningen. Q-vär- det hos transformatorns nollföljdsimpedans skall även vara högt.The other end of the low voltage source is earthed. An additional switch 56 1:10; 10 15 20 '25 30 35 517 063 20 words and the filters 57 scm of the AC voltage side of the converter have for eliminating harmonics generated on the AC voltage side due to the high frequency switching of the semiconductor elements of the units 1-4 in said pulse width modulation. The filters 57 are capacitive for fundamental tones. Finally, an still further switch 58 is arranged between earth and the center point 9 between the two capacitors of the direct voltage side. The function of this device is as follows: When the inverter is to be energized, the switch 53 is closed, while the switches 21 are kept open. For an SVC the switch 58 is kept open during the voltage setting, but for the HVDC application the switch 58 is not present but the point 9 is always earthed, even during the voltage setting. If the neutral conductor of the filters is not earthed, the switch 56 is also kept closed. The Q value of the AC filters 57 should be high at the fundamental frequency of the AC voltage. The Q value of the transformer's zero-sequence impedance must also be high.

Genom att reglera induktansen 55 kan härigenom en nollföljdsre- sonanskrets med ett högt Q-värde bildas, och denna krets består av de för grundton kapacitiva växelspänningsfiltren 57, transfor- matorns nollföljdsimpedans samt den tillkommande induktansen 55. Detta betyder vid anslutning av lågspänningskällan 51 att det är möjligt att ladda filtren med en nollföljdsspänning som är mycket högre än spänningen hos lägspänningskällan 51 genom inställning av amplituden hos lägspänningskällan, resonansfre- kvensen hos kretsen och Q-värdet hos kretsen kan amplituden hos filterspänningen styras. Spänningen på anslutningen till fas- uttaget 18 blir därvid QxU51, där Q är kretsens godhetstal och Usj är spänningen från källan 51. Spänningen på fasuttaget kan re- gleras genom att antingen ändra godhetstalet Q med resistansen 54 eller styra amplituden på källan 51. Således erhålls en till- räckligt hög spänning för att spänningssätta strömriktarens lik- spänningssida åtminstone till uppnående av en betydande andel, såsom exempelvis hälften av den fulla spänning den skall upp- visa vid normal drift av strömriktaren samtidigt som den flygande kondensatorn 21 kan spänningssättas. Det illustreras mycket nya: 10 15 20 _25 30 35 517 063 21 schematiskt hur organ 59 är anordnade att detektera eventuella fel, såsom kortslutningar i strömriktarens strömkrets eller i lik- spänningsnätet, så att detta görs innan någon hög spänning an- sluts tiil fasuttaget via växelspänningsnätet 19. Företrädesvis ökas på detta sätt filterspänningen till cirka 50 % av den nivå hos den fulla spänningen som växelspänningssidan skall uppvisa un- der drift av strömriktaren. När enheterna 1 och 4 har erhållit till- räcklig spänning och kan fungera tänds företrädesvis dessa en- ligt tidigare beskriven procedur för att snabba på uppladdningen av den flygande kondensatorn 23. Företrädesvis görs detta om- växlande för att balansera laddningen av de båda kondensato- rerna 7, 8, vilka på detta sätt laddas till cirka 50 % av den fulla spänningen. Det är möjligt att blockera alla enheterna eller ven- tilerna 1-4 och öka filterspänningen ytterligare till nämnda fulla spänning, så att då även den fulla spänningen kommer att ligga mellan likspänningspolerna över kondensatorerna 7 och 8. Slutli- gen är det fördelaktigt att märkbart reducera Q-värdet genom ökande av värdet hos den reglerbara resistansen 54 för urladd- ning av växelspänningsfiltren 57 innan brytarna 53, 56 och 58 öppnas. Sedan slutes brytaren 21 och växelspänningsnätet kopplas in till strömriktarens fasuttag 18 innan kondensatorerna 7, 8 och 23 hinner laddas ur.By regulating the inductance 55, a zero-sequence resonant circuit with a high Q-value can thereby be formed, and this circuit consists of the fundamental capacitive AC filters 57, the transformer's zero-sequence impedance and the additional inductance 55. This means that when connecting the low-voltage source 51 it it is possible to charge the filters with a zero-sequence voltage which is much higher than the voltage of the low-voltage source 51 by setting the amplitude of the low-voltage source, the resonant frequency of the circuit and the Q-value of the circuit, the amplitude of the filter voltage can be controlled. The voltage at the connection to the phase socket 18 then becomes QxU51, where Q is the goodness number of the circuit and Usj is the voltage from the source 51. The voltage at the phase socket can be regulated by either changing the goodness number Q with the resistance 54 or controlling the amplitude at the source 51. a sufficiently high voltage to energize the DC side of the converter at least to achieve a significant proportion, such as for example half of the full voltage it is to exhibit during normal operation of the converter while the flying capacitor 21 can be energized. It illustrates very new: schematically how means 59 are arranged to detect any faults, such as short circuits in the converter circuit or in the direct voltage network, so that this is done before any high voltage is connected to the phase socket via the alternating voltage network 19. Preferably, the filter voltage is increased in this way to about 50% of the level of the full voltage which the alternating voltage side is to exhibit during operation of the converter. When units 1 and 4 have received sufficient voltage and can operate, they are preferably turned on according to the previously described procedure to speed up the charging of the flying capacitor 23. Preferably, this is done alternately to balance the charging of the two capacitors. 7, 8, which in this way are charged to about 50% of the full voltage. It is possible to block all the units or valves 1-4 and increase the filter voltage further to said full voltage, so that then also the full voltage will be between the direct voltage poles across capacitors 7 and 8. Finally, it is advantageous to significantly reduce The Q value by increasing the value of the controllable resistor 54 for discharging the AC filters 57 before the switches 53, 56 and 58 are opened. Then the switch 21 is closed and the AC mains is connected to the phase socket 18 of the converter before the capacitors 7, 8 and 23 have time to be discharged.

I princip är det möjligt att ladda även tranmissionskablarna på strömriktarens likspänningssida och en annan omriktarstation hos en anläggning för överföring av elektrisk effekt via högspänd lik- ström, medan den flygande kondensatorn i den andra stationen laddas genom ventilernas eller enheternas spänningsdelare.In principle, it is also possible to charge the transmission cables on the DC side of the converter and another converter station of a system for transmitting electrical power via high-voltage direct current, while the flying capacitor in the other station is charged through the voltage divider of the valves or units.

Det vore även möjligt att jorda nollpunkten hos transformatorn vid anslutningen av växelspänningsnätet via slutande av brytarna 21. Speciellt skulle detta kunna göras vid en frånvaro av en till- kommande làgspänningskälla 51, så att strömriktaren inte har tidigare laddats genom någon sådan ytterligare spänningskälla före anslutningen av växelspänningsnätet. Om ett jordfel skulle förekomma hos en av faserna skulle spänningen hos likspän- ningspolerna annars blir cirka två gånger så hög som normalt. >»»|| 10 15 20 517 063 22 Således skulle även spänningen mellan likspänningssidans båda poler bli två gånger så hög som det normala värdet. Eftersom den flygande kondensatorn 23 inte är uppladdad skulle då de båda yttre enheterna 1 och 4 belastas med denna höga pol-till- pol-spänning. Detta problem kan lösas genom ett jordande av transformatorns nollpunkt tills den flygande kondensatorn laddats upp till normal spänning.It would also be possible to ground the zero point of the transformer at the connection of the AC mains via closing of the switches 21. In particular, this could be done in the absence of an additional low voltage source 51, so that the converter has not been previously charged by any additional voltage source before connecting the AC network. If an earth fault were to occur in one of the phases, the voltage at the DC poles would otherwise be about twice as high as normal. > »» || 10 15 20 517 063 22 Thus, the voltage between the two poles of the DC voltage side would also be twice as high as the normal value. Since the flying capacitor 23 is not charged, then the two external units 1 and 4 would be loaded with this high pole-to-pole voltage. This problem can be solved by grounding the transformer zero point until the flying capacitor is charged to normal voltage.

Uppfinningen är givetvis inte pà något sätt begränsad till de ovan beskrivna föredragna utföringsformerna, utan en mängd möjlig- heter till modifikationer därav torde vara uppenbara för en fack- man på området, utan att denne för den skull avviker från uppfin- ningens grundtanke sådan denna definieras i bifogade patent- krav. Således torde en fackman på området vara kapabel att komma på andra sätt att koordinera spänningssättningen av strömrlktarens likspänningssida och uppladdningen av den fly- gande kondensatorn för att tillse att kondensatorn laddas upp till en väsentlig andel av full uppladdning därav innan likspännings- sidan tillåts erhålla full spänning mellan sina poler. Avslutnings- vis påpekas att det, såsom redan ovan antytts, är fullt möjligt och kanhända ofta även önskvärt att kombinera två eller flera av de ovan beskrivna utföringsformerna med varandra.The invention is of course not in any way limited to the preferred embodiments described above, but a number of possibilities for modifications thereof should be obvious to a person skilled in the art, without the latter deviating from the basic idea of the invention as defined here. in the appended patent claims. Thus, one skilled in the art would be able to come up with other ways to coordinate the voltage setting of the DC voltage side of the switch and the charging of the flying capacitor to ensure that the capacitor is charged to a substantial proportion of full charge thereof before the DC voltage side is allowed to receive full voltage. between their poles. In conclusion, it is pointed out that, as already indicated above, it is quite possible and perhaps often also desirable to combine two or more of the embodiments described above with each other.

Claims

A method of energizing a VSC converter for converting DC voltage to alternating voltage and vice versa in a plant for transmitting electrical power, the converter comprising one between two poles (5, 6), when a voltage is applied, a positive and a negative, at a direct voltage side of the converter arranged series connection of at least four units (1-4) each comprising a quenchable semiconductor element and a rectifier diode connected thereto, a alternating voltage phase line (19) connected to a first center point (18), called the phase socket, of the series connection between two units while dividing the series connection into two equal parts, the two voltage side poles being intended to be laid on substantially the same voltage but with opposite signs in relation to a zero voltage level of the DC voltage side after said voltage setting, the converter comprising a second center point (22) between two said units of one part of the series connection via a flying capacitor (23) connected to a second center point (24) corresponding to the phase socket of the second part of the series connection, and a means (25) arranged that once the converter is voltage controlled control of the semiconductor elements of the units to generate a train of pulses with certain amplitudes according to a pulse width modulation pattern on the phase socket of the converter, characterized in that the voltage setting of the converter is performed by energizing the DC side via connection to the setting of the DC voltage side of the converter and the charging of the flying capacitor are coordinated so that the capacitor is charged to a substantial proportion of its full charge before the DC side is allowed to obtain full voltage between its poles corresponding to the voltage it is intended to have when operating it. well-energized converter. A method according to claim 1, characterized in that after said connection of an alternating voltage to the phase socket (18), the growth of the voltage thereby produced between the two poles (5, 6) of the direct voltage side is made dependent on the voltage across the capacitor. Method according to claim 1 or 2, characterized in that after said connection of an alternating voltage to the phase socket (18) the growth of voltage between the two poles (5, 6) of the direct voltage side which occurs as a result of said connection in relation to the case is retarded if the AC phase line (19) were to be connected to the phase terminal (18) without any effect on the inverter. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the speed of charging of the flying capacitor (23) is increased in relation to a connection of the AC phase line (19) to the phase socket (18) without any effect on the converter. Method according to Claim 4, characterized in that during the voltage setting, by connecting an alternating voltage to the phase socket, ignition of the semiconductor element (10, 13) of the unit (s) is controlled between at least a second center point (22, 24) and the nearest DC pole (5). , 6) when the alternating voltage of the phase socket is in such a phase position that a current charging the flying capacitor (23) is generated by the voltage between said second center point and the phase socket. Method according to claim 5, characterized in that during the voltage setting by connecting an alternating voltage to the phase socket during each half period of said alternating voltage, ignition of the semiconductor element is controlled alternately of the unit (s) (1) between a second center point (22) and one DC voltage pole ( 5) and of the unit (s) (4) between the opposite second center point (24) and the second DC voltage coil (6) in such a way that at each such ignition the flying capacitor (5) 23) charging current is generated. . Method according to claim 6, characterized in that ignition of the semiconductor element (10) of the unit (s) between said second center point (22) and the positive pole (5) of the direct voltage side is effected when the alternating voltage of the phase socket is positive and the semiconductor element (13) lights up at the unit (s) between the opposite second center point (24) and the negative DC terminal (6) when the AC voltage of the phase socket is negative. . Method according to claim 7, characterized in that the ignition times of the semiconductor element (10, 13) of the respective unit / units are selected during the respective half period of the alternating voltage for controlling the charging speed of the flying capacitor (23). . A method according to claim 4, wherein the current generator has a voltage divider (37) having a resistance (35) connected in parallel with each of said units, characterized in that a switching of the voltage divider is provided between a state during said voltage setting with a first resistance value and a condition during normal operation of the converter after performing a voltage setting with a significantly higher resistance value, so that the current to the flying capacitor (23) for charging thereof is increased during the voltage setting compared to what it would have been during normal operating resistance of the voltage parts during the voltage setting. Method according to claim 4, characterized in that after connecting said alternating voltage to the phase socket (18) at the voltage setting, one terminal (44) of the flying capacitor (23) is connected to the positive terminal (5) of the direct voltage side and the other terminal (5). 40) of the flying capacitor to ground (9) during disconnection between the two terminals of the flying capacitor and said other: won 10 15 20 .25 30 35 11. 12. 13. 14. os. see; s s n o midpoints (22, 24), and that after completion of the voltage setting, the two terminals are switched over to be connected to the said two other midpoints and the connection to the positive pole and earth is opened. Method according to claim 3, characterized in that when the alternating voltage is connected to the phase socket for said voltage setting, this is done via a resistor (31) with such a value that it is arranged to substantially retard the voltage setting of the direct voltage side, and that when the voltage across the flying capacitor has reached a predetermined level, the connection between the AC voltage source (19) and the phase socket (18) is switched past said resistance. Method according to claim 3, characterized in that when connecting an alternating voltage to the phase socket for said voltage setting this is done first via a capacitor (33) between the alternating voltage source and the phase socket, and that when a certain voltage level is built up over the flying capacitor ( 23) the AC voltage source is connected directly to the phase socket while bypassing the capacitor between the AC power source and the phase socket. Method according to claim 3, characterized in that during said energization of the converter, a resistor (39) is connected in series with the flying capacitor (23) between one of said second midpoints (24) and one terminal (40) of the flying capacitor. for building up a voltage substantially equally across all units connected in series between the two poles of the direct voltage side, and that after charging the flying capacitor above a predetermined value, said one terminal of the capacitor is connected directly to the second center point in question while bypassing the resistance. . Method according to one of the preceding claims, characterized in that a low-voltage source (51) connected to a resonant circuit is arranged to convert the low voltage of the source into and. ~ v | p, 10 15 20 .25 30 35 15. 16. 17. 18. 517 063 27 thereby generating a substantially higher voltage is connected to said phase socket (18) for the voltage setting. Method according to claim 14, characterized in that a first switch (21) is kept open during the voltage setting and is closed after completion of the voltage setting while opening the connection between the phase socket (18) and the low voltage source (51) for connecting the phase socket to an alternating voltage source (19). for operating the inverter. Method according to Claim 15, characterized in that the first switch (21) is closed when the voltage across the flying capacitor has exceeded a predetermined level. Method according to claim 15 or 16, characterized in that the current of the phase socket (18) of the converter is measured during the voltage setting to detect any fault currents, and that the first switch (21) is closed to connect the AC voltage source to said phase socket if no faults can be detected by said current measurement. Device for energizing a VSC converter for converting direct voltage to alternating voltage and vice versa in a plant for the transmission of electrical power, the converter comprising one between two poles (5, 6), when the voltage is applied a positive and a negative, at a DC side of the converter arranged series connection of at least four units (1-4) each comprising an extinguishable semiconductor element (10-13) and a rectifier diode (14-17) connected thereto, an AC voltage line (19) connected to a first center point, called phase socket (18), of the series connection between two units while dividing the series connection into two equal parts, the two poles of the direct voltage side being intended to be laid at substantially the same voltage but with opposite signs in relation to a zero voltage level of direct voltage the voltage side after said voltage setting, the converter comprising a second center point (22) between two said single 19. 20. 21. 517 063 28 of one part of the series connection via a flying capacitor (23) connected to a second center point (24) of the other part of the series connection corresponding to the phase output, and wherein a means (25) is arranged that once the converter is energized control the semiconductor elements of the units to generate a train of pulses with determined amplitudes according to a pulse width modulation pattern on the phase output of the converter, characterized in that it comprises means for connecting an alternating voltage to said phase socket for energizing the converter by energizing its DC side and a device arranged to coordinate the voltage of the DC voltage side of the inverter and charging the flying capacitor (23) as a result of the connection of the AC voltage to the phase socket charging the capacitor to a significant proportion of full charge thereof before DC voltage side n receives full voltage between its poles corresponding to the voltage it is intended to have during operation of the well-energized converter. Device according to claim 18, characterized in that the device comprises means arranged to make, after said connection of an alternating voltage to the phase socket, the thereby obtained growth of the voltage between the two poles (5, 6) of the direct voltage side depends on the voltage across the capacitor. satorn (23). Device according to claim 18 or 19, characterized in that the device has means arranged to retard after the connection of an alternating voltage to the phase socket the growth of voltage between the two poles (5, 6) of the direct voltage side which occurs as a result of said connection in relation to the case if the AC phase line were to be connected to the phase socket without any effect on the converter. Device according to one of Claims 18 to 20, characterized in that the device comprises means arranged to increase the speed of charging the flying capacitor in relation to a connection of the AC phase line to the phase socket without any effect on the inverter. Device according to claim 21, characterized in that said control means (25) is arranged to control ignition of the semiconductor element (10, 13) of the unit (s) (1, 4) between at least during the voltage setting through the connection of an alternating voltage to the phase socket. a second center point (22, 24) and the nearest DC voltage pole (5, 6) when the alternating voltage on the phase socket is in such a phase position that a current charging the flying capacitor is generated by the voltage between said second center point and the phase socket. Device according to claim 22, characterized in that the control means is arranged to control the ignition of the semiconductor element alternately of the unit (s) between a second center point during the voltage setting by connecting an alternating voltage to the phase socket during each half period of said alternating voltage. (22) and one DC voltage pole (5) and of the unit (s) between the opposite second center point (24) and the other DC pole (6) in such a way that at each such ignition a current charging the flying capacitor is generated. Device according to claim 23, characterized in that the control means is arranged to effect ignition of the semiconductor element (10) of the unit (s) between said second center point (22) and the positive pole (5) of the direct voltage side when the alternating voltage of the phase socket is positive and lighting the semiconductor element (13) of the unit (s) between the opposite second center point (24) and the negative DC pole (6) when the AC voltage of the phase socket (18) is negative. Device according to claim 24, characterized in that the control means (25) is arranged to select the ignition times of the semiconductor element of the respective unit / units below. 10 15 20 .25 30 35 517 063 30 giving half period of the alternating voltage for controlling the charging speed of the flying capacitor. Device according to claim 21, wherein the converter has a voltage divider (37) with a resistance (35) connected in parallel with each of said units, characterized in that it comprises means (36) arranged to effect a switching of the voltage divider between a state during said voltage setting with a first resistance value and a state during normal operation of the converter after performing a voltage setting with a significantly higher resistance value, so that the current to the flying capacitor for charging thereof is increased at the voltage setting compared to what it would be at normal operating resistance of the voltage components during voltage setting. Device according to claim 26, characterized in that said means (36, 38) for switching the voltage divider (37) are arranged to provide a possibility of a stepless variation of the resistance value of the voltage divider for controlling the charging of the flying capacitor. Device according to claim 21, characterized in that it comprises means (42, 43) arranged to connect one terminal (44) of the flying capacitor to the positive terminal of the direct voltage side (5) after connecting said alternating voltage to the phase socket at the voltage setting. ) and the second terminal (40) of the flying capacitor to ground (9) while breaking the connection between the two terminals of the flying capacitor and said second midpoints (22, 24), and that said means are arranged to connect the said two terminals to be connected to the said two other midpoints and open the connection to the positive pole and earth, respectively. Device according to claim 21, characterized in that a series connection of an extra capacitor (45) and a rectifying diode: upon 10 15 20 .25 30 35 30. 31. 32. 517 065 31 (47) is connected between the direct voltage side positive pole (5) and the adjacent second center point (22) and the negative pole side of the direct voltage side (6) and the second center (24) closest to it with the rectifier diode of the series connection connected to the negative pole of the direct voltage side with the direction from the positive pole to the second center point and the rectifier diode of the series connection connected to the negative terminal of the direct voltage side with the conduction direction from the second center point to the negative pole for fast charging of the flying capacitor (23) via current from the positive pole via the extra capacitor to the flying capacitor or from said phase socket to the positive terminal of the flying capacitor and then via the other auxiliary capacitor to the negative terminal of the DC voltage side. Device according to Claim 29, characterized in that each series connection of rectifier means and extra capacitor also has a resistance (46) connected in series therewith. Device according to claim 20, characterized in that said means for connecting an alternating voltage to the phase socket comprises a first switch (21) between said phase socket (18) and an alternating voltage source (19) and one between the switch and the phase socket with these connected in series resistance (31) having such a value that it is arranged to substantially retard the voltage setting of the direct voltage side on closing of said switch, and that it comprises a second switch (32) arranged parallel to said resistance and arranged that when the voltage across the flying capacitor has reached a predetermined level stop and thus connect the connection between the AC voltage source and the phase socket past the resistance. Device according to claim 20, characterized in that said means for connecting an alternating voltage to the phase socket comprises a series connection of a capacitor (33) and a second switch (34) arranged in parallel with a first switch (21) for connecting the phase socket to an alternating voltage source, and that means are arranged to first at said voltage setting first: rfan 10 15 20 .25 30 35 517 063 32 close the second switch and thereby connect the alternating voltage source via the capacitor to the phase socket and when a certain voltage level is built up over the flying capacitor control the first switch to stop and connect the AC power source directly to the phase socket. Device according to claim 20, characterized in that it has a resistor (39) connected in series with the flying capacitor (23) between one of said second midpoints (24) and one terminal (40) of the flying capacitor and a thereby connected in parallel switch (41), and that means are arranged to control said switch to open at the voltage setting of the converter to build up a voltage substantially equally fast over all units connected in series between the two poles of the direct voltage side and closing the switch for bypass of the resistance after charging the flying capacitor above a predetermined value. Device according to any one of claims 18-33, characterized in that it comprises a low voltage source (51) connected to a resonant circuit arranged to convert the low voltage of the source to and thereby generate a substantially higher voltage, and that said means for connecting an alternating voltage to the phase socket comprises a switch (53) arranged to connect the low voltage source via the resonant circuit to the phase socket (18) for the voltage setting. Device according to claim 34, characterized in that said connection means comprises a first switch (21) arranged to be open during the voltage setting and closed after completion of the voltage setting during opening of the switch (53) between the phase socket and the low voltage source for connecting the phase socket to an alternating voltage source. operation of the converter. Device according to claim 35, characterized in that said first switch (21) is arranged to close when the voltage across is taken out (the flying capacitor (23) has exceeded a predetermined level. A device according to any one of claims 35-37, characterized in that said first switch (21) is arranged to close when the voltage across the flying capacitor (23) exceeds half the voltage across it at a well-energized converter. that it comprises means (59) arranged to detect any fault currents of the phase socket (18) of the converter and to control the first switch (21) to connect the AC voltage source to said phase socket if no faults can be detected by said means. claims 34-38, characterized in that the resonant circuit comprises a transformer (48) with one side Y-connected and connectable to the low voltage source (51) via a controllable resistor (54) and a reg teachable inductance (55), and that this transformer side is connected to the phase socket (18). Device according to Claim 39, characterized in that the other side of the transformer 41 is delta-connected and connected to the alternating voltage source (19) via a first switch (21) per phase. Device according to any one of claims 18-40, characterized in that it is designed for energizing a converter which comprises a series connection of 2n said units, wherein n is an integer 2 3, and (2n-2) / 2 pairs of said second midpoints located in a corresponding position relative to the phase outputs on opposite sides thereof is connected to each other by a flying capacitor. Device according to any one of claims 18-41, characterized in that said semiconductor elements (10-13) are 1GBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor). Device according to any one of claims 18-41, characterized in that said semiconductor elements (10-13) are GTOs (Gate Turn-off Thyristor). Device according to one of Claims 8 to 43, characterized in that it is designed for energizing a VSC converter via the connection to an AC mains with a voltage of between 10 kV and 300 kV. Device according to one of Claims 18 to 43, characterized in that it is designed for energizing a VSC converter connected to a direct voltage network for high-voltage direct current (HVDC). Device according to one of Claims 18 to 44, characterized in that it is designed for energizing a VSC converter of an SVC (Static Var Compensator). 47. Device for energizing a VSC converter for converting direct voltage to alternating voltage and vice versa in a plant for the transmission of electrical power, the converter comprising a positive voltage between two poles (5, 6), when the voltage is applied and a negative series connection of at least four units (1-4) arranged at a direct voltage side of the converter, each comprising a switchable semiconductor element (10-13) and a rectifier diode (14-17) connected thereto, an alternating voltage phase line (19 ) connected to a first center point, called the phase socket (18), of the series connection between two units while dividing the series connection into two equal parts, the two poles of the DC voltage side being intended to be laid at substantially the same voltage but with opposite signs in relation to a zero voltage level of the direct voltage side after said setting of voltage, the converter comprising a second center point (22) between two said units of the one part of the series connection via a flying capacitor (23) connected to a second part point (24) of the series connection with respect to the phase outlet: the other part, and wherein a means (25) is arranged to once the converter is energized, controlling the semiconductor elements of the units to generate a train of pulses with determined amplitudes according to a pulse width modulation pattern at the phase output of the converter, the converter being energized from its DC side by connecting a DC voltage to the DC side characterized in that it comprises means (30) arranged to connect said phase socket (18) to ground during the voltage setting of the converter, that said control means (25) is arranged to control ignition of the semiconductor element of the unit (s) during the voltage setting between at least a second center point (22, 24) and the nearest DC pole to generate a flying condenser the charger (23) charging current through voltage differences between said second center point and the phase socket, and that said means (30) is arranged to disconnect the phase socket from the connection to earth when the voltage setting of the converter is completed.