ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПОДСТАНЦИЯ И СПОСОБ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЕЮ Российский патент 2010 года по МПК H02J13/00 

Уровень техники изобретения и предшествующий уровень

Настоящее изобретение имеет отношение к преобразовательной подстанции, для системы подключения переменного тока системы переменного тока (АС) с линией передачи постоянного тока высокого напряжения (HVDC), упомянутая подстанция включает в себя, по крайней мере, один преобразователь, имеющий сторону постоянного тока (DС), которая подключена с одной части к проводнику упомянутой линии электропередач на высоком потенциале, и с другой части на низком потенциале, и АС сторону, подключенную к упомянутой АС системе, причем упомянутая подстанция включает в себя один или более компонент(-тов), являющийся критическим элементом, в смысле, что предельно допустимая температура упомянутого компонента(-тов) могла бы быть достигнута, если бы мощность, передаваемая через преобразовательную подстанцию, поднялась выше номинальной мощности, определенной преобразовательной подстанцией как максимально допустимая мощность, передаваемая через преобразовательную подстанцию в непрерывном режиме работы и в максимальной температуре окружающей среды, подстанция также включает в себя устройство управления, выполненное с возможностью управления упомянутым преобразователем, для определения уровня мощности, переданной через преобразовательную подстанцию, и установку ограничения перегрузки, выполненные с возможностью, основываясь на информации о преобладающей температуре окружающей среды, определения перегрузочной способности преобразовательной подстанции, определяя, сколько еще мощности, свыше упомянутой номинальной мощности, может быть передано через подстанцию в определенный промежуток времени без превышения упомянутой предельно допустимой температуры упомянутого компонента(-тов), и передавать эту информацию упомянутому устройству управления, которая используется тем самым при возможном запросе использования этой перегрузочной способности, так же как способ для управления такой преобразовательной подстанцией.

Изобретение не ограничено никакими особыми уровнями напряжения между линиями передачи постоянного тока высокого напряжения (HVDC) на низком потенциале (земля) и на высоком потенциале, но оно особенно применимо к таким напряжениям, которые выше 500 кВ. Также изобретение не ограничено любыми особыми уровнями электрических токов, проходящих через упомянутую линию передачи, но упомянутая линия предпочтительно относится к классу для электрических токов выше 1 кA.

Компоненты, такие как вентили тока, преобразовательные трансформаторы и сглаживающие реакторы такой преобразовательной подстанции HVDC обычно термально разрабатываются для номинальной мощности в максимальной температуре окружающей среды, это означает, что предельно допустимой температурой считается номинальная температура наиболее нагретого места упомянутого соответствующего компонента, которая могла бы быть достигнута, если бы мощность, переданная через преобразовательную подстанцию, поднялась выше той номинальной мощности в упомянутой максимальной температуре окружающей среды. Тем не менее в температурах окружающей среды, которые ниже, чем упомянутая максимальная температура окружающей среды, охлаждение упомянутого компонента более эффективно, и возможно увеличение мощности, передаваемой через преобразовательную подстанцию, то есть длительный ток через упомянутый компонент не превышает его упомянутую номинальную температуру наиболее нагретого места. Это называется непрерывной перегрузочной способностью преобразовательной подстанции.

Также в максимальной температуре окружающей среды, можно передать больше упомянутой номинальной мощности за короткие промежутки времени, это называют кратковременной перегрузочной способностью преобразовательной подстанции. При температурах окружающей среды, а именно при температурах ниже, чем максимальная температура окружающей среды, а именно, при температурах ниже, чем максимальная температура окружающей среды, можно увеличить кратковременную перегрузочную способность. Кроме того, если для оборудования с принудительным охлаждением доступно избыточное охлаждение, можно увеличить уровни перегрузки, которые являются нормальным условием эксплуатации.

Те из упомянутых компонентов преобразовательной подстанции, для которых есть риск, что будет достигнута упомянутая предельно допустимая температура, если мощность, переданная через преобразовательную подстанцию, поднимется выше упомянутой номинальной мощности преобразовательной подстанции, здесь называются критическими компонентами. Один из таких критических компонентов, имеющий самую низкую перегрузочную способность при определенных условиях, как уже говорилось, определит перегрузочную способность преобразовательной подстанции. Какой это будет компонент, может зависеть от температуры окружающей среды, продолжительности и состояния избыточного охлаждения и других параметров.

Системы передачи HVDC, к которым принадлежит преобразовательная подстанция такого типа, требуют высокого коэффициента использования внутренней перегрузочной способности.

Известны такие преобразовательные подстанции, которые для выполнения этой задачи имеют упомянутую установку ограничения перегрузки, выполненную с возможностью передачи информации устройству управления, выполненному с возможностью использования этой перегрузочной способности, когда это потребуется, чтобы управлять упомянутым преобразователем или преобразователями подстанции, для использования этой перегрузочной способности, когда это потребуется. Упомянутая установка для этой цели имеет доступ к таблицам непрерывной перегрузочной способности, так же как и к кратковременной перегрузочной способности, для различных промежутков времени для различных значений температуры окружающей среды. Измеряя температуру окружающей среды, она может решить, насколько может быть поднята мощность, передаваемая через преобразовательную подстанцию, свыше ее номинальной мощности, например, за два часа. Таблица может также содержать данные о перегрузочных способностях для случая с избыточным охлаждением и без избыточного охлаждения. Ниже приведен пример такой таблицы перегрузки, в которой упомянутая максимальная температура окружающей среды является равной +40°С.

  Непрерывная перегрузочная способность 2 часа перегрузочной способности 30 минут перегрузочной способности 5 секунд перегру-зочной способности Пере-грузка Темпе-ратура окружа-ющей среды Без избы-
точного охла-ждения С
избы-точным охла-ждением Без избы-точного охлаждения С избы-точным охлаждением Без избы-точного охла-ждения С избы-точным охла-ждением Без избыточ-ного охлажде-ния С избы-точным охла-ждением +40°C (макс) 100% 105% 110% 115% 120% 125% 130% 133% +20°C 110% 115% 115% 120% 124% 129% 133% 133% 0°C 115% 120% 118% 123% 127% 132% 133% 133%

Сущность изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить преобразовательную подстанцию и способ для управления преобразовательной подстанцией, определенной во введении, который позволяет увеличить перегрузочную способность преобразовательной подстанции относительно уже известных подобных преобразовательных подстанций.

Эта задача, согласно изобретению, достигается предоставлением такой преобразовательной подстанции со средством, выполненным с возможностью определения значения фактической температуры упомянутого критического компонента(-тов) и средством, выполненным с возможностью определения значения фактической температуры любых носителей, используемых для охлаждения упомянутого критического компонента(-тов), и упомянутая установка, выполненная с возможностью использования этих температурных значений так же, как информацию о фактической способности охлаждения любого охлаждающего оборудования, охладить упомянутый критический компонент(-ты), и информацию о тепловом поведении упомянутого критического компонента(-тов) и упомянутого возможного хладоносителя на возможное изменение мощности, фактически переданной через подстанцию, в математической модели для вычисления реальной перегрузочной способности преобразовательной подстанции для использования в управлении устройством управления после возможного упомянутого запроса.

К тому же возможно оценить фактические упомянутые температуры наиболее нагретого места критических компонентов и оценить будущие температуры наиболее нагретого места для различных сценариев перегрузки для этих компонентов. Это означает, что можно вычислить, сколько еще мощности можно передать через преобразовательную подстанцию, свыше упомянутой номинальной мощности для преобладающих в настоящий момент условий за предопределенное время, такое как непрерывное или ограниченное время, например, за порядок от 1 до 5 часов. К тому же может быть увеличено использование внутренних перегрузочных способностей преобразовательной подстанции. Также возможно представить реальные перегрузочные способности, вычисленные для оператора преобразовательной подстанции или системы передачи HVDC, которой он принадлежит. Вычисление упомянутой установкой предпочтительно осуществляется непрерывно для непрерывного представления фактических перегрузочных способностей преобразовательной подстанции и использования этих данных в большой степени.

Согласно способу реализации изобретения упомянутая подстанция включает в себя множество различных критических компонентов, и упомянутую установку, выполненную с возможностью осуществления упомянутого вычисления перегрузочных способностей для каждого из упомянутых критических компонентов и определения самых низких значений перегрузочных способностей, так же полученных, как перегрузочные способности преобразовательной подстанции.

Согласно другому способу реализации изобретения, упомянутая установка выполнена с возможностью вычисления непрерывной перегрузочной способности преобразовательной подстанции, определяя, сколько еще мощности, сверх той упомянутой номинальной мощности, может непрерывно, без любого ограничения по времени, быть переданной через подстанцию при преобладающей температуре окружающей среды и охлаждающей способности упомянутого хладоносителя. Таким образом, фактическая непрерывная перегрузочная способность преобразовательной подстанции может быть хорошо использована.

Согласно другому способу реализации изобретения, упомянутая установка выполнена с возможностью вычисления кратковременной перегрузочной способности преобразовательной подстанции, определяя, сколько еще мощности, сверх той упомянутой номинальной мощности, может быть передано через подстанцию за ограниченный промежуток времени, не превышая упомянутую предельно допустимую температуру упомянутого компонента(-тов). К тому же с помощью этого вычисления можно использовать фактическую перегрузочную способность преобразовательной подстанции в определенный промежуток времени, такой, например, как два часа, в течение которых есть особенная необходимость в максимальном использовании упомянутой перегрузочной способности. Например, это может иметь случай для преобразовательной подстанции биполярной системы передачи HVDC, когда рабочее состояние подстанции изменяется из биполярного на монополярное в результате, например, короткого замыкания на землю одного из проводников линии электропередач. Это означает то, что можно противодействовать сокращению мощности, как следствию аварийного выключения одного проводника линии электропередач так, чтобы это могли быть, например, 30% вместо 50%, делая упомянутое аварийное отключение менее серьезным.

Согласно другому способу реализации изобретения, упомянутое средство выполнено с возможностью определения значения фактической температуры любого охладителя, используемого для охлаждения упомянутого критического компонента(-тов), включая средство, выполненное с возможностью измерения температуры упомянутого хладоносителя. Это означает то, что фактическая перегрузочная способность преобразовательной подстанции может быть более надежно определена, например, основываясь на значении температуры окружающей среды и тока через станцию, чем если бы оценивалась только температура упомянутого хладоносителя.

Согласно другому способу реализации изобретения, упомянутое средство выполнено с возможностью определения значения фактической температуры упомянутого критического компонента(-тов), выполненного с возможностью определения упомянутого значения температуры вычислением этого значения, основываясь на информации о фактической температуре упомянутого хладоносителя и упомянутой охлаждающей способности любого охлаждающего оборудования. Это означает довольно точный способ определения фактической температуры упомянутого критического компонента(-тов) для того, чтобы могли быть надежно вычислены перегрузочные способности преобразовательной подстанции.

Согласно другому способу реализации изобретения, преобразовательная подстанция включает в себя средство, выполненное с возможностью измерения электрического тока, через упомянутый критический компонент(-ты), и упомянутое средство выполнено с возможностью вычисления существующих перегрузочных способностей преобразовательной подстанции также на информации о значении упомянутого электрического тока. Это увеличит надежность вычисления фактических перегрузочных способностей преобразовательной подстанции.

Также, согласно другому способу реализации изобретения, упомянутая установка выполнена с возможностью основы вычисления существующих перегрузочных способностей преобразовательной подстанции на тепловой постоянной времени упомянутого хладоносителя и/или упомянутого критического компонента(-тов). Это увеличит надежность вычисления фактических перегрузочных способностей преобразовательной подстанции.

Согласно другому способу реализации изобретения, упомянутая установка выполнена с возможностью использования математической модели в форме тепловой модели отношения температурного увеличения упомянутого хладоносителя в зависимости от электрического тока, протекающего через упомянутый критический компонент(-ты) для вычисления роста температуры упомянутого критического компонента(-тов), и этим самым определяя уровень мощности, который может быть передан через преобразовательную подстанцию в различные промежутки времени на момент упомянутого вычисления. Тепловая модель таких отношений между увеличением электрического тока, протекающего через упомянутый критический компонент(-ты) и температурным увеличением упомянутого охладителя, улучшает возможности надежного вычисления фактических перегрузочных способностей преобразовательной подстанции в каждый момент ее работы.

Согласно другому способу реализации изобретения, упомянутая установка выполнена с возможностью вычисления, какой электрический ток протекает через упомянутый критический компонент(-ты), и этим самым определяя, какая мощность, переданная через подстанцию, даст определенную предельно допустимую температуру упомянутого критического компонента(-тов) в пределах предопределенного промежутка времени. Это означает, что оно может, например, вычислить, что перегрузка 40% приведет к достижению упомянутых предельно допустимых температур критического компонента в течение 30 минут, тогда как упомянутая предельно допустимая температура будет достигнута после двух часов при перегрузке в 25%. Тогда оператор может решить, какой способ управления преобразователем или преобразователями будет наиболее подходящим в конкретном случае.

Согласно другому способу реализации изобретения, упомянутая преобразовательная подстанция включает в себя, по крайней мере, один трансформатор на АС стороне упомянутого преобразователя и упомянутый критический компонент(-ты), и обмотки упомянутого трансформатора являются масляно-изолированными и погруженными в хладоноситель в форме масляной ванны, и упомянутое средство выполнено с возможностью определения значения фактической температуры любого носителя, использованного для охлаждения упомянутого критического компонента, выполненного с возможностью измерения температуры упомянутого масла.

В другом способе реализации изобретения, силовые полупроводниковые устройства преобразовательных вентилей являются другим упомянутым критическим компонентом(-тами). В таком случае, установка выполнена с возможностью базирования упомянутого вычисления на измерении постоянного тока, текущего через упомянутые преобразовательные вентили, и/или напряжении на упомянутых преобразовательных вентилях, и/или температуре охлаждающейся жидкости, такой как вода, используемой для охлаждения вентилей и/или угле управления тиристоров вентилей, когда тиристоры используются как силовые полупроводниковые устройства в вентилях и/или угле коммутации, то есть периоде, в течение которого два параллельных вентиля оба проводят электрический ток.

Согласно другому способу реализации изобретения, сглаживающие реакторы преобразовательной подстанции являются упомянутым критическим компонентом(-тами). Тогда эти сглаживающие реакторы могут быть с воздушной изоляцией и охлаждаться окружающим воздухом, и тогда упомянутая установка выполнена с возможностью использования результатов измерений температуры окружающей среды и электрического тока, протекающего через упомянутый реактор, для вычисления упомянутой перегрузочной способности упомянутых реакторов.

Согласно другому способу реализации изобретения, упомянутая установка выполнена с возможностью выполнения упомянутого вычисления упомянутых существующих перегрузочных способностей преобразовательной подстанции, используя данные, сохраненные в форме результатов испытания на нагрев упомянутого критического компонента(-тов) с упомянутым хладоносителем и возможным охлаждающим оборудованием, через которое, оба значения, и повышение конечной температуры, и тепловая постоянная времени были определены для упомянутого критического компонента(-тов) и/или упомянутого охладителя. Тогда это означает, что надежность вычисления упомянутых перегрузочных способностей преобразовательной подстанции может быть увеличена.

Изобретение также имеет отношение к способу управления преобразовательной электрической подстанцией, по приложенному независимому пункту формулы изобретения, и ее особенностям и преимуществам, и способам реализации этого способа согласно зависимым пунктам формулы изобретения на способ, вытекающий из упомянутого обсуждения преобразовательной подстанции согласно изобретению.

Изобретение также имеет отношение к компьютерной программе и машиночитаемому носителю, согласно соответствующим приложенным пунктам формулы изобретения. Легко понять, что способ согласно изобретению, определенному в приложенной в наборе формуле изобретения, хорошо подходит для осуществления через программные инструкции от процессора, который может находиться под влиянием компьютерной программы, предоставленной с этапами программы, о которой идет речь.

Далее выгоды, так же как и выгодные особенности изобретения, будут вытекать из следующего описания.

Краткое описание чертежей

Со ссылкой на приложенные чертежи, ниже следует определенное описание способов реализации изобретения, приводимое в качестве примеров.

На чертежах:

Фиг.1 является весьма схематичным представлением, иллюстрирующим общую структуру системы передачи HVDC, имеющей преобразовательную подстанцию согласно способу реализации настоящего изобретения,

Фиг.2 является упрощенным представлением преобразовательного трансформатора в преобразовательной подстанции согласно способу реализации изобретения,

Фиг.3 является графиком, показывающим сценарий непрерывной перегрузки для трансформатора согласно Фиг.2 в преобразовательной подстанции согласно изобретению,

Фиг.4 является графиком, показывающим сценарий кратковременной перегрузки для трансформатора согласно Фиг.2 в преобразовательной подстанции согласно изобретению, и

Фиг.5 является весьма схематичным представлением, иллюстрирующим критические компоненты в преобразовательной подстанции согласно способу реализации изобретения в форме вентиля реактора и тиристоров распределителя тока.

Подробное описание осуществления изобретения

Общая конструкция системы передачи HVDC, к которой принадлежит преобразовательная подстанция согласно способу реализации изобретения, схематично показана на Фиг.1. Преобразовательная подстанция 1 размещена на каждом конце линии 3 передачи HVDC, имеющей два проводника, один 4 с положительной и один 5 с отрицательной полярностью. Ради наглядности на фигуре показана только одна из подстанций. Другая имеет соответствующую структуру, и как здесь предполагается, работает как АС преобразователь, тогда как подстанция 1 предназначена, чтобы работать как выпрямитель. АС система 6 подключена к каждой преобразовательной подстанции через трансформаторы 7 для получения подходящего уровня напряжения DC системы. АС система может быть системой производства электроэнергии в форме электростанции любого типа с генераторами электричества, или системы потребления, или сетью, соединяющей с потребителями электроэнергии, такими как отрасли промышленности и населенные пункты. Каждая преобразовательная подстанция имеет два преобразователя 8, 9, каждый из них имеет DC сторону, подключенную с одной части к соответствующему из упомянутых двух проводников 4, 5, и с другой части к DC нейтрали установки 10 вместе с преобразователями и подключающей их сторону низкого напряжения с землей, для установки определенного напряжения на каждом преобразователе.

Каждый преобразователь 8, 9 может быть заменен набором преобразователей, такими как два или три последовательно подключенных между собой, для получения высокого напряжения, такого как порядка 800 кВ. Преобразователи включают в себя множество вентилей тока в любой известной конфигурации, например, в конфигурации 12-ти импульсного моста. Преобразователи могут быть линейно взаимодействующими преобразователями источника электрического тока, в которых элементы переключения, такие как тиристоры, выключены в прохождении через нуль потока АС тока в упомянутой АС системе. Преобразователи могут также быть принудительно взаимодействующими преобразователями источника напряжения, в которых упомянутые элементы переключения являются выключающими устройствами, управляемыми согласно образцу широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Схематично показано для преобразовательной подстанции 1 то, что она также включает в себя устройство 11 управления, выполненное с возможностью управления преобразователями, для определения уровня мощности, переданной через преобразовательную подстанцию 1. Установка 12 ограничения перегрузки также включена в подстанцию и выполнена с возможностью, основываясь на информации о преобладающей температуре окружающей среды, определения перегрузочной способности преобразовательной подстанции, определенной как, сколько еще мощности, свыше номинальная мощности, может быть передано через подстанцию за определенный промежуток времени, не превышая предельно допустимой температуры любого критического компонента подстанции, и передать эту информацию упомянутому устройству 11 управления для использования тем самым при возможном запросе использования этой перегрузочной способности. Определением критических компонентов является предельно допустимая температура этих компонентов, которая может быть достигнута, если мощность, переданная через преобразовательную подстанцию, будет поднята выше упомянутой номинальной мощности преобразовательной подстанции, которая определена как максимальная мощность, которую разрешено передавать через преобразовательную подстанцию в непрерывном режиме работы и при максимальной температуре окружающей среды, например +40°C.

Упомянутые критические компоненты являются типичными для преобразовательной подстанции этого типа, упомянутые вентили тока преобразователей 8, 9, упомянутые трансформаторы 7 и сглаживающие реакторы связаны с преобразователями. Самая низкая перегрузочная способность для каждого из этих критических компонентов будет перегрузочной способностью преобразовательной подстанции, и она будет различной для каждой комбинации температуры окружающей среды, продолжительности работы и состояния любого оборудования, использованного для охлаждения этих критических компонентов.

Фиг.2 показывает упомянутый критический компонент преобразовательной подстанции в форме трансформатора 7. Он имеет первичную обмотку 13 и вторичную обмотку 14, обмотанные вокруг сердечника 15 и масляной изоляции, будучи погруженным в масляную ванну 16. Изоляционные втулки 17-20 соединяются с низковольтными 21 и высоковольтными 22 клеммами первичной обмотки и низковольтными 23 и высоковольтными 24 клеммами вторичной обмотки. Масло масляной ванны охлаждается множеством групп охлаждения 25, распределенных вокруг масляной ванны, и одна из которых показана на фигуре. Группа охлаждения включает в себя масляный насос 26, закачивающий масло из масляной ванны мимо множества вентиляторов 27-29, через которые масло, охлажденное теплообменом с воздухом, транспортируется вентиляторами, и затем снова возвращается в масляную ванну. Средство 30 для измерения температуры масла размещено сверху масляной ванны. Средство 31, 32 также размещено для измерения электрического тока, протекающего через первичную обмотку 13 и вторичную обмотку 14, соответственно, трансформатора. Информация от упомянутых средств 30, 31 и 32, так же как и температура окружающей среды, замеренная средством 33, посылается упомянутой установке 12. Пиковой температурой здесь является температура в самой горячей точке упомянутой обмотки. Фактическая температура обмоток может быть вычислена из самой высокой температуры масла. Это вычисление основано на измеренном токе и модели теплового поведения обмоток и хладоносителя, то есть масляной ванны. Эта модель должна быть основана на результатах испытания на нагрев, где могут быть определены оба параметра: повышение конечной температуры и тепловая постоянная времени. Упомянутая установка 12 также содержит тепловую модель повышения температуры масла (по сравнению с температурой окружающей среды), как функция электрических токов. Эта модель основана на упомянутом испытании на нагрев, где для масла могут быть определены оба параметра: и повышение конечной температуры и тепловая постоянная времени. Позже эта модель может быть изменена, после анализа рабочего состояния преобразователя путем непрерывного измерения верхней температуры масла.

При использовании таких тепловых моделей поведения, и масла, и температуры наиболее нагретого места катушки, можно вычислить возможные уровни перегрузки, основанные на фактической температуре окружающей среды и фактической охлаждающей способности, то есть основываясь на ряде доступных групп охлаждения. Фиг.3 иллюстрирует, как она может использоваться для увеличения мощности, переданной через преобразовательную подстанцию за длительное время (непрерывно) сверх упомянутой номинальной мощности. Электрический ток здесь пропорционален упомянутой переданной мощности, и электрический ток на 100% определяется, чтобы соответствовать передаче упомянутой номинальной мощности через подстанцию. Электрический ток через обмотки показан сплошной жирной линией в процентах электрического тока, соответствующего упомянутой номинальной мощности в зависимости от времени, тогда как температура обмотки показана сплошной тонкой линией, и температура масла - пунктирной линией в градусах Цельсия в зависимости от времени. Предельно допустимая температура для обмотки, как здесь предполагается, является +95°C. Упомянутая установка вычисляет, пользуясь упомянутой тепловой моделью поведения и информацией о температуре окружающей среды, непрерывную перегрузочную способность преобразовательной подстанции, упомянутый трансформатор, как самый критический компонент определяет, сколько еще мощности, свыше упомянутой номинальной мощности, может непрерывно без какого-либо ограничения по времени, быть передано через подстанцию при преобладании данных условий. Эта непрерывная перегрузочная способность, как здесь вычислено, будет 15%, так что электрический ток увеличился на 115% выше так называемого номинального электрического тока. Таким образом, упомянутая установка ограничения перегрузки вычисляет электрический ток, который дает определенную конечную температуру наиболее нагретого места обмотки, когда обе температуры, и масла, и обмотки неизменны.

Установка ограничения перегрузки также может вычислить кратковременную перегрузочную способность преобразовательной подстанции, определяя, сколько еще мощности, свыше упомянутой номинальной мощности, может быть передано через подстанцию за ограниченный промежуток времени, не превышая предельно допустимой температуры обмоток. Это может быть выполнено для различных подобных ограниченных промежутков времени, в зависимости от каждой ситуации, например, для одного часа или для двух с половиной часов, и на Фиг.4 показано, как может использоваться такая кратковременная перегрузочная способность, вычисленная для двух часов. В этом случае было рассчитано, что возможно провести электрический ток 135% от упомянутого номинального электрического тока через обмотки в течение двух часов, начиная от определенного состояния трансформатора прежде, чем температура обмоток достигнет упомянутой предельно допустимой температуры в +95°C. После этих двух часов расчетная непрерывная перегрузочная способность может все еще использоваться для проведения 115% от номинального электрического тока через подстанцию. Особенно эффективно использовать такую кратковременную перегрузочную способность, если одна из двух опор линии электропередач будет подключена через, например, короткое замыкание на землю, для того чтобы преобразовательная подстанция сменила биполярную работу на монополярную работу. Таким образом, используя упомянутую кратковременную перегрузочную способность, мощность, переданная через преобразовательную подстанцию, будет уменьшена только до 67% биполярной мощности, вместо 50%.

Фиг.5 иллюстрирует два других возможных критических компонента преобразовательной подстанции, для которой упомянутая установка 12 ограничения перегрузки может выполнить соответствующие вычисления, для определения ее непрерывных перегрузочных способностей и кратковременных перегрузочных способностей. Одним из этих компонентов является вентиль реактора 34, который может быть с воздушной изоляцией и охлажден конвекционным окружением, и возможно также охлажден через теплообмен с водой, проводимой через него. Другим критическим компонентом является распределитель тока 35, имеющий в наличии множество полупроводниковых устройств 36, в данном случае тиристоров, связанных последовательно в блок. Охлаждающая вода проводится по этим тиристорам 36 для их охлаждения, как показано с помощью линий 37 со стрелками. Средство 38 размещено для измерения температуры воды, покидающей вентиль тока, для использования в упомянутом вычислении, и для определения температуры преобразователя через тепловую модель, также использует информацию об электрическом токе, проходящем через тиристоры, передаваемую текущим измерительным средством 39. Установка ограничения перегрузки может базировать вычисление перегрузочных способностей относительно вентиля тока, кроме измерения DC, текущего через вентиль, и температуры охлаждающейся жидкости, также после возможного измерения напряжения на концах преобразовательного вентиля регулировать угол тиристоров вентиля и угол коммутации, то есть период, в течение которого два параллельных вентиля оба проводят электрический ток.

Возможно, что информация о перегрузочной способности, переданная через упомянутую установку в результате упомянутого вычисления, используется упомянутым устройством управления, чтобы автоматически использовать эту перегрузочную способность, например, таким образом, всегда вычислять непрерывную перегрузочную способность, по возможности, исключая внезапно встречающееся монополярное рабочее состояние подстанции, в котором используются вычисленные кратковременные перегрузочные способности. Однако также возможно, что установка только представляет результаты вычислений оператору преобразовательной подстанции, который, в таком случае, принимает решение, как использовать эту информацию. Решение оператора может зависеть от множества параметров, таких как фактическое потребление мощности главной сети потребления, связанной с упомянутой АС стороной подстанции, фактическая способность производить мощность электростанции, связанной с преобразовательной электрической подстанцией, рыночная цена на электроэнергию в данной области и так далее.

Изобретение ни в коем случае не ограничено способами его реализации, описанными выше, но многие возможности для его модификации были бы очевидны специалисту в данной области техники, не отступая от основной идеи относительно изобретения, как определено в приложенной формуле изобретения.

Например, возможно, что преобразовательная электрическая подстанция, согласно изобретению, имеет другие компоненты, являющиеся более критичными, чем те, что описаны выше, например, любой фильтр.

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в увеличении перегрузочной способности и повышении надежности. Преобразовательная подстанция включает в себя устройство, выполненное с возможностью определения значения фактической температуры любого критического компонента подстанции, и устройство, выполненное с возможностью определения значения фактической температуры любого охладителя, используемого для охлаждения упомянутого критического компонента. Устройство (12), выполненное с возможностью использования этих температурных значений, так же как и информации о фактической охлаждающей способности любого охлаждающего оборудования для охлаждения упомянутого критического компонента, и информации о тепловом поведении упомянутого критического компонента и возможного охладителя на возможное изменение мощности, фактически переданной через подстанцию, в математической модели, для вычисления реальной перегрузочной способности преобразовательной подстанции для использования в управлении преобразователями (8, 9) подстанции, в зависимости от возможного запроса использования перегрузочной способности станции. 2 н. и 26 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Преобразовательная подстанция для подключения системы переменного тока (АС) (6) с линией передачи постоянного тока высокого напряжения (HVDC) (3), упомянутая подстанция включает в себя, по меньшей мере, один преобразователь (8, 9), имеющий сторону постоянного тока (DC), подключенный с одной части к проводнику (4, 5) упомянутой линии электропередач на высокий потенциал и с другой - на низкий потенциал (10), и АС сторону, подключенную к упомянутой АС системе, причем упомянутая подстанция включает в себя один или более
компонент(-тов), который является критическим в смысле, что может быть достигнута максимально допустимая температура упомянутых компонентов, если мощность, переданная через преобразовательную подстанцию, поднимется выше номинальной мощности, определенной для преобразовательной подстанции, как максимальная мощность, которая может быть передана через преобразовательную подстанцию при непрерывной работе и при максимальной температуре окружающей среды, подстанция также включает в себя устройство (11) управления, выполненное с возможностью управления упомянутым преобразователем (8, 9) для определения уровня мощности, переданной через преобразовательную подстанцию, и установку (12) ограничения перегрузки, выполненную с возможностью, основываясь на информации о преобладающей температуре окружающей среды, определения перегрузочной способности преобразовательной подстанции, определяя, сколько еще мощности, свыше упомянутой номинальной мощности, может быть передано через подстанцию за определенный промежуток времени без превышения упомянутой максимально допустимой температуры упомянутого компонента(-тов), и доставки этой информации упомянутому устройству управления, для использования тем самым после возможного запроса использования этой перегрузочной способности, отличающаяся тем, что преобразовательная подстанция также включает в себя средство (30, 31, 32, 33, 36, 38), выполненное с возможностью определения значения фактической температуры упомянутого критического компонента(-тов), и средство (30, 33, 38), выполненное с возможностью определения значения фактической температуры любого носителя, используемого для охлаждения упомянутого критического компонента(-тов), и что упомянутая установка выполнена с возможностью использования этих температурных значений, так же как информации о фактической охлаждающей способности любого текущего охлаждающего оборудования, чтобы охладить упомянутый критический компонент(-ты), и информации о тепловом поведении упомянутого критического компонента(-тов) и упомянутого возможного хладоносителя на возможное изменение мощности, фактически переданной через подстанцию в математической модели, для вычисления реальной перегрузочной способности преобразовательной подстанции для использования в управлении устройства управления после возможного упомянутого запроса.

2. Преобразовательная подстанция по п.1, отличающаяся тем, что упомянутая установка (12) выполнена с возможностью непрерывного вычисления упомянутых текущих перегрузочных способностей.

3. Преобразовательная подстанция по п.1 или 2, отличающаяся тем, что включает в себя множество различных критических компонентов (7, 34, 35), и что упомянутая установка (12) выполнена с возможностью осуществления упомянутого вычисления перегрузочных способностей для каждого из упомянутых критических компонентов и определения самых низких значений перегрузочных способностей, также полученных, как перегрузочные способности преобразовательной подстанции.

4. Преобразовательная подстанция по п.1 или 2, отличающаяся тем, что упомянутая установка (12) выполнена с возможностью вычисления непрерывной перегрузочной способности преобразовательной подстанции, определяя, сколько еще мощности, свыше упомянутой номинальной мощности, может непрерывно, без какого-либо ограничения по времени, быть передано через подстанцию в условиях преобладания температуры окружающей среды и охлаждающей способности упомянутого хладоносителя.

5. Преобразовательная подстанция по п.1 или 2, отличающаяся тем, что упомянутая установка (12) выполнена с возможностью вычисления кратковременной перегрузочной способности преобразовательной подстанции, определяя, сколько еще мощности, свыше упомянутой номинальной мощности, может быть передано через подстанцию за ограниченный промежуток времени без превышения упомянутой максимально допустимой температуры упомянутого компонента(-тов).

6. Преобразовательная подстанция по п.5, которая предназначена для подключения АС системы (6) с биополярной линией передачи HVDC (3) через два преобразователя (8, 9), отличающаяся тем, что упомянутое устройство (11) управления выполнено с возможностью использования информации об упомянутой кратковременной перегрузочной способности станции, вычисленной, для управления упомянутым преобразователем, для определения уровня мощности, которая будет передана через подстанцию, свыше упомянутой дозволенной номинальной мощности, за определенный промежуток времени, такой как 1-5 часов, после изменения работы подстанции из биполярной в монополярную работу.

7. Преобразовательная подстанция по п.1 или 2, отличающаяся тем, что упомянутое средство выполнено с возможностью определения значения фактической температуры любого носителя, использованного для охлаждения упомянутого критического компонента(-тов), включая средство (30, 33, 38), выполненное с возможностью измерения температуры упомянутого хладоносителя.

8. Преобразовательная подстанция по п.7, отличающаяся тем, что упомянутое средство выполнено с возможностью определения значения фактической температуры упомянутого критического компонента(-тов), выполненного с возможностью определения упомянутого температурного значения его вычислением, основанным на информации о фактической температуре упомянутого хладоносителя и упомянутой охлаждающей способности любого охлаждающего оборудования.

9. Преобразовательная подстанция по п.8, отличающаяся тем, что она включает в себя средство (31, 32, 39), выполненное с возможностью измерения электрического тока, проходящего через упомянутый критический компонент(-ты) (7, 35), и что упомянутая установка выполнена с возможностью базирования вычисления существующих перегрузочных способностей преобразовательной подстанции также на информации о значении упомянутого электрического тока.

10. Преобразовательная подстанция по п.9, отличающаяся тем, что упомянутая установка выполнена с возможностью базирования вычисления существующих перегрузочных способностей преобразовательной подстанции также на тепловой постоянной времени упомянутого хладоносителя и/или упомянутого критического компонента(-тов).

11. Преобразовательная подстанция по п.1 или 2, отличающаяся тем, что упомянутая установка (12) выполнена с возможностью использования математической модели в форме тепловой модели отношения температурного увеличения упомянутого хладоносителя в зависимости от электрического тока, проходящего через вышеупомянутый критический компонент(-ты) для вычисления развития температуры упомянутого критического компонента(-тов) и этим определяя уровень мощности, который может быть передан через преобразовательную подстанцию в различные промежутки времени на момент упомянутого вычисления.

12. Преобразовательная подстанция по п.1 или 2, отличающаяся тем, что упомянутая установка (12) выполнена с возможностью вычисления, какой электрический ток проходит через вышеупомянутый критический компонент(-ты), и этим определяя, какая мощность, переданная через подстанцию, даст определенную, максимально допустимую температуру упомянутого критического компонента(-тов) в пределах предопределенного промежутка времени.

13. Преобразовательная подстанция по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она включает, по меньшей мере, один трансформатор (7) на стороне переменного тока упомянутого преобразователя (8, 9) как упомянутый критический компонент(-ты).

14. Преобразовательная подстанция по п.13, отличающаяся тем, что обмотки (13, 14) упомянутого трансформатора являются масляно-изолированными, и погруженными в охладитель в форме масляной ванны (16), и что упомянутое средство (30) выполнено с возможностью определения значения фактической температуры любого охладителя, использованного для охлаждения упомянутого критического компонента, выполненного с возможностью измерения температуры упомянутого масла.

15. Преобразовательная подстанция по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она включает в себя преобразовательные вентили (35) с силовыми полупроводниковыми устройствами, как упомянутый критический компонент(-ты).

16. Преобразовательная подстанция по п.15, отличающаяся тем, что упомянутая установка (12) выполнена с возможностью базирования упомянутого вычисления на измерении постоянного тока, текущего через упомянутые преобразовательные вентили, и/или на напряжении на концах упомянутых преобразовательных вентилей, и/или на температуре охлаждающей жидкости, такой как вода, используемой для охлаждения вентилей, и/или на заданном угле тиристоров вентилей, когда тиристоры используются как силовые полупроводниковые устройства в вентилях, и/или на угле коммутации, то есть периоде, в течение которого два параллельных вентиля оба проводят электрический ток.

17. Преобразовательная подстанция по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она включает в себя вентили реакторов (34), как упомянутый критический компонент(-ты).

18. Преобразовательная подстанция по п.17, отличающаяся тем, что упомянутые вентили реакторов (34) с воздушной изоляцией, и охлаждаются окружающим воздухом, и упомянутая установка (12) выполнена с возможностью использования результатов измерений температуры окружающей среды, и электрического тока, проходящего через упомянутый реактор, для вычисления упомянутой перегрузочной способности упомянутых реакторов.

19. Преобразовательная подстанция по п.1 или 2, отличающаяся тем, что упомянутая установка (12) выполнена с возможностью осуществления упомянутого вычисления упомянутых существующих перегрузочных способностей преобразовательной подстанции, используя данные, сохраненные в форме результатов испытания на нагрев упомянутого критического компонента(-тов) с упомянутым хладоносителем и возможным охлаждающим оборудованием, через которое, оба значения, и повышение конечной температуры и тепловая постоянная времени, были определены для упомянутого критического компонента(-тов) и/или упомянутого хладоносителя.

20. Способ управления преобразовательной подстанцией, для подключения АС системы (6) к линии передачи HVDC (3), причем упомянутая подстанция включает в себя, по меньшей мере, один преобразователь (8, 9), имеющий DC сторону, подключенную с одной части к проводнику (4, 5) упомянутой линии электропередачи на высокий потенциал и с другой - на низкий потенциал (10), и АС сторону, подключенную к упомянутой АС системе, причем упомянутая подстанция включает в себя один или более компонентов, который является критическим в смысле, что максимально допустимая температура упомянутого компонента(-тов) может быть достигнута, если мощность, переданная через преобразовательную подстанцию, поднимется выше номинальной мощности, определенной как максимальная мощность преобразовательной подстанции, разрешенная для передачи через преобразовательную подстанцию при непрерывной работе и при максимальной температуре окружающей среды, причем способ включает в себя: управление упомянутым преобразователем для определения уровня мощности, переданной через преобразовательную подстанцию, определение, основанное на информации о преобладающей температуре окружающей среды, перегрузочной способности преобразовательной подстанции, определяя, сколько еще мощности, свыше упомянутой номинальной мощности, может быть передано через подстанцию за определенный промежуток времени, не превышая упомянутой максимально допустимой температуры упомянутого компонента(-тов), и использование этой информации для упомянутого управления упомянутым преобразователем в зависимости от возможного запроса использования этой перегрузочной способности, отличающийся тем, что он также содержит этапы: определения значения фактической температуры упомянутого критического компонента(-тов), определения значения фактической температуры любого носителя, используемого для охлаждения упомянутого критического компонента(-тов), использования этих температурных значений, так же как и информации о фактической охлаждающей способности любого текущего охлаждающего оборудования для охлаждения упомянутого критического компонента(-тов), и информации о тепловом поведении упомянутого критического компонента(-тов) и упомянутого возможного хладоносителя на возможное изменение мощности, фактически переданной через подстанцию, в математической модели, для вычисления реальной перегрузочной способности преобразовательной подстанции для использования в упомянутом управлении в зависимости от возможного упомянутого запроса.

21. Способ по п.20, отличающийся тем, что упомянутые реальные перегрузочные способности вычисляются непрерывно.

22. Способ по п.20 или 21, отличающийся тем, что он осуществлен на подстанции, включающей в себя множество различных упомянутых критических компонентов (7, 34, 35), и что упомянутое вычисление перегрузочных способностей осуществлено для каждого из упомянутых критических компонентов и также получение самых низких перегрузочных способностей, определенных как перегрузочные способности преобразовательной подстанции.

23. Способ по п.20 или 21, отличающийся тем, что он содержит этап вычисления непрерывной перегрузочной способности преобразовательной подстанции, определяя, сколько еще мощности, сверх той упомянутой номинальной мощности, может непрерывно, без любого ограничения по времени, быть передано через подстанцию в условиях преобладания температуры окружающей среды и охлаждающей способности упомянутого хладоносителя.

24. Способ по п.20 или 21, отличающийся тем, что он содержит этап вычисления кратковременной перегрузочной способности преобразовательной подстанции, определяя, сколько еще мощности, сверх той упомянутой номинальной мощности, может быть передано через подстанцию за ограниченный промежуток времени, не превышая вышеупомянутую максимально допустимую температуру упомянутого компонента(-тов).

25. Способ по п.24, в котором он осуществлен для подстанции, разработанной для подключения АС системы к биполярной линии передачи HVDC (3) через два преобразователя, отличающийся тем, что он содержит этап использования информации об упомянутой кратковременной перегрузочной способности подстанции, вычисленной для управления упомянутым преобразователем, для определения уровня мощности, которая будет передана через подстанцию, свыше упомянутой дозволенной номинальной мощности, за определенный промежуток времени, такой как 1-5 часов, после изменения работы станции из биполярной в монополярную работу.

26. Способ по п.20 или 21, отличающийся тем, что для вычисления роста температуры упомянутого критического компонента(-тов) используется математическая модель в форме тепловой модели отношения температурного увеличения упомянутого хладоносителя в зависимости от электрического тока, протекающего через упомянутый критический компонент(-ты), и этим самым определяет уровень мощности, который может быть передан через преобразовательную подстанцию в различные промежутки времени на момент упомянутого вычисления.

27. Способ по п.20 или 21, отличающийся тем, что он содержит этап вычисления, какой электрический ток проходит через упомянутый критический компонент(-ты) и этим определяя, какая мощность, переданная через подстанцию, даст определенную, максимально допустимую температуру упомянутого критического компонента(-тов) в пределах предопределенного промежутка времени.

28. Способ по п.20 или 21, отличающийся тем, что упомянутое вычисление упомянутых существующих перегрузочных способностей преобразовательной подстанции осуществлено с использованием данных, сохраненных в форме результатов испытания на нагрев упомянутого критического компонента(-тов) с упомянутым хладоносителем и возможным охлаждающим оборудованием, через которое, оба значения, и повышение конечной температуры и тепловая постоянная времени, были определены для упомянутого критического компонента(-тов) и/или упомянутого хладоносителя.