IEC 61803:1999
(Main)Determination of power losses in high-voltage direct current (HVDC) converter stations
Determination of power losses in high-voltage direct current (HVDC) converter stations
Applies to all line-commutated high-voltage direct current (HVDC) converter stations used for power exchange in utility systems. Presumes the use of 12-pulse thyristor converters but can also be used for 6-pulse thyristor converters. Presents procedures for determining the total losses of an HVDC converter station. Cover all parts, except synchronous compensators or static var compensators and address no-load operation and operating losses together with their methods of calculation which use, wherever possible, measured parameters. The contents of the corrigendum of October 1999 have been included in this copy.
Détermination des pertes en puissance dans les postes de conversion en courant continu à haute tension (CCHT)
S'applique à tous les postes de conversion en courant continu à haute tnesion (CCHT), commutés par le réseau, et utilisés pour l'échange de puissance dans des systèmes de distribution d'énergie. Présuppose l'utilisation de convertisseurs à thyristors à 12 impulsions mais peut également s'appliquer à des convertisseurs à thyristors à 6 impulsions. Décrit un ensemble de procédures types permettant de déterminer l'ensemble des pertes d'un poste de conversion à CCHT. Les procédures recouvrent toutes les pièces, à l'exception des compensateurs synchrones ou des compensateurs var statiques et considèrent les pertes en fonctionnement à vide et les pertes en fonctionnement ainsi que leurs méthodes de calcul utilisant, dans la mesure du possible, des paramètres mesurés. Le contenu du corrigendum d'octobre 1999 a été pris en considération dans cet exemplaire.
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NORME
CEI
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Première édition
STANDARD
First edition
1999-02
Détermination des pertes en puissance
dans les postes de conversion en courant continu
à haute tension (CCHT)
Determination of power losses in high-voltage
direct current (HVDC) converter stations
Numéro de référence
Reference number
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NORME
CEI
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Première édition
STANDARD
First edition
1999-02
Détermination des pertes en puissance
dans les postes de conversion en courant continu
à haute tension (CCHT)
Determination of power losses in high-voltage
direct current (HVDC) converter stations
IEC 1999 Droits de reproduction réservés Copyright - all rights reserved
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SOMMAIRE
Pages
AVANT-PROPOS . 6
Articles
1 Domaine d'application . 8
2 Références normatives. 8
3 Définitions et symboles . 10
3.1 Définitions. 10
3.2 Symboles littéraux. 12
4 Généralités . 12
4.1 Introduction. 12
4.2 Conditions ambiantes. 14
4.2.1 Température extérieure de référence normalisée. 14
4.2.2 Température de référence normalisée de l'agent de refroidissement . 14
4.2.3 Pression de l'air de référence normalisée . 14
4.3 Paramètres de fonctionnement. 16
5 Détermination des pertes du matériel . 16
5.1 Pertes de valves à thyristors . 16
5.1.1 Pertes de conduction de thyristors par valve . 18
5.1.2 Affaiblissement géométrique de thyristors par valve. 20
5.1.3 Autres pertes résistives par valve . 20
5.1.4 Pertes dépendant de la tension continue par valve. 22
5.1.5 Pertes d'amortissement par valve (terme dépendant de la résistance) . 24
5.1.6 Pertes par amortissement par valve (variation du terme énergie
du condensateur) . 24
5.1.7 Pertes au blocage par valve . 26
5.1.8 Perte d'inductance par valve. 26
5.1.9 Pertes totales de valve . 28
5.1.10 Effets de la température . 28
5.1.11 Perte en fonctionnement à vide par valve . 28
5.2 Pertes d'un transformateur de conversion. 30
5.2.1 Généralités . 30
5.2.2 Pertes en fonctionnement à vide. 30
5.2.3 Pertes en fonctionnement. 30
5.2.4 Pertes de puissance auxiliaire . 32
5.3 Pertes par filtre côté alternatif . 32
5.3.1 Généralités . 32
5.3.2 Pertes au niveau d'un condensateur de filtrage à courant alternatif . 34
5.3.3 Pertes au niveau d'une inductance de filtrage à courant alternatif . 34
5.3.4 Pertes au niveau d'une résistance de filtrage à courant alternatif . 36
5.3.5 Pertes totales au niveau d'un filtre côté alternatif . 36
5.4 Pertes au niveau d'une batterie de condensateurs shunt. 36
5.5 Pertes au niveau d'une bobine d'inductance shunt . 36
5.6 Pertes au niveau d'une bobine d'inductance de lissage en courant continu. 38
61803 © IEC:1999 – 3 –
CONTENTS
Page
FOREWORD . 7
Clause
1 Scope . 9
2 Normative references . 9
3 Definitions and symbols. 11
3.1 Definitions. 11
3.2 Letter symbols . 13
4 General. 13
4.1 Introduction. 13
4.2 Ambient conditions. 15
4.2.1 Outdoor standard reference temperature . 15
4.2.2 Coolant standard reference temperature. 15
4.2.3 Standard reference air pressure . 15
4.3 Operating parameters . 17
5 Determination of equipment losses. 17
5.1 Thyristor valve losses. 17
5.1.1 Thyristor conduction loss per valve. 19
5.1.2 Thyristor spreading loss per valve . 21
5.1.3 Other conduction losses per valve . 21
5.1.4 DC voltage-dependent loss per valve. 23
5.1.5 Damping loss per valve (resistor-dependent term) . 25
5.1.6 Damping loss per valve (change of capacitor energy term). 25
5.1.7 Turn-off losses per valve . 27
5.1.8 Reactor loss per valve. 27
5.1.9 Total valve losses. 29
5.1.10 Temperature effects . 29
5.1.11 No-load operation loss per valve. 29
5.2 Converter transformer losses . 31
5.2.1 General. 31
5.2.2 No-load operation losses . 31
5.2.3 Operating losses . 31
5.2.4 Auxiliary power losses . 33
5.3 AC filter losses. 33
5.3.1 General. 33
5.3.2 AC filter capacitor losses. 35
5.3.3 AC filter reactor losses . 35
5.3.4 AC filter resistor losses . 37
5.3.5 Total a.c. filter losses . 37
5.4 Shunt capacitor bank losses. 37
5.5 Shunt reactor losses . 37
5.6 DC smoothing reactor losses. 39
– 4 – 61803 © CEI:1999
Articles Pages
5.7 Pertes au niveau d'un filtre côté continu . 38
5.7.1 Généralités . 38
5.7.2 Pertes au niveau d'un condensateur de filtrage à courant continu . 40
5.7.3 Pertes au niveau d'une inductance de filtrage à courant continu. 40
5.7.4 Pertes au niveau d'une résistance de filtrage à courant continu. 42
5.7.5 Pertes totales au niveau d'un filtre côté continu . 42
5.8 Pertes du matériel auxiliaire et du poste en service . 42
5.9 Pertes au niveau des filtres d'interférences radio/courant porteur
sur ligne d'énergie. 44
5.10 Autres pertes au niveau du matériel . 46
Figure 1 M
...
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Détermination des pertes en puissance dans les postes de conversion en
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REDLINE VERSION
VERSION REDLINE
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– 2 – IEC 61803:1999+AMD1:2010
+AMD2:2016 CSV © IEC 2016
CONTENTS
FOREWORD. 4
1 Scope . 6
2 Normative references . 6
3 Definitions and symbols . 6
3.1 Definitions . 7
3.2 Letter symbols . 7
4 General . 8
4.1 Introduction . 8
4.2 Ambient conditions . 9
4.2.1 Outdoor standard reference temperature . 9
4.2.2 Coolant standard reference temperature . 9
4.2.3 Standard reference air pressure . 9
4.3 Operating parameters . 9
5 Determination of equipment losses . 10
5.1 Thyristor valve losses . 10
5.1.1 Thyristor conduction loss per valve . 10
5.1.2 Thyristor spreading loss per valve . 11
5.1.3 Other conduction losses per valve . 11
5.1.4 D.C. voltage-dependent loss per valve . 12
5.1.5 Damping loss per valve (resistor-dependent term) . 13
5.1.6 Damping loss per valve (change of capacitor energy term) . 13
5.1.7 Turn-off losses per valve . 14
5.1.8 Reactor loss per valve . 14
5.1.9 Total valve losses . 15
5.1.10 Temperature effects . 15
5.1.11 No-load operation loss per valve . 15
5.2 Converter transformer losses . 16
5.2.1 General . 16
5.2.2 No-load operation losses . 16
5.2.3 Operating losses . 16
5.2.4 Auxiliary power losses . 17
5.3 AC filter losses . 17
5.3.1 General . 17
5.3.2 AC filter capacitor losses . 18
5.3.3 AC filter reactor losses . 18
5.3.4 AC filter resistor losses . 18
5.3.5 Total a.c. filter losses . 18
5.4 Shunt capacitor bank losses . 18
5.5 Shunt reactor losses . 19
5.6 DC smoothing reactor losses . 19
5.7 DC filter losses . 20
5.7.1 General . 20
5.7.2 DC filter capacitor losses . 20
5.7.3 DC filter reactor losses . 20
5.7.4 DC filter resistor losses . 21
5.7.5 Total d.c. filter losses . 21
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5.8 Auxiliaries and station service losses . 21
5.9 Radio interference/PLC Series filter losses . 22
5.10 Other equipment losses . 23
Annex A (normative) Calculation of harmonic currents and voltages . 29
A.1 Harmonic currents in converter transformers . 29
A.2 Harmonic currents in the a.c. filters . 29
A.3 Harmonic voltages on the d.c. side . 30
A.4 DC side harmonic currents in the smoothing reactor . 30
Annex B (informative) Typical station losses . 31
Annex C (informative) Bibliography . 35
Annex D (informative) HVDC converter station loss evaluation – An illustration . 32
Figure 1 – Typical high-voltage direct current (HVDC) equipment for one pole (auxiliary
equipment is not shown) . 24
Figure 2 – Simplified three-phase diagram of an HVDC 12-pulse converter . 25
Figure 3 – Simplified equivalent circuit of a typical thyristor valve . 25
Figure 4a – Rectifier operation . 26
Figure 4b – Inverter operation . 26
Figure 4 – Current and voltage waveforms of a valve operating in a 12-pulse converter
(commutation overshoots are not shown) . 26
Figure 5 – Thyristor on-state
...
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– 2 – 61803 © IEC:1999+A1:2010
CONTENTS
FOREWORD . 4
1 Scope . 6
2 Normative references . 6
3 Definitions and symbols . 7
3.1 Definitions . 7
3.2 Letter symbols . 8
4 General . 8
4.1 Introduction . 8
4.2 Ambient conditions . 9
4.2.1 Outdoor standard reference temperature . 9
4.2.2 Coolant standard reference temperature . 9
4.2.3 Standard reference air pressure . 9
4.3 Operating parameters . 9
5 Determination of equipment losses . 10
5.1 Thyristor valve losses . 10
5.1.1 Thyristor conduction loss per valve . 11
5.1.2 Thyristor spreading loss per valve . 11
5.1.3 Other conduction losses per valve . 12
5.1.4 D.C. voltage-dependent loss per valve . 12
5.1.5 Damping loss per valve (resistor-dependent term) . 13
5.1.6 Damping loss per valve (change of capacitor energy term) . 14
5.1.7 Turn-off losses per valve . 14
5.1.8 Reactor loss per valve . 14
5.1.9 Total valve losses . 15
5.1.10 Temperature effects . 15
5.1.11 No-load operation loss per valve . 15
5.2 Converter transformer losses . 16
5.2.1 General . 16
5.2.2 No-load operation losses . 16
5.2.3 Operating losses . 16
5.2.4 Auxiliary power losses . 17
5.3 AC filter losses . 17
5.3.1 General . 17
5.3.2 AC filter capacitor losses . 18
5.3.3 AC filter reactor losses . 18
5.3.4 AC filter resistor losses . 19
5.3.5 Total a.c. filter losses . 19
5.4 Shunt capacitor bank losses . 19
5.5 Shunt reactor losses . 19
5.6 DC smoothing reactor losses . 19
5.7 DC filter losses . 20
5.7.1 General . 20
5.7.2 DC filter capacitor losses . 21
5.7.3 DC filter reactor losses . 21
61803 © IEC:1999+A1:2010 – 3 –
5.7.4 DC filter resistor losses . 21
5.7.5 Total d.c. filter losses . 21
5.8 Auxiliaries and station service losses . 22
5.9 Radio interference/PLC Series filter losse . 22
5.10 Other equipment losses . 23
Annex A (normative) Calculation of harmonic currents and voltages . 29
Annex B (informative) Typical station losses . 31
Annex C (informative) Bibliography . 32
Figure 1 – Typical high-voltage direct current (HVDC) equipment for one pole (auxiliary
equipment is not shown) . 24
Figure 2 – Simplified three-phase diagram of an HVDC 12-pulse converter . 25
Figure 3 – Simplified equivalent circuit of a typical thyristor valve . 25
Figure 4 – Current and voltage waveforms of a valve operating in a 12-pulse converter
(commutation overshoots are not shown) . 26
Figure 5 – Thyristor on-state characteristic . 27
Figure 6 – Conduction current and voltage drop . 27
Figure 7 – Distribution of commutating inductance between L1 and L2 . 28
Figure 8 – Thyristor current during reverse recovery . 28
– 4 – 61803 © IEC:1999+A1:2010
INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION
––––––––––––
DETERMINATION OF POWER LOSSES IN HIGH-VOLTAGE
DIRECT CURRENT (HVDC) CONVERTER STATIONS WITH LINE-
COMMUTATED CONVERTERS
FOREWORD
1) The International Electrotechnical Commission (IEC) is a worldwide organization for standardization comprising
all national electrotechnical committees (IEC National Committees). The object of IEC is to promote
international co-operation on all questions concerning standardization in the electrical and electronic fields. To
this end and in addition to other activities, IEC publishes International Standards, Technical Specifications,
Technical Reports, Publicly Available Specifications (PAS) and Guides (hereafter referred to as “IEC
Publication(s)”). Their preparation is entrusted to technical committees; any IEC National Committee interested
in the subject dealt with may participate in this preparatory work. International, governmental and non-
governmental organizations liaising with the IEC also participate in this preparation. IEC collaborates closely
with the International Organization for Standardization (ISO) in accordance with conditions determined by
agreement between the two organizations.
2) The formal decisions or agreements of IEC on technical matters express, as nearly as possible, an international
consensus of opinion on the relevant subjects since each technical committee has representation from all
interested IEC National Committees.
3) IEC Publications have the form of recommendations for international use and are accepted by IEC National
Committees in that sense. While all reasonable efforts are made to ensure that the technical
...
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