CN106416043B - 用于供电网络的模块化的变流器系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于供电网络的变流器系统(1)，其具有‑第一和至少一个第二变流器设备(2)，其中，变流器设备(2)中的每一个包括：‑用于提供电压(U_G)的电压源(3)，‑用于从由电压源(3)提供的电压(U_G)中提供交流电压(U₁，U₂，U₃)的逆变器装置(4)，和‑用于将施加在初级线圈上的、由逆变器(4)提供的交流电压(U₁，U₂，U₃)变换为施加在次级线圈上的、变换后的交流电压(U_T1，U_T2，U_T3)的变压器装置(5)，‑其中，第一和至少一个第二变流器设备(2)的次级线圈串联地电连接，‑并且其中，在变流器系统(1)的输出端(A1，A2，A3)处施加由次级线圈的串联电路形成的中间电压。

Description

用于供电网络的模块化的变流器系统

技术领域

本发明涉及一种用于供电网络的变流器系统。供电网络用于电网内的电能分配。在此尤其涉及中间电压电网(Mittelspannungsnetz)。这种中间电压电网通常用于100公里以内的路段上的能量传输。在此传输10kV或者更高的交流电压。

背景技术

为了在中间电压电网中馈送或者提取电流，例如使用变流器系统，这些变流器系统例如包括低压变流器和变压器。通常，在此需要很大的并且非常重的变压器。在这种背景之下产生的问题是，变压器的运输在世界上并且也在欧洲内会带来巨大的问题，这些问题导致一些项目只能延迟地或者耗费巨大地执行。例如，为了运输重型变压器，必须进行公路建造工作、桥梁建造工作或者类似工作，其中，相应地强化行驶轨道是必要的，以便让这些行驶轨道可以由运输车行驶。

原则上存在以如下的方式构造变流器系统的可行性，即使得该变流器系统不需要变压器，并且尽管如此还可以向中间电压电网馈电。然而，成本在此由于需要将变流器的组件实施到中间电压电网上而非常高。此外，这些变流器大部分都非常受限于其动力。通常对于项目，根据要求而在大部分情况下将变压器和变流器分开地制作，并且在必要时加大尺寸。

发明内容

本发明的目的是，提出一种能够成本更低且耗费更少地提供开头所述类型的变流器系统的解决方案。

该目的通过一种本发明的变流器系统得以实现。本发明的有利改进方案是说明书和附图的内容。

根据本发明的、用于供电网络的变流器系统包括第一变流器设备和至少一个第二变流器设备，其中，变流器设备中的每一个包括：用于提供电压的电压源，用于从由电压源提供的电压中提供交流电压的逆变器装置，和用于将施加在初级线圈上的、由逆变器提供的交流电压变换为施加在次级电压上的、变换后的交流电压的变压器装置，其中，第一和至少一个第二变流器设备的次级线圈串联地电连接，并且其中，在变流器系统的输出端处施加由次级线圈的串联电路形成的中间电压。

根据本发明，因此提出一种模块化的变流器系统，该变流器系统包括至少两个变流器设备，它们联合起来能够在供电网中馈送或提取电流。供电网络可以是低压电网或者是高压电网。供电网络特别地是中间电压电网。变流器设备在此优选构造相同地进行构造。变流器设备也可以不同地构造。变流器设备中的每一个包括能够提供电压的电压源。该电压源与逆变器装置电连接，所述逆变器装置设计用于将由电压源提供的电压转换成交流电压。逆变器装置又与变压器装置或者变压器装置的初级线圈电连接。在变压器装置的初级线圈上因此施加交流电压。该交流电压借助于变压器装置进行变换，从而在次级线圈上施加变换后的交流电压。

变流器设备的次级线圈串联地电连接。此外，次级线圈与变流器系统的输出端或端口电连接。通过变流器设备的变压器装置可以提供与电压源或与逆变器装置的电隔离。因此，各个变流器设备的、施加在次级线圈上的、变换后的交流电压与中间电压相加。通过在变流器系统上使用的变流器设备的数量及其分别提供的电压，可以调适用于相应的应用场合的中间电压。此外，通过模块化地构造变流器系统可以简化变流器系统的运输。

优选地，第一变流器设备的逆变器装置具有用于测量由至少一个第二变流器设备的逆变器装置提供的交流电压的测量单元。也可以设置的是，变流器设备中的每一个具有相应的测量单元，利用其能够检测由另外的变流器设备的至少一个逆变器装置提供的交流电压。测量单元例如可以设计用于检测交流电压的振幅和/或相位。因此可以利用一个变流器设备检查的是，另外的变流器设备是否运行良好。

在一种实施方式中，第一变流器设备的逆变器装置设计用于，取决于至少一个第二变流器设备的逆变器装置的被测量的交流电压地调适由第一变流器设备的逆变器装置提供的交流电压的振幅和/或相位。例如可以利用第一变流器设备的逆变器装置的测量单元来测量由第二变流器设备的逆变器装置提供的交流电压。据此可以调适第一变流器设备的逆变器装置的振幅和/或相位。在此也可以设置的是，当第二变流器设备的逆变器装置有故障时，第一变流器设备的逆变器装置的交流电压的振幅就升高。

此外，已经证明有利的是，第一变流器设备的逆变器装置设计用于如下地调适由第一变流器设备的逆变器装置提供的交流电压，即使得中间电压具有基本上正弦形式的变化曲线。利用第一变流器设备的逆变器装置的测量单元可以测量出由第二变流器设备的逆变器装置提供的交流电压的振幅和/或相位。如果交流电压的信号形式与正弦形式的变化曲线存在区别，那么就可以在振幅和/或相位方面以如下方式调适由第一变流器设备的逆变器装置提供的交流电压，即使得由变流器设备的、形成中间电压的变换后的交流电压组成的总电压(Summenspannung)具有基本上为正弦形式的变化曲线。以这种方式，能够在变流器系统的输出端处提供正弦形式的交流电压。

在另一种设计方案中，变流器系统具有用于驱控第一和至少一个第二变流器设备的逆变器装置的控制装置。利用控制装置可以向逆变器装置输出相应的控制信号。逆变器装置也可以设计用于，取决于控制信号地调适由逆变器装置提供的交流电压的振幅和/或相位。控制装置可以如下地驱控逆变器装置，即实现各个变流器设备的均匀的负荷。例如可以在第一个预定的持续时间内运行第一组变流器设备，并且在接下来的第二个预定的持续时间内运行第二组变流器设备。因此可以避免的是，某个或者多个变流器设备一直不间断运行并且因此例如让这些变流器设备过载或者提前老化。

优选地，第一变流器设备和/或至少一个第二变流器设备具有为了进行数据通信而与控制器连接的通信装置。相应的通信装置例如可以与测量单元相连。作为替选，通信装置本身可以设计用于，检测相应的逆变器装置的交流电压的振幅和/或相位并且将其传输给控制器。因此例如能够可靠地监控各个变流器设备的当前的运行状态。

在另一种设计方案中，第一和至少一个第二变流器设备的相应的电压源设计用于将直流电压作为电压输出。换言之，相应的变流器设备的电压源可以设计成直流电压源。相应的电压源例如可以包括电池或蓄电池。相应的电压源也可以是光电设施的一部分。因此，例如可以借助于光电设施产生电能，并且借助于变流器系统直接馈送到中间电压电网中。

优选地，在第一和至少一个第二变流器设备的相应的变压器装置中，初级线圈的绕组数对应于次级线圈的绕组数。变压器装置因此具有例如是1的传输比。这类变压器装置因此可以简单并且低成本地制造。

在另一种实施方式中，第一和至少一个第二变流器设备的相应的逆变器装置设计用于输出第一交流电压和至少一个相对于第一交流电压相位移动的第二交流电压。相应的逆变器装置因此可以设计成多相的。例如可以输出具有三个以120度相位移动的交流电压的三相交流电压。以这种方式，变流器系统也可以用于设计成多相交流电系统的中间电压电网。

此外已经证明有利的是，第一和至少一个第二变流器设备的相应的变压器装置包括至少两个具有初级侧和次级侧的子变压器，其中，在至少两个子变压器的第一子变压器的初级侧上施加第一交流电压，并且在至少两个子变压器的第二子变压器的初级侧上施加第二交流电压。变压器装置因此可以包括多个子变压器。它们可以构造成分离的组件。作为替选，变压器装置的子变压器例如可以具有共同的芯(Kern)。

优选地，第一和至少一个第二变流器设备的第一子变压器的次级侧和所述第二子变压器的次级侧分别串联地电连接。此外，第一和第二子变压器的次级侧还可以分别与相应的端口连接。在这些端口处因此可以为中间电压电网提供多相位的电压。

在另一种实施方式中，变流器系统设计用于，对在端口处施加的中间电压借助第一和至少一个第二变流器设备的相应的变压器装置进行变换，并且借助第一和至少一个第二变流器设备的相应的逆变器进行转换。换言之，变流器系统设计用于从中间电压电网中提取电流，并且将其传输给相应的电压源。相应的电压源例如可以构造成电能存储器，或者包括这样的电能存储器。其例如可以利用来自中间电压电网的电压进行加载。

附图说明

本发明的其他特征由附图和附图说明中得出。所有前面在说明书中提及的特征和特征组合以及下面在附图说明中提到的和/或在附图中单独示出的特征和特征组合不仅可以在相应地给出的组合方式下使用，而且也可以在其他的组合方式下或者单独使用。

本发明现在借助优选的实施例以及参照附图更详尽地进行阐述。在此，附图示出了用于中间电压电网的变流器系统的示意图。

具体实施方式

附图示出了模块化的变流器系统1，该变流器系统能够与中间电压电网电连接。变流器系统1包括至少两个变流器设备。在本实施例中，变流器系统1包括三个变流器设备2。变流器设备2中的每一个包括一个在本实施例中构造成直流电压源的电压源3。利用电压源3中的每一个来提供电压U_G。代替在此示出的实施方式的是，也可以利用相应的电压源3例如提供交流电压。

此外，每个变流器设备2包括一个逆变器4。逆变器4与电压源3电连接。逆变器4设计用于，将由电压源3提供的电压U_G转换成交流电压。在此，相应的逆变器装置4设计用于提供三个交流电压U₁，U₂和U₃，它们相互之间分别以120°相位移动。

此外，每个变流器设备2包括一个变压器装置5。在本实施例中，每个变压器装置5包括三个子变压器T1，T2和T3。第一子变压器T1具有第一初级侧P1和第一次级侧S1，第二子变压器T2具有第二初级侧T2和第二次级侧S2，并且第三子变压器T3具有第三初级侧T3和第三次级侧S3。在第一初级侧P1上提供第一交流电压U₁，在第二初级侧P2上提供第二交流电压U₂并且在第三初级侧P3上提供第三交流电压U₃。

三个子变压器T1，T2和T3优选地具有等于1的传输比。第一交流电压利用第一子变压器T1进行转换，从而在第一次级侧上施加第一变换后的交流电压U_T1。第二电压U₂利用第二子变压器T2如下地转换，即使得在第二次级侧S2上施加第二变换后的交流电压U_T2。第三交流电压U₃利用第三子变压器T3如下地变换，即使得在第三次级侧S3上施加第三变换后的交流电压U_T3。

每个变流器设备2的第一子变压器T1的相应的次级侧S1或次级线圈串联地电连接。此外，相应的变流器设备2的第二子变压器T2的第二次级侧S2串联地电连接。最后，相应的变流器设备2的第三子变压器T3的第三次级侧S3串联地电连接。第一次级侧S1的串联电路在第一侧上与第一端口A1电连接，并且在第二侧上与星形结点(Sternpunkt)P电连接。第二次级侧S2的串联电路在第一侧上与第二端口A2连接，并且第二侧上与星形结点P连接。第三次级侧S3的串联电路在第一侧上与第三端口A3连接，并且在第二侧上与星形结点P连接。

在变流器系统1运行时，相应的逆变器装置4提供三个正弦形式的交流电压U₁，U₂和U₃。交流电压U₁，U₂和U₃例如可以具有例如230伏的有效电压。因为相应的子变压器T1，T2和T3以理想的方式具有等于1的传输比，所以在相应的次级侧S1，S2和S3上分别施加具有有效值例如为230伏的交流电压。第一变换后的交流电压U₁分别相加，从而使得变换后的第一交流电压U_T1的总电压施加在第一端口A1上。在第二端口A2上施加第二变换后的交流电压U_T2的总电压。最后，在第三端口上施加第三变换后的交流电压U_T3的总电压。

第一端口A1可以与中间电压的第一相位L1连接，第二端口A2可以与中间电压的第二相位L2连接，并且第三端口A3可以与中间电压的第三相位L3连接。星形结点P可以与中间电压电网的零线N连接。在端口A1，A2和A3上可以提供三相的交流电系统，其与中间电压电网电连接。

在此也可以设置的是，由相应的逆变器装置4提供的、相应的交流电压U₁，U₂和U₃分别被调适。例如，由一个逆变器装置4输出的交流电压U₁，U₂和/或U₃可以与由另一个逆变器装置4输出的、相应的交流电压U₁，U₂和/或U₃相匹配。为了该目的，例如可以在每个逆变器装置4中设置一个测量单元，利用它能够测量另外的逆变器装置4的交流电压U₁，U₂和/或U₃。作为替选或者作为附加，相应的逆变器装置4可以包括与中央控制器连接的通信装置或通信端口。因此例如可以实现的是，以如下方式调适相应的交流电压U₁，U₂和/或U₃，即使得在相应的输出端A1，A2和/或A3上分别得到正弦形式的总电压。

在相应的输出端A1，A2和A3处，相应的变换后的交流电压U_T1，U_T2和U_T3相加。根据变流器设备2的和接在相应的子变压器T1，T2和T3施加上的、变换后的交流电压U_T1，U_T2和U_T3上的数量，可以调适相应的中间电压。

因此可以提供模块化构造的变流器系统1，该变流器系统例如可以简单地运输。此外还可以为了提供相应的变流器设备2而使用统一的批量生产产品，从而能够低成本地制造相应的变流器设备2。当变流器设备2中的一个有故障时，可以如下地驱控其余的变流器设备2，即平衡缺少的电压。此外，还可以经由通信装置或控制器来输出相应的故障报告。此外不需要网络滤波器，因为变流器设备2分别产生正弦形式的输出电压。这也使得使用长的连接导线成为可能。通过分别驱控逆变器装置4，可以影响输出电压或电流的形式。此外还使用有利的标准逆变器组件，它们例如可以设计用于低的电压。

此外，还能够以简单的方式更换在运行时有故障的逆变器装置4，因为其与中间电压电隔离。这也实现了简单并且有利地关断设备，因为各个变流器设备4能够单独地分离能量流。因此例如不必为中间电压电网使用相应的负载隔离器。通过在相应的初级侧P1，P2和P3上的、比较高的电压或交流电压U₁，U₂和U₃，功率损耗非常少。此外，因此也可以减少子变压器T1，T2和T3的导线的截面积。最后，可以期望的是，变流器系统1的效率非常高，因为不需要在后方连接变压器或相应的滤波器。

附图标记列表

1 变流器系统

2 变流器设备

3 电压源

4 逆变器装置

5 变压器装置

A1，A2，A3 端口

P 星形结点

P1，P2，P3 初级侧

S1，S2，S3 次级侧

T1，T2，T3 子变压器

U_G 电压

U₁，U₂，U₃ 交流电压

U_T1，U_T2，U_T3 变换后的交流电压

Claims (10)

1.一种用于供电网络的变流器系统(1)，所述变流器系统具有

-第一变流器设备和至少一个第二变流器设备，其中，所述第一变流器设备和至少一个所述第二变流器设备中的每一个包括：

-用于提供电压(U_G)的电压源(3)，

-用于从由所述电压源(3)提供的电压(U_G)中提供交流电压(U₁，U₂，U₃)的逆变器装置(4)，和

-用于将施加在初级线圈上的、由逆变器(4)提供的交流电压(U₁，U₂，U₃)变换为施加在次级线圈上的、变换后的交流电压(U_T1，U_T2，U_T3)的变压器装置(5)，

-其中，所述第一变流器设备的和至少一个所述第二变流器设备的次级线圈串联地电连接，

-并且其中，在所述变流器系统(1)的输出端(A1，A2，A3)处施加由次级线圈的串联电路形成的中间电压，

其特征在于，

所述第一变流器设备的逆变器装置(4)具有用于测量由至少一个所述第二变流器设备的逆变器装置(4)提供的交流电压的测量单元，所述第一变流器设备的逆变器装置(4)设计用于如下地调适由所述第一变流器设备的逆变器装置(4)提供的交流电压(U₁，U₂，U₃)，即使得所述中间电压具有正弦形式的变化曲线，

利用所述第一变流器设备的逆变器装置(4)的所述测量单元来测量由所述第二变流器设备的逆变器装置(4)提供的交流电压(U₁，U₂，U₃)的振幅和/或相位，并且如果该交流电压(U₁，U₂，U₃)的信号形式与正弦形式的变化曲线存在区别，在振幅和/或相位方面调适由所述第一变流器设备的逆变器装置(4)提供的交流电压(U₁，U₂，U₃)，以使得由所述第一变流器设备的或所述第二变流器设备的变换后的交流电压(U_T1，U_T2，U_T3)组成的总电压具有正弦形式的变化曲线。

2.按照权利要求1所述的变流器系统(1)，其中，所述第一变流器设备的逆变器装置(4)设计用于，取决于至少一个所述第二变流器设备的逆变器装置(4)的被测量的交流电压地调适由所述第一变流器设备的逆变器装置(4)提供的交流电压(U₁，U₂，U₃)的振幅和/或相位。

3.根据权利要求1或2所述的变流器系统(1)，其中，所述变流器系统(1)具有用于驱控所述第一变流器设备的和至少一个所述第二变流器设备的逆变器装置(4)的控制装置。

4.根据权利要求3所述的变流器系统(1)，其中，所述第一变流器设备和/或至少一个所述第二变流器设备具有为了进行数据通信而与控制器连接的通信装置。

5.根据权利要求1所述的变流器系统(1)，其中，所述第一变流器设备的和至少一个所述第二变流器设备的相应的电压源(3)设计用于将直流电压作为所述电压(U_G)输出。

6.根据权利要求1所述的变流器系统(1)，其中，在所述第一变流器设备的和至少一个所述第二变流器设备的相应的变压器装置(5)中，所述初级线圈的绕组数对应于所述次级线圈的绕组数。

7.根据权利要求1所述的变流器系统(1)，其中，所述第一变流器设备的和至少一个所述第二变流器设备的相应的逆变器装置(4)设计用于输出第一交流电压和至少一个相对于所述第一交流电压相位移动的第二交流电压。

8.根据权利要求7所述的变流器系统(1)，其中，所述第一变流器设备的和至少一个所述第二变流器设备的相应的变压器装置(5)包括至少两个具有相应的初级侧和相应的次级侧的子变压器，其中，在至少两个所述子变压器的第一子变压器(T1)的初级侧(P1)上施加所述第一交流电压，并且在至少两个所述子变压器的第二子变压器(T2)的初级侧(P2)上施加所述第二交流电压。

9.根据权利要求8所述的变流器系统(1)，其中，所述第一变流器设备的所述第一子变压器的次级侧和所述第二子变压器的次级侧和至少一个所述第二变流器设备的所述第一子变压器(T1)的次级侧和所述第二子变压器(T2)的次级侧分别串联地电连接。

10.根据权利要求1或2所述的变流器系统(1)，其中，所述变流器系统(1)设计用于，对在端口处施加的中间电压借助所述第一变流器设备的和至少一个所述第二变流器设备的相应的变压器装置(5)进行变换，并且借助所述第一变流器设备的和至少一个所述第二变流器设备的相应的逆变器装置(4)进行转换。