Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung oder umgekehrt.The invention relates to an electrical circuit for converting a DC voltage into an AC voltage or vice versa.
Es ist bekannt, eine derartige Umwandlung mit Hilfe von elektrischen Stromrichtern durchzuführen. Ebenfalls ist bekannt, auf diese Weise Energie über eine Gleichspannungsübertragungsleitung zu übertragen.It is known to carry out such a conversion by means of electric power converters. It is also known to transfer energy in this way via a DC transmission line.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Schaltung zu schaffen, die im Vergleich zum Stand der Technik eine schaltungstechnisch einfache und kostengünstige Gleichspannungsübertragung ermöglicht.The object of the invention is to provide an electrical circuit, which allows in comparison with the prior art, a circuit-technically simple and cost-effective DC transmission.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine elektrische Schaltung nach dem Anspruch 1.The invention solves this problem by an electrical circuit according to claim 1.
Die erfindungsgemäße elektrische Schaltung ist mit zwei Gleichspannungsanschlüssen und mit einem Wechselspannungsanschluss versehen. Weiterhin ist die Schaltung mit mindestens einem dazwischen geschalteten Stromrichter versehen. Erfindungsgemäß ist eine Anzahl von Stromrichtern vorhanden, die auf ihrer Gleichspannungsseite eine Reihenschaltung bilden.The electrical circuit according to the invention is provided with two DC voltage connections and with an AC voltage connection. Furthermore, the circuit is provided with at least one intermediate power converter. According to the invention, a number of power converters are provided, which form a series circuit on their DC side.
Mit Hilfe der Reihenschaltung der Stromrichter auf ihrer Gleichspannungsseite wird eine besonders einfache, aber trotzdem besonders effektive Umwandlung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung und umgekehrt ermöglicht. Damit kann eine besondere kostengünstige Gleichspannungsübertragung realisiert werden.With the aid of the series connection of the power converters on their DC side, a particularly simple but nevertheless particularly effective conversion of a DC voltage into an AC voltage and vice versa is made possible. Thus, a special low-cost DC transmission can be realized.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung weist jeder der Stromrichter jeweils mindestens einen, die Gleichspannungsseite bildenden Zwischenkreiskondensator auf, wobei die Zwischenkreiskondensatoren der Stromrichter in Reihe geschaltet sind.In one embodiment of the invention, each of the power converters in each case at least one, the DC voltage side forming intermediate circuit capacitor, wherein the DC link capacitors of the power converter are connected in series.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist jedem der Stromrichter eine separate Wicklung eines Transformators zugeordnet.In an advantageous embodiment of the invention, each of the power converters is assigned a separate winding of a transformer.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den zugehörigen Figuren dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in den Figuren. Other features, applications and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments of the invention, which are illustrated in the accompanying figures. All described or illustrated features, alone or in any combination form the subject matter of the invention, regardless of their summary in the claims or their dependency and regardless of their formulation or representation in the description or in the figures.
1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer elektrischen Schaltung zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung oder umgekehrt, 2 zeigt ein detaillierteres Blockschaltbild eines Teils der elektrischen Schaltung der 1, 3 zeigt einen elektrischen Schaltplan eines Ausführungsbeispiels eines Stromrichters der elektrischen Schaltung der 2, 4 und 5 zeigen schematische Blockschaltbilder eines zweiten und eines dritten Ausführungsbeispiels einer elektrischen Schaltung und 6 zeigt einen elektrischen Schaltplan eines Ausführungsbeispiels eines Stromrichters der elektrischen Schaltung der 5. 1 shows a schematic block diagram of a first embodiment of an electrical circuit for converting a DC voltage into an AC voltage or vice versa, 2 shows a more detailed block diagram of a portion of the electrical circuit of 1 . 3 shows an electrical circuit diagram of an embodiment of a power converter of the electrical circuit of 2 . 4 and 5 show schematic block diagrams of a second and a third embodiment of an electrical circuit and 6 shows an electrical circuit diagram of an embodiment of a power converter of the electrical circuit of 5 ,
In der 1 ist eine elektrische Schaltung 10 dargestellt, die zur Umwandlung einer hohen Gleichspannung in eine hohe Wechselspannung oder umgekehrt vorgesehen ist. Bei der hohen Gleichspannung kann es sich beispielsweise um 500 kV und bei der hohen Wechselspannung um 400 kV handeln. Es versteht sich, dass auch andere Werte für die Gleichspannung und/oder die Wechselspannung vorhanden sein können.In the 1 is an electrical circuit 10 shown, which is provided for converting a high DC voltage to a high AC voltage or vice versa. The high DC voltage may be, for example, 500 kV and the high AC voltage 400 kV. It is understood that other values for the DC voltage and / or the AC voltage may be present.
Mit Hilfe der Schaltung 10 kann eine hohe Wechselspannung in eine hohe Gleichspannung umgewandelt werden, so dass danach Energie über eine Gleichspannungsübertragungsleitung übertragen werden kann. Der dabei übertragene Gleichstrom kann beispielsweise 1.200 A betragen. Die Distanz, über die eine Energieübertragung stattfinden kann, kann beispielsweise 100 km betragen. Am Ende der Energieübertragung kann dann eine weitere Schaltung 10 vorhanden sein, mit der die hohe Gleichspannung wieder in eine hohe Wechselspannung umgewandelt werden kann. Es versteht sich, dass der vorgenannte Gleichstrom und die vorgenannte Distanz für die Energieübertragung auch andere Werte aufweisen können.With the help of the circuit 10 For example, a high AC voltage can be converted to a high DC voltage so that energy can be transmitted thereafter via a DC transmission line. The thereby transmitted direct current can be, for example, 1,200 A. The distance over which an energy transfer can take place can be, for example, 100 km. At the end of the energy transfer can then another circuit 10 be present, with the high DC voltage can be converted back into a high AC voltage. It is understood that the aforementioned direct current and the aforementioned distance for the energy transfer can also have other values.
In der Schaltung 10 sind ein positiver Gleichspannungsanschluss 12, ein negativer Gleichspannungsanschluss 13 und ein Masseanschluss 14 vorhanden. Der positive Gleichspannungsanschluss 12 kann beispielsweise auf +250 kV, der negative Gleichspannungsanschluss 13 auf –250 kV und der Masseanschluss 14 auf 0 V liegen.In the circuit 10 are a positive DC voltage connection 12 , a negative DC voltage connection 13 and a ground connection 14 available. The positive DC voltage connection 12 For example, at +250 kV, the negative DC voltage connection 13 to -250 kV and the ground connection 14 to 0V.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der positive Gleichspannungsanschluss 12 über eine Induktivität 16 und über eine Serienschaltung aus zwei Umrichtern 17, 18 mit dem Masseanschluss 14 verbunden. In entsprechender Weise ist der Masseanschluss 14 über eine Serienschaltung aus zwei Umrichtern 19, 20 und über eine Induktivität 21 mit dem negativen Gleichspannungsanschluss 13 verbunden. In the present embodiment, the positive DC voltage terminal 12 via an inductance 16 and via a series connection of two inverters 17 . 18 with the ground connection 14 connected. Correspondingly, the ground connection 14 via a series connection of two inverters 19 . 20 and via an inductance 21 with the negative DC voltage connection 13 connected.
Weiterhin ist jeder der Umrichter 17, 18, 19, 20 dreiphasig mit den Sekundärwicklungen 23 eines Drehstromtransformators 24, 25, 26, 27 verbunden. Die Primärwicklungen 28 der Drehstromtransformatoren 24, 25, 26, 27 sind ausgangsseitig paarweise miteinander verbunden und jeweils dreiphasig an einen Anschluss einer Schalteinrichtung 30, 31 angeschlossen. Die anderen Anschlüsse der beiden Schalteinrichtungen 30, 31 sind miteinander verbunden und an eine Wicklungsseite eines weiteren Transformators 33 angeschlossen. An dieser Wicklungsseite des weiteren Transformators 33 kann beispielsweise eine Wechselspannung von 110 kV vorhanden sein. Furthermore, each is the inverter 17 . 18 . 19 . 20 three-phase with the secondary windings 23 a three-phase transformer 24 . 25 . 26 . 27 connected. The primary windings 28 the three-phase transformers 24 . 25 . 26 . 27 are connected on the output side in pairs with each other and each three-phase to a connection of a switching device 30 . 31 connected. The other connections of the two switching devices 30 . 31 are connected together and to a winding side of another transformer 33 connected. At this winding side of the other transformer 33 For example, an AC voltage of 110 kV may be present.
Auf der anderen Wicklungsseite des weiteren Transformators 33 ist ein Wechselspannungsanschluss 35 vorhanden. An dem Wechselspannungsanschluss 35 kann eine Wechselspannung von beispielsweise 400 kV vorhanden sein.On the other winding side of the other transformer 33 is an AC voltage connection 35 available. At the AC voltage connection 35 For example, an AC voltage of, for example, 400 kV may be present.
Es versteht sich, dass der weitere Transformator 33 auch entfallen kann. In diesem Fall müssen die Drehstromtransformatoren 24, 25, 26, 27 gegebenenfalls entsprechend angepasst sein.It is understood that the other transformer 33 can also be omitted. In this case, the three-phase transformers 24 . 25 . 26 . 27 if necessary be adjusted accordingly.
In der 2 sind die beiden (in der 1: oberen) Umrichter 17, 18 und die beiden zugehörigen (in der 1: oberen) Transformatoren 24, 25 detaillierter dargestellt.In the 2 are the two (in the 1 : upper) inverter 17 . 18 and the two associated (in the 1 : upper) transformers 24 . 25 shown in more detail.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist jeder der beiden Umrichter 17, 18 vier Stromrichter 37 auf, die jeweils dazu geeignet sind, eine Gleichspannung in eine Wechselspannung umzuwandeln oder umgekehrt. Auf ihrer Gleichspannungsseite sind die vier Stromrichter 37 jedes Umrichters 17, 18 in Reihe geschaltet. Weiterhin sind auch die benachbart angeordneten Stromrichter 37 der Umrichter 17, 18 in Reihe geschaltet. Insgesamt sind somit sämtliche Stromrichter 37 der elektrischen Schaltung 10 auf ihrer Gleichspannungsseite in Reihe geschaltet.In the present embodiment, each of the two inverters 17 . 18 four power converters 37 each capable of converting a DC voltage to an AC voltage, or vice versa. On their DC side, the four power converters 37 every inverter 17 . 18 connected in series. Furthermore, the adjacently arranged power converter are also 37 the inverter 17 . 18 connected in series. Overall, therefore, all converters 37 the electrical circuit 10 connected in series on their DC side.
In der 2 ist diese Serienschaltung innerhalb der Umrichter 17, 18 nur angedeutet und mit einem „S1“ gekennzeichnet. Die Serienschaltung zwischen dem untersten Stromrichter 37 des Umrichters 17 und dem obersten Stromrichter 37 des Umrichters 18 ist in der 2 hingegen eingezeichnet und mit einem „S2“ gekennzeichnet. In the 2 is this series connection within the inverter 17 . 18 only indicated and marked with an "S1". The series connection between the lowest power converter 37 of the inverter 17 and the topmost power converter 37 of the inverter 18 is in the 2 however marked and marked with an "S2".
Auf ihrer Wechselspannungsseite ist jeder der Stromrichter 37 dreiphasig mit einer der Sekundärwicklungen 23 des jeweils zugehörigen Drehstromtransformators 24, 25 verbunden. Jeder dieser Drehstromtransformatoren 24, 25 weist vier Sekundärwicklungen 23 und eine Primärwicklung 28 auf. Wie bereits erläutert wurde, sind die Primärwicklungen 28 der beiden Transformatoren 24, 25 dreiphasig miteinander verbunden und an die Schalteinrichtung 30 angeschlossen.On their AC side, each is the power converter 37 three-phase with one of the secondary windings 23 the respective associated three-phase transformer 24 . 25 connected. Each of these three-phase transformers 24 . 25 has four secondary windings 23 and a primary winding 28 on. As already explained, the primary windings are 28 of the two transformers 24 . 25 three-phase interconnected and to the switching device 30 connected.
Es wird darauf hingewiesen, dass die beiden (in der 1: unteren) Umrichter 19, 20 in entsprechender Weise aufgebaut und verschaltet sind, wie dies in der 2 für die beiden (in der 1: oberen) Umrichter 17, 18 dargestellt und vorstehend erläutert ist.It should be noted that the two (in the 1 : lower) inverter 19 . 20 are constructed and interconnected in a corresponding manner, as shown in the 2 for the two (in the 1 : upper) inverter 17 . 18 shown and explained above.
Es sind somit sämtliche Stromrichter 37 der elektrischen Schaltung 10 auf ihrer Gleichspannungsseite in Reihe geschaltet. Weiterhin ist jedem Stromrichter 37 genau eine separate dreiphasige Sekundärwicklung 23 von einem der Drehstromtransformatoren 24, 25, 26, 27 zugeordnet.There are thus all converters 37 the electrical circuit 10 connected in series on their DC side. Furthermore, every power converter is 37 exactly one separate three-phase secondary winding 23 from one of the three-phase transformers 24 . 25 . 26 . 27 assigned.
Es versteht sich, dass die Anzahl der pro Umrichter in Reihe geschalteten Stromrichter 37 auch einen anderen Wert aufweisen kann. Entsprechend kann auch die Anzahl der Drehstromtransformatoren sowie die Anzahl der Primär- und Sekundärwicklungen der Drehstromtransformatoren jeweils einen anderen Wert besitzen.It is understood that the number of power converters connected in series per inverter 37 may also have a different value. Accordingly, the number of three-phase transformers and the number of primary and secondary windings of the three-phase transformers can each have a different value.
In der 3 ist ein Schaltplan einer beispielhaften Ausführungsform des Stromrichters 37 dargestellt. Es handelt sich dabei um einen sogenannten NPC-Stromrichter (NPC = neutral point clamped). In the 3 is a circuit diagram of an exemplary embodiment of the power converter 37 shown. It is a so-called NPC power converter (NPC = neutral point clamped).
Es wird darauf hingewiesen, dass auch beliebige andersartige Ausführungsformen des Stromrichters 37 möglich sind, die zur Umwandlung einer Gleichspannung in einer dreiphasige Wechselspannung geeignet sind.It should be noted that any other embodiments of the power converter 37 are possible, which are suitable for converting a DC voltage in a three-phase AC voltage.
Der Stromrichter 37 weist eine Brems-Chopper-Schaltung 38 und eine Stromrichterschaltung 39 auf. Weiterhin weist der Stromrichter 37 einen ersten Gleich-Anschluss 41, einen zweiten Gleich-Anschluss 42 sowie drei Wechsel-Anschlüsse 43, 44, 45 auf.The power converter 37 has a brake chopper circuit 38 and a power converter circuit 39 on. Furthermore, the power converter 37 a first DC connection 41 , a second DC connection 42 and three change ports 43 . 44 . 45 on.
Die erläuterte, auf der Gleichspannungsseite vorhandene Serienschaltung der vier Stromrichter 37 jedes der Umrichter 17, 18, 19, 20 wird dadurch erreicht, dass der zweite Gleich-Anschluss 42 und der erste Gleich-Anschluss 41 von zwei benachbart (in der 2: untereinander) angeordneten Stromrichtern 37 miteinander verbunden sind. The explained, existing on the DC side series connection of the four power converters 37 each of the inverters 17 . 18 . 19 . 20 is achieved by the second DC connection 42 and the first DC connection 41 of two adjacent (in the 2 : one another) arranged power converters 37 connected to each other.
Die erläuterte dreiphasige Verbindung der Stromrichter 37 mit den Sekundärwicklungen 23 der Drehstromtransformatoren 24, 25, 26, 27 wird über die drei Wechsel-Anschlüsse 43, 44, 45 der 3 erreicht.The illustrated three-phase connection of the power converter 37 with the secondary windings 23 the three-phase transformers 24 . 25 . 26 . 27 is about the three change ports 43 . 44 . 45 of the 3 reached.
Die Brems-Chopper-Schaltung 38 weist eine Serienschaltung bestehend aus einer Anzahl von Schalteinrichtungen 47, einem ersten Bremswiderstand 48, einem zweiten Bremswiderstand 49 und einer gleichen Anzahl von Schalteinrichtungen 50 auf. Die Serienschaltung ist zwischen den ersten und den zweiten Gleich-Anschluss 41, 42 geschaltet. Der Serienschaltung sind zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren 51, 52 parallelgeschaltet. The brake chopper circuit 38 has a series circuit consisting of a number of switching devices 47 , a first braking resistor 48 , a second braking resistor 49 and an equal number of switching devices 50 on. The series connection is between the first and the second DC connection 41 . 42 connected. The series circuit is two capacitors connected in series 51 . 52 connected in parallel.
Bei den Schalteinrichtungen 47, 50 kann es sich um jegliche Leistungshalbleiterbauelemente handeln, wie beispielsweise Thyristoren oder GTO-Thyristoren (GTO = gate turn off) Transistoren oder IGBT’s (IGBT = insulated gate bipolar transistor) oder dergleichen. Bei jeder der Schalteinrichtungen 47, 50 ist dem jeweils vorhandenen Leistungshalbleiterbauelement eine Freilaufdiode gegensinnig parallel geschaltet.At the switching devices 47 . 50 they may be any power semiconductor devices, such as thyristors or gate turn off (GTO) thyristors, or IGBTs (IGBT) or the like. At each of the switching devices 47 . 50 is the respective existing power semiconductor device a freewheeling diode connected in opposite directions in parallel.
Die Stromrichterschaltung 39 weist zwei in Reihe geschaltete Zwischenkreiskondensatoren 54, 55 auf, die zwischen den ersten und den zweiten Gleich-Anschluss 41, 42 geschaltet sind. Die Verbindungspunkte der beiden Zwischenkreiskondensatoren 54, 55 einerseits sowie die Verbindungspunkte der beiden Bremswiderstände 48, 49 und der beiden Kondensatoren 51, 52 sind miteinander verbunden.The converter circuit 39 has two series-connected DC link capacitors 54 . 55 on that between the first and the second DC connection 41 . 42 are switched. The connection points of the two DC link capacitors 54 . 55 on the one hand and the connection points of the two braking resistors 48 . 49 and the two capacitors 51 . 52 are connected.
Zwischen den ersten und den zweiten Gleich-Anschluss 41, 42 sind drei Serienschaltungen 57, 58, 59 mit jeweils vier Schalteinrichtungen 61 geschaltet. Die Serienschaltungen 57, 58, 59 stellen damit eine Parallelschaltung zu den beiden Zwischenkreiskondensatoren 54, 55 dar. Bei den Schalteinrichtungen 61 kann es sich um jegliche Leistungshalbleiterbauelemente handeln, wie beispielsweise Thyristoren oder GTO-Thyristoren (GTO = gate turn off) Transistoren oder IGBT’s (IGBT = insulated gate bipolar transistor) oder dergleichen. Bei jeder der Schalteinrichtungen 61 ist dem jeweils vorhandenen Leistungshalbleiterbauelement eine Freilaufdiode gegensinnig parallel geschaltet. Between the first and the second DC connection 41 . 42 are three series circuits 57 . 58 . 59 each with four switching devices 61 connected. The series connections 57 . 58 . 59 thus provide a parallel connection to the two DC link capacitors 54 . 55 dar. The switching devices 61 they may be any power semiconductor devices, such as thyristors or gate turn off (GTO) thyristors, or IGBTs (IGBT) or the like. At each of the switching devices 61 is the respective existing power semiconductor device a freewheeling diode connected in opposite directions in parallel.
Es wird darauf hingewiesen, dass jede der dargestellten Schalteinrichtungen 61 auch durch eine Serienschaltung mehrerer derartiger Schalteinrichtungen gebildet sein kann. Dies ist in der 3 durch die punktierte Linie angedeutet.It should be noted that each of the illustrated switching devices 61 can also be formed by a series connection of several such switching devices. This is in the 3 indicated by the dotted line.
Der Verbindungspunkt der beiden mittleren Schalteinrichtungen 61 der drei Serienschaltungen 57, 58, 59 stellt jeweils einen der Wechsel-Anschlüsse 43, 44, 45 dar.The connection point of the two middle switching devices 61 of the three series circuits 57 . 58 . 59 each represents one of the change ports 43 . 44 . 45 represents.
Die beiden oberen Schalteinrichtungen 61 von jeder der drei Serienschaltungen 57, 58, 59 ist über jeweils eine Diode 63 mit dem Verbindungspunkt der beiden Zwischenkreiskondensatoren 54, 55 verbunden. Dabei sind jeweils die Anoden der Dioden 63 an den vorgenannten Verbindungspunkt angeschlossen.The two upper switching devices 61 from each of the three series circuits 57 . 58 . 59 is via one diode each 63 with the connection point of the two DC link capacitors 54 . 55 connected. In each case, the anodes of the diodes 63 connected to the aforementioned connection point.
Entsprechend sind auch die beiden unteren Schalteinrichtungen 61 von jeder der drei Serienschaltungen 57, 58, 59 ist über jeweils eine Diode 64 mit dem Verbindungspunkt der beiden Zwischenkreiskondensatoren 54, 55 verbunden. Dabei sind jeweils die Kathoden der Dioden 64 an den vorgenannten Verbindungspunkt angeschlossen.Accordingly, the two lower switching devices 61 from each of the three series circuits 57 . 58 . 59 is via one diode each 64 with the connection point of the two DC link capacitors 54 . 55 connected. In each case, the cathodes of the diodes 64 connected to the aforementioned connection point.
Es wird darauf hingewiesen, dass jede der dargestellten Dioden 63, 64 auch durch eine Serienschaltung mehrerer derartiger Dioden gebildet sein kann. Dies ist in der 3 durch die punktierte Linie angedeutet.It should be noted that each of the illustrated diodes 63 . 64 can also be formed by a series connection of several such diodes. This is in the 3 indicated by the dotted line.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt an jedem der beiden Zwischenkreiskondensatoren 54, 55 eine Gleichspannung von uc = 15,6 kV an. An den Wechselanschlüssen 43, 44, 45 liegt im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Wechselspannung von 21 kV an. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass es sich dabei nur um beispielhafte Werte handelt, die auch größer oder kleiner sein können. In the present embodiment is located at each of the two DC link capacitors 54 . 55 a DC voltage of u c = 15.6 kV. At the exchange connections 43 . 44 . 45 In the present embodiment, an AC voltage of 21 kV is applied. It is expressly pointed out that these are only exemplary values, which may be larger or smaller.
Damit liegt die Gleichspannung uc an der Serienschaltung bestehend aus den Schalteinrichtungen 47 und dem Bremswiderstand 48 an. Die Gleichspannung uc verteilt sich damit auf die Anzahl der Schalteinrichtungen 47. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind sieben Schalteinrichtungen 47 vorgesehen. Für eine größere oder kleinere erwünschte Gleichspannung uc können mehr oder weniger Schalteinrichtungen 47 vorgesehen sein.Thus, the DC voltage u c is connected to the series circuit consisting of the switching devices 47 and the braking resistor 48 at. The DC voltage u c is thus distributed to the number of switching devices 47 , In the present embodiment, seven switching devices 47 intended. For a larger or smaller desired DC voltage u c more or less switching devices 47 be provided.
Entsprechend liegt die Gleichspannung uc an den Serienschaltungen 57, 58, 59 bestehend aus den Schalteinrichtungen 61 sowie an den Serienschaltungen bestehend aus den jeweils oberen und unteren Schalteinrichtungen 61 und den Dioden 63, 34 an. Die Anzahl der jeweiligen Schalteinrichtungen 61 und Dioden 63, 64 kann dabei in Abhängigkeit von dem jeweiligen Anwendungsfall gewählt werden. Für eine größere oder kleinere erwünschte Gleichspannung uc können mehr oder weniger Schalteinrichtungen 61 und/oder Dioden 63, 64 vorgesehen sein.Accordingly, the DC voltage u c is connected to the series circuits 57 . 58 . 59 consisting of the switching devices 61 as well as on the series circuits consisting of the respective upper and lower switching devices 61 and the diodes 63 . 34 at. The number of the respective switching devices 61 and diodes 63 . 64 can be chosen depending on the particular application. For a larger or smaller desired DC voltage u c more or less switching devices 61 and / or diodes 63 . 64 be provided.
Aufgrund der an den beiden Zwischenkreiskondensatoren 54, 55 anliegenden Gleichspannung uc liegt zwischen dem ersten und dem zweiten Gleich-Anschluss 41, 42 eines einzelnen Stromrichters 37 eine Gleichspannung von 31,2 kV an. Wie insbesondere anhand der 2 erläutert wurde, sind einem einzelnen Transformator 24, 25, 26, 27 jeweils vier Stromrichter 37 zugeordnet. Jedem der vier Transformatoren 24, 25, 26, 27 ist somit eine Gleichspannung von 124,8 kV zugeordnet und zwischen dem positiven und dem negativen Gleichspannungsanschluss 12, 13 liegt damit eine Gleichspannung von 499,2 kV an. Die vorstehenden Gleichspannungswerte beziehen sich dabei immer nur auf das vorliegende Ausführungsbeispiel und können, wie bereits erwähnt, auch größer oder kleiner sein.Because of the two DC link capacitors 54 . 55 applied DC voltage u c is between the first and the second DC connection 41 . 42 a single power converter 37 a DC voltage of 31.2 kV. As in particular on the basis of 2 have been explained are a single transformer 24 . 25 . 26 . 27 four power converters each 37 assigned. Each of the four transformers 24 . 25 . 26 . 27 Thus, a DC voltage of 124.8 kV is assigned and between the positive and the negative DC voltage connection 12 . 13 is thus a DC voltage of 499.2 kV. The above DC voltage values always refer only to the present embodiment and, as already mentioned, can also be larger or smaller.
Durch eine entsprechende Ansteuerung der Schalteinrichtungen 61 der Stromrichter 37 kann eine an dem Wechselspannungsanschluss 35 anliegende Wechselspannung von beispielsweise 400 kV in eine zwischen dem positiven und dem negativen Gleichspannungsanschluss 12, 13 anliegende Gleichspannung von beispielsweise 500 kV umgewandelt werden. Umgekehrt kann durch eine entsprechende Ansteuerung der Schalteinrichtungen 61 der Stromrichter 37 die zwischen dem positiven und dem negativen Gleichspannungsanschluss 12, 13 anliegende Gleichspannung von beispielsweise 500 kV in eine an dem Wechselspannungsanschluss 35 anliegende Wechselspannung von beispielsweise 400 kV umgewandelt werden.By a corresponding control of the switching devices 61 the power converter 37 can one at the AC voltage connection 35 applied AC voltage of for example 400 kV in between the positive and the negative DC voltage connection 12 . 13 be applied DC voltage of 500 kV, for example. Conversely, by a corresponding control of the switching devices 61 the power converter 37 that between the positive and the negative DC voltage connection 12 . 13 applied DC voltage of for example 500 kV in one at the AC voltage terminal 35 applied AC voltage of, for example, 400 kV to be converted.
Mit zwei an den Enden einer Gleichspannungsübertragungsleitung angeschlossenen elektrischen Schaltungen 10 kann somit die vorgenannte Wechselspannung von beispielsweise 400 kV in eine Gleichspannung von beispielsweise 500 kV umgewandelt und über die Gleichspannungsübertragungsleitung übertragen werden.With two electrical circuits connected at the ends of a DC transmission line 10 Thus, the aforementioned AC voltage of, for example, 400 kV can be converted into a DC voltage of, for example, 500 kV and transmitted via the DC transmission line.
Steigt die Gleichspannung auf der Gleichspannungsübertragungsleitung während des Betriebs aus irgendwelchen Gründen über einen vorgegebenen Schwellwert an, so kann mit Hilfe der Brems-Chopper-Schaltungen 38 der Stromrichter 37 eine Gegenmaßnahme ergriffen werden. Insbesondere kann durch eine entsprechende Ansteuerung der Schalteinrichtungen 47, 50 der Brems-Chopper-Schaltungen 38 ein Energiefluss über die Bremswiderstände 51, 52 erzeugt werden. Dies hat eine Verminderung der Gleichspannung auf der Gleichspannungsübertragungsleitung zur Folge. Auf diese Weise kann die Gleichspannung auf der Gleichspannungsübertragungsleitung im Sinne einer Spannungsbegrenzung beeinflusst werden.If, for any reason, the DC voltage on the DC transmission line rises above a predetermined threshold value during operation, then with the aid of the brake-chopper circuits 38 the power converter 37 a countermeasure will be taken. In particular, by a corresponding control of the switching devices 47 . 50 the brake chopper circuits 38 an energy flow via the braking resistors 51 . 52 be generated. This results in a reduction of the DC voltage on the DC transmission line. In this way, the DC voltage can be influenced on the DC transmission line in terms of a voltage limit.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Brems-Chopper-Schaltungen 38 und damit auch die vorstehend erläuterte Spannungsbegrenzung auch entfallen und/oder durch andere Schaltungen ersetzt und/oder ergänzt werden kann.It should be noted that the brake chopper circuits 38 and therefore also the voltage limitation explained above can also be dispensed with and / or replaced by other circuits and / or supplemented.
Jeder der Transformatoren 24, 25, 26, 27 kann mit einer zusätzlichen Wicklung versehen sein, an die ein Netzfilter angeschlossen werden kann, um die Rückwirkungen der Stromrichter 37 in das angeschlossene Wechselspannungsnetz zu reduzieren. Weiterhin kann an diese Wicklung eine beispielsweise mit Hilfe von Thyristoren aufgebaute Kurzschließeinrichtung angeschlossen werden, mit der im Fehlerfall das Wechselspannungsnetz über den Transformator kurzgeschlossen werden kann.Each of the transformers 24 . 25 . 26 . 27 can be provided with an additional winding to which a line filter can be connected to the effects of the converter 37 to reduce in the connected AC mains. Furthermore, a short-circuiting device constructed, for example, with the aid of thyristors can be connected to this winding, with which the AC voltage network can be short-circuited via the transformer in the event of a fault.
Weiterhin ist es möglich, dass die an der Sekundärwicklung 23 vorhandene Spannung dazu verwendet wird, um insbesondere die Steuerung des zugehörigen Stromrichters 37 und/oder andere elektrische Verbraucher mit Energie zu versorgen. Gegebenenfalls kann ein weiterer Transformator vorgesehen sein, der räumlich dem oder den Stromrichter/n 37 zugeordnet ist, und der die Spannung von zumindest einer der Sekundärwicklungen 23 in eine Spannung von beispielsweise 400 Volt umwandelt. Mit dieser Spannung kann/können dann die Steuerung von mindestens einem der Stromrichter 37 und/oder andere elektrische Verbraucher mit Energie versorgt werden.Furthermore, it is possible that at the secondary winding 23 existing voltage is used in particular to control the associated power converter 37 and / or to supply other electrical consumers with energy. Optionally, a further transformer may be provided which spatially the or the power converter / s 37 is assigned, and the voltage of at least one of the secondary windings 23 converted into a voltage of, for example 400 volts. With this voltage can / can then control of at least one of the power converters 37 and / or other electrical loads are powered.
Unabhängig davon ist es möglich, eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) und/oder einen aus Batterien oder Kondensatoren bestehenden Energiespeicher vorzusehen, an die insbesondere die Steuerungen der Stromrichter 37 angeschlossen ist/sind. Damit können die Stromrichter 37 auch dann betrieben werden, wenn beispielsweise die Schalter 30, 31 vor dem Starten der gesamten Schaltung 10 noch nicht geschlossen sind. Regardless of this, it is possible to provide an uninterruptible power supply (UPS) and / or an energy storage consisting of batteries or capacitors, to which in particular the controllers of the power converters 37 is connected / are. This allows the power converters 37 be operated even if, for example, the switch 30 . 31 before starting the entire circuit 10 not yet closed.
Der in der 4 dargestellte Teil einer elektrischen Schaltung entspricht grundsätzlich dem in der 2 gezeigten Teil der elektrischen Schaltung 10 der 1. Die 4 basiert deshalb in gleicher Weise auf der 1 wie die 2. Im Unterschied zur 2, in der Drehstromtransformatoren 24, 25 dargestellt sind, sind in der 4 einphasige Transformaten vorhanden. The Indian 4 shown part of an electrical circuit basically corresponds to that in the 2 shown part of the electrical circuit 10 of the 1 , The 4 is therefore based on the same in the same way 1 as the 2 , In contrast to 2 , in the three-phase transformers 24 . 25 are shown in the 4 single-phase transformants present.
In der 4 sind die Umrichter 17, 18 der 2 dargestellt, die, wie erläutert wurde, zusammen acht Stromrichter 37 aufweisen, die auf ihrer Gleichspannungsseite in Reihe geschaltet sind. Es wird auf die angedeutete Serienschaltung S1, S2 der 4 verwiesen. Jeder der Stromrichter 37 kann beispielsweise gemäß dem Schaltplan der 3 ausgebildet sein und weist auf seiner Wechselspannungsseite drei Phasenanschlüsse auf.In the 4 are the inverters 17 . 18 of the 2 which, as has been explained, together eight power converters 37 have, which are connected in series on their DC side. It is on the implied series circuit S1, S2 of 4 directed. Each of the power converters 37 For example, according to the circuit diagram of 3 be formed and has on its AC side three phase connections.
Weiterhin sind in der 4 drei einphasige Transformatoren 24-1, 24-2, 24-3 vorhanden, die jeweils acht einphasige Sekundärwicklungen 23 und eine einphasige Primärwicklung 28 besitzen.Furthermore, in the 4 three single-phase transformers 24-1 . 24-2 . 24-3 present, each eight single-phase secondary windings 23 and a single-phase primary winding 28 have.
Die drei Phasenanschlüsse der Stromrichter 37 sind mit jeweils einer (in der 4: beispielsweise der obersten oder untersten) Sekundärwicklung 23 von jeweils unterschiedlichen Transformatoren 24-1, 24-2, 24-3 verbunden. Die jeweils anderen Anschlüsse dieser Sekundärwicklungen 23 sind als Stern- oder Dreieckschaltung miteinander verbunden.The three phase connections of the converters 37 are each with one (in the 4 : for example, the top or bottom) secondary winding 23 each of different transformers 24-1 . 24-2 . 24-3 connected. The other connections of these secondary windings 23 are connected together as a star or delta connection.
Die Primärwicklungen 28 der drei Transformatoren 24-1, 24-2, 24-3 sind einerseits über eine Stern- oder Dreieckschaltung miteinander verbunden. Andererseits bilden die jeweils anderen Anschlüsse der Primärwicklungen 28 die dreiphasige Verbindung zu dem in der 1 gezeigten Schalter 30.The primary windings 28 of the three transformers 24-1 . 24-2 . 24-3 are connected to each other via a star or delta connection. On the other hand, each form the other Connections of the primary windings 28 the three - phase connection to that in the 1 shown switch 30 ,
Die in der 4 gezeigte Schaltung betrifft, wie erläutert wurde, die Umrichter 17, 18 der 2. Eine entsprechende Schaltung ist auch für die weiteren Umrichter 19, 20 vorhanden.The in the 4 As shown, the circuit shown concerns the inverters 17 . 18 of the 2 , A corresponding circuit is also for the other inverter 19 . 20 available.
Es sind damit in der 4 jedem Stromrichter 37 genau drei einphasige Sekundärwicklungen 23 phasenweise zugeordnet, also jedem Phasen-Anschluss des Stromrichters 37 genau eine separate Sekundärwicklung 23.It is in the 4 every power converter 37 exactly three single-phase secondary windings 23 assigned in phases, ie each phase connection of the power converter 37 exactly one separate secondary winding 23 ,
Wie bereits erläutert wurde, können Stromrichter 37 gemäß dem Schaltplan der 3 zur Anwendung kommen. Es versteht sich, dass auch andersartig ausgebildete Stromrichter vorgesehen sein können. Die Stromrichter 37 der 4 sind in entsprechender Weise, wie dies im Zusammenhang mit den 1 und 2 erläutert wurde, auf ihrer Gleichspannungsseite in Reihe geschaltet. As already explained, converters can 37 according to the wiring diagram of 3 come into use. It is understood that differently designed power converters can be provided. The power converters 37 of the 4 are in a similar way as this in connection with the 1 and 2 has been explained, connected in series on their DC side.
Der in der 5 dargestellte Teil einer elektrischen Schaltung entspricht grundsätzlich dem in der 2 gezeigten Teil der elektrischen Schaltung 10 der 1. Die 5 basiert deshalb in gleicher Weise auf der 1 wie die 2. Im Unterschied zur 2, in der Drehstromtransformatoren 24, 25 dargestellt sind, sind in der 5 einphasige Transformaten vorhanden. The Indian 5 shown part of an electrical circuit basically corresponds to that in the 2 shown part of the electrical circuit 10 of the 1 , The 5 is therefore based on the same in the same way 1 as the 2 , In contrast to 2 , in the three-phase transformers 24 . 25 are shown in the 5 single-phase transformants present.
In der 5 sind drei einphasige Transformatoren 24-1, 24-2, 24-3 vorhanden, die jeweils acht einphasige Sekundärwicklungen 23 und jeweils eine einphasige Primärwicklung 28 besitzen. In the 5 are three single-phase transformers 24-1 . 24-2 . 24-3 present, each eight single-phase secondary windings 23 and in each case a single-phase primary winding 28 have.
Die Primärwicklungen 28 der drei Transformatoren 24-1, 24-2, 24-3 sind einerseits über eine Stern- oder Dreieckschaltung miteinander verbunden. Andererseits bilden die jeweils anderen Anschlüsse der Primärwicklungen 28 die dreiphasige Verbindung zu dem in der 1 gezeigten Schalter 30. The primary windings 28 of the three transformers 24-1 . 24-2 . 24-3 are connected to each other via a star or delta connection. On the other hand, the respective other terminals form the primary windings 28 the three - phase connection to that in the 1 shown switch 30 ,
Die Sekundärwicklungen 23 der Transformatoren 24-1, 24-2, 24-3 sind jeweils mit einem Stromrichter 37‘ verbunden. Zwischen den einphasigen Transformatoren sind insoweit keine Querverbindungen vorhanden. Jeweils drei der Stromrichter 37‘ arbeiten an einem Zwischenkreis.The secondary windings 23 the transformers 24-1 . 24-2 . 24-3 are each with a power converter 37 ' connected. There are no cross connections between the single-phase transformers. Three each of the power converters 37 ' work on a DC link.
Der Stromrichter 37‘ der 5 ist beispielhaft in der 6 dargestellt. Der Stromrichter 37‘ basiert im Wesentlichen auf dem Stromrichter 37 der 3. Im Vergleich zur 3 weist der Stromrichter 37‘ der 6 jedoch nur zwei Stränge im Hinblick auf die Schalteinrichtungen 57, 59 und damit auch nur zwei Wechsel-Anschlüsse 43, 45 auf.The power converter 37 ' of the 5 is exemplary in the 6 shown. The power converter 37 ' is essentially based on the power converter 37 of the 3 , In comparison to 3 instructs the power converter 37 ' of the 6 but only two strands with regard to the switching devices 57 . 59 and thus only two change-over connections 43 . 45 on.
Wenn jeder der einphasigen Transformatoren 24-1, 24-2, 24-3 der 5 jeweils acht Sekundärwicklungen 23 besitzt, so ergibt dies insgesamt 24 Sekundärwicklungen 23 und damit 24 zugeordnete Stromrichter 37‘. Die acht Stromrichter 37‘ pro Phase sind dabei wie in der 2 in Reihe geschaltet.If any of the single-phase transformers 24-1 . 24-2 . 24-3 of the 5 eight secondary windings each 23 owns, this results in total 24 secondary windings 23 and thus 24 associated power converters 37 '. The eight power converters 37 ' per phase are like in the 2 connected in series.
Auf ihrer Gleichspannungsseite sind immer drei Stromrichter 37‘ parallelgeschaltet, und zwar diejenigen Stromrichter 37‘, die mit Sekundärwicklungen 23 von unterschiedlichen Transformatoren 24-1, 24-2, 24-3 verbunden sind (in der 5: beispielsweise diejenigen Stromrichter 37‘, die zu den jeweils obersten Sekundärwicklungen 23 der Transformatoren 24-1, 24-2, 24-3 zugeordnet sind). Es ergeben sich damit bei der 5 acht derartige Parallelschaltungen, die den acht Sekundärwicklungen 23 der Transformatoren 24-1, 24-2, 24-3 zugeordnet sind.On their DC side are always three power converters 37 ' connected in parallel, namely those power converters 37 ' that with secondary windings 23 of different transformers 24-1 . 24-2 . 24-3 are connected (in the 5 : for example, those converters 37 ' leading to the respective uppermost secondary windings 23 the transformers 24-1 . 24-2 . 24-3 assigned). It thus results in the 5 eight such parallel circuits, the eight secondary windings 23 the transformers 24-1 . 24-2 . 24-3 assigned.
Die vorgenannten acht Parallelschaltungen von Stromrichtern 37‘ sind in Reihe geschaltet. Dies ist in der 5 dadurch angedeutet, dass beispielsweise die parallelgeschalteten Gleich-Anschlüsse 42 der (in der 5: obersten) Stromrichter 37‘ eine Verbindung 42‘ zu den Gleich-Anschlüssen 41 der benachbarten Stromrichter 37‘ aufweisen. Entsprechend weisen die Gleich-Anschlüsse 41 der (in der 5: untersten) Stromrichter 37‘ eine Verbindung 41‘ zu den Gleich-Anschlüssen 42 der benachbarten Stromrichter 37‘ auf.The aforementioned eight parallel circuits of power converters 37 ' are connected in series. This is in the 5 indicated that, for example, the parallel DC terminals 42 the Indian 5 : top) power converter 37 ' a connection 42 ' to the DC outlets 41 the neighboring power converter 37 ' exhibit. Accordingly, the DC connectors have 41 the Indian 5 : lowest) power converter 37 ' a connection 41 ' to the DC outlets 42 the neighboring power converter 37 ' on.
Die Gleich-Anschlüsse 42 der (in der 5: untersten) Stromrichter 37‘ sind über eine Verbindung 42‘‘ mit den (in der 5 nicht-dargestellten) Stromrichtern 37 des Umrichters 18 in Reihe geschaltet.The same connections 42 the Indian 5 : lowest) power converter 37 ' are about a connection 42 '' with the (in the 5 not shown) power converters 37 of the inverter 18 connected in series.
Es versteht sich, dass als Stromrichter 37‘ auch eine andersartige Ausführungsform eines einphasigen Stromrichters zur Anwendung kommen kann. Weiterhin versteht es sich, dass die Transformatoren 24-1, 24-2, 24-3 mit einer zusätzlichen Wicklung versehen sein können, an die ein Netzfilter und/oder eine Kurzschließeinrichtung angeschlossen sein kann/können.It is understood that as a power converter 37 ' It is also possible to use a different embodiment of a single-phase converter. Furthermore, it is understood that the transformers 24-1 . 24-2 . 24-3 can be provided with an additional winding to which a mains filter and / or a short-circuiting device can be connected / can.
Ebenfalls ist es möglich, dass die an der Sekundärwicklung 23 vorhandene Spannung dazu verwendet wird, um insbesondere die Steuerung des zugehörigen Stromrichters 37‘ und/oder andere elektrische Verbraucher mit Energie zu versorgen. Gegebenenfalls kann ein zusätzlicher Transformator vorhanden sein, der die Spannung beispielsweise in eine Spannung von 400 Volt umsetzt. It is also possible that at the secondary winding 23 existing voltage is used in particular to control the associated power converter 37 ' and / or to supply other electrical consumers with energy. Optionally, an additional transformer may be present which converts the voltage, for example, to a voltage of 400 volts.
Weiterhin kann/können eine USV und/oder sonstige Energiespeicher zum Zwecke der Energieversorgung insbesondere der Stromrichter-Steuerungen und/oder sonstiger elektrischer Verbraucher vorgesehen sein.Furthermore, a UPS and / or other energy storage devices may be provided for the purpose of supplying energy, in particular to the power converter controllers and / or other electrical consumers.
