DE10353896A1 - Frequency converter for static run-up device esp. for turbine installation, includes DC link circuit with part circuits - Google Patents

Frequency converter for static run-up device esp. for turbine installation, includes DC link circuit with part circuits Download PDF

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Oliver Dr. Drubel
Reinhard Joho
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Abstract

A frequency converter (10) for static run-up device (1), comprises mains-side converter (11) a generator side converter (12) and a DC link (13), via which the first current converter (11) is joined to the second current converter, in which the DC-link (13) has a first part circuit (13a) and a second part circuit (13b), and in the first part circuit (13a) of the DC link (13) is arranged a first current reactor/choke (14a). In the second part circuit of the DC link (13) is arranged a current reactor/choke (14b) : An independent claim is given for a static run-up device, especially for gas turbine installation.

Description

Technisches Gebiettechnical area

Die Erfindung betrifft einen Frequenzumrichter für eine statische Hochfahrvorrichtung insbesondere zur Verwendung in einer Turbinenanlage, insbesondere in einer Gasturbinenanlage oder dergleichen. Statische Hochfahrvorrichtungen ermöglichen den Betrieb eines Generators als Synchronmotor zum Hochfahren einer Gasturbine oder eines Turbogenerators oder dergleichen.The The invention relates to a static override frequency converter in particular for use in a turbine plant, in particular in a gas turbine plant or the like. Static ramp-up devices allow the Operation of a generator as a synchronous motor for starting up a Gas turbine or a turbogenerator or the like.

Stand der TechnikState of technology

Gasturbinen werden heutzutage oftmals mittels statischer Hochfahrvorrichtungen gestartet. Hierbei wird die Gasturbine aus dem Ruhezustand auf eine Drehzahl beschleunigt, bei der dann Brennstoff in die Brennkammer eingespritzt und das Brennstoff-Luftgemisch in der Brennkammer der Gasturbine gezündet werden kann. Dies ist üblicherweise etwa bei halber Nenndrehzahl der Fall. In einem weiteren, sich hieran anschliessenden Drehzahlbereich wird die Gasturbine oftmals parallel mit der statischen Hochfahrvorrichtung und zusätzlich mit der aus der Gasturbinenfeuerung freigesetzten Energie hochgefahren. Erst bei Erreichen einer Grenzdrehzahl wird die statische Hochfahrvorrichtung abgeschaltet. Das Beschleunigen der Gasturbine bis zum Erreichen der Nenndrehzahl erfolgt im oberen Drehzahlbereich dann ausschliesslich über die in der Gasturbinenbrennkammer freigesetzte Verbrennungsenergie.gas turbines these days are often using static launchers started. Here, the gas turbine from the idle state to a Speed accelerates, then fuel into the combustion chamber injected and the fuel-air mixture in the combustion chamber of the Gas turbine ignited can be. This is usually about at half rated speed of the case. In another, to this subsequent speed range, the gas turbine is often parallel with the static launching device and in addition with the gas turbine firing unlocked energy. Only when reaching a limit speed the static ramp-up device is switched off. The acceleration the gas turbine until reaching the rated speed takes place in the upper Speed range then exclusively on those in the gas turbine combustor released combustion energy.

Der Begriff 'statisches Hochfahren' bedeutet, dass der Generator, der im hochgefahrenen Zustand der Gasturbine zur Stromerzeugung genutzt wird, zum Starten und Hochfahren der Gasturbine oder des Turbogenerators als Synchronmotor betrieben werden kann. In diesem Zustand bezieht der Generator über einen auf die Statorwicklung zuschaltbaren Frequenzumrichter Leistung aus dem Stromnetz. Ist die Gasturbine oder der Turbogenerator über eine Grenzdrehzahl hochgefahren, so wird der Betrieb des Generators als Synchronmotor beendet. Der Generator wird dann im weiteren allein von der Gasturbine angetrieben und arbeitet in herkömmlicher Weise als stromerzeugender Generator.Of the Term 'static Startup 'means that the generator, which in the run-up state of the gas turbine for Power generation is used to start and start up the gas turbine or the turbogenerator can be operated as a synchronous motor. In this state, the generator refers to the stator winding via one switchable frequency converter power from the mains. Is the Gas turbine or turbogenerator raised above a limit speed, Thus, the operation of the generator is terminated as a synchronous motor. Of the Generator is then driven solely by the gas turbine and works in conventional Way as a generator generating electricity.

Derartige Frequenzumrichter werden in Fachkreisen als 'Static Frequency Converter' (SFC) bezeichnet und sind beispielsweise in den Produktdruckschriften 'Static Starting of Gas Turbine', ABB Druckschrift CH-U92024E, Nov. 1996 und 'Static Starter for Gas Turbine Applications', General Electric Company, Druckschrift GEI-100476, März 2001 beschrieben.such Frequency converters are referred to in the art as 'Static Frequency Converter' (SFC) and are for example in the product publications' Static Starting of Gas turbine ', ABB publication CH-U92024E, Nov. 1996 and 'Static Starter for Gas Turbine Applications', General Electric Company, publication GEI-100476, March 2001.

Etablierte Praxis für statische Hochfahrvorrichtungen grosser Gasturbinen ist heutzutage die Verwendung eines gesteuerten Thyristor-Gleichrichters auf der Netzseite und eines gesteuerten Thyristor-Wechselrichters auf der Generatorseite. Diese beiden Stromrichter sind über einen Gleichstrom-Zwischenkreis miteinander verbunden. Beide Stromrichter brauchen für ihre Funktion eine eingeprägte Wechselspannung als Kommutierungshilfe. Kommutierungen sind die zyklisch auftretenden Stromübergänge von einem Thyristor auf den anderen.established Practice for static Hochfahrvorrichtungen large gas turbines is nowadays the use of a controlled thyristor rectifier on the Mains side and a controlled thyristor inverter on the Generator side. These two converters are via a DC link connected with each other. Both converters need for their function an embossed AC voltage as a commutation aid. Commutations are the cyclically occurring current transitions of one thyristor on the other.

Aufgrund der in jüngerer Zeit geforderten höheren Gasturbinen-Einheitsleistungen, die Hochfahrleistungen bis 15 MW erforderlich machen, bei gleichzeitig geforderter vereinfachter, robuster und kostengünstiger Bauweise der Frequenzumrichter, insbesondere der Stromrichter, traten bei statischen Hochfahrvorrichtungen in letzter Zeit vermehrt sicherheitsrelevante Probleme im Betrieb auf. So kam es zu unerwünschten elektrischen Aufladungen der Generatorwelle. Auch wenn durch hinreichende Isolierung der Lager des Generatorrotors ein schädlicher Stromfluss im Rotor verhindert werden kann, entsteht durch die statische Aufladung der Welle die Gefahr, dass Personen, die mit der Welle in Berührung kommen, einen gefährlichen Stromschlag erleiden. Hierbei wurden Aufladungswerte beobachtet, die für einen Menschen gefährlich sein können oder zumindest Unfälle durch Störung der Muskelaktivitäten nach sich ziehen können. Die Mög lichkeit der Wellenberührung ist aufgrund blank liegender Wellenteile durchaus insbesondere bei niedrigen Drehzahlen während des Startvorgangs gegeben.by virtue of the younger one Time required higher Gas turbine unit services, the power up to 15 MW necessary, while at the same time requiring simplified, more robust and cheaper Design of the frequency converter, in particular the power converter, occurred in static launchers lately increased safety relevant Problems in operation. So it came to unwanted electrical charges the generator shaft. Even if due to adequate isolation of the Generator rotor bearing a harmful current flow in the rotor can be prevented, caused by the static charge of the Wave the danger that people who come in contact with the wave, a dangerous one Electric shock. Charge values were observed which for one People dangerous could be or at least accidents by fault muscle activity to be able to pull. The possibility the wave touch is due to blank lying wave parts certainly at especially low speeds during given the startup.

Ferner traten in Gasturbinenanlagen, die mit einer statischen Hochfahrvorrichtung ausgestattet waren, unerwünschte Stromflüsse in Hilfserdungsvorrichtungen auf der Nichtantriebsseite auf. Bei diesen als kapazitive Wellenerdung ausgeführten Hilfserdungsvorrichtungen kam es als Folge dieser Stromflüsse teilweise zu einem Ansprechen der installierten Schmelzsicherungen. Dies führte letztlich dazu, dass die Hilfserdungsvorrichtungen ausser Betrieb waren und insbesondere ihre Funktionen beim Nennbetrieb, dem Ableiten der Erregerpeaks und der Monitoring-Funktion, nicht erfüllen konnten. Zum Austauschen der Sicherungen war ein Herunterfahren der gesamten Anlage erforderlich.Further occurred in gas turbine plants using a static launching device were equipped, unwanted current flows in auxiliary earth devices on the non-drive side. at this executed as capacitive shaft grounding auxiliary earthing devices it came as a result of these power flows partly to a response of the installed fuses. This resulted ultimately, that the auxiliary earthing devices out of service and in particular their functions in nominal operation, deriving the excitation peaks and the monitoring function, could not meet. To exchange the backups required a shutdown of the entire system.

Darstellung der Erfindungpresentation the invention

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Frequenzumrichter zur Verwendung in einer statischen Hochfahrvorrichtung insbesondere einer Gasturbinenanlage zur Verfügung zu stellen, der eine im Vergleich zum Stand der Technik verbesserte Betriebssicherheit der statischen Hochfahranlage gewährleistet. Insbesondere soll die Gefahr beseitigt werden, dass Bedienungspersonal bei Berühren blank liegender Teile, beispielsweise der Generatorwelle oder von Teilen der Erdungsvorrichtung, einen Stromschlag erleiden kann. Darüber hinaus soll auch bei höheren Einheitsleistungen ein robuster und stabiler Betrieb insbesondere ohne Ausfall der Hilfserdungsvorrichtung als Folge des Hochfahrens sichergestellt werden.The invention is thus based on the object of providing a frequency converter for use in a static start-up device, in particular a gas turbine plant, which ensures an improved operational reliability of the static start-up system compared with the prior art. In particular, the risk is to be eliminated that operating personnel when touching blank parts, such as the generator shaft or parts of the earthing device may be electrocuted. In addition, a robust and stable operation, in particular without failure of the auxiliary earthing device as a result of the startup should be ensured even at higher unit performance.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Frequenzumrichter zur Verwendung in einer statischen Hochfahrvorrichtung gemäss Anspruch 1 sowie durch die statische Hochfahrvorrichtung insbesondere in einer Gasturbinenanlage, einer Turbogeneratoranlage oder dergleichen gemäss Anspruch 11 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.These The object is achieved by the Frequency converter for use in a static start-up device according to Claim 1 and by the static Hochfahrvorrichtung in particular in a gas turbine plant, a turbogenerator plant or the like according to Claim 11 solved. Further advantageous embodiments of the invention can be found in the dependent claims.

Gemäss der Erfindung umfasst der Frequenzumrichter einen ersten, netzseitigen Stromrichter, einen zweiten, generatorseitigen Stromrichter sowie einen Gleichstrom-Zwischenkreis, über den der erste Stromrichter mit dem zweiten Stromrichter verbunden ist. Der Gleichstrom-Zwischenkreis wiederum umfasst einen ersten Teilkreis sowie einen zweiten Teilkreis. Erfindungsgemäß ist in dem ersten Teilkreis des Gleichstrom-Zwischenkreises eine erste Strom-Drossel und in dem zweiten Teilkreis des Gleichstrom-Zwischenkreis eine zweite Strom-Drossel angeordnet. Der erfindungsgemäße Frequenzumrichter eignet sich insbesondere zur Verwendung in einer statischen Hochfahrvorrichtung insbesondere einer Gasturbine, einer Turbogeneratoranlage oder auch anderer Antriebe, die Strom zur Einspeisung in ein Stromnetz erzeugen.According to the invention The frequency converter includes a first, mains-side power converter, a second, generator-side converter and a DC intermediate circuit via the the first power converter is connected to the second power converter. The DC intermediate circuit in turn comprises a first pitch circle and a second pitch circle. According to the invention in the first circle of the DC link a first current throttle and in the second pitch of the DC link a second current throttle arranged. The frequency converter according to the invention is particularly suitable for use in a static launching device in particular a gas turbine, a turbogenerator plant or also other drives that generate electricity for supply to a grid.

Es stellte sich überraschenderweise heraus, dass bei erfindungsgemäßer Anordnung einer zweiten Strom-Drossel in dem zweiten Teilkreis zusätzlich zu der Anordnung einer ersten Strom-Drossel in dem ersten Teilkreis unerwünschte Spannungserzeugung in Bauteilen und auch unerwünschte und schädliche Stromflüsse innerhalb der Gasturbinenanlage oder der Generatoranlage, in der der Frequenzumrichter verwendet wird, erheblich vermindert oder sogar gänzlich vermieden werden. Während durch Anordnung nur der ersten Strom-Drossel in dem ersten Teilkreis lediglich eine Glättung des Stromes bewirkt wird, wird durch die erfindungsgemäße Anordnung jeweils einer Strom-Drossel in jedem der beiden Teilkreise eine weitgehende Trennung der beiden Stromrichter für hochfrequente Spannungs- und Stromschwankungen erzielt. Strom- und Spannungsschwankungen werden somit nicht von einem Stromrichter auf den anderen weitergeleitet, so dass es auch zu keinem Stromfluss über die Massenanschlüsse kommt. Hochfrequente Spannungs- und Stromspitzen laufen stattdessen an der Strom-Drossel des jeweiligen Teilkreises auf und werden dort weitgehend ausgedämpft. Der so erzielbare Dämpfungseffekt übersteigt den mit nur einer Strom-Drossel erzielbaren Dämpfungseffekt in unerwarteter Weise um ein Vielfaches, so dass keinerlei schädliche Auswirkungen hochfrequenter Strom- und Schwankungsschwankungen mehr auftreten. Die in Rechnungen vorausgesagte Wirkung der erfindungsgemäßen Anordnung je einer Strom-Drossel in jedem der beiden Teilkreise des Gleichstrom-Zwischenkreises konnte bereits experimentell bestätigt werden.It turned out surprisingly out that in the inventive arrangement a second current throttle in the second pitch in addition to the arrangement of a first current throttle in the first pitch circle undesirable Voltage generation in components and also unwanted and harmful current flows within the gas turbine plant or the generator plant in which the frequency converter is used will be significantly reduced or even completely avoided. While through Arrangement only the first current throttle in the first pitch circle only a smoothing of the current is effected by the inventive arrangement respectively a current throttle in each of the two subcircuits a substantial Separation of the two power converters for high-frequency voltage and power fluctuations achieved. Current and voltage fluctuations are thus not forwarded from one power converter to the other, so that there is no current flow through the ground connections. High-frequency voltage and current peaks start instead the current throttle of the respective pitch circle and there are largely stripped. The achievable damping effect exceeds the achievable with only a current throttle damping effect in unexpected Way many times, so that no harmful effects of high-frequency Current and fluctuation fluctuations occur more. The in bills Predicted effect of the inventive arrangement depending on a current throttle in each of the two subcircuits of the DC link could already confirmed experimentally become.

Zweckmässig ist als Strom-Drossel jeweils eine Induktivität, beispielsweise eine Induktionsspule, in dem betreffenden Teilkreis des Gleichstrom-Zwischenkreises angeordnet. Die Induktivität der Strom-Drossel sollte die Induktivität der Leitung des Gleichstrom-Zwischenkreises vorzugsweise um mindestens einen Faktor von 10, besonders bevorzugt um einen Faktor von 100 übersteigen.Is appropriate in each case an inductance, for example an induction coil, as current choke, arranged in the relevant subcircuit of the DC link. The inductance of Current choke should be the inductance of the DC link line preferably by at least a factor of 10, more preferably exceed by a factor of 100.

Ferner sollte die zweite Induktivität zweckmässig zwischen dem 0,2-fachen und dem 5-fachen der ersten Induktivität, vorzugsweise zwischen dem 0,5-fachen und dem 1,5-fachen der ersten Induktivität und besonders bevorzugt gleich der ersten Induktivität sein. In Versuchen wurde beobachtet, dass sich optimale Dämpfungsergebnisse bei symmetrischer Ausführung der beiden Strom-Drosseln in den Teilkreisen erzielen lassen.Further should be the second inductance expedient between 0.2 times and 5 times the first inductance, preferably between 0.5 times and 1.5 times the first inductance and especially preferably equal to the first inductance. In experiments became observed that optimal damping results with symmetrical design can achieve the two current chokes in the pitch circles.

Üblicherweise ist der erste Teilkreis des Gleichstrom-Zwischenkreises der Plus-Teilkreis bzw. die Plus-Schiene und der zweite Teilkreis des Gleichstrom-Zwischenkreises der Minus-Teilkreis bzw. die Minus-Schiene.Usually is the first pitch of the DC intermediate circuit of the positive pitch circle or the Plus rail and the second pitch of the DC link the minus partial circle or the minus rail.

Wird, wie heutzutage weithin verbreitet, in einer bevorzugten Ausgestaltung des Frequenzumrichters ein gesteuerter Thyristor-Gleichrichter als erster, netzseitiger Stromrichter und ein gesteuerter Thyristor-Wechselrichter als zweiter, generatorseitiger Stromrichter verwendet, so werden durch die Kommutierungsvorgänge der Thyristoren hochfrequente Spannungsspitzen hervorgerufen. Diese sind primär durch den Stromgradienten beim Einschalten des betreffenden Thyristors sowie auch durch Trägerstaueffekte beim Stromende des abschaltenden Thyristors begründet. Bei herkömmlich ausgeführten statischen Hochfahrvorrichtungen wurde beobachtet, dass sich die auftretenden Spannungsspitzen auf der Netzseite in unerwünschter Weise über Kabel- und Trafokapazitäten gegen Masse schliessen. Auf der Generatorseite wird der Stromkreis über die Wicklungskapazität des Generators gegen Masse geschlossen. Die Wicklung des an den Fre quenzumrichter angeschlossenen Generators wirkt für die hochfrequenten Spannungsspitzen der Überspannungen als Kettenleiter. Da kapazitiv über die Isolation der Wicklung Ströme gegen Masse abfliessen, die sich mit den Ableitströmen auf der Netzseite schliessen, kann hier nicht mehr von einem Gelten der Strombilanz für die Polseite und die Sternpunktseite der Wicklungsphase des Generators ausgegangen werden. Ferner wurde beobachtet, dass die transiente Stromverteilung in der Statorwicklung eines an den Frequenzumrichter angeschlossenen Generators in jedem Kommutierungszeitpunkt eine Ringmagnetisierung des Statorkerns zur Folge hat. Ähnlich einem Ringkerntrafo wird dadurch in den aus dem Stand der Technik bekannten statischen Hochfahrvorrichtungen im Rotor eine Spannung induziert, die die beschriebenen Beeinträchtigungen der Betriebssicherheit nach sich zieht.If, as is widespread nowadays, in a preferred embodiment of the frequency converter, a controlled thyristor rectifier is used as the first, network-side converter and a controlled thyristor inverter as the second, generator-side converter, then high-frequency voltage peaks are caused by the commutation of the thyristors. These are primarily due to the current gradient when switching on the relevant thyristor as well as by carrier congestion effects at the current end of the turn-off thyristor. Conventionally designed static launchers have been observed to undesirably close the occurring voltage spikes on the network side via cable and transformer capacitances to ground. On the generator side, the circuit is closed to ground via the winding capacity of the generator. The winding of the generator connected to the frequency converter acts as a chain conductor for the high-frequency voltage peaks of the overvoltages. Since capacitive flow through the insulation of the winding currents to ground, which close to the leakage currents on the network side, it can no longer be assumed that the current balance for the pole side and the neutral point side of the winding phase of the generator become. It has also been observed that the transient current distribution in the stator winding of a generator connected to the frequency converter results in ring magnetization of the stator core at each commutation time. Similar to a toroidal transformer, this induces a voltage in the rotor which is known from the prior art in the rotor, which causes the described operational safety impairments.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung jeweils einer Strom-Drossel in den beiden Teilkreisen des Gleichstrom-Zwischenkreises werden die bei der Kommutierung auftretenden Spannungsspitzen weitgehend vollständig ausgedämpft. Somit kommt es strommässig zu einer Auftrennung des Kreises Trafo-Kabel-Gleichrichter-Zwischenkreis-Umrichter-Generatorwicklung-Masse in die Teilkreise Trafo-Kabel-Gleichrichter-Zwischenkreis sowie Zwischenkreis-Umrichter-Generatorwicklung-Masse. Die Strom-Drosseln verhindern somit die Ausbildung eines geschlossenen Stromkreises und wirken als Dämpfungselemente für auftretende Spannungs- und Stromspitzen.By the inventive arrangement in each case one current throttle in the two subcircuits of the DC intermediate circuit The voltage peaks that occur during commutation become large Completely stripped. Thus, it comes streamlined to a separation of the circle transformer cable rectifier DC link inverter generator winding ground in the subcircuits transformer-cable-rectifier-intermediate circuit and DC link Inverter Generator Winding Ground. The current chokes thus prevent the formation of a closed circuit and act as damping elements for occurring Voltage and current peaks.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst der netzseitige Stromrichter eine der Anzahl der Phasen des an den netzseitigen Stromrichter anschliessbaren Netzes entsprechende Anzahl von Gleichrichtersträngen. Auch der generatorseitige Stromrichter umfasst hier zweckmässig eine der Anzahl der Phasen des an den generatorseitigen Stromrichter anschliessbaren Generators entsprechende Anzahl von Wechselrichtersträngen. Beide Stromrichter können somit in der Weise betrieben werden, dass in Abhängigkeit der jeweils anliegenden Phase der der Phase zugeordnete Gleichrichterstrang im Falle des Gleichrichters oder Wechselrichterstrang im Falle des Wechselrichters durchgeschaltet wird. Wäh rend auf der Netzseite bei Anschluss beispielsweise an ein Drehstromnetz die Umschaltfrequenz durch die Drehstrom-Phasenumschaltung vorgegeben ist, muss die Umschaltfrequenz auf Generatorseite der Drehgeschwindigkeit des Generatorrotors angepasst werden. Die Ansteuerung erfolgt hier vorteilhaft über eine elektronische Steuerung.In In an advantageous embodiment of the invention, the network-side comprises Power converter one of the number of phases of the mains side Power converter connectable network corresponding number of rectifier strands. Also the generator-side converter here expediently includes one of Number of phases of the connection to the generator-side converter Generator corresponding number of inverter strings. Both converters can thus be operated in such a way that, depending on the respective adjacent Phase of the phase associated rectifier string in the case of Rectifier or inverter string in the case of the inverter is switched through. While on the network side when connecting, for example, to a three-phase network the switching frequency given by the three-phase switching phase is the switching frequency on the generator side of the rotational speed of the Generator rotor can be adjusted. The control is advantageously carried out via a electronic control.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Gleichstrom-Zwischenkreis zusätzlich zu der Anordnung der Strom-Drosseln über zumindest eine Widerstands-Kapazitäts-Beschaltung ('RC-Beschaltung') mit Masse verbunden. Der Abgriff für die Widerstands-Kapazitäts-Beschaltung erfolgt zwischen dem ersten, netzseitigen Stromrichter und der ersten Strom-Drossel oder dem ersten, netzseitigen Stromrichter und der zweiten Strom-Drossel.In a particularly advantageous embodiment of the invention is the DC intermediate circuit additionally to the arrangement of the current chokes via at least one resistance-capacitance circuit ('RC circuit') connected to ground. The tap for the resistance-capacitance circuit takes place between the first, network-side converter and the first Current choke or the first, mains-side converter and the second Flow damper.

Vorteilhaft sind sowohl der erste Teilkreis als auch der zweite Teilkreis des Gleichstrom-Zwischenkreises über je eine Widerstands-Kapazitäts-Beschaltung mit Masse verbunden. Insbesondere in dem Fall, dass die Strom-Drosseln symmetrisch, d.h. mit gleicher Drosselungsstärke, ausgeführt sind, ist es zweckmässig, auch die Widerstands-Kapazitäts-Beschaltungen symmetrisch auszuführen, d.h. Elemente mit gleich hohem Widerstandswert und Elemente mit gleich hohen Kapazitätswerten in den Beschaltungsanordnungen vorzusehen.Advantageous are both the first pitch circle and the second pitch circle of the DC link via one resistance-capacitance circuit each connected to ground. Especially in the case that the current chokes symmetric, i. are executed with the same throttling strength, it is expedient, too the resistance-capacitance circuits to perform symmetrically, i.e. Elements with the same high resistance and elements with equal high capacity values to provide in the wiring arrangements.

Die gegen Masse geschaltete Widerstands-Kapazitäts-Beschaltung sorgt für eine dynamische Stabilisierung der Spannung des Gleichstrom-Zwischenkreises insbesondere gegenüber Spannungsspitzen des netzseitigen Stromrichters. Der netzseitige Stromrichter erzeugt einen Grossteil der in dem Gleichstrom-Zwischenkreis auftretenden Spannungsspitzen, da durch die Betriebsweise des Frequenzumrichters die Schaltspannungen über den netzseitigen Stromrichter grösser sind als die über den generatorseitigen Stromrichter.The grounded resistance-capacitance circuitry provides for a dynamic Stabilizing the voltage of the DC link in particular against voltage spikes of the line-side converter. The grid-side converter generates a large part of the voltage peaks occurring in the DC link, because by the operation of the frequency converter, the switching voltages on the network side Power converter larger are as the over the Generator-side converter.

Oftmals ist eine zusätzliche Widerstands-Kapazitäts-Beschaltung jedoch auch entbehrlich. Neben der Anordnung der beiden Strom-Drosseln ist es hier dann jedoch zweckmässig, die Verbindungsleitungen zur elektrischen Verbindung des Netztransformators mit dem ersten, netzseitigen Stromrichter und/oder zur Verbindung des zweiten, generatorseitigen Stromrichters mit dem Generator jeweils mit einer Länge auszuführen, die kleiner ist als eine vorgegebene Maximallänge. Diese Verbindungsleitungen sind häufig als Kabel ausgeführt, die insbesondere wegen des zumeist vorhandenen geerdeten Kabelmantels eine unerwünscht hohe Kapazität gegen Masse aufweisen. Die jeweilige Maximallänge der Verbindungskabel ist je nach Anwendungsfall experimentell oder rechnerisch zu ermitteln. Sie stellt jedoch eine anlagenspezifische, charakteristische Grösse dar. Insbesondere bei Neuanlagen kann eine Begrenzung der Verbindungskabellängen konstruktiv ohne grossen Aufwand berücksichtigt werden, so dass die Betriebssicherheit durch eine insgesamt kostengünstige Massnahme sichergestellt ist. Bei vielen Altanlagen, die mit langen, nicht kürzbaren Verbindungskabeln ausgestattet sind, kann es im Rahmen von Nachrüstungen jedoch erforderlich sein, zusätzlich zu den Strom-Drosseln jeweils auch Widerstands-Kapazitäts-Beschaltungen vorzusehen, um eine hohe Betriebssicherheit zu gewährleisten.often is an extra Resistor-capacitor circuit but also dispensable. In addition to the arrangement of the two current chokes but it is appropriate here the connecting lines for the electrical connection of the mains transformer with the first, mains-side converter and / or to the connection of the second, generator-side converter with the generator respectively with a length perform, which is smaller than a given maximum length. These connection lines are often designed as a cable, in particular because of the mostly existing grounded cable sheath an undesirable high capacity having mass. The respective maximum length of the connection cable is Depending on the application, to be determined experimentally or mathematically. However, it represents a plant-specific, characteristic size. Especially with new systems, a limitation of the connecting cable lengths can be constructive without taken into account great effort so that operational safety through an overall cost-effective measure is ensured. With many old plants, those with long, not shortenable connection cables However, in the context of retrofitting, it may be necessary to additionally to the current chokes in each case also resistance-capacitance circuits to ensure a high level of operational safety.

In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung eine statische Hochfahrvorrichtung zur Verfügung, die insbesondere in einer Turbogruppe, insbesondere in einer Gasturbinenanlage oder dergleichen verwendet werden kann. Die erfindungsgemäße statische Hochfahrvorrichtung umfasst einen elektrischen Generator, der mit einer Turbine oder dergleichen verbindbar ist. Ferner umfasst die Hochfahrvorrichtung einen wie oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Frequenzumrichter sowie einen Netztransformator, der mit einem Stromnetz verbindbar ist. Der erste, netzseitige Stromrichter des Frequenzumrichters ist mit dem Netztransformator verbunden. Der zweite, generatorseitige Stromrichter des Frequenzumrichters ist mit dem Generator verbunden. Die statische Hochfahrvorrichtung ist im Hochfahrbetrieb der Turbine oder dergleichen so betreibbar, dass der Generator angesteuert von dem Frequenzumrichter als Synchronmotor arbeitet. Im hochgefahrenen Zustand der Gasturbine oder des Turbogenerators wird der Betriebszustand des Generators umgeschaltet und der Generator arbeitet dann in herkömmlicher Betriebsweise als stromerzeugender Generator.In a further aspect, the invention provides a static launching device which can be used in particular in a turbo group, in particular in a gas turbine plant or the like. The static launching device according to the invention comprises an electric generator provided with a turbine or the like is connectable. Furthermore, the Hochfahrvorrichtung comprises a frequency converter according to the invention as described above and a power transformer which is connectable to a power grid. The first, mains-side converter of the frequency converter is connected to the mains transformer. The second, generator-side converter of the frequency converter is connected to the generator. The static start-up device is so operable in startup operation of the turbine or the like that the generator is driven by the frequency converter operates as a synchronous motor. When the gas turbine or turbogenerator is started up, the operating state of the generator is switched over and the generator then operates in the conventional mode of operation as a generator generating electricity.

Die erfindungsgemäße statische Hochfahrvorrichtung zeichnet sich durch eine sehr hohe, im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrich tungen erheblich verbesserten Betriebssicherheit aus. Insbesondere wird die Wellenspannung, d.h. die durch Spannungsspitzen entstehende Welligkeit der Spannung, beim Hochfahren der statischen Hochfahrvorrichtung begrenzt, so dass es zu keinen kapazitiv oder induktiv erzeugten Bauteil-Spannungen oder schädlichen Stromflüssen in den Hilfserdungsvorrichtungen kommt.The static according to the invention Boot device is characterized by a very high, in comparison to the known from the prior art Vorrich lines considerably improved operational safety. In particular, the shaft voltage, i.e. the ripples caused by voltage peaks of the voltage, limited when booting the static launching device, so that there are no capacitively or inductively generated component voltages or harmful current flows comes in the auxiliary earthing devices.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description the drawings

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The In the following, the invention will be related to exemplary embodiments closer with the drawings explained. Show it:

1 ein Schaltschema einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Frequenzumrichters als Teil einer statischen Hochfahrvorrichtung; 1 a circuit diagram of a first embodiment of the frequency converter according to the invention as part of a static Hochfahrvorrichtung;

2 ein Schaltschema einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Frequenzumrichters. 2 a circuit diagram of another embodiment of the frequency converter according to the invention.

In den Figuren sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente und Bauteile dargestellt. Gleiche oder gleichwirkende Bauteile sind weitgehend mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures are only for the understanding the invention essential elements and components shown. Same or equivalent components are largely denoted by the same reference numerals Mistake.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays to execute the invention

1 zeigt ein Schaltschema einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Frequenzumrichters 10. Der Frequenzumrichter 10 ist hier Teil einer statischen Hochfahrvorrichtung 1. Die Hochfahrvorrichtung 1 kann Teil einer Turbinenanlage, beispielsweise einer Gasturbinenanlage, oder einer Generatoranlage sein, bei der ein Generator während des Startvorgangs mittels eines Zusatzantriebs auf eine Umdrehungszahl hochzufahren ist. 1 shows a circuit diagram of a first embodiment of the frequency converter according to the invention 10 , The frequency converter 10 Here is part of a static launching device 1 , The boot device 1 may be part of a turbine plant, such as a gas turbine plant, or a generator plant, in which a generator is to be raised during startup by means of an auxiliary drive to a number of revolutions.

Die in 1 dargestellte statische Hochfahrvorrichtung 1 umfasst den erfindungsgemäß ausgeführten Frequenzumrichter 10, einen Transformator 20 sowie einen Generator 30. Der Frequenzumrichter 10 ist über als Kabel ausgeführte Verbindungsleitungen 40a, 40b einerseits mit dem Transformator 20 und andererseits mit dem Generator 30 verbunden. Der Transformator 20 wiederum ist mit einem Stromnetz (in 1 nicht dargestellt), üblicherweise einem Drehstromnetz, verbunden und dient zur galvanischen Trennung des Stromnetzes von dem Generatorstromkreis. In herkömmlicher Bauweise umfasst der Generator 30 einen Rotor 31 mit Rotorwelle 33 und Wicklung sowie einen Stator 32 mit Wicklung. Bei Betrieb des Generators 30 zur Stromerzeugung wird der Rotor 31 beispielsweise von einer an die Rotorwelle 33 angeschlossenen Gasturbine angetrieben. Die Gasturbine ist in 1 nicht dargestellt. Ebenso in 1 nicht dargestellt ist der Stromabgriff von dem Stator des Generators bei Betrieb des Generators zur Stromerzeugung.In the 1 illustrated static Hochfahrvorrichtung 1 comprises the frequency converter designed according to the invention 10 , a transformer 20 as well as a generator 30 , The frequency converter 10 is via interconnecting cables 40a . 40b on the one hand with the transformer 20 and on the other hand with the generator 30 connected. The transformer 20 In turn, with a power grid (in 1 not shown), usually a three-phase network, connected and used for galvanic isolation of the mains from the generator circuit. In conventional construction, the generator includes 30 a rotor 31 with rotor shaft 33 and winding and a stator 32 with winding. During operation of the generator 30 to generate electricity is the rotor 31 for example, from one to the rotor shaft 33 driven gas turbine driven. The gas turbine is in 1 not shown. Likewise in 1 not shown is the current tap from the stator of the generator during operation of the generator for power generation.

Die Strukturen des Transformators 20 und des Generator 30, die Schirmung der häufig verwendeten Verbindungsleitungen 40a, 40b sowie auch die Rotorwelle 33 des Generators 30 sind üblicherweise über Masseverbindungsleitungen 41a, 41b, 41c und 41d mit Masse verbunden, um so ein gemeinsames Nullpotential zu sicherzustellen. Die Rotorwelle 33 ist hierbei üblicherweise über eine in die Masseverbindungsleitung integrierte Schmelzsicherung 35 abgesichert. Existieren jedoch kapazitive Kopplungen zwischen den Bauteilen der Schaltung, so kann es über die Masseanschlüsse zu unerwünschten Stromflüssen kommen. Ein solcher möglicher Stromfluss über die Masse ist in 1 über die Stromflusslinie 42 wiedergegeben. Derartige Stromflüsse können zu einer kapazitiven und/oder induktiven Spannungserzeugung in der Rotorwelle führen. Hieraus resultierende, unerwünschte Stromflüsse wurden in jüngerer Zeit bei Anlagen mit herkömmlich ausgeführten statischen Hochfahrvorrichtungen während des Betriebs der Anlage beobachtet. Solche Stromflüsse können zum Ansprechen der Schmelzsicherung 35 oder auch zu einer Personengefährdung führen. Als Ursache hierfür sind insbesondere die höheren Einheitsleistungen der Anlagen sowie vereinfachte und kostengünstigere Bauweisen der Hochfahrvorrichtungen zu nennen.The structures of the transformer 20 and the generator 30 , the shielding of commonly used interconnections 40a . 40b as well as the rotor shaft 33 of the generator 30 are usually via ground connection lines 41a . 41b . 41c and 41d connected to ground to ensure a common zero potential. The rotor shaft 33 This is usually a fuse integrated in the ground connection line 35 hedged. However, if there are capacitive couplings between the components of the circuit, it may come through the ground connections to unwanted current flows. Such a possible current flow across the ground is in 1 over the current flow line 42 played. Such current flows can lead to a capacitive and / or inductive voltage generation in the rotor shaft. Resulting unwanted power flows have recently been observed in systems with conventionally designed static launchers during operation of the plant. Such currents can be used to respond to the fuse 35 or lead to a personal hazard. The reason for this is in particular the higher unit performance of the systems as well as simplified and less expensive construction methods of the Hochfahrvorrichtungen mentioned.

Um hier Abhilfe zu schaffen und auch bei einer sehr hohen Einheitsleistung der Anlage eine sehr hohe Betriebssicherheit der statischen Hochfahrvorrichtung 1 zu gewährleisten, umfasst der erfindungsgemäß ausgeführte Frequenzumrichter 10 der hier dargestellten statischen Hochfahrvorrichtung 1 neben einem netzseitigen Stromrichter 11 und einem generatorseitigen Stromrichter 12, die über einen sich in zwei Teilkreise 13a, 13b unterteilenden Gleichstrom-Zwischenkreis 13 miteinander verbunden sind, zusätzlich zwei Stromdrosseln 14a, 14b, wobei in jeden Teilkreis 13a bzw. 13b des Gleichstrom-Zwischenkreises 13 je eine Stromdrossel 14a bzw. 14b integriert ist.To remedy this situation and even with a very high unit performance of the system a very high reliability of the static Hochfahrvorrichtung 1 to ensure includes the inventively designed frequency converter 10 the static launching device shown here 1 in addition to a network-side converter 11 and a generator-side converter 12 which is divided into two subcircles 13a . 13b subdividing DC link 13 connected to each other that are, in addition two current chokes 14a . 14b , in each subcircle 13a respectively. 13b of the DC link 13 one power choke each 14a respectively. 14b is integrated.

Der erste Teilkreis 13a des Gleichstrom-Zwischenkreises 13 ist hier Plus-Teilkreis ('Plus-Schiene'). Der zweite Teilkreis 13b des Gleichstrom-Zwischenkreises 13 ist hier Minus-Teilkreis ('Minus-Schiene').The first circle 13a of the DC link 13 here is plus subcircle ('plus rail'). The second circle 13b of the DC link 13 here is minus-subcircle ('minus-rail').

Da die hier dargestellte Hochfahrvorrichtung 1 für den Anschluss an ein Drehstromnetz vorgesehen ist, umfasst der netzseitige Stromrichter 11 drei Gleichrichterstränge 11a, 11b, 11c. Ebenso umfasst auch der generatorseitige Stromrichter 12 drei Wechselrichterstränge 12a, 12b, 12c, um einen dreiphasigen Generatorbetrieb zu ermöglichen.Since the Hochfahrvorrichtung shown here 1 is intended for connection to a three-phase network, comprising the mains side converter 11 three rectifier strands 11a . 11b . 11c , Likewise also includes the generator-side converter 12 three inverter strings 12a . 12b . 12c to enable a three-phase generator operation.

Jeder der Gleichrichterstränge 11a, 11b, 11c und der Wechselrichterstränge 12a, 12b, 12c umfasst jeweils zwei Thyristorzweige 11a1 , 11a2 bzw. 11b1 , 11b2 bzw. 11c1 , 11c2 bzw. 12a1 , 12a2 , bzw. 12b1 , 12b2 bzw. 12c1 , 12c2 die in jeweils gleicher Orientierung in dem betreffenden Strang angeordnet sind. Dabei umfasst jeder Thyristorzweig wenigstens einen Thyristor. Die Gleichrichterstränge 11a, 11b, 11c und die Wechselrichterstränge 12a, 12b, 12c bilden somit jeweils ein Kathodenende 11ak , 11bk , 11ck bzw. 12ak , 12bk , 12ck sowie ein Anodenende 11aa , 11ba , 11ca bzw. 12aa , 12ba , 12ca aus. Die Anschlüsse 40a1 , 40a2 , 40a3 bzw. 40b1 , 40b2 , 40b3 der Verbindungsleitungen 40a, 40b zu dem Transformator 20 bzw. dem Generator 30 liegen jeweils zwischen den beiden Thyristorzweigen 11a1 und 11a2 bzw. 11b1 und 11b2 bzw. 11c1 und 11c2 bzw. 12a1 und 12a2 bzw. 12b1 und 12b2 bzw. 12c1 und 12c2 des betreffenden Gleichrichterstrangs 11a, 11b, 11c bzw. Wechselrichterstrangs 12a, 12b, 12c.Each of the rectifier strands 11a . 11b . 11c and the inverter strings 12a . 12b . 12c each comprises two thyristor branches 11a 1 . 11a 2 respectively. 11b 1 . 11b 2 respectively. 11c 1 . 11c 2 respectively. 12a 1 . 12a 2 , respectively. 12b 1 . 12b 2 respectively. 12c 1 . 12c 2 which are arranged in the same orientation in the respective strand in each case. In this case, each thyristor branch comprises at least one thyristor. The rectifier strands 11a . 11b . 11c and the inverter strings 12a . 12b . 12c thus each form a cathode end 11a k . 11b k . 11c k respectively. 12a k . 12b k . 12c k and an anode end 11a a . 11b a . 11c a respectively. 12a a . 12b a . 12c a out. The connections 40a 1 . 40a 2 . 40a 3 respectively. 40b 1 . 40b 2 . 40b 3 the connecting lines 40a . 40b to the transformer 20 or the generator 30 each lie between the two thyristor branches 11a 1 and 11a 2 respectively. 11b 1 and 11b 2 respectively. 11c 1 and 11c 2 respectively. 12a 1 and 12a 2 respectively. 12b 1 and 12b 2 respectively. 12c 1 and 12c 2 of the relevant rectifier line 11a . 11b . 11c or inverter line 12a . 12b . 12c ,

Wie in 1 dargestellt, verbindet ferner der erste Teilkreis 13a des Gleichstrom-Zwischenkreises 13, der Plus-Teilkreis, die Kathodenenden 11ak , 11bk , 11ck der Gleichrichterstränge 11a, 11b, 11c des netzseitigen Stromrichters 11 mit den Anodenenden 12aa , 12ba , 12ca der Wechselrichterstränge 12a, 12b, 12c des generatorseitigen Stromrichters 12. Der zweite Teilkreis 13b des Gleichstrom-Zwischenkreises 13, der Minus-Teilkreis, verbindet die Anodenenden 11aa , 11ba , 11ca der Gleichrichterstränge 11a, 11b, 11c des netzseitigen Stromrichters 11 mit den Kathodenenden 12ak , 12bk , 12ck der Wechselrichterstränge 12a, 12b, 12c des generatorseitigen Stromrichters 12.As in 1 represented, further connects the first pitch circle 13a of the DC link 13 , the plus circle, the cathode ends 11a k . 11b k . 11c k the rectifier strands 11a . 11b . 11c of the line-side converter 11 with the anode ends 12a a . 12b a . 12c a the inverter strings 12a . 12b . 12c of the generator-side converter 12 , The second circle 13b of the DC link 13 , the minus circle, connects the anode ends 11a a . 11b a . 11c a the rectifier strands 11a . 11b . 11c of the line-side converter 11 with the cathode ends 12a k . 12b k . 12c k the inverter strings 12a . 12b . 12c of the generator-side converter 12 ,

Erfindungsgemäß ist sowohl in dem ersten Teilkreis 13a als auch in dem zweiten Teilkreis 13b jeweils eine Strom-Drossel 14a, 14b angeordnet. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Strom-Drosseln 14a, 14b als Induktionsspulen ausgeführt, wobei die hier verwendeten Induktionsspulen in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gleich hohe Induktivitäten aufweisen. Die Induktivitäten der beiden Strom-Drosseln könnten aber auch in einem Bereich zwischen dem 0,2-fachen und dem 5-fachen voneinander abweichen. Jedoch sollten die Induktivitäten mindestens um eine Zehnerpotenz über der Leitungsinduktivität der Teilkreisleitung liegen, um eine signifikante Dämpfung der Spannungs- und Stromspitzen zu erzielen.According to the invention, both in the first pitch circle 13a as well as in the second circle 13b each a current throttle 14a . 14b arranged. In the embodiment shown here are the current throttles 14a . 14b designed as induction coils, wherein the induction coils used here in a particularly preferred embodiment of the invention have the same high inductances. However, the inductances of the two current chokes could also differ in a range between 0.2 times and 5 times. However, the inductances should be at least one order of magnitude higher than the line inductance of the subcircuit line to achieve significant attenuation of the voltage and current spikes.

Löst nun im Betrieb der statischen Hochfahrvorrichtung jeweils ein Thyristorzweig des netzseitigen Stromrichters 11 oder des generatorseitigen Stromrichters 12 einen bereits leitenden Thyristorzweig ab, so bildet sich unmittelbar nach dem Zünden des Thyristorzweigs in der sogenannten Kommutierungsphase ein starker Stromgradient in dem Frequenzumrichter 10 aus, der zu einer Spannungsspitze und somit zu einer Überspannung in dem Frequenzumrichter 10 führt. Werden die Thyristoren am Ende der Kommutierungsphase stromlos, so entsteht ebenso wieder eine Spannungsspitze verursacht durch die Trägerstaueffekte. Während des Hochfahrvorgangs kommt es somit zu einer periodischen Ausbildung von Spannungsspitzen, die letztlich wegen der unvermeidlichen parasitären Kapazitäten von Bauteilen zu unerwünschten Stromflüssen führen würden.Solves now in the operation of the static Hochfahrvorrichtung each a thyristor branch of the network-side converter 11 or the generator-side converter 12 an already conductive thyristor branch, a strong current gradient forms in the frequency converter immediately after the thyristor branch is ignited in the so-called commutation phase 10 which leads to a voltage spike and thus to an overvoltage in the frequency converter 10 leads. If the thyristors become de-energized at the end of the commutation phase, a voltage spike, caused by the carrier congestion effects, likewise arises again. During the boot-up process, there is thus a periodic development of voltage spikes, which would ultimately lead to unwanted current flows due to the unavoidable parasitic capacitances of components.

Die Anordnung einer singulären Strom-Drossel in dem ersten Teilkreis sorgt zwar für eine Glättung des Gleichstromsignals, die unerwünschten Aufladungen oder Stromflüsse treten jedoch nahezu unverändert auf. Erst durch die erfindungsgemäße Anordnung je einer Strom-Drossel 14a, 14b in dem ersten Teilkreis 13a und dem zweiten Teilkreis 13b war überraschenderweise eine deutliche Verminderung der Auswirkungen der Spannungsspitzen zu verzeichnen. Offensichtlich kommt es durch die Anordnung der beiden Strom-Drosseln in den beiden Teilkreisen des Gleichstrom-Zwischenkreises dynamisch gesehen zu einer strommässigen Auftrennung des Stromkreises Trafo-Kabel-Gleichrichter-Zwischenkreis-Umrichter-Generatorwicklung-Masse in die nunmehr separierten Kreise Trafo-Kabel-Gleichrichter-Zwischenkreis sowie Zwischenkreis-Umrichter-Generatorwicklung-Masse. Für die hochfrequenten Spannungsspitzen der Thyristor-Kommutierung wirken die Stromdrosseln 14a, 14b wie unendlich hohe Impedanzen, wodurch die über den Zwischenkreis übertragenen Stromspitzen erheblich abgebaut werden. Unerwünschte Stromflüsse in oder über Bauteile lassen sich somit effektiv vermindern oder können sogar vollständig unterbunden werden. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der beiden Strom-Drosseln 14a, 14b in dem Frequenzumrichter 10 lässt sich somit die Betriebssicherheit der statischen Hochfahrvorrichtung 1 mit Hilfe einer einfachen und kostengünstigen Massnahme erheblich verbessern. Auch Altanlagen können in dieser Weise einfach und kostengünstig nachgerüstet werden.Although the arrangement of a singular current choke in the first pitch circuit ensures a smoothing of the DC signal, the unwanted charges or current flows occur almost unchanged. Only by the inventive arrangement depending on a current throttle 14a . 14b in the first circle 13a and the second circle 13b Surprisingly, there was a significant reduction in the effects of voltage surges. Obviously, it comes through the arrangement of the two current-chokes in the two sub-circuits of the DC link dynamically seen to a current separation of the circuit transformer-cable rectifier-DC link converter-generator winding ground in the now separated circuits transformer-cable rectifier Intermediate circuit as well as DC link inverter generator winding ground. For the high-frequency voltage peaks of the thyristor commutation act the current chokes 14a . 14b how infinitely high impedances, whereby the current peaks transmitted via the DC link are considerably reduced. Unwanted power flows in or over components can thus be effectively reduced or even completely prevented. The inventive arrangement of the two current chokes 14a . 14b in the frequency converter 10 Thus, the reliability of the static Hochfahrvorrichtung can be 1 with the help of a simple and cost-effective measure considerably improve. Even old systems can be retrofitted easily and inexpensively in this way.

2 zeigt ein Schaltschema einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Frequenzumrichters 10, der hier wiederum Teil einer statischen Hochfahrvorrichtung 1 ist. Zusätzlich zu der Anordnung je einer Strom-Drossel 14a, 14b in jedem der beiden Teilkreise 13a, 13b des Gleichstrom-Zwischenkreises 13 ist hier jeder Teilkreis 13a, 13b des Gleichstrom-Zwischenkreises 13 über eine Widerstands-Kapazitäts-Beschaltung 15a, 15b mit Masse M verbunden. Die Anschlussstellen 16a, 16b für die Widerstands-Kapazitäts-Beschaltungen 15a, 15b erfolgt jeweils zwischen dem netzseitigen Stromrichter 11 und der jeweiligen Strom-Drossel 14a, 14b. Jede Widerstands-Kapazitäts-Beschaltung 15a, 15b umfasst jeweils einen Kondensator 15ak , 15bk sowie einen Widerstand 15aw , 15bw , die in der Masse-Verbindungsleitung jeweils in Reihe zueinander geschaltet sind. Die hier dargestellten Widerstands-Kapazitäts-Beschaltungen der beiden Teilkreise 13a, 13b sind symmetrisch, d.h. mit gleich grossen Widerständen und Kondensatorkapazitäten, ausgeführt. Es könnte aber auch nur ein Teilkreis über eine Widerstands-Kapazitäts-Beschaltung mit Masse verbunden sein oder die Widerstände und Kapazitäten der Widerstands-Kapazitäts-Beschaltungen könnten auch unterschiedlich ausgeführt sein. Die Widerstands-Kapazitäts-Beschaltung wird nach bekannter Lehre auf aperiodische Dämpfung dimensioniert. 2 shows a circuit diagram of another embodiment of the frequency converter according to the invention 10 , which in turn is part of a static launching device 1 is. In addition to the arrangement of a respective current throttle 14a . 14b in each of the two subcircles 13a . 13b of the DC link 13 here is each subcircle 13a . 13b of the DC link 13 via a resistance-capacitance circuit 15a . 15b connected to mass M. The connection points 16a . 16b for the resistance-capacitance circuits 15a . 15b takes place in each case between the line-side converter 11 and the respective current throttle 14a . 14b , Each resistor-capacitance circuit 15a . 15b each includes a capacitor 15a k . 15b k as well as a resistor 15a w . 15b w which are connected in series in the ground connection line in each case. The resistor-capacitance circuits of the two subcircuits shown here 13a . 13b are symmetrical, ie with the same size resistors and capacitor capacities executed. However, it would also be possible to connect only one partial circuit via a resistor-capacitance circuit to ground, or the resistances and capacitances of the resistance-capacitance circuits could also be designed differently. The resistance-capacitance circuit is dimensioned according to known teaching on aperiodic damping.

Durch die Widerstands-Kapazitäts-Beschaltungen 15a, 15b werden die Teilkreise 13a, 13b insbesondere gegenüber auftretenden Spannungsspitzen des netzseitigen Stromrichters 11 zusätzlich dynamisch stabilisiert. Durch das Zusammenwirken der Strom-Drosseln 14a, 14b mit den Widerstands-Kapazitäts-Beschaltungen 15a, 15b kann eine besonders effektive Dämpfung auftretender Stromspitzen und eine effektive Stabilisierung des Gleichstrom-Zwischenkreises erzielt werden. Hierdurch lässt sich unerwarteter Weise eine erhebliche Verbesserung der Betriebssicherheit der statischen Hochfahrvorrichtung 1 erzielen.Through the resistor-capacitance circuits 15a . 15b become the constituencies 13a . 13b in particular with regard to occurring voltage peaks of the network-side converter 11 additionally dynamically stabilized. Through the interaction of the current chokes 14a . 14b with the resistance-capacitance circuits 15a . 15b a particularly effective damping of occurring current peaks and an effective stabilization of the DC link can be achieved. This can be unexpectedly a significant improvement in the reliability of the static Hochfahrvorrichtung 1 achieve.

Auch kann es ergänzend zu einer oder zu beiden der in den 1 und 2 dargestellten Massnahmen besonders zweckmässig sein, die Länge der Verbindungskabel zwischen dem Netztransformator und dem ersten, netzseitigen Stromrichter und/oder dem zweiten, generatorseitigen Stromrichter und dem Generator auf jeweils eine Maximallänge zu begrenzen, um so die Ausbildung von Spannungsspitzen infolge der Kommutierung der Thyristoren oder anderer Einflüsse zu vermindern.Also, it can be complementary to one or both of the in the 1 and 2 shown measures particularly expedient to limit the length of the connection cable between the power transformer and the first, power converter and / or the second, generator side converter and the generator to a maximum length, so as to form voltage peaks due to the commutation of the thyristors or other To reduce influences.

11
statische Hochfahrvorrichtungstatic Boot device
1010
Frequenzumrichterfrequency converter
1111
netzseitiger Stromrichterline-side power converters
11a, 11b, 11c11a, 11b, 11c
GleichrichterstrangRectifier strand
11a1, 11a2, 11b1, 11b2, 11c1, 11c2 11a 1 , 11a 2 , 11b 1 , 11b 2 , 11c 1 , 11c 2
Thyristor, Thyristorzweigthyristor thyristor
11aa, 11ba, 11ca 11a a , 11b a , 11c a
Anodenendeanode end
11ak, 11bk, 11ck 11a k , 11b k , 11c k
Kathodenendecathode end
1212
generatorseitiger Stromrichtergenerator-side power converters
12a, 12b, 12c12a, 12b, 12c
WechselrichtersträngeInverter strands
12a1, 12a2, 12b1, 12b2, 12c1, 12c2 12a 1 , 12a 2 , 12b 1 , 12b 2 , 12c 1 , 12c 2
Thyristor, Thyristorzweigthyristor thyristor
12aa, 12ba, 12ca 12a a , 12b a , 12c a
Anodenendeanode end
12ak, 12bk, 12ck 12a k, k 12b, 12c k
Kathodenendecathode end
1313
Gleichstrom-ZwischenkreisDC intermediate circuit
13a, 13b13a, 13b
Teilkreispitch circle
14a, 14b14a, 14b
Strom-DrosselFlow damper
15a, 15b15a, 15b
Widerstands-Kapazitäts-BeschaltungResistor-capacitor circuit
15ak, 15bk 15a k , 15b k
Kondensatorcapacitor
15aw, 15bw 15a w , 15b w
Widerstandresistance
16a, 16b16a, 16b
Anschlussconnection
2020
Transformatortransformer
3030
Generatorgenerator
3131
Rotorrotor
3232
Statorstator
3333
Rotorwellerotor shaft
3535
Schmelzsicherungfuse
40a, 40b40a, 40b
Verbindungsleitung/VerbindungskabelConnecting cable / connection cable
40a1, 40a2, 40a3, 40b1, 40b2, 40b3 40a 1 , 40a 2 , 40a 3 , 40b 1 , 40b 2 , 40b 3
Anschlusspunktconnection point
41a, 41b, 41c, 41d41a, 41b, 41c, 41d
MasseverbindungsleitungGrounding line
4242
StromflusslinieCurrent flow line

Claims (11)

Frequenzumrichter (10) zur Verwendung in einer statischen Hochfahrvorrichtung (1), die insbesondere zum Hochfahren einer Turbine, insbesondere einer Gasturbine, mit einem mit der Turbine verbundenen Generator dient, umfassend einen ersten, netzseitigen Stromrichter (11), einen zweiten, generatorseitigen Stromrichter (12) und einen Gleichstrom-Zwischenkreis (13), über den der erste Stromrichter (11) mit dem zweiten Stromrichter (12) verbunden ist, wobei der Gleichstrom-Zwischenkreis (13) einen ersten Teilkreis (13a) und einen zweiten Teilkreis (13b) umfasst, und in dem ersten Teilkreis (13a) des Gleichstrom-Zwischenkreises (13) eine erste Strom-Drossel (14a) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Teilkreis (13b) des Gleichstrom-Zwischenkreises (13) eine zweite Strom-Drossel (14b) angeordnet ist.Frequency converter ( 10 ) for use in a static launching device ( 1 ), which serves in particular for starting up a turbine, in particular a gas turbine, with a generator connected to the turbine, comprising a first, network-side converter ( 11 ), a second generator-side power converter ( 12 ) and a DC link ( 13 ), over which the first power converter ( 11 ) with the second power converter ( 12 ), wherein the DC link ( 13 ) a first pitch ( 13a ) and a second pitch ( 13b ), and in the first circle ( 13a ) of the DC link ( 13 ) a first current throttle ( 14a ), characterized in that in the second pitch circle ( 13b ) of the DC link ( 13 ) a second current throttle ( 14b ) is arranged. Frequenzumrichter nach Anspruch 1, wobei die erste Strom-Drossel (14a) eine Induktivität ist und/oder die zweite Strom-Drossel (14b) eine Induktivität ist.A frequency converter according to claim 1, wherein the first current choke ( 14a ) is an inductance and / or the second current throttle ( 14b ) is an inductance. Frequenzumrichter nach Anspruch 2, wobei die zweite Induktivität zwischen dem 0,2-fachen und dem 5-fachen der ersten Induktivität, bevorzugt zwischen dem 0,5-fachen und dem 1,5-fachen der ersten Induktivität und besonders bevorzugt gleich der ersten Induktivität ist.The frequency converter of claim 2, wherein the second inductance between 0.2 times and 5 times the first inductance between 0.5 times and 1.5 times the first inductance and especially preferably equal to the first inductance. Frequenzumrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste, netzseitige Stromrichter (11) ein gesteuerter Thyristor-Gleichrichter und der zweite, generatorseitige Stromrichter (12) ein gesteuerter Thyristor-Wechselrichter ist.Frequency converter according to one of the preceding claims, wherein the first, network-side converter ( 11 ) a controlled thyristor rectifier and the second, generator-side power converter ( 12 ) is a controlled thyristor inverter. Frequenzumrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der netzseitige Stromrichter (11) eine der Anzahl der Phasen des an den netzseitigen Stromrichter anschliessbaren Netzes entsprechende Anzahl von Gleichrichtersträngen (11a, 11b, 11c) umfasst und der generatorseitige Stromrichter (12) eine der Anzahl der Phasen des an den generatorseitigen Stromrichter anschliessbaren Generators entsprechende Anzahl von Wechselrichtersträngen (12a, 12b, 12c) umfasst.Frequency converter according to one of the preceding claims, wherein the network-side converter ( 11 ) one of the number of phases of the connectable to the network-side power converter network corresponding number of rectifier strands ( 11a . 11b . 11c ) and the generator-side converter ( 12 ) one of the number of phases of the connectable to the generator-side converter generator corresponding number of inverter strands ( 12a . 12b . 12c ). Frequenzumrichter nach Anspruch 5, wobei die Gleichrichterstränge (11a, 11b, 11c) und die Wechselrichterstränge (12a, 12b, 12c) jeweils zwei Thyristorzweige (11a1 , 11a2 , 11b1 , 11b2 , 11c1 , 11c2 , 12a1 , 12a2 , 12b1 , 12b2 , 12c1 , 12c2 ) umfassen und die jeweils zwei Thyristorzweige eines Gleichrichterstrangs oder eines Wechselrichterstrangs in jeweils gleicher Orientierung in dem betreffenden Strang angeordnet sind, so dass die Gleichrichterstränge (11a, 11b, 11c) und die Wechselrichterstränge (12a, 12b, 12c) jeweils ein Kathodenende (11ak , 11bk , 11ck , 12ak , 12bk , 12ck ) sowie jeweils ein Anodenende (11aa , 11ba , 11ca , 12aa , 12ba , 12ca ) aufweisen, und jeder Gleichrichterstrang (11a, 11b, 11c) über jeweils einen Anschlusspunkt (40a1 , 40a2 , 40a3 ), der jeweils zwischen den beiden Thyristoren des betreffenden Gleichrichterstrangs liegt, mit dem Stromnetz verbindbar ist und jeder Wechselrichterstrang (12a, 12b, 12c) über einen Anschlusspunkt (40b1 , 40b2 , 40b3 ), der jeweils zwischen den beiden Thyristoren des betreffenden Wechselrichterstrangs liegt, mit dem Generator verbindbar ist, wobei der erste Teilkreis (13a) die Kathodenenden der Gleichrichterstränge des netzseitigen Stromrichters mit den Anondenenden der Wechselrichterstränge des generatorseitigen Stromrichters verbindet und der zweite Teilkreis (13b) die Anodenenden der Gleichrichterstränge des netzseitigen Stromrichters mit den Kathodenenden der Wechselrichterstränge des generatorseitigen Stromrichters verbindet.Frequency converter according to claim 5, wherein the rectifier strands (11a, 11b . 11c ) and the inverter strings ( 12a . 12b . 12c ) two thyristor branches ( 11a 1 . 11a 2 . 11b 1 . 11b 2 . 11c 1 . 11c 2 . 12a 1 . 12a 2 . 12b 1 . 12b 2 . 12c 1 . 12c 2 ) and in each case the two thyristor branches of a rectifier string or of an inverter string are respectively arranged in the same orientation in the respective string, so that the rectifier strings ( 11a . 11b . 11c ) and the inverter strings ( 12a . 12b . 12c ) each have a cathode end ( 11a k . 11b k . 11c k . 12a k . 12b k . 12c k ) and one anode end each ( 11a a . 11b a . 11c a . 12a a . 12b a . 12c a ), and each rectifier string ( 11a . 11b . 11c ) via one connection point each ( 40a 1 . 40a 2 . 40a 3 ), which is in each case between the two thyristors of the relevant rectifier string, is connectable to the power grid and each inverter line ( 12a . 12b . 12c ) via a connection point ( 40b 1 . 40b 2 . 40b 3 ), which is in each case between the two thyristors of the relevant inverter line, can be connected to the generator, wherein the first pitch circle ( 13a ) connects the cathode ends of the rectifier strings of the line-side converter with the Anondenenden the inverter strings of the generator-side converter and the second pitch circle ( 13b ) connects the anode ends of the rectifier strings of the line-side converter to the cathode ends of the inverter strings of the generator-side converter. Frequenzumrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gleichstrom-Zwischenkreis (13) über zumindest eine Widerstands-Kapazitäts-Beschaltung (15a, 15b) mit Masse verbunden ist, und ein Anschluss der Widerstands-Kapazitäts-Beschaltung (15a, 15b) zwischen dem ersten, netzseitigen Stromrichter (11) und der ersten Strom-Drossel (14a) oder zwischen dem ersten, netzseitigen Stromrichter (11) und der zweiten Strom-Drossel (14b) angeordnet ist.Frequency converter according to one of the preceding claims, wherein the DC link ( 13 ) via at least one resistance-capacitance circuit ( 15a . 15b ) is connected to ground, and a connection of the resistance-capacitance circuit ( 15a . 15b ) between the first, mains-side power converter ( 11 ) and the first current throttle ( 14a ) or between the first, mains-side converter ( 11 ) and the second current throttle ( 14b ) is arranged. Frequenzumrichter nach Anspruch 7, wobei sowohl der erste Teilkreis (13a) des Gleichstrom-Zwischenkreises (13) als auch der zweite Teilkreis (13b) des Gleichstrom-Zwischenkreises (13) über je eine Widerstands-Kapazitäts-Beschaltung (15a, 15b) mit Masse verbunden sind.Frequency converter according to claim 7, wherein both the first pitch circle ( 13a ) of the DC link ( 13 ) as well as the second circle ( 13b ) of the DC link ( 13 ) each have a resistance-capacitance circuit ( 15a . 15b ) are connected to ground. Frequenzumrichter nach Anspruch 8, wobei die Widerstands-Kapazitäts-Beschaltung (15a) des ersten Teilkreises (13a) und die Widerstands-Kapazitäts-Beschaltung (15b) des zweiten Teilkreises (13b) symmetrisch ausgeführt sind.Frequency converter according to claim 8, wherein the resistance-capacitance circuit ( 15a ) of the first partial circle ( 13a ) and the resistance-capacitance circuit ( 15b ) of the second partial circle ( 13b ) are symmetrical. Frequenzumrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Verbindungsleitungen (40a, 40b) zur elektrischen Verbindung eines Netztransformators mit dem ersten, netzseitigen Stromrichter (11) und/oder zur Verbindung des zweiten, generatorseitigen Stromrichters (12) mit einem Generator mit einer Länge kleiner einer Maximallänge ausgeführt sind.Frequency converter according to one of the preceding claims, wherein connecting lines ( 40a . 40b ) for the electrical connection of a mains transformer to the first, network-side converter ( 11 ) and / or for connection of the second, generator-side converter ( 12 ) are performed with a generator having a length smaller than a maximum length. Statische Hochfahrvorrichtung (1), insbesondere für eine Turbinenanlage, insbesondere für eine Gasturbinenanlage, mit einem elektrischen Generator (30), insbesondere einem Turbogenerator, der mit einer Turbine drehend koppelbar ist, einem Frequenzumrichter (10) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 10, und einem Netztransformator (20), der mit einem Stromnetz verbindbar ist, wobei der erste, netzseitige Stromrichter (11) des Frequenzumrichters (10) mit dem Netztransformator (20) verbunden ist und der zweite, generatorseitige Stromrichter (12) des Frequenzumrichters (10) mit dem Generator (30) verbunden ist, und die statische Hochfahrvorrichtung (1) im Hochfahrbetrieb der Turbine, des Turbogenerators oder dergleichen so betreibbar ist, dass der Generator (30) über Ansteuerung durch den Frequenzumrichter (10) als Synchronmotor arbeitet.Static raising device ( 1 ), in particular for a turbine installation, in particular for a gas turbine installation, with an electric generator ( 30 ), in particular a turbo-generator, which is rotatably coupled to a turbine, a frequency converter ( 10 ) according to one of claims 1 to 10, and a power transformer ( 20 ), which is connectable to a power grid, wherein the first, network-side power converter ( 11 ) of the frequency converter ( 10 ) with the power transformer ( 20 ) and the second, generator-side converter ( 12 ) of the frequency converter ( 10 ) with the generator ( 30 ) and the static launching device ( 1 ) is operable during startup operation of the turbine, the turbogenerator or the like such that the generator ( 30 ) via control by the frequency converter ( 10 ) works as a synchronous motor.
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