DE19836325A1 - Stromversorgungseinrichtung - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromversorgungseinrichtung mit mindestens einer über eine Hauptschalteinheit (Q0) und daran anschließende Verbindungsleitungen (1) aus einem Wechselspannungs-Stromnetz (2) speisbaren Umrichtereinheit (A1, A2 ...An), an die eine elektrische Last (L1, L2 ...Ln) anschließbar ist, wobei die Umrichtereinheit (A1, A2 ...An) als Rückspeiseeinheit ausgebildet ist, so daß ggf. elektrische Energie von der elektrischen Last (L1, L2 ...Ln) in die Verbindungsleitungen (1) rückspeisbar ist. Um eine Stromversorgungseinrichtung zu schaffen, bei der es möglich ist, die Energie mehrerer Umrichtereinheiten (A1, A2 ...An) über eine gemeinsame Bremseinheit (RB) zu führen, ist vorgesehen, daß die Bremseinheit (RB) zwischen der Hauptschalteinheit (Q0) und der Umrichtereinheit (A1, A2 ...An) an einer Bremsanschaltstelle (3) über eine Anschalteinrichtung zur Aufnahme der ggf. rückgespeisten elektrischen Energie an die Verbindungsleitungen (1) anschaltbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromversorgungsein­ richtung mit mindestens einer über eine Hauptschalteinheit und daran anschließende Verbindungsleitungen aus einem Wech­ selspannungs-Stromnetz speisbaren Umrichtereinheit, an die eine elektrische Last anschließbar ist, wobei die Umrichter­ einheit als Rückspeiseeinheit ausgebildet ist, so daß ggf. elektrische Energie von der elektrischen Last in die Verbin­ dungsleitungen rückspeisbar ist.

Derartige Stromversorgungseinrichtungen sind allgemein be­ kannt. Mit ihnen ist elektrische Energie von der Last in die Verbindungsleitungen und von dort weiter in das Wechselspan­ nungs-Stromnetz rückspeisbar.

Bei manchen Anwendungen muß auch bei einem Netzausfall noch Energie aus der Last ausspeisbar sein, um diese elektrisch zu bremsen. Im Stand der Technik ist hierzu vorgesehen, Bremswi­ derstände über Bremssteller direkt an den Zwischenkreis des Umrichters anzuschließen. Bei Parallelbetrieb mehrerer Um­ richter ist für jeden Umrichter ein separater Bremssteller mit einem eigenen Bremswiderstand vorhanden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Stromversorgungseinrichtung zu schaffen, bei der es möglich ist, die Energie mehrerer Umrichter über eine gemeinsame Bremseinheit zu führen.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zwischen der Haupt­ schalteinheit und der Umrichtereinheit an einer Bremsan­ schaltstelle über eine Anschalteinrichtung eine Bremseinheit zur Aufnahme der ggf. rückgespeisten elektrischen Energie an die Verbindungsleitungen anschaltbar ist.

Wenn die Anschalteinrichtung einen mechanischen Lasttrenn­ schalter aufweist, kann die Bremseinheit spannungsfrei ge­ schaltet werden.

Wenn die Anschalteinrichtung eine elektronische Schaltein­ richtung aufweist, ist ein besonders schnelles Anschalten der Bremseinheit an die Umrichtereinheit möglich.

Wenn die elektronische Schalteinrichtung als Steller ausge­ bildet ist, ist die Bremsleistung der Bremseinheit von der elektronischen Schalteinrichtung steuerbar. Darüber hinaus kann in diesem Fall die Anschalteinrichtung auch zum Vorladen der Umrichtereinheit verwendet werden. Hierzu ist vorgesehen, daß zwischen der Bremsanschaltstelle und der Umrichtereinheit ein Umrichterschalter angeordnet ist, daß zwischen der An­ schalteinrichtung und der Bremseinheit ein Bremstrennschalter angeordnet ist und daß zwischen der Anschalteinrichtung und dem Bremstrennschalter eine Querverbindung zu einer Umrich­ teranschlußstelle abzweigt, die zwischen dem Umrichterschal­ ter und der Umrichtereinheit angeordnet ist.

Wenn mehr als eine Umrichtereinheit von der Anschalteinrich­ tung vorgeladen werden soll, ist vorzugsweise in der Querver­ bindung ein Umrichtertrennschalter angeordnet.

Die Bremseinheit kann wahlweise als Energiespeicher oder als Widerstand ausgebildet sein.

Zur selbsttätigen Einleitung des Bremsbetriebs ist vorgese­ hen, daß die Bremseinheit zur Detektion einer vom Wechsels­ pannungs-Stromnetz eingespeisten Netzspannung eine an das Wechselspannungs-Stromnetz angeschlossene Unterspannungser­ fassungseinheit aufweist, daß sie einen vom Wechselspannungs-Strom­ netz unabhängigen Taktgeber aufweist, daß die Unterspan­ nungserfassungseinheit mit dem Taktgeber und der Hauptschalt­ einheit verbunden ist, daß bei Unterschreiten einer Mindest­ spannung durch die Netzspannung von der Unterspannungserfas­ sungseinheit der Taktgeber an die Umrichtereinheit ankoppel­ bar und die Hauptschalteinheit öffenbar ist und daß bei Über­ schreiten der Mindestspannung durch die Netzspannung von der Unterspannungserfassungseinheit der Taktgeber von der Umrich­ tereinheit abkoppelbar und die Hauptschalteinheit schließbar ist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nach­ folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbin­ dung mit den Zeichnungen. Dabei zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Stromversorgungseinrichtung und

Fig. 2 ein Detail von Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 weist eine Stromversorgungseinrichtung mehrere Umrichtereinheiten A1, A2 . . . An auf. Den Umrichtereinheiten A1, A2 . . . An sind Transformatoren T1, T2 . . . Tn vorgeschal­ tet. Sie sind über eine Hauptschalteinheit Q0 und eine daran anschließende Stromschiene 1 aus einem Wechselspannungs-Strom­ netz 2 speisbar. Das Wechselspannungs-Stromnetz 2 führt eine Netzspannung U von z. B. 11, 20 oder 33 kV, die von den Transformatoren T1, T2 . . . Tn auf z. B. 2 bis 3 kV herunter­ transformiert wird.

Das Wechselspannungs-Stromnetz 2 ist im vorliegenden Fall als Drehstromnetz ausgebildet. Alle in Fig. 1 gezeigten Komponen­ ten sind daher dreiphasig ausgebildet. Prinzipiell wäre aber auch eine einphasige Ausbildung möglich.

Die Stromschiene 1 bildet einen Teil von Verbindungsleitungen von der Hauptschalteinheit Q0 zu den Umrichtern A1, A2 . . . An.

An die Umrichtereinheiten A1, A2 . . . An sind elektrische La­ sten L1, L2, Ln anschließbar. Die Umrichtereinheiten A1, A2 . . . An sind als Rückspeiseeinheiten ausgebildet. Es ist also ggf. elektrische Energie von den elektrischen Lasten L1, L2, Ln über die Umrichtereinheiten A1, A2 . . . An in die Strom­ schiene 1 rückspeisbar.

Im Regelfall wird eine ggf. rückgespeiste elektrische Energie über die Hauptschalteinheit Q0 in das Wechselspannungs-Strom­ netz 2 rückgespeist. Wenn die elektrische Energie aber - z. B. weil das Wechselspannungs-Stromnetz 2 nicht aufnahmefähig ist oder weil die Hauptschalteinheit Q0 geöffnet ist - nicht in das Wechselspannungs-Stromnetz 2 rückgespeist werden kann, muß sie anderweitig abgeführt werden. Zur Aufnahme der ggf. rückgespeisten elektrischen Energie ist eine Bremseinheit RB vorhanden, die zwischen der Hauptschalteinheit Q0 und den Transformatoren T1, T2 . . . Tn über eine Anschalteinrichtung an einer Bremsanschaltstelle 3 an die Stromschiene 1 an­ schaltbar ist. Die Bremsanschaltstelle 3 ist also elektrisch zwischen der Hauptschalteinheit Q0 und den Umrichtereinheiten A1, A2 . . . An angeordnet.

Gemäß Fig. 1 ist die Bremseinheit RB als Widerstand RB ausge­ bildet. Alternativ könnte die Bremseinheit RB auch als Ener­ giespeicher ausgebildet sein. Im letzteren Fall ist auch eine Wiedereinspeisung der von der Bremseinheit RB zwischengespei­ cherten Energie in die Stromschiene 1 möglich.

Gemäß Fig. 1 weist die Anschalteinrichtung einen mechanischen Lasttrennschalter QB auf. Dieser Schalter ist hinreichend, wenn die Bremseinheit RB nur binnen einer Reaktionszeit von mindestens 100 ms an die Stromschiene 1 anschaltbar sein muß. Um die Bremseinheit RB schneller an die Stromschiene 1 an­ schalten zu können, weist die Anschalteinrichtung zusätzlich eine elektronische Schalteinrichtung VB auf. Die elektroni­ sche Schalteinrichtung VB kann z. B. mit GTO- oder netzge­ löschten Thyristoren oder mit IGB-Transistoren als Schaltele­ menten ausgebildet sein. Mit diesen Schaltelementen ist ein Anschalten der Bremseinheit RB binnen weniger ms möglich. Darüber hinaus kann der durch die Anschalteinrichtung flie­ ßende Strom dosiert werden. Die elektronische Schalteinrich­ tung VB ist in diesem Fall also auch als Steller ausgebildet.

Bei einer Ausbildung der elektronischen Schalteinrichtung VB als Steller kann die elektronische Schalteinrichtung VB dar­ über hinaus auch zum Vorladen von in Fig. 1 nicht dargestell­ ten Zwischenkreiskondensatoren der Umrichtereinheiten A1, A2 . . . An verwendet werden. Hierzu sind zunächst zum Trennen der Umrichtereinheiten A1, A2 . . . An von der Stromschiene 1 zwi­ schen der Bremsanschaltstelle 3 und den Umrichtereinheiten A1, A2 . . . An Umrichterschalter Q1, Q2 . . . Qn angeordnet. Ferner ist zum Trennen der Bremseinheit RB von der Anschalt­ einrichtung zwischen der Anschalteinrichtung und der Brems­ einheit RB ein Bremstrennschalter SB angeordnet. Zwischen der Anschalteinrichtung und dem Bremstrennschalter SB zweigt dann eine Querverbindung 4 zu Umrichteranschlußstellen 5 ab. Die Umrichteranschlußstellen 5 sind ersichtlich zwischen den Um­ richterschaltern Q1, Q2 . . . Qn und den Transformatoren T1, T2 . . . Tn angeordnet. Zur Trennung der einzelnen Umrichterein­ heiten A1, A2 . . . An von der Querverbindung 4 sind dabei in der Querverbindung 4 Umrichtertrennschalter S1, S2 . . . Sn an­ geordnet.

Das Vorladen der Zwischenkreiskondensatoren erfolgt durch langsames Aufsteuern der elektronischen Schalteinrichtung VB. Ein Ladestrom fließt dann über eingangsseitige Freilaufdioden der Umrichtereinheiten A1, A2 . . . An und lädt die Zwischen­ kreiskondensatoren auf.

Die Umrichtertrennschalter S1, S2 . . . Sn werden nach Aufla­ dung der Zwischenkreiskondensatoren geöffnet. Der Trennschal­ ter SB wird geschlossen. Der mechanische Lasttrennschalter QB bleibt geschlossen, die elektronische Schalteinrichtung VB wird gesperrt. Die Umrichterschalter Q1, Q2 . . . Qn werden ge­ schlossen, so daß die Umrichtereinheiten A1, A2 . . . An nun­ mehr direkt aus dem Wechselspannungs-Stromnetz 2 mit elektri­ scher Energie versorgbar sind. Die Bremseinheit RB ist zu diesem Zeitpunkt bereits betriebsbereit.

Die Umrichtereinheiten A1, A2 . . . An werden gemäß Fig. 2 im Normalbetrieb mittels eines Taktgebers S getaktet, der sein Taktsignal mit der Wechselspannung des Wechselspannungs-Strom­ netzes 2 synchronisiert. Um den Umrichtereinheiten A1, A2 . . . An aber auch bei Ausfall des Wechselspannungs-Strom­ netzes 2 ein Taktsignal zuführen zu können, weist die Strom­ versorgungseinrichtung einen vom Wechselspannungs-Stromnetz 2 unabhängigen Taktgeber T auf. Der netzunabhängige Taktgeber T ist mit einer Unterspannungserfassungseinheit 6 verbunden. Die Unterspannungserfassungseinheit 6 ist zur Detektion der vom Wechselspannungs-Stromnetz eingespeisten Netzspannung U an das Wechselspannungs-Stromnetz 2 angeschlossen. Die Unter­ spannungserfassungseinheit 6 ist darüber hinaus auch mit der Hauptschalteinheit Q0 verbunden.

Wenn die Netzspannung U eine Mindestspannung unterschreitet, steuert die Unterspannungserfassungseinheit 6 die Haupt­ schalteinheit Q0 und den netzunabhängigen Taktgeber T an. Da­ durch werden der netzunabhängige Taktgeber T an die Umrich­ tereinheiten A1, A2 . . . An angekoppelt und die Hauptschalt­ einheit Q0 geöffnet. Mittels des netzunabhängigen Taktgebers T werden dann die Umrichtereinheiten A1, A2 . . . An mit der Frequenz des Wechselspannungs-Stromnetzes 2 synchron getak­ tet. Dadurch werden Energieflüsse zwischen den Umrichterein­ heiten A1, A2 . . . An vermieden. Wenn später die Netzspannung U die Mindestspannung wieder überschreitet, werden der net­ zunabhängige Taktgeber T wieder von den Umrichtereinheiten A1, A2 . . . An abgekoppelt und die Hauptschalteinheit Q0 ge­ schlossen. Die Umrichtereinheiten A1, A2 . . . An werden also dann wieder aus dem Wechselspannungs-Stromnetz 2 synchroni­ siert.

Die Ablauffolge Erfassen von Unterschreiten der Mindestspan­ nung - Umschalten auf Bremsen durch die Bremseinheit RB - Überschreiten der Mindestspannung - Vorladen der Zwischen­ kreiskondensatoren - Umschalten auf Bremsbereitschaft kann automatisch erfolgen.

Um darüber hinaus auch bei geschlossener Hauptschalteinheit Q0 ggf. die Bremseinheit RB an die Stromschiene 1 anschalten zu können, ist ferner eine Spannungserfassungseinheit 7 an die Stromschiene 1 angeschlossen. Das Ausgangssignal der Spannungserfassungseinheit 7 wird einem Spannungsregler 8 zu­ geführt. Das Ausgangssignal des Spannungsreglers 8 wird einem Stromregler 9 zugeführt, dessen Ausgangssignal die elektroni­ sche Schalteinrichtung VB entsprechend ansteuert. Der tat­ sächlich durch die elektronische Schalteinrichtung VB flie­ ßende Bremsstrom I wird an einer Erfassungsstelle 10 erfaßt und dem Stromregler 9 zugeführt. Der Bremsstrom I ist dann beispielsweise über eine Phasenanschnittssteuerung der elek­ tronischen Schalteinrichtung VB einstellbar. Mittels der elektronischen Schalteinrichtung VB und der Bremseinheit RB kann somit die Netzspannung U stabilisiert werden.

Bei Netzausfall hingegen erfolgt die Leistungsdosierung durch die Umrichtereinheiten A1, A2 . . . An direkt. Die Schaltele­ mente der elektronischen Schalteinrichtung VB können in die­ sem Fall als Schalter angesteuert werden. Damit werden die Schaltelemente thermisch vergleichsweise gering belastet.

Claims (9)

1. Stromversorgungseinrichtung mit mindestens einer über ei­ ne Hauptschalteinheit (Q0) und daran anschließende Ver­ bindungsleitungen (1) aus einem Wechselspannungs-Strom­ netz (2) speisbaren Umrichtereinheit (A1, A2 . . . An), an die eine elektrische Last (L1, L2 . . . Ln) anschließbar ist, wobei die Umrichtereinheit (A1, A2 . . . An) als Rück­ speiseeinheit ausgebildet ist, so daß ggf. elektrische Energie von der elektrischen Last (L1, L2 . . . Ln) in die Verbindungsleitungen (1) rückspeisbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hauptschalteinheit (Q0) und der Umrich­ tereinheit (A1, A2 . . . An) an einer Bremsanschaltstelle (3) über eine Anschalteinrichtung eine Bremseinheit (RB) zur Aufnahme der ggf. rückgespeisten elektrischen Energie an die Verbindungsleitungen (1) anschaltbar ist.

2. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschalteinrichtung einen mechanischen Lasttrenn­ schalter (QB) aufweist.

3. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschalteinrichtung eine elektronische Schaltein­ richtung (VB) aufweist.

4. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schalteinrichtung (VB) als Steller ausgebildet ist.

5. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

• - daß zwischen der Bremsanschaltstelle (3) und der Um­ richtereinheit (A1, A2 . . . An) ein Umrichterschalter (Q1, Q2 . . . Qn) angeordnet ist,
• - daß zwischen der Anschalteinrichtung und der Bremsein­ heit (RB) ein Bremstrennschalter (SB) angeordnet ist und
• - daß zwischen der Anschalteinrichtung und dem Brems­ trennschalter (SB) eine Querverbindung (4) zu einer Um­ richteranschlußstelle (5) abzweigt, die zwischen dem Umrichterschalter (Q1, Q2 . . . Qn) und der Umrichterein­ heit (A1, A2 . . . An) angeordnet ist.

6. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Querverbindung (4) ein Umrichtertrennschalter (S1, S2 . . . Sn) angeordnet ist.

7. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinheit (RB) als Energiespeicher ausgebildet ist.

8. Stromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinheit (RB) als Widerstand (RB) ausgebildet ist.

9. Stromversorgungseinrichtung nach einem der obigen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet,

• - daß sie zur Detektion einer vom Wechselspannungs-Strom­ netz (2) eingespeisten Netzspannung (U) eine an das Wechselspannungs-Stromnetz (2) angeschlossene Unter­ spannungserfassungseinheit (6) aufweist,
• - daß sie einen vom Wechselspannungs-Stromnetz (2) unab­ hängigen Taktgeber (T) aufweist,
• - daß die Unterspannungserfassungseinheit (6) mit dem Taktgeber (T) und der Hauptschalteinheit (Q0) verbunden ist,
• - daß bei Unterschreiten einer Mindestspannung durch die Netzspannung (U) von der Unterspannungserfassungsein­ heit (6) der Taktgeber (T) an die Umrichtereinheit (A1, A2 . . . An) ankoppelbar und die Hauptschalteinheit (Q0) öffenbar ist und
• - daß bei Überschreiten der Mindestspannung durch die Netzspannung (U) von der Unterspannungserfassungsein­ heit (6) der Taktgeber (T) von der Umrichtereinheit (A1, A2 . . . An) abkoppelbar und die Hauptschalteinheit (Q0) schließbar ist.