DE19933811A1

DE19933811A1 - Drehstromtransformator für Mittel- und Hochspannungen mit einer Anordnung zur Spannungsregelung

Info

Publication number: DE19933811A1
Application number: DE1999133811
Authority: DE
Inventors: Dietmar Eickmeyer; Nicolaie Laurentiu Fantana; Helmut Boehme; Andreas Diwes
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 1999-07-20
Filing date: 1999-07-20
Publication date: 2001-02-01

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Drehstromtransformator (TR) für Mittel- und Hochspannung, der eine dreiphasige Primärwicklung (P) und eine dreiphasige Sekundärwicklung (S), die sich auf einem gemeinsamen Kern (TRK) befinden, aufweist, mit einer Anordnung zur Regelung der Sekundärspannung (U_sek). Die Anordnung weist einen Umrichter (UM) auf, dessen Eingangsseite (UE) durch eine Anzapfung (AZ) der Sekundärwicklung (S) oder mittels einer dreiphasigen Tertiärwicklung (TW) des Drehstromtransformators (TR) versorgt wird. Außerdem ist ein dreiphasiger Überträger (ÜT) vorhanden, dessen Primärwicklung (ÜTP) von der Ausgangsseite (UA) des Umrichters (UM) versorgt wird, und dessen Sekundärwicklung (ÜTS) mit der Sekundärwicklung (S) des Drehstromtransformators (TR) in Reihe geschaltet ist. Schließlich ist noch ein Regler (RE), dem die Eingangssignale Spannung (U_pri) und Strom (I_pri) auf der Seite eines ersten Stromnetzes (Netz 1) und Spannung (U_sek) und Strom (I_sek) auf der Seite eines zweiten Stromnetzes (Netz 2) und ein weiterer Spannungswert (U_soll) als Sollwertvorgabe zugeführt sind, und dessen Stellsignale (SI1, SI2) der Ansteuerung des Umrichters (UM) dienen, angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehstromtransformator mit einer Anordnung zur Span nungsregelung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Transformatoren sind in der Technik zur Wandlung von elektrischen Spannungen bekannt und im Einsatz. An Transformatoren in Drehstromnetzen, den Drehstrom transformatoren, zur Energieverteilung in lokalen und öffentlichen Mittelspannungs- und Hochspannungsnetzen werden besondere Anforderungen gestellt. Die Span nungen betragen hier ab 6 kV, typischerweise aber 10 kV sowie 20 kV für die Mit telspannungsebene und typischerweise 110 kV, 220 kV sowie 380 kV für die Hoch spannungsebene. Die übertragenen elektrischen Leistungen können hohe Beträge von mehreren hundert MW annehmen. Ändern sich beispielsweise durch Ab- oder Zuschaltung von elektrischen Verbrauchern die Lastvorgaben aus dem Stromnetz, sinkt oder steigt unter anderem die Netzspannung entsprechend und der Lastfluß ändert sich. Um die Netzspannung möglichst stabil zu erhalten, kann durch einen Regelvorgang am Drehstromtransformator dessen sekundärseitige Spannung verän dert werden.

Es ist bekannt zur Spannungsregelung eine als Stufensteller bezeichnete mechani sche Regelanordnung am Drehstromtransformator vorzusehen. Der Stufensteller wirkt entweder auf die Primär- oder auf die Sekundärwicklung des Drehstromtrans formators. Der Stufensteller verändert das Übersetzungsverhältnis des Drehstrom transformators, indem er mechanisch den Abgriff an der primär- oder sekundärseiti gen Wicklung des Drehstromtransformators an eine andere Stelle der Wicklung ver setzt. Mit dem Übersetzungsverhältnis verändern sich auch die Spannungsverhält nisse gegenüber der Grundauslegung der sekundärseitigen Spannung, der Grund spannung, des Drehstromtransformators um eine positive oder negative Zusatz spannung. Die Regelung erfolgt diskontinuierlich in Stufen, entsprechend den kon struktiv festgelegten Abgriffstellen an der betreffenden Wicklung. Durch die mechani sche Verstellung des Stufenstellers entstehen mechanische und elektromechanische Belastungen mit daraus resultierendem Verschleiß, so daß der Stufensteller im Be trieb regelmäßig überwacht und gewartet werden muß, wie beispielsweise in T. Bengtsson, et al., Monitoring Tap Changer Operations, cigré 1998, paper 12-209, beschrieben ist. Üblicherweise regelt ein Stufensteller einen Bereich von ca. -15% bis ca. +15% seiner Grundspannung mit bauartbedingten Regelzeiten die jedenfalls größer als 500 ms sind.

Die dreiphasige Bauweise von Drehstromtransformatoren ermöglicht es, zu einer Grundspannung eine Zusatzspannung in verschiedenen Phasenlagen zu addieren. Es wird zwischen den drei folgenden Regelarten unterschieden.

Der Längsregler addiert eine Zusatzspannung in Phase mit der Grundspannung der definierten Wicklung. Die Zusatzspannung wird von einer Wicklung erzeugt, die in Phase mit der zu regelnden Phasenspannung liegt.

Der Querregler addiert eine Zusatzspannung mit um 90° zur Phasenlage der Grund spannung der definierten Wicklung verschobenen Richtung. Die Zusatzspannung wird aus zwei Wicklungen generiert, deren Spannungsrichtungen um +120° bzw. um -120° gegenüber der Phasenlage der Grundspannung der definierten Wicklung lie gen.

Der Schrägregler addiert eine Zusatzspannung mit um 60° zur Phasenlage der Grundspannung der definierten Wicklung verschobenen Richtung. Die Zusatzspan nung wird von einer Wicklung erzeugt, deren Spannungsrichtung um 120° gegenüber der Phasenlage der Grundspannung der definierten Wicklung liegt und zusätzlich durch Umpolen um weitere 180° gedreht ist.

Die konstruktive Gestaltung des Drehstromtransformators wird durch die Vorgabe genau einer dieser Regelarten festgelegt und kann nach dem Bau des Drehstrom transformators nicht mehr geändert werden.

Im laufenden Betrieb schalten sich permanent Stromverbraucher zu- oder ab, was zu unterschiedlichen Lastflüssen im System führt, die zur Gewährleistung eines opti malen Betriebes durch Stufensteller beeinflußt werden können. Im deregulierten Strommarkt wird der Lastfluß zusätzlich in erheblichem Maße durch marktabhängige Größen beeinflußt. Die Folge ist, daß der Stufensteller des Drehstromtransformators eine nicht mehr ausreichende Fähigkeit der Regelung des Lastflusses unter den Be dingungen des deregulierten Marktes besitzt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen Dreh stromtransformator mit einer Anordnung zur Regelung der Sekundärspannung zu schaffen, der verbesserte Regeleigenschaften aufweist, sowie zusätzliche Funktio nalitäten besitzt.

Diese Aufgabe wird durch einen Drehstromtransformator mit einer Anordnung zur Regelung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Bei diesem Drehstromtransformator wird eine Anordnung zur Regelung der Sekun därspannung mittels eines Reglers, eines geregelten Umrichters und eines Übertra gers ermöglicht. Durch diesen Einsatz einer Leistungselektronik wird ein vorteilhaft geringer Verschleiß erreicht.

Die Anordnung zur Regelung überlagert jeder der um 120° gegeneinander versetzten Grundspannungen der drei Phasen des Drehstromtransformators je eine Zusatz spannung, die mit beliebiger Phasenlage erzeugt werden kann, wodurch sich eine besonders gute Regelfähigkeit ergibt. Alle drei bisher bekannten Regelungsarten werden dadurch vorteilhafterweise ermöglicht. Wirk- und Blindleistung im Lastfluß können durch die Addition einer solchen Zusatzspannung völlig getrennt voneinander und stufenlos beeinflußt werden.

Ändert sich z. B. die Spannung im Drehstromnetz, findet die Anordnung zur Rege lung eine optimale Regelantwort und gestaltet die Zusatzspannung dementspre chend.

Ändert sich andererseits der Lastfluß im Drehstromnetz, wird die Anordnung zur Re gelung die passende Regelantwort so einstellen, daß eine optimale Regelung des Lastflußes erfolgt. Besonders vorteilhaft ist die Möglichkeit der Anordnung zur Re gelung, die Vorgaben aus einer Drehstromnetzsteuerung umzusetzen. So können Sollwertvorgaben der Spannung, aber beispielsweise auch Vorgaben bezüglich Blind- und Wirkleistung von der Anordnung zur Regelung automatisch in regelnde Zusatzspannungen umgesetzt werden.

Die Anordnung weist vorteilhafterweise so kurze Regelzeiten auf, daß sie im Falle von Netzfehlern, die üblicherweise Fehlerstandzeiten zwischen 100 ms und 400 ms haben, eine fehlerkorrigierende geregelte Zusatzspannung generieren kann. Auf grund der schnellen Regelcharakteristik kann beispielsweise im Fall eines Kurz schlußstroms durch den Drehstromtransformator, d. h. unmittelbar bei Überschreiten eines Grenzstromes, die Zusatzspannung bis auf den maximal möglichen Betrag, sowie einen Winkel von 180° zur jeweiligen Phasenspannung geregelt werden, so daß der Kurzschlußstrom reduziert wird.

Da die erfindungsgemäße Anordnung jede der drei eingangs genannten Reglerarten ersetzt, reduziert sich die Anzahl der notwendigen Varianten, was sich vorteilhafter weise in niedrigeren Bau- und Designkosten niederschlägt.

Sollte die Anordnung zur Regelung einmal ausfallen, kann der Drehstromtransfor mator vorteilhafterweise mit seiner Grundauslegung weiterbetrieben werden. Die Anordnung zur Regelung ist so flexibel aufgebaut, daß auch die heute vielfach gemachte Forderung nach einer bestimmten Qualität der Lastverteilung auf die Pha sen und/oder nach einer bestimmten Qualität der Spannung erreicht wird. In Falle einer geforderten Qualität bei der Spannung, wird ein entsprechendes Modul in die Anordnung zur Regelung eingefügt. Das Modul regelt die drei Spannungsam plituten der Phasen möglichst auf gleiche Größe, den Verlauf der Spannung mög lichst ideal sinusförmige, sowie die Phasenverschiebung möglichst auf ideale 120°.

Im Fall einer geforderten Qualität des Stromes, wird ebenfalls ein entsprechendes Modul in die Anordnung zur Regelung eingefügt. Dieses Modul regelt die Strombela stung der drei Phasen möglichst auf gleiche Größe, sowie den Stromverlauf mög lichst ideal sinusförmig, so daß eine gleichmäßige, symmetrische Last der Phasen vorliegt.

Eine günstige Ausgestaltung eines Drehstromtransformators mit einer Anordnung zur Spannungsregelung ergibt sich für den Fall, daß der Übertrager der Sekundärwick lung des Drehstromtransformators nachgeschaltet ist. Die Primärwicklungen des Übertragers werden entweder im Stern oder im Dreieck geschaltet. Der Umrichter wird durch eine Anzapfung der Sekundärwicklung gespeist. Hier kann die durch die Anzapfung erzeugte Eingangsspannung des Umrichters auf beispielsweise 15% der Ausgangsspannung begrenzt werden, mit dem Vorteil, daß die Konstruktion des Drehstromtransformators im Bereich der Primärwicklung und Sekundärwicklung weitgehend, wie zuvor beschrieben, beibehalten werden kann. Die Auslegung der Isolierung der Anzapfung und des Umrichters kann günstigerweise für diese geringe re Eingangsspannung erfolgen.

Der Umrichter kann prinzipiell aber auf beliebige Eingangsspannungen ausgelegt werden, so daß eine Anzapfung nahe der Sekundärseite des Drehstromtransforma tors maximale Spannungswerte annimmt. Durch höhere Eingangsspannungen wird die Regelspanne der Anordnung zur Regelung bis auf den gewünschten Wert er weitert, beispielsweise 20%, 25%, aber auch 100% sind realisierbar.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung eines Drehstromtransformators mit einer An ordnung zur Spannungsregelung wird erreicht, indem die Eingangsspannung des Umrichters durch eine Tertiärwicklung erzeugt wird und der Übertrager der Sekun därwicklung des Drehstromtransformators nachgeschaltet ist. Diese Ausgestaltung vereinfacht die Herstellung des Drehstromtransformators zusätzlich, indem auf des sen Kern einfacherweise die Tertiärwicklung mit aufgebracht wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung eines Drehstromtransformators mit einer An ordnung zur Spannungsregelung wird erreicht, indem die Eingangsspannung des Umrichters durch eine Tertiärwicklung erzeugt wird und der Übertrager der Sekun därwicklung des Drehstromtransformators vorgeschaltet, also sternpunktnah, ist. So kann der Übertrager für eine deutlich kleinere Spannung ausgelegt werden, als für die Sekundärspannung notwendig ist.

Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche.

Bei jeder der vorgeschlagenen Ausgestaltungen sind mechanisch bewegliche Teile vermieden, so daß eine Wartung und Instandhaltung von mechanischen Verschleiß teilen im Betrieb nicht mehr anfallen.

Anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen sollen die Er findung, vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung, sowie be sondere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Netzschema, bei dem eine Ausführungsform eines erfindungs gemäßen Drehstromtransformators mit einer Anordnung zur Span nungsregelung zwischen einem ersten und einem zweiten Dreh stromnetz angeordnet ist;

Fig. 2 eine Ausführungsform eines Umrichters

Fig. 3 eine Ausführungsform der Regelung des geregelten Gleichrichters

Fig. 4 eine Ausführungsform der Regelung des Pulswechselrichters

Fig. 5 eine Skizze über die Überlagerung von Zusatzspannung und Grund spannung

Fig. 6 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung der Spannungsregelung eines Drehstromtransformators mit einer An zapfung und einem der Sekundärwicklung nachgeschalteten Über trager als Schema;

Fig. 7 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung der Spannungsregelung eines Drehstromtransformators mit einer Ter tiärwicklung und einem der Sekundärwicklung nachgeschalteten Übertrager als Schema;

Fig. 8 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung der Spannungsregelung eines Drehstromtransformators mit einer Ter tiärwicklung und einem der Sekundärwicklung vorgeschalteten Über trager als Schema;

Fig. 9 bis 20 Beispiele für einen mechanischen Aufbau eines Drehstromtransfor mators mit einer Anordnung zur Regelung

In Fig. 1 ist ein erstes Drehstromnetz Netz1 dargestellt, das mit einer Primärwicklung P eines Drehstromtransformators TR verbunden ist. Der Drehstromtransformator TR weist weiterhin eine Sekundärwicklung S mit einer Anzapfung AZ auf. Die Primär wicklung P und die Sekundärwicklung S sind mittels eines konstruktiv festgelegten Übersetzungsverhältnisses so ausgeführt, daß sie eine Grundspannung U_g erzeu gen. Die Sekundärwicklung S ist mit einem Ende einer Sekundärwicklung ÜTS eines Übertragers ÜT verbunden. Das andere Ende dieser Sekundärwicklung ÜTS ist mit einem zweiten Drehstromnetz Netz2 verbunden. Die Anzapfung AZ des Drehstrom transformators TR speist einen Umrichter UM, der einen geregelten Gleichrichter GGL und einen Pulswechselrichter PWR aufweist. Der geregelte Gleichrichter GGL wandelt die zugeführte dreiphasige Wechselspannung in eine Gleichspannung U_zk um, die als Eingangsspannung dem Pulswechselrichter PWR zugeführt ist. Dieser wandelt die Gleichspannung U_zk in eine dreiphasige Wechselspannung um. Die dreiphasige Seite des Pulswechselrichters PWR ist mit einer Primärwicklung ÜTP des Übertragers ÜT verbunden. Primärwicklung ÜTP und Sekundärwicklung ÜTS des Übertragers ÜT sind als Drehstromtransformator angeordnet, der eine ge wünschte Zusatzspannung U_z der Grundspannung U_g überlagert, so daß eine geregelte Spannung U_sek entsteht.

Eine Regeleinrichtung, nachstehend als Regler RE bezeichnet, steuert den geregel ten Gleichrichter GGL mittels erster Stellsignale SI1 und den Pulswechselrichter PWR mittels zweiter Stellsignale SI2 an. Als Eingangswerte sind dem Regler RE ne ben Rückmeldungen aus dem Umrichter UM Meßsignale zur Verfügung gestellt, nämlich primäre Spannungs- U_pri und Stromsignale I_pri des ersten Drehstromnet zes Netz1 und sekundäre Spannungs- U_sek und Stromsignale I_sek des zweiten Drehstromnetzes Netz2, sowie ein Sollwert der Sekundärspannung U_soll, der in einer Netzsteuerung NetzS gebildet ist, der Meßdaten aus den Drehstromnetzen Netz1, Netz2 zugeführt sind.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsform eines geeigneten Umrichters UM dargestellt. Er enthält ein Eingangsfilter FE, einen geregelten Gleichrichter GGL, einen Gleichspan nungszwischenkreis GLZK, einen Pulswechselrichter PWR und ein Ausgangsfilter FA.

Dem Eingangsfilter FE wird die dreiphasige Spannung der Anzapfung AZ als Ein gangsspannung UE zugeführt. Jeder der drei Leiter 1, 2, 3 der Phasen verzweigt zum einen auf einen Kondensator C1, C2, C3, zum andern auf eine Drosselspule S1, S2, S3. Die Kondensatoren C1, C2, C3 sind auf ihrer zweiten Anschlußseite mitein ander verbunden. Von den zweiten Anschlußseiten der Drosselspulen S1, S2, S3 führen drei elektrische Leiter zu einem geregelten Gleichrichter GGL in der Anord nung einer dreiphasigen Brückenschaltung zur Gleichspannungserzeugung in zwei elektrische Leiter 5, 6. Die Leiter 5, 6 verzweigen mit je einem Ast auf je eine An schlußseite eines Kondensators C5 und bilden zusammen mit diesem den Gleich stromzwischenkreis GLZK. Der jeweils andere Ast der Verzweigung der Leiter 5, 6 führt zu den Gleichstromanschlüssen einer weiteren dreiphasigen Brückenschaltung, dem Pulswechselrichter PWR. Von dessen drei wechselstromseitigen Anschlüssen führen elektrische Leiter jeweils zu Drosselspulen S11, S12, S13. Die zweite An schlußseite der Drosselspulen S11, S12, S13 ist mit verzweigenden Leitern 11, 12, 13 verbunden. Zum einen verzweigen die Leiter 11, 12, 13 zu Kondensatoren C11, C12, C13, die auf ihren zweiten Anschlußseiten miteinander verbunden sind, zum anderen stellen die Leiter 11, 12, 13 eine geregelte Ausgangsspannung UA des Um richters UM zur Verfügung. Die Leiter 11, 12, 13, die Drosselspulen S11, S12, S13 und die Kondensatoren C11, C12, C13 bilden zusammen das Ausgangsfilter FA.

In Fig. 3 ist ein Regelungsschema für einen geeigneten geregelten Gleichrichter GGL dargestellt. Die Spannung U_zk des Gleichspannungszwischenkreises GLZK wird von einem durch die Systemauslegung vorgegeben Spannungssollwert U_zks sub trahiert. Das Ergebnissignal ist das Eingangssignal für einen PI-Regler PIRE. Dessen Ausgangssignal ist das Eingangssignal eines Stromreglers IRE. Der Stromregler IRE erhält als weiteres Eingangssignal die Spannung U_pri vom ersten Drehstromnetz Netz1. Das Ausgangssignal dieses Stromreglers IRE ist das Eingangssignal eines Moduls PQM zur Lastsymmetrierung, Oberschwingungskompensation und/oder Blindleistungsbereitstellung. Weitere Eingangssignale sind hier die primärseitigen Signale von Spannung U_pri und Strom I_pri aus dem ersten Drehstromnetz Netz1. Das Ausgangssignal des Moduls PQM ist ein Eingangssignal des Reglers GGLR des geregelten Gleichrichters GGL. Als weiteres Eingangssignal erhält der Regler GGLR die primärseitige Spannung U_pri des ersten Drehstromnetzes Netz1, um mit seinem Ausgangssignal den geregelten Gleichrichter GGL anzusteuern. Der geregelte Gleichrichter GGL schließlich beeinflußt durch Stromentnahme auf seiner Eingangs seite das erste Drehstromnetz und mit seinem Ausgangssignal den Gleichstromzwi schenkreis GLZK.

In Fig. 4 ist ein Regelschema für einen Pulswechselrichter PWR dargestellt. Von dem Spannungssignal U_soll als Sollwertvorgabe wird das sekundärseitige Spannungs signal U_sek des zweiten Drehstromnetzes Netz2 subtrahiert. Die erhaltene Span nungsdifferenz dU wird einem ersten Schalter SA1 zugeführt.

Einem zweiten Schalter SA2 wird ein Spannungsfestwert UFW zugeführt, der einem vorgegebenen Festwert FW mit konstanter Kennlinie entspricht. Der Festwert FW ist an der Dimensionierung des Umrichters UM orientiert und ist so festgelegt, daß er einem Kurzschluß im zweiten Drehstromnetz Netz2 maximal entgegenregelt. Das Stromsignal I_sek des zweiten Drehstromnetzes Netz2 wird mit einem Kurz schlußschwellenwert Ik verglichen. Im einen Fall, nämlich wenn das Stromsignal I_sek größer als der Kurzschlußschwellenwert Ik oder gleich ist, wird der zweite Schalter SA2 geschlossen, während der erste Schalter SA1 geöffnet wird. Im ande ren Fall, wenn das Stromsignal I_sek kleiner ist als der Kurzschlußschwellenwert Ik, wird der erste Schalter SA1 geschlossen, während der zweite Schalter SA2 geöffnet wird.

Die Ausgangssignale UFW, dU beider Schalter SA1, SA2 sind zusammengeführt und werden einem Modul SQ zur Verbesserung der Spannungsqualität als Eingangs signal zugeführt. Da kein Fall vorgesehen ist, bei dem der erste Schalter SA1 und der zweite Schalter SA2 gleichzeitig geöffnet sind, erhält das Modul SQ zur Verbes serung der Spannungsqualität entweder die Spannungsdifferenz dU oder den Span nungsfestwert UFW. Eine zweite Eingangsspannung für das Modul SQ ist die Span nung U_sek des zweiten Drehstromnetzes Netz2. Das Ausgangssignal des Moduls SQ ist das Eingangssignal für einen Regler RPWR des Pulswechselrichters. Dessen Ausgangssignal wiederum ist das Steuersignal für den Pulswechselrichter PWR. Dessen Ausgangssignal nimmt letztlich Einfluß auf die Spannung des zweiten Dreh stromnetzes Netz 2.

Fig. 5 zeigt eine Skizze der drei Phasenspannungen UP1, UP2, UP3 eines Dreh stromnetzes in ihren Phasenlagen von 0° für die erste Phasenspannung UP1, 120° für die zweite Phasenspannung UP2 sowie 240° für die dritte Phasenspannung UP3. Der Regler hat die Freiheit, jeder Phasenspannung UP1, UP2, UP3 je eine Zusatz spannung UZ1, UZ2 bzw. UZ3 mit beliebiger Phasenlage und variablem Betrag zu addieren, die sich untereinander von Betrag und Winkel unterscheiden können.

In Fig. 6 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drehstromtrans formators TR mit einer Anordnung zur Regelung der Sekundärspannung U_sek als Schema dargestellt. Auf einer Anschlußseite der Primärwicklungen P des Dreh stromtransformators TR sind Anschlußstellen PK für ein Drehstromnetz angeordnet. Die anderen Anschlußseiten der Primärwicklungen P sind zu einer Sternschaltung verbunden. Der Sternschaltung dieser Primärwicklung P direkt gegenüberliegend befindet sich eine Sternschaltung einer Anschlußseite der Sekundärwicklungen S des Drehstromtransformators TR. Die anderen Anschlußseiten dieser Sekundär wicklungen S sind mit je einer weiteren Wicklung, den Sekundärwicklungen ÜTS des Übertragers ÜT verbunden. Die noch freien Anschlußseiten dieser Sekundärwicklun gen ÜTS des Übertragers ÜT sind mit den sekundärseitigen Anschlußstellen SK des Drehstromtransformators TR verbunden.

Über eine Anzapfung AZ der Sekundärwicklungen S des Drehstromtransformators TR wird die dreiphasige Eingangsseite UE des Umrichters UM elektrisch versorgt. Die Ausgangsseite UA des Umrichters UM ist mit den Primärwicklungen ÜTP des Übertragers ÜT auf einer Anschlußseite verbunden. Die jeweils anderen Anschluß seiten der Primärwicklungen ÜTP des Übertragers ÜT sind im Stern geschaltet. Die Primärwicklungen ÜTP und die Sekundärwicklungen ÜTS des Übertragers ÜT sind so angeordnet, daß sie einen dreiphasigen Transformator, nämlich den Übertrager ÜT, bilden.

Der Umrichter UM weist mehrere Funktionsgruppen auf. Eingangsseitig wird von der Anzapfung AZ die Eingangsseite UE elektrisch versorgt. Eine Funktionsgruppe, der geregelte Gleichrichter GGL wandelt die Spannung der dreiphasigen Eingangsseite UE in eine Gleichspannung U_zk um. Diese Gleichspannung U_zk ist die Eingangs spannung einer weiteren Funktionsgruppe, dem Pulswechselrichter PWR, der diese in eine geregelte dreiphasige Spannung auf der Ausgangsseite UA des Umrichters umwandelt.

In Fig. 7 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehstromtrans formators TR mit einer Anordnung zur Regelung der Sekundärspannung U_sek als Schema dargestellt. Auf einer Anschlußseite der Primärwicklungen P des Dreh stromtransformators sind die Anschlußstellen PK für ein Drehstromnetz angeordnet. Die anderen Anschlußseiten der Primärwicklungen P sind mit einer Sternschaltung der Phasen verbunden. Der Sternschaltung der Primärwicklungen P direkt gegen überliegend befinden sich die Anschlußseiten einer Tertiärwicklung T, welche die Eingangsseite UE des Umrichters UM versorgt. Die anderen Wicklungsenden der Tertiärwicklung T sind mit einer Sternschaltung verbunden. Dieser Sternschaltung gegenüberliegend ist die Sternschaltung der einen Anschlußseite der Sekundär wicklungen S des Drehstromtransformators TR angeordnet. Die anderen Anschluß seiten der Sekundärwicklungen S sind mit je einer weiteren Wicklung, den Sekun därwicklungen ÜTS des Übertragers ÜT verbunden. Die noch freien Anschlußseiten der Sekundärwicklungen ÜTS des Übertragers ÜT sind mit den sekundärseitigen Anschlußstellen SK des Drehstromtransformators TR verbunden.

Über die Tertiärwicklung T wird die dreiphasige Eingangsseite UE des Umrichters UM elektrisch versorgt. Die Ausgestaltung des Umrichters UM entspricht der des Umrichters in Fig. 6. Die Ausgangsseite UA des Umrichters UM ist mit den Primär wicklungen ÜTP des Übertragers ÜT auf einer Anschlußseite verbunden. Die jeweils anderen Anschlußseiten der Primärwicklungen ÜTP des Übertragers ÜT sind über eine Sternschaltung verbunden. Die Primärwicklungen ÜTP und die Sekundärwick lungen ÜTS des Übertragers ÜT sind so angeordnet, daß sie einen dreiphasigen Transformator, den Übertrager ÜT, bilden.

In Fig. 8 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehstromtrans formators TR mit einer Anordnung zur Regelung der Sekundärspannung U_sek als Schema dargestellt. Auf einer Anschlußseite der Primärwicklungen P des Dreh stromtransformators TR sind die Anschlußstellen PK für ein Drehstromnetz angeord net. Die anderen Anschlußseiten der Primärwicklung P sind mittels einer Stern schaltung verbunden. Der Sternschaltung der Primärwicklung P direkt gegenüberlie gend befinden sich die Anschlußseiten der Tertiärwicklung T, welche die Eingangs seite UE des Umrichters UM versorgt. Die anderen Anschlußseiten der Tertiärwick lung T sind mit einer Sternschaltung versehen. Dieser gegenüberliegend sind zwei Sternschaltungen einer der Anschlußseiten der Primärwicklungen ÜTP und der Se kundärwicklungen ÜTS des Übertragers ÜT angeordnet. Die anderen Anschlußsei ten der Primärwicklungen ÜTP Übertragers ÜT sind mit der Ausgangsseite UA des Umrichters UM verbunden. Die anderen Anschlußseiten der Sekundärwicklungen ÜTS des Übertragers ÜT sind mit je einer weiteren Wicklung, der Sekundärwicklung S des Drehstromtransformators TR verbunden. Die noch freien Anschlußseiten der Sekundärwicklung S des Drehstromtransformators TR sind mit den sekundärseitigen Anschlußstellen SK des Drehstromtransformators TR verbunden. Obgleich der Übertrager ÜT scheinbar hier ein Teil des Drehstromtransformators TR ist, wird er konstruktiv als eigene Ausgestaltung ausgeführt, wie beispielsweise in der Fig. 19 dargestellt.

Mit der Tertiärwicklung T wird die dreiphasige Eingangsseite UE des Umrichters UM versorgt. Die Ausgestaltung des Umrichters UM entspricht der des Umrichters in Fig. 6. Die Ausgangsseite UA des Umrichters UM ist den Primärwicklungen ÜTP des Übertragers ÜT auf einer Anschlußseite verbunden. Die jeweils anderen Anschluß seiten der Primärwicklungen ÜTP des Übertragers ÜT sind, wie zuvor beschrieben, über eine Sternschaltung miteinander verbunden. Die Primärwicklungen ÜTP und die Sekundärwicklungen ÜTS des Übertragers ÜT sind so angeordnet, daß sie einen dreiphasigen Transformator, den Übertrager ÜT, bilden.

In Fig. 9 ist ein Beispiel für eine mögliche mechanische Anordnung eines Drehstrom transformators TR mit einer Anordnung zur Regelung dargestellt. Der Drehstrom transformator TR mit Anzapfung AZ ist zusammen mit dem Übertrager ÜT dreiphasig verbunden. Die Anordnung von Drehstromtransformator TR und Übertrager ÜT be findet sich in einem gemeinsamen Gehäuse G. Die primär- und sekundärseitigen Anschlüsse PK, SK befinden sich auf der vertikal oberen Seite des Gehäuses G. Die primärseitigen Anschlußstellen PK sind mit dem Drehstromtransformator TR dreipha sig verbunden. Die sekundärseitigen Anschlüsse SK sind mit dem Übertrager ÜT dreiphasig verbunden. Die jeweiligen Zuleitungen von der Anzapfung AZ des Dreh stromtransformators TR und vom Übertrager ÜT zum Umrichter UM sind in Richtung der, dem Umrichter UM zugewandten horizontal rechten Seite des Gehäuses G und dann durch die Gehäusewand dieser Seite auf weitere Anschlußstellen geführt. Die se weiteren Anschlußstellen sind so angeordnet, daß die Ein- und Ausgangsseiten des Umrichters UM in seinem Umrichtergehäuse GUM an diesen weiteren Anschluß stellen anschließen.

In Fig. 10 ist beispielhaft eine mögliche Konstruktion des Drehstromtransformators TR dargestellt. Auf einem gemeinsamen geschlossenen Kern TRK befinden sich die drei Wicklungen TRW der jeweiligen Phasen. Die Wicklungen TRW sind horizontal nebeneinander angeordnet und stehen somit auf dem vertikal unteren Teil des Kerns TRK des Drehstromtransformators TR.

In Fig. 11 ist beispielhaft ein Wicklungsaufbau anhand eines Schnittes durch eine der Wicklungen TRW dargestellt. Die Darstellung weist eine vertikale Symmetrielinie auf, bei der nur der horizontal rechte Teil als konstruktiver Aufbau einer der Wicklungen TRW gezeigt ist. Die Wicklungen TRW sind schichtweise auf den innenliegenden Kern TRK aufgebracht. Zunächst ist die Tertiärwicklung T als innenliegende kernna he Wicklung gezeigt. Es folgen die Primärwicklung P als die Mittlere und die Sekun därwicklung S als Äußere der Wicklungen.

In Fig. 12 ist ein Beispiel für eine mögliche Konstruktion eines Übertragers ÜT, der eine Primär- ÜTP und Sekundärwicklung ÜTS aufweist. Auf einem gemeinsamen geschlossenen Kern ÜTK befinden sich die drei Wicklungen ÜTW der jeweiligen Phasen. Die Wicklungen ÜTW sind horizontal nebeneinander angeordnet und stehen somit auf dem vertikal unteren Teil des Kerns ÜTK des Übertragers ÜT.

In Fig. 13 ist beispielhaft ein Wicklungsaufbau anhand eines Schnittes durch eine Wicklung ÜTW dargestellt. Die Darstellung weist eine vertikale Symmetrielinie auf, bei der nur der horizontal rechte Teil als Aufbau der Wicklung ÜTW gezeigt ist. Die Wicklungen sind schichtweise auf den innenliegenden Kern ÜTK aufgebracht. Der innersten Wicklung, der Primärwicklung ÜTP folgt dann die Sekundärwicklung ÜTS als äußere Wicklung.

In Fig. 14 ist eine mögliche Anordnung eines Drehstromtransformators TR und eines Übertragers ÜT in einem gemeinsamen Gehäuse G dargestellt. Beide stehen hierbei horizontal nebeneinander in einem Abstand, der den Randbedingungen der elektri schen und mechanischen Auslegung genügt, z. B. Isolierung, Zu- und Ableitungen, eventueller Kühlmittelbedarf.

In Fig. 15 ist eine andere Anordnung eines Drehstromtransformators TR und eines Übertragers ÜT in zwei voneinander getrennten Gehäusen G1, G2 dargestellt. Beide stehen hierbei horizontal nebeneinander, sind jedoch durch eine mechanische Ab trennung elektrisch und mechanisch voneinander getrennt.

In Fig. 16 ist eine weitere Anordnung eines Drehstromtransformators TR und eines Übertragers ÜT in zwei voneinander getrennten Gehäusen G1, G2 dargestellt. Beide sind so voneinander getrennt, daß die Gehäuse G1, G2 unabhängig voneinander aufgestellt werden können.

In Fig. 17 ist eine weitere Anordnungsmöglichkeit von Drehstromtransformator TR, Übertrager ÜT und Umrichter UM in Draufsicht dargestellt. Drehstromtransformator TR und Übertrager ÜT stehen in einem gemeinsamen Gehäuse G mit auslegungs bedingtem Abstand nebeneinander. Die elektrische Verbindung zwischen der An zapfung AZ des Drehstromtransformators TR und die elektrische Verbindung zwi schen der Primärwicklung ÜTP des Übertragers ÜT und deren jeweiligen An schlußelementen AnS in der Gehäusewand ist dargestellt. Beide der je drei An schlußelemente AnS sind an einer gemeinsamen Gehäuseseite angeordnet. Der Umrichter UM in seinem Gehäuse GUM ist mit Abstand zum Gehäuse G auf der Seite der zuvor beschriebenen Anschlußelemente AnS angeordnet und mit der ent sprechenden Anzahl elektrischer Leiter mit diesen verbunden.

In Fig. 18 ist eine weitere Anordnungsmöglichkeit von Drehstromtransformator TR, Übertrager ÜT mit den Wicklungen TRW, ÜTW je Phase und einem Umrichter UM in Draufsicht dargestellt. Drehstromtransformator TR und Übertrager ÜT stehen in ei nem gemeinsamen Gehäuse G mit auslegungsbedingtem Abstand nebeneinander. Die elektrische Verbindung zwischen der Anzapfung AZ des Drehstromtransforma tors TR und die elektrische Verbindung zwischen den Wicklungen ÜTW des Übertra gers ÜT und den jeweiligen Anschlußpunkten auf einer gemeinsamen Gehäuseseite ist dargestellt. Diese zwei Verbindungen mit je drei Anschlußpunkte sind an einer gemeinsamen Gehäuseseite angeordnet. Der Umrichter UM in seinem Gehäuse GUM ist direkt am Gehäuse G auf der Seite der zuvor beschriebenen Anschluß punkte angeordnet.

In Fig. 19 ist eine weitere Anordnungsmöglichkeit von Drehstromtransformator TR, Übertrager ÜT mit den Wicklungen TRW, ÜTW je Phase sowie zugehörigen Kernen TRK, ÜTK und einem Umrichter UM in Draufsicht dargestellt. Drehstromtransforma tor TR und Übertrager ÜT stehen in einem gemeinsamen Gehäuse G mit ausle gungsbedingtem Abstand nebeneinander. Die elektrische Verbindung zwischen der Anzapfung AZ des Drehstromtransformators TR und die elektrische Verbindung zwi schen den Wicklungen ÜTW des Übertragers ÜT und den jeweiligen Anschlußpunkte auf einer gemeinsamen Gehäuseseite ist dargestellt. Diese zwei Verbindungen mit je drei Anschlußpunkten sind an einer gemeinsamen Gehäuseseite angeordnet. Der Umrichter UM in seinem Gehäuse GUM ist direkt am Gehäuse G auf der Seite der zuvor beschriebenen Anschlußpunkte angeordnet. Die schaltungsbedingten elektri schen Verbindungen zwischen der Wicklung TRW des Drehstromtransformators TR und der Wicklung ÜTW des Übertragers ÜT je Phase sind dargestellt

In Fig. 20 ist eine weitere Anordnungsmöglichkeit von einem Drehstromtransformator TR, einem Übertrager ÜT und einem Umrichter UM in ihren zugehörigen Gehäusen G1, G2, GUM dargestellt. Da alle drei Komponenten TR, ÜT, UM in eigenen Gehäu sen G1, G2, UM stehen, ist jede Komponente mit Anschlußelementen AnS versehen. Die Anzapfung AZ des Drehstromtransformators TR führt auf die drei zugehörigen Anschlußelemente AnS an dem Gehäuse G1. Von dort verbinden elektrische Leiter weiter zu den eingangsseitigen Anschlußelementen AnS am Gehäuse GUM des Um richters UM. Ausgangsseitig besitzt der Umrichter ebenfalls drei Anschlußelemente AnS, die mit elektrischen Leitern an den Anschlußelementen AnS des Übertragers ÜT verbunden sind. Des weiteren ist der Übertrager ÜT mit dem Drehstromtransfor mator TR ebenfalls mit drei elektrischen Leitern über jeweils drei Anschlußelemente AnS verbunden. Am Übertrager ÜT sind zusätzlich noch drei freie Anschlußelemente AnS gezeigt, die für den Anschluß eines Drehstromnetzes vorgesehen sind.

Bezugszeichenliste

1

elektrischer Leiter

2

elektrischer Leiter

3

elektrischer Leiter

5

elektrischer Leiter

6

elektrischer Leiter

11

elektrischer Leiter

12

elektrischer Leiter

13

elektrischer Leiter
AZ Anzapfung der Sekundärwicklungen des Drehstromtransformators
AnS Anschlußelemente
C1 Kondensator
C2 Kondensator
C3 Kondensator
C5 Kondensator
C11 Kondensator
C12 Kondensator
C13 Kondensator
dU Spannungsdifferenz
FA Ausgangsfilter
FE Eingangsfilter
FW Festwertvorgabe
G Gehäuse
G1 Teilgehäuse

1

G2 Teilgehäuse

2

GGL gesteuerter Gleichrichter
GGLR Regler des gesteuerten Gleichrichters
GLZK Gleichspannungszwischenkreis
I_pri Stromstärke des ersten Drehstromnetzes (Netz

1

)
I_sek Stromstärke des zweiten Drehstromnetzes (Netz

2

)
Ik Kurzschlußschwellenwert
IRE Stromregler
Netz1 erstes Stromnetz
Netz2 zweites Stromnetz
NetzS übergeordnete Netzsteuerung
P Primärwicklung
PIRE PI Regler
PK Anschlußstellen der Primärwicklungen des Drehstromtransformators
PQM Modul zur Lastsymmetrierung, Kompensation von Oberschwingungen und/oder Blindleistungsbereitstellung
PWR Pulswechselrichter
PWRR Regler des Pulswechselrichters
RE Regler
S Sekundärwicklung
S1 Spule
S2 Spule
S3 Spule
S11 Spule
S12 Spule
S13 Spule
SA1 Schalter
SA2 Schalter
S11 Regelsignal für GGL
S12 Regelsignal für PWR
SK Anschlußstellen der Sekundärseite des Drehstromtransformators
SQ Modul zur Verbesserung der Strom- und Spannungsqualität
T Tertiärwicklung
TR Drehstromtransformator
TRK Kern eines Drehstromtransformators
TRW Wicklung eines Drehstromtransformators
UA Ausgangsseite des Übertragers
UE Eingangsseite des Übertragers
UM Umrichter
U_g Grundspannung
U_pri Primärspannung
U_sek Sekundärspannung
U_soll Spannungswert als Sollwertvorgane
U_zk Gleichspannung zwischen PWR und GGL
U_zks Gleichspannungsollwert des Zwischenkreises
UFW Spannungsfestwert
UP1 Grundspannung der Phase
UP2 Grundspannung der Phase
UP3 Grundspannung der Phase
ÜT Übertrager
ÜTK Kern eines Übertragers
ÜTP Primärwicklung des Übertragers
ÜTS Sekundärwicklung des Übertragers
ÜTW Wicklung eines Übertragers
UZ1 Zusatzspannung der Phase
UZ2 Zusatzspannung der Phase
UZ3 Zusatzspannung der Phase

Claims

1. Drehstromtransformator (TR) für Mittel- und Hochspannung, der eine dreiphasigen Primärwicklung (P) und eine dreiphasige Sekundärwicklung (S), die sich auf einem gemeinsamen Kern (TRK) befinden, aufweist, mit einer Anordnung zur Regelung der Sekundärspannung (U_sek), dadurch gekennzeichnet, daß

a) zur Regelung der Sekundärspannung (U_sek) ein Umrichter (UM), dessen Ein gangsseite (UE) durch eine Anzapfung (AZ) der Sekundärwicklung (S) oder mittels einer dreiphasigen Tertiärwicklung (T) des Drehstromtransformators (TR) gespeist wird, und
b) ein dreiphasiger Übertrager (ÜT), dessen Primärwicklung (ÜTP) die Ausgangs spannung (UA) des Umrichters (UM) zugeführt ist, und dessen Sekundärwick lung (ÜTS) mit der Sekundärwicklung (S) des Drehstromtransformators (TR) in Reihe geschaltet ist, sowie
ein Regler (RE), dem die Eingangssignale Spannung (U_sek) und Strom (I_sek) auf der Seite eines zweiten Stromnetzes (Netz2) und ein weiterer Span nungswert (U_soll) als Sollwertvorgabe zugeführt sind, und dessen Stellsignale (SI1, SI2) der Ansteuerung des Umrichters (UM) dienen, angeordnet sind.

2. Drehstromtransformator (TR) mit einer Anordnung zur Regelung der Sekundärspannung (U_sek) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Regler (RE) auch die Signale Spannung (U_pri) und Strom (I_pri) des ersten Strom netzes (Netz1) als Eingangssignale zugeführt sind.

3. Drehstromtransformator (TR) mit einer Anordnung zur Regelung der Sekundärspannung (U_sek) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertrager (ÜT) der Sekundärwicklung (S) des Drehstromtransformators (TR) nachgeschaltet ist und der Umrichter (UM) durch eine Anzapfung (AZ) der Sekun därwicklung (S) des Drehstromtransformators (TR) gespeist wird.

4. Drehstromtransformator (TR), der eine Tertiärwicklung (T) aufweist, mit einer Anordnung zur Regelung der Sekundärspannung (U_sek) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertrager (ÜT) der Sekundärwicklung (S) des Drehstromtransformators (TR) nachgeschaltet ist und der Umrichter (UM) durch die Tertiärwicklung (T) gespeist wird.

5. Drehstromtransformator (TR), der eine Tertiärwicklung (T) aufweist, mit einer Anordnung zur Regelung der Sekundärspannung (U_sek) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertrager (ÜT) der Sekundärwicklung (S) des Drehstromtransformators (TR) vorgeschaltet ist und der Umrichter (UM) durch eine Tertiärwicklung (T) gespeist wird.

6. Drehstromtransformator mit einer Anordnung zur Regelung der Sekun därspannung (U_sek) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß der Drehstromtransformator (TR) und der Übertrager (ÜT) in einem gemeinsamen Gehäuse (G) angeordnet sind.

7. Drehstromtransformator mit einer Anordnung zur Regelung der Sekun därspannung (U_sek) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehstromtransformator (TR) und der Übertrager (ÜT) in unterschiedlichen Gehäusen (G1, G2) angeordnet sind.

8. Drehstromtransformator mit einer Anordnung zur Regelung der Sekun därspannung (U_sek) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehstromtransformator (TR) und der Übertrager (ÜT) in unterschiedlichen Gehäusen (G1, G2) und räumlich getrennt voneinander angeordnet sind.

9. Drehstromtransformator mit einer Anordnung zur Regelung der Sekun därspannung (U_sek) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Umrichter (UM) am Gehäuse (G) des Drehstromtransformators (TR) oder an einem der Gehäuse (G1, G2) des Drehstromtransformator (TR) bzw. des Übertragers (ÜT) angebracht ist.

10. Drehstromtransformator mit einer Anordnung zur Regelung der Sekun därspannung (U_sek) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Umrichter (UM) separat von den Gehäusen (G, G1, G2) des Drehstrom transformators (TR) bzw. des Übertragers (ÜT) angeordnet ist und mit den An schlußstellen (AnS) des Drehstromtransformators (TR) verbunden ist.

11. Drehstromtransformator mit einer Anordnung zur Regelung der Sekun därspannung (U_sek) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Regler (RE) ein Modul (SQ) zur Verbesserung der Strom- und/oder Span nungsqualität enthalten ist.

12. Drehstromtransformator mit einer Anordnung zur Regelung der Sekun därspannung (U_sek) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Regler (RE) ein Modul (PQM) zur Lastsymmetrierung, Kompensation von Oberschwingungen und/oder Blindleistungskompensation enthalten ist.