DE202016104020U1 - Spannungsgeführte Stromrichteranordnung mit einem vorgeladenen Widerstandselement - Google Patents

Spannungsgeführte Stromrichteranordnung mit einem vorgeladenen Widerstandselement Download PDF

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Abstract

Spannungsgeführte Stromrichteranordnung (100), umfassend:
einen spannungsgeführten Stromrichter (130) zum Wandeln einer elektrischen Energie zwischen einem Wechselstrom (Alternating Current, AC) und einem Gleichstrom (Direct Current, DC), wobei der spannungsgeführte Stromrichter eine erste DC-Klemme (132) und eine zweite DC-Klemme (134) umfasst;
einen ersten Schalter (110), der zwischen einen ersten Knoten und einen zweiten Knoten einer DC-Übertragungsleitung schaltbar ist;
einen ersten Zweig (140), der ein erstes Trennelement (142) umfasst, das angeordnet ist, um eine Verbindung zwischen der ersten DC-Klemme (132) und dem ersten Knoten (122) der DC-Übertragungsleitung (120) zu öffnen und zu schließen;
einen zweiten Zweig (150), der ein zweites Trennelement (152) umfasst, das angeordnet ist, um eine Verbindung zwischen der zweiten DC-Klemme (134) und dem zweiten Knoten (124) der DC-Übertragungsleitung (120) zu öffnen und zu schließen; und
einen dritten Zweig (160), der ein Widerstandselement (162) und einen zweiten Schalter (164) umfasst, wobei das Widerstandselement (162) und der zweite Schalter (164) in Reihe geschaltet sind, und wobei der dritte Zweig zwischen den ersten Zweig und den zweiten Zweig geschaltet ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Energieverteilungssysteme. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der spannungsgeführten Stromrichter, die in den Energieverteilungssystemen verwendet werden.
  • Technischer Hintergrund
  • Spannungsgeführte Stromrichter (Voltage Source Converters, VSCs) werden häufig verwendet, um eine Brücke zwischen Gleichstromsystemen (Direct Current systems, (DC-Systeme) und Wechselstromsystemen (Alternating Current systems, AC-Systeme) zu bilden. Ein Beispiel einer Installation, die eine oder mehrere VSCs erfordert, kann z.B. ein Offshore-Windpark sein, wo von den Windenergieanlagen ein Wechselstrom erzeugt wird, der zuerst in einen Gleichstrom gewandelt wird, um an das Festland transportiert zu werden, und dann zurück in einen Wechselstrom gewandelt wird, um in ein externes Stromnetz eingespeist zu werden.
  • Bevor die VSCs verwendet werden können, kann es notwendig sein, seine Kondensatoren mit Energie zu versorgen, und es kann notwendig sein die Gate-Einheiten einzuschalten. Wie der Begriff besagt, erfordert der Prozess einer Energieversorgung, dass den VSCs Energie zugeführt wird. Abhängig von der Verfügbarkeit naheliegender Energiequellen kann der VSC sowohl über seine AC-Klemmen als auch über seine DC-Klemmen mit Energie versorgt werden und die Energiequellen können Spannungsquellen oder Stromquellen sein. In vielen Fällen wird die Energieversorgung eines VSC mithilfe einer Spannungsquelle bevorzugt. In einigen Situationen kann jedoch der Zugriff auf eine Spannungsquelle eingeschränkt sein.
  • In Anbetracht dessen kann eine Energieversorgung der VSCs von einer anderen als einer Spannungsquelle erforderlich sein.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Ein Ziel der vorliegenden Offenbarung ist es daher, die obigen Anforderungen mindestens teilweise zu erfüllen. Dieses und andere Ziele werden mittels einer spannungsgeführten Stromrichteranordnung erreicht, wie sie in dem Hauptanspruch definiert wird. Weitere Ausführungsformen und Details werden in den Unteransprüchen, der folgenden Beschreibung sowie den Figuren bestimmt.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann die spannungsgeführte Stromrichteranordnung einen ersten Schalter umfassen, der zwischen einen ersten Knoten und einen zweiten Knoten einer DC-Übertragungsleitung schaltbar ist.
  • Die spannungsgeführte Stromrichteranordnung kann einen spannungsgeführten Stromrichter (Voltage-Source Converter, VSC) umfassen, um einen elektrischen Strom zwischen Wechselstrom und Gleichstrom zu wandeln. Der spannungsgeführte Stromrichter kann eine DC-Schnittstelle umfassen, die eine erste DC-Klemme und eine zweite DC-Klemme aufweist.
  • Die spannungsgeführte Stromrichteranordnung kann einen ersten Zweig umfassen, der ein erstes Trennelement umfasst, das angeordnet ist, um eine Verbindung zwischen der ersten DC-Klemme des VSC und dem ersten Knoten der DC-Übertragungsleitung zu öffnen und zu schließen.
  • Die spannungsgeführte Stromrichteranordnung kann einen zweiten Zweig umfassen, der ein zweites Trennelement umfasst, das angeordnet ist, um eine Verbindung zwischen der zweiten DC-Klemme des VSC und dem zweiten Knoten der DC-Übertragungsleitung zu öffnen und zu schließen.
  • Die spannungsgeführte Stromrichteranordnung kann einen dritten Zweig umfassen, der ein Widerstandselement und einen zweiten Schalter umfasst, wobei das Widerstandselement und der zweite Schalter in Reihe geschaltet sind und wobei der dritte Zweig zwischen den ersten Zweig und den zweiten Zweig geschaltet ist.
  • Bei dem vorliegenden Aspekt kann der VSC durch einen DC-Strom mit Energie versorgt werden, der in der DC-Übertragungsleitung vorhanden ist. Bei einem Beispiel kann der erste Schalter zwischen den ersten Knoten und den zweiten Knoten der DC-Übertragungsleitung geschaltet sein und kann anfänglich geschlossen sein. Der Strom in der DC-Übertragungsleitung kann durch den ersten Schalter fließen. Wenn danach das erste und das zweite Trennelement und der zweite Schalter geschlossen sind, kann der erste Schalter geöffnet werden, sodass der DC-Strom durch den ersten Zweig und den zweiten Zweig auf den VSC und den dritten Zweig umgeschaltet wird. Wenn der Strom durch den VSC fließt, können die Kondensatoren in dem VSC mit dem Aufladen beginnen. Nach einer bestimmten Zeitdauer können die Gate-Einheiten des VSC eingeschaltet werden und der erste Schalter kann geschlossen werden. Sobald der erste Schalter geschlossen ist, kann der zweite Schalter geöffnet werden. Sobald der VSC seinen blockierten Zustand verlassen kann und stattdessen seinen Schaltbetrieb beginnt, kann der erste Schalter geöffnet werden, um die Kondensatoren in dem VSC weiter bis auf ihre Nennwerte aufzuladen. Dies kann den Energieversorgungsprozess abschließen.
  • Wenn der zweite Schalter geschlossen ist, kann der dritte Zweig den DC-Leitungsstrom von dem VSC umschalten. Dies kann die Spannung der Kondensatoren des VSC festlegen und eine Überspannung über den Kondensatoren des VSC vermeiden, wenn der erste Schalter geöffnet wird und der Stromrichter blockiert wird.
  • Bei einer Ausführungsform kann der spannungsgeführte Stromrichter einen modularen Vollbrücken-Mehrpunktstromrichter (Modular Multi-level Converter, MMC VSC) umfassen.
  • Bei einer Ausführungsform kann der dritte Zweig entweder an der ersten DC-Klemme oder an dem ersten Trennelement oder zwischen den beiden mit dem ersten Zweig verbunden sein. Der dritte Zweig kann entweder an der zweiten DC-Klemme oder an dem zweiten Trennelement oder zwischen den beiden mit dem zweiten Zweig verbunden sein.
  • Bei einer Ausführungsform kann das Widerstandselement einen Widerstand umfassen.
  • Wenn der erste Schalter in einer geschlossenen Stellung ist und einen DC-Strom zwischen dem ersten Knoten und dem zweiten Knoten der DC-Übertragungsleitung überträgt, kann der erste Schalter bei einer Ausführungsform angeordnet sein, um eine Verbindung zwischen dem ersten Knoten und dem zweiten Knoten der DC-Übertragungsleitung zu bilden. Der erste Schalter kann angeordnet sein, um eine Verbindung zwischen dem ersten Knoten und dem zweiten Knoten der DC-Übertragungsleitung zu unterbrechen, wenn der erste Schalter in einer geöffneten Stellung ist und keinen DC-Strom von dem ersten Knoten zu dem zweiten Knoten der DC-Übertragungsleitung überträgt.
  • Bei einer Ausführungsform kann die DC-Übertragungsleitung an eine Stromquelle angeschlossen werden.
  • Bei einer Ausführungsform kann eine Energieverteilungsanordnung gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung mindestens zwei spannungsgeführte Stromrichteranordnungen umfassen. Die mindestens zwei spannungsgeführten Stromrichteranordnungen können in der DC-Übertragungsleitung in Reihe geschaltet sein.
  • Bei einer Ausführungsform kann eine Energieverteilungsanordnung gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung mindestens eine spannungsgeführte Stromrichteranordnung und eine zweite in der DC-Übertragungsleitung in Reihe geschaltete spannungsgeführte Stromrichteranordnung umfassen.
  • Bei einer Ausführungsform kann eine Energieverteilungsanordnung gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung mindestens eine zusätzliche spannungsgeführte Stromrichteranordnung umfassen, die in die DC-Übertragungsleitung geschaltet ist.
  • Bei einer Ausführungsform kann die DC-Übertragungsleitung eine Stromschleife bilden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine spannungsgeführte Stromrichteranordnung bereitgestellt, die umfasst: einen spannungsgeführten Stromrichter, der eine erste Gleichstromklemme (Direct Current terminal, DC-Klemme) und eine zweite DC-Klemme umfasst, einen ersten Schalter, der zwischen einen ersten Knoten und einen zweiten Knoten einer DC-Übertragungsleitung schaltbar ist, einen ersten Zweig, der ein erstes Trennelement umfasst, das angeordnet ist, um eine Verbindung zwischen der ersten DC-Klemme und dem ersten Knoten der DC-Übertragungsleitung zu öffnen und zu schließen, einen zweiten Zweig, der ein zweites Trennelement umfasst, das angeordnet ist, um eine Verbindung zwischen der zweiten DC-Klemme und dem zweiten Knoten der DC-Übertragungsleitung zu öffnen und zu schließen, und einen dritten Zweig, der ein Widerstandselement und einen zweiten Schalter umfasst, wobei das Widerstandselement und der zweite Schalter in Reihe geschaltet sind, und wobei der dritte Zweig zwischen den ersten Zweig und den zweiten Zweig geschaltet, und wobei die Kondensatoren des spannungsgeführten Stromrichters durch einen DC-Strom in der DC-Übertragungsleitung aufladbar sind.
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf alle möglichen Kombinationen von hier erwähnten Merkmalen, einschließlich der oben aufgelisteten sowie anderer Merkmale, die nachfolgend in Bezug auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben werden. Jede hier beschriebene Ausführungsform kann mit anderen ebenfalls hier beschriebenen Ausführungsformen kombinierbar sein und die vorliegende Offenbarung bezieht sich auch auf alle diese Kombinationen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die obigen sowie zusätzliche Gegenstände, Merkmale, Vorteile und Anwendungen der erfinderischen, spannungsgeführten Stromrichteranordnung werden besser verständlich anhand der nachfolgenden, anschaulichen und nicht einschränkenden, detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen. Es wird Bezug genommen auf die angefügten Zeichnungen in denen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer spannungsgeführten Stromrichteranordnung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist; und
  • 2 eine schematische Darstellung einer Energieverteilungsanordnung ist, die mindestens zwei spannungsgeführte Stromrichteranordnungen gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfasst.
  • In den Zeichnungen werden gleiche Bezugszeichen für die jeweils gleichen Elemente verwendet, ausgenommen wenn dies anderweitig angegeben wird. Die Zeichnungen zeigen nur solche Elemente die notwendig sind, um die beispielhaften Ausführungsformen darzustellen, außer wenn dies ausdrücklich angegeben wird, während andere Elemente der Deutlichkeit halber weggelassen werden können oder nur vorgeschlagen werden können.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Veranschaulichende Ausführungsformen werden jetzt nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Die Zeichnungen zeigen aktuell bevorzugte Ausführungsformen, aber die Erfindung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden und sollte nicht als auf die hier dargelegten Ausführungsformen begrenzt betrachtet werden; vielmehr werden diese Ausführungsformen aus Gründen der Sorgfältigkeit und Vollständigkeit bereitgestellt und vermitteln dem Fachmann den Umfang der Erfindung.
  • Eine Ausführungsform einer spannungsgeführten Stromrichteranordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung wird jetzt unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
  • 1 stellt eine spannungsgeführte Stromrichteranordnung 100 dar, die durch einen DC-Strom mit Energie versorgt wird. Die spannungsgeführte Stromrichteranordnung 100 umfasst einen ersten Schalter 110, der zwischen einen ersten Knoten 122 und einen zweiten Knoten 124 einer DC-Übertragungsleitung 120 geschaltet ist.
  • Der erste Schalter 110 kann ein Stromkreisunterbrechungselement aufweisen, das geeignet ist, DC-Ströme einer erheblichen Größenordnung zu unterbrechen (z.B. umfasst das Unterbrechungselement zum Beispiel ein Element für eine Lichtbogenunterdrückung).
  • Ein spannungsgeführter Stromrichter 130 weist eine erste DC-Klemme 132 und eine zweite DC-Klemme 134 auf. Der spannungsgeführte Stromrichter 130 weist auch eine AC-Schnittstelle mit Klemmen zum Anschließen z.B. an eine AC-Quelle (wie zum Beispiel eine Windenergieanlage oder andere Arten von Generatoren), die einen AC-Strom erzeugen können, oder z.B. an eine AC-Senke (wie zum Beispiel einen AC-Motor) auf, die einen AC-Strom verbrauchen kann.
  • Ein erster Zweig 140, der ein erstes Trennelement 142 umfasst, ist zwischen die erste DC-Klemme 132 und den ersten Knoten 122 der DC-Übertragungsleitung 120 geschaltet. Ein zweiter Zweig 150, der ein zweites Trennelement 152 umfasst, ist zwischen die zweite DC-Klemme 134 und den zweiten Knoten 124 der DC-Übertragungsleitung 120 geschaltet. Der erste Zweig 140 und der zweite Zweig 150 bilden somit elektrische Verbindungen zwischen Paaren entsprechender DC-Klemmen und Knoten der DC-Übertragungsleitung 120, wenn sich die entsprechenden Trennelemente 142 und 152 in einer geschlossenen Stellung befinden.
  • Die Trennelemente 142 und 152 können z.B. Isolatoren oder Trennschalter sein. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen können die Trennelemente 142 und 152 außerdem mit z.B. einem Stromkreisunterbrechungselement ausgestattet sein, das geeignet ist, auch DC-Ströme einer erheblichen Größenordnung zu unterbrechen (z.B. umfasst das Unterbrechungselement zum Beispiel ein Element für eine Lichtbogenunterdrückung). Es ist jedoch vorgesehen, dass dieses Stromkreisunterbrechungselement optional sein kann.
  • Ein dritter Zweig 160 umfasst ein Widerstandselement 162 und einen zweiten Schalter 164, die in Reihe geschaltet sind, und der dritte Zweig 160 kann zwischen den ersten Zweig 140 und den zweiten Zweig 150 geschaltet sein. Der zweite Schalter 164 kann einen Strompfad zwischen dem ersten Zweig 140 und dem zweiten Zweig 150 über das Widerstandselement 162 öffnen oder schließen.
  • Der zweite Schalter 164 kann bei einigen Ausführungsformen ein Stromkreisunterbrechungselement umfassen, das geeignet ist, auch größere DC-Ströme zu unterbrechen. Es ist jedoch vorgesehen, dass dieses Stromkreisunterbrechungselement des zweiten Schalters 164 optional ist.
  • Das Widerstandselement 162 ist in 1 als ein Widerstand dargestellt, es kann aber auch andere geeignete Widerstandselemente wie zum Beispiel eine Komponente umfassen, die einen integrierten Widerstandswert aufweist, der in der Lage ist, den DC-Strom zu bewältigen.
  • Der VSC 130 kann zum Beispiel ein modularer Mehrpunktstromrichter (Modular Multi-level Converter, MMC) sein. Der VSC kann z.B. in einer Vollbrückenkonfiguration angeordnet sein, die eine Vielzahl von Teilmodulen/Zellen umfasst, die jeweils vier Transistorschalter (z.B. Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (Insulated Gate Bipolar Transistors, IGBTs) mit entsprechenden antiparallel gekoppelten Freilaufdioden) in einer H-Brückenanordnung und einen Zellen-/Teilmodul-Transistor umfassen. Für jede AC-Phase kann der VSC 130 einen Zweig mit mehreren dieser Zellen umfassen und die Gates der individuellen Transistorschalter können durch entsprechende Gate-Einheiten gesteuert/angetrieben werden. Zum Versorgen der Gate-Einheiten mit Energie kann den Gate-Einheiten Energie zugeführt werden. Diese Energie kann von den Kondensatoren in dem VSC 130 zugeführt werden und die Kondensatoren können zuerst entsprechend aufgeladen werden.
  • Wenn der erste Schalter 110 sich in einer geschlossenen Stellung befindet, kann ein in der DC-Übertragungsleitung 120 vorhandener DC-Strom id weiterhin durch den ersten Schalter fließen, obwohl die spannungsgeführte Stromrichteranordnung 100 und der VSC 130 mit der DC-Übertragungsleitung 120 verbunden sind (d.h., selbst wenn sich die Trennelemente 142 und 152 in einer geschlossenen, leitenden Stellung befinden). Dies kann der Fall sein, wenn z.B. der Spannungsabfall über den ersten Schalter 110 nicht ausreichend groß ist, um die Dioden in dem VSC 130 in Vorwärtsrichtung vorzuspannen. Selbst wenn der Spannungsabfall über den ersten Schalter 110 ausreichend groß ist, um die Dioden in Vorwärtsrichtung vorzuspannen, wird der Strom zu den Zellenkondensatoren des VSC 130 fließen bis die Summe aller Zellenkondensatorspannungen in jedem Zweig innerhalb des VSC 130 mehr oder weniger gleich groß wie der Spannungsabfall über dem ersten Schalter 110 wird (was damit übereinstimmen kann, dass die Dioden in Sperrrichtung vorgespannt werden). Der erste Schalter 110 kann, wenn er sich in einer geschlossenen Stellung befindet, den VSC 130 überbrücken.
  • Bei einem Beispiel kann die Energieversorgung des VSC 130 durch einen in der DC-Übertragungsleitung 120 vorhandenen DC-Strom initiiert werden, indem zuerst der erste Schalter 110 geschlossen wird.
  • Wenn sich die Trennelemente 142 und 152 in einer geschlossenen Stellung befinden und wenn sich der zweite Schalter 164 in einer geschlossenen Stellung befindet, kann das Öffnen des ersten Schalters 110 den DC-Strom über den ersten Zweig 140 auf den VSC 130 (und der ersten DC-Klemme 132) und den dritten Zweig 160 umzuschalten. Durch das Öffnen des ersten Schalters 110 kann sogar ein kleiner Spannungsaufbau über den ersten Schalter 110 die Dioden in dem VSC 130 in Vorwärtsrichtung vorspannen und einen Pfad für den DC-Strom zu den Kondensatoren in dem VSC 130 bereitstellen.
  • Sobald der Strom ic beginnt, durch den VSC 130 zu fließen, können die Kondensatoren in dem VSC 130 mit dem Aufladen beginnen. Durch einen Anstieg der Kondensatorspannung kann auch die Spannung einer Quelle, die den DC-Strom erzeugt (z.B. ein zusätzlicher VSC, der zwischen die DC-Übertragungsleitung 120 und ein externes AC-Hauptnetz geschaltet ist), so vergrößert werden, dass ein konstanter DC-Strom id in der DC-Übertragungsleitung 120 aufrechterhalten wird. Nach dem Empfangen einer ausreichenden Ladung können die Kondensatoren den Gate-Einheiten Energie zuführen, sodass diese eingeschaltet werden können. Sobald sichergestellt werden kann, dass alle Gate-Einheiten eingeschaltet sind, kann der VSC 130 seinen blockierten Zustand verlassen und seinen Schaltbetrieb beginnen (z.B. beginnen, die summierte Zellenkondensatorspannung in jedem Arm zu steuern und/oder die individuelle Zellenkondensatorspannung in jeder Zelle zu steuern, um ihre Nennwerte zu erreichen) und der Energieversorgungsprozess kann abgeschlossen werden.
  • Sobald das Einschalten der Gate-Einheiten initiiert wurde, kann eine Zeitverzögerung auftreten, bevor das Einschalten der Gate-Einheiten abgeschlossen wird. Während dieser Zeit können sich die Zellenkondensatoren aufgrund der konstanten Zufuhr eines DC-Stroms von der DC-Übertragungsleitung 120 weiter aufladen. In einigen Situationen kann die Zeit, die ein Kondensator benötigt, um seinen Nennladewert zu erreichen, einige Millisekunden betragen, während die Zeit, die erforderlich ist, um die Blockierung des VSC 130 zu lösen, in der Größenordnung von Sekunden liegen kann. Aufgrund des Unterschieds zwischen den beiden Zeiten können sich die Kondensatoren in einer unkontrollierten Weise aufladen und die Kondensatorspannungen können anwachsen und die Nennwerte der Kondensatoren überschreiten, bevor die Blockierung des VSC 130 gelöst wird.
  • Durch das Schalten des dritten Zweigs 160 zwischen den ersten Zweig 140 und den zweiten Zweig 150 kann ein Strom iR von dem ersten Zweig 140 über das Widerstandselement 162 zu dem zweiten Zweig 150 geleitet werden. Da der Strom id konstant sein kann und da id = ic + iR ist, kann die Größe des Stroms ic, der in die erste DC-Klemme 132 des VSC 130 eintritt, mit dem Aufladen der Kondensatoren in dem VSC 130 verringert werden und auf Null gehen, wenn die Summe aller Zellenkondensatorspannungen über die zwei DC-Klemmen 132 und 134 des VSC 130 gleich dem Abfall über dem Widerstandselement 162 ist. Mit id = iR im stationären Betrieb und mit einer geeigneten Auslegung des Widerstandselements 162 kann eine Überspannung über die Kondensatoren vermieden oder zumindest verringert werden, während die Gate-Einheiten eingeschaltet werden. Sobald die Gate-Einheiten eingeschaltet sind, kann bei diesem Beispiel der erste Schalter 110 geschlossen werden. Sobald der erste Schalter 110 geschlossen ist, kann der zweite Schalter 164 geöffnet werden, um den Strompfad zwischen dem ersten Zweig 140 und dem zweiten Zweig 150 über das Widerstandselement 162 zu unterbrechen. Wenn die Blockierung des Stromrichters gelöst ist, kann der erste Schalter 110 geöffnet werden, um die Kondensatoren in dem VSC 130 in kontrollierter Weise weiter auf ihre Nennwerte aufzuladen, da die Blockierung des VSC gelöst ist, und der Energieversorgungsprozess kann abgeschlossen werden.
  • Bei weiteren Beispielen kann die Blockierung des VSC 130 bei geöffnetem ersten Schalter 110 gelöst werden, um den Energieversorgungsprozess abzuschließen. Bei weiteren Beispielen kann der VSC 130 seinen blockierten Zustand verlassen, nachdem die Gate-Einheiten eingeschaltet wurden, und der zweite Schalter kann geöffnet werden, sobald die Blockierung des VSC 130 gelöst ist und der Energieversorgungsprozess abgeschlossen ist.
  • Weitere Ausführungsformen der spannungsgeführten Stromrichteranordnung werden jetzt unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
  • 2 stellt eine Energieverteilungsanordnung 200 dar, die gemäß den hier beschriebenen Ausführungsformen zwei spannungsgeführte Stromrichteranordnungen 210 und 220 umfasst. Die zwei spannungsgeführten Stromrichteranordnungen 210 und 220 sind in einer DC-Übertragungsleitung 230 in Reihe geschaltet, die eine Schleife bildet. An die DC-Übertragungsleitung 230 ist auch ein zusätzlicher spannungsgeführter Stromrichter 240 angeschlossen, der mit einem externen AC-Netz 250 verbunden ist. Jede spannungsgeführte Stromrichteranordnung 210 und 220 umfasst einen entsprechenden VSC 212 und 222.
  • Die Energieverteilungsanordnung 200 kann z.B. verwendet werden, wenn Offshore-Windparks mit einem Festlandnetz verbunden werden. Die von (jeweils nicht gezeigten) Windenergieanlagen oder Gruppen nahe zusammenstehender Windenergieanlagen erzeugte Energie kann zu den AC-Klemmen der VSCs 212 und 222 in den spannungsgeführten Stromrichteranordnungen 210 und 220 übermittelt werden. Zum Transportieren der Energie ans Festland wandeln die VSCs 212 und 222 den AC-Eingangsstrom in einen DC-Strom, der dann in die DC-Übertragungsleitung 230 eingespeist wird. Am Festland wandelt ein zusätzlicher VSC 240 den in die DC-Übertragungsleitung 230 eingespeisten Gleichstrom zurück in einen AC-Strom und speist diesen AC-Strom in das Hauptnetz 250 ein.
  • Damit die VSCs 212, 222 und 240 funktionieren, können ihre Kondensatoren zuerst mit Energie versorgt werden. Der auf dem Fesland angebrachte VSC 240 kann seine Energie aus dem AC-Hauptnetz 250 empfangen. Die VSCs 212 und 222 können jedoch zusammen mit den Windenergieanlagen Offshore angebracht sein und ein Zugriff auf eine Spannungsquelle für die Energieversorgung der Kondensatoren des VSC 212 kann begrenzt oder nicht verfügbar sein. Für einen Zugriff auf z.B. eine AC-Spannungsquelle kann es zum Beispiel erforderlich sein, einen Dieselgenerator an dem Standort der Windenergieanlage zu installieren, um einem VSC Energie bereitzustellen. Mit den erfinderischen spannungsgeführten Stromrichteranordnungen gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die für die Energieversorgung und die Inbetriebnahme der VSCs 212 und 214 erforderliche Energie stattdessen von einem DC-Strom (der z.B. von dem zusätzlichen VSC 240 bereitgestellt wird) entnommen werden, der in der DC-Übertragungsleitung vorhanden ist.
  • Die Energieverteilungsanordnung 200 kann mehr oder weniger spannungsgeführte Stromrichteranordnungen zum Beispiel eine, drei oder mehr als drei umfassen. Spannungsgeführte Stromrichteranordnungen können nach Bedarf zu der DC-Übertragungsleitung 230 hinzugefügt oder aus ihr entfernt werden. Abhängig von der Anzahl der verwendeten spannungsgeführten Stromrichteranordnungen kann der zusätzliche VSC 240 entsprechend dimensioniert werden, um die kombinierte Energieausgabe aus oder die Eingabe in die spannungsgeführten Stromrichteranordnungen zu steuern. Der zusätzliche VSC 240 kann zum Beispiel eine Nennspannung aufweisen, die gleich der Summe der Spannungen aller VSCs in der spannungsgeführten Stromrichteranordnung ist.
  • Die Energieverteilungsanordnung 200 kann z.B. verwendet werden, um ein oder mehrere Offshore- und/oder Festland-Objekte wie zum Beispiel Ölplattformen anzuschließen. Bei einer Ausführungsform muss die DC-Übertragungsleitung 230 keine Schleife bilden. Stattdessen können zwei zusätzliche VSCs (wie die VSC 240) an jedem Ende der DC-Übertragungsleitung 230 verwendet werden und an entsprechende AC-Netze angeschlossen werden. Eine spannungsgeführte Stromrichteranordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann verwendet werden, um z.B. Energie von der DC-Übertragungsleitung 230 abzugreifen und/oder ferne Lasten oder Generatoren anzuschließen, wo ein Zugriff auf Spannungsquellen für eine Energieversorgung und ein Einschalten nicht verfügbar ist.
  • Obwohl oben Merkmale und Elemente in speziellen Kombinationen beschrieben werden, kann jedes Merkmal oder Element allein oder ohne die anderen Merkmale und Elemente oder in verschiedenen Kombinationen ohne oder mit anderen Merkmalen und Elementen verwendet werden.
  • Aus dem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der angefügten Ansprüche können für den Fachmann außerdem Variationen der offenbarten Ausführungsformen selbstverständlich sein und von ihm beim Umsetzen der beanspruchten Erfindung in die Praxis ausgeführt werden. In den Ansprüchen schließt das Wort „umfassen“ keine weiteren Elemente aus und der unbestimmte Artikel „ein“, „eine“ oder „eines“ schließt eine Mehrzahl nicht aus. Die reine Tatsache, dass bestimmte Merkmale in gegenseitig unterschiedlichen Unteransprüchen wiedergegeben werden, bedeutet nicht, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht vorteilhaft verwendet werden kann.

Claims (10)

  1. Spannungsgeführte Stromrichteranordnung (100), umfassend: einen spannungsgeführten Stromrichter (130) zum Wandeln einer elektrischen Energie zwischen einem Wechselstrom (Alternating Current, AC) und einem Gleichstrom (Direct Current, DC), wobei der spannungsgeführte Stromrichter eine erste DC-Klemme (132) und eine zweite DC-Klemme (134) umfasst; einen ersten Schalter (110), der zwischen einen ersten Knoten und einen zweiten Knoten einer DC-Übertragungsleitung schaltbar ist; einen ersten Zweig (140), der ein erstes Trennelement (142) umfasst, das angeordnet ist, um eine Verbindung zwischen der ersten DC-Klemme (132) und dem ersten Knoten (122) der DC-Übertragungsleitung (120) zu öffnen und zu schließen; einen zweiten Zweig (150), der ein zweites Trennelement (152) umfasst, das angeordnet ist, um eine Verbindung zwischen der zweiten DC-Klemme (134) und dem zweiten Knoten (124) der DC-Übertragungsleitung (120) zu öffnen und zu schließen; und einen dritten Zweig (160), der ein Widerstandselement (162) und einen zweiten Schalter (164) umfasst, wobei das Widerstandselement (162) und der zweite Schalter (164) in Reihe geschaltet sind, und wobei der dritte Zweig zwischen den ersten Zweig und den zweiten Zweig geschaltet ist.
  2. Spannungsgeführte Stromrichteranordnung (100) nach Anspruch 1, wobei der spannungsgeführte Stromrichter (130) einen modularen Vollbrücken-Mehrpunktstromrichter umfasst.
  3. Spannungsgeführte Stromrichteranordnung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der dritte Zweig (160) entweder an der ersten DC-Klemme (132) oder an dem ersten Trennelement (142) oder zwischen den beiden mit dem ersten Zweig (140) verbunden ist und entweder an der zweiten DC-Klemme (134) oder an dem zweiten Trennelement (152) oder zwischen den beiden mit dem zweiten Zweig (150) verbunden ist.
  4. Spannungsgeführte Stromrichteranordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Widerstandselement (162) einen Widerstand umfasst.
  5. Spannungsgeführte Stromrichteranordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste Schalter (110) so angeordnet ist, dass er, wenn sich der erste Schalter in einer geschlossenen oder einer offenen Stellung befindet, eine direkte Verbindung zwischen dem ersten Knoten (122) und dem zweiten Knoten (124) der DC-Übertragungsleitung bildet beziehungsweise unterbricht.
  6. Spannungsgeführte Stromrichteranordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die DC-Übertragungsleitung an eine Stromquelle angeschlossen ist.
  7. Energieverteilungsanordnung (200), die mindestens zwei spannungsgeführte Stromrichteranordnungen (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 umfasst, die in der DC-Übertragungsleitung (120) in Reihe geschaltet sind.
  8. Energieverteilungsanordnung (200), die mindestens eine spannungsgeführte Stromrichteranordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und einen zweiten spannungsgeführten Stromrichter umfasst, die in der DC-Übertragungsleitung (120) in Reihe geschaltet sind.
  9. Energieverteilungsanordnung nach Anspruch 8, die außerdem mindestens eine zusätzliche spannungsgeführte Stromrichteranordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 umfasst, die in der DC-Übertragungsleitung in Reihe geschaltet ist.
  10. Energieverteilungsanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die DC-Übertragungsleitung eine Stromschleife bildet.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2018041369A1 (de) * 2016-09-05 2018-03-08 Siemens Aktiengesellschaft Stromrichter mit überbrückungselement

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