EP2692048A2 - Umrichteranordnung - Google Patents

Umrichteranordnung

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Publication number
EP2692048A2
EP2692048A2 EP12718207.9A EP12718207A EP2692048A2 EP 2692048 A2 EP2692048 A2 EP 2692048A2 EP 12718207 A EP12718207 A EP 12718207A EP 2692048 A2 EP2692048 A2 EP 2692048A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sub
electrical energy
connection
converter arrangement
module
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12718207.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Holger Leu
Andreja Rasic
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2692048A2 publication Critical patent/EP2692048A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J4/00—Circuit arrangements for mains or distribution networks not specified as ac or dc
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
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    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
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    • H02M7/49—Combination of the output voltage waveforms of a plurality of converters
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    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
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    • H02M7/72—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/79—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/797—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Definitions

  • the invention relates to a converter arrangement having at least one alternating voltage terminal to which can be fed or removed a roller ⁇ current, in and at least one DC voltage connection, to which is fed a direct current or removed.
  • Such an inverter arrangement is known from the publication "An innovative Modular Multilevel Converter Topology Suitable for Wide Power Range" (A. Lesnicar and R. Marquardt, 2003 IEEE Bologna Power Tech Conference, June 23-26, 2003, Bologna, Italy). known.
  • This previously known converter arrangement is a so-called Marquardt converter arrangement, which comprises at least two series circuits connected in parallel, the outer terminals of which form DC voltage connections of the converter arrangement.
  • Each of the parallel-connected series circuits each comprises at least two series-connected sub-modules, each comprising at least two switches and a capacitor.
  • the voltage level at the DC voltage connections can be adjusted.
  • the invention has for its object to provide a Umrichteran ⁇ order, which is particularly universally applicable.
  • the invention provides that at least one of the sub-modules has a connection, taken at the electrical energy from the sub-module or electrical energy is fed into the sub-module or can be.
  • a significant advantage of the converter arrangement according to the invention is that it - in contrast tossen ⁇ known inverter arrangements - has additional connections where energy can be removed or energy can be fed. This makes it possible to use the inverter assembly in technical systems particularly versatile.
  • the converter arrangement according to the invention can be used for distributing electrical energy, that is to say as a type of energy distribution system or as part of a complex energy distribution system.
  • the sub-modules of the converter arrangement OF INVENTION ⁇ to the invention can be spatially distributed, for example, over an entire urban area, and local sampling and / or the feed points Energyverteilstrom for removal and / or for feeding electric energy form.
  • each of the pa ⁇ rallel-connected series circuits each having connection an intermediate which is in terms of potential between two Operamo ⁇ dulen the respective series circuit, and each intermediate connection each forms one of the AC terminals.
  • the at least one submodule is preferably equipped with a submodule-individual converter which is connected with its DC voltage connection to the capacitor of the sub ⁇ module.
  • a connection of the partial module-specific transformer forms the connection or one of the connections of the submodule, at which electrical energy, in the form of alternating current, is taken from the submodule or fed into the submodule can.
  • an alternating voltage terminal of the part-module-inverter forms the connection or one of the terminals of the sub-module to which electrical ⁇ specific energy, in the form of alternating current, taken from the sub-module or sub-module are fed can.
  • a connection of the partial module-specific capacitor forms the connection or one of the connections of the submodule, at which electrical energy, in the form of direct current, can be taken from the submodule or fed into the submodule.
  • the inverter arrangement operates in multi-phase, z. B. three-phase, and comprises per phase at least one series circuit with in each case at least two switched in series ⁇ submodules.
  • the invention also relates to a power distribution system for supplying a ⁇ coverage area with electrical power, wherein the Energyverteilstrom comprises at ⁇ least one connection for supplying electrical energy and a plurality of ports for withdrawal of the applied electrical energy.
  • the Energy distribution Anlvesge for feeding the electrical energy through a connection of the converter arrangement and at least a subset of the terminals of the power distribution system for removing the ⁇ fed electrical energy is formed by connections of the submodule of the inverter assembly.
  • the submodules are locally distributed via the supply area to be supplied by the energy distribution system with electrical energy. This makes it possible to provide relatively large coverage areas at ⁇ play as all urban areas, with the help of sub-modules with electrical energy.
  • a wind farm with a plurality of wind generators and a converter arrangement - as described above - is considered.
  • the wind generators are preferably each connected to a submodule of the converter arrangement.
  • a method of operating a converter arrangement as described above is also considered.
  • electrical energy is taken from the submodule or electrical energy is fed into the submodule at a connection of at least one of the submodules.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of an inventive device
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a three-phase converter arrangement 10. This includes change ⁇ voltage terminals W10 for feeding AC power. In addition, it is equipped with a DC side G10 out ⁇ equips that holds two Gleichspannunsan realise GLOA and glob to ⁇ .
  • the converter arrangement 10 has three parallel-connected series circuits R1, R2 and R3, whose external terminals RH, R21 and R31 are connected to the DC voltage terminal GlOa.
  • the outer terminals R12, R22 and R32 are connected to the DC voltage terminal GlOb the Gleichspan ⁇ tion side G10 in combination. In other words, therefore, form the outer terminals of the three series circuits Rl, R2 and R3, the DC voltage side G10 of the inverter assembly 10.
  • Each of the three series circuits Rl, R2 and R3 are each equipped with six series-connected submodules T and two Indukti ⁇ vities D.
  • each of the partial modules T has two each
  • Switches Sl and S2 a capacitor C to a converter U and a transformer TR.
  • the high voltage side of the Transformer TR is connected to the AC side of Um ⁇ judge U.
  • connection contacts of the capacitor C of the submodule T form a first terminal AI of the submodule, at which electrical energy can be taken from the submodule T or fed into the submodule T.
  • DC current can be fed or removed at the first terminal AI.
  • the AC voltage connections or the AC voltage side of the converter U form a second connection A2, at which electrical energy can be taken from the submodule T or fed into the submodule T. Alternating current can be fed or removed at the second connection A2.
  • a third terminal A3 for supplying and / or extracting electrical energy is formed by the Transformatoran- ⁇ ge circuit on the low voltage side of the transformer TR. Alternating current can be fed or removed at the third connection A3.
  • the converter arrangement 10 allows the converter arrangement 10 on ⁇ due to the configuration of the component modules T, at each of the terminals Al, A2 and / or A3 of each sub-module T electric see energy to remove or civilspei electrical energy ⁇ sen.
  • the converter arrangement 10 can thus be used as Energyverteil ⁇ system.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a Energyverteilstrom 100 is shown by way of example, which is formed by an order ⁇ inverter assembly 10, as explained in connection with Figure 1.
  • the energy distribution system 100 has a connection W10 for supplying electrical energy.
  • this connection W10 is formed by the three AC voltage connections W10 of the converter arrangement 10.
  • the Energyverteilstrom 100 furthermore has a plurality ⁇ number of ports A101 to A118, which are suitable for extraction and / or for supplying electrical power. These ports A101 to A118 are spatially distributed over a large local coverage area VG, such as a city landscape ⁇ .
  • a large local coverage area VG such as a city landscape ⁇ .
  • the terminal A101 part of a house 200 which is located in the supply area Ver ⁇ VG.
  • the terminals A107, A108 and A109 are arranged in a small building complex 210 within the service area VG.
  • the terminals AHO, Alll and A112 belong to a power plant 220, which supplies the local supply area VG with electrical energy.
  • the ports A113 to A118 are assigned to a large building complex 230, which is also located within theéessge ⁇ Biets VG.
  • Each of the aforementioned connections A101 to A118 of the energy distribution system 100 is formed by one or more of the connections AI, A2 and / or A3 of one of the submodules T (see FIG. 1), as has been explained in detail in connection with FIG. In other words, it is thus possible to extract electrical energy from each of the terminals A101 to A118 or to supply electrical energy by drawing or feeding energy to one or more of the terminals AI, A2 and / or A3 of each submodule T.
  • the actuation of the switches S 1 and S 2 of the submodules T is preferably carried out by a central control station which, for the sake of clarity, is not shown in FIGS. 1 and 2.
  • Micro-networks a formation of a powerful medium or high voltage coupling (DC voltage and AC voltage are possible),
  • the converter arrangement 10 according Fi ⁇ gur 1 and the Energyverteilstrom 100 can provide many de ⁇ central small units spread over a large area.
  • individual houses in a narrower or wider urban area can be coupled via the submodules to the medium or high voltage and supplied with low voltage.
  • various power distribution systems 100 can be connected to one another via their AC voltage connections W10.
  • the advantage here is that there is no significant increase in the short-circuit power.
  • the Umrichteran extract or the energy distribution can be formed thereby verkop ⁇ pelt using the DC voltage connections to one another.
  • a central switchgear is preferably installed in the network, which can control the overall arrangement.
  • the Umricht worn 10 according to Figure 1 as well as the Energyverteilstrom 100 according to Figure 2 can also be used to couple who ⁇ , wind power turbines of wind farms with each other.
  • Energyverteilstrom 100 according to Figu ⁇ ren 1 and 2 are each a wind turbine connected to a ⁇ the each part of the module Umrichteran ⁇ order 10th
  • Such a connection can over the turbine-own AC / DC converter, which is connected to the capacitor C of the respective submodule T.
  • the filter effort in feeding in the electrical energy generated by the wind turbines can be kept very small, so that converters with very simple topology and very simple valves (eg in the form of thyristor converters) can be used as the turbine's own AC / DC converters.
  • a diode rectifier can be used. It is also conceivable to dispense with a transformer between the turbine-own AC / DC converter and the respective wind power generator. Also, when feeding into the sub-module T no fixed feed frequency must be specified or maintained, because each wind turbine can be operated at its own frequency. It is also possible in a very simple manner to throw off individual wind turbines in the event of a fault, since the submodules can work independently of the operating points of the individual generators.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich u. a. auf eine Umrichteranordnung (10) mit zumindest einem Wechselspannungsanschluss (W10), an dem ein Wechselstrom eingespeist oder entnommen werden kann, und zumindest einem Gleichspannungsanschluss (G10, G10b), an dem ein Gleichstrom eingespeist oder entnommen werden kann, wobei die Umrichteranordnung zumindest zwei parallel geschaltete Reihenschaltungen (R1, R2, R3) umfasst, deren äußere Anschlüsse (R11 R21, R31, R12, R22, R32) Gleichspannungsanschlüsse (G10a, G10b) der Umrichteranordnung bilden, und wobei jede der parallel geschalteten Reihenschaltungen jeweils mindestens zwei in Reihe geschaltete Teilmodule (T) umfasst, die jeweils mindestens zwei Schalter (S) und einen Kondensator (C) umfassen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zumindest eines der Teilmodule einen Anschluss (A1, A2, A3) aufweist, an dem elektrische Energie aus dem Teilmodul (T) entnommen oder elektrische Energie in das Teilmodul eingespeist werden kann.

Description

Beschreibung
Umrichteranordnung Die Erfindung bezieht sich auf eine Umrichteranordnung mit zumindest einem Wechselspannungsanschluss , an dem ein Wech¬ selstrom eingespeist oder entnommen werden kann, und zumindest einem Gleichspannungsanschluss , an dem ein Gleichstrom eingespeist oder entnommen werden kann.
Eine derartige Umrichteranordnung ist aus der Druckschrift "An Innovative Modular Multilevel Converter Topology Suitable for Wide Power Range" (A. Lesnicar und R. Marquardt, 2003 IEEE Bologna Power Tech Conference, 23.-26. Juni 2003, Bo- logna, Italien) bekannt. Bei dieser vorbekannten Umrichteranordnung handelt es sich um eine sogenannte Marquardt-Umrichteranordnung, die zumindest zwei parallel geschaltete Reihenschaltungen umfasst, deren äußere Anschlüsse Gleichspannungsanschlüsse der Umrichteranordnung bilden. Jede der parallel geschalteten Reihenschaltungen umfasst jeweils mindestens zwei in Reihe geschaltete Teilmodule, die jeweils mindestens zwei Schalter und einen Kondensator umfassen.
Durch eine geeignete Ansteuerung der Schalter lässt sich das Spannungsniveau an den Gleichspannungsanschlüssen einstellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Umrichteran¬ ordnung anzugeben, die besonders universell einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Umrichteranord- nung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Umrichteranordnung sind in Unteransprüchen angegeben.
Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zumindest eines der Teilmodule einen Anschluss aufweist, an dem elektrische Energie aus dem Teilmodul entnommen oder elektrische Energie in das Teilmodul eingespeist wird oder werden kann. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Umrichteranordnung besteht darin, dass diese - im Unterschied zu vorbe¬ kannten Umrichteranordnungen - zusätzliche Anschlüsse aufweist, an denen Energie entnommen oder Energie eingespeist werden kann. Dies ermöglicht es, die Umrichteranordnung in technischen Anlagen besonders vielseitig einzusetzen. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Umrichteranordnung zum Verteilen elektrischer Energie, also als eine Art Energieverteilanlage oder als ein Bestandteil einer komplexen Energie- Verteilanlage, eingesetzt werden. Die Teilmodule der erfin¬ dungsgemäßen Umrichteranordnung können räumlich verteilt werden, beispielsweise über ein ganzes Stadtgebiet, und lokale Entnahme- und/oder Einspeisestellen der Energieverteilanlage zur Entnahme und/oder zur Einspeisung elektrischer Energie bilden.
Hinsichtlich der Wechselspannungsanschlüsse der Umrichteranordnung wird es als vorteilhaft angesehen, wenn jede der pa¬ rallel geschalteten Reihenschaltungen jeweils einen Zwischen- anschluss aufweist, der potentialmäßig zwischen zwei Teilmo¬ dulen der jeweiligen Reihenschaltung liegt, und jeder Zwi- schenanschluss jeweils einen der Wechselspannungsanschlüsse bildet . Zur Umwandlung von Gleichspannung in Wechselspannung und umgekehrt ist das zumindest eine Teilmodul vorzugsweise mit einem teilmodulindividuellen Umrichter ausgestattet, der mit seinem Gleichspannungsanschluss an den Kondensator des Teil¬ moduls angeschlossen ist.
Um eine weitere Spannungsumsetzung bei der Entnahme und/oder der Einspeisung elektrischer Energie in dem Teilmodul zu ermöglichen, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn dieses einen teilmodulindividuellen Transformator aufweist, der an die Wechselspannungsseite des teilmodulindividuellen Umrich¬ ters des Teilmoduls angeschlossen ist. Gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der Umrichteranordnung ist vorgesehen, dass ein Anschluss des teilmodulin- dividuellen Transformators den Anschluss oder einen der Anschlüsse des Teilmoduls bildet, an dem elektrische Energie, und zwar in Form von Wechselstrom, aus dem Teilmodul entnommen oder in das Teilmodul eingespeist werden kann.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung der Umrichteranordnung ist vorgesehen, dass ein Wechselspannungsanschluss des teilmodulindividuellen Umrichters den Anschluss oder einen der Anschlüsse des Teilmoduls bildet, an dem elektri¬ sche Energie, und zwar in Form von Wechselstrom, aus dem Teilmodul entnommen oder in das Teilmodul eingespeist werden kann .
Gemäß einer dritten bevorzugten Ausgestaltung der Umrichteranordnung ist vorgesehen, dass ein Anschluss des teilmodulindividuellen Kondensators den Anschluss oder einen der Anschlüsse des Teilmoduls bildet, an dem elektrische Energie, und zwar in Form von Gleichstrom, aus dem Teilmodul entnommen oder in das Teilmodul eingespeist werden kann.
Vorzugsweise arbeitet die Umrichteranordnung mehrphasig, z. B. dreiphasig, und umfasst pro Phase mindestens eine Rei- henschaltung mit jeweils mindestens zwei in Reihe geschalte¬ ten Teilmodulen.
Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf eine Energie¬ verteilanlage zur Versorgung eines Versorgungsgebietes mit elektrischer Energie, wobei die Energieverteilanlage zumin¬ dest einen Anschluss zum Einspeisen elektrischer Energie und eine Vielzahl an Anschlüssen zur Entnahme der eingespeisten elektrischen Energie aufweist. Bezüglich einer solchen Energieverteilanlage wird es als vor¬ teilhaft angesehen, wenn die Energieverteilanlage eine Um¬ richteranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche aufweist, wobei der zumindest eine Anschluss der Energieverteil- anläge zum Einspeisen der elektrischen Energie durch einen Anschluss der Umrichteranordnung und zumindest eine Teilmenge der Anschlüsse der Energieverteilanlage zur Entnahme der ein¬ gespeisten elektrischen Energie durch Anschlüsse der Teilmo- dule der Umrichteranordnung gebildet wird.
Bezüglich der Vorteile der erfindungsgemäßen Energieverteilanlage sei auf die oben erläuterten Vorteile der erfindungs¬ gemäßen Umrichteranordnung verwiesen, da die Vorteile der er- findungsgemäßen Umrichteranordnung denen der erfindungsgemäßen Energieverteilanlage im Wesentlichen entsprechen.
Als vorteilhaft wird es als angesehen, wenn die Teilmodule über das von der Energieverteilanlage mit elektrischer Ener- gie zu versorgende Versorgungsgebiet lokal verteilt sind. Dies ermöglicht es, relativ große Versorgungsgebiete, bei¬ spielsweise ganze Stadtgebiete, mit Hilfe der Teilmodule mit elektrischer Energie zu versorgen. Als Erfindung wird auch ein Windpark mit einer Vielzahl an Windgeneratoren und einer Umrichteranordnung - wie sie oben beschrieben ist - angesehen. Die Windgeneratoren sind vorzugsweise jeweils an ein Teilmodul der Umrichteranordnung angeschlossen .
Als Erfindung wird auch ein Verfahren zum Betreiben einer Umrichteranordnung, wie sie oben beschrieben ist, angesehen. Erfindungsgemäß wird an einem Anschluss zumindest eines der Teilmodule elektrische Energie aus dem Teilmodul entnommen oder elektrische Energie in das Teilmodul eingespeist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie¬ len näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft: Figur 1 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße
Umrichteranordnung und Figur 2 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße
Energieverteilanlage, die mit einer erfindungsge¬ mäßen Umrichteranordnung ausgestattet ist. In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet .
In der Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel für eine dreipha- sige Umrichteranordnung 10 gezeigt. Diese umfasst Wechsel¬ spannungsanschlüsse W10 zum Einspeisen von Wechselstrom. Darüber hinaus ist sie mit einer Gleichspannungseite G10 ausge¬ stattet, die zwei Gleichspannunsanschlüsse GlOa und GlOb um¬ fasst .
Die Umrichteranordnung 10 weist drei parallel geschaltete Reihenschaltungen Rl, R2 und R3 auf, deren äußere Anschlüsse RH, R21 und R31 mit dem Gleichspannungsanschluss GlOa in Verbindung stehen. Die äußeren Anschlüsse R12, R22 und R32 stehen mit dem Gleichspannungsanschluss GlOb der Gleichspan¬ nungsseite G10 in Verbindung. Mit anderen Worten bilden also die äußeren Anschlüsse der drei Reihenschaltungen Rl, R2 und R3 die Gleichspannungsseite G10 der Umrichteranordnung 10. Jede der drei Reihenschaltungen Rl, R2 und R3 ist jeweils mit sechs in Reihe geschalteten Teilmodulen T sowie zwei Indukti¬ vitäten D ausgestattet. Jeweils zwischen den zwei Induktivitäten D befindet sich ein Zwischenanschluss Z, der potential¬ mäßig zwischen den in der Figur 1 oberen drei Teilmodulen und den in Figur 1 unteren drei Teilmodulen liegt und einen der drei Wechselspannungsanschlüsse W10 der Umrichteranordnung 10 bildet .
In der Figur 1 lässt sich darüber hinaus beispielhaft der Aufbau der Teilmodule T erkennen. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 weist jedes der Teilmodule T jeweils zwei
Schalter Sl und S2, einen Kondensator C einen Umrichter U sowie einen Transformator TR auf. Die Oberspannungsseite des Transformators TR ist an die Wechselspannungsseite des Um¬ richters U angeschlossen.
Die Anschlusskontakte des Kondensators C des Teilmoduls T bilden einen ersten Anschluss AI des Teilmoduls, an dem elektrische Energie aus dem Teilmodul T entnommen oder in das Teilmodul T eingespeist werden kann. An dem ersten Anschluss AI kann Gleichstrom eingespeist oder entnommen werden. Die Wechselspannungsanschlüsse bzw. die Wechselspannungsseite des Umrichters U bilden einen zweiten Anschluss A2, an dem elektrische Energie aus dem Teilmodul T entnommen oder in das Teilmodul T eingespeist werden kann. An dem zweiten Anschluss A2 kann Wechselstrom eingespeist oder entnommen werden.
Ein dritter Anschluss A3 zum Einspeisen und/oder zur Entnahme von elektrischer Energie wird durch den Transformatoran- schluss auf der Unterspannungsseite des Transformators TR ge¬ bildet. An dem dritten Anschluss A3 kann Wechselstrom einge- speist oder entnommen werden.
Zusammengefasst ermöglicht es die Umrichteranordnung 10 auf¬ grund der Ausgestaltung der Teilmodule T, an jedem der Anschlüsse AI, A2 und/oder A3 eines jeden Teilmoduls T elektri- sehe Energie zu entnehmen oder elektrische Energie einzuspei¬ sen. Die Umrichteranordnung 10 kann somit als Energieverteil¬ anlage eingesetzt werden.
In der Figur 2 ist beispielhaft ein Ausführungsbeispiel für eine Energieverteilanlage 100 dargestellt, die durch eine Um¬ richteranordnung 10, wie sie im Zusammenhang mit der Figur 1 erläutert wurde, gebildet ist.
Die Energieverteilanlage 100 weist einen Anschluss W10 zum Einspeisen elektrischer Energie auf. Dieser Anschluss W10 wird bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 2 durch die drei Wechselspannungsanschlüsse W10 der Umrichteranordnung 10 gebildet . Die Energieverteilanlage 100 weist darüber hinaus eine Viel¬ zahl von Anschlüssen A101 bis A118 auf, die zur Entnahme und/oder zum Einspeisen elektrischer Energie geeignet sind. Diese Anschlüsse A101 bis A118 sind räumlich über ein großes lokales Versorgungsgebiet VG, wie beispielsweise einem Stadt¬ gebiet, verteilt. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 gehört der Anschluss A101 zu einem Haus 200, das in dem Ver¬ sorgungsgebiet VG befindlich ist. Die Anschlüsse A107, A108 und A109 sind in einem kleinen Gebäudekomplex 210 innerhalb des Versorgungsgebiets VG angeordnet. Die Anschlüsse AHO, Alll und A112 gehören zu einem Kraftwerk 220, das das lokale Versorgungsgebiet VG mit elektrischer Energie versorgt. Die Anschlüsse A113 bis A118 sind einem großen Gebäudekomplex 230 zugewiesen, der sich ebenfalls innerhalb des Versorgungsge¬ biets VG befindet.
Jeder der genannten Anschlüsse A101 bis A118 der Energieverteilanlage 100 wird durch einen oder mehrere der Anschlüsse AI, A2 und/oder A3 eines der Teilmodule T (vgl. Figur 1) gebildet, wie dies im Zusammenhang mit der Figur 1 im Detail erläutert worden ist. Mit anderen Worten ist es also möglich, an jedem der Anschlüsse A101 bis A118 elektrische Energie zu entnehmen oder elektrische Energie einzuspeisen, indem an einen oder mehrere der Anschlüsse AI, A2 und/oder A3 eines jeden Teilmoduls T Energie entnommen oder eingespeist wird.
Die Ansteuerung der Schalter Sl und S2 der Teilmodule T erfolgt vorzugsweise durch eine zentrale Leitstelle, die der Übersicht halber in den Figuren 1 und 2 nicht gezeigt ist.
Zusammengefasst ermöglichen die Umrichteranordnung 10 gemäß Figur 1 sowie die Energieverteilanlage 100 gemäß Figur 2 bei¬ spielsweise :
- eine Anbindung von dezentralen Einspeiseeinheiten und
Kleinstnetzen, - eine Bildung einer leistungsstarken Mittel- oder Hochspannungsankopplung (Gleichspannung und Wechselspannung sind möglich) ,
- eine übergeordnete Regelung, wodurch ein hochdynamisches Verhalten des Gesamtsystems ermöglicht wird, und
- erweiterte Redundanzfähigkeiten.
Beispielsweise ist es mit der Umrichteranordnung 10 gemäß Fi¬ gur 1 sowie der Energieverteilanlage 100 möglich, viele de¬ zentrale kleine Einheiten zu versorgen, die sich über eine große Fläche verteilen. So können beispielsweise einzelne Häuser in einem engeren oder weiteren Stadtbereich über die Teilmodule an die Mittel- oder Hochspannung angekoppelt und mit Niederspannung versorgt werden.
Darüber hinaus ist auch eine Verkopplung mehrerer Umrichteranordnungen bzw. mehrerer Energieverteilanlagen möglich. So können beispielsweise verschiedene Energieverteilanlagen 100, wie sie in der Figur 2 gezeigt sind, über ihre Wechselspannungsanschlüsse W10 miteinander verbunden werden. Der Vorteil dabei ist, dass es nicht zu einer nennenswerten Erhöhung der Kurzschlussleistung kommt. Alternativ können die Umrichteranordnungen bzw. die dadurch gebildeten Energieverteilanlagen auch über die Gleichspannungsanschlüsse miteinander verkop¬ pelt werden.
Im Falle einer Verkopplung mehrerer Umrichteranordnungen bzw. mehrerer Energieverteilanlagen wird vorzugsweise im Netz eine zentrale Schaltanlage installiert, die die Gesamtanordnung steuern kann.
Die Umrichteinrichtung 10 gemäß Figur 1 sowie die Energieverteilanlage 100 gemäß Figur 2 können auch dazu eingesetzt wer¬ den, Windkraftturbinen von Windparks miteinander zu koppeln. Beispielsweise kann an ein jedes Teilmodul der Umrichteran¬ ordnung 10 bzw. der Energieverteilanlage 100 gemäß den Figu¬ ren 1 und 2 jeweils eine Windkraftturbine angeschlossen wer¬ den. Ein solcher Anschluss kann über den turbineneigenen AC/DC-Umrichter erfolgen, der an den Kondensator C des jeweiligen Teilmoduls T angeschlossen wird. Der Filteraufwand bei der Einspeisung der von den Windkraftturbinen erzeugten elektrischen Energie kann dabei sehr klein gehalten werden, so dass als turbineneigene AC/DC-Umrichter Umrichter mit sehr einfacher Topologie und sehr einfachen Ventilen (z. B. in Form von Thyristorumrichtern) einsetzbar sind. Im einfachsten Fall kann beispielsweise ein Diodengleichrichter verwendet werden. Auch ist es denkbar, auf einen Transformator zwischen dem turbineneigenen AC/DC-Umrichter und dem jeweiligen Wind- kraftgenerator zu verzichten. Auch muss beim Einspeisen in das Teilmodul T keine feste Einspeisefrequenz vorgegeben oder eingehalten werden, denn jede Windkraftturbine kann mit ihrer eigenen Frequenz betrieben werden. Auch ist es in sehr einfa- eher Weise möglich, einzelne Windkraftturbinen im Fehlerfall abzuwerfen, da die Teilmodule unabhängig von den Betriebspunkten der einzelnen Generatoren arbeiten können.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh- rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .

Claims

Patentansprüche
1. Umrichteranordnung (10) mit zumindest einem Wechselspan- nungsanschluss (W10), an dem ein Wechselstrom eingespeist oder entnommen werden kann, und zumindest einem Gleichspan- nungsanschluss (GlOa, GlOb) , an dem ein Gleichstrom einge¬ speist oder entnommen werden kann,
- wobei die Umrichteranordnung zumindest zwei parallel ge¬ schaltete Reihenschaltungen (Rl, R2, R3) umfasst, deren äußere Anschlüsse (RH, R21, R31, R12, R22, R32) Gleich¬ spannungsanschlüsse (GlOa, GlOb) der Umrichteranordnung bilden, und
- wobei jede der parallel geschalteten Reihenschaltungen jeweils mindestens zwei in Reihe geschaltete Teilmodule (T) umfasst, die jeweils mindestens zwei Schalter (S) und einen
Kondensator (C) umfassen,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
zumindest eines der Teilmodule einen Anschluss (AI, A2, A3) aufweist, an dem elektrische Energie aus dem Teilmodul (T) entnommen oder elektrische Energie in das Teilmodul einge¬ speist werden kann.
2. Umrichteranordnung nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- jede der parallel geschalteten Reihenschaltungen jeweils einen Zwischenanschluss (Z) aufweist, der potentialmäßig zwischen zwei Teilmodulen der jeweiligen Reihenschaltung liegt, und
- jeder Zwischenanschluss jeweils einen der Wechselspannungs- anschlüsse (W10) bildet.
3. Umrichteranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
zumindest eines der Teilmodule (T) einen teilmodulindividuel- len Umrichter (U) aufweist, der mit seiner Gleichspannungs¬ seite an den Kondensator (C) des Teilmoduls angeschlossen ist .
4. Umrichteranordnung nach Anspruch 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
das zumindest eine Teilmodul (T) einen teilmodulindividuellen Transformator (TR) aufweist, der an den teilmodulindividuel¬ len Umrichter (U) des Teilmoduls angeschlossen ist.
5. Umrichteranordnung nach Anspruch 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
ein Anschluss des teilmodulindividuellen Transformators (TR) einen Anschluss (A3) bildet, an dem elektrische Energie, und zwar in Form von Wechselstrom, aus dem Teilmodul (T) entnommen oder in das Teilmodul eingespeist werden kann.
6. Umrichteranordnung nach Anspruch 3, 4 oder 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
ein Anschluss des teilmodulindividuellen Umrichters einen Anschluss (A2) bildet, an dem elektrische Energie aus dem Teil¬ modul entnommen oder in das Teilmodul (T) eingespeist werden kann.
7. Umrichteranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
ein Anschluss des teilmodulindividuellen Kondensators (C) einen Anschluss (AI) bildet, an dem elektrische Energie, und zwar in Form von Gleichstrom, aus dem Teilmodul (T) entnommen oder in das Teilmodul eingespeist werden kann.
8. Umrichteranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Umrichteranordnung mehrphasig arbeitet und pro Phase min¬ destens eine Reihenschaltung mit jeweils mindestens zwei in Reihe geschalteten Teilmodulen (T) umfasst.
9. Energieverteilanlage (100) zur Versorgung eines Versor¬ gungsgebietes mit elektrischer Energie, wobei die Energiever- teilanlage zumindest einen Anschluss (E100) zum Einspeisen elektrischer Energie und eine Vielzahl an Anschlüssen zur Entnahme der eingespeisten elektrischen Energie aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die Energieverteilanlage eine Umrichteranordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche aufweist, wobei
- der zumindest eine Anschluss der Energieverteilanlage zum Einspeisen der elektrischen Energie durch einen Anschluss der Umrichteranordnung (W10) und zumindest eine Teilmenge der Anschlüsse der Energieverteilanlage zur Entnahme der eingespeisten elektrischen Energie durch Anschlüsse (AI, A2, A3) der Teilmodule (T) der Umrichteranordnung (10) gebildet wird.
10. Energieverteilanlage nach Anspruch 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Teilmodule (T) über das von der Energieverteilanlage (100) mit elektrischer Energie zu versorgende Versorgungsge¬ biet (VG) lokal verteilt sind.
11. Anordnung mit einer Umrichteranordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche 1-8 und einer Vielzahl an Windgeneratoren, die jeweils an eines der Teilmodule (T) der Umrichteranordnung (10) angeschlossen sind.
12. Verfahren zum Betreiben einer Umrichteranordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
an einem Anschluss (AI, A2, A3) zumindest eines der Teilmo- dule elektrische Energie aus dem Teilmodul (T) entnommen oder elektrische Energie in das Teilmodul eingespeist wird.
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