EP3791466A1 - Modularer mehrpunktumrichter mit modularen speichereinheiten - Google Patents

Modularer mehrpunktumrichter mit modularen speichereinheiten

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Publication number
EP3791466A1
EP3791466A1 EP18740149.2A EP18740149A EP3791466A1 EP 3791466 A1 EP3791466 A1 EP 3791466A1 EP 18740149 A EP18740149 A EP 18740149A EP 3791466 A1 EP3791466 A1 EP 3791466A1
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EP
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converter
energy storage
voltage
modules
arrangement
Prior art date
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Application number
EP18740149.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hubert Rubenbauer
German KUHN
Oliver Kuhn
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a converter arrangement with a converter with a plurality of converter valves, each having a plurality of semiconductor switches, and with an energy storage branch which is arranged in parallel with at least one of the converter valves.
  • a concept for using active energy-storing energy stores in cooperation with modular multi-stage converters is known from the international patent application with the file number PCT / EP2018 / 051556.
  • a storage arrangement is provided on the DC side of the modular multi-stage converter, which is arranged in the so-called double star topology and is connected on the AC side to an AC voltage network.
  • the storage arrangement comprises a plurality of series connections of energy storage elements connected in parallel.
  • the modular multi-stage converter described there comprises converter valves, each with a series connection of switching modules.
  • the converter valves can, for example, be connected to one another in a delta or star point circuit and connected to an AC voltage network.
  • On the switch modules are each connected to the switch module's own memory modules.
  • the object of the invention is a proper
  • the energy storage branch comprises voltage converter modules and energy storage modules assigned to them, the voltage converter modules being connected on the input side in the series circuit to one another and on the output side to the respectively assigned energy storage module.
  • the energy storage branch accordingly extends in parallel to the at least one converter valve.
  • the converter valves can extend, for example in a delta circuit, in each case between two AC voltage connections of the converter for connection to an AC voltage network.
  • the converter extends between a first and a second DC voltage pole, the energy storage branch also extending parallel to the converter between the two DC voltage poles.
  • the converter has at least one phase branch, the phase branch extending between the first and the second direct voltage pole and comprising an alternating voltage connection for connecting to a phase line of an alternating voltage network and a first and a second converter valve, a first
  • Converter valve between the first DC voltage pole and the AC voltage connection and a second converter valve between the AC voltage connection is arranged around the second DC voltage pole.
  • the energy storage branch extends here on the DC side of the converter between the DC poles.
  • An example of such configurations is the stabilization of the AC network.
  • the converter has a first and as a DC-DC converter a second DC voltage side, wherein the energy storage branch extends parallel to one of the DC voltage sides. This is conceivable, for example, when connecting PV modules to a DC circuit.
  • the energy storage branch accordingly extends to the
  • the converter is generally a popular converter which, in its multiphase configuration, that is to say with a plurality of phase branches between the DC voltage poles, forms a double star arrangement.
  • the energy storage branch can only be connected indirectly to the AC voltage network via the converter, and thus does not include its own AC voltage connection for connecting to the AC voltage network.
  • Each voltage converter module is inserted on the input side into the series circuit and connected on the output side to the energy storage module assigned to it.
  • Each of the voltage converter modules corresponds to one DC / DC converter.
  • the voltage converter module is set up to convert an input-side voltage into an output-side voltage at the associated energy storage module, or vice versa.
  • An advantage of the invention compared to the memory modules integrated in switching modules of the converter is that the energy storage branch can be easily and flexibly connected to different converter systems without the converter having to be specially adapted.
  • the energy storage branch can therefore have a design and an independent control that are independent of the converter.
  • Another advantage is that the energy storage branch is separated or decoupled from the AC voltage side of the converter, if the converter is connected to an AC voltage network. In this way, the energy storage branch is not directly affected in the event of faults on the alternating voltage side.
  • Another advantage of the invention is the connection of the individual energy storage modules via the
  • Converter arrangement can be used flexibly. In contrast, this flexibility would be severely limited in a series connection directly with each other connected energy storage, for example by different current carrying capacities of different types of energy storage.
  • An additional advantage of the invention is the simple maintenance of individual energy storage modules without the entire energy storage branch having to be taken out of operation.
  • the voltage converter module can be bridged on the input side or on the output side by means of a suitable bridging device, for example a bridging switch.
  • the converter arrangement can also comprise a plurality of energy storage branches, each of which is arranged parallel to one another between the DC voltage poles.
  • the energy storage branches can have a similar structure.
  • the energy storage modules can each comprise one or more energy stores. In the case of several energy stores, these can be connected to one another in an electrical parallel connection.
  • the converter arrangement preferably further comprises an independent control unit for regulating the energy consumption and energy withdrawal of the energy storage modules of the energy storage branch.
  • the control unit is, in particular, independent of the converter control, and accordingly allows its own control and regulation of the energy consumption and energy consumption of the energy storage modules.
  • the control unit in particular allows control of controllable switches of the voltage wall ler and energy storage modules that are independent of the converter control. So that is the flexibility of the whole
  • Converter arrangement further increased.
  • a control unit for regulating the voltage converter and energy storage modules of all energy storage branches can be provided, or each of the energy storage units can be assigned its own independent control unit.
  • Control unit can additionally be provided to coordinate the regulation unit and a converter regulation provided for regulating the converter.
  • the voltage converter modules are connected on the input side in the series circuit to one another and on the output side to the respectively assigned energy storage module. With this arrangement, the energy storage modules can be easily serviced or serviced in the event of a fault
  • Voltage converter modules each have at least four semiconductor switches that can be switched off and an intermediate circuit capacitor.
  • the DC link capacitor provides a DC link in the voltage converter module.
  • the semiconductor switches are suitably set up to connect the intermediate circuit capacitor on the input side of the
  • the energy storage module is expediently connected to the voltage converter in such a way that the energy storage module by means of one of the semiconductor switches of the
  • Voltage converter module can be bridged.
  • At least a first and a second semiconductor switch of the energy storage module are connected to the intermediate circuit capacitor in a half-bridge circuit.
  • the intermediate circuit capacitor is connected to the semiconductor switches in such a way that Conclusions, for example the inputs of the
  • Voltage converter module a voltage can be generated that speaks ent of the intermediate circuit capacitor voltage or a zero voltage.
  • the half-bridge circuit has the advantage of relatively low electrical losses in its operation.
  • a third semiconductor switch and a parallel circuit comprising a fourth semiconductor switch and the energy storage module are arranged in parallel with the intermediate circuit capacitor.
  • the energy storage module can thus be bridged by means of the fourth semiconductor switch.
  • Voltage converter module can be connected directly. This simplifies the structure of the modules. In addition, the connection can be used, for example, to ground the components together.
  • Voltage converter module and the energy storage module galvanically isolated.
  • the energy storage module can be connected to earth potential, so that no special protective measures with regard to higher voltage levels have to be taken.
  • the galvanic isolation can be provided, for example, inductively, in particular by means of a transformer.
  • An electrical connection between the voltage converter module and the energy storage module can expediently be disconnectable by means of at least one locking switch.
  • insulation coordination can also be achieved in a non-insulating version.
  • the at least one locking switch ter be opened so that there is an electrical interruption.
  • a grounding device is preferably provided for grounding the energy storage module.
  • the energy storage module can be set to earth potential as the reference potential.
  • the energy storage of the energy storage module is preferably a supercapacitor, a battery, a flywheel storage or the like.
  • the choice of an energy store for the energy storage module can be based on the topology of the
  • Converter arrangement can be made flexibly and adapted to the respective application.
  • a constellation is possible in which a first energy storage module can only be used to store energy and not to withdraw electrical energy.
  • One example is the use of an electrolyser.
  • Converter arrangement different energy storage modules with energy storage different storage characteristics.
  • different storage characteristics e.g. short and long-term storage or energy storage with high and low outputs
  • This can result in an overall characteristic through which the converter arrangement can serve different functionalities, such as e.g. Frequency support through short, high active power provision, day / night compensation with significantly longer but lower storage capacities.
  • the converter is suitably a modular multi-stage converter.
  • the basic structure of a modular multi-stage converter comprises two converter arms per phase branch, each of which extends between one of the DC voltage poles and the AC voltage connection. Every converter arm holds a series connection of two-pole switching modules.
  • Commonly used switch module types are switch modules in half-bridge circuit or in full-bridge circuit.
  • Each of the switching modules of the modular multi-stage converter can be controlled individually by means of a control device.
  • a voltage drop across one of the converter arms is equal to the sum of voltages drop across the associated switching modules.
  • a particularly advantageous step-shaped converter voltage can be generated at its AC voltage connection.
  • Voltage converter module and the associated energy storage each have a separate housing. This arrangement advantageously facilitates the maintenance of the converter arrangement. Their modularity is also increased in this way.
  • the invention further relates to an arrangement for providing an active electrical power, the arrangement comprising an energy storage branch having a
  • Converter valve of a converter is connectable.
  • the object of the invention is to provide such an arrangement which can be used as flexibly as possible and is reliable in operation.
  • the energy storage branch comprises voltage converter modules and energy storage modules assigned to them
  • Voltage converter modules are connected on the input side in the series circuit to one another and on the output side to the respectively associated energy storage module.
  • the energy storage branch advantageously enables flexible connection of DC sources and DC sinks (given by the energy storage of the energy storage modules) at low voltage level to a DC circuit at high voltage level.
  • the DC circuit can be formed by a DC voltage side of a converter.
  • the arrangement can expediently be used for exchanging active power with an AC voltage network by means of a converter, the arrangement being connectable, for example, to the DC voltage side of the converter.
  • the invention further relates to a method for stabilizing an AC voltage network.
  • the object of the invention is to provide such a method that can be used as flexibly as possible.
  • the object is achieved in the method of the type in that reactive power and / or active power is fed into the AC voltage network or taken from the AC voltage network by means of a converter arrangement according to the invention.
  • the advantages of the method according to the invention result in particular from the advantages of the converter arrangement according to the invention already described above.
  • electrical power is exchanged between the energy stores of the energy storage modules as required. This enables a recharge between the individual energy stores. This makes energy management very flexible. A reloading within a single energy storage branch as well as a reloading between energy storage branches connected in parallel can be carried out. Energy stores of a first type of energy storage, for example supercapacitors, can thus be recharged from energy stores of a second type of energy storage, for example battery stores, if required.
  • Figure 1 shows a first embodiment of an inventive converter arrangement in a schematic Dar position
  • Figure 2 shows an example of an energy storage branch of the converter arrangement of Figure 1 in a schematic Dar position
  • Figure 3 shows an example of a voltage converter module and an energy storage module in a schematic representation
  • Figure 4 shows a further example of an energy storage branch in a schematic representation.
  • Figure 1 shows a converter arrangement 1. Die
  • Converter arrangement 1 has an AC voltage side with egg nem three-phase AC voltage connection 2 for connecting to an AC voltage network and a DC voltage side with a first DC voltage pole 3 and a second DC voltage pole 4.
  • the converter arrangement 1 comprises an inverter 6, which is three-phase.
  • the converter 6 accordingly has a first phase branch 7a, a second phase branch 7b and a third phase branch 7c. All three phase branches 7a-c extend between the DC voltage poles 3 and 4.
  • Each phase branch 7a-c comprises a first or upper converter valve 8a-c, which is arranged between the first DC voltage pole 3 and the AC voltage connection 2, and a second or lower one
  • Converter valve 9a-c which is arranged between the AC voltage connection and the second DC voltage pole 4.
  • the converter 6 is a modular multi-stage converter.
  • Each of the converter valves 8a-c, 9a-c is designed as a converter arm with a series connection of two-pole switching modules 10.
  • converter arms are arbitrary and adapted to the respective application.
  • the switching modules 10 are designed, for example, as full-bridge circuits or half-bridge circuits which can be switched off semiconductor switches, but other circuit variants are also possible.
  • an arm inductance 11 is also arranged in each of the converter arms.
  • all switching modules 10 are constructed in the same way, but this does not generally have to be the case.
  • the converter arrangement 1 further comprises a first energy storage branch 12.
  • the first energy storage branch 12 extends between the two DC voltage poles 3, 4 on the DC voltage side of the converter 6.
  • voltage converter modules 13 are arranged, which are connected on the input side in a series circuit are. At an exit 14 of each
  • Voltage converter module 13 is connected to an energy storage module 15a-f.
  • the structure of the voltage converter modules 13 and the energy storage modules 15a-f is discussed in more detail in FIG. 2 below.
  • Each of the energy storage modules 15a-f comprises an energy store.
  • the energy storage modules 15a-c can include battery storage
  • the energy storage modules 15d, e each have supercapacitors or ultracaps
  • the energy storage module 15f can be a memory operated by an electrolyzer.
  • the converter arrangement 1 further comprises a second energy storage branch 16.
  • the second energy storage branch 16 extends between the two direct voltage poles 3, 4 on the direct voltage side of the converter 6 and parallel to the first energy storage branch 12.
  • voltage converter modules 13 are arranged are connected to one another in a series connection on the input side. At an exit 14 of each
  • Each of the energy storage modules 15g-l comprises an energy store. Different types of energy storage are used in the second energy storage branch 16.
  • the energy storage modules 15g-j can include battery storage, the energy storage modules 15k a flywheel storage and the energy storage module 151 in turn a battery.
  • the converter arrangement 1 further comprises a control unit 17 for regulating the energy consumption and energy withdrawal of the energy storage modules 15a-l.
  • the control unit 17 can be used, in particular, to switch semiconductor switches
  • FIG. 2 shows an example of an energy storage branch 20, which is one of the energy storage branches 12, 16 of the
  • the energy storage branch 20 comprises a first connection 21 for connecting to a first DC voltage pole and a second connection 22 for connecting to a second DC voltage pole.
  • the energy storage branch 20 further comprises a branch choke 23.
  • Voltage converter modules 24 with an input side 25 and an output side 26.
  • the input side are
  • Voltage converter modules 24 connected to one another in a series circuit. Each is on the output side
  • Voltage converter module 24 is connected to an energy storage module 27 assigned to it by means of locking switches 28a, b.
  • the voltage converter module 24 comprises a first switchable semiconductor switch 31, a second switchable semiconductor switch 32 and an intermediate circuit capacitor 35, which are connected to one another in a half-bridge circuit. Furthermore, the voltage converter module 24 comprises a third semiconductor switch 33 that can be switched off and a fourth semiconductor switch 34 that can be switched off, wherein the energy storage module 27 can be bridged by means of the fourth semiconductor switch 34.
  • the voltage converter module 24 also includes an inductance 36 which is arranged electrically in series with an energy storage 37 of the energy storage module 27.
  • a total energy storage branch voltage UDC can accordingly be in the example shown in the range up to 500 kV.
  • FIG. 3 shows an example of a voltage converter module 40 and an energy storage module 41 in one
  • Voltage converter module 40 and energy storage module 41 are not electrically isolated from one another in their operation.
  • the voltage converter module 40 comprises four semiconductor switches 31-34 in the form of IGBTs, wherein each of the semiconductor switches 31-34 has a free-wheeling diode D connected in anti-parallel. Otherwise, the construction of the voltage converter module 40 corresponds to that of the voltage converter module 24 of FIG. 2, to which reference is hereby made accordingly. The same applies to the construction of the energy storage module 41, the construction of which corresponds to that of the energy storage module 27 in FIG. 2.
  • the voltage converter module 40 and the energy storage module 41 each have their own housing 45 and 46, which can be releasably connected to one another via a first mechanical locking switch 42 and a second mechanical locking switch 43.
  • a grounding switch 44 is provided for grounding the energy storage module 41.
  • the locking switches 42 and 43 are closed, so that an electrical connection is established between the voltage converter module 40 and the energy storage module 41.
  • the earthing switch 44 is open.
  • the locking switches 42 and 43 are open, so that the electrical connection between the
  • Voltage converter module 40 and the energy storage module 41 is separated.
  • the earthing switch 44 is closed.
  • FIG. 4 shows a further example of an energy storage branch 50 which is suitable, for example, for the converter arrangement 1 in FIG. 1.
  • the structure of the energy storage branch 50 largely corresponds to that of the energy storage branch 20 in FIG. 2.
  • the same and similar elements are therefore provided with the same reference numerals, so that only the differences are shown below between the energy storage branches 20 and 50 is in more detail gene.
  • the voltage converter modules 24 of the energy storage branch 50 are arranged in a container 51.
  • the arrangement of the voltage converter modules 24 corresponds to a U-shaped arrangement.
  • the U-shaped arrangement of the voltage converter modules 24 makes it possible to place the container 51 spatially in the middle between the energy storage modules 55.
  • Each of the energy storage modules 55 has its own container housing 52, so that the energy storage modules 55 can be arranged on the outside in arrangements 53, 54 arranged next to and / or one above the other. This facilitates access to the energy storage modules 55 in a maintenance or service case.
  • each of the energy storage modules 55 of the energy storage branch 50 comprises a multiplicity of energy stores 56 which are connected to one another in an electrical parallel connection.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Umrichteranordnung (1) mit einem Umrichter (6) mit mehreren Umrichterventilen (8a-c, 9a-c), die jeweils eine Vielzahl von Halbleiterschaltern aufweisen, sowie mit einem Energiespeicherzweig (12, 16), der parallel zu wenigstens einem der Umrichterventile angeordnet ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Energiespeicherzweig Spannungswandlermodule (13) und Energiespeichermodule (15a-l) umfasst, wobei die Spannungswandlermodule eingangsseitig in einer Reihenschaltung miteinander und ausgangsseitig mit dem jeweils zugeordneten Energiespeichermodul verbunden sind. Ferner betrifft die Erfindung eine Anordnung mit dem Energiespeicherzweig und ein Verfahren zum Stabilisieren eines Wechselspannungsnetzes mittels der Umrichteranordnung.

Description

Beschreibung
MODULARER MEHRPUNKTUMRICHTER MIT MODULAREN SPEICHEREINHEITEN
Die Erfindung betrifft eine Umrichteranordnung mit einem Um richter mit mehreren Umrichterventilen, die jeweils eine Vielzahl von Halbleiterschaltern aufweisen, sowie mit einem Energiespeicherzweig, der parallel zu wenigstens einem der Umrichterventile angeordnet ist.
Die Energiewende und der damit steigende Einsatz volatiler Energieerzeuger führen dazu, dass in elektrischen Energiever sorgungssystemen ein steigender Bedarf nach immer größeren Energiespeicherkapazitäten existiert.
Ein Konzept zur Verwendung von Wirkleistung speichernder Energiespeichern in Zusammenwirkung mit modularen Mehrstufen umrichtern ist aus der internationalen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen PCT/EP2018/051556 bekannt. Gemäß diesem be kannten Konzept ist gleichspannungsseitig des modularen Mehr stufenumrichters, der in der sogenannten Doppelsterntopologie angeordnet und wechselspannungsseitig mit einem Wechselspan nungsnetz verbunden ist, eine Speicheranordnung bereitge stellt. Die Speicheranordnung umfasst eine Vielzahl parallel geschalteter Reihenschaltungen von Energiespeicherelementen. Ein Vorteil dieses Konzeptes liegt in der Möglichkeit einer Einbindung von Energiespeichern mit Gleichstromanschlüssen auf kleinerem Spannungsniveau an Anlagen mit Gleichstroman schlüssen auf höherem Spannungsniveau.
Ein hierzu alternatives Konzept ist in der WO 2016/150466 Al offenbart. Der dort beschriebene modulare Mehrstufenumrichter umfasst Umrichterventile mit jeweils einer Reihenschaltung von Schaltmodulen. Die Umrichterventile können beispielsweise in einer Delta- oder Sternpunktschaltung miteinander verbun den und an ein Wechselspannungsnetz angeschlossen sein. An die Schaltmodule sind jeweils schaltmoduleigene Speichermodu- le angebunden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine artgemäße
Umrichteranordnung vorzuschlagen, die möglichst effizient einsetzbar und möglichst zuverlässig ist.
Die Aufgabe wird bei einer artgemäßen Umrichteranordnung er findungsgemäß dadurch gelöst, dass der Energiespeicherzweig Spannungswandlermodule und ihnen zugeordnete Energiespeicher- module umfasst, wobei die Spannungswandlermodule eingangssei tig in der Reihenschaltung miteinander und ausgangsseitig mit dem jeweils zugeordneten Energiespeichermodul verbunden sind. Der Energiespeicherzweig erstreckt sich demnach in Parallel schaltung zu dem wenigstens einem Umrichterventil. Dabei kön nen sich die Umrichterventile beispielsweise in einer Delta schaltung jeweils zwischen zwei Wechselspannungsanschlüssen des Umrichters zum Verbinden mit einem Wechselspannungsnetz erstrecken. Gemäß einem weiteren Beispiel erstreckt sich der Umrichter zwischen einem ersten und einem zweiten Gleichspan nungspol, wobei der Energiespeicherzweig sich parallel zum Umrichter ebenfalls zwischen den beiden Gleichspannungspolen erstreckt. Zum Beispiel weist der Umrichter wenigstens einen Phasenzweig auf, wobei der Phasenzweig sich zwischen dem ers ten und dem zweiten Gleichspannungspol erstreckt und einen Wechselspannungsanschluss zum Verbinden mit einer Phasenlei tung eines Wechselspannungsnetzes sowie ein erstes und ein zweites Umrichterventil umfasst, wobei ein erstes
Umrichterventil zwischen dem ersten Gleichspannungspol und dem Wechselspannungsanschluss und ein zweites Umrichterventil zwischen dem Wechselspannungsanschluss um dem zweiten Gleich spannungspol angeordnet ist. Der Energiespeicherzweig er streckt sich hierbei gleichspannungsseitig des Umrichters zwischen den Gleichspannungspolen. Eine Anwendung solcher Konfigurationen ist beispielsweise die Stabilisierung des Wechselspannungsnetzes. Gemäß einem hiervon abweichenden Bei spiel weist der Umrichter als DC-DC-Wandler eine erste und eine zweite Gleichspannungsseite auf, wobei der Energiespei cherzweig sich parallel zu einer der Gleichspannungsseiten erstreckt. Dies ist z.B. bei einer Anbindung von PV-Modulen an einen DC-Kreis denkbar. Hierbei ist es beispielsweise mög lich, einen Solarpark direkt mit einem Elektrolysepark zu verbinden, ohne Wechselspannung einzusetzen.
Der Energiespeicherzweig erstreckt sich demnach auf der
Gleichspannungsseite des Umrichters parallel zu dessen Pha senzweig. Der Umrichter ist dabei im Allgemeinen ein belieb ter Umrichter, der in dessen mehrphasiger Ausführung, also mit mehreren Phasenzweigen zwischen den Gleichspannungspolen, eine Doppelsternanordnung ausbildet. Insbesondere ist der Energiespeicherzweig lediglich indirekt über den Umrichter mit dem Wechselspannungsnetz verbindbar, umfasst somit keinen eigenen Wechselspannungsanschluss zum Verbinden mit dem Wech selspannungsnetz. Jedes Spannungswandlermodul ist eingangs seitig in die Reihenschaltung eingefügt und ausgangsseitig mit dem ihm zugeordneten Energiespeichermodul verbunden. Je des Spannungswandlermodul entspricht damit einem DC/DC- Wandler. Das Spannungswandlermodul ist dazu einrichtet, eine eingangsseitige Spannung in eine ausgangsseitige Spannung am zugeordneten Energiespeichermodul, oder umgekehrt, umzuwan deln .
Ein Vorteil der Erfindung gegenüber den in Schaltmodule des Umrichters eingebundenen Speichermodulen liegt darin, dass der Energiespeicherzweig an unterschiedliche Umrichtersysteme einfach und flexibel angeschlossen werden kann, ohne dass der Umrichter speziell angepasst sein muss. Damit kann der Ener giespeicherzweig ein vom Umrichter unabhängiges Design und eine unabhängige Regelung aufweisen. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass der Energiespeicherzweig von der Wechsels pannungsseite des Umrichters, falls der Umrichter mit einem Wechselspannungsnetz verbunden ist, getrennt bzw. entkoppelt ist. Auf diese Weise ist der Energiespeicherzweig bei wech selspannungsseitigen Fehlern nicht direkt betroffen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in der Anbindung der einzelnen Energiespeichermodule über die
Spannungswandlermodule . Auf diese Weise können Energiespei chermodule unterschiedlicher Arten in einem Energiespeicher zweig verwendet werden, wodurch die gesamte
Umrichteranordnung flexibel einsetzbar ist. Demgegenüber wäre diese Flexibilität bei einer Reihenschaltung direkt miteinan der verbundener Energiespeicher beispielsweise durch unter schiedliche Stromtragfähigkeiten unterschiedlicher Energie speicherarten stark eingeschränkt.
Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung ist die einfache War tung einzelner Energiespeichermodule, ohne dass der gesamte Energiespeicherzweig außer Betrieb genommen werden muss. Dazu kann das Spannungswandlermodul eingangsseitig oder ausgangs seitig mittels geeigneter Überbrückungseinrichtung, bei spielsweise eines Überbrückungsschalters, überbrückbar sein.
Die Umrichteranordnung kann zudem mehrere Energiespeicher zweige umfassen, die jeweils parallel zueinander zwischen den Gleichspannungspolen angeordnet sind. Die Energiespeicher zweige können gleichartigen Aufbau aufweisen.
Die Energiespeichermodule können jeweils einen oder mehrere Energiespeicher umfassen. Im Falle mehrerer Energiespeicher können diese in einer elektrischen Parallelschaltung mitei nander verbunden sein.
Bevorzugt umfasst die Umrichteranordnung ferner eine unabhän gige Regelungseinheit zum Regeln der Energieaufnahme und Energieentnahme der Energiespeichermodule des Energiespei cherzweiges. Die Regelungseinheit ist insbesondere unabhängig von der Umrichterregelung, erlaubt demnach eine eigene Steue rung und Regelung der Energieaufnahme und Energieentnahme der Energiespeichermodule. Die Regelungseinheit erlaubt insbeson dere eine Ansteuerung steuerbarer Schalter der Spannungswand- ler- und Energiespeichermodule, die von der Umrichterregelung unabhängig ist. Damit ist die Flexibilität der gesamten
Umrichteranordnung weiter erhöht. Bei mehreren parallelen Energiespeicherzweigen kann entweder eine Regelungseinheit zur Regelung der Spannungswandler- und Energiespeichermodule aller Energiespeicherzweige vorgesehen sein oder jedem der Energiespeicher kann eine eigene, unabhängige Regelungsein heit zugeordnet sein. Eine übergeordnete Regelungs- bzw.
Steuereinheit kann zusätzlich dazu vorgesehen sein, die Rege lungseinheit und eine zur Regelung des Umrichters vorgesehene Umrichterregelung zu koordinieren.
Die Spannungswandlermodule sind eingangsseitig in der Reihen schaltung miteinander und ausgangsseitig mit dem jeweils zu geordneten Energiespeichermodul verbunden. Bei dieser Anord nung können die Energiespeichermodule auf einfache Weise zur Wartung oder in einem Fehlerfall von den
Spannungswandlermodulen getrennten werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfassen die
Spannungswandlermodule jeweils mindestens vier abschaltbare Halbleiterschalter und einen Zwischenkreiskondensator. Mit dem Zwischenkreiskondensator ist ein Gleichspannungszwischen- kreis im Spannungswandlermodul bereitgestellt. Die Halblei terschalter sind geeigneterweise dazu eingerichtet, den Zwi schenkreiskondensator eingangsseitig des
Spannungswandlermoduls zuzuschalten oder zu überbrücken.
Zweckmäßigerweise ist das Energiespeichermodul derart mit dem Spannungswandler verschaltet, dass das Energiespeichermodul mittels eines der Halbleiterschalter des
Spannungswandlermoduls überbrückbar ist.
Vorzugsweise sind mindestens ein erster und ein zweiter Halb leiterschalter des Energiespeichermoduls mit dem Zwischen kreiskondensator in einer Halbbrückenschaltung verbunden. In der Halbbrückenschaltung ist der Zwischenkreiskondensator mit den Halbleiterschaltern derart verbunden, dass an dessen An- Schlüssen, bspw. den eingangsseitigen Anschlüssen des
Spannungswandlermoduls, eine Spannung erzeugbar ist, die der Zwischenkreiskondensatorspannung oder einer Nullspannung ent spricht. Die Halbbrückenschaltung weist den Vorteil relativ niedriger elektrischer Verluste in deren Betrieb auf.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind parallel zum Zwischenkreiskondensator ein dritter Halbleiterschalter sowie in Reihe dazu eine Parallelschaltung aus einem vierten Halb leiterschalter und dem Energiespeichermodul angeordnet. Mit tels des vierten Halbleiterschalters kann somit das Energie speichermodul überbrückt werden.
Geeigneterweise kann ein Eingangsanschluss des
Spannungswandlermoduls mit einem Ausgangsanschluss des
Spannungswandlermoduls direkt verbunden sein. Dies verein facht den Aufbau der Module. Zudem kann die Verbindung bei spielsweise zum gemeinsamen Erden der Komponenten verwendet werden .
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind das
Spannungswandlermodul und das Energiespeichermodul galvanisch getrennt. In diesem Zusammenhang kann auch von einer isolie renden Ausführung gesprochen werden. Mit dieser Ausführung kann das Energiespeichermodul auf Erdpotenzial gelegt werden, so dass keine besonderen Schutzmaßnahmen bezüglich höherer Spannungsniveaus getroffen werden müssen. Die galvanische Trennung kann beispielsweise induktiv, insbesondere mittels eines Transformators bereitgestellt sein.
Zweckmäßigerweise können eine elektrische Verbindung zwischen dem Spannungswandlermodul und dem Energiespeichermodul mit tels wenigstens eines Verriegelungsschalters auftrennbar sein. Auf diese Weise kann auch in einer nicht-isolierenden Ausführung eine Isolationskoordination erreicht werden. Zu Wartungszwecken kann der wenigstens eine Verriegelungsschal- ter geöffnet werden, so dass eine elektrische Unterbrechung erfolgt .
Vorzugsweise ist eine Erdungsvorrichtung zum Erden des Ener giespeichermoduls vorgesehen. Beispielsweise in einem War tungsfall bzw. Servicefall kann damit das Energiespeichermo dul auf Erdpotenzial als Bezugspotenzial gesetzt werden.
Bevorzugt ist der Energiespeicher des Energiespeichermoduls ein Superkondensator, eine Batterie, ein Schwungradspeicher oder dergleichen. Die Wahl eines Energiespeichers für das Energiespeichermodul kann aufgrund der Topologie der
Umrichteranordnung flexibel und angepasst an die jeweilige Anwendung getroffen werden. Zudem ist eine Konstellation mög lich, bei der ein erstes Energiespeichermodul einen Energie speicher nur zum Einspeichern und nicht zum Ausspeichern elektrischer Energie genutzt werden kann. Ein Beispiel ist hierbei der Einsatz eines Elektrolyseurs.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die
Umrichteranordnung unterschiedliche Energiespeichermodule mit Energiespeichern unterschiedlicher Speichercharakteristiken. Durch den Einsatz unterschiedlicher Speichertechnologien kön nen verschiedene Speichercharakteristika (z.B. Kurz- und Langzeitspeicher oder Energiespeicher mit hohen und geringen Leistungen) innerhalb der Umrichteranordnung kombiniert wer den. Daraus kann eine Gesamtcharakteristik entstehen, durch die die Umrichteranordnung unterschiedliche Funktionalitäten bedienen kann, wie z.B. Frequenzstützung durch kurze, hohe Wirkleistungsbereitstellung, Tages/Nachtausgleich mit deut lich längeren aber dafür geringeren Speicherleistungen.
Geeigneterweise ist der Umrichter ein modularer Mehrstufenum richter. Ein modularer Mehrstufenumrichter (MMC) umfasst in seinem Grundaufbau je zwei Konverterarme pro Phasenzweig, die sich jeweils zwischen einem der Gleichspannungspole und dem Wechselspannungsanschluss erstrecken. Jeder Konverterarm um- fasst dabei eine Serienschaltung zweipoliger Schaltmodule . Häufig verwendete Schaltmodultypen sind Schaltmodule in Halb brückenschaltung bzw. in Vollbrückenschaltung. Jedes der Schaltmodule des modularen Mehrstufenumrichters ist mittels einer Ansteuereinrichtung einzeln ansteuerbar. Eine an einem der Konverterarme abfallende Spannung ist gleich der Summe von Spannungen, die an den zugehörigen Schaltmodulen abfal- len. Mittels des MMC ist eine besonders vorteilhafte stufen förmige Konverterspannung an dessen Wechselspannungsanschluss erzeugbar. Der Einsatz von Superkondensatoren in modularen Mehrstufen-DC/DC-Wandlern ist aus dem Beitrag „Design and Control of a Modular Multilevel DC/DC Converter for Regenera tive Applications" von Montesinos-Miracle et al . bekannt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen das
Spannungswandlermodul und der zugeordnete Energiespeicher je weils ein separates Gehäuse auf. Diese Anordnung erleichtert vorteilhaft die Wartung der Umrichteranordnung. Auch wird auf diese Weise deren Modularität erhöht.
Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung zum Bereitstel len einer elektrischen Wirkleistung, wobei die Anordnung ei nen Energiespeicherzweig umfasst, der mit einem
Umrichterventil eines Umrichters verbindbar ist.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche Anordnung be- reitzustelle, die möglichst flexibel einsetzbar und zuverläs sig im Betrieb ist.
Die Aufgabe wird durch eine artgemäße Anordnung gelöst, bei der der Energiespeicherzweig Spannungswandlermodule und ihnen zugeordnete Energiespeichermodule umfasst, wobei die
Spannungswandlermodule eingangsseitig in der Reihenschaltung miteinander und ausgangsseitig mit dem jeweils zugeordneten Energiespeichermodul verbunden sind. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung entsprechen den jenigen, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen
Umrichteranordnung zuvor erläutert wurden. Die vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung sind zuvor bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen
Umrichteranordnung beschrieben und können selbstredend im Zu sammenhang mit der erfindungsgemäßen Anordnung allein oder in Kombination verwendet werden.
Im Allgemeinen ermöglicht der Energiespeicherzweig vorteil haft einen flexiblen Anschluss von DC-Quellen und DC-Senken (gegeben durch die Energiespeicher der Energiespeichermodule) auf Niederspannungsniveau an einen DC-Kreis auf Hochspan nungsniveau. Der DC-Kreis kann dabei durch eine Gleichspan nungsseite eines Umrichters gebildet sein. Die Anordnung kann zweckmäßigerweise zum Austausch von Wirkleistung mit einem Wechselspannungsnetz mittels eines Umrichters eingesetzt sein, wobei die Anordnung beispielsweise mit der Gleichspan nungsseite des Umrichters verbindbar ist.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Stabi lisieren eines Wechselspannungsnetzes.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein solches Verfah ren anzugeben, dass möglichst flexibel einsetzbar ist.
Die Aufgabe wird bei dem artgemäßen Verfahren dadurch gelöst, dass mittels einer erfindungsgemäßen Umrichteranordnung eine Blindleistung und/oder eine Wirkleistung in das Wechselspan nungsnetz eingespeist oder dem Wechselspannungsnetz entnommen wird .
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich insbesondere aus den bereits zuvor beschriebenen Vorteilen der erfindungsgemäßen Umrichteranordnung. Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird bedarfsgemäß elektrische Leistung zwischen den Energiespeichern der Ener- giespeichermodule ausgetauscht. Damit kann eine Umladung zwi schen den einzelnen Energiespeichern durchgeführt werden. Das Energiemanagement wird damit sehr flexibel. Es kann sowohl eine Umladung innerhalb eines einzelnen Energiespeicherzwei- ges als auch eine Umladung zwischen parallel geschalteten Energiespeicherzweigen durchgeführt werden. Damit können Energiespeicher einer ersten Energiespeicherart, beispiels weise Superkondensatoren, aus Energiespeichern einer zweiten Energiespeicherart, beispielsweise Batteriespeichern, bei Be darf nachgeladen werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren 1 bis 4 weiter erläutert.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfin dungsgemäßen Umrichteranordnung in einer schematischen Dar stellung;
Figur 2 zeigt ein Beispiel eines Energiespeicherzweiges der Umrichteranordnung der Figur 1 in einer schematischen Dar stellung;
Figur 3 zeigt ein Beispiel eines Spannungswandlermoduls und eines Energiespeichermoduls in einer schematischen Darstel lung;
Figur 4 zeigt ein weiteres Beispiel eines Energiespeicher zweiges in einer schematischen Darstellung.
Figur 1 zeigt eine Umrichteranordnung 1. Die
Umrichteranordnung 1 weist eine Wechselspannungsseite mit ei nem dreiphasigen Wechselspannungsanschluss 2 zum Verbinden mit einem Wechselspannungsnetz sowie eine Gleichspannungssei te mit einem ersten Gleichspannungspol 3 und einem zweiten Gleichspannungspol 4 auf. Die Umrichteranordnung 1 umfasst einen Umrichter 6, der dreiphasig ausgebildet ist. Der Um richter 6 weist demnach einen ersten Phasenzweig 7a, einen zweiten Phasenzweig 7b und einen dritten Phasenzweig 7c auf. Alle drei Phasenzweige 7a-c erstrecken sich zwischen den Gleichspanungspolen 3 und 4. Jeder Phasenzweig 7a-c umfasst ein erstes oder oberes Umrichterventil 8a-c, das zwischen dem ersten Gleichspannungspol 3 und dem Wechselspannungsanschluss 2 angeordnet ist, sowie ein zweites oder unteres
Umrichterventil 9a-c, das zwischen dem Wechselspannungsan schluss und dem zweiten Gleichspannungspol 4 angeordnet ist.
Der Umrichter 6 ist ein modularer Mehrstufenumrichter. Jeder der Umrichterventile 8a-c, 9a-c ist als ein Konverterarm mit einer Reihenschaltung zweipoliger Schaltmodule 10 ausgebil det. Die Anzahl der Schaltmodule 10 in einem der
Konverterarme ist grundsätzlich beliebig und der jeweiligen Anwendung angepasst. Die Schaltmodule 10 sind beispielsweise als abschaltbare Halbleiterschalter aufweisende Vollbrücken schaltungen oder Halbbrückenschaltungen ausgebildet, es kom men jedoch auch andere Schaltungsvarianten in Betracht. In jedem der Konverterarme ist zudem eine Arminduktivität 11 an geordnet. In dem in Figur 1 dargestellten Beispiel sind alle Schaltmodule 10 gleichartig aufgebaut, was jedoch im Allge meinen nicht der Fall sein muss.
Die Umrichteranordnung 1 umfasst ferner einen ersten Energie speicherzweig 12. Der erste Energiespeicherzweig 12 erstreckt sich zwischen den beiden Gleichspannungspolen 3,4 auf der Gleichspannungsseite des Umrichters 6. In dem ersten Energie speicherzweig 12 sind Spannungswandlermodule 13 angeordnet, die eingangsseitig in einer Reihenschaltung miteinander ver bundenen sind. An einen Ausgang 14 eines jeden
Spannungswandlermoduls 13 ist ein Energiespeichermodul 15a-f angeschlossen. Auf den Aufbau der Spannungswandlermodule 13 und der Energiespeichermodule 15a-f wird in der nachfolgenden Figur 2 näher eingegangen. Jedes der Energiespeichermodule 15a-f umfasst einen Energiespeicher. In der Umrichteranordnung 1 werden unterschiedliche Energiespeicher arten verwendet. So können beispielsweise die Energiespei- chermodule 15a-c Batteriespeicher umfassen, die Energiespei- chermodule 15d,e jeweils Superkondensatoren oder Ultracaps, und das Energiespeichermodul 15f einen durch einen Elektroly seur betriebenen Speicher.
Die Umrichteranordnung 1 umfasst ferner einen zweiten Ener giespeicherzweig 16. Der zweite Energiespeicherzweig 16 er streckt sich zwischen den beiden Gleichspannungspolen 3,4 auf der Gleichspannungsseite des Umrichters 6 und parallel zum ersten Energiespeicherzweig 12. In dem zweiten Energiespei cherzweig 16 sind Spannungswandlermodule 13 angeordnet, die eingangsseitig in einer Reihenschaltung miteinander verbunde nen sind. An einen Ausgang 14 eines jeden
Spannungswandlermoduls 13 ist ein Energiespeichermodul 15g-l angeschlossen. Auf den Aufbau der Spannungswandlermodule 13 und der Energiespeichermodule 15g-l wird in der nachfolgenden Figur 2 näher eingegangen. Jedes der Energiespeichermodule 15g-l umfasst einen Energiespeicher. In dem zweiten Energie speicherzweig 16 werden unterschiedliche Energiespeicherarten verwendet. So können beispielsweise die Energiespeichermodule 15g-j Batteriespeicher umfassen, das Energiespeichermodule 15k einen Schwungradspeicher und das Energiespeichermodul 151 wiederum eine Batterie.
Die Umrichteranordnung 1 umfasst des Weiteren eine Regelungs einheit 17 zum Regeln der Energieaufnahme und Energieentnahme der Energiespeichermodule 15a-l. Mittels der Regelungseinheit 17 können insbesondere Halbleiterschalter der
Spannungswandlermodule 13 angesteuert werden. Eine übergeord nete Regelungseinheit bzw. Steuereinheit kann beispielsweise dazu vorgesehen werden, die Regelungseinheit 17 und eine Re gelungseinheit des Umrichters 6 (figürlich nicht dargestellt) zu koordinieren. Figur 2 zeigt ein Beispiel eines Energiespeicherzweiges 20, der als einer der Energiespeicherzweige 12, 16 der
Umrichteranordnung 1 der Figur 1 einsetzbar ist. Der Energie speicherzweig 20 umfasst einen ersten Anschluss 21 zum Ver binden mit einem ersten Gleichspannungspol und einen zweiten Anschluss 22 zum Verbinden mit einem zweiten Gleichspannungs pol. Der Energiespeicherzweig 20 umfasst ferner eine Zweig drossel 23. Zudem umfasst der Energiespeicherzweig 20
Spannungswandlermodule 24 mit einer Eingangsseite 25 und ei ner Ausgangsseite 26. Eingangsseitig sind die
Spannungswandlermodule 24 miteinander in einer Reihenschal tung verbunden. Ausgangsseitig ist jedes
Spannungswandlermodul 24 mittels Verriegelungsschalter 28a, b mit einem ihm zugeordneten Energiespeichermodul 27 verbunden.
Das Spannungswandlermodul 24 umfasst einen ersten abschaltba ren Halbleiterschalter 31, einen zweiten abschaltbaren Halb leiterschalter 32 sowie einen Zwischenkreiskondensator 35, die miteinander in einer Halbbrückenschaltung verbunden sind. Ferner umfasst das Spannungswandlermodul 24 einen dritten ab schaltbaren Halbleiterschalter 33 sowie einen vierten ab schaltbaren Halbleiterschalter 34, wobei mittels des vierten Halbleiterschalters 34 das Energiespeichermodul 27 überbrück- bar ist. Das Spannungswandlermodul 24 umfasst zudem eine In duktivität 36, die elektrisch in Reihe zu einem Energiespei cher 37 des Energiespeichermoduls 27 angeordnet ist.
An jedem der Energiespeicher 37 fällt eine Energiespeicher spannung ab, die im voll aufgeladenen Zustand des Energie speichers 37 zwischen 100 V und 10 kV liegt. Eine gesamte Energiespeicherzweigspannung UDC kann dementsprechend im dar gestellten Beispiel im Bereich bis zu 500 kV liegen.
Als abschaltbare Halbleiterschalter können hierbei beispiels weise IGBT-Schalter oder andere geeignete, dem Fachmann be kannte abschaltbare Halbleiterschalter verwendet werden. Figur 3 zeigt ein Beispiel eines Spannungswandlermoduls 40 und eines Energiespeichermoduls 41 in einer nicht
isolierenden Ausführung. Das bedeutet, dass das
Spannungswandlermodul 40 und das Energiespeichermodul 41 in deren Betrieb nicht voneinander galvanisch getrennt sind.
Das Spannungswandlermodul 40 umfasst vier Halbleiterschalter 31-34 in Form von IGBTs, wobei jedem der Halbleiterschalter 31-34 eine Freilaufdiode D antiparallel geschaltet ist. Im Übrigen entspricht der Aufbau des Spannungswandlermoduls 40 demjenigen des Spannungswandlermoduls 24 der Figur 2, auf die hiermit entsprechend verwiesen wird. Gleiches gilt auf für den Aufbau des Energiespeichermoduls 41, dessen Aufbau demje nigen des Energiespeichermoduls 27 in Figur 2 entspricht.
Das Spannungswandlermodul 40 und das Energiespeichermodul 41 weisen jeweils ein eigenes Gehäuse 45 bzw. 46 auf, die über einen ersten mechanischen Verriegelungsschalter 42 und einen zweiten mechanischen Verriegelungsschalter 43 lösbar mitei nander verbindbar sind. Ein Erdungsschalter 44 ist zur Erdung des Energiespeichermoduls 41 vorgesehen. Im Betrieb sind die Verriegelungsschalter 42 und 43 geschlossen, so dass eine elektrische Verbindung zwischen dem Spannungswandlermodul 40 und dem Energiespeichermodul 41 hergestellt ist. Der Erdungs schalter 44 ist geöffnet. Zur Wartung oder in einem Service fall sind die Verriegelungsschalter 42 und 43 geöffnet, so dass die elektrische Verbindung zwischen dem
Spannungswandlermodul 40 und dem Energiespeichermodul 41 ge trennt ist. Der Erdungsschalter 44 ist hingegen geschlossen.
Figur 4 zeigt ein weiteres Beispiel eines Energiespeicher zweiges 50, der beispielsweise für die Umrichteranordnung 1 der Figur 1 geeignet ist. Der Aufbau des Energiespeicherzwei- ges 50 entspricht weitgehend demjenigen des Energiespeicher zweiges 20 in Figur 2. In den Figuren 2 und 4 sind daher gleiche und gleichartige Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass nachfolgend lediglich auf die Unterschiede zwischen den Energiespeicherzweigen 20 und 50 näher eingegan gen wird.
Die Spannungswandlermodule 24 des Energiespeicherzweiges 50 sind in einem Container 51 angeordnet. Die Anordnung der spannungswandlermodule 24 entspricht einer U-förmigen Anord nung. Die U-förmige Anordnung der Spannungswandlermodule 24 erlaubt es, den Container 51 räumlich in der Mitte zwischen den Energiespeichermodulen 55 zu platzieren. Jedes der Ener- giespeichermodule 55 weist dabei ein eigenes Containergehäuse 52 auf, so dass die Energiespeichermodule 55 in neben- und/oder übereinander angeordneten Anordnungen 53, 54 außen angeordnet sein können. Dies erleichtert den Zugang zu den Energiespeichermodulen 55 in einem Wartungs- oder Service fall.
Im Unterschied zu den Energiespeichermodulen 24 der Figur 2 umfasst jedes der Energiespeichermodule 55 des Energiespei cherzweiges 50 eine Vielzahl an Energiespeichern 56, die mit einander in einer elektrischen Parallelschaltung verbunden sind .

Claims

Patentansprüche
1. Umrichteranordnung (1) mit
- einem Umrichter (6) mit Umrichterventilen (8a-c, 9a-c) , die jeweils eine Vielzahl von Halbleiterschaltern aufweisen, sowie mit
- einem Energiespeicherzweig (12, 16), der parallel zu we nigstens einem der Umrichterventile (8a-c, 9a-c) angeordnet ist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
der Energiespeicherzweig (12, 16) Spannungswandlermodule (13) und ihnen zugeordnete Energiespeichermodule (15a-l) umfasst, wobei die Spannungswandlermodule (13) eingangsseitig in einer Reihenschaltung miteinander und ausgangsseitig mit dem je weils zugeordneten Energiespeichermodul (15a-l) verbunden sind .
2. Umrichteranordnung (1) nach Anspruch 1, wobei die
Umrichteranordnung (1) ferner eine Regelungseinheit (17) zum Regeln der Energieaufnahme und Energieentnahme der Energie speichermodule (15a-l) des Energiespeicherzweiges (12, 16) umfasst .
3. Umrichteranordnung (1) nach einem der vorangehenden An sprüche, wobei die Spannungswandlermodule (13) jeweils min destens vier abschaltbare Halbleiterschalter (31-34) und ei nen Zwischenkreiskondensator (35) umfassen.
4. Umrichteranordnung (1) nach einem der vorangehenden An sprüche, wobei das Energiespeichermodul (15a-l) derart mit dem Spannungswandler (13) verschaltet ist, dass das Energie speichermodul (15a-l) mittels eines der Halbleiterschalter (34) des Spannungswandlermoduls (13) überbrückbar ist.
5. Umrichteranordnung (1) nach Anspruch 3 oder 4, wobei min destens ein erster und ein zweiter Halbleiterschalter (31, 32) des Energiespeichermoduls mit dem Zwischenkondensator (35) in einer Halbbrückenschaltung verbunden sind.
6. Umrichteranordnung (1) nach Anspruch 5, wobei parallel zum Zwischenkreiskondensator ein dritter Halbleiterschalter (33) sowie in Reihe dazu eine Parallelschaltung aus einem vierten Halbleiterschalter (34) und dem Energiespeichermodul (27) an geordnet sind.
7. Umrichteranordnung (1) nach einem der vorangehenden An sprüche, wobei ein Eingangsanschluss des
Spannungswandlermoduls mit einem Ausgangsanschluss des
Spannungswandlermoduls direkt verbunden ist.
8. Umrichteranordnung (1) nach einem der vorangehenden An sprüche, wobei das Spannungswandlermodul (24) und das Ener giespeichermodul (27) galvanisch getrennt sind.
9. Umrichteranordnung (1) nach einem der vorangehenden An sprüche, wobei eine elektrische Verbindung zwischen dem
Spannungswandlermodul (24) und dem Energiespeichermodul (27) mittels wenigstens eines Verriegelungsschalters (26)
auftrennbar ist.
10. Umrichteranordnung (1) nach einem der vorangehenden An sprüche, wobei eine Erdungsvorrichtung (44) zum Erden des Energiespeichermoduls (46) vorgesehen ist.
11. Umrichteranordnung (1) nach einem der vorangehenden An sprüche, wobei das Energiespeichermodul (15a-l) einen Super kondensator, eine Batterie oder einen Schwungradspeicher um fasst.
12. Umrichteranordnung (1) nach einem der vorangehenden An sprüche, wobei die Umrichteranordnung (1) unterschiedliche Energiespeichermodule (15a-l) mit Energiespeichern unter schiedlicher Speichercharakteristiken umfasst.
13. Umrichteranordnung (1) nach einem der vorangehenden An sprüche, wobei der Umrichter (6) ein modularer Mehrstufenum richter ist.
14. Umrichteranordnung (1) nach einem der vorangehenden An sprüche, wobei das Spannungswandlermodul (24) und das zu geordnete Energiespeichermodul (27) jeweils ein separates Ge häuse aufweisen.
15. Anordnung zum Bereitstellen einer elektrischen Wirkleis tung, wobei die Anordnung einen Energiespeicherzweig (20) um fasst, der mit einem Umrichterventil eines Umrichters (6) verbindbar ist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
der Energiespeicherzweig (20) Spannungswandlermodule (24) und ihnen zugeordnete Energiespeichermodule (27) umfasst, wobei die Spannungswandlermodule (24) eingangsseitig in einer Rei henschaltung miteinander und ausgangsseitig mit dem jeweils zugeordneten Energiespeichermodul (27) verbunden sind.
16. Verfahren zum Stabilisieren eines Wechselspannungsnetzes, bei dem mittels einer Umrichteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 eine Blindleistung und/oder eine Wirkleis tung in das Wechselspannungsnetz eingespeist oder dem Wech selspannungsnetz entnommen wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei elektrische Leistung zwischen den Energiespeichern (37) der Energiespeichermodule (27) ausgetauscht wird.
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