EP3881410A1 - Magnetisch regelbare drosselspule in reihenschaltung - Google Patents

Magnetisch regelbare drosselspule in reihenschaltung

Info

Publication number
EP3881410A1
EP3881410A1 EP19813248.2A EP19813248A EP3881410A1 EP 3881410 A1 EP3881410 A1 EP 3881410A1 EP 19813248 A EP19813248 A EP 19813248A EP 3881410 A1 EP3881410 A1 EP 3881410A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
connection
power semiconductor
branch
winding
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP19813248.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ronny Fritsche
Thomas Hammer
Matthias KÜSTERMANN
Thomas MANTHE
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 Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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 Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Publication of EP3881410A1 publication Critical patent/EP3881410A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1807—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using series compensators, e.g. thyristor-controlled series capacitors [TCSC]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F29/00—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00
    • H01F29/14—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with variable magnetic bias
    • 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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • 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
    • H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • 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
    • H02M7/53—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 using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—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 using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30—Reactive power compensation

Definitions

  • the invention relates to a device for reactive power compensation in at least one phase conductor having high-voltage network with at least one first high-voltage connection, which is set up for connection to a respective phase conductor, wherein for each first high-voltage connection, a first and a second core section, which are part of a are closed magnetic circuit and are arranged in a tank, a first high-voltage winding, which encloses the first core section, and a second high-voltage winding, which encloses the second core section and is connected in parallel to the first high-voltage winding, we at least one saturation switching branch, which is set up to saturate the core sections is and has controllable power semiconductor switches, and a control unit for controlling the power semiconductor switches are provided, wherein the first and the second high-voltage winding are connected to the first high-voltage connection and can be connected to one or the saturation switching branch.
  • Such a device is already known from EP 3 168 708 A1.
  • a so-called “full variable shunt reactor” FVSR
  • the previously known device has two mutually parallel high-voltage windings per phase, each of which encloses a core leg of a closed iron core and at its high-voltage end to a phase conductor of a high-voltage network
  • the low-voltage sides of the high-voltage windings can be connected with the aid of a transistor switch either to an appropriately polarized converter or directly to an earth connection.
  • the converter is set up to generate a direct current in the high-voltage winding connected to it.
  • the direct current is set in such a way that the core leg enclosed by the winding is driven into a desired state of saturation.
  • the state of the core material for example, has a very low magnetic permeability, which increases the magnetic resistance of the winding and lowers its inductance.
  • the saturation of said core sections is polarization-dependent, so that an alternating current flowing over the windings, depending on its polarization, essentially only flows over one of the two high-voltage windings. For example, a positive alternating current flows through the first high-voltage winding, while a negative alternating current flows down to earth via the second high-voltage winding. If the current is only driven via a high-voltage winding, the other winding, which is not currently being flowed through by the alternating current, can be subjected to a direct current in order to saturate the core leg enclosed by it to the desired extent.
  • the known device has the disadvantage that it can only be connected in parallel with the phase conductor or conductors of the supply network.
  • its one side is connected to the high-voltage potential of the phase conductor, the side facing away from the high-voltage connection being at ground potential.
  • the object of the invention is to provide a device of the type mentioned at the beginning, which can be connected in series to the high-voltage network and which is also inexpensive.
  • the invention solves this problem by a second high-voltage connection, which is also provided for connection to the said phase conductor and is connected via one or each saturation switching branch or directly to the high-voltage winding, each saturation branch being arranged outside the tank and electrically isolated from earth potential is set up.
  • the second connection is a high voltage connection.
  • This second high voltage connection is also provided for connection to the phase conductor, so that the entire device is connected in series in the respective phase conductor.
  • the saturation switching branch can be connected directly to the second high-voltage connection in the context of the invention, that is to say - with the exception of implementations - without the interposition of further components or parts.
  • the or the saturation switching branch is set up isolated in the context of the inven tion outside the tank and, for example, arranged on a high-voltage platform, the saturation branches with their power semiconductor switches and power electronics during operation can be at a high-voltage potential. This facilitates the connection to the high-voltage windings in the tank. Voltage drops occur, for example in the medium voltage range from 1 kV to 50 kV, between the components arranged on the high-voltage platform. These medium-voltage drops are, however, less expensive to handle than high-voltage drops of generally 100 kV to 800 kV, the components used for this purpose being known from medium-voltage technology. On the high-voltage platform, other components, for example capacitive construction parts and the like, can be arranged as part of the invention.
  • the first and second high-voltage windings are connected to the first high-voltage connection. Additional parts or components can be assigned between the first high-voltage connection and the high-voltage windings.
  • each high-voltage winding is arranged in a tank filled with an insulating fluid and each saturation switching branch outside the tank, the tank with its inductive components and the power electronic components of the saturation switching branch can be manufactured and transported independently of one another.
  • the inductive components include the high-voltage windings which are at a high-voltage potential during operation and which are arranged in the tank.
  • the liquid or gaseous insulating fluid is used for insulation and cooling, and is also used for cooling the high-voltage windings.
  • Each saturation switching branch is advantageously arranged on an electrically insulated high-voltage platform.
  • each saturation switching branch is connected via at least one high-voltage bushing to the one or more high-voltage windings.
  • the high-voltage bushings enable the connection of the respective saturation switching branch to the components of the device which are arranged in the tank.
  • a mineral oil, an ester oil or the like can be considered as the insulating fluid.
  • Different insulating fluids can be provided in different tanks. However, the insulating fluid is preferably the same in all tanks. Deviating from this, the insulating fluid can also be designed as a protective gas. There are several tanks, for example Required if a tank is provided for each phase of the high-voltage network.
  • At least one high-voltage winding has a center connection via which said high-voltage winding is connected to one or the one saturation branch.
  • the winding ends of the high-voltage windings are connected to the first or second high-voltage connection.
  • each high-voltage winding has a center connection which is connected to one or the saturation switching branch.
  • Each saturation switching branch preferably has at least one two-pole submodule with a bridge circuit, which has power semiconductor switches and a DC voltage source, so that, depending on the control of the power semiconductor switches, the DC voltage source can either be connected in series to at least one high-voltage winding or can be bridged.
  • the DC voltage source then provides the necessary voltages and DC currents for saturating the core of the high-voltage windings when the power semiconductor switches are appropriately controlled.
  • Each submodule is preferably formed as a full bridge circuit, which has a first series circuit branch and a second series circuit branch, each of which is connected in parallel to the DC voltage source.
  • Each series circuit branch has a series connection of two power semiconductor switches, the potential point between the power semiconductor switches of the first series circuit branch being connected to a first connection terminal of the submodule and the potential point between the power semiconductor switches of the second series connection branch being connected to the second connection terminal of the submodule.
  • Full-bridge circuits enable polarization reversal at the connection terminals, which are device that only has a parallel branch with two power semiconductor switches is not possible.
  • Each power semiconductor switch is preferably an IGBT with a freewheeling diode connected in opposite directions in parallel, a so-called GTO or a transistor switch. It is advantageous in the context of the invention that each power semiconductor switch can be transferred both from its interruption position, in which current cannot flow through the power semiconductor switch, to its open position or vice versa, in which it is possible to flow through the power semiconductor switch.
  • Such power semiconductor switches are also called switchable power semiconductor switches, which can even interrupt a short-circuit current flowing through them, if suitable measures have been taken to reduce the resulting energy.
  • Each DC voltage source is preferably an energy store.
  • Electrical energy stores which are preferably unipolar, are advantageously considered as energy stores.
  • capacitors, supercapacitors, superconducting coils, battery accumulators, supercaps or the like come into consideration as energy stores.
  • the enumerated or other energy storage devices can appear individually in a submodule or several of them are connected in series. This series connection is referred to in the context of the present invention with the term “energy storage” overall.
  • the energy store is expediently connected to a charging unit for charging the energy store.
  • the energy store can preferably be connected to a supply network. This is expediently carried out via a loading unit, which can basically be configured in any way within the scope of the invention. It is essential, however, that energy can be drawn from the supply network via the charging unit and stored in the energy store. This energy then enables Current flow to saturate the respective high-voltage winding.
  • Additional windings are expediently provided, which are inductively coupled to the high-voltage windings, the additional windings being connected to at least one capacitively acting component.
  • the additional windings are inductively coupled within the scope of the invention with at least one of the high-voltage windings of the FVSR.
  • the additional windings are connected to a capacitive component.
  • the term “connected” means that each capacitively acting component is connected galvanically either directly or via an electrical component, such as a switching unit, to at least one of the additional windings.
  • the capacitive component for example a capacitor or a “flexible AC equipped with capacitors Transmission system “(FACTS) components, such as a” Static Synchronous Compensator “(STATCOM), can thus influence the degree and direction of reactive power compensation.
  • FACTS Transmission system
  • STATCOM Static Synchronous Compensator
  • the FVSR is primarily used for load flow control, current limitation or dynamic filtering.
  • the capacitive component expediently has a capacitor or a capacitor bank.
  • FIG 1 shows an embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows the saturation switching branches of the device according to FIG. 1
  • Figure 3 shows another embodiment of the inventions
  • FIG. 4 shows another embodiment of the inventions
  • FIG. 5 shows another embodiment of the inventions
  • Figure 6 show yet another embodiment of the inventive device.
  • Figure 1 shows an embodiment of the device 1 according to the invention, which has a tank 2 filled with an insulating fluid.
  • Mineral oils but also ester liquids or the like can be considered as the insulating fluid.
  • Gaseous insulating fluids are also possible within the scope of the invention.
  • the insulating fluid provides the necessary voltage strength for components of the device 1, which are at a high voltage potential, compared to the tank 2, which is at ground potential.
  • the insulating fluid is used to cool the components that develop heat during operation.
  • the tank is filled with an ester liquid.
  • a core is arranged inside the tank 2 and consists of a magnetizable material, preferably a ferromagnetic material such as iron.
  • the core is made up of sheet metal sheets that lie flat against one another.
  • the core forms a first core leg 3 and a second core leg 4 as core sections.
  • the first core leg 3 is enclosed by a first high-voltage winding 5.
  • the second core leg 4 is from egg ner second high-voltage winding 6 surrounded.
  • the yokes not shown in figur Lich which extend from the upper end of the core leg 3 to the upper end of the core leg 4 and from the lower end of the core leg 3 to the lower end of the core leg 4.
  • two figuratively also not shown return legs hen hen, which are not surrounded by a winding and extend right and left parallel to the core legs 3 and 4, respectively. In other words, a so-called 2/2 core is provided.
  • the first high-voltage winding 5 and the second high-voltage winding 6 each have a winding end 7, with which they are connected to a high-voltage bushing 8, with which the connection cables, which are in operation during operation at a high-voltage potential, are guided through the wall of the tank 2, which is at ground potential.
  • the high-voltage bushing 8 extends through the wall of the tank 2 and is equipped at its free outside of the tank 2 at an ordered end with an outdoor connection.
  • the outdoor connection serves to connect an air-insulated conductor 40, via which the high-voltage windings 5 and 6 are connected to a first high-voltage connection 42, via which the entire device 1 can be connected to a phase conductor 16 of a high-voltage supply network.
  • the device 1 has an identical structure to that shown in FIG. These components are also not shown for reasons of clarity.
  • cable connections are also possible within the framework of the invention.
  • the first high-voltage winding 5 and the second high-voltage winding 6 are each with an outside of the tank 2 arranged saturation switching branch 10 or 11 connected, each saturation switching branch 10, 11 having a two-pole submodule 12, which is connected with a first terminal 13 to the respective high-voltage winding 5 or 6 respectively.
  • the submodules 12 are connected to the second high-voltage connection 44 via their second connection terminal 14.
  • a bushing 8 again serves to lead the connecting line between the high-voltage winding 5, 6 and saturation switching branch 10, 11 through the wall of the tank 2.
  • the second high-voltage connection 44 is also connected to the phase conductor 16.
  • the device 1 according to the invention shown is connected in series in the supply network with the phase conductor 16.
  • each saturation switching branch 10 or 11 has a two-pole submodule 12, which has a bridge circuit of power semiconductor switches 20, 21, 22 and 23 and a DC voltage source 24, which is preferably unipolar and thus designed has a fixed plus and a minus pole.
  • the saturation switching branches 10, 11 are set up insulated from the earth potential. Appropriate insulating components, such as Supporters or the like.
  • the bridge circuit can be a half bridge or a full bridge within the scope of the invention.
  • each submodule has a full bridge and comprises four power semiconductor switches 20, 21, 22 and 23.
  • a half bridge only comprises two of the power semiconductor switches.
  • a control unit 26 is provided which can be supplied on the input side with setpoints for the voltage UACS O II, the alternating current IACS O II and the reactive power QACS O II.
  • a current sensor 27 is used to detect the alternating current IAC flowing from the phase conductor 16 to the high-voltage windings, a voltage sensor 28 detecting the high-voltage voltage drop on the voltage side of the high-voltage windings 5 and 6 is detected.
  • the power semiconductor switches 20, 21, 22 and 23 of a submodule 12 can by appropriate control signals, which are shown by dashed lines, by the control unit 26 from a disconnected position in which a current flow through the power semiconductor switch is interrupted, in a through position, in which a current flow is possible via the power semiconductor switch or vice versa from the through position to the disconnected position.
  • the operation of the device 1 is as follows: If the voltage detected by the voltage sensor 28 is positive, the power semiconductor switches 22 and 23 of the saturation switching branch 10 are closed. It should be assumed that the core leg 3 was saturated beforehand by a direct current flowing from the submodule 12 of the first saturation switching branch 10 to the high-voltage winding 5, so that for the positive half-wave of the alternating voltage the alternating resistance of the high-voltage winding 5 was smaller than the alternating resistance of the high-voltage winding 6. Thus, almost the entire alternating current I AC flows via the current path denoted Ii to the second high-voltage connection 44.
  • the power semiconductor switches 21 and 22 are therefore closed, so that the DC voltage source 24 of the saturation circuit 11 drives a DC current that flows from the high-voltage winding 6 to the second high-voltage connection 44.
  • the second core leg can thus be saturated in the desired manner.
  • an alternating current I AC flows essentially via the second high-voltage winding 6, so that by closing the power semiconductor switches 20 and 23 and opening the power semiconductor switches 21 and 22 Submodule 12 of the first saturation switching branch 10, a direct saturation current is generated by the submodule
  • FIG. 2 shows the structure of the submodules 12 of the first and second saturation circuits 10, 11 in more detail. It can be seen that the submodules for both saturation switching branches 10 and 11 are constructed identically. It can also be seen that the power semiconductor switches 20, 21, 22 and 23 comprise a so-called IGBT 31, to which a free-wheeling diode 32 is connected in parallel in opposite directions.
  • IGBT 31 and diodes 32 are housed in a common switch housing. IGBT 31 and freewheeling diode 32 are collectively referred to here as power semiconductor switches.
  • Each submodule 12 is designed as a so-called full bridge and comprises a first series circuit branch 32 and a second series circuit branch 34, each consisting of two power semiconductor switches 20, 21 or 22 and 23 connected in series. The potential point between power semiconductor switches 20 and 21 is with the first connection terminal
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of the device 1 according to the invention, which partially corresponds to the exemplary embodiment shown in connection with FIG. 1.
  • the exemplary embodiment of the device 1 shown in FIG. 7 also has a capacitive component, which in the exemplary embodiment shown is designed as a capacitor 35.
  • the capacitor 35 is connected to a compensation winding 36 in parallel, the compensation winding 36 consisting of two partial compensation windings 37 and 38 which are connected to one another in series.
  • the partial compensation winding 37 is inductively coupled to the first high-voltage winding and the second partial compensation winding 38 to the high-voltage winding 6.
  • the high-voltage windings 5 and 6 and the respective partial compensation winding 37 and 38 are arranged concentrically to one another, with the same core section 3 or 4 of the otherwise not further illustrated core being closed.
  • FIG 3 only an additional winding 36 is illustrated for the phase shown there.
  • further compensation windings are provided for the other phases, which are constructed identically and are connected to the capacitor 35 in the same way.
  • the compensation windings 36 of the different phases are connected to one another in a delta connection. This triangular circuit is indicated by arrows 39a and 39b.
  • a scarf ter 49 is also shown schematically, which comprises two oppositely connected thyristors in the exemplary embodiment shown.
  • the capacitor 35 of the compensating winding 36 can be switched in parallel or the effect of the capacitively acting construction part 35 can be suppressed.
  • the condenser 35 is shown in FIG. 3 as a single condenser, which is arranged outside the tank 2 of the FVSR.
  • the capacitor 35 comprises a number of in Series or parallel arranged capacitors and can therefore also be referred to as a capacitor bank.
  • the number of capacitors connected in parallel or in series depends on the respective requirements, where the capacitive effect can be increased or decreased.
  • the capacitor or, in other words, the capacitor bank 35, like the switch 49, is arranged outside the tank 2 of the FVSR. Deviating from this, the arrangement in a common tank is of course also possible.
  • appropriate bushings 8 are again seen before, which enable a voltage-proof implementation of the high-voltage lines through the wall of the tank 2, which lies on earth potential.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of the device 1 according to the invention, which has a first high-voltage connection 42 for connecting the phase conductor 16 and a second high-voltage connection 44, which is also provided for connecting the phase conductor 16.
  • the Vorrich device is thus switched back in series in the phase conductor 16 ge.
  • the saturation branches 10 and 11 are arranged outside of the tank 2.
  • high-voltage windings 5 and 6 serve Hochwoods to obtain through the wall of the tank 2, where the necessary dielectric strength against the tank 2 provides earth potential at an outer insulator.
  • the saturation switching branches 10, 11 are arranged on a high voltage platform 50, which has a planar support structure 51 and two externally ribbed supports made of egg nem non-conductive material.
  • the supports 52 are firmly anchored in the ground at one end and are fixedly connected to the support plate 51 with their end facing away from the ground.
  • two supporters 52 are recognizable. At this point, however, it is pointed out that further supports (not shown in the figures) for carrying the support structure 51 are possible. With the help of the insulators or supporters 52, it is possible for the saturation switching branches 10 and 11 to be at a high voltage potential.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of the device according to the invention, which differs from the exemplary embodiment shown in FIG. 4 in that the second high-voltage connection 44 is not connected directly to the saturation switching branches 10, 11 via a star point.
  • the second high-voltage connection 44 is connected via a bushing 8 directly to the high-voltage winding ends 9 arranged in the tank 2.
  • the high-voltage windings 5 and 6 each have a center connection 53, which serves to connect the saturation switching branches 10 and 11 arranged on the platform 50.
  • the saturation switching branches 10 and 11 are connected to one another via an expedient circuit 54.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of the device according to the invention, which differs from the exemplary embodiment shown in FIG. 5 in that only one saturation switching branch is arranged on the high-voltage platform 50, which is connected to both high-voltage windings 5, 6, suitable switches being provided to bring about the desired saturation of the core sections 3 and 4.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur dynamischen Lastflusssteuerung in einem wenigstens einen Phasenleiter (16) aufweisenden Hochspannungsnetz (17) mit wenigstens einem ersten Hochspannungsanschluss (42), der zur Verbindung mit jeweils einem Phasenleiter (16) eingerichtet ist. Für jeden ersten Hochspannungsanschluss (42) sind ein erster und ein zweiter Kernabschnitt (5,6), die Teil eines geschlossenen Magnetkreises sind, eine erste Hochspannungswicklung (5), die den ersten Kernabschnitt (3) umschließt und eine zweite Hochspannungswicklung (6) vorgesehen sind, die den zweiten Kernabschnitt (4) umschließt und parallel zur ersten Hochspannungswicklung (5) geschaltet ist. Die Kernabschnitte und die Wicklungen befinden sich in einem mit Esterflüssigkeiten befüllten Tank. Darüber hinaus verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung über wenigstens einen außerhalb des Tanks angeordneten Sättigungsschaltzweig (10,11), der zum Sättigen der Kernabschnitte (3,4) eingerichtet ist und ansteuerbare Leistungshalbleiterschalter (20,21,22,23) aufweist. Eine Steuerungseinheit dient zum Ansteuern der Leistungshalbleiterschalter, wobei die erste und die zweite Hochspannungswicklung mit ihrem Hochspannungsende (7) mit dem zugeordneten ersten Hochspannungsanschluss (42) verbunden und an ihrer Niederspannungsseite (9) mit einem oder dem Sättigungsschaltzweig (10,11) verbindbar sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung (1) kann in Reihe in das Hochspannungsnetz (17) geschaltet werden, wobei die Sättigungsschaltzweige (10,11) gegenüber dem Erdpotential elektrisch isoliert aufgestellt sind.

Description

Beschreibung
Magnetisch regelbare Drosselspule in Reihenschaltung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Blindleistungs kompensation in einem wenigstens einen Phasenleiter aufwei senden Hochspannungsnetz mit wenigstens einem ersten Hoch spannungsanschluss, der zur Verbindung mit jeweils einem Pha senleiter eingerichtet ist, wobei für jeden ersten Hochspan nungsanschluss ein erster und ein zweiter Kernabschnitt, die Teil eines geschlossenen Magnetkreises sind und in einem Tank angeordnet sind, eine erste Hochspannungswicklung, die den ersten Kernabschnitt umschließt, und eine zweite Hochspan nungswicklung, die den zweiten Kernabschnitt umschließt und parallel zur ersten Hochspannungswicklung geschaltet ist, we nigstens ein Sättigungsschaltzweig, der zum Sättigen der Kernabschnitte eingerichtet ist und ansteuerbare Leistungs halbleiterschalter aufweist, und eine Steuerungseinheit zum Ansteuern der Leistungshalbleiterschalter vorgesehen sind, wobei die erste und die zweite Hochspannungswicklung an den ersten Hochspannungsanschluss angeschlossen und mit einem o- der dem Sättigungsschaltzweig verbindbar sind.
Eine solche Vorrichtung ist aus der EP 3 168 708 Al bereits bekannt. Dort ist ein so genannter „Full Variable Shunt Reac- tor" (FVSR) offenbart. Die vorbekannte Vorrichtung verfügt über zwei einander parallel geschaltete Hochspannungswicklun gen je Phase, die jeweils einen Kernschenkel eines geschlos senen Eisenkerns umschließen und an ihrem Hochspannungsende an einen Phasenleiter eines Hochspannungsnetzes angeschlossen sind. Die Niederspannungsseiten der Hochspannungswicklungen sind mit Hilfe eines Transistorschalters entweder mit einem zweckmäßig polarisierten Umrichter oder direkt mit einem Erd anschluss verbindbar. Der Umrichter ist zum Erzeugen eines Gleichstroms in der mit ihm verbundenen Hochspannungswicklung eingerichtet. Dabei wird der Gleichstrom so eingestellt, dass der von der Wicklung umschlossene Kernschenkel in einen ge wünschten Sättigungszustand getrieben wird. In diesem Sätti- gungszustand weist das Kernmaterial beispielsweise eine sehr kleine magnetische Permeabilität auf, wodurch sich der magne tische Widerstand der Wicklung erhöht und deren Induktivität abgesenkt wird. Die Sättigung der besagten Kernabschnitte ist polarisationsabhängig, so dass ein über die Wicklungen flie ßender Wechselstrom je nach seiner Polarisierung im Wesentli chen nur über eine der beiden Hochspannungswicklungen fließt. So fließt beispielsweise ein positiver Wechselstrom über die erste Hochspannungswicklung während ein negativer Wechsel strom über die zweite Hochspannungswicklung zur Erde hin ab fließt. Wird der Strom nur über eine Hochspannungswicklung getrieben, kann die jeweils andere Wicklung, die gerade nicht vom Wechselstrom durchströmt wird, mit einem Gleichstrom be aufschlagt werden, um den von ihr umschlossenen Kernschenkel in dem gewünschten Maß zu sättigen.
Der vorbekannten Vorrichtung haftet der Nachteil an, dass diese nur in Parallelschaltung mit dem oder den Phasenleitern des Versorgungsnetzes verbunden werden kann. Bei einer paral lel geschalteten Vorrichtung ist diese mit ihrer einen Seite an das Hochspannungspotenzial des Phasenleiters angeschlos sen, wobei die vom Hochspannungsanschluss abgewandte Seite auf Erdpotenzial liegt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten bereitzustellen, bei seriell ins Hochspannungsnetz geschaltet werden kann und die weiterhin kostengünstig ist.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen zweiten Hoch spannungsanschluss, der ebenfalls zum Anschluss an den besag ten Phasenleiter vorgesehen ist und über einen oder jeden Sättigungsschaltzweig oder direkt mit den Hochspannungswick lung verbunden ist, wobei jeder Sättigungszweig außerhalb des Tanks angeordnet und gegenüber Erdpotential elektrisch iso liert aufgestellt ist.
Im Rahmen der Erfindung ist der zweite Anschluss ein Hoch spannungsanschluss. Dieser zweite Hochspannungsanschluss ist ebenfalls zur Verbindung mit dem Phasenleiter vorgesehen, so dass die gesamte Vorrichtung in Reihe in den jeweiligen Pha senleiter geschaltet ist. Der Sättigungsschaltzweig kann im Rahmen der Erfindung direkt, also - mit Ausnahme von Durch führungen - ohne Zwischenschaltung weiterer Komponenten oder Bauteile, mit dem zweiten Hochspannungsanschluss verbunden sein. Alternativ dazu ist es im Rahmen der Erfindung jedoch auch möglich, weitere Komponenten im Strompfad zwischen dem Sättigungsschaltzweig und dem zweiten Hochspannungsanschluss anzuordnen .
Die oder der Sättigungsschaltzweig ist im Rahmen der Erfin dung außerhalb des Tanks isoliert aufgestellt und beispiels weise auf einer Hochspannungsplattform angeordnet, wobei die Sättigungszweige mit ihren Leistunghalbleiterschaltern und Leistungselektronik beim Betrieb auf einem Hochspannungspo tential liegen können. Dies erleichtert die Verbindung mit den Hochspannungswicklungen im Tank. Zwischen den auf der Hochspannungsplattform angeordneten Komponenten treten Span nungsabfälle, beispielsweise im Mittelspannungsbereich von 1 kV bis 50 kV, auf. Diese Mittelspannungsabfälle sind jedoch im Vergleich zu Hochspannungsabfällen von in der Regel 100 kV bis 800 kV kostengünstiger zu handhaben, wobei die dazu ver wendeten Komponenten aus der Mittelspannungstechnik bekannt sind. Auf der Hochspannungsplattform können im Rahmen der Er findung weitere Komponenten, beispielsweise kapazitive Bau teile und dergleichen, angeordnet sein.
Gemäß einer ersten Variante der Erfindung sind die erste und zweite Hochspannungswicklung mit dem ersten Hochspannungsan schluss verbunden. Zwischen dem ersten Hochspannungsanschluss und den Hochspannungswicklungen können zusätzliche Bauteile oder Komponenten zugeordnet sein.
Allerdings ist zwischen dem zweiten Hochspannungsanschluss und den Hochspannungswicklungen kein Sättigungszweig angeord net . Dadurch, dass jede Hochspannungswicklung in einem mit einem Isolierfluid befüllten Tank und jeder Sättigungsschaltzweig außerhalb des Tanks angeordnet sind, kann der Tank mit seinen induktive Komponenten und die leistungselektronischen Kompo nenten des Sättigungsschaltzweiges unabhängig voneinander hergestellt und transportiert werden können. Die induktiven Komponenten umfassen neben dem Tank auf Erdpotential die im Betrieb auf einem Hochspannungspotential liegenden Hochspan nungswicklungen, die in dem Tank angeordnet sind. Zur Isolie rung und Kühlung dient das flüssige oder gasförmige Isolier fluid, das darüber hinaus auch zur Kühlung der Hochspannungs wicklungen dient. Gemäß dieser Variante ist es nicht mehr er forderlich die Leistungselektronik des isoliert aufgeständer- ten Sättigungszweiges hochspannungsfest aufzustellen oder zu isolieren. Auf der Hochspannungsplattform unterscheiden sich die elektrischen Potentiale der dort angeordneten Komponenten lediglich im Bereich von 1 bis 52 kV. Die besagten Komponen ten können daher näher zueinander aufgestellt werden als bei höheren Spannungen. Dies führt zu einer kompakteren Vorrich tung und reduzierten Kosten.
Vorteilhafterweise ist jeder Sättigungsschaltzweig auf einer elektrisch isoliert aufgestellten Hochspannungsplattform an geordnet .
Bei diesen Varianten ist es ferner vorteilhaft, wenn jeder Sättigungsschaltzweig über wenigsten eine Hochspannungs durchführung mit der oder den Hochspannungswicklungen verbun den ist. Die Hochspannungsdurchführungen ermöglichen den An schluss des jeweiligen Sättigungsschaltzweiges an die Kompo nenten der Vorrichtung, die in dem Tank angeordnet sind.
Als Isolierfluid kommt beispielsweise ein mineralisches Öl, ein Esteröl oder dergleichen in Betracht. Es können unter schiedliche Isolierfluids in verschiedenen Tanks vorgesehen sein. Bevorzugt ist jedoch das Isolierfluid in allen Tanks das gleiche. Das Isolierfluid kann abweichend davon auch als Schutzgas ausgeführt sein. Mehrere Tanks sind beispielsweise erforderlich, wenn für jede Phase des Hochspannungsnetzes ein Tank vorgesehen ist.
Vorteilhafterweise verfügt wenigstens eine Hochspannungswick lung über einen Mittenanschluss, über die die besagte Hoch spannungswicklung an einen oder den einen Sättigungszweig an geschlossen ist. Die Wicklungsenden der Hochspannungswicklun gen sind dabei mit dem ersten beziehungsweise zweiten Hoch spannungsanschluss verbunden.
Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung weist jede Hochspannungswicklung einen Mittenanschluss auf, der mit einem oder dem Sättigungsschaltzweig verbunden ist.
Vorzugsweise verfügt jeder Sättigungsschaltzweig über wenigs tens ein zweipoliges Submodul mit einer Brückenschaltung, die über Leistungshalbleiterschalter und eine Gleichspannungs quelle verfügt, so dass je nach Ansteuerung der Leistungs halbleiterschalter die Gleichspannungsquelle entweder in Rei he zu wenigstens einer Hochspannungswicklung schaltbar oder überbrückbar ist. Die Gleichspannungsquelle stellt bei zweck mäßiger Ansteuerung der Leistungshalbleiterschalter dann die notwenigen Spannungen und Gleichströme zum Sättigen des Kerns der Hochspannungswicklungen bereit.
Bevorzugt ist jedes Submodul als Vollbrückenschaltung ausge bildet, die einen ersten Reihenschaltungszweig und einen zweiten Reihenschaltungszweig aufweist, die der Gleichspan nungsquelle jeweils parallel geschaltet sind. Jeder Reihen schaltungszweig weist eine Reihenschaltung aus zwei Leis tungshalbleiterschaltern auf, wobei der Potenzialpunkt zwi schen den Leistungshalbleiterschaltern des ersten Reihen schaltungszweiges mit einer ersten Anschlussklemme des Submo duls und der Potenzialpunkt zwischen den Leistungshalbleiter schaltern des zweiten Reihenschaltungszweigs mit der zweiten Anschlussklemme des Submoduls verbunden ist. Vollbrücken schaltungen ermöglichen eine Polarisationsumkehr an den An schlussklemmen, die mit einer so genannten Halbbrückenschal- tung, die lediglich einen Parallelzweig mit zwei Leistungs halbleiterschaltern aufweist, nicht möglich ist.
Bevorzugt ist jeder Leistungshalbleiterschalter ein IGBT mit gegensinnig parallel geschalteter Freilaufdiode, ein so ge nannter GTO oder ein Transistorschalter. Vorteilhaft ist im Rahmen der Erfindung, dass jeder Leistungshalbleiterschalter sowohl von seiner Unterbrecherstellung, in der ein Stromfluss über den Leistungshalbleiterschalter nicht möglich ist, in seine Durchlassstellung oder umgekehrt überführbar ist, in der ein Stromfluss über den Leistungshalbleiterschalter er möglicht ist. Solche Leistungshalbleiterschalter werden auch abschaltbare Leistungshalbleiterschalter genannt, die sogar einen über sie fließenden Kurzschlussstrom unterbrechen kön nen, wenn geeignete Maßnahme getroffen wurden, um die dabei entstehenden Energien abzubauen.
Bevorzugt ist jede Gleichspannungsquelle ein Energiespeicher. Als Energiespeicher kommen vorteilhafterweise elektrische Energiespeicher in Betracht, die vorzugsweise unipolar sind. So kommen als Energiespeicher beispielsweise Kondensatoren, Superkondensatoren, supraleitende Spulen, Batterieakkumulato ren, Supercaps oder dergleichen in Betracht. Die aufgezählten oder andere Energiespeicher können in einem Submodul einzeln auftauchen oder aber mehrere von ihnen sind in Reihe geschal tet. Auf diese Reihenschaltung wird im Rahmen der hier vor liegenden Erfindung mit dem Begriff „Energiespeicher" insge samt Bezug genommen.
Zweckmäßigerweise ist der Energiespeicher mit einer Ladeein heit zum Aufladen des Energiespeichers verbunden. Bevorzugt ist der Energiespeicher an ein Versorgungsnetz anschließbar. Dies erfolgt zweckmäßigerweise über eine Ladeeinheit, die im Rahmen der Erfindung grundsätzlich beliebig ausgestaltet sein kann. Wesentlich ist jedoch, dass über die Ladeeinheit dem Versorgungsnetz Energie entnommen und in dem Energiespeicher gespeichert werden kann. Diese Energie ermöglicht dann den Stromfluss zur Sättigung der jeweiligen Hochspannungswick lung .
Zweckmäßigerweise sind Zusatzwicklungen vorgesehen, die in duktiv mit den Hochspannungswicklungen gekoppelt sind, wobei die Zusatzwicklungen mit wenigstens einem kapazitiv wirkenden Bauteil verschaltet sind. Die Zusatzwicklungen sind im Rahmen der Erfindung mit wenigstens einer der Hochspannungswicklun gen des FVSR induktiv gekoppelt. Dabei sind die Zusatzwick lungen mit einem kapazitiv wirkenden Bauteil verschaltet. Mit dem Begriff „verschaltet" ist gemeint, dass jedes kapazitiv wirkende Bauteil galvanisch entweder direkt oder über ein elektrisches Bauteil, wie beispielsweise eine Schalteinheit mit wenigstens einer der Zusatzwicklungen verbunden ist. Das kapazitive Bauteil, beispielsweise ein Kondensator oder eine mit Kondensatoren ausgerüstete „Flexible AC Transmission Sys tem" (FACTS) - Komponente, wie beispielsweise ein „Static Synchronous Compensator" (STATCOM) , kann so Einfluss auf den Grad und Richtung einer Blindleistungskompensation nehmen.
Die FVSR dient in erster Linie der Lastflussregelung, der Strombegrenzung oder der dynamischen Filterung.
Zweckmäßigerweise weist das kapazitive Bauteil Kondensator oder eine Kondensatorbatterie auf.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfin dung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Aus führungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleichwirkende Bauteile verweisen und wobei
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung in einer schematischen Darstel lung,
Figur 2 die Sättigungsschaltzweige der Vorrichtung ge mäß Figur 1, Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin
dungsgemäßen Vorrichtung,
Figur 4 ein weitere Ausführungsbeispiel der erfin
dungsgemäßen Vorrichtung mit aufgeständerten Sättigungsschaltzweigen,
Figur 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin
dungsgemäßen Vorrichtung und
Figur 6 noch weiteres Ausführungsbeispiel der erfin dungsgemäßen Vorrichtung zeigen.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, die einen mit einem Isolierfluid befüllten Tank 2 aufweist. Als Isolierfluid kommen mineralische Öle, aber auch Esterflüssigkeiten oder dergleichen in Betracht. Auch gasförmige Isolierfluide sind im Rahmen der Erfindung möglich .
Das Isolierfluid stellt zum einen die notwendige Spannungs festigkeit für Bauteile der Vorrichtung 1, die auf einem Hochspannungspotenzial liegen, gegenüber dem Tank 2 bereit, der auf Erdpotenzial liegt. Darüber hinaus dient das Isolier fluid zur Kühlung der beim Betrieb Wärme entwickelnden Kompo nenten. In dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Tank mit einer Esterflüssigkeit befüllt.
Innerhalb des Tanks 2 ist ein Kern angeordnet, der aus einem magnetisierbaren Material, bevorzugt einem ferromagnetischen Material wie beispielsweise Eisen besteht. Zur Vermeidung von Wirbelströmen, ist der Kern an flächig aneinander anliegenden Eisenblechen, zusammengesetzt. Dabei bildet der Kern einen ersten Kernschenkel 3 sowie einen zweiten Kernschenkel 4 als Kernabschnitte aus.
Der erste Kernschenkel 3 wird von einer ersten Hochspannungs wicklung 5 umschlossen. Der zweite Kernschenkel 4 ist von ei ner zweiten Hochspannungswicklung 6 umgeben. Zur Ausbildung eines geschlossenen Magnet- oder Eisenkreises, die in figür lich nicht dargestellte Joche, die sich von dem oberen Ende des Kernschenkels 3 zum oberen Ende des Kernschenkels 4 sowie vom unteren Ende des Kernschenkels 3 zum unteren Ende des Kernschenkels 4 erstrecken. Darüber hinaus sind zwei figür lich ebenfalls nicht dargestellte Rückflussschenkel vorgese hen, die von keiner Wicklung umgeben sind und sich rechts und links parallel zu den Kernschenkeln 3 beziehungsweise 4 er strecken. Mit anderen Worten ist ein so genannter 2/2-Kern bereitgestellt .
Die erste Hochspannungswicklung 5 und die zweite Hochspan nungswicklung 6 weisen jeweils ein Wicklungsende 7 auf, mit dem diese mit einer Hochspannungsdurchführung 8 verbunden sind, mit dem die beim Betrieb auf einem Hochspannungspoten zial liegenden Anschlussleitungen durch die auf Erdpotenzial liegende Wandung des Tanks 2 geführt werden.
Die Hochspannungsdurchführung 8 durchgreift dabei die Wand des Tanks 2 und ist an ihrem freien außerhalb des Tanks 2 an geordneten Ende mit einem Freiluftanschluss ausgerüstet. Der figürlich nicht dargestellte Freiluftanschluss dient zum An schluss eines luftisolierten Leiters 40, über den die Hoch spannungswicklungen 5 und 6 mit einem ersten Hochspannungsan schluss 42 verbunden, über den die gesamte Vorrichtung 1 mit einem Phasenleiter 16 eines Hochspannungsversorgungsnetzes verbunden werden kann. Für jeden anderen Phasenleiter des Hochspannungsnetzes, die aus Gründen der Übersicht hier nicht gezeigt sind, verfügt die Vorrichtung 1 über einen identi schen Aufbau wie derjenige, der in Figur 1 gezeigt ist. Auch diese Komponenten sind aus Gründen der Übersicht nicht ge zeigt. Selbstverständlich sind auch Kabelverbindungen im Rah men der Erfindung möglich.
An ihren vom ersten Hochspannungsanschluss 42 abgewandten En den 9 sind die erste Hochspannungswicklung 5 und die zweite Hochspannungswicklung 6 jeweils mit einem außerhalb des Tanks 2 angeordneten Sättigungsschaltzweig 10 beziehungsweise 11 verbunden, wobei jeder Sättigungsschaltzweig 10, 11 ein zwei poliges Submodul 12 aufweist, das mit einer ersten Anschluss klemme 13 mit der jeweiligen Hochspannungswicklung 5 bezie hungsweise 6 verbunden ist. Über ihre zweite Anschlussklemme 14 sind die Submodule 12 mit dem zweiten Hochspannungsan schluss 44 verbunden. Eine Durchführung 8 dient wieder zum Hindurchführen der Verbindungsleitung zwischen Hochspannungs wicklung 5, 6 und Sättigungsschaltzweig 10, 11 durch die Wand des Tanks 2. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der zweite Hochspannungsanschluss 44 ebenfalls mit dem Phasenlei ter 16 verbunden. Mit anderen Worten ist die gezeigte erfin dungsgemäße Vorrichtung 1 in Reihe in das Versorgungsnetz mit dem Phasenleiter 16 geschaltet.
Wesentlich im Rahmen der Erfindung ist, dass jeder Sätti gungsschaltzweig 10 beziehungsweise 11 ein zweipoliges Submo dul 12 aufweist, das über eine Brückenschaltung aus Leis tungshalbleiterschaltern 20, 21, 22 und 23 und eine Gleich spannungsquelle 24 verfügt, die bevorzugt unipolar ausgebil det ist und somit einen festen Plus- und einen festen Minus pol aufweist. Die Sättigungsschaltzweige 10, 11 sind gegen über dem Erdpotential isoliert aufgestellt. Hierzu dienen zweckmäßige Isolierbauteile, wie z.B. Stützer oder derglei chen .
Die Brückenschaltung kann im Rahmen der Erfindung eine Halb brücke oder eine Vollbrücke sein. In Figur 1 verfügt jedes Submodul über eine Vollbrücke und umfasst vier Leistungshalb leiterschalter 20, 21, 22 und 23. Eine Halbbrücke umfasst le diglich zwei der Leistungshalbleiterschalter. Zum zweckmäßi gen Ansteuern der vier Leistungshalbleiterschalter 20, 21, 22 und 23 ist eine Steuerungseinheit 26 vorgesehen, die ein gangsseitig mit Sollwerten für die Spannung UACSOII, den Wech selstrom IACSOII und die Blindleistung QACSOII versorgt werden kann. Zum Erfassen des von dem Phasenleiter 16 zu den Hoch spannungswicklungen fließenden Wechselstromes IAC dient ein Stromsensor 27, wobei ein Spannungssensor 28 die hochspan- nungsseitig der Hochspannungswicklungen 5 und 6 abfallende Spannung erfasst. Der Stromsensor 27 und der Spannungssensor
28 sind über figürlich nicht dargestellte Signalleitungen mit der Steuerungseinheit 26 verbunden. Am anderen Ende der Hoch spannungswicklung 5 beziehungsweise 6 sind ebenfalls Sensoren
29 und 30 erkennbar, die ebenfalls über Signalleitungen mit der Steuerungseinheit 26 verbunden sind und Ströme erfassen, die zwischen dem jeweiligen Submodul 12 und der jeweiligen Hochspannungswicklung 5 beziehungsweise 6 fließen. Die Leis tungshalbleiterschalter 20, 21, 22 und 23 eines Submoduls 12 können durch zweckmäßige Ansteuersignale, die durch gestri chelte Linien dargestellt sind, von der Steuerungseinheit 26 von einer Trennstellung, in welcher ein Stromfluss über die Leistungshalbleiterschalter unterbrochen ist, in eine Durch gangsstellung, in der ein Stromfluss über die Leistungshalb leiterschalter möglich ist oder umgekehrt von der Durchgangs stellung in die Trennstellung überführt werden.
Die Betriebsweise der Vorrichtung 1 ist wie folgt: Ist die von dem Spannungssensor 28 erfasste Spannung positiv, sind die Leistungshalbleiterschalter 22 und 23 des Sättigungs schaltzweigs 10 geschlossen. Es sei an dieser vorausgesetzt, dass der Kernschenkel 3 zuvor durch ein von dem Submodul 12 des ersten Sättigungsschaltzweigs 10 zur Hochspannungswick lung 5 fließenden Gleichstroms gesättigt wurde, so dass für die positive Halbwelle der Wechselspannung der Wechselwider stand der Hochspannungswicklung 5 kleiner ist als der Wech selwiderstand der Hochspannungswicklung 6. Somit fließt nahe zu der gesamte Wechselstrom IAC über den mit Ii bezeichneten Strompfad zum zweiten Hochspannungsanschluss 44 hin. In der positiven Halbwelle der Wechselspannung werden daher die Leistungshalbleiterschalter 21 und 22 geschlossen, so dass die Gleichspannungsquelle 24 des Sättigungsschaltkreises 11 einen Gleichstrom treibt, der von der Hochspannungswicklung 6 zum zweiten Hochspannungsanschluss 44 fließt. Während der po sitiven Halbwelle der Wechselspannung im Phasenleiter 16 kann somit der zweite Kernschenkel in der gewünschten Weise gesät tigt werden. Während der negativen Halbwelle, in der die von dem Sensor 28 gemessene Spannung negativ ist, fließt ein Wechselstrom IAC hingegen im Wesentlichen über die zweite Hochspannungswick lung 6, so dass durch Schließen der Leistungshalbleiterschal ter 20 und 23 und Öffnen der Leistungshalbleiterschalter 21 und 22 des Submoduls 12 des ersten Sättigungsschaltzweigs 10 ein Sättigungsgleichstrom erzeugt wird, der von dem Submodul
12 zur ersten Hochspannungswicklung 5 oder umgekehrt fließt und so für die gewünschte Sättigung des Kernschenkels 3 sorgt .
Figur 2 zeigt den Aufbau der Submodule 12 des ersten und zweiten Sättigungsschaltkreises 10, 11 genauer. Es ist er kennbar, dass die Submodule für beide Sättigungsschaltzweige 10 beziehungsweise 11 identisch aufgebaut sind. Es ist ferner erkennbar, dass die Leistungshalbleiterschalter 20, 21, 22 und 23 einen so genannten IGBT 31 umfassen, dem eine Frei laufdiode 32 gegensinnig parallel geschaltet ist. Der Aufbau eines IGBTs mit Freilaufdiode ist grundsätzlich bekannt, so dass an dieser Stelle auf deren Wirkungsweise nicht genauer eingegangen zu werden braucht. Wesentlich ist, dass die Frei laufdiode 32 zum Schutz des IGBTs über Spannungen in Rück wärtsrichtung dient. Dabei sind IGBT 31 und Dioden 32 in ei nem gemeinsamen Schaltergehäuse untergebracht. IGBT 31 und Freilaufdiode 32 werden hier gemeinsam als Leistungshalb leiterschalter bezeichnet.
Jedes Submodul 12 ist als so genannte Vollbrücke ausgebildet und umfasst einen ersten Reihenschaltungszweig 32 und einen zweiten Reihenschaltungszweig 34 aus jeweils zwei in Reihe geschalteten Leistungshalbleiterschaltern 20, 21 beziehungs weise 22 und 23. Der Potenzialpunkt zwischen Leistungshalb leiterschaltern 20 und 21 ist mit der ersten Anschlussklemme
13 und der Potenzialpunkt zwischen den Leistungshalbleiter schaltern 22 und 23 des zweiten Reihenschaltungszweigs 34 mit der Anschlussklemme 14 des Submoduls 12 verbunden. Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin dungsgemäßen Vorrichtung 1, die dem im Zusammenhang mit Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel zum Teil entspricht. Neben den in Figur 1 bereits beschriebenen Bauteilen oder Elementen verfügt das in Figur 7 gezeigte Ausführungsbeispiel der Vor richtung 1 auch über ein kapazitiv wirkendes Bauteil, das in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Kondensator 35 ausge führt ist. Der Kondensator 35 ist einer Ausgleichswicklung 36 parallel geschaltet ist, wobei die Ausgleichswicklung 36 aus zwei Teilausgleichswicklungen 37 und 38 besteht, die zueinan der in Reihe geschaltet sind. Die Teilausgleichswicklung 37 ist induktiv mit der ersten Hochspannungswicklung und die zweite Teilausgleichswicklung 38 mit der Hochspannungswick lung 6 induktiv gekoppelt. Dabei sind die Hochspannungswick lungen 5 beziehungsweise 6 und die jeweilige Teilausgleichs wicklung 37 beziehungsweise 38 konzentrisch zueinander ange ordnet, wobei sie den gleichen Kernabschnitt 3 beziehungswei se 4 des ansonsten nicht weiter verdeutlichten Kerns um schließen. In Figur 3 ist lediglich eine Zusatzwicklung 36 für die dort gezeigte Phase verdeutlicht. In dem Tank 2 sind jedoch für die anderen Phasen weitere Ausgleichswicklungen vorgesehen, die identisch aufgebaut und auf die gleiche Art und Weise mit dem Kondensator 35 verschaltet sind. Dabei sind die Ausgleichswicklungen 36 der unterschiedlichen Phasen mit einander in einer Dreiecksschaltung verbunden. Diese Drei ecksschaltung ist durch Pfeile 39a beziehungsweise 39b ange deutet. In dem Parallelzweig der Ausgleichswicklung, in wel cher der Kondensator 35 angeordnet ist, ist ferner ein Schal ter 49 schematisch dargestellt, der in dem gezeigten Ausfüh rungsbespiel zwei gegensinnig parallel geschaltete Thyristo ren umfasst. Mit Hilfe des elektronischen Schalters 49 kann der Kondensator 35 der Ausgleichswicklung 36 parallel ge schaltet werden oder die Wirkung des kapazitiv wirkenden Bau teils 35 unterdrückt werden.
Der Kondensator 35 ist in Figur 3 als einzelner Kondensator dargestellt, der außerhalb des Tanks 2 des FVSR angeordnet ist. Der Kondensator 35 umfasst jedoch eine Anzahl von in Reihe oder parallel zueinander angeordneten Kondensatoren und kann daher auch als Kondensatorbatterie bezeichnet werden. Dabei ist die Anzahl der parallel oder in Reihe geschalteten Kondensatoren von den jeweiligen Anforderungen abhängig, wo bei die kapazitive Wirkung erhöht oder herabgesetzt werden kann .
Der Kondensator oder mit anderen Worten die Kondensatorbatte rie 35 ist wie der Schalter 49 außerhalb des Tanks 2 des FVSR angeordnet. Abweichend hiervon ist natürlich auch die Anord nung in einem gemeinsamen Tank möglich. Um eine elektrische Verbindung zwischen der Ausgleichswicklung 36 in dem Tank 2 zu ermöglichen, sind wieder zweckmäßige Durchführungen 8 vor gesehen, die ein spannungsfestes Durchführen der Hochspan nungsleitungen durch die Wand des Tanks 2, die auf Erdpoten zial liegt, ermöglichen.
Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin dungsgemäßen Vorrichtung 1, die einen ersten Hochspannungsan schluss 42 zum Anschluss des Phasenleiters 16 sowie einen zweiten Hochspannungsanschluss 44 aufweist, der ebenfalls zum Anschluss des Phasenleiters 16 vorgesehen ist. Die Vorrich tung ist somit wieder in Reihe in den Phasenleiter 16 ge schaltet. Wie bei den Figuren 1 und 3 gezeigten Ausführungs beispielen sind die Sättigungsschaltzweige 10 und 11 außer halb des Tanks 2 angeordnet. Zur Verbindung der Sättigungs schaltzweige mit den im Tank 2 angeordneten Hochspannungs wicklungen 5 und 6 dienen wiederum Hochspannungsdurchführun gen 8, welche die Wand des Tanks 2 jeweils durchgreifen, wo bei ein äußerer Isolierkörper die notwendige Spannungsfestig keit gegenüber dem Tank 2 auf Erdpotenzial bereitstellt .
Dabei sind die Sättigungsschaltzweige 10, 11 auf einer Hoch spannungsplattform 50 angeordnet, die eine ebene Tragstruktu ren 51 sowie zwei außen mit Rippen versehene Stützer aus ei nem nichtleitenden Material aufweist. Die Stützer 52 sind mit einem Ende fest im Erdboden verankert und mit ihrem vom Erd boden abgewandten Ende fest mit der Tragplatte 51 verbunden. In den Figuren 4, 5 und 6 sind jeweils zwei Stützer 52 er kennbar. An dieser Stelle wird jedoch darauf hingewiesen, dass weitere figürlich nicht dargestellte Stützer zum Tragen der Tragstruktur 51 möglich sind. Mit Hilfe der Isolatoren oder Stützer 52 ist es möglich, dass die Sättigungsschalt zweige 10 und 11 auf einem Hochspannungspotenzial liegen.
Dies gilt somit für die Leistungselektronik der Leistungs halbleiterschalter. Eine aufwändige Potentialtrennung ist überflüssig geworden.
Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin dungsgemäßen Vorrichtung, die sich von dem in Figur 4 gezeig ten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass der zwei te Hochspannungsanschluss 44 nicht direkt mit den Sättigungs schaltzweigen 10, 11 über einen Sternpunkt verbunden ist.
Vielmehr ist der zweite Hochspannungsanschluss 44 über eine Durchführung 8 direkt mit den im Tank 2 angeordneten Hoch spannungswicklungsenden 9 verbunden. Dabei weisen die Hoch spannungswicklungen 5 und 6 jeweils einen Mittenanschluss 53 auf, der zum Anschluss der auf der Plattform 50 angeordneten Sättigungsschaltzweige 10 und 11 dient. Die Sättigungsschalt zweige 10 und 11 sind über eine zweckmäßige Verschaltung 54 miteinander verbunden.
Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin dungsgemäßen Vorrichtung, die sich von dem in Figur 5 gezeig ten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass auf der Hochspannungsplattform 50 lediglich ein Sättigungsschaltzweig angeordnet ist, der mit beiden Hochspannungswicklungen 5, 6 verbunden ist, wobei zweckmäßige Schalter vorgesehen sind, um die gewünschte Sättigung der Kernabschnitte 3 und 4 herbeizu führen .

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) zur dynamischen Lastflusssteuerung in ei nem wenigstens einen Phasenleiter (16) aufweisenden Hochspan nungsnetz ( 17 ) mit wenigstens einem ersten Hochspannungsan- schluss (42), der zur Verbindung mit jeweils einem Phasenlei ter (16) eingerichtet ist , wobei für j eden ersten Hochspan nungsanschluss ( 42 )
- ein erster und ein zweiter Kernabschnitt (5,6), die Teil eines geschlossenen Magnetkrei ses und in einem Tank an geordnet sind,
- eine erste Hochspannungswicklung (5), die den ersten Kernabschnitt (3) umschließt , und
- eine zweite HochspannungsWicklung (6), die den zweiten Kernabschnitt (4) umschließt und parallel zur ersten Hochspannungswicklung (5) geschaltet ist,
- wenigstens ein Sättigungsschaltzweig (10,11) , der zum Sättigen der Kernabschnitte (3,4) eingerichtet ist und ansteuerbare LeistungshalbleiterSchalter (20,21,22,23) aufweist , und
- eine Steuerungseinheit zum Ansteuern der Leistungshalb leiterschalter vorgesehen sind,
wobei die erste und die zweite Hochspannungswieklung an den ersten Hochspannungsanschluss angeschlossen und mit einem o- der dem Sättigungsschalt zweig (10, 11) verbindbar sind, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h,
einen zweiten HochspannungsanSchluss (44), der ebenfalls zum Anschluss an den besagten Phasenleiter (16) vorgesehen ist und über einen oder j eden Sättigungsschalt zweig ( 10 , 11 ) oder direkt mit den Hochspannungswie lungen (5,6) verbunden ist , wobei j eder Sättigungszweig (10,11) außerhalb des Tanks (2) angeordnet und gegenüber Erdpotential elektrisch isoliert aufgestellt ist .
2. Vorrichtung (1) 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
j eder Sättigungsschaltzweig (10, 11 ) auf einer Hochspannungs- plattform ( 50 ) angeordnet ist, die ein mittels elektrisch isolierenden Tragsäulen (51) am Erdboden abgestützte Trags truktur (52) aufweist.
3. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
j eder Sättigungsschaltzweig (10,11) über wenigsten eine am Tank (2) installierte Hochspannungsdurchführung (8) mit der oder den Hochspannungswicklungen (5,6) verbunden ist .
4. Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
wenigstens eine Hochspannungswicklung (5,6) einen Mittenan- schluss (53) aufweist , über den die j eweilige Hochspannungs- wicklung (5,6) an einen Sättigungszweig (10,11) angeschlossen ist, wobei die Wicklungsenden (7,9) der jeweiligen Hochspan nungswieklung (5,6) mit dem ersten (42) beziehungsweise zwei ten Hochspannungsanschluss (44) verbunden sind .
5. Vorrichtung (1) 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
jede Hochspannungswicklung (5,6) einen Mittenanschluss (53) aufweist , der mit einem oder dem Sättigungsschaltzweig
(10,11) verbunden ist.
6. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
jeder Sättigungsschaltzweig (10,11) wenigstens ein zweipoli ges Submodul ( 12 ) mit einer Brückenschaltung aufweist , die über Leistungshalbleiterschalter (20,21,22,23) und eine
Gleichspannungsquelle (24) verfügt, so dass je nach Ansteuerung der Leistungshalbleiterschalter (20,21,22,23) die
Gleichspannungsquelle entweder in Reihe zu wenigstens einer Hochspannungswicklung (10,11) schaltbar oder überbrückbar ist .
7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass jedes Submodul (12) eine Vollbrückenschaltung ausbildet, die einen ersten Reihenschaltungszweig (33) und einen zweiten Reihenschaltungszweig (34) aufweist, die der Gleichspannungs- quelle (24) jeweils parallel geschaltet sind, jeder Reihen- schaltungs zweig (33,34) eine Reihenschaltung aus zwei Leis tungshalbleiterschaltern (20,21,22,23) aufweist, wobei der Potenzialpunkt zwischen den Leistungshalbleiterschaltern (20,21) des ersten Reihenschaltungszweigs (33) mit einer ers ten Anschlussklemme (13) des Submoduls (12) und der Potenzi- alpunkt zwischen den Leistungshalbleiterschaltern (22,23) des zweiten Reihenschaltungszweigs (34) mit der zweiten An schlussklemme (14) des Submoduls (12) verbunden ist.
8. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6 oder 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
jeder Leistungshalbleiterschalter (20,21,22,23) ein IGBT (31) ist mit gegensinnig parallel geschalteter Freilaufdiode (32), ein GTO oder ein Transistorschalter ist.
9. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
jede Gleichspannungsquelle (24) einen Energiespeicher um fasst .
10. Vorrichtung (1) 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
der Energiespeicher an ein Versorgungsnetz anschließbar ist.
11. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
Ausgleichswicklungen (35) vorgesehen sind, die induktiv mit den Hochspannungswicklungen (5,6) gekoppelt sind, wobei die Ausgleichswicklungen (36) mit wenigstens einem kapazitiv wir kenden Bauteil (35) verschaltet sind.
12. Vorrichtung (1) nach Anspruch 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
das kapazitiv wirkende Bauteil Kondensatoren (46) aufweist.
EP19813248.2A 2018-12-18 2019-11-18 Magnetisch regelbare drosselspule in reihenschaltung Pending EP3881410A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018222183.9A DE102018222183A1 (de) 2018-12-18 2018-12-18 Magnetisch regelbare Drosselspule in Reihenschaltung
PCT/EP2019/081582 WO2020126249A1 (de) 2018-12-18 2019-11-18 Magnetisch regelbare drosselspule in reihenschaltung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3881410A1 true EP3881410A1 (de) 2021-09-22

Family

ID=68762696

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP19813248.2A Pending EP3881410A1 (de) 2018-12-18 2019-11-18 Magnetisch regelbare drosselspule in reihenschaltung

Country Status (5)

Country Link
US (1) US12009662B2 (de)
EP (1) EP3881410A1 (de)
CN (1) CN113474962B (de)
DE (1) DE102018222183A1 (de)
WO (1) WO2020126249A1 (de)

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2169093A (en) * 1937-01-02 1939-08-08 Gen Electric Electrical control system
US6144191A (en) * 2000-02-18 2000-11-07 Utility Systems Technologies, Inc. Voltage regulator
CN1215625C (zh) * 2001-03-30 2005-08-17 三菱电机株式会社 电压波动补偿装置
ES2647679T3 (es) * 2007-06-12 2017-12-26 Siemens Aktiengesellschaft Transformador eléctrico con compensación de flujo continuo
CN103270561B (zh) * 2010-09-29 2016-09-21 西门子公司 用于减少变压器芯中的单向磁通分量的设备和方法
US9261890B2 (en) * 2011-02-25 2016-02-16 Ut-Battelle, Llc Power flow control using distributed saturable reactors
US8957752B2 (en) * 2011-10-07 2015-02-17 Sabic Global Technologies B.V. Inverter housing system
CN206790105U (zh) * 2014-06-13 2017-12-22 西门子公司 用于进行无功功率输出的变流器
EP3168708B1 (de) 2015-11-10 2018-08-08 Siemens Aktiengesellschaft Stufenlos regelbare sättigungs-kompensationsdrosselspule
EP3196902B1 (de) * 2016-01-25 2019-04-24 Siemens Aktiengesellschaft Schaltungsanordnung zur verringerung eines gleichfluss-anteils im weichmagnetischen kern eines transformators
DE102016207393A1 (de) * 2016-04-29 2017-11-02 Siemens Aktiengesellschaft Ersatztransformator mit modularem Aufbau
CN107134957B (zh) * 2017-06-12 2019-05-31 杭州银湖电气设备有限公司 无抽头磁阀结构

Also Published As

Publication number Publication date
US12009662B2 (en) 2024-06-11
DE102018222183A1 (de) 2020-06-18
CN113474962B (zh) 2024-11-01
US20220085732A1 (en) 2022-03-17
CN113474962A (zh) 2021-10-01
WO2020126249A1 (de) 2020-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102009034354A1 (de) Sternpunktreaktor
DE112016004548T5 (de) Leistungsmanagement unter Verwenden einer synchronen gemeinsamen Kopplung
EP2328264B1 (de) Direktumrichter sowie System mit einem solchen Direktumrichter
DE112010000951T5 (de) Kriechstrom - Reduktionseinrichtung
EP3430715B1 (de) Umrichteranordnung mit sternpunktbildner
EP3526889A1 (de) Umrichteranordnung mit sternpunktbildner
EP2362514B1 (de) Vorrichtung zur Fehlerstromreduktion
EP3776134B1 (de) Magnetisch regelbare drossel zur blindleistungskompensation mit kapazitiv beschalteten zusatzwicklungen
EP3881410A1 (de) Magnetisch regelbare drosselspule in reihenschaltung
DE102015101087A1 (de) Schaltungsanordnung
WO2021001028A1 (de) Anordnung zum anschluss an ein wechselspannung führendes hochspannungsnetz
EP3850720B1 (de) Magnetisch regelbare drosselspule in reihenschaltung
EP3857577B1 (de) Vorrichtung zur blindleistungskompensation mit einer hochspannungswicklung mit mittenanschluss
DD145975A1 (de) Hochspannungs-transformations-und leichrichtereinrichtung
EP3764376A1 (de) Kompensationseinrichtung für stromversorgungsnetze
EP3753083A1 (de) Stufenlos regelbare sättigungsdrossel
DE408370C (de) Verkettetes Mehrphasenkraftuebertragungssystem
EP3402062B1 (de) Kopplung von mindestens zwei modularen multilevel umrichtern
EP3788712A1 (de) Vorrichtung zum umwandeln einer elektrischen gleichspannung in eine wechselspannung
DE102012221952A1 (de) Verfahren, Steuerungsvorrichtung und Pulsstromquelle zum Unterdrücken oder Unterbrechen eines Lichtbogens und Stromverteilungsstation
DE3803846A1 (de) Hochspannungs-prueftransformator mit isolierten kernsegmenten
EP2445078A1 (de) Umrichterschaltung
CH401251A (de) Einrichtung zur Speisung eines einphasigen Verbrauchers aus einem Mehrphasenwechselstromnetz vorgegebener Grundfrequenz
WO2018145836A1 (de) Elektrisches gerät mit hoher elektromagnetischer verträglichkeit
CH228751A (de) Einrichtung zur Begrenzung der Oberwellenströme in Leitungen, insbesondere Kabeln von Kraftübertragungsanlagen.

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20210615

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20240311