EP4214813A1 - Regler - Google Patents

Regler

Info

Publication number
EP4214813A1
EP4214813A1 EP21787409.8A EP21787409A EP4214813A1 EP 4214813 A1 EP4214813 A1 EP 4214813A1 EP 21787409 A EP21787409 A EP 21787409A EP 4214813 A1 EP4214813 A1 EP 4214813A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
connection
primary
conductor
connections
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
EP21787409.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Hesse
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.)
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Scheubeck GmbH and Co
Original Assignee
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck 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 Maschinenfabrik Reinhausen GmbH, Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG filed Critical Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Publication of EP4214813A1 publication Critical patent/EP4214813A1/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]
    • H02J3/1814—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using series compensators, e.g. thyristor-controlled series capacitors [TCSC] having reactive elements actively controlled by bridge converters, e.g. unified power flow controllers [UPFC] or controlled series voltage compensators
    • 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
    • H02M5/00—Conversion of AC power input into AC power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of AC power input into AC power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into DC
    • H02M5/42—Conversion of AC power input into AC power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into DC by static converters
    • H02M5/44—Conversion of AC power input into AC power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into DC by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate DC into AC
    • H02M5/453—Conversion of AC power input into AC power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into DC by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate DC into AC using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458—Conversion of AC power input into AC power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into DC by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate DC into AC using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M5/4585—Conversion of AC power input into AC power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into DC by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate DC into AC using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having a rectifier with controlled elements
    • 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
    • Y02E40/10—Flexible AC transmission systems [FACTS]

Definitions

  • the present invention relates to a controller, in particular a power flow controller, such as a UPFC controller, for power flow control or a voltage controller, such as a DVR controller, for voltage control, voltage balancing and for correcting voltage distortions in electrical networks.
  • a controller system with such a controller e.g., a UPFC controller, for power flow control or a voltage controller, such as a DVR controller, for voltage control, voltage balancing and for correcting voltage distortions in electrical networks.
  • UPFC Unified Power Flow Controller
  • electrical power engineering refers to a component that is used to specifically control and influence the transmitted electrical power in individual lines, such as overhead lines, in national and meshed power grids be able.
  • UPFC controllers specific, contractually agreed power transmissions can be fulfilled in a targeted manner in meshed networks and lines can be used to the maximum extent in a controlled manner according to their technical capabilities.
  • DVR stands for "Dynamic Voltage Restorer” and refers to a component that protects, for example, sensitive loads in electrical supply networks from brief voltage dips. Due to the increased integration of sensitive loads (e.g. semiconductor factories) into the supply networks, the requirements for voltage stability have increased significantly. Particularly brief voltage dips - e.g. due to short circuits in the network - are extremely critical for such consumers. One way to protect sensitive loads is with DVR controllers. These systems are able to protect entire factories against voltage dips. Today, DVRs are capable of compensating for several 100 ms of voltage dips on loads with more than 20 MW.
  • UPFC and DVR topologies are based on longitudinal coupling of a voltage source. If this voltage source is to be infinitely variable, a coupling transformer with a three-phase inverter is used in the prior art, with which a three-phase voltage source is implemented on the secondary side of the three-phase coupling transformer.
  • a DC intermediate circuit voltage is provided with a diode-based inverter in the prior art.
  • the topology can only increase the grid voltage in the direction of the active power direction.
  • a distorted current with reactive power is caused in the network unless additional technical devices are installed to reduce these effects, which in turn increase the complexity and installation space of the controller.
  • this state-of-the-art converter also requires a so-called “active front end”, i.e. a second inverter, which can feed energy back into the mains from the intermediate circuit of the voltage-adjusting converter .
  • a second inverter also increases the complexity and the installation space of the controller.
  • the object of the present invention is to provide a controller which is of particularly simple and space-saving design and which can be operated bidirectionally at the same time and does not cause any input current distortion or reactive power consumption.
  • the object is achieved with a controller that includes a transformer and an inverter unit.
  • the transformer also referred to as a coupling transformer, has a primary side and a secondary side, with the primary side also being referred to as the high-voltage side and the secondary side as the low-voltage side.
  • the primary side has three primary windings which are connected to one another in such a way that the primary windings connected to one another form three primary connections.
  • the secondary side has three secondary windings, with each secondary winding of the three secondary windings being able to be connected to an outer conductor of three outer conductors, so that each outer conductor of the three outer conductors is assigned a secondary winding of the three secondary windings and, for each outer conductor, a first section of the outer conductor, the secondary winding assigned to the outer conductor and a second portion of the outer conductor are connected in series in that order.
  • the inverter unit has three AC-side connections, each AC-side connection of the three AC-side connections of the inverter unit being connected to a primary connection of the three primary connections, so that each primary connection has a AC voltage side connection is assigned.
  • a connection on the AC voltage side of the three AC voltage side connections of the inverter unit can be connected either to a neutral conductor or to an outer conductor of the three outer conductors.
  • the connection on the AC voltage side is preferably connected directly to the neutral conductor or the external conductor via a bypass conductor, which bypasses the inverter unit and thus does not pass through or has any switching elements of the inverter unit.
  • a controller which can be operated bidirectionally, which does not cause any input current distortion and no reactive power consumption or requires no additional measures to avoid this, which has a particularly simple and space-saving design and causes low costs.
  • the hardware complexity of the inverter unit can be significantly reduced, in the best case by up to 75%.
  • the controller has a rectifier unit which is connected to the inverter unit via an energy store and has at least one AC voltage-side connection, each AC voltage-side connection of the at least one AC voltage-side connection of the rectifier unit being able to be connected to an outer conductor of the three outer conductors.
  • the energy store is then provided in a so-called intermediate circuit or forms such an intermediate circuit and can include one or more capacitors, in particular intermediate circuit capacitors. In this way, for example, critical voltage dips in supply networks can be compensated for with the voltage from the energy store.
  • the bypass conductor preferably also bypasses the rectifier unit and the energy store or the intermediate circuit in which the energy store is provided, so that the bypass conductor does not pass or have any switching elements of the rectifier unit and the intermediate circuit.
  • the energy store has two capacitors, in particular intermediate circuit capacitors, which are connected to one another via a connection point.
  • the connection point can be connected to the neutral conductor when the AC voltage-side connection of the three AC voltage-side connections of the inverter unit can be connected to the neutral conductor, and then, when the AC voltage-side connection of the three AC voltage-side connections of the inverter unit can be connected to the outer conductor of the three outer conductors, it can be connected to this outer conductor.
  • the voltage of the energy store, in particular of the intermediate circuit capacitors can be stabilized by active power being taken up from the corresponding conductor of the network or being fed into the network.
  • a stabilizing conductor is preferably provided, which is connected on the one hand to the connection point between the two capacitors and on the other hand to the bypass conductor.
  • connection of the inverter unit on the AC voltage side which can be connected either to the neutral conductor or to the outer conductor, can be connected to the neutral conductor. This results in a relatively low voltage swing at the two voltages of the transformer to be impressed in comparison to when the connection of the inverter unit on the AC voltage side can be connected to the outer conductor.
  • connection of the inverter unit on the AC voltage side which can be connected either to the neutral conductor or to the outer conductor, can be connected to the outer conductor.
  • this can be compensated for, for example, by an adapted transformer design.
  • two connections on the AC voltage side of the three connections on the AC voltage side of the inverter unit are connected to the energy store via a 2-level circuit of the inverter unit.
  • two connections on the AC voltage side of the three connections on the AC voltage side of the inverter unit are connected to the energy store via a 3-level circuit of the inverter unit.
  • the rectifier unit is a controllable rectifier unit.
  • the controllable rectifier unit can be formed by interconnecting a plurality of active switching elements, such as transistors.
  • the controllable rectifier unit can also have passive switching elements such as diodes.
  • the rectifier unit can also be operated as an inverter unit, so that bidirectional operation of the regulator can be implemented.
  • the rectifier unit is a non-controllable rectifier unit.
  • the non-controllable rectifier unit can be formed by interconnecting a plurality of passive switching elements, such as diodes.
  • a non-controllable rectifier unit allows a particularly simple design, but is limited to unidirectional operation of the controller.
  • the at least one AC-side connection of the rectifier unit has an AC-side connection. This represents a particularly simple, compact and cost-effective design.
  • the at least one AC voltage-side connection of the rectifier unit has two AC voltage-side connections. This is a slightly larger and more complicated design, but the reference power can be split between two phase conductors, which can increase the effectiveness and reliability of the regulator.
  • the at least one AC voltage-side connection of the rectifier unit has three AC voltage-side connections. This represents an even larger and more complicated construction, but the reference power can be distributed over three outer conductors, increasing the effectiveness and Reliability of the controller can be further increased and the three outer conductors can be loaded symmetrically with the same current.
  • the regulator has a short circuiter connected to the three primary terminals and adapted to short the three primary terminals together and to ground. In this way, overloading of the controller can be ended quickly.
  • the three primary windings are connected to one another in such a way that the primary windings connected to one another form a delta connection, so that the primary windings connected to one another in the delta connection form the three primary connections.
  • the three primary windings are connected to one another in such a way that the primary windings connected to one another form a star connection, so that the primary windings connected to one another in the star connection form the three primary connections.
  • a star connection can be advantageous or necessary in certain cases.
  • a further aspect of the present invention relates to a controller system with three outer conductors, one neutral conductor and a controller according to one of the previously described embodiments.
  • Each secondary winding of the three secondary windings is connected to one phase of the three phase conductors, and the AC side terminal of the three AC side terminals of the inverter unit is connected to either the neutral conductor or one phase conductor of the three phase conductors.
  • the features and effects described in connection with the controller also apply vis-a-vis to the controller system.
  • FIG. 6 circuit diagrams of two variants of a fourth embodiment of the controller system according to the invention with a transistor-based rectifier and an active neutral conductor and
  • FIGS. 2a and 2b show four variants of a controller system 1' known from the prior art, which can be either a UPFC or a DVR controller system.
  • the controller system 1' includes three outer conductors L1', L2', L3', a neutral conductor N' and a controller 3'.
  • the regulator 3' has a transformer 5' and an inverter unit 7'.
  • the transformer 5' has a primary side P' and a secondary side S'.
  • the primary side P' has three primary windings which are connected to one another in such a way that the primary windings which are connected to one another form three primary connections P1', P2', P3'.
  • the secondary side S' has three secondary windings, with each secondary winding of the three secondary windings being connected to an outer conductor L1', L2', L3' of the three outer conductors L1', L2', L3', so that each outer conductor L1', L2', L3 '
  • the three outer conductors L1', L2', L3' is assigned a secondary winding of the three secondary windings and for each outer conductor L1', L2', L3' a first section A1' of the outer conductor L1', L2', L3', which is the outer conductor L1', L2', L3' associated secondary winding and a second section A2' of the outer conductor L1', L2', L3' in are connected in series in this order.
  • the inverter unit 7' also has three AC voltage-side connections 9a', 9b', 9c', each AC voltage-side connection 9' of the three AC voltage-side connections 9' of the inverter unit y' being connected to a primary connection P1', P2', P3' of the three primary connections P1' , P2', P3' is connected, so that each primary connection P1', P2', P3' is assigned an AC voltage-side connection 9a', 9b', 9c'.
  • the inverter unit also includes a filter circuit 10' with three filter capacitors which, together with a choke made up of inductances 35', cause the filtering of a switching-frequency interference current.
  • the controller has a rectifier unit 11', which is connected to the inverter unit 7' via an energy store 13' in the form of an intermediate circuit capacitor 15' and has a plurality of AC voltage-side connections 17', which are connected either to the neutral conductor N' or to an outer conductor L1'. , L2', L3' are connected.
  • the rectifier unit 11' has three AC-side connections 17', each AC-side connection 17' being connected to an outer conductor L1', L2', L3' of the three outer conductors L1', L2', L3 ' connected is.
  • the rectifier unit 11' has only two connections 17' on the AC voltage side, a first connection 17' on the AC voltage side being connected to an outer conductor L1', L2', L3' of the three outer conductors L1', L2', L3' is connected and a second AC-side connection 17' is connected to the neutral conductor N'.
  • FIGS. 1a and 1b differ from the variants of FIGS. 2a and 2b in that in the variants of FIGS. 1a and 1b the rectifier unit 11' is a diode-based rectifier unit with six (FIG. 1a) or four (Fig. 1b) is diodes, while the rectifier unit 11' in Figs. 2a and 2b is a transistor-based rectifier unit with six (Fig. 2a) or four (Fig. 2b) transistors, in these variants of the rectifier unit a another filter circuit 10' belongs, by means of which filter capacitors and the choke made up of inductances 35', the switching-frequency interference current is filtered.
  • the inverter unit 7' is a transistor-based inverter unit with six transistors.
  • controller systems 1' known from the prior art have the disadvantage that they require a relatively large number of switching elements and therefore a large amount of space distorted current in the network, which is subject to reactive power, and only allow unidirectional operation in the variants of FIGS. 1a and 1b.
  • These control systems 1 according to the invention are superior to the previously described variants of control systems 1 known from the prior art, since they have a particularly simple and space-saving design and can be operated bidirectionally at the same time and cause no input current distortion and no reactive power consumption.
  • the controller system 1 comprises three outer conductors L1, L2, L3, a neutral conductor N and a controller 3 with a transformer 5, an inverter unit 7, a rectifier unit 11 and an energy store 13.
  • the transformer 5 has a primary side P and a secondary side S.
  • the primary side P has three primary windings which are connected to one another in such a way that the primary windings connected to one another form three primary connections P1, P2, P3.
  • the three primary windings are connected to one another in such a way that the primary windings connected to one another form a delta circuit D, so that the primary windings connected to one another in the delta circuit D form the three primary terminals P1, P2, P3.
  • the secondary side S has three secondary windings, with each secondary winding of the three secondary windings being connected to an outer conductor L1, L2, L3 of the three outer conductors L1, L2, L3, so that each outer conductor L1, L2, L3 of the three outer conductors L1, L2, L3 has a secondary winding of the three secondary windings is assigned and for each outer conductor L1, L2, L3 a first section A1 of the outer conductor L1, L2, L3, the secondary winding assigned to the outer conductor L1, L2, L3 and a second section A2 of the outer conductor L1, L2, L3 in are connected in series in this order.
  • the inverter unit 7 has three AC-side connections 9a, 9b, 9c, each AC-side connection 9a, 9b, 9c of the three AC-side connections 9a, 9b, 9c of the inverter unit 7 having a primary connection P1, P2, P3 of the three primary connections P1, P2, P3 are connected, so that each primary connection P1, P2, P3 is assigned a connection 9a, 9b, 9c on the AC voltage side.
  • the rectifier unit 11 is connected to the inverter unit 7 via an energy store 13 and has a connection 17 on the AC voltage side, which is connected to an outer conductor L1, L2, L3 of the three outer conductors L1, L2, L3.
  • the energy store 13 is provided in an intermediate circuit 19 between the rectifier unit 11 and the inverter unit 7 and includes two capacitors 15 connected in series with one another in the intermediate circuit 19, ie intermediate circuit capacitors.
  • the other two AC voltage-side connections 9b, 9c of the three AC voltage-side connections 9a, 9b, 9c of the inverter unit 7 are only connected to an outer conductor L1 of the three outer conductors L1, L2, L3 via the inverter unit 7, the rectifier unit 11 and the intermediate circuit 19 or their switching elements tied together.
  • the two capacitors 15 of the energy store 13 are connected to one another via a connection point 23, which is connected to the neutral conductor N to stabilize the capacitor voltage, namely via a stabilizing conductor 25, which is connected on the one hand to the connection point 23 between the two capacitors 15 and on the other hand to the bypass conductor 21 is connected.
  • the regulator has a short-circuiter 27 connected to the three primary terminals P1, P2, P3 and adapted to short-circuit and ground the three primary terminals P1, P2, P3 to protect the regulator 3 from overloads.
  • the controller has a filter circuit 10 with three filter capacitors for filtering the switching-frequency interference current together with the inductances 35 .
  • the rectifier unit 11 is a controllable rectifier unit.
  • the controllable rectifier unit can be formed by interconnecting a plurality of active switching elements, transistors 29 in the present case.
  • the embodiments of FIGS. 3a and 3b differ in that, in FIG are, while in FIG.
  • the rectifier unit 11 has an AC voltage-side connection 17 and two DC voltage-side connections 31, which are connected to one another and to the AC voltage-side connection 17 via a conductor 33.
  • the conductor 33 On both sides between the connection 17 on the AC voltage side and one of the connections 31 on the DC voltage side, the conductor 33 has a transistor 29 in each case.
  • the connection 17 of the rectifier unit on the AC voltage side is connected to the outer conductor L1 via an inductor 35 .
  • the DC voltage-side connections 31 of the rectifier unit 11 are connected on the one hand to the intermediate circuit 19, which has two series-connected capacitors 15, and on the other hand to two DC voltage-side connections 37 of the inverter unit 7.
  • the inverter unit 7 has two conductors 39 connected in parallel with one another, both of which are connected both to one and to the other connection 37 of the inverter unit 7 on the DC voltage side.
  • Each of the two conductors 39 has two transistors 29, with an AC voltage-side connection 9b, 9c of the inverter unit 7 being provided between each pair of transistors 29, which in turn is connected via an inductance 35 to one of the primary connections P2, P3 of the transformer.
  • the filter circuit 10 with its filter capacitors is connected to the connection point 23 of the intermediate circuit 19 and to two AC-side connections 9b, 9c on the primary connection side of the inductors 35 and the AC-side connection 17 of the rectifier unit 11 .
  • the embodiment with 3-level topology shown in FIG. 3b differs from the embodiment from FIG.
  • each of the six transistors 29 of the rectifier unit 11 and the inverter unit 7 has been replaced by a pair of series-connected transistors 29, between the two pairs of transistors 29 of each conductor 33, 39 there is provided a return 41 which connects the connection points between each two transistors 29 of a pair of transistors 29 of a conductor 33, 39, each return 41 having two diodes connected in series 43 has.
  • the 3-level topology has a center conductor 45 that connects the connection points between two diodes of each return 41 and the stabilizing conductor 25 together.
  • the exemplary embodiments shown in FIGS. 4a and 4b differ from the exemplary embodiments in FIGS. 3a and 3b in that the rectifier unit 11 is a non-controllable rectifier unit.
  • the non-controllable rectifier unit can be formed by interconnecting a plurality of passive switching elements, diodes 43 in the present case.
  • the embodiment of FIG. 4a is formed analogously to the embodiment of FIG. 3a with the only difference that the two transistors 29 of the rectifier unit 11 of FIG. 3a have been replaced by two diodes 43.
  • the rectifier unit 11 of the embodiment of FIG. 4b is formed analogously to the rectifier unit 11 of FIG. 4a.
  • the exemplary embodiments shown in FIGS. 5a and 5b differ from the exemplary embodiments of FIGS. 3a and 3b in that the rectifier unit 11 has not just one, but rather two or three (grey background) connections 17 on the AC voltage side. Depending on the number of connections 17 on the AC voltage side, the rectifier unit has two or three conductors 33 (shaded gray) connected in parallel to one another, each of which is constructed like the one conductor 33 of the rectifier unit 11 in FIGS. 3a and 3b.
  • FIGS. 6a and 6b differ from the exemplary embodiments of FIGS. 3a and 3b in that there is no stabilizing conductor 25 which connects the intermediate circuit 19 to the bypass conductor 21.
  • the rectifier unit 11 has a second conductor 33 which is constructed like the first conductor 33 and which is connected in parallel with the first conductor 33 .
  • the second conductor 33 of the rectifier unit 11 now has a second connection 17 on the AC voltage side, which is connected to the bypass conductor 21 via an inductor 35 .
  • the energy store 13 includes only one capacitor 15 instead of two capacitors 15.
  • FIGS. 7a and 7b differ from the exemplary embodiments of FIGS. 3a and 3b in that the AC voltage-side connection 9a of the inverter unit 7 is connected to an outer conductor L2 via the bypass conductor 21 instead of being connected to the neutral conductor N is different from the outer conductor L1 to which the AC-side terminal 17 of the rectifier unit 11 is connected.
  • the neutral conductor N has no connection.
  • a controller system 1 according to the invention according to the exemplary embodiments described above can be operated bidirectionally, is able to cause no input current distortion and no reactive power consumption or does not require any additional measures to avoid this, can be constructed in a particularly simple and space-saving manner and cause low costs.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist ein Regler (3), umfassend einen Transformator (5) mit einer Primärseite (P) und einer Sekundärseite (S), wobei die Primärseite (P) drei Primärwicklungen aufweist, die so miteinander geschaltet sind, dass sie drei Primäranschlüsse (P1, P2, P3) bilden, und die Sekundärseite (S) drei Sekundärwicklungen aufweist, wobei jede Sekundärwicklung mit einem Außenleiter (L1, L2, L3) verbindbar ist, sodass jedem Außenleiter (L1, L2, L3) eine Sekundärwicklung zugeordnet ist und für jeden Außenleiter (L1, L2, L3) ein erster Abschnitt (A1) des Außenleiters (L1, L2, L3), die dem Außenleiter (L1, L2, L3) zugeordnete Sekundärwicklung und ein zweiter Abschnitt (A2) des Außenleiters (L1, L2, L3) in dieser Reihenfolge in Reihe geschaltet sind, und ferner umfassend eine Wechselrichtereinheit (7) mit drei wechselspannungsseitigen Anschlüssen (9a, 9b, 9c), wobei jeder wechselspannungsseitige Anschluss (9a, 9b, 9c) mit einem Primäranschluss (P1, P2, P3) verbunden ist, wobei ein wechselspannungsseitiger Anschluss (9a) entweder mit einem Nullleiter (N) oder mit einem Außenleiter (L2) verbindbar ist.

Description

REGLER
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Regler, insbesondere einen Leistungsflussregler, wie beispielsweise einen UPFC-Regler, zur Leistungsflussregelung oder einen Spannungsregler, wie beispielsweise einen DVR-Regler, zur Spannungsregelung, Spannungssymmetrierung und zur Ausregelung von Spannungsverzerrungen in elektrischen Netzen. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Reglersystem mit einem solchen Regler.
UPFC steht für „Unified Power Flow Controller“, zu deutsch: Vereinheitlichter Leistungsflussregler, und bezeichnet in der elektrischen Energietechnik eine Komponente, die dazu dient, in überregionalen und vermaschten Stromnetzen die übertragene elektrische Leistung in einzelnen Leitungen, wie Freileitungen, gezielt steuern und beeinflussen zu können. Mit UPFC-Reglern können so in vermaschten Netzen gezielt bestimmte, vertraglich vereinbarte Leistungsdurchleitungen erfüllt werden als auch Leitungen gemäß Ihren technischen Fähigkeiten kontrolliert maximal genutzt werden.
DVR steht für „Dynamic Voltage Restorer“, zu deutsch: Dynamischer Spannungswiederhersteller, und bezeichnet eine Komponente, die beispielsweise empfindliche Lasten in elektrischen Versorgungsnetzen vor kurzzeitigen Spannungseinbrüchen schützt. Durch die vermehrte Integration sensibler Lasten (z.B. Halbleiterfabriken) in die Versorgungsnetze, sind die Anforderungen an die Spannungsstabilität deutlich gestiegen. Besonders kurzzeitige Spannungseinbrüche - z.B. durch Kurzschlüsse im Netz - sind extrem kritisch für derartige Verbraucher. Eine Möglichkeit empfindliche Lasten zu schützen sind DVR-Regler. Diese Systeme sind in der Lage komplette Fabriken gegen Spannungseinbrüche zu schützen. DVRs sind heute in der Lage Spannungseinbrüche an Lasten mit mehr als 20 MW für mehrere 100 ms zu kompensieren.
UPFC- und DVR-Topologien beruhen auf einer Längseinkopplung einer Spannungsquelle. Soll diese Spannungsquelle stufenlos regelbar sein, so kommt im Stand der Technik ein Koppeltransformator mit einem dreiphasigen Wechselrichter zum Einsatz, mit dem auf der Sekundärseite des dreiphasigen Koppeltransformators eine dreiphasige Spannungsquelle realisiert wird.
In einer spannungsunidirektionalen Variante wird im Stand der Technik eine DC- Zwischenkreisspannung mit einem Dioden-basierten Wechselrichter bereitgestellt. In dieser Variante kann die Topologie die Netzspannung nur in Richtung der Wirkleistungsrichtung anheben. Ferner wird in dieser Topologie in dem Netz ein verzerrter und Blindleistungsbehafteter Strom verursacht, sofern nicht zusätzliche technische Einrichtungen zur Minderung dieser Auswirkungen eingebaut werden, die jedoch wiederum Komplexität und Bauraum des Reglers erhöhen.
Soll die längseingekoppelte Spannung die Netzspannung unabhängig von der Wirkleistungsrichtung verändern können, so ist an diesem Umrichter nach Stand der Technik zusätzlich ein sogenanntes „ Active Frontend“, d.h. ein zweiter Wechselrichter, nötig, der Energie aus dem Zwischenkreis des spannungsstellenden Umrichters in das Netz zurückspeisen kann. Ein solcher zweiter Wechselrichter erhöht ebenfalls die Komplexität und den Bauraum des Reglers.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Regler bereitzustellen, der besonders einfach und platzsparend aufgebaut ist und der gleichzeitig bidirektional betrieben werden kann und keine Eingangsstromverzerrung sowie keinen Blindleistungsbezug verursacht.
Diese Aufgabe wird mit einem Regler gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Insbesondere wird die Aufgabe mit einem Regler gelöst, der einen Transformator und eine Wechselrichtereinheit umfasst. Der Transformator, auch als Koppeltransformator bezeichnet, hat eine Primärseite und eine Sekundärseite, wobei die Primärseite auch als Oberspannungsseite und die Sekundärseite als Unterspannungsseite bezeichnet werden kann. Die Primärseite weist drei Primärwicklungen auf, die so miteinander geschaltet sind, dass die miteinander geschalteten Primärwicklungen drei Primäranschlüsse bilden. Die Sekundärseite weist drei Sekundärwicklungen auf, wobei jede Sekundärwicklung der drei Sekundärwicklungen mit einem Außenleiter von drei Außenleitern verbindbar ist, sodass jedem Außenleiter der drei Außenleiter eine Sekundärwicklung der drei Sekundärwicklungen zugeordnet ist und für jeden Außenleiter ein erster Abschnitt des Außenleiters, die dem Außenleiter zugeordnete Sekundärwicklung und ein zweiter Abschnitt des Außenleiters in dieser Reihenfolge in Reihe geschaltet sind. Die Wechselrichtereinheit hat drei wechselspannungsseitige Anschlüsse, wobei jeder wechselspannungsseitige Anschluss der drei wechselspannungsseitigen Anschlüsse der Wechselrichtereinheit mit einem Primäranschluss der drei Primäranschlüsse verbunden ist, sodass jedem Primäranschluss ein wechselspannungsseitiger Anschluss zugeordnet ist. Ein wechselspannungsseitiger Anschluss der drei Wechselspannungsseitigen Anschlüsse der Wechselrichtereinheit ist entweder mit einem Nullleiter oder mit einem Außenleiter der drei Außenleiter verbindbar. Dabei ist der wechselspannungsseitige Anschluss vorzugsweise direkt über einen Umgehungsleiter mit dem Nullleiter bzw. dem Außenleiter verbunden, der die Wechselrichtereinheit umgeht und somit keine Schaltelemente der Wechselrichtereinheit passiert bzw. aufweist.
Auf diese Weise wird ein Regler bereitgestellt, der bidirektional betrieben werden kann, der keine Eingangsstromverzerrung und keinen Blindleistungsbezug verursacht bzw. keine Zusatzmaßnahmen zur Vermeidung dieser erforderlich macht, der besonders einfach und platzsparend aufgebaut ist und geringe Kosten verursacht. Insbesondere kann die Hardwarekomplexität der Wechselrichtereinheit deutlich reduziert werden, im besten Fall bis zu 75%.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Regler eine Gleichrichtereinheit auf, die über einen Energiespeicher mit der Wechselrichtereinheit verbunden ist und mindestens einen wechselspannungsseitigen Anschluss aufweist, wobei jeder wechselspannungsseitige Anschluss des mindestens einen wechselspannungsseitigen Anschlusses der Gleichrichtereinheit mit einem Außenleiter der drei Außenleiter verbindbar ist. Der Energiespeicher ist dann in einem sogenannten Zwischenkreis vorgesehen bzw. bildet einen solchen Zwischenkreis und kann einen oder mehrere Kondensatoren umfassen, insbesondere Zwischenkreiskondensatoren. Auf diese Weise können mit der Spannung aus dem Energiespeicher beispielsweise kritische Spannungseinbrüche in Versorgungsnetzen ausgeglichen werden.
Vorzugsweise umgeht der Umgehungsleiter auch die Gleichrichtereinheit sowie den Energiespeicher bzw. den Zwischenkreis, in welchem der Energiespeicher vorgesehen ist, so dass der Umgehungsleiter auch keine Schaltelemente der Gleichrichtereinheit und des Zwischenkreises passiert bzw. aufweist.
Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn der Energiespeicher zwei Kondensatoren, insbesondere Zwischenkreiskondensatoren, aufweist, die über einen Verbindungspunkt miteinander verbunden sind. Der Verbindungspunkt ist dann, wenn der wechselspannungsseitige Anschluss der drei wechselspannungsseitigen Anschlüsse der Wechselrichtereinheit mit dem Nullleiter verbindbar ist, mit dem Nullleiter verbindbar, und dann, wenn der wechselspannungsseitige Anschluss der drei Wechselspannungsseitigen Anschlüsse der Wechselrichtereinheit mit dem Außenleiter der drei Außenleiter verbindbar ist, mit diesem Außenleiter verbindbar. Durch eine solche Verbindung des Verbindungspunkts mit dem Nullleiter bzw. mit dem Außenleiter kann die Spannung des Energiespeichers, insbesondere der Zwischenkreiskondensatoren, stabilisiert werden, indem Wirkleistung aus dem entsprechenden Leiter des Netzes aufgenommen oder in das Netz eingespeist wird.
Vorzugsweise ist dabei ein Stabilisierungsleiter vorgesehen, der einerseits mit dem Verbindungspunkt zwischen den beiden Kondensatoren und andererseits mit dem Umgehungsleiter verbunden ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der wechselspannungsseitige Anschluss der Wechselrichtereinheit, der entweder mit dem Nullleiter oder mit dem Außenleiter verbindbar ist, mit dem Nullleiter verbindbar. Hierdurch ergibt sich ein relativ niedriger Spannungshub an den beiden einzuprägenden Spannungen des Transformators im Vergleich dazu, wenn der wechselspannungsseitige Anschluss der Wechselrichtereinheit mit dem Außenleiter verbindbar ist.
In einer alternativen Ausführungsform ist der wechselspannungsseitige Anschluss der Wechselrichtereinheit, der entweder mit dem Nullleiter oder mit dem Außenleiter verbindbar ist, mit dem Außenleiter verbindbar. Hierdurch ergibt sich ein deutlich höherer Spannungshub an den beiden einzuprägenden Spannungen des Transformators im Vergleich dazu, wenn der wechselspannungsseitige Anschluss der Wechselrichtereinheit mit dem Nullleiter verbindbar ist. Dies kann jedoch beispielsweise durch ein angepasstes Transformatordesign ausgeglichen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei wechselspannungsseitige Anschlüsse der drei wechselspannungsseitigen Anschlüsse der Wechselrichtereinheit über eine 2-Level- Schaltung der Wechselrichtereinheit mit dem Energiespeicher verbunden. Dies stellt eine besonders einfache, kompakte, und kostengünstige Variante dar.
In einer alternativen Ausführungsform sind zwei wechselspannungsseitige Anschlüsse der drei wechselspannungsseitigen Anschlüsse der Wechselrichtereinheit über eine 3-Level- Schaltung der Wechselrichtereinheit mit dem Energiespeicher verbunden. Dies stellt eine etwas komplizxertere Variante der Wechselrichtereinheit dar, die jedoch eine bessere Annäherung der Sinus-Wellenform der Wechselspannung leisten kann und damit präziser und wirkungsvoller ist sowie ferner den Einsatz von aktiven Schaltelementen mit halber Sperrspannung und niedrigeren Schaltverlusten im Vergleich zur 2-Level-Schaltung erlaubt und somit eine kompakteren Aufbau der wechselspannungsseitigen Filterelemente sowie des Kühlsystems erlaubt .
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Gleichrichtereinheit eine steuerbare Gleichrichtereinheit. Die steuerbare Gleichrichtereinheit kann unter Verschaltung mehrerer aktiver Schaltelemente, wie beispielsweise Transistoren, gebildet werden. Zusätzlich kann die steuerbare Gleichrichtereinheit jedoch auch passive Schaltelemente, wie Dioden, aufweisen. Mit einer steuerbaren Gleichrichtereinheit kann die Gleichrichtereinheit auch als Wechselrichtereinheit betrieben werden, so dass ein bidirektionaler Betrieb des Reglers realisiert werden kann.
In einer alternativen Ausführungsform ist die Gleichrichtereinheit eine nicht-steuerbare Gleichrichtereinheit. Die nicht-steuerbare Gleichrichtereinheit kann unter Verschaltung mehrerer passiver Schaltelemente, wie beispielsweise Dioden, gebildet werden. Eine nicht- steuerbare Gleichrichtereinheit erlaubt eine besonders einfache Bauweise, ist jedoch auf einen unidirektionalen Betrieb des Reglers beschränkt.
In einer bevorzugte Ausführungsform weist der mindestens eine wechselspannungsseitige Anschluss der Gleichrichtereinheit einen wechselspannungsseitigen Anschluss auf. Dies stellt eine besonders einfache, kompakte und kostengünstige Bauweise dar.
In einer alternativen Ausführungsform weist der mindestens eine wechselspannungsseitige Anschluss der Gleichrichtereinheit zwei wechselspannungsseitige Anschlüsse auf. Dies stellt eine etwas größere und kompliziertere Bauweise dar, die Bezugsleistung kann jedoch auf zwei Außenleiter verteilt werden, wodurch die Effektivität und Zuverlässigkeit des Reglers erhöht werden kann.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform weist der mindestens eine wechselspannungsseitige Anschluss der Gleichrichtereinheit drei wechselspannungsseitige Anschlüsse auf. Dies stellt eine noch etwas größere und kompliziertere Bauweise dar, die Bezugsleistung kann jedoch auf drei Außenleiter verteilt werden, wodurch die Effektivität und Zuverlässigkeit des Reglers weiter erhöht werden kann und die drei Außenleiter symmetrisch mit gleichem Strom belastet werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Regler einen Kurzschließer auf, der mit den drei Primäranschlüssen verbunden ist und angepasst ist, die drei Primäranschlüsse miteinander kurzzuschließen und zu erden. Auf diese Weise können Überlastungen des Reglers schnell beendet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die drei Primärwicklungen so miteinander geschaltet, dass die miteinander geschalteten Primärwicklungen eine Dreieckschaltung bilden, sodass die in der Dreieckschaltung miteinander geschalteten Primärwicklungen die drei Primäranschlüsse bilden. Dies stellt eine besonders einfache und wirksame Verschaltung dar.
In einer alternativen Ausführungsform sind die drei Primärwicklungen so miteinander geschaltet, dass die miteinander geschalteten Primärwicklungen eine Sternschaltung bilden, sodass die in der Sternschaltung miteinander geschalteten Primärwicklungen die drei Primäranschlüsse bilden. Eine Sternschaltung kann in bestimmten Fällen vorteilhaft bzw. erforderlich sein.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Reglersystem mit drei Außenleitern, einem Nullleiter und einem Regler nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Jede Sekundärwicklung der drei Sekundärwicklungen ist mit einem Außenleiter der drei Außenleiter verbunden und der wechselspannungsseitige Anschluss der drei Wechselspannungsseitigen Anschlüsse der Wechselrichtereinheit ist entweder mit dem Nullleiter oder mit einem Außenleiter der drei Außenleiter verbunden. Die im Zusammenhang mit dem Regler beschriebenen Merkmale und Wirkungen gelten vis-a-vis ebenfalls für das Reglersystem.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
Fig. 1 Schaltbilder zweier Varianten eines aus dem Stand der Technik bekannten Reglersystems mit einem Dioden-basierten Gleichrichter, Fig. 2 Schaltbilder zweier weiterer Varianten eines aus dem Stand der Technik bekannten Reglersystems mit einem Transistoren-basierten Gleichrichter,
Fig. 3 Schaltbilder zweier Varianten eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Reglersystems mit einem Transistoren-basierten Gleichrichter,
Fig. 4 Schaltbilder zweier Varianten eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Reglersystems mit einem Dioden-basierten Gleichrichter,
Fig. 5 Schaltbilder zweier Varianten eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Reglersystems mit einem Transistoren-basierten Gleichrichter mit mehreren wechselspannungsseitigen Anschlüssen,
Fig. 6 Schaltbilder zweier Varianten eines vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Reglersystems mit einem Transistoren-basierten Gleichrichter und einem aktiven Nullleiter und
Schaltbilder zweier Varianten eines fünften Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Reglersystems mit einem Transistoren-basierten Gleichrichter und ohne Nullleiteranschluss.
Fig. 1a und 1b sowie Fig. 2a und 2b zeigen vier Varianten eines aus dem Stand der Technik bekannten Reglersystems 1‘, das sowohl ein UPFC- als auch ein DVR-Reglersystem sein kann.
Das Reglersystem 1‘ umfasst drei Außenleiter L1‘, L2‘, L3‘, einen Nullleiter N‘ und einen Regler 3‘. Der Regler 3‘ weist einen Transformator 5‘ und eine Wechselrichtereinheit 7‘ auf. Der Transformator 5‘ hat eine Primärseite P‘ und eine Sekundärseite S‘. Die Primärseite P‘ weist drei Primärwicklungen auf, die so miteinander geschaltet sind, dass die miteinander geschalteten Primärwicklungen drei Primäranschlüsse P1‘, P2‘, P3‘ bilden. Die Sekundärseite S‘ weist drei Sekundärwicklungen auf, wobei jede Sekundärwicklung der drei Sekundärwicklungen mit einem Außenleiter L1‘, L2‘, L3‘ der drei Außenleitern L1‘, L2‘, L3‘ verbunden ist, sodass jedem Außenleiter L1‘, L2‘, L3‘ der drei Außenleiter L1‘, L2‘, L3‘ eine Sekundärwicklung der drei Sekundärwicklungen zugeordnet ist und für jeden Außenleiter L1‘, L2‘, L3‘ ein erster Abschnitt A1‘ des Außenleiters L1‘, L2‘, L3‘, die dem Außenleiter L1‘, L2‘, L3‘ zugeordnete Sekundärwicklung und ein zweiter Abschnitt A2‘ des Außenleiters L1‘, L2‘, L3‘ in dieser Reihenfolge in Reihe geschaltet sind. Die Wechselrichtereinheit 7‘ hat ferner drei wechselspannungsseitige Anschlüsse 9a‘, 9b‘, 9c‘, wobei jeder wechselspannungsseitige Anschluss 9‘ der drei wechselspannungsseitigen Anschlüsse 9‘ der Wechselrichtereinheit y‘ mit einem Primäranschluss P1‘, P2‘, P3‘ der drei Primäranschlüsse P1‘, P2‘, P3‘ verbunden ist, sodass jedem Primäranschluss P1‘, P2‘, P3‘ ein wechselspannungsseitiger Anschluss 9a‘, 9b‘, 9c‘ zugeordnet ist. Zur Wechselrichtereinheit gehört ferner ein Filterkreis 10' mit drei Filterkondensatoren, die gemeinsam mit einer Drossel aus Induktivitäten 35' die Filterung eines schaltfrequenten Störstromes bewirken. Außerdem weist der Regler eine Gleichrichtereinheit 11‘ auf, die über einen Energiespeicher 13' in Form eines Zwischenkreiskondensators 15' mit der Wechselrichtereinheit 7‘ verbunden ist und mehrere wechselspannungsseitige Anschlüsse 17‘ aufweist, die entweder mit dem Nullleiter N‘ oder mit einem Außenleiter L1‘, L2‘, L3‘ verbunden sind.
Dabei weist die Gleichrichtereinheit 11' in den Varianten der Fig. 1a und 2a jeweils drei wechselspannungsseitige Anschlüsse 17' auf, wobei jeder wechselspannungsseitige Anschluss 17‘ mit einem Außenleiter L1‘, L2‘, L3‘ der drei Außenleiter L1‘, L2‘, L3‘ verbunden ist. In den Varianten der Fig. 1b und 2b weist die Gleichrichtereinheit 11‘ dagegen nur zwei wechselspannungsseitige Anschlüsse 17' auf, wobei ein erster wechselspannungsseitiger Anschluss 17‘ mit einem Außenleiter L1‘, L2‘, L3‘ der drei Außenleiter L1‘, L2‘, L3‘ verbunden ist und ein zweiter wechselspannungsseitiger Anschluss 17‘ mit dem Nullleiter N‘ verbunden ist.
Die Varianten der Fig. 1a und 1b unterscheiden sich von den Varianten der Fig. 2a und 2b dadurch, dass in den Varianten der Fig. 1a und 1b die Gleichrichtereinheit 11' eine Dioden- basierte Gleichrichtereinheit mit sechs (Fig. 1a) bzw. vier (Fig. 1b) Dioden ist, während die Gleichrichtereinheit 11‘ in den Fig. 2a und 2b eine Transistor-basierte Gleichrichtereinheit mit sechs (Fig. 2a) bzw. vier (Fig. 2b) Transistoren ist, wobei in diesen Varianten zur Gleichrichtereinheit ein weiterer Filterkreis 10' gehört, mittels dessen Filterkondensatoren und der Drossel aus Induktivitäten 35' der schaltfrequente Störstrom gefiltert wird . Die Wechselrichtereinheit 7‘ ist in allen Varianten der Fig. 1a und 1b sowie Fig. 2a und 2b eine Transistor-basierte Wechselrichtereinheit mit sechs Transistoren.
Diese aus dem Stand der Technik bekannten Varianten von Reglersystemen 1‘ haben den Nachteil, dass sie relativ viele Schaltelemente und somit viel Bauraum benötigen, einen verzerrten und blindleistungsbehafteten Strom im Netz verursacht sowie in den Varianten der Fig. 1a und 1b nur einen unidirektionalen Betrieb erlauben.
In den Fig. 3 bis 7 sind verschiedene Reglersysteme 1 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt. Diese erfindungsgemäßen Regeiersysteme 1 sind den zuvor beschriebenen aus dem Stand der Technik bekannten Varianten von Reglersystemen 1 überlegen, da sie besonders einfach und platzsparend aufgebaut sind und gleichzeitig bidirektional betrieben werden können und keine Eingangsstromverzerrung sowie keinen Blindleistungsbezug verursachen.
Fig. 3a und 3b zeigen zwei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Reglersystems 1, insbesondere eines UPFC- oder DVR-Reglersystems. Das Reglersystem 1 umfasst drei Außenleiter L1, L2, L3, einen Nullleiter N und einen Regler 3 mit einem Transformator 5, einer Wechselrichtereinheit 7, einer Gleichrichtereinheit 11 und einem Energiespeicher 13.
Der Transformator 5 hat eine Primärseite P und eine Sekundärseite S. Die Primärseite P weist drei Primärwicklungen auf, die so miteinander geschaltet sind, dass die miteinander geschalteten Primärwicklungen drei Primäranschlüsse P1, P2, P3 bilden. Insbesondere sind die drei Primärwicklungen so miteinander geschaltet, dass die miteinander geschalteten Primärwicklungen eine Dreieckschaltung D bilden, sodass die in der Dreieckschaltung D miteinander geschalteten Primärwicklungen die drei Primäranschlüsse P1, P2, P3 bilden. Es ist jedoch auch möglich, dass die drei Primärwicklungen so miteinander geschaltet sind, dass diese anstatt einer Dreieckschaltung D eine Sternschaltung Y bilden. Die Sekundärseite S weist drei Sekundärwicklungen auf, wobei jede Sekundärwicklung der drei Sekundärwicklungen mit einem Außenleiter L1, L2, L3 der drei Außenleitern L1, L2, L3 verbunden ist, sodass jedem Außenleiter L1, L2, L3 der drei Außenleiter L1, L2, L3 eine Sekundärwicklung der drei Sekundärwicklungen zugeordnet ist und für jeden Außenleiter L1, L2, L3 ein erster Abschnitt A1 des Außenleiters L1, L2, L3, die dem Außenleiter L1, L2, L3 zugeordnete Sekundärwicklung und ein zweiter Abschnitt A2 des Außenleiters L1, L2, L3 in dieser Reihenfolge in Reihe geschaltet sind.
Die Wechselrichtereinheit 7 weist drei wechselspannungsseitige Anschlüsse 9a, 9b, 9c auf, wobei jeder wechselspannungsseitige Anschluss 9a, 9b, 9c der drei wechselspannungsseitigen Anschlüsse 9a, 9b, 9c der Wechselrichtereinheit 7 mit einem Primäranschluss P1, P2, P3 der drei Primäranschlüsse P1, P2, P3 verbunden ist, sodass jedem Primäranschluss P1, P2, P3 ein wechselspannungsseitiger Anschluss 9a, 9b, 9c zugeordnet ist.
Die Gleichrichtereinheit 11 ist über einen Energiespeicher 13 mit der Wechselrichtereinheit 7 verbunden und weist einen wechselspannungsseitigen Anschluss 17 auf, der mit einem Außenleiter L1, L2, L3 der drei Außenleiter L1, L2, L3 verbunden ist. Der Energiespeicher 13 ist in einem Zwischenkreis 19 zwischen der Gleichrichtereinheit 11 und der Wechselrichtereinheit 7 vorgesehen und umfasst zwei in dem Zwischenkreis 19 in Reihe zueinander geschaltete Kondensatoren 15, sprich Zwischenkreiskondensatoren.
Anders als im oben beschriebenen Stand der Technik der Fig. 1 und 2, wo alle drei wechselspannungsseitigen Anschlüsse 9a', 9b', 9c' der Wechselrichtereinheit 7' nur über die Wechselrichtereinheit 7', d.h. über die Schaltelemente der Wechselrichtereinheit 7', mit den Außenleitern L1‘, L2‘, L3‘ bzw. dem Außenleiter L1‘ und dem Nullleiter N‘ verbunden sind, ist in dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ein wechselspannungsseitiger Anschluss 9a der drei wechselspannungsseitigen Anschlüsse 9a, 9b, 9c der Wechselrichtereinheit 7 mit dem Nullleiter N verbunden, und zwar direkt über einen Umgehungsleiter 21, der die Wechselrichtereinheit 7, die Gleichrichtereinheit 11 sowie den Energiespeicher 13 bzw. den Zwischenkreis 19, in welchem der Energiespeicher 13 vorgesehen ist, umgeht und somit keine Schaltelemente der Wechselrichtereinheit 7, der Gleichrichtereinheit 11 und des Zwischenkreises 19 passiert. Die übrigen zwei wechselspannungsseitigen Anschlüsse 9b, 9c der drei Wechselspannungsseitigen Anschlüsse 9a, 9b, 9c der Wechselrichtereinheit 7 sind nur über die Wechselrichtereinheit 7, die Gleichrichtereinheit 11 und den Zwischenkreis 19 bzw. deren Schaltelemente mit einem Außenleiter L1 der drei Außenleiter L1, L2, L3 verbunden.
Die zwei Kondensatoren 15 des Energiespeichers 13 sind über einen Verbindungspunkt 23 miteinander verbunden, der zur Stabilisierung der Kondensatorspannung mit dem Nullleiter N verbunden ist, und zwar über einen Stabilisierungsleiter 25, der einerseits mit dem Verbindungspunkt 23 zwischen den beiden Kondensatoren 15 und andererseits mit dem Umgehungsleiter 21 verbunden ist.
Ferner weist der Regler einen Kurzschließer 27 auf, der mit den drei Primäranschlüssen P1, P2, P3 verbunden ist und angepasst ist, die drei Primäranschlüsse P1, P2, P3 miteinander kurzzuschließen und zu erden, um den Regler 3 vor Überlastungen zu schützen. Außerdem weist der Regler einen Filterkreis 10 mit drei Filterkondensatoren zur Filterung des schaltfrequenten Störstroms zusammen mit den Induktivitäten 35 auf.
In den Ausführungsformen der Fig. 3a und 3b ist die Gleichrichtereinheit 11 eine steuerbare Gleichrichtereinheit. Die steuerbare Gleichrichtereinheit kann unter Verschaltung mehrerer aktiver Schaltelemente, im vorliegenden Fall Transistoren 29, gebildet werden. Die Ausführungsformen der Fig. 3a und 3b unterscheiden sich dadurch, dass in Fig. 3a zwei wechselspannungsseitige Anschlüsse 9b, 9c der drei wechselspannungsseitigen Anschlüsse 9a, 9b, 9c der Wechselrichtereinheit 7 über eine 2-Level-Schaltung der Wechselrichtereinheit 7 mit dem Energiespeicher 13 verbunden sind, während in Fig. 3b die zwei wechselspannungsseitigen Anschlüsse 9b, 9c der drei wechselspannungsseitigen 9a, 9b, 9c Anschlüsse der Wechselrichtereinheit 7 über eine 3-Level-Schaltung der Wechselrichtereinheit 7 mit dem Energiespeicher 13 verbunden sind.
In der in Fig, 3a gezeigten Ausführungsform mit 2-Level-Topologie weist die Gleichrichtereinheit 11 einen wechselspannungsseitigen Anschluss 17 und zwei gleichspannungsseitige Anschlüsse 31 auf, die über einen Leiter 33 miteinander und mit dem wechselspannungsseitigen Anschluss 17 verbunden sind. Beidseitig zwischen dem wechselspannungsseitigen Anschluss 17 und jeweils einem der gleichspannungsseitigen Anschlüsse 31 weist der Leiter 33 jeweils einen Transistor 29 auf. Der wechselspannungsseitige Anschluss 17 der Gleichrichtereinheit ist über eine Induktivität 35 mit dem Außenleiter L1 verbunden. Die gleichspannungsseitigen Anschlüsse 31 der Gleichrichtereinheit 11 sind einerseits mit dem Zwischenkreis 19 verbunden, der zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren 15 aufweist, und andererseits mit zwei gleichspannungsseitigen Anschlüssen 37 der Wechselrichtereinheit 7 verbunden. Die Wechselrichtereinheit 7 weist zwei zueinander parallel geschaltete Leiter 39 auf, die beide sowohl mit dem einen als auch mit dem anderen gleichspannungsseitigen Anschluss 37 der Wechselrichtereinheit 7 verbunden sind. Jeder der beiden Leiter 39 weist zwei Transistoren 29 auf, wobei zwischen jedem Paar von Transistoren 29 ein wechselspannungsseitiger Anschluss 9b, 9c der Wechselrichtereinheit 7 vorgesehen ist, der wiederum über eine Induktivität 35 mit einem der Primäranschlüsse P2, P3 des Transformators verbunden ist. Der Filterkreis 10 mit seinen Filterkondensatoren ist mit dem Verbindungspunkt 23 des Zwischenkreises 19 sowie mit zwei wechselspannungsseitigen Anschlüssen 9b, 9c an der Primäranschlussseite der Induktivitäten 35 und dem wechselspannungsseitigen Anschluss 17 der Gleichrichtereinheit 11 verbunden. Die in der Fig, 3b gezeigte Ausführungsform mit 3-Level-Topologie unterscheidet sich von der Ausführungsform aus Fig. 3a dadurch, dass jeder der sechs Transistoren 29 der Gleichrichtereinheit 11 und der Wechselrichtereinheit 7 durch ein Paar von in Reihe geschalteter Transistoren 29 ersetzt wurde, wobei zwischen den zwei Paaren von Transistoren 29 jedes Leiters 33, 39 jeweils eine Rückführung 41 vorgesehen ist, welche die Verbindungspunkte zwischen jeweils zwei Transistoren 29 eines Paars von Transistoren 29 eines Leiters 33, 39 miteinander verbindet, wobei jede Rückführung 41 zwei in Reihe geschaltete Dioden 43 aufweist. Außerdem weist die 3-Level-Topologie einen Mittelleiter 45 auf, der die Verbindungspunkte zwischen zwei Dioden jeder Rückführung 41 sowie den Stabilisierungsleiter 25 miteinander verbindet.
Die in den Fig. 4a und 4b gezeigten Ausführungsbeispiele unterscheiden sich von den Ausführungsbeispielen der Fig. 3a und 3b dadurch, dass die Gleichrichtereinheit 11 eine nicht- steuerbare Gleichrichtereinheit ist. Die nicht-steuerbare Gleichrichtereinheit kann unter Verschaltung mehrerer passiver Schaltelemente, im vorliegenden Fall Dioden 43, gebildet werden. Dabei ist die Ausführungsform der Fig. 4a analog der Ausführungsform der Fig. 3a gebildet mit dem einzigen Unterschied, dass die beiden Transistoren 29 der Gleichrichtereinheit 11 der Fig. 3a durch zwei Dioden 43 ersetzt wurden. Die Gleichrichtereinheit 11 der Ausführungsform der Fig. 4b ist analog der Gleichrichtereinheit 11 der Fig. 4a gebildet.
Die in den Fig. 5a und 5b gezeigten Ausführungsbeispiele unterscheiden sich von den Ausführungsbeispielen der Fig. 3a und 3b dadurch, dass die Gleichrichtereinheit 11 nicht nur einen, sondern zwei bzw. drei (grau hinterlegt) wechselspannungsseitige Anschlüsse 17 aufweist. Entsprechend der Anzahl der wechselspannungsseitigen Anschlüsse 17 weist die Gleichrichtereinheit zwei oder drei (grau hinterlegt) parallel zueinander geschaltete Leiter 33 auf, die jeweils wie der eine Leiter 33 der Gleichrichtereinheit 11 der Fig. 3a bzw. 3b aufgebaut sind.
Die in den Fig. 6a und 6b gezeigten Ausführungsbeispiele unterscheiden sich von den Ausführungsbeispielen der Fig. 3a und 3b dadurch, dass kein Stabilisierungsleiter 25 vorhanden ist, der den Zwischenkreis 19 mit dem Umgehungsleiter 21 verbindet. Stattdessen weist die Gleichrichtereinheit 11 einen zweiten Leiter 33 auf, der wie der erste Leiter 33 aufgebaut ist und der parallel zu dem ersten Leiter 33 geschaltet ist. Der zweite Leiter 33 der Gleichrichtereinheit 11 weist nun einen zweiten wechselspannungsseitigen Anschluss 17 auf, der über eine Induktivität 35 mit dem Umgehungsleiter 21 verbunden ist. Außerdem umfasst der Energiespeicher 13 nur einen Kondensator 15 anstatt zwei Kondensatoren 15.
Die in den Fig. 7a und 7b gezeigten Ausführungsbeispiele unterscheiden sich von den Ausführungsbeispielen der Fig. 3a und 3b dadurch, dass der wechselspannungsseitige Anschluss 9a der Wechselrichtereinheit 7 über den Umgehungsleiter 21, anstatt mit dem Nullleiter N verbunden zu sein, mit einem Außenleiter L2 verbunden ist, der verschieden ist von dem Außenleiter L1, mit dem der wechselspannungsseitige Anschluss 17 der Gleichrichtereinheit 11 verbunden ist. Der Nullleiter N weist in dieser Ausführungsform keinen Anschluss auf.
Ein erfindungsgemäßes Reglersystem 1 gemäß den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen kann bidirektional betrieben werden, ist in der Lage keine Eingangsstromverzerrung und keinen Blindleistungsbezug zu verursachen bzw. macht keine Zusatzmaßnahmen zur Vermeidung dieser erforderlich, kann besonders einfach und platzsparend aufgebaut sein und geringe Kosten verursachen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Regler (3), umfassend: einen Transformator (5) mit einer Primärseite (P) und einer Sekundärseite (S), wobei die Primärseite (P) drei Primärwicklungen aufweist, die so miteinander geschaltet sind, dass die miteinander geschalteten Primärwicklungen drei Primäranschlüsse (P1, P2, P3) bilden, und die Sekundärseite (S) drei Sekundärwicklungen aufweist, wobei jede Sekundärwicklung der drei Sekundärwicklungen mit einem Außenleiter (L1, L2, L3) von drei Außenleitern (L1, L2, L3) verbindbar ist, sodass jedem Außenleiter (L1, L2, L3) der drei Außenleiter (L1, L2, L3) eine Sekundärwicklung der drei Sekundärwicklungen zugeordnet ist und für jeden Außenleiter (L1, L2, L3) ein erster Abschnitt (A1) des Außenleiters (L1, L2, L3), die dem Außenleiter (L1, L2, L3) zugeordnete Sekundärwicklung und ein zweiter Abschnitt (A2) des Außenleiters (L1, L2, L3) in dieser Reihenfolge in Reihe geschaltet sind, und eine Wechselrichtereinheit (7) mit drei wechselspannungsseitigen Anschlüssen (9a, 9b, 9c), wobeijeder wechselspannungsseitige Anschluss (9a, 9b, 9c) der drei wechselspannungsseitigen Anschlüsse (9a, 9b, 9c) der Wechselrichtereinheit (7) mit einem Primäranschluss (P1, P2, P3) der drei Primäranschlüsse (P1, P2, P3) verbunden ist, sodass jedem Primäranschluss (P1, P2, P3) ein wechselspannungsseitiger Anschluss (9a, 9b, 9c) zugeordnet ist, wobei ein wechselspannungsseitiger Anschluss (9a) der drei Wechselspannungsseitigen Anschlüsse (9a, 9b, 9c) der Wechselrichtereinheit (7) entweder mit einem Nullleiter (N) oder mit einem Außenleiter (L2) der drei Außenleiter (L1, L2, L3) verbindbar ist.
2. Regler nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Regler (3) eine Gleichrichtereinheit (11) aufweist, die über einen Energiespeicher (13) mit der
Wechselrichtereinheit (7) verbunden ist und mindestens einen wechselspannungsseitigen Anschluss (17) aufweist, wobei jeder wechselspannungsseitige Anschluss (17) des mindestens einen wechselspannungsseitigen Anschlusses (17) der Gleichrichtereinheit (11) mit einem Außenleiter (L1, L2, L3) der drei Außenleiter (L1, L2, L3) verbindbar ist.
3- Regler nach Anspruch 2, wobei der Energiespeicher (13) zwei Kondensatoren (15) aufweist, die über einen Verbindungspunkt (23) miteinander verbunden sind, der dann, wenn der wechselspannungsseitige Anschluss (9a) der drei wechselspannungsseitigen Anschlüsse (9a, 9b, 9c) der Wechselrichtereinheit (7) mit dem Nullleiter (N) verbindbar ist, mit dem Nullleiter (N) verbindbar ist, und dann, wenn der wechselspannungsseitige Anschluss (9a) der drei wechselspannungsseitigen Anschlüsse (9a, 9b, 9c) der Wechselrichtereinheit (7) mit dem Außenleiter (L2) der drei Außenleiter (L1, L2, L3) verbindbar ist, mit diesem Außenleiter (L2) verbindbar ist.
4- Regler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der wechselspannungsseitige Anschluss (9a) der Wechselrichtereinheit (7), der entweder mit dem Nullleiter (N) oder mit dem Außenleiter (L2) verbindbar ist, mit dem Nullleiter (N) verbindbar ist.
5- Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der wechselspannungsseitige Anschluss (9a) der Wechselrichtereinheit (7), der entweder mit dem Nullleiter (N) oder mit dem Außenleiter (L2) verbindbar ist, mit dem Außenleiter (L2) verbindbar ist.
6. Regler nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei zwei wechselspannungsseitige Anschlüsse (9b, 9c) der drei wechselspannungsseitigen Anschlüsse (9a, 9b, 9c) der Wechselrichtereinheit (7) über eine 2-Level-Schaltung der Wechselrichtereinheit (7) mit dem Energiespeicher (13) verbunden sind.
7- Regler nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei zwei wechselspannungsseitige Anschlüsse (9b, 9c) der drei wechselspannungsseitigen Anschlüsse (9a, 9b, 9c) der Wechselrichtereinheit (7) über eine 3-Level-Schaltung der Wechselrichtereinheit (7) mit dem Energiespeicher (13) verbunden sind.
8. Regler nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Gleichrichtereinheit (11) eine steuerbare Gleichrichtereinheit ist.
9. Regler nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Gleichrichtereinheit (11) eine nicht-steuerbare Gleichrichtereinheit ist.
10. Regler nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei der mindestens eine wechselspannungsseitige Anschluss (17) der Gleichrichtereinheit (11) einen wechselspannungsseitigen Anschluss (17) aufweist.
11. Regler nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei der mindestens eine wechselspannungsseitige Anschluss (17) der Gleichrichtereinheit (11) zwei wechselspannungsseitige Anschlüsse (17) aufweist.
12. Regler nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei der mindestens eine wechselspannungsseitige Anschluss (17) der Gleichrichtereinheit (11) drei wechselspannungsseitige Anschlüsse (17) aufweist.
13- Regler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Regler (3) einen Kurzschließer (27) aufweist, der mit den drei Primäranschlüssen (P1, P2, P3) verbunden ist und angepasst ist, die drei Primäranschlüsse (P1, P2, P3) miteinander kurzzuschließen und zu erden.
14. Regler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die drei Primärwicklungen so miteinander geschaltet sind, dass die miteinander geschalteten Primärwicklungen eine Dreieckschaltung (D) bilden, sodass die in der Dreieckschaltung (D) miteinander geschalteten Primärwicklungen die drei Primäranschlüsse (P1, P2, P3) bilden.
15. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die drei Primärwicklungen so miteinander geschaltet sind, dass die miteinander geschalteten Primärwicklungen eine Sternschaltung (Y) bilden, sodass die in der Sternschaltung (Y) miteinander geschalteten Primärwicklungen die drei Primäranschlüsse (P1, P2, P3) bilden.
16. Reglersystem (1) mit drei Außenleitern (L1, L2, L3), einem Nullleiter (N) und einem Regler (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede Sekundärwicklung der drei Sekundärwicklungen mit einem Außenleiter (L1, L2, L3) der drei Außenleiter (L1, L2, L3) verbunden ist und der wechselspannungsseitige Anschluss (9a) der drei Wechselspannungsseitigen Anschlüsse (9a, 9b, 9c) der Wechselrichtereinheit (7) entweder mit dem Nullleiter (N) oder mit einem Außenleiter (L2) der drei Außenleiter (L1, L2, L3) verbunden ist.
EP21787409.8A 2020-10-14 2021-10-06 Regler Pending EP4214813A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020126925.0A DE102020126925B4 (de) 2020-10-14 2020-10-14 Regler
PCT/EP2021/077498 WO2022078825A1 (de) 2020-10-14 2021-10-06 Regler

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4214813A1 true EP4214813A1 (de) 2023-07-26

Family

ID=78085694

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP21787409.8A Pending EP4214813A1 (de) 2020-10-14 2021-10-06 Regler

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP4214813A1 (de)
CN (1) CN116325468A (de)
DE (1) DE102020126925B4 (de)
WO (1) WO2022078825A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023105589B4 (de) * 2023-03-07 2025-01-09 Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau, Körperschaft des öffentlichen Rechts Leistungsfluss-Regelsystem zum Einsatz in einem elektrischen Netz

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5814975A (en) 1995-06-05 1998-09-29 Westinghouse Electric Corporation Inverter controlled series compensator
CN106159942B (zh) * 2016-07-25 2020-05-19 许继集团有限公司 Mmc-upfc系统及其串联侧换流器停运方法
CN106961113B (zh) 2017-05-08 2020-01-14 许继集团有限公司 统一潮流控制器系统及换流器无功控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN116325468A (zh) 2023-06-23
WO2022078825A1 (de) 2022-04-21
DE102020126925A1 (de) 2022-04-14
DE102020126925B4 (de) 2024-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69519984T2 (de) Steuerungssystem für elektrische Fahrzeuge
EP2596980B1 (de) Mehrpunkt-Stromrichter mit Bremschopper
EP0354430B1 (de) Umrichter aus parallelen Teilumrichtern mit Gleichstromkreis
EP2807738B1 (de) Multizellenkonverter
DE102014111421A1 (de) Niederinduktive Schaltungsanordnung eines Umrichters
DE102012218738A1 (de) Ladesystem und Verfahren zum gleichzeitigen Laden mehrerer Fahrzeugbatterien
EP3622621B1 (de) Multilevelstromrichter
EP4214813A1 (de) Regler
DE102019008340A1 (de) Stromversorgung
AT519842B1 (de) Wechselrichter
EP0743744A2 (de) Stromrichter
EP1076406B1 (de) Halbbrückenwechselrichter
DE102011087153A1 (de) Mehrpunkt-Stromrichter mit Bremschopper
EP0474060A2 (de) Vierquadranten-Wechselstrom-Umrichter
EP3977580A1 (de) Vorrichtung zum verbinden zweier wechselspannungsnetze und verfahren zum betreiben der vorrichtung
WO2024120995A1 (de) Verteilte zwischenkreiskondensator- und filtereinheit für emv-filterwirkung
EP3391524B1 (de) Konvertermodul für einen mehrstufenumrichter und verfahren zu dessen betrieb
DE102019215306B4 (de) Zwischenkreisschaltung und fahrzeugseitige Ladeschaltung mit Zwischenkreisschaltung
DE1162471B (de) Schutzeinrichtung fuer Wechselstromnetze
EP1553686B1 (de) Hochspannungs-Gleichstromversorgung sowie Verfahren zum Betrieb einer solchen Hochspannungs-Gleichstromversorgung
EP3363089A1 (de) Blindleistungskompensationseinrichtung sowie verfahren zum betreiben einer blindleistungskompensationseinrichtung
EP3751718A1 (de) Verfahren zur fehlerbehandlung eines fehlers in einer gleichspannungsleitung sowie eine stromrichteranordnung zum durchführen des verfahrens
EP3876410B1 (de) Stromrichter und regelungsverfahren dafür
EP3830944B1 (de) Schaltbare längsspannungsquelle, gleichstromübertragungssystem mit längsspannungsquelle und verfahren zum betreiben einer längsspannungsquelle
WO2025157850A1 (de) Leistungsfluss-regelsystem zum einsatz in einem elektrischen gleichspannungsnetz

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: 20230420

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)