EP4643450A1 - Schaltungsanordnung, verfahren zum betrieb einer schaltungsanordnung und elektrolysesystem - Google Patents

Schaltungsanordnung, verfahren zum betrieb einer schaltungsanordnung und elektrolysesystem

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EP4643450A1
EP4643450A1 EP24708998.0A EP24708998A EP4643450A1 EP 4643450 A1 EP4643450 A1 EP 4643450A1 EP 24708998 A EP24708998 A EP 24708998A EP 4643450 A1 EP4643450 A1 EP 4643450A1
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EP
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electrolysis
rectifier
supply
circuit arrangement
direct current
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Application number
EP24708998.0A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Marvin Bendig
Fisnik LOKU
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
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    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water

Definitions

  • Circuit arrangement method for operating a circuit arrangement and electrolysis system
  • the invention relates to a circuit arrangement for supplying direct current to several electrolysis series connected in parallel.
  • the invention also relates to a method for operating such a circuit arrangement and to an electrolysis system.
  • Electrolysis i.e. processes in which a chemical reaction is induced with the aid of electrical current, is used in many technical fields and is used, for example, to produce various substances. For example, hydrogen and oxygen can be produced through the electrolysis of water.
  • electrolysis devices also known as electrolysis stacks or electrolyzers, it is desirable, particularly on a large scale, if they can be operated as energy-efficiently and safely as possible.
  • the individual electrolysis cells are typically stacked in an axial direction to form a module comprising a large number of individual cells and built into the module or electrolysis module.
  • An electrolyzer usually has a plurality of modules which together form a so-called electrolysis stack, electrolysis row or simply "stack". For example, 50 electrolysis cells can be stacked axially to form a module and in turn, for example, 5 modules can be stacked in the axial direction to form a stack or electrolysis row, so that such an electrolysis row can therefore comprise, for example, 250 cells in an overall axial assembly.
  • electrolyzers are connected in series, with the electrolyzers each having their own galvanically isolated circuit from a Transformer with step switch for coarse control of the electrolyzers and a rectifier with thyristor circuit for fine control of the electrolyzers are supplied, which is a very complex implementation.
  • the electrolyzers are connected in parallel and operated via a rectifier, although this can lead to a current distribution according to the resistance ratios of the electrolyzers and thus to a large derating and the risk of one or more electrolyzers operating outside their safe operating ranges.
  • Thyristor-based rectifier systems are typically used to provide this direct current. These systems are very popular primarily because of their high reliability and cost-effectiveness. However, thyristor-based rectifiers emit a high level of harmonics into the connected electrical supply network. For this reason, in large electrolysis systems of, for example, 100 MW and beyond for industrial applications, grid compatibility is becoming increasingly important in addition to cost-effectiveness. Grid interference must therefore be avoided or limited in order to ensure the connectivity and connection compatibility of the electrolysis system as a large consumer at the grid connection point to the supply grid. Undesirable grid interference occurs in particular as a result of planned or unforeseen load changes and the associated reduced consumption of electrolysis current on the part of the electrolysis system.
  • the object of the invention is to provide an improved circuit arrangement for supplying direct current to several electrolysis series connected in parallel, which is characterized in particular by better grid compatibility.
  • This object is achieved according to the invention by a circuit arrangement for supplying direct current to several electrolysis series connected in parallel, wherein the circuit arrangement has a first supply branch and a second supply branch with a respective three-phase transformer, and wherein two supply lines are led out of a three-phase transformer on the secondary side, into each of which a rectifier is connected, so that an input-side alternating current can be converted by a rectifier into an output-side direct current to supply an electrolysis series, and wherein a control device is provided which is designed in such a way that when one of the electrolysis series in one of the supply branches is at a standstill, an additional phase shift can be impressed on the output-side direct current of the other rectifier in this supply branch, so that a phase adjustment with one of the rectifiers in the other supply branch is effected.
  • the circuit arrangement is particularly advantageous for achieving a rectifier control approach to improving grid compatibility when connecting multi-row electrolysis systems with a high power consumption.
  • the circuit arrangement enables continued operation and a direct current supply in both supply branches, even if a supply line in one of the supply branches no longer consumes power and is de-energized, e.g. due to a sudden failure of the rectifier or in the event of damage or a planned inspection of the electrolysis series.
  • This results in advantages for grid compatibility since grid perturbations are avoided or reduced compared to a standstill of the entire supply branch on the connected three-phase transformer.
  • the possibility of continued operation and power supply in both supply branches created by the circuit arrangements of the invention is also of great advantage, since the electrolysis process, in particular the hydrogen production, at least at least in the supply line of this supply branch not affected by the shutdown.
  • the invention is based on the knowledge that previous circuit arrangements and control concepts for supplying direct current to several electrolysis rows are disadvantageous.
  • Multi-row electrolysis systems in particular with thyristor-based rectifiers, emit a high level of harmonics into the connected electrical supply network.
  • So-called 24-pulse systems are often used to reduce these harmonics.
  • four thyristor-based rectifiers are operated in parallel, with each rectifier supplying one electrolysis row.
  • the harmonics are reduced because the four systems are interconnected so that they are phase offset from one another, which means that harmonics cancel each other out. Two adjacent supply lines cancel out their low-frequency harmonics, thereby forming a 12-pulse system.
  • the two 12-pulse systems cancel out the frequencies above them, thereby forming a 24-pulse system. If a failure occurs in one of the electrolysis series, the harmonics of the neighboring series can no longer be compensated because one of the two 12-pulse systems is no longer effective, resulting in increased network perturbations that can lead to permissible limit values being exceeded.
  • the circuit arrangement provides a remedy for the problem described in that, if necessary, the control device can carry out a phase adjustment in the supply line adjacent to the faulty supply line by means of an additional phase shift and can impose this on the rectifier. This makes it possible to increase the phase of the direct current on the output side and to set a phase adjustment with one of the rectifiers in the other supply branch.
  • the circuit arrangement By implementing a predeterminable phase increase as required or a phase offset to be imposed on the direct current in the control device, the circuit arrangement achieves synchronous timing of this supply line with a selected supply line in the other supply branch, so that the resulting harmonics can continue to be compensated by them - at least in part.
  • phase control implemented in the control device does result in the direct current and thus - in the case of a direct current supply to an electrolysis series - the gas production in the affected electrolysis series falling slightly, but this does not have to be switched off completely. This means that the loss of production in the event of a fault or standstill in one of the supply lines can be significantly reduced while maintaining good grid compatibility.
  • the current flow is advantageously controlled by a triac, an anti-parallel circuit of two thyristors, in the rectifier.
  • a triac an anti-parallel circuit of two thyristors, in the rectifier. After the alternating voltage and the alternating current have crossed zero, The triac does not conduct current until it receives an ignition pulse; from this point on (this "phase" of the alternating current signal) the consumer is supplied with energy until the next zero crossing. The later the triac is triggered, the lower the average power that is switched through.
  • this invention ensures that the system adjacent to the faulty system continues to operate.
  • the loss of production of product gas from the electrolysis can be minimized and the availability of the system can thus be significantly increased.
  • the rectifier comprises a thyristor, wherein a rectifier control is provided in the control device, in which the firing angle of the thyristor is implemented as the manipulated variable of the rectifier control, via which the additional phase shift can be adjusted.
  • the rectifier comprises a thyristor set with several thyristors or thyristors connected to triacs.
  • the thyristor set of the rectifier allows the direct current or the direct voltage generated by a rectifier to be regulated by means of the control device, at least to a certain extent.
  • the direct current generated by the rectifier or the direct voltage generated at the rectifier output can be fed in a particularly advantageous manner via
  • the ignition point of the thyristors of the thyristor set can be regulated and in this way the power consumption of a connected consumer such as an electrolysis series. In this way, the phase shift can be precisely adjusted and impressed.
  • the rectifier is connected on the input side to a secondary winding of the three-phase transformer via a supply line, which converts a first alternating voltage applied to a primary winding of the transformer into a second alternating voltage applied to the secondary winding.
  • the second alternating voltage represents the input-side alternating voltage of the rectifier.
  • Both the first alternating voltage and the second alternating voltage can be a high voltage.
  • the second alternating voltage can, for example, be between 100 V and 1 kV.
  • the rectifier control in the control device has a direct current control loop with which a change in the direct current amplitude can be brought about by an additional phase shift.
  • a thyristor-based direct current control with phase control is implemented in the control device.
  • the control and conversion of electrical energy on the basis of switching processes is called power control.
  • Thyristors are used as controllable switching elements in the circuit arrangement.
  • a pulse control device supplies mains-synchronized firing pulses to the gate, which can be shifted in time towards the zero crossing of the alternating voltage.
  • the thyristor is only fired during the positive-going half-wave.
  • phase control the voltage and current at the consumer are not continuous sine waves, but the beginning of each wave is missing.
  • the advantage of the method is that high powers can be controlled with relatively little effort, which is why its application is advantageous for electrolysis series connected in parallel, for example. Unused power does not need to be converted into waste heat in a series resistor. In order to also use the negative half-wave for power control, only a second anti-parallel connected thyristor is required, a so-called triac circuit made up of two thyristors.
  • the control device in the circuit arrangement is designed in such a way that when one of the electrolysis series in one of the supply branches is at a standstill, an additional phase shift can be imposed on the output-side direct current of the other rectifier in this supply branch and an additional phase shift can be imposed on a rectifier in the other supply branch, so that a phase adjustment is effected with a rectifier in the other supply branch.
  • the circuit arrangement makes it possible, if required, to add an additional phase shift to one or preferably both rectifiers in the intact supply branch. This makes it possible to reduce the required additional phase shift in the supply branch with the fault or standstill in one of the supply lines from, for example, 15°, which leads to a higher utilization of a connected consumer.
  • a design can thus be implemented in the control device of the circuit arrangement with which a first additional phase shift can be applied in one supply branch and a second additional phase shift in the other supply branch.
  • phase adjustment is achieved across the two supply branches, with the additional phase shifts complementing one another.
  • the first and second additional phase shifts can each be 7.5° in order to realize an overall adjustment at favorable operating points.
  • This realizes an adjustment to 24-pulse operation, in which the phase shift between the supply branches is set to 15°.
  • the phase adjustment does lead to a lower direct current feed into the direct current consumers connected to these rectifiers in the intact supply branch, especially in the case of connected electrolysis series.
  • it also enables the operational rectifier in the defective supply branch to be operated productively for longer in a permissible operating range without reaching the minimum load requirement, which is currently around 40%.
  • a switching group is realized by the supply branches and by the supply lines supplied via the three-phase transformers, with which at least a 12-pulse operation is still guaranteed when an electrolysis series is at a standstill.
  • this control approach to the circuit arrangement is very flexible and economically advantageous in the event of a power failure in a supply line.
  • the twelve-pulse circuit is fed via a phase-swing transformer with six secondary windings, whereby the (primary or secondary) windings of one bridge are connected according to the star-star principle and those of the other bridge according to the star-delta principle to generate the phase shift between the two bridges.
  • the voltages between the outer conductors dO and y5 of a three-phase system or the delta voltages are basically 30° out of phase with the phase voltages.
  • the winding ratios of the three-phase transformer are designed in such a way that the different voltages of the star or delta connection are balanced out.
  • the advantages of the twelve-pulse circuit are the low residual ripple in rectifier operation and the low harmonic content in inverter operation.
  • a switching group is realized by the supply branches and by the supply lines supplied via the three-phase transformers, with which a 24-pulse operation can be realized in normal operation.
  • the primary supply branches (primary system) of the two three-phase transformers are preferably phase-shifted by 15° against each other, for example a phase shift of +7.5° or -7.5° compared to the reference is implemented in the control device.
  • the phase shift implemented in the control device results from the selected transformer configuration of the three-phase transformer and is adapted to it.
  • the two outgoing strands each form a supply line for a rectifier.
  • the two secondary systems of the three-phase The rectifier transformers (dO and y5) also have a phase shift of 30° to each other due to the selected vector group.
  • the phase shift between D-dO is set to 0°.
  • the invention ensures that even if one of the rectifiers in a supply line of a supply branch fails, three rectifiers can continue to operate across the branches via the corresponding supply lines. This is superior to current circuit and control concepts in which an entire supply branch with the rectifiers, i.e. the entire branch on a three-phase transformer, is switched off. The remaining branch then forms a 12-pulse system, which, however, has a higher harmonic content than a 24-pulse system.
  • the circuit arrangement should continue to provide for the compensation of these harmonic components Filter devices which are designed for 24-pulse operation and can still be activated in the event of an unavoidable failure of an entire supply branch.
  • an electrolysis system for an electrolysis system according to the invention, it is provided that it comprises at least one circuit arrangement according to the invention and several electrolysis series, wherein one electrolysis series is connected to the DC voltage output of a rectifier.
  • each electrolysis row is supplied by a rectifier and is connected to a supply line at the DC output.
  • an electrolysis series has a number of electrolysis modules electrically connected in series.
  • several electrolysis modules can be connected in series to form an electrolysis series, for example five modules each comprising 50 electrolysis cells, so that scalability and flexibility for adaptation and application of the circuit arrangement for large electrolysis outputs in a supply line is achieved.
  • the electrolysis system is preferably designed in such a way that electrolysis modules are provided in an electrolysis series, each of which has at least one proton exchange membrane, so that PEM electrolysis can be carried out. It is also conceivable that different types of electrolysis are combined, so that electrolysis modules based on PEM electrolysis and electrolysis modules based on alkaline electrolysis are integrated in an electrolysis system and can be supplied with a respective direct current using the circuit arrangement.
  • Electrolysis modules for the production of hydrogen by electrolysis of water, in particular deionized and/or distilled water.
  • the electrolysis modules can also be designed in particular as an electrolysis series comprising several proton exchange membranes.
  • An electrolysis series in the electrolysis system can comprise any number of electrolysis modules connected in series, depending on the performance of the rectifier connected upstream in the supply line or depending on the maximum current that can be drawn via the rectifier.
  • the supply branches of the three-phase transformers are preferably brought together on the primary side and connected to a mains transformer, in particular an autotransformer.
  • a mains transformer in particular an autotransformer.
  • the autotransformer which is particularly preferred here as a connection transformer, is equipped with a tap changer on the AG supply network, which ensures the required input voltage for the rectifiers and at the same time enables the required minimum power factor at the network connection point (PCC).
  • an autotransformer or autotransformer consists of just one coil, which has one or more taps for taking the output voltage(s). The primary and secondary sides are thus combined in a single coil.
  • An autotransformer allows the use of a smaller design for the same power and is characterized by a lower voltage drop. The closer the values of the input and output voltage are to each other, the more mass and material can be saved by using an autotransformer, since only part of the current and voltage needs to be transformed.
  • the electrolysis system of the invention can be expanded in a modular manner in a particularly advantageous manner, i.e. several electrolysis systems can be connected together. In this way, for example, parallel operation of several 24-pulse electrolysis systems, which are supplied with a respective circuit arrangement, is possible.
  • the additional electrolysis systems can then be controlled via an overarching control device in such a way that improved compensation of the harmonics between the individual electrolysis systems is achieved and the production losses of such a system comprising several electrolysis systems can be reduced even further.
  • the method is carried out in such a way that an additional phase shift is imposed on both the output-side direct current of the other rectifier in this supply branch and an additional phase shift is imposed on a rectifier in the other supply branch.
  • a phase adjustment between the supply branches is carried out by adjusting the additional phase shift by adjusting the firing angle of a respective thyristor, with electrolysis series continuing to operate in both supply branches.
  • control device is set up as a higher-level control device and is operated in such a way ensure that a phase adjustment encompassing the supply branches is controlled and/or regulated.
  • FIG 1 an electrolysis system with a circuit arrangement
  • FIG 2 shows a schematic representation of a direct current control implemented in the control device
  • FIG 3 the functional principle of the DC control of the rectifier in two supply branches
  • FIG 4 shows a variant of the direct current control of the rectifiers described in FIG 3.
  • FIG. 1 a schematic representation of an electrolysis system 21 is shown with a circuit arrangement 1 integrated into the electrolysis system 21.
  • the circuit arrangement 1 serves to supply direct current to several electrolysis series 3a, 3b, 3c, 3d connected in parallel.
  • Each electrolysis series 3a, 3b, 3c, 3d has several electrolysis modules 23 connected in series.
  • the circuit arrangement 1 has a first supply branch 5 and a second two supply branches 6.
  • two supply lines 13a, 13b are led out of the three-phase transformers 9, 11, which are connected to the alternating current input of a respective rectifier 15a, 15b.
  • two supply lines 15a, 15b are coupled to a respective rectifier 15a, 15b via corresponding windings of the three-phase transformer 9, 11.
  • the supply lines 13a, 13b are led out of the rectifiers 15a, 15b on the output side, so that during operation a direct current is provided to supply the respectively connected electrolysis series 3a, 3b, 3c, 3c.
  • An adjustment of the phases in the supply lines 15a, 15b and in the first supply branch 5 and the second supply branch 7 connected upstream on the primary side can be set and adapted via a control device 17.
  • a phase difference of 15° is set between the first supply branch 5 and the second supply branch 7, with the first supply branch 5 being set to a target angle of +7.5° and the second supply branch 7 being set to a target angle of -7.5° compared to a zero-phase reference value.
  • a phase shift of 30° is set relative to one another.
  • the two secondary systems of the three-phase transformers (dO and y5) therefore also have a phase shift of 30° relative to one another due to the selected vector group.
  • the phase shift between D-dO is set to 0°.
  • the rectifiers 15a, 15b have thyristors and the control device 17 includes a rectifier control in which the firing angle a of the thyristor is used as the manipulated variable of the rectifier control. is implemented (see FIG 2 and FIG 3). In this way, a phase control is implemented in the rectifier control, so that a power control of a respective electrolysis series 3a, 3b, 3c, 3d is achieved via the direct current intensity at the output of the rectifiers 15a, 15b.
  • the power supply of the electrolysis system 21 is provided via the circuit arrangement 1 integrated in the electrolysis system 21, which is connected on the AC side to a mains transformer 19.
  • the first supply branch 5 and the second supply branch 7 are led out of the three-phase transformer 9, 11, electrically connected to one another and connected to the mains transformer 19.
  • the mains transformer 19 is designed as an autotransformer and is connected at the mains connection point 27 - or PCC - to an AC supply network 25, in particular a public power network.
  • the circuit arrangement 1 is prepared and improved for an operating situation in which no power can be drawn off, particularly in one of the supply lines 5, 7. At the same time, good network compatibility is ensured. Such a situation can be caused by a failure or defect of a rectifier 15a, 15b or an electrolysis module 23, so that one of the electrolysis series 3a, 3b, 3c, 3c must be brought to a standstill.
  • the basic functionality of the direct current control implemented in the control device 17 is illustrated in a block diagram in FIG 2.
  • the rectifiers 15a are normally synchronized with the alternating voltage at the input. In this way, the phase shift resulting from the transformer configuration is automatically included in the generation of the respective firing pulses of the rectifiers 15a, 15b.
  • the firing angle a is the offset between the natural zero crossing of the current and the firing of the thyristor and is the manipulated variable of the rectifier. regulation and directly controls the output current of the rectifiers 15a, 15b.
  • the new control concept now proposes that in the event of a fault in an electrolysis module 23 - for example in the supply line 13b of the second supply branch 7 - only the electrolysis series 3d affected and the upstream rectifier 15b are switched off and come to a standstill.
  • the other adjacent rectifier 15a in the same supply branch 7 as well as both rectifiers 15a, 15b in the first supply branch and the electrolysis series 3a, 3b, 3c can continue to operate.
  • Increasing the ignition angle ao does lead to reduced hydrogen production in the adjacent electrolysis row 3c, but this does not have to be switched off.
  • this additional phase shift Acp brings about a phase adjustment and synchronization of the corresponding rectifier 15a of the second supply branch 7 with another rectifier 15a, 15b in the first supply branch 5.
  • I re f is the reference direct current
  • I m is the measured direct current as input variable
  • re f is the applied adjusted and increased by the additional phase shift Acp firing angle for the rectifier 15a in the supply branch 7 .
  • FIG 3 shows the functional principle of the direct current control of the rectifiers 15a, 15b in the two supply branches 5, 7.
  • the phase angle a in degrees is given on the abscissa (x-axis) and the current intensity I in a qualitative curve at the respective rectifier output is given on the ordinate (y-axis).
  • Ii and I2 in the first supply branch 5 designate the respective value of the current intensity I in the supply line 13a or in the supply line 13b on the AC side of the connected rectifier 15a, 15b.
  • I3 and I4 in the second supply branch 7 designate the respective current intensity I in the supply line 13a or in the supply line 13b on the AC side of the connected rectifier 15a, 15b.
  • the course of a period of the alternating voltage Ui at the input of the rectifier 15a of the first supply branch 5 is shown as a reference.
  • the current is switched on with a delay after the zero crossing of the alternating voltage Ui and flows until the next zero crossing.
  • the current flow is controlled by a triac - an anti-parallel connection of two thyristors. After the zero crossing of the alternating voltage Ui and the current I, the triac does not conduct the current until it receives an ignition pulse at an ignition angle a. From this point in time or this "phase" of the alternating current signal, the consumer is supplied with energy until the next zero crossing. The later the triac is fired, the lower is the average power with which the consumer is supplied.
  • a single-phase alternating current input to the rectifiers 15a, 15b is implemented in the control device 17 in a corresponding manner for all four rectifiers 15a, 15b - two rectifiers 15a, 15b in the first supply branch 5 and two in the second supply branch 7.
  • the alternating voltage Ui of a single phase is shown together with the current I i on the AG side of the rectifier 15a.
  • FIG 3 shows the phase shift of the alternating currents at the adjacent rectifier 15b of the same first supply branch 5 as well as the phase shift of the two parallel-connected rectifiers 15a, 15b in the second supply branch.
  • the dashed curve for I3 shows the phase shift Acp imposed in addition to the normal ignition angle a as well as the reduced current amplitude .
  • the entire system now advantageously behaves like a 12-pulse system and continued operation of Rectifier 15a in the second supply branch 7 is reached.
  • an additional phase shift is also provided for the two rectifiers 15a, 15b in the first supply branch 5.
  • a higher-level load control is implemented across the first supply branch 5 and the second supply branch 7.
  • This option in the control concept is illustrated in FIG 4 merely as an example with concrete phase shifts.
  • Other numerical values can therefore also be set and coordinated for the adjustment angles Acp, Acpi, Agy. In this way, the phase shift Acp additionally imposed on the rectifier 15a in the second supply branch 7 can be lower than in the control according to FIG 3.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung (1) zur Gleichstromversorgung mehrerer parallel geschalteter Elektrolysereihen (3a, 3b, 3c, 3d). Die Schaltungsanordnung (1) weist einen ersten Versorgungszweig (5) und einen zweiten Versorgungszweig (7) mit einem jeweiligen Dreiphasentransformator (9, 11) auf. Von einem Dreiphasentransformator (9, 11) sind sekundärseitig zwei Versorgungsleitungen (13a, 13b) herausgeführt, in die jeweils ein Gleichrichter (15a, 15b) geschaltet ist, so dass von einem Gleichrichter (15a, 15b) ein eingangsseitiger Wechselstrom in einen ausgangsseitigen Gleichstrom zur Versorgung einer Elektrolysereihe (3a, 3b, 3c, 3d) wandelbar ist. Dabei ist eine Regeleinrichtung (17) vorgesehen ist, die derart ausgestaltet ist, dass bei einem Stillstand einer der Elektrolysereihen (3a, 3b, 3c, 3d) in einem der Versorgungszweige (5, 7) dem ausgangsseitigen Gleichstrom des anderen Gleichrichters (15a, 15b) in diesem Versorgungszweig (5, 7) eine zusätzliche Phasenverschiebung (∆φ) aufprägbar ist, so dass eine Phasenanpassung mit einem der Gleichrichter (15a, 15b) in dem anderen Versorgungszweig (5, 7) bewirkt ist. Die Erfindung betrifft weiterhin Verfahren zum Betrieb einer Schaltungsanordnung (1) sowie ein Elektrolysesystem (21) mit einer Schaltungsanordnung (1).

Description

Beschreibung
Schaltungsanordnung, Verfahren zum Betrieb einer Schaltungsanordnung und Elektrolysesystem
Die Erfindung betri f ft eine Schaltungsanordnung zur Gleichstromversorgung mehrerer parallel geschalteter Elektrolysereihen . Weiterhin betri f ft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Schaltungsanordnung sowie eine Elektrolysesystem .
Elektrolysen, also Prozesse , in denen eine chemische Reaktion mit Hil fe von elektrischem Strom hervorgerufen wird, kommen in vielen technischen Gebieten zum Einsatz und dienen beispielsweise der Gewinnung von verschiedenen Stof fen . Beispielsweise können durch die Elektrolyse von Wasser Wasserstof f und Sauerstof f gewonnen werden . Für den Betrieb von Elektrolysevorrichtungen, auch Elektrolysestacks oder Elektrolyseure genannt , ist es , insbesondere bei großtechnischem Maßstab, wünschenswert , wenn diese möglichst energieef fi zient und möglichst sicher betrieben werden können .
Bei einem Elektrolyseur sind typischerweise die einzelnen Elektrolysezellen zu einem Modul , umfassend eine Viel zahl von Einzel zellen in einer axialen Richtung gestapelt und zu dem Modul oder Elektrolysemodul verbaut . Ein Elektrolyseur weist dabei üblicherweise eine Mehrzahl von Modulen auf , die insgesamt einen sogenannten Elektrolysestack, Elektrolysereihe oder einfach „Stack" bilden . So können beispielsweise 50 Elektrolysezellen axial zu einem Modul gestapelt sein und wiederum beispielsweise 5 Module zu einem Stack oder einer Elektrolysereihe in axialer Richtung gestapelt sein, so dass eine solche Elektrolysereihe mithin beispielsweise 250 Zellen in einem axialen Gesamtverbund umfassen kann .
Es ist bisher bekannt , dass mehrere Elektrolyseure dazu in Reihe geschaltet werden, wobei die Elektrolyseure j eweils über einen eigenen galvanisch getrennten Kreis aus einem Trans formator mit Stufenschalter zur Grobregelung der Elektrolyseure sowie einem Gleichrichter mit Thyristorschaltung zur Feinregelung der Elektrolyseure versorgt werden, was eine sehr aufwändige Umsetzung darstellt . Alternativ dazu, ist es zur Reduktion des Schaltungsaufwands auch bekannt , dass die Elektrolyseure parallel geschaltet und über einen Gleichrichter betrieben werden, wobei es j edoch zu einer Stromaufteilung nach den Widerstandsverhältnissen der Elektrolyseure und somit zu einem großen Derating sowie der Gefahr eines Betriebes eines oder mehrerer Elektrolyseure außerhalb ihrer sicheren Betriebsbereiche kommen kann .
Für den Betrieb von Elektrolysesystemen ( z . B . Wasserstoffelektrolyse ) wird ein hoher Gleichstrom im Bereich von mehreren Kiloampere benötigt . Zur Bereitstellung dieses Gleichstroms werden typischerweise Thyristor-basierte Gleichrichtersysteme eingesetzt . Diese Systeme sind vor allem wegen ihrer hohen Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit sehr verbreitet . Allerdings emittieren Thyristor-basierte Gleichrichter in hohem Maße harmonische Oberschwingungen in das angeschlossene elektrische Versorgungsnetz . Daher gewinnt bei großen Elektrolysesystemen von beispielsweise 100 MW und darüber hinaus für die industrielle Anwendung in zunehmendem Maße neben der Wirtschaftlichkeit die Netzverträglichkeit an besonderer Bedeutung . Netzrückwirkungen sind daher zu vermeiden oder zu begrenzen, um Anschluss fähigkeit und Anschlussverträglichkeit des Elektrolysesystems als Großverbraucher an dem Netzanschlusspunkt an das Versorgungsnetz zu gewährleisten . Unerwünschte Netzrückwirkungen treten dabei insbesondere infolge geplanter oder unvorhergesehenen Laständerungen und damit einhergehender verminderten Abnahme von Elektrolysestrom auf Seiten der Elektrolyse auf .
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde , eine verbesserte Schaltungsanordnung zur Gleichstromversorgung mehrerer parallel geschalteter Elektrolysereihen anzugeben, die sich insbesondere durch eine bessere Netzverträglichkeit aus zeichnet . Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Schaltungsanordnung zur Gleichstromversorgung mehrerer parallel geschalteter Elektrolysereihen, wobei die Schaltungsanordnung einen ersten Versorgungs zweig und einen zweiten Versorgungszweig mit einem j eweiligen Dreiphasentrans formator aufweist , und wobei von einem Dreiphasentrans formator sekundärseitig zwei Versorgungsleitungen herausgeführt sind, in die j eweils ein Gleichrichter geschaltet ist , so dass von einem Gleichrichter ein eingangsseitiger Wechselstrom in einen ausgangsseitigen Gleichstrom zur Versorgung einer Elektrolysereihe wandelbar ist , und wobei eine Regeleinrichtung vorgesehen ist , die derart ausgestaltet ist , dass bei einem Stillstand einer der Elektrolysereihen in einem der Versorgungs zweige dem ausgangsseitigen Gleichstrom des anderen Gleichrichters in diesem Versorgungs zweig eine zusätzliche Phasenverschiebung aufprägbar ist , so dass eine Phasenanpassung mit einem der Gleichrichter in dem anderen Versorgungs zweig bewirkt ist .
Mit der Schaltungsanordnung ist in besonders vorteilhafter Weise ein Gleichrichter-Regelungs-Ansatz zur Verbesserung der Netzverträglichkeit bei Anschluss von mehrreihigen Elektrolysesystemen mit einer großen Abnahmeleistung erzielt . Dabei ist durch die Schaltungsanordnung ein Weiterbetrieb und eine Gleichstromversorgung in beiden Versorgungs zweigen möglich, auch wenn eine Versorgungsleitung in einem der Versorgungszweige z . B . durch einen plötzlichen Aus fall des Gleichrichters oder bei einem Schadensereignis oder einer geplanten Revision an der Elektrolysereihe keine Leistung mehr abnimmt und stromlos gestellt ist . Hierdurch ergeben sich Vorteile für die Netzverträglichkeit , da Netzrückwirkungen vermieden oder reduziert sind gegenüber einem Stillstand des gesamten Versorgungs zweigs an dem angeschlossenen Dreiphasentrans formator . Auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten ist die durch die Schaltungsanordnungen der Erfindung geschaf fene Möglichkeit des Weiterbetriebs und der Stromversorgung in beiden Versorgungs zweigen von großem Vorteil , da der Elektrolyseprozess , insbesondere die Wasserstof fproduktion, zumin- dest in der nicht von dem Stillstand betrof fenen Versorgungsleitung dieses Versorgungs zweigs fortgesetzt werden kann .
Die Erfindung geht dabei bereits von der Erkenntnis aus , dass bisherige Schaltungsanordnungen und Regelungskonzepte zur Gleichstromversorgung mehrerer Elektrolysereihen nachteilig sind . Mehrreihige Elektrolysesysteme , insbesondere mit Thy- ristor-basierten Gleichrichtern, emittieren in hohem Maße harmonische Oberschwingungen in das angeschlossene elektrische Versorgungsnetz . Um diese Oberschwingungen zu reduzieren, werden häufig sog . 24-Puls Anlagen verwendet . In den bekannten elektrischen Versorgungstopologien werden dabei beispielsweise vier Thyristor-basierte Gleichrichter parallel betrieben, wobei zum Beispiel j eder Gleichrichter eine Elektrolysereihe versorgt . Die Reduktion der Oberschwingungen erfolgt dadurch, dass die vier Systeme durch ihre Verschaltung einen Phasenversatz zueinander aufweisen und sich Oberschwingungen dadurch aufheben . Dabei heben zwei benachbarte Versorgungsleitungen gegenseitig ihre niederfrequenten Harmonischen auf und bilden damit ein 12-Puls-System . Die beiden 12-Puls- Systeme heben gegenseitig die darüberliegenden Frequenzen auf und bilden damit ein 24-Puls-System . Kommt es nun in einer der Elektrolysereihen zu einem Aus fall , können die Oberschwingungen der Nachbarreihe nicht mehr kompensiert werden, da eines der beiden 12-Puls-Systeme außer Kraft ist , wodurch erhöhte Netzrückwirkungen auftreten, die zu einer Überschreitung zulässiger Grenzwerte führen können .
Da die Oberschwingungen der benachbarten Reihe der ausgefallenen Reihe nicht mehr vollständig kompensiert werden können, wird in den bisherigen Schaltungsanordnungen und Regelungskonzepten diese Versorgungsleitung ebenfalls abgeschaltet . Die beiden verbleibenden Versorgungsleitungen bilden nun ein 12-Puls-System, welches zwar erhöhte Oberschwingungen aufweist allerdings im niederfrequenteren Bereich nach wie vor zumindest eine gewisse Kompensation der Oberschwingungen ermöglicht . Durch diese Vorgehensweise kommt es bei einem Ausfall einer Elektrolysereihe zu einem erhöhten Produktionsaus- fall , da auch die benachbarte - eigentlich intakte - Elektrolysereihe aus Netzverträglichkeitsgründen wegen der Erfordernisse der Anschlussbedingungen an das öf fentliche Netz ( Grid Code ) ebenfalls zwingend abgeschaltet werden muss .
Hier schaf ft die Schaltungsanordnung dadurch Abhil fe für das beschriebene Problem, in dem durch die Regeleinrichtung bei Bedarf in der benachbarten Versorgungsleitung der fehlerhaften Versorgungsleitung durch eine zusätzliche Phasenverschiebung eine Phasenanpassung durchführbar und am Gleichrichter aufprägbar ist . Dadurch ist eine Phasenerhöhung des ausgangsseitigen Gleichstroms bewirkbar und eine Phasenanpassung mit einem der Gleichrichter in dem anderen Versorgungs zweig einstellbar .
Durch die Implementierung einer vorgebbaren bedarfsweisen Phasenerhöhung oder eines auf zuprägenden Phasenversatzes auf den Gleichstrom in die Regeleinrichtung wird mit der Schaltungsanordnung eine synchrone Taktung dieser Versorgungsleitung mit einer ausgewählten Versorgungsleitung in dem anderen Versorgungs zweig erreicht , sodass die entstandenen Oberschwingungen - zumindest teilweise - weiterhin durch diese kompensiert werden können .
Die zusätzliche Erhöhung der Phase hat durch die in der Regelungseinrichtung implementierte Phasenanschnitt-Steuerung zwar zur Folge , dass der Gleichstrom und damit - im Falle einer Gleichstromversorgung einer Elektrolysereihen - die Gasproduktion in der betrof fenen Elektrolysereihe etwas sinkt , diese aber nicht vollständig abgeschaltet werden muss . Dadurch kann der Produktionsaus fall bei einem Fehler oder Stillstand in einer der Versorgungsleitungen deutlich reduziert werden bei weiterhin guter Netzverträglichkeit .
Bei der Phasenanschnitt-Steuerung wird der Stromfluss in vorteilhafter Weise durch einen Triac, eine Antiparallelschaltung zweier Thyristoren, im Gleichrichter gesteuert . Nach dem Nulldurchgang der Wechselspannung und des Wechselstromes lei- tet der Triac den Strom so lange nicht , bis er einen Zündimpuls erhält ; ab diesem Zeitpunkt dieser „Phase" des Wechselstromsignals wird der Verbraucher mit Energie versorgt bis zum nächsten Nulldurchgang) . Je später der Triac gezündet wird, desto geringer ist die mittlere Leistung, die durchgeschaltet wird .
Im Gegensatz zu den bisher bekannten Schaltungsanordnungen und Regelkonzepten, bei denen im Fall eines Komponentenversagens in einer Versorgungsleitung immer der gesamte Versorgungs zweig mit den beiden vom Dreiphasentrans formator sekundärseitig abgehenden benachbarten Versorgungsleitungen abgeschaltet werden muss , obwohl nur eine Versorgungsleitung von einem Fehler betrof fen ist , erreicht diese Erfindung den Weiterbetrieb des zum fehlerhaften System benachbarten Systems . Dadurch kann bei Implementierung der Schaltungsanordnung zur Gleichstromversorgung mehrerer parallel geschalteter Elektrolysereihen in einem Elektrolysesystem der Produktionsaus fall an Produktgas aus der Elektrolyse minimiert und damit die Verfügbarkeit der Anlage deutlich erhöht werden .
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Schaltungsanordnung umfasst der Gleichrichter einen Thyristor, wobei in der Regeleinrichtung eine Gleichrichterregelung vorgesehen ist , bei der als Stellgröße der Gleichrichterregelung der Zündwinkel des Thyristors implementiert ist , über den die zusätzliche Phasenverschiebung einstellbar ist .
Hierbei ist es etwa vorgesehen, dass der Gleichrichter einen Thyristorsatz umfasst mit mehreren Thyristoren oder zu Triacs verschalteten Thyristoren . Der Thyristorsatz des Gleichrichters erlaubt dabei die Regelung des von einem Gleichrichter erzeugten Gleichstroms bzw . der Gleichspannung mittels der Regeleinrichtung zumindest in einer gewissen Größenordnung . Bei einem Gleichrichter mit einem Thyristor oder einem Thyristorsatz kann der von dem Gleichrichter erzeugte Gleichstrom oder entsprechend die erzeugte Gleichspannung am Gleichrichterausgang in besonders vorteilhafter Weise über den Zündzeitpunkt der Thyristoren des Thyristorsatzes geregelt werden und auf diese Weise die Leistungsaufnahme eines angeschlossenen Verbrauchers wie einer Elektrolysereihe . Auf diese Weise ist der Phasenversatz genau einstellbar und aufprägbar .
Zum geregelten Betrieb der Gleichrichter in der Schaltungsanordnung ist es vorgesehen, dass über eine Versorgungsleitung der Gleichrichter eingangsseitig mit einer Sekundärwicklung des Dreiphasentrans formators verbunden ist , welche eine an einer Primärwicklung des Trans formators anliegende erste Wechselspannung in eine an der Sekundärwicklung anliegende zweite Wechselspannung wandelt . Dabei stellt die zweite Wechselspannung die eingangsseitige Wechselspannung des Gleichrichters dar . Sowohl die erste Wechselspannung als auch die zweite Wechselspannung können eine Hochspannung sein . Beispielsweise ist es möglich, dass eine erste Wechselspannung in einem Spannungsbereich zwischen 6 kV bis 100 kV eingesetzt wird . Die zweite Wechselspannung kann beispielsweise zwischen 100 V und 1 kV betragen . Abhängig von der Ausgestaltung des Dreiphasentrans formators und/oder von den Erfordernissen des Gleichrichters ist es selbstverständlich auch möglich, eine erste Wechselspannung und eine zweite Wechselspannung in anderen Spannungsbereichen einzusetzen .
In bevorzugter Ausgestaltung der Schaltungsanordnung weist bei der Regeleinrichtung die Gleichrichterregelung einen Gleichstromregelkreis auf , mit dem durch eine zusätzliche Phasenverschiebung eine Veränderung der Gleichstromamplitude herbei führbar ist .
Dadurch ist es mit einem Thyristor in besonders einfacher Weise möglich die zusätzliche Phasenverschiebung auf zuprägen und damit ausgangsseitig bei dem Gleichrichter die Gleichstromamplitude zu verändern, insbesondere entsprechend zu verringern, indem in dem Gleichstromregelkreis ein zusätzlicher Phasenwinkel aufgebracht wird . Die zusätzliche auf zu- bringende Phasenverschiebung beträgt vorzugsweise 15 ° zu den Zündwinkeln für den entsprechenden Gleichrichter .
Mithin ist in der Regeleinrichtung eine Thyristor-basierte Gleichstromregelung mit einer Phasenanschnitts-Steuerung implementiert . Die Steuerung und Umformung elektrischer Energie auf der Grundlage von Schaltvorgängen wird Leistungssteuerung genannt . Als steuerbare Schaltelemente kommen hierbei in der Schaltungsanordnung Thyristoren zum Einsatz . Ein Impulssteuergerät liefert netzsynchrone Zündimpulse an das Gate , die sich zeitlich gegen den Nulldurchgang der Wechselspannung verschieben lassen . Der Thyristor wird hierbei nur während der positiv gerichteten Halbwelle gezündet . Bei der Phasenanschnittssteuerung sind Spannung und Strom am Verbraucher keine durchgehenden Sinuswellen, sondern von j eder Welle fehlt der Anfang . Durch Verschieben des Anschnittpunktes lässt sich das Produkt aus Spannung U und Stromstärke I am Verbraucher, insbesondere eine Elektrolysereihe an einer Versorgungsleitung, ändern, was gleichbedeutend mit einer Leistungssteuerung ist . Der Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass sich mit relativ wenig Aufwand große Leistungen steuern lassen, weshalb die Anwendung etwa für parallel geschaltete Elektrolysereihen von Vorteil ist . Nicht benötigte Leistung braucht nicht in einem Vorwiderstand in Verlustwärme umgewandelt zu werden . Um auch die negative Halbwelle zur Leistungssteuerung heranzuziehen, ist lediglich ein zweiter antiparallel ver- schalteter Thyristor erforderlich, eine so genannte Triac- Schaltung aus zwei Thyristoren .
In besonders vorteilhafter Weise ist in der Schaltungsanordnung die Regeleinrichtung derart konzipiert , dass bei einem Stillstand einer der Elektrolysereihen in einem der Versorgungs zweige sowohl dem ausgangsseitigen Gleichstrom des anderen Gleichrichters in diesem Versorgungs zweig eine zusätzliche Phasenverschiebung als auch einem Gleichrichter in dem anderen Versorgungs zweig eine zusätzliche Phasenverschiebung aufprägbar ist , so dass eine Phasenanpassung mit einem Gleichrichter in dem anderen Versorgungs zweig bewirkt ist . Auf diese Weise ist es mit der Schaltungsanordnung möglich, bei Bedarf etwa eine zusätzliche Phasenverschiebung auch zu einem oder vorzugsweise beiden Gleichrichtern in dem intakten Versorgungs zweig hinzuzufügen . Dadurch kann die erforderliche zusätzliche Phasenverschiebung in dem Versorgungs zweig mit der Störung oder dem Stillstand bei einer der Versorgungsleitungen von beispielsweise 15 ° verringert werden, was zu einer höheren Auslastung eines angeschlossenen Verbrauchers führt . Somit kann in der Regeleinrichtung der Schaltungsanordnung eine Auslegung implementiert sein, mit der in einem Versorgungs zweig eine erste zusätzliche Phasenverschiebung und in dem anderen Versorgungs zweig eine zweite zusätzliche Phasenverschiebung anwendbar ist . Auf diese Weise ist eine Phasenanpassung über die beiden Versorgungs zweige hinweg erreicht , wobei die zusätzlichen Phasenverschiebungen sich ergänzen . Beispielsweise kann die erste und die zweite zusätzliche Phasenverschiebung j eweils 7 , 5 ° betragen, um insgesamt eine Anpassung bei günstigen Betriebspunkten zu realisieren . Damit ist eine Anpassung auf einen 24-Puls Betrieb realisiert , bei der die Phasenverschiebung zwischen den Versorgungs zweigen auf 15 ° eingestellt ist . Die Phasenanpassung führt zwar auch in dem intakten Versorgungs zweig zu einer geringeren Gleichstromeinspeisung in die diesen Gleichrichtern j eweils angeschlossenen Gleichstromverbraucher, insbesondere bei angeschlossenen Elektrolysereihen . Es ermöglicht aber auch, dass der einsatz fähige Gleichrichter im defekten Versorgungs zweig länger in einem zulässigen Betriebsbereich produktiv gefahren werden kann, ohne die Mindestlastanforderung zu erreichen, die derzeit bei ca . 40 % liegt .
In bevorzugter Ausgestaltung der Schaltungsanordnung ist durch die Versorgungs zweige und durch die über die Dreiphasentrans formatoren versorgten Versorgungsleitungen eine Schaltgruppe realisiert , mit der in einem Stillstand einer Elektrolysereihe zumindest ein 12-Puls-Betrieb weiterhin gewährleistet ist . Gegenüber den bisherigen Schaltungskonzepten ist dieser Regelungsansatz in der Schaltungsanordnung von großer Flexibilität und wirtschaftlichem Vorteil bei Aus fall einer Leistungsabnahme in einer Versorgungsleitung . Die Zwöl fpulsschaltung wird dabei über einen Phasenschwenk-Trans formator mit sechs Sekundärwicklungen gespeist , wobei zur Erzeugung der Phasenverschiebung zwischen den beiden Brücken die (primär- oder sekundärseitigen) Windungen der einen Brücke nach dem Stern- Stern- , und die der anderen Brücke nach dem Stern-Dreieck- Prinzip geschaltet sind . Die Spannungen zwischen den Außenleitern dO und y5 eines Dreiphasensystems bzw . die Dreiecksspannungen sind dabei grundsätzlich um 30 ° gegenüber den Strangspannungen phasenversetzt . Die Windungsverhältnisse des Dreiphasentrans formators sind dabei so ausgelegt , dass die verschiedenen Spannungen der Stern- bzw . Dreieckschaltung ausgeglichen werden . Die Vorteile der Zwöl fpulsschaltung sind die geringe Restwelligkeit beim Gleichrichterbetrieb bzw . der geringe Oberschwingungsanteil beim Wechselrichterbetrieb .
In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Schaltungsanordnung ist durch die Versorgungs zweige und durch die über den Dreiphasentrans formatoren versorgten Versorgungsleitungen eine Schaltgruppe realisiert , mit der in einem Normalbetrieb ein 24-Puls-Betrieb realisierbar ist .
Hierdurch ist eine Auslegung implementiert , die sich in besonderer Weise zur Gleichstromversorgung bei hohen Leistungsabnahmen eignet . Die primärseitigen Versorgungs zweige ( Primärsystem) der beiden Dreiphasentrans formatoren sind dabei bevorzugt um 15 ° gegeneinander phasenverschoben, beispielsweise ist eine Phasenverschiebung von +7 , 5 ° bzw . - 7 . 5 ° gegenüber der Referenz in der Regeleinrichtung implementiert . Die in der Regeleinrichtung implementierte Phasenverschiebung resultiert j eweils von der gewählten Trans formatorkonfiguration des Dreiphasentrans formators und ist daran angepasst . Sekundärseitig bilden in einem Dreiphasentrans formator die beiden abgehenden Stränge j eweils eine Versorgungsleitung für einen Gleichrichter . Die beiden Sekundärsysteme der Dreipha- sentrans formatoren ( dO und y5 ) weisen zusätzlich - durch die gewählte Vektorgruppe - eine Phasenverschiebung von 30 ° zueinander auf . Die Phasenverschiebung zwischen D-dO ist dabei dabei auf 0 ° eingestellt . Diese Konfiguration ermöglicht für den Normalbetrieb der Schaltungsanordnung einen 24-Puls- Betrieb, bei dem sich die niederfrequentesten Oberschwingungen, die von j edem Gleichrichter in j edem Zweig erzeugt werden, auf folgende Weise kompensieren :
- Die von j edem Gleichrichter abgegebenen 5 . und 7 . Oberschwingungen werden durch Einstellung einer Phasenverschiebung von 30 ° zwischen den dO-y5-Sekundärsystemen ausgeglichen .
- Die 11 . und 13 . Oberschwingungen, die von j edem Dreiphasentrans formator ausgehen, werden durch die Einstellung einer Phasenverschiebung von 15 ° zwischen den beiden Versorgungszweigen aufgehoben .
- Die 17 . und 19 . Harmonischen, die j eweils von beiden Versorgungsleitungen eines Dreiwicklungstrans formators ausgehen, werden durch die vorgesehene Konfiguration ebenfalls ausgeglichen .
- Die 23 . und 25 . Oberschwingungen sind dann die niedrigsten Oberschwingungen, die noch im 24- Impuls-System verbleiben .
Durch die Erfindung ist erreicht , dass selbst falls einer der Gleichrichter in einer Versorgungsleitung eines Versorgungszweigs aus fallen würde , ein Weiterbetrieb von drei Gleichrichtern über die entsprechenden Versorgungsleitungen zweigübergrei fend erreicht ist . Dies ist den derzeitigen Schal- tungs- und Regelungskonzepten überlegen, bei denen ein ganzer Versorgungs zweig mit den Gleichrichtern, also der gesamte Zweig an einem Dreiphasentrans formator abgeschaltet wird . Der verbleibende Zweig bildet dann ein 12-Puls-System, das allerdings einen höheren harmonischen Anteil als ein 24-Puls- System aufweist .
Vorzugsweise sind daher in der Schaltungsanordnung vorsorglich weiterhin zur Kompensation dieser harmonischen Anteile Filtereinrichtungen vorgesehen, die für den 24-Puls-Betrieb ausgelegt sind und bei einem evtl , unvermeidbaren Aus fall eines gesamten Versorgungs zweigs weiterhin aktivierbar sind .
Für ein erfindungsgemäßes Elektrolysesystem ist vorgesehen, dass diese wenigstens eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung sowie mehrere Elektrolysereihen umfasst , wobei eine Elektrolysereihe an den Gleichspannungsausgang eines Gleichrichters angeschlossen ist .
Dabei ist in dem Elektrolysesystem eine Konfiguration zu bevorzugen, bei der j ede Elektrolysereihe von einem Gleichrichter versorgt und am Gleichstromausgang an eine Versorgungsleitung angeschlossen ist .
In dem Elektrolysesystem weist eine Elektrolysereihe eine Anzahl von elektrisch hintereinander geschalteten Elektrolysemodulen auf . Hierbei können mehrere Elektrolysemodule in Serie zu einer Elektrolysereihe zusammengeschaltet sein, beispielsweise fünf Module umfassend j eweils 50 Elektrolysezellen, so dass dadurch eine Skalierbarkeit und Flexibilität für eine Anpassung und Anwendung der Schaltungsanordnung für große Elektrolyseleistungen in einer Versorgungsleitung erreicht wird .
Darüber hinaus ist das Elektrolysesystem vorzugsweise derart ausgestaltet , dass in einer Elektrolysereihe Elektrolysemodule vorgesehen sind, die j eweils wenigstens eine Protonen- Austausch-Membran aufweisen, so dass eine PEM-Elektrolyse durchführbar ist . Es ist auch denkbar, dass verschiedene Elektrolysearten kombiniert werden, so dass Elektrolysemodule basierend auf einer PEM-Elektrolyse und Elektrolysemodule basierend auf einer alkalischen Elektrolyse in einem Elektrolysesystem integriert sind und mit der Schaltungsanordnung mit einem j eweiligen Gleichstrom versorgt werden können .
Dabei kann es sich insbesondere um Protonen-Austausch-
Membranen zur Erzeugung von Wasserstof f durch die Elektrolyse von Wasser, insbesondere von deionisiertem und/oder destilliertem Wasser, handeln . Die Elektrolysemodule können insbesondere auch als eine mehrere Protonen-Austausch-Membranen umfassende Elektrolysereihe ausgeführt werden . Eine Elektrolysereihe in dem Elektrolysesystem kann, abhängig von der Leistungs fähigkeit des in der Versorgungsleitung vorgeschalteten Gleichrichters bzw . abhängig von einer maximal über den Gleichrichter zu beziehenden Stromstärke , eine beliebige Anzahl von seriell geschalteten Elektrolysemodulen umfassen .
Bei dem Elektrolysesystem sind vorzugsweise primärseitig die Versorgungs zweige der Dreiphasentrans formatoren zusammengeführt und an einen Netztrans formator, insbesondere einen Autotrans formator, angeschlossen . Somit ist durch den primärseitigen Zusammenschuss der beiden Versorgungs zweige für einen normalen Betrieb ein 24-Puls-System für großen Leistungen in einem mehrreihigen Elektrolysesystem realisiert .
Der hier insbesondere bevorzugte Autotrans formator als Anschlusstrans formator ist an dem AG-Versorgungsnetz mit einem Stufenschalter ausgerüstet , der die erforderliche Eingangsspannung für die Gleichrichter sicherstellt und gleichzeitig den erforderlichen Mindestleistungs faktor am Netzanschlusspunkt ( PCC ) ermöglicht . Ein Autotrans formator oder auch Spartrans formator besteht im Gegensatz zu anderen Trans formatoren aus nur einer Spule , die zur Entnahme der Ausgangsspannung ( en) eine oder mehrere Anzapfungen hat . Primär- und Sekundärseite sind damit in einer einzigen Spule vereint . Ein Autotrans formator gestattet bei gleicher Leistung den Einsatz einer kleineren Bauform und zeichnen sich durch einen geringeren Spannungsabfall aus . Je näher die Werte von Ein- und Ausgangsspannung beieinander liegen, desto mehr Masse und Material lässt sich durch Einsatz eines Autotrans formators einsparen, da nur ein Teil des Stromes und der Spannung transformiert werden muss . Das ermöglicht unterschiedliche Drahtstärken in den beiden Wicklungsteilen . Das Elektrolysesystem der Erfindung ist in besonders vorteilhafter Weise modular erweiterbar, d . h . mehrere Elektrolysesysteme können zusammengeschaltet werden . Auf dieser Weise ist beispielsweise ein Parallelbetrieb mehrerer 24-Puls- Elektrolysesysteme , die mit einer j eweiligen Schaltungsanordnung versorgt werden, möglich . Die zusätzlichen weiteren Elektrolysesysteme können über dann über eine übergrei fende Regeleinrichtung derart geregelt werden, dass eine verbesserte Kompensation der Oberschwingungen zwischen den einzelnen Elektrolysesystemen erreicht wird und dadurch die Produktionsaus fälle einer solchen Anlage umfassend mehrere Elektrolysesysteme noch weiter reduziert werden können .
Für ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist vorgesehen, dass bei einem Stillstand einer der Elektrolysereihen in einem der Versorgungs zweige dem ausgangsseitigen Gleichstrom des anderen Gleichrichters in diesem Versorgungs zweig eine zusätzliche Phasenverschiebung aufgeprägt wird, so dass eine Phasenanpassung mit einem der Gleichrichter in dem anderen Versorgungs zweig bewirkt wird .
Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, das Verfahren derart durchzuführen, dass sowohl dem ausgangsseitigen Gleichstrom des anderen Gleichrichters in diesem Versorgungs zweig eine zusätzliche Phasenverschiebung als auch einem Gleichrichter in dem anderen Versorgungs zweig eine zusätzliche Phasenverschiebung aufgeprägt wird .
Dabei wird in besonders bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens eine Phasenanpassung zwischen den Versorgungs zweigen durchgeführt , indem die zusätzliche Phasenverschiebung durch eine Anpassung des Zündwinkels eines j eweiligen Thyristors eingestellt wird, wobei in beiden Versorgungs zweigen Elektrolysereihen weiterbetrieben werden .
Dabei ist in dem Verfahren die Regeleinrichtung als übergeordnete Regeleinrichtung eingerichtet und wird derart betrie- ben, dass eine die Versorgungs zweigen umfassende Anpassung der Phasen gesteuert und/oder geregelt wird .
Weitere Vorteile , Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Aus führungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung . Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den einzigen Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der j eweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen .
Aus führungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert . Hierin zeigen schematisch und stark vereinfacht :
FIG 1 ein Elektrolysesystem mit einer Schaltungsanordnung,
FIG 2 eine in die Regeleinrichtung implementierte Gleichstromregelung in schematischer Darstellung,
FIG 3 das Funktionsprinzip der Gleichstromregelung der Gleichrichter in zwei Versorgungs zweigen,
FIG 4 eine Variante der in FIG 3 beschriebenen Gleichstromregelung der Gleichrichter .
In Fig . 1 ist eine schematische Darstellung eines Elektrolysesystems 21 mit einer in das Elektrolysesystem 21 integrierten Schaltungsanordnung 1 abgebildet . Die Schaltungsanordnung 1 dient zur Gleichstromversorgung mehrerer parallel geschalteter Elektrolysereihen 3a, 3b, 3c, 3d . Jede Elektrolysereihe 3a, 3b, 3c, 3d weist dabei mehrere hintereinander geschaltete Elektrolysemodule 23 auf . Die Schaltungsanordnung 1 weist einen ersten Versorgungs zweig 5 und einen zweiten zwei Versor- gungszweig 7 auf in die ein jeweiliger Dreiphasentransformator 9, 11 mit seiner Primarseite geschaltet ist. Sekundärseitig sind aus dem Dreiphasentransformatoren 9, 11 jeweils zwei Versorgungsleitungen 13a, 13b herausgeführt, die an den Wechselstromeingang eines jeweiligen Gleichrichters 15a, 15b angeschlossen sind. Mithin sind sowohl an den ersten Versorgungszweig 5 als auch in dem zweiten Versorgungszweig 7 sekundärseitig über entsprechende Wicklungen des Dreiphasentransformators 9, 11 jeweils zwei Versorgungsleitungen 15a, 15b mit einem jeweiligen Gleichrichter 15a, 15b gekoppelt.
Die Versorgungsleitungen 13a, 13b sind ausgangsseitig aus den Gleichrichtern 15a, 15b herausgeführt, so dass im Betrieb ein Gleichstrom zur Versorgung der jeweils angeschlossenen Elektrolysereihe 3a, 3b, 3c, 3c bereitgestellt ist. Über eine Regeleinrichtung 17 ist eine Anpassung der Phasen in den Versorgungsleitungen 15a, 15b sowie in dem primärseitig vorgeschalteten ersten Versorgungszweig 5 und dem zweiten Versorgungszweig 7 einstellbar und anpassbar. Primärseitig ist zwischen dem ersten Versorgungszweig 5 und dem zweiten Versorgungszweig 7 eine Phasendifferenz von 15° eingestellt, wobei gegenüber einem Nullphasen-Ref erenzwert der erste Versorgungszweig 5 auf einen Sollwertwinkel von +7,5 ° und der zweite Versorgungszweig 7 auf einen Sollwinkel von -7,5° eingestellt ist. Weiterhin ist in jedem der Versorgungszweige 5, 7 in den sekundärseitig von den Dreiphasentransformatoren 9, 11 herausgeführten Versorgungsleitungen 13a, 13b eine Phasenverschiebung von 30° gegeneinander eingestellt. Die beiden Sekundärsysteme der Dreiphasentransformatoren (dO und y5) weisen dadurch zusätzlich - durch die gewählte Vektorgruppe - eine Phasenverschiebung von 30° zueinander auf. Die Phasenverschiebung zwischen D-dO ist dabei auf 0° eingestellt. Diese Konfiguration ermöglicht für den Normalbetrieb der Schaltungsanordnung ein 24-Puls-Betrieb, bei dem sich die niederfrequentesten Oberschwingungen, die von jedem Gleichrichter in jedem Zweig erzeugt werden kompensieren. Die Gleichrichter 15a, 15b weisen Thyristoren auf und in der Regeleinrichtung 17 umfasst eine Gleichrichterregelung, bei der als Stellgröße der Gleichrichterregelung der Zündwinkel a des Thyristors im- plementiert ist ( siehe FIG 2 und FIG 3 ) . Auf diese Weise ist eine Phasenanschnittsteuerung in die Gleichrichterregelung implementiert , so dass eine Leistungsregelung einer j eweiligen Elektrolysereihe 3a, 3b, 3c, 3d über die Gleichstromstärke am Ausgang der Gleichrichter 15a, 15b erzielt ist .
Die Stromversorgung des Elektrolysesystems 21 erfolgt über die in das Elektrolysesystem 21 integrierte Schaltungsanordnung 1 , die wechselstromseitig an einen Netztrans formator 19 angeschlossen ist . Hierzu sind der erste Versorgungs zweig 5 und der zweite Versorgungs zweig 7 aus dem Dreiphasentrans formator 9 , 11 herausgeführt , miteinander elektrisch verbunden und an den Netztrans formator 19 angeschlossen . Der Netztrans formator 19 ist als Autotrans formator ausgestaltet und am Netzanschlusspunkt 27 - oder auch PCC - an ein Wechselstrom-Versorgungsnetz 25 angeschlossen, insbesondere ein öffentliches Stromnetz .
Die Schaltungsanordnung 1 ist dabei für eine Betriebssituation hergerichtet und verbessert , bei der insbesondere in einer der Versorgungsleitungen 5 , 7 keine Leistungsabnahme erfolgen kann . Zugleich ist eine gute Netzverträglichkeit gewährleistet . Eine solche Situation kann durch einen Aus fall oder Defekt eines Gleichrichters 15a, 15b oder eines Elektrolysemoduls 23 verursacht sein, so dass entsprechend eine der Elektrolysereihen 3a, 3b, 3c, 3c im Stillstand gehen muss .
Die grundlegende Funktionsweise , der in die Regeleinrichtung 17 implementierten Gleichstromregelung, ist in FIG 2 in einem Blockdiagramm illustriert . Die Gleichrichter 15a, werden normalerweise mit der Wechselspannung am Eingang synchronisiert . Auf diese Weise wird die aus der Trans formatorkonfiguration resultierende Phasenverschiebung automatisch in die Erzeugung der j eweiligen Zündimpulse der Gleichrichter 15a, 15b mit einbezogen . Der Zündwinkel a ist dabei der Versatz zwischen dem natürlichen Stromnulldurchgang des Stroms und der Zündung des Thyristors und ist dabei die Stellgröße der Gleichricht- erregelung und steuert j eweils unmittelbar den Ausgangsstrom der Gleichrichter 15a, 15b .
Bei dem neuen Regelungskonzept ist nun vorgeschlagen, dass im Falle einer Störung eines Elektrolysemoduls 23 - beispielsweise in der Versorgungsleitung 13b des zweiten Versorgungszweigs 7 - nur die j eweils betrof fene Elektrolysereihe 3d und der vorgeschaltete Gleichrichter 15b abgeschaltet werden und in den Stillstand gehen . Der andere benachbarte Gleichrichter 15a in demselben Versorgungs zweig 7 sowie beide Gleichrichter 15a, 15b in dem ersten Versorgungs zweig sowie die Elektrolysereihen 3a, 3b, 3c können weiter betrieben werden . Dazu wird die Gleichrichterregelung des benachbarten Gleichrichters 15a gezielt verändert , wobei dem aus dem Gleichstromregelkreis ohne die Störung oder den Stillstand resultierenden normalen Zündwinkel o = aref als Referenzwert eine zusätzliche Phasenverschiebung Acp von beispielsweise 15 ° aufgeprägt wird . Hierdurch ist eine Phasenanpassung mit zumindest einem der Gleichrichter 15a, 15b in dem ersten Versorgungs zweig 5 herbeigeführt . Hierzu ist ein PI-Regler 29 in dem Gleichstromregelkreis der Regeleinrichtung 17 implementiert , dem die zusätzliche Phasenverschiebung Acp aufgebracht wird, so dass für die Regelung im Störfall ein neuer oder modi fi zierter Referenzwinkel aref = «o + Acp als Zündwinkel angewandt wird . Die Erhöhung des Zündwinkels ao führt zwar zu einer reduzierten Wasserstof fproduktion in der benachbarten Elektrolysereihe 3c, diese muss aber nicht abgeschaltet werden . Hingegen ist durch diese zusätzliche Phasenverschiebung Acp eine Phasenanpassung und eine Synchronisation des entsprechenden Gleichrichters 15a des zweiten Versorgungs zweigs 7 mit einem anderen Gleichrichter 15a, 15b in dem ersten Versorgungs zweig 5 bewirkt . Auf diese Weise kann das gesamte Elektrolysesystem 21 am Netzanschlusspunkt 19 wie ein 12-Puls-System reagieren, ohne dass die weiterhin intakte über die Versorgungsleitung 13a versorgte Elektrolysereihe 15a in dem zweiten Versorgungs zweig 7 abgeschaltet werden muss . In dem Blockdiagramm der Regelung bezeichnet Iref den Referenzgleichstrom, Im den gemessenen Gleichstrom als Eingangsgröße sowie ref den ange- passten und um die zusätzliche Phasenverschiebung Acp erhöhten Zündwinkel für den Gleichrichter 15a im Versorgungs zweig 7 . Durch die Erhöhung des Zündwinkels aref als Stellgröße wird eine Verringerung der Gleichstromamplitude Im herbeigeführt und entsprechend reduziert sich Referenzgleichstrom Iref sowie der am Gleichrichter 15a gemessene Gleichstrom Im, so dass ein neuer Arbeitspunkt des Gleichrichters 15b eingestellt wird .
In FIG 3 ist das Funktionsprinzip der Gleichstromregelung der Gleichrichter 15a, 15b in den beiden Versorgungs zweigen 5 , 7 gezeigt . Dabei ist auf der Abs zisse (x-Achse ) der Phasenwinkel a in Grad angegeben und auf der Ordinate ( y-Achse ) die Stromstärke I in einem qualitativen Verlauf am j eweiligen Gleichrichterausgang . Dabei bezeichnet I i und I2 im ersten Versorgungs zweig 5 den j eweiligen Wert der Stromstärke I in der Versorgungsleitung 13a bzw . in der Versorgungsleitung 13b wechselstromseitig an dem angeschlossenen Gleichrichter 15a, 15b . Mit I3 und I4 ist im zweiten Versorgungs zweig 7 die j eweilige Stromstärke I in der Versorgungsleitung 13a bzw . in der Versorgungsleitung 13b wechselstromseitig an dem angeschlossenen Gleichrichter 15a, 15b bezeichnet . Zudem ist als Referenz der Verlauf einer Periode der Wechselspannung Ui am Eingang des Gleichrichters 15a des ersten Versorgungzweigs 5 gezeigt . Der Nullpunkt bzw . Referenzpunkt ist bei dem Phasenwinkel a = 0 ° , bei dem die Spannung Ui einen Nulldurchgang hat . Bei der Phasenanschnittsteuerung wird der Strom verzögert nach dem Nulldurchgang der Wechselspannung Ui eingeschaltet und fließt bis zum nächsten Nulldurchgang . Weiterhin wird bei der Phasenanschnittsteuerung wird der Stromfluss durch einen Triac - eine Antiparallelschaltung zweier Thyristoren - gesteuert . Nach dem Nulldurchgang der Wechselspannung Ui und des Stromes I leitet der Triac den Strom so lange nicht , bis er einen Zündimpuls bei einem Zündwinkel a erhält . Ab diesem Zeitpunkt oder dieser „Phase" des Wechselstromsignals wird der Verbraucher mit Energie versorgt bis zum nächsten Nulldurchgang . Je später der Triac gezündet wird, desto geringer ist die mittlere Leistung, mit der der Verbraucher versorgt wird .
In der vorgeschlagenen Regelungsstruktur nach FIG 3 ist mithin beispielhaft für alle vier Gleichrichter 15a, 15b - j e zwei Gleichrichter 15a, 15b in dem ersten Versorgungs zweig 5 und in dem zweiten Versorgungs zweig 7 - j eweils in entsprechender Weise ein einphasiger Wechselstromeingang zu den Gleichrichtern 15a, 15b in der Regeleinrichtung 17 implementiert . Bei dem Gleichrichter 15a ist die Wechselspannung Ui einer einzelnen Phase zusammen mit der Stromstärke I i auf der AG-Seite des Gleichrichters 15a eingezeichnet .
Betrachtet man Gleichrichter 15a als Referenzgleichrichter, so zeigt FIG 3 die Phasenverschiebung der Wechselströme an dem benachbarten Gleichrichter 15b desselben ersten Versorgungs zweigs 5 sowie die Phasenverschiebung der beiden parallel geschalteten Gleichrichter 15a, 15b in dem zweiten Versorgungs zweig . Die Regelungseinrichtung 17 ist für einen umfassenden Weiterbetrieb des Elektrolysesystems 21 im Fehlerfall ausgelegt : Falls einer der Gleichrichter 15a, 15b - etwa aufgrund eines Fehlers oder planmäßiger Wartungsarbeiten an einer entsprechenden Elektrolysereihe 3a, 3b, 3c, 3d - abgeschaltet wird, vorliegend Gleichrichter 15b in dem zweiten Versorgungs zweig 7 mit Stromstärke I4 ( schraf fiert unterlegt ) , so werden die Regelungen dem benachbarten Gleichrichter 15a in Versorgungs zweig 7 durch Ausprägen einer zusätzliche Phasenverschiebung Acp bei dem sich ergebenden Zündwinkel a geändert werden . Das heißt , dass eine zusätzliche Phasenverschiebung von Acp = 15 ° zu dem Zündwinkel a für den Gleichrichter 15a hinzugefügt und mit dem Gleichrichter 15b aus dem ersten Versorgungs zweig 5 abgeglichen wird . Infolgedessen nimmt die Amplitude der Stromstärke I3 ab . Der gestrichelte Verlauf zu I3 zeigt die zusätzlich zum normalen Zündwinkel a aufgeprägte Phasenverschiebung Acp sowie die verringerte Stromamplitude . Das gesamte System verhält sich nun vorteilhafterweise wie ein 12-Puls-System und ein Weiterbetrieb von Gleichrichter 15a in dem zweiten Versorgungs zweig 7 ist erreicht .
In einer besonders interessanten Variante der in FIG 3 gezeigten Regelung ist auch eine zusätzliche Phasenverschiebung zu den beiden Gleichrichtern 15a, 15b in dem ersten Versor- gungs zeig 5 vorgesehen . Dadurch ist eine flexible Möglichkeit geschaf fen, dass durch die Anpassung des Phasenwinkels bei I i und I2 in dem ersten Versorgungs zweig 5 bedarfsweise ein höherer Strom bei I3 erreicht werden kann . Auf diese Weise ist eine übergeordnete Laststeuerung über den ersten Versorgungszweig 5 und den zweiten Versorgungs zweig 7 hinweg implementiert . Diese Möglichkeit in dem Regelungskonzept ist in FIG 4 lediglich beispielhaft mit konkreten Phasenverschiebungen illustriert . Für die Anpassungswinkel Acp, Acpi, Agy können mithin auch andere Zahlenwerte eingestellt und aufeinander abgestimmt werden . Auf diese Weise kann im Ergebnis im Vergleich zu der Regelung nach FIG 3 die zusätzlich allein dem Gleichrichter 15a im zweiten Versorgungs zweig 7 aufgeprägte Phasenverschiebung Acp geringer aus fallen . Dies führt zwar durch die zusätzlich aufgeprägten Phasenverschiebungen Acpi, Agy zu einer etwas geringeren Gleichstromeinspeisung in die an Gleichrichter 15a, 15b angeschlossenen Elektrolysereihen 3a, 3b in dem ersten Versorgungs zweig 5 . Andererseits ermöglicht diese Betriebs führung aber auch, dass Gleichrichter 15a im zweiten Versorgungs zweig 7 länger bzw . deutlicher im Betriebsbereich verbleibt , ohne eine Mindestlastanforderung zu unterschreiten, die derzeit bei etwa 40 % der Nennlast liegt . Mit der Regeleinrichtung 17 und der auf dieser Art implementierten Gleichrichterregelung ist eine übergrei fende Lastregelung für das Elektrolysesystem 21 möglich, bei zugleich hoher Verfügbarkeit und Wasserstof fproduktion selbst bei einer Störung oder einem Aus fall einer Elektrolysereihe 3a, 3b, 3c, 3d .
Dies wird in dem Elektrolysesystem 21 dadurch erreicht , indem die vier an die Schaltungsanordnung 1 angeschlossenen Elektrolysereihen 3a, 3b, 3c, 3d nicht - wie bisher - unabhängig und einzeln voneinander geregelt werden . Vielmehr ist eine übergeordnete Regelung implementiert , die eine Kompensation zwischen den Komponenten der Versorgungsleitungen 13a, 13b in den Versorgungs zweigen 5 , 7 realisiert . Bei großen Elektrolysesystemen 21 , die aus mehreren 24-Puls-Systemen bestehen, kann diese Regelung spezi fisch angepasst und flexibel erweitert werden, so dass auch eine Kompensation zwischen den einzelnen 24-Puls-Systemen sichergestellt wird .

Claims

Patentansprüche
1. Schaltungsanordnung (1) zur Gleichstromversorgung mehrerer parallel geschalteter Elektrolysereihen (3a, 3b, 3c, 3d) , wobei die Schaltungsanordnung (1) einen ersten Versorgungszweig (5) und einen zweiten Versorgungszweig (7) mit einem jeweiligen Dreiphasentransformator (9, 11) aufweist, und wobei von einem Dreiphasentransformator (9, 11) sekundärseitig zwei Versorgungsleitungen (13a, 13b) herausgeführt sind, in die jeweils ein Gleichrichter (15a, 15b) geschaltet ist, so dass von einem Gleichrichter (15a, 15b) ein eingangsseitiger Wechselstrom in einen ausgangsseitigen Gleichstrom zur Versorgung einer Elektrolysereihe (3a, 3b, 3c, 3d) wandelbar ist, und wobei eine Regeleinrichtung (17) vorgesehen ist, die derart ausgestaltet ist, dass bei einem Stillstand einer der Elektrolysereihen (3a, 3b, 3c, 3d) in einem der Versorgungszweige (5, 7) dem ausgangsseitigen Gleichstrom des anderen Gleichrichters (15a, 15b) in diesem Versorgungszweig (5, 7) eine zusätzliche Phasenverschiebung (Acp) aufprägbar ist, so dass eine Phasenanpassung mit einem der Gleichrichter (15a, 15b) in dem anderen Versorgungszweig (5, 7) bewirkt ist.
2. Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 1, bei der der Gleichrichter (15a, 15b) einen Thyristor umfasst, wobei in der Regeleinrichtung (17) eine Gleichrichterregelung vorgesehen ist, bei der als Stellgröße der Gleichrichterregelung der Zündwinkel des Thyristors implementiert ist, über den die zusätzliche Phasenverschiebung (Acp) einstellbar ist.
3. Schaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der in der Regeleinrichtung (17) die Gleichrichterregelung einen Gleichstromregelkreis aufweist, mit dem durch eine zusätzliche Phasenverschiebung (Acp) eine Veränderung der Gleichstromamplitude herbeiführbar ist.
4. Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Regeleinrichtung (17) derart konzipiert ist, dass bei einem Stillstand einer der Elektrolysereihen (3a, 3b, 3c, 3d) in einem der Versorgungszweige (5, 7) sowohl dem ausgangsseitigen Gleichstrom des anderen Gleichrichters (15a, 15b) in diesem Versorgungszweig (5, 7) eine zusätzliche Phasenverschiebung (Acp) als auch einem Gleichrichter (15a, 15b) in dem anderen Versorgungszweig (5, 7) eine zusätzliche Phasenverschiebung (Agg, Agy) aufprägbar ist, so dass eine Phasenanpassung mit einem Gleichrichter (15a, 15b) in dem anderen Versorgungszweig (5, 7) bewirkt ist.
5. Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der durch die Versorgungszweige (9, 11) und durch die über den Dreiphasentransformatoren (9, 11) versorgten Versorgungsleitungen (13a, 13b) eine Schaltgruppe realisiert ist, mit der in einem Stillstand einer Elektrolysereihen (3a, 3b, 3c, 3d) ein 12-Puls-Betrieb sicherstellbar ist.
6. Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der durch die Versorgungszweige (9, 11) und durch die über den Dreiphasentransformatoren (9, 11) versorgten Versorgungsleitungen (13a, 13b) eine Schaltgruppe realisiert ist, mit der in einem Normalbetrieb ein 24-Puls-Betrieb realisierbar ist.
7. Elektrolysesystem (21) , umfassend wenigstens eine Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche sowie mehrere Elektrolysereihen (3a, 3b, 3c, 3d) , wobei eine Elektrolysereihe (3a, 3b, 3c, 3d) an den Gleichspannungsausgang eines Gleichrichters (15a, 15b) angeschlossen ist.
8. Elektrolysesystem (21) nach Anspruch 7, bei der eine Elektrolysereihe (3a, 3b, 3c, 3d) eine Anzahl von elektrisch hintereinander geschalteten Elektrolysemodulen (23) aufweist.
9. Elektrolysesystem (21) nach Anspruch 8, wobei Elektrolysemodule vorgesehen sind, die jeweils wenigstens eine Protonen- Austausch-Membran aufweisen, so dass eine PEM-Elektrolyse durchführbar ist.
10. Elektrolysesystem (21) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem primärseitig die Versorgungszweige (5, 7) der Dreiphasentransformatoren (9, 11) zusammengeführt und an einen Netztransformator (19) , insbesondere einen Autotransformator, angeschlossen sind.
11. Verfahren zum Betrieb einer Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei bei einem Stillstand einer der Elektrolysereihen (3a, 3b, 3c, 3d) in einem der Versorgungszweige (5, 7) dem ausgangsseitigen Gleichstrom des anderen Gleichrichters (15a, 15b) in diesem Versorgungszweig (5, 7) eine zusätzliche Phasenverschiebung (Acp) aufgeprägt wird, so dass eine Phasenanpassung mit einem der Gleichrichter (15a, 15b) in dem anderen Versorgungszweig (5, 7) bewirkt wird .
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei sowohl dem ausgangsseitigen Gleichstrom des anderen Gleichrichters (15a, 15b) in diesem Versorgungszweig (5, 7) eine zusätzliche Phasenverschiebung (Acpi) als auch einem Gleichrichter (15a, 15b) in dem anderen Versorgungszweig (5, 7) eine zusätzliche Phasenverschiebung (Agy) aufgeprägt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei eine Phasenanpassung zwischen den Versorgungszweigen (5, 7) durchgeführt wird, indem die zusätzliche Phasenverschiebung (Acp, Agg, Agy) durch eine Anpassung des Zündwinkels eines jeweiligen Thyristors eingestellt wird, wobei in beiden Versorgungszweigen (5, 7) Elektrolysereihen (3a, 3b, 3c, 3d) weiterbetrieben werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11, 12 oder 13, bei der die Regeleinrichtung (17) als übergeordnete Regeleinrichtung (17) eingerichtet ist und derart betrieben wird, wobei eine die Versorgungszweigen (5, 7) umfassende Anpassung der Phasen gesteuert und/oder geregelt wird.
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