EP4736306A1 - Elektrolysevorrichtung mit pulsstromrichter und tranformator - Google Patents

Elektrolysevorrichtung mit pulsstromrichter und tranformator

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EP4736306A1
EP4736306A1 EP24728907.7A EP24728907A EP4736306A1 EP 4736306 A1 EP4736306 A1 EP 4736306A1 EP 24728907 A EP24728907 A EP 24728907A EP 4736306 A1 EP4736306 A1 EP 4736306A1
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pulse
electrolysis device
pulse frequency
converter
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Franz Schwimmbeck
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Innomotics GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektrolysevorrichtung (1), aufweisend genau einen Pulsstromrichter (2), einen Elektrolyseur (3), einen Transformator (4) und Anschlüsse (6) für die Speisung mit elektrischer Energie, wobei der Transformtor (4) primärseitig mit den Anschlüssen (6) für die Speisung mit elektrischer Energie elektrisch verbunden ist, wobei der Pulsstromrichter (2) gleichspannungsseitig mit dem Elektrolyseur (3) elektrisch verbunden ist, wobei der Pulsstromrichter (2) wechselspannungsseitig mit einer Sekundärseite (42) des Transformators (4) elektrisch verbunden ist, wobei der Pulsstromrichter eingerichtet ist, mit einer Pulsfrequenz (fP) betrieben zu werden. Zur Verringerung der Oberschwingungsströme der Elektrolysevorrichtung (1) wird vorgeschlagen, dass die Elektrolysevorrichtung (1) netzfilterfrei ausgebildet ist, wobei eine Streuinduktivität (Lσ) und/oder eine Kurzschlussspannung (uK) des Transformators (4) derart bemessen ist, dass Oberschwingungsströme zwischen dem Transformator (4) und den Anschlüssen (6) eine vorgebbare Grenze unterschreiten. Weiter betrifft die Erfindung die Verwendung einer Streuinduktivität (Lσ) eines Transformators (4) einer derartigen Elektrolysevorrichtung zur Reduzierung von Oberschwingungsströmen zwischen der Elektrolysevorrichtung (1) und eines Energieversorgungsnetzes (7). Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Elektrolysevorrichtung (1), wobei der Pulsstromrichter mit einer Pulsfrequenz (fP) betrieben wird, bei der die sich ausbildenden Oberschwingungsströme zwischen dem Transformator (4) und den Anschlüssen (6) die vorgegebene Grenze unterschreiten.

Description

Beschreibung
ELEKTROLYSEVORRICHTUNG MIT PUL SSTROMRICHTER UND TRANFORMATOR
Die Erfindung betri f ft eine Elektrolysevorrichtung, aufweisend einem Pulsstromrichter, einen Elektrolyseur, einen Trans formator und Anschlüsse für die Speisung mit elektrischer Energie , wobei der Trans formtor primärseitig mit den Anschlüssen für die Speisung mit elektrischer Energie elektrisch verbunden ist , wobei der Pulsstromrichter gleichspannungsseitig mit dem Elektrolyseur elektrisch verbunden ist , wobei der Pulsstromrichter wechselspannungsseitig mit einer Sekundärseite des Trans formators elektrisch verbunden ist , wobei der Pulsstromrichter eingerichtet ist , mit einer Puls frequenz betrieben zu werden . Die Erfindung betri f ft weiter die Verwendung einer Streuinduktivität eines Trans formators einer derartigen Elektrolysevorrichtung zur Reduzierung von Oberschwingungsströmen zwischen der Elektrolysevorrichtung und eines Energieversorgungsnetzes . Ferner betri f ft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Elektrolysevorrichtung .
Für die Elektrolyse werden zur Erzeugung einer Gleichspannung Stromrichter eingesetzt , die aus einer Wechselspannung einer Energiequelle oder eines Energieversorgungsnetzes eine Gleichspannung erzeugen, mit der die Elektrolyse im Elektrolyseur stattfinden kann . Dabei entstehen durch den Stromrichter Oberschwingungen . Diese führen zu Strömen auf der Wechselspannungsseite des Stromrichters , die insbesondere für das Energieversorgungsnetz unerwünscht sind . Diese Ströme werden auch als Oberschwingungsströme bezeichnet . Üblicherweise werden diese mit Filterschaltungen herausgefiltert . Diese Filter dienen zur Verhinderung oder Unterdrückung von Oberschwingungen im Netzstrom und werden daher auch als Netz filter bezeichnet . Als Netzstrom wird der Strom zwischen einem Energieversorgungsnetz und der Elektrolysevorrichtung bezeichnet . Dieser kann beispielsweise an den Anschlüssen der Elektrolysevorrichtung gemessen werden . Das Netz filter weist mindestens eine Induktivität und eine Kapazität auf , die in einer baulichen Einheit zusammen angeordnet sind .
Durch eine versetzte Taktung mehrerer Pulsstromrichter ist es möglich, dass sich ein Teil der Oberschwingungen kompensieren, also sich gegenseitig aufheben .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , die Oberschwingungsströme der Elektrolysevorrichtung zu reduzieren .
Diese Aufgabe wird durch eine Elektrolysevorrichtung, aufweisend genau einem Pulsstromrichter, einen Elektrolyseur, einen Trans formator und Anschlüsse für die Speisung mit elektrischer Energie gelöst , wobei der Trans formtor primärseitig mit den Anschlüssen für die Speisung mit elektrischer Energie elektrisch verbunden ist , wobei der Pulsstromrichter gleichspannungsseitig mit dem Elektrolyseur elektrisch verbunden ist , wobei der Pulsstromrichter wechselspannungsseitig mit einer Sekundärseite des Trans formators elektrisch verbunden ist , wobei der Pulsstromrichter eingerichtet ist , mit einer Puls frequenz betrieben zu werden, wobei die Elektrolysevorrichtung netz filterfrei ausgebildet ist , wobei eine Streuinduktivität und/oder eine Kurzschlussspannung des Trans formators derart bemessen ist , dass Oberschwingungsströme zwischen dem Trans formator und den Anschlüssen eine vorgebbare Grenze unterschreiten . Weiter wird diese Aufgabe durch die Verwendung einer Streuinduktivität eines Trans formators einer derartigen Elektrolysevorrichtung zur Reduzierung von Oberschwingungsströmen zwischen der Elektrolysevorrichtung und eines Energieversorgungsnetzes gelöst . Diese Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Elektrolysevorrichtung gelöst , wobei der Pulsstromrichter mit einer Puls frequenz betrieben wird, bei der die sich ausbildenden Oberschwingungsströme zwischen dem Trans formator und den Anschlüssen die vorgegebene Grenze unterschreiten .
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben . Der Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde , dass sich das Verhalten des Pulsstromrichters eines Elektrolyseurs dadurch hinsichtlich der Oberschwingungsströme im Netzstrom verbessern lässt , dass die Streuinduktivität des Trans formators derart hoch gewählt wird, dass diese die Oberschwingungsströme hinreichend reduzieren . Damit kann auf ein Netz filter verzichtet werden . Mit anderen Worten ist die Elektrolysevorrichtung netz filterfrei ausgeführt . Netz filterfrei bedeutet , dass kein Netz filter vorhanden ist , bei dem in einer baulichen Einheit ein Strom über eine Kombination von Induktivität und Kapazität dem Netz ferngehalten wird . Die Elektrolysevorrichtung ist dazu eingerichtet , an den Anschlüssen zur Speisung mit elektrischer Energie mit einem Energieversorgungsnetz oder einer Energiequelle verbunden zu werden . Für eine Elektrolyseleistung von etwa 5 MVA hat sich eine Speisung mit Mittelspannung durch das Energieversorgungsnetz mit einer Spannung im Bereich von l OkV bis 30kV als vorteilhaft erwiesen . Dabei ergeben sich Nennströmen von etwa 100A bis 300A zwischen Energieversorgungsnetz und Trans formatorder Elektrolysevorrichtung . Für die Elektrolyse lässt sich daraus durch den Stromrichter eine Gleichspannung von etwa 800V ( +/— 20% ) auf besonders ef fi ziente Weise erzeugen . Zur hinreichenden Unterdrückung der Oberschwingungen durch den Trans formator hat sich eine Kurzschlussspannung uK im Bereich von 10% bis 25% , insbesondere im Bereich von 10% bis 15% als besonders wirkungsvoll erwiesen . Es hat sich gezeigt , dass der Mehraufwand für einen Trans formator mit einer derartigen Kurzschlussspannung günstiger ist als ein Netz filter zur Unterdrückung der Oberschwingungen .
Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Streuinduktivität des Trans formators in derselben Größenordnung liegt wie eine Filterdrossel des Stromrichters , wie sie bisher zur Reduktion von Oberschwingungsströmen eingesetzt wird . Dann kann die Trans formatorstreuung als Arbeitsinduktivität zur Unterdrückung der Oberschwingungsströme verwendet werden . Alternativ hat es sich als vorteilhaft erwiesen, anstatt der Streuinduktivität die Kurzschlussspannung des Trans formators derart aus zulegen, dass durch diese die Ausbildung von Oberschwingungsströmen hinreichend unterdrückt wird . Anstatt eine bestimmte Streuinduktivität für den Trans formator zu fordern, wird die Filterwirkung durch eine entsprechende Kurzschlussspannung des Trans formators erzeugt . Diese Kurzschlussspannung ist eine grundlegende Eigenschaft des Trans formators , die an vorhandene Anforderungen im Rahmen der Auslegung des Trans formators angepasst werden kann .
Ein weiterer Freiheitsgrad besteht darin, die Puls frequenz fP des Pulsstromrichters anzupassen, um die Oberschwingungen zu reduzieren . Je größer die Puls frequenz , desto geringer ist die erforderliche Streuinduktivität des Trans formators . Darüber hinaus hat sich auch gezeigt , dass nur eine geringere Kurzschlussspannung up beim Trans formator benötigt wird, um einen Grenzwert bei den Oberschwingungsströmen einhalten zu können .
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Streuinduktivität und/oder eine Kurzschlussspannung des Trans formators derart bemessen, dass ein Strom im Bereich der Puls frequenz und/oder im Bereich eines Viel fachen der Pulsfrequenz zwischen dem Trans formator und den Anschlüssen die vorgebbare Grenze unterschreitet . Eine genaue Betrachtung des Pulsstromrichters hinsichtlich seines Verhaltens bei der Erzeugung von Oberschwingungsströme hat ergeben, dass diese gebündelt im Bereich der Puls frequenz auftreten . Der Bereich der Puls frequenz , in dem diese Ströme auftreten, erstreckt sich dabei über einen Bereich von dem Siebenfachen der Netzfrequenz oder, j e nach Impedanzverhältnissen am Netzanschlusspunkt , von dem Drei zehnfachen der Netz frequenz um die Puls frequenz herum . Mit anderen Worten erstreckt sich der Bereich der Puls frequenz von der Puls frequenz minus des Siebenfachen bzw . Drei zehnfachen der Netz frequenz bis zu der Pulsfrequenz plus des Siebenfachen bzw . Drei zehnfachen der Netzfrequenz . Darüber hinaus erzeugt der Stromrichter auch Oberschwingungen im Bereich des Viel fachen der Puls frequenz . Dabei erstreckt sich der Bereich der Viel fachen der Puls frequenz von dem Viel fachen der Puls frequenz minus des Siebenfachen bzw . Drei zehnfachen der Netz frequenz bis zu dem Viel fachen der Puls frequenz plus des Siebenfachen bzw . Drei zehnfachen der Netz frequenz . Die Breite des Bereichs bleibt somit auch bei den Viel fachen der Puls frequenz gleich mit der Breite des Bereichs bei der einfachen Puls frequenz .
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, bei der Auslegung des Trans formators hinsichtlich seiner Streuinduktivität bzw . seiner Kurzschlussspannung, den Bereich der Puls frequenz heranzuziehen und Ströme im Bereich der Puls frequenz heranzuziehen . Dabei wird aus den einzelnen Stromkomponenten in diesem Bereich ein Ef fektivwert gebildet , der den Strom in diesem Bereich der Puls frequenz oder im Bereich des entsprechenden Viel fachen der Puls frequenz beschreibt . Damit ergibt sich eine besonders einfache Auslegung der Streuinduktivität oder der Kurzschlussspannung . Diese Ströme lassen sich aufgrund des bekannten Verhaltens des Pulsstromrichters besonders einfach, insbesondere mittels Simulation bestimmen . Diese Bestimmung ist damit auch unabhängig von Netzparametern des Energieversorgungsnetzes oder anderen Verbrauchern in der Umgebung der Elektrolysevorrichtung . Diese sind oftmals bei der Auslegung nicht bekannt oder können nur durch aufwendige Messungen ermittelt werden . Es hat sich gezeigt , dass die Betrachtung der Ströme im Bereich der Puls frequenz und/oder deren Viel fachen zu einem hinreichenden Ergebnis bei der Dimensionierung der Streuinduktivität und/oder der Kurzschlussspannung führt .
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen den Anschlüssen für die Speisung mit elektrischer Energie und dem Pulsstromrichter ein Kondensator angeordnet . Mit der Anordnung eines oder mehrerer Kondensatoren in der Verbindung zwischen den Anschlüssen für die Speisung mit elektrischer Energie und dem Pulsstromrichter können noch vorhandene Anteile der Oberschwingungsströme weiter reduziert werden . Damit können höhere Oberschwingungsströme des Pulsstromrichters oder der Pulsstromrichter zugelassen werden, die nur eine geringere Streuinduktivität oder eine geringere Kurzschlussspannung des Trans formators erfordern . Diese werden dann durch den Kondensator unterdrückt oder beseitigt . Anstelle eines Netz filters mit Spulen und Kondensatoren können somit lediglich die Kondensatoren zum Einsatz kommen . Durch die damit verbundenen geringeren Energiespeicher in der Elektrolysevorrichtung neigt diese weniger zum Ausbilden von Schwingungen zwischen dem Energieversorgungsnetz und der Elektrolysevorrichtung bzw . innerhalb des Energieversorgungsnetzes .
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bilden die Streuinduktivität des Trans formators und der Kondensator einen Sperrkreis mit einer Resonanz frequenz im Bereich der Puls frequenz oder im Bereich eines Viel fachen der Puls frequenz bilden . Dazu ist der Kondensator vorteilhafterweise zwischen dem Trans formator und dem Pulsstromrichter angeordnet . Die Anordnung erfolgt dann beispielsweise in einer Parallelschaltung bei dem j eweils ein Kondensator mit einer der Phasen verbunden ist und die Kondensatoren an einem Sternpunkt miteinander verbunden sind . Durch den Sperrkreis wird die Ausbildung von Oberschwingungsströmen in einem engen Frequenzband unterdrückt . Daher bietet es sich gerade für die Unterdrückung von Strömen im Bereich der Puls frequenz oder eines Viel fachen der Puls frequenz an, da hier im Gegensatz zur Filterung mit einem Netz filter nur ein enger Bereich an Frequenzen zu beseitigen ist . Dies führt zu einer besonders einfachen und aufgrund der geringen Schwingungsneigung dieser Anordnung robusten Lösung .
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Elektrolysevorrichtung eine Steuervorrichtung zur Steuerung des Pulsstromrichters auf , die eingerichtet ist , den Pulsstromrichter bei Auftreten unerwünschter Störströme mit höherer Puls frequenz zu takten . Um den Aufwand zur Erzeugung einer hinreichend großen Streuinduktivität des Trans formators zu reduzieren, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Pulsstromrichter mit einer höheren Puls frequenz zu betreiben . Diese höhere Puls frequenz führt dazu, dass sich das Spektrum der Oberschwingungen hin zu höheren Werten verschiebt . Durch die höheren Werte ergibt sich ein geringerer benötigter Wert für die Streuinduktivität oder auch der Kurzschlussspannung des Trans formators . Damit kann die Elektrolysevorrichtung nicht nur redundant , sondern auch gleichzeitig kostengünstig ausgebildet sein . Die mit der Erhöhung der Puls frequenz einhergehenden Verluste können bei der Energieversorgung eines Elektrolyseurs durch eine höhere Spannung des Pulsstromrichters ausgeglichen werden . Durch die höhere Spannung wird zur Erzielung der gleichen Leistung ein nur geringerer Strom benötigt . Dadurch kann der Strom reduziert werden . Dies senk die Durchlassverluste des Stromrichters , so dass die Gesamtverluste bei steigender Puls frequenz bei der Anwendung des Pulsstromrichters in einer Elektrolysevorrichtung im Gegensatz zu Anwendungen der Antriebstechnikkonstant gehalten werden können .
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Aus führungsbeispiele naher beschrieben und erläutert . Es zeigen :
FIG 1 ein Aus führungsbeispiel einer filterlosen
Elektrolysevorrichtung,
FIG 2 und FIG 3 j eweils ein Aus führungsbeispiel einer Elektrolysevorrichtung mit einem Kondensator, FIG 4 und FIG 5 j eweils ein Aus führungsbeispiel einer Elektrolysevorrichtung mit mehreren Pulsstromrichtern und
FIG 6 ein typisches Frequenzspektrum eines Pulsstromrichters .
Die FIG 1 zeigt eine Elektrolysevorrichtung 1 , die über ihre Anschlüsse 6 zur Speisung mit elektrischer Energie mit einem Energieversorgungsnetz 7 verbunden ist . Ein Elektrolyseur 3 wird mit einer Gleichspannung, die von einem Pulsstromrichter 2 erzeugt wird, gespeist . Der Pulsstromrichter ist dabei wechselspannungsseitig, in vorteilhafter Weise dreiphasig, über einen Trans formator 4 mit den Anschlüssen 6 verbunden . Dabei befinden sich die Anschlüsse 6 auf der Primärseite 41 des Trans formators 4 und der Pulsstromrichter 2 auf der Sekundärseite 42 . Der Pulsstromrichter wird von einer Steuervorrichtung 11 gesteuert , die Schaltsingale an den Pulsstromrichter 2 übermittelt . Es ist zu erkennen, dass die Elektrolysevorrichtung 1 kein Netz filter aufweist , also netz filterfrei ausgeführt ist .
Die FIG 2 zeigt ein weiteres Aus führungsbeispiel der Elektrolysevorrichtung 1 . Diese weist , wie das folgende Aus führungsbeispiel der FIG 3 , einen Kondensator 5 auf , der zwischen den Anschlüssen 6 und dem Pulsstromrichter 2 angeordnet ist . In dem Aus führungsbeispiel der FIG 2 ist dieser ist der Kondensator auf der Primärseite 41 des Trans formators 4 angeordnet . Das führt dazu, dass entstehende Oberschwingungsströme , reduziert durch die Streuinduktivität des Trans formators 4 , sich zwar ausbilden können, allerdings über den Kondensator 5 abfließen und damit vom Energieversorgungsnetz 7 ferngehalten werden . Im Aus führungsbeispiel der FIG 3 ist der Kondensator 5 auf der Sekundärseite 42 des Trans formators 4 angeordnet . Neben den oben beschrieben Wirkung des Kondensators wirkt dieser auch als Sperrkreis . Vom Pulsstromrichter 2 in Richtung Anschlüsse 6 betrachtet , bilden die Streuinduktivität des Trans formators 4 und der Kondensator 5 eine Parallelschaltung, die als Sperrkreis wirkt und Oberschwingungsströme blockiert , wenn die Resonanz frequenz wR im Bereich der Pulsfrequenz oder im Bereich der Viel fachen der Puls frequenz liegt . Zur Vermeidung von Wiederholungen zur Beschreibung der Aus führungsbeispiele der Figuren 2 und 3 wird auf die Beschreibung zur FIG 1 sowie auf die dort eingeführten Bezugszeichen verwiesen .
Die FIG 4 zeigt ein Aus führungsbeispiel der Elektrolysevorrichtung 1 mit zwei Pulsstromrichtern 2 . Diese sind wechselspannungsseitig in einer Parallelschaltung angeordnet , da sich ein Netzstrom auf die beiden Pulsstromrichter 2 aufteilt . Gleichspannungsseitig speisen diese denselben Elektrolyseur, indem diese an dem Zwischenkreiskondensator gleichspannungsseitig ebenfalls parallel angeordnet sind . Diese gleichspannungsseitige Parallelschaltung ist allerdings nicht erforderlich . Ebenso ist es beispielsweise möglich, dass beide Pulsstromrichter einen j eweils einen oder mehrere Elektrolyseure 3 über eine entsprechende Gleichspannung mit elektrischer Energie versorgen . Werden die beiden Pulsstromrichter versetzt getaktet , womit eine Phasenversetzung um 180 ° gemeint ist , so löschen sich die Frequenzanteile in den Strömen der Puls frequenz aus und die Streuinduktivität bzw . die Kurzschlussspannung des Trans formators 4 ist auf die doppelte Puls frequenz fP aus zulegen . Dies macht die Streuinduktivität bzw . die Kurzschlussspannung des Trans formators 4 geringer, so dass der Trans formator 4 und die Elektrolysevorrichtung 1 kostengünstiger herstellbar sind . Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die Beschreibung zu den Figuren 1 bis 3 sowie auf die dort eingeführten Bezugs zeichen verwiesen .
Die beschriebenen Aus führungsbeispiele sind wechselspannungsseitig vorzugsweise dreiphasig ausgebildet . Dies erlaubt eine kontinuierliche Versorgung der Elektrolysevorrichtung 1 mit Energie aus einem gewöhnlichen Energieversorgungsnetz 7 , das heutzutage in aller Regel dreiphasig ausgebildet ist .
Bei dem Aus führungsbeispiel der FIG 5 sind drei Pulsstromrichter 2 wechselspannungsseitig parallel angeordnet . Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die Beschreibung zu den Figuren 1 bis 4 sowie auf die dort eingeführten Bezugszeichen verwiesen . Durch die drei Pulsstromrichter, die versetzt getaktet werden, also mit einer Phasenversetzung von 120 ° versetzt getaktet werden, löschen sich die Oberschwingungsströme der Puls frequenz und der doppelten Puls frequenz aus . Die Streuinduktivität bzw . die Kurzschlussspannung des Trans formators 4 sind dann auf die drei fache Puls frequenz fP aus zulegen . Dies macht die Streuinduktivität bzw . die Kurzschlussspannung des Trans formators 4 nochmals geringer, so dass der Trans formator 4 und die Elektrolysevorrichtung 1 noch kostengünstiger herstellbar sind .
Die FIG 6 zeigt ein typisches Frequenzspektrum eines Pulsstromrichters 2 , der mit einer Puls frequenz von 3000 Hz getaktet wird . Im Bereich der Taktfrequenz und im Bereich der Viel fachen der Taktfrequenz entstehen Ströme . Die Bereiche sind dabei mit einer geschwei ften Klammer dargestellt . Aus den Stromanteilen der geschwei ften Klammer lässt sich mittels Ef fektivwertberechnung ein Stromwert für den betref fenden Bereich der Puls frequenz bzw . für den Bereich des entsprechenden Viel fachen der Puls frequenz ermitteln und mit einem Grenzwert vergleichen . Die Streuinduktivität wird dann mindestens so hoch gewählt , dass der entsprechende sich ausbildende Oberschwingungsstrom diesen Grenzwert unterschreitet .
Zusammenfassend betri f ft die Erfindung eine Elektrolysevorrichtung 1 , aufweisend einem Pulsstromrichter 2 , einen Elektrolyseur 3 , einen Trans formator 4 und Anschlüsse 6 für die Speisung mit elektrischer Energie , wobei der Trans formtor 4 primärseitig mit den Anschlüssen 6 für die Speisung mit elektrischer Energie elektrisch verbunden ist , wobei der Pulsstromrichter 2 gleichspannungsseitig mit dem Elektrolyseur 3 elektrisch verbunden ist , wobei der Pulsstromrichter 2 wechselspannungsseitig mit einer Sekundärseite 42 des Transformators 4 elektrisch verbunden ist , wobei der Pulsstromrichter eingerichtet ist , mit einer Puls frequenz fP betrieben zu werden . Zur Verringerung der Oberschwingungsströme der Elektrolysevorrichtung 1 wird vorgeschlagen, dass die Elektrolysevorrichtung 1 netz filterfrei ausgebildet ist , wobei eine Streuinduktivität Lo und/oder eine Kurzschlussspannung uK des Trans formators 4 derart bemessen ist , dass Oberschwingungsströme zwischen dem Trans formator 4 und den Anschlüssen 6 eine vorgebbare Grenze unterschreiten . Weiter betri f ft die Erfindung die Verwendung einer Streuinduktivität Lo eines Trans formators 4 einer derartigen Elektrolysevorrichtung zur Reduzierung von Oberschwingungsströmen zwischen der Elektrolysevorrichtung 1 und eines Energieversorgungsnetzes
7 . Die Erfindung betri f ft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Elektrolysevorrichtung 1 , wobei der Pulsstromrichter mit einer Puls frequenz fP betrieben wird, bei der die sich ausbildenden Oberschwingungsströme zwischen dem Trans formator 4 und den Anschlüssen 6 die vorgegebene Grenze unterschreiten .

Claims

Patentansprüche
1. Elektrolysevorrichtung (1) , aufweisend genau einem Pulsstromrichter (2) , einen Elektrolyseur (3) , einen Transformator (4) und Anschlüsse (6) für die Speisung mit elektrischer Energie, wobei der Transformtor (4) primärseitig mit den Anschlüssen (6) für die Speisung mit elektrischer Energie elektrisch verbunden ist, wobei der Pulsstromrichter (2) gleichspannungsseitig mit dem Elektrolyseur (3) elektrisch verbunden ist, wobei der Pulsstromrichter (2) wechselspannungsseitig mit einer Sekundärseite (42) des Transformators (4) elektrisch verbunden ist, wobei der Pulsstromrichter (2) eingerichtet ist, mit einer Pulsfrequenz (fP) betrieben zu werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Elektrolysevorrichtung (1) netzfilterfrei ausgebildet ist, wobei eine Streuinduktivität (Lo) und/oder eine Kurzschlussspannung (uK) des Transformators (4) derart bemessen ist, dass Oberschwingungsströme zwischen dem Transformator (4) und den Anschlüssen (6) eine vorgebbare Grenze unterschreiten.
2. Elektrolysevorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Streuinduktivität (Lo) und/oder eine Kurzschlussspannung (uK) des Transformators (4) derart bemessen ist, dass ein Strom im Bereich der Pulsfrequenz (fP) und/oder im Bereich eines Vielfachen der Pulsfrequenz (fP) zwischen dem Transformator (4) und den Anschlüssen (6) die vorgebbare Grenze unterschreitet.
3. Elektrolysevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei zwischen den Anschlüssen (6) für die Speisung mit elektrischer Energie und dem Pulsstromrichter (2) parallel zum Transformator (4) ein Kondensator (5) angeordnet ist.
4. Elektrolysevorrichtung (1) nach Anspruch 3, wobei die Streuinduktivität (Lo) des Transformators (4) und der Kondensator (5) einen Sperrkreis mit einer Resonanzfrequenz (wR) im Bereich der Pulsfrequenz (fP) oder im Bereich eines Vielfachen der Pulsfrequenz (fP) bilden.
5. Elektrolysevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Elektrolysevorrichtung eine Steuervorrichtung (11) zur Steuerung des Pulsstromrichters (2) aufweist, die eingerichtet ist, den Pulsstromrichter (2) bei Auftreten unerwünschter Störströme mit höherer Pulsfrequenz zu takten.
6. Verwendung einer Streuinduktivität (Lo) eines Transformators (4) einer Elektrolysevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Reduzierung von Oberschwingungsströmen zwischen der Elektrolysevorrichtung (1) und eines Energieversorgungsnetzes (7) .
7. Verfahren zum Betreiben einer Elektrolysevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Pulsstromrichter (2) mit einer Pulsfrequenz (fP) betrieben wird, bei der die sich ausbildenden Oberschwingungsströme zwischen dem Transformator (4) und den Anschlüssen (6) die vorgegebene Grenze unterschreiten .
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Pulsstromrichter mit einer Pulsfrequenz (fP) betrieben wird, bei der die sich ausbildenden Ströme im Bereich der Pulsfrequenz (fP) und/oder im Bereich eines Vielfachen der Pulsfrequenz (fP) zwischen dem Transformator (4) und den Anschlüssen (6) die vorgebbare Grenze unterschreitet.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei der Pulsstromrichter (2) bei Auftreten unerwünschter Störströme mit höherer Pulsfrequenz getaktet wird.
EP24728907.7A 2023-06-27 2024-05-14 Elektrolysevorrichtung mit pulsstromrichter und tranformator Pending EP4736306A1 (de)

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