KR20110048005A - 모듈 구성된 컨버터 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 컨버터 장치에 관한 것으로, 컨버터 장치는 각각의 메인 모듈들을 형성하며, 각각 스위칭 모듈 및 축전기 모듈로서 메인 모듈의 부분을 형성하는 서브 모듈들로 구성되는 다수의 컨버터 어셈블리들에 대한 개폐기 캐비닛을 포함한다. 개폐기 캐비닛은 컨버터 어셈블리의 회로 순응 전기 접속을 위한 그리고 컨버터 어셈블리의 기계적 배열을 위한 레일 시스템의 각 컨버터 어셈블리에 대한 연결 장치를 포함한다. 축전기 모듈은 할당된 스위칭 모듈로의 전기 접속을 위한 DC 전압 접점 장치 및 슬라이딩 요소를 포함한다. 스위칭 모듈은 냉각 장치, 전력 반도체 모듈 및 전용 슬라이딩 요소를 포함한다. 서브 모듈의 슬라이딩 요소는 개폐기 캐비닛의 레일 시스템의 동일 레일에 스택 방식으로 배열된다.

Description

모듈 구성된 컨버터 장치{Modularly constructed converter arrangement}
본 발명은 예를 들어 내부에서 생성되는 전류를 전력 공급 시스템에 매치 시키는 풍력 및 태양광 발전 설비에서 병렬로 다양하게 배열된 몇몇 경우에서 이용되는 컨버터 장치에 관한 것이다. 풍력 설비는 일시적으로 변하는 출력 전압을 풍속에 따라 또한 일시적으로 변하는 주파수에서 생성한다. 일시적으로 변하는 DC 전압은 대체로 태양광 발전 설비에서 생성된다. 그러나, 전력 공급 시스템으로의 급전은 일정한 주파수에서 한정된 AC 전압의 생성을 대체로 필요로 한다.
이를 위해, 통상적으로 사용 가능한 전력 반도체 모듈의 직렬 배열이, 예를 들어 독일 특허 제 19832225 A1 호로부터 알려졌다. 컨버터 배열을 형성하기 위해 이러한 직렬 배열이 연결된다면, 그 서비스의 용이함, 즉 빠르고 매우 복잡하지 않은 방식으로 결함이 있는 성분을 대체하는 것은 디자인의 필수적 측면이 된다.
본 발명은 생산 시 간단한 구성으로 접근가능하며 서비스 시 간단하고 빠른 수리로 접근 가능한 개별적인 컨버터 어셈블리로 구성된 모듈식 컨버터 장치를 제공한다는 목적에 기반한다.
이러한 본 발명에 따른 목적은 청구항 제 1 항의 특징을 포함하는 컨버터 장치에 의해 달성된다. 바람직한 실시예는 종속항에 기술된다.
본 발명의 출발점은 대체로 개폐기 캐비닛으로서 형성된 저장 장치에 배열된 다수의, 바람직하게는, 동일한 컨버터 어셈블리들로 형성된 모듈로 구성된 컨버터 장치에 의해 형성된다. 따라서, 상기 컨버터 어셈블리들은 컨버터 장치의 메인 모듈을 형성하는데, 메인 모듈은 서브 모듈, 축전기 모듈 및 스위칭 모듈로 순으로 구성된다. 메인 모듈 및 서브 모듈의 회로 순응 (circuit-conforming) 전기 접속을 위해, 저장 장치는 연결 장치를 포함하는데, 바람직하게는 두 개의 극성을 갖는 DC 전압 연결 장치 및 적어도 하나의 위상, 대체로 3개의 위상을 갖는 AC 전압 연결 장치를 포함한다.
축전기 모듈은 각각 다수의 축전기 및 할당된 스위칭 모듈의 DC 전압 접점 장치 및 바람직하게는 저장 장치의 DC 전압 연결 장치로의 전기 접속을 위한 적어도 하나의 DC 전압 접점 장치를 포함한다. 이는 하나의 공통 또는 두 개의 공간적으로 분리된 DC 전압 접점 장치에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
스위칭 모듈은 냉각 장치, 냉각 장치에 배열된 적어도 하나의 전력 반도체 모듈 및 AC 전압 접점 장치와 DC 전압 접점 장치를 포함한다. 상기 DC 전압 접점 장치는 축전기 모듈의 할당된 DC 전압 접점 장치로의 연결을 위한 역할을 하며, 그 결과, 일 예로서 DC 전압 중개 회로 및 그에 연결된 핼프-브릿지 회로 (half-bridge circuit)가 형성된다. 따라서 중개 회로와 연결된 3-상 브릿지 회로는 3개의 메인 모듈에 의해 형성될 수 있다. 이 경우, 에너지는 중개 회로에 일시적으로 저장되며 브릿지 회로에서 요구되는 주파수를 갖는 전압으로 변화되어 각각의 스위칭 모듈의 AC 전압 접점 장치 및 저장 장치의 연결 장치에 의해 전력 공급 시스템으로 공급된다.
본 발명에 따르면, 저장 장치는 메인 모듈 및 서브 모듈의 기계적 배열을 위한 각각의 레일 시스템을 포함하며, 바람직하게 상기 레일 시스템은 저장 장치의 후 측에서 앞 측으로 연장되는 두 개의 U-자형 프로파일에 의해 형성된다. 각 서브 모듈은 이러한 목적에 적당하고 레일 시스템에 배열될 수 있으며 그 결과 각각의 서브 모듈이 앞 측에 설치되거나 그로부터 분리 가능하게 하는 슬라이딩 요소를 포함한다.
이 경우, 뒤 측에서 앞 측으로 볼 때, 저장 장치의 연결 장치, 각각의 축전기 모듈 및 할당된 스위칭 모듈은 스택을 형성한다. 이러한 배열의 경우, 스택의 각 부분의 회로 순응 전기 접속이 형성될 수 있다. 이 경우 중요한 것은 스위칭 모듈 및 축전기 모듈과 스위칭 모듈로 형성된 메인 모듈의 설치 및 분리에 필요한 연결, 바람직하게는 나사 연결이 저장 장치의 앞 측으로부터 연장될 수 있다는 것이다. 그러므로, 첫째로, 이 모듈 구성된 컨버터 장치는 간단한 방식으로 생산될 수 있으며, 더욱이, 그 구성요소는 서비스 중에 간단한 방식으로 대체될 수 있다.
본 발명의 특히 바람직한 상세는 실시예의 각각의 설명에서 언급된다. 발명의 해결은 도 1 내지 도 7의 예시적인 실시예에 기초하여 부가적으로 보다 자세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 컨버터 장치의 정면도를 매우 개략적으로 보여준다.
도 2는 관련된 상세도를 또한 매우 개략적으로 보여준다.
도 3 내지 도 7은 여러 측면에서 바라본 본 발명의 컨버터 장치 및 그 구성요소의 보다 상세한 실시예를 보여준다.
도 1 은 본 발명에 따른 컨버터 장치(1)의 정면도를 매우 개략적으로 보여주는데, 컨버터 장치는 개폐기 캐비닛으로 실현되고 메인 모듈(4)에 대해 3개의 저장소를 갖는 저장 장치(2)를 포함하며, 메인 모듈(4)은 하부 저장소에 배열되고, 오직 축전기 모듈(8) 만이 중간 저장소에 배열되며, 상부 저장소에는 어떤 모듈도 배열되지 않는다.
상기 도면은 개폐기 캐비닛(2)의 앞 측에서 후 측으로 연장되는 두 개의 U-자 모양의 가이드로 형성된 레일 시스템(20)을 각각 보여준다. 또한 상기 도면은 개폐기 캐비닛(2)의 연결 장치(22, 24, 26)를 보여 주는데, 두 개의 극성에 대한 DC 전압 연결 장치(22,24)의 두 부분 및 AC 전압 연결 장치(26)를 각각 보여준다.
서브 모듈인 축전기 모듈(8)은 중간 저장소에 배열된다. 이를 위해, 축전기 모듈은 레일 시스템(20)의 각각 할당된 U-자형 프로파일에 배열된 적어도 하나의 슬라이딩 요소(60)를 각각 포함한다. 상기 슬라이딩 요소(60)에 의해, 서브 모듈(6)은 앞 측으로부터 개폐기 캐비닛(2)에 설치될 수 있고, 앞 측을 향해 분리될 수 있다. 이를 위해 단지 전기적 및 기계적 접속의 해제만이 필요하다.
하부 저장소에는 축전기 모듈(8) 외에 스위칭 모듈(6)이 또한 배열된다. 축전기 모듈(8)이 이미 설치된 경우 스위칭 모듈(6)이 설치될 수 있고, 축전기 모듈(8)로부터 개별적으로 분리될 수 있다. 이를 위해, 스위칭 모듈(6)은 또한 축전기 모듈(80)의 레일과 동일한 레일(20)에 배열된 슬라이딩 요소(60)를 구비한다. 필요한 전기 접속을 위해, 두 개의 서브 모듈(6,8) 각각의 DC 전압 접점 장치(22, 24)는 회로 순응 방식으로 서로 연결된다. 이러한 연결이 적절한 방식으로 형성되면, 개폐기 캐비닛(2)에 스위칭 모듈(6)을 기계적으로 고정하지 않고 연결할 수 있다.
스위칭 모듈(6)의 AC 전압 접점 장치(66) 또한 도시되는데, 이 접점 장치는 레일 시스템(20)에 평행하게 배열된 추가적 부분(260)에 의해 AC 전압 연결 장치(26)에 연결된다. 이 경우, 상기 추가적 부분(260)은 메인 모듈(4)이나 레일 시스템(20)을 따라 형성된 개개의 서브 모듈(6,8)의 이동공간을 제한하지 않으며, 그 결과설치나 분리가 방해받지 않는다.
도 2는 표시 방향 A로부터 바라본 측면도에서의 도 1에 따른 컨버터 장치(1)의 일부분의 구성과 유사하게 매우 개략적인 상세도를 보여준다. 이는 각각 서로 이격된 방식으로 도시된, 그 후방 역에서의 개폐기 캐비닛(2), 축전기 모듈(8) 및 스위칭 모듈(6)의 연결 장치(22,24,26)의 중첩된 배열을 보여준다.
여기서, 연결 장치(22,24,26)는 다시 두 개의 DC 전압 연결 장치(22,24) 및 AC 전압 연결 장치(26)를 포함하며, AC 전압 연결 장치(26)는 레일 시스템(20), 특히 두 개의 U-자 모양 프로파일의 상부에 평행하게 배열된 추가적 부분(260)을 포함한다. 상기 추가적 부분(260)은 스위칭 모듈(6)의 AC 전압 접점 장치(66) 까지 연장된다.
상기 도면은 각각의 서브 모듈(6, 8)에 대하여, 개폐기 캐비닛(2)의 할당된 레일 시스템(20)에서 각각의 서브 모듈 및 그로부터 형성된 메인 모듈을 안내하는 두개의 상부 및 두 개의 하부 슬라이딩 요소(60, 80)를 보여준다. 본 발명에 따른 모듈식 구조의 컨버터 장치(1)의 장점은 이 측면도로부터 특히 명료해진다. 여기서 중요한 것은 스위칭 모듈(6) 및 메인 모듈(4)의 설치 및 분리를 위한 모든 연결의 연결 수단이 정면으로부터 접근 가능하며, 설치 및 분리를 방해하는 어떠한 구성 요소도 서브 모듈(6,8)의 이동 공간까지 범위가 미치지 않는다는 것이다.
도 3 내지 도 7은 여러 측면에서 바라본 본 발명의 컨버터 장치(1) 및 그 구성요소의 보다 상세한 실시예를 보여준다.
이 경우, 도 3은 배면도를 보여 주는데, 여기서 특히 AC 전압 연결 장치(26a,26b,26c)는 분명하게 구별되며 AC 전압 연결 장치(26a,26b,26c)는 위상에 대해 레일 시스템에 평행한 추가적 부분(260)을 각각 포함하는 두 개의 평평한 금속체로 구성된다.
도 4 내지 도 5는 본 발명에 따른 컨버터 장치의 메인 모듈(4) 및 메인 모듈(4)을 형성하는 서브 모듈(6,8)을 도시한다. 이 경우, 축전기 모듈(8)은 다수의 개별 축전기(800) 및 DC 전압의 양극에 대한 상기 축전기(800)의 평평한 연결 장치(804)를 포함한다. 상기 연결 장치(804)는 그 측면 바깥 영역에 스위칭 모듈(6)에 대한 DC 전압 연결 장치(82, 84)를 동시에 형성한다.
슬라이딩 요소(80)는 축전기 모듈(8)의 상부에 도시되며, 레일 시스템(20, 도 3 참조)과 관련하여, 레일 시스템에서 슬라이딩 요소의 안내 결과에 따라 축전기 모듈의 위치는 레일을 따라 오직 일 차원으로만 자유롭기 때문에, 상기 슬라이딩 요소는 축전기 모듈(8)의 간단한 설치나 분리에 알맞다.
스위칭 모듈(6)은 냉각 장치(600), 여기서는 수냉 장치를 포함한다. 다수의, 여기서는 4개의 동일한 전력 반도체 모듈(610)은 상기 냉각장치(600)에 각각 횡 방향으로 배열되며, 전력 반도체 모듈은 모두 병렬로 연결되며 1 MW 크기의 전력을 갖는 핼프-브릿지 회로(half-bridge circuit)를 형성한다.
축전기 모듈(8)의 측면에서, 스위칭 모듈(6)의 DC 전압 연결 장치(62, 64)는 상기 전력 반도체 모듈(610)에 할당되어 전력 반도체 모듈(610)의 DC 전압 터미널에 회로 순응 방식으로 연결된다. 전력 반도체 모듈(610)의 AC 터미널은 축전기 모듈(8)로부터 이격된 측면에 배열되어 AC 전압 연결 장치(66)에 연결된다.
스위칭 모듈(6)은 축전기 모듈(8)의 슬라이딩 장치와 동일한 역할을 하는 전용의 슬라이딩 장치(60)를 포함하는데, 상기 슬라이딩 장치는 설치 및 분리 시 핸들링을 향상시키기 위해 추가적으로 핸들(620)에 연결된다. 도 2의 설명에서 언급된 장점은 또한 여기에서 볼 수 있다.
도 6 및 도 7은 정면에서 바라본 본 발명에 따른 컨버터 장치(1)를 보여준다. 도 1과 유사한 방식으로, 도 6은 3개의 저장소를 도시하고 있는데, 다른 두개의 저장소들이 각각 메인 모듈(4)을 포함하는 반면 상부 저장소는 비어있다. 반면, 도 7은 축전기 모듈(8)로 채워진 제 1 저장소를 도시한다.
개폐기 캐비닛(2, 도 3 참조)의 후방 영역에서, 도면은 위상에 대하여 2개의 금속체를 포함하는 AC 전압 연결 장치(26a,26b,26c)를 도시한다. 레일 시스템(20) 및 AC 전압 연결 장치(26)의 추가적 부분(260)은 개폐기 캐비닛(2)의 상부 자유 저장소에서 분명하게 구별된다. 서브 모듈(6,8) 및 그로부터 형성된 메인 모듈(4)의 슬라이딩 장치(60,80)는 상기 레일(20)에 배열될 수 있다. 각각의 상부 레일 옆의 상기 레일 시스템(20)과 평행으로, AC 전압 연결 장치(26)의 두개의 추가적 부분(260)은 서로 요구되는 이동 공간까지 연장되지 않으므로, 서브 모듈(6,8) 및 메인 모듈(4)의 설치나 분리를 방해하지 않으면서 배열된다.
메인 모듈(4)은 각각 두 개 이상의 저장소에 배열되는데, 여기서 메인 모듈 및 스위칭 모듈(6)의 전력 반도체 모듈(610)은 분명하게 구별된다. 상기 전력 반도체 모듈(610)의 DC 전압 터미널은 스위칭 모듈(6)의 DC 전압 접점 장치(62, 64)에 연결되는데, DC 전압 접점 장치(62, 64)는 회로 순응방식, 즉, 극성 순응 방식으로 그 뒤에 배열된 전기 모듈(8)의 연결 DC 전압 접점 장치(82,84)에 연결된다. 예를 들어 나사 연결(602)과 같은 메인 모듈(4)의 설치 및 분리를 위해 요구되는 모든 연결 수단은 정면으로부터 접근 가능하다.
또한, 도면은 개폐기 캐비닛(2)에 배열된 중앙 라인(10), 냉각수에 대한 급전 라인 및 방전 라인을 도시하고 있다. 이러한 중앙 라인들(10)은 각각의 스위칭 모듈로의 냉각수 급전 라인(12)에 연결되며, 급전 라인은 일부분에서 유동적 방식으로 형성된다. 상기 냉각수 급전 라인(12)은 스위칭 모듈(6)의 수냉 장치(600)로서 형성되는 냉각 장치를 연결하고, 냉각 장치(600)에 단순한 연결을 위한 자동밀폐 급동 폐쇄(quick-action closure)(14)를 포함한다.
도 6과 대조되어, 도 7은 도 4 및 도 5를 참조하여 이미 기술된 상부 저장소에 배열된 축전기 모듈(8)을 도시한다. 필요한 전기 접속에 더해서, 축전기 모듈(8)은 옆에 슬라이딩 요소(80)를 더 포함하는데, 바람직하게는 나사 고정된 개폐기 캐비닛으로의 기계적 연결이다. 이 기계적 연결은 서브 모듈 및 메인 모듈이 설치 될 때 정면으로부터 접근 가능한 방식으로 배열된다.
본 발명에 따라 도시되고 설명된 제시된 컨버터 장치(1)의 구성에서, 개개의 스위칭 모듈(6) 또는 동등한 메인 모듈(4)을 서비스 중 간단한 방식으로 분리 되도록 하여, 개개의 스위칭 모듈(6) 또는 메인 모듈(4)을 개폐기 캐비닛(2)에 설치하는 것이 가능하다.
2: 저장 장치(receptacle device)
4: 컨버터 어셈블리(converter assembly)
6: 스위칭 모듈(switching module)
8: 축전기 모듈(capacitor module)
20: 레일 시스템(rail system)
22, 24, 26: 연결장치(connection device)
60, 80: 슬라이딩 요소(sliding element)
62, 64, 82, 84: DC 전압 접점 장치(DC voltage contact device)
66: AC 전압 접점 장치(AC voltage contact device)
600: 냉각장치(cooling device)
610: 전력 반도체 모듈(power semiconductor module)

Claims (7)

  1. 각각의 메인 모듈들을 형성하며, 각각 스위칭 모듈(6) 및 축전기 모듈(8)로서 메인 모듈의 부분을 형성하는 서브 모듈들로 구성되는 다수의 컨버터 어셈블리들(4)에 대한 저장 장치(2)를 포함하고,
    저장 장치(2)는 컨버터 어셈블리(4)의 회로 순응 전기 접속을 위한 그리고 컨버터 어셈블리(4)의 기계적 배열을 위한 레일 시스템(20)의 각 컨버터 어셈블리(4)에 대한 적어도 하나의 연결 장치(22, 24, 26)를 포함하며,
    축전기 모듈(8)은 다수의 축전기(800), 할당된 스위칭 모듈(6)의 DC 전압 접점 장치(62, 64)와 저장 장치(2)의 연결 장치(22,24,26)로의 전기 접속을 위한 적어도 하나의 DC 전압 접점 장치(82, 84) 및 슬라이딩 요소(80)를 포함하며,
    스위칭 모듈(6)은 냉각 장치(600), 냉각 장치에 배열된 적어도 하나의 전력 반도체 모듈(610), AC 전압 접점 장치(66), DC 전압 접점 장치(62, 64) 및 슬라이딩 요소(60)를 포함하며,
    메인 모듈(4)의 서브 모듈(6,8)의 각 슬라이딩 요소(60, 80)는 저장 장치(2)의 연결 장치(22, 24, 26)가 스택의 제 1 부분을 형성하고, 축전기 모듈(8)이 스택의 제 2 부분을 형성하고, 스위칭 모듈(6)이 스택의 제 3 부분을 형성하고, 그로 인해 스택의 부분들의 필요한 회로 순응 전기 접속이 형성 되도록 하여, 저장 장치(2)의 레일 시스템의 동일한 할당 레일(20)에 스택 방식으로 배열될 수 있는 모듈 구성된 컨버터 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 각각의 냉각 장치(600)는 수냉 장치이며, 저장 장치(2)는 급동 폐쇄(quick-action closure)(14)를 이용하여 각각의 냉각 장치(600)에 연결될 수 있는 중앙 라인들(10)을 포함하는 컨버터 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 저장 장치(2)는 후 측에 두 개의 극성을 갖는 DC 전압 연결 장치(22,24) 및 적어도 하나의 위상을 갖는 AC 전압 연결 장치(26)로 구성되는 연결 장치(22, 24, 26)가 배열된 개폐기 캐비닛으로 형성되는 컨버터 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 메인 모듈(4)의 레일 시스템(20)은 서브 모듈(6,8)의 슬라이딩 요소(60, 80)를 안내하는 적어도 두 개의 U-자형 프로파일을 포함하며, 이는 개폐기 캐비닛(2)의 후 측에서 앞 측으로 연장되는 컨버터 장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 개폐기 캐비닛(2)의 앞 측으로부터 연장될 수 있는 나사 연결(802)을 이용하여, 축전기 모듈(8)의 DC 전압 접점 장치(82,84)는 개폐기 캐비닛(2)의 DC 전압 연결 장치(22, 24)에 전기적 도전적으로 연결되는 컨버터 장치.
  6. 제 3 항에 있어서, 개폐기 캐비닛(2)의 앞 측으로부터 연장될 수 있는 나사 연결(802)을 이용하여, 스위칭 모듈(6) 및 할당된 축전기 모듈(8)의 각각의 DC 전압 접점 장치는 전기적 도전적으로 연결되는 컨버터 장치.
  7. 제 3 항에 있어서, 각각의 컨버터 어셈블리(4)에 할당된 적어도 하나의 AC 전압 연결 장치(26)는 레일 시스템(20)에 평행하게 배열된 추가적 부분(260)을 포함하며, 상기 추가적 부분은 레일 시스템(20)을 따라 메인 모듈(4)의 이동 공간을 제한하지 않는 컨버터 장치.
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