WO2011154196A2 - Wellengeneratorsystem - Google Patents

Wellengeneratorsystem Download PDF

Info

Publication number
WO2011154196A2
WO2011154196A2 PCT/EP2011/056892 EP2011056892W WO2011154196A2 WO 2011154196 A2 WO2011154196 A2 WO 2011154196A2 EP 2011056892 W EP2011056892 W EP 2011056892W WO 2011154196 A2 WO2011154196 A2 WO 2011154196A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
converter
wave generator
network
voltage
generator system
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/056892
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2011154196A3 (de
Inventor
Christoph Brunotte
Marc Hiller
Rainer Sommer
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to CN201180028366.4A priority Critical patent/CN102934343B/zh
Priority to KR1020127032063A priority patent/KR101842984B1/ko
Priority to EP11717614.9A priority patent/EP2580857B1/de
Priority to RU2012157093/07A priority patent/RU2528180C1/ru
Priority to US13/702,477 priority patent/US9088229B2/en
Priority to DK11717614.9T priority patent/DK2580857T3/en
Priority to ES11717614.9T priority patent/ES2689178T3/es
Priority to JP2013513597A priority patent/JP5881685B2/ja
Publication of WO2011154196A2 publication Critical patent/WO2011154196A2/de
Publication of WO2011154196A3 publication Critical patent/WO2011154196A3/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/20—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being powered by combinations of different types of propulsion units
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63J—AUXILIARIES ON VESSELS
    • B63J3/00—Driving of auxiliaries
    • B63J3/02—Driving of auxiliaries from propulsion power plant
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J4/00—Circuit arrangements for mains or distribution networks not specified as ac or dc
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/007—Control circuits for doubly fed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/04—Control effected upon non-electric prime mover and dependent upon electric output value of the generator
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/14—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/40—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
    • H02J2310/42—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for ships or vessels
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2101/00—Special adaptation of control arrangements for generators
    • H02P2101/35—Special adaptation of control arrangements for generators for ships
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00—Maritime or waterways transport
    • Y02T70/50—Measures to reduce greenhouse gas emissions related to the propulsion system

Definitions

  • variable speed shaft generator for generating variable frequency electrical energy
  • duplex throttle is provided as line reactor.
  • This duplex choke By means of this duplex choke the propagation of harmonics is prevented and the short-circuit currents are considerably reduced.
  • Duplex chokes are also commonly referred to as a current divider choke coil, equalizing chokes, or smoothing chokes.
  • the ideal duplex choke is a special transformer with two windings of low leakage inductance on an iron core with several small air gaps.
  • Wave generator system always remain on the grid, ie, it must not switch off due to overcurrent. This could be achieved in that both during normal operation and in the short circuit occurs, the current ⁇ would be regulated by a two-point control gel, or that firing signals ge blocks ⁇ times in each stage and then released again. However, unpredictable harmonics would arise in the converter output voltage, whereby an existing line filter would be excited, whereby the required limits for harmonics could be gehal ⁇ th only with great effort.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Wellengeneratorsystem mit einem Wellengenerator (18). Erfindungsgemäß ist ein Spannungszwischenkreis-Umrichter (42) mit einer netzseitigen Induktivität vorgesehen, wobei dieser Spannungszwischenkreis-Umrichter (42) generatorseitig und netzseitig jeweils einen Stromrichter (44, 46) aufweist, die gleichspannungsseitig miteinander verknüpft sind, und wobei der netzseitige Stromrichter (46) wenigstens zwei Phasenmodule aufweist, die jeweils einen oberen und einen unteren Ventilzweig (P1, N1, P2, N2, P3, N3) aufweisen, die jeweils eine Vielzahl von elektrisch in Reihe geschalteten zweipoligen Subsystemen (SM1,..., SMn) aufweisen, die jeweils einen unipolaren Speicherkondensator (CSM) aufweisen, dem eine Reihenschaltung zweier abschaltbarer Halbleiterschalter (S1, S2) jeweils mit einer antiparallel geschalteten Diode (D1, D2) elektrisch parallel geschaltet ist. Somit erhält man ein Wellengeneratorsystem, das als statischen Frequenzumformer einen Spannungszwischenkreis-Umrichter (42) aufweist, mit dem geforderte Netzrückwirkungen eingehalten und transiente Betriebszustände beherrscht werden.

Description

Beschreibung
WellengeneratorSystem Die Erfindung bezieht sich auf ein Wellengeneratorsystem mit einem Wellengenerator.
Aus der Veröffentlichung "WGA 23 - ein modernes Wellengenera¬ torsystem", Sonderdruck aus der DE-Zeitschrift "HANSA", 120. Jahrgang, Nr. 13, 1983, Heft Juli, S. 1203-1207, ist ein Wel¬ lengeneratorsystem bekannt. Wellengeneratorsysteme sind auf Schiffen häufig angewendete Systeme zur preiswerten Erzeugung elektrischer Energie. Das Wellengeneratorsystem, das Bestandteil eines Bordkraftwerks eines Schiffes ist, weist folgende Komponenten auf:
- den mit variabler Drehzahl angetriebenen Wellengenerator zur Erzeugung elektrischer Energie bei veränderlicher Frequenz,
- den als Zwischenkreis-Umrichter ausgeführten statischen
Frequenzumformer zur frequenz- und spannungsmäßigen Entkopplung von Wellengenerator und Bordnetz, bestehend aus generatorseitigem Gleichrichter, netzseitigem Wechselrichter und Gleichstrom- oder -spannungszwischenkreis,
- die bei Stromzwischenkreis-Umrichtern erforderliche Zwi- schenkreisdrossel zur Glättung des Zwischenkreisstromes ,
- den bei Spannungszwischenkreis-Umrichtern erforderlichen Zwischenkreiskondensator zur Glättung der Zwischenkreis- spannung,
- die Netzdrossel zur Kurzschlussstrom- und Oberschwingungs- begrenzung,
- die zur Erhöhung der Kurzschlusssicherheit und zur Deckung des Blindstrombedarfs des Netzes erforderliche Blindleis¬ tungsmaschine mit eingebautem Anwurfmotor,
- den Erregerstromrichter ggf. mit Anpasstransformator zur Verstellung des Wellengenerator-Erregerstroms im Rahmen ei¬ ner Wellengenerator-Regelung,
- die vollelektronische Regel-, Steuer- und Überwachungsan¬ lage und - den Batterie-Unterverteiler zur Versorgung der lebenswichtigen Funktionen des Wellengeneratorsystems im Störungs¬ und Kurzschlussfall. Diese Wellengeneratoranlage ist netzseitig mittels eines
Schalters mit einer Bordnetz-Sammelschiene verbindbar. Um si¬ cher im Netz extreme Belastungen zu vermeiden, ist als Netzdrossel eine so genannte Duplexdrossel vorgesehen. Mittels dieser Duplexdrossel wird die Ausbreitung von Oberschwingun- gen verhindert und die Kurzschlussströme werden beträchtlich reduziert. Duplexdrosseln werden häufig auch als Stromteiler- Drosselspule, Ausgleichsdrosseln oder Glättungsdrosseln bezeichnet. Die ideale Duplexdrossel ist ein Spezial-Transfor- mator mit zwei Wicklungen geringer Streuinduktivität auf ei- nem Eisenkern mit mehreren kleinen Luftspalten.
Der Veröffentlichung "Netzgestaltung mit Duplexdrosseln" von W. Schild und Dr. W. Planitz, abgedruckt im Jahrbuch der Schiffbautechnischen Gesellschaft, 91. Band, 1997, S. 173 ff-, ist zu entnehmen, wie eine Duplexdrossel zur Erhöhung der Kurzschlusssicherheit eingesetzt wird. In dieser Veröf¬ fentlichung werden zwei Netzkonzepte für die Verbesserung der Netzqualität auf einem dieselelektrisch angetriebenen Kreuzfahrtschiff mit Hilfe von Duplexdrosseln vorgestellt. Mit dem Einsatz von Duplexdrosseln werden die Rückwirkungen von elektrischen Propulsions-Systemen vermindert. Diese Netzrückwirkungen, die vom Stromrichter eines Wellengeneratorsystems ausgehen, erzeugen im versorgenden Bordnetz erhebliche Oberschwingungen, wodurch die Netzqualität gemindert wird.
Das Servicenetz auf einem Schiff für die Versorgung von
Hilfsbetrieben, der Beleuchtung, der nautischen Geräte und der Kommunikation sowie der Versorgungssysteme im Wohnbereich benötigen eine oberschwingungsarme Versorgungsspannung. Ein überhöhter Klirrfaktor kann zu Zusatzverlusten, Betriebsstörungen und im Grenzfall zur Zerstörung von Komponenten führen. Mittels Duplexdrosseln wird ein oberschwingungsarmes Teilnetz ausgekoppelt. Dieser Veröffentlichung kann außerdem entnommen werden, dass bei Wellenleistungen von 10MW und mehr direktumrichterge- speiste Synchronmotoren als Propellerantriebe verwendet wer- den. Neben direktumrichtergespeisten Synchronmotoren werden auch Stromrichtermotoren mit lastkommutierenden Umrichtern als Propellerantrieb eingesetzt.
Aus der DE 10 2006 020 144 B4 ist ein Verfahren zum Betrieb eines Schiffsantriebssystems mit Abwärmerückgewinnung sowie ein Schiffsantriebssystem mit Abwärmerückgewinnung bekannt. Das Schiffsantriebssystem weist unter anderem einen Wellenge- nerator/-motor auf, der mittels eines Umrichters mit netzsei- tigem Transformator aus dem Bordnetz versorgt wird. Der Betrieb des Wellengenerators als Motor wird als "Power-Take-In" (PTI) bezeichnet. Der Wellengenerator, der statische Frequenzumrichter und der netzseitige Transformator bilden, sobald Energie vom Wellengenerator in das Bordnetz eingespeist wird, ebenfalls ein Wellengeneratorsystem. Der Betrieb des Wellengenerators als Generator, d.h., es wird elektrische Energie für ein Bordnetz erzeugt, wird als "Power-Take-Off" (PTO) be¬ zeichnet. In diesem Patent wird jedoch dieses Wellengenera¬ torsystem hauptsächlich als Booster-Antrieb neben dem dieselmotorischen Antrieb eingesetzt. Dadurch kann der Hauptantrieb verbrauchsgünstig betrieben und die Dieselgeneratoraggregate abgeschaltet werden.
In der Zeitspanne, wenn vom Motorbetrieb des Wellengenerators in den Generatorbetrieb umgeschaltet wird, speist eine Ener- giequelle elektrische Energie in das Schiffsnetz derart ein, dass Spannung und Frequenz des Schiffsnetzes einen jeweils vorbestimmten Grenzwert nicht unterschreiten. Eine derartige Umschaltung erfolgt bei Netzstörungen, insbesondere einem Blackout des Schiffs. Wird das bekannte Wellengeneratorsystem als Booster-Antrieb verwendet, so bildet die Blindleistungs¬ maschine während der Umschaltung Motor-/Generatorbetrieb die¬ se Energiequelle, aus der das Bordnetz mit Energie versorgt wird . Bei einer alternativen Ausgestaltung des Wellengeneratorsys- tems wird als statischer Frequenzumformer ein Spannungszwischenkreis-Umrichter vorgesehen. Dieser Spannungszwischen- kreis-Umrichter weist einen Zwischenkreiskondensator auf, der die Energiequelle bildet, die während der Betriebsumschaltung des Wellengenerators Energie in das Schiffsnetz liefert. Eine besonders schnelle Umschaltung wird erreicht, wenn der Span¬ nungszwischenkreis-Umrichter generator- und netzseitig je- weils einen selbstgeführten Pulsstromrichter, insbesondere einen IGBT-Pulsstromrichter, aufweist.
Einen derartigen Spannungszwischenkreis-Umrichter mit generator- und netzseitig jeweils einem IGBT-Pulsstromrichter ist in der FIG 3 der DE 10 2005 059 760 AI näher dargestellt.
Durch die Verwendung eines Spannungszwischenkreis-Umrichters anstelle eines Stromzwischenkreis-Umrichters als Antriebs-Um¬ richter bei einem Wellengeneratorsystem als Booster-Antrieb wird das Bordnetz nicht nur frequenzmäßig vom Generator ent- koppelt, sondern auch spannungsmäßig. Außerdem kann der Spannungszwischenkreis-Umrichter Blindleistung bereitstellen, so dass keine Blindleistungsmaschine mehr benötigt wird.
Wird als statischer Frequenzumformer des Wellengeneratorsys- tems ein Stromzwischenkreis-Umrichter verwendet, so wird neben einer Duplexdrossel und einem Transformator eine Blind¬ leistungsmaschine mit Anwurfmotor benötigt. Wie bereits ein¬ gangs beschrieben, wird zur Erhöhung der Kurzschluss-Sicher- heit eine Duplexdrossel benötigt, die idealerweise ein Spe- zial-Transformator ist. Der Transformator wird zur Spannungsanpassung zwischen Umrichter-Ausgangsspannung und Bordnetzspannung benötigt. Diese zusätzlichen Komponenten benötigen jeweils einen Einbauplatz, der auf Schiffen nicht reichlich vorhanden ist.
Würde man einen Spannungszwischenkreis-Umrichter als statischen Frequenzumformer des Wellengeneratorsystems verwenden, müsste für eine Spannungsanpassung zwischen Umrichter-Aus- gangsspannung und Bordnetzspannung ein Transformator vorgesehen sein. Die beiden Stromrichter des Spannungszwischenkreis- Umrichters müssten entweder in Zwei-Punkt-Topologie (Nieder¬ spannung) oder Drei-Punkt-Topologie (Mittelspannung) ausge- führt sein. Bei Leistungen von 10MW und mehr müssten mehrere Zwei-Punkt- bzw. Drei-Punkt-Umrichter ausgangsseitig elekt¬ risch parallel geschaltet werden, wobei eine Symmetrierungs- Regelung, eine so genannte Δί-Regelung, vorhanden sein müss- te . In Niederspannungs-Umrichtern werden zur Zeit abschalt- bare Halbleiterschalter, insbesondere Insulated-Gate-Bipolar- Transistoren (IGBT), der Spannungsklasse 1200V bzw. 1700V eingesetzt. Bei Mittelspannungs-Umrichtern werden dagegen IGBTs bzw. IGCTs der Spannungsklasse 3300V bzw. 4500V bzw. 6500V verwendet. Mit Anstieg der Spannungsklasse nimmt jedoch die Schaltfrequenz ab, aber der Halbleiterpreis zu.
Durch die begrenzten Schaltfrequenzen der IGBTs müssten auf der Bordnetzseite Filtermaßnahmen vorgenommen werden, um die geforderten Netzrückwirkungen der Klassifizierungsgesellschaften einhalten zu können. Gerade beim Einsatz von Mittelspannungsstromrichtern mit einer Zwischenkreisspannung von deutlich über lkV ist die Schaltfrequenz auf wenige hundert Hertz beschränkt. Dadurch wird eine Filterauslegung zusätzlich erschwert. Die Filterauslegung ist von Haus aus schon schwierig, da es sich beim Bordnetz um ein Inselnetz handelt, welches abhängig von seinem Betriebszustand unterschiedliche Impedanzen und damit unterschiedliche Resonanzfrequenzen haben kann. Daher würde auch eine am Ausgang eines Spannungszwischenkreis-Umrichters wirkende resultierende Resonanzfre¬ quenz variieren, wodurch eine Abstimmung der Filterauslegung auf die Schaltfrequenz des Spannungszwischenkreis-Umrichters sehr schwierig sein würde.
Durch die geringe Schaltfrequenz der verwendeten IGBTs des generator- bzw. netzseitigen Stromrichters eines Spannungs¬ zwischenkreis-Umrichters als statischen Frequenzumformer ei¬ nes Wellengeneratorsystems ist die Dynamik dieses Umrichters eingeschränkt. Dadurch ist die Beherrschung von transienten Betriebszuständen, wie beispielsweise Netzkurzschluss , Weg¬ fall und Wiederkehr der Netzspannung, Lastabwurf, trotz einer Überdimensionierung der Bauteile fast unmöglich. Außerdem neigt das erwähnte Filter in transienten Betriebszuständen zum Schwingen.
Besondere Bedeutung kommt der Beherrschung von Netzkurzschlüssen und anderen transienten Betriebszuständen zu. Um diese transienten Betriebszustände irgendwie beherrschen zu können, müsste der Spannungszwischenkreis-Umrichter eines
Wellengeneratorsystems immer am Netz bleiben, d.h., er darf nicht wegen Überstrom abschalten. Dies könnte dadurch erreicht werden, dass sowohl im Normalbetrieb als auch im Kurz¬ schlussfall der Strom mittels einer Zwei-Punkt-Regelung gere- gelt oder dass in einzelnen Phasen Zündsignale zeitweise ge¬ sperrt und anschließend wieder freigegeben werden würden. Dabei würden jedoch nicht vorhersehbare Oberschwingungen in der Umrichter-Ausgangsspannung entstehen, wodurch ein vorhandenes Netzfilter angeregt werden würde, wodurch die erforderlichen Grenzen für Netzharmonische nur mit großem Aufwand eingehal¬ ten werden könnten.
Aus diesen Gründen ist bis jetzt, insbesondere für Mittel¬ spannungsanwendungen, noch kein Wellengeneratorsystem mit ei- nem Spannungszwischenkreis-Umrichter als statischen Frequenzumformer aufgebaut worden, das die zuvor genannten Anforderungen im Mittelspannungsbereich vollständig erfüllt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wellengenera- torsystem anzugeben, das als statischen Frequenzumformer einen Spannungszwischenkreis-Umrichter aufweist, mit dem insbesondere Netzkurzschlüsse dynamisch begrenzt werden sollen.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des An- spruchs 1 erfindungsgemäß gelöst.
Dadurch, dass der netzseitige Stromrichter eines Spannungs¬ zwischenkreis-Umrichters als Stromrichter mit verteilten Energiespeichern ausgebildet ist, kann in Abhängigkeit der Anzahl der Submodule eines jeden Ventilzweigs die Ausgangs¬ spannung dieses Stromrichters an jede beliebige Bordnetzspan¬ nung angepasst werden. Durch die Anzahl der Submodule steigt ebenfalls die Treppenstufen-Anzahl des Spannungsverlaufs der Ausgangsspannung dieses Stromrichters, so dass auf der Bord¬ netzseite keine Filtermaßnahmen mehr getroffen werden müssen, um die geforderten Netzrückwirkungen der Klassifizierungsgesellschaften einhalten zu können. Ebenfalls durch die hohe Anzahl von Submodulen können im Mittelspannungs-Stromrichter abschaltbare Halbleiterschalter aus dem Low-Voltage-Bereich verwendet werden, die mit einer wesentlich höheren Schaltfrequenz betrieben werden können. Dadurch weist dieser Stromrichter mit verteilten Energiespeichern eine hohe resultie- rende Schaltfrequenz auf, so dass ein Ausgangsstrom dieses
Stromrichters im Kurzschlussfall durch die schnelle Anpassung der Klemmenspannungen hochdynamisch begrenzt werden kann. Das heißt, dieser Stromrichter schaltet im Kurzschlussfall nicht mehr wegen Überstrom ab. Somit können die Anforderungen der Schiffsnetze im Hinblick auf die Einspeisung von Kurzschluss¬ strömen einfach erfüllt werden. Das heißt, der erfindungsge¬ mäße Spannungszwischenkreis-Umrichter als statischer Frequenzumrichter eines Wellengeneratorsystems weist eine Kurz- schluss-Sicherheit auf, die ohne eine Duplexdrossel bereitge- stellt werden kann.
Durch die hohen Schaltfrequenzen der verwendeten Low-Voltage- IGBTs (LV-IGBT) in den Submodulen des Stromrichters mit verteilten Energiespeichern weist dieser Stromrichter eine sehr hohe resultierende Schaltfrequenz auf. Dadurch kann die
Grenzfrequenz einer zugehörigen Regelung ebenfalls zu hohen Werten verschoben werden, so dass diese außerhalb eines Be¬ reichs möglicher Resonanzen des Bordnetzes liegt. Dadurch ist eine anlagenunabhängige Parametrierung möglich.
Aufgrund der Regelungseigenschaften eines Stromrichters mit verteilten Energiespeichern kann beim Spannungszwischenkreis- Umrichter, dessen netzseitiger Stromrichter ein Stromrichter mit verteilten Energiespeichern ist, und dessen generatorsei- tiger Stromrichter ein ungesteuerter Stromrichter, beispielsweise ein Diodengleichrichter, ist, kann ein Zwischenkreis- strom dieses Spannungszwischenkreis-Umrichters nahezu kon¬ stant gehalten werden. Dadurch weisen die Generatorströme des Generators des Wellengeneratorsystems einen niedrigeren Ober¬ wellengehalt auf, wobei der Effektivwert niedriger ist. Da¬ durch, dass die Generatorströme nahezu blockförmig sind, re¬ duzieren sich die Verluste des Wellengeneratorsystems.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Wellengeneratorsystems schematisch veranschau¬ licht sind.
FIG 1 zeigt ein Prinzipschaltbild eines bekannten
Schiffsantriebssystems mit einem Spannungszwischen¬ kreis-Umrichter als Wellengenerator-Antriebsumrichter, wogegen die
FIG 2 ein Prinzipschaltbild dieses bekannten Schiffsan¬ triebssystems mit einem Spannungszwischenkreis-Umrichter als Wellengenerator-Antriebsumrichter darstellt; in der
FIG 3 ist eine erste Ausführungsform eines Wellengenera¬ torsystems nach der Erfindung dargestellt, und die
FIG 4 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Wellengene¬ ratorsystems nach der Erfindung, wobei in der
FIG 5 ein Prinzipschaltbild eines netzseitigen Stromrich¬ ters des Wellengeneratorsystems nach FIG 3 bzw. 4 in einer vorteilhaften Ausbildung veranschaulicht ist .
Das aus der DE 10 2006 020 144 B4 bekannte Schiffsantriebs¬ system 2 weist nach FIG 1 eine als langsam laufende Zweitakt- Dieselmotor ausgebildete Hauptmaschine 4 auf, die über eine Propellerwelle 6 einen Schiffspropeller 8 zum Antrieb des Schiffs aufweist. Zur Energieerzeugung für ein Schiffsnetz, veranschaulicht durch eine Bordnetz-Sammelschiene 10, sind mehrere Generatoren 12 vorgesehen, die jeweils von einer schneller als die Hauptmaschine laufenden Hilfsmaschine 14 angetrieben werden. Bei den Hilfsmaschinen 14 handelt es sich üblicherweise um schnell laufende Vier-Takt-Dieselmotoren. Üblicherweise sind jeweils ein Generator 12 und ein Dieselmo¬ tor 14 zu einem Dieselgeneratoraggregat 16 zusammengefasst .
Ein Wellengenerator/-motor 18 ist mechanisch mit der Propellerwelle 6 gekoppelt und elektrisch über einen Umrichter 20 und einen Transformator 22 mit der Bordnetz-Sammelschiene 10 des Schiffsnetzes verbunden. Als Umrichter 20 ist ein Stromzwischenkreis-Umrichter vorgesehen, der generator- und netz- seitig jeweils einen steuerbaren Stromrichter 24 und 26 aufweist, die gleichspannungsseitig mittels einer Zwischenkreis- drossel miteinander elektrisch leitend verbunden sind. Die Steuersignale für diese beiden steuerbaren Stromrichter 24 und 26 werden von einem Steuer- und Regelungssystem 28 generiert. Da als Wellengenerator/-motor 18 eine langsam laufende Synchronmaschine verwendet wird, ist diese zusätzlich über einen Erregerstromrichter 30 mit der Bordnetz-Sammelschiene
10 elektrisch leitend verbunden. Da als Umrichter 20 des Wel- lengeneratorsystems ein Stromzwischenkreis-Umrichter vorgesehen ist, und dieser nur Wirkleistung in das Schiffsnetz einspeisen kann, wird der Blindleistungsbedarf des Schiffsnetzes von einer Blindleistungsmaschine 32 bereitgestellt. Diese
Blindleistungsmaschine 32 arbeitet im Normalbetrieb nur als Phasenschieber und speist keine Wirkleistung in die Bordnetz- Sammelschiene 10 ein. Ein Anfahrumrichter 34 und ein Anfahr- motor 36 dienen zum Start der Blindleistungsmaschine 32. Die Steuerung des Anfahrumrichters 34 erfolgt ebenfalls durch das Steuer- und Regelungssystem 28.
Der Wellengenerator/-motor 18, der Stromzwischenkreis-Umrichter mit zugehörigem Steuer- und Regelungssystem 28 und die Blindleistungsmaschine 32 mit Anfahrumrichter 34 und Anfahr- motor 36 bilden ein Wellengeneratorsystem, das aus der eingangs genannten Veröffentlichung der DE-Zeitschrift "HANSA" bekannt ist. Bei diesem bekannten Schiffsantriebssystem wird der Wellengenerator 18 als Motor betrieben, wodurch elektrische Energie aus dem Schiffsnetz mittels des Stromzwischenkreis-Umrichters und des Wellengenerator/-motor 18 in mechanische Energie um¬ gewandelt wird. Dadurch werden Leistungsreserven im Schiffsnetz zur Vergrößerung der Antriebsleistung des Schiffs verwendet, wodurch entweder die Schiffsgeschwindigkeit erhöht oder bei gleichbleibender Schiffsgeschwindigkeit die Hauptma- schine 4 entlastet werden kann.
Um zumindest die gesonderte Blindleistungsmaschine 32 mit An¬ fahrumrichter 34 und Anfahrmotor 36 einsparen zu können, ist in FIG 2 ein Prinzipschaltbild eines weiteren bekannten
Schiffsantriebssystems 38 schematisch dargestellt. Dieses Schiffsantriebssystem 38 unterscheidet sich vom Schiffsantriebssystem 2 gemäß FIG 1 dadurch, dass als Umrichter 20 ein Spannungszwischenkreis-Umrichter vorgesehen ist. Da der Wellengenerator 18 motorisch betrieben wird, weist dieser Span- nungszwischenkreis-Umrichter neben einer Zwischenkreis-Kondensatorbatterie 40 generatorseitig ebenfalls einen steuerba¬ ren Stromrichter 24 auf. Als steuerbare Stromrichter 24 und 26 dieses Spannungszwischenkreis-Umrichters ist jeweils ein selbstgeführter Pulsstromrichter, insbesondere ein IGBT-Puls- Stromrichter, vorgesehen. Die Zwischenkreis-Kondensatorbatte¬ rie 40 ist derart bemessen, dass während der Umschaltung von Motorbetrieb in den Generatorbetrieb des Wellengenerators 18 elektrische Energie in das Schiffsnetz derart eingespeist werden muss, dass die Spannung und die Frequenz des Schiffs- netzes jeweils vorgegebene Grenzwerte nicht unterschreiten kann .
Dieses Wellengeneratorsystem wird nur bei einem ungeplanten Ausfall der Energieerzeugung durch das Abwärme-Rückgewin- nungs-System vom Motorbetrieb auf Generatorbetrieb umgeschal¬ tet. Diese Umschaltung dauert so lange, bis die Dieselgenera¬ torensätze 16 gestartet sind. Das heißt, der Generatorbetrieb des Wellengeneratorsystems ist nur für eine kurze Überbrü- ckungszeit vorgesehen. Für diese Überbrückungszeit wird ein Oberwellengehalt im Bordnetz des Schiffs in Kauf genommen. Um diesen Oberwellengehalt im Bordnetz zu verringern, wären Filtermaßnahmen auf der Bordnetzseite erforderlich, die jedoch nicht dargestellt sind. Somit wird dieses Wellengeneratorsys- tem vorwiegend als Booster-Antrieb verwendet.
Dadurch, dass die Stromrichterventile beispielsweise Insula- ted-Gate-Bipolar-Transistoren (IGBT) des netzseitigen Strom- richters 26 des Spannungszwischenkreis-Umrichters wegen einer hohen Umrichter-Ausgangsspannung begrenzte Schaltfrequenzen aufweisen, wird die Filterauslegung eines vorhandenen Filters zusätzlich erschwert. Die Filterauslegung wird insbesondere dadurch erschwert, dass es sich beim Bordnetz eines Schiffs um ein Inselnetz handelt, welches abhängig von betriebenen
Verbrauchern stark unterschiedliche Impedanzen und damit unterschiedliche Resonanzfrequenzen aufweisen kann. Daher variiert auch die an netzseitigen Anschlüssen des Umrichters 20 wirkende resultierende Resonanzfrequenz, wodurch eine Abstim- mung der Filterauslegung auf die Schaltfrequenzen des Umrichters erschwert wird.
Infolge der begrenzten Schaltfrequenz der HV-IGBTs des netzseitigen Stromrichters 26 und damit verbundene, einge- schränkte Dynamik ist die Beherrschung von transienten Be- triebszuständen, wie z.B. Lastabwurf, Kurzschluss im Bordnetz, Netzwiederkehr, schwierig und führt unweigerlich zu einer Überdimensionierung der Bauteile dieses Spannungszwischenkreis-Umrichters. Eine weitere Schwierigkeit, die schwer zu beherrschen ist, besteht darin, dass ein verwendetes Fil¬ ter in transienten Betriebszuständen zum Schwingen neigt.
Um geforderte Netzrückwirkungen der Klassifizierungsgesell¬ schaft einhalten zu können und Netzkurzschlüsse und andere transiente Betriebszustände beherrschen zu können, ist dieser Spannungszwischenkreis-Umrichter als statischer Frequenzumformer des Wellengeneratorsystems ungeeignet. Aus diesem Grund wird dieses Wellengeneratorsystem mit einem Spannungs- zwischenkreis-Umrichter überwiegend motorisch betrieben, wobei bei generatorischem Betrieb, der nur beim Auftreten einer Störung des Energieerzeugungssystems während einer Umschalt¬ zeit umgesetzt wird, in Kauf genommen wird, dass die gefor- derten Netzrückwirkungen nicht eingehalten werden können. Ebenfalls wird angenommen, dass in diesem Betriebszustand transiente Betriebszustände nicht auftreten. Dieser generato¬ rische Betrieb des Wellengeneratorsystems dauert nur so lange an, bis die Dieselgeneratoraggregate 16 gestartet sind.
In FIG 3 ist eine erste Ausführungsform eines Wellengenera¬ torsystems nach der Erfindung schematisch veranschaulicht. Dieses erfindungsgemäße Wellengeneratorsystem weist neben ei¬ nem Wellengenerator 18 einen Spannungszwischenkreis-Umrichter 42 auf, der als generatorseitigen Stromrichter 44 einen ungesteuerten Stromrichter, beispielsweise einen sechspulsigen oder höherpulsigen Diodengleichrichter, aufweist. Als generatorseitigen Stromrichter 44 kann auch ein mehrpulsiger selbstgeführter Stromrichter vorgesehen sein. Als netzseiti- gen (bordnetzseitig) Stromrichter 46 weist das erfindungsge¬ mäße Wellengeneratorsystem einen Stromrichter mit verteilten Energiespeichern auf. Beide Stromrichter 44 und 46 sind gleichspannungsseitig direkt miteinander elektrisch leitend verbunden. Wechselspannungsseitig ist der Stromrichter 46 in der Ausführungsform Stromrichter mit verteilten Energiespeichern mittels eines Transformators 22 mit einem Bordnetz 48 verbindbar .
In FIG 4 ist eine zweite Ausführungsform eines Wellengenera- torsystems nach der Erfindung schematisch veranschaulicht.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungs¬ form gemäß FIG 3 dadurch, dass der netzseitige Stromrichter 46 in der Ausführungsform Stromrichter mit verteilten Energiespeichern wechselspannungsseitig mittels einer Netzdrossel 50 mit dem Bordnetz 48 verbindbar ist.
Ein Ersatzschaltbild des Stromrichters 46 mit verteilten Energiespeichern ist in FIG 5 näher dargestellt. Gemäß dieser Darstellung weist dieser Stromrichter 2 drei Phasenmodule auf, die jeweils einen oberen und einen unteren Ventilzweig PI und Nl bzw. P2 und N2 bzw. P3 und N3 aufweisen. Diese beiden Ventilzweige PI, Nl bzw. P2, N2 bzw. P3, N3 eines jeden Phasenmoduls sind zu einem Brückenzweig verschaltet. Ein Ver¬ knüpfungspunkt eines oberen und einen unteren Ventilzweiges PI und Nl bzw. P2 und N2 bzw. P3 und N3 ist als wechselspan- nungsseitiger Anschluss LI, L2 bzw. L3 eines jeden Phasenmoduls herausgeführt. Zur Glättung stromrichterinterner Kreis- ströme werden verkoppelte Zweigdrosseln Lz eingesetzt. An diesen wechselseitigen Anschlüssen LI, L2 bzw. L3 ist die Netzdrossel 50 angeschlossen. Diese drei Phasenmodule sind elektrisch parallel zu einander und zu einer nicht näher dargestellten Gleichspannungs-Einspeiseeinrichtung (generator- seitige Stromrichter 44) geschaltet, die an den Gleichspannungs-Anschlüssen P und N des Stromrichters 2 mit verteilten Energiespeichern CSM angeschlossen ist. Zwischen diesen
Gleichspannungs-Anschlüssen P und N steht eine generierte Gleichspannung UdC an.
Diesem Ersatzschaltbild ist ebenfalls zu entnehmen, dass je¬ der Ventilzweig PI, Nl, P2, N2, P3 und N3 eine Vielzahl von elektrisch in Reihe geschalteten zweipoligen Submodulen SM1, SM2, SMn aufweist. Jedes zweipolige Submodul SM1, SM2, SMn weist gemäß der vergrößerten Darstellung des Submoduls SM1 einen unipolaren Speicherkondensator CSM, zwei abschalt¬ bare Halbleiterschalter Sl und S2 und zwei Dioden Dl und D2 auf. Die beiden abschaltbaren Halbleiterschalter Sl und S2 sind elektrisch in Reihe und diese Reihenschaltung elektrisch parallel zum unipolaren Speicherkondensator CSM geschaltet.
Antiparallel zu den abschaltbaren Halbleiterschaltern Sl und S2 ist jeweils eine Diode Dl bzw. D2 geschaltet. Diese Dioden Dl und D2 bilden somit jeweils eine Freilaufdiode . Ein Ver¬ bindungspunkt der beiden abschaltbaren Halbleiterschalter Sl und S2 ist als Modulanschluss X2 herausgeführt. Der negative Anschluss des unipolaren Speicherkondensators CSM bildet ei¬ nen zweiten Modulanschluss XI. Im geladenen Zustand des uni- polaren Speicherkondensators CSM fällt eine Kondensatorspan¬ nung USM ab .
Diese Kondensatorspannungen USMI, USM2, USMn der zweipoligen Subsysteme SM1, SM2, SMn eines jeden Ventilzweiges PI, Nl, P2, N2, P3 und N3 addieren sich jeweils zu einer Ventilspannung UZpi , UZNI, UZp2, UZN2, UZP3 und UZN3. Die Addition jeweils zweier Ventilspannungen UZPI, UZNi bzw. UZP2 und UZN2 bzw. UZP3 und UZN3 eines Phasenmoduls ergibt die zwischen den Gleich- spannungs-Anschlüssen P und N anstehende Gleichspannung UdC .
Jedes dieser zweipolige Submodule SM1, SM2, SMn kann in einen von drei Schaltzuständen, nämlich die Schaltzustände I,
II und III, gesteuert werden. Welche Klemmenspannung UX2xi in welchem Schaltzustand I, II bzw. III an den Modulanschlüssen
X2 und XI ansteht, und wie in den Schaltzuständen I, II bzw.
III die abschaltbaren Halbleiterschalter Sl und S2 angesteuert werden, ist der DE 101 03 031 AI zu entnehmen, die diese dargestellte Stromrichter-Topologie offenbart.
Gegenüber der Ausführungsform der FIG 4 ist zwischen Netzdrossel 50 und Ausgangs-Anschlüssen 52, 54 und 56 des Wellen- generatorsystems jeweils eine Reihenschaltung eines Kondensa¬ tors Cl und eines Widerstandes Rl geschaltet, wobei die frei- en Enden dieser Widerstände Rl miteinander elektrisch leitend verbunden sind. Die Reihenfolge der beiden Komponenten Cl und Rl der Reihenschaltung können auch gegenüber dieser Darstellung vertauscht sein. Dadurch werden dann die freien Enden der Kondensatoren Cl miteinander elektrisch leitend verbun- den. Diese gedämpften Kondensatorzweige bilden mit den Induktivitäten der Netzdrossel 50 einen Tiefpassfilter, wobei der Verbindungspunkt 58 der drei Widerstände Rl einen Sternpunkt des Wellengeneratorsystems bildet. An diesen Verbindungspunkt 58 kann ein hochohmiger Widerstand gegen einen Erdungsan- schluss des Bordnetzes 48 angeschlossen werden. Mittels eines derartigen hochohmigen Anschlusses kann ein Erdschluss an dem hochohmigen geerdeten Bordnetz 48 erfasst werden. Bei einem Stromrichter 46 mit verteilten Energiespeichern CSM wird durch die Anzahl der elektrisch in Reihe geschalteten zweipoligen Submodule SM1, SM2, SMn einerseits die Anzahl der Treppenstufen einer treppenförmigen Ausgangsspannung be- stimmt und andererseits kann die Umrichter-Ausgangsspannung an jede beliebige Amplitude des Bordnetzes, beispielsweise ein Mittelspannungsnetz, angepasst werden. Je höher die Anzahl der zweipoligen Submodule SM1, SM2, SMn eines jeden Ventilzweigs PI, Nl, P2, N2, P3 und N3 der Phasenmodule des Stromrichters 46 ist, desto sinusförmiger ist die Umrichter- Ausgangsspannung. Dadurch werden keine Filtermaßnahmen mehr benötigt, um die geforderten Netzrückwirkungen der Klassifizierungsgesellschaften einhalten zu können. Als abschaltbare Halbleiterschalter Sl und S2 eines jeden zweipoligen Submoduls SM1, SM2, SMn werden Insulated-Gate- Bipolar-Transistoren, insbesondere LV-IGBTs, verwendet. Diese LV-IGBTs mit Sperrspannungen von 1200V bzw. 1700V können gegenüber HV-IGBTs mit Sperrspannungen von 3300V, 4500V bzw. 6500V mit einer wesentlich höheren Pulsfrequenz getaktet werden. Außerdem sind die LV-IGBTs gegenüber den HV-IGBTs we¬ sentlich preiswerter. Durch die Verwendung von LV-IGBTs im Mittelspannungs-Umrichter 42 und einer Vielzahl der zweipoligen Submodule SM1, SM2, SMn kann der Ausgangsstrom dieses Umrichters 42 im Kurzschlussfall hochdynamisch begrenzt wer¬ den. Dadurch können die Anforderungen der Schiffsnetze im Hinblick auf die Einspeisung von Kurzschlussstrom einfach erfüllt werden. Da wegen der hohen Anzahl von zweipoligen Sub- modulen SM1, SM2, SMn pro Ventilzweig PI, Nl, P2, N2, P3 und N3 des Stromrichters 46 auf ein bordnetzseitiges Filter verzichtet werden kann, können transiente Betriebszustände leichter beherrscht werden. Dies liegt daran, dass die tran- sienten Betriebszustände keine Schwingungen mehr anregen können, da bordnetzseitig kein Filter mehr vorhanden ist. Eben- falls kann in Abhängigkeit der Anzahl der zweipoligen Submodule SM1, SM2, SMn pro Ventilzweig PI, Nl, P2, N2, P3 und N3 des Stromrichters 46 mit verteilten Energiespeichern CSM dieser Stromrichter 46 einfach auf jede beliebige Ausgangs- Spannung skaliert werden, wodurch auf einen Transformator 22 in einer Vielzahl von Anwendungen verzichtet werden kann.
Durch die Verwendung eines Stromrichters 46 mit verteilten Energiespeichern als bordnetzseitiger Stromrichter 26 des Spannungszwischenkreis-Umrichters 42 eines Wellengenerator- systems kann für das Steuer- und Regelungssystem 28 dieses Spannungszwischenkreis-Umrichters 42 eine wesentlich höhere Taktfrequenz verwendet werden, wodurch die Grenzfrequenz die- ses Steuer- und Regelungssystems 28 außerhalb eines Bereichs möglicher Resonanzen liegt. Dadurch ist nun eine anlagenunabhängige Parametrierung des Umrichters 46 möglich.
Durch die Ausgestaltung des bordnetzseitigen Stromrichters 26 des Spannungszwischenkreis-Umrichters 42 als Stromrichter 46 mit einer Vielzahl von Energiespeichern CSM kann nun ein Spannungszwischenkreis-Umrichter 42 als Wellengenerator-Umrichter 20 verwendet werden, so dass eine Blindleistungsma¬ schine 32 mit Anfahrumrichter 34 und Anfahrmotor 36 nicht mehr benötigt wird. Ebenfalls werden kein Filter und kein Transformator bordnetzseitig mehr benötigt. Durch diese
Stromrichter-Topologie werden bei einem Mittelspannungs-Um- richter LV-IGBTs in den zweipoligen Submodulen SM1, SM2, SMn verwendet, wodurch dieser Stromrichter 46 in Verbindung mit einer hohen Anzahl von Submodulen SM1, SM2, SMn eine hohe resultierende Schaltfrequenz aufweist, so dass ein Kurz¬ schlussstrom hochdynamisch begrenzt werden kann. Mittels eines Stromrichters 46 mit verteilten Energiespeichern CSM als bordnetzseitiger Stromrichter 26 des Wellengenerator-Umrich- ters, der ein Spannungszwischenkreis-Umrichter ist, dessen Zwischenkreis-Kondensatorbatterie 40 auf eine Vielzahl von Speicherkondensatoren CSM aufgeteilt ist, kann die Netzquali¬ tät auf einem dieselelektrisch angetriebenen Schiff wesentlich verbessert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Wellengeneratorsystem mit einem Wellengenerator (18), einem Spannungszwischenkreis-Umrichter (42) und einer netzsei- tigen Induktivität, wobei der Spannungszwischenkreis-Umrichter (42) generatorseitig und netzseitig jeweils einen Strom¬ richter (44, 46) aufweist, die gleichspannungsseitig mitein¬ ander verknüpft sind, und wobei der netzseitige Stromrichter (46) wenigstens zwei Phasenmodule aufweist, die jeweils einen oberen und einen unteren Ventilzweig (PI, Nl, P2, N2, P3, N3) aufweisen, die jeweils eine Vielzahl von elektrisch in Reihe geschalteten zweipoligen Subsystemen (SM1, SMn) aufweisen, die jeweils einen unipolaren Speicherkondensator (CSM) auf¬ weisen, dem eine Reihenschaltung zweier abschaltbarer Halb- leiterschalter (Sl, S2) jeweils mit einer antiparallel ge¬ schalteten Diode (Dl, D2) elektrisch parallel geschaltet ist.
2. Wellengeneratorsystem nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der genera- torseitige Stromrichter (44) ein mehrpulsiger Diodengleichrichter ist.
3. Wellengeneratorsystem nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der genera- torseitige Stromrichter (44) ein mehrpulsiger selbstgeführter Stromrichter ist.
4. Wellengeneratorsystem nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die netz- seitige Induktivität ein Transformator (22) ist.
5. Wellengeneratorsystem nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die netz¬ seitige Induktivität eine Netzdrossel (50) ist.
6. Wellengeneratorsystem nach den Ansprüchen 1 und 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass jede Netz¬ drossel (50) mit einer Reihenschaltung eines Kondensators (Cl) und eines Widerstands (Rl) verknüpft ist, wobei die freien Enden der Widerstände (Rl) miteinander elektrisch leitend verbunden sind.
7. Wellengeneratorsystem nach den Ansprüchen 1 und 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass jede Netz¬ drossel (50) mit einer Reihenschaltung eines Widerstands (Rl) und eines Kondensators (Cl) verknüpft ist, wobei die freien Enden der Kondensatoren (Cl) miteinander elektrisch leitend verbunden sind.
PCT/EP2011/056892 2010-06-08 2011-05-02 Wellengeneratorsystem WO2011154196A2 (de)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201180028366.4A CN102934343B (zh) 2010-06-08 2011-05-02 轴带发电机系统
KR1020127032063A KR101842984B1 (ko) 2010-06-08 2011-05-02 축 구동 발전기 시스템
EP11717614.9A EP2580857B1 (de) 2010-06-08 2011-05-02 Wellengeneratorsystem
RU2012157093/07A RU2528180C1 (ru) 2010-06-08 2011-05-02 Система валогенератора
US13/702,477 US9088229B2 (en) 2010-06-08 2011-05-02 Shaft-driven generator system
DK11717614.9T DK2580857T3 (en) 2010-06-08 2011-05-02 Wave Generator System
ES11717614.9T ES2689178T3 (es) 2010-06-08 2011-05-02 Sistema de generador accionado por árbol
JP2013513597A JP5881685B2 (ja) 2010-06-08 2011-05-02 軸発電機システム

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010023019A DE102010023019A1 (de) 2010-06-08 2010-06-08 Wellengeneratorsystem
DE102010023019.7 2010-06-08

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2011154196A2 true WO2011154196A2 (de) 2011-12-15
WO2011154196A3 WO2011154196A3 (de) 2012-10-11

Family

ID=44626159

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2011/056892 WO2011154196A2 (de) 2010-06-08 2011-05-02 Wellengeneratorsystem

Country Status (10)

Country Link
US (1) US9088229B2 (de)
EP (1) EP2580857B1 (de)
JP (1) JP5881685B2 (de)
KR (1) KR101842984B1 (de)
CN (1) CN102934343B (de)
DE (1) DE102010023019A1 (de)
DK (1) DK2580857T3 (de)
ES (1) ES2689178T3 (de)
RU (1) RU2528180C1 (de)
WO (1) WO2011154196A2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9815541B2 (en) 2012-11-12 2017-11-14 Torqeedo Gmbh Boat with electric drive

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9148016B2 (en) * 2011-05-26 2015-09-29 Pika Energy Inc. DC microgrid for interconnecting distributed electricity generation, loads, and storage
US9425705B2 (en) * 2012-08-13 2016-08-23 Rockwell Automation Technologies, Inc. Method and apparatus for bypassing cascaded H-bridge (CHB) power cells and power sub cell for multilevel inverter
US8994206B2 (en) * 2013-01-14 2015-03-31 Abb Technology Ag Turbine-based energy generation system with DC output
US9898018B2 (en) * 2013-03-14 2018-02-20 Arda Power Inc. Power clipping method and system
US10666047B2 (en) 2013-03-14 2020-05-26 Arda Power Inc. Power management concept in DC distributed systems
US9331594B2 (en) 2014-01-24 2016-05-03 The Boeing Company Conversion system for converting direct current into alternating current
US9401633B2 (en) * 2014-01-24 2016-07-26 The Boeing Company Three-phase inverter with a repositioned choke
US9800054B2 (en) 2014-07-31 2017-10-24 Abb Schweiz Ag DC connection system for renewable power generators
JP2016103968A (ja) 2014-10-21 2016-06-02 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ 送電網損失ライドスルー機能を有する誘導発電機システム
CN104578178A (zh) * 2014-12-30 2015-04-29 北京赛思亿电气科技有限公司 轴带发电系统与柴油发电机并联发电功率调节方法
CN104608901B (zh) * 2015-02-04 2017-02-22 刘清河 复合传动型船舶恒频轴带发电装置
JP5961734B1 (ja) * 2015-08-06 2016-08-02 西芝電機株式会社 軸駆動発電システム
EP3131377A1 (de) 2015-08-14 2017-02-15 Siemens Aktiengesellschaft Phasenmodul für einen stromrichter
CN105406785A (zh) * 2015-12-30 2016-03-16 中国船舶重工集团公司第七一一研究所 船用轴带双馈发电机系统
CN105515476B (zh) * 2016-02-17 2018-10-23 南京海广缘新能源技术有限公司 提高无刷电励磁轴带发电系统短路过载能力的装置和方法
WO2018099545A1 (en) * 2016-11-30 2018-06-07 Abb Schweiz Ag Electric power system of marine vessel
US10826371B2 (en) 2017-01-06 2020-11-03 Energy Producing Systems of America LLC Electrical power generation and distribution
CN106864715A (zh) * 2017-01-24 2017-06-20 同济大学 双馈式船舶混合轴带电机单机起动与推进的系统及方法
US20180328234A1 (en) * 2017-05-10 2018-11-15 Connected Mobil Group, LLC Power cogeneration system
US10158299B1 (en) 2018-04-18 2018-12-18 Rockwell Automation Technologies, Inc. Common voltage reduction for active front end drives
EP3605771B1 (de) * 2018-08-03 2020-07-15 Siemens Aktiengesellschaft Redundantes energieversorgungsnetz und schiff mit redundantem energieversorgungsnetz als bordnetz
DE102019207931B3 (de) 2019-05-29 2020-08-06 Siemens Aktiengesellschaft Energieversorgungseinrichtung
AU2020289274A1 (en) * 2019-06-03 2021-12-23 Energy Producing Systems of America LLC Electrical power generation and distribution
US11211879B2 (en) 2019-09-23 2021-12-28 Rockwell Automation Technologies, Inc. Capacitor size reduction and lifetime extension for cascaded H-bridge drives
US11342878B1 (en) 2021-04-09 2022-05-24 Rockwell Automation Technologies, Inc. Regenerative medium voltage drive (Cascaded H Bridge) with reduced number of sensors
CN113093007B (zh) * 2021-04-29 2023-02-07 哈动国家水力发电设备工程技术研究中心有限公司 一种可变速电机电动工况次同步负载试验方法
CN113734144B (zh) * 2021-08-26 2023-06-13 华人运通(江苏)技术有限公司 车辆的动力系统的模式控制方法、设备、系统和车辆
CN114248882B (zh) * 2022-01-11 2023-12-22 武汉理工大学 一种混合动力船舶的模拟实验装置及其控制方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10103031A1 (de) 2001-01-24 2002-07-25 Rainer Marquardt Stromrichterschaltungen mit verteilten Energiespeichern
DE102005059760A1 (de) 2005-12-14 2007-07-05 Siemens Ag Antriebssystem für ein Wasserfahrzeug
DE102006020144B4 (de) 2006-05-02 2008-06-26 Siemens Ag Verfahren zum Betrieb eines Schiffsantriebssystems mit Abwärmerückgewinnung sowie Schiffsantriebssystem mit Abwärmerückgewinnung

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1199238A (fr) 1957-10-02 1959-12-11 Maison Breguet Perfectionnements aux centrales électriques montées à bord des navires
CH693524A5 (de) 1994-05-11 2003-09-15 Schaffner Emv Ag Einrichtung zur Begrenzung der Aenderungsgeschwindigkeit der Ausgangsgrössen eines über einen Gleichspannungszwischenkreis selbstgeführten mehrphasigen Umrichters.
RU2110441C1 (ru) 1997-05-14 1998-05-10 Государственная морская академия им.адм.С.О.Макарова Электроэнергетическая установка судна
JPH1189242A (ja) 1997-09-08 1999-03-30 Yaskawa Electric Corp 電力変換装置
US6532140B1 (en) 2000-06-02 2003-03-11 Raytheon Company Arc-fault detecting circuit breaker system
DE10146527A1 (de) * 2001-09-21 2003-04-24 Siemens Ag Umrichter mit einem netz- und lastseitigen selbstgeführten Pulsstromrichter
JP2004064830A (ja) 2002-07-25 2004-02-26 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置
US20060022524A1 (en) 2003-02-10 2006-02-02 Bryde Jan H Distributed power generation, conversion, and storage system
DE10330473A1 (de) 2003-07-05 2005-01-27 Alstom Technology Ltd Frequenzumwandler für Hochgeschwindigkeitsgeneratoren
JP4365171B2 (ja) 2003-09-01 2009-11-18 三菱電機株式会社 電力変換装置及びそれを用いたパワーコンディショナ
DE102004046701A1 (de) * 2004-09-24 2006-04-06 Aloys Wobben Regeneratives Energiesystem
DE102005012371A1 (de) * 2005-03-09 2006-09-14 Siemens Ag Zwölfpuls-Hochspannungsgleichstromübertagung
DE102005040543A1 (de) 2005-08-26 2007-03-01 Siemens Ag Stromrichterschaltung mit verteilten Energiespeichern
US7239035B2 (en) 2005-11-18 2007-07-03 General Electric Company System and method for integrating wind and hydroelectric generation and pumped hydro energy storage systems
DE102006010536B4 (de) 2006-03-07 2008-06-12 Siemens Ag Dieselelektrisches Antriebssystem mit einem permanent erregten Synchrongenerator
FI118555B (fi) * 2006-05-22 2007-12-14 Verteco Ltd Kestomagneettigeneraattorin ohjaus
PL1959554T3 (pl) * 2007-02-14 2010-11-30 Semikron Elektronik Gmbh & Co Kg Układ przetwornicy dla podwójnie zasilanego generatora asynchronicznego o zmiennej mocy oddawanej i sposób jego pracy
RU2337465C1 (ru) 2007-11-01 2008-10-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кубанский государственный аграрный университет Устройство для стабилизации напряжения асинхронного генератора
DE102008007659A1 (de) 2008-02-06 2009-02-19 Siemens Aktiengesellschaft Umrichter
DE102008007658A1 (de) * 2008-02-06 2009-08-13 Siemens Aktiengesellschaft Statischer Umformer
DE102008022617A1 (de) * 2008-05-07 2009-11-19 Siemens Aktiengesellschaft Windenergiepark mit einer Vielzahl von Windenergieanlagen
DE102008026869B4 (de) 2008-06-05 2014-11-20 Siemens Aktiengesellschaft Verlustbehaftetes dreiphasiges Tiefpassfilter
US9163607B2 (en) * 2009-03-25 2015-10-20 Joseph Akwo Tabe Wind and hydropower vessel plant
CN101594045A (zh) 2009-07-06 2009-12-02 中国电力科学研究院 一种模块化多电平换流器的特定消谐方法
CN201430498Y (zh) 2009-07-07 2010-03-24 江门市安利电源工程有限公司 船用逆变式轴带发电机
CN101635466A (zh) 2009-08-28 2010-01-27 新疆全新环保新技术科技有限公司 采用多相发电机和多电平变换器的兆瓦级变速风电机组

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10103031A1 (de) 2001-01-24 2002-07-25 Rainer Marquardt Stromrichterschaltungen mit verteilten Energiespeichern
DE102005059760A1 (de) 2005-12-14 2007-07-05 Siemens Ag Antriebssystem für ein Wasserfahrzeug
DE102006020144B4 (de) 2006-05-02 2008-06-26 Siemens Ag Verfahren zum Betrieb eines Schiffsantriebssystems mit Abwärmerückgewinnung sowie Schiffsantriebssystem mit Abwärmerückgewinnung

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9815541B2 (en) 2012-11-12 2017-11-14 Torqeedo Gmbh Boat with electric drive
US10661877B2 (en) 2012-11-12 2020-05-26 Torqeedo Gmbh Electric drive for a vehicle

Also Published As

Publication number Publication date
US20130300380A1 (en) 2013-11-14
RU2012157093A (ru) 2014-07-20
CN102934343B (zh) 2015-10-07
US9088229B2 (en) 2015-07-21
CN102934343A (zh) 2013-02-13
KR20130118206A (ko) 2013-10-29
DK2580857T3 (en) 2018-09-03
EP2580857B1 (de) 2018-06-27
JP2013535181A (ja) 2013-09-09
WO2011154196A3 (de) 2012-10-11
ES2689178T3 (es) 2018-11-08
EP2580857A2 (de) 2013-04-17
RU2528180C1 (ru) 2014-09-10
KR101842984B1 (ko) 2018-05-14
JP5881685B2 (ja) 2016-03-09
DE102010023019A1 (de) 2011-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2580857B1 (de) Wellengeneratorsystem
DE10156694B4 (de) Schaltungsanordnung
EP3224075B1 (de) Batteriesystem mit einer hybriden batterie und einem eingangsseitig mit der batterie verbundenen npc-wechselrichter und verfahren zum betreiben eines eingangsseitig mit einer hybriden batterie verbundenen npc-wechselrichters
EP2815497B1 (de) Netzeinspeisevorrichtung, energieeinspeisesystem sowie verfahren zum betrieb einer netzeinspeisevorrichtung
DE3305225C2 (de)
DE102016114101A1 (de) Transformatorloses stromisoliertes bordladegerät mit festkörper-schaltersteuerung
DE102006020144A1 (de) Verfahren zum Betrieb eines Schiffsantriebssystems mit Abwärmerückgewinnung sowie Schiffsantriebssystem mit Abwärmerückgewinnung
WO1999013550A1 (de) System zur versorgung elektromotorischer verbraucher mit elektrischer energie
DE102007060928A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischem Strom
DE10114075A1 (de) Stromrichterschaltungsanordnung für Generatoren mit dynamisch veränderlicher Leistungsabgabe
DE102008022618A1 (de) Stromversorgungseinrichtung
EP2408081A1 (de) Modularer Multiniveau Umrichter
EP2941363B1 (de) Versorgung von elektrischen traktionsmotoren eines schienenfahrzeugs mit elektrischer energie unter verwendung einer mehrzahl von verbrennungsmotoren
EP2845288B1 (de) Ein- oder auskopplung einer leistung in einem abzweig eines gleichspannungsnetzknotens mit einer längsspannungsquelle
DE102017106924A1 (de) Elektrisches Versorgungssystem für ein Flugzeug mit einem gewöhnlichen Wechselspannungsnetzwerk und einem bipolaren Gleichspannungsnetzwerk
WO2013124012A2 (de) Ladevorrichtung eines elektrisch betriebenen fahrzeugs
DE102017102657A1 (de) Energieversorgungssystem für elektrische Verbraucher eines Luftfahrzeugs
DE102012210010A1 (de) Energiespeichereinrichtung, System mit Energiespeichereinrichtung und Verfahren zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung
EP1972485A2 (de) Leistungselektronische Schaltungsanordnung für eine Drehfeldmaschine
DE102010049423A1 (de) Verfahren und elektrische Schaltung zum Testen eines an ein elektrisches Energieversorgungsnetz anschließbaren Energieerzeugers oder Energieverbrauchers
WO2018114445A1 (de) Bordnetz für schiffe mit ringbus
WO2019015777A1 (de) Anordnung zum einspeisen elektrischer leistung in ein wechselspannungsnetz mittels einer asynchronmaschine und verfahren zum betreiben der asynchronmaschine
EP2713494A1 (de) Energieeinspeisevorrichtung zur Einspeisung von aus kinetischer Energie erzeugter elektrischer Energie in ein Drehstromverteilernetz
DE102014210627A1 (de) Elektrisches Antriebssystem und Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Antriebssystems
DE102016223944A1 (de) Anlage zum Übertragen elektrischer Leistung

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201180028366.4

Country of ref document: CN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011717614

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 3603/KOLNP/2012

Country of ref document: IN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13702477

Country of ref document: US

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2013513597

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

Ref document number: 20127032063

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2012157093

Country of ref document: RU

Kind code of ref document: A