WO2016050533A1 - Modular multi-level cycloconverter with a variable single-phase frequency output - Google Patents

Modular multi-level cycloconverter with a variable single-phase frequency output Download PDF

Info

Publication number
WO2016050533A1
WO2016050533A1 PCT/EP2015/071456 EP2015071456W WO2016050533A1 WO 2016050533 A1 WO2016050533 A1 WO 2016050533A1 EP 2015071456 W EP2015071456 W EP 2015071456W WO 2016050533 A1 WO2016050533 A1 WO 2016050533A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
converter
energy
level
voltage
terminal
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/071456
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Gopal Mondal
Sebastian Nielebock
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
Publication of WO2016050533A1 publication Critical patent/WO2016050533A1/en

Links

Classifications

    • 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
    • H02M5/02—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 without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04—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 without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/22—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 without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M5/275—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 without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/293—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 without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode 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
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • 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
    • H02M5/02—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 without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04—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 without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/22—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 without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M5/225—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 without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode comprising two stages of AC-AC conversion, e.g. having a high frequency intermediate link
    • 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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Landscapes

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

Abstract

The invention relates to a multi-level energy converter (22, 24) for converting electric energy, comprising a connection (34, 36) for supplying electric energy to be converted and another connection (34, 36) for outputting the converted electric energy. The multi-level energy converter (22, 24) has a first converter circuit (38) which is connected to a first of the two connections (36) of the multi-level energy converter (22, 24), comprises multiple serially connected converter units (26) with a converter unit capacitor (48), and provides a central connection that is coupled to the second connection (34). The converter circuit (38) is connected to a control unit so as to be controlled in order to convert the electric energy. According to the invention, the control unit controls the converter units (26) in order to operate both the first as well as the second connection (34, 36) when operating on an AC voltage.

Description

Beschreibung description
Modularer Multilevel-Direktumrichter mit einphasigem Modular multilevel direct converter with single-phase
variablen Frequenzausgang variable frequency output
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mehrpegelenergie¬ wandler zum Wandeln von elektrischer Energie, mit einem An- schluss zum Zuführen von zu wandelnder elektrischer Energie und einem anderen Anschluss zum Abgeben der gewandelten elektrischen Energie, wobei der Mehrpegelenergiewandler eine erste Wandlerschaltung aufweist, die an einem ersten der beiden der Anschlüsse des Mehrpegelenergiewandlers angeschlossen ist und die mehrere in Reihe geschaltete Wandlereinheiten mit einem Wandlereinheitskondensator umfasst und die einen mit dem zweiten der Anschlüsse gekoppelten Mittelanschluss be¬ reitstellt, wobei die Wandlerschaltung zum Steuern an eine Steuereinheit angeschlossen ist, um die elektrische Energie zu wandeln. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Energiekop¬ peleinrichtung zum galvanisch getrennten Koppeln eines ersten Energieversorgungsnetzes mit einem zweiten Energieversor¬ gungsnetz, mit einem Trenntransformator mit zwei magnetisch gekoppelten und galvanisch getrennten Wicklungen, wobei eine erste der Wicklungen des Trenntransformators mit einem ersten Energieversorgungsnetz elektrisch gekoppelt ist und die zwei- te der Wicklungen des Trenntransformators mit dem zweitenThe present invention relates to a multi-level energy ¬ converter for converting electrical energy, with a connection for supplying to changing electrical energy and another terminal for outputting the converted electrical energy, wherein the multi-level power converter having a first conversion circuit at a first both of the terminals of the multi-level power converter is connected and includes the plurality of series connected conversion units with a conversion unit capacitor and a central terminal coupled to the second of the terminals be ¬ riding trips, wherein the converter circuit is connected for controlling to a control unit to convert the electrical energy. Furthermore, the invention relates to a Energiekop ¬ peleinrichtung for electrically isolated coupling of a first power supply network with a second Energieversor ¬ supply network, with an isolating transformer with two magnetically coupled and galvanically isolated windings, wherein a first of the windings of the isolation transformer is electrically coupled to a first power supply network and the second of the windings of the isolating transformer with the second
Energieversorgungsnetz elektrisch gekoppelt ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Wandeln von elektrischer Energie mittels eines Mehrpegelenergiewandlers, bei dem die an einem Anschluss zugeführte elektrische Energie gewandelt und an einem anderen Anschluss abgegeben wird, wo¬ bei die elektrische Energie mittels wenigstens einer ersten an einem ersten der beiden Anschlüsse des Mehrpegelenergie¬ wandlers angeschlossenen Wandlerschaltung gewandelt wird, zu welchem Zweck die Wandlerschaltung mehrere in Reihe geschal- tete Wandlereinheiten mit einem Wandlereinheitskondensator umfasst und einen mit dem zweiten der Anschluss gekoppelten Mittelanschluss bereitstellt, wobei die Wandlerschaltung mit- tels einer Steuereinheit gesteuert wird, um die elektrische Energie zu wandeln. Power supply network is electrically coupled. Moreover, the invention also relates to a method for converting electrical energy by means of a multi-level energy converter in which the electrical energy supplied to one terminal is converted and delivered to another terminal, where ¬ the electrical energy by means of at least a first at a first of the two terminals of the multi-level energy ¬ converter connected converter circuit is converted, to which end the converter circuit comprises a plurality of geschal- in series ended converter units comprising a transducer unit capacitor and provides an output coupled to the second of the connection means connection, wherein the converter circuit with- Controlled by a control unit to convert the electrical energy.
Mehrpegelenergiewandler sowie Energiekoppeleinrichtungen der gattungsgemäßen Art sind dem Grunde nach bekannt, sodass es eines gesonderten druckschriftlichen Nachweises hierfür nicht bedarf. Mehrpegelenergiewandler dienen dazu, elektrische Energie zwischen einem Gleichspannungsanschluss und einem Wechselspannungsanschluss zu wandeln. Energiekoppeleinrich- tungen dienen dazu, einen Energieaustausch zwischen galvanisch voneinander getrennten elektrischen Energieversorgungsnetzen zu ermöglichen. In der Regel handelt es sich bei den Energieversorgungsnetzen um dreiphasige Energieversorgungs¬ netze, die als öffentliches Energieversorgungsnetz bei 50 Hz oder auch bei 60 Hz mit Wechselspannung betrieben werden. Im diesem Bereich wird häufig eine Effektivspannung zwischen zwei Phasen von 400 V genutzt. Aus unterschiedlichen Gründen, beispielsweise aus Gründen der Versorgungssicherheit oder dergleichen, ist es zweckmäßig, zwischen unterschiedlichen Energieversorgungsnetzen einen Energieaustausch zu ermöglichen. Dabei ist es jedoch sinnvoll zugleich eine galvanische Trennung vorzusehen, aufgrund derer unerwünschte Wechselwirkungen der gekoppelten elektrischen Energieversorgungsnetze untereinander vermieden oder zumindest reduziert werden kön- nen. Im einfachsten Fall wird diesbezüglich ein dreiphasiger Trenntransformator genutzt, der für jedes der angeschlossenen Energieversorgungsnetze einen entsprechenden dreiphasigen An- schluss bereitstellt und eine unmittelbare Kopplung ermög¬ licht. Solche Transformatoren sind für die Netzfrequenz der zu koppelnden Energieversorgungsnetze ausgebildet, das heißt, für einen Betrieb bei 50 Hz oder bei 60 Hz. Multi-level energy converters and energy coupling devices of the generic type are basically known, so that it does not require a separate documentary evidence for this. Multi-level energy converters serve to convert electrical energy between a DC voltage port and an AC voltage port. Energy coupling devices serve to enable an energy exchange between galvanically separated electrical energy supply networks. Usually it is in the power grids to three-phase power supply ¬ networks operated as a public utility grid at 50 Hz or 60 Hz AC voltage. In this area, an effective voltage between two phases of 400 V is often used. For various reasons, for example for reasons of security of supply or the like, it is expedient to allow an energy exchange between different energy supply networks. However, it makes sense at the same time to provide a galvanic isolation, due to which undesirable interactions of the coupled electrical energy supply networks can be avoided or at least reduced. In the simplest case, a three-phase isolating transformer is used in this respect, provides a corresponding three-phase circuit-arrival for each of the connected power supply systems and a direct coupling made ¬ light. Such transformers are designed for the line frequency of the power supply networks to be coupled, that is, for operation at 50 Hz or at 60 Hz.
Obwohl sich solche Trenntransformatoren im praktischen Betrieb bewährt haben, zeigen sich dennoch Nachteile. Zwar lässt sich eine galvanische Trennung mit solchen Trenntrans¬ formatoren erreichen und zugleich auch eine Spannungsanpassung - falls erforderlich - vornehmen, jedoch kann einerseits der Energiefluss nicht gesteuert werden und andererseits er- fordert die Nutzung des Trenntransformators, dass die beiden zu koppelnden Energieversorgungsnetze synchron mit der glei¬ chen Frequenz betrieben werden. Hieraus können sich im praktischen Betrieb Probleme ergeben. Although such isolation transformers have proven themselves in practical operation, there are still disadvantages. While an electrical isolation with such a separating Trans ¬ transformers can be achieved and at the same time a tension adjusting - if necessary - to make, but the flow of energy can not be controlled and on the other hand ER- one hand calls for the use of the isolation transformer that the two to be coupled power grids are operated synchronously with the moving ¬ chen frequency. This may result in practical operation problems.
Um hier eine Verbesserung bewirken zu können, ist es darüber hinaus bekannt, mittels über gemeinsame Gleichspannungszwi¬ schenkreise gekoppelte Wechselrichter und einem einphasigen Hochfrequenztrenntransformator die zu koppelnden Energiever- sorgungsnetze zu koppeln. Zu diesem Zweck ist jedes der zu koppelnden Energieversorgungsnetze an einen bidirektionalen dreiphasigen Wechselrichter angeschlossen, an dessen Zwischenkreis jeweils ein ebenfalls bidirektionaler Wechselrichter für einphasigen Hochfrequenzbetrieb angeschlossen ist. Ausgangsseitig, das heißt, wechselspannungsseitig, sind die einphasigen Wechselrichter an ihnen zugeordnete galvanisch getrennte Wicklungen des Hochfrequenztrenntransformators an¬ geschlossen. Mit einer solchen Energiekoppeleinrichtung ist es möglich, unabhängig von elektrischen Parametern der ener- gietechnisch zu koppelnden Energieversorgungsnetze einenIn order to bring about an improvement here, it is also known to couple by means of coupled via common Gleichspannungszwi ¬ rule circles inverter and a single-phase high frequency isolation transformer to coupling energy supply networks. For this purpose, each of the energy supply networks to be coupled is connected to a bidirectional three-phase inverter, to whose intermediate circuit in each case a likewise bidirectional inverter for single-phase high-frequency operation is connected. On the output side, that is, on the alternating voltage side, the single-phase inverters are connected to them to isolated galvanic windings of the high-frequency isolation transformer ¬ closed. With such an energy coupling device, it is possible, independently of electrical parameters of the energy supply networks to be energy-relatedly coupled
Energiefluss in eine gewünschte vorgebbare Richtung zu ermög¬ lichen . Energy flow in a desired predetermined direction ermög ¬ union.
Zwar kann mit einer solchen Energiekoppeleinrichtung ein ge- genüber einem herkömmlichen Trenntransformator geringere Baugröße in Bezug auf die Netzfrequenzen der Energieversorgungs¬ netze erreicht werden, jedoch erweist sich der Gesamtwirkungsgrad einer solchen Energiekoppeleinrichtung gegenüber dem vorgenannten Trenntransformator als nachteilig. Aus die- sem Grund werden derartige Energiekoppeleinrichtungen nur bei besonderen Anforderungen eingesetzt. Der Wirkungsgrad wird insbesondere durch Schaltelemente der Wechselrichter beeinträchtigt . Bekannt ist es darüber hinaus, einen Mehrpegelenergiewandler als Wechselrichter zu nutzen. Hierdurch kann zwar der Wirkungsgrad verbessert werden, jedoch erweist sich der Schal¬ tungsaufwand insgesamt durch die erforderlichen vier Wechsel- richter für zwei zu koppelnde Energieversorgungsnetze nach wie vor als hoch. Gattungsgemäße Mehrpegelenergiewandler werden in der englischsprachigen Literatur auch Modular Multi Level Converter oder MMC oder auch M2C genannt. Although a comparison with a conventional isolation transformer smaller size in relation can be accomplished in the line frequencies of the power supply ¬ networks with such energy coupling apparatus, however, the overall efficiency of such a power coupling device relative to the above-mentioned isolation transformer turns out to be disadvantageous. For this reason, such energy coupling devices are used only for special requirements. The efficiency is particularly affected by switching elements of the inverter. It is also known to use a multi-level energy converter as an inverter. Although this can be improved efficiency, but the scarf ¬ tion effort proves a total of the required four alternating judge for two to be coupled power grids still as high. Generic multi-level energy converters are called in the English literature also Modular Multi Level Converter or MMC or M2C.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Mehrpe¬ gelenergiewandler ein Vrefahren zu dessen Betrieb sowie eine Energiekoppeleinrichtung anzugeben, die einen verbesserten Wirkungsgrad und zugleich einen geringen Aufwand erfordern. The invention is therefore an object of the invention to provide a Mehrpe ¬ gelenergiewandler a Vrefahren to its operation and an energy coupling device, which require improved efficiency and at the same time a small effort.
Als Lösung wird mit der Erfindung ein Mehrpegelenergiewandler sowie eine Energiekoppeleinrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1 und 8 vorgeschlagen. Darüber hinaus wird als Lö- sung auch ein Verfahren gemäß dem weiteren unabhängigen Anspruch 9 vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich anhand von Merkmalen der abhängigen Ansprüche. As a solution, the invention proposes a multi-level energy converter and an energy coupling device according to the independent claims 1 and 8. In addition, as a solution, a method according to the further independent claim 9 is proposed. Further advantageous embodiments will become apparent from the features of the dependent claims.
Bezüglich des Mehrpegelenergiewandlers wird insbesondere vor- geschlagen, dass die Steuereinheit die Wandlereinheiten zum Betreiben sowohl des ersten als auch des zweiten Anschlusses im Wechselspannungsbetrieb steuert. With regard to the multi-level energy converter, it is proposed, in particular, that the control unit controls the converter units for operating both the first and the second connection in AC operation.
Bezüglich der Energiekoppeleinrichtung wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass die Energiekoppeleinrichtung zwei Mehrpegelenergiewandler gemäß der Erfindung aufweist, wobei die Mehrpegelenergiewandler jeweils einen ersten Wech- selspannungsanschluss zum Anschließen an die jeweilige Wick¬ lung des Trenntransformators und einen zweiten Wechselspan- nungsanschluss zum Anschließen an das jeweilige Energiever¬ sorgungsnetz aufweisen, wobei ein erster der Mehrpegelenergiewandler die erste Wicklung mit dem ersten Energieversorgungsnetz elektrisch koppelt und der zweite der Mehrpegel¬ energiewandler die zweite Wicklung mit dem zweiten Energie- Versorgungsnetz elektrisch koppelt. With respect to the energy coupling apparatus is particularly, the invention proposes that the power coupling device comprises two multi-level power converter according to the invention, wherein in each case the multi-level power converter selspannungsanschluss a first alternating for connection to the respective Wick ¬ development of the isolating transformer and a second alternating voltage terminal for connection to the respective Energy Ver ¬ supply network, wherein a first of the multi-level energy converter electrically couples the first winding with the first power supply network and the second of the multi-level ¬ energy converter electrically couples the second winding with the second power supply network.
Verfahrensseitig wird mit der Erfindung insbesondere vorge¬ schlagen, dass die Steuereinheit die Wandlereinheiten derart steuert, dass sowohl der erste als auch der zweite Anschluss im Wechselspannungsbetrieb betrieben werden. The method, will strike ¬ with the invention, in particular provided that the control unit controls the converter units in such a way controls that both the first and the second terminal are operated in AC operation.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass der Mehrpegel- energiewandler nicht nur an einem Gleichspannungszwischenkreis als Wechselrichter betrieben werden kann, sondern den Gleichspannungszwischenkreis dem Grunde nach nicht benötigt. Anders als Wechselrichter kann der Mehrpegelenergiewandler also gleichspannungszwischenkreislos betrieben werden. Dies erlaubt es, gegenüber der Energiekoppeleinrichtung des Stands der Technik, die auf der Nutzung von vier Wechselrichtern bei der Kopplung zweier Energieversorgungsnetze basiert, Aufwand einzusparen. Um den Trenntransformator beziehungsweise seine beiden Wicklungen mit den jeweiligen Energieversorgungsnetzen zu koppeln, ist somit für jedes Energieversorgungsnetz lediglich eine einzige Wandlereinrichtung in Form des Mehrpegelenergiewandlers erforderlich. Dadurch kann der Aufwand bezüg¬ lich des Wandeins erheblich reduziert werden, wodurch sich nicht nur der Wirkungsgrad erhöht, sondern auch Kosten und Bauraum reduziert werden können. The invention is based on the recognition that the multi-level energy converter can not only be operated as an inverter on a DC voltage intermediate circuit, but basically does not need the DC voltage intermediate circuit. Unlike inverters, the multi-level energy converter can therefore be operated with direct current DC voltage. This makes it possible to save effort compared to the energy coupling device of the prior art, which is based on the use of four inverters in the coupling of two power supply networks. In order to couple the isolating transformer or its two windings to the respective power supply networks, only one single converter device in the form of the multi-level energy converter is thus required for each energy supply network. As a result, the expense bezüg ¬ Lich Wandeins can be significantly reduced, which not only increases the efficiency, but also costs and space can be reduced.
Mehrpegelenergiewandler sowie Verfahren zu deren Betrieb werden häufig im Bereich einer Hochspannungsgleichspannungsüber- tragung (HGÜ) eingesetzt, wobei Gleichspannungen im Bereich von mehreren 100 kV sowie Leistungen im Bereich von 1 GW vorgesehen sind. Vorzugsweise werden solche Mehrpegelenergie¬ wandler bidirektional eingesetzt, wobei die elektrische Ener¬ gie jeweils in eine gewünschte, vorzugsweise vorgebbare Rich¬ tung gewandelt werden kann. Vorzugsweise erfolgt die Wandlung der elektrischen Energie ohne wesentliche Änderung von Spannungspegeln, das heißt, dass ein Spannungspegel einer maxima¬ len Amplitude der Wechselspannung des Energieversorgungsnet¬ zes im Wesentlichen einem Spannungspegel der transformator- seitigen Wechselspannung entspricht. Multi-level energy converters and methods for their operation are frequently used in the field of high voltage direct current (HVDC) transmission, with DC voltages in the range of several 100 kV and powers in the range of 1 GW. Preferably, such multi-level power converter ¬ be used bi-directionally, wherein the electrical energy Ener ¬ can be respectively converted into a desired, preferably predetermined Rich ¬ processing. Preferably, the conversion of the electrical energy without substantial change of voltage levels, that is, that a voltage level of a maxima ¬ len amplitude of the AC voltage of the Energieversorgungsnet ¬ zes essentially corresponds to a voltage level of the transformer side AC voltage.
Jede der Wandlereinheiten weist vorzugsweise zwei parallelge¬ schaltete Reihenschaltungen mit jeweils zwei Schaltelementen auf. Zu den Reihenschaltungen aus den Schaltelementen ist ferner der Wandlereinheitskondensator parallelgeschaltet. Dies erlaubt es, die Schaltungsstruktur einer Vollbrücke be¬ züglich jeder Wandlereinheit auszubilden. Mittelanschlüsse der jeweiligen Reihenschaltungen aus den Schaltelementen stellen die Wandlereinheitsanschlüsse bereit, mittels denen die Anschlüsse zu benachbarten Wandlereinheiten hergestellt werden können. Dadurch kann eine hohe Flexibilität bezüglich der Steuerung des Mehrpegelenergiewandlers erreicht werden. Die Schaltelemente sind an die Steuereinheit angeschlossen, welche die Schaltelemente in geeigneter Weise steuert, um den gewünschten Wandlungsvorgang zu realisieren. Grundlegende Steuerungsverfahren bezüglich des Wandeins von Energie mittels eines Mehrpegelenergiewandlers zwischen einer Gleich- Spannung und einer WEchselspannung sind dem Fachmann demEach of the transducer units preferably has two parallel only ¬ switched series circuits each with two switching elements. To the series circuits of the switching elements is Further, the converter unit capacitor connected in parallel. This makes it possible to design the circuit structure of a full bridge be ¬ züglich each transducer unit. Central terminals of the respective series circuits of the switching elements provide the converter unit terminals by means of which the connections to adjacent converter units can be made. As a result, a high degree of flexibility with regard to the control of the multi-level energy converter can be achieved. The switching elements are connected to the control unit, which controls the switching elements in a suitable manner to realize the desired conversion process. Basic control methods relating to the conversion of energy by means of a multi-level energy converter between a DC voltage and a AC voltage are known to those skilled in the art
Grunde nach bekannt, sodass auf eine detaillierte Darstellung des allgemeinen Wandlungsprinzips vorliegend verzichtet wird. Im Übrigen wird diesbezüglich auf eine Veröffentlichung von Lesnicar, A. und Marquardt, R. verwiesen, mit dem Titel „An innovative modular multi-level Converter topology for wide power ränge" veröffentlicht durch IEEE Power Tech Conference, Bologna, Italien, Juni 2003. Basically known, so that a detailed description of the general principle of conversion is omitted here. Incidentally, reference is made in this regard to a publication by Lesnicar, A. and Marquardt, R. entitled "An innovative modular multi-level converter topology for wide power ranks" published by the IEEE Power Tech Conference, Bologna, Italy, June 2003.
Der Wandlereinheitskondensator kann durch einen Folienkonden- sator, einen Keramikkondensator, aber auch durch einen für Frequenzanwendungen geeigneten Elektrolytkondensator oder dergleichen gebildet sein. Der Wandlereinheitskondensator kann natürlich auch durch eine Kombination von mehreren Einzelkondensatoren, insbesondere unterschiedlicher Art, wie zu- vor genannt, gebildet sein. The converter unit capacitor can be formed by a film capacitor, a ceramic capacitor, but also by an electrolytic capacitor suitable for frequency applications or the like. Of course, the converter unit capacitor can also be formed by a combination of a plurality of individual capacitors, in particular of a different type, as mentioned above.
Ein Schaltelement im Sinne dieser Offenbarung ist vorzugswei¬ se ein steuerbares elektronisches Schaltelement, beispiels¬ weise ein steuerbarer elektronischer Halbleiterschalter, bei- spielsweise ein Transistor, ein Thyristor, Kombinationsschal¬ tungen hiervon, vorzugsweise mit parallelgeschalteten Freilaufdioden, ein Gate-turn-of Thyristor (GTO) ein Isolated- Gate-Bipolar-Transistor (IGBT), Kombinationen hiervon oder dergleichen. Dem Grunde nach kann der Halbleiterschalter auch durch einen Metaloxide-Semiconductor-Feldeffekttransistor (MOSFET) gebildet sein. Vorzugsweise ist das Schaltelement durch die Steuereinheit steuerbar. A switching element for the purposes of this disclosure is vorzugswei ¬ se a controllable electronic switching element, example ¬, a controllable electronic semiconductor switches, examples play as a transistor, a thyristor combination scarf ¬ obligations thereof, preferably (with parallel-connected freewheeling diodes, a gate turn-of Thyristor GTO) an isolated gate bipolar transistor (IGBT), combinations thereof or like. Basically, the semiconductor switch may also be formed by a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET). Preferably, the switching element is controllable by the control unit.
Besonderes vorteilhaft kann die Erfindung im Bereich der Mit¬ telspannung Einsatz finden. Die Erfindung natürlich sowohl im Bereich der Niederspannung als auch im Bereich der Mitteloder Hochspannung eingesetzt werden. Als Niederspannung im Sinne der Erfindung ist insbesondere eine Definition gemäß der Richtlinie 2006/95/EG des europäischen Parlaments und des Rats vom 12.12.2006 zur Angleichung der Rechtsvorschriften der Mitgliedsstaaten elektrischer Betriebsmittel zur Verwendung innerhalb bestimmter Spannungsgrenzen zu verstehen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Spannungsbereich begrenzt, sondern kann besonders vorteilhaft benso im Bereich der Mittelspannung eingesetzt werden, der vorzugsweise einen Spannungsbereich größer als 1 kV bis einschließlich 52 kV umfassen kann. Particularly advantageous, the invention can be found in the ¬ With telspannung use. Of course, the invention can be used both in the field of low voltage and in the range of medium or high voltage. For the purposes of the invention, low-voltage means, in particular, a definition according to Directive 2006/95 / EC of the European Parliament and of the Council of 12.12.2006 on the approximation of the laws of the member states of electrical equipment for use within certain voltage limits. However, the invention is not limited to this voltage range, but can be used particularly advantageously benso in the range of medium voltage, which may preferably include a voltage range greater than 1 kV up to and including 52 kV.
Der Mehrpegelenergiewandler der Erfindung weist den ersten Wechselspannungsanschluss zum Anschließen an die jeweilige Wicklung des Trenntransformators auf, an die auch die mehre¬ ren, in Reihe geschalteten Wandlereinheiten zum Wandeln von elektrischer Energie mit jeweils einem The multi-level energy converter of the invention has the first AC voltage terminal for connection to the respective winding of the isolation transformer, to which also the several ¬ ren, connected in series converter units for converting electrical energy, each with a
Wandlereinheitskondensator als Wandlerschaltung angeschlossen sind. Gegenüber dem Mehrpegelenergiewandler des Stands der Technik liegt also bei der Erfindung auch am dem Anschluss, der im Stand der Technik ein Gleichspannungsanschluss ist, Wechselspannung an.  Transducer unit capacitor are connected as a converter circuit. Compared to the multi-level energy converter of the prior art, the invention thus also applies AC voltage to the terminal, which is a DC voltage terminal in the prior art.
Insgesamt nutzt die Erfindung eine Eigenschaft des Mehrpegel¬ energiewandlers, nämlich einerseits im Wesentlichen zwischen- kreislos betrieben werden zu können und andererseits unmit- telbar eine Wechselspannung in eine andere Wechselspannung wandeln zu können, ohne dass die Erzeugung einer Gleichspannung zwischengeschaltet werden müsste. Die Erfindung benötigt für die Realisierung einer Energiekoppeleinrichtung also neben einem einphasigen Trenntransformator lediglich noch zwei Mehrpegelenergiewandler gemäß der Erfindung, mittels denen eine Energiewandlung zwischen zwei Wechselspannungen, von denen eine auch mehrphasig sein kann, unmittelbar realisiert werden kann. Ein Gleichspannungszwischenkreis kann vollständig eingespart werden. Dieser kann als Hochfrequenztransformator, als Mittelfrequenztransforma¬ tor oder auch als Niederfrequenztransformator ausgebildet sein, je nach Anwendungsfall. Entsprechend sind die Mehrpe¬ gelenergiewandler und deren Betrieb angepasst ausgebildet. Dadurch können der Wirkungsgrad deutlich erhöht und/oder das Bauvolumen deutlich reduziert werden. Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass der Mehrpegelenergiewandler einen am ersten Anschluss angeschlossenen Zirkulationskondensator aufweist, und die Steuereinheit ein¬ gerichtet ist, einen Zirkulationsstrom durch die in Reihe geschalteten Wandlereinheiten des Mehrpegelenergiewandlers und gegebenenfalls den Zirkulationskondensator strömen zu lassen. Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, die Overall, the invention uses a property of the multi-level ¬ energy converter, namely on the one hand to be able to be operated essentially without intercommunication and on the other hand immediately to convert an AC voltage into another AC voltage without the generation of a DC voltage would have to be interposed. The invention thus requires for the realization of an energy coupling device in addition to a single-phase isolation transformer only two more energy level converter according to the invention, by means of which an energy conversion between two AC voltages, one of which may be multiphase, can be realized immediately. A DC voltage intermediate circuit can be completely saved. This can be designed as a high-frequency transformer, as Mittelfrequenztransforma ¬ tor or as a low-frequency transformer, depending on the application. Accordingly, the multi ¬ gelenergie converters and their operation are designed adapted. As a result, the efficiency can be significantly increased and / or the volume of construction can be significantly reduced. According to a further development it is proposed that the multi-level power converter having a connected to the first circulation connection capacitor, and the control unit a is directed ¬ to allow a circulating current through the series connected conversion units of the multi-level power converter and optionally flow through the circulation capacitor. By this configuration, it is possible to
Wandlereinheitskondensatoren in vorgebbarer Weise mit elektrischer Ladung zu versehen, so dass sie während des bestimmungsgemäßen Betriebs weniger beansprucht werden. Dies er- laubt es, die Wandlereinheitskondensatoren hinsichtlich ihres Kapazitätswertes kleiner zu wählen. Darüber hinaus kann bei einem dreiphasigen Betrieb an einem dreiphasigen Energieversorgungsnetz erreicht werden, dass Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Phasen während des Wandeins mittels des Mehrpe- gelenergiewandlers reduziert werden können. Insgesamt können dadurch der Aufwand für den Mehrpegelenergiewandler und auch seine Baugröße reduziert werden. Dies erweist sich als vor¬ teilhaft, weil insbesondere im Bereich der Mittelspannung und der Hochspannung geeignete Kondensatoren nur schwierig zu be- schaffen sind. Transducer unit capacitors in a predetermined manner to provide electrical charge, so that they are less stressed during normal operation. This makes it possible to choose the converter unit capacitors smaller in terms of their capacitance value. In addition, in the case of a three-phase operation on a three-phase power supply network, it is possible to reduce interactions between the individual phases during walling by means of the multi-energy converter. Overall, the effort for the multi-level energy converter and its size can be reduced. This proves to be before ¬ geous because suitable capacitors are creating difficult to loading in particular in the field of medium voltage and high voltage.
Der optionale Zirkulationskondensator wird vorzugsweise so gewählt, dass der Zirkulationsstrom in bestimmungsgemäßer Weise strömen kann. Er ist nicht mit einem Zwischenkreiskon- densator vergleichbar, zumal der Anschluss, an dem der Zirkulationskondensator angeschlossen ist, mit einer Wechselspannung beaufschlagt werden soll. Ein Zwischenkreiskondensator würde an dieser Stelle eine Funktionsstörung zur Folge haben. Infolgedessen ist ein Kapazitätswert des Zirkulationskondensators natürlich erheblich kleiner als der eines geeigneten Gleichspannungszwischenkreiskondensators . Sein Kapazitätswert ist vorzugsweise derart gewählt, dass sein Einfluss auf die Wechselspannung am ersten Anschluss gering, besonders bevorzugt vernachlässigbar, ist. The optional circulation condenser is preferably chosen so that the circulation flow in the intended Way can flow. It is not comparable with a DC link capacitor, especially since the connection to which the circulation capacitor is connected is to be supplied with an AC voltage. An intermediate circuit capacitor would result in a malfunction at this point. As a result, a capacitance value of the circulating capacitor is, of course, considerably smaller than that of a suitable DC intermediate capacitor. Its capacitance value is preferably chosen such that its influence on the AC voltage at the first terminal is low, particularly preferably negligible.
Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn der zweite Wech- selspannungsanschluss des Mehrpegelenergiewandlers als Drei- Phasen-Wechselspannungsanschluss ausgebildet ist. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass für jede Phase des zweiten Wechselspannungsanschlusses jeweils in Reihe ge¬ schaltete Wandlereinheiten wie zuvor beschrieben vorgesehen sind, die jeweils zueinander parallelgeschaltet sind. Die Wandlereinheiten werden von der Steuereinheit unter Berücksichtigung einer Phasenverschiebung zwischen den drei Wechselspannungen am zweiten Wechselspannungsanschluss gesteuert. Auf diese Weise kann einfach eine Anschlussmöglichkeit für ein dreiphasiges Energieversorgungsnetz bereitgestellt wer- den. It proves to be particularly advantageous if the second AC voltage connection of the multilevel energy converter is designed as a three-phase AC voltage connection. This can be achieved, for example, that ge ¬ switched converter units as previously described are provided for each phase of the second alternating voltage terminal respectively connected in series, which are respectively connected in parallel to each other. The converter units are controlled by the control unit taking into account a phase shift between the three AC voltages at the second AC terminal. In this way, it is easy to provide a connection possibility for a three-phase power supply network.
Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass der Mehrpegelenergiewandler für jede Phase eine eigene According to a development it is proposed that the multi-level energy converter for each phase has its own
Wandlerschaltung nach Art einer Reihenschaltung aus in Reihe geschalteten Wandlereinheiten aufweist. Diese Having a converter circuit in the manner of a series circuit of series-connected converter units. These
Wandlerschaltungen beziehungsweise Reihenschaltungen sind vorzugsweise parallelgeschaltet und stellen jeweilige Phasen¬ anschlüsse für die Wechselspannungen des dreiphasigen Energieversorgungsnetzes bereit. Converter circuits or series circuits are preferably connected in parallel and provide respective phase ¬ connections for the AC voltages of the three-phase power supply network ready.
Die in Reihe geschalteten Wandlereinheiten einer jeweiligen Reihenschaltung sind vorzugsweise am ersten Wechselspannungs¬ anschluss des Mehrpegelenergiewandlers angeschlossen. Damit kann eine unmittelbare Wandlung von Energie von einer Wechselspannungsseite zur anderen Wechselspannungsseite erreicht werden. Ein Gleichspannungszwischenkreis, wie er bei Einsatz von Wechselrichtern erforderlich ist, kann gänzlich einge- spart werden. Durch die unmittelbare Wandlung können darüber hinaus der Aufwand für die Energiekoppeleinrichtung insgesamt und somit auf das Bauvolumen weiter reduziert werden. The series-connected conversion units of a respective series circuit are preferably connected to the first AC ¬ terminal of the multi-level power converter. In order to An immediate conversion of energy from one AC side to the other AC side can be achieved. A DC intermediate circuit, as required when using inverters, can be completely eliminated. Due to the immediate conversion beyond the effort for the power coupling device and thus on the overall volume can be further reduced.
Vorzugsweise ist ein Mittelanschluss der in Reihe geschalte- ten Wandlereinheiten einer jeweiligen Reihenschaltung mit dem zweiten Wechselspannungsanschluss gekoppelt. Diese Ausgestal¬ tung sieht insbesondere vor, dass eine gerade Anzahl von Wandlereinheiten jeweils in Reihe geschaltet ist und der Mit¬ telanschluss an zwei unmittelbar miteinander verbundenen Wandlereinheiten angeschlossen ist. Vorzugsweise ist der Mittelanschluss nach der Hälfte der Anzahl der Wandlereinheiten in der Reihenschaltung vorgesehen. Preferably, a center terminal of the series-connected converter units of a respective series circuit is coupled to the second AC voltage terminal. This Ausgestal ¬ tung provides in particular that an even number of converter units connected in series, respectively and the By ¬ telanschluss is connected to two directly interconnected converters. Preferably, the center port is provided after half of the number of converter units in the series circuit.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die in Reihe geschalteten Wandlereinheiten im Bereich desAccording to a further embodiment, it is proposed that the series-connected converter units in the region of
Koppeins des zweiten Wechselspannungsanschlusses durch eine Reihenschaltung aus zwei Reihenschaltungsinduktivitäten ergänzt sind, deren Verbindung an den zweiten Wechselspannungs¬ anschluss angeschlossen ist. Die Koppeins the second AC voltage terminal are supplemented by a series circuit of two series circuit inductances whose connection is connected to the second AC voltage ¬ connection. The
Reihenschaltungsinduktivitäten sind bei dieser Ausgestaltung also vorzugsweise zwischen die Wandlereinheiten und den zwei¬ ten Wechselspannungsanschluss zwischengeschaltet, wobei sie einerseits den zweiten Anschluss an ihrem gemeinsamen Verbindungspunkt bereitstellen und andererseits zu den weiteren Wandlereinheiten der Reihenschaltung ergänzend in Reihe geschaltet sind. Vorzugsweise ist die Zwischenschaltung der Reihenschaltungsinduktivitäten ebenfalls im Bereich des Mittelanschlusses der Reihenschaltung der Wandlereinheiten vorgesehen . Series circuit of inductors, in this embodiment, thus, preferably interposed between the conversion units and the two ¬ th AC voltage connection, wherein they are provide on the one hand the second terminal at their common connection point and on the other hand connected to the other converter units of the series circuit additionally in series. Preferably, the interposition of the series circuit inductances is likewise provided in the region of the middle terminal of the series connection of the converter units.
Darüber hinaus wird verfahrensseitig vorgeschlagen, dass pa¬ rallel zu der ersten Wandlerschaltung die elektrische Energie mittels einer zweiten und einer dritten Wandlerschaltung ge- wandelt wird, wobei die Reihenschaltungen der It is also proposed methods other that pa rallel ¬ overall to the first converter circuit, the electrical energy by means of a second and a third converter circuit is converted, wherein the series circuits of
Wandlerschaltungen identisch zur ersten Wandlerschaltung ausgebildet sind und jeweils einen dritten und einen vierten An- schluss bereitstellen, wobei die Wandlereinheiten der  Converter circuits are formed identical to the first converter circuit and each provide a third and a fourth connection, wherein the converter units of the
Wandlerschaltung im Wechselspannungsbetrieb mittels der Steu¬ ereinheit derart gesteuert werden, dass mit den zweiten, dritten und vierten Anschlüssen ein dreiphasiger Wechselspannungsbetrieb erreicht wird. Dadurch ist es möglich, den Mehr¬ pegelenergiewandler mit geringem Aufwand für einen dreiphasi- gen Betrieb aufzurüsten. Hierbei zeigt sich der besondereConverter circuit in AC operation by means of STEU ¬ unit be controlled so that with the second, third and fourth terminals, a three-phase AC operation is achieved. This makes it possible to upgrade the multi ¬ level energy converter with little effort for a three-phase operation. This shows the special
Vorteil der Erfindung, dass nämlich für den dreiphasigen Betrieb ein aufwendiger Gleichspannungszwischenkreis dem Grunde nach vollständig eingespart werden kann. Vorzugsweise steuert die Steuereinheit die Wandlereinheiten der Wandlerschaltung derart, dass ein Zirkulationsstrom durch die Wandlereinheiten erzeugt wird. Dadurch ist es möglich, einen Energieausgleich bei den einzelnen Wandlereinheiten, und hier insbesondere bei den Wandlereinheitskondensatoren zu ermöglichen, so dass deren Kapazität und damit das Bauvolumen insgesamt reduziert werden kann. Bei gegebenen Kapazitäten kann demnach auch eine höhere Leistung gewandelt werden. Advantage of the invention that namely for the three-phase operation, a complex DC voltage intermediate circuit can be completely saved basically. Preferably, the control unit controls the converter units of the converter circuit such that a circulation current is generated by the converter units. This makes it possible to enable an energy balance in the individual converter units, and in particular in the converter unit capacitors, so that their capacity and thus the overall volume can be reduced. For given capacities, therefore, a higher power can be converted.
Insbesondere bei wenigstens zwei Wandlerschaltungen für einen Mehrpegelenergiewandler kann der Zirkulationsstrom durch entsprechendes Steuern der Schaltelemente der Wandlereinheiten der beiden Wandlerschaltungen realisiert werden. Dies ist natürlich auch bei mehr als zwei Wandlerschaltungen möglich. Darüber hinaus kann ergänzend der Zirkulationskondensator vorgesehen sein, insbesondere wenn lediglich eine einzige Wandlerschaltung vorgesehen ist. Mittels des Zirkulationskondensators kann dann der Zirkulationsstrom realisiert werden. Natürlich kann der Zirkulationskondensator auch bei mehreren Wandlerschaltungen vorgesehen sein, um die Flexibilität der Realisierung des Zirkulationsstromes zu verbessern. Er wird hinsichtlich der Kapazität derart gewählt, dass sein Einfluss auf die am ersten Anschluss anliegende Wechselspannung im We¬ sentlichen vernachlässigt werden kann. In particular, in at least two converter circuits for a multi-level energy converter, the circulation current can be realized by appropriately controlling the switching elements of the converter units of the two converter circuits. Of course, this is also possible with more than two converter circuits. In addition, the circulation capacitor may additionally be provided, in particular if only a single converter circuit is provided. By means of the circulation condenser, the circulation flow can then be realized. Of course, the circulation capacitor may also be provided in a plurality of converter circuits to improve the flexibility of the realization of the circulation current. He is chosen in terms of capacity such that its influence can be neglected in the We ¬ sentlichen on the voltage applied to the first terminal AC voltage.
Weitere Vorteile und Merkmale sind der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren zu entnehmen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile und Funktionen. Further advantages and features can be taken from the following description of exemplary embodiments with reference to the figures. In the figures, like reference numerals designate like components and functions.
Es zeigen: Show it:
FIG 1 ein schematisches Blockschaltbild für eine Energiekop¬ peleinrichtung des Stands der Technik, 1 shows a schematic block diagram for a Energiekop ¬ peleinrichtung of the prior art,
FIG 2 ein schematisches Blockschaltbild für eine Energiekop¬ peleinrichtung gemäß der Erfindung, 2 shows a schematic block diagram for a Energiekop ¬ peleinrichtung according to the invention,
FIG 3 ein schematisches Blockschaltbild für eine Energiekop¬ peleinrichtung gemäß FIG 2 mit einem Mehrpegelenergie¬ wandler, eine schematische Schaltbilddarstellung für eine Wandlereinheit für den Mehrpegelenergiewandler gemäß FIG 3, 3 shows a schematic block diagram for a Energiekop ¬ peleinrichtung according to FIG 2 with a multi-level energy ¬ converter, a schematic diagram representation for a converter unit for the multi-level power converter according to FIG 3,
FIG 5 in schematischer Darstellung zwei Diagramme, von denen das obere Diagramm einen Zeitausschnitt eines Stromes am zweiten Anschluss des Mehrpegelenergiewandlers und das untere Diagramm eine schematische Darstellung ei¬ ner Fouriertransformierten des im oberen Diagramm dargestellten Signals darstellt, 5 is a schematic representation of two diagrams, of which the upper diagram is a time excerpt of a current at the second terminal of the multi-level energy converter and the lower diagram is a schematic representation ei ¬ ner Fourierransformierten of the signal shown in the upper diagram,
FIG 6 schematisch zwei übereinander angeordnete Diagramme wie in FIG 5, jedoch für den ersten Wechselspannungs- anschluss des Mehrpegelenergiewandlers gemäß FIG 3, 6 shows schematically two superimposed diagrams as in FIG. 5, but for the first AC voltage connection of the multi-level energy converter according to FIG. 3, FIG.
FIG 7 drei übereinander angeordnete Diagramme in schemati¬ scher Darstellung, wobei das oberste Diagramm drei Phasen am zweiten Anschluss des Mehrpegelenergiewand- lers gemäß FIG 3, das mittlere Diagramm gemäß einem ersten Graphen die entsprechende Wechselspannung einer einzelnen Phase aus dem oberen Diagramm und überlagert hierzu gemäß einem zweiten Graphen den entsprechenden zugehörigen Strom, und das untere Diagramm Spannungen an den jeweiligen Wandlereinheitskondensatoren darstellt, in schematischer Darstellung ein Diagramm von am zwei- ten Anschluss des Mehrpegelenergiewandlers gemäß FIG 3 erzeugten Wechselspannungen für ein dreiphasiges Energieversorgungsnetz, zeitlich zugeordnet ein Diagramm in schematischer Dar- Stellung, bei dem entsprechende Phasenströme darge¬ stellt sind, die den erzeugten Wechselspannungen gemäß FIG 8 gegenüber gestellt sind, in schematischer Darstellung ein Diagramm mit einem Spannungsverlauf am ersten Anschluss zugeführten elektrischen Spannung vom Trenntransformator, in schematischer Darstellung eine überlagerte Darstellung entsprechend FIG 10, bei der der zugeführten Wechselspannung am ersten Anschluss des Mehrpegel¬ energiewandlers ein entsprechender Strom überlagert dargestellt ist, schematisch eine Gesamtdarstellung einer Energiekop- peleinrichtung gemäß der Erfindung für einen Simulationsaufbau, in schematischer Darstellung ein Diagramm für einen Spannungs- und einen Stromverlauf einer Phase an ei- nem von drei Phasenanschlüssen des zweiten Anschlusses des Mehrpegelenergiewandlers gemäß FIG 12, wobei für alle drei Phasen ein gleicher Leistungsfaktor vorliegt, FIG 14 in schematischer Darstellung zwei übereinander angeordnete und zeitlich zueinander zugeordnete Diagramme, in denen Wandlereinheitskondensatorspannungen eines ersten und eines zweiten Mehrpegelenergiewandlers gemäß FIG 12 dargestellt sind, FIG 7 three superposed diagrams in schemati ¬ shear representation, the uppermost diagram the three phases at the second terminal of the Mehrpegelenergiewand- According to FIG. 3, the middle diagram according to a first graph shows the corresponding alternating voltage of a single phase from the upper diagram and superimposes the corresponding associated current according to a second graph, and the lower diagram represents voltages at the respective converter unit capacitors, a diagram is shown schematically 3 generated alternating voltages for a three-phase power supply network, temporally associated with a diagram in a diagrammatic position, in which corresponding phase currents are Darge ¬ represents, which are compared to the generated AC voltages shown in FIG 8, in more schematic Representation of a diagram with a voltage waveform at the first terminal supplied electrical voltage from the isolation transformer, in a schematic representation of a superimposed view corresponding to FIG 10, wherein the supplied AC voltage at the first Connecting the multi-level ¬ energy converter, a corresponding current is illustrated superimposed schematically an overall view of an Energiekop- peleinrichtung according to the invention for a simulation setup, in schematic representation, a diagram of a voltage and a current waveform of a phase of egg nem of three phase terminals of the second port of the multi-level energy converter according to FIG. 12, wherein an equal power factor is present for all three phases, 14 is a schematic representation of two superimposed and temporally associated diagrams in which converter unit capacitor voltages of a first and a second multi-level energy converter shown in FIG 12,
FIG 15 und FIG 16 in schematischer Darstellung energiever- sorgungsnetzseitige dreiphasige Spannungsverläufe der beiden in FIG 12 dargestellten Mehrpegelenergiewand¬ ler, und Figures 15 and 16 a schematic representation of energy sorgungsnetzseitige three-phase voltage waveforms of the two shown in FIG multilevel energy wall ¬ ler 12, and
FIG 17 in schematischer Darstellung ein Spannungsverlauf der transformatorseitigen Wechselspannung der Mehrpegelenergiewandler gemäß FIG 12. 17 shows a schematic representation of a voltage curve of the transformer-side AC voltage of the multi-level energy converter according to FIG 12.
FIG 1 zeigt eine Energiekoppeleinrichtung 10 gemäß dem Stand der Technik, die zwei Energieversorgungsnetze 12, 14 mitei¬ nander koppelt. Die Energieversorgungsnetze 12, 14 sind mit¬ tels der Energiekoppeleinrichtung 10 galvanisch getrennt gekoppelt. Die Energiekoppeleinrichtung 10 erlaubt einen bidirektionalen Energiefluss . 1 shows an energy coupling device 10 according to the prior art, the two energy supply networks 12, 14 mitei ¬ coupled to each other. The power supply networks 12, 14 are coupled with ¬ means of energy coupling device 10 isolated. The energy coupling device 10 allows a bidirectional energy flow.
Die Energieversorgungsnetze 12, 14 sind jeweils dreiphasig mit einer Phasenspannung, das heißt, einer Effektivspannung von 400 V bei 50 Hz ausgelegt. An die Energieversorgungsnetze 12, 14 ist jeweils ein Wechselrichter 40 angeschlossen, der an einem Gleichspannungszwischenkreis 44 angeschlossen ist. An die jeweiligen Gleichspannungskreise 44 sind einphasige Mittelfrequenzwechselrichter 42 angeschlossen, die wechsels- pannungsseitig jeweils an Wicklungen 18, 20 eines Mittelfre- quenztrenntransformators 16 angeschlossen sind. Diese Ener¬ giekoppeleinrichtung 10 des Stands der Technik erfordert vier Wechselrichter 40, 42, um die energietechnische Kopplung der Energiekopplungseinrichtung 10 in bestimmungsgemäßer Weise darstellen zu können. Dabei zeigt es sich, dass neben dem hohen Aufwand auch der Wirkungsgrad gegenüber einer energie- technischen Kopplung mittels eines gewöhnlichen Trenntransformators bei Netzfrequenz erheblich reduziert ist. The power supply networks 12, 14 are each designed in three phases with a phase voltage, that is, an effective voltage of 400 V at 50 Hz. To the power supply networks 12, 14, an inverter 40 is connected in each case, which is connected to a DC voltage intermediate circuit 44. Single-phase medium-frequency inverters 42 are connected to the respective DC voltage circuits 44 and are connected to windings 18, 20 of a medium-frequency separating transformer 16 on the alternating voltage side. This Ener ¬ giekoppeleinrichtung 10 of the prior art requires four inverters 40, 42, to represent the energy-technical coupling of the energy-coupling device 10 in the intended manner. It turns out that in addition to the high cost and the efficiency compared to an energy technical coupling is significantly reduced by means of a conventional isolation transformer at mains frequency.
FIG 2 zeigt eine Energiekoppeleinrichtung 10 gemäß der Erfin- dung, bei der anstelle der vier Wechselrichter 40, 42 zwei Mehrpegelenergiewandler 22, 24 zum Einsatz kommen. Gegenüber Wechselrichtern 40, 42 haben Mehrpegelenergiewandler 22, 24 einen höheren Wirkungsgrad. Die Erfindung erlaubt es darüber hinaus, dadurch, dass die Mehrpegelenergiewandler 22, 24 an ihren beiden Anschlüssen im Wechselspannungsbetrieb betrieben werden, dass ein Gleichspannungszwischenkreis, wie der 2 shows an energy coupling device 10 according to the invention, in which instead of the four inverters 40, 42 two multi-level energy converters 22, 24 are used. Compared with inverters 40, 42 have multi-level energy converters 22, 24 a higher efficiency. The invention also makes it possible, in that the multi-level energy converters 22, 24 are operated at their two terminals in AC operation that a DC voltage intermediate circuit, such as
Gleichspannungszwischenkreis 44 gemäß FIG 1, eingespart wer¬ den kann. Der Trenntransformator 16 gemäß FIG 2 entspricht vorliegend dem Trenntransformator 16 gemäß FIG 1. DC voltage intermediate circuit 44 shown in FIG 1, saved ¬ who can. The isolating transformer 16 according to FIG. 2 corresponds in the present case to the isolating transformer 16 according to FIG.
FIG 3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild für die Mehrpe¬ gelenergiewandler 22, 24 gemäß FIG 2. Vorliegend ist vorgese¬ hen, dass die Mehrpegelenergiewandler 22, 24 identisch ausgebildet sind, jedoch kann in alternativen Ausgestaltungen vor- gesehen sein, dass es sich um unterschiedliche Mehrpegelenergiewandler handelt, beispielsweise wenn mittels des Trenn¬ transformators 16 zugleich eine Spannungswandlung bereitge¬ stellt wird. Der Mehrpegelenergiewandler 22, 24 gemäß FIG 3 weist Anschlüsse 34, 36 auf, an denen elektrische Energie zugeführt beziehungsweise abgeführt werden kann. Die elektrische Ener¬ gie wird mittels drei an dem ersten der beiden Anschlüsse 36 des Mehrpegelenergiewandlers 22, 24 angeschlossenen 3 shows a schematic block diagram for the Mehrpe ¬ gelenergiewandler 22, 24 according to FIG 2. In the present case is vorgese ¬ hen that the multi-level power converter 22, 24 are of identical construction, but can be seen upstream, in alternative embodiments, that it is different multi-level power converter acts, for example, if by means of the separation ¬ transformer 16 at the same time a voltage conversion bereitge ¬ provides is. The multi-level energy converter 22, 24 according to FIG. 3 has connections 34, 36, at which electrical energy can be supplied or removed. The electrical Ener ¬ energy is connected to the first of the two terminals 36 of the multi-level power converter 22, 24 by means of three
Wandlerschaltungen 38 gewandelt. Zu diesem Zweck weisen die Wandlerschaltungen 38 mehrere in Reihe geschaltete Converter circuits 38 converted. For this purpose, the converter circuits 38 have a plurality of series-connected
Wandlereinheiten 26 mit einem Wandlereinheitskondensator 48 auf (FIG 4) . Die Wandlerschaltungen 38 stellen Mittelanschlüsse bereit, die mit dem zweiten der Anschlüsse 34 gekop- pelt sind. Die Wandlerschaltungen 38 werden mittels einerConverter units 26 with a converter unit capacitor 48 (FIG 4). The converter circuits 38 provide center terminals coupled to the second of the terminals 34. The converter circuits 38 are connected by means of a
Steuereinheit 62, 64 (FIG 12) derart gesteuert, dass elektri¬ sche Energie gewandelt wird. Vorliegend ist vorgesehen, dass mittels der drei Wandlerschaltungen 38 am zweiten Anschluss 34 ein dreiphasiges Wechselspannungsnetz bereitgestellt wird. Control unit 62, 64 (FIG 12) is controlled so that electrical energy is converted ¬ cal. In the present case it is envisaged that By means of the three converter circuits 38 at the second terminal 34, a three-phase alternating voltage network is provided.
Die Steuereinheit steuert die Wandlereinheiten 26 ferner der- art, dass sowohl der erste als auch der zweite Anschluss 34, 36 im Wechselspannungsbetrieb betrieben werden. The control unit further controls the converter units 26 such that both the first and the second terminals 34, 36 are operated in AC operation.
Die Mehrpegelenergiewandler 22, 24 weisen jeweils einen ersten Wechselspannungsanschluss 36 zum Anschließen an die je- weilige Wicklung 18, 20 des Trenntransformators 16 und einen zweiten Wechselspannungsanschluss 34 zum Anschließen an das jeweilige Energieversorgungsnetz 12, 14 auf. Ein erster der Mehrpegelenergiewandler 22 koppelt elektrisch die erste Wicklung 18 mit dem ersten Energieversorgungsnetz 12. Der zweite der Mehrpegelenergiewandler 24 koppelt elektrisch die zweite Wicklung 20 mit dem zweiten Energieversorgungsnetz 14. Der zweite Wechselspannungsanschluss 34 des Mehrpegelenergiewand¬ lers 22, 24 ist jeweils als Drei-Phasen-Wechselspannungsan- schluss ausgebildet. Zu diesem Zweck werden drei entsprechen- de nicht bezeichnete Anschlüsse bereitgestellt (FIG 4) . The multilevel energy converters 22, 24 each have a first AC voltage connection 36 for connection to the respective winding 18, 20 of the isolation transformer 16 and a second AC voltage connection 34 for connection to the respective power supply network 12, 14. A first of the multi-level power converter 22 electrically couples the first winding 18 to the first power supply network 12. The second of the multi-level power converter 24 electrically couples the second winding 20 to the second power grid 14. The second alternating voltage terminal 34 of the multi-level energy wall ¬ coupler 22, 24 is in each case as three- Phase AC voltage connection formed. For this purpose, three corresponding non-designated connections are provided (FIG. 4).
Vorliegend ist vorgesehen, dass die Wandlerschaltungen 38 jeweils sechs Wandlereinheiten 26 aufweisen, die jeweils in einer Reihenschaltung geschaltet sind. Die Reihenschaltungen der Wandlerschaltungen 38 sind parallelgeschaltet und an den ersten Anschluss 36 der Mehrpegelenergiewandler 22, 24 angeschlossen . In the present case it is provided that the converter circuits 38 each have six converter units 26, which are each connected in a series circuit. The series circuits of the converter circuits 38 are connected in parallel and connected to the first terminal 36 of the multi-level energy converters 22, 24.
Die in Reihe geschalteten Wandlereinheiten 26 der The series connected converter units 26 of
Wandlerschaltungen 38 sind jeweils im Bereich des Koppeins des zweiten Wechselspannungsanschlusses 34 durch eine Reihen¬ schaltung aus zwei Reihenschaltungsinduktivitäten 28 ergänzt. Die Verbindung zwischen den beiden Converter circuits 38 are each supplemented in the region of the coupling of the second AC voltage terminal 34 by a series ¬ circuit of two series circuit inductances 28. The connection between the two
Reihenschaltungsinduktivitäten 28 ist an den zweiten Wech- selspannungsanschluss 34 beziehungsweise an die entsprechen¬ den Phasenanschlüsse angeschlossen. Vorliegend ist vorgese¬ hen, dass die jeweiligen Phasenanschlüsse über eine An- Schlussinduktivität 30 an die jeweiligen Verbindungen der Reihenschaltungsinduktivitäten 28 angeschlossen sind. Series circuit of inductors 28 is connected to the second alternating selspannungsanschluss 34 and to the corresponding ¬ the phase terminals. Present is vorgese ¬ hen that the respective phase terminals via a purchase Final inductance 30 are connected to the respective connections of the series circuit inductances 28.
FIG 4 zeigt eine schematische Schaltbilddarstellung einer der Wandlereinheiten 26. Vorliegend sind die Wandlereinheiten 26 identisch zueinander ausgebildet. Die Wandlereinheit 26 gemäß FIG 4 umfasst zwei parallelgeschaltete Reihenschaltungen aus IGBTs 50, zu denen parallel der Wandlereinheitskondensator 48 angeschlossen ist. Mittelpunkte der Reihenschaltungen der IGBTs 50 bilden Anschlüsse 52, 54 der Wandlereinheit 26. Mit¬ tels der Anschlüsse 52, 54 können die Wandlereinheiten 26 in Reihenschaltung verschaltet werden. Vorliegend ist vorgese¬ hen, dass die Wandlereinheiten 26 sämtlich identisch sind. In alternativen Ausführungsbeispielen können jedoch auch abwei- chende Wandlereinheiten vorgesehen sein, beispielsweise hinsichtlich des Wandlereinheitskondensators und/oder derglei¬ chen . FIG. 4 shows a schematic diagram of one of the converter units 26. In the present case, the converter units 26 are formed identically to one another. The converter unit 26 according to FIG. 4 comprises two parallel-connected series circuits of IGBTs 50, to which the converter unit capacitor 48 is connected in parallel. Midpoints of the series connections of the IGBTs 50 form connections 52, 54 of the converter unit 26. With ¬ means of the terminals 52, 54, the converter units 26 can be connected in series. Herein is vorgese ¬ hen that the transducer units 26 are all identical. However, deviating converter units can be provided in alternative embodiments, for example in terms of the conversion unit capacitor and / or derglei ¬ chen.
Aus FIG 3 ist ferner ersichtlich, dass der erste Anschluss 36 eine Anschlussinduktivität 32 aufweist. Diese dient zur bes¬ seren Anpassung des ersten Anschlusses 36 an den Trenntrans¬ formator 16. It can also be seen from FIG. 3 that the first connection 36 has a connection inductance 32. This serves to adapt bes ¬ sera of the first port 36 to the separation Trans ¬ formator sixteenth
FIG 12 zeigt schematisch einen Simulationsaufbau für eine Energiekoppeleinrichtung 10 gemäß der Erfindung. Die Energiekoppeleinrichtung 10 umfasst danach die zwei Mehrpegelenergiewandler 22, 24, deren erste Anschlüsse 26 an den Transformator 16 angeschlossen sind. Darüber hinaus sind die Mehrpe¬ gelenergiewandler 22, 24 über eine Anschlussleitung 66 an ein gemeinsames Taktsignal angeschlossen. Schließlich ist für je¬ den der Mehrpegelenergiewandler 22, 24 eine ihm zugeordnete Steuereinheit 62, 64 vorgesehen, die ebenfalls über die An¬ schlussleitung 66 an den jeweiligen Mehrpegelenergiewandler 22, 24 angeschlossen ist. FIG. 12 schematically shows a simulation setup for an energy coupling device 10 according to the invention. The energy coupling device 10 then comprises the two multi-level energy converters 22, 24 whose first terminals 26 are connected to the transformer 16. In addition, the multi ¬ gel energy converters 22, 24 are connected via a connecting line 66 to a common clock signal. Finally, for each ¬ the multi-level energy converter 22, 24 a associated control unit 62, 64 is provided, which is also connected via the An ¬ circuit line 66 to the respective multi-level energy converter 22, 24.
Am ersten Anschluss 36 des Mehrpegelenergiewandlers 22 ist ferner eine Messeinrichtung 68 angeschlossen, mittels der eine elektrische Spannung des ersten Anschlusses 36 erfasst werden kann. At the first terminal 36 of the multi-level energy converter 22, a measuring device 68 is further connected by means of an electrical voltage of the first terminal 36 can be detected.
Die zweiten Anschlüsse 34 der Mehrpegelenergiewandler 22, 24 sind über Entkoppelnetzwerke 76, 78 sowie Messblöcke 70,72 parallelgeschaltet und über einen weiteren Messblock 60 an eine dreiphasige Energiequelle 74 angeschlossen. The second terminals 34 of the multi-level energy converters 22, 24 are connected in parallel via decoupling networks 76, 78 and measuring blocks 70, 72 and are connected via a further measuring block 60 to a three-phase energy source 74.
In der vorliegenden Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Induktivität 32 einen Wert von 4,5 mH aufweist. Die An¬ schlussinduktivität 30 weist vorliegend eine Induktivität von 10 μΗ auf. Die Kapazität der Wandlereinheitskondensatoren 48 beträgt vorliegend 1,5 mF. Die Reihenschaltungsinduktivitäten 28 weisen vorliegend eine Induktivität von 0,8 μΗ auf. Für jede der drei Phasen ist eine Spannung im Spitze-Spitze-Wert von etwa 700 V vorgesehen. Die Frequenzen der Wechselspannung am zweiten Anschluss 34 betragen 50 Hz. Die Spitze-Spitze- Spannung der Wechselspannung am ersten Wechselspannungsan- schluss 36 der Mehrpegelenergiewandler 22, 24 beträgt vorlie- gend etwa 400 V. Die Frequenz der Wechselspannung am ersten Wechselspannungsanschluss 36 beträgt etwa 1000 Hz. In the present embodiment, it is provided that the inductance 32 has a value of 4.5 mH. At the ¬ schlussinduktivität 30 here has an inductance of 10 μΗ. The capacity of the converter unit capacitors 48 in the present case is 1.5 mF. The series circuit inductances 28 in the present case have an inductance of 0.8 μΗ. For each of the three phases, a voltage in the peak-to-peak value of about 700V is provided. The frequencies of the AC voltage at the second terminal 34 are 50 Hz. The peak-to-peak voltage of the AC voltage at the first AC voltage terminal 36 of the multi-level energy converters 22, 24 is about 400 V. The frequency of the AC voltage at the first AC voltage terminal 36 is about 1000 Hz.
Die vorgenannten Werte sind lediglich für das erläuternde Ausführungsbeispiel angegeben und können je nach Erfordernis beziehungsweise Anwendung in gewünschter Weise angepasst wer¬ den. Dem Grunde nach kann natürlich die Frequenz am ersten Anschluss 36 des Mehrpegelenergiewandlers 22, 24 auch niedri¬ ger als die Frequenz der Wechselspannung am zweiten Anschluss 34 sein. The above values are merely given for the illustrative embodiment and may vary according to need or application adapted in a desired manner ¬ the. Basically, of course, the frequency at the first terminal 36 of the multi-level power converter 22 also niedri 24 ¬ ger than the frequency of the alternating voltage at the second terminal 34 may be.
FIG 5 zeigt schematisch zwei übereinander angeordnete Dia¬ gramme, wobei in dem oberen Diagramm mittels eines Graphen ein Stromverlauf einer der Phasen am zweiten Wechselspannungsanschluss 34 dargestellt ist. Die Abszisse ist eine Zeitachse, in der die Zeit in s angegeben ist. Auf der Ordi¬ nate ist der Strom in A aufgetragen. Zu erkennen ist, dass mit dem im oberen Diagramm dargestellten Graphen ein Wechsel- ström mit einer Amplitude von etwa 40 A bei einer Frequenz von 50 Hz dargestellt ist. 5 shows schematically two superimposed slide ¬ programs, wherein in the upper diagram by means of a graph, a current course of the phases at the second alternating voltage terminal 34 is shown. The abscissa is a time axis in which the time is indicated in s. On the Ordi ¬ nate the current in A is plotted. It can be seen that the graph shown in the upper diagram shows an alternating Ström is shown with an amplitude of about 40 A at a frequency of 50 Hz.
Das untere Diagramm der FIG 5 stellt eine entsprechende The lower diagram of FIG. 5 represents a corresponding one
Fouriertransformierte des im oberen Diagramm dargestelltenFourier transform of the one shown in the upper diagram
Signalausschnitts dar. Entsprechend ist die Abszisse der Fre¬ quenz in Hz zugeordnet. Zu erkennen ist, dass bei 50 Hz ein großer Wert dargestellt ist, wohingegen Oberwellen sowie Sub¬ harmonische sehr klein ausfallen. Der im oberen Diagramm dar- gestellte Verlauf des Stromes ist somit in hoher Qualität si¬ nusförmig . Signal cut is accordingly. The abscissa of Fre ¬ frequency is assigned in Hz. It can be seen that at 50 Hz, a large value is shown, whereas harmonics and subharmonic harmonic are very small. The course of the current represented in the upper diagram is thus in a high quality si ¬ nusförmig.
FIG 6 zeigt zwei Diagramme, die übereinander geordnet wie bei FIG 5. Im oberen Diagramm ist mittels eines Graphen der FIG. 6 shows two diagrams which are arranged one above the other as in FIG. 5. In the upper diagram, by means of a graph, FIG
Stromfluss am ersten Anschluss 36 des Mehrpegelenergiewand¬ lers 22, 24 dargestellt. Entsprechend ist die Ordinate dem Strom gemessen in A zugeordnet, wohingegen die Abszisse eine Zeitachse ist, auf der die Zeit in s angegeben ist. Aus dem oberen Diagramm ergibt sich, dass der dort dargestellte Current flow at the first terminal 36 of the Mehrpegelenergiewand ¬ lers 22, 24 shown. Accordingly, the ordinate is assigned to the current measured in A, whereas the abscissa is a time axis on which the time is indicated in s. From the upper diagram it follows that the one shown there
Stromverlauf eine Amplitude von etwa 100 A bei einer Frequenz von 1 kHz aufweist. Current waveform has an amplitude of about 100 A at a frequency of 1 kHz.
Im unteren Diagramm der FIG 6 ist wieder die Fouriertransformierte des Signalausschnitts des oberen Diagramms darge- stellt. Entsprechend ist die Abszisse der Frequenz in Hz zu¬ geordnet. Zu erkennen ist aus der unteren Darstellung der FIG 6, dass die Fouriertransformierte bei der Betriebsfrequenz von 1 kHz ein sehr großer Ausschlag erfolgt. Ein diesbezüg¬ lich vernachlässigbarer Ausschlag ist lediglich noch bei 3000 Hz und noch geringer bei 500 Hz erkennbar. Dadurch ergibt sich, dass mittels des Mehrpegelenergiewandlers 22, 24 eine Wechselspannung mit hoher Qualität erzeugt werden kann, mit der der Trenntransformator 16 beaufschlagt wird. Die hohe Qualität der Wechselspannung erlaubt es, Verluste im Trenn- transformator 16 möglichst gering zu halten. In the lower diagram of FIG. 6, the Fourier transform of the signal section of the upper diagram is shown again. Accordingly, the abscissa of the frequency in Hz to ¬ ordered. It can be seen from the lower representation of FIG. 6 that the Fourier transform takes place at the operating frequency of 1 kHz, a very large rash. A diesbezüg ¬ Lich negligible rash is visible only at 3000 Hz and even lower at 500 Hz. This results in that by means of the multi-level energy converter 22, 24, an AC voltage with high quality can be generated, with which the isolation transformer 16 is applied. The high quality of the AC voltage makes it possible to keep losses in the isolation transformer 16 as low as possible.
FIG 7 zeigt drei übereinander dargestellte Diagramme, die den zweiten Anschluss 34 des Mehrpegelenergiewandlers 22 gemäß FIG 12 betreffen. Bei FIG 12 ist vorliegend vorgesehen, dass elektrische Energie vom Mehrpegelenergiewandler 22 über den Trenntransformator 16 zum Mehrpegelenergiewandler 24 gefördert wird. Die obere Darstellung der FIG 7 zeigt die elektri- sehen Spannungen der drei Phasen der am zweiten Wechselspannungsanschluss 34 des Mehrpegelenergiewandlers 22 zugeführten elektrischen Energie. Die Ordinate ist demzufolge der elekt¬ rischen Spannung in V zugeordnet, wohingegen die Abszisse eine Zeitachse ist, auf der die Zeit in s dargestellt ist. Zu erkennen ist, dass es sich um eine dreiphasige Wechselspan¬ nung handelt, bei der jede Phase eine Spannungsamplitude von etwa 230 V bei einer Frequenz von 50 Hz aufweist. Die drei Wechselspannungen sind jeweils um 120° verschoben. In der mittleren Darstellung der FIG 7 ist mittels eines Graphen 80 die elektrische Spannung einer einzelnen Phase des obigen Diagramms separiert mit einem zugehörigen Phasenstrom gemäß einem Graphen 82 dargestellt. Zu erkennen ist, dass die Amplitude des Phasenstroms etwa 40 A beträgt. Die Wechsel- Spannung und der Wechselstrom sind in der Phase gleich. Die Zeitachse entspricht der Zeitachse der oberen Darstellung. FIG. 7 shows three diagrams which are shown one above the other and which show the second connection 34 of the multi-level energy converter 22 according to FIG FIG 12 relate. In FIG. 12, provision is made here for electrical energy to be conveyed from the multi-level energy converter 22 via the isolating transformer 16 to the multi-level energy converter 24. The upper illustration of FIG. 7 shows the electrical voltages of the three phases of the electrical energy supplied at the second AC voltage terminal 34 of the multi-level energy converter 22. The ordinate is hence the elekt ¬ step voltage in V assigned, whereas the abscissa is a time axis, on which the time is illustrated in s. It can be seen that it is a three-phase AC voltage clamping ¬, wherein each phase has a voltage amplitude of about 230 V at a frequency of 50 Hz. The three AC voltages are each shifted by 120 °. In the middle illustration of FIG. 7, the voltage of a single phase of the above diagram separated by an associated phase current according to a graph 82 is shown by means of a graph 80. It can be seen that the amplitude of the phase current is about 40 A. The alternating voltage and the alternating current are equal in phase. The time axis corresponds to the time axis of the upper representation.
In der unteren Darstellung gemäß FIG 7 ist ein weiteres Diagramm mit einer ebensolchen Zeitachse wie die beiden oberen Diagramme dargestellt. In diesem Diagramm ist der Spannungs¬ verlauf an einem der Wandlereinheitskondensatoren 26 dargestellt. Entsprechend ist die Ordinate der elektrischen Span¬ nung in V zugeordnet. Vorliegend ist für jede der Phasen je¬ weils einer der Wandlereinheitskondensatoren 48 hinsichtlich seiner Spannung exemplarisch dargestellt. Zu erkennen ist, dass die Spannung an den Wandlereinheitskondensatoren 48 im Rhythmus der Wechselspannung an den Phasenanschlüssen des zweiten Wechselspannungsanschlusses 34 schwankt. Zugleich ist ein Rippel überlagert, der vorliegend durch die Wechselspan- nung am ersten Wechselspannungsanschluss 36 aufgrund der Ein¬ wirkung des entsprechenden Wechselstromes überlagert ist. Entsprechend weist der Rippel eine Frequenz von 1 kHz auf. FIG 8 zeigt schematisch ein Diagramm mit der am zweiten Wech- selspannungsanschluss 34 des Mehrpegelenergiewandlers 24 be¬ reitgestellten elektrischen Wechselspannung, die hier ebenfalls dreiphasig ist. In dem Diagramm der FIG 8 ist deshalb die Abszisse eine Zeitachse, bei der die Zeit in s darge¬ stellt ist und die Ordinate eine Spannungsachse, bei der die elektrische Spannung in V angegeben ist. Zu erkennen ist, dass die bereitgestellte Wechselspannung eine mittlere Span¬ nungsamplitude von etwa 500 V bei einer Frequenz von 50 Hz aufweist. Auch hier werden drei Phasen erzeugt, die gegenei¬ nander um etwa 120° verschoben sind. Aus der Darstellung gemäß FIG 8 ist ferner ersichtlich, dass jede der Spannungen an den Phasenanschlüssen durch einen hochfrequenten Rippel überlagert ist. Dieser Rippel weist die Frequenz von 1 kHz auf, die sich aufgrund der Energieübertragung vom Mehrpegelenergiewandler 22 über den Trenntransformator 16 zum Mehrpegelenergiewandler 24 ergibt. Falls erforderlich, können ergänzend Filtermaßnahmen vorgesehen sein, um den Rippel zu dämpfen . In the lower illustration according to FIG. 7, a further diagram with a time axis of the same type as the two upper diagrams is shown. In this diagram, the voltage ¬ course is shown on one of the converter unit capacitors 26. Accordingly, the ordinate of the electrical voltage is assigned in V. Is present per ¬ weils one of the transducer unit capacitors 48 exemplified in terms of its voltage for each of the phases. It can be seen that the voltage across the converter unit capacitors 48 fluctuates in the rhythm of the AC voltage at the phase terminals of the second AC voltage terminal 34. At the same time, a ripple is superimposed on the voltage present at the Wechselspan- by the first AC voltage terminal 36 due to the effect of the A ¬ corresponding alternating current is superimposed. Accordingly, the ripple has a frequency of 1 kHz. FIG 8 schematically shows a diagram of the second alternating selspannungsanschluss 34 of the multi-level power converter 24 be ¬ riding detected electrical alternating voltage, which is also three-phase here. Therefore, in the diagram of FIG 8, the abscissa is a time axis, wherein said time is in Darge s ¬ represents a voltage, and the ordinate axis, wherein the electric voltage in V is shown. It can be seen that the supplied AC voltage having a central clamping ¬ voltage amplitude of about 500 V at a frequency of 50 Hz. Here, too, the three phases are generated, which are shifted gegenei ¬ Nander by about 120 °. From the illustration according to FIG. 8, it can also be seen that each of the voltages at the phase connections is superimposed by a high-frequency ripple. This ripple has the frequency of 1 kHz, which results due to the energy transfer from the multi-level energy converter 22 via the isolation transformer 16 to the multi-level energy converter 24. If necessary, additional filtering measures can be provided to dampen the ripples.
FIG 9 zeigt in zeitlich entsprechender Darstellung zur FIG 8 Stromverläufe der jeweiligen in FIG 8 dargestellten elektrischen Phasenspannungen. Das Diagramm gemäß FIG 9 weist deshalb als Abszisse die Zeitachse wie FIG 8 auf, wohingegen die Ordinate dem elektrischen Strom der jeweiligen Phase in A zugeordnet ist. Zu erkennen ist, dass der Stromverlauf jeder der drei Phasen der Sinusform im Wesentlichen entspricht und zwischen den Wechselspannungen an den Phasenanschlüssen und den zugeordneten Wechselströmen im Wesentlichen keine Phasen- Verschiebung vorliegt. FIG. 9 shows current waveforms of the respective electrical phase voltages shown in FIG. 8 in a timely representation corresponding to FIG. The diagram according to FIG. 9 therefore has the time axis as abscissa as in FIG. 8, whereas the ordinate is assigned to the electric current of the respective phase in A. It can be seen that the current profile of each of the three phases substantially corresponds to the sinusoidal shape and there is substantially no phase shift between the alternating voltages at the phase connections and the associated alternating currents.
In der FIG 10 ist ein Spannungsverlauf des ersten Anschlusses 36 des Mehrpegelenergiewandlers 24 dargestellt, wobei die Abszisse wieder eine Zeitachse mit der Zeit in s und die Or- dinate eine Spannungsachse mit einer elektrischen Spannung in V zugeordnet ist. Zu erkennen ist, dass eine Wechselspannung von etwa 450 V in der Amplitude und 1 kHz in der Frequenz vorliegt . FIG 11 zeigt ein weiteres Diagramm wie FIG 10, bei dem jedoch einem Graphen 84 bezüglich der elektrischen Spannung, wie sie in FIG 10 dargestellt ist, ein entsprechender zugehöriger elektrischer Strom überlagert mit einem zweiten Graphen 86 dargestellt ist. Zu erkennen ist, dass der elektrische Strom gegenphasig zur elektrischen Spannung ist und eine Amplitude von etwa 80 A aufweist. FIG 13 zeigt in einer oberen Darstellung mittels eines Gra¬ phen 88 eine Phasenspannung und mittels eines Graphen 90 einen Phasenstrom einer der Phasen am zweiten elektrischen Anschluss 34 des Mehrpegelenergiewandlers 22, 24 bei Wechsel der Energieflussrichtung und bei einheitlichem Leistungsfak- tor. Eine entsprechend zugeordnete Darstellung der Spannungen an den Wandlereinheitskondensatoren 48 findet sich in FIG 14. In FIG 14 sind zwei Diagramme übereinander angeordnet, die identische Zeitachsen als Abszisse und Spannungsachsen als Ordinate aufweisen. Die Zeit ist in s und die Spannung in V angegeben. Die obere der beiden Darstellungen ist den FIG. 10 shows a voltage curve of the first terminal 36 of the multi-level energy converter 24, the abscissa again being assigned a time axis with time in s and the ordinate a voltage axis having an electrical voltage in V. It can be seen that there is an AC voltage of about 450 V in amplitude and 1 kHz in frequency. FIG. 11 shows a further diagram as in FIG. 10, in which, however, a graph 84 relating to the electrical voltage, as shown in FIG. 10, shows a corresponding associated electrical current superposed with a second graph 86. It can be seen that the electrical current is in opposite phase to the electrical voltage and has an amplitude of about 80 A. FIG 13 shows in a top view by means of a Gra ¬ phen 88 is a phase voltage and by means of a graph 90 a phase current of the phases at the second electrical terminal 34 of the multi-level power converter 22, 24 tor for changing the direction of energy flow and a uniform power factors. A correspondingly assigned representation of the voltages on the converter unit capacitors 48 can be found in FIG. 14. In FIG. 14, two diagrams are arranged one above the other, having identical time axes as abscissa and voltage axes as ordinate. The time is given in s and the voltage in V. The upper of the two representations is the
Wandlereinheitskondensatoren 48 des Mehrpegelenergiewandlers 22 und die untere der beiden Darstellungen den  Converter unit capacitors 48 of the multi-level energy converter 22 and the lower of the two representations the
Wandlereinheitskondensatoren 48 des Mehrpegelenergiewandlers 24 zugeordnet. Zu erkennen ist, dass bei etwa 0,27 s ein Richtungswechsel des Energieflusses erfolgt. Im Bereich von 0,2 s bis 0,27 s erfolgt der Energiefluss vom Mehrpegelenergiewandler 22 zum Mehrpegelenergiewandler 27. Danach, das heißt, ab etwa 0,27 s, kehrt sich die Energieflussrichtung um. Transducer unit capacitors 48 of the multi-level energy converter 24 assigned. It can be seen that at about 0.27 s a change of direction of the energy flow takes place. In the range of 0.2 s to 0.27 s, the energy flow from the multi-level energy converter 22 to the multi-level energy converter 27. Then, that is, from about 0.27 s, the energy flow direction is reversed.
In den FIG 15 und 16 sind die Spannungsverläufe der drei Pha¬ sen des zweiten Wechselspannungsanschlusses 34 der beiden Mehrpegelenergiewandler 24, 26 jeweils in einem Diagramm dargestellt. In den FIG 15 und 16 ist jeweils die Abszisse eine Zeitachse, in der die Zeit in s angegeben ist. Die Ordinate ist in den beiden Figuren jeweils der Spannung zugeordnet, die dort in V angegeben ist. FIG 15 ist dabei dem Mehrpegel¬ energiewandler 22 zugeordnet, wohingegen FIG 16 den Mehrpe- gelenergiewandler 24 zugeordnet ist. Die Zeitachsen sind ferner den Zeitachsen der FIG 13 und 14 zugeordnet. Zu erkennen ist, dass im Bereich von 0,27 s ein Energieflusswechsel er¬ folgt . In FIGS 15 and 16, the voltage waveforms of the three Pha ¬ sen of the second alternating voltage terminal 34 of the two multi-level power converter 24, 26 respectively shown in a graph shown. In FIGS. 15 and 16, the abscissa is a time axis in which the time is indicated in s. The ordinate is assigned in the two figures in each case to the voltage which is indicated there in V. FIG 15 is associated with it the multilevel ¬ energy converter 22, whereas Figure 16 shows the Mehrpe- gelenergie converter 24 is assigned. The time axes are also assigned to the time axes of FIGS. 13 and 14. It can be seen that s an energy flow change it ¬ follows in the range of 0.27.
FIG 17 zeigt einen Spannungsverlauf am ersten Wechselspan- nungsanschluss 36, wie er sowohl beim Mehrpegelenergiewandler 22 als auch beim Mehrpegelenergiewandler 24 auftritt. Die Abszisse ist wieder eine Zeitachse, auf der die Zeit in s dargestellt ist, wohingegen die Ordinate eine Spannungsachse ist, auf der die Spannung in V dargestellt ist. Zu erkennen ist, dass die Wechselspannung eine Frequenz von 1 kHz aufweist und eine Amplitude von etwa 600 V. Die Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend. Natürlich können Funktionen insbesondere auch Ausgestaltungen in Bezug auf die Mehrpegelenergiewandler sowie die Wandlereinheiten beliebig gestaltet sein, ohne den Gedanken der Erfindung zu verlassen. 17 shows a voltage curve at the first AC voltage connection 36, as occurs both in the multi-level energy converter 22 and in the multi-level energy converter 24. The abscissa is again a time axis on which the time is shown in s, whereas the ordinate is a voltage axis on which the voltage in V is shown. It can be seen that the AC voltage has a frequency of 1 kHz and an amplitude of about 600 V. The embodiments are only illustrative of the invention and are not limiting for these. Of course, functions in particular embodiments in relation to the multi-level energy converter and the converter units can be designed arbitrarily, without departing from the spirit of the invention.
Schließlich ist anzumerken, dass die für die erfindungsgemäße Einrichtung beschriebenen Vorteile und Merkmale sowie Ausführungsformen gleichermaßen für das entsprechende Verfahren gelten und umgekehrt. Folglich können für Vorrichtungsmerkma¬ le entsprechende Verfahrensmerkmale und umgekehrt vorgesehen sein . Finally, it should be noted that the advantages and features and embodiments described for the device according to the invention apply equally to the corresponding method and vice versa. Consequently, corresponding device features and vice versa can be provided for device features .

Claims

Patentansprüche claims
1. Mehrpegelenergiewandler (22, 24) zum Wandeln von elektrischer Energie, mit einem Anschluss (34, 36) zum Zuführen von zu wandelnder elektrischer Energie und einem anderen Anschluss (34, 36) zum Abgeben der gewandelten elektrischen Energie, wobei der Mehrpegelenergiewandler (22, 24) eine erste Wandlerschaltung (38) aufweist, die an einem ersten der beiden der Anschlüsse (36) des Mehrpegelenergiewandlers (22, 24) angeschlossen ist und die mehrere in Reihe geschaltete Wandlereinheiten (26) mit einem Wandlereinheitskondensator (48) umfasst und die einen mit dem zweiten der Anschlüsse (34) gekoppelten Mittelanschluss bereitstellt, wobei die Wandlerschaltung (38) zum Steuern an eine Steuereinheit ange- schlössen ist, um die elektrische Energie zu wandeln, A multi-level energy converter (22, 24) for converting electrical energy, having a terminal (34, 36) for supplying electrical energy to be converted and another terminal (34, 36) for delivering the converted electrical energy, wherein the multi-level energy converter (22 24) comprises a first converter circuit (38) connected to a first one of the two terminals (36) of the multi-level energy converter (22, 24) and comprising a plurality of series connected converter units (26) with a converter unit capacitor (48); providing a center port coupled to the second of the ports (34), the converter circuit (38) being connected to a control unit for control to convert the electrical energy,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Steuereinheit die Wandlereinheiten (26) zum Betrei¬ ben sowohl des ersten als auch des zweiten Anschlusses (34, 36) im Wechselspannungsbetrieb steuert. that the control unit controls the converter units (26) for Operator Op ¬ ben both the first and the second terminal (34, 36) in AC operation.
2. Mehrpegelenergiewandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrpegelenergiewandler (22, 24) einen am ersten Wechselspannungsanschluss (36) angeschlossenen Zirku¬ lationskondensator aufweist, und die Steuereinheit eingerich- tet ist, einen Zirkulationsstrom durch die in Reihe geschalteten Wandlereinheiten (26) des Mehrpegelenergiewandlers (22, 24) und den Zirkulationskondensator strömen zu lassen. 2. Multi-level energy converter according to claim 1, characterized in that the multi-level energy converter (22, 24) has a first AC voltage connection (36) connected Zung ¬ lationskondensator, and the control unit is set up is a circulation current through the series-connected converter units (26). of the multi-level energy converter (22, 24) and the circulating capacitor.
3. Mehrpegelenergiewandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Anschluss (34) des Mehrpegel¬ energiewandlers (22, 24) als Drei-Phasen- Wechselspannungsanschluss ausgebildet ist. 3. Multi-level energy converter according to claim 1 or 2, characterized in that the second terminal (34) of the multi-level ¬ energy converter (22, 24) is designed as a three-phase AC voltage connection.
4. Mehrpegelenergiewandler nach Anspruch 3, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Mehrpegelenergiewandler (22, 24) für jede4. Multi-level energy converter according to claim 3, characterized in that the multi-level energy converter (22, 24) for each
Phase eine eigene Wandlerschaltung mit jeweils einer Reihenschaltung aus in Reihe geschalteten Wandlereinheiten (26) aufweist . Phase has its own converter circuit, each having a series circuit of series-connected converter units (26).
5. Mehrpegelenergiewandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in Reihe geschalteten 5. Multi-level energy converter according to one of claims 1 to 4, characterized in that the series-connected
Wandlereinheiten (26) am ersten Anschluss (36) des Mehrpegel- energiewandlers (22, 24) angeschlossen sind. Converter units (26) at the first terminal (36) of the multi-level energy converter (22, 24) are connected.
6. Mehrpegelenergiewandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittelanschluss der in Reihe geschalteten Wandlereinheiten (26) mit dem zweiten Anschluss (34) gekoppelt ist. 6. Multi-level energy converter according to one of claims 1 to 5, characterized in that a center terminal of the series-connected converter units (26) is coupled to the second terminal (34).
7. Mehrpegelenergiewandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die in Reihe geschalteten Wandlereinheiten (26) im Bereich des Koppeins des zweiten Anschlusses (34) durch eine Reihenschaltung aus zwei 7. Multi-level energy converter according to claim 6, characterized in that the series-connected converter units (26) in the region of the Koppeins of the second terminal (34) by a series circuit of two
Reihenschaltungsinduktivitäten (28) ergänzt ist, deren Verbindung an den zweiten Anschluss (34) angeschlossen ist.  Series connection inductances (28) is added, the connection to the second terminal (34) is connected.
8. Energiekoppeleinrichtung (10) zum galvanisch getrennten Koppeln eines ersten Energieversorgungsnetzes (12) mit einem zweiten Energieversorgungsnetz (14), mit einem Trenntransformator (16) mit zwei magnetisch gekoppelten und galvanisch getrennten Wicklungen (18, 20), wobei eine erste der Wicklungen (18) des Trenntransformators (16) mit dem ersten Energiever- sorgungsnetz (12) elektrisch gekoppelt ist und die zweite der Wicklungen (20) des Trenntransformators (16) mit dem zweiten Energieversorgungsnetz (14) elektrisch gekoppelt ist, gekennzeichnet durch 8. Energy coupling device (10) for electrically isolated coupling of a first power supply network (12) with a second power supply network (14), with an isolating transformer (16) with two magnetically coupled and galvanically isolated windings (18, 20), wherein a first of the windings ( 18) of the isolating transformer (16) is electrically coupled to the first power supply network (12) and the second of the windings (20) of the isolating transformer (16) is electrically coupled to the second power grid (14), characterized by
zwei Mehrpegelenergiewandler (22, 24) nach einem der vorher- gehenden Ansprüche, wobei die Mehrpegelenergiewandler (22, 24) jeweils einen ersten Wechselspannungsanschluss (36) zum Anschließen an die jeweilige Wicklung (18, 20) des Trenntransformators (16) und einen zweiten Wechselspannungsanschluss (34) zum Anschließen an das jeweilige Energieversor- gungsnetz (12, 14) aufweisen, wobei ein erster der Mehrpegelenergiewandler (22) die erste Wicklung (18) mit dem ersten Energieversorgungsnetz (12) elektrisch koppelt und der zweite der Mehrpegelenergiewandler (24) die zweite Wicklung (20) mit dem zweiten Energieversorgungsnetz (14) elektrisch koppelt. Two multi-level energy converters (22, 24) according to one of the preceding claims, wherein the multi-level energy converters (22, 24) each have a first AC voltage terminal (36) for connection to the respective winding (18, 20) of the isolation transformer (16) and a second AC voltage terminal (34) for connection to the respective power supply network (12, 14), wherein a first of the multi-level energy converter (22) electrically couples the first winding (18) to the first power supply network (12) and the second the multi-level energy converter (24) electrically couples the second winding (20) to the second power grid (14).
9. Verfahren zum Wandeln von elektrischer Energie mittels eines Mehrpegelenergiewandlers (22, 24), bei dem die an einem Anschluss (34, 36) zugeführte elektrische Energie gewandelt und an einem anderen Anschluss (34, 36) abgegeben wird, wobei die elektrische Energie mittels wenigstens einer ersten an einem ersten der beiden der Anschlüsse (36) des Mehrpegel- energiewandlers (22, 24) angeschlossenen Wandlerschaltung (38) gewandelt wird, zu welchem Zweck die Wandlerschaltung (38) mehrere in Reihe geschaltete Wandlereinheiten (26) mit einem Wandlereinheitskondensator (48) umfasst und einen mit dem zweiten der Anschlüsse (34) gekoppelten Mittelanschluss bereitstellt, wobei die Wandlerschaltung (38) mittels einer Steuereinheit gesteuert wird, um die elektrischen Energie zu wandeln, 9. A method for converting electrical energy by means of a multi-level energy converter (22, 24) in which the at one terminal (34, 36) supplied electrical energy is converted and discharged at another terminal (34, 36), wherein the electrical energy means at least a first one of the two of the terminals (36) of the multilevel energy converter (22, 24) connected converter circuit (38) is converted, for which purpose the converter circuit (38) a plurality of series-connected converter units (26) with a converter unit capacitor ( 48) and providing a center port coupled to the second of the ports (34), the converter circuit (38) being controlled by a controller to convert the electrical energy,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Steuereinheit die Wandlereinheiten (26) derart steu- ert, dass sowohl der erste als auch der zweite Anschluss (34, 36) im Wechselspannungsbetrieb betrieben werden. the control unit controls the converter units (26) in such a way that both the first and the second connection (34, 36) are operated in AC operation.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu der ersten Wandlerschaltung (38) die elektrische Energie mittels einer zweiten und einer dritten 10. The method according to claim 9, characterized in that parallel to the first converter circuit (38), the electrical energy by means of a second and a third
Wandlerschaltung (38) gewandelt wird, wobei Reihenschaltungen der Wandlerschaltungen (38) identisch zur ersten  Converter circuit (38) is converted, wherein series circuits of the converter circuits (38) identical to the first
Wandlerschaltung (38) ausgebildet sind und jeweils einen dritten und einen vierten Anschluss bereitstellen, wobei die Wandlereinheiten (26) der Wandlerschaltungen (38) im Wechselspannungsbetrieb mittels der Steuereinheit derart gesteu¬ ert werden, dass mit den zweiten, dritten und vierten Anschlüssen ein dreiphasiger Wechselspannungsbetrieb erreicht wird . Converter circuit (38) are formed and each provide a third and a fourth connection, wherein the converter units (26) of the converter circuits (38) in AC operation by means of the control unit are so gesteu ¬ ert that with the second, third and fourth terminals, a three-phase AC operation is reached.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit die Wandlereinheiten (26) der Wandlerschaltung (38) derart steuert, dass ein Zirkulations¬ strom durch die Wandlereinheiten (26) erzeugt wird. 11. The method according to claim 9 or 10, characterized in that the control unit, the converter units (26) of the Converter circuit (38) controls such that a circulation ¬ stream is generated by the converter units (26).
PCT/EP2015/071456 2014-09-30 2015-09-18 Modular multi-level cycloconverter with a variable single-phase frequency output WO2016050533A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014219788.0 2014-09-30
DE102014219788.0A DE102014219788A1 (en) 2014-09-30 2014-09-30 Modular multilevel direct converter with single-phase variable frequency output

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016050533A1 true WO2016050533A1 (en) 2016-04-07

Family

ID=54249441

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2015/071456 WO2016050533A1 (en) 2014-09-30 2015-09-18 Modular multi-level cycloconverter with a variable single-phase frequency output

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102014219788A1 (en)
WO (1) WO2016050533A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3067875B1 (en) * 2017-06-20 2019-07-19 Latelec METHOD AND ARCHITECTURE OF ELECTRICAL POWER SUPPLY OF HOUSEHOLD NETWORK

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2458725A1 (en) * 2010-11-30 2012-05-30 ABB Research Ltd. Electric energy conversion system and method for operating same
US20130201733A1 (en) * 2011-12-22 2013-08-08 Deepakraj M. Divan Isolated dynamic current converters

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10217889A1 (en) * 2002-04-22 2003-11-13 Siemens Ag Power supply with a direct converter
CN101548461B (en) * 2006-12-08 2012-12-12 西门子公司 Semiconductor protective elements for controlling short-circuits at the DC end of voltage source converters

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2458725A1 (en) * 2010-11-30 2012-05-30 ABB Research Ltd. Electric energy conversion system and method for operating same
US20130201733A1 (en) * 2011-12-22 2013-08-08 Deepakraj M. Divan Isolated dynamic current converters

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MANJREKAR M D ET AL: "Power electronic transformers for utility applications", INDUSTRY APPLICATIONS CONFERENCE, 2000. CONFERENCE RECORD OF THE 2000 IEEE 8-12 OCTOBER 2000, PISCATAWAY, NJ, USA,IEEE, vol. 4, 8 October 2000 (2000-10-08), pages 2496 - 2502, XP010522605, ISBN: 978-0-7803-6401-1 *
NAKANISHI TOSHIKI ET AL: "Evaluation of control methods for isolated three-phase AC-DC converter using modular multilevel converter topology", 2013 IEEE ECCE ASIA DOWNUNDER, IEEE, 3 June 2013 (2013-06-03), pages 52 - 58, XP032475438, ISBN: 978-1-4799-0483-9, [retrieved on 20130813], DOI: 10.1109/ECCE-ASIA.2013.6579073 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102014219788A1 (en) 2016-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3172823B1 (en) Dc-to-dc converter comprising a transformer
EP2580858B1 (en) Circuit topology for a phase connection of an inverter
EP3868010A1 (en) Multiphase converter topology for multiphase and single-phase operation
DE102012101156A1 (en) Network feed device, energy supply system and method for operating a network feed device
EP2346150A1 (en) Modular power supply assembly, in particular for polysilicon production reactors
EP2845288B1 (en) On- or off-coupling of power in a branch at a node of a dc network by a voltage source connected in series
EP2586646B1 (en) Electrical power supply assembly for drive units, for operating a rail vehicle on electrical supply networks
DE3415145A1 (en) INVERTER
EP3361617A1 (en) Rectifier circuit for an electrolysis plant
DE102012107122A1 (en) Inverter circuit for use in e.g. single-phase inverter to convert electrical energy of photovoltaic generator into alternating current power supply, has controller clocking switches of inverter sub circuits to form alternating current
EP2421135B1 (en) Transformerless inverter with step-down-converter
EP2992595A1 (en) Converter assembly having multi-step converters connected in parallel and method for controlling said multi-step converters
EP2845303A1 (en) Power converter and operating method for converting voltages
DE102013102433A1 (en) Inverter i.e. solar inverter, for feeding electrical power from photovoltaic generator into AC network, has interface circuitry activated to apply direct voltage to series arrangement, and converter operated in frequency within preset range
EP3826159B1 (en) Device for efficient network-independent intermediate circuit processing
DE4344709C2 (en) Process for converting DC or AC voltages of different sizes into an arbitrarily specified voltage
WO2016050533A1 (en) Modular multi-level cycloconverter with a variable single-phase frequency output
AT12748U1 (en) FREQUENZUMRICHTERANORDNUNG
EP3304718B1 (en) Dc-to-dc converter for high voltages
EP2928056B1 (en) Method and apparatus for operating a modular power converter with adjustable slew rates of the switching operations in the sub-modules
EP3571758A1 (en) Modular inverter
WO2017167477A1 (en) Apparatus and method for impressing an electric current
DE10323218A1 (en) High voltage converter for rail traction, is formed from input current converter based on series-connected power semiconductor switches, intermediate circuit and high-voltage inverter
DE102021208278A1 (en) Power converter circuit for generating a potential-separated DC voltage
AT523974A1 (en) DC-DC converter and converter arrangement with a DC-DC converter

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15774526

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15774526

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1