WO2019166096A1 - Modularer matrix ac/ac mehrpunktumrichter mit höherfrequenten transformatoren - Google Patents

Modularer matrix ac/ac mehrpunktumrichter mit höherfrequenten transformatoren Download PDF

Info

Publication number
WO2019166096A1
WO2019166096A1 PCT/EP2018/055093 EP2018055093W WO2019166096A1 WO 2019166096 A1 WO2019166096 A1 WO 2019166096A1 EP 2018055093 W EP2018055093 W EP 2018055093W WO 2019166096 A1 WO2019166096 A1 WO 2019166096A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
input
output
converter
frequency
arrangement
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/055093
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
German KUHN
Martin Pieschel
Kunal SHARMA
Alexander Rentschler
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to PCT/EP2018/055093 priority Critical patent/WO2019166096A1/de
Priority to US16/977,166 priority patent/US11233460B2/en
Publication of WO2019166096A1 publication Critical patent/WO2019166096A1/de

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M5/00Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02Conversion 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
    • H02M5/04Conversion 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
    • H02M5/22Conversion 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
    • H02M5/225Conversion 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
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M5/00Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02Conversion 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
    • H02M5/04Conversion 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
    • H02M5/22Conversion 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
    • H02M5/275Conversion 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
    • H02M5/297Conversion 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 for conversion of frequency
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion 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
    • H02M7/483Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835Converters 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

Definitions

  • the invention relates to a converter arrangement and a
  • Generators which are connected to a power grid, are often operated at the grid frequency of the power grid. In order to transmit the electrical energy over long distances, the generator voltage generated by a generator is usually at a higher transmission voltage
  • the invention is based on the object
  • Inverter assembly and a method for converting an AC input voltage into an AC output voltage which are particularly suitable to couple a generator to a power grid, wherein the frequency of the
  • Generator voltage differs from the mains frequency of the mains.
  • Inverter unit connected.
  • a direct converter also called a matrix converter
  • An inverter arrangement according to the invention allows
  • Inverter arrangement therefore for coupling a generator to a power grid, the grid frequency of the frequency of the
  • Input-side converter unit comprises a plurality of parallel-connected switching branches, each switching branch having a plurality of switching modules connected in series, each arranged a full bridge circuit with four switching units and one in the bridge branch of the full bridge circuit
  • each output-side converter unit more in series having switched switching modules, each having a
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • Switch branch coil advantageously allows for smoothing and limiting the output-side currents and voltages of the switching branch.
  • a further embodiment of the invention provides that the converter arrangement for converting a Input AC voltage in an AC output voltage whose output frequency is different from the input frequency of the input AC voltage is designed.
  • Such a converter arrangement is particularly suitable for coupling a generator to a power grid, whose
  • Mains frequency is different from the frequency of the generator voltage.
  • the input frequency is increased with the input-side direct converter to an intermediate frequency and the
  • Intermediate frequency is preferably significantly higher than the input frequency, for example, it is a multiple of the input frequency, z. B. five times or six times the input frequency. Increasing the input frequency to an intermediate frequency makes it possible to make the transformers connected between the two direct converters smaller than without increasing the input frequency to
  • the invention further provides a use of a
  • each phase of a generator output voltage of the generator is connected to an input terminal of the converter arrangement and each phase of a mains voltage of the power grid is connected to a
  • FIG. 2 shows a circuit diagram of a switching module.
  • FIG. 1 shows a circuit diagram of an embodiment of a converter arrangement 1 according to the invention which couples a three-phase generator 5 driven by a turbine 3 to a three-phase power network 7.
  • the converter arrangement 1 has an input side
  • inverters 13 are designed in each case in particular as a multilevel converter (also referred to as a modular multilevel converter), more precisely as a multilevel matrix converter (also referred to as a modular multilevel matrix converter).
  • the input-side direct converter 9 has three input-side direct converter 9
  • Each input terminal 15 is connected to a phase of a generator output voltage of the generator 5.
  • the output side direct converter 13 has three input side direct converters
  • Each output terminal 19 is connected via a coupling transformer 23 with a phase of
  • Each transformer 11 is on the primary side with each input terminal 15 via a respective input side
  • Inverter unit 21 connected.
  • Each input-side converter unit 17 has three parallel-connected switching branches 25, each switching branch 25 having five series-connected switching modules 27.
  • Input coil 29 connected, which is connected to all switching branches 25.
  • For each switching branch 25 of each input-side converter unit 17 is a transformer side
  • Each output-side converter unit 21 has seven switching modules 27 connected in series, each of which is designed like a switching module 27 of an input-side converter unit 17.
  • an intermediate coil 33 is connected between each output-side converter unit 21 and the transformer 11 connected to it. Between each output-side converter unit 21 and the output terminal 19 connected to it, an output coil 35 is connected.
  • Inverter assembly 1 is.
  • the converter arrangement 1 converts the AC input voltage into an AC output voltage having an output frequency which is the same as the mains frequency of the mains 7 and different from the input frequency of the AC input voltage.
  • Input-side direct converter 9 is the
  • the input frequency is 50 Hz
  • the output frequency is 50 Hz
  • Intermediate frequency is 300 Hz and the output frequency is 60 Hz.
  • FIG. 2 shows a circuit diagram of a switching module 27.
  • the switching module 27 has a full bridge circuit with four
  • Each switching unit 37 includes an insulated gate bipolar transistor (IGBT) 41 and a parallel-connected one
  • Freewheeling diode 43 on.
  • the bipolar transistors 41 are driven by a control unit, not shown.
  • Inverter arrangement 1 can be modified in various ways.
  • the switching branch coils 31 can be omitted if primary windings of the transformers 11 have sufficient inductances.
  • the intermediate coils 33 may be omitted if secondary windings of the
  • Transformers 11 have sufficient inductance.
  • the output coils 35 may be omitted if primary windings of the coupling transformers 23 sufficient inductances

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Umrichteranordnung (1) zur Umwandlung einer Eingangswechselspannung mit einer Eingangsfrequenz in eine Ausgangswechselspannung mit einer Ausgangsfrequenz. Die Umrichteranordnung (1) umfasst einen eingangsseitigen direkten Umrichter (9) mit mehreren Eingangsanschlüssen (15) und eingangsseitigen Umrichtereinheiten (17), eine mit der Anzahl der Eingangsanschlüsse (15) übereinstimmende Anzahl von Transformatoren (11) und einen ausgangsseitigen direkten Umrichter (13) mit ausgangsseitigen Umrichtereinheiten (21) und einer mit der Anzahl der Eingangsanschlüsse (15) übereinstimmenden Anzahl von Ausgangsanschlüssen (19). Jeder Transformator (11) ist primärseitig mit jedem Eingangsanschluss (15) über jeweils eine eingangsseitige Umrichtereinheit (17) und sekundärseitig mit jedem Ausgangsanschluss (19) über jeweils eine ausgangsseitige Umrichtereinheit (21) verbunden.

Description

Beschreibung
MODULARER MATRIX AC/AC MEHRPUNKTUMRICHTER MIT HÖHERFREQUENTEN
TRANSFORMATOREN
Die Erfindung betrifft eine Umrichteranordnung und ein
Verfahren zur Umwandlung einer Eingangswechselspannung in eine Ausgangswechselspannung und die Kopplung eines
Generators an ein Stromnetz.
Generatoren, die an ein Stromnetz gekoppelt werden, werden häufig mit der Netzfrequenz des Stromnetzes betrieben. Um die elektrische Energie über große Entfernungen zu übertragen, wird die von einem Generator erzeugte Generatorspannung dabei in der Regel auf eine höhere Übertragungsspannung
transformiert. Alternativ wird die Generatorspannung
gleichgerichtet und übertragen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Umrichteranordnung und ein Verfahren zur Umwandlung einer Eingangswechselspannung in eine Ausgangswechselspannung anzugeben, die insbesondere geeignet sind, einen Generator an ein Stromnetz zu koppeln, wobei sich die Frequenz der
Generatorspannung von der Netzfrequenz des Stromnetzes unterscheidet .
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Umrichteranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 und eine
Verwendung einer derartigen Umrichteranordnung mit den
Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine erfindungsgemäße Umrichteranordnung zur Umwandlung einer Eingangswechselspannung mit einer Eingangsfrequenz in eine Ausgangswechselspannung mit einer Ausgangsfrequenz umfasst einen eingangsseitigen direkten Umrichter mit mehreren Eingangsanschlüssen und eingangsseitigen Umrichtereinheiten, eine mit der Anzahl der Eingangsanschlüsse übereinstimmende Anzahl von Transformatoren und einen ausgangsseitigen
direkten Umrichter mit einer mit der Anzahl der
Eingangsanschlüsse übereinstimmenden Anzahl von
Ausgangsanschlüssen und ausgangsseitigen Umrichtereinheiten. Jeder Transformator ist primärseitig mit jedem
Eingangsanschluss über jeweils eine eingangsseitige
Umrichtereinheit und sekundärseitig mit jedem
Ausgangsanschluss über jeweils eine ausgangsseitige
Umrichtereinheit verbunden.
Ein direkter Umrichter, der auch als Matrix-Konverter
bezeichnet wird, führt eine Spannungs- und Frequenzumrichtung in einer so genannten Matrix durch, die jede Ausgangsphase wahlweise mit einer Eingangsphase über einen Schaltpfad verbindet .
Eine erfindungsgemäße Umrichteranordnung ermöglicht
insbesondere die Umwandlung einer Eingangswechselspannung in eine Ausgangswechselspannung, deren Ausgangsfrequenz sich von der Eingangsfrequenz der Eingangswechselspannung
unterscheidet. Insbesondere eignet sich die
Umrichteranordnung daher zur Kopplung eines Generators an ein Stromnetz, dessen Netzfrequenz von der Frequenz der
Generatorspannung abweicht.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass jede
eingangsseitige Umrichtereinheit mehrere parallel geschaltete Schaltzweige aufweist, wobei jeder Schaltzweig mehrere in Reihe geschaltete Schaltmodule aufweist, die jeweils eine Vollbrückenschaltung mit vier Schalteinheiten und einem in dem Brückenzweig der Vollbrückenschaltung angeordneten
Brückenzweigkondensator aufweisen. Dabei kann zu jedem
Schaltzweig jeder eingangsseitigen Umrichtereinheit
transformatorseitig eine Schaltzweigspule in Reihe geschaltet sein. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass jede ausgangsseitige Umrichtereinheit mehrere in Reihe geschaltete Schaltmodule aufweist, die jeweils eine
Vollbrückenschaltung mit vier Schalteinheiten und einem in dem Brückenzweig der Vollbrückenschaltung angeordneten
Brückenzweigkondensator aufweisen. Die Schalteinheiten weisen beispielsweise jeweils einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT = Insulated-Gate Bipolar Transistor) und eine dazu parallel geschaltete Freilaufdiode auf.
Der modulare Aufbau der Umrichtereinheiten aus Schaltmodulen ermöglicht eine den gewünschten Ein- und
Ausgangswechselspannungen und -strömen angepasste Auslegung der Umrichteranordnung. Die Ausführung der Schaltmodule als Vollbrückenschaltung mit vier Schalteinheiten führt dabei zu einer einfachen Verschaltbarkeit der Schaltmodule, die den modularen Aufbau vereinfacht. Eine zu einem Schaltzweig jeweils transformatorseitig in Reihe geschaltete
Schaltzweigspule ermöglicht vorteilhaft eine Glättung und Begrenzung der ausgangsseitigen Ströme und Spannungen des Schaltzweiges .
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass zwischen jede eingangsseitige Umrichtereinheit und den mit ihr verbundenen Eingangsanschluss eine Eingangsspule
geschaltet ist, und/oder dass zwischen jede ausgangsseitige Umrichtereinheit und den mit ihr verbundenen Transformator eine Zwischenspule geschaltet ist, und/oder dass zwischen jede ausgangsseitige Umrichtereinheit und den mit ihr
verbundenen Ausgangsanschluss eine Ausgangsspule geschaltet ist .
Die vorgenannten Ausgestaltungen der Erfindung ermöglichen vorteilhaft eine Glättung und Begrenzung der eingangsseitigen Ströme und Spannungen der Umrichtereinheiten beziehungsweise der ausgangsseitigen Ströme und Spannungen der
ausgangsseitigen Umrichtereinheiten .
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Umrichteranordnung zur Umwandlung einer Eingangswechselspannung in eine Ausgangswechselspannung, deren Ausgangsfrequenz sich von der Eingangsfrequenz der Eingangswechselspannung unterscheidet, ausgelegt ist. Eine derartige Umrichteranordnung eignet sich insbesondere zur Kopplung eines Generators an ein Stromnetz, dessen
Netzfrequenz sich von der Frequenz der Generatorspannung unterscheidet .
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine
Eingangswechselspannung mit einer Eingangsfrequenz in eine Ausgangswechselspannung mit einer Ausgangsfrequenz mittels einer erfindungsgemäßen Umrichteranordnung umgewandelt. Dabei wird die Eingangsfrequenz mit dem eingangsseitigen direkten Umrichter auf eine Zwischenfrequenz erhöht und die
Zwischenfrequenz wird mit dem ausgangsseitigen direkten
Umrichter auf die Ausgangsfrequenz transformiert. Die
Zwischenfrequenz ist dabei vorzugsweise deutlich höher als die Eingangsfrequenz, beispielsweise ist sie ein Vielfaches der Eingangsfrequenz, z. B. das Fünffache oder Sechsfache der Eingangsfrequenz. Die Erhöhung der Eingangsfrequenz auf eine Zwischenfrequenz ermöglicht, die zwischen die beiden direkten Umrichter geschalteten Transformatoren kleiner auszulegen als ohne eine Erhöhung der Eingangsfrequenz auf die
Zwischenfrequenz .
Die Erfindung sieht ferner eine Verwendung einer
erfindungsgemäßen Umrichteranordnung zur Kopplung eines
Generators an ein Stromnetz vor, wobei die Umrichteranordnung eingangsseitig mit dem Generator und ausgangsseitig mit dem Stromnetz verbunden wird. Insbesondere wird dabei jede Phase einer Generatorausgangsspannung des Generators mit einem Eingangsanschluss der Umrichteranordnung verbunden und jede Phase einer Netzspannung des Stromnetzes wird mit einem
Ausgangsanschluss der Umrichteranordnung, beispielsweise über einen Koppeltransformator, verbunden. Die Vorteile dieser Verwendung einer erfindungsgemäßen Umrichteranordnung ergeben sich aus den oben bereits genannten Vorteilen einer
erfindungsgemäßen Umrichteranordnung . Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im
Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von
Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den
Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:
FIG 1 einen Schaltplan einer Umrichteranordnung,
FIG 2 einen Schaltplan eines Schaltmoduls.
Figur 1 zeigt einen Schaltplan eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Umrichteranordnung 1, die einen von einer Turbine 3 angetriebenen dreiphasigen Generator 5 an ein dreiphasiges Stromnetz 7 koppelt.
Die Umrichteranordnung 1 weist einen eingangsseitigen
direkten Umrichter 9, drei Transformatoren 11 und einen ausgangsseitigen direkten Umrichter 13 auf. Der
eingangsseitige Umrichter 9 und der ausgangsseitige
Umrichter 13 sind im Ausführungsbeispiel insbesondere jeweils als ein Multilevel-Konverter (auch als modularer Multilevel- Konverter bezeichnet) ausgestaltet, genauer gesagt als ein Multilevel-Matrix-Konverter (auch als modularer Multilevel- Matrix-Konverter bezeichnet) .
Der eingangsseitige direkte Umrichter 9 weist drei
Eingangsanschlüsse 15 und neun eingangsseitige
Umrichtereinheiten 17 auf. Jeder Eingangsanschluss 15 ist mit einer Phase einer Generatorausgangsspannung des Generators 5 verbunden .
Der ausgangsseitige direkte Umrichter 13 weist drei
Ausgangsanschlüsse 19 und neun ausgangsseitige
Umrichtereinheiten 21 auf. Jeder Ausgangsanschluss 19 ist über einen Koppeltransformator 23 mit einer Phase einer
Netzspannung des Stromnetzes 7 verbunden. Jeder Transformator 11 ist primärseitig mit jedem Eingangsanschluss 15 über jeweils eine eingangsseitige
Umrichtereinheit 17 und sekundärseitig mit jedem
Ausgangsanschluss 19 über jeweils eine ausgangsseitige
Umrichtereinheit 21 verbunden.
Jede eingangsseitige Umrichtereinheit 17 weist drei parallel geschaltete Schaltzweige 25 auf, wobei jeder Schaltzweig 25 fünf in Reihe geschaltete Schaltmodule 27 aufweist.
Zwischen jede eingangsseitige Umrichtereinheit 17 und den mit ihr verbundenen Eingangsanschluss 15 ist eine
Eingangsspule 29 geschaltet, die mit allen Schaltzweigen 25 verbunden ist. Zu jedem Schaltzweig 25 jeder eingangsseitigen Umrichtereinheit 17 ist transformatorseitig eine
Schaltzweigspule 31 in Reihe geschaltet.
Jede ausgangsseitige Umrichtereinheit 21 weist sieben in Reihe geschaltete Schaltmodule 27 auf, die jeweils wie ein Schaltmodul 27 einer eingangsseitigen Umrichtereinheit 17 ausgebildet sind.
Zwischen jede ausgangsseitige Umrichtereinheit 21 und den mit ihr verbundenen Transformator 11 ist eine Zwischenspule 33 geschaltet. Zwischen jede ausgangsseitige Umrichtereinheit 21 und den mit ihr verbundenen Ausgangsanschluss 19 ist eine Ausgangsspule 35 geschaltet.
Von dem Generator 5 wird eine Generatorausgangsspannung erzeugt, die die Eingangswechselspannung der
Umrichteranordnung 1 ist. Die Umrichteranordnung 1 wandelt die Eingangswechselspannung in eine Ausgangswechselspannung mit einer Ausgangsfrequenz um, die mit der Netzfrequenz des Stromnetzes 7 übereinstimmt und sich von der Eingangsfrequenz der Eingangswechselspannung unterscheidet. Mit dem
eingangsseitigen direkten Umrichter 9 wird die
Eingangsfrequenz auf eine Zwischenfrequenz erhöht. Mit dem ausgangsseitigen direkten Umrichter 13 wird die
Zwischenfrequenz auf die Ausgangsfrequenz transformiert.
Beispielsweise beträgt die Eingangsfrequenz 50 Hz, die
Zwischenfrequenz beträgt 300 Hz und die Ausgangsfrequenz beträgt 60 Hz.
Figur 2 zeigt einen Schaltplan eines Schaltmoduls 27. Das Schaltmodul 27 weist eine Vollbrückenschaltung mit vier
Schalteinheiten 37 und einem in dem Brückenzweig der
Vollbrückenschaltung angeordneten Brückenzweigkondensator 39 auf. Jede Schalteinheit 37 weist einen Bipolartransistor 41 mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT = Insulated-Gate Bipolar Transistor) und eine dazu parallel geschaltete
Freilaufdiode 43 auf. Die Bipolartransistoren 41 werden durch eine nicht dargestellte Steuereinheit angesteuert.
Das in den Figuren gezeigte Ausführungsbeispiel einer
Umrichteranordnung 1 kann auf verschiedene Weisen abgewandelt werden. Beispielsweise können die Eingangsspulen 29
entfallen, wenn Wicklungen des Generators 5 ausreichende Induktivitäten aufweisen. Die Schaltzweigspulen 31 können entfallen, wenn Primärwicklungen der Transformatoren 11 ausreichende Induktivitäten aufweisen. Die Zwischenspulen 33 können entfallen, wenn Sekundärwicklungen der
Transformatoren 11 ausreichende Induktivitäten aufweisen. Die Ausgangsspulen 35 können entfallen, wenn Primärwicklungen der Koppeltransformatoren 23 ausreichende Induktivitäten
aufweisen. Ferner können die Schaltzweige 25 der
eingangsseitigen Umrichtereinheiten 17 und/oder die
ausgangsseitigen Umrichtereinheiten 21 von dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel abweichende Anzahlen von
Schaltmodulen 27 aufweisen, wobei diese Anzahlen den
gewünschten Ein- und Ausgangswechselspannungen und -strömen der Umrichteranordnung 1 angepasst werden.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte
Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugs zeichenliste
I Umrichteranordnung
3 Turbine
5 Generator
7 Stromnetz
9 eingangsseitiger direkter Umrichter
II Transformator
13 ausgangsseitiger direkter Umrichter
15 Eingangsanschluss
17 eingangsseitige Umrichtereinheit
19 Ausgangsanschluss
21 ausgangsseitige Umrichtereinheit
23 Koppeltransformator
25 Schaltzweig
27 Schaltmodul
29 Eingangsspule
31 Schaltzweigspule
33 Zwischenspule
35 Ausgangsspule
37 Schalteinheit
39 Brückenzweigkondensator
41 Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode
43 Freilaufdiode

Claims

Patentansprüche
1. Umrichteranordnung (1) zur Umwandlung einer
Eingangswechselspannung mit einer Eingangsfrequenz in eine Ausgangswechselspannung mit einer Ausgangsfrequenz, die Umrichteranordnung (1) umfassend
- einen eingangsseitigen direkten Umrichter (9) mit mehreren Eingangsanschlüssen (15) und eingangsseitigen
Umrichtereinheiten (17),
- eine mit der Anzahl der Eingangsanschlüsse (15)
übereinstimmende Anzahl von Transformatoren (11) und
- einen ausgangsseitigen direkten Umrichter (13) mit ausgangsseitigen Umrichtereinheiten (21) und einer mit der Anzahl der Eingangsanschlüsse (15) übereinstimmenden Anzahl von Ausgangsanschlüssen (19),
- wobei jeder Transformator (11) primärseitig mit jedem Eingangsanschluss (15) über jeweils eine eingangsseitige Umrichtereinheit (17) und sekundärseitig mit jedem
Ausgangsanschluss (19) über jeweils eine ausgangsseitige Umrichtereinheit (21) verbunden ist.
2. Umrichteranordnung (1) nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
jede eingangsseitige Umrichtereinheit (17) mehrere parallel geschaltete Schaltzweige (25) aufweist, wobei jeder
Schaltzweig (25) mehrere in Reihe geschaltete
Schaltmodule (27) aufweist, die jeweils eine
Vollbrückenschaltung mit vier Schalteinheiten (37) und einem in dem Brückenzweig der Vollbrückenschaltung angeordneten Brückenzweigkondensator (39) aufweisen.
3. Umrichteranordnung (1) nach Anspruch 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
zu jedem Schaltzweig (25) jeder eingangsseitigen
Umrichtereinheit (17) transformatorseitig eine
Schaltzweigspule (31) in Reihe geschaltet ist.
4. Umrichteranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
jede ausgangsseitige Umrichtereinheit (21) mehrere in Reihe geschaltete Schaltmodule (27) aufweist, die jeweils eine Vollbrückenschaltung mit vier Schalteinheiten (37) und einem in dem Brückenzweig der Vollbrückenschaltung angeordneten Brückenzweigkondensator (39) aufweisen.
5. Umrichteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
jede Schalteinheit (37) einen Bipolartransistor (41) mit isolierter Gate-Elektrode und eine dazu parallel geschaltete Freilaufdiode (43) aufweist.
6. Umrichteranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
zwischen jede eingangsseitige Umrichtereinheit (17) und den mit ihr verbundenen Eingangsanschluss (15) eine
Eingangsspule (29) geschaltet ist.
7. Umrichteranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
zwischen jede ausgangsseitige Umrichtereinheit (21) und den mit ihr verbundenen Transformator (11) eine
Zwischenspule (33) geschaltet ist.
8. Umrichteranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
zwischen jede ausgangsseitige Umrichtereinheit (21) und den mit ihr verbundenen Ausgangsanschluss (19) eine
Ausgangsspule (35) geschaltet ist.
9. Umrichteranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Eingangsfrequenz und die Ausgangsfrequenz voneinander unterscheiden.
10. Verfahren zur Umwandlung einer Eingangswechselspannung mit einer Eingangsfrequenz in eine Ausgangswechselspannung mit einer Ausgangsfrequenz mittels einer gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildeten
Umrichteranordnung (1), wobei die Eingangsfrequenz mit dem eingangsseitigen direkten Umrichter (9) auf eine
Zwischenfrequenz erhöht wird und die Zwischenfrequenz mit dem ausgangsseitigen direkten Umrichter (13) auf die
Ausgangsfrequenz transformiert wird.
11. Verwendung einer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildeten Umrichteranordnung (1) zur Kopplung eines
Generators (5) an ein Stromnetz (7), wobei die
Umrichteranordnung (1) eingangsseitig mit dem Generator (5) und ausgangsseitig mit dem Stromnetz (7) verbunden wird.
12. Verwendung gemäß Anspruch 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
jede Phase einer Generatorausgangsspannung des Generators (5) mit einem Eingangsanschluss (15) der Umrichteranordnung (1) verbunden wird und jede Phase einer Netzspannung des
Stromnetzes (7) mit einem Ausgangsanschluss (19) der
Umrichteranordnung (1) verbunden wird.
13. Verwendung gemäß Anspruch 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
jeder Ausgangsanschluss (19) der Umrichteranordnung (1) über einen Koppeltransformator (23) mit einer Phase des
Stromnetzes (7) verbunden wird.
PCT/EP2018/055093 2018-03-01 2018-03-01 Modularer matrix ac/ac mehrpunktumrichter mit höherfrequenten transformatoren WO2019166096A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2018/055093 WO2019166096A1 (de) 2018-03-01 2018-03-01 Modularer matrix ac/ac mehrpunktumrichter mit höherfrequenten transformatoren
US16/977,166 US11233460B2 (en) 2018-03-01 2018-03-01 Modular matrix AC/AC multipoint converter having higher-frequency transformers

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2018/055093 WO2019166096A1 (de) 2018-03-01 2018-03-01 Modularer matrix ac/ac mehrpunktumrichter mit höherfrequenten transformatoren

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019166096A1 true WO2019166096A1 (de) 2019-09-06

Family

ID=61622543

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2018/055093 WO2019166096A1 (de) 2018-03-01 2018-03-01 Modularer matrix ac/ac mehrpunktumrichter mit höherfrequenten transformatoren

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11233460B2 (de)
WO (1) WO2019166096A1 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2458725A1 (de) * 2010-11-30 2012-05-30 ABB Research Ltd. Elektrisches Energiewandlersystem und Verfahren zu dessen Betrieb
CN102545644B (zh) * 2012-03-14 2014-07-16 山东大学 一种矩阵式交-交高压变频器拓扑结构
WO2017016594A1 (en) * 2015-07-28 2017-02-02 Abb Schweiz Ag Arrangement, method and computer program product for limiting circulating currents

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1750363A1 (de) * 2005-08-03 2007-02-07 Abb Research Ltd. Mehrpegel- Wechselstrom/Gleichstromwandler für Traktionsanwendungen
US9065321B2 (en) * 2011-12-22 2015-06-23 Varentec, Inc. Isolated dynamic current converters
US10608545B2 (en) * 2015-10-05 2020-03-31 Resilient Power Systems, LLC Power management utilizing synchronous common coupling
WO2017201209A1 (en) * 2016-05-17 2017-11-23 Georgia Tech Research Corporation Soft switching solid state transformers and converters
US10998825B2 (en) * 2018-02-12 2021-05-04 The Texas A&M University System Method and apparatus for medium-voltage electronic power conversion

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2458725A1 (de) * 2010-11-30 2012-05-30 ABB Research Ltd. Elektrisches Energiewandlersystem und Verfahren zu dessen Betrieb
CN102545644B (zh) * 2012-03-14 2014-07-16 山东大学 一种矩阵式交-交高压变频器拓扑结构
WO2017016594A1 (en) * 2015-07-28 2017-02-02 Abb Schweiz Ag Arrangement, method and computer program product for limiting circulating currents

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
STEPHAN KENZELMANN ET AL: "A versatile DC-DC converter for energy collection and distribution using the Modular Multilevel Converter", 2011 14TH EUROPEAN CONFERENCE ON POWER ELECTRONICS AND APPLICATIONS (EPE 2011) : BIRMINGHAM, UNITED KINGDOM, 30 AUGUST - 1 SEPTEMBER 2011, 1 January 2011 (2011-01-01), Piscataway, NJ, pages 1 - 10, XP055396299, ISBN: 978-1-61284-167-0 *

Also Published As

Publication number Publication date
US11233460B2 (en) 2022-01-25
US20210067049A1 (en) 2021-03-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1311058B1 (de) Frequenzumrichter
EP2107672A1 (de) Dreiphasiger Wechselrichter ohne Verbindung zwischen dem Neutralleiter des Netzes und dem Mittelpunkt des Zwischenkreises
DE102009034354A1 (de) Sternpunktreaktor
EP1186091B1 (de) Spannungszwischenkreis-umrichter
DE102012206409A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Schaltung
DE102014208552A1 (de) Stromversorgungsschaltung für eine gate-ansteuerschaltung eines stromrichters
WO2017080928A1 (de) Modularer mehrstufenumrichter und verfahren zum betreiben eines modularen mehrstufenumrichters
EP3291432A1 (de) Dual-active-bridge mit modularen mehrpunktbrücken
WO2019166096A1 (de) Modularer matrix ac/ac mehrpunktumrichter mit höherfrequenten transformatoren
DE102015105889A1 (de) Schaltmodul und Umrichter mit wenigstens einem Schaltmodul
WO2020043304A1 (de) Verfahren zum betreiben eines stromrichters
WO2005124985A1 (de) Matrixumrichter zur kopplung von drehspannungsnetzen
EP2448078B1 (de) Elektrische Schaltung zur Umwandlung elektrischer Energie zwischen einem dreiphasigen Stromnetz und einem einphasigen Stromnetz
EP3331118B1 (de) Anlage zum übertragen elektrischer leistung
WO2013189668A2 (de) Einspeisung von solarenergie in ein energieversorgungsnetz mittels solarwechselrichter
EP3857691B1 (de) Einrichtung zum übersetzen einer gleichspannung
WO2014086428A1 (de) Mehrstufiger umrichter mit zusatzmodul
WO2020011339A1 (de) Anlage und verfahren zum energieversorgen einer hochleis-tungslast
EP3291433A1 (de) Gleichspannungswandler mit transformator
DE102009008048A1 (de) Verfahren zur Regelung eines selbstgeführten Netzstromrichters eines Spannungszwischenkreis-Umrichters
DE10323218A1 (de) Hochspannungsumrichter und Verfahren zu seiner Ansteuerung
DE102017203233A1 (de) Modularer Wechselrichter
DE102014211892A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines einen Spannungszwischenkreis aufweisenden modularen Mehrstufenstromrichters
DE102014224686A1 (de) Anbindung von Generatoren an ein Hochspannungsgleichstromnetz
DE102015219338A1 (de) Gleichspannungswandler und Verfahren zum Betrieb eines Gleichspannungswandlers

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: 18710386

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: 18710386

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1