WO2023227342A1 - Verfahren zum vormagnetisieren eines mittelspannungs-transformators, steuereinheit und elektrolyseanlage - Google Patents

Verfahren zum vormagnetisieren eines mittelspannungs-transformators, steuereinheit und elektrolyseanlage Download PDF

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WO2023227342A1
WO2023227342A1 PCT/EP2023/061714 EP2023061714W WO2023227342A1 WO 2023227342 A1 WO2023227342 A1 WO 2023227342A1 EP 2023061714 W EP2023061714 W EP 2023061714W WO 2023227342 A1 WO2023227342 A1 WO 2023227342A1
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voltage
medium
voltage transformer
low
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Ralf Juchem
Klaus Rigbers
Dirk Hermeling
Andreas Falk
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Sma Solar Technology Ag
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    • H02H9/001—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection limiting speed of change of electric quantities, e.g. soft switching on or off
    • H02H9/002—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection limiting speed of change of electric quantities, e.g. soft switching on or off limiting inrush current on switching on of inductive loads subjected to remanence, e.g. transformers

Definitions

  • the property right relates to a method and a control unit for pre-magnetizing a medium-voltage transformer and an electrolysis system.
  • an electrolyzer can be supplied with electrical energy from a medium-voltage network via a medium-voltage transformer and a rectifier.
  • Medium-voltage networks are part of the AC supply network for distributing electrical energy over distances ranging from a few kilometers to 100 km. They are usually operated with three-phase alternating voltage in the range of 10 kV to 30 kV.
  • DE 10 2014 002 348 A1 discloses a method and a device for producing hydrogen, in which a supply voltage corresponding to the service life of an electrolyzer is provided during normal operation.
  • the rectifier supplying the electrolyzer can be safely disconnected from the medium-voltage network.
  • the isolation of the rectifier from the electrical supply network can be achieved by large and expensive low-voltage AC switches arranged between a low-voltage input of the rectifier and a medium-voltage transformer on the supply network. These low voltage AC switches are designed to switch the entire supply current to the electrolyzer and are therefore large and expensive.
  • the low-voltage AC switches cannot simply be replaced by the MVSG because every connection of an MVSG to an unmagnetized transformer imposes a lifespan-shortening load, e.g. B. for the transformer. Therefore, the necessary switching operations of the MVSG are generally severely limited, ie the MVSG is as possible rarely switched and the isolation is preferred to be carried out on the low-voltage side using the low-voltage AC switch.
  • the invention is based on the object of solving the problems in the prior art simply and/or cost-effectively.
  • a medium-voltage transformer is set up to carry out a voltage transformation between a medium voltage of a medium-voltage network on a medium-voltage side of the medium-voltage transformer and a low voltage on a low-voltage side of the medium-voltage transformer.
  • the medium-voltage transformer is connected to an electrolyzer on its low-voltage side via a rectifier.
  • the medium-voltage transformer e.g. B. separated from the medium-voltage network by open switches of a medium-voltage switchgear.
  • at least one auxiliary unit of the electrolyzer is supplied with electrical energy via a further energy supply.
  • An auxiliary unit of the electrolyzer can be components of the electrolysis system that are necessary for the operation of the electrolyzer, for example pumps, heat exchangers, etc.
  • the electrolysis system In the first operating state, the electrolysis system is separated from the medium-voltage network and thus from the electrical energy supply the medium voltage network is separated. In this first operating state, the energy supply to the auxiliary units is ensured via the further energy supply.
  • the low-voltage side of the medium-voltage transformer is connected to the further energy supply in a step A1.
  • the medium-voltage transformer is premagnetized using the additional energy supply.
  • the medium-voltage transformer is first supplied with a supply voltage on its low-voltage side, so that the core of the medium-voltage transformer can be premagnetized before its medium voltage side is connected to a medium voltage. In this way, an excessively high inrush current can be avoided, which would, for example, drive the iron core of the medium-voltage transformer into undesirable saturation.
  • the method means that there is no need for AC switches between the medium-voltage transformer and the rectifier of the electrolyzer, which simplifies the structure and results in cost savings.
  • the medium-voltage switchgear can therefore also be used to safely isolate the rectifier from the medium-voltage network.
  • the premagnetization in step A2 takes place via a low-voltage transformer.
  • the low-voltage transformer is arranged between the further energy supply and the low-voltage side of the medium-voltage transformer. This has the advantage that a voltage adjustment can take place between the low-voltage side of the medium-voltage transformer and the further energy supply through the low-voltage transformer.
  • the medium-voltage transformer can be connected to the medium-voltage network, for example through closed switches which are arranged between the medium-voltage transformer and the medium-voltage network. These switches can be, for example, a medium-voltage switchgear.
  • the second operating state the second
  • Medium voltage transformer is connected to the medium voltage network by closing switches of a medium voltage switchgear.
  • the first operating state can be established by disconnecting the medium-voltage transformer from the medium-voltage network in a step C by opening switches of the medium-voltage switchgear.
  • the at least one auxiliary unit is supplied with electrical energy from the further energy supply both in the first operating state and in the second operating state.
  • the further energy supply can in particular include a low-voltage network.
  • the low-voltage network can be, for example: B. be a 230 V three-phase AC network.
  • the at least one auxiliary unit can be supplied with energy from the low-voltage network.
  • in the second operating state the at least one auxiliary unit is supplied with electrical energy from the medium-voltage network via the medium-voltage transformer.
  • the further energy supply can be provided for, for example, emergency operation when the medium-voltage transformer is separated from the medium-voltage network.
  • the further energy supply can then ensure an emergency power supply for the at least one auxiliary unit.
  • the further energy supply can include, for example, a DC voltage source such as a battery.
  • the further energy supply which can serve as an emergency supply
  • the inverter preferably has a network-forming effect for emergency supply and/or premagnetization.
  • the inverter can set up an island network in step i to premagnetize the medium-voltage transformer in the first operating state, which is synchronized to the medium-voltage network by the inverter.
  • the inverter can first reduce its output voltage to 0 V in step i1 and optionally switch off at least one auxiliary unit in i2.
  • the inverter can then set up the island network by synchronizing the output voltage set by the inverter to the medium-voltage network. After synchronizing with the medium-voltage network, the medium-voltage network can then be connected to the medium-voltage transformer via the medium-voltage switchgear and the second operating state can be transitioned to. Thereafter, in a step ii, the at least one auxiliary unit can be switched on and, in the second operating state, supplied with electrical energy from the medium-voltage network via the medium-voltage transformer.
  • This embodiment offers the advantage that the inverter can be used for premagnetization and as a backup power supply, possibly uninterruptible power supply, for auxiliary units of the electrolyzer. This use for both purposes can help reduce costs.
  • the further energy supply can be designed as an emergency power supply, which supplies the at least one auxiliary unit with emergency power when the medium-voltage transformer is separated from the medium-voltage network and therefore no energy supply to the at least one auxiliary unit is possible via the medium-voltage transformer from the medium-voltage network.
  • the emergency power supply also replacement power supply, can be designed in such a way that it starts when the second operating state changes to the first operating state and a further supply of the ensures at least one auxiliary unit with electrical energy.
  • provision can also be made to ensure an uninterruptible power supply (UPS) for at least one additional auxiliary unit. This is not just a backup power supply, which can have an interruption in the supply to the auxiliary units, but an uninterruptible power supply for auxiliary units that require a completely uninterrupted power supply, such as: B.
  • the uninterruptible power supply can be ensured, for example, by the inverter or by another inverter.
  • the other inverter can provide the uninterrupted power supply and the first mentioned inverter can provide the backup power supply, which may also have interruptions.
  • the supply via the medium-voltage network therefore concerns the actual supply of the auxiliary unit and the other auxiliary unit in normal operation, for example in the second operating state.
  • the auxiliary units and other auxiliary units should be operable from other power sources, in particular via the medium-voltage transformer from the medium-voltage network, i.e. from the same source as the electrolyzer. If this power source fails, e.g. B. the battery takes over the supply of at least one auxiliary unit via the inverter, and z. B. the battery via the further inverter provides the uninterrupted energy supply to at least one further auxiliary unit.
  • the further energy supply comprises a low-voltage network, which can correspond, for example, to a three-phase voltage network with 230 volts effective voltage.
  • the at least one auxiliary unit and/or the further auxiliary unit can be supplied with electrical energy in the first operating state and/or in the second operating state via this low-voltage network.
  • the premagnetization of the medium-voltage transformer in step A2 can take place directly from the low-voltage network or can take place via a converter.
  • the converter can, for example, be designed in two stages.
  • the two-stage converter can, for example, have an AC/DC converter and a downstream DC/AC converter.
  • the at least one auxiliary unit and/or further auxiliary unit can be supplied directly from the low-voltage network.
  • the at least one auxiliary unit and/or the further auxiliary unit can also optionally be supplied via the converter.
  • the converter is preferably network-forming. Mixed forms are also conceivable for various auxiliary units.
  • the low-voltage transformer which connects the further energy supply to the medium-voltage transformer, can optionally have a series impedance, which can be short-circuited - preferably via a short-circuit switch.
  • the short-circuiting then preferably takes place after premagnetization, e.g. B. after settling, by closing the short-circuit switch.
  • a control unit for premagnetizing a medium-voltage transformer is connected to another power supply and an AC switch.
  • the AC switch is arranged between the further energy supply and the low-voltage side of the medium-voltage transformer.
  • the control unit is set up, in the first operating state, to connect the low-voltage side of the medium-voltage transformer to the further energy supply by closing the AC switch and to control the further energy supply in such a way that the medium-voltage transformer is premagnetized by means of the further energy supply.
  • the control unit is preferably set up to determine the first operating state and, if necessary, to produce the first operating state by opening switches of the medium-voltage switchgear.
  • the control unit is set up to carry out one of the previously described methods.
  • the AC switch described is designed to carry the current for premagnetization and can be made smaller and therefore cheaper than AC switches that have to switch the entire electrolysis current.
  • a medium-voltage transformer can be connected to a medium-voltage network on its medium-voltage side.
  • the medium-voltage transformer is set up to carry out a voltage transformation between the medium voltage on its medium-voltage side and a low voltage on its low-voltage side.
  • the electrolysis system has an electrolyzer, which is connected to the medium-voltage transformer via a rectifier.
  • the medium-voltage transformer In a first operating state, the medium-voltage transformer is separated from the medium-voltage network.
  • at least one auxiliary unit of the electrolyzer can be supplied with electrical energy via a further energy supply.
  • the low-voltage side of the medium-voltage transformer can also be connected to the further energy supply via an AC switch in such a way that the medium-voltage transformer can be pre-magnetized by means of the further energy supply.
  • the further energy supply is characterized by the fact that auxiliary units of the electrolyser via the further energy supply can be supplied with energy, even if the main energy supply of the electrolysis system is separated from the medium-voltage network.
  • An electrolysis system preferably has a previously described control unit which is set up to carry out the previously described method.
  • Fig. 1 shows schematically a method for premagnetizing a medium-voltage transformer
  • Figs. 2-4 show schematic embodiments of an electrolysis system.
  • FIGS. 2-5 show schematically an example of a method for premagnetizing a medium-voltage transformer T1 in an electrolysis system, as shown by way of example in FIGS. 2-5.
  • a first operating state BZ1 of the electrolysis system the medium-voltage transformer T1 is separated from a medium-voltage network MVG.
  • a second operating state BZ2 it is provided to supply an electrolyzer 10 of the electrolysis system with electrical energy via the medium-voltage transformer T1 and a rectifier 12 from the medium-voltage network MVG.
  • the medium-voltage transformer T1 is separated from the medium-voltage network MVG, so electrical energy cannot be supplied to the electrolyzer 10 via the medium-voltage transformer T1 from the medium-voltage network MVG.
  • the medium-voltage transformer T1 is connected to the medium-voltage network MVG and the electrolyzer 10 can be supplied with electrical energy via the medium-voltage transformer T1 and the rectifier 12.
  • the electrolyzer 10 has auxiliary units 20, 22 such as coolant or hydrogen pumps or the like, which can be supplied with energy via a further energy supply in the first operating state BZ1.
  • auxiliary units 20, 22 such as coolant or hydrogen pumps or the like, which can be supplied with energy via a further energy supply in the first operating state BZ1.
  • the low-voltage side of the medium-voltage transformer T1 is connected to the other Energy supply connected.
  • the medium-voltage transformer T1 is then premagnetized using the additional energy supply.
  • FIGS. 2 to 5 Various embodiments of the additional energy supply are shown in FIGS. 2 to 5.
  • the medium-voltage transformer T1 By premagnetizing the medium-voltage transformer T1, for example, excessive inrush currents and saturation of a ferrite core of the medium-voltage transformer T1 can be avoided when connecting to the medium-voltage network MVG. This increases the service life of the medium voltage transformer T1.
  • the medium-voltage transformer T1 can then be connected to the medium-voltage network MVG by closing switches of a medium-voltage switchgear MVSG. Through this connection in step B, the first operating state BZ1 is transferred to the second operating state BZ2.
  • the electrolyzer 10 has three auxiliary units 20.
  • the medium-voltage transformer T1 can be connected to the MVG medium-voltage network via the MVSG medium-voltage switchgear.
  • the electrolyzer 10 can be connected to the rectifier 12 via a DC switch DCS. When the switches DCS and MVSG are closed, the electrolyzer 10 can be supplied with electrical energy from the medium-voltage network MVG via the medium-voltage transformer T1 and the rectifier 12.
  • a control unit Ctrl is set up to measure the voltage on the medium-voltage network MVG via a voltmeter V.
  • the control unit Ctrl is further set up to control an inverter 14 and the medium-voltage switchgear MVSG.
  • the control unit Ctrl can also be set up to control the rectifier 12 and/or the DC switch DCS (not shown).
  • the auxiliary units 20 are supplied with electrical energy from the medium-voltage network MVG via the medium-voltage transformer T1 in the second operating state BZ2 with the switches of the medium-voltage switchgear MVSG closed and the first AC switch ACS1 closed and the second AC switch ACS2 closed.
  • the voltage on the low-voltage side of the medium-voltage transformer T1 is transformed by a low-voltage transformer T2 to a voltage suitable for the auxiliary units 20.
  • the switches of the MVSG medium-voltage switchgear are open.
  • the electrolyzer 10 is therefore no longer supplied with electrical energy.
  • the supply to the auxiliary units 20 via the medium-voltage transformer T1 is also interrupted.
  • the auxiliary units can instead be supplied with electrical energy via a battery BAT.
  • the auxiliary units 20 are connected to the battery Bat via an inverter 14 and the second AC switch ACS2.
  • the inverter 14 is controlled by the control unit Ctrl and the auxiliary units 20 are thus supplied with electrical energy from the battery Bat.
  • the additional energy supply here includes the battery Bat.
  • the electrolyzer 10 needs to be serviced.
  • the electrolyser 10 must be separated from the MVG medium-voltage network, but the auxiliary units 20, for example the pumps, can continue to be available for the duration of the maintenance. It is also possible to enable a backup power supply to the auxiliary units 20 via the inverter 14 and the battery Bat, which z. B. in the event of a failure of the MVG medium-voltage network.
  • the medium-voltage transformer T1 can be premagnetized by the inverter 14 reducing its output voltage to 0 V in a step i1.
  • the auxiliary units 20 can then optionally be switched off in a step i2. This can be done by the Ctrl control unit by opening the second AC switch ACS2.
  • the inverter 14 can then set up an island network by synchronizing its output voltage to the voltage of the medium-voltage network MVG in network-forming operation - controlled by the control unit Ctrl.
  • the Ctrl control unit is connected to the medium-voltage network MVG via the voltmeter.
  • the control unit Ctrl can then control the inverter 14 accordingly.
  • the output voltage of the inverter 14 is synchronized to the low-voltage side of the medium-voltage transformer T1, in particular with regard to amplitude and phase.
  • the inverter 14 is connected to the medium-voltage transformer T1 by closing the first AC switch ACS1.
  • the low-voltage transformer T2 can be arranged between the inverter 14 and the first AC switch ACS1. By connecting the inverter 14 to the low-voltage side of the medium-voltage transformer T1, the medium-voltage transformer T1 can be premagnetized from the battery Bat.
  • the Ctrl control unit can close the switches of the MVSG medium-voltage switchgear and thereby connect the medium-voltage transformer T1 to the MVG medium-voltage network.
  • the auxiliary units 20 can then be supplied via the medium-voltage transformer T1, the first AC switch ACS1, the optional transformer T2 and the second AC switch ACS2 by closing the second AC switch ACS2.
  • FIG. 3 shows an electrolysis system which, in comparison to the electrolysis system of FIG. 2, additionally has a further auxiliary unit 22.
  • the other auxiliary unit In the second operating state BZ2, electrical energy can be supplied from a power supply (not shown), for example also from the medium-voltage network MVG.
  • the further auxiliary unit 22 In the first operating state BZ1, the further auxiliary unit 22 can be supplied with electrical energy from the battery Bat via a further inverter 24.
  • the further inverter 24 enables an uninterrupted power supply to the further auxiliary unit 22.
  • the further inverter 24 is a network-forming inverter, preferably with a resilient N conductor. Due to the load capacity of the N conductor, the additional auxiliary unit 22 can be designed in particular as an asymmetrical load.
  • the further auxiliary unit 22 can be, for. B. be a critical load such as a computer control of the electrolysis system. Providing an uninterruptible power supply means that the additional inverter 24 is controlled by the control unit Ctrl in such a way that, if the energy supply for the additional auxiliary unit 22 fails, an uninterrupted energy supply via the battery Bat and the additional inverter 24 is ensured.
  • the inverter 14 can provide electrical power for auxiliary units 20, e.g. B. are designed as symmetrical loads. These auxiliary units can then z. B. be designed so that they can cope with a short-term failure of the supply power during the biasing of the medium-voltage transformer T1. This applies e.g. B. on coolant pumps.
  • the further auxiliary unit 22 with electrical energy from the medium-voltage network MVG in a similar manner to the auxiliary units 20 in the second operating state BZ2.
  • the further auxiliary unit would then be connected to the medium-voltage transformer T1 in a similar manner to the auxiliary units 20.
  • the further energy supply has a low-voltage network LVG.
  • the low-voltage network LVG can be power-limited.
  • the auxiliary units 20 can be supplied with electrical energy via this low-voltage network LVG.
  • the supply of the auxiliary units 20 with electrical energy is possible in the first and second operating modes BZ1, BZ2.
  • the auxiliary units 20 can be connected directly to the low-voltage network LVG.
  • the auxiliary units 20 can be separated from the low-voltage network LVG, for example, via the second AC switch ACS2.
  • the low-voltage network LVG can be connected to the low-voltage side of the medium-voltage transformer T1 via a converter 26 and an optional low-voltage transformer T2 via the first AC switch ACS1.
  • the medium-voltage transformer T1 from the low-voltage network LVG can therefore be premagnetized via the converter 26 and the optional low-voltage transformer T2 with the first AC switch ACS 1 closed.
  • Electrical energy flows from the low-voltage network LVG into the low-voltage side of the medium-voltage transformer T1.
  • the converter 26 can, for example, be designed in two stages and have a rectifier 18 and a downstream inverter 16.
  • the converter 26 with its two components rectifier 18 and inverter 16 can be controlled by the control unit Ctrl. By using such a converter 26, the voltage of the low-voltage network LVG can be optimally adapted to the premagnetization process.
  • the auxiliary units 20 with electrical energy from the low-voltage network LVG via the converter 26.
  • the second AC switch ACS2 would be connected to the output of the converter 26 and the converter 26 has a network-forming effect.
  • auxiliary units 20 can be supplied with electrical energy from the low-voltage network LVG.
  • a supply is possible in the first and second operating states BZ1, BZ2.
  • the auxiliary units 20 can be connected to or disconnected from the low-voltage network LVG via the second AC switch ACS2.
  • the low-voltage network LVG can, for example, be power-limited and the medium-voltage transformer T1 can be precharged, as shown in FIG. 5, via a low-voltage transformer T2 with an upstream series impedance Imp.
  • the first operating state BZ1 the low-voltage side of the medium-voltage transformer T1 can be premagnetized from the low-voltage network LVG.
  • the series impedance Imp can be bridged by a short-circuit switch KS.
  • the series impedance Imp with the short-circuit switch KS is optional.
  • the bias current can also be limited by the leakage inductance of the low-voltage transformer T2.
  • the further energy supply can have a low-voltage network LVG and a battery Bat.
  • a low-voltage network LVG and a battery Bat.
  • Such a combination would then e.g. B. make it possible to supply the auxiliary units 20 and the further auxiliary unit 22 in the first and second operating states BZ1, BZ2 from the low-voltage network LVG, if necessary via the converter 26.
  • the battery could run out the inverter 14 and the further inverter 24 ensure the backup power supply for the auxiliary units 20 as well as the uninterrupted power supply for the further auxiliary unit 22.
  • the premagnetization can then be carried out either from the battery Bat or the low-voltage network LVG.

Landscapes

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Abstract

Das Schutzrecht betrifft ein Verfahren zum Vormagnetisieren eines Mittelspannungstransformators (T1), welcher eingerichtet ist, eine Spannungstransformation zwischen einer Mittelspannung eines Mittelspannungsnetzes (MVG) auf einer Mittelspannungsseite des Mittelspannungstransformators (T1) und einer Niederspannung auf einer Niederspannungsseite des Mittelspannungstransformators (T1) durchzuführen, und welcher auf seiner Niederspannungsseite über einen Gleichrichter (12) mit einem Elektrolyseur (10) verbunden ist. In einem ersten Betriebszustand (BZ1) ist der Mittelspannungstransformator (T1) von dem Mittelspannungsnetz (MVG) getrennt, wobei in dem ersten Betriebszustand (BZ1) zumindest ein Nebenaggregat (20) des Elektrolyseurs (10) über eine weitere Energieversorgung mit elektrischer Energie versorgt wird, wobei das Verfahren im ersten Betriebszustand die Schritte aufweist: A1) Verbinden der Niederspannungsseite mit der weiteren Energieversorgung und A2) Vormagnetisieren des Mittelspannungstransformators (T1) mittels der weiteren Energieversorgung. Das Schutzrecht betrifft weiter eine Steuereinheit (Ctrl) und eine Elektrolyseanlage.

Description

VERFAHREN ZUM VORMAGNETISIEREN EINES MITTELSPANNUNGSTRANSFORMATORS, STEUEREINHEIT UND ELEKTROLYSEANLAGE
TECHNISCHES GEBIET
Das Schutzrecht betrifft ein Verfahren und eine Steuereinheit zum Vormagnetisieren eines Mittelspannungstransformators sowie eine Elektrolyseanlage.
STAND DER TECHNIK
In einer Elektrolyseanlage kann ein Elektrolyseur über einen Mittelspannungstransformator und einen Gleichrichter aus einem Mittelspannungsnetz mit elektrischer Energie versorgt werden. Mittelspannungsnetze sind ein Teil des AC-Versorgungsnetzes zur Verteilung elektrischer Energie auf Strecken im Bereich einiger Kilometer bis zu 100 km. Sie werden üblicherweise mit dreiphasiger Wechselspannung im Bereich von 10 kV bis 30 kV betrieben.
Die DE 10 2014 002 348 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Wasserstoff, bei denen eine Versorgungsspannung entsprechend der Lebensdauer eines Elektrolyseurs während des Normalbetriebs bereitgestellt wird.
Für Wartungsarbeiten an einem Elektrolyseur oder bei einer Notfallabschaltung des Elektrolyseurs ist vorgesehen, dass der den Elektrolyseur versorgende Gleichrichter sicher vom Mittelspannungsnetz getrennt werden kann. Die Trennung des Gleichrichters vom elektrischen Versorgungsnetz kann durch große und teure Niederspannungs-AC-Schalter erfolgen, die zwischen einem Niederspannungseingang des Gleichrichters und einem Mittelspannungstransformator am Versorgungsnetz angeordnet sind. Diese Niederspannungs-AC-Schalter sind dafür ausgelegt, den gesamten Versorgungsstrom des Elektrolyseurs zu schalten und sind daher groß und teuer. Zwischen Mittelspannungstransformator und Versorgungsnetz ist regelmäßig (zusätzlich) eine Trenneinrichtung angeordnet, z. B. in Form einer Mittelspannungsschaltanlage (Medium Voltage Switch Gear = MVSG), , die den Mittelspannungstransformator vom Mittelspannungsnetz trennen kann und damit grundsätzlich dem gleichen Zweck wie die Niederspannungs-AC-Schalter dienen kann, nämlich die Elektrolyseanlage vom Versorgungsnetz zu trennen.
Dennoch können die Niederspannungs-AC-Schalter nicht einfach durch die MVSG ersetzt werden, weil jedes Zuschalten einer MVSG auf einen unmagnetisierten Transformator eine lebensdauerverkürzende Belastung, z. B. für den Transformator, darstellt. Daher werden die nötigen Schalthandlungen der MVSG in der Regel stark limitiert, d.h. die MVSG wird möglichst selten geschaltet und die Trennung lieber auf der Niederspannungsseite mittels der Niederspannungs-AC-Schalter durchgeführt.
AUFGABE
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Probleme im Stand der Technik einfach und/oder kostengünstig zu lösen.
LÖSUNG
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. durch eine Steuereinheit mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 14 sowie durch eine Elektrolyseanlage gemäß Anspruch 15 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
BESCHREIBUNG
Ein Mittelspannungstransformator ist eingerichtet, eine Spannungstransformation zwischen einer Mittelspannung eines Mittelspannungsnetzes auf einer Mittelspannungsseite des Mittelspannungstransformators und einer Niederspannung auf einer Niederspannungsseite des Mittelspannungstransformators durchzuführen. Bei einem Verfahren zum Vormagnetisieren des Mittelspannungstransformators ist der Mittelspannungstransformator auf seiner Niederspannungsseite über einen Gleichrichter mit einem Elektrolyseur verbunden. In einem ersten Betriebszustand ist der Mittelspannungstransformator, z. B. durch geöffnete Schalter einer Mittelspannungsschaltanlage, von dem Mittelspannungsnetz getrennt. In dem ersten Betriebszustand wird zumindest ein Nebenaggregat des Elektrolyseurs über eine weitere Energieversorgung mit elektrischer Energie versorgt. Bei einem Nebenaggregat des Elektrolyseurs kann es sich um Komponenten der Elektrolyseanlage handeln, die für den Betrieb des Elektrolyseurs notwendig sind, beispielsweise um Pumpen, Wärmetauscher, etc.. In dem ersten Betriebszustand ist die Elektrolyseanlage von dem Mittelspannungsnetz getrennt und damit von der elektrischen Energieversorgung über das Mittelspannungsnetz getrennt. Die Energieversorgung der Nebenaggregate ist in diesem ersten Betriebszustand über die weitere Energieversorgung sichergestellt.
Bei dem Verfahren zum Vormagnetisieren des Mittelspannungstransformators wird in einem Schritt A1 die Niederspannungsseite des Mittelspannungstransformators mit der weiteren Energieversorgung verbunden. In einem Schritt A2 wird der Mittelspannungstransformator mittels der weiteren Energieversorgung vormagnetisiert. Beim Vormagnetisieren wird der Mittelspannungstransformator zunächst auf seiner Niederspannungsseite mit einer Speisespannung versorgt, so dass der Kern des Mittelspannungstransformators vormagnetisiert werden kann, bevor seine Mittelspannungsseite mit einer Mittelspannung verbunden wird. Hierdurch kann ein zu hoher Einschaltstrom vermieden werden, durch den zum Beispiel der Eisenkern des Mittelspannungstransformators in eine unerwünschte Sättigung getrieben werden würde.
Durch das Verfahren kann damit auf AC-Schalter zwischen dem Mittelspannungstransformator und dem Gleichrichter des Elektrolyseurs verzichtet werden, was den Aufbau vereinfacht und mit Kosteneinsparungen verbunden ist. Die Mittelspannungsschaltanlage kann somit auch zur sicheren Trennung des Gleichrichters vom Mittelspannungsnetz verwendet werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Vormagnetisieren in Schritt A2 über einen Niederspannungstransformator. Der Niederspannungstransformator ist dabei zwischen der weiteren Energieversorgung und der Niederspannungsseite des Mittelspannungstransformators angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass eine Spannungsanpassung zwischen der Niederspannungsseite des Mittelspannungstransformators und der weiteren Energieversorgung durch den Niederspannungstransformator erfolgen kann.
In einem zweiten Betriebszustand kann der Mittelspannungstransformator mit dem Mittelspannungsnetz verbunden sein, zum Beispiel durch geschlossene Schalter, welche zwischen der Mittelspannungstransformator und dem Mittelspannungsnetz angeordnet sind. Bei diesen Schaltern kann es sich zum Beispiel um eine Mittelspannungsschaltanlage handeln. Insbesondere kann ausgehend vom ersten Betriebszustand der zweite
Betriebszustand hergestellt werden, indem in einem Schritt B der
Mittelspannungstransformator mit dem Mittelspannungsnetz durch Schließen von Schaltern einer Mittelspannungsschaltanlage verbunden wird. Insbesondere kann ausgehend vom zweiten Betriebszustand der erste Betriebszustand hergestellt werden, indem in einem Schritt C der Mittelspannungstransformator von dem Mittelspannungsnetz durch Öffnen von Schaltern der Mittelspannungsschaltanlage getrennt wird.
In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das zumindest eine Nebenaggregat sowohl im ersten Betriebszustand als auch im zweiten Betriebszustand aus der weiteren Energieversorgung mit elektrischer Energie versorgt wird. Dabei kann die weitere Energieversorgung insbesondere ein Niederspannungsnetz umfassen. Bei dem Niederspannungsnetz kann es sich z. B. um ein 230 V Dreiphasenwechselstromnetz handeln. Das zumindest eine Nebenaggregat kann dabei aus dem Niederspannungsnetz mit Energie versorgt werden. In einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass im zweiten Betriebszustand das zumindest eine Nebenaggregat aus dem Mittelspannungsnetz über den Mittelspannungstransformator mit elektrischer Energie versorgt wird. In dieser Ausführungsform kann die weitere Energieversorgung für zum Beispiel einen Notbetrieb vorgesehen sein, wenn der Mittelspannungstransformator vom Mittelspannungsnetz getrennt ist. Die weitere Energieversorgung kann dieser Ausführungsform dann eine Notstromversorgung des zumindest einen Nebenaggregats sicherstellen. Die weitere Energieversorgung kann zu diesem Zweck zum Beispiel eine Gleichspannungsquelle wie eine Batterie umfassen.
In einer Ausführungsform kann die weitere Energieversorgung, die zur Notversorgung dienen kann, einen aus einer Gleichspannungsquelle gespeisten Wechselrichter, z. B. einen batteriegespeisten Wechselrichter aufweisen. Der Wechselrichter wirkt dabei zur Notversorgung und/oder zum Vormagnetisieren bevorzugt netzbildend. Der Wechselrichter kann in Schritt A2 zum Vormagnetisieren des Mittelspannungstransformators im ersten Betriebszustand in einem Schritt i ein Inselnetz aufbauen, welches durch den Wechselrichter auf das Mittelspannungsnetz synchronisiert wird. Zum Aufbau des Inselnetzes in Schritt i kann der Wechselrichter in einem Schritt i1 dabei zunächst seine Ausgangsspannung auf 0 V reduzieren und in i2 optional das zumindest eine Nebenaggregat abschalten. Danach kann der Wechselrichter das Inselnetz aufbauen, indem die vom Wechselrichter eingestellte Ausgangsspannung auf das Mittelspannungsnetz synchronisiert wird. Nach dem Synchronisieren auf das Mittelspannungsnetz kann danach das Mittelspannungsnetz mit dem Mittelspannungstransformator über die Mittelspannungsschaltanlage verbunden werden und n den zweiten Betriebszustand übergegangen werden. Danach kann in einem Schritt ii das zumindest eine Nebenaggregat zugeschaltet werden, und in dem zweiten Betriebszustand über den Mittelspannungstransformator aus dem Mittelspannungsnetz mit elektrischer Energie versorgt werden. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass der Wechselrichters zur Vormagnetisierung und als Ersatzstromversorgung, ggf. unterbrechungsfreie Stromversorgung, für Nebenaggregate des Elektrolyseurs dienen kann. Diese Verwendung für beide Zwecke kann zur Kostensenkung beitragen.
Die weitere Energieversorgung kann als Notstromversorgung ausgeführt sein, die das zumindest eine Nebenaggregat dann mit Notstrom versorgt, wenn der Mittelspannungstransformator vom Mittelspannungsnetz getrennt ist und deshalb über den Mittelspannungstransformator aus dem Mittelspannungsnetz keine Energieversorgung des zumindest einen Nebenaggregats möglich ist. Die Notstromversorgung, auch Ersatzstromversorgung, kann dabei so ausgebildet sein, dass sie beim Übergang vom zweiten Betriebszustand in den ersten Betriebszustand anspringt und eine weitere Versorgung des zumindest einen Nebenaggregats mit elektrischer Energie sicherstellt. Zusätzlich kann auch vorgesehen sein, für zumindest ein weiteres Nebenaggregat eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) sicherzustellen. Dies ist nicht nur eine Ersatzstromversorgung, welche eine Unterbrechung der Versorgung der Nebenaggregate aufweisen kann, sondern eine unterbrechungsfreie Energieversorgung für Nebenaggregate, die eine komplett unterbrechungsfreie Energieversorgung erfordern, wie z. B. Computersysteme zur Steuerung der Elektrolyseanlage.
Für den Fall einer Gleichspannungsquelle als Bestandteil der weiteren Energieversorgung kann die unterbrechungsfreie Stromversorgung zum Beispiel durch den Wechselrichter sichergestellt werden, oder durch einen weiteren Wechselrichter. Für letzteren Fall kann z. B. der weitere Wechselrichter für die unterbrechungsfreie Stromversorgung sorgen und der erstgenannte Wechselrichter kann für die Ersatzstromversorgung sorgen, die auch Unterbrechungen haben darf. Die Versorgung über das Mittelspannungsnetz betrifft also die eigentliche Versorgung des Nebenaggregats und des weiteren Nebenaggregats im Normalbetrieb, also zum Beispiel im zweiten Betriebszustand. In diesem Betriebszustand sollen die Nebenaggregate und weitere Nebenaggregate aus anderen Stromquellen betreibbar sein, insbesondere über den Mittelspannungstransformator aus dem Mittelspannungsnetz also aus der gleichen Quelle wie der Elektrolyseur. Fällt diese Stromquelle aus, so soll z. B. die Batterie über den Wechselrichter die Versorgung des zumindest einen Nebenaggregats übernehmen, und z. B. die Batterie über den weiteren Wechselrichter die unterbrechungsfreie Energieversorgung des zumindest einen weiteren Nebenaggregats.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die weitere Energieversorgung ein Niederspannungsnetz, welches zum Beispiel einem Dreiphasen-Spannungsnetz mit 230 Volt Effektiv-Spannung entsprechen kann. Über dieses Niederspannungsnetz kann das zumindest eine Nebenaggregat und/oder das weitere Nebenaggregat im ersten Betriebszustand und/oder im zweiten Betriebszustand mit elektrischer Energie versorgt werden. In einem solchen Ausführungsbeispiel kann das Vormagnetisieren des Mittelspannungstransformators in Schritt A2 direkt aus dem Niederspannungsnetz erfolgen oder über einen Umrichter erfolgen. Der Umrichter kann zum Beispiel zweistufig ausgeführt sein. Der zweistufige Umrichter kann zum Beispiel einen AC/DC-Wandler und einen nachgeschalteten DC/AC- Wandler aufweisen. Das zumindest eine Nebenaggregat und/oder weitere Nebenaggregat kann direkt aus dem Niederspannungsnetz versorgt werden. Das zumindest eine Nebenaggregat und/oder das weitere Nebenaggregat kann ebenfalls optional auch über den Umrichter versorgt werden. Bei der Versorgung des zumindest einen Nebenaggregats und/oder des weiteren Nebenaggregats im ersten Betriebszustand ist der Umrichter bevorzugt netzbildend. Für verschiedene Nebenaggregate sind auch Mischformen denkbar.
Zur Begrenzung des Einschaltstromes zu Beginn des Vormagnetisierens kann der Niederspannungstransformator, der die weitere Energieversorgung mit dem Mittelspannungstransformator verbindet, optional eine Reihenimpedanz aufweisen, welche - bevorzugt über einen Kurzschlussschalter - kurzschließbar ist. Das Kurzschließen erfolgt dann bevorzugt nach dem Vormagnetisieren, z. B. nach dem Einschwingen, durch Schließen des Kurzschlussschalters.
Eine Steuereinheit zum Vormagnetisieren eines Mittelspannungstransformators ist mit einer weiteren Energieversorgung sowie einem AC-Schalter verbunden. Der AC-Schalter ist zwischen der weiteren Energieversorgung und der Niederspannungsseite des Mittelspannungstransformators angeordnet. Die Steuereinheit ist eingerichtet, im ersten Betriebszustand die Niederspannungsseite des Mittelspannungstransformators durch Schließen des AC-Schalters mit der weiteren Energieversorgung zu verbinden und die weitere Energieversorgung so anzusteuern, dass der Mittelspannungstransformator mittels der weiteren Energieversorgung vormagnetisiert wird. Hierfür ist die Steuereinheit bevorzugt eingerichtet, den ersten Betriebszustand festzustellen und den ersten Betriebszustand gegebenenfalls durch Öffnen von Schaltern der Mittelspannungsschaltanlage herzustellen. Insbesondere ist die Steuereinheit eingerichtet, eines der zuvor beschriebenen Verfahren auszuführen. Der beschriebene AC-Schalter ist für das Führen des Stromes zum Vormagnetisieren ausgelegt, kann kleiner und deshalb preisgünstiger ausgeführt werden als AC-Schalter, die den gesamten Elektrolysestrom schalten müssen.
In einer Elektrolyseanlage ist ein Mittelspannungstransformator auf seiner Mittelspannungsseite mit einem Mittelspannungsnetz verbindbar. Der Mittelspannungstransformator ist eingerichtet, eine Spannungstransformation zwischen der Mittelspannung auf seiner Mittelspannungsseite und einer Niederspannung auf seiner Niederspannungsseite durchzuführen. Die Elektrolyseanlage weist einen Elektrolyseur auf, welcher über einen Gleichrichter mit dem Mittelspannungstransformator verbunden ist. In einem ersten Betriebszustand ist der Mittelspannungstransformator von dem Mittelspannungsnetz getrennt. In dem ersten Betriebszustand kann zumindest ein Nebenaggregat des Elektrolyseurs über eine weitere Energieversorgung mit elektrischer Energie versorgt werden. Im ersten Betriebszustand ist außerdem die Niederspannungsseite des Mittelspannungstransformators über einen AC-Schalter so mit der weiteren Energieversorgung verbindbar, dass der Mittelspannungstransformator mittels der weiteren Energieversorgung vormagnetisierbar ist. Die weitere Energieversorgung zeichnet sich dabei dadurch aus, dass Nebenaggregate des Elektrolyseurs über die weitere Energieversorgung mit Energie versorgbar sind, auch wenn die Hauptenergieversorgung der Elektrolyseanlage von dem Mittelspannungsnetz getrennt ist.
Eine Elektrolyseanlage weist bevorzugt eine zuvor beschriebene Steuereinheit auf, die dazu eingerichtet ist, das zuvor beschriebene Verfahren auszuführen.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Verfahren zum Vormagnetisieren eines Mittelspannungstransformators,
Figs. 2-4 zeigen schematisch Ausführungsformen einer Elektrolyseanlage.
In den Figuren sind gleiche oder ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
FIGURENBESCHREIBUNG
Fig. 1 zeigt schematisch ein Beispiel eines Verfahrens zum Vormagnetisieren eines Mittelspannungstransformators T1 in einer Elektrolyseanlage, wie sie beispielhaft in den Figuren 2-5 dargestellt ist. In einem ersten Betriebszustand BZ1 der Elektrolyseanlage ist der Mittelspannungstransformator T1 von einem Mittelspannungsnetz MVG getrennt. In einem zweiten Betriebszustand BZ2 ist vorgesehen, einen Elektrolyseur 10 der Elektrolyseanlage über den Mittelspannungstransformator T1 und einen Gleichrichter 12 aus dem Mittelspannungsnetz MVG mit elektrischer Energie zu versorgen. In dem ersten Betriebszustand BZ1 ist der Mittelspannungstransformator T1 von dem Mittelspannungsnetz MVG getrennt, es kann also keine Versorgung mit elektrischer Energie des Elektrolyseurs 10 über den Mittelspannungstransformator T1 aus dem Mittelspannungsnetz MVG erfolgen. In dem in Fig. 1 ebenfalls dargestellten zweiten Betriebszustand BZ2 der Elektrolyseanlage ist der Mittelspannungstransformator T1 mit dem Mittelspannungsnetz MVG verbunden und es kann eine Versorgung mit elektrischer Energie des Elektrolyseurs 10 über den Mittelspannungstransformator T1 und den Gleichrichter 12 erfolgen.
Der Elektrolyseur 10 weist Nebenaggregate 20, 22 wie zum Beispiel Kühlmittel- oder Wasserstoffpumpen oder Ähnliches auf, die über eine weitere Energieversorgung im ersten Betriebszustand BZ1 mit Energie versorgbar sind. Bei dem Verfahren zum Vormagnetisieren des Mittelspannungstransformators T1 wird im ersten Betriebszustand BZ1 in einem Schritt A1 die Niederspannungsseite des Mittelspannungstransformators T1 mit der weiteren Energieversorgung verbunden. In einem Schritt A2 erfolgt dann das Vormagnetisieren des Mittelspannungstransformators T1 mittels der weiteren Energieversorgung. In den Figuren 2 bis 5 sind verschiedene Ausführungsformen der weiteren Energieversorgung dargestellt.
Durch das Vormagnetisieren des Mittelspannungstransformators T1 können zum Beispiel zu hohe Einschaltströme und eine Sättigung eines Ferritkerns des Mittelspannungstransformators T1 beim Verbinden mit dem Mittelspannungsnetz MVG vermieden werden. Dies erhöht die Lebensdauer des Mittelspannungstransformators T1. In einem Schritt B kann dann durch Schließen von Schaltern einer Mittelspannungsschaltanlage MVSG der Mittelspannungstransformator T1 mit dem Mittelspannungsnetz MVG verbunden werden. Durch diese Verbindung in Schritt B wird der erste Betriebszustand BZ1 in den zweiten Betriebszustand BZ2 übergeführt.
In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Elektrolyseanlage dargestellt. Der Elektrolyseur 10 weist im dargestellten Beispiel drei Nebenaggregate 20 auf. Der Mittelspannungstransformator T1 ist über die Mittelspannungsschaltanlage MVSG mit dem Mittelspannungsnetz MVG verbindbar. Der Elektrolyseur 10 ist über einen DC-Schalter DCS mit dem Gleichrichter 12 verbindbar. Über den Mittelspannungstransformator T1 und den Gleichrichter 12 ist bei geschlossenen Schaltern DCS und MVSG eine Versorgung des Elektrolyseurs 10 mit elektrischer Energie aus dem Mittelspannungsnetz MVG möglich.
Eine Steuereinheit Ctrl ist eingerichtet, über einen Spannungsmesser V die Spannung am Mittelspannungsnetz MVG zu messen. Die Steuereinheit Ctrl ist weiter eingerichtet, einen Wechselrichter 14 sowie die Mittelspannungsschaltanlage MVSG anzusteuern. Die Steuereinheit Ctrl kann weiter eingerichtet sein, den Gleichrichter 12 und/oder den DC- Schalter DCS anzusteuern (nicht dargestellt).
Die Nebenaggregate 20 werden im zweiten Betriebszustand BZ2 bei geschlossenen Schaltern der Mittelspannungsschaltanlage MVSG sowie geschlossenem ersten AC-Schalter ACS1 und geschlossenem zweiten AC-Schalter ACS2 aus dem Mittelspannungsnetz MVG über den Mittelspannungstransformator T1 mit elektrischer Energie versorgt. Optional wird die Spannung auf der Niederspannungsseite des Mittelspannungstransformators T1 durch einen Niederspannungstransformator T2 auf eine für die Nebenaggregate 20 passende Spannung transformiert. im ersten Betriebszustand BZ1 sind die Schalter der Mittelspannungsschaltanlage MVSG geöffnet. Der Elektrolyseur 10 wird also nicht (mehr) mit elektrischer Energie versorgt. Die Versorgung der Nebenaggregate 20 über den Mittelspannungstransformator T1 ist also ebenfalls unterbrochen. Im ersten Betriebszustand BZ1 können die Nebenaggregate stattdessen über eine Batterie BAT mit elektrischer Energie versorgt werden. Die Nebenaggregate 20 sind hierfür über einen Wechselrichter 14 und den zweiten AC-Schalter ACS2 mit der Batterie Bat verbunden. Der Wechselrichter 14 wird durch die Steuereinheit Ctrl angesteuert und die Nebenaggregate 20 so mit elektrischer Energie aus der Batterie Bat versorgt. Die weitere Energieversorgung umfasst hier die Batterie Bat. In einem solchen ersten Betriebszustand BZ1 kann z. B. der Elektrolyseur 10 gewartet werden. Hierfür muss der Elektrolyseur 10 vom Mittelspannungsnetz MVG getrennt sein, aber die Nebenaggregate 20, zum Beispiel die Pumpen können für die Dauer der Wartung weiterhin zur Verfügung stehen. Es ist ebenfalls möglich, über den Wechselrichter 14 und die Batterie Bat eine Ersatzstromversorgung der Nebenaggregate 20 zu ermöglichen, welche z. B. bei Ausfall des Mittelspannungsnetzes MVG einsetzt.
Ausgehend von einem solchen ersten Betriebszustand BZ1 kann der Mittelspannungstransformator T1 vormagnetisiert werden, indem der Wechselrichter 14 in einem Schritt i1 seine Ausgangsspannung auf 0 V reduziert. Danach können in einem Schritt i2 optional die Nebenaggregate 20 abgeschaltet werden. Dies kann durch die Steuereinheit Ctrl durch Öffnen des zweiten AC-Schalters ACS2 geschehen. Danach kann der Wechselrichter 14 ein Inselnetz aufbauen, indem er im netzbildenden Betrieb - angesteuert durch die Steuereinheit Ctrl - seine Ausgangsspannung auf die Spannung des Mittelspannungsnetzes MVG synchronisiert. Die Steuereinheit Ctrl ist über den Spannungsmesser mit dem Mittelspannungsnetz MVG verbunden. Die Steuereinheit Ctrl kann dann den Wechselrichter 14 entsprechend ansteuern. Die Ausgangsspannung des Wechselrichters 14 wird insbesondere in Bezug auf Amplitude und Phase auf die Niederspannungsseite des Mittelspannungstransformators T1 synchronisiert. Nach der Synchronisation wird durch Schließen des ersten AC-Schalters ACS1 der Wechselrichter 14 mit dem Mittelspannungstransformator T1 verbunden. Optional kann zwischen dem Wechselrichter 14 und dem ersten AC-Schalter ACS1 der Niederspannungstransformator T2 angeordnet sein. Durch Verbindung des Wechselrichters 14 mit der Niederspannungsseite des Mittelspannungstransformators T1 kann der Mittelspannungstransformator T1 aus der Batterie Bat vormagnetisiert werden. Nach erfolgter Vormagnetisierung kann die Steuereinheit Ctrl die Schalter der Mittelspannungsschaltanlage MVSG schließen und hierdurch der Mittelspannungstransformator T1 mit dem Mittelspannungsnetz MVG verbunden werden. Danach kann durch Schließen des zweiten AC-Schalters ACS2 eine Versorgung der Nebenaggregate 20 über den Mittelspannungstransformator T1 , den ersten AC-Schalter ACS1 , den optionalen Transformator T2 und den zweiten AC-Schalter ACS2 erfolgen.
In Fig. 3 ist eine Elektrolyseanlage dargestellt, welche im Vergleich zu der Elektrolyseanlage von Figur 2 zusätzlich ein weiteres Nebenaggregat 22 aufweist. Das weitere Nebenaggregat kann in dem zweiten Betriebszustand BZ2 aus einer nicht dargestellten Stromversorgung mit elektrischer Energie versorgt werden, beispielsweise ebenfalls aus dem Mittelspannungsnetz MVG. Im ersten Betriebszustand BZ1 kann das weitere Nebenaggregat 22 aus der Batterie Bat über einen weiteren Wechselrichter 24 mit elektrischer Energie versorgt werden. Der weitere Wechselrichter 24 ermöglicht dabei eine unterbrechungsfreie Stromversorgung des weiteren Nebenaggregats 22. Der weitere Wechselrichter 24 ist hierfür ein netzbildender Wechselrichter, vorzugsweise mit belastbarem N-Leiter. Durch die Belastbarkeit des N-Leiters kann das weitere Nebenaggregat 22 insbesondere als asymmetrische Last ausgebildet sein. Bei dem weiteren Nebenaggregat 22 kann es sich z. B. um eine kritische Last wie eine Computersteuerung der Elektrolyseanlage handeln. Das Zurverfügungstellen einer unterbrechungsfreien Stromversorgung bedeutet, dass der weitere Wechselrichter 24 so von der Steuereinheit Ctrl angesteuert wird, dass bei Ausfall der Energieversorgung für das weitere Nebenaggregat 22 unterbrechungsfrei eine Energieversorgung über die Batterie Bat und den weiteren Wechselrichter 24 sichergestellt wird.
Demgegenüber kann der Wechselrichter 14 elektrische Leistung für Nebenaggregate 20, die z. B. als symmetrische Lasten ausgebildet sind, zur Verfügung stellen. Diese Nebenaggregate können dann z. B. so ausgelegt sein, dass sie einen kurzeitigen Ausfall der Versorgungsleistung während der Vormagnetisierung des Mittelspannungstransformators T1 verkraften. Dies trifft z. B. auf Kühlmittel-Pumpen zu.
Optional ist es möglich, das weitere Nebenaggregat 22 in analoger Weise, wie die Nebenaggregate 20 in dem zweiten Betriebszustand BZ2 aus dem Mittelspannungsnetz MVG mit elektrischer Energie zu versorgen. Hierfür würde dann das weitere Nebenaggregat in analoger Weise, wie die Nebenaggregate 20 mit dem Mittelspannungstransformator T1 verbunden.
In der in Fig. 4 dargestellten Elektrolyseanlage weist die weitere Energieversorgung ein Niederspannungsnetz LVG auf. In einer Ausführungsform kann das Niederspannungsnetz LVG leistungsbeschränkt sein. Über dieses Niederspannungsnetz LVG können die Nebenaggregate 20 mit elektrischer Energie versorgt werden. Die Versorgung der Nebenaggregate 20 mit elektrischer Energie ist dabei im ersten und im zweiten Betriebsmodus BZ1 , BZ2 möglich. Die Nebenaggregate 20 können dabei direkt an das Niederspannungsnetz LVG angeschlossen sein. Eine Trennung der Nebenaggregate 20 von dem Niederspannungsnetz LVG kann beispielsweise über den zweiten AC-Schalter ACS2 erfolgen.
Das Niederspannungsnetz LVG ist über einen Umrichter 26 und einen optionalen Niederspannungstransformator T2 über den ersten AC-Schalter ACS1 mit der Niederspannungsseite des Mittelspannungstransformators T1 verbindbar. In dem ersten Betriebszustand BZ1 kann somit der Mittelspannungstransformator T1 aus dem Niederspannungsnetz LVG über den Umrichter 26 und den optionalen Niederspannungstransformator T2 bei geschlossenem ersten AC Schalter ACS 1 vormagnetisiert werden. Dabei fließt elektrische Energie aus dem Niederspannungsnetz LVG in die Niederspannungsseite des Mittelspannungstransformators T1. Der Umrichter 26 kann zum Beispiel zweistufig ausgebildet sein und einen Gleichrichter 18 und einen nachgeschalteten Wechselrichter 16 aufweisen. Angesteuert werden kann der Umrichter 26 mit seinen beiden Komponenten Gleichrichter 18 und Wechselrichter 16 durch die Steuereinheit Ctrl. Durch die Verwendung einer solchen Umrichters 26 kann die Spannung des Niederspannungsnetz LVG optimal an den Vormagnetisierungsvorgang angepasst werden.
In der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist es ebenfalls möglich, die Nebenaggregate 20 über den Umrichter 26 aus dem Niederspannungsnetz LVG mit elektrischer Energie zu versorgen. In dieser Ausführungsform wäre dann zum Beispiel der zweite AC-Schalter ACS2 mit dem Ausgang des Umrichters 26 verbunden und der Umrichter 26 wirkt netzbildend.
In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, in welchem die Nebenaggregate 20 aus dem Niederspannungsnetz LVG mit elektrischer Energie versorgt werden können. Eine Versorgung ist, wie in dem Ausführungsbeispiel zu Fig. 4, im ersten und im zweiten Betriebszustand BZ1 , BZ2 möglich. Die Nebenaggregate 20 können über den zweiten AC- Schalter ACS2 mit dem Niederspannungsnetz LVG verbunden oder von diesem getrennt werden. Das Niederspannungsnetz LVG kann zum Beispiel leistungsbeschränkt sein und ein Vorladen des Mittelspannungstransformators T1 kann, wie in Figur 5 dargestellt, über einen Niederspannungstransformator T2 mit vorgeschalteter Reihenimpedanz Imp erfolgen. In dem ersten Betriebszustand BZ1 kann also die Niederspannungsseite des Mittelspannungstransformators T1 aus dem Niederspannungsnetz LVG vormagnetisiert werden. Nach dem Einschwingen kann die Reihenimpedanz Imp durch einen Kurzschlussschalter KS überbrückt werden. Die Reihenimpedanz Imp mit dem Kurzschlussschalter KS ist dabei optional. Eine Beschränkung des Vormagnetisierungsstromes kann auch durch die Streuinduktivität des Niederspannungstransformators T2 erfolgen.
Die in den Figuren 2 bis 5 dargestellten Ausführungsformen können auch untereinander kombiniert werden. Z. B. kann die weitere Energieversorgung ein Niederspannungsnetz LVG und eine Batterie Bat aufweisen. Eine solche Kombination würde dann z. B. ermöglichen, die Nebenaggregate 20 und das weitere Nebenaggregat 22 im ersten und zweiten Betriebszustand BZ1 , BZ2 aus dem Niederspannungsnetz LVG, ggf über den Umrichter 26, zu versorgen. Bei einem Ausfall des Niederspannungsnetzes LVG könnte die Batterie Bat über den Wechselrichter 14 und den weiteren Wechselrichter 24 die Ersatzstromversorgung für die Nebenaggregate 20 sowie die unterbrechungsfreie Stromversorgung für das weitere Nebenaggregat 22 sicherstellen. Das Vormagnetisieren kann dann wahlweise aus der Batterie Bat oder dem Niederspannungsnetz LVG erfolgen.
BEZUGSZEICHENLISTE
10 Elektrolyseur
12 Gleichrichter
14 Wechselrichter
16 Wechselrichter des Umrichters
18 Gleichrichter des Umrichters
20 Nebenaggregat
22 weiteres Nebenaggregat
24 weiterer Wechselrichter
26 Umrichter
BZ1 , BZ2 Betriebszustände
MVG Mittelspannungsnetz
MVSG Mittelspannungsschaltanlage
T1 Mittelspannungstransformator
T2 Niederspannungstransformator
ACS1 erster AC-Schalter
ACS2 zweiter AC Schalter
DCS DC Schalter
V Spannungsmesser
Ctrl Steuereinheit
Bat Batterie
LVG Niederspannungsnetz
KS Kurzschlussschalter
Imp Reihenimpedanz

Claims

PATENTANSPRÜCHE Verfahren zum Vormagnetisieren eines Mittelspannungstransformators (T1), welcher eingerichtet ist, eine Spannungstransformation zwischen einer Mittelspannung eines Mittelspannungsnetzes (MVG) auf einer Mittelspannungsseite des Mittelspannungstransformators (T1) und einer Niederspannung auf einer Niederspannungsseite des Mittelspannungstransformators (T1) durchzuführen, und welcher auf seiner Niederspannungsseite über einen Gleichrichter (12) mit einem Elektrolyseur (10) verbunden ist, wobei in einem ersten Betriebszustand (BZ1) der Mittelspannungstransformator (T1) von dem Mittelspannungsnetz (MVG) getrennt ist, wobei in dem ersten Betriebszustand (BZ1) zumindest ein Nebenaggregat (20) des Elektrolyseurs (10) über eine weitere Energieversorgung mit elektrischer Energie versorgt wird, wobei das Verfahren im ersten Betriebszustand die Schritte aufweist:
A1) Verbinden der Niederspannungsseite mit der weiteren Energieversorgung und A2) Vormagnetisieren des Mittelspannungstransformators (T1) mittels der weiteren Energieversorgung. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Mittelspannungstransformator (T1) über einen Niederspannungstransformator (T2) mit der weiteren Energieversorgung verbunden ist, sodass das Vormagnetisieren über den Niederspannungstransformator (T2) erfolgt. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei in einem zweiten Betriebszustand (BZ2) der Mittelspannungstransformator (T1) mit dem Mittelspannungsnetz (MVG) verbunden ist und der Elektrolyseur (10) aus dem Mittelspannungsnetz (MVG) mit elektrischer Energie versorgt wird. Verfahren nach Anspruch 3, wobei nach dem Vormagnetisieren der zweite Betriebszustand (BZ2) hergestellt wird durch:
B) Verbinden des Mittelspannungstransformators (T1) mit dem Mittelspannungsnetz (MVG) mittels einer Mittelspannungsschaltanlage (MVSG). Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei die weitere Energieversorgung einen aus einer Gleichspannungsquelle (Bat) gespeisten Wechselrichter (14) aufweist, welcher in Schritt A2) zum Vormagnetisieren des Mittelspannungstransformators (T1) im ersten Betriebszustand (BZ1) in einem Schritt i) ein Inselnetz aufbaut, welches auf das Mittelspannungsnetz (MVG) synchronisiert ist. Verfahren nach Anspruch 5, wobei zum Aufbau des Inselnetzes in Schritt i) die folgenden Schritte ausgeführt werden: 11) Reduzieren der Ausgangsspannung auf OV durch den Wechselrichter (14) und
12) optional Abschalten des zumindest einen Nebenaggregats (20). Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei nach dem Verbinden des Mittelspannungstransformators (T1) mit dem Mittelspannungsnetz (MVG) in Schritt B) in einem Schritt ii) das zumindest eine Nebenaggregat (20) zugeschaltet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das zumindest eine Nebenaggregat (20) in dem zweiten Betriebszustand (BZ2) aus dem Mittelspannungsnetz (MVG) mit elektrischer Energie versorgt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die weitere Energieversorgung einen weiteren aus der Gleichspannungsquelle (Bat) oder einer weiteren Gleichspannungsquelle gespeisten Wechselrichter (24) aufweist, über welchen zumindest ein weiteres Nebenaggregat (22) unterbrechungsfrei mit elektrischer Energie versorgt wird. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der weitere Wechselrichter (24) sicherstellt, dass die unterbrechungsfreie Versorgung des zumindest einen weiteren Nebenaggregats (22) bei einem Übergang vom zweiten Betriebszustand (BZ2) mit einer Versorgung aus dem Mittelspannungsnetz (MVG) in den ersten Betriebszustand (BZ1) mit einer Versorgung aus der weiteren Energieversorgung erfolgt. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei die weitere Energieversorgung ein Niederspannungsnetz (LVG) , umfasst, aus dem das zumindest eine Nebenaggregat (20) im ersten Betriebszustand (BZ1) und/oder im zweiten Betriebszustand (BZ2) mit elektrischer Energie versorgt wird. Verfahren nach Anspruch 11 , wobei das Vormagnetisieren aus dem Niederspannungsnetz (LVG) in Schritt A2) über einen Umrichter (26) erfolgt. Verfahren nach Anspruch 11 , wobei der Niederspannungstransformator eine Reihenimpedanz aufweist, welche nach dem Vormagnetisieren in Schritt A2) kurzgeschlossen wird. Steuereinheit (Ctrl) zum Vormagnetisieren eines Mittelspannungstransformators (T1), welcher eingerichtet ist, eine Spannungstransformation zwischen einer Mittelspannung eines Mittelspannungsnetzes (MVG) auf einer Mittelspannungsseite des Mittelspannungstransformators (T1) und einer Niederspannung auf einer Niederspannungsseite des Mittelspannungstransformators (T1) durchzuführen, und welcher auf seiner Niederspannungsseite über einen Gleichrichter (12) mit einem Elektrolyseur (10) verbunden ist, wobei in einem ersten Betriebszustand (BZ1) der Mittelspannungstransformator (T1) von dem Mittelspannungsnetz (MVG) getrennt ist, wobei in dem ersten Betriebszustand (BZ1) zumindest ein Nebenaggregat (20) des Elektrolyseurs (10) über eine weitere Energieversorgung mit elektrischer Energie versorgbar ist, wobei die Steuereinheit mit der weiteren Energieversorgung und einem AC- Schalter (ACS1) verbunden sowie dazu eingerichtet ist, im ersten Betriebszustand (BZ1) die Niederspannungsseite des Mittelspannungstransformators (T1) durch Schließen des AC-Schalters (ACS1) mit der weiteren Energieversorgung zu verbinden und die weitere Energieversorgung so anzusteuern, dass der Mittelspannungstransformator (T1) mittels der weiteren Energieversorgung vormagnetisiert wird. Elektrolyseanlage mit einem Mittelspannungstransformator (T1), welcher mit einem Mittelspannungsnetz (MVG) verbindbar und dazu eingerichtet ist, eine Spannungstransformation zwischen einer Mittelspannung des Mittelspannungsnetzes (MVG) auf einer Mittelspannungsseite des Mittelspannungstransformators (T1) und einer Niederspannung auf einer Niederspannungsseite des Mittelspannungstransformators (T1) durchzuführen, wobei die Elektrolyseanlage weiter einen Elektrolyseur (10) aufweist, welcher über einen Gleichrichter (12) mit dem Mittelspannungstransformator (T1) verbunden ist, wobei in einem ersten Betriebszustand (BZ1) der Mittelspannungstransformator (T1) von dem Mittelspannungsnetz (MVG) getrennt ist, wobei in dem ersten Betriebszustand (BZ1) zumindest ein Nebenaggregat (20) des Elektrolyseurs (10) über eine weitere Energieversorgung mit elektrischer Energie versorgbar ist, wobei im ersten Betriebszustand (BZ1) die Niederspannungsseite des Mittelspannungstransformators (T1) über einen AC Schalter (ACS1) so mit der weiteren Energieversorgung verbindbar ist, dass der Mittelspannungstransformator (T1) mittels der weiteren Energieversorgung vormagnetisierbar ist. Elektrolyseanlage nach Anspruch 15 mit einer Steuereinheit (Ctrl) nach Anspruch 14.
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