DE19845903A1

DE19845903A1 - Elektrische Energieübertragungsanlage

Info

Publication number: DE19845903A1
Application number: DE19845903A
Authority: DE
Inventors: Aloys Wobben
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-10-05
Filing date: 1998-10-05
Publication date: 2000-04-06
Also published as: DK1118151T3; AU5415199A; US6437996B1; AU751442B2; ES2179670T3; BRPI9914269B1; PT1118151E; SI1118151T1; TR200100688T2; NO20011690D0; ATE222423T1; AR021850A1; DE59902370D1; JP2002528027A; NZ510721A; EP1118151A1; EP1118151B1; NO322218B1; NO20011690L; CA2343812A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Energieübertragungsanlage zur Übertragung von elektrischer Energie von einem eine erste Wechselrichterspannung erzeugenden Generator (2) über eine Übertragungsleitung (14) in ein elektrisches Wechselspannungsnetz (20), mit einer Schaltungsanordnung (4, 6, 8, 10, 12), die die vom Generator (2) erzeugte erste Wechselspannung in eine erste Gleichspannung umwandelt und in die Übertragungsleitung (14) einspeist, und einem ersten Wechselrichter (18), der am Ausgang der Übertragungsleitung (14) angeschlossen ist und die erste Gleichspannung in eine zweite Wechselspannung umwandelt und in das Wechselspannungsnetz (20) einspeist. Das Besondere der Erfindung besteht darin, daß die Schaltungsanordnung (4, 6, 8, 10, 12) eine Stromrichterschaltung (4, 6, 8), die die vom Generator (2) erzeugte erste Wechselspannung in eine dritte Wechselspannung umwandelt, einen ersten Transformator (10), der die dritte Wechselspannung in eine vierte Wechselspannung umwandelt, und einen ersten Gleichrichter (12), der die vierte Wechselspannung in die erste Gleichspannung umwandelt, aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Energieübertragungsanlage zur Übertragung von elektrischer Energie von einem eine erste Wechselspannung erzeugenden Generator über eine Übertragungsleitung in ein elektrisches Wechselspannungs netz, mit einer Schaltungsanordnung, die die vom Generator erzeugte erste Wech selspannung in eine erste Gleichspannung umwandelt und in die Übertragungs leitung einspeist, und mit einem ersten Wechselrichter, der am Ausgang der Über tragungsleitung angeschlossen ist und die erste Gleichspannung in eine zweite Wechselspannung umwandelt und in das Wechselspannungsnetz einspeist.

Stromerzeugungsanlagen wie elektrische Generatoren werden üblicherweise direkt an das öffentliche Versorgungsnetz angeschlossen. Dies gilt auch für Windenergie anlagen. Besteht jedoch eine größere Entfernung zu einem möglichen Anschluß punkt an das öffentliche Versorgungsnetz, muß eine Übertragungsleitung vor gesehen werden. Wird dabei die vom Generator erzeugte Wechselspannung direkt in die Übertragungsleitung eingespeist, treten auf der Übertragungsleitung Blindlei stungen und damit erhöhte Leitungsverluste sowie bei längeren Strecken Instabilitä ten auf, weil die Impedanz einer solchen Wechselstromleitung aus Induktivität, Kapazität und realem Widerstand besteht. Ebenfalls erzeugt eine Wechselstromlei tung ein elektromagnetisches Feld, das zu unerwünschten EMV-Problemen führen kann.

Um die zuvor aufgezeigten Nachteile zu vermeiden, wird die vom Generator er zeugte erste Wechselspannung in eine erste Gleichspannung umgewandelt, die dann in die Übertragungsleitung eingespeist wird. Am Ende der Übertragungs leitung wird die Gleichspannung in eine zweite Wechselspannung umgewandelt und in das öffentliche Versorgungsnetz eingespeist, bei dem es sich ja um ein Wechselspannungsnetz handelt. Dabei sollte zweckmäßigerweise die umgewandel te zweite Wechselspannung der des öffentlichen Versorgungsnetzes zumindest im wesentlichen entsprechen, um unerwünschte Ausgleichsströme und Oberschwin gungen zu vermeiden. Bei diesem bekannten Hochspannungs-Gleichstrom-Über tragungssystem, abgekürzt bezeichnet als HGÜ-System, wird mit Hilfe von Gleich stromdrosseln ein Gleichstrom in die Übertragungsleitung eingeprägt, wobei sich die Gleichspannung in Abhängigkeit von der Steuerung der zugehörigen Gleich- und Wechselrichter entsprechend einstellt.

Mit Hilfe der Erfindung wird nun eine elektrische Energieübertragungsanlage der eingangs genannten Art geschaffen, bei welcher die Schaltungsanordnung eine Stromrichterschaltung, die die vom Generator erzeugte erste Wechselspannung in eine dritte Wechselspannung umwandelt, einen ersten Transformator, der die dritte Wechselspannung in eine vierte Wechselspannung umwandelt, und einen ersten Gleichrichter, der die vierte Wechselspannung in die erste Gleichspannung um wandelt, aufweist.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Schaltungsanordnung gestattet auf einfache Weise insbesondere die Erzeugung von in die Übertragungsleitung einzuspeisenden hohen Gleichspannungen, wodurch die Übertragung von elektrischer Energie in einem breiten Leistungsbereich auf der Übertragungsleitung möglich ist.

Bei der erfindungsgemäßen Anlage läßt sich bevorzugt die in die Übertragungs leitung eingespeiste hohe Gleichspannung als Basisgröße über den gesamten Leistungsbereich konstant halten, während sich der Strom linear als Funktion der zu übertragenden Leistung entsprechend ändert, wozu die Stromrichterschaltung und/oder der erste Gleichrichter die von ihm erzeugte und in die Übertragungs leitung gespeiste erste Gleichspannung auf einen konstanten Wert regelt. Dadurch entfallen die bei der bekannten Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung erforderli chen Gleichstromdrosseln.

Vorzugsweise ist die Frequenz der dritten Wechselspannung höher als die der ersten Wechselspannung und sollte insbesondere in einem Bereich von etwa 500 bis 20.000 Hz liegen, so daß der erfindungsgemäß vorgesehene Transformator die Funktion eines sogenannten Mittelfrequenztransformators übernimmt.

Die Stromrichterschaltung kann die erste Wechselspannung, bei der es sich ge wöhnlich um eine Drehspannung, also eine dreiphasige Wechselspannung, handelt, auch in eine einphasige dritte Wechselspannung umwandeln, wodurch der apparati ve Aufwand reduziert wird.

Eine gegenwärtig besonders bevorzugte Ausführung zeichnet sich dadurch aus, daß die Stromrichterschaltung einen zweiten Gleichrichter, der die vom Generator erzeugte erste Wechselspannung in eine zweite Gleichspannung umwandelt, und einen zweiten Wechselrichter, der die vom zweiten Gleichrichter erzeugte zweite Gleichspannung in die dritte Wechselspannung umwandelt, aufweist. Durch die Einfügung eines solchen Gleichspannungszwischenkreises ist es möglich, den nachgeschalteten zweiten Wechselrichter mit einer beliebigen Anzahl von Phasen und insbesondere auch als einphasiger Wechselrichter auszuführen. Ferner bietet ein solcher Gleichspannungszwischenkreis auf einfache Weise die Möglichkeit, den Betrag der Eingangsspannung am zweiten Wechselrichter im wesentlichen konstant zu halten, wozu zweckmäßigerweise ein Hochsetzsteller im Gleichspannungs zwischenkreis vorgesehen ist. Die vom zweiten Gleichrichter erzeugte zweite Gleichspannung ist nämlich gewöhnlich grob linear von der Generatordrehzahl abhängig und somit entsprechend variabel, so daß diese vom Hochsetzsteller in eine im wesentlichen konstante Gleichspannung umgeformt wird. Außerdem sollte die vom ersten Gleichrichter aus der vierten Wechselspannung erzeugte und in die Übertragungsleitung eingespeiste erste Gleichspannung in der Regel höher als die zweite Gleichspannung des Gleichspannungs-Zwischenkreises sein.

Üblicherweise wandelt der erste Gleichrichter die vierte Wechselspannung in eine erste Gleichspannung um, die im Bereich von etwa 10 bis 500 kV liegt.

Der erste Transformator wandelt die dritte Wechselspannung vorzugsweise in eine vierte Wechselspannung mit einer höheren Amplitude als die der dritten Wechsel spannung um, um die gewünschte Erzeugung der in die Übertragungsleitung einzuspeisenden hohen Gleichspannung zu realisieren.

Zwischen der Stromrichterschaltung und dem ersten Transformator sollte bevor zugt ein Filter geschaltet sein, der zweckmäßigerweise mindestens eine in Reihe geschaltete Induktivität und mindestens einen parallel geschalteten Kondensator aufweist, um unerwünschte Oberschwingungen im wesentlichen zu eliminieren.

Zur Glättung der Gleichspannungen sollte zwischen dem ersten Gleichrichter und der Übertragungsleitung und/oder zwischen der Übertragungsleitung und dem ersten Wechselrichter mindestens ein Kondensator gegen Masse geschaltet sein.

Im Hinblick auf die von der Übertragungsleitung eingespeiste hohe Gleichspannung müssen die Hochspannungsschalter des ersten Wechselrichters am Einspeiseort eine entsprechend hohe Spannungsfestigkeit aushalten. Um die Spannungsfestig keit an den Hochspannungsschaltern zu reduzieren, wird daher vorgeschlagen, vorzugsweise den ersten Wechselrichter aus mehreren in Reihe geschalteten Teilwechselrichtern auszubilden. Bei einer Weiterbildung dieser Ausführung ist der erste Wechselrichter aus mehreren in Reihe geschalteten Teilwechselrichtern gerader Anzahl gebildet und liegt der Verbindungspunkt zwischen der ersten halben Anzahl und der zweiten halben Anzahl von Teilwechselrichtern auf Erdpotential.

Zur galvanischen Trennung und zur Spannungsanpassung der Energieübertragungs anlage gegenüber dem Wechselspannungsnetz bzw. öffentlichen Versorgungsnetz kann der erste Wechselrichter über einen zweiten Tranformator an das Wech selspannungsnetz angeschlossen sein. Für den Fall, daß der erste Wechselrichter aus mehreren Teilwechselrichtern in der zuvor beschriebenen Weise besteht, weist der zweite Tranformator mehrere induktiv in Reihe gekoppelte Primärwicklungs anordnungen entsprechend der Anzahl der Teilwechselrichter und eine gemeinsame Sekundärwicklungsanordnung auf, wobei jeweils eine Primärwicklungsanordnung an einen Teilwechselrichter angeschlossen ist, so daß der zweite Transformator die Addition der einzelnen Leistungen der Teilwechselrichter übernimmt.

Weitere bevorzugte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die zuvor beschriebene erfindungsgemäße Energieübertragungsanlage eignet sich insbesondere zum Anschluß von Windenergieanlagen an das öffentliche Versor gungsnetz, wenn größere Entfernungen vom jeweiligen Windpark zu einem mögli chen Anschlußpunkt zu überbrücken sind.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch im Blockschaltbild die gesamte elektri sche Energieübertragungsanlage mit eingangsseitig daran angeschlossener Windenergieanlage und aus gangsseitig am geschlossenen öffentlichen Versor gungsnetz;

Fig. 2 ein detaillierteres Schaltbild der Anordnung aus erstem Gleichrichter, an dessen Eingang der elektrische Gene rator der Windenergieanlage angeschlossen ist, Gleichspannungszwischenkreis, erstem Wechselrich ter, Filter, Mittelfrequenztransformator und zweitem Gleichrichter, an dessen Ausgang die Übertragungs leitung angeschlossen ist;

Fig. 3 ein detaillierteres Schaltbild der Anordnung aus zwei tem Wechselrichter in einer ersten Ausführung, an dessen Eingang die Übertragungsleitung angeschlos sen ist, und Ausgangstranformator, dessen Sekundär wicklungen am dreiphasigen öffentlichen Versor gungsnetz angeschlossen sind; und

Fig. 4a und b das Schaltbild von Fig. 3 mit einem modifizierten zweiten Wechselrichter in einer zweiten Ausführung (Fig. 4a) und einer dritten Ausführung (Fig. 4b).

Im nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der elektrische Generator, dessen erzeugte Energie mit Hilfe einer Übertragungsleitung 14 über größere Entfernungen in ein öffentliches Versorgungsnetz 20 eingespeist werden soll, Teil einer Windenergieanlage, wie in Fig. 1 schematisch zu erkennen ist. Gleichwohl sei an dieser Stelle angemerkt, daß die Art des Antriebes des elektrischen Genera tors 2 grundsätzlich keinen Einfluß auf die Funktionsweise der nachfolgend be schriebenen Schaltung hat und der elektrische Generator 2 alternativ beispielsweise auch durch Wasserkraft oder Verbrennen von fossilen Werkstoffen angetrieben werden kann.

Wie Fig. 1 erkennen läßt, ist der elektrische Generator 2 der Windenergieanlage an eine Stromrichterschaltung angeschlossen, die einen ersten Gleichrichter 4, einen Gleichrichterzwischenkreis 6 und einen ersten Wechselrichter 8 aufweist. Ein Mittelfrequenztransformator 10 ist zwischen dem Ausgang des ersten Wechselrich ters 8 und dem Eingang eines zweiten Gleichrichters 12 geschaltet. Am Ausgang des zweiten Gleichrichters 12 ist die Übertragungsleitung 14 angeschlossen, auf der die vom zweiten Gleichrichter 12 erzeugte Gleichspannung über eine größere Entfernung übertragen wird. Die Übertragungsleitung 14 ist an einen Filter 16 angeschlossen, dem ein zweiter Wechselrichter 18 nachgeschaltet wird, der mit seinem Ausgang am öffentlichen Versorgungsnetz 20 angeschlossen ist. Bei dem öffentlichen Versorgungsnetz 20 handelt es sich um ein gewöhnliches Drehstrom netz mit der üblichen Frequenz von 50 Hz oder 60 Hz.

Der elektrische Generator 2 der Windenergieanlage gemäß Fig. 1 erzeugt eine drei- oder sechsphasige Wechselspannung und speist diese in den ersten Gleich richter 4 ein, der die dreiphasige Wechselspannung in eine Gleichspannung um formt. Beim ersten Gleichrichter 4 handelt es sich um einen gewöhnlichen drei- oder sechsphasigen Vollwellengleichrichter, der die positive Halbwelle jeder Phase in eine positive Teilgleichspannung auf dem positiven "Ast" L1 und die negative Halbwelle jeder Phase in eine negative Teilgleichspannung auf dem negativen "Ast" L2 umwandelt (siehe Fig. 2). An dieser Stelle sei angemerkt, daß der elektrische Generator 2 natürlich alternativ auch beispielsweise eine einphasige Wechsel spannung erzeugen kann, wozu dann der erste Gleichrichter als einphasiger Gleich richter ausgebildet sein muß.

Die vom ersten Gleichrichter 4 erzeugte Gleichspannung liegt am Gleichspannungs zwischenkreis 6 an, an dessen Eingang ein zwischen positivem Ast L1 und negati vem Ast L2 geschalteter erster Kondensator 22 vorgesehen ist. Da die vom ersten Gleichrichter 4 erzeugte Gleichspannung grob linear von der Drehzahl des elek trischen Generators 2 abhängt, enthält der Gleichspannungszwischenkreis 6 einen Hochsetzsteller, der diese variable Gleichspannung in eine konstante Gleichspan nung umformt (siehe Fig. 2). Dieser Hochsetzsteller weist eine erste Induktivität 24, einen an deren Ausgang angeschlossenen und zwischen positivem Ast L1 und negativem Ast L2 parallel geschalteten IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 26, eine ebenfalls am Ausgang der Induktivität 24 angeschlossene und im positiven Ast L1 in Reihe geschaltete Diode 28 und am Ausgang einen zwischen positivem Ast L1 und negativem Ast L2 geschalteten zweiten Kondensator 30 zur Glättung der Gleichspannung auf.

Am Ausgang des Gleichspannungszwischenkreises 6 ist in der in Fig. 2 dargestell ten Ausführung ein dreiphasiger erster Wechselrichter 8 angeschlossen, der die Gleichspannung wieder in eine dreiphasige Wechselspannung umwandelt, und zwar mit einer Frequenz von etwa 500 bis 20.000 Hz. Dem ersten Wechselrichter 8 nachgeschaltet ist ein Filter 32, bestehend aus in Reihe geschalteten Induktivitäten 34 und parallel geschalteten Kondensatoren 36. An den Filter 32 ist der Mittel frequenztransformator 10 angeschlossen. Da die vom ersten Wechselrichter 8 erzeugte Wechselspannung dreiphasig ist, handelt es sich bei dem Mittelfrequenz transformator 10 zwangsläufig um einen Drehstromtransformator. In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Primär- und Sekundärwicklungen des Mittelfrequenztransformators 10 jeweils im Stern geschaltet. Alternativ ist es aber natürlich auch denkbar, die Wicklungen im Dreieck zu schalten.

Der Mittelfrequenztransformator 10 sorgt nicht nur für eine Potentialtrennung, sondern auch für eine hohe Spannungsübersetzung, beispielsweise von 400 V pro Phase auf der Primärseite auf 70 kV pro Phase auf der Sekundärseite.

Anschließend formt der zweite Gleichrichter 12 die vom Mittelfrequenztransforma tor 10 hochtransformierte dreiphasige Wechselspannung in eine hohe Gleichspan nung um. Wegen der dreiphasigen Eingangswechselspannung ist der zweite Gleichrichter 12, bei dem es sich um einen Vollwellen-Hochspannungsgleichrichter handelt, als dreiphasiger Gleichrichter ausgebildet, wobei ähnlich wie beim ersten Gleichrichter 4 die positive Halbwelle jeder Phase in eine positive hohe Teilgleich spannung +Ud auf dem positiven Ast L3 und die negative Halbwelle jeder Phase in eine negative hohe Teilgleichspannung -Ud auf dem negativen Ast L3 umgeformt wird, jeweils bezogen auf den Punkt P1 gemäß Fig. 2, der im dargestellten Ausführungsbeispiel symmetrisch zwischen den beiden Ästen L3 und L4 auf Erdpotential liegt, so daß die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Ästen L3 und L4 2 Ud beträgt.

Zur Glättung der vom zweiten Gleichrichter 12 erzeugten hohen Gleichspannung ist zwischen den beiden Ästen L3 und L4 eine Kapazität geschaltet, die beim in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren 38 besteht, deren Verbindungspunkt P1 auf Erdpotential liegt. Um den gleichen Betrag der Spannungsdifferenz zwischen dem positiven Ast L3 und dem Verbin dungspunkt P1 einerseits und zwischen dem Verbindungspunkt P1 und dem negativen Ast L4 andererseits herzustellen, sollten beide Kondensatoren 38 die gleichen Impedanzwerte aufweisen.

An dieser Stelle sei angemerkt, daß der erste Wechselrichter 8, der Filter 32, der Mittelfrequenztransformator 10 und der zweiten Gleichrichter 12 alternativ bei spielsweise auch einphasig ausgeführt sein können.

Der positive Ast L3 und der negative Ast L4 sind im dargestellten Ausführungsbei spiel gemäß Fig. 2 jeweils über eine Sicherung 42 und einen Trennschalter 44 mit der zugehörigen Ader der zwei Adern aufweisenden Übertragungsleitung 14 verbunden.

Mit Hilfe des Mittelfrequenztransformators 10 und des anschließenden zweiten Gleichrichters 12 kann somit eine hohe Gleichspannung vorzugsweise im Bereich von etwa 10 bis 500 kV erzeugt werden, die dann in die Übertragungsleitung 14 eingespeist wird.

Die so in die Übertragungsleitung 14 eingespeiste hohe Gleichspannung dient als Basisgröße und wird über den gesamten Leistungsbereich konstant gehalten, während sich der durch die Übertragungsleitung 14 fließende Strom linear als Funktion der zu übertragenden Leistung entsprechend ändert. Die Konstanthaltung der auf der Übertragungsleitung 14 angelegten hohen Gleichspannung findet durch eine entsprechende Regelung des im Gleichspannungszwischenkreis 6 enthaltenen Hochsetzstellers, des ersten Wechselrichters 8 und/oder des zweiten Gleichrichters 12 statt.

Während Fig. 2 die am Erzeugungsort installierte Schaltung der Energieüber tragungsanlage zeigt, ist in den Fig. 3 und 4 die am Einspeiseort installierte Schaltung dargestellt.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführung ist die Übertragungsleitung 14 über Trenn schalter 46 und Sicherungen 48 an den Filter 16 und den nachfolgenden zweiten Wechselrichter 18 angeschlossen.

Der Filter 16 dient ebenfalls zur Glättung der auf der Übertragungsleitung 14 übertragenen hohen Gleichspannung und besteht im dargestellten Ausführungsbei spiel aus zwei Kondensatoren 16a, 16b, die ähnlich wie die Kondensatoren 38 jeweils die gleiche Impedanz besitzen und zueinander in Reihe sowie gemeinsam zwischen den positiven und negativen Ästen parallel geschaltet sind, wobei der Verbindungspunkt P2 auf Erdpotential liegt.

Beim zweiten Wechselrichter 18 handelt es sich um einen gewöhnlichen dreiphasi gen Wechselrichter, der im Prinzip ähnlich wie der erste Wechselrichter 8 aufge baut ist.

Am Ausgang des zweiten Wechselrichters 18 ist ein weiterer Filter 50 angeschlos sen, das in jede Phase geschaltete Induktivitäten zur Glättung des Stromes auf weist.

Die vom zweiten Wechselrichter 18 aus der hohen Gleichspannung erzeugte Wechselspannung wird über den Filter 50 und einen daran angeschlossenen Ausgangstransformator 52 in das dreiphasige öffentliche Versorgungsnetz 20 gespeist. Dementsprechend ist der Ausgangstransformator 52 ebenfalls dreiphasig ausgeführt, wobei in der Darstellung gemäß Fig. 3 sowohl die Primärwicklungen Wp als auch die Sekundärwicklungen Ws jeweils im Stern geschaltet sind. Selbst verständlich ist es auch denkbar, die Wicklungen des Ausgangstransformators 52 im Dreieck zu schalten. Der Ausgangstransformator 52 dient zur Potentialtrennung. Eine weitere Aufgabe des Ausgangstransformators 52 kann darin bestehen, die vom zweiten Wechselrichter 18 erzeugte Wechselspannung auf einen Effektivwert zu transformieren, der dem der Wechselspannung des Versorgungsnetzes 20 entspricht.

Im Hinblick auf die von der Übertragungsleitung eingespeiste hohe Gleichspannung müssen die Hochspannungsschalter des zweiten Wechselrichters 18 eine ent sprechend hohe Spannungsfestigkeit aufweisen.

Da für das Übertragungskabel 14 die Spannungsfestigkeit gegen das Erdpotential maßgeblich den Preis und die technische Machbarkeit bestimmt, sollte dieser Wert genau definiert werden. Aus diesem Grunde erscheinen Spannungswerte von +Ud = +50 kV und -Ud = -50 kV gegen das Erdpotential geeignet.

Um die Spannungsfestigkeit an den Hochspannungsschaltern zu halbieren, wird alternativ ein Wechselrichterkonzept gemäß Fig. 4a vorgeschlagen. Dieses Kon zept sieht einen Wechelrichter 18' mit zwei Teilwechselrichtern 18a' und 18b' in Reihenschaltung vor, wobei der Verbindungspunkt zwischen den beiden Teilwech selrichtern 18a' und 18b' mit dem Verbindungspunkt P2 zusammengeschaltet ist und somit auf Erdpotential liegt. Dadurch brauchen die Teilwechselrichter 18a' und 18b' jeweils nur die Hälfte der Spannungsfestigkeit des in Fig. 3 gezeigten (einzigen) Wechselrichters 18 aufzuweisen. Die beiden Teilspannungen +Ud und -Ud werden durch die Ausgangsströme der Teilwechselrichter 18a' und 18b' geregelt; ist beispielsweise die positive Teilgleichspannung +Ud zu hoch, wird der Ausgangsstrom des zugehörigen Teilwechselrichters 18a' entsprechend höher geregelt und umgekehrt. Die von den beiden Teilwechselrichtern 18a' und 18b' erzeugten Teilwechselspannungen werden durch den Ausgangstransformator 52' primärseitig addiert, indem der Ausgang des ersten Teilwechselrichters 18a' an erste Primärwicklungen Wp1 und der Ausgang des zweiten Teilwechselrichters 18b' an zweite Primärwicklungen Wp2 angeschlossen und die ersten und zweiten Primärwicklungen Wp1 und Wp2 miteinander induktiv in Reihe gekoppelt sind.

Fig. 4b zeigt eine weitere Ausführung eines Wechselrichters 18", bei welcher vier Teilwechselrichter 18a', 18b', 18c' und 18d' in Reihe geschaltet sind, wobei der Verbindungspunkt zwischen zweitem Teilwechselrichter 18b" und drittem Teil wechselrichter 18c" mit dem Verbindungspunkt P2 verbunden ist und auf Erdpo tential liegt. Auf diese Weise kann die Spannungsfestigkeit für jeden Teilwechsel richter noch einmal um die Hälfte gegenüber der Ausführung von Fig. 4a und somit auf ein Viertel gegenüber der Ausführung von Fig. 3 reduziert werden. Dementsprechend weist der Ausgangstranformator 52" dieser Ausführung vier induktiv in Reihe miteinander gekoppelte Primärwicklungen Wp1, Wp2, Wp3 und Wp4 auf, die entsprechend an die Ausgänge der Teilwechselrichter angeschlossen sind. Das in Fig. 4b gezeigte Wechselrichterkonzept funktioniert in gleicher Weise wie das in Fig. 4a gezeigte Konzept.

Claims

1. Elektrische Energieübertragungsanlage zur Übertragung von elektrischer Energie von einem eine erste Wechselrichterspannung erzeugenden Generator (2) über eine Übertragungsleitung (14) in ein elektrisches Wechselspannungsnetz (20), mit
einer Schaltungsanordnung (4, 6, 8, 32, 10, 12), die die vom Generator (2) er zeugte erste Wechselspannung in eine erste Gleichspannung umwandelt und in die Übertragungsleitung (14) einspeist, und
einem ersten Wechselrichter (18), der am Ausgang der Übertragungsleitung (14) angeschlossen ist und die erste Gleichspannung in eine zweite Wechselspannung umwandelt und in das Wechselspannungsnetz (20) einspeist, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schaltungsanordnung (4, 6, 8, 32, 10, 12)

1. eine Stromrichterschaltung (4, 6, 8), die die vom Generator (2) erzeugte erste Wechselspannung in eine dritte Wechselspannung umwandelt,
2. einen ersten Transformator (10), der die dritte Wechselspannung in eine vierte Wechselspannung umwandelt, und
3. einen ersten Gleichrichter (12), der die vierte Wechselspannung in die erste Gleichspannung umwandelt,

aufweist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromrichterschaltung (4, 6, 8) und/oder der erste Gleichrichter (12) die in die Übertragungsleitung (14) gespeiste erste Gleichspan nung auf einen konstanten Wert regelt, so daß sich der in die Übertragungsleitung (14) gespeiste Gleichstrom als Funktion der übertragenen elektrischen Leistung ändert.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromrichterschaltung (4, 6, 8) die erste Wech selspannung in eine dritte Wechselspannung umwandelt, deren Frequenz höher als die der ersten Wechselspannung ist.

4. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromrichterschaltung (4, 6, 8) die erste Wech selspannung in eine dritte Wechselspannung umwandelt, deren Frequenz im Bereich von etwa 500 bis 20.000 Hz liegt.

5. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromrichterschaltung die erste Wechselspannung in eine einphasige dritte Wechselspannung umwandelt.

6. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromrichterschaltung (4, 6, 8) einen zweiten Gleichrichter (4), der die vom Generator (2) erzeugte erste Wechselspannung in eine zweite Gleichspannung umwandelt, und einen zweiten Wechselrichter (8), der die vom zweiten Gleichrichter (4) erzeugte zweite Gleichspannung in die dritte Wechselspannung umwandelt, aufweist.

7. Anlage nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Wechselrichter (8) ein einphasiger Wech selrichter ist.

8. Anlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zweiten Gleichrichter (4) und dem zweiten Wechselrichter (8) ein Hochsetzsteller (24, 26, 28, 30) geschaltet ist, der die zweite Gleichspannung in eine konstante Gleichspannung umformt.

9. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Gleichrichter (12) die vierte Wechselspan nung in eine erste Gleichspannung umwandelt, die höher als die zweite Gleich spannung ist.

10. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Gleichrichter (12) die vierte Wechselspan nung in eine erste Gleichspannung umwandelt, die im Bereich von etwa 10 bis 500 kV liegt.

11. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Transformator (10) die dritte Wechsel spannung in eine vierte Wechselspannung mit einer höheren Amplitude als die der dritten Wechselspannung umwandelt.

12. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Stromrichterschaltung (4, 6, 8) und dem ersten Transformator (10) ein Filter (32) geschaltet ist.

13. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (32) mindestens eine in Reihe geschaltete Induktivität (34) und mindestens einen parallel geschalteten Kondensator (36) aufweist.

14. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Gleichrichter (12) und der Übertragungsleitung (14) und/oder zwischen der Übertragungsleitung (14) und dem ersten Wechselrichter (18) mindestens ein Kondensator (38; 16a, 16b) gegen Masse geschaltet ist.

15. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Wechselrichter (18'; 18") aus mehreren in Reihe geschalteten Teilwechselrichtern (18a', 18b'; 18a", 18b", 18c", 18d") gebildet ist.

16. Anlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Wechselrichter (18'; 18") aus mehreren in Reihe geschalteten Teilwechselrichtern (18a', 18b'; 18a", 18b", 18c", 18d") gerader Anzahl gebildet ist und der Verbindungspunkt (P2) zwischen der ersten halben Anzahl (18a'; 18a", 18b") und der zweiten halben Anzahl (18b'; 18c", 18d") von Teilwechselrichtern auf Erdpotential M liegt.

17. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Wechselrichter (18; 18'; 18") über einen zweiten Tranformator (52; 52'; 52") an das Wechselspannungsnetz (20) ange schlossen ist.

18. Anlage nach Anspruch 17 sowie Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Tranformator (52'; 52") mehrere induktiv in Reihe gekoppelte Primärwicklungsanordnungen (Wp1, Wp2; Wp1, Wp2, Wp3, Wp4) entsprechend der Anzahl der Teilwechselrichter (18a', 18b'; 18a", 18b", 18c", 18d") und eine gemeinsame Sekundärwicklungsanordnung (Ws) aufweist, wobei jeweils eine Primärwicklungsanordnung an einen Teilwechselrichter ange schlossen ist.