EP2147491A1 - Aktivfilter mit einer multilevel-topologie - Google Patents

Aktivfilter mit einer multilevel-topologie

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Publication number
EP2147491A1
EP2147491A1 EP08735680A EP08735680A EP2147491A1 EP 2147491 A1 EP2147491 A1 EP 2147491A1 EP 08735680 A EP08735680 A EP 08735680A EP 08735680 A EP08735680 A EP 08735680A EP 2147491 A1 EP2147491 A1 EP 2147491A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
terminal
power semiconductor
connection
turn
power
Prior art date
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Ceased
Application number
EP08735680A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias Bernhard
Mike Dommaschk
Jörg DORN
Ingo Euler
Franz Karlecik-Maier
Jörg LANG
John-William Strauss
Quoc-Buu Tu
Carsten Wittstock
Klaus WÜRFLINGER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2147491A1 publication Critical patent/EP2147491A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1821—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators
    • H02J3/1835—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control
    • H02J3/1842—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control wherein at least one reactive element is actively controlled by a bridge converter, e.g. active filters
    • H02J3/1857—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control wherein at least one reactive element is actively controlled by a bridge converter, e.g. active filters wherein such bridge converter is a multilevel converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/20—Active power filtering [APF]

Definitions

  • the invention relates to a device for influencing the electrical energy transmission of a multi-phase AC line with phase modules, each having an AC terminal for connecting to each one phase of the AC line and two horrin- conclusions, between each connection connection and each AC terminal a Phasenmodul- branch extends, which consists of a series circuit of submodules, each having a power semiconductor circuit and a power semiconductor circuit connected in parallel to the energy storage, and wherein the gleichsanschlüs ⁇ se are interconnected.
  • Such a device is already be ⁇ known from US 6,075,350.
  • a so-called multilevel power converter is described, which is provided for filtering harmonic harmonics of the mains frequency of an AC line and for reactive power compensation.
  • the previously known power converter has, for each phase of the AC voltage network, a phase module which has an AC voltage terminal, to which each phase module is connected in each case to one phase of the AC voltage line.
  • each phase module on a series circuit of submodules, which are designed as two poles each submodule has a Kon ⁇ capacitor and in parallel with the capacitor a Voul bridge circuit of power semiconductors.
  • Each of these turn-off power semiconductors is a freewheeling ⁇ de connected in opposite directions in parallel.
  • the object of the invention is therefore to provide a device of the type mentioned, which is inexpensive.
  • the invention achieves this object in that the power semiconductor circuit has ⁇ off power semiconductors up, which are connected together in a half-bridge.
  • an active filter with a multilevel topology is provided.
  • a phase ⁇ module is provided for each phase or in the case of application of the active filter in a DC voltage intermediate circuit for each pole, which consists of a series connection of submodules.
  • the submodules are bipoles and have two terminals.
  • each submodule has an energy store, for example a capacitor, to which a power semiconductor circuit is connected in parallel.
  • the voltage dropping across the energy store can be generated at the connection terminals or else a zero voltage.
  • a half-bridge circuit is provided according to the invention.
  • each submodule has a first terminal, a second terminal, an energy storage device and a two series-connected turn-off power semiconductor having power semiconductor branch connected in parallel to the energy store, wherein each turn-off power semiconductor an opposite free-wheeling diode is connected in parallel maral ⁇ tet and Connection point of the emitter of a first turn-off power semiconductor of the power semiconductor branch and the anode of the first turn-off power semiconductor associated opposing freewheeling diode, the first terminal and the connection point of the disconnectable Power semiconductor of the power semiconductor branch and the freewheeling diodes form the second terminal.
  • each sub-module, a first terminal and a second terminal ⁇ terminal wherein the power semiconductor circuit has a two series-connected turn-off power semiconductor aufwei ⁇ send a power semiconductor branch connected in parallel to the E- nergie Grande, wherein each turn-off power semiconductor, a opposing diode is connected in parallel and the connection point of the collector of the first turn-off ⁇ ble power semiconductor of the power semiconductor branch and the cathode of the first turn-off power semiconductor associated opposing freewheeling diode, the first terminal and the connection point of the turn-off power semiconductor ⁇ semiconductors of the power semiconductor branch and the Freilaufdi ⁇ ode the Form second connection terminal.
  • a further phase module is provided that one having Erdpoten ⁇ potential associated ground terminal and two connection terminals ⁇ connections, said circuit and the ground terminal extends a respective phase module branch between each kausan-, the description of a series circuit of submodules with each connection terminal connected to the connection terminal of the remaining phase modules.
  • damping of the negative sequence system is provided. Rather, the grounding also allows the outflow of zero system currents, so that their suppression in the AC voltage line is also possible.
  • a capacitor module with a ground connection and two connections is provided. dung connections provided, one Kondensa is connected between the earth connection and each connection terminal respectively ⁇ formed torzweig, which consists of one or more capacitors that are connected in series to each other, wherein each connection terminal is connected to a connection terminal of the phase module branches. Also via the ground terminal of the capacitor module, the outflow of Nullsys ⁇ temströmen is possible.
  • the capacitor module can thus ⁇ additionally equipped with the above-described phase module with egg nem ground connection or just see instead pre ⁇ . Both in the grounded phase module and in the capacitor module, a central arrangement of the grounding ⁇ connection and thus a symmetrical configuration of the capacitor module is appropriate.
  • phase module branches of a phase module extending between the connection connection and the grounding connection are therefore identical.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the device according to the invention in a replacement image representation
  • Figure 2 shows another embodiment of the inventions ⁇ inventive device and Figure 3 show a further embodiment of the inventions ⁇ to the invention device.
  • Figure 1 shows an embodiment of the device 1 according to the invention, which is connected to an AC line 2 with the phases 2a, 2b and 2c.
  • the AC voltage line 2 extends between a power supply 3 feeding electrical energy and a load 4, through which the supply network 3 and the AC line 2 is unbalanced load and at the same time harmonic harmonics of the nominal frequency of the AC voltage of the AC line 2 are generated.
  • the device 1 is provided for the compensation of the asymmetries and in particular for the suppression of said harmonics.
  • the device 1 shown in Figure 1 comprises three Pha ⁇ senmodule 5a, 5b and 5c, each of which has an AC voltage connection 6a, 6b and 6c, which are each connected to a phase 2a, 2b and 2c of the AC line.
  • each phase module 5a, 5b, and 5c has two connection terminals 7p and 7n, respectively, with a phase module branch 8ap, 8bp, 8cp, 8an, 8bn, and 8cn extending between each AC voltage terminal 6a, 6b, and 6c and each of the connection terminals 7p, 7n, respectively
  • Each of these six phase module branches consists of a series connection of submodules 9.
  • each sub-module 9 includes a power semiconductor branch 12, the two mutually in series ge ⁇ switched off power semiconductors 13, such as IGBTs having ⁇ example.
  • Each disconnectable power semiconductor ter 13 is a freewheeling diode 14 in opposite directions parallel ⁇ switched.
  • the power semiconductor branch 12 is connected in parallel to egg ⁇ nem capacitor 15 as energy storage.
  • the emitter of the turn-off performance-semiconductor 13 shown in Figure 1 below and the anode of said shutdown ⁇ cash power semiconductors 13 are connected in parallel freewheel diode 14 are at the potential of the first terminal 10 of the submodule.
  • the second connection terminal is at the potential of the connection points between the two turn-off power semiconductors 13 and thus at the potential of the connection point between the two freewheeling diodes 14 connected in series.
  • the capacitors 15 of each submodule 9 are charged by a suitable control of the turn-off power semiconductors not shown in FIG.
  • the control and Re ⁇ gelungs worn also includes a method are detected with the harmonics of the current flowing in the AC line alternating current.
  • the said harmonics have a frequency which is an integer multiple of the nominal frequency of the voltage in the AC line.
  • a voltage is generated due to the charged capacitors 9, which drives a compensation current or filter current, which is coupled into the AC line 2 and ensures that the harmonic harmonics and asymmetric Rien of the current in the AC line 2 are suppressed.
  • phase module 5a, 5b and 5c each having two phase module branches 8AP, 8AN, 8bp, 8BN, 8cp Bezie ⁇ hung as 8CN.
  • phase module 5d is provided which, as in the case of ⁇ has two connection terminals 7p and 7n, which are connected to the connection terminals 7p and 7n of the phase modules 5a, 5b and 5c by a connection line.
  • phase module 5d does not have an AC connection, but rather via a ground connection 16, via which zero system currents can flow when the deactivatable power semiconductors of the submodules 9 of the phase module branches 8dp and 8dn are appropriately activated. According to this advantageous embodiment of the invention, a suppression of asymmetries due to zero system currents is thus possible.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the invention, but with the connecting terminals 7p or 7n of the phase modules 5a, 5b and 5c to the connector terminals 7p or 7n of the phase modules 5a, 5b and 5c to the connector terminals 7p or 7n a Kondensa ⁇ Call Module are connected 17th
  • the capacitor module 17 includes a ground terminal 16, wherein between the ground terminal 16 and each connection terminal 7p Bezie ⁇ hung 7n example, a capacitor is respectively connected 18th
  • a plurality of series-connected capacitors 18 between the ground terminal 16 and each connection terminal 7p or 7n of the Kondensatormo ⁇ module 17 may be provided.
  • a drainage of the zero system currents is possible.
  • the capacitive reactive power can be coupled into the AC voltage line 2 by appropriate control of the abschaltba ⁇ Ren power semiconductors of the phase modules 5a, 5b and 5c.
  • a centrally grounded phase module which is denoted by 5d in FIG. 2, can also be used together with a capacitor module 16 and the three phase modules 5a, 5b and 5c in the context of the invention, the connection terminals 7p and 7n being connected by a connecting line a common potential.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

Um eine Vorrichtung (1) zur Beeinflussung der Elektroenergieübertragung einer mehrere Phasen aufweisenden Wechselspannungsleitung (2) mit Phasenmodulen (5a, 5b, 5c), die jeweils einen Wechselspannungsanschluss (6a, 6b, 6c) zum Verbinden mit jeweils einer Phase der Wechselspannungsleitung (2) und zwei Verbindungsanschlüsse (7p, 7n) aufweisen, wobei sich zwischen jedem Verbindungsanschluss (7p, 7n) und jedem Wechselspannungsanschluss (6a, 6b, 6c) ein Phasenmodulzweig (8ap, 8bp, 8cp, 8an, 8bn, 8cn) erstreckt, der aus einer Reihenschaltung von Submodulen (9) besteht, die jeweils eine Leistungshalbleiterschaltung und einen zur Leistungshalbleiterschaltung parallel geschalteten Energiespeicher (15) aufweisen, und wobei die Verbindungsanschlüsse (7p, 7n) miteinander verbunden sind, bereitzustellen, die kostengünstig ist, wird vorgeschlagen, dass die Leistungshalbleiterschaltung abschaltbare Leistungshalbleiter (13) aufweist, die in einer Halbbrücke miteinander verschaltet sind.

Description

Beschreibung
Aktivfilter mit einer Multilevel-Topologie
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beeinflussung der Elektroenergieübertragung einer mehrere Phasen aufweisenden Wechselspannungsleitung mit Phasenmodulen, die jeweils einen Wechselspannungsanschluss zum Verbinden mit jeweils einer Phase der Wechselspannungsleitung und zwei Verbindungsan- Schlüsse aufweisen, wobei sich zwischen jedem Verbindungsan- schluss und jedem Wechselspannungsanschluss ein Phasenmodul- zweig erstreckt, der aus einer Reihenschaltung von Submodulen besteht, die jeweils eine Leistungshalbleiterschaltung und einen zur Leistungshalbleiterschaltung parallel geschalteten Energiespeicher aufweisen, und wobei die Verbindungsanschlüs¬ se miteinander verbunden sind.
Eine solche Vorrichtung ist aus der US 6,075,350 bereits be¬ kannt. Dort ist ein so genannter Multilevel-Stromrichter be- schrieben, der zum Filtern von harmonischen Oberschwingungen der Netzfrequenz einer Wechselspannungsleitung sowie zur Blindleistungskompensation vorgesehen ist. Der vorbekannte Stromrichter weist für jede Phase des Wechselspannungsnetzes ein Phasenmodul auf, das über einen Wechselspannungsanschluss verfügt, mit dem jedes Phasenmodul mit jeweils einer Phase der Wechselspannungsleitung verbunden ist. Dabei weist jedes Phasenmodul eine Reihenschaltung aus Submodulen auf, die als Zweipole ausgestaltet sind, wobei jedes Submodul einen Kon¬ densator und in Parallelschaltung zum Kondensator eine VoIl- brückenschaltung aus Leistungshalbleitern aufweist. Jedem dieser abschaltbare Leistungshalbleiter ist eine Freilaufdio¬ de gegensinnig parallel geschaltet. Als abschaltbare Leis¬ tungshalbleiter kommen beispielsweise IGBTs, GTOs oder dergleichen in Betracht. Mit Hilfe der Vollbrückenschaltung ist bei zweckmäßiger Ansteuerung der abschaltbaren Leistungshalbleiter möglich, den Klemmen jedes Submoduls die Kondensatorspannung, eine Nullspannung oder aber die invertierte Kondensatorspannung aufzuprägen. Die Phasenmodule sind an ihrem vom Wechselspannungsanschluss abgewandten Ende zu einem Stern miteinander verschaltet. Durch Zu- beziehungsweise Abschalten von Submodulen mit Hilfe der Leistungshalbleiterschaltung ist es möglich, eine Sinusspannung stufenförmig anzunähern. Dabei gestattet die Vollbrückenschaltung die größtmögliche Flexibi- lität bei der Schaltung. Die Vollbrückenschaltung macht jedoch eine Vielzahl von Leistungshalbleitermodulen erforderlich, wodurch die Kosten einer solchen Vorrichtung erhöht sind.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die kostengünstig ist.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass die Leistungs¬ halbleiterschaltung abschaltbare Leistungshalbleiter auf- weist, die in einer Halbbrücke miteinander verschaltet sind.
Erfindungsgemäß ist ein Aktivfilter mit einer Multilevel- Topologie bereitgestellt. Mit anderen Worten ist für jede Phase oder aber im Falle einer Anwendung des Aktivfilters in einem Gleichspannungszwischenkreis für jeden Pol ein Phasen¬ modul vorgesehen ist, das aus einer Reihenschaltung von Submodulen besteht. Die Submodule sind Bipole und weisen zwei Anschlussklemmen auf. Dabei verfügt jedes Submodul über einen Energiespeicher, beispielsweise einen Kondensator, dem eine Leistungshalbleiterschaltung parallel geschaltet ist. Je nach Ansteuerung der Leistungshalbleiter der Leistungshalbleiterschaltung ist an den Anschlussklemmen die an dem Energiespeicher abfallende Spannung erzeugbar oder aber eine Nullspannung. Im Gegensatz zum Mulilevel-Aktivfilter gemäß dem Stand der Technik ist erfindungsgemäß eine Halbbrückenschaltung vorgesehen. Solche Topologien sind bislang nur im Zusammenhang mit der Hochspannungsgleichstromübertragung bekannt geworden. Der Einsatz einer Vollbrückenschaltung im Zusammen- hang mit der Hochspannungsgleichstromübertragung scheidet aus, da aufgrund einer Vollbrückenschaltung keine Energieeinspeisung in einen Gleichspannungszwischenkreis ermöglich ist. Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, dass eine lediglich aus der Energieübertragung bekannte Verschaltung von Leis- tungshalbleitern auch für ein aktives Filter eingesetzt werden kann. Das Unterdrücken harmonischer Oberschwingungen in einem Wechselspannungsnetz oder in einem Gleichspannungszwischenkreis ist erfindungsgemäß auch mit einer Halbbrücken¬ schaltung möglich, die an ihren Anschlussklemmen im Gegensatz zum Stand der Technik keine invertierte Energiespeicherspannung erzeugen kann. Der große Vorteil der Halbbrückenschal¬ tung gegenüber der Vollbrückenschaltung ist in den Kosten zu sehen, da aufgrund der Halbbrückenschaltung lediglich halb so viele Leistungshalbleitermodule beim Aktivfilter eingesetzt werden müssen.
Bei einer ersten zweckmäßigen Ausgestaltung der Halbbrückenschaltung weist jedes Submodul eine erste Anschlussklemme, eine zweite Anschlussklemme, einen Energiespeicher und einen zwei in Reihe geschaltete abschaltbare Leistungshalbleiter aufweisenden Leistungshalbleiterzweig in Parallelschaltung zum Energiespeicher auf, wobei jedem abschaltbaren Leistungshalbleiter eine gegensinnige Freilaufdiode parallel geschal¬ tet ist und der Verbindungspunkt des Emitters eines ersten abschaltbaren Leistungshalbleiters des Leistungshalbleiterzweiges und der Anode der dem ersten abschaltbaren Leistungshalbleiter zugeordneten gegensinnigen Freilaufdiode die erste Anschlussklemme und der Verbindungspunkt der abschaltbaren Leistungshalbleiter des Leistungshalbleiterzweiges und der Freilaufdioden die zweite Anschlussklemme ausbilden.
Bei einer hiervon abweichenden Ausgestaltung weist jedes Sub- modul eine erste Anschlussklemme und eine zweite Anschluss¬ klemme auf, wobei die Leistungshalbleiterschaltung einen zwei in Reihe geschaltete abschaltbare Leistungshalbleiter aufwei¬ senden Leistungshalbleiterzweig in Parallelschaltung zum E- nergiespeicher aufweist, wobei jedem abschaltbaren Leistungs- halbleiter eine gegensinnige Diode parallel geschaltet ist und der Verbindungspunkt des Kollektors des ersten abschalt¬ baren Leistungshalbleiters des Leistungshalbleiterzweiges und der Katode der dem ersten abschaltbaren Leistungshalbleiter zugeordneten gegensinnigen Freilaufdiode die erste Anschluss- klemme und der Verbindungspunkt der abschaltbaren Leistungs¬ halbleiter des Leistungshalbleiterzweiges und der Freilaufdi¬ ode die zweite Anschlussklemme ausbilden.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterentwicklung der Erfindung ist ein weiteres Phasenmodul vorgesehen, dass einen mit Erdpoten¬ zial verbundenen Erdungsanschluss und zwei Verbindungsan¬ schlüsse aufweist, wobei sich zwischen jedem Verbindungsan- schluss und dem Erdungsanschluss jeweils ein Phasenmodulzweig erstreckt, der aus einer Reihenschaltung von Submodulen be- steht, wobei jeder Verbindungsanschluss mit dem Verbindungs- anschluss der restlichen Phasenmodule verbunden ist. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung ist nicht nur eine Dämpfung des Gegensystems bereitgestellt. Vielmehr ist durch die Erdung auch das Abfließen von Nullsystemströmen ermög- licht, so dass auch deren Unterdrückung in der Wechselspannungsleitung ermöglicht ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Kondensatormodul mit einem Erdungsanschluss und zwei Verbin- dungsanschlüssen vorgesehen, wobei zwischen dem Erdungsan- schluss und jedem Verbindungsanschluss jeweils ein Kondensa¬ torzweig ausgebildet ist, der aus einem oder mehreren Kondensatoren besteht, die in Reihe zueinander geschaltet sind, wo- bei jeder Verbindungsanschluss mit einem Verbindungsanschluss der Phasenmodulzweige verbunden ist. Auch über den Erdungsan- schluss des Kondensatormoduls ist das Abfließen von Nullsys¬ temströmen ermöglicht. Das Kondensatormodul kann somit zu¬ sätzlich zu dem weiter oben beschriebenen Phasenmodul mit ei- nem Erdungsanschluss ausgerüstet oder eben stattdessen vorge¬ sehen sein. Sowohl bei dem geerdeten Phasenmodul als auch bei dem Kondensatormodul ist eine mittige Anordnung des Erdungs¬ anschlusses und somit eine symmetrische Ausgestaltung des Kondensatormoduls zweckmäßig. Die sich zwischen dem Verbin- dungsanschluss und dem Erdungsanschluss jeweils erstreckenden Phasenmodulzweige eines Phasenmoduls sind daher identisch. Entsprechendes gilt für die Reihenschaltung aus Kondensatoren oder für die beiden Kondensatoren, die jeweils in einem Zweig zwischen Erdungsanschluss und Verbindungsanschluss angeordnet sind. Auch aufgrund dieser Ausgestaltung kann bei der Übertragung einer hoher Grad an Symmetrie bereitgestellt werden.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfin¬ dung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Aus- führungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile verweisen und wobei
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Ersatzbilddarstellung,
Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin¬ dungsgemäßen Vorrichtung und Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin¬ dungsgemäßen Vorrichtung zeigen.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, die an eine Wechselspannungsleitung 2 mit den Phasen 2a, 2b und 2c angeschlossen ist. Dabei erstreckt sich die Wechselspannungsleitung 2 zwischen einem Elektroenergie speisenden Versorgungsnetz 3 sowie einer Last 4, durch die das Versorgungsnetz 3 beziehungsweise die Wechselspannungs- leitung 2 unsymmetrisch belastet wird und wobei gleichzeitig harmonische Oberschwingungen der Nennfrequenz der Wechselspannung der Wechselspannungsleitung 2 erzeugt werden. Die Vorrichtung 1 ist zur Kompensation der Unsymmetrien und insbesondere zur Unterdrückung der besagten Oberschwingungen vorgesehen.
Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung 1 umfasst drei Pha¬ senmodule 5a, 5b und 5c, die jeweils über einen Wechselspan- nungsanschluss 6a, 6b und 6c verfügen, die jeweils mit einer Phase 2a, 2b beziehungsweise 2c der Wechselspannungsleitung 2 verbunden sind. Darüber hinaus verfügt jedes Phasenmodul 5a, 5b und 5c jeweils über zwei Verbindungsanschlüsse 7p und 7n, wobei sich zwischen jedem Wechselspannungsanschluss 6a, 6b und 6c und jedem der Verbindungsanschlüsse 7p beziehungsweise 7n jeweils ein Phasenmodulzweig 8ap, 8bp, 8cp, 8an, 8bn und 8cn erstreckt. Jeder dieser sechs Phasenmodulzweige besteht aus einer Reihenschaltung von Submodulen 9.
Die Submodule 9 sind als Zweipole ausgestaltet und weisen ei- ne erste Anschlussklemme 10 sowie eine zweite Anschlussklemme 11 auf. Darüber hinaus verfügt jedes Submodul 9 über einen Leistungshalbleiterzweig 12, der zwei in Reihe zueinander ge¬ schaltete abschaltbare Leistungshalbleiter 13, wie beispiels¬ weise IGBTs, aufweist. Jedem abschaltbaren Leistungshalblei- ter 13 ist eine Freilaufdiode 14 gegensinnig parallel ge¬ schaltet. Der Leistungshalbleiterzweig 12 ist parallel zu ei¬ nem Kondensator 15 als Energiespeicher geschaltet. Der Emitter des in Figur 1 unten dargestellten abschaltbaren Leis- tungshalbleiters 13 und die Anode der dem besagten abschalt¬ baren Leistungshalbleiter 13 parallel geschalteten Freilaufdiode 14 liegen auf dem Potenzial der ersten Anschlussklemme 10 des Submoduls. Die zweite Anschlussklemme liegt auf dem Potenzial der Verbindungspunkte zwischen den beiden abschalt- baren Leistungshalbleitern 13 und somit auf dem Potenzial des Verbindungspunktes zwischen den beiden in Reihe geschalteten Freilaufdioden 14.
Je nach Ansteuerung der abschaltbaren Leistungshalbleiter 13 fällt an den Anschlussklemmen 10 und 11 entweder die Kondensatorspannung oder eine Nullspannung ab. Dies kann jedoch auch mit einer anderen, weiter oben genannten Verschaltung der benannten Bauteile erreicht werden.
Durch eine zweckmäßige in Figur 1 nicht gezeigte Ansteuerung der abschaltbaren Leistungshalbleiter werden die Kondensatoren 15 jedes Submoduls 9 aufgeladen. Die Steuerungs- und Re¬ gelungseinrichtung umfasst jedoch darüber hinaus auch ein Verfahren, mit dem harmonische Oberschwingungen des in der Wechselspannungsleitung fließenden Wechselstromes erkannt werden. Die besagten Oberschwingungen weisen eine Frequenz auf, die ein ganzzahliges Vielfaches der Nennfrequenz der Spannung in der Wechselspannungsleitung sind. Durch zweckmäßiges Ansteuern der abschaltbaren Leistungshalbleiter 13 wird aufgrund der geladenen Kondensatoren 9 eine Spannung erzeugt, die einen Kompensationsstrom oder Filterstrom treibt, der in die Wechselspannungsleitung 2 eingekoppelt wird und dafür sorgt, dass die harmonischen Oberschwingungen sowie Asymmet- rien des Stromes in der Wechselspannungsleitung 2 unterdrückt werden .
Figur 2 zeigt ein weiteres Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit den Phasenmodulen 5a, 5b und 5c, die jeweils zwei Phasenmodulzweige 8ap, 8an, 8bp, 8bn, 8cp bezie¬ hungsweise 8cn aufweisen. Zum Abfließenlassen von Nullsystemströmen ist ein weiteres Phasenmodul 5d vorgesehen, das wie¬ der zwei Verbindungsanschlüsse 7p und 7n aufweist, die mit den Verbindungsanschlüssen 7p beziehungsweise 7n der Phasenmodule 5a, 5b und 5c durch eine Verbindungsleitung verbunden sind. Im Gegensatz zu den Phasenmodulen 5a, 5b und 5c verfügt das Phasenmodul 5d jedoch nicht über einen Wechselspannungs- anschluss, sondern über einen Erdungsanschluss 16, über den bei zweckmäßiger Ansteuerung der abschaltbaren Leistungshalbleiter der Submodule 9 der Phasenmodulzweige 8dp und 8dn Nullsystemströme abfließen können. Gemäß dieser vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist somit auch eine Unterdrückung von Unsymmetrien aufgrund Nullsystemströmen ermöglicht.
Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei jedoch die Verbindungsanschlüsse 7p beziehungsweise 7n der Phasenmodule 5a, 5b und 5c mit den Verbindungsanschlüssen 7p beziehungsweise 7n der Phasenmodule 5a, 5b und 5c mit den Verbindungsanschlüssen 7p beziehungsweise 7n eines Kondensa¬ tormoduls 17 verbunden sind. Das Kondensatormodul 17 verfügt über einen Erdungsanschluss 16, wobei sich zwischen dem Erdungsanschluss 16 und jedem Verbindungsanschluss 7p bezie¬ hungsweise 7n jeweils ein Kondensator 18 angeschlossen ist. Selbstverständlich können auch mehrere in Reihe geschaltete Kondensatoren 18 zwischen dem Erdungsanschluss 16 und jedem Verbindungsanschluss 7p beziehungsweise 7n des Kondensatormo¬ duls 17 vorgesehen sein. Über den Erdungsanschluss 16 ist wiederum ein Abfließen der Nullsystemströme ermöglicht. Dar- über hinaus ist durch zweckmäßige Ansteuerung der abschaltba¬ ren Leistungshalbleiter der Phasenmodule 5a, 5b und 5c das Einkoppeln einer kapazitiven Blindleistung in die Wechselspannungsleitung 2 ermöglicht. Somit ist durch diese Weiter- entwicklung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 auch eine
Blindleistungskompensation bereitgestellt. Selbstverständlich kann ein mittig geerdetes Phasenmodul, das in Figur 2 mit 5d bezeichnet ist, auch zusammen mit einem Kondensatormodul 16 sowie den drei Phasenmodulen 5a, 5b und 5c im Rahmen der Er- findung eingesetzt werden, wobei die Verbindungsanschlüsse 7p beziehungsweise 7n durch eine Verbindungsleitung auf ein gemeinsames Potenzial gelegt sind.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) zur Beeinflussung der Elektroenergieübertragung einer mehrere Phasen (2a, 2b, 2c) aufweisenden Wechsel- Spannungsleitung (2) mit Phasenmodulen (5a, 5b, 5c), die jeweils einen Wechselspannungsanschluss (6a, 6b, 6c) zum Verbin¬ den mit jeweils einer Phase der Wechselspannungsleitung (2) und zwei Verbindungsanschlüsse (7p, 7n) aufweisen, wobei sich zwischen jedem Verbindungsanschluss (7p, 7n) und jedem Wech- selspannungsanschluss (6a, 6b, 6c) ein Phasenmodulzweig
(8ap, 8bp, 8cp, 8an, 8bn, 8cn) erstreckt, der aus einer Reihenschaltung von Submodulen (9) besteht, die jeweils eine Leis¬ tungshalbleiterschaltung und einen zur Leistungshalbleiterschaltung parallel geschalteten Energiespeicher (15) aufwei- sen, und wobei die Verbindungsanschlüsse (7p, 7n) miteinander verbunden sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Leistungshalbleiterschaltung abschaltbare Leistungshalb¬ leiter (13) aufweist, die in einer Halbbrücke miteinander verschaltet sind.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass jedes Submodul (9) eine erste Anschlussklemme (10), eine zweite Anschlussklemme (11), den Energiespeicher (15) und ei¬ nen zwei in Reihe geschaltete abschaltbare Leistungshalblei¬ ter (13) aufweisenden Leistungshalbleiterzweig (12) in Paral¬ lelschaltung zum Energiespeicher (15) aufweist, wobei jedem abschaltbaren Leistungshalbleiter (13) eine gegensinnige Freilaufdiode (14) parallel geschaltet ist und der Verbin¬ dungspunkt des Emitters eines ersten abschaltbaren Leistungs¬ halbleiters (13) des Leistungshalbleiterzweiges und der Anode der dem ersten abschaltbaren Leistungshalbleiter zugeordneten gegensinnigen Freilaufdiode (14) die erste Anschlussklemme (10) und der Verbindungspunkt der abschaltbaren Leistungs¬ halbleiter (13) des Leistungshalbleiterzweiges (12) und der Freilaufdioden (14) die zweite Anschlussklemme (11) ausbil¬ den .
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass jedes Submodul (9) eine erste Anschlussklemme, eine zweite Anschlussklemme aufweisen, wobei die Leistungshalbleiter- Schaltung einen zwei in Reihe geschaltete abschaltbare Leis¬ tungshalbleiter aufweisenden Leistungshalbleiterzweig in Parallelschaltung zum Energiespeicher aufweist, wobei jedem abschaltbaren Leistungshalbleiter eine gegensinnige Diode parallel geschaltet ist und der Verbindungspunkt des Kollektors des ersten abschaltbaren Leistungshalbleiters des Leistungs¬ halbleiterzweiges und der Katode der dem ersten abschaltbaren Leistungshalbleiter zugeordneten gegensinnigen Freilaufdiode die erste Anschlussklemme und der Verbindungspunkt der ab¬ schaltbaren Leistungshalbleiter des Leistungshalbleiterzwei- ges und der Freilaufdiode die zweite Anschlussklemme ausbil¬ den .
4. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h ein weiteres Phasenmodul (8d), das einen mit Erdpotenzial verbundenen Erdungsanschluss (16) und zwei Verbindungsan¬ schlüsse (7p, 7n) aufweist, wobei sich zwischen jedem Verbin- dungsanschluss (7p, 7n) und dem Erdungsanschluss (16) jeweils ein Phasenmodulzweig (8dp,8dn) erstreckt, der aus einer Rei- henschaltung von Submodulen (9) besteht, wobei jeder Verbin- dungsanschluss (7p, 7n) mit den Verbindungsanschluss (7p, 7n) der restlichen Phasenmodule (5a, 5b, 5c) verbunden ist.
5. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h ein Kondensatormodul (17) mit einem Erdungsanschluss (16) und zwei Verbindungsanschlüssen (7p, 7n), wobei sich zwischen dem Erdungsanschluss (16) und jedem Verbindungsanschluss (7p, 7n) jeweils ein Kondensatorzweig erstreckt, der aus einem oder mehreren Kondensatoren (18) besteht, die in Reihe zueinander geschaltet sind, wobei jeder Verbindungsanschluss (7p, 7n) mit einem Verbindungsanschluss (7p, 7n) der Phasenmodulzweige (5a, 5b, 5c) verbunden ist.
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