WO2007033501A1 - Blindleistungskompensationseinrichtung - Google Patents

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WO2007033501A1
WO2007033501A1 PCT/CH2006/000419 CH2006000419W WO2007033501A1 WO 2007033501 A1 WO2007033501 A1 WO 2007033501A1 CH 2006000419 W CH2006000419 W CH 2006000419W WO 2007033501 A1 WO2007033501 A1 WO 2007033501A1
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switching
power semiconductor
groups
semiconductor switch
controllable bidirectional
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PCT/CH2006/000419
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Peter Barbosa
Peter Steimer
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Abb Research Ltd
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    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
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    • 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
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Definitions

  • the invention relates to the field of power electronics. It is based on a reactive power compensation device, in particular for switching a plurality of switching voltage levels according to the preamble of the independent claims.
  • Reactive power compensation devices are used today in a wealth of power electronic applications.
  • the requirements for such a reactive power compensation device are, on the one hand, to generate as few harmonics as possible of phases of an electrical AC network which is commonly connected to the reactive power compensation device and, on the other hand, to transmit the greatest possible power with as few electronic components as possible.
  • Such reactive power compensation devices are often designed as reactive power compensation devices and connected to an electrical alternating voltage network.
  • a suitable reactive power compensation device, in particular for switching a multiplicity of switching voltage levels, is specified in DE 692 05 413 T2.
  • n te switching groups provided for each phase, wherein the n-th first switching group is formed by a first power semiconductor switch and a second power semiconductor switch and the first first switching group to the (n-1) -th switching group respectively by a first power semiconductor switch and a second power semiconductor switch and through a capacitor connected to the first and second power semiconductor switches are formed, where n> 2.
  • Each of the n first switching groups is connected in parallel with the respective adjacent first switching group, wherein the first and the second power semiconductor switch of the first first switching group are connected together.
  • the first and the second power semiconductor switch are each formed by a bipolar transistor with isolated drive electrode (IGBT - Insulated Gate Bipolartransistor) and by a bipolar transistor connected in anti-parallel diode.
  • a problem with a reactive power compensation device according to DE 692 05413 T2 is that the electrical energy stored in the device during operation is very high. Since the electrical energy is stored in the capacitors of the n first switching groups of the reactive power compensation device, the capacitors for this electrical energy, i. in terms of their dielectric strength and / or their capacity, are designed. However, this requires capacitors with a large size, which are correspondingly expensive. In addition, the reactive power compensation device requires a lot of space due to the large capacitors in terms of size, so that a space-saving design, as it is required for many applications, such as traction applications, is not possible. Furthermore, the use of the size of large capacitors causes a high installation and maintenance.
  • the object of the invention is therefore to provide a reactive power compensation device, in particular for the purpose of switching a plurality of switching voltage levels, which stores as low as possible electrical energy during its operation and can be realized in a space-saving manner.
  • Each of the n first switching groups is connected at several provided first switching groups concatenated with the respective adjacent first switching group and the first and the second controllable bidirectional power semiconductor switch of the first first switching group are connected together. Furthermore, n> 1.
  • p second switching groups and p third switching groups are provided, the p-te second switching group and the p-th third switching group each having a first controllable bidirectional power semiconductor switch and a second controllable bidirectional power semiconductor switch and the first second switching group to to the (p-1) -th second switching group and the first third switching group to the (p-1) -th third switching group each having a capacitor connected to the first and second drivable bidirectional power semiconductor switch.
  • each of the p second switching groups is connected in a concatenated manner to the adjacent second switching group and each of the p third switching groups is connected to the adjacent third switching group.
  • first second switching group is connected to the first controllable bidirectional power semiconductor switch of the nth first switching group
  • first third switching group is connected to the second controllable bidirectional power semiconductor switch of the nth first switching group
  • the pth second switching group is connected to the associated second triggering group.
  • Baren bidirectional power semiconductor switch connected to the second controllable bidirectional power semiconductor switch of the p-th third switching group.
  • m fourth switching groups, m fifth switching groups and m sixth switching groups are provided, each having a first controllable bidirectional power semiconductor switch, a second controllable bidirectional power semiconductor switch and a capacitor, where m> 1 and at several provided fourth, fifth and sixth switching groups each the fourth switching groups is concatenated to the respective adjacent fourth switching group, each of the fifth switching groups is connected in a concatenated manner to the respectively adjacent fifth switching group, and each of the sixth switching groups is connected in a chain to the respectively adjacent sixth switching group.
  • first fourth switching group is connected to the pth second switching group
  • first fifth switching group is connected to the connection point of the pth second switching group with the pth third switching group
  • first sixth switching group is connected to the pth third switching group.
  • the capacitors of the mth fourth, fifth and sixth switching groups are connected in series.
  • the n first switching groups serve only to balance the Phasenausgangscicspan- voltage, so that at several existing first switching groups, the capacitors the n first switching groups in the balanced state lead substantially no power and thus store substantially no electrical energy.
  • the total stored electrical energy of the reactive power compensation device can be kept small, whereby the capacitors of the reactive power compensation device only for a small electrical energy to be stored, ie with respect to their dielectric strength and / or their capacity must be designed.
  • the reactive power compensation device requires very little space, so that advantageously a space-saving design, as it is required for many applications, for example for traction applications, is possible.
  • the assembly and maintenance costs can be kept advantageously low due to the small size of the capacitors.
  • the total DC voltage is divided among the capacitors of the mth fourth, fifth and sixth switching groups, so that the voltage load of the individual controllable bidirectional power semiconductor switches of the individual switching groups is significantly lower than the prior art reactive power compensation devices.
  • the controllable bidirectional power semiconductor be designed with advantage only for a small dielectric strength.
  • a qualitative improvement in the time profile of the respective phase output voltage of the reactive power compensation device results from the low capacitance of the capacitors, which also improves the time profile of the power and fewer filter measures on the phase side are necessary.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of an inventive reactive power compensation device
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the inventive reactive power compensation device.
  • Fig. 1 is a, in particular single-phase, embodiment of an inventive reactive power compensation device, in particular for switching a plurality of switching voltage levels, shown.
  • the reactive power compensation device comprises n for each phase R, S, T provided first switching groups 1.1, ..., 1.n, wherein the n-th first switching group In a first controllable bidirectional power semiconductor switch 2 and a second controllable bidirectional power semiconductor switch 3 and the first first switching group 1.1 to the (n-1) -th switching group 1. (n-1) in each case a first controllable bidirectional power semiconductor switch 2, a second controllable bidirectional power semiconductor switch 3 and connected to the first and second controllable bidirectional power semiconductor switches 2, 3 Capacitor 4 has.
  • the first and the second controllable bidirectional power semiconductor switches 2, 3 of the first first switching group 1.1 are connected to one another.
  • the connection point of the first and the second power semiconductor switch 2, 3 of the first first switching group 1.1 forms, according to FIG. 1, a phase connection, in particular for the phase R.
  • p second switching groups 5.1,..., 5.p and p third switching groups 6.1,..., P are provided, each of which has a first controllable bidirectional power semiconductor switch 7, 8 and a second controllable bidirectional power semiconductor switch 9, 10 and the first second switching group 5.1 to the (p-1) -th second switching group 5.
  • (p-1) each having a capacitor 11, 12 connected to the first and second drivable bidirectional power semiconductor switches 7, 8, 9, 10, wherein p> 1. Since, according to FIG.
  • each of the p second switching groups 5.1 5.p as well as each of the p third switching groups 6.1,..., 6.p is a quadrupole, each of the p second switching groups 5.1,. ., 5.p concatenated with the respectively adjacent second switching group 5.1, ..., 5. p connected and each of the p third switching groups 6.1, ..., 6.p concatenated with the respectively adjacent third switching group 6.1, ..., 6.p connected.
  • the first second switching group 5.1 is connected to the first controllable bidirectional power semiconductor switch 2 of the nth first switching group 1.n, the first third switching group 6.1 to the second controllable bidirectional power semiconductor switch 3 of the nth first switching group 1. n connected and the p-th second switching group 5.p connected to the associated second controllable bidirectional power semiconductor switch 9 with the second controllable bidirectional power semiconductor switch 10 of the p-th third switching group 6.p.
  • the first and second controllable bidirectional power semiconductor switches 7, 9 of the first second switching group 5.1 are interconnected, wherein the connection point of the first and second controllable bidirectional power semiconductor switches 7, 9 of the first second switching group 5.1 with the first controllable bidirectional Power semiconductor switch 2 of the n-th first switching group In is connected.
  • the first and second controllable bidirectional power semiconductor switches 8, 10 of the first third switching group 6.1 are interconnected, wherein the connection point of the first and second controllable bidirectional power semiconductor switch 8, 10 of the first third switching group 6.1 with the second controllable bidirectional power semiconductor switch 3 of the n-th first Switching group 1.n is connected.
  • 1 m fourth switching groups 13.1, ..., 13.m, m fifth switching groups 14.1, ..., 14.m and m sixth switching groups 15.1, ..., 15.m are provided according to FIG., Which each have a first controllable bidirectional power semiconductor switch 16, 17, 18, a second controllable bidirectional power semiconductor switch 19, 20, 21 and a capacitor 22, 23, 24 have, where m> 1.
  • Each of the fourth switching groups 13.1,..., 13.m is linked to the respectively adjacent fourth switching group 13.1, 13.m, each of the fifth switching groups 14.1,.
  • the first fourth switching group 13.1 is connected to the pth second switching group 5.p
  • the first fifth switching group 14.1 is connected to the connection point of the pth second switching group 5.p to the pth third switching group 6.p
  • the first sixth switching group 15.1 connected to the pth third switching group 6.p.
  • the capacitors 22, 23, 24 of the mth fourth, fifth and sixth switching group 13.m, 14.m, 15.m are connected in series.
  • n first switching groups 1.1, ..., 1.n are the n first switching groups 1.1, ..., 1.n only for balancing the phase output AC voltage, so that at a plurality of existing first switching groups 1.1 1.n the capacitors 4 of the n first switching groups 1.1, ..., 1.n in the balanced, ie in the balanced state lead essentially no electricity and thus also store substantially no electrical energy.
  • the stored electrical energy of the reactive power compensation device as a whole can be kept small, whereby the capacitors 4 of the reactive power compensation device have to be designed only for a small electrical energy to be stored, ie with regard to their dielectric strength and / or their capacitance. Due to the small size of the capacitors 4 requires the reactive power compensation device very little space, so that advantageously a space-saving design, as it is required for many applications, for example for traction applications, is possible. Furthermore, due to the small size of the capacitors 4, the assembly and maintenance effort can be kept advantageously small.
  • every fourth, fifth and sixth switching group 13.1,. 14.1, ..., 14.m; 15.1, ..., 15.m respectively the capacitor 22, 23, 24 of the associated switching group with the first and second controllable bidirectional power semiconductor switch 16, 17, 18, 19, 20, 21 of the associated switching group 13.1, ..., 13. m; 14.1, ..., 14.m; 15.1, ..., 15.m is connected.
  • the first and second drivable bidirectional power semiconductor switches 16, 19 of the first fourth switching group 13.1 are connected to each other, wherein the connection point of the first and second drivable bidirectional power semiconductor switches 16, 19 of the first fourth switching group 13.1 with the first controllable bidirectional power semiconductor switch 7 of the pth second switching group 5.p is connected. Furthermore, the first and second controllable bidirectional power semiconductor switches 17, 20 of the first fifth switching group 14.1 are interconnected, wherein the connection point of the first and second controllable bidirectional power semiconductor switch 17, 20 of the first fifth switching group 14.1 with the connection point of the pth second switching group. 5 .p is connected to the pth third switching group 6.p.
  • first and second controllable bidirectional power semiconductor switches 18, 21 of the first sixth switching group 15.1 are interconnected, wherein the connection point of the first and second controllable bidirectional power semiconductor switches 18, 21 of the first sixth switching group 15.1 with the first controllable bidirectional power semiconductor switch 8 of the pth third Switching group 6.p is connected.
  • 3n + 1) switching voltage levels of the inventive reactive power compensation device can be switched.
  • n first switching groups 1.1 1.n greater than the number of p second and third switching groups 5.1, ..., 5.p; 6.1, ..., 6.p and greater than the number of m fourth, fifth and sixth switching groups 13.1, ..., 13. m; 14.1, ..., 14.m; 15.1, ..., 15.m is.
  • the respective first and second controllable bidirectional power semiconductor switches 2, 3, 7, 8, 9, 10, 16, 17, 18, 19, 20, 21 are arranged by a controllable power semiconductor component with a unidirectional current-carrying direction, for example by a bipolar transistor with insulated Drive electrode (IGBT - Insulated Gate Bipolartransistor), and formed by an anti-parallel connected passive non-controllable power semiconductor device with unidirectional current carrying direction, for example by a diode.
  • IGBT Insulated Gate Bipolartransistor
  • controllable power semiconductor components having a unidirectional current-carrying direction each have a mutually opposite controlled main-current direction.
  • n first switching groups 1.1,... In the two first controllable bidirectional power semiconductor switches 2 respectively adjacent first switching groups 1.1, ..., 1.n are integrated in one module, ie that at several The first controllable bidirectional power half is present in the first switching groups 1.1,. conductor switch 2 of the nth first switching group 1.n and the first controllable bidirectional cruhalbieiterschalter 2 of the (n-1) -th first switching group 1. (n-1) are integrated in a module and the first controllable bidirectional cruhalbieiterschalter 2 of (n -1) -th first switching group 1. (n-1) and the first controllable bidirectional power semiconductor switch 2 of the (n-2) -th first switching group 1.
  • (n-2) are integrated in a module, etc. Furthermore It has proven to be advantageous that the two second controllable bidirectional cruhalbieiterschalter 3 respectively adjacent first switching groups 1.1 1.n are integrated in one module, ie at several existing first switching groups 1.1, ..., 1.n the second controllable bidirectional cruhalbieiterschalter 3 of n-th first switching group 1.n and the second controllable bidirectional cruhalbieiterschalter 3 of the (n-1) -th first switching group 1. (n-1) are integrated in a module and the zw eite controllable bidirectional cruhalbieiterschalter 3 of the (n-1) -th first switching group 1.
  • first controllable bidirectional power semiconductor switch 2 and the second controllable bidirectional cruhalbieiterschalter 3 is integrated in a module.
  • modules are usually standard half-bridge modules and accordingly simple in construction, less susceptible to faults and, moreover, inexpensive.
  • the two first controllable bidirectional power semiconductor switches 7 respectively adjacent second switching groups 5.1 5.p are integrated in a module, ie in the manner described in detail above for the n first switching groups 1.1 1.n, and the two second power semiconductor switches 9 of respectively adjacent second switching groups 5.1,..., 5.p in a module , that are integrated in the manner described in detail above for the n first switching groups 1.1, ..., 1.n.
  • the first controllable bidirectional power semiconductor switch 7, 8 and the second controllable bidirectional power semiconductor switch 9, 10 is integrated in a module.
  • the above-mentioned modules are common standard modules and therefore simple in construction, less susceptible to interference and also inexpensive.
  • the two first controllable bidirectional power semiconductor switches 17 are each adjacent fifth switching groups 14.1, a module, that is, in the manner described in detail above for the n first switching groups 1.1 1.n integrated, and the two second power semiconductor switch 20 respectively adjacent fifth switching groups 14.1, ..., 14.m in a module, ie in the above for the n first switching groups 1.1, ..., 1.n described in detail, integrated.
  • the two first controllable bidirectional power semiconductor switches 18 are each adjacent sixth switching groups 15.1, 15.m in a module , that is, in the manner described in detail above for the n first switching groups 1.1, ..., 1.n integrated, and the two second power semiconductor switch 21 respectively adjacent sixth switching groups 15.1, ..., 15.m in a module, ie in the above for the n first switching groups 1.1, ..., In detailed manner, integrated.
  • each of the first controllable bidirectional power semiconductor switch 16, 17, 18 and the second controllable bidirectional power semiconductor switch 19, 20, 21 is integrated in a module.
  • the above-mentioned modules are usually standard modules and accordingly simple in construction, less susceptible to interference and also inexpensive.
  • the mth fourth switching groups 13.m of the phases R, S, T are preferably connected in parallel, and the mth fifth switching groups 14.m of the phases R, S, T are also connected connected in parallel with each other and the m-th sixth switching groups 15.m the phases R, S, T also connected in parallel.
  • the respective connections are made to the capacitors 22 of the respective m-th fourth switching groups 13.m or to the capacitors 23 of the respective mth fifth switching groups 14.m or to the capacitors 24 of the respective mth sixth switching groups 15.m.
  • the capacitors 22 of the mth fourth switching groups 13.m of the phases R, S, T are preferably combined to form a capacitor, the capacitors 23 of the mth fifth switching groups 14.m the phases R, S, T summarized in a capacitor and the capacitors 24 of the m-th sixth switching groups 15.m the phases R, S, T are also combined to form a capacitor.
  • the reactive power compensation device thus represents a solution characterized by a low stored electrical energy during its operation and by a space-saving design and thus uncomplicated, robust and less susceptible to failure.

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Abstract

Es wird eine Blindleistungskompensationseinrichtung, insbesondere zur Schaltung einer Vielzahl von Schaltspannungsniveaus angegeben mit n für jede Phase (R, S, T) vorgesehenen ersten Schaltgruppen (1.1,..., 1.n), wobei n > 2 ist. Zur Verringerung der gespeicherten Energie der Blindleistungskompensationseinrichtung sind p zweite Schaltgruppen (5.1, ..., 5.p) und p dritte Schaltgruppen (6.1, ..., 6.p) vorgesehen, wobei p > 1, und m vierte Schaltgruppen (13.1, ..., 13.m), m fünfte Schaltgruppen (14.1 14.m) und m sechste Schaltgrup-pen (15.1, ..., 15.m) vorgesehen, welche jeweils einen ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbieiterschalter (16, 17, 18), einen zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter (19, 20, 21) und einen Kondensator (22, 23, 24) aufweisen, wobei m > 1 ist und jede der vierten Schaltgruppen (13.1 13.m) verkettet mit der jeweils benachbarten vierten Schaltgruppe (13.1, ..., 13.m) verbunden ist, jede der fünften Schaltgruppen (14.1, ..., 14.m) verkettet mit der jeweils benachbarten fünften Schaltgruppe (14.1, ..., 14. m) verbunden ist und jede der sechsten Schaltgruppen (15.1, ..., 15.m) verkettet mit der jeweils benachbarten sechsten Schaltgruppe (15.1, ..., 15.m) verbunden ist. Die erste vierte Schaltgruppe (13.1) ist mit der p-ten zweiten Schaltgruppe (5.p) verbunden, die erste fünfte Schaltgruppe (14.1) ist mit dem Verbindungspunkt der p-ten zweiten Schaltgruppe (5.p) mit der p- ten dritten Schaltgruppe (6.p) verbunden und die erste sechste Schaltgruppe (15.1) ist mit der p-ten dritten Schaltgruppe (6.p) verbunden. Die Kondensatoren (22, 23, 24) der m-ten vierten, fünften und sechsten Schaltgruppe (13.m, 14.m, 15.m) sind seriell miteinander verbunden.

Description

Blindleistungskompensationseinrichtung
BESCHREIBUNG
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Leistungselektronik. Sie geht aus von einer Blindleistungskompensationseinrichtung, insbesondere zur Schaltung einer Vielzahl von Schaltspannungsniveaus gemäss dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
Stand der Technik
Blindleistungskompensationseinrichtungen werden heute in einer Fülle von leistungselektronischen Anwendungen eingesetzt. Die Anforderungen an eine solche Blindleistungskompen- sationseinrichtung sind dabei zum einen, möglichst wenig Oberschwingungen an Phasen eines an die Blindleistungskompensationseinrichtung gängigerweise angeschlossenen elektri- sehen Wechselspannungsnetzes zu erzeugen und zum anderen mit einer möglichst geringen Anzahl an elektronischen Bauelementen möglichst grosse Leistungen zu übertragen. Solche Blindleistungskompensationseinrichtungen sind häufig als Blindleistungskompensationsein- richtungen ausgebildet und an ein elektrisches Wechselspannungsnetz angeschlossen. Eine geeignete Blindleistungskompensationseinrichtung, insbesondere zur Schaltung einer Viel- zahl von Schaltspannungsniveaus, ist in der DE 692 05 413 T2 angegeben. Darin sind n ers- te Schaltgruppen für jede Phase vorgesehen, wobei die n-te erste Schaltgruppe durch einen ersten Leistungshalbleiterschalter und einen zweiten Leistungshalbleiterschalter gebildet ist und die erste erste Schaltgruppe bis zur (n-1)-ten Schaltgruppe jeweils durch einen ersten Leistungshalbleiterschalter und einen zweiten Leistungshalbleiterschalter und durch einen mit dem ersten und zweiten Leistungshalbleiterschalter verbundenen Kondensator gebildet sind, wobei n > 2 ist. Jede der n ersten Schaltgruppen ist parallel mit der jeweils benachbarten ersten Schaltgruppe verbunden, wobei der erste und der zweite Leistungshalbleiterschalter der ersten ersten Schaltgruppe miteinander verbunden sind. Der erste und der zweite Leistungshalbleiterschalter ist jeweils durch einen Bipolartransistor mit isoliert angeordneter Ansteuerelektrode (IGBT - lnsulated Gate Bipolartransistor) und durch eine dem Bipolartransistor antiparallel geschaltete Diode gebildet.
Problematisch bei einer Blindleistungskompensationseinrichtung nach der DE 692 05413 T2 ist, dass die in der Einrichtung während des Betriebs gespeicherte elektrische Energie sehr hoch ist. Da die elektrische Energie in den Kondensatoren der n ersten Schaltgruppen der Blindleistungskόmpensationseinrichtung gespeichert ist, müssen die Kondensatoren für diese elektrische Energie, d.h. bezüglich ihre Spannungsfestigkeit und/oder ihrer Kapazität, ausgelegt werden. Dies bedingt aber Kondensatoren mit grosser Baugrösse, die entsprechend teuer sind. Zudem benötigt die Blindleistungskompensationseinrichtung aufgrund der bezüglich der Baugrösse grossen Kondensatoren viel Platz, so dass ein platzsparender Aufbau, wie er für viele Anwendungen, beispielsweise für Traktionsanwendungen, gefordert ist, nicht möglich ist. Weiterhin bewirkt der Einsatz der bezüglich der Baugrösse grossen Kondensatoren einen hohen Montage- und Wartungsaufwand.
Eine weitere Blindleistungskompensationseinrichtung nach dem Stand der Technik, insbesondere zur Schaltung einer Vielzahl von Schaltspannungsniveaus, ist in der WO 2005/036719 A1 angegeben. Darüber hinaus ist auch eine weitere Blindleistungskompensa- tionseinrichtung nach dem Stand der Technik, insbesondere zur Schaltung einer Vielzahl von Schaltspannungsniveaus, in der EP 0 895 341 B1 offenbart. Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Blindleistungskompensationseinrichtung, insbesondere zur Schaltung einer Vielzahl von Schaltspannungsniveaus, anzugeben, die mög- liehst wenig elektrische Energie während ihres Betriebes speichert und platzsparend realisiert werden kann. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Die erfindungsgemässe Blind leistungskompensationseinrichtung, insbesondere zur Schal- tung einer Vielzahl von Schaltspannungsniveaus, umfasst n für jede Phase vorgesehene ersten Schaltgruppen, wobei die n-te erste Schaltgruppe einen ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter und einen zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter aufweist und die erste erste Schaltgruppe bis zur (n-1)-ten ersten Schaltgruppe jeweils einen ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter, einen zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter und einen mit dem ersten und zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter verbundenen Kondensator aufweist. Jede der n ersten Schaltgruppen ist bei mehreren vorgesehenen ersten Schaltgruppen verkettet mit der jeweils benachbarten ersten Schaltgruppe verbunden und der erste und der zweite ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter der ers- ten ersten Schaltgruppe sind miteinander verbunden. Weiterhin ist n > 1. Erfindungsgemäss sind p zweite Schaltgruppen und p dritte Schaltgruppen vorgesehen, wobei die p-te zweite Schaltgruppe und die p-te dritte Schaltgruppe jeweils einen ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter und einen zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter aufweisen und die erste zweite Schaltgruppe bis zur (p-1)-ten zweiten Schaltgruppe und die erste dritte Schaltgruppe bis zur (p-1)-ten dritten Schaltgruppe jeweils einen mit dem ersten und zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter verbundenen Kondensator aufweisen. Ferner ist p > 1. Desweiteren ist bei mehreren vorgesehenen zweiten und dritten Schaltgruppen jede der p zweiten Schaltgruppen verkettet mit der jeweils benachbarten zweiten Schaltgruppe verbunden und jede der p dritten Schaltgrup- pen verkettet mit der jeweils benachbarten dritten Schaltgruppe verbunden. Zudem ist die erste zweite Schaltgruppe mit dem ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter der n-ten ersten Schaltgruppe verbunden, die erste dritte Schaltgruppe mit dem zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter der n-ten ersten Schaltgruppe verbunden und die p-te zweite Schaltgruppe mit dem zugehörigen zweiten ansteuer- - A -
baren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter mit dem zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter der p-ten dritten Schaltgruppe verbunden. Darüber hinaus sind m vierte Schaltgruppen, m fünfte Schaltgruppen und m sechste Schaltgruppen vorgesehen, welche jeweils einen ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter, einen zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter und einen Kondensator aufweisen, wobei m > 1 ist und bei mehreren vorgesehenen vierten .fünften und sechsten Schaltgruppen jede der vierten Schaltgruppen verkettet mit der jeweils benachbarten vierten Schaltgruppe verbunden ist, jede der fünften Schaltgruppen verkettet mit der jeweils benachbarten fünften Schaltgruppe verbunden ist und jede der sechsten Schaltgruppen ver- kettet mit der jeweils benachbarten sechsten Schaltgruppe verbunden ist. Ferner ist die erste vierte Schaltgruppe mit der p-ten zweiten Schaltgruppe verbunden, die erste fünfte Schaltgruppe mit dem Verbindungspunkt der p-ten zweiten Schaltgruppe mit der p-ten dritten Schaltgruppe verbunden und die erste sechste Schaltgruppe mit der p-ten dritten Schaltgruppe verbunden. Schliesslich sind die Kondensatoren der m-ten vierten, fünften und sechsten Schaltgruppe seriell miteinander verbunden.
Durch die vorgesehenen m vierten, fünften und sechsten Schaltgruppen und deren Verschal- tung sowie auch durch die p zweiten und dritten Schaltgruppen und deren Verschaltung, dienen die n ersten Schaltgruppen nur zur Balancierung der Phasenausgangswechselspan- nung, so dass bei mehreren vorhandenen ersten Schaltgruppen die Kondensatoren der n ersten Schaltgruppen im balancierten Zustand im wesentlichen keinen Strom führen und somit auch im wesentlichen keine elektrische Energie speichern. Somit kann die gespeicherte elektrische Energie der Blindleistungskompensationseinrichtung insgesamt klein gehalten werden, wodurch die Kondensatoren der Blindleistungskompensationseinrichtung nur für ei- ne kleine zu speichernde elektrische Energie, d.h. bezüglich ihrer Spannungsfestigkeit und/oder ihrer Kapazität, ausgelegt werden müssen. Aufgrund der geringen Baugrösse der Kondensatoren benötigt die Blindleistungskompensationseinrichtung sehr wenig Platz, so dass vorteilhaft ein platzsparender Aufbau, wie er für viele Anwendungen, beispielsweise für Traktionsanwendungen, gefordert ist, möglich ist. Zudem kann durch die geringe Baugrösse der Kondensatoren auch der Montage- und Wartungsaufwand vorteilhaft gering gehalten werden. Weiterhin teilt sich die Gesamtgleichspannung auf die Kondensatoren der m-ten vierten, fünften und sechsten Schaltgruppen auf, so dass die Spannungsbelastung der einzelnen ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter der einzelnen Schaltgruppen gegenüber Blindleistungskompensationseinrichtungen nach dem Stand der Technik deutlich geringer ist. Dadurch müssen die ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiter- schalter mit Vorteil lediglich für eine kleine Spannungsfestigkeit ausgelegt werden. Darüber hinaus ergibt sich eine qualitative Verbesserung des zeitlichen Verlaufs der jeweiligen Phasenausgangsspannung der Blindleistungskompensationseinrichtung durch die geringe Kapazität der Kondensatoren, wodurch sich auch der zeitliche Verlauf der Leistung verbessert und weniger Filtermassnahmen auf der Phasenseite notwendig sind.
Diese und weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung offensichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemässen Blindleistungskom- pensationseinrichtung und
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemässen Blindleistungskompen- sationseinrichtung.
Die in der Zeichnung verwendeten Bezugszeichen und deren Bedeutung sind in der Bezugszeichenliste zusammengefasst aufgelistet. Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die beschriebenen Ausführungsformen stehen bei- spielhaft für den Erfindungsgegenstand und haben keine beschränkende Wirkung.
Wege zur Ausführung der Erfindung
In Fig. 1 ist eine, insbesondere einphasige, Ausführungsform einer erfindungsgemässen Blindleistungskompensationseinrichtung, insbesondere zur Schaltung einer Vielzahl von Schaltspannungsniveaus, gezeigt. Darin umfasst die Blindleistungskompensationseinrichtung n für jede Phase R, S, T vorgesehene erste Schaltgruppen 1.1 ,..., 1.n, wobei die n-te erste Schaltgruppe In einen ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 2 und einen zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 3 aufweist und die erste erste Schaltgruppe 1.1 bis zur (n-1)-ten Schaltgruppe 1.(n-1) jeweils einen ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 2, einen zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 3 und einen mit dem ersten und zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 2, 3 verbundenen Kondensator 4 aufweist. Weiterhin ist n > 1 und jede der n ersten Schaltgruppen 1.1,..., 1.n ist verkettet mit der jeweils benachbarten ersten Schaltgruppe 1.1,..., 1.n verbunden. Gemäss Fig. 1 sind der erste und der zweite ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter 2, 3 der ersten ersten Schaltgruppe 1.1 miteinander verbunden. Der Verbindungspunkt des ersten und des zweiten Leistungshalbleiterschalters 2, 3 der ersten ersten Schaltgruppe 1.1 bildet gemäss Fig. 1 ei- ne Phasenanschluss, insbesondere für die Phase R.
Erfindungsgemäss sind nun p zweite Schaltgruppen 5.1 , ..., 5.p und p dritte Schaltgruppen 6.1 , ..., 6. p vorgesehen, welche jeweils einen ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 7, 8 und einen zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalb- leiterschalter 9, 10 aufweisen und die erste zweite Schaltgruppe 5.1 bis zur (p-1)-ten zweiten Schaltgruppe 5.(p-1) und die erste dritte Schaltgruppe 6.1 bis zur (p-1)-ten dritten Schaltgruppe 6.(p-1) jeweils einen mit dem ersten und zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 7, 8, 9, 10 verbundenen Kondensator 11, 12 aufweisen, wobei p > 1 ist. Da es sich gemäss Fig. 1 sowohl bei jeder der p zweiten Schaltgruppen 5.1 5.p als auch bei jeder der p dritten Schaltgruppen 6.1 , ..., 6.p um einen Vierpol handelt, ist jede der p zweiten Schaltgruppen 5.1 , ..., 5.p verkettet mit der jeweils benachbarten zweiten Schaltgruppe 5.1, ..., 5. p verbunden und jede der p dritten Schaltgruppen 6.1, ..., 6.p verkettet mit der jeweils benachbarten dritten Schaltgruppe 6.1 , ..., 6.p verbunden. Gemäss Fig. 1 ist die erste zweite Schaltgruppe 5.1 mit dem ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalblei- terschalter 2 der n-ten ersten Schaltgruppe 1.n verbunden, die erste dritte Schaltgruppe 6.1 mit dem zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 3 der n-ten ersten Schaltgruppe 1.n verbunden und die p-te zweite Schaltgruppe 5.p mit dem zugehörigen zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 9 mit dem zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 10 der p-ten dritten Schaltgruppe 6.p verbun- den.
Gemäss Fig. 1 sind der erste und zweite ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter 7, 9 der ersten zweiten Schaltgruppe 5.1 miteinander verbunden, wobei der Verbindungspunkt des ersten und zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschal- ters 7, 9 der ersten zweiten Schaltgruppe 5.1 mit dem ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 2 der n-ten ersten Schaltgruppe In verbunden ist. Weiterhin sind der erste und zweite ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter 8, 10 der ersten dritten Schaltgruppe 6.1 miteinander verbunden, wobei der Verbindungspunkt des ersten und zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalters 8, 10 der ersten dritten Schaltgruppe 6.1 mit dem zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 3 der n-ten ersten Schaltgruppe 1.n verbunden ist. Zudem sind gemäss Fig. 1 m vierte Schaltgruppen 13.1 , ..., 13.m, m fünfte Schaltgruppen 14.1 , ..., 14.m und m sechste Schaltgruppen 15.1, ..., 15.m vorgesehen, welche jeweils einen ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 16, 17, 18, einen zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leis- tungshalbleiterschalter 19, 20, 21 und einen Kondensator 22, 23, 24 aufweisen, wobei m > 1 ist. Jede der vierten Schaltgruppen 13.1, ..., 13.m ist verkettet mit der jeweils benachbarten vierten Schaltgruppe 13.1 13.m verbunden, jede der fünften Schaltgruppen 14.1 , ...,
14.m ist verkettet mit der jeweils benachbarten fünften Schaltgruppe 14.1 , ..., 14.m verbunden und jede der sechsten Schaltgruppen 15.1 , ..., 15.m ist verkettet mit der jeweils benach- barten sechsten Schaltgruppe 15.1 , ..., 15.m verbunden. Desweiteren ist die erste vierte Schaltgruppe 13.1 mit der p-ten zweiten Schaltgruppe 5.p verbunden, die erste fünfte Schaltgruppe 14.1 mit dem Verbindungspunkt der p-ten zweiten Schaltgruppe 5.p mit der p- ten dritten Schaltgruppe 6.p verbunden und die erste sechste Schaltgruppe 15.1 mit der p- ten dritten Schaltgruppe 6.p verbunden. Schliesslich sind die Kondensatoren 22, 23, 24 der m-ten vierten, fünften und sechsten Schaltgruppe 13.m, 14.m, 15.m seriell miteinander verbunden.
Durch die vorgesehenen m vierten, fünften und sechsten Schaltgruppen 13.1 13.m; 14.1 ,
..., 14.m; 15.1 , ..., 15.m und deren Verbindungen jeweils untereinander, zueinander und zu den p-ten zweiten und dritten Schaltgruppen 5.p, 6.p sowie auch durch die p zweiten und dritten Schaltgruppen 5.1 , ..., 5.p; 6.1, ..., 6.p und deren Verschaltung jeweils untereinander, zueinander und zu der n-ten ersten Schaltgruppe 1.n dienen die n ersten Schaltgruppen 1.1 , ..., 1.n nur zur Balancierung der Phasenausgangswechselspannung, so dass bei mehreren vorhandenen ersten Schaltgruppen 1.1 1.n die Kondensatoren 4 der n ersten Schalt- gruppen 1.1 , ..., 1.n im balancierten, d.h. im ausgeglichenen Zustand im wesentlichen keinen Strom führen und somit auch im wesentlichen keine elektrische Energie speichern. Dadurch kann die gespeicherte elektrische Energie der Blindleistungskompensationseinrichtung insgesamt klein gehalten werden, wodurch die Kondensatoren 4 der Blindleistungskompensati- onseinrichtung lediglich für eine kleine zu speichernde elektrische Energie, d.h. bezüglich ih- rer Spannungsfestigkeit und/oder ihrer Kapazität, ausgelegt werden müssen. Aufgrund der geringen Baugrösse der Kondensatoren 4 benötigt die Blindleistungskompensationseinrich- tung sehr wenig Platz, so dass vorteilhaft ein platzsparender Aufbau, wie er für viele Anwendungen, beispielsweise für Traktionsanwendungen, gefordert ist, möglich ist. Desweiteren kann durch die geringe Baugrösse der Kondensatoren 4 auch der Montage- und Wartungs- aufwand vorteilhaft klein gehalten werden.
In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemässen Blindleistungskompensa- tionseinrichtung dargestellt, welche n=2 erste Schaltgruppen 1.1 , 1.2, p=1 zweite und dritte Schaltgruppen 5.1, 6.1 und m=1 vierte, fünfte und sechste Schaltgruppen 13.1, 14.1 , 15.1 aufweist und der Schaltung von sieben Schaltspannüngsniveaus dient.
Gemäss Fig. 1 ist bei jeder vierten, fünften und sechsten Schaltgruppe 13.1, ..., 13. m; 14.1, ..., 14.m; 15.1 , ..., 15.m jeweils der Kondensator 22, 23, 24 der zugehörigen Schaltgruppe mit dem ersten und zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 16, 17, 18, 19, 20, 21 der zugehörigen Schaltgruppe 13.1 , ..., 13.m; 14.1 , ..., 14.m; 15.1 , ..., 15.m verbunden ist.
Wie in Fig. 1 gezeigt, sind der erste und zweite ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter 16, 19 der ersten vierten Schaltgruppe 13.1 miteinander verbunden, wobei der Verbindungspunkt des ersten und zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalters 16, 19 der ersten vierten Schaltgruppe 13.1 mit dem ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 7 der p-ten zweiten Schaltgruppe 5.p verbunden ist. Weiterhin sind der erste und zweite ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter 17, 20 der ersten fünften Schaltgruppe 14.1 miteinander verbunden, wobei der Verbindungs- punkt des ersten und zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalters 17, 20 der ersten fünften Schaltgruppe 14.1 mit dem Verbindungspunkt der p-ten zweiten Schaltgruppe 5.p mit der p-ten dritten Schaltgruppe 6.p verbunden ist. Ferner sind der erste und zweite ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter 18, 21 der ersten sechsten Schaltgruppe 15.1 miteinander verbunden, wobei der Verbindungspunkt des ersten und zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalters 18, 21 der ersten sechsten Schaltgruppe 15.1 mit dem ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 8 der p-ten dritten Schaltgruppe 6.p verbunden ist.
Es ist denkbar, dass die Anzahl der n ersten Schaltgruppen 1.1,..., In der Anzahl der p zwei- ten und dritten Schaltgruppen 5.1 5.p; 6.1 ,-..., 6.p und der Anzahl der m vierten, fünften und sechsten Schaltgruppen 13.1 13.m; 14.1 , ..., 14.m; 15.1 15.m entspricht. Vorteilhaft können dadurch allgemein (3n+1) Schaltspannungsniveaus der erfindungsgemässen Blindleistungskompensationseinrichtung geschalten werden.
Alternativ ist es auch denkbar, dass die Anzahl der n ersten Schaltgruppen 1.1 ,..., In kleiner als die Anzahl der p zweiten und dritten Schaltgruppen 5.1, ..., 5.p; 6.1 , ..., 6.p und kleiner als die Anzahl der m vierten, fünften und sechsten Schaltgruppen 13.1 13.m; 14.1 , ..., 14.m;
15.1 15.m ist. Daraus resultiert vorteilhaft, dass weniger erste Schaitgruppen 1.1 ,..., 1.n und damit weniger erste und zweite Leistungshalbleiterschalter 2, 3 und weniger Kondensa- toren 4 benötigt werden und die erfindungsgemässe Biindleistungskompensationseinrichtung somit insgesamt weiter bezüglich ihres Platzbedarfes reduziert werden kann.
Weiterhin ist es auch denkbar, dass die Anzahl der n ersten Schaltgruppen 1.1 1.n grösser als die Anzahl der p zweiten und dritten Schaltgruppen 5.1, ..., 5.p; 6.1, ..., 6.p und grös- ser als die Anzahl der m vierten, fünften und sechsten Schaltgruppen 13.1 , ..., 13. m; 14.1 , ..., 14.m; 15.1 , ..., 15.m ist.
Allgemein ist der jeweilige erste und zweite ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter 2, 3, 7, 8, 9, 10, 16, 17, 18, 19, 20, 21 durch ein ansteuerbares Leistungshalbleiter- bauelement mit unidirektionaler Stromführungsrichtung, beispielsweise durch einen Bipolartransistor mit isoliert angeordneter Ansteuerelektrode (IGBT - Insulated Gate Bipolartransistor), und durch ein dazu antiparallel geschaltetes passives nicht-ansteuerbares Leistungshalbleiterbauelement mit unidirektionaler Stromführungsrichtung, beispielsweise durch eine Diode, gebildet. Gemäss Fig. 1 sind die ersten und zweiten ansteuerbaren bidirektionalen . Leistungshalbleiterschalter 2, 3, 7, 8, 9, 10, 16, 17, 18, 19, 20, 21 innerhalb der jeweiligen
Schaltgruppe 1.1 ,..., 1.n; 5.1 5.p; 6.1 , ..., 6.p; 13.1 , .... 13.m; 14.1, ..., 14.m; 15.1
15.m derart verschaltet, dass sie eine entgegengesetzte gesteuerte Hauptstromrichtung aufweisen, d.h. die ansteuerbaren Leistungshalbleiterbauelemente mit unidirektionaler Stromführungsrichtung jeweils eine zueinander entgegengesetzte gesteuerte Hauptstrom- richtung aufweisen.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass bei den n ersten Schaltgruppen 1.1 ,..., In die zwei ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 2 jeweils benachbarter erster Schaltgruppen 1.1,..., 1.n in einem Modul integriert sind, d.h. dass bei mehreren vorhan- denen ersten Schaltgruppen 1.1 ,..., 1.n der erste ansteuerbare bidirektionale Leistungshalb- leiterschalter 2 der n-ten ersten Schaltgruppe 1.n und der erste ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbieiterschalter 2 der (n-1)-ten ersten Schaltgruppe 1.(n-1) in einem Modul integriert sind und der erste ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbieiterschalter 2 der (n-1)-ten ersten Schaltgruppe 1.(n-1) und der erste ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiter- Schalter 2 der (n-2)-ten ersten Schaltgruppe 1.(n-2) in einem Modul integriert sind usw.. Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die zwei zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbieiterschalter 3 jeweils benachbarter erster Schaltgruppen 1.1 1.n in einem Modul integriert sind, d.h. bei mehreren vorhandenen ersten Schaltgruppen 1.1 ,..., 1.n der zweite ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbieiterschalter 3 der n-ten ersten Schalt- gruppe 1.n und der zweite ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbieiterschalter 3 der (n- 1)-ten ersten Schaltgruppe 1.(n-1) in einem Modul integriert sind und der zweite ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbieiterschalter 3 der (n-1)-ten ersten Schaltgruppe 1.(n-1) und der zweite ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbieiterschalter 3 der (n-2)-ten ersten Schaltgruppe 1.(n-2) in einem Modul integriert sind usw.. Die vorstehend genannten Module sind gängigerweise Standard-Halbbrücken-Module und dementsprechend einfach aufgebaut, wenig störanfällig und zudem kostengünstig.
Es ist auch denkbar, dass im Falle mehrerer vorhandener erster Schaltgruppen 1.1 ,..., 1.n bei den n ersten Schaltgruppen 1.1,..., 1.n jeweils der erste ansteuerbare bidirektionale Leis- tungshalbleiterschalter 2 und der zweite ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbieiterschalter 3 in einem Modul integriert ist. Wie bereits erwähnt sind solche Module üblicherweise Standard-Halbbrücken-Module und dementsprechend einfach aufgebaut, wenig störanfällig und zudem kostengünstig.
Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass im Falle mehrerer vorhandener zweiter Schaltgruppen 5.1 ,..., 5.p bei den p zweiten Schaltgruppen 5.1,..., 5.p die zwei ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbieiterschalter 7 jeweils benachbarter zweiter Schaltgruppen 5.1 5.p in einem Modul, d.h. in der vorstehend für die n ersten Schaltgruppen 1.1 1.n detailliert beschriebenen Weise, integriert sind und die zwei zweiten Leis- tungshalbleiterschalter 9 jeweils benachbarter zweiter Schaltgruppen 5.1,..., 5.p in einem Modul, d.h. in der vorstehend für die n ersten Schaltgruppen 1.1 ,..., 1.n detailliert beschriebenen Weise, integriert sind. Ferner sind dann bei mehreren vorhandenen dritten Schaltgruppen 6.1 ,..., 6.p bei den p dritten Schaltgruppen 6.1 ,..., 6.p die zwei ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbieiterschalter 8 jeweils benachbarter dritter Schaltgruppen 6.1 ,..., 6.p in einem Modul, d.h. in der vorstehend für die n ersten Schaltgruppen 1.1,..., 1.n detailliert beschriebenen Weise, integriert und die zwei zweiten Leistungshalbleiterschalter 10 jeweils benachbarter dritter Schaltgruppen 6.1,..., 6.p in einem Modul, d.h. in der vorstehend für die n ersten Schaltgruppen 1.1 In detailliert beschriebenen Weise, integriert.
Alternativ dazu ist es auch möglich, dass bei mehreren vorhandenen zweiten und dritten
Schaltgruppen 5.1 5.p; 6.1,..., 6.p bei den p zweiten und dritten Schaitgruppen 5.1 5.p;
6.1 ,..., 6.p jeweils der erste ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter 7, 8 und der zweite ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter 9, 10 in einem Modul integriert ist. Die vorstehend genannten Module sind gängigerweise Standard-Module und dementsprechend einfach aufgebaut, wenig störanfällig und zudem kostengünstig.
Femer hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass im Falle mehrerer vorhandener vierter
Schaltgruppen 13.1 13. m bei den m vierten Schaltgruppen 13.1 ,..., 13.m die zwei ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 16 jeweils benachbarter vierter Schaltgruppen 13.1 13.m in einem Modul, d.h. in der vorstehend für die n ersten Schaltgruppen 1.1 1.n detailliert beschriebenen Weise, integriert sind und die zwei zweiten Leistungshalbleiterschalter 19 jeweils benachbarter vierter Schaltgruppen 13.1 ,..., 13.m in einem Modul, d.h. in der vorstehend für die n ersten Schaltgruppen 1.1 1.n detailliert beschriebenen Weise, integriert sind. Zudem sind dann im Falle mehrerer vorhandener fünfter Schalt- gruppen 14.1,..., 14.m bei den m fünften Schaltgruppen 14.1 14.m die zwei ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 17 jeweils benachbarter fünfter Schaltgruppen 14.1,..., 14. m in einem Modul, d.h. in der vorstehend für die n ersten Schaltgruppen 1.1 1.n detailliert beschriebenen Weise, integriert und die zwei zweiten Leistungshalbleiterschalter 20 jeweils benachbarter fünfter Schaltgruppen 14.1 ,..., 14.m in einem Modul, d.h. in der vorstehend für die n ersten Schaltgruppen 1.1 ,..., 1.n detailliert beschriebenen Weise, integriert. Darüber hinaus sind dann bei mehreren vorhandenen sechsten Schaltgruppen 15.1 ,..., 15.m bei den m sechsten Schaltgruppen 15.1 ,..., 15.m die zwei ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter 18 jeweils benachbarter sechster Schaltgruppen 15.1 15.m in einem Modul, d.h. in der vorstehend für die n ersten Schaltgruppen 1.1,..., 1.n detailliert beschriebenen Weise, integriert und die zwei zweiten Leistungshalbleiterschalter 21 jeweils benachbarter sechster Schaltgruppen 15.1 ,..., 15.m in einem Modul, d.h. in der vorstehend für die n ersten Schaltgruppen 1.1 ,..., In detailliert beschriebenen Weise, integriert. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass bei mehreren vorhandenen vierten, fünften und sechsten Schaltgruppen 13.1 , ..., 13. m; 14.1 14. m; 15.1 , ..., 15.m bei den m vierten, fünften und sechsten Schaltgruppen 13.1, ..., 13. m; 14.1, ..., 14.m; 15.1 15.m jeweils der erste ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter 16, 17, 18 und der zweite ansteu- erbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter 19, 20, 21 in einem Modul integriert ist. Die vorstehend genannten Module sind üblicherweise Standard-Module und dementsprechend einfach aufgebaut, wenig störanfällig und zudem kostengünstig.
Bei einer mehrphasig zu realisierenden erfindungsgemässen Blindleistungskompensations- einrichtung sind die m-ten vierten Schaltgruppen 13.m der Phasen R, S, T vorzugsweise parallel miteinander verbunden, die m-ten fünften Schaltgruppen 14.m der Phasen R, S, T e- benfalls parallel miteinander verbunden und die m-ten sechsten Schaltgruppen 15.m der Phasen R, S, T auch parallel miteinander verbunden. Die jeweiligen Verbindungen erfolgen an den Kondensatoren 22 der jeweiligen m-ten vierten Schaltgruppen 13.m beziehungsweise an den Kondensatoren 23 der jeweiligen m-ten fünften Schaltgruppen 14. m beziehungsweise an den Kondensatoren 24 der jeweiligen m-ten sechsten Schaltgruppen 15.m.
Um vorteilhaft bei einer mehrphasig realisierten Blindleistungskompensationseinrichtung Platz einsparen zu können, sind die Kondensatoren 22 der m-ten vierten Schaltgruppen 13.m der Phasen R, S, T vorzugsweise zu einem Kondensator zusammengefasst, die Kondensatoren 23 der m-ten fünften Schaltgruppen 14.m der Phasen R, S, T zu einem Kondensator zusammengefasst und die Kondensatoren 24 der m-ten sechsten Schaltgruppen 15.m der Phasen R, S, T zu ebenfalls einem Kondensator zusammengefasst.
Insgesamt stellt die erfindungsgemässe Blindleistungskompensationseinrichtung somit eine durch eine geringe gespeicherte elektrische Energie während ihres Betriebes und durch einen platzsparenden Aufbau gekennzeichnete und damit unkomplizierte, robuste und wenig störungsanfällige Lösung dar. Bezugszeichβnliste
1.1 , .... 1.n erste Schaltgruppen 2 erster ansteuerbarer bidirektionaler Leistungshalbleiterschalter der ersten
Schaltgruppen
3 zweiter ansteuerbarer bidirektionaler Leistungshalbleiterschalter der ersten Schaltgruppen
4 Kondensator der ersten Schaltgruppen 5.1, ..., 5. p zweite Schaltgruppen
6.1 , ..., 6. p dritte Schaltgruppen
7 erster ansteuerbarer bidirektionaler Leistungshalbleiterschalter der zweiten Schaltgruppen
8 erster ansteuerbarer bidirektionaler Leistungshalbleiterschalter der dritten Schaltgruppen
9 zweiter ansteuerbarer bidirektionaler Leistungshalbleiterschalter der zweiten Schaltgruppen
10 zweiter ansteuerbarer bidirektionaler Leistungshalbleiterschalter der dritten Schaltgruppen 11 Kondensator der zweiten Schaltgruppen
12 Kondensator der dritten Schaltgruppen
13.1, ...,13.m vierte Schaltgruppen
14.1 , ...,14.m fünfte Schaltgruppen
15.1 15.m sechste Schaltgruppen 16 erster ansteuerbarer bidirektionaler Leistungshalbleiterschalter der vierten
Schaltgruppen
17 erster ansteuerbarer bidirektionaler Leistungshalbleiterschalter der fünften Schaltgruppen
18 erster ansteuerbarer bidirektionaler Leistungshalbleiterschalter der sechsten Schaltgruppen
19 zweiter ansteuerbarer bidirektionaler Leistungshalbleiterschalter der vierten Schaltgruppen
20 zweiter ansteuerbarer bidirektionaler Leistungshalbleiterschalter der fünften Schaltgruppen zweiter ansteuerbarer bidirektionaler Leistungshalbleiterschalter der sechsten Schaltgruppen Kondensator der vierten Schaltgruppen Kondensator der fünften Schaltgruppen Kondensator der sechsten Schaltgrυppen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Blindleistungskompensationseinrichtung, insbesondere zur Schaltung einer Vielzahl von Schaltspannungsniveaus, mit n für jede Phase (R, S, T) vorgesehenen ersten Schaltgruppen (1.1 1.n), wobei die n-te erste Schaltgruppe (1.n) einen ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter (2) und einen zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter (3) aufweist und die erste erste Schaltgruppe (1.1) bis zur (n-1)-ten ersten Schaltgruppe (1.(n-1)) jeweils einen ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter (2), einen zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter (3) und einen mit dem ersten und zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter (2, 3) verbundenen Kondensator (4) aufweist, wobei jede dem ersten Schaltgruppen (1.1 ,..., In) verkettet mit der jeweils benachbarten ersten Schaltgruppe (1.1 1.n) verbunden ist und der erste und der zweite ansteu- erbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter (2, 3) der ersten ersten Schaltgruppe
(1.1) miteinander verbunden sind und n > 2 ist, dadurch gekennzeichnet, dass p zweite Schaltgruppen (5.1 , ..., 5.p) und p dritte Schaltgruppen (6.1 , ..., 6.p) vorgesehen sind, welche jeweils einen ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalb- leiterschalter (7, 8) und einen zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter (9, 10) aufweisen und die erste zweite Schaltgruppe (5.1) bis zur (p-1)-ten zweiten Schaltgruppe (5.(p-1)) und die erste dritte Schaltgruppe (6.1) bis zur (p-1)-ten dritten Schaitgruppe (6.(p-1)) jeweils einen mit dem ersten und zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter (7, 8, 9, 10) verbundenen Kondensator (11 , 12) auf- weisen, wobei p > 1 ist und jede der p zweiten Schaltgruppen (5.1, ..., 5.p) verkettet mit der jeweils benachbarten zweiten Schaltgruppe (5.1, ..., 5.p) verbunden ist und jede der p dritten Schaltgruppen (6.1, ..., 6.p) verkettet mit der jeweils benachbarten dritten Schaltgruppe (6.1, ..., 6.p) verbunden ist, dass die erste zweite Schaltgruppe (5.1) mit dem ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter (2) der n-ten ersten Schaltgruppe (In) verbunden ist, die erste dritte Schaltgruppe (6.1) mit dem zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter (3) der n-ten ersten Schaltgruppe (1.n) verbunden ist und die p-te zweite Schaltgruppe (5.p) mit dem zugehörigen zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leis- tungshalbleiterschalter (9) mit dem zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalb- leiterschalter (10) der p-ten dritten Schaltgruppe (6.p) verbunden ist, dass m vierte Schaltgruppen (13.1 13.m), m fünfte Schaltgruppen (14.1, ..., 14.m) und m sechste Schaltgruppen (15.1, ..., 15.m) vorgesehen sind, welche jeweils einen ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter (16, 17, 18), einen zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter (19, 20, 21) und einen Kondensator (22, 23, 24) aufweisen, wobei m > 1 ist und jede der vierten Schaltgruppen (13.1 , ..., 13.m) verkettet mit der jeweils benachbarten vierten Schaltgruppe (13.1 , ..., 13.m) verbunden ist, jede der fünften Schaltgruppen (14.1 14.m) verkettet mit der jeweils benachbarten fünften Schaltgruppe (14.1 , ..., 14. m) verbunden ist und jede der sechsten Schaltgruppen (15.1 15.m) verkettet mit der jeweils benachbarten sechsten
Schaltgruppe (15.1 15. m) verbunden ist, dass die erste vierte Schaltgruppe (13.1) mit der p-ten zweiten Schaltgruppe (5.p) verbunden ist, die erste fünfte Schaltgruppe (14.1) mit dem Verbindungspunkt der p-ten zweiten Schaltgruppe (5.p) mit der p-ten dritten Schaltgruppe (6.p) verbunden ist und die erste sechste Schaltgruppe (15.1) mit der p-ten dritten Schaltgruppe (6.p) verbunden ist, und dass die Kondensatoren (22, 23, 24) der m-ten vierten, fünften und sechsten Schaltgruppe (13.m, 14.m, 15.m) seriell miteinander verbunden sind.
2. Blindleistungskompensationseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei jeder vierten, fünften und sechsten Schaltgruppe (13.1, ..., 13. m; 14.1 , ..., 14. m; 15.1, ..., 15.m) jeweils der Kondensator (22, 23, 24) mit dem ersten und zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter (16, 17, 18, 19, 20, 21) der zugehöri- gen Schaltgruppe (13.1 , ..., 13. m; 14.1 14.m; 15.1 15. m) verbunden ist.
3. Blindleistungskompensationseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter (16, 19) der ersten vierten Schaltgruppe (13.1) miteinander verbunden sind, wobei der Verbindungspunkt des ersten und zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalters (16, 19) der ersten vierten Schaltgruppe (13.1) mit dem ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter (7) der p-ten zweiten Schaltgruppe (5.p) verbunden ist, dass der erste und zweite ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter (17, 20) der ersten fünften Schaltgruppe (14.1) miteinander verbunden sind, wobei der Ver- bindungspunkt des ersten und zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalblei- terschalters (17, 20) der ersten fünften Schaltgruppe (14.1) mit dem mit dem Verbindungspunkt der p-ten zweiten Schaltgruppe (5.p) mit der p-ten dritten Schaltgruppe (6.p) verbunden ist, und dass der erste und zweite ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter (18,
21) der ersten sechsten Schaltgruppe (15.1) miteinander verbunden sind, wobei der Verbindungspunkt des ersten und zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalters (18, 21) der ersten sechsten Schaltgruppe (15.1) mit dem ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter (8) der p-ten dritten Schaltgruppe (6.p) verbunden ist.
4. Blindleistungskompensationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der n ersten Schaltgruppen (1.1,..., In) der Anzahl der p zweiten und dritten Schaltgruppen (5.1 5.p; 6.1 , ..., 6.p) und der Anzahl der m vier- ten, fünften und sechsten Schaltgruppen (13.1, ..., 13. m; 14.1 , '..., 14.m; 15.1 , ..., 15.m) entspricht.
5. Blindleistungskompensationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der n ersten Schaltgruppen (1.1 1.n) kleiner als die Anzahl der p zweiten und dritten Schaltgruppen (5.1 5.p; 6.1, ..., 6.p) und kleiner als die Anzahl der m vierten, fünften und sechsten Schaltgruppen (13.1 , ..., 13.m; 14.1 , ..., 14.m; 15.1 15.m) ist.
6. Blindleistungskompensationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Anzahl der n ersten Schaltgruppen (1.1,..., 1.n) grösser als die
Anzahl der p zweiten und dritten Schaltgruppen (5.1 , ..., 5.p; 6.1 , ..., 6.p) und grösser als die Anzahl der m vierten, fünften und sechsten Schaltgruppen (13.1, ..., 13.m; 14.1
14.m; 15.1 , .... 15.m) ist.
7. Blindleistungskompensationseinrichtung nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige erste und zweite ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter (2, 3, 7, 8, 9, 10, 16, 17, 18, 19, 20, 21) durch ein ansteuerbares Leistungshalbleiterbauelement mit unidirektionaler Stromführungsrichtung und durch ein dazu antiparallel geschaltetes passives nicht-ansteuerbares Leistungshalblei- terbauelement mit unidirektionaler Stromführungsrichtung gebildet ist.
8. Blindleistungskompensationseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei den n ersten Schaltgruppen (1.1 ,..., In) die zwei ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter (2) jeweils benachbarter erster Schaltgruppen (1.1 ,.'.., 1.n) in einem Modul integriert sind und die zwei zweiten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter (3) jeweils benachbarter erster Schaltgruppen (1.1 1.n) in einem Modul integriert sind.
9. Blindleistungskompensationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge- kennzeichnet, dass bei den n ersten Schaltgruppen (1.1 ,..., 1.n) jeweils der erste ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter (2) und der zweite ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter (3) in einem Modul integriert ist.
10. Blindleistungskompensationseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei den p zweiten Schaltgruppen (5.1 ,..., 5.p) die zwei ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter (7) jeweils benachbarter zweiter Schaltgruppen (5.1 ,..., 5.p) in einem Modul integriert sind und die zwei zweiten
Leistungshalbleiterschalter (9) jeweils benachbarter zweiter Schaltgruppen (5.1 5.p) in einem Modul integriert sind, und dass bei den p dritten Schaltgruppen (6.1 6.p) die zwei ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter (8) jeweils benachbarter dritter Schaltgruppen (6.1,..., 6.p) in einem Modul integriert und die zwei zweiten Leistungshalbleiterschalter
(10) jeweils benachbarter dritter Schaltgruppen (6.1 6.p) in einem Modul integriert sind.
11. Blindleistungskompensationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei den p zweiten und dritten Schaltgruppen (5.1 ,..., 5.p; 6.1 ,..., 6.p) jeweils der erste ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter (7, 8) und der zweite ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter (9, 10) in einem Modul in- tegriert ist.
12. Blindleistungskompensationseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei den m vierten Schaltgruppen (13.1,..., 13.m) die zwei ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter (16) jeweils benachbar- ter vierter Schaltgruppen (13.1 ,..., 13.m) in einem Modul integriert sind und die zwei zweiten Leistungshalbleiterschalter (19) jeweils benachbarter vierter Schaltgruppen (13.1 ,..., 13. m) in einem Modul integriert sind, dass bei den m fünften Schaltgruppen (14.1 14.m) die zwei ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter (17) jeweils benachbarter fünfter Schaltgruppen (14.1 ,..., 14.m) in einem Modul integriert sind und die zwei zweiten Leistungshalbleiterschalter (20) jeweils benachbarter fünfter Schaltgruppen (14.1,..., 14.m) in einem Modul integriert sind, und dass bei den m sechsten Schaltgruppen (15.1,..., 15.m) die zwei ersten ansteuerbaren bidirektionalen Leistungshalbleiterschalter (18) jeweils benachbarter sechster Schait- gruppen (15.1,..., 15.m) in einem Modul integriert sind und die zwei zweiten Leistungshalbleiterschalter (21) jeweils benachbarter sechster Schaltgruppen (15.1 15.m) in einem Modul integriert sind.
13. Blindleistungskompensationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass bei den m vierten, fünften und sechsten Schaltgruppen (13.1, ..., 13.m; 14.1 14.m; 15.1 , ..., 15.m) jeweils der erste ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter (16, 17, 18) und der zweite ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter (19, 20, 21) in einem Modul integriert ist.
14. Blindleistungskompensationseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren Phasen (R, S, T) die m-ten vierten Schaltgruppen (13.m) der Phasen (R, S, T) parallel miteinander verbunden sind, die m-ten fünften Schaltgruppen (14. m) der Phasen (R, S, T) parallel miteinander verbunden sind und die m-ten sechsten Schaltgruppen (15.m) der Phasen (R, S, T) parallel miteinander verbunden sind.
15. Blindleistungskompensationseinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoren (22) der m-ten vierten Schaltgruppen (13.m) der Phasen (R, S, T) zu einem Kondensator zusammengefasst sind, dass die Kondensatoren (23) der m-ten fünften Schaltgruppen (14.m) der Phasen (R, S,
T) zu einem Kondensator zusammengefasst sind, und dass die Kondensatoren (24) der m-ten sechsten Schaltgruppen (15.m) der Phasen (R, S, T) zu einem Kondensator zusammengefasst sind.
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