WO2021001028A1

WO2021001028A1 - Anordnung zum anschluss an ein wechselspannung führendes hochspannungsnetz

Info

Publication number: WO2021001028A1
Application number: PCT/EP2019/067748
Authority: WO
Inventors: Markus Distler; Michael Festor; Thomas Hammer; Cristen SCHIMPF
Original assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2019-07-02
Filing date: 2019-07-02
Publication date: 2021-01-07
Anticipated expiration: 2022-01-02

Abstract

Um eine Anordnung (1) zum Anschluss an ein Wechselspannung führendes Hochspannungsnetz mit einem Transformator, der einen magnetisierbaren Kern, eine Wicklungsanordnung (3) mit Wicklungen, die einen Abschnitt des Kerns umschließen und induktiv miteinander gekoppelt sind, und ein Transformatorgehäuse (2) aufweist, das mit einem ersten Isolierfluid befüllt ist und in dem der Kern und die Wicklungsanordnung (3) angeordnet sind, und mit einem Leistungshalbleiterschalter (4) aufweisenden Umrichter (4,9), der zum Umrichten einer Wechselspannung oder eines Wechselstromes in eine Gleichspannung bzw. einen Gleichstrom oder umgekehrt eingerichtet ist, wobei der Umrichter (4,9) wechselspannungsseitig mit dem Transformator (2,3) verbunden ist, zu schaffen, die kompakt und kostengünstig ist, wird vorschlagen, dass die Leistungshalbleiterschalter (3) zumindest teilweise in einem Gehäuse (2) angeordnet sind, das mit einem zweiten Isolierfluid befüllt ist.

Description

Beschreibung

Anordnung zum Anschluss an ein Wechselspannung führendes Hochspannungsnetz

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Anschluss an ein Wechselspannung führendes Hochspannungsnetz mit einem Trans formator, der einen magnetisierbaren Kern, eine Wicklungsan ordnung mit Wicklungen, die einen Abschnitt des Kerns um schließen und induktiv miteinander gekoppelt sind, und ein Transformatorgehäuse aufweist, das mit einem ersten Isolier fluid befüllt ist und in dem der Kern und die Wicklungsanord nung angeordnet sind, und mit einem Leistungshalbleiterschal ter aufweisenden Umrichter, der zum Umrichten einer Wechsel spannung oder eines Wechselstromes in eine Gleichspannung bzw. einen Gleichstrom oder umgekehrt eingerichtet ist, wobei der Umrichter wechselspannungsseitig mit dem Transformator verbundenen ist.

Eine solche Anordnung ist dem Fachmann aus der Praxis bereits bekannt. So werden bei der so genannten Hochspannungsgleich stromübertragung Umrichter eingesetzt, um einen Wechselstrom oder eine Wechselspannung zu einer Gleichspannung bzw.

Gleichstrom umzuwandeln. Umrichter können unterschiedliche Topologien aufweisen. Netzgeführte Umrichter, bei denen so genannte Thyristoren als Leistungshalbleiterschalter zum Ein satz gelangen, bilden in der Regel eine Brückenschaltung aus. Sie verfügen über Phasenmodule, deren Anzahl der Anzahl der Phasen des Wechselspannungsnetzes entspricht. In der Regel sind drei Phasenmodule vorgesehen, die in der Mitte jeweils einen Wechselspannungsanschluss und an ihren beiden Enden Gleichspannungsanschlüsse ausbilden. Zwischen jedem Gleich spannungsanschluss und dem Wechselspannungsanschluss er streckt sich ein Phasenmodulzweig, der in diesem Fall als so genanntes Stromventil bezeichnet wird. Die Thyristoren eines Stromventils werden alle gleichzeitig gezündet, wodurch jeder Thyristor des Stromventils von einer Sperrsteilung, in der ein Stromfluss über den Thyristor unterbrochen ist, in eine Durchlassstellung überführt wird, in der ein Stromfluss über den jeweiligen Thyristor ermöglicht ist. Thyristoren können jedoch nicht aktiv von der Durchlassstellung in die Sperr steilung überführt werden. Erst wenn der Stromfluss über den jeweiligen Thyristor unter einen Schwellenwert abfällt, wird der Thyristor wieder in seine Sperrsteilung überführt.

Darüber hinaus sind so genannte „Voltage Source Converter" bekannt, bei denen ein- und abschaltbare Leistungshalbleiter schalter, wie beispielsweise IGBTs, zum Einsatz gelangen. Zum Schutz des jeweiligen IGBTs ist jedem IGBT eine Freilaufdiode gegensinnig parallel geschaltet. Solche VSCs können zweistu fig oder mehrstufig ausgebildet sein.

Allen Umrichtertopologien gemein ist, dass diese wechselspan nungsseitig über einen Transformator mit dem Wechselspan nungsnetz verbunden werden. Der Transformator stellt das ge eignete Spannungslevel für den Umrichter bereit.

Da in der Regel hohe Leistungen über den Transformator flie ßen, ist dieser als so genannter Leistungstransformator aus gestaltet. Leistungstransformatoren weisen für jede Phase des angeschlossenen Wechselspannungsnetzes eine Wicklungsanord nung auf, das aus wenigstens zwei Wicklungen besteht. Dabei umschließen die Wicklungen einen Abschnitt eines Kerns, der einen geschlossenen Magnetkreis ausbildet. Die Wicklungsan ordnung und der Kern sind in einem mit Isolierfluid befüllten Transformatorkessel oder -gehäuse angeordnet, wobei das Iso lierfluid neben der notwendigen Isolation der auf Hochspan nung liegenden Bauteile gegenüber dem Kessel auf Erdpotenzial die notwendige Kühlung der aktiven Bauteile bereitstellt . In der Regel ist der Transformator mit einer Kühlanlage ausge rüstet, mit dessen Hilfe die Kühlleistung verbessert werden kann. Neben dem Transformator und dem Umrichter weisen solche Hochspannungsgleichstromübertragungsanlagen Drosseln, Filter kreise, Schalteinheiten und dergleichen auf, so dass die ge samte Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage raumgreifend ist und eine Menge Platz beansprucht. Es besteht jedoch mehr und mehr das Erfordernis, solche Anordnungen oder mit anderen Worten Hochspannungsgleichstromübertragungsanlagen möglichst kompakt auszugestalten.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Anordnung der ein gangs genannten Art bereitzustellen, die kompakt und kosten günstig ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass die Leistungs halbleiterschalter zumindest teilweise in einem Gehäuse ange ordnet sind, das mit einem zweiten Isolierfluid befüllt ist.

Im Rahmen der Erfindung ist eine Anordnung bereitgestellt, die wenigstens aus einem Umrichter und einem Transformator besteht. Der Transformator verfügt über einen Transformator kessel, der mit einem Isolierfluid, beispielsweise einem mi neralischen Öl, einem Esteröl oder dergleichen, befüllt ist. In dem Transformatorkessel ist das Aktivteil des Transforma tors angeordnet, das im Rahmen der Erfindung aus wenigstens einer Wicklungsanordnung und einem Kern besteht, wobei der Kern einen geschlossenen Magnetkreis ausbildet. Die Wick lungsanordnung verfügt für jede Phase über wenigstens zwei Wicklungen, die induktiv miteinander gekoppelt sind. Dabei umschließt jede Wicklung einen Kernabschnitt des geschlosse nen Magnetkreises . Hierbei kann es sich um den gleichen Kern abschnitt, beispielsweise einen Kernschenkel oder aber unter schiedliche Kernabschnitte handeln. Die Wicklungen des Wick lungspaares sind hinsichtlich ihrer Windungszahlen so einge stellt, dass ausgangsseitig des Transformators die gewünschte Wechselspannung bereitgestellt ist, mit welcher der Umrichter wechselspannungsseitig gespeist wird.

Der Umrichter umfasst im Rahmen der Erfindung Leistungshalb leiterschalter, wie beispielsweise Thyristoren, IGBTs, GTOs oder dergleichen. Leistungshalbleiterschalter sind im Rahmen der Erfindung in einem Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse ist mit einem Isolierfluid befüllt. Die Leistungshalbleiterschal ter vorbekannte Umrichter sind entweder wasser- oder luftge- kühlt und sind nicht in einem Kessel oder Gehäuse angeordnet, das mit einem Isolierfluid befüllt ist. Vorbekannte Umrichter benötigen daher eine wesentliche größere Betriebsfläche als die erfindungsgemäße Anordnung. Erfindungsgemäß ist somit ein Umrichter bereitgestellt, der wesentlich kompakter ausgestal tet werden kann, als vorbekannte Umrichter.

Der Umrichter verfügt im Rahmen der Erfindung auch über eine Schutz- oder Regeleinheit, die außerhalb des Gehäuses oder Tanks angeordnet sind, in dem die Leistungshalbleiterschalter untergebracht sind. Die Regeleinheit, die gleichzeitig auch zum Schutz des Umrichters dient, ist über Steuer- und Mess leitungen mit den Leistungshalbleiterschaltern innerhalb des Gehäuses verbunden.

Die Topologie des Umrichters ist im Rahmen der Erfindung grundsätzlich beliebig. So kann der Umrichter beispielsweise ein dreistufiger Umrichter, ein netzgeführter Zweistufen- Umrichter, ein selbstgeführter Mehrstufen-Umrichter oder der gleichen sein. Der Umrichter kann im Rahmen der Erfindung auch mehrere Gehäuse aufweisen, in denen Teile des Umrichters angeordnet sind, wobei zweckmäßige Verbindungsleitungen, wie beispielsweise Verbindungskabel oder luftisolierte Leitungen, für die notwendige elektrische Verbindung der Komponenten in den Gebäuden dienen. Durch die Anordnung der mit Hochspannung beaufschlagten Bauteile kann auf eine große Ventilhalle, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, verzichtet werden.

Vorteilhafterweise ist das Gehäuse das Transformatorgehäuse, wobei das erste Isolierfluid und das zweite Isolierfluid identisch sind. Mit anderen Worten ist im Rahmen dieser Wei terentwicklung der Erfindung lediglich ein Kessel oder Gehäu se vorgesehen, in dem das Aktivteil des Transformators als auch die Leistungshalbleiterschalter des Umrichters angeord net sind. Das Transformatorgehäuse kann unterschiedliche Kam mern aufweisen, wobei in der einen Kammer das Aktivteil und in der anderen Kammer die Leistungshalbleiterschalter des Um richters angeordnet sind. Abweichend davon ist es im Rahmen der Erfindung jedoch auch möglich, dass das Transformatorge häuse lediglich einen nicht unterteilten Innenraum ausbildet, in dem sowohl das Aktivteil, das aus Kern und Wicklungen be steht, als auch die Leistungshalbleiterschalter angeordnet sind. Als Isolierfluid kommt daher selbstverständlich nur ein Isolierfluid in Betracht, das für beide Komponenten die not wendige Isolierung aber auch Kühlung bereitstellt . Da ledig lich ein Kessel oder Gehäuse vorgesehen ist, ist eine noch kompaktere Bauweise der erfindungsgemäßen Anordnung ermög licht .

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Variante der Erfindung ist eine Glättungsdrossel vorgesehen, die gleichspannungsseitig mit dem Umrichter verbunden ist, wobei die Glättungsdrossel in einem Drosselgehäuse angeordnet ist, das mit einem dritten Isolierfluid befüllt ist. Eine solche Glättungsdrossel ist insbesondere bei netzgeführten Umrichtern erforderlich, da die Thyristoren lediglich ein- jedoch nicht wieder ausge schaltet werden können. Die gleichspannungsseitig angeordnete Glättungsdrossel glättet daher den Gleichstrom und dient gleichzeitig als Energiespeicher und sorgt somit für eine ge wisse Kontinuität der Hochspannungsgleichstromübertragung.

Gemäß einer hiervon abweichenden Variante ist statt einer Glättungsdrossel ein Kondensator vorgesehen, der ebenfalls in einem Kessel oder Gehäuse, in diesem Fall einem Kondensator gehäuse, angeordnet ist. Das Kondensatorgehäuse ist wieder mit einer Flüssigkeit befüllt, die sowohl zur Isolation als auch zur Kühlung des Kondensators dient. Ein solcher Konden sator wird üblicherweise im Zusammenhang mit Umrichtern ein gesetzt, die als so genannte Voltage Source Converter be zeichnet werden. Solche Voltage Source Converter sind selbst geführte Umrichter. Sie weisen als Leistungshalbleiterschal ter ein- und abschaltbare Leistungshalbleiterschalter auf, denen zum Schutz vor Überspannungen jeweils eine Freilaufdio de gegensinnig parallelgeschaltet ist. Die Einheiten aus Freilaufdiode und ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiter schalter werden in Reihe geschaltet und gleichzeitig ange- steuert, wobei der Umrichter als Brückenschaltung ausgeführt ist. In diesem Fall dient der Kondensator in dem Kondensator tank als zentraler Energiespeicher, wobei der Umrichter ein so genannter Zweistufen-Umrichter ist. Selbstverständlich ist es in diesem Fall auch möglich, dass die Glättungsdrossel o- der der zentrale Kondensator ebenfalls in dem Transformator gehäuse angeordnet ist. In diesem Fall sind somit das Aktiv teil, Leistungshalbleiterschalter des Umrichters als auch die Glättungsdrossel beziehungsweise der zentrale Kondensator in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Die ermöglicht eine noch kompaktere Bauweise.

Vorteilhafterweise ist für jedes Wicklungspaar ein separates Transformatorgehäuse vorgesehen. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung ist die Anordnung gemäß der Erfindung ein phasig ausgestaltet. Mit anderen Worten verfügt die Anordnung nicht über einen einzigen dreiphasigen Transformator, sondern über beispielsweise drei einphasige Transformatoren, wobei jeder einphasige Transformator sein eigenes separates Gehäuse aufweist. In jedem Gehäuse sind dann entweder zwei Wicklungen angeordnet, die induktiv über einen Kern miteinander gekop pelt sind. Abweichend davon können auch drei Wicklungen vor gesehen sein, wobei eine Primärwicklung induktiv mit zwei Se kundärwicklungen gekoppelt ist. Die Sekundärwicklungen sind unterschiedlich verschaltet. So weist beispielsweise eine Se kundärwicklung eine Dreiecksschaltung auf, wobei die andere Sekundärwicklung zu einem Sternpunkt mit den anderen einpha sigen Transformatoren verschaltet ist. Somit wird eine Pha senverschiebung herbeigeführt, so dass ein so genannter

Zwölfpunkt-Transformator bereitgestellt ist.

Ein Zwölfpunkt-Transformator ist dem Fachmann jedoch bekannt, so dass an dieser Stelle auf detailliertere Ausführungen ver zichtet werden kann.

Wesentlich ist, dass bei der einphasigen Ausgestaltung des Transformators drei Transformatorgehäuse mit drei Aktivteilen bzw. drei Kernen und drei Wicklungsanordnungen vorgesehen sind .

Mit einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Umrichter wenigstens ein Phasenmodul auf, das einen Wechsel spannungsanschluss und wenigstens einen Gleichspannungsan schluss aufweist, wobei sich zwischen dem Wechselspannungsan schluss und jedem Gleichspannungsanschluss ein Phasenmodul zweig erstreckt, der eine Reihenschaltung aus Leistungshalb leiterschaltern oder aus zweipoligen Submodulen ausbildet, wobei jedes Submodul Leistungshalbleiterschalter und einen Kondensator aufweist, die miteinander zu einer Halb- oder Vollbrücke verschaltet sind. Gemäß dieser vorteilhaften Wei terentwicklung weist der Umrichter eine Topologie auf, die auch als Brückenschaltung bezeichnet wird. In einer Brücken schaltung kommen Phasenmodule zum Einsatz, deren Anzahl der Anzahl der Phasen des angeschlossenen Wechselspannungsnetzes entspricht. Jedes Phasenmodul ist mit anderen Worten mit ei ner Phase des angeschlossenen Wechselspannungsanschlusses verbindbar. Dazu weist jedes Phasenmodul einen Wechselspan nungsanschluss auf. Ein Phasenmodul verfügt über eine Reihen schaltung aus zweipoligen Leistungshalbleiterschaltern mit jeweils gegensinnig paralleler Freilaufdiode und aus zweipo ligen Submodulen. Der Wechselspannungsanschluss ist in der Regel in mittiger Position der Reihenschaltung vorgesehen, während an den beiden Enden eines jeden Phasenmoduls ein Pol bzw. Gleichspannungsanschluss ausgebildet ist. Zwischen dem Wechselspannungsanschluss und jedem Gleichspannungsanschluss erstreckt sich eine Reihenschaltung aus zweipoligen Komponen ten, die hier als Phasenmodulzweig bezeichnet ist. Ist der Phasenmodulzweig als Reihenschaltung von Thyristoren ausge führt, wird der Phasenmodulzweig auch als Stromventil be zeichnet. Die Thyristoren eines Stromventils werden alle syn chron oder gleichzeitig gezündet. Eine aktive Überführung der Thyristoren in die Sperrsteilung ist, wie bereits eingangs erläutert wurde, nicht möglich. Erst wenn aufgrund des anlie genden Wechselstroms der Stromfluss über den jeweiligen Thy- ristor unter einen so genannten Haltestrom abfällt, wird der Thyristor passiv wieder in seine Sperrsteilung überführt.

Abweichend davon ist es jedoch auch möglich, jeden Phasenmo dulzweig als Reihenschaltung von zweipoligen Einheiten auszu gestalten, die aus ein- und einschaltbaren Leistungshalb leiterschaltern und einer Freilaufdiode bestehen, wobei die Freilaufdiode dem zugeordneten ein- und abschaltbaren Leis tungshalbleiterschalter gegensinnig parallel oder mit anderen Worten antiparallel geschaltet ist. Der ein- und abschaltbare Leistungshalbleiterschalter ist bevorzugt ein so genannter IGBT, ein IGCT, ein GTO oder dergleichen. Ein solcher Umrich ter wird als so genannter dreistufen VSC bezeichnet. Er weist als Energiespeicher beispielsweise einen zentralen Kondensa tor im Gleichspannungskreis auf.

Darüber hinaus ist es auch möglich, dass jeder Phasenmodul zweig einer Reihenschaltung aus zweipoligen Submodulen aus bildet, wobei jedes Submodul einen dezentralen Kondensator aufweist. Ferner sind Leistungshalbleiterschalter vorgesehen, die mit dem Kondensator zusammen eine Voll- oder Halbbrücken schaltung ausbildet. Bei einer Halbbrückenschaltung ist dem Kondensator ein erster Parallelzweig parallel geschaltet, in dem zwei Leistungshalbleiterschalter, beispielsweise IGBTs mit gegensinniger Freilaufdiode, in Reihe geschaltet sind. Dabei ist der Potenzialpunkt zwischen den beiden Leistungs halbleiterschaltern mit einer ersten Anschlussklemme und ein Pol des Kondensators mit einer zweiten Anschlussklemme des Submoduls verbunden. Je nach Schaltstellung kann somit an den Anschlussklemmen entweder eine Nullspannung oder die an dem Kondensator abfallende Kondensatorspannung erzeugt werden.

Bei einer Reihenschaltung solcher Halbleitermodule ist es da her möglich, die Spannung des Phasenmoduls stufenweise zu verändern, wobei die Kondensatorspannung der Höhe der Stufen entspricht. Der Aufbau der Submodule ist dabei grundsätzlich identisch . Bei einer Vollbrückenschaltung sind dem Kondensator zwei Pa rallelzweige parallelgeschaltet. Ein erster Parallelzweig weist eine Reihenschaltung aus zwei Leistungshalbleiterschal tern auf, wobei der zweite Parallelzweig ebenfalls eine Rei henschaltung aus zwei Leistungshalbleiterschaltern aufweist. Die erste Anschlussklemme ist mit dem Potenzialpunkt zwischen den Leistungshalbleiterschaltern des ersten Parallelzweiges und die zweite Anschlussklemme mit dem Potenzialpunkt zwi schen den Leistungshalbleiterschaltern des zweiten Parallel zweigs verbunden. An den Anschlussklemmen kann somit eine Nullspannung, die an dem Kondensator abfallende Kondensator spannung oder aber die inverse Kondensatorspannung erzeugt werden .

Als Leistungshalbleiterschalter sind bevorzugt IGBTs mit an tiparallel geschalteter Freilaufdiode vorgesehen. Umrichter mit einer solchen Topologie werden auch als Multilevel- Umrichter bezeichnet.

Ihr Aufbau ist jedoch grundsätzlich bekannt, so dass an die ser Stelle auf Details verzichtet werden kann.

Zweckmäßigerweise entspricht die Anzahl der Phasenmodule und die Anzahl der Wicklungenanordnungen der Anzahl der Phasen des Wechselspannungsnetzes.

Weist der Umrichter eine Brückentopologie auf, kann es zweck mäßig sein, dass für jedes Phasenmodul ein eigenes separates Gehäuse vorgesehen ist, in dem Phasenmodul angeordnet ist.

Mit anderen Worten ist der Umrichter einphasig gekapselt. Weist also das Wechselspannungsnetz drei Phasen auf, sind drei separate Gehäuse für den Umrichter vorgesehen, wobei in jedem Gehäuse die Leistungshalbleiterschalter eines Phasenmo duls angeordnet ist.

Bevorzugt ist eine Kühlanlage zum Kühlen des ersten oder zweiten Isolierfluids vorgesehen. Die Kühlanlage ist bei spielsweise eine passive Kühlanlage, die ohne Pumpen und Yen- tilatoren auskommt. Darüber hinaus kann die jedoch die Kühl anlage eine Pumpe aufweisen, mit der das Isolierfluid über die Kühlanlage umgewälzt wird. Eine solche Pumpe für das Iso lierfluid erhöht die Kühlleistung der Pumpe.

Sind Umrichter und Transformator in unterschiedlichen Gehäu sen oder Kesseln angeordnet, sind auch unterschiedliche Kühl anlagen im Rahmen der Erfindung vorgesehen. Bei einer einpha sigen Ausführung von Umrichter und Transformator, wobei für jede Phase ein eigenes separates Gehäuse vorgesehen ist, ist auch die Kühlanlage entsprechend aufgefächert, so dass jedes Gehäuse oder jeder Kessel mit einer auf die jeweilige Wärme entwicklung abgestimmte Kühleinheit aufweist.

Im Rahmen der Erfindung ist es ferner möglich, dass die Glät tungsdrossel oder der zentrale Kondensator, das Aktivteil des Transformators und die Leistungshalbleiterschalter des Um richters in einem gemeinsamen Kessel oder in dem Transforma torgehäuse angeordnet sind. In diesem Fall sind das erste, zweite und dritte Isolierfluid identisch. Es ist jedoch dann auch möglich, die Isolierfluide identisch auszuwählen, wenn die eben genannten Komponenten in unterschiedlichen Kesseln oder Gehäusen vorgesehen sind. Natürlich ist es im Rahmen der Erfindung ferner vorgesehen, dass die Isolierfluide unter schiedlich sind.

Gemäß einer weiteren Variante der erfindungsgemäßen Einrich tung sind mehrere erfindungsgemäße Anordnungen parallel zuei nander angeordnet. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwick lung kann ein größerer Strom und somit eine höhere Leistung über die erfindungsgemäße Einrichtung fließen.

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 gleichwirkende Bauteile verweisen und wobei Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung in einer schematischen Darstellung,

Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin

dungsgemäßen Anordnung in einer schematischen Darstellung,

Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin

dungsgemäßen Anordnung in einer schematischen Darstellung und

Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin

dungsgemäßen Einrichtung schematisch verdeut lichen .

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung 1 schematisch in einer Seitenansicht. Die Anordnung 1 verfügt über ein Transformatorgehäuse 2, also beispielswei se einem Tank oder Kessel, in dem eine Wicklungsanordnung 3, Leistungshalbleiterschalter eines Umrichters 4 sowie eine Glättungsdrossel 5 angeordnet sind. Die Wicklungsanordnung 3 weist hier eine Primärwicklung 6 sowie eine Sekundärwicklung 7 auf, die mit Hilfe eine figürlich nicht dargestellten mag netisierbaren Kerns induktiv miteinander gekoppelt sind. Die Wicklungsanordnung 3 ist dreiphasig ausgeführt, wobei in Fi gur 1 aus Gründen der Übersichtlich lediglich eine Phase ge zeigt ist. Wie durch die drei schräg gestellten Striche, die außerhalb des Kondensators des Gehäuses 2 eingangsseitig dar gestellt ist, sind jedoch drei Phasen vorgesehen, die jeweils über eine Durchführung 8 durch die Erdpotenzial liegende Wand des Transformatorgehäuses 2 geführt werden. Durchführungen sind dem Fachmann jedoch bekannt, so dass an dieser Stelle auf deren genaue Ausgestaltungen nicht näher eingegangen zu werden braucht. Die Wechselspannungsseite der Anordnung 1 ist in Figur 1 mit der englischen Abkürzung „AC" verdeutlicht.

Außerhalb des Transformatorgehäuses 2 ist eine Schutz- und Regeleinheit 9 vorgesehen, die über Signalleitungen und Steu- erleitungen 10 mit den ansteuerbaren Leistungshalbleiter schaltern Umrichter 4 verbunden ist. Darüber hinaus sind Messwandler 11 erkennbar, die jeweils zum Erfassen des Stroms vorgesehen sind. Die Messwandler 11 sind über Signalleitungen 12 mit der Schutz- und Regeleinheit 9 verbunden. Der Umrich ter 4, 9 ist in dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel als so genannter netzgeführter Umrichter 4 ausgeführt. Er weist drei figürlich nicht dargestellten Phasenmodule auf, die jeweils einen Wechselspannungsanschluss und zwei Gleich spannungsanschlüsse aufweisen. Der Wechselspannungsanschluss eines jeden Phasenmoduls ist mit einer Phase des Wechselspan nungsnetzes verbunden. Zwischen dem Wechselspannungsanschluss und jedem Gleichspannungsanschluss des Phasenmoduls erstreckt sich ein Stromventil, das aus einer Reihenschaltung von Thy ristoren besteht. Die Thyristoren werden nun von der Schutz- und Regeleinheit 9 so angesteuert bzw. gezündet, dass gleich spannungsseitig des Umrichters 4 die gewünschte Gleichspan nung bereitgestellt ist. Die Gleichspannungsseite der Anord nung 5 ist in Figur 1 mit DC verdeutlicht.

Es sei angemerkt, dass sich gleichspannungsseitig des Umrich ters 4 ein Gleichstromkreis erstreckt, der zwei Gleichspan nungsleitungen oder Pole aufweist, die eine positive Polari tät bzw. eine negative Polarität aufweist.

Jedes Phasenmodul ist über seinen ersten oder positiven

Gleichspannungsanschluss, der mit dem positiven Pol des

Gleichspannungszwischenkreises verbunden, wobei der zweite Gleichspannungsanschluss und dem negativen Pol mit dem nega tiven Pol des Gleichspannungszwischenkreises verbunden ist. Von den beiden Polen des Gleichspannungszwischenkreises ist in Figur 1 jedoch lediglich ein Pol aus Gründen der Übersicht gezeigt, wobei jedoch durch den außerhalb des Transformator gehäuses angefügten schräggestellten Doppelstriches angedeu tet ist, dass auf die Darstellung des zweiten Pols des

Gleichspannungszwischenkreises verzichtet wurde. In wenigstens einem der Pole ist eine Glättungsdrossel 5 vor gesehen, wobei jeder Pol wieder durch eine Hochspannungs durchführung aus dem Transformatortank herausgeführt ist. Au ßerhalb des Tanks sind Kabelleiter luftisolierte Leiter vor gesehen, die sich beispielsweise über eine größere Strecke hinweg erstrecken und mit der Gleichspannungsseite eines wei teren Umrichters, der hier nicht gezeigt ist, verbunden sind. Je nach Ansteuerung der Leistungshalbleiterschalter des Um richters 4 ist eine Leistungsübertragung über die Anordnung 1 in beide Richtungen ermöglicht.

Zur Kühlung des Isolierfluids, das in dem in Figur 1 gezeig ten Ausführungsbeispiel eine Esterflüssigkeit ist, dient eine Kühlanlage 13, die als passive Kühlanlage ausgeführt ist. So weist die Kühlanlage 13 beispielsweise mehrere Radiatoren auf, über die das Isolierfluid beim Betrieb der Anordnung 1 umgewälzt wird. Das Umwälzen erfolgt in diesem Fall passiv, d.h. allein aufgrund der unterschiedlichen Dichte des Iso lierfluids, wenn dieses beim Betrieb der Anordnung aufgeheizt wird. Aufgeheiztes oder erwärmtes Isolierfluid dehnt sich aus und weist daher eine geringere Dichte auf als das kühlere Isolierfluid. Das erwärmte Isolierfluid gelangt über ein obe res Sammelrohr in die Kühlanlage, wird dort abgekühlt, wobei das abgekühlte schwerere Isolierfluid dann über ein unteres Sammelrohr wieder zurück in den Innenraum des Transformator kessels oder Gehäuses 2 gelangt.

Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin dungsgemäßen Anordnung, das sich von dem in Figur 1 darge stellten Ausführungsbeispiel dahin unterscheidet, dass die Wicklungsanordnung 3 in einem separaten Transformatorgehäuse 2 angeordnet ist. Für die Leistungshalbleiterschalter des Um richters 4 sowie für die Glättungsdrossel 5 ist ein eigenes Gehäuse 14 bereitgestellt. Zum Überführen der mit Hochspan nung beaufschlagten Leiter in das Innere des Gehäuses 14 sind wiederum Durchführungen vorgesehen, die aus Gründen der Über sicht in Figur 2 nicht gezeigt sind. Sowohl das Transforma torgehäuse 2 als auch das Gehäuse 14 sind jeweils mit einer Kühlanlage 13 ausgestattet, die wieder als passive Kühlanlage ausgeführt ist. Zum Zünden der Thyristoren dient wieder die Schutz- und Regeleinheit 9. In dem in Figur 2 gezeigten Fall ist jedoch auch das Transformatorgehäuse mit einer Messein heit 15 ausgerüstet, die in diesem Fall lediglich mit den Messsensoren des Transformators verbunden ist. Die Messein heit 15 ist mit der Steuer- und Regeleinheit 9 über eine Sig nalleitung 16 verbunden. Die Messeinheit weist mehrere Ein gänge auf und ist über eine Fernsignalverbindungseinheit mit einer Datenverarbeitungscloud verbunden.

Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin dungsgemäßen Anordnung 1, wobei jedoch die sich von dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel dahin unterscheidet, dass auch die Leistungshalbleiterschalter 1 des Umrichters 4 als auch die Glättungsdrossel 5 in unterschiedlichen Gehäusen 2, 14, 17 angeordnet sind. In dem gezeigten Ausführungsbei spiel ist für die Glättungsdrossel 5 ein Drosselgehäuse 17 vorgesehen. Dabei ist auch das Glättungsdrosselgehäuse 17 wieder mit einer netzwerkfähigen Messeinheit 15 ausgerüstet, die außerhalb des Gehäuses 17 angeordnet ist.

Figur 4 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ein richtung 18, die aus mehreren Anordnungen 1 gemäß der Figuren 1, 2 oder 3 besteht. In dem in Figur 4 gezeigten Ausführungs beispiel sind beide Pole des Gleichspannungszwischenkreises gezeigt, wobei der Minuspol der obersten Anordnung 1 mit dem Pluspol der nächstfolgenden Anordnung 1 verbunden ist. Mit anderen Worten sind die Anordnungen 1 einander parallelge schaltet. Durch die Parallelschaltung kann der Strom und so mit die Leistung auf die jeweiligen parallelgeschalteten An ordnungen aufgeteilt werden. Es ist ein erhöhter Leistungs fluss ermöglicht.

Claims

Patentansprüche

1. Anordnung (1) zum Anschluss an ein Wechselspannung führen des Hochspannungsnetz mit

- einem Transformator, der

einen magnetisierbaren Kern,

eine Wicklungsanordnung (3) mit Wicklungen, die einen Abschnitt des Kerns umschließen und induktiv miteinan der gekoppelt sind, und

ein Transformatorgehäuse (2) aufweist, das mit einem ersten Isolierfluid befüllt ist und in dem der Kern und die Wicklungsanordnung (3) angeordnet sind, und mit

- einem Leistungshalbleiterschalter (4) aufweisenden Umrich ter (4,9), der zum Umrichten einer Wechselspannung oder ei nes Wechselstromes in eine Gleichspannung bzw. einen

Gleichstrom oder umgekehrt eingerichtet ist, wobei der Um richter (4,9) wechselspannungsseitig mit dem Transformator (2,3) verbunden ist,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass

die Leistungshalbleiterschalter (3) zumindest teilweise in einem Gehäuse (2) angeordnet sind, das mit einem zweiten Iso lierfluid befüllt ist.

2. Anordnung (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

das Gehäuse das Transformatorgehäuse (2) ist, wobei das erste

Isolierfluid und das zweite Isolierfluid identisch sind.

3. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass

eine Glättungsdrossel gleichspannungsseitig mit dem Umrichter verbunden ist, wobei die Glättungsdrossel (5) in einem Dros selgehäuse (17) angeordnet ist, das mit einem dritten Iso lierfluid befüllt ist.

4. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass für jede Wicklungsanordnung (3) ein eigenes separates Trans formatorgehäuse (2) vorgesehen ist.

5. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass

der Umrichter (4,9) wenigstens ein Phasenmodul aufweist, das einen Wechselspannungsanschluss und wenigstens einen Gleich spannungsanschluss aufweist, wobei sich zwischen dem Wechsel spannungsanschluss und jedem Gleichspannungsanschluss ein Phasenmodulzweig erstreckt, der eine Reihenschaltung aus Leistungshalbleiterschaltern oder aus zweipoligen Submodulen ausbildet, wobei jedes Submodul Leistungshalbleiterschalter und einen Kondensator aufweist, die miteinander zu einer Halb- oder Vollbrücke verschaltet sind.

6. Anordnung (1) nach Anspruch 5,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass

die Anzahl der Phasenmodule und die Anzahl der Wicklungsan ordnungen (3) der Anzahl der Phasen des Wechselspannungsnet zes entsprechen.

7. Anordnung (1) nach Anspruch 6,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass

für jedes Phasenmodul in einem eigenen separaten Gehäuse (14) angeordnet ist.

8. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass

wenigstens eine Kühlanlage (13) zum Kühlen des ersten

und/oder zweiten Isolierfluids vorgesehen ist.

9. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass

der Phasenmodulzweig eine Reihenschaltung aus Thyristoren aufweist, so dass ein Stromventil ausgebildet ist.

10. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass jeder Phasenmodulzweig ein- und abschaltbare Leistungshalb leiterschalter aufweist, wobei jedem ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter eine Freilaufdiode gegensinnig parallelgeschaltet ist, wobei die Schalteinheiten bestehend aus ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiter und gegensin nig parallel geschaltete Freilaufdiode miteinander in Reihe geschaltet sind oder Teil eines zweipoligen Submoduls sind.

11. Anordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass

der erste, zweite und dritte Isolierfluid identisch sind.

12. Einrichtung (18) zum Anschluss eines Wechselspannung füh rendes Hochspannungsnetzes,

g e k e n n z e i c h n e t d u r c h

mehrere Anordnungen (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Anordnungen elektrisch parallel zueinander angeord net sind.