用于连接两个交流电网的装置和用于运行该装置的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于连接两个相同频率的n相交流电网(1，3)的连接装置(2)。根据本发明专利技术的连接装置的特征在于n个电纳元件(4至6)，它们分别具有能够无级改变的电纳值，其中，交流电网的两个相互关联的连接导体(Lij)能够借助每个电纳元件相互连接，并且能够借助有针对性地改变电纳值来控制交流电网之间的有功功率交换。此外，本发明专利技术还涉及一种用于运行根据本发明专利技术的连接装置的方法。明的连接装置的方法。明的连接装置的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于连接两个交流电网的装置和用于运行该装置的方法


[0001]本专利技术涉及一种用于连接两个相同频率的n相交流电网的连接装置。例如，在此可以涉及50Hz或60Hz电网，其中相同频率在本上下文中表示相同的预先给定的额定频率。

技术介绍

[0002]中高压电网通常以层级拓扑进行组织。例如，功率从高压电网(电压高于100kV)传输到中压层(电压>1kV)(反之亦然)。因此，不同的中压电网通常仅通过上级的高压层来间接地相互连接。
[0003]随着分散式能量供应(光伏，风力发电)的日益普及，配电网运营商在其电网区段中组织相应的功率和能量平衡方面面临着越来越大的技术和经济挑战。因此，通常希望以可控的方式在不同的中压电网之间传输有功功率和无功功率。这尤其也适用于经济上独立的电网区段。在此，功率传输例如用于避免来自相关联的高压电网的、在功率方面出现的峰值，由此能够降低运行成本。
[0004]从现有技术已知这类的装置，其包括两个变流器，这两个变流器在直流电压侧彼此连接并且在交流电压侧分别与交流电网中的相关联的一个连接。然而，这种已知的解决方案是麻烦且成本高的，因为必须提供两个针对交流电网的全电压设计的变流器。
[0005]此外，已知交流电网通过可控的阻抗、例如晶闸管控制的电抗器(Thyristor Controlled Reactor，TCR)的耦合。该解决方案不利地与所形成的电流中的谐波分量关联，从而附加地需要可改变的吸收电路或滤波器。
[0006]此外可行的是，借助相移变压器(Phase Shift Transformator，PST)将两个交流电网耦合。这是一种变压器，其通过切换绕组来改变相移，从而影响交流电网之间的功率流。然而，PST的结构是非常复杂的，因为变压器绕组必须配备有大量的抽头。借助切换仅可以逐级地影响功率流。此外，由于机械触点的有限的使用寿命，切换的次数或频率会受到限制，这又对PST的可实现的动态性产生不利影响。

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决的技术问题是，提出一种这类的装置，该装置提供低成本且可靠的、用于耦合两个不同电压相位的交流电网的可能性。
[0008]根据本专利技术，上述技术问题通过这类的连接装置来解决，该连接装置包括n个电纳元件，它们分别具有可无级改变的电纳值(无功电纳，Blindleitwert)，其中，借助每个电纳元件，交流电网的两个相互关联的连接导体能够相互连接，并且能够借助有针对性地改变电纳值来控制交流电网之间的有功功率交换。每个电纳元件的特征尤其在于，其电纳值能够无级地或基本上无级地改变。在此假定，在电纳元件内可能出现的有功损耗是可忽略的。特别地，电纳元件的电导值明显小于其最高可达到的电纳值，例如小了100倍、优选1000倍或更大。电纳元件可以逐相地连接在交流电网的相应连接导体之间。在运行中，第一电纳元件于是将第一交流电网的第一连接导体与第二交流电网的第一连接导体连接，以此类推，
其中，第n个电纳元件将第一交流电网的第n个连接导体与第二交流电网的第n个连接导体(直接地或间接地通过变压器)连接。相应地，每个电纳元件适宜地具有用于与相应的连接导体连接的两个接头。对于要连接的三相交流电网，例如应相应地进行。合适地，两个交流电网的如下的连接导体可以借助电纳元件彼此连接，这些连接导体分别具有大致相同的相间电压和相对于彼此的相移。第i个电纳元件的电纳值用Bi表示。对于Bi>0，电纳元件表现为电容，对于Bi<0，电纳元件表现为电感。可传输的有功功率Ptrans对于所有电纳值Bi相同(Bi＝B)的情况遵循等式Ptrans＝3*B*ULL(l)*ULL(2)*sin(phi)，其中ULL(l)表示第一交流电网中的相间电压，ULL(2)表示第二交流电网中的相间电压，并且phi表示交流电网之间的电压相位差。因此，借助连接装置不仅可以以可靠的方式实现交流电网之间的有功功率交换而且还可以影响两个交流电网中的无功功率需求。此外，根据本专利技术的连接装置在结构上是简单的，并且在运行中是低成本的，因为其具有小的有功功率损耗。
[0009]对于连接装置的功能有利的是，两个交流电网具有相对于彼此的相移phi，即，交流电网的电网电压至少暂时在运行中具有不消失的相移或不同的电压相位。对于连接装置的功能来说，最优的相移可以在考虑以下要求的情况下适当地确定：
[0010]‑
在电流受限的情况下通过连接装置在两个交流电网之间尽可能高的有功功率传输，由此可以限制可能应用的半导体的负荷；
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连接装置的受限的电压负荷，由此能够降低运行成本；
[0012]‑
即使在一个或两个交流电网中的电压略有不同或电压波动的情况下也良好的可调节性和稳定的运行。
[0013]例如，值phi＝30
°
被证明是良好的折衷。
[0014]当电纳元件包括多个可控半导体开关以及至少一个中间电路电容器时，产生电纳元件的简单实现。借助半导体开关(其是合适的可断开的半导体开关，例如IGBT、IGCT或合适的场效应晶体管)，中间电路电容器可以选择性地连接到电流路径中或者被桥接。因此，合适的控制或时钟控制允许在电纳元件的接头处产生任意相位的电压。
[0015]优选地，每个电纳元件包括开关模块的串联电路，其中，每个开关模块包括多个可断开的半导体开关以及作为中间电路电容器的开关模块电容器。使用例如类似构造的开关模块允许电纳元件的模块化构造。许多开关模块的串联电路能够实现在连接装置的接头处产生几乎任意的电压形式。可以相应地设置用于控制开关模块或用于控制相应半导体开关的中央控制装置。
[0016]被认为是特别有利的是，每个电纳元件包括全桥开关模块的串联电路以及电感LA，它们可以串联地连接在彼此关联的连接导体之间。因此，每个电纳元件包括第一接头和第二接头以及全桥开关模块的串联电路，全桥开关模块以串联电路布置在接头之间。通过适当地控制(调制)m个串联连接的全桥开关模块，整体上可以产生总电压uA(t)。利用所产生的电压uA(t)，可以利用电感LA设置交流电流iA(t)，该交流电流相应于期望的交流电流IAref(t)。
[0017]在此要注意的是，代替全桥开关模块也可以使用其它开关模块类型。例如，由具有分开的中间电路电容器的两个3级NPC半桥开关模块或由两个3级飞行电容器半桥开关模块组成的装置或诸如此类装置也是合适的。
[0018]根据本专利技术的实施方式，连接装置还包括用于设置电压相位的匹配变压器。借助
匹配变压器例如可以将相移设定为phi＝30
°
。此外，如果要将具有不同电压的交流电网相互耦合，则可以借助匹配变压器实现电压大小的匹配。此外，匹配变压器可以用于交流电网的电流隔离。此外，匹配变压器的漏感可以有利地用作电感LA，从而可以省去附加的扼流圈。
[0019]优选地，匹配变压器包括所谓的带负荷抽头变换器(On
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于连接两个相同频率的n相交流电网(1，3)的连接装置(2)，所述连接装置包括n个电纳元件(4至6)，它们分别具有能够无级改变的电纳值，其中，所述交流电网(1，3)的两个相互关联的连接导体能够借助每个电纳元件(4至6)相互连接，并且能够借助有针对性地改变所述电纳值来控制所述交流电网之间的有功功率交换。2.根据权利要求1所述的连接装置(2)，其中，每个电纳元件包括多个可控半导体开关(H)以及至少一个中间电路电容器(CM)。3.根据上述权利要求中任一项所述的连接装置(2)，其中，每个电纳元件(4至6)包括开关模块(S)的串联电路，其中，每个开关模块(S)包括多个可断开的半导体开关(H)以及开关模块电容器(CM)。4.根据上述权利要求中任一项所述的连接装置(2)，其中，每个电纳元件(4至6)包括全桥开关模块(S)的串联电路以及电感，它们能够串联地连接在相互关联的连接导体(Lij)之间。5.根据上述权利要求中任一项所述的连接装置(8)，其中，所述连接装置(8)还包括用于设置电压相位的匹配变压器(9)。6.根据权利要求5所述的连接装置(8)，其中，所述匹配变压器(9)包括带负荷抽头变换器。7.根据上述权利要求中任一项所述的连接装置(2)，其中，所述连接装置(2)还包括与所述电纳元件(S2)并联连接的过电压放电器(15)。8.根据上述权利要求中任一项所述的连接装置(30)，其中，所述连接装置(30)包括2*n个电纳元件(12至14，38至40)，其中，相互关联的连接导体能够分别借助两个并联连接的电纳元件彼此连接。9.根据上述权利要求中任一项所述的连接装置(30)，其中，所述连接装置包括变压器(31)，所述变压器具有
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第一初级绕组，所述第一初级绕组与第一交流电网的第一连接导体连接，
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第二初级绕组，所述第二初级绕组与所述第一交流电网的第二连接导体连接，
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第三初级绕组，所述第三初级绕组与所述第一交流电网的第三连接导体连接，
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第一次级绕组，所述第一次级绕组借助第一电纳元件与第二交流电网的...

【专利技术属性】
技术研发人员：G格里彭特罗格，H米勒，A伦奇勒，
申请(专利权)人：西门子能源全球有限公司，
类型：发明
国别省市：