本实用新型专利技术涉及一种用于大电流负载(31)的供电装置(30)。在此，供电装置包括直流电压转换器(32)，其布置在上电压侧和下电压侧(次级侧)之间。本实用新型专利技术的特征在于，直流电压转换器包括第一子变流器(33)和第二子变流器(34)，其中子变流器在变流器串联电路中彼此连接在第一和第二初级侧直流电压极之间，其中第二子变流器连接在第一和第二次级侧直流电压极之间，其中子变流器分别具有至少一个交流电压接头，该交流电压接头借助耦合装置(54)彼此连接，从而实现在第一子变流器和第二子变流器之间的电功率的交换，其中次级侧直流电压极被设置为与大电流负载连接。本实用新型专利技术还涉及一种用于将电能转换为化学能以产生燃气的设备(200)，其包括供电装置。其包括供电装置。其包括供电装置。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于大电流负载的供电装置和具有供电装置的设备
[0001]本技术涉及一种用于大电流负载的供电装置。
技术介绍
[0002]大电流负载是需要多于1kA、尤其多于5kA的大电流的耗电器。关于大电流负载的示例是电弧炉和电解装置。产业规模(尤其在100MW以上的功率范围内)的大电流负载的供电或连接目前大多在使用高压或中压组件和相应的功率电子器件的情况下实施。这尤其包括高压和中压变压器、大电流整流器电路和类似物。然而，目前使用的解决方案不能随功率扩展或者只能有条件地随功率扩展：当功率增加时，用于变压器和整流器电路或功率电子器件的成本的份额比例过大地增加。
[0003]连接海上风电场(Offshore
‑
Windpark)以向电解装置供应能量的可能示例在图1和图2中示出。在图1中，由多个风力涡轮机2a
‑
2c组成的风电场1以分散的方式连接。为此，每个风力涡轮机2a
‑
2c通过自己的涡轮机固有的发电机3a
‑
3c和涡轮机固有的变流器4a
‑
4c并且通过与相应的风力涡轮机相关联的变压器5a
‑
5c(具有也相关联的整流器6a
‑
6c)与相应的电解装置7a
‑
7c连接。借助电解装置7a
‑
7c产生的燃气被输送给中央海上燃气终端8并且随后借助合适的燃气运输基础设施(例如燃气管道、LNG油轮或重整甲醇)9运输到陆地。
[0004]风电场的中央集成在图2中示出。根据图2的示例，风力涡轮机1a
‑
lc通过中央海上变压器10与中央整流器11连接。中央整流器11供应电能以用于运行电解装置12。在图1和图2中示出的实现示例只能在海上区域中以非常大的开销执行。在这些解决方案中，尤其需要特定于燃气的海上基础设施和下游的加工和运输系统，以便将化学结合的能量从海上区域运输到岸上区域。
[0005]根据现有技术的用于电解装置21的供电装置20的示例在图3中示出。供电装置20包括基于晶闸管的变流器22，其可以在交流电压侧借助电网变压器24与交流电压网络连接。变流器电流I
DC
和变流器电压V
DC
可以在变流器22的直流电压侧产生并且可以用于为电解装置21供电。可以看出，供电装置20的可扩展性相对有限。随着电解装置21的增加的电连接功率，可以预期在功率电子器件方面的、尤其电网变压器24和变流器22的整流器电路的比例过大地增加的成本。
[0006]出于上述原因，存在对在产业规模的大电流负载的能源供应方面的创新解决方案的高需求。
技术实现思路
[0007]本技术的技术问题在于，提出一种用于大电流负载的供电装置，该供电装置尤其在高功率的情况下尽可能高效且低成本并且尽可能可靠。
[0008]根据本技术，该技术问题通过一种用于大电流负载的供电装置来解决，该供电装置具有电压转换器，其中，电压转换器包括第一子变流器和第二子变流器，其中，子变流器在变流器串联电路中彼此连接在第一和第二初级侧直流电压极之间，其中，第二子变
流器连接在第一和第二次级侧直流电压极之间，其中，子变流器分别具有至少一个交流电压接头，其借助耦合装置彼此连接，从而实现在第一和第二子变流器之间的电功率的交换，其中，次级侧直流电压极被设置为与大电流负载连接。电压转换器的初级侧直流电压极包括初级侧直流电压接头，其用于与初级侧直流电压网络连接。同时，电压转换器的次级侧直流电压极包括次级侧直流电压接头，其用于与次级侧直流电压网络连接。由于变流器串联电路的介电强度大于两个子变流器之一的介电强度，因此初级侧直流电压网络可以具有大于次级侧直流电压网络的运行电压的运行电压。因此可以将初级侧直流电压接头称为上电压侧并且将次级侧直流电压接头称为下电压侧。耦合装置被设置为将存在于第一子变流器处的过剩功率传输到第二子变流器。根据本技术的供电装置的一个优点是其在要产生的电压方面以及在要供应的输出电流方面的可扩展性。此外，与现有技术相比，根据本技术的供电装置示出更高的功率电子效率和必要时在耦合装置中使用的变压器的更低的电流负载。
[0009]第一子变流器适当地包括至少一个第一相支路，该第一相支路在第一初级侧直流电压极和第一次级侧直流电压极之间延伸，并且在该第一相支路中布置有功率半导体和第一交流电压接头。此外，第二子变流器包括至少一个第二相支路，该第二相支路在第一次级侧直流电压极和第二次级侧直流电压极之间延伸，并且在该第二相支路中布置有功率半导体和第二交流电压接头，其中，交流电压接头借助耦合装置彼此连接。功率半导体合适地是可控制的可接通和/或关断的功率半导体开关，该功率半导体开关可以借助适当的调节装置或控制装置进行控制。每个相支路中的功率半导体的相应数量基本上是任意的，并且可以适配于相应的应用。供电装置在电压方面的可扩展性尤其由可相应地确定的所使用的功率半导体的数量得出。供电装置在电流方面的可扩展性由以下事实得出：每个子变流器中的相支路的数量基本上也是任意的并且可以适配于相应的应用。为此目的，每个子变流器可以为此包括多个并联连接的例如相同地构造的相支路。
[0010]耦合装置合适地包括耦合变压器，其初级侧或初级绕组与第一子变流器的第一交流电压接头连接，并且次级侧或次级绕组与第二子变流器的第一交流电压接头连接。以这种方式，实现了具有交流电压接头之间的电流隔离的两个子变流器的电感耦合。为了能够实现到所连接的交流电压系统中的附加的分支，也可以适当地使用具有相似功能性的三绕组变压器或耦合装置，如下面还要进一步解释的那样。
[0011]如上面已经讨论的，供电装置可以特别有利地在大电流负载中使用，该大电流负载是电解装置(或燃料电池)或电弧炉装置。
[0012]根据本技术的一种实施方式，第二子变流器是电网换相子变流器、尤其是基于晶闸管的子变流器。电网换相变流器的特征尤其在于，换相过程在其运行中通常由所连接的电网确定。电网换相(line
‑
commutated)变流器可以包括能够接通但不能关断的功率半导体。与之相应地，基于晶闸管的子变流器在其相支路中、优选地在每个相支路中包括晶闸管的串联电路。电网换相子变流器的使用有利地允许了鲁棒的系统设计并且可以在特别大的功率范围上进行扩展。
[0013]第二子变流器可以是无源子变流器、尤其是基于二极管的子变流器。基于二极管的子变流器在其每个相支路中包括功率二极管的串联电路。通过使用诸如二极管的无源功率半导体可以实现特别鲁棒的系统设计。
[0014]根据本技术的另一种实施方式，第二子变流器是基于双晶闸管的子变流器(反并联晶闸管)。为此，子变流器在其每个相支路中包括晶闸管开关单元的串联电路，其中，每个晶闸管开关单元具有反并联连接的晶闸管。借助这种双向晶闸管桥可以实现能量反馈。在连接了可逆的电解装置/燃料电池装置的情况下，H2的转换回电能会在工艺过程中导致更低的直流电压，因此此处的特别的优本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于大电流负载(31)的供电装置(30)，具有电压转换器(32)，其特征在于，所述电压转换器(32)包括第一子变流器(33)和第二子变流器(34)，其中，所述子变流器(33，34)在变流器串联电路中彼此连接在第一和第二初级侧直流电压极(35，36)之间，其中，所述第二子变流器(34)连接在第一和第二次级侧直流电压极(41，42)之间，其中，所述子变流器分别具有至少一个交流电压接头(40a
‑
c，46a
‑
c)，所述交流电压接头借助耦合装置(54)彼此连接，从而实现在所述第一子变流器和所述第二子变流器之间的电功率的交换，其中，所述次级侧直流电压极(41，42)被设置为与所述大电流负载(31)连接，其中，所述第二子变流器(34)是无源子变流器或者所述第二子变流器(34)是基于双晶闸管的具有反并联晶闸管的子变流器。2.根据权利要求1所述的供电装置(30)，其特征在于，
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所述第一子变流器(33)包括至少一个第一相支路(37)，所述第一相支路在所述第一初级侧直流电压极(35)和所述第一次级侧直流电压极(41)之间延伸，并且在所述第一相支路中布置有功率半导体和第一交流电压接头(40a)，并且
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所述第二子变流器(34)包括至少一个第二相支路(43)，所述第二相支路在所述第一次级侧直流电压极(41)和所述第二次级侧直流电压极(42)之间延伸，并且在所述第二相支路中布置有功率半导体(47，50)和第二交流电压接头(46a)，其中，
‑
所述交流电压接头(40a，46a)借助所述耦合装置(54)彼此连接。3.根据权利要求1或2所述的供电装置(30)，其特征在于，所述耦合装置(54)包括耦合变压器(55)，所述耦合变压器的初级侧(56)与所述第一子变流器(33)的第一交流电压接头(40a
‑
c)连接并且次级侧(57)与所述第二子变流器(34)的第一交流电压接头(46a
‑
c)连接。4.根据权利要求1或2所述的供电装置(30)，其特征在于，所述大电流负载(31)是电解装置或电弧炉装置。5.根据权利要求1或2所述的供电装置(30)，其特征在于，所述第一子变流器(33)是模块化多电平变流器。6.根据权利要求1或2所述的供电装置(30)，其特征在于，所述第一子变流器(33)包括开关模块，借助所述开关模块能够产生单极性的开关...
【专利技术属性】
技术研发人员：M布克哈特，A肖恩，
申请(专利权)人：西门子能源全球有限公司，
类型：新型
国别省市：
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