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Patent Searching and Data


Title:
ARRANGEMENT AND METHOD FOR TRANSMITTING ELECTRICAL POWER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/059664
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a system (1) for transmitting electrical power comprising a unidirectional rectifier (2) that can be connected to a first AC voltage network (3), a converter system (7) that is connected to the unidirectional rectifier via a DC voltage connection (4), wherein electrical power of an AC voltage source can be converted into transmission power by means of the converter system, which transmission power has a DC portion and an AC portion, and can be fed into the DC voltage connection; also comprising a coupling device (9) for decoupling the AC portion of the transmission power from the DC voltage connection and for feeding the AC portion into the first AC voltage network. The invention is characterised in that the coupling device (9) comprises a frequency converter (10) for transforming a frequency, amplitude and phase position of the AC portion. The invention also relates to a method for transmitting electrical power using the system according to the invention. The same arrangement can also be produced for an inverter in a symmetrically mirrored form.

Inventors:
ACHENBACH SVEN (DE)
ECKEL HANS-GÜNTER (DE)
PRIGNITZ CORD (DE)
Application Number:
PCT/EP2016/072959
Publication Date:
April 05, 2018
Filing Date:
September 27, 2016
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
H02J3/02; H02J3/36; H02M7/04
Domestic Patent References:
WO2014131454A12014-09-04
WO2010115453A12010-10-14
WO2013189526A12013-12-27
WO2014131457A12014-09-04
WO2012037965A12012-03-29
Foreign References:
CN102222929A2011-10-19
US20110140511A12011-06-16
US8120202B22012-02-21
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Claims:
Patentansprüche

Anlage (1) zum Übertragen elektrischer Leistung mit

- einem unidirektionalen Gleichrichter (2), der mit einem ersten Wechselspannungsnetz (3) verbindbar ist,

- einer Umrichteranlage (7), die über eine Gleichspannungsverbindung (4) mit dem unidirektionalen Gleichrichter (2) verbunden ist, wobei mittels der Umrichteranlage (7) eine elektrische Leistung einer Wechselspannungs¬ quelle (8) in eine Übertragungsleistung umwandelbar ist, die einen DC-Anteil und einen AC-Anteil aufweist, und in die Gleichspannungsverbindung (4) einspeisbar ist, sowie

- einer Kopplungseinrichtung (9) zum Auskoppeln des AC- Anteils der Übertragungsleistung aus der Gleichspannungsverbindung (4) und zum Einspeisen des AC-Anteils in das erste Wechselspannungsnetz (3) ,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kopplungseinrichtung (9) einen Frequenzumrichter (10) zum Umformen einer Frequenz, Amplitude und Phasenlage des AC-Anteils umfasst.

Anlage (1) nach Anspruch 1, wobei der Frequenzumrichter (10) ein Mittelspannungs-Frequenzumrichter ist.

Anlage (1) nach Anspruch 2, wobei der Frequenzumrichter (10) ein modularer Mehrstufenfrequenzumrichter ist.

Anlage (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Frequenzumrichter (10) eingangsseitig in einer Parallelschaltung zum unidirektionalen Gleichrichter (2) mit der Gleichspannungsverbindung (4) und ausgangssei- tig mit dem ersten Wechselspannungsnetz (3) verbindbar ist .

5. Anlage (1) nach Anspruch 4, wobei ein erster eingangs- seitiger Wechselspannungsanschluss (12) des Frequenzum¬ richters (10) über eine erste Kapazität (131) mit einem ersten Gleichspannungspol (5) der Gleichspannungsverbindung und ein zweiter eingangsseitiger Wechselspan- nungsanschluss (12) des Frequenzumrichters (10) über eine zweite Kapazität (132) mit einem zweiten Gleichspannungspol (6) der Gleichspannungsverbindung (4) verbindbar sind.

6. Anlage (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die

Kopplungseinrichtung (9) einen Parallelzweig umfasst, der sich zwischen einem ersten und einem zweiten

Gleichspannungspol (5, 6) der Gleichspannungsverbindung (4) erstreckt, und in dem eine erste und eine zweite Kapazität angeordnet sind, wobei ein erster eingangs¬ seitiger Wechselspannungsanschluss (28) des Frequenzum¬ richters (10) mit einem Potenzialpunkt zwischen den beiden Kapazitäten und der Frequenzumrichter (10) aus- gangsseitig dem ersten Wechselspannungsnetz (3)

verbindbar ist.

7. Anlage (1, 20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die UmrichterAnlage einen Spannungszwischenkreis- umrichter (7) umfasst, der gleichspannungsseitig mit der Gleichspannungsverbindung (4) und wechselspannungs- seitig mit einem zweiten Wechselspannungsnetz (8) verbindbar ist.

8. Anlage (14) nach Anspruch 7, wobei der Spannungszwi- schenkreisumrichter (7) ein modularer Mehrstufenumrichter ist.

9. Anlage (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die

Umrichteranlage (7) umfassend

- einen Wechselrichter (15), der gleichspannungsseitig mit der Gleichspannungsverbindung (4) und wechselspannungs- seitig mit einem zweiten Wechselspannungsnetz (8) verbindbar ist, und - einen Hilfsumformer (16), der eingangsseitig mit dem zweigen Wechselspannungsnetz (8) und ausgangsseitig parallel zum Wechselrichter (15) mit der Gleichspannungs¬ verbindung (4) verbindbar und dazu eingerichtet ist, ei- ne Eingangswechselspannung in den AC-Anteil der Übertragungsspannung umzuwandeln.

10. Anlage (14) nach Anspruch 9, wobei der Wechselrichter (15) ein selbstgeführter Umrichter ist.

11. Anlage (14) nach Anspruch 10, wobei der Spannungs- zwischenkreisumrichter (15) ein modularer Mehrstufenumrichter ist. 12. Anlage (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der unidirektionale Gleichrichter (2) ein

Diodengleichrichter ist.

13. Verfahren zum Übertragen elektrischer Leistung in ein erstes Wechselspannungsnetz (3) , das mittels eines unidirektionalen Gleichrichters (2) und einer Gleichspannungsverbindung (4) mit einer Umrichteranlage (7) verbindbar ist, bei dem

- mittels der Umrichteranlage (7) eine elektrische

Leistung einer Wechselspannungsquelle (8) in eine

Übertragungsleistung umgewandelt wird, die einen DC- Anteil und einen AC-Anteil aufweist,

- die Übertragungsleistung in die Gleichspannungsverbindung (4) eingespeist und mittels der Gleichspan- nungsverbindung (4) übertragen wird,

- der AC-Anteil mittels einer Kopplungseinrichtung (9) aus der Gleichspannungsverbindung (4) ausgekoppelt und in das erste Wechselspannungsnetz (3) eingespeist wird, wobei die Kopplungseinrichtung (9) einen Fre- quenzumrichter (10) umfasst, mittels dessen eine Fre¬ quenz, eine Amplitude und eine Phasenlage des AC- Anteils vor der Einspeisung in das erste Wechselspan- nungsnetz (3) an das erste Wechselspannungsnetz (3) angepasst werden.

Description:
Beschreibung

Anordnung und Verfahren zum Übertragen elektrischer Leistung Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Übertragen elektrischer Leistung mit einem unidirektionalen Gleichrichter, der mit einem ersten Wechselspannungsnetz verbindbar ist, einer Umrichteranlage, die über eine Gleichspannungsverbindung mit dem unidirektionalen Gleichrichter verbunden ist, wobei mit- tels der Umrichteranlage eine elektrische Leistung einer

Wechselspannungsquelle in eine Übertragungsleistung umwandel ¬ bar ist, die einen DC-Anteil und einen AC-Anteil aufweist und in die Gleichspannungsverbindung einspeisbar ist, sowie einer Kopplungseinrichtung zum Auskoppeln des AC-Anteils der Über- tragungsleistung aus der Gleichspannungsverbindung und zum

Einspeisen des AC-Anteils in das erste Wechselspannungsnetz.

Eine solche Anlage ist beispielsweise aus der US 8 120 202 B2 bekannt. Bei der bekannten Anlage sind Windkraftanlagen eines Windparks an das erste Wechselspannungsnetz angeschlossen. Die von den Windkraftanlagen erzeugte elektrische Leistung wird mittels der bekannten Anlage an ein mit der

Umrichteranlage verbundenes Versorgungsnetz übertragen. Mittels des unidirektionalen Gleichrichters ist eine Leis ¬ tungsübertragung lediglich in eine Richtung möglich. Demnach kann das erste Wechselspannungsnetz grundsätzlich nicht ohne Weiteres über die Gleichspannungsverbindung mit elektrischer Energie versorgt werden. Zur Gewährleistung einer Energiever- sorgung des ersten Wechselspannungsnetzes und der Windkraft ¬ anlagen bei Schwachwindphasen wird bei der Anlage der US 8 120 202 B2 vorgeschlagen, dass mittels der Umrichteranlage elektrische Leistung aus dem Versorgungsnetz entnommen wird und als Übertragungsleistung in die Gleichspannungsverbindung eingespeist wird. Die Übertragungsleistung ist eine DC-

Übertragungsleistung mit einem AC-Anteil. Mittels einer Kopplungseinrichtung, die eingangsseitig mit der Gleichspannungs- Verbindung und ausgangsseitig mit dem ersten Wechselspannungsnetz verbunden ist, wird der AC-Anteil der Übertragungs ¬ leistung aus der Gleichspannungsverbindung ausgekoppelt. Die Kopplungseinrichtung der bekannten Anlage umfasst zur Aus- kopplung des AC-Anteils einen Parallelzweig, der sich zwi ¬ schen einem ersten und einem zweiten Gleichspannungspol der Gleichspannungsverbindung erstreckt. In dem Parallelzweig sind eine Kapazität und eine Induktivität angeordnet. Der AC- Anteil wird über die Induktivität und einen angeschlossenen Transformator zur Anpassung einer Spannungsamplitude aus der Gleichspannungsverbindung ausgekoppelt. Anschließend wird der AC-Anteil mittels eines mit dem Transformator verbundenen Leistungsanpassungsmoduls weiter an die Anforderungen des ersten Wechselspannungsnetzes angepasst und in das erste Wechselspannungsnetz eingespeist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anlage der eingangs genannten Art vorzuschlagen, die gegenüber dem Stand der Technik kostengünstiger ist.

Die Aufgabe wird bei einer artgemäßen Anlage dadurch gelöst, dass die Kopplungseinrichtung einen Frequenzumrichter zum Umformen einer Frequenz, Amplitude und Phasenlage des AC- Anteils umfasst.

Erfindungsgemäß ist der Frequenzumrichter der Kopplungseinrichtung, der in diesem Zusammenhang auch als Umformer bezeichnet werden kann, dazu eingerichtet, den AC-Anteil der Übertragungsleistung gemäß dessen Frequenz, Amplitude und Phasenlage anzupassen.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Anlage ist, dass die Verwendung des Frequenzumrichters es erlaubt, auf den Transfor ¬ mator und die Induktivität der bekannten Anlage zu verzich- ten. Daraus ergeben sich ein stark verringerter Platzbedarf der Kopplungseinrichtung sowie ein entscheidender Kostenvorteil. Der Kostenvorteil ist besonders groß, wenn das erste Wechselspannungsnetz und damit auch die Kopplungseinrichtung offshore, also in einem Meer beziehungsweise auf wenigstens einer im Meer aufgestellten Plattform angeordnet sind. Der Frequenzumrichter ist dazu geeignet die Frequenz des AC- Anteils anzupassen, so dass eine Auskopplung des AC-Anteils über eine LC-Kombination nicht notwendig ist. Ferner kann der Frequenzumrichter auch die Amplitude des AC-Anteils angepasst werden, so dass eine Übertragung des AC-Anteils über einen Leistungstransformator ebenfalls nicht notwendig ist. Die Auskopplung des AC-Anteils aus der Gleichspannungsverbindung und Einspeisung des AC-Anteils in das erste Wechselspannungs ¬ netz mittels der erfindungsgemäßen Anlage erlaubt eine zuverlässige Energieübertragung in das erste Wechselspannungsnetz. Somit kann das erste Wechselspannungsnetz auch unter Insel- netzbedingungen stets zuverlässig mit einer notwendigen Energie versorgt werden.

Zweckmäßigerweise weist der Frequenzumrichter eingangsseitig einen einphasigen Wechselspannungsanschluss zum Verbinden mit der Gleichspannungsverbindung sowie ausgangsseitig einen mehrphasigen Wechselspannungsanschluss zum Verbinden mit dem mehrphasigen ersten Wechselspannungsnetz. Ist das erste Wechselspannungsnetz beispielsweise dreiphasig, so weist der Fre ¬ quenzumrichter geeigneterweise ausgangsseitig einen entspre- chend dreiphasigen Wechselspannungsanaschluss .

Vorzugsweise ist der Frequenzumrichter ein Mittelspannungs- Frequenzumrichter, der in diesem Zusammenhang auch als Mittelspannungsumformer bezeichnet wird. Solche Mittelspannungs- umformer sind auf dem Markt als Produkt erhältlich, bei ¬ spielsweise für die Stromversorgung von Bahnnetzen. Sie sind kompakt und gewichtsarm genug, um auch auf Offshore- Plattformen angeordnet zu werden. Die Verwendung eines marktüblichen Mittelspannungsumformers erlaubt vorteilhaft eine weitere Senkung der Kosten der erfindungsgemäßen Anlage. Mittelspannung bezeichnet in diesem Zusammenhand einen Spannungsbereich unterhalb von 30 kV. Bevorzugt ist der Frequenzumrichter ein modularer Mehrstufen- frequenzumrichter . Der modulare Mehrstufenumrichter ist modu- lar aufgebaut, das heißt insbesondere, dass sich jeweils zwi- sehen einem eingangsseitigen Wechselspannungsanschluss und einem ausgangsseitigen Wechselspannungsanschluss des modula- ren Mehrstufenumrichters erstreckende Phasenzweige jeweils eine Reihenschaltung von zweipoligen Schaltmodulen umfassen, wobei jedes Schaltmodul Leistungshalbleiterschalter und einen Energiespeicher umfasst. Die Schaltmodule sind voneinander unabhängig ansteuerbar. Die Verwendung des modularen Mehrstufenumrichters erlaubt eine besonders flexible Anpassung des einphasigen AC-Anteils der Übertragungsleistung an eine dreiphasige Wechselspannung des ersten Wechselspanungsnetzes .

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Frequenzumrichter eingangsseitig in einer Parallelschaltung zum unidi- rektionalen Gleichrichter mit der Gleichspannungsverbindung und ausgangsseitig mit dem ersten Wechselspannungsnetz verbindbar. Der Frequenzumrichter ist demnach parallel zum unidirektionalen Gleichrichter geschaltet.

Vorzugsweise sind ein erster eingangsseitiger Wechselspannungsanschluss des Frequenzumrichters über eine erste Kapazi- tät mit einem ersten Gleichspannungspol der Gleichspannungs ¬ verbindung und ein zweiter eingangsseitiger Wechselspannungsanschluss des Frequenzumrichters über eine zweite Kapazität mit einem zweiten Gleichspannungspol der Gleichspannungsverbindung verbindbar. Die kapazitive Verbindung mit den Gleich- spannungspolen bedeutet insbesondere, dass eine Potenzial ¬ trennung zwischen dem Frequenzumrichter und den Gleichspannungspolen vorgesehen ist.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfin- dung umfasst die Kopplungseinrichtung einen Parallelzweig, der sich zwischen einem ersten und einem zweiten Gleichspannungspol der Gleichspannungsverbindung erstreckt, und in dem eine erste und eine zweite Kapazität angeordnet sind, wobei ein erster eingangsseitiger Wechselspannungsanschluss des Frequenzumrichters mit einem Potenzialpunkt zwischen den bei ¬ den Kapazitäten und der Frequenzumrichter ausgangsseitig dem ersten Wechselspannungsnetz verbindbar ist. Die beiden Kapazitäten verhindern insbesondere, dass Gleichströme aus der Gleichspannungsverbindung in den Frequenzumrichter hinein fließen können. In den zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung kann die jeweilige Kapazität durch einzelne oder eine geeig ¬ nete Reihenschaltung von Kondensatoren realisiert sein.

Vorzugsweise umfasst die Umrichteranlage einen Spannungszwi- schenkreisumrichter (voltage sourced Converter, VSC) , der gleichspannungsseitig mit der Gleichspannungsverbindung und wechselspannungsseitig mit einem zweiten Wechselspannungsnetz verbindbar ist. Falls das erste Wechselspannungsnetz und der unidirektionale Gleichrichter auf hoher See angeordnet sind, so kann der Spannungszwischenkreisumrichter an Land angeordnet und wechselspannungsseitig mit einem landseitigen Ver ¬ sorgungsnetz verbindbar sein. Spannungszwischenkreisumrichter umfassen ein- und abschaltbare Leistungshalbleiter und sind daher selbstgeführt. Der Spannungszwischenkreisumrichter kann zur Erzeugung einer DC-Übertragungsleistung derart geregelt werden, dass gleichspannungsseitig eine Gleichspannung er ¬ zeugt wird, die einen Gleichspannungsanteil und einen Wech ¬ selspannungsanteil aufweist. Die Gleichspannung ist demnach nicht konstant in der Zeit, ändert jedoch nicht ihre Polari- tät.

Als besonders vorteilhaft wird angesehen, wenn der Spannungs- zwischenkreisumrichter ein modularer Mehrstufenumrichter ist. Der modulare Mehrstufenumrichter weist, wie zuvor beschrie- ben, in jedem Phasenzweig in Reihe geschaltete Schaltmodule auf. Die Leistungshalbleiterschalter und der Energiespeicher der Schaltmodule können beispielsweise miteinander in einer dem Fachmann bekannten Halbbrückenschaltung oder einer dem Fachmann ebenfalls bekannten Vollbrückenschaltung miteinander verschaltet sein. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die

Umrichteranlage einen Wechselrichter, der gleichspannungssei- tig mit der Gleichspannungsverbindung und wechselspannungs- seitig mit einem zweiten Wechselspannungsnetz verbindbar ist, und einen Hilfsumformer, der eingangsseitig mit dem zweigen Wechselspannungsnetz und ausgangsseitig parallel zum Wechsel ¬ richter mit der Gleichspannungsverbindung verbindbar und dazu eingerichtet ist, eine Eingangswechselspannung in den AC- Anteil der Übertragungsspannung umzuwandeln. Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung wird der AC-Anteil der Übertra- gungsleistung mittels eines separaten Hilfsumformers erzeugt. Die in diesem Zusammenhang verwendete Bezeichnung „Wechselrichter" spiegelt den Umstand wider, dass die Leistungsübertragung in einem Normalbetrieb der Anlage vom ersten Wechselspannungsnetz über den unidirektionalen Gleichrichter und den Wechselrichter in das zweite Wechselspannungsnetz erfolgt. Es ist jedoch im Allgemeinen möglich, den Wechselrichter auch in einem Gleichrichterbetrieb einzusetzen.

Der Wechselrichter kann ein selbstgeführter Umrichter, insbe- sondere ein modularer Mehrstufenumrichter sein.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der unidirek- tionale Gleichrichter ein Diodengleichrichter.

Diodengleichrichter sind besonders einfach und robust in Be- trieb. Zugleich sind sie beispielsweise gegenüber selbstge ¬ führten Umrichtern vergleichsweise kompakt und gewichtsarm. Zudem ist der Diodengleichrichter relativ verlustarm im Betrieb. Der Diodengleichrichter kann zum Beispiel als eine Sechspuls- eine Zwölfpuls oder eine 24-Puls-Brücke realisiert sein. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Übertragen elektrischer Leistung in ein erstes Wechselspannungsnetz, das mittels eines unidirektionalen Gleichrichters und einer

Gleichspannungsverbindung mit einer Umrichteranlage

verbindbar ist.

Ein solches Verfahren ist aus der zuvor genannten Druckschrift US 8 120 202 B2 bereits bekannt. Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein artgemäßes Verfahren bereitzustellen, das möglichst kostengünstig durchgeführt werden kann.

Die Aufgabe wird bei einem artgemäßen Verfahren dadurch ge- löst, dass mittels der Umrichteranlage eine elektrische Leis ¬ tung einer Wechselspannungsquelle in eine Übertragungsleis ¬ tung umgewandelt wird, die einen DC-Anteil und einen AC- Anteil aufweist, die Übertragungsleistung in die Gleichspannungsverbindung eingespeist und mittels der Gleichspannungs- Verbindung übertragen wird und der AC-Anteil mittels einer

Kopplungseinrichtung aus der Gleichspannungsverbindung ausgekoppelt und in das erste Wechselspannungsnetz eingespeist wird, wobei die Kopplungseinrichtung einen Frequenzumrichter umfasst, mittels dessen eine Frequenz, eine Amplitude und ei- ne Phasenlage des AC-Anteils vor der Einspeisung in das erste Wechselspannungsnetz umgeformt werden, wobei eine Anpassung an das erste Wechselspannungsnetz erreicht wird.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich insbesondere aus der Möglichkeit, die Frequenz, die Amplitude und die Phasenlage des AC-Anteils mittels des Frequenzumrich ¬ ters an die Anforderungen im ersten Wechselspannungsnetz anzupassen. Dadurch kann auf einen teuren Hochspannungstransformator und raumgreifende Drosseln verzichtet werden. Im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können im Übrigen alle zuvor beschriebenen Varianten und Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anlage eingesetzt werden. Die Erfindung soll im Folgenden anhand der in den Figuren 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsbeispiele weiter erläutert werden .

Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfin- dungsgemäßen Anlage in einer schematischen Darstellung;

Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfin ¬ dungsgemäßen Anlage in einer schematischen Darstellung; Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines selbstgeführten Umrichters in einer schematischen Darstellung;

Figur 4 zeigt ein schematisches Verlaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Im Einzelnen ist in Figur 1 eine Anlage 1 zum Übertragen elektrischer Leistung. Die Anlage 1 umfasst einen unidirek- tionalen Gleichrichter, der im in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ein Diodengleichrichter 2 ist. Der

Diodengleichrichter 2 ist wechselspannungsseitig mit einem ersten Wechselspannungsnetz 3 verbindbar. Das erste Wechselspannungsnetz ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Offshore-Wechselspannungsnetz , an das eine Vielzahl von Windkraftanlagen (in Figur 1 figürlich nicht dargestellt) ange- bunden ist. Gleichspannungsseitig ist der Diodengleichrichter 2 mit einer Gleichspannungsverbindung 4 verbunden, die einen ersten Gleichspannungspol 5 und einen zweiten Gleichspannungspol 6 aufweist. Der erste Gleichspannungspol 5 kann da ¬ bei beispielsweise ein positiver und der zweite Gleichspan- nungspol 6 beispielsweise ein negativer Pol sein. Die Gleich ¬ spannungsverbindung 4 erstreckt sich zwischen dem

Diodengleichrichter 2 und einer Umrichteranlage 7. Die Länge der Gleichspannungsverbindung kann mehrere Hundert Kilometer betragen. Die Umrichteranlage 7 ist gleichspannungsseitig mit der Gleichspannungsverbindung 4 und wechselspannungsseitig mit einem Versorgungsnetz 8 verbindbar. Im in Figur 1 darge- stellten Ausführungsbeispiel ist die Umrichteranlage 7 ein selbstgeführter Umrichter, der dazu eingerichtet ist, eine elektrische Leistung einer Wechselspannungsquelle, die im vorliegenden Beispiel das Versorgungsnetz 8 ist, in eine Übertragungsleistung umzuwandeln, die einen DC-Anteil und ei- nen AC-Anteil aufweist, und in die Gleichspannungsverbindung einzuspeisen. Der selbstgeführte Umrichter ist hierbei ein modularer Mehrstufenumrichter in Vollbrückentopologie gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 4. Die Anlage 1 umfasst ferner eine Kopplungseinrichtung 9. Die Kopplungseinrichtung 9 weist einen Frequenzumrichter 10 auf, der eingangsseitig in einer Parallelschaltung zum

Diodengleichrichter 2 mit der Gleichspannungsverbindung 4 und ausgangsseitig mit dem ersten Wechselspannungsnetz 3 verbun- den bzw. verbindbar ist. Ein erster eingangsseitiger Wech- selspannungsanschluss 11 des Frequenzumrichters 10 ist dabei über eine erste Kapazität 131 mit dem ersten Gleichspannungs ¬ pol 5 der Gleichspannungsverbindung 4 und ein zweiter eingangsseitiger Wechselspannungsanschluss 12 des Frequenzum- richters 10 ist über eine zweite Kapazität 132 mit einem zweiten Gleichspannungspol 6 der Gleichspannungsverbindung 4 verbunden bzw. verbindbar. Die Kapazitäten 131, 132 sind als Kondensatoren realisiert. Mittels der Umrichteranlage 7 kann demnach eine DC-

Übertragungsleistung in die Gleichspannungsverbindung 4 eingespeist werden, die einen AC-Anteil und einen DC-Anteil auf ¬ weist. Gewissermaßen kann in diesem Zusammenhang davon gesprochen werden, dass der AC-Anteil auf den DC-Anteil

aufmoduliert wird. Dies kann insbesondere durch eine geeigne ¬ te Regelung und Steuerung der Umrichteranlage 7 durchgeführt werden, wobei gleichspannungsseitig eine Gleichspannung U er- zeugt wird, die einen Gleichspannungsanteil Udc und einen Wechselspannungsanteil Uac aufweist, U = Udc + Uac. Dabei ist die Amplitude des Wechselspannungsanteils kleiner als die Amplitude des Gleichspannungsanteils, | Uac | < | Udc | . Der AC- Anteil der Übertragungsleistung kann mittels der Kopplungseinrichtung 9 aus der Gleichspannungsverbindung 4 ausgekoppelt und im ersten Wechselspannungsnetz 3 zur Verfügung gestellt werden. Auf diese Weise ist eine Energieversorgung ei ¬ nes oder mehrerer an das erste Wechselspannungsnetz ange- schlossener Verbraucher, beispielsweise der Windkraftanlagen, ermöglicht .

Der aus der Gleichspannungsverbindung 4 ausgekoppelte AC- Anteil der Übertragungsspannung ist zunächst einphasig und weist im Allgemeinen eine Amplitude, Phasenlage und Frequenz auf, die an die Anforderungen des ersten Wechselspannungsnet ¬ zes nicht angepasst sind. Mittels des Frequenzumrichters 10, der als modularer Mehrstufenfrequenzumrichter (auch als „M2C" bezeichnet) ausgeführt ist, ist es möglich, sowohl die Fre- quenz als auch die Amplitude und Phasenlage derart anzupas ¬ sen, dass die am Frequenzumrichter 10 ausgangsseitig bereit ¬ gestellte Wechselspannung ohne eine weitere Anpassung in das erste Wechselspannungsnetz 3 eingespeist werden kann. In Figur 2 ist eine Anlage 14 zum Übertragen elektrischer

Leistung dargestellt. Zur Wahrung der Übersichtlichkeit sind gleiche und gleichartige Elemente in den Figuren 1 und 2 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Entsprechendes gilt im Übrigen auch für die Figur 3. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird im Folgenden lediglich auf die Unterschiede zwischen den Anlagen der Figuren 1 und 2 näher eingegangen.

Die Umrichteranlage 7 der Anlage 14 umfasst einen Wechsel ¬ richter 15, der gleichspannungsseitig mit der Gleichspan- nungsverbindung 4 und wechselspannungsseitig mit dem Versor ¬ gungsnetz 8 verbindbar ist. Ferner umfasst die

Umrichteranlage 7 der Anlage 14 einen Hilfsumformer 16, der eingangsseitig mit dem Versorgungsnetz 8 und ausgangsseitig parallel zum Wechselrichter 15 mit der Gleichspannungsverbindung 4 verbindbar ist. Ein erster ausgangsseitiger Wechselspannungsanschluss 18 des Hilfsumformers 16 ist über eine wei- tere Kapazität 171 mit dem ersten Gleichspannungspol 5 der Gleichspannungsverbindung 4, ein zweiter ausgangsseitiger Wechselspannungsanschluss 19 mit dem zweiten Gleichspannungs ¬ pol 6 über eine zusätzliche Kapazität 172 verbindbar. Der Hilfsumformer 16 ist dazu eingerichtet, eine Eingangswechsel- Spannung, die im Versorgungsnetz 8 bereitgestellt ist, in den AC-Anteil der Übertragungsspannung umzuwandeln.

Die Übertragungsleistung, die mittels der Umrichteranlage 7 in die Gleichspannungsverbindung 4 eingespeist wird, setzt sich gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 aus einem DC- Anteil, der mittels des Wechselrichters 15 bereitgestellt wird, und aus einem AC-Anteil zusammen, der mittels des

Hilfsumformers 16 bereitgestellt wird. Entsprechend gilt für die Übertragungsspannung U in der Gleichspannungsverbindung, dass U = Uac + Udc, wobei | Udc | > | Uac | .

In Figur 3 ist ein Umrichter 25 für eine der Anlagen 1, 14 bzw. 20 der Figuren 1 bis 3 dargestellt. Der Umrichter 25 ist zwischen einem dreiphasigen Wechselspannungsanschluss 26 und einem Anschluss 27 geschaltet. Der Wechselspannungsanschluss 26 umfasst dabei einen Transformator 261. Ist der Umrichter 25 für einen Betrieb im Mittelspannungsbereich ausgelegt, so ist der Transformator 261 entsprechend ein Mittelspannungs ¬ transformator. Der Umrichter 25 ist einerseits mit einer Gleichspannungsverbindung oder einer einphasigen Wechselspannungsleitung, wechselspannungsseitig mit einem dreiphasigen Wechselspannungsnetz verbindbar. Der Umrichter 25 ist ein mo- dularer Mehrstufenumrichter (M2C) . Der M2C weist zwischen dem Anschluss 27 und der Wechselspannungsanschluss 26 angeordnete Leistungshalbleiterventile 121-126 auf. Jedes Leistungshalbleiterventil 121-126 umfasst eine Reihen ¬ schaltung von zweipoligen Schaltmodulen 127 sowie eine Glät- tungsdrossel 128. Im in Figur 3 dargestellten Ausführungsbei ¬ spiel sind alle Schaltmodule 127 gleichartig aufgebaut, was jedoch im Allgemeinen nicht erforderlich ist. Ebenfalls ist die Anzahl der Schaltmodule 127 grundsätzlich beliebig und kann von der in Figur 3 dargestellten Anzahl von drei Schaltmodulen je nach Anwendung abweichen. Jedes Schaltmodul 127 umfasst vier Halbleiterschalteinheiten 130. Jede Halbleiterschalteinheit 130 kann beispielsweise als ein integrated gate bipolar transistor (IGBT), dem jeweils eine Freilaufdiode 301 antiparallel geschaltet ist, ausgebil ¬ det sein. Ferner umfasst jedes Schaltmodul 127 einen Energie- Speicher in Form eines Kondensators 131. Die Schaltmodule 127 sind somit als Vollbrückenschaltungen ausgebildet. Die Halb ¬ leiterschalteinheiten 130 der Schaltmodule 127 sind mittels einer Steuereinrichtung voneinander unabhängig ansteuerbar. Anstelle der Vollbrückenschaltungen können die Schaltmodule auch beispielsweise als dem Fachmann bekannte Halbbrückenschaltungen realisiert werden.

Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausfüh- rungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Ver ¬ fahren kann mittels einer der Anlagen 1, 14 bzw. 20 der Ausführungsbeispiele der Figuren 1 bis 3 durchgeführt werden.

In einem Verfahrensschritt 201 wird mittels der

Umrichteranlage 7 eine elektrische Leistung einer Wechsels ¬ pannungsquelle, beispielsweise dem Versorgungsnetz 8 in eine Übertragungsleistung umgewandelt wird, die einen DC-Anteil und einen AC-Anteil aufweist. In einem Verfahrensschritt 202 wird die Übertragungsleistung in die Gleichspannungsverbindung 4 eingespeist und mittels der Gleichspannungsverbindung 4 übertragen. In einem Verfahrensschritt 203 wird der AC-Anteil mittels der Kopplungseinrichtung 9 aus der Gleichspannungsverbindung 4 ausgekoppelt. In einem weiteren Verfahrensschritt 204 werden mittels des Frequenzumrichters 10 der Kopplungseinrichtung 9 eine Frequenz, eine Amplitude und eine Phasenlage des AC- Anteils an die Anforderungen des ersten Wechselspannungsnet ¬ zes 3 angepasst. In einem Verfahrensschritt 205 wird der an das erste Wechselspannungsnetz 3 angepasste AC-Anteil der Übertragungsleistung in das erste Wechselspannungsnetz 3 eingespeist, so dass eine Energieversorgung im ersten Wechsels ¬ pannungsnetz 3 gewährleistet ist.