Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Stabilisieren ei nes Wechselspannungsnetzes mit einem netzseitigen Transforma tor, dessen primärseitigen Transformatorwicklungen mit dem Wechselspannungsnetz verbindbar sind, sowie mit einem Strom richter, der Stromrichterzweige aufweist und mittels des netzseitigen Transformators bzw . über dessen sekundärseitigen Wicklungen mit dem Wechselspannungsnetz verbindbar ist, wobei dem Stromrichter strombegrenzende Induktivitäten zugeordnet sind .

Vorrichtungen dieser Art sind aus dem Stand der Technik, ins besondere als Blindleistungskompensationsanlagen, bekannt .

Die Induktivitäten können dabei beispielsweise die Aufgabe haben, die in den Stromrichterzweigen fließenden Ströme, ins besondere Kreisströme, zu begrenzen . Der netzseitige Trans formator transformiert üblicherweise eine Hochspannung des Wechselspannungsnetzes (bsp . > 100 kV) auf eine Spannung zwi schen 5 kV und 100 kV und arbeitet bei 50 Hz bzw . 60 Hz . Die Induktivitäten sind üblicherweise als Luftdrosseln ausgebil det . Die Luftdrosseln werden zumeist in einem Außenbereich der Vorrichtung aufgestellt, womit eine hohe EMV-Belastung (EMV = elektromagnetische Verträglichkeit) in der Umgebung der Vorrichtung und ein hoher Platzbedarf verbunden sind .

In der WO 2015/188877 Al ist eine Vorrichtung zur Netzstabi lisierung beschrieben, die einen Umrichter mit Umrichterzwei gen in Dreieckschaltung umfasst, wobei die den Umrichterzwei gen zugeordnete Induktivitäten als magnetisch gekoppelte Drosselpaare ausgebildet sind .

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine artgemäße Vor richtung vorzuschlagen, die möglichst kostengünstig und viel seitig einsetzbar ist . Die Aufgabe wird bei einer artgemäßen Vorrichtung erfindungs gemäß dadurch gelöst, dass die Induktivitäten als Sekun därwicklungen des netzseitigen Transformators ausgebildet sind . Demnach sind die Induktivitäten des Stromrichters in den netzseitigen Transformator räumlich und baulich inte griert . Dies kann zum Beispiel durch Bereitstellung einer zu sätzlichen dreiphasigen Transformatorwicklung erreicht wer den . Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat viele Vorteile, wo von einige nachfolgend erläutert werden .

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann besonders kompakt ge baut werden . Auf diese Weise kann die Vielseitigkeit der Vor richtung erhöht werden . Zum Beispiel kann die erfindungsgemä ße Vorrichtung im Wesentlichen vollständig in einem Gebäude oder einem Container angeordnet sein, was vor allem in einem Einsatz in einem Stadtgebiet von Vorteil ist . Dort spielen bekanntermaßen insbesondere Grundstücksflächen und -preise eine signifikante Rolle . Bei der erfindungsgemäßen Vorrich tung können hierbei die damit verbundenen Kosten und Platzbe darf vorteilhaft reduziert werden . Ebenso ist die elektromag netische Verträglichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung deutlich verbessert . Durch die Anordnung der Induktivitäten innerhalb eines Transformatorgehäuses des netzseitigen Trans formators kann zudem eine Geräuschemission der Vorrichtung vorteilhaft reduziert werden . Im Vergleich zu bekannten Vor richtungen mit Freiluftdrosseln können bei der erfindungsge mäßen Vorrichtung vorteilhaft einige raumgreifende und auf wendige Komponenten, wie beispielsweise Fundamente für die Freiluftdrosseln, Isolatoren, Stahlträger und Ähnliches ein gespart werden .

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Stromrichterzweige in einer Deltaschaltung miteinander verbunden, wobei der netzseitige Transformator sekundärseitig ein erstes , ein zweites und ein drittes Wicklungspaar um fasst, wobei das erste Wicklungspaar eine erste und eine zweite Sekundärwicklung in einer ersten WicklungsreihenSchal tung aufweist, das zweite Wicklungspaar eine dritte und eine vierte Sekundärwicklung in einer zweiten Wicklungsreihen- schaltung aufweist, das dritte Wicklungspaar eine fünfte und eine sechste Sekundärwicklung in einer dritten Wicklungsrei- henschaltung aufweist, j edes Wicklungspaar einen mittleren Potenzialpunkt zwischen den zugeordneten Sekundärwicklungen aufweist und die mittleren Potenzialpunkte der Wicklungspaare in einem gemeinsamen, sekundärseitigen Sternpunkt miteinander verbunden sind, wobei der erste Stromrichterzweig sich zwi schen der ersten und der vierten Sekundärwicklung, der zweite Stromrichterzweig sich zwischen der dritten und der sechsten Sekundärwicklung und der dritte Stromrichterzweig sich zwi schen der fünften und der zweiten Sekundärwicklung erstre cken . Dieser Aufbau bietet eine besonders einfache Topologie und Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung . Die Del ta- bzw . Dreieckschaltung der Stromrichterzweige ist aufgrund einer besonderen Effizienz in Bezug auf die erzeugbare Aus gangsSpannung gegenüber einer Sternschaltung der Stromricht erzweige bevorzugt . Die einem und demselben Wicklungspaar zu geordneten Sekundärwicklungen weisen geeigneterweise einander entgegengesetzte Wicklungsriehtungen auf, um eine Phasenver schiebung der Ströme zu erreichen .

In einer besonderen Ausführung ist wenigstens eines der Wick lungspaare, vorzugsweise sind es alle Wicklungspaare, als magnetisch gekoppelte Wicklungen mit einer Mittelanzapfung ausgebildet . Hierbei kann eine besonders kompakte Ausführung der Vorrichtung erreicht werden .

Vorzugsweise sind die Sekundärwicklungen j eweils auf 40% bis 60% einer Stromrichterseitigen Leistung ausgelegt . Da die Se kundärwicklungen j eweils nur einen Teil des Stromes durch die Vorrichtung tragen müssen, kann eine solche Auslegung vorge sehen sein . Auf diese Weise können die Kosten der Vorrichtung vorteilhaft reduziert werden .

Zweckmäßigerweise ist der sekundärseitige Sternpunkt geerdet, vorzugsweise über eine Erdungsinduktivität . In diesem Fall liegt der Sternpunkt auf einem definierten Potenzial . Alter- nativ können die primärseitigen Transformatorwicklungen in einem geerdeten primärseitigen Sternpunkt miteinander verbun den sein .

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Stromrich ter ein modularer Mehrstufenstromrichter . Der modulare Mehr stufenumrichter zeichnet sich durch einen modularen Aufbau aus , wobei j eder Stromrichterzweig Schaltmodule umfasst, die j eweils abschaltbare Halbleiterschalter und einen schaltmodu leigenen Energiespeieher umfassen . Die Schaltmodule sind un abhängig voneinander steuerbar, so dass mittels des modularen Mehrstufenumrichters eine nahezu beliebige AusgangsSpannung erzeugt werden kann . Der Energiespeieher kann beispielsweise ein Modulkondensator sein .

Bevorzugt sind die Halbleiterschalter und der Energiespeieher der Schaltmodule j eweils in einer VollbrückenSchaltung mitei nander verbunden . Der Aufbau der VollbrückenSchaltung ist aus dem Stand der Technik bekannt . Die VollbrückenSchaltung zeichnet sich insbesondere dadurch aus , dass durch geeignete Ansteuerung der HalbleiterSchalter, wie beispielsweise IGBT, IGCT oder dergleichen, an den Ausgangsklemmen des Schaltmo duls eine EnergiespeieherSpannung (die am Energiespeicher- spannung abfallende bzw . anstehende Spannung) mit positiver Polarität, eine EnergiespeieherSpannung mit negativer Polari tät oder eine Nullspannung erzeugbar sind .

Zweckmäßigerweise umfasst die Vorrichtung wenigstens einen Vorladewiderstand, bevorzugt mehrere parallel angeordnete Vorladewiderstände, zum Vorladen der Energiespeieher der Schaltmodule . Der Vorladewiderstand kann mit dem sekundärsei tigen Sternpunkt verbunden sein . Der wenigstens eine Vorlade widerstand kann mittels eines geeigneten Schalters überbrück- bar sein . Bevorzugt sind alle vorgesehenen Vorwiderstände überbrückbar . Alternativ kann der wenigstens eine Vorladewi derstand netzseitig angeordnet sein . Als besonders vorteilhaft wird angesehen, wenn der netzseiti ge Transformator fluid- oder gießharzisoliert ist. Auf diese Weise kann eine besonders kompakte Bauweise der Vorrichtung erreicht werden . Die Isolierung kann z.B. Isolieröl, Ester und/oder einen Harz umfassen .

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Stabilisieren eines Wechselspannungsnetzes .

Solche Verfahren sind beispielsweise unter dem Begriff der Blindleistungskompensation aus dem Stand der Technik bekannt .

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein solches Verfah ren anzugeben, das möglichst günstig und vielseitig einsetz- bar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein artgemäßes Verfah ren gelöst, bei dem mittels einer erfindungsgemäßen Vorrich tung, die mit dem Wechselspannungsnetz verbunden ist, Blind leistung zwischen der Vorrichtung und dem WechselSpannungs- netz ausgetauscht wird .

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich insbesondere aus den zuvor beschriebenen Vorteilen der erfin dungsgemäßen Vorrichtung .

Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der Figur darge stellten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrich tung weiter erläutert .

Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Darstellung .

Die Figur zeigt eine Vorrichtung 1 zum Stabilisieren eines WechselSpannungsnetzes 2 , das beispielsweise ein elektrisches Versorgungsnetz mit einer Nennspannung von mehr als 100 kV sein kann . Eine Möglichkeit zur Stabilisierung des Wechsel- Spannungsnetzes 2 ist ein Austausch von Blindleistung zwi schen dem Wechselspannungsnetz 2 und der Vorrichtung 1.

Die Vorrichtung 1 umfasst einen netzseitigen Transformator 3. Der Transformator 3 ist primärseitig mit dem Wechselspan nungsnetz 2 verbindbar . Er umfasst primärseitige Transforma torwicklungen 4 - 6 , die in einer Sternpunktanordnung miteinan der verbunden sind . Ein primärseitiger Transformatorstern punkt 7 ist im dargestellten Beispiel geerdet .

Der netzseitige Transformator 3 umfasst sekundärseitig ein erstes Wicklungspaar 8, ein zweites Wicklungspaar 9 und ein drittes Wicklungspaar 10. Das erste Wicklungspaar 8 umfasst eine erste und eine zweite Sekundärwicklung 11 bzw . 12 in ei ner ersten WicklungsreihenSchaltung . Dabei ist eine Orientie rung der ersten Sekundärwicklung 11 entgegengesetzt zu einer Orientierung der zweiten Sekundärwicklung 12. Das zweite Wicklungspaar 9 umfasst eine dritte und eine vierte Sekun därwicklung 13 bzw . 14 in einer zweiten WicklungsreihenSchal tung, ebenfalls mit entgegengesetzten WicklungsOrientierun gen . Das dritte Wicklungspaar 10 umfasst eine fünfte und eine sechste Sekundärwicklung 15 bzw . 16 in einer dritten Wick lungsreihenschaltung, wobei auch diese entgegengesetzte Wick lungsorientierungen aufweisen . Jedes der Wicklungspaare 9-11 weist einen mittleren Potenzialpunkt 17-19 zwischen den zuge ordneten Sekundärwicklungen 11-16 auf . Die mittleren Potenzi alpunkte 17-19 sind miteinander in einem gemeinsamen, sekun därseitigen Sternpunkt 20 verbunden . Der sekundärseitige Sternpunkt 20 ist über eine Erdungsinduktivität 28 geerdet . Die primärseitigen Transformatorwicklungen 4-6 sowie die Se kundärwicklungen 11-16 sind in einem gemeinsamen, fluidiso lierten Transformatorgehäuse untergebracht .

Die Vorrichtung 1 umfasst ferner einen Stromrichter 21 mit tels dessen im Betrieb der Vorrichtung 1 Blindleistung in das Wechselspannungsnetz 2 eingespeist oder dem Wechselspannungs- netz 2 entnommen wird . Im hier dargestellten Beispiel ist der Stromrichter 21 auf eine Nennspannung von 66 kV ausgelegt . Der Stromrichter 21 umfasst drei Stromrichterzweige 22-24, die miteinander in einer Dreieckschaltung verbunden sind. Der Stromrichter 21 ist ein modularer Mehrstufenumrichter, wobei j eder Stromrichterzweig eine Reihenschaltung mit einer Viel zahl von Schaltmodulen 25 umfasst . Die Schaltmodule 25 sind im dargestellten Beispiel alle gleichartig als Vollbrücken- Schaltmodule ausgebildet . Dabei umfassen alle Schaltmodule 25 einen eigenen Energiespeieher in Form eines Kondensators 26 sowie vier IGBT-Schalter 27. Dem ersten Stromrichterzweig 22 ist das erste Wicklungspaar 8 zugeordnet, dem zweiten Strom richterzweig 23 ist das zweite Wicklungspaar 9 zugeordnet, dem dritten Stromrichterzweig 24 ist das dritte Wicklungspaar

10 zugeordnet . Damit erstreckt sich der erste Stromrichter zweig 22 zwischen der ersten und der vierten Sekundärwicklung

11 bzw . 14 , der zweite Stromrichterzweig 23 erstreckt sich zwischen der dritten und der sechsten Sekundärwicklung 13 bzw . 16 und der dritte Stromrichterzweig 24 erstreckt sich zwischen der fünften und der zweiten Sekundärwicklung 15 bzw .

12.

Jeweils zwischen dem Sternpunkt 20 und den Potenzialpunkten 17-19 ist ein Vorladewiderstand 30 , 31 bzw . 32 angeordnet .

Die drei Vorladewiderstände 30-32 können j eweils mittels ei ner zugeordneten ÜberbrückungsSchaltung mit einem Überbrü ckungsschalter 32-34 überbrückt werden .