Anordnung mit zumindest einer Reihenschaltung und Verfahren zu deren Betrieb

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung mit zumindest einer Reihenschaltung, die mindestens zwei in Reihe geschal ^¬ tete Teilmodule umfasst, von denen zumindest eines ein Kon ^¬ densatormodul ist, das mindestens einen Schalter und einen Kondensator umfasst, und von denen zumindest eines ein

Speichermodul ist, das mindestens einen Schalter und einen elektrischen Speicher umfasst, wobei die Anordnung zur

Ansteuerung der Schalter der Speicher- und Kondensatormodule eine Steuereinrichtung aufweist. Eine derartige Anordnung ist aus der Offenlegungsschrift zur internationalen Patent ^¬ anmeldung WO2012/156261 A2 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung dieser Art hinsichtlich der auftretenden Energieschwankung in den Teilmodulen zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung sind in

Unteransprüchen angegeben.

Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Speicher des oder zumindest eines der Speichermodule eine größere Energie ^¬ speicherfähigkeit, insbesondere eine mindestens 100-mal größere Energiespeicherfähigkeit, als der Kondensator des oder zumindest eines der Kondensatormodule aufweist und die Steuereinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie die

Speichermodule der Reihenschaltungen oder zumindest einer der Reihenschaltungen derart ansteuert, dass die Summenspannung, die sich durch Summenbildung der an den Speichermodulen der Reihenschaltung abfallenden Teilspannungen ergibt, einem von der Steuereinrichtung ermittelten Sollverlauf folgt. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist darin zu sehen, dass bei dieser die Energieschwankung in den Speichermodulen im Vergleich zu herkömmlichen Anordnungen dieser Art reduziert ist. So ist es beispielsweise möglich, die Speichermodule lediglich zur Speicherung von Wirkleistung heranzuziehen und die Zwischenspeicherung von Blindleistung über die Kondensatormodule abzuwickeln. Die Lebensdauer der Speichermodule und damit die der Anordnung insgesamt lässt sich in dieser Weise signifikant verlängern.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen

Anordnung besteht darin, dass diese - im Vergleich zu herkömmlichen Anordnungen dieser Art - mit einer reduzierten Anzahl an Speichermodulen auskommen kann, weil die Speicher- module für die Speicherung von Wirkleistung reserviert bleiben können.

Die Anordnung bildet vorzugsweise einen modularen Multilevel- Wechselrichter oder einen Multilevel-Pulswechselrichter .

Bei den elektrischen Speichern der Speichermodule handelt es sich vorzugsweise um Doppelschichtkondensatoren oder um

Batterien bzw. um Speichereinrichtungen auf der Basis

galvanischer Zellen.

Als vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Anordnung eine Anordnung zur Kompensation von Blindleistung und Wirkleistung eines elektrischen Netzes bildet und die Steuereinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie die Teilmodule zum Zwecke der Blind- und Wirkleistungskompensation im elektrischen Netz ansteuert .

Vorzugsweise wird der vorgegebene Sollverlauf derart ermit ^¬ telt, dass die Einspeisung und Aufnahme von Oberschwingungs- blindleistung durch die Speichermodule der Reihenschaltung minimal ist. Die Steuereinrichtung führt zur Ermittlung des Sollverlaufs bevorzugt ein iteratives Verfahren durch, bei dem in jedem Iterationsschritt jeweils ein erster vorläufiger Spannungs ^¬ verlauf unter Bildung eines Korrekturfaktors ermittelt wird.

In jedem Iterationsschritt wird vorzugsweise jeweils der erste vorläufige Spannungsverlauf unter Bildung eines zweiten vorläufigen Spannungsverlaufs auf einen vorgegebenen

Maximalwert gekappt.

Vorteilhaft ist es außerdem, wenn in jedem Iterationsschritt jeweils der zweite vorläufige Spannungsverlauf unter Bildung eines dritten vorläufigen Spannungsverlaufs um einen

Differenzwert angehoben wird.

Im Rahmen des iterativen Verfahrens wird vorzugsweise durch Integration eines aus dem zweiten oder dritten vorläufigen Spannungsverlauf und dem Strom durch die Reihenschaltung gebildeten Produkts über der Zeit ein mittlerer Leistungswert bestimmt, und zwar vorzugsweise durch Integration über ein ganzzahliges Vielfaches einer halben Periodenlänge.

Der mittlere Leistungswert wird bevorzugt als Abbruch ^¬ kriterium für das iterative Verfahren herangezogen.

Auch ist es vorteilhaft, wenn das iterative Verfahren abge ^¬ brochen wird und der jeweils aktuelle zweite oder dritte vorläufige Spannungsverlauf als ermittelter Spannungsverlauf für die Ansteuerung der Speichermodule herangezogen wird, wenn die Differenz zwischen dem jeweils aktuellen mittleren Leistungswert und dem mittleren Leistungswert des vorherigen Iterationsschritts kleiner als eine vorgegebene Abbruch ^¬ schwelle ist. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass mit dem mittleren Leistungswert der Korrekturfaktor angepasst wird, der zum Bilden eines ersten vorläufigen Spannungsverlaufs herangezogen wurde, und der jeweils nächste erste vorläufige Spannungsverlauf im nächsten Iterationsschritt unter Berücksichtigung des angepassten Korrekturfaktors ermittelt wird. Der oben erwähnte Differenzwert wird vorzugsweise ermittelt unter Berücksichtigung einer vorgegebenen Schwellenspannung und der Kondensatormodulsummenspannung, die sich durch

Summenbildung der an den Kondensatormodulen der Reihenschaltung abfallenden Teilspannungen ergibt, und zwar vorzugs- weise, indem

(a) die Kondensatormodulsummenspannung ermittelt wird gemäß: Uc(t) = Uz(t) - Us(t) wobei Uc(t) die Kondensatormodulsummenspannung

bezeichnet, Uz (t) die an der Reihenschaltung abfallende Spannung bezeichnet und Us (t) die Summenspannung

bezeichnet, die sich durch Summenbildung der an den

Speichermodulen der Reihenschaltung abfallenden

Teilspannungen ergibt, und

(b) folgende Zuordnungsoperation durchgeführt wird:

Uc{t) - Uc max für Uc{t) > Lfcmax

Udiff {t) = 0 für |C/c(i)|<Ccmax

Uc{t) + Uc max für Uc{t) < Uc max wobei Udiff (t) den Differenzwert und Ucmax die

Schwellenspannung bezeichnet. Bevorzugt ermittelt die Steuereinrichtung den Sollverlauf, indem sie in jedem Iterationsschritt eines

IterationsVerfahrens

(a) einen ersten vorläufigen Spannungsverlauf ermittelt

gemäß: 1( ^: ■K

h(t) wobei Ul (t) den ersten vorläufigen Spannungsverlauf bezeichnet, P die Wirkleistung bezeichnet, die die

Reihenschaltung aufnehmen oder abgeben soll, Iz (t) den durch die Reihenschaltung fließenden Strom bezeichnet K einen Korrekturfaktor bezeichnet, einen zweiten vorläufigen Spannungsverlauf ermittelt gemäß :

Us max für Ul(t) > Us max

U2{t) Ul(t) für \ Ul{t) \ < Us max

- Us max für U\{t) < -Us max wobei U2 (t) den zweiten vorläufigen Spannungsverlauf bezeichnet und Usmax einen zur Kappung vorgesehenen

Maximalwert bezeichnet,

(c) eine vorläufige Kondensatormodulsummenspannung ermittelt gemäß :

Uc(t) = Uz(t) - U2(t) wobei Uc(t) die vorläufige Kondensatormodulsummenspannung bezeichnet und Uz (t) die an der Reihenschaltung

abfallende Spannung bezeichnet,

(d) folgende Zuordnungsoperation durchführt:

Uc{t) - Uc max für Uc{t) > Uc max

Udiff(t) = 0 für \ Uc(t) \ < Uc max

Uc(f) + Uc max für Uc{t) < Uc max wobei Udiff (t) einen Differenzwert und Ucmax

vorgegebene Schwellenspannung bezeichnet, (e) einen dritten vorläufigen Spannungsverlauf ermittelt gemäß :

U3(t) = Us{t) + Udiff wobei U3 (t) den dritten vorläufigen Spannungsverlauf bezeichnet,

(f) eine Integration durchführt gemäß:

wobei T die Periodenlänge der an der Reihenschaltung abfallenden Spannung bezeichnet und Mp einen mittleren Leistungswert bezeichnet,

(g) die Iteration abbricht, wenn die Differenz zwischen dem jeweiligen mittleren Leistungswert und dem mittleren Leistungswert des vorherigen Iterationsschritts kleiner als eine vorgegebene Abbruchschwelle ist,

(h) den Korrekturfaktor unter Bildung eines angepassten

Korrekturfaktors anpasst, insbesondere gemäß:

Kneu = K

Mp wobei Kneu den angepassten Korrekturfaktor bezeichnet und

(i) der nächste Iterationszyklus mit Iterationsschritt (a) unter Verwendung des angepassten Korrekturfaktors begonnen wird oder bei Abbruch der Iteration U3 (t) als Sollverlauf weiterverwendet wird.

Als vorteilhaft wird es ebenfalls angesehen, wenn - alternativ oder zusätzlich - die Steuereinrichtung den

Sollverlauf ermittelt, indem sie in jedem Iterationsschritt eines Iterationsverfahrens (a) einen ersten vorläufigen Spannungsverlauf ermittelt gemäß : wobei Ul (t) den ersten vorläufigen Spannungsverlauf bezeichnet, P die Wirkleistung bezeichnet, die die

Reihenschaltung aufnehmen oder abgeben soll, Iz (t) den durch die Reihenschaltung fließenden Strom bezeichnet K einen Korrekturfaktor bezeichnet,

(b) einen zweiten vorläufigen Spannungsverlauf ermittelt

gemäß :

Us max für Ul(t) > Us max

U2(t) Ul(t) für | C/l(i) | < CÄ max

- Lfrmax für Ul(t) < -Us max wobei U2 (t) den zweiten vorläufigen Spannungsverlauf bezeichnet und Usmax einen zur Kappung vorgesehenen Maximalwert bezeichnet,

(c) eine Integration durchführt gemäß:

wobei T die Periodenlänge der an der Reihenschaltung abfallenden Spannung bezeichnet und Mp einen mittleren

Leistungswert bezeichnet,

(d) die Iteration abbricht, wenn die Differenz zwischen dem jeweiligen mittleren Leistungswert und dem mittleren Leistungswert des vorherigen Iterationsschritts kleiner als eine vorgegebene Abbruchschwelle ist,

(e) den Korrekturfaktor unter Bildung eines angepassten Korrekturfaktors anpasst, insbesondere gemäß: Kneu = K

Mp wobei Kneu den angepassten Korrekturfaktor bezeichnet und (f) der nächste Iterationszyklus mit Iterationsschritt (a) unter Verwendung des angepassten Korrekturfaktors

begonnen wird.

Bei einer alternativen, aber ebenfalls als vorteilhaft ange- sehenen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie die Speicher-module der Reihenschaltungen oder zumindest einer der Reihenschaltungen derart ansteuert, dass die Summenspannung, die sich durch Summenbildung der an den Speichermodulen der Reihen- Schaltung abfallenden Teilspannungen ergibt, und der Strom durch die jeweilige Reihenschaltung folgende zeitliche

Verläufe aufweisen:

P -

Us(t) =— · {/ · cos(ötf)

s und

Iz(t) = I ^■ cos(ft#) wobei Us (t) den ermittelten Sollverlauf für die Summen ^¬ spannung bezeichnet, P die von den Speichermodulen der

Reihenschaltung gemeinsam abzugebende oder aufzunehmende Wirkleistung bezeichnet, S die von der Reihenschaltung abzugebende oder aufzunehmende Scheinleistung bezeichnet, U den Scheitelwert der an der Reihenschaltung anliegenden

Spannung bezeichnet und / den Scheitelwert des durch die Reihenschaltung fließenden Stromes bezeichnet.

Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf ein Verfahren zum Betreiben einer Anordnung mit zumindest einer Reihenschaltung, die mindestens zwei in Reihe geschaltete Teilmo ^¬ dule umfasst, von denen zumindest eines ein Kondensatormodul ist, das mindestens einen Schalter und einen Kondensator umfasst, und von denen zumindest eines ein Speichermodul ist, das mindestens einen Schalter und einen Speicher umfasst, wobei der Speicher des Speichermoduls eine größere

Energiespeicherfähigkeit als der Kondensator des Kondensator ^¬ moduls aufweist. Ein solches Verfahren ist aus der eingangs erwähnten Offenlegungsschrift zur internationalen Patentanmeldung WO2012/156261 A2 bekannt. Erfindungsgemäß ist bezüglich eines solchen Verfahrens vor ^¬ gesehen, dass die Speichermodule derart angesteuert werden, dass die Summenspannung, die sich durch Summenbildung der an den Speichermodulen der Reihenschaltung abfallenden Teilspannungen ergibt, gemäß einem von der Steuereinrichtung ermittelten Sollverlauf folgt.

Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Anordnung verwiesen, da letztgenannte für das Verfahren entsprechend gelten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungs ^¬ beispielen näher erläutert, dabei zeigen beispielhaft Figur 1 ein Ausführungsbeispiel für eine

erfindungsgemäße Anordnung, bei der Reihenschaltungen mit jeweils mindestens

Reihe geschalteten Teilmodulen zu einer

Sternpunktschaltung verschaltet sind,

Figur 2 ein Ausführungsbeispiel für ein Kondensatormodul für die Anordnung gemäß Figur 1,

Figur 3 ein Ausführungsbeispiel für ein Speichermodul für die Anordnung gemäß Figur 1,

Figur 4 ein Ausführungsbeispiel für eine

erfindungsgemäße Anordnung, bei der Reihenschaltungen mit jeweils mindestens zwei in Reihe geschalteten Teilmodulen zu einer

Dreiecksschaltung verschaltet sind, Figur 5 beispielhaft eine Kombination aus

Speichermodulen und Kondensatormodulen innerhalb einer Reihenschaltung,

Fig. 6-9 ein Ausführungsbeispiel für Verläufe von

Zweigspannung und -ström (Fig. 6), Teil-

Zweigspannungen (Fig. 7), Teil-Zweigleistungen (Fig. 8) und mittlerer Speicherleistung sowie von der Energievariation in den Teilzweigen und zum Vergleich die Energievariation im

Gesamtzweig, abzüglich des jeweiligen

Mittelwerts (Fig. 9) für folgende Parameter: Swr = 16,7 MVA, Üz = V2*13,9 kV, φ = 90° (reine Blindleistung) , wobei die Kurve 61 die

Zweigspannung, die Kurve 62 den Zweigstrom, die Kurve 71 die Ausgangsspannung der

Kondensatormodule, die Kurve 72 die Ausgangsspannung der Speichermodule, die Kurve 81 die Kondensatorleistung der

Kondensatormodule, die Kurve 82 die mittlere Speicherleistung, die Kurve 83 die

Speicherleistung der Speichermodule, die Kurve 91 die Energieschwankung der Speichermodule, die Kurve 92 die Energieschwankung der

Kondensatormodule und die Kurve 93 die

Energieschwankung im Zweig bezeichnet,

Fig. 10-13 ein Ausführungsbeispiel für Verläufe von

Zweigspannung und -ström (Fig. 10), Teil- Zweigspannungen (Fig. 11), Teil-Zweigleistungen (Fig. 12) und mittlerer Speicherleistung sowie von der Energievariation in den Teilzweigen und zum Vergleich die Energievariation im

Gesamtzweig, abzüglich des jeweiligen Mittelwerts (Fig. 13) für folgende Parameter: Swr = 16,7 MVA, Üz = V2*13,9 kV, φ = 0° (reine Wirkleistung) , wobei die Kurve 61 die

Zweigspannung, die Kurve 62 den Zweigstrom, die Kurve 71 die Ausgangsspannung der

Kondensatormodule, die Kurve 72 die

Ausgangsspannung der Speichermodule, die Kurve 81 die Kondensatorleistung der

Kondensatormodule, die Kurve 82 die mittlere Speicherleistung, die Kurve 83 die

Speicherleistung der Speichermodule, die Kurve 91 die Energieschwankung der Speichermodule, die Kurve 92 die Energieschwankung der

Kondensatormodule und die Kurve 93 die

Energieschwankung im Zweig bezeichnet und ein weiteres Ausführungsbeispiel für Verläufe von Zweigspannung und -ström (Fig. 14), Teil- Zweigspannungen (Fig. 15), Teil-Zweigleistungen (Fig. 16) und mittlerer Speicherleistung sowie von der Energievariation in den Teilzweigen und zum Vergleich die Energievariation im

Gesamtzweig, abzüglich des jeweiligen

Mittelwerts (Fig. 17) für folgende Parameter: Swr = 16,7 MVA, Üz = V2*13,9 kV, φ = 0° (reine Wirkleistung) , wobei die Kurve 141 die

Zweigspannung, die Kurve 142 den Zweigstrom, die Kurve 151 die Ausgangsspannung der Kondensatormodule, die Kurve 152 die Ausgangsspannung der Speichermodule, die Kurve 161 die Kondensator ^¬ leistung der Kondensatormodule, die Kurve 162 die mittlere Speicherleistung, die Kurve 163 die Speicherleistung der Speichermodule, die Kurve 171 die Energieschwankung der Speichermodule, die Kurve 172 die Energieschwankung der Kondensatormodule und die Kurve 173 die Energie ^¬ schwankung im Zweig bezeichnet. In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet . Die Figur 1 zeigt eine Anordnung 10 mit drei Reihen ^¬ schaltungen Rl, R2 und R3, die unter Bildung eines gemeinsamen Sternpunkts Z miteinander verschaltet sind. Die drei Reihenschaltungen Rl, R2 und R3 umfassen jeweils mindestens zwei in Reihe geschaltete Teilmodule T, von denen zumindest eines ein Kondensatormodul und von denen zumindest eines ein Speichermodul ist. Zur Ansteuerung von elektrischen Schaltern der Speicher- und Kondensatormodule weist die Anordnung 10 eine Steuereinrichtung 20 auf. Die Verbindungsleitungen zwischen der Steuereinrichtung 20 und den Teilmodulen T sind aus Gründen der Übersicht in der Figur 1 nicht dargestellt.

Die Steuereinrichtung 20 ist derart ausgestaltet, dass sie die Speichermodule der Reihenschaltungen Rl bis R3 oder zumindest einer der Reihenschaltungen derart ansteuert, dass die Summenspannung, die sich durch Summenbildung der an den Speichermodulen der Reihenschaltung abfallenden Teilspannungen ergibt, einem von der Steuereinrichtung 20 ermittelten Sollverlauf folgt. Die Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Konden ^¬ satormodul, das in der Figur 2 mit dem Bezugszeichen KM gekennzeichnet ist. Das Kondensatormodul KM umfasst Schalter S, Dioden D und einen Kondensator C. Die Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Speicher ^¬ modul, das in der Figur 3 mit dem Bezugszeichen SM gekennzeichnet ist. Das Speichermodul SM umfasst Schalter S, Dioden D, einen elektrischen Speicher ES und optional einen Kondensator C. Die Energiespeicherfähigkeit des Speichers ES des Speichermoduls SM ist größer, vorzugsweise mindestens 100-mal größer, als die Energiespeicherfähigkeit des Kondensators C des Kondensatormoduls KM sowie vorzugsweise größer, vorzugs ^¬ weise mindestens 100-mal größer, als die Energiespeicher- fähigkeit des fakultativ vorhandenen Kondensators C des

Speichermoduls SM. Bei dem Speicher ES handelt es sich vorzugsweise um eine Batterie. Die Figur 4 zeigt eine Anordnung 30 mit drei Reihen ^¬ schaltungen Rl, R2 und R3, die eine Dreiecksschaltung bilden. Die drei Reihenschaltungen Rl, R2 und R3 umfassen jeweils mindestens zwei in Reihe geschaltete Teilmodule, von denen zumindest eines ein Kondensatormodul KM und von denen

zumindest eines ein Speichermodul SM ist (vgl. Figuren 2 und 3) . Zur Ansteuerung von elektrischen Schaltern der Speicherund Kondensatormodule SM und KM weist die Anordnung 30 eine Steuereinrichtung 40 auf. Die Verbindungsleitungen zwischen der Steuereinrichtung 20 und den Teilmodulen T sind aus

Gründen der Übersicht in der Figur 4 nicht dargestellt.

Die Steuereinrichtung 40 ist derart ausgestaltet, dass sie die Speichermodule der Reihenschaltungen Rl bis R3 oder zumindest einer der Reihenschaltungen derart ansteuert, dass die Summenspannung, die sich durch Summenbildung der an den Speichermodulen der Reihenschaltung abfallenden Teilspannungen ergibt, einem von der Steuereinrichtung 40 ermittelten Sollverlauf folgt. Die Verteilung der Spannungen auf die Speichermodule SM und die Kondensatormodule KM ist beispielhaft in der Figur 5 gezeigt .

Die Anordnungen 10 und 30, insbesondere deren Steuerein- richtungen 20 und 40, gemäß den Figuren 1 und 4 können beispielsweise wie folgt betrieben werden:

Ohne die Kondensatormodule KM würde an den Speichermodulen SM die gesamte Zweigspannung Uz (t) anstehen (vgl. Figur 5) . Für diese gelte im Folgenden:

Uz(t) = Üz ^■ cos(ft# + φ) (1) Für den Zweigstrom gelte:

In Folge dessen müssen die Speichermodule SM die gewünschte Wirkleistung sowie die gewünschte Blindleistung bereit ^¬ stellen .

Durch den Einsatz zusätzlicher Kondensatormodule KM ergibt sich die Möglichkeit, nur noch die Wirkleistung durch die Speichermodule bereitstellen zu müssen. Bei gleichbleibender Zweigspannungsamplitude gilt für die Amplitude des Zweig ^¬ stroms in Abhängigkeit von der Wechselrichterscheinleistung Swr im dreiphasigen Fall:

Die Zweigspannung lässt sich gemäß einem ersten nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel aufteilen auf die

Speichermodule SM und die Kondensatormodule KM gemäß:

Us(t) =— - Üz - cos((ot) (4)

Swr

Uc(t) = ^ . Üz. _C0S i _< a - ^) (5)

Swr 2

Die Figuren 6-9 zeigen das Ergebnis für reinen Blind ^¬ leistungsbetrieb. Erwartungsgemäß lässt sich erkennen, dass die Aufteilung eine Energieschwankung in den Speichern ES der Speichermodule SM verhindert.

Die gezeigte Aufteilung von Wirk- und Blindleistung auf die beiden Modultypen ermöglicht zwar bezüglich der Grundschwingung eine ausschließliche Wirkleistungsbereitsstellung der Speichermodule SM, bezüglich der Oberschwingungs ^¬ blindleistung existiert jedoch noch Optimierungspotential. Dies wird von einem zweiten im Folgenden vorgestellten

Verfahren genutzt: Eine Verringerung der mit doppelter Netzfrequenz auftretenden Energieschwankung im Energiespeicher lässt sich durch eine möglichst "glatte" Leistungsentnahme erreichen. Ideal wäre - im dreiphasigen Falle - eine Spannungsform der Energiespeichermodule von

Pwr

Us{t) ■K (6)

3 Iz{t) wobei K einen Korrekturfaktor bezeichnet.

Da Iz (t) sinusförmig ist, hat der sich ergebende

Spannungsverlauf für Us (t) Polstellen bei den Nulldurchgängen von Iz (t) .

Da sich auch in der Praxis eine derartige Spannung nicht realisieren lässt, erfolgt im nächsten Schritt eine Begrenzung der maximal auftretenden Amplitude auf ±Us,max. Da durch die Begrenzung die mittlere Speicherleistung unter den gewünschten Wert fällt, ist eine Erhöhung der in Gleichung (6) genutzten Wirkleistung Pwr um den Korrekturfaktor K erforderlich. Dessen Berechnung erfolgt zunächst iterativ durch wiederholtes: 1. Berechnen eines vorläufigen Spannungsverlaufs Us (t) nach Gleichung (6) mit K=l als Startwert,

2. Begrenzen der Spannung auf ±Us,max, 3. Bestimmen der mittleren Leistung gemäß: wobei T die Periodenlänge der an der Reihenschaltung abfallenden Spannung bezeichnet und Mp einen mittleren Leistungswert bezeichnet, und 4. Anpassen des Korrekturfaktors gemäß

Pwr

Kneu = K■

3 - Mp wobei Kneu den angepassten Korrekturfaktor bezeichnet und

5. Durchführen des nächsten Iterationszyklus mit

Iterationsschritt 1, jedoch unter Verwendung des

angepassten Korrekturfaktors Kneu.

Die Kondensatorzweigspannung Uc ergibt sich schließlich zu Uc = Uz-Us. Für Us,max = Uz (und Uc,max = Uz ) ergeben sich bei reiner

Wirkleistungsaufnahme die Verläufe, wie sie in den Figuren 14 bis 17 gezeigt sind. Die Verringerung der

Energieschwankungsbreite in den Speichermodulen beträgt in diesem Fall 32%.

Ist entweder Uc,max < Üz oder besteht eine

Blindleistungsanforderung, ist es vorteilhaft, die Begrenzung der Kondensatorzweigspannung zu berücksichtigen. Zu diesem Zweck kann eine Erweiterung des oben angegebenen iterativen Verfahrens auf folgendes Vorgehen erfolgen:

1. Berechnen eines vorläufigen Spannungsverlaufs Us ' (t) nach Gleichung (6) mit K=l als Startwert, 2. Begrenzen der Spannung auf ±Us,max,

3. Berechnen der vorläufigen Kondensatorzweigspannung gemäß

Uc (t) Uz (t) - Us (t)

4. Bestimmen der Überschreitung Udiff (t) von Uc,max gemäß Uc(f) - Lfcmax für Uc{t) > [/cmax

Udiff(t) 0 für | C/c(i) | < C c max

Uc{t) + [/c max für Uc{t) < [/cmax

Anpassen der Verläufe Us (t) und Uc(t) gemäß

Us(t) = Us' (t) + Udiff(t)

Uc(t) = - Udiff(t)

Bestimmen der mittleren Leistung gemäß:

Mp =— Us(t) - Iz(t) dt

T wobei T die Periodenlänge der an der Reihenschaltung abfallenden Spannung bezeichnet und Mp einen mittleren Leistungswert bezeichnet, und

7. Anpassen des Korrekturfaktors gemäß

Kneu = K■

3 - Mp wobei Kneu den angepassten Korrekturfaktor bezeichnet, und

8. Durchführen des nächsten Iterationszyklus mit

Iterationsschritt 1, jedoch unter Verwendung des angepassten Korrekturfaktors Kneu.

Auf diese Weise lassen sich beide Spannungsbeschränkungen berücksichtigen. Bei φ = 45° beträgt die Verringerung der Energieschwankungsbreite durch den Einsatz von

Kondensatormodulen ca. 49%.

Ein wesentlicher weiterer Vorteil des zweiten Verfahrens besteht darin, dass es ermöglicht, die maximale Speicher ^¬ zweigspannung auf einen Wert unterhalb der maximalen

Zweigspannung abzusenken. Im Extremfall ist es möglich, den Wert auf π/4 zu reduzieren. Dies resultiert in einer

Blocktaktung der verwendeten Speichermodule SM, die Sinusform wird dann durch die Kondensatormodule KM erzeugt (vgl.

Figuren 1 bis 5) .

Zusammengefasst wurden oben im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 17 zwei Ansätze zur kombinierten Verwendung von Umrichtermodulen mit und ohne Speicheranbindung vorgestellt. Insbesondere die zweite Methode weist Vorteile bezüglich der Reduktion von Schwingungen im Speicherstrom sowie auch bezüglich der erforderlichen Speicheranzahl und somit der Speicherkosten auf. Die Reduktion der Leistungsschwankung in den einzelnen Speichern kann eine direkte Einbindung

beispielsweise von Batterien an die Modulzwischenkreise auch in Fällen erlauben, in welchen dies normalerweise durch die oberschwingungsbedingte Erwärmung bzw. Degradation sonst unvorteilhaft wäre.

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungs ^¬ beispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Bezugs zeichenliste

10 Anordnung

20 Steuereinrichtung

30 Anordnung

40 Steuereinrichtung

C Kondensator

D Diode

ES elektrischer Speicher

KM Kondensatormodul

Rl Reihenschaltung

R2 Reihenschaltung

R3 Reihenschaltung

S Schalter

SM Speichermodul

T Teilmodul

Z Sternpunkt