Magnetisch regelbare Drossel zur Blindleistungskompensation mit kapazitiv beschalteten Zusatzwicklungen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Blindleistungs kompensation in einem wenigstens einen Phasenleiter aufwei senden Hochspannungsnetz mit wenigstens einem Hochspannungs anschluss, der zur Verbindung mit dem Phasenleiter eingerich tet ist, wobei für jeden Hochspannungsanschluss ein erster und ein zweiter Kernabschnitt die Teil eines geschlossenen Magnetkreises sind, eine erste Hochspannungswicklung, die den ersten Kernabschnitt umschließt, und eine zweite Hochspan nungswicklung, die den zweiten Kernabschnitt umschließt und parallel zur ersten Hochspannungswicklung geschaltet ist, we nigstens ein Sättigungsschaltzweig, der zum Sättigen der Kernabschnitte eingerichtet ist und ansteuerbare Leistungs halbleiterschalter aufweist, und eine Steuerungseinheit zum Ansteuern der Leistungshalbleiterschalter vorgesehen sind, wobei die erste und die zweite Hochspannungswicklung mit ih rem Hochspannungsende mit dem zugeordneten Hochspannungsan schluss verbunden und an ihrer Niederspannungsseite mit einem oder dem Sättigungsschaltzweig verbindbar sind.

Eine solche Vorrichtung ist aus der EP 3 168 708 Al bereits bekannt. Dort ist ein so genannter „Full Variable Shunt Reac- tor" (FVSR) offenbart, der eine Weiterentwicklung eines „Mag- netically Controlled Shunt Reactor" (MCSR) dargestellt. Die vorbekannte Vorrichtung verfügt über zwei einander parallel geschaltete Hochspannungswicklungen, die jeweils einen Kern schenkel eines geschlossenen Eisenkerns umschließen und an ihrem Hochspannungsende an einen Phasenleiter eines Hochspan nungsnetzes angeschlossen sind. Die Niederspannungsseiten der Hochspannungswicklungen sind mit Hilfe eines Transistorschal ters entweder mit einem zweckmäßig polarisierten Umrichter oder direkt mit einem Erdanschluss verbindbar. Der Umrichter ist zum Erzeugen eines Gleichstroms in der mit ihm verbunde nen Hochspannungswicklung eingerichtet. Dabei wird der Gleichstrom so eingestellt, dass der von der Wicklung um schlossene Kernschenkel in einen gewünschten Sättigungszu stand getrieben wird. In diesem Sättigungszustand weist das Kernmaterial beispielsweise eine sehr kleine magnetische Per meabilität auf, wodurch sich der magnetische Widerstand der Wicklung erhöht und deren Induktivität abgesenkt wird. Die Sättigung der besagten Kernabschnitte ist polarisationsabhän gig, so dass ein über die Wicklungen fließender Wechselstrom je nach seiner Polarisierung im Wesentlichen nur über eine der beiden Hochspannungswicklungen fließt. So fließt bei spielsweise ein positiver Wechselstrom über die erste Hoch spannungswicklung während ein negativer Wechselstrom über die zweite Hochspannungswicklung zur Erde hin abfließt. Wird der Strom nur über eine Hochspannungswicklung getrieben, kann die jeweils andere Wicklung, die gerade nicht vom Wechselstrom durchströmt wird, mit einem Gleichstrom beaufschlagt werden, um den von ihr umschlossenen Kernschenkel in dem gewünschten Maß zu sättigen.

Magnetisch gesteuerte Drosselspulen sind ferner aus der DE 20 2013 004 706 Ul und der DE 10 2012 110 969 bekannt.

Der vorbekannten Vorrichtung haftet der Nachteil an, dass diese ausschließlich induktiv wirksame Bauteile aufweist und bei Bedarf keine kapazitive Blindleistung bereitstellen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die kompakt ist und die gleichzeitig kapazitive Blindleistung bereitstellen kann.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch Zusatzwicklungen, die induktiv mit den Hochspannungswicklungen gekoppelt sind, wo bei die Zusatzwicklungen mit wenigstens einem kapazitiv wir kenden Bauteil verschaltet sind.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist neben den Komponenten, die für einen so genannten „Full Variable Shunt Reactors" (FVSR) notwendig sind, Zusatzwicklungen auf, die mit wenigs- tens einer der Hochspannungswicklungen des FVSR induktiv ge koppelt sind. Dabei sind die Zusatzwicklungen mit einem kapa zitiv wirkenden Bauteil verschaltet. Mit dem Begriff „ver schaltet" ist gemeint, dass jedes kapazitiv wirkende Bauteil galvanisch entweder direkt oder über ein elektrisches Bau teil, wie beispielsweise eine Schalteinheit mit wenigstens einer der Zusatzwicklungen verbunden ist. Das kapazitive Bau teil, beispielsweise ein Kondensator oder eine mit Kondensa toren ausgerüstete „Flexible AC Transmission System (FACTS) - Komponente, wie beispielsweise ein Static Synchronous Compen- sator (STATCOM) kann so Einfluss auf den Grad und die Rich tung der Blindleistungskompensation nehmen. Dabei kann die Steuerungseinheit die Leistungshalbleiterschalter des FVSR so ansteuern, dass der induktive Effekt der Hochspannungswick lung bei der Blindleistungskompensation nahezu vollständig zurückgefahren wird, so dass lediglich das kapazitive Bauteil seine Wirkung entfaltet und zu einer in Summe kapazitiven Blindleistungskompensation beiträgt. Abweichend hiervon kann der Steuerungseinheit dafür sorgen, dass die induktive Wir kung der Hochspannungswicklungen vollständig zur Geltung kommt, so dass die Wirkung des kapazitiven Bauteils überla gert wird, so dass in Summe eine induktive Blindleistungskom pensation erfolgt.

Darüber hinaus ist es im Rahmen der Erfindung jedoch auch möglich, das kapazitiv wirkende Bauteil über eine Schaltein heit mit den Zusatzwicklungen zu verschalten, wobei die be sagte Schalteinheit mit einer separaten oder mit der Steue rungseinheit des FVSR verbunden ist, so dass diese das kapa zitive Bauteil je nach Wunsch zugeschaltet oder von den Zu- satzwicklungen getrennt werden kann.

Als Schalteinheit zum Zu- und Abschalten des kapazitiv wir kenden Bauteils zu den Zusatzwicklungen kommt bevorzugt ein elektronischer Schalter, in der Regel Leistungshalbleiter schalter, wie beispielsweise ein IGBT, ein GTO, ein Thyristor oder dergleichen in Betracht. In diesem Fall umfasst die Schalteinheit bevorzugt zwei entgegensinnig zueinander ge- schaltete Leistungshalbleiterschalter, so dass ein Schalten von Strömen in beiden Richtungen möglich ist.

Die Verschaltung und die Anzahl der kapazitiv wirkenden Bau teile sind im Rahmen der Erfindung grundsätzlich beliebig.

Bevorzugt weist jedoch jede Zusatzwicklung zwei Teilzusatz wicklungen auf, wobei jede Hochspannungswicklung induktiv mit einer Teilzusatzwicklung gekoppelt ist, und die Teilzusatz wicklungen in Reihe oder parallel zueinander geschaltet sind. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung sind die Hoch spannungswicklungen und die Teilzusatzwicklungen beispiels weise konzentrisch zueinander angeordnet, wobei sie den glei chen Kernabschnitt, beispielsweise einen Kernschenkel, um schließen. Dabei sind die Hochspannungswicklungen und die Teilzusatzwicklungen hohlzylindrisch ausgestaltet, wobei sich der Kernschenkel durch die innere Zusatzwicklung erstreckt, die von der Hochspannungswicklung umschlossen ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das kapazitiv wirkende Bauteil wenigstens einen Kondensator. Der Begriff „Kondensator" soll hier sowohl einen einzigen Kondensator oder aber auch eine Reihenschaltung und/oder Pa rallelschaltung von mehreren Kondensatoren umfassen, also auch Kondensatorbatterien. Der Kondensator kann in dem Kessel des FVSR angeordnet sein. Abweichend davon ist der Kondensa tor in einem eigenen separaten Gehäuse angeordnet oder luft isoliert aufgestellt.

Weitere Vorteile bringt es mit sich, wenn die Zusatzwicklun gen eine Dreiecksschaltung ausbilden. Bei einer solchen Aus gestaltung der Erfindung ist es zweckmäßig, wenn jeder Zu satzwicklung ein Kondensator parallel geschaltet ist. Besteht jede Zusatzwicklung aus zwei in Reihe geschalteten Teilzu- satzwicklungen, ist der Kondensator der Reihenschaltung der Teilzusatzwicklungen parallel geschaltet. Abweichend hiervon ist es jedoch auch möglich, dass der Kondensator ebenfalls zwei Teilkondensatoren aufweist, wobei jeder Teilkondensator einer Teilzusatzwicklung parallel geschaltet ist. In einem Kondensatorzweig, der die Zusatzwicklung oder Teilzusatzwick lung überbrückt, ist bevorzugt eine Schalteinheit angeordnet, die in ihrer geschlossenen Stellung für die Parallelschaltung des Kondensators zu der Zusatzwicklungen sorgt, wobei die Schalteinheit in ihrer Unterbrecherstellung die kapazitive Wirkung des Kondensators aufhebt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist jedes kapazitiv wirkende Bauteil wieder als Kondensator ausgeführt, wobei die Zusatzwicklungen eine Dreiecksschaltung ausbilden und wobei der Potenzialpunkt zwischen zwei Zusatzwicklungen mit einem Pol eines Kondensators verbunden ist. Auch bei die ser Ausführung der Erfindung sind die Zusatzwicklungen, die wieder aus Teilwicklungen bestehen können, in einer Dreiecks schaltung angeordnet. Der Potenzialpunkt zwischen zwei Zu- satzwicklungen ist entweder direkt oder über eine Schaltein heit mit einem Pol eines Kondensators verbunden. Der Konden sator ist an seiner von den Zusatzwicklungen abgewandten Sei te bevorzugt geerdet. Abweichend davon sind die Kondensatoren an ihrer von den Zusatzwicklungen abgewandten Seiten mitei nander verbunden, wobei sie einen so genannten Kondensa torsternpunkt ausbilden. Der Kondensatorsternpunkt kann im Rahmen der Erfindung geerdet sein. Bei einer abweichenden Ausgestaltung ist der Kondensatorsternpunkt ein fliegender und somit nicht geerdeter Kondensatorsternpunkt.

Weiterhin ist es im Rahmen der Erfindung möglich, dass das kapazitiv wirkende Bauteil jeweils als Kondensator ausgebil det ist, wobei die Zusatzwicklungen eine Sternschaltung aus bilden, so dass ein gemeinsamer Zusatzwicklungssternpunkt be reitgestellt ist. Die Zusatzwicklungen sind jeweils an ihrer vom Sternpunkt abgewandten Seite mit einem Pol eines Konden sators verbunden. Abweichend hiervon ist es möglich, dass die einen Zusatzwicklungssternpunkt ausbildenden Zusatzwicklungen an ihrer vom Zusatzwicklungssternpunkt abgewandten Seite mit einander über einen Kondensator verbunden sind. In dem Kon densatorzweig, der zwei Zusatzwicklungen miteinander verbin- det, kann wiederum eine Schalteinheit, wie zuvor beschrieben, angeordnet sein.

Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung dienen die Zu- satzwicklungen als Ausgleichswicklungen. Voraussetzung hier für ist, dass die Zusatzwicklungen eine Dreiecksschaltung ausbilden. Mit einer Dreiecksschaltung ist sichergestellt, dass die beim FVSR-Betrieb auftretenden Oberschwingungen der Netzfrequenz, deren Ordnung ungerade und glatt durch drei teilbar ist, unterdrückt werden. Gemäß dieser Ausführung der Erfindung werden mit anderen Worten ohnehin erforderliche Wicklungen, also die Ausgleichswicklungen dazu eingesetzt, kostengünstig und platzsparend kapazitive Bauteile in den FVSR zu integrieren. Mit anderen Worten ist eine kostengüns tige, platzsparende und effektive Vorrichtung bereitgestellt. Die Ausgleichswicklungen unterdrücken z.B. die dritte, neunte und fünfzehnte harmonische Oberschwingung der Netzfrequenz.

Gemäß einer abweichenden Ausgestaltung der Erfindung umfasst das kapazitiv wirkende Bauteil wenigstens einen statischen Blindleistungskompensator, der für jeden Hochspannungsan schluss eine Reihenschaltung aus zweipoligen Submodulen auf weist, wobei jedes Submodul eine Vollbrückenschaltung aus Leistungshalbleiterschaltern und einem Kondensator ausbildet. Ein solcher Blindleistungskompensator ist auch als so genann ter STATCOM bekannt.

Bei einer Vollbrückenschaltung verfügt das Submodul über ei nen ersten Reihenschaltungszweig und einen zweiten Reihen schaltungszweig. Die beiden Reihenschaltungszweige sind einem Kondensator des Submoduls jeweils parallel geschaltet. Dabei weist jeder Reihenschaltungszweig eine Reihenschaltung aus Leistungshalbleiterschaltern auf. Der Potenzialpunkt zwischen den Leistungshalbleiterschaltern ist jeweils mit einer An schlussklemme verbunden. Mit anderen Worten ist der Potenzi alpunkt zwischen den Leistungshalbleiterschaltern des ersten Reihenschaltungszweigs mit einer ersten Anschlussklemme des Submoduls und der Potenzialpunkt zwischen den Leistungshalb- leiterschaltern des zweiten Reihenschaltungszweigs mit einer zweiten Anschlussklemme des Submoduls verbunden. Bei der Rei henschaltung der Submoduls ist nun wieder die zweite An schlussklemme des ersten Submoduls mit der ersten Anschluss klemme des zweiten Submoduls verbunden. Die Anzahl der Submo- dule ist von den jeweils vorliegenden Anforderungen abhängig. Als Leistungshalbleiterschalter kommen hier bevorzugt ab schaltbare Leistungshalbleiterschalter und insbesondere so genannte IGBTs in Betracht, denen jeweils eine Freiluftdiode gegensinnig parallel geschaltet ist.

Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung bil den die Zusatzwicklungen eine Dreiecksschaltung aus, wobei jeder Potenzialpunkt zwischen zwei Zusatzwicklungen mit einer Reihenschaltung aus zweipoligen Submodulen verbunden ist.

Auch hier ist es vorteilhaft, wenn die Zusatzwicklungen wie der zwei Teilzusatzwicklungen aufweisen, die bevorzugt in Reihe zueinander geschaltet sind. Dabei ist jede Teilzusatz wicklung wieder mit einer Hochspannungswicklung induktiv ge koppelt, wobei die zuvor gemachten Ausführungen hier entspre chend gelten. Auch hier können die Zusatzwicklungen als Aus gleichswicklungen zum Unterdrücken der durch drei teilbaren harmonischen Oberschwingungen der Netzfrequenz dienen.

Bevorzugt ist wenigstens ein kapazitives Bauteil über eine Schalteinheit mit wenigstens einer Zusatzwicklung verbunden. Wie bereits weiter oben ausgeführt wurde, ist mit Hilfe einer Schaltereinheit, die als elektronischer oder mechanischer Schalter ausgeführt sein kann, die kapazitive Wirkung des ka pazitiven Bauteils steuerbar. Ist die Schalteinheit als elektronischer Schalter ausgeführt, kann dieser mit der be reits vorhandenen Steuerungseinheit verbunden sein. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass der elektronische Schalter aber auch der mechanische Schalter des kapazitiven Bauteils über eine eigene separate Steuerung ansteuerbar ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung über einen Kessel, in dem die Hochspannungswicklungen und der geschlossenen Magnetkreis angeordnet sind. Der Kessel ist bevorzugt mit einem Isolier fluid, beispielsweise einer Esterflüssigkeit oder einem mine ralischen Öl befüllt, das zum einen die erforderliche Isolie rung und zum anderen die notwendige Kühlung für die beim Be trieb auf Hochspannung liegenden Bauteile bereitstellen. Je des kapazitive Bauteil, beispielsweise jeder Kondensator oder jede statische Blindleistungskompensationseinheit, sind bei einer Variante in dem gleichen Kessel wie die Hochspannungs wicklungen des FVSR angeordnet.

Abweichend davon ist das kapazitive Bauteil außerhalb des Kessels des eigentlichen FVSR angeordnet. Das kapazitiv wir kende Bauteil ist mit anderen Worten separat angeordnet. Da bei ist es möglich, dass das kapazitiv wirkende Bauteil in einem zweiten Kessel angeordnet ist, der ebenfalls mit einem Isolierfluid, beispielsweise einem Gas oder einer Flüssig keit, befüllt ist. In diesem Falle sind Durchführungen erfor derlich, um die notwendige elektrische Isolierung zwischen den auf Erdpotenzial liegenden Kesseln oder Gehäusen und den Hochspannungsleitern bereitzustellen, die die Zusatzwicklun gen mit jedem kapazitiv wirkenden Bauteil verbinden.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfin dung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Aus führungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleichwirkende Bauteile verweisen und wobei

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen

Vorrichtung in einer schematischen Darstel lung,

Figur 2 die Sättigungsschaltzweige der Vorrichtung ge mäß Figur 1,

Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin

dungsgemäßen Vorrichtung, Figuren

4 bis 8 Ausführungsbeispiele, welche die Verschaltung von Kondensatoren als kapazitiv wirkendes Bau teil mit den Zusatzwicklungen verdeutlichen,

Figur 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Figur 10 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematischen Darstellung zeigen.

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, die einen mit einem Isolierfluid befüllten Kessel 2 aufweist. Als Isolierfluid kommen mineralische Öle, aber auch Esterflüssigkeiten oder dergleichen in Betracht.

Das Isolierfluid stellt zum einen die notwendige Spannungs festigkeit für Bauteile der Vorrichtung 1, die auf einem Hochspannungspotenzial liegen, gegenüber dem Kessel 2 auf Erdpotenzial bereit. Darüber hinaus dient das Isolierfluid zur Kühlung der beim Betrieb Wärme entwickelnden Komponenten.

Innerhalb des Kessels 2 ist ein Kern angeordnet, der aus ei nem magnetisierbaren Material, hier flächig aneinander anlie genden Eisenblechen, zusammengesetzt ist, und einen ersten Kernschenkel 3 sowie einen zweiten Kernschenkel 4 als Kernab schnitte ausbildet. Der erste Kernschenkel 3 ist von einer ersten Hochspannungswicklung 5 umschlossen. Der zweite Kern schenkel 4 ist von einer zweiten Hochspannungswicklung 6 um geben. Zur Ausbildung eines geschlossenen Magnet- oder Eisen kreises dienen figürlich nicht dargestellte Joche, die sich von dem oberen Ende des ersten Kernschenkels 3 zum oberen En de des zweiten Kernschenkels 4 sowie vom unteren Ende des Kernschenkels 3 zum unteren Ende des Kernschenkels 4 erstre cken. In Figur 1 sind die bewickelten Kernschenkel 3 und 4 für eine Phase gezeigt. Für die beiden anderen Phasen des Hochspannungsnetzes sind jeweils 2 weitere bewickelte nicht dargestellte Kernschenkel im dem Kessel 2 angeordnet, die über die Joche miteinander verbunden sind. Darüber hinaus sind zwei figürlich ebenfalls nicht dargestellte Rückfluss schenkel vorgesehen, die von keiner Wicklung umschlossen sind und sich rechts und links parallel zu den Kernschenkeln 3 be ziehungsweise 4 erstrecken. Mit anderen Worten ist bei der in Figur 1 beschriebenen einphasigen Ausführung des FVSR ein so genannter 6/2-Kern bereitgestellt. Abweichend hiervon kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 für jede Phase einen Kes sel 2 aufweisen. In jedem einphasigen Kessel 2 wäre dann ein 2/2 Kern mit zwei bewickelten Kernschenkeln 3 und 3 sowie 2 nicht bewickelten Rückflussschenkeln angeordnet.

Die erste Hochspannungswicklung 5 und die zweite Hochspan nungswicklung 6 weisen jeweils ein Hochspannungsende 7 auf, mit dem diese mit einem Hochspannungsanschluss 8 verbunden sind. Ist die Vorrichtung 1 in einem mit Isolierfluid befüll- ten Kessel angeordnet, ist der Hochspannungsanschluss 8 bei spielsweise als Durchführung ausführt. Die Durchführung durchgreift die Kesselwand und ist an ihrem freien, außerhalb des Kessels angeordneten Ende mit einem Freiluftanschluss ausgerüstet. Der figürlich nicht dargestellte Freiluftan schluss dient zum Anschluss eines luftisolierten Leiters. An ihrem Niederspannungsende 9 sind die erste Hochspannungswick lung 5 und die zweite Hochspannungswicklung 6 jeweils mit ei nem Sättigungsschaltzweig 10 beziehungsweise 11 verbunden, wobei jeder Sättigungsschaltzweig 10, 11 ein zweipoliges Sub modul 12 aufweist, das mit einer ersten Anschlussklemme 13 mit der jeweiligen Hochspannungswicklung 5 beziehungsweise 6 und mit einer zweiten Anschlussklemme 14 mit einem gemeinsa men Potenzialpunkt 15 verbunden ist. Der Potenzialpunkt 15 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel geerdet. Mit anderen Worten sind die Hochspannungswicklungen 5 und 6 einander pa rallel geschaltet oder zumindest schaltbar.

Über den Hochspannungsanschluss 8 sind die Hochspannungswick lungen 5 und 6 mit einem Phasenleiter 16 eines Hochspannungs netzes 17 verbunden, wobei das Hochspannungsnetz 17 zwei wei tere Phasenleiter 18 und 19 aufweist, die jeweils wieder über einen Hochspannungsanschluss 8 mit zwei Hochspannungswicklun gen und zwei Sättigungsschaltzweigen verbunden sind. Mit an deren Worten weist die Vorrichtung 1 für jede Phase 16, 18,

19 des Hochspannungsnetzes 17 einen identischen Aufbau auf, wobei hier aus Gründen der Übersicht lediglich der Aufbau für einen Phasenleiter 16 gezeigt ist.

Wesentlich für den hier gezeigten Full Variable Shunt Reactor (FVSR) ist, dass jeder Sättigungsschaltzweig 10 beziehungs weise 11, ein zweipoliges Submodul 12 aufweist, das über eine Brückenschaltung aus Leistungshalbleiterschaltern 20, 21, 22 und 23 und eine Gleichspannungsquelle 24 verfügt, die bevor zugt unipolar ausgebildet ist und somit einen festen Plus- und einen festen Minuspol aufweist.

Die Brückenschaltung kann im Rahmen der Erfindung eine Halb rücke oder eine Vollbrücke sein. In Figur 1 verfügt jedes Submodul über eine Vollbrücke mit vier Leistungshalbleiter schaltern 20, 21, 22, 23. Eine Halbbrücke umfasst lediglich zwei Leistungshalbleiterschalter. Zum zweckmäßigen Ansteuern der vier Leistungshalbleiterschalter 20, 21, 22 und 23 ist eine Steuerungseinheit 26 vorgesehen, die eingangsseitig mit Sollwerten für die Spannung UAC _so n, den Wechselstrom IAC _S0 n und die Blindleistung QAC _S0 n versorgt werden kann. Zum Erfas sen des von dem Phasenleiter 16 zu den Hochspannungswicklun gen 5 und 6 fließenden Wechselstromes IAC dient ein

Stromsensor 27, wobei ein Spannungssensor 28 die hochspan nungsseitig der Hochspannungswicklung 5 und 6 abfallende Spannung erfasst. Der Stromsensor 27 und der Spannungssensor 28 sind über figürlich nicht dargestellte Signalleitungen mit der Steuerungseinheit 26 verbunden. An der Niederspannungs seite 9 der Hochspannungswicklung 5 beziehungsweise 6 sind ebenfalls Sensoren 29 und 30 erkennbar, die ebenfalls über Signalleitungen mit der Steuerungseinheit 26 verbunden sind und Ströme erfassen, die zwischen dem jeweiligen Submodul 12 und der jeweiligen Hochspannungswicklung 5 beziehungsweise 6 fließen . Die Leistungshalbleiterschalter 20, 21, 22 und 23 eines Sub moduls 12 können durch zweckmäßige Ansteuersignale, die durch gestrichelte Linien dargestellt sind, von der Steuerungsein heit 26 von einer Trennstellung, in welcher ein Stromfluss über die Leistungshalbleiterschalter unterbrochen ist, in ei ne Durchgangsstellung, in der ein Stromfluss über die Leis tungshalbleiterschalter ermöglicht ist, überführt werden oder umgekehrt von der Durchgangsstellung in die Trennstellung.

Die Betriebsweise der Vorrichtung 1 ist wie folgt: Ist der vom Stromsensor 27 bzw. 28 oder 29 erfasste Strom positiv, sind die Leistungshalbleiterschalter 22 und 23 des Sätti gungsschaltkreises 10 geschlossen. Es sei an dieser Stelle vorausgesetzt, dass der Kernschenkel 3 zuvor durch einen von dem Submodul 12 des ersten Sättigungsschaltzweiges zur Hoch spannungswicklung 5 fließenden Gleichstrom gesättigt wurde, so dass für die positiven Halbwelle der Wechselspannung der Wechselwiderstand der Hochspannungswicklung 5 kleiner ist als der Wechselwiderstand der Hochspannungswicklung 6. Somit fließt nahezu der gesamte Wechselstrom IAC über den mit II bezeichneten Strompfad zur Erde hin ab. In der positiven Halbwelle des Stromes werden daher die Leistungshalbleiter schalter 21 und 22 geschlossen, so dass die Gleichspannungs quelle 24 des Sättigungsschaltkreises 11 einen Gleichstrom treibt, der von der Hochspannungswicklung 6 zur Erde 15 fließt. Während der positiven Halbwelle der Wechselspannung im Phasenleiter 16 kann somit der zweite Kernschenkel 4 in der gewünschten Weise gesättigt werden.

Während der negativen Halbwelle, in welcher der vom Sensor 27 oder 30 gemessene Strom negativ ist, fließt der Wechselstrom IAC hingegen im Wesentlichen über die zweite Hochspannungs wicklung 6, so dass durch Schließen der Leistungshalbleiter schalter 20 und 23 und Öffnen der Leistungshalbleiterschalter 21 und 22 des Submoduls 12 des ersten Sättigungsschaltzweiges 10 ein Sättigungsgleichstrom erzeugt wird, der von dem Submo dul 12 zur ersten Hochspannungswicklung 5 fließt. Durch

Schließen von der Leistungshalbleiterschalter 22 und 21 fließt alternativ ein Strom in umgekehrte Richtung. Durch ge eignete Schaltung kann die gewünschte Sättigung des Kern schenkels 3 eingestellt werden.

Figur 2 zeigt den Aufbau der Submodule 12 des ersten und zweiten Sättigungsschaltkreises 10, 11 genauer. Es ist er kennbar, dass die Submodule für beide Sättigungsschaltzweige 10 beziehungsweise 11 identisch aufgebaut sind. Es ist ferner erkennbar, dass die Leistungshalbleiterschalter 20, 21, 22,

23 einen so genannten IGBT 31 umfassen, dem eine Freilaufdio de 32 gegensinnig parallel geschaltet ist. Der Aufbau eines IGBTs mit Freilaufdiode ist grundsätzlich bekannt, so dass an dieser Stelle auf deren Wirkungsweise nicht genauer eingegan gen zu werden braucht. Wesentlich ist, dass die Freiluftdiode 22 zum Schutz des IGBTs vor Überspannungen in Rückwärtsrich tung dient. Dabei sind IGBT 31 und Diode 32 in der Regel in einem gemeinsamen Schaltergehäuse untergebracht. IGBT 31 und Freilaufdiode 32 werden hier gemeinsam als Leistungshalblei ter bezeichnet.

Jedes Modul 12 ist als so genannte Vollbrücke ausgeführt und umfasst einen ersten Reihenschaltungszweig 33 und einen zwei ten Reihenschaltungszweig 34 aus jeweils zwei in Reihe ge schalteten Leistungshalbleiterschaltern 20, 21 beziehungswei se 22 und 23. Der Potenzialpunkt zwischen den Leistungshalb leiterschaltern 20, 21 des ersten Reihenschaltungszweiges 33 ist mit der ersten Anschlussklemme 13 und der Potenzialpunkt zwischen den Leistungshalbleiterschaltern 22 und 23 des zwei ten Reihenschaltungszweiges 34 ist mit der Anschlussklemme 14 des Submoduls 12 verbunden.

Bislang wurde lediglich die Wirkungsweise der Vorrichtung 1, die in Figur 1 gezeigt ist, als „Full Variable Shunt Reactor" (FVSR) verdeutlicht. Darüber hinaus verfügt wie die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung auch über ein kapazitiv wirkendes Bau teil, das in Figur 1 als Kondensator 35 ausgeführt ist. Der Kondensator ist einer Zusatzwicklung 36 parallel geschaltet, wobei die Zusatzwicklung aus zwei Teilzusatzwicklungen 37 und 38 besteht, die zueinander in Reihe geschaltet sind. Die Teilzusatzwicklung 37 ist induktiv mit der ersten Hochspan nungswicklung 5 und die zweite Teilzusatzwicklung 38 mit der zweiten Hochspannungswicklung 6 induktiv gekoppelt. Dabei sind die Hochspannungswicklungen 5 bzw. 6 und die jeweilige Teilzusatzwicklung 37 bzw. 38 konzentrisch zueinander ange ordnet, wobei sie den gleichen Kernabschnitt 3 bzw. 4 des an sonsten nicht weiter verdeutlichten Kerns umschließen.

In Figur 1 ist lediglich eine Zusatzwicklung 36 für die dort gezeigte Phase verdeutlicht. In dem Kessel 2 sind jedoch für die anderen Phasen weitere Zusatzwicklungen vorgesehen, die identisch aufgebaut und auf gleiche Art und Weise mit dem Kondensator 35 verschaltet sind. Dabei sind die Zusatzwick lungen 36 der unterschiedlichen Phasen miteinander in einer Dreiecksschaltung verbunden. Diese Dreiecksschaltung ist durch die Pfeile 39a bzw. 39b angedeutet. In dem Parallel zweig der Zusatzwicklung, in welcher der Kondensator 35 ange ordnet ist, ist ferner ein Schalter 40 schematisch darge stellt, der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zwei gegen sinnig parallel geschaltete Thyristoren umfasst. Mit Hilfe des elektronsichen Schalters 40 kann der Kondensator 35 der Zusatzwicklung 36 parallel geschaltet oder die Wirkung des kapazitiv wirkenden Bauteils 35 unterdrückt werden.

Der Kondensator 35 ist in Figur 1 als einzelner Kondensator dargestellt, der außerhalb des Tanks des FVSR angeordnet ist. Der Kondensator umfasst jedoch eine Anzahl von in Reihe oder parallel zueinander angeordneten Kondensatoren und kann daher auch als Kondensatorbatterie bezeichnet werden. Dabei ist die Anzahl der parallel oder in Reihe geschalteten Kondensatoren von den jeweiligen Anforderungen abhängig, wobei die kapazi tive Wirkung erhöht oder herabgesetzt werden kann.

Der Kondensator oder mit anderen Worten die Kondensatorbatte rie 35 ist wie der Schalter außerhalb des Tanks 2 des FVSR angeordnet. Um eine elektrische Verbindung zwischen der Zu satzwicklung 36, die in dem Kessel 2 angeordnet ist, zu er- möglichen, sind wieder zweckmäßige Durchführungen 8 vorgese hen, die ein spannungsfestes Hindurchführen der Hochspan nungsleitung durch die Kesselwand auf Erdpotenzial ermög licht .

Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin dungsgemäßen Vorrichtung 1, wobei aus Gründen der Übersicht lediglich Bauteile zur Verbindung mit einer Phase des Hoch spannungsnetzes 17 gezeigt sind. In dem gezeigten Ausfüh rungsbeispiel umfasst jeder Sättigungszweig 10 bzw. 11 eine Reihenschaltung aus mehreren Submodulen 12, die von der Steu erungseinheit 26 entweder alle identisch oder unterschiedlich angesteuert werden, so dass die Gleichspannung zum Erzeugen der Sättigung der Kernschenkel 3, 4 dienenden Gleichstroms den jeweiligen Anforderungen entsprechend skalierbar ist. Die Zusatzwicklung 36 umfasst wieder 2 Teilzusatzwicklungen 37 und 38, die miteinander in Reihe geschaltet sind, wobei die gezeigte Zusatzwicklung 36 wie durch die Pfeile 39a und 39b angedeutet, mit denen Zusatzwicklungen der anderen Phasen ei ne Dreiecksschaltung ausbildet. Mit anderen Worten ist die Teilzusatzwicklung 37 an ihrem Ende 39a mit einer Teilzusatz wicklung einer hier in Figur 3 nicht gezeigten zweiten Phase verbunden. Entsprechendes gilt für die Teilzusatzwicklung 38, die an ihrem Ende 39b mit einer Teilzusatzwicklung einer an deren Phase verbunden ist, die in Figur 3 nicht gezeigt ist. Der Potenzialpunkt zwischen zwei Zusatzwicklungen 36 unter schiedlicher Phase ist über den Schalter 40 wieder mit einem Pol eines Kondensators 35 bzw. einer Kondensatorbatterie ver bunden, wobei jeder Kondensator 35 an seiner vom von der Aus gleichswicklung 36 und dem Schalter 40 abgewandten Seite mit dem Erdpotenzial 15 verbunden ist. Dabei sind der Kondensator 35 sowie der Schalter 40 innerhalb des Tanks 2 der Vorrich tung 1 angeordnet. Auf diese Art und Weise ist ein besonders platzsparende Vorrichtung 1 bereitgestellt. Darüber hinaus ist der Aufwand Hochspannungsleitungen aus dem Tank 2 heraus zuführen gegen—über dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbei spiel vermieden. Die Figuren 4, 5, 6, 7 und 8 verdeutlichen unterschiedliche Verschaltungen zwischen dem als Kondensator ausgeführten in duktiv wirkenden Bauteil und den Zusatzwicklungen, wobei die parallel geschalteten Hochspannungswicklungen 5 und 6 aus Gründen der Übersichtlichkeit als eine einzige Wicklung ver deutlicht sind. Die Hochspannungswicklungen 5 und 6 bilden mit den Hochspannungswicklungen der anderen Phase einen ge meinsamen Sternpunkt 15 aus, der auch in den Figuren 1 und 3 gezeigt ist. Der gemeinsame Sternpunkt 15 ist geerdet. An ih rer von dem Sternpunkt 15 abgewandten Seite sind die Hoch spannungswicklungen 5, 6 mit jeweils einer Phasen 16, 18 oder

19 des Hochspannungsnetzes 17 verbindbar. Die Kernschenkel 3, 4 sind beide gemeinsam als senkrechter Strich verdeutlicht. Wesentlich ist, dass die Hochspannungswicklungen 5, 6 über die Kernschenkel 3, 4 den Zusatzwicklungen 36 der verschiede nen Phasen der Vorrichtung 1 induktiv gekoppelt sind.

In Figur 4 ist erkennbar, dass das als Kondensator 35 oder als Kondensatorbatterie 35 ausgestaltete induktiv wirkende Bauteil 35 jeder Ausgleichswicklung 36 der jeweiligen Phase parallel geschaltet ist. Insofern entspricht Figur 4 der in Figur 1 gezeigten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vor richtung 1.

Figur 5 verdeutlicht wieder eine Dreiecksschaltung der Zu- satzwicklungen 36 der einzelnen Phasen der Vorrichtung 1, wo bei im Gegensatz zu dem in Figur 4 gezeigten Ausführungsbei spiel jeder Potenzialpunkt zwischen zwei Zusatzwicklungen 36 unterschiedlicher Phase mit einem Pol eines Kondensators 35 verbunden ist, wobei der Kondensator an seiner von den Zu- satzwicklungen 36 abgewandten Seite über einen Erdanschluss 15 geerdet ist. Zwischen den Zusatzwicklungen 36 und jedem Kondensator 35 ist wiederum ein Leistungshalbleiterschalter 40 geschaltet, von dem in Figur 5 lediglich einer gezeigt ist. Insofern entspricht die in Figur 5 dargestellte Anord nung dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Er findung . Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Verschal tung zwischen den induktiv wirkenden Bauteil 35 und den Zu- satzwicklungen 36. Auch hier sind die Zusatzwicklungen 36 un terschiedlicher Phase wieder in einer Dreiecksschaltung mit einander verbunden, wobei auch hier an jedem Potenzialpunkt zwischen den Zusatzwicklungen 36 der verschiedenen Phasen ein Kondensator angeschlossen ist, der an seiner von den Zusatz wicklungen abgewandten Seite jedoch einen Kondensatorstern punkt 42 ausbildet. Insofern entspricht die Darstellung gemäß Figur 6 der Darstellung gemäß Figur 5, wobei jedoch der Kon densatorsternpunkt 42 in Figur 6 nicht geerdet ist. Hier kann auch wieder ein Schalter eingesetzt werden.

Bei dem in Figur 7 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Zu- satzwicklungen 36 der unterschiedlichen Phasen der Vorrich tung 1 in einer Sternpunktschaltung angeordnet, so dass ein Zusatzwicklungssternpunkt 43 ausgebildet ist. An ihrem von dem Zusatzwicklungssternpunkt 43 abgewandten Ende ist jede Zusatzwicklung 36 über einen Schalter 40 wieder mit einem Pol eines Kondensators 35 verbunden. Dabei sind die Kondensatoren 35 der jeweiligen Phasen an ihrer von den Zusatzwicklungen 36 abgewandten Seite untereinander verbunden, so dass die Kon densatoren 35 in einer Dreiecksschaltung miteinander verbun den sind. Wie bereits weiter oben ausführt wurde, ist bei ei ner Dreiecksschaltung der Zusatzwicklungen 36 eine Unterdrü ckung der durch drei teilbaren ungeraden harmonischen Ober schwingungen der Netzfrequenz (Strom) mit Hilfe der Zusatz wicklungen möglich. Aus diesem Grund ist für jede Phase der Vorrichtung 1 eine zusätzliche Ausgleichswicklung 44 vorgese hen, wobei die Ausgleichswicklungen unterschiedlicher Phasen ebenfalls in einer Dreiecksschaltung miteinander verbunden sind. Die Ausgleichswicklungen 44 sind über den durch die Be zugszeichen 3 und 4 verdeutlichten Kernabschnitt, der Teil eines geschlossenen Magnetkreises ist, induktiv mit den Hoch spannungswicklungen 5 und 6 und mit den Zusatzwicklungen 36 gekoppelt . Figur 8 entspricht weitestgehend dem in Figur 7 gezeigten Ausführungsbeispiel, wobei jedoch die in einer Sternschaltung miteinander verbundenen Zusatzwicklungen 36 an ihrem vom Zu- satzwicklungssternpunkt 43 abgewandten Ende wieder über Kon densatoren 35 miteinander verbunden sind. Mit anderen Worten bilden die Kondensatoren 35 eine Dreiecksschaltung aus, wobei der Potenzialpunkt zwischen zwei Kondensatoren unterschiedli cher Phasen über eine Zusatzwicklung 36 mit dem Zusatzwick lungssternpunkt verbunden ist. Weiterhin ist zwischen jedem Kondensator 35 und einer Zusatzwicklung 36 eine Schalteinheit 40 vorgesehen. Wie in Figur 7 sind auch in dem in Figur 8 verdeutlichten Ausführungsbeispiel Ausgleichswicklungen 44 für jede Phase der Vorrichtung 1 vorgesehen, wobei die drei Ausgleichswicklungen 44 miteinander eine Dreiecksschaltung ausbilden, so dass die harmonischen Oberschwingungen der Netzfrequenz durch die Ausgleichswicklungen unterdrückt wer den können.

Figur 9 verdeutlicht ein weiteres Ausführungsbeispiel der er findungsgemäßen Vorrichtung 1, wobei jede Zusatzwicklung 36 einer Phase aus zwei Teilzusatzwicklungen 37 und 38 besteht, die einander parallel geschaltet sind. Die Parallelschaltung der Teilzusatzwicklungen 37 und 38 ist an einer Seite mit ei nem Zusatzwicklungssternpunkt 43 verbunden und an ihrem vom Zusatzwicklungssternpunkt abgewandten Ende mit einem als Kon densator 35 ausgeführten kapazitiv wirkenden Bauteil. Der Kondensator ist über einen Schalter 40 mit dem Erdpotenzial 15 verbindbar. Schalter 40 und Kondensator 35 sind innerhalb eines mit Isolierfluid, hier einem mineralischen Öl befüllten Tank, angeordnet. Darüber hinaus sind Ausgleichswicklungen 44 erkennbar, die ebenfalls aus zwei Teilausgleichswicklungen bestehen, die in Reihe zueinander geschaltet sind. Dabei sind die Ausgleichswicklung, die Teilzusatzwicklung und die Hoch spannungswicklung 5 bzw. 6 jeweils konzentrisch zueinander angeordnet und umgeben dabei einen gemeinsamen Kernschenkel 3 bzw . 4. Das in Figur 10 gezeigte Ausführungsbeispiel entspricht dem in Figur 9 gezeigten Ausführungsbeispiel im Hinblick auf die Anordnung von Ausgleichswicklung 44, Teilzusatzwicklung 37 bzw. 38 sowie der Hochspannungswicklung 5 bzw. 6. Die Aus gleichswicklungen 44 sind mit den nicht gezeigten Ausgleichs wicklungen der anderen Phasen zu einer Dreiecksschaltung ver bunden. Das induktiv wirkende Bauteil ist in der in Figur 10 gezeigten Ausführungsbeispiel jedoch als so genannter STATCOM 45 ausgeführt, wobei der STATCOM eine Reihenschaltung aus zweipoligen Submodulen aufweist, die in ihrem Aufbau den Sub modulen 12 in Figur 2 entsprechen, wobei als Gleichspannungs quelle 24 ein unipolarer Kondensator vorgesehen ist. Mit Hil fe der Vollbrückenschaltung kann an den Anschlussklemmen 13 und 14 der Submodule des STATCOM 45, also die an dem Gleich spannungskondensator 24 abfallende Spannung, eine Nullspan nung oder die inverse Kondensatorspannung, erzeugt werden.

Der Aufbau eines statischen Blindleistungskompensators

STATCOM ist jedoch grundsätzlich bekannt, so dass auf genaue re Ausführungen hierzu verzichtet werden kann. In dem in Fi gur 10 gezeigten Ausführungsbeispiel ist für jede Phase oder für jeden Hochspannungsanschluss 8 der Vorrichtung 1 ein STATCOM 45 vorgesehen. In der Regel sind somit drei STATCOMs 45 erforderlich, die wie in Figur 10 angedeutet, in einer Dreiecksschaltung miteinander verbunden sind.