Anlage und Verfahren zum Erzeugen einer Dreiphasenwechsel ^¬ spannung

Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Erzeugen einer Drei ^¬ phasenwechselspannung, aufweisend wenigstens eine Gasturbine und wenigstens einen mit der Gasturbine angetriebenen Genera ^¬ tor .

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen einer Dreiphasenwechselspannung mit wenigstens einer Gasturbine und wenigstens einem mit der Gasturbine angetriebenen Generator, wobei der angetriebene Generator eine erste Drei- phasenwechselspannung mit einer ersten Frequenz erzeugt.

Anlagen zum Erzeugen einer Dreiphasenwechselspannung und zum Versorgen eines Stromnetzes mit der Dreiphasenwechselspannung sind hinlänglich bekannt und werden in Kraftwerken einge- setzt. Eine solche Anlage kann wenigstens eine Gasturbine, beispielsweise eine Gasturbine eines Gas-und-Dampfturbinen- Kraftwerks (GuD) oder eines Gasturbinen-Kraftwerks, und we ^¬ nigstens einen mit der Gasturbine angetriebenen Generator, insbesondere Turbogenerator, aufweisen.

Ein Turbinenläufer der Gasturbine ist herkömmlich starr bzw. drehfest mit einem Generatorläufer des Generators verbunden. Um durch eine Rotation des Turbinenläufers eine Dreiphasen ^¬ wechselspannung mit einer üblichen Netzfrequenz in Höhe von 50 Hz oder 60 Hz mit dem Generator erzeugen und in das Stromnetz einspeisen zu können, muss der Turbinenläufer herkömmlich mit einer Frequenz in Höhe von 50 Hz bzw. 60 Hz rotieren . Da die Leistung und der Wirkungsgrad von Gasturbinen mit ei ^¬ ner Betriebsfrequenz von 50 Hz (50Hz-Gasturbinen) größer sind als bei entsprechenden 60Hz-Gasturbinen, besteht ein Interesse daran, 50Hz-Gasturbinen auch zur Versorgung von Stromnet- zen mit einer Netzfrequenz von 60 Hz ( 60Hz-Stromnetzen) einzusetzen .

WO 2008/098894 AI betrifft eine Kraftwerksanlage mit einem Turbinenstrang aus einer Gasturbine und einem von der Gasturbine direkt angetriebenen, Wechselstrom mit einer ersten Betriebsfrequenz erzeugenden Generator, dessen Ausgang mit wenigstens einem Verbraucher mit vorgegebener zweiter Betriebsfrequenz verbindbar ist. Zwischen dem Generator und dem Ver- braucher ist ein Frequenzumrichter in Form eines Matrixumrichters als elektronische Entkopplungsvorrichtung angeord ^¬ net, welche die beiden Betriebs-frequenzen voneinander entkoppelt. Der Matrixumrichter kann eine Mehrzahl von in einer (m x n) -Matrix angeordneten, steuerbaren bidirektionalen Schaltern umfassen, welche von einem Regler gesteuert m Eingänge wahlweise mit n Ausgängen verbinden, wobei m grösser n ist. Die erste Betriebsfrequenz kann kleiner als die zweite Betriebsfrequenz sein. Der Verbraucher kann ein elektrisches Netz sein.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, die Einsetzbarkeit von Gasturbinen, deren Betriebsfrequenz kleiner als die Netzfrequenz eines Stromnetzes ist, zum Versorgen des Stromnetzes mit elektrischen Energie zu ermöglichen.

Eine erfindungsgemäße Anlage zum Erzeugen einer Dreiphasenwechselspannung umfasst wenigstens eine Gasturbine, wenigs ^¬ tens einen mit der Gasturbine angetriebenen Generator, wenigstens einen geregelten Direktumrichter, mit dem eine von dem Generator erzeugte erste Dreiphasenwechselspannung mit einer ersten Frequenz in eine zweite Dreiphasenwechselspannung mit einer zweiten Frequenz, die höher als die erste Frequenz ist, umwandelbar ist und der wenigstens eine ansteuerbare Schalteinheit aufweist, über die jeweils eine der Phasen der ersten Dreiphasenwechselspannung mit jeweils einer der

Phasen der zweiten Dreiphasenwechselspannung verbindbar ist. Des Weiteren umfasst die Anlage wenigstens einen Frequenzfil ^¬ ter, mit dem in der zweiten Dreiphasenwechselspannung vorhan- dene Oberschwingungen aus der zweiten Dreiphasenwechselspan- nung herausfilterbar sind, wobei der Frequenzfilter zumindest mittelbar mit einem Stromnetz verbindbar ist, dessen Netzfrequenz höher als die erste Frequenz ist. Zudem umfasst die An- läge wenigstens eine Spannungserfassungseinheit , mit der mo ^¬ mentane Ist-Phasenspannungen der einzelnen Phasen der ersten Dreiphasenwechselspannung erfassbar sind. Ferner umfasst die Anlage wenigstens eine signaltechnisch mit der Spannungser- fassungseinheit und der Schalteinheit verbundene Steuer- und/oder Regeleinheit, die eingerichtet ist, in vorgegebenen Zeitabständen die Ist-Phasenspannungen wahlweise mit jeweils einer vorgegebenen Soll-Phasenspannung einer Soll- Dreiphasenwechselspannung zu vergleichen und in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Vergleichs die Schalteinheit derart an- zusteuern, dass die Schalteinheit die Phase derjenigen Ist- Phasenspannung, die sich am wenigstens von der jeweiligen vorgegebenen Soll-Phasenspannung unterscheidet, mit einem der jeweiligen vorgegebenen Soll-Phasenspannung zugeordneten Phasenausgang der Schalteinheit verbindet.

Gemäß der Erfindung kann eine von dem Generator, insbesondere Turbogenerator, erzeugte Dreiphasenwechselspannung mit einer niedrigeren ersten Frequenz in eine zweite Dreiphasenwechsel ^¬ spannung mit einer höheren Frequenz umgewandelt werden. Dies macht es möglich, beispielsweise eine 50Hz-Gasturbine, deren Turbinenläufer starr bzw. drehfest mit einem Generatorläufer des Generators mit einer Betriebsfrequenz in Höhe von 50 Hz (50Hz-Generator) verbunden ist, zum Versorgen eines 60Hz- Stromnetzes einzusetzen. Die in diesem Fall aus dem 50Hz- Generator, dem geregelten 60Hz-Direktumrichter und dem 60Hz- Frequenzfilter gebildete Anordnung kann somit erfindungsgemäß von einer 50Hz-Gasturbine angetrieben werden und eine Drei ^¬ phasenwechselspannung mit einer Frequenz in Höhe von 60 Hz in ein 60Hz-Drehstromnetz einspeisen. Der geregelte 60Hz- Direktumrichter wandelt hierbei die am Eingang des 60Hz-

Direktumrichters anliegende erste Dreiphasenwechselspannung, hier eine 50Hz-Dreiphasenwechselspannung, in eine zweite Dreiphasenwechselspannung, hier eine 60Hz-Dreiphasenwechsel- Spannung, an seinem Ausgang um. Durch diese Umwandlung bzw. Umrichtung wird eine 60Hz-Dreiphasenwechselspannung mit drei Phasenspannungen erzeugt, deren jeweiliger Spannungsverlauf einen sehr hohen Oberschwingungsgehalt aufweist. Um diese Oberschwingungen in den Spannungsverläufen zu reduzieren, ist der 60Hz-Frequenzfilter vorhanden. Folglich kann mit der Erfindung eine 50Hz-Gasturbine zur Einspeisung einer 60Hz-Drei- phasenwechselspannung in ein 60Hz-Stromnetz eingesetzt werden .

Die Leistung und der Wirkungsgrad einer erfindungsgemäßen Anlage sind gegenüber einer herkömmlichen 60Hz-Gasturbinenein- heit erheblich höher. Da beispielsweise die Leistung der größten 50Hz-Gasturbine um 44 % größer ist als die Leistung der größten 60Hz-Gasturbine, können größere 60Hz-Kraftwerke mit weniger Blöcken aufgebaut werden. Beispielsweise können durch die Erfindung Kraftwerke, die bislang mit drei 60Hz- Gasturbinen-GuD-Strängen realisiert worden sind, mit zwei 50Hz-Gasturbinen-GuD-Strängen realisiert werden. Dadurch ent- fällt ein ganzer GuD-Strang bestehend aus einer Gasturbine, zwei Generatoren (Mehrwellenanlage) , einem Kessel, einer Dampfturbine und einer Leittechnik, was zu einer enormen Kostenersparnis führt. Die Spannungserfassungseinheit und die Steuer- und/oder Re ^¬ geleinheit können Bestandteile des geregelten Direktumrichters sein. Mit der Spannungserfassungseinheit werden am Ein ^¬ gang des Direktumrichters anliegende Ist-Phasenspannungen, beispielsweise 50Hz-Ist-Phasen-spannungen, gemessen. Hierzu kann die Spannungserfassungseinheit für jede Phase bzw. Ist- Phasenspannung einen Messwandler bzw. Spannungswandler aufweisen. Die Steuerung und/oder Regelung der Schalteinheit mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit basiert auf in vor ^¬ gegebenen Zeitabständen, insbesondere in äquidistanten Zeit- abständen, durchgeführten Vergleichen der Ist-Phasenspannungen mit den einzelnen Soll-Phasen-spannungen . Ein entsprechender Vergleich wird also für jede von drei Soll-Phasenspannungen durchgeführt. Die Schalteinheit umfasst drei Pha- senausgänge, die jeweils einer Soll-Phasenspannung zugeordnet sind, und umgekehrt.

Bevorzugt umfasst der Generator einen Stator mit wenigstens einer Statorwicklung, die als ungesehnte Zweischichtwicklung ausgebildet ist. Durch die Ausbildung der Statorwicklung als ungesehnte Zweischichtwicklung ist mit dem Generator eine höhere Spannung erzeugbar, was mit einer Erhöhung des Wirkungsgrads des Generators einhergeht. Ein solcher hocheffizienter Generator kann bis auf die Ständerwicklung wie ein herkömmlicher Generator ausgestaltet sein.

Die Anlage umfasst bevorzugt wenigstens eine signaltechnisch mit der Steuer- und/oder Regeleinheit verbundene Sollwertge- bereinheit, mit der die Soll-Phasenspannungen erzeugbar sind. Die Sollwertgebereinheit kann ein Bestandteil des geregelten Direktumrichters sein. Die Sollwertgebereinheit, beispiels ^¬ weise 60Hz-Sollwertgebereinheit kann ein elektronischer Gene ^¬ rator sein, der eine Dreiphasenwechselspannung, beispielswei- se 60Hz-Dreiphasenwechselspannung, mit sinusförmigen Soll- Phasenspannungen mit definierten Amplituden erzeugt.

Bevorzugt umfasst die Sollwertgebereinheit wenigstens eine Oszillatoreinheit, mit der eine Wechselspannung mit der zwei- ten Frequenz erzeugbar ist, wenigstens zwei mit einem Ausgang der Oszillatoreinheit verbundene, in Reihe zueinander ge ^¬ schaltete Phasenschiebereinheiten, mit denen eine weitere Dreiphasenwechselspannung aus der Wechselspannung erzeugbar ist, und wenigstens eine Verstärkereinheit pro Phase der wei- teren Dreiphasenwechselspannung, wobei die Verstärkereinheiten signaltechnisch mit der Steuer- und/oder Regeleinheit verbunden sind. Die Oszillatoreinheit kann einen Wien- Robinson-Oszillator aufweisen. Die Phasenschieber können jeweils als RL-Glied ausgebildet sein.

Die Oszillatoreinheit ist bevorzugt mit einer Dreiphasenwech ^¬ selspannung des Stromnetzes synchronisierbar. Hierdurch wird die von der Sollwertgebereinheit erzeugte Soll-Dreiphasen- wechselspannung und somit die zweite Dreiphasenwechselspannung mit der Dreiphasenwechselspannung des Stromnetzes synchronisiert . Die Steuer- und/oder Regeleinheit ist bevorzugt derart mit dem Stromnetz verbindbar, dass der Steuer- und/oder Regeleinheit momentane Phasenspannungen einer Dreiphasenwechselspannung des Stromnetzes als Soll-Phasenspannungen zuführbar sind. Dies kann alternativ zur der Versorgung der Steuer- und/oder Regeleinheit mit Soll-Phasenspannungen eines Sollwertgebers vorgesehen sein. Auch hierdurch wird die zweite Dreiphasenwechselspannung mit der Dreiphasenwechselspannung des Stromnetzes synchronisiert. Die Schalteinheit umfasst bevorzugt pro Phase der zweiten

Dreiphasenwechselspannung drei Thyristoreinheiten, wobei die jeweilige Phase der zweiten Dreiphasenwechselspannung über eine der drei ihr zugeordneten Thyristoreinheiten mit einer der Phasen der ersten Dreiphasenwechselspannung verbindbar ist, und wobei jede Thyristoreinheit wenigstens zwei antipa ^¬ rallel zueinander geschaltete Thyristoren aufweist. Je nach Höhe der erzeugten ersten Dreiphasenwechselspannung können dabei ein oder mehrere Thyristoren in Reihe geschaltet sein. Die einzelnen Thyristoren sind mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit ansteuerbar.

Die Steuerung und/oder Regelung der Schalteinheit mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit wird am Beispiel einer Phase 1 der zweiten Dreiphasenwechselspannung erläutert. Zum Zeit- punkt tO liegen als Ist-Phasenspannungen beispielsweise die

Spannungen u ₅ ol(tO), u ₅ o 2(tO) und u ₅ o 3(tO), also Spannungen mit einer ersten Frequenz in Höhe von 50 Hz, am Eingang bzw. an Phaseneingängen des Direktumrichters bzw. der Schalteinheit an und als Soll-Phasenspannung die Spannung U ₆ ol(tO) vor, al- so eine Spannung mit einer zweiten Frequenz in Höhe von 60

Hz, einer Phase 1 der der Steuer- und/oder Regeleinheit zugeführten Soll-Dreiphasenwechselspannung . Dann wird über einen Vergleich ermittelt, welche der Spannungen usol(tO), Uso 2(tO) und U ₅ o3(tO) der Spannung U6ol(tO) am nächsten liegt bzw. sich am wenigstens von der Spannung U6ol(tO) unterscheidet. Diese Ermittlung kann beispielsweise durch Differenzbildung zwischen der jeweiligen Spannung u ₅ ol(tO), u ₅ o2(tO) oder u ₅ o3(tO) mit der Spannung U6ol(tO) und einer anschließenden Feststel ^¬ lung des minimalen Wertes der Spannungsdifferenzen erfolgen. Anschließend erhält der Thyristor derjenigen 50Hz-Phase der ersten Dreiphasenwechselspannung, deren Ist-Phasenspannung am wenigsten von der Soll-Phasen-spannung abweicht, mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit einen Ansteuerimpuls , wodurch dieser Thyristor die betreffende 50Hz-Phase auf einen der Phase 1 zugeordneten Phasenausgang der Schalteinheit schaltet. Dabei wird immer derjenige Thyristor der jeweiligen Thyristoreinheit angesteuert, der sich in der betreffenden Phase in Durchlassrichtung befindet. Damit kann jetzt Strom vom jeweiligen 50Hz-Eingang des Direktumrichters in die Phase 1 der zweiten 60Hz-Dreiphasenwechselspannung fließen.

Zum Zeitpunkt tO+At wird der oben beschriebene Vergleich der dann momentan gegebenen Ist-Phasenspannungen mit der jeweiligen dann momentan gegebenen Soll-Phasenspannung erneut durchgeführt, wobei wieder diejenige 50Hz-Phase ermittelt wird, deren momentane Ist-Phasenspannung zu diesem Zeitpunkt der momentanen Soll-Phasenspannung am nächsten kommt, wonach der betreffende Thyristor in Abhängigkeit der Durchlassrichtung eingeschalten wird.

Sollte letztere 50Hz-Phase dieselbe 50Hz-Phase wie zum Zeit ^¬ punkt tO sein, ändert sich nichts, d.h. der Strom fließt wei- ter in dieser 50Hz-Phase. Sollte aber zum Zeitpunkt tO+At ei ^¬ ne andere 50Hz-Phase über den Vergleich ermittelt worden sein, wird der Strom von der zum Zeitpunkt tO ermittelten 50Hz-Phase auf die zum Zeitpunkt tO+At ermittelte 50Hz-Phase kommutieren. Kommutieren bedeutet hierbei, dass der zum Zeit- punkt t0+At fließende Strom in der 50Hz-Phase y nun den in der 50Hz-Phase x fließenden Strom zum Erlöschen bringt. Die beschriebene Vorgehensweise wird entsprechend für die Phasen 2 und 3 der zweiten 60Hz-Dreiphasenwechselspannung durchgeführt. Das Ergebnis dieser Umwandlung bzw. Umrichtung ist also ein 60Hz-Spannungsverlauf, der aus At langen Zeitab- schnitten mit zum Teil sehr unterschiedlichen Spannungsamplituden besteht. Dies führt zu einem sehr hohen Oberschwingungsgehalt der 60Hz-Phasenspannungen der zweiten Dreiphasenwechselspannung, der durch den 60Hz-Frequenzfilter reduziert wird .

Der Frequenzfilter umfasst pro Phase der zweiten Dreiphasenwechselspannung wenigstens einen Reihenschwingkreis. Die drei Reihenschwingkreise können beispielsweise jeweils auf eine 60Hz-Phasenspannung abgestimmt sein. Jeder Reihenschwingkreis soll eine hohe Güte haben. Dies führt dazu, dass die Span ^¬ nungsanteile der jeweiligen Phasenspannung, insbesondere 60Hz-Phasenspannung, fast ohne Spannungsverlust den jeweili ^¬ gen Reihenschwingkreis passieren können, wogegen alle von 60Hz verschiedenen Spannungsoberschwingungen einen sehr hohen Spannungsverlust erfahren.

Die Anlage umfasst bevorzugt wenigstens einen Maschinentrans ^¬ formator, über den der Frequenzfilter mit dem Stromnetz verbindbar ist. Der Maschinentransformator wirkt als Tief- passfilter, so dass zusätzlich sichergestellt ist, dass die an Netzklemmen, über die der Maschinentransformator mit dem Stromnetz verbindbar bzw. verbunden ist, anliegenden Phasenspannungen jeweils nahezu sinusförmig sind. Nach einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erzeugen einer

Dreiphasenwechselspannung mit wenigstens einer Gasturbine und wenigstens einem mit der Gasturbine angetriebenen Generator erzeugt der angetriebene Generator eine erste Dreiphasenwech ^¬ selspannung mit einer ersten Frequenz, wobei die erste Drei- phasenwechselspannung mit der ersten Frequenz in eine zweite Dreiphasenwechselspannung mit einer zweiten Frequenz, die höher als die erste Frequenz ist, umgewandelt wird, wobei in der zweiten Dreiphasenwechselspannung vorhandene Oberschwin- gungen aus der zweiten Dreiphasenwechselspannung herausgefiltert werden, wobei momentane Ist-Phasenspannungen der einzelnen Phasen der ersten Dreiphasenwechselspannung erfasst werden, wobei in vorgegebenen Zeitabständen die Ist-Phasen- Spannungen wahlweise mit jeweils einer vorgegebenen Soll- Phasenspannung einer Soll-Dreiphasenwechselspannung verglichen werden, und wobei in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Vergleichs die Phase derjenigen Ist-Phasenspannung, die sich am wenigstens von der jeweiligen vorgegebenen Soll-Phasen- Spannung unterscheidet, zur Ausbildung einer der jeweiligen vorgegebenen Soll-Phasenspannung zugeordneten Phasenspannung der zweiten Dreiphasenwechselspannung verwendet wird.

Mit dem Verfahren sind die oben mit Bezug auf die Anlage ge- nannten Vorteile entsprechend verbunden. Insbesondere kann die Anlage gemäß einer ihrer Ausgestaltungen oder einer beliebigen Kombination von wenigstens zwei dieser Ausgestaltungen zur Durchführung des Verfahrens verwendet werden. Inso ^¬ fern können vorteilhafte Ausgestaltungen der Anlage vorteil- hafte Ausgestaltungen des Verfahrens sein, auch wenn hierauf im Folgenden nicht explizit hingewiesen wird.

Die Soll-Phasenspannungen werden bevorzugt mit wenigstens ei ^¬ ner Sollwertgebereinheit erzeugt oder Phasenspannungen einer Dreiphasenwechselspannung eines Stromnetzes werden als Soll- Phasenspannungen verwendet. Mit diesen alternativen Ausgestaltungen sind die oben mit Bezug auf die entsprechenden Ausgestaltungen des Verfahrens genannten Vorteile entspre ^¬ chend verbunden.

Die Sollwertgebereinheit wird bevorzugt mit einer Dreiphasen ^¬ wechselspannung des Stromnetzes synchronisiert. Mit dieser Ausgestaltung sind die oben mit Bezug auf die entsprechende Ausgestaltung des Verfahrens genannten Vorteile entsprechend verbunden.

Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren anhand bevorzugter Ausführungsformen bei- spielhaft erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils für sich genommen, als auch in unterschiedlicher Kombination miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbei ^¬ spiels für eine erfindungsgemäße Anlage; einen Schaltplan einer Schalteinheit eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Anlage; einen Schaltplan einer Spannungserfassungseinheit eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemä ße Anlage; einen Schaltplan einer Sollwertgebereinheit eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße An ^¬ lage ; eine schematische Darstellung einer Steuerung und/oder Regelung einer Schalteinheit eines Ausfüh rungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Anlage; und Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbei ^¬ spiels für eine erfindungsgemäße Anlage.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungs ^¬ beispiels für eine erfindungsgemäße Anlage 1 zum Erzeugen ei- ner Dreiphasenwechselspannung .

Die Anlage 1 umfasst wenigstens eine 50Hz-Gasturbine 2 und einen mit der 50Hz-Gasturbine 2 angetriebenen 50HZ-Generator 3. Der 50Hz-Generator umfasst einen nicht gezeigten Stator mit wenigstens einer Statorwicklung, die als ungesehnte Zwei ^¬ schichtwicklung ausgebildet ist. Des Weiteren umfasst die Anlage 1 einen elektrisch mit dem 50HZ-Generator 3 verbundenen, geregelten Direktumrichter 4, mit dem eine von dem 50Hz-Generator 3 erzeugte erste Dreipha ^¬ senwechselspannung mit einer ersten Frequenz in eine zweite Dreiphasenwechselspannung mit einer zweiten Frequenz, die höher als die erste Frequenz ist, umwandelbar ist.

Zudem umfasst die Anlage 1 einen 60Hz-Frequenzfilter 5, mit dem in der zweiten Dreiphasenwechselspannung vorhandene Ober- Schwingungen aus der zweiten Dreiphasenwechselspannung herausfilterbar sind. Der 60Hz-Frequenzfilter 5 umfasst pro Phase der zweiten Dreiphasenwechselspannung einen nicht gezeigten Reihenschwingkreis, wie es beispielsweise in Fig. 7 gezeigt ist.

Zusätzlich umfasst die Anlage 1 einen Maschinentransformator 6, über den der 60Hz-Frequenzfilter 5 mit einem 60Hz-Strom- netz 7 verbunden ist, dessen Netzfrequenz höher als die erste Frequenz ist. Folglich ist der 60Hz-Frequenzfilter 5 mittel- bar mit dem 60Hz-Stromnetz 7 verbunden.

Die Anlage 1 umfasst des Weiteren eine nicht gezeigte 50Hz- Spannungserfassungseinheit , mit der momentane Ist-Phasen ^¬ spannungen der einzelnen Phasen der ersten Dreiphasenwechsel- Spannung erfassbar sind. Die 50HZ-Spannungserfassungseinheit kann entsprechend Fig. 3 ausgebildet und ein Bauteil des ge ^¬ regelten Direktumrichters 4 sein.

Zudem umfasst die Anlage 1 eine nicht gezeigte, ansteuerbare Schalteinheit, über die jeweils eine der Phasen der ersten Dreiphasenwechselspannung wahlweise mit jeweils einer der Phasen der zweiten Dreiphasenwechselspannung verbindbar ist. Die Schalteinheit kann pro Phase der zweiten Dreiphasenwechselspannung drei nicht gezeigte Thyristoreinheiten aufweisen. Die jeweilige Phase der zweiten Dreiphasenwechselspannung kann über eine der drei ihr zugeordneten Thyristoreinheiten mit einer der Phasen der ersten Dreiphasenwechselspannung verbindbar sein. Jede Thyristoreinheit kann wenigstens zwei antiparallel zueinander geschaltete, nicht gezeigte Thyristo ^¬ ren aufweisen. Die ansteuerbare Schalteinheit kann entspre ^¬ chend Fig. 2 ausgebildet und ein Bauteil des geregelten Di ^¬ rektumrichters 4 sein.

Des Weiteren umfasst die Anlage 1 eine signaltechnisch mit der Spannungserfassungseinheit und der Schalteinheit verbun ^¬ dene, nicht gezeigte Steuer- und/oder Regeleinheit, die ein ^¬ gerichtet ist, in vorgegebenen Zeitabständen die Ist-Phasen- Spannungen wahlweise mit jeweils einer vorgegebenen Soll- Phasenspannung einer Soll-Dreiphasenwechselspannung zu vergleichen und in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Vergleichs die Schalteinheit derart anzusteuern, dass die Schalteinheit die Phase derjenigen Ist-Phasenspannung, die sich am wenigs- tens von der jeweiligen vorgegebenen Soll-Phasenspannung unterscheidet, mit einem der jeweiligen vorgegebenen Soll- Phasenspannung zugeordneten, nicht gezeigten Phasenausgang der Schalteinheit verbindet. Die Steuer- und/oder Regeleinheit kann entsprechend Fig. 5 ausgebildet und ein Bauteil des geregelten Direktumrichters 4 sein.

Die Anlage 1 kann zusätzlich eine signaltechnisch mit der Steuer- und/oder Regeleinheit verbundene, nicht gezeigte Sollwertgebereinheit aufweisen, mit der die Soll-Phasen- Spannungen erzeugbar sind. Die Sollwertgebereinheit kann bei ^¬ spielsweise entsprechend Fig. 4 ausgebildet und ein Bauteil des geregelten Direktumrichters 4 sein. Alternativ kann die Steuer- und/oder Regeleinheit derart mit dem 60Hz-Stromnetz 7 verbindbar sein, dass der Steuer- und/oder Regeleinheit mo- mentane Phasenspannungen einer 60HZ-Dreiphasenwechselspannung des 60Hz-Stromnetzes als Soll-Phasenspannungen zuführbar sind .

Die Sollwertgebereinheit kann wenigstens eine nicht gezeigte Oszillatoreinheit aufweisen, mit der eine Wechselspannung mit der zweiten Frequenz erzeugbar ist. Zudem kann die Sollwertgebereinheit wenigstens zwei mit einem Ausgang der Oszilla ^¬ toreinheit verbundene, in Reihe zueinander geschaltete, nicht gezeigte Phasenschiebereinheiten aufweisen, mit denen eine weitere Dreiphasenwechselspannung aus der Wechselspannung erzeugbar ist. Zudem kann die Sollwertgebereinheit wenigstens eine nicht gezeigte Verstärkereinheit pro Phase der weiteren Dreiphasenwechselspannung aufweisen, wobei die Verstärkereinheiten signaltechnisch mit der Steuer- und/oder Regeleinheit verbindbar sind. Die Oszillatoreinheit kann einen nicht ge ^¬ zeigten Wien-Robinson-Oszillator aufweisen. Die Oszillatoreinheit kann mit einer Dreiphasenwechselspannung des 60Hz- Stromnetzes 7 synchronisierbar sein.

Fig. 2 zeigt einen Schaltplan einer Schalteinheit 8 eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Anlage, die nicht weitergehender in Fig. 2 gezeigt ist.

Die Schalteinheit 8 umfasst pro Phaseneingang bzw. 60Hz-Phase Ρβοΐ _/ Ρβο2 bzw. Ρβο3 der zweiten 60Hz-Dreiphasenwechselspannung drei Thyristoreinheiten 9 bis 11, wobei die 60Hz-Phasen Peol, Ρβο2 und Ρβο3 einen 60Hz-Ausgang des nicht weitergehender ge- zeigten Direktumrichters ausbilden können. Die jeweilige

60Hz-Phase Peol, Ρβο2 bzw. Ρβο3 ist über eine der drei ihr zu ^¬ geordneten Thyristoreinheiten 9 bis 11 mit einer der 50Hz- Phasen P ₅₀ I, Pso2 bzw. Pso3 der ersten Dreiphasenwechselspan ^¬ nung verbindbar. Jede Thyristoreinheit 9, 10 bzw. 11 umfasst zwei antiparallel zueinander geschaltete Thyristoren (Pll, Nil), (P21, N21), (P31, N31), (P12, N12), (P22, N22), (P32, N32), (P13, N13), (P23, N23), (P33, N33), die mittels der nicht gezeigten Steuer- und/oder Regeleinheit ansteuerbar sind. Die 50Hz-Phasen P ₅₀ I, Pso2 und Pso3 können einen 50Hz- Eingang des nicht weitergehender gezeigten Direktumrichters ausbilden .

Fig. 3 zeigt einen Schaltplan einer 50Hz-Spannungserfassungs- einheit 12 eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsge- mäße Anlage, die nicht weitergehender in Fig. 3 gezeigt ist.

Im oberen Bereich von Fig. 3 ist der geregelte 60Hz-Direkt- umrichter 4 mit seinem dreiphasigen 50Hz-Eingang 13 und sei- nem dreiphasigen 60Hz-Ausgang 14 gezeigt. Die 50Hz- Spannungserfassungseinheit 12 umfasst für jede 50Hz-Phase P ₅₀ I, P ₅₀ 2 bzw. P ₅ o 3 einen Messwandler 15, mit denen die 50Hz- Ist-Phasenspannungen U ₅₀ I, Uso 2 bzw. Uso 3 erfassbar sind.

Fig. 4 zeigt einen Schaltplan für eine Sollwertgebereinheit

16 eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Anla ^¬ ge, die nicht weitergehender in Fig. 4 gezeigt ist. Die Sollwertgebereinheit 16 umfasst eine 60Hz-Oszillatorein- heit 17, mit der eine Wechselspannung mit der zweiten Frequenz erzeugbar ist. Die 60Hz-Oszillatoreinheit kann einen Wien-Robinson-Oszillator aufweisen. Die 60Hz-Oszillatorein- heit kann über die Verbindung 18 mit einer Dreiphasenwechsel- Spannung des 60Hz-Stromnet zes synchronisiert werden.

Die Sollgebereinheit 16 umfasst des Weiteren zwei mit einem Ausgang der 60Hz-Oszillatoreinheit verbundene, in Reihe zuei ^¬ nander geschaltete Phasenschiebereinheiten 19, die jeweils als RL-Glied ausgebildet sind und mit denen eine weitere

Dreiphasenwechselspannung aus der mit der Oszillatoreinheit

17 erzeugten Wechselspannung erzeugbar ist.

Ferner umfasst die Sollwertgebereinheit 16 eine Verstärker- einheit 20 pro Phase der weiteren Dreiphasenwechselspannung, wobei die Verstärkereinheiten 20 signaltechnisch mit der nicht gezeigten Steuer- und/oder Regeleinheit verbunden sind. Die Sollwertgebereinheit 16 erzeugt somit die 60Hz-Soll- Phasenspannungen U60I, U 6o 2 und U 6o 3

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Steuerung und/oder Regelung einer Schalteinheit 8 eines Ausführungsbei ^¬ spiels für eine erfindungsgemäße Anlage, die nicht weiterge ^¬ hender in Fig. 5 gezeigt ist.

Es sind die 60Hz-Sollwertgebereinheit 16, die 50Hz-Spannungs- erfassungseinheit 12 und die Steuer- und/oder Regeleinheit 21 gezeigt. Die Steuer- und/oder Regeleinheit 21 ist über Steu- erleitungen 22 mit den nicht gezeigten Thyristoren der

Schalteinheit 8 verbunden. In Fig. 5 sind lediglich diejenigen Steuerleitungen 22 gezeigt, über welche die Steuer- und/oder Regeleinheit 21 mit den Thyristoren Pll, Nil, P21, N21, P31 und N31 verbunden ist, wobei diese Steuerleitungen 22 entsprechend gekennzeichnet sind.

Die Steuerung und/oder Regelung der Thyristoren basiert auf einem in zeitlich äquidistanten Abschnitten At durchgeführten Vergleich der 60Hz-Soll-Phasenspannungen U ₆ o2 und U ₆ o3 mit den 50Hz-Ist-Phasenspannungen U ₅₀ I, Uso2 und Uso3. Dies wird in Fig. 5 am Beispiel der Phase 1 der von der Sollwert ^¬ gebereinheit 16 erzeugten Soll-Dreiphasenwechselspannung erläutert .

Zu dem Zeitpunkt tO liegen die 50Hz-Ist-Phasenspannungen U ₅₀ I, U ₅ o2 und U ₅ o3 und die 60Hz-Soll-Phasenspannung U ₆₀ I der Phase 1 vor. Diese Spannungswerte werden der Steuer- und/oder Regeleinheit 21 zugeführt. Die Steuer- und/oder Regeleinheit 21 ermittelt, welche der 50Hz-Ist-Phasenspannungen U ₅₀ I, Uso2 und U ₅ o3 der 60Hz-Soll-Phasenspannung U ₆₀ I am nächsten liegt bzw. am sich am wenigsten von der 60Hz-Soll-Phasenspannung U ₆₀ I unterscheidet. Diese Ermittlung kann beispielsweise durch Differenzbildung zwischen den 50Hz-Ist-Phasenspannungen U ₅₀ I, U ₅ o2 und U ₅ o3 und der 60Hz-Soll-Phasenspannung U ₆₀ I er ^¬ folgen. Anschließend stellt die Steuer- und/oder Regeleinheit 21 anhand der jeweiligen Spannungsdifferenzen fest, welche der 50Hz-Ist-Phasenspannungen U ₅₀ I, Uso2 und Uso3 sich am we ^¬ nigsten von der 60Hz-Soll-Phasenspannung U ₆₀ I unterscheidet. Anschließend erhält der Thyristor derjenigen 50Hz-Phase, de ^¬ ren 50Hz-Ist-Phasenspannung der 60Hz-Soll-Phasenspannung U ₆₀ I am nächsten liegt, einen Ansteuerimpuls von der Steuer- und/oder Regeleinheit 21, wodurch der Thyristor die betreffende 50Hz-Phase auf eine der Phase 1 zugeordnete Ausgangpha- se der Schalteinheit 8 schaltet. Dabei wird immer der Thyris ^¬ tor angesteuert, der sich in der betreffenden Phase in Durchlassrichtung befindet. Damit kann ein Strom vom 50Hz-Eingang des Direktumrichters in die Phase 1 des 60Hz-Ausgangs des Di ^¬ rektumrichters fließen.

Zum Zeitpunkt tO+ At wird der oben beschriebene Vergleich der 50Hz-Ist-Phasenspannungen mit der 60Hz-Soll-Phasenspannung erneut durchgeführt und es wird wieder diejenige 50Hz-Phase ermittelt, deren 50Hz-Ist-Phasenspannung zu diesem Zeitpunkt der 60Hz-Soll-Phasenspannung am nächsten kommt. Dann wird der betreffende Thyristor in Abhängigkeit der Durchlassrichtung eingeschaltet. Sollte das dieselbe 50Hz-Phase wie zum Zeit ^¬ punkt tO sein, ändert sich nichts, d.h. der Strom fließt wei ^¬ ter in dieser Phase. Sollte jedoch bei dem Vergleich eine andere Phase ermittelt worden sein, wird der Strom von der zum Zeitpunkt tO ermittelten Phase auf die zum Zeitpunkt tO+ At ermittelte Phase kommutieren. Kommutieren bedeutet hierbei, dass der zum Zeitpunkt tO+ At fließende Strom in der Phase y nun den in der Phase x fließenden Strom zum Erlöschen bringt. Die beschriebene Vorgehensweise wird für die Phasen 2 und 3 der zweiten 60Hz-Dreiphasenwechselspannung entsprechend durchgeführt.

Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungs ^¬ beispiels für eine erfindungsgemäße Anlage 1 zum Erzeugen ei ^¬ ner Dreiphasenwechselspannung . Von der Anlage 1 sind ledig- lieh der geregelte 60Hz-Direktumrichter 4, der 60Hz-Frequenz- filter 5 und der mit dem 60Hz-Stromnetz 7 verbundene Maschinentransformator 6 gezeigt. Des Weiteren ist lediglich eine Phase der zweiten 60Hz-Dreiphasenwechselspannung gezeigt. Im Übrigen kann die Anlage 1 gemäß wenigstens einer der Fign. 1 bis 5 ausgebildet sein.

Zwischen dem 60Hz-Frequenzfilter 5 und dem Maschinentransformator 6 ist ein Schalter 23 angeordnet, mit dem der 60Hz- Frequenzfilter 5 bei Bedarf von dem 60Hz-Stromnetz 7 trennbar ist. Der 60Hz-Frequenzfilter 5 umfasst für jede Phase einen Reihenschwingkreis 24 mit einer Kapazität 25 und einer dazu in Reihe geschalteten Induktivität 26. Zwischen dem Maschinentransformator 6 und dem 60Hz-Stromnetz 7 zweigt die Verbindung 18 ab, über die der Oszillator der nicht gezeigten Sollwertgebereinheit synchronisierbar ist, wie es in Fig. 4 gezeigt ist.

Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele 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 .