Zur Aufrechterhaltung der Energieversorgung einer mit einem elektrischen Versorgungsnetz verbundenen Last ist es aus der US 5, 329, 222 bekannt, seriell zwischen dem Versorgungsnetz und der Last eine Zusatzspannung einzuspeisen, wenn die Span- nung des Versorgungsnetzes absinkt oder ausfällt. Die Zusatz- spannung wird dabei über einen seriellen Transformator, auch Längstransformator genannt, seriell eingespeist. Dabei wird dem Transformator Energie von einem Energiespeicher zuge- führt.

Aus der US 5, 514, 915 ist eine ähnliche Anordnung bekannt, bei der die Einspeisung der stützenden Energie parallel erfolgt.

Diese Anordnung wird auch als"shunt connected"bezeichnet.

Problematisch bei dieser Anordnung ist, daß bei einem Fehler im Versorgungsnetz Energie oder Scheinleistung gegebenenfalls nicht zur Last sondern in den Fehler des Versorgungsnetzes fließt.

Aus Patent Abstracts of Japan : E-747, 1989, Vol. 13/No. 168, JP 64-1434 ist ein System bekannt, mit dem momentane elektri- sche Spannungsabfälle auf einer Energieversorgungsleitung durch Abgeben einer Spannung kompensiert werden. Das System umfaßt einen Umrichter, der über einen Transformator seriell in eine Energieversorgungsleitung geschaltet ist, die eine Energiequelle mit einer Last verbindet. Der Transformator weist zwei Wicklungen auf, von denen eine Wicklung seriell in die Leitung geschaltet ist. Bei einem Spannungsabfall auf der Energieversorgungsleitung wird der Umrichter gestartet, wobei

aus einer nicht näher dargestellten Gleichspannungsquelle elektrische Energie entnommen und über den Transformator als die Spannung an die Energieversorgungsleitung abgegeben wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Stützung der Energieversorgung einer mit einem Versorgungs- netz verbundenen Last anzugeben, die bei paralleler Ankopp- lung an die Last weitgehend von dem Versorgungsnetz entkop- pelt ist.

Die Lösung der Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit den Merk- malen des Anspruchs 1. Ausgehend vom Stand der Technik ist dabei vorgesehen, daß der Energiespeicher in Serie mit der zweiten Wicklung an das lastseitige Ende der ersten Wicklung angeschlossen ist, wobei die beiden Wicklungen bei gleicher Stromflußrichtung bezogen zur Last einander entgegenwirkende magnetische Felder aufweisen. Damit ist eine Entkopplung nach Art einer Duplex-Drossel gebildet.

Auf diese Weise ist die Impedanz zwischen der Anordnung und dem Versorgungsnetz gegenüber der Impedanz zwischen Vorrich- tung und Last wesentlich erhöht, so daß quasi eine Entkopp- lung zwischen Anordnung und Versorgungsnetz gegeben ist. Ge- genseitige Beeinflussungen sind dadurch gering gehalten, wo- bei die Versorgungsspannung für die Last stabil gehalten wer- den kann.

Prinzipiell sind Duplex-Drosseln aus dem Stand der Technik bekannt. Dort werden sie auch als Stromteiler, Stromteiler- Drosselspulen, Ausgleichs-oder Kompensationsdrosseln oder Glättungsdrossel mit Mittelanzapfung bezeichnet. Aus der Li- teraturstelle"Netzgestaltung mit Duplex-Drosseln", STG- Sprechtag des FA Elektrotechnik, am 16. 04. 1997, Bremerhaven, Verfasser Planitz W und Schild W, ist der Einsatz von Duplex- Drosseln bei der Bordnetzgestaltung auf Schiffen bekannt.

Aus der Literaturstelle"Moderne Bordnetzkonzepte", Handbuch der Werften, Band XXI, S. 66-67, 1992, Schiffahrtsverlag Hansa, ist ein Einsatz von Duplex-Drosseln bekannt, bei dem von einem oder mehreren Einspeisen Energie auf zwei Teilnetze verteilt wird/werden. Die Duplex-Drosseln werden so ausge- legt, daß im ungestörten Betrieb die beiden Zweige der Dros- seln von Strömen solcher Höhe durchflossen werden, daß magne- tische Wirkungen der Ströme sich aufheben.

Mit Vorteil können die beiden Wicklungen auf einen gemeinsa- men Eisenkern angeordnet sein. Damit ist eine enge magneti- sche Kopplung gegeben. Alternativ ist auch eine Ausführung als Luftspule möglich. Damit sind bei einfacher Fertigung ge- genüber einer Eisenkernausführung Sättigungsprobleme vermie- den. Die beiden Wicklungen können etwa gleich groß ausgeführt sein. Damit ergeben sich in etwa symmetrische Impedanzver- hältnisse.

Es ist günstig, wenn die beiden Wicklungen magnetisch paral- lel und elektrisch antiparallel geschaltet sind. Damit ist eine einfache Verschaltung der Anordnung gegeben. Mit Vorteil weist der Energiespeicher eine Energiezelle oder ein Spei- cherelement und einen Umrichter auf, wobei das Speicherele- ment als supraleitender Energiespeicher, Batterie, Kondensa- tor, Schwungrad oder Brennstoffzelle ausgebildet sein kann.

Damit ist die Anordnung an vielfältige Einsatzbedingungen an- passbar.

Bei der vorliegenden erfindungsgemäßen Anordnung sind die Ströme in den beiden Zweigen oder Wicklungen der Duplex- Drossel bei der ungestörten Versorgung der Last ungleich, wo- bei sich die magnetischen Wirkungen der Wicklungen nicht auf- heben. Der Strom durch die zweite Wicklung kann dabei null sein. Erst im Fehler-oder Störfall fließt hier ein Strom. In diesem Fall sind die beiden Einspeiser (Versorgungsnetz und Energiespeicher)-anders als in den obengenannten Bordnetz- anwendungen-über die Duplex-Drossel entkoppelt.

Durch die antiparallel durchflossenen Wicklungen wirkt zwi- schen dem Energiespeicher und dem Versorgungsnetz eine, z. B. bei gleichen Windungszahlen um den Faktor 4, größere Indukti- vität als die Induktivität zwischen Versorgungsnetz und Last oder Anordnung und Last. Durch die Entkopplung ist auch eine Übertragung von Störungen nach Art von Harmonischen vom Ver- sorgungsnetz zur Last oder umgekehrt oder vom Umrichter zum Versorgungsnetz wirksam verhindert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, weitere Vorteile und Details werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläu- tert. Es zeigen : FIG 1 eine erfindungsgemäße Anordnung und FIG 2 die Anordnung gemäß FIG 1 in einer Ersatzschaltbilddar- stellung.

In den nachfolgend beschriebenen Figuren sind gleiche Details mit gleichen oder zumindest sinngemäß gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

FIG 1 zeigt eine Anordnung 1 zur Energieversorgung einer mit einem elektrischen Versorgungsnetz 3 verbundenen Last 5. Bei der Last 5 kann es sich beispielsweise um einen Mittel-oder Hochspannungsverbraucher, z. B. einen Industrieverbraucher oder eine Fabrik, handeln. Die Last 5 hat dabei hohe Anforde- rungen an eine sichere gleichmäßige Energieversorgung an ih- rem Anschlußpunkt 4 aus dem elektrischen Versorgungsnetz 3.

Dies ist insbesondere für Produktionsprozesse wichtig, bei denen keine Unterbrechung oder Störung der Energieversorgung auftreten darf. Als Beispiel hierzu kann die Herstellung von Halbleiterbauteilen genannt werden.

Die Last 5 kann dabei ein-oder mehrphasig, insbesondere zum Anschluß an ein Drehstromnetz, ausgebildet sein. Das Versor- gungsnetz 3 ist dann entsprechend ausgelegt.

In die die Last 5 mit dem Versorgungsnetz 3 verbindende Lei- tung 7 ist vorliegend ein zur Anordnung 1 gehöriges indukti- ves Element 9 geschaltet. Das induktive Element 9 ist bevor- zugt als Duplex-Drossel ausgeführt. Es weist eine erste und eine zweite Wicklung lla bzw. llb auf. Die beiden Wicklungen lla und llb weisen jeweils ein erstes und ein zweites Ende auf, wobei vorliegend die ersten Enden jeweils mit einem Punkt gekennzeichnet sind.

Die erste Wicklung lla ist seriell in die Leitung 7 zwischen das Versorgungsnetz 3 und der Last 5 geschaltet. Die zweite Wicklung llb verbindet die Last 5 mit einem Energiespeicher 13, der zur Stützung oder Aufrechterhaltung der Energiever- sorgung für die Last 5 im Fehler-oder Störfall dient. Der Energiespeicher 13 kann auch als Scheinleistungsquelle oder zur Spannungsstützung angesehen werden und umfaßt zumindest ein Speicherelement 15, welches beispielsweise als Batterie, Schwungrad, Brennstoffzelle, Kondensator, Dieselgenerator oder supraleitender, insbesondere magnetischer, Energiespei- cher, also als mechanischer, elektrischer oder chemischer Energiespeicher ausgebildet sein kann.

Zur Anpassung der Spannungs-und Stromverhältnisse und zur Steuerung der Energieflüsse kann der Energiespeicher 13 op- tional ein Ankoppelgerät, insbesondere einen Umrichter 17 und/oder einen Transformator 19, umfassen. Der Einsatz und die Auslegung dieser Bauelemente sind allgemein aus dem Stand der Technik bekannt und werden vorliegend nicht weiter be- schrieben. Das Ankoppelgerät kann im einfachsten Fall als Schalter ausgebildet sein, wobei bevorzugt Ausführungen mit Umrichter oder Steller zur Anwendung kommen. Damit ist eine Ausbildung des Energiespeichers 13 als Wirk-oder Scheinlei- stungsquelle möglich.

Die beiden Wicklungen lla und llb sind vorliegend beispiel- haft über einen Eisenkern 21 magnetisch eng miteinander ge- koppelt und mechanisch parallel zueinander angeordnet.

Selbstverständliche ist auch eine Ausführung ohne Eisenkern möglich. Elektrisch sind die beiden Wicklungen lla und llb antiparallel geschaltet. Dies wird aus den eingezeichneten Stromflußrichtungen IN und Is deutlich. Während von dem Ver- sorgungsnetz 3 die Stromflußrichtung IN in der ersten Wick- lung lla von dem zweiten Ende zu dem ersten Ende (die ersten Enden der Wicklungen sind jeweils mit einem Punkt gekenn- zeichnet) erfolgt liegt die Stromflußrichtung Is für die zweite Wicklung llb in Richtung von dem ersten Ende zum zwei- ten Ende. Das zweite Ende der zweiten Wicklung llb ist also elektrisch mit dem ersten Ende der ersten Wicklung lla ver- bunden. Damit wirken die Ströme IN und Is in diesen beiden Wicklungen lla bzw. llb über ihre Felder einander entgegen.

FIG 2 zeigt eine Darstellung der Anordnung 1 gemäß FIG 1 im Ersatzschaltbild, wobei die Impedanzverhältnisse deutlich werden. Aufgrund der Ausgestaltung des induktiven Elements 9 ergibt sich bei gleichen Windungsverhältnissen der beiden Wicklungen lla und llb zwischen dem Netz und dem Energiespei- cher 13 eine Impedanz von 2L + 2L = 4L. Zwischen dem Versor- gungsnetz 3 oder dem Energiespeicher 13 und der Last 5 ergibt sich in diesem Fall jeweils eine Impedanz von 2L-L = L. Da- mit ist die Impedanz zwischen dem Versorgungsnetz 3 und dem gegebenenfalls als Scheinleistungsquelle dienenden Energie- speicher 13 um den Faktor 4 höher als jeweils zwischen diesen beiden Elementen und der Last 5. Damit ist eine hohe Entkopp- lung zwischen dem Versorgungsnetz 3 und dem Energiespeicher 13 gegeben. Gegenseitige Beeinflussungen sind damit gering gehalten.

Eine Duplex-Drossel ist ein Spezialtransformator mit zwei Wicklungen bevorzugt geringer Streuinduktivität. Die Wicklun- gen lla und llb werden antiparallel von den Strömen IN und Is durchflossen. Im vorliegenden Fall muß die Duplex-Drossel für einen einseitigen Stromfluß, bei dem also im wesentlichen der volle Laststrom über eine Wicklung fließt, ausgelegt werden.

Die zwischen dem Energiespeicher 13 und der Last 5 wirkende

Impedanz des induktiven Elements 9 ist bei der Dimensionie- rung des Transformators 19 zu berücksichtigen. Das gleiche gilt auch, wenn die Last 5 und/oder die gesamte Anordnung 1 gegebenenfalls über einen Transformator an das Versorgungs- netz 3 angeschlossen ist.

Die Spannung an der Last 5 kann mit der vorliegenden Anord- nung 1 bei niederimpedanten Spannungseinbrüchen deutlich bes- ser gestützt werden. Die allgemein bekannten Vorteile für die Duplex-Drossel kommen vorliegend für die beiden Einspeiser oder Teilnetze, nämlich dem Versorgungsnetz 3 und dem Ener- giespeicher 13, vorteilhaft zur Anwendung. Wesentlich ist da- bei, daß der Kurzschlußstrom in den jeweiligen Teilnetzen deutlich reduziert wird. Darüber hinaus wird die Spannung bei dynamischen Vorgängen im nicht betroffenen Teilnetz gestützt.

Außerdem ist verhindert, daß Netzrückwirkungen von einem in das andere Teilnetz gelangen.

Grundgedanke der vorliegenden Idee ist, daß ein nach Art ei- ner Duplex-Drossel wirkendes induktives Element in Verbindung mit einer Anordnung zur Spannungsstützung oder einer Schein- leistungsquelle bei einem sensitiven Verbraucher eingesetzt wird. Mögliche Anwendungen sind z. B. statische Kompensatoren zur Spannungsstützung oder zur Blindleistungskompensation, wobei die Art des Kompensators beliebig ist. In einem solchen Fall kann der Energiespeicher 13 im oben angeführten Beispiel im Einzelfall auch lediglich einen Umrichter mit einem Kon- densator als Speicherelement 15 nach Art einer Scheinlei- stungsquelle umfassen. Dabei können selbstgeführte U-oder I- Umrichter (beispielsweise mit GTO's oder GCT's oder IGBT's oder sonstigen geeigneten Ventilen), netzgeführte Schalter oder Steller, mechanisch geschaltete Kapazitäten oder sonsti- ge geeignete Anordnungen zur Anwendung kommen. Durch die Ver- wendung des induktiven Elements ist eine günstige Entkopplung erzielt, wodurch eine Scheinleistungsvorzugsrichtung in Rich- tung der Last gegeben ist.

Weitere Anwendungsmöglichkeiten sind z. B. USV-ähnliche Strom- versorgungen, wie sie bei großen Energien mit SMES (supralei- tender magnetischer Energiespeicher), Schwungrädern oder Brennstoffzellen möglich sind. Bei Anwendungen mit einem SMES sind Energien von 10 bis etwa 1000 MVAs denkbar. Prinzipiell sind Anwendungen ohne Wirkleistungsabgabe und/oder mit einer hohen Wirkleistungsabgabe möglich.

Selbstverständlich kann wie beim Stand der Technik auch zwi- schen dem induktiven Element 9 und dem elektrischen Versor- gungsnetz 3 noch ein Schaltelement, z. B. ein Halbleiter, ein- gefügt werden, um eine völlige Abkopplung der Last 5 von dem elektrischen Versorgungsnetz 3 zu ermöglichen. Hierzu ist ei- ne Versorgung der Last 5 mit zumindest Wirkleistung erforder- lich.