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EP-3830944-B1 - SWITCHABLE LONGITUDINAL VOLTAGE SOURCE, DC TRANSMISSION SYSTEM WITH LONGITUDINAL VOLTAGE SOURCE, AND METHOD FOR OPERATING A LONGITUDINAL VOLTAGE SOURCE

EP3830944B1EP 3830944 B1EP3830944 B1EP 3830944B1EP-3830944-B1

Inventors

  • SCHÖN, Andre
  • BAKRAN, MARK-MATTHIAS
  • HOFMANN, Viktor

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20180925

Claims (13)

  1. An arrangement with a switchable longitudinal voltage source (10, 10'), wherein the longitudinal voltage source (10, 10') has a first supply terminal (E1) for supplying a first current (I1), a first output terminal (A1) for outputting the first current (I1), a second supply terminal (E2) for supplying a second current (I2) and a second output terminal (A2) for outputting the second current (I2), wherein the longitudinal voltage source is suitable for selectively switching an electrical voltage (Uc) of an electrical energy store (11) of the longitudinal voltage source between the first supply terminal and the first output terminal or between the second supply terminal and the second output terminal, wherein - the first supply terminal (E1) is connectable to a first terminal (C1) of the energy store (11) by means of a first switching device (SR1), - the second supply terminal (E2) is connectable to a second terminal (C2) of the energy store (11) by means of a second switching device (SR2), - a first series circuit (R1), which comprises a first switch (S1) and a first switching unit (SH1) and connects the first supply terminal to the second terminal (C2) of the energy store (11), is coupled to the first supply terminal (E1), - a first terminal of the first switch (S1) forms an outer terminal of the first series circuit (R1) and the first supply terminal, and a first terminal of the first switching unit (SH1) forms a second outer terminal of the first series circuit (R1) and is connected to the second terminal (C2) of the energy store (11), and a centre terminal (M1) of the first series circuit (R1) lies electrically between the second terminal of the first switch (S1) and the second terminal of the first switching unit (SH1), - a second series circuit (R2), which comprises a second switch (S2) and a second switching unit (SH2) and connects the second supply terminal (E2) to the first terminal (C1) of the energy store (11), is coupled to the second supply terminal, - a first terminal of the second switch (S2) forms an outer terminal of the second series circuit (R2) and the second supply terminal (E2), and a first terminal of the second switching unit (SH2) forms a second outer terminal of the second series circuit (R2) and is connected to the first terminal (C1) of the energy store (11), and a centre terminal (M2) of the second series circuit (R2) lies electrically between the second terminal of the second switch (S2) and the second terminal of the second switching unit (SH2), and wherein - the centre terminal (M1) of the first series circuit (R1) directly forms the first output terminal (A1), and the centre terminal (M2) of the second series circuit (R2) directly forms the second output terminal (A2), characterised in that a polarity reversal device (30) is arranged downstream of the longitudinal voltage source and is switched between the two output terminals (A1, A2) and two conductor terminal contacts (30a, 30b) of the longitudinal voltage source (10), - wherein, in a first position, the polarity reversal device (30) connects the first output terminal (A1) to the first conductor terminal contact (30a) and the second output terminal (A2) to the second conductor terminal contact (30b), and - wherein, in a second position, the polarity reversal device (30) connects the first output terminal (A1) to the second conductor terminal contact (30b) and the second output terminal (A2) to the first conductor terminal contact (30a).
  2. The arrangement with a switchable longitudinal voltage source (10, 10') according to claim 1, characterised in that the second switching device (SR2), the first switching unit (SH1) and the first switch (S1) are each formed by a controllable valve or have one or more controllable valves.
  3. The arrangement with a switchable longitudinal voltage source (10, 10') according to any one of the preceding claims, characterised in that the first (S1) and second switches (S2), the first and second switching units (SH1, SH2) and the first and second switching devices (SR1, SR2) are each unipolarly switching.
  4. The arrangement with a switchable longitudinal voltage source (10, 10') according to any one of the preceding claims, characterised in that - switches (S) of the first switching device (SR1) are structurally identical to the one or more switches (S) of the second switching unit (SH2), or - switches (S) of the first switching device (SR1) are structurally identical to the second switch (S2), or - switches (S) of the second switching unit (SH2) are structurally identical to the second switch (S2).
  5. The arrangement with a switchable longitudinal voltage source (10, 10') according to any one of the preceding claims, characterised in that - the first and second switching units (SH1, SH2) are each formed by a switch or two or more switches lying in series, - the first and second switching devices (SR1, SR2) are each formed by two or more switches lying in series, - the first and second switching devices (SR1, SR2) each have one switch more than the first and second switching units (SH1, SH2), and - all switches are unipolarly switching.
  6. The arrangement with a switchable longitudinal voltage source (10, 10') according to any one of the preceding claims, characterised in that at least one of the switches (S) of the longitudinal voltage source (10, 10') is formed by a non-controllable valve, in particular solely by a diode (D).
  7. The arrangement with a switchable longitudinal voltage source (10, 10') according to any one of the preceding claims, characterised in that - at least one of the switches, preferably all switches, of the first switching device (SR1) is formed by a non-controllable valve, in particular a diode (D), - at least one of the switches, preferably all switches, of the second switching unit (SH2) is formed by a non-controllable valve, in particular a diode (D), and/or - the second switch (S2) is formed by a non-controllable valve, in particular a diode (D).
  8. A longitudinal voltage source cascade (LQK), characterised in that it has two or more longitudinal voltage sources according to any one of the preceding claims.
  9. The longitudinal voltage source cascade (LQK) according to claim 8, characterised in that - a first input (Ke1) of the longitudinal voltage source cascade (LQK) is formed by a first supply terminal (E1) of the first longitudinal voltage source (10) of the longitudinal voltage source cascade (LQK), - a second input (Ke2) of the longitudinal voltage source cascade (LQK) is formed by a second supply terminal (E2) of the first longitudinal voltage source (10) of the longitudinal voltage source cascade (LQK), - a first output (Ka1) of the longitudinal voltage source cascade (LQK) is formed by a first output terminal (A1) of the last longitudinal voltage source (10') of the longitudinal voltage source cascade (LQK), - a second output (Ka2) of the longitudinal voltage source cascade (LQK) is formed by a second output terminal (A2) of the last longitudinal voltage source (10') of the longitudinal voltage source cascade (LQK), - downstream of each longitudinal voltage source, with the exception of the last one, one longitudinal voltage source is arranged in each case, wherein the first supply terminal (E1) of each downstream longitudinal voltage source is connected to the first output terminal (A1) of the upstream longitudinal voltage source and the second supply terminal (E2) of each downstream longitudinal voltage source is connected to the second output terminal (A2) of the upstream longitudinal voltage source.
  10. The longitudinal voltage source cascade (LQK) according to claim 8 or 9, characterised in that the withstand voltage of the switching devices and switching units of the longitudinal voltage sources of the longitudinal voltage source cascade (LQK) increases from each longitudinal voltage source to the downstream longitudinal voltage source of the longitudinal voltage source cascade (LQK) by the blocking voltage of the energy store (11) of the longitudinal voltage sources.
  11. The longitudinal voltage source cascade (LQK) according to any one of the preceding claims 8 to 10, characterised in that the number of the switches (S) per switching unit and switching device increases from each longitudinal voltage source to the downstream longitudinal voltage source of the longitudinal voltage source cascade (LQK) by one switch.
  12. A DC transmission system (20), characterised in that it is equipped at least with a longitudinal voltage source according to any one of the preceding claims and has first and second high-voltage DC transmission lines (21, 22) which are coupled to the output terminals of the longitudinal voltage source or the outputs of the longitudinal voltage source cascade (LQK), wherein a polarity reversal device (30) is arranged downstream of the longitudinal voltage source and is switched between the two output terminals (A1, A2) and two conductor terminal contacts (30a, 30b) of the longitudinal voltage source, - wherein, in a first position, the polarity reversal device (30) connects the first output terminal (A1) to the first conductor terminal contact (30a) and the second output terminal (A2) to the second conductor terminal contact (30b), and - wherein, in a second position, the polarity reversal device (30) connects the first output terminal (A1) to the second conductor terminal contact (30b) and the second output terminal (A2) to the first conductor terminal contact (30a).
  13. A method for operating a longitudinal voltage source (10), a longitudinal voltage source cascade (LQK) or a DC transmission system (20) according to any one of the preceding claims, wherein the energy store (11) is switched either between the first supply terminal (E1) and the first output terminal (A1) of the longitudinal voltage source or longitudinal voltage sources or between the second supply terminal (E2) and the second output terminal (A2) of the longitudinal voltage source or longitudinal voltage sources or is disconnected from all these terminals.

Description

Die Erfindung bezieht sich unter anderem auf eine schaltbare Längsspannungsquelle mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Längsspannungsquelle ist aus der Druckschrift WO 2017/108073 A1 bekannt. Die vorbekannte Längsspannungsquelle weist zwei H-Brückenmodule mit jeweils vier Halbleiterschaltern auf. Aus der Schrift WO 2017/102414 A1 sind eine Ladeschaltung und ein Ladeverfahren für ein elektrisches Energiespeichersystem bekannt. Die Ladeschaltung weist einen ersten Eingang und einen zweiten Eingang zur elektrischen Verbindung mit einer Energiequelle sowie einen ersten Ausgang und einen zweiten Ausgang zur elektrischen Verbindung mit einer elektrischen Komponente, die während des Ladebetriebs mit Energie versorgt werden soll, auf. Die Offenlegungsschrift EP 1 035 637 A2 offenbart ein Stromversorgungssystem, welches schaltbar verbundene Kondensatoren aufweist. Dabei wird eine kleine Anzahl an Schaltern verwendet. Diese Schalter werden so angesteuert, dass die entstehenden Schaltverluste reduziert werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung mit einer schaltbaren Längsspannungsquelle anzugeben, die mit besonders wenigen Bauelementen auskommt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung mit einer schaltbaren Längsspannungsquelle mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Längsspannungsquelle sind in Unteransprüchen angegeben. Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Längsspannungsquelle eine Umpoleinrichtung nachgeordnet ist, die zwischen die zwei Ausgangsanschlüsse und zwei Leiteranschlusskontakte der Längsspannungsquelle geschaltet ist, wobei die Umpoleinrichtung in einer ersten Stellung den ersten Ausgangsanschluss mit dem ersten Leiteranschlusskontakt und den zweiten Ausgangsanschluss mit dem zweiten Leiteranschlusskontakt verbindet und wobei die Umpoleinrichtung in einer zweiten Stellung den ersten Ausgangsanschluss mit dem zweiten Leiteranschlusskontakt und den zweiten Ausgangsanschluss mit dem ersten Leiteranschlusskontakt verbindet. Wenn im Folgenden von einer erfindungsgemäßen Längsspannungsquelle die Rede ist, ist damit stets auf eine Längsspannungsquelle als Teil der erfindungsgemäßen Anordnung Bezug genommen. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Längsspannungsquelle ist darin zu sehen, dass diese mit relativ wenigen Schaltern auskommt bzw. auskommen kann und dabei dennoch eine Verteilung von Strom bzw. eine Lastflussverteilung auf beispielsweise zwei nachgeordnete Hochspannungsgleichstromübertragungsleitungen eines Gleichspannungsübertragungssystems ermöglicht. Vorteilhaft ist es, wenn die zweite Schalteinrichtung, die erste Schalteinheit und der erste Schalter jeweils durch ein von außen steuerbares Ventil gebildet ist oder ein oder mehrere von außen steuerbare Ventile aufweist. Bei den von außen steuerbaren Ventilen handelt es sich vorzugsweise um ein- und ausschaltbare Ventile, vorzugsweise um mechanische Schalter oder um Transistoren mit einer dazu antiparallel geschalteten Diode. Der erste und zweite Schalter, die erste und zweite Schalteinheit und die erste und zweite Schalteinrichtung sind vorzugsweise jeweils unipolar schaltend. Mit Blick auf den Einsatz möglichst vieler baugleicher Komponenten ist es vorteilhaft, wenn der erste und zweite Schalter baugleich sind und/oder die erste und zweite Schalteinheit baugleich sind und/oder die erste und zweite Schalteinrichtung baugleich sind und/oder Schalter der ersten Schalteinrichtung mit dem oder den Schaltern der zweiten Schalteinheit baugleich sind und/oder Schalter der ersten Schalteinrichtung mit dem zweiten Schalter baugleich sind und/oder Schalter der zweiten Schalteinheit mit dem zweiten Schalter baugleich sind. Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die erste und zweite Schalteinheit jeweils durch einen Schalter oder zwei oder mehr in Reihe liegende Schalter gebildet ist, die erste und zweite Schalteinrichtung jeweils durch zwei oder mehr in Reihe liegende Schalter gebildet ist, und die erste und zweite Schalteinrichtung jeweils einen Schalter mehr aufweisen als die erste und zweite Schalteinheit. Alle letztgenannten Schalter sind vorzugsweise jeweils unipolar schaltend. Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zumindest einer der Schalter der Längsspannungsquelle durch ein nichtsteuerbares Ventil, insbesondere allein durch eine Diode, gebildet ist. Vorteilhaft ist es insbesondere, wenn zumindest einer der Schalter, vorzugsweise alle Schalter, der ersten Schalteinrichtung, durch ein nichtsteuerbares Ventil, insbesondere eine Diode, gebildet ist, zumindest einer der Schalter, vorzugsweise alle Schalter, der zweiten Schalteinheit durch ein nichtsteuerbares Ventil, insbesondere eine Diode, gebildet ist, und/oder der zweite Schalter durch ein nichtsteuerbares Ventil, insbesondere eine Diode, gebildet ist. Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus a