DE102010040969A1

DE102010040969A1 - Transformer device i.e. low voltage transformer, for setting of low voltage in power supply region of supply network, has adding device designed for adding supplementary voltage on lines of secondary or primary line system

Info

Publication number: DE102010040969A1
Application number: DE201010040969
Authority: DE
Inventors: Jürgen Rupp
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2012-03-22

Abstract

The device (10) has a multi-phase transformer (11) designed for transforming a voltage on a primary line system into low voltage on a secondary line system. An adding device designed for adding supplementary voltage on lines of the secondary or the primary line system. The adding device is coupled with the transformer such that the supplementary voltage is generated for each phase of the secondary line system. A variable voltage source is configured for production of the supplementary voltage, where the variable voltage source is a converter.

Description

Die Erfindung betrifft eine Transformatoreinrichtung zur Tiefsetzung einer Spannung im Energieversorgungsbereich, insbesondere einen Mittel-Niederspannungstransformator.The invention relates to a transformer device for lowering a voltage in the power supply area, in particular a medium-low voltage transformer.

Die Spannung im elektrischen Versorgungsnetzwerk muss zum ordnungsgemäßen Betrieb und Schutz der angeschlossenen Betriebsmittel und Verbraucher in einem eng begrenzten definierten Band stabil gehalten werden. Leistungstransformatoren sind hierfür in der Regel mit einem Stufenschalter ausgerüstet, um unterschiedliche Spannungsverhältnisse einzustellen. Weiterhin gibt es Kompensationsanlagen, die durch eine Variation der Blindleistung im Netz ein Anheben oder Absenken der Spannung erlauben. Verteiltransformatoren haben heute im Normalfall keinen Stufenschalter, sondern eine feste Anzapfung. Die Niederspannung wird allerdings durch die Verstellung der Spannung auf der Mittelspannungsebene mit beeinflusst.The voltage in the electrical supply network must be kept stable for the proper operation and protection of the connected equipment and consumers in a narrowly defined defined band. Power transformers are usually equipped with a tap changer to set different voltage conditions. Furthermore, there are compensation systems that allow a voltage increase or decrease by varying the reactive power in the network. Today, distribution transformers normally have no tap-changer, but a fixed tap. The low voltage is however influenced by the adjustment of the voltage on the medium voltage level.

Zunehmend wird heute Energie in das Netz auf Niederspannungsebene eingespeist, beispielsweise durch photovoltaische Anlagen. Diese erfordern unter Umständen sogar eine Einspeisung überschüssiger Energie in das Mittelspannungsnetz. Nachteilig bei aktuellen Verteiltransformatoren ist, dass diese keine Anpassung der Übersetzung der Spannung erlauben und daher das Spannungsniveau der Niederspannung in unzulässige Bereiche ansteigen oder u. U. auch fallen kann.Increasingly, energy is now fed into the grid at low voltage level, for example by photovoltaic systems. Under certain circumstances, these may even require a supply of surplus energy into the medium-voltage grid. A disadvantage of current distribution transformers is that they allow no adjustment of the translation of the voltage and therefore increase the voltage level of the low voltage in impermissible areas or u. U. may also fall.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Transformatoreinrichtung anzugeben, die den genannten Nachteil behebt. Insbesondere soll die Transformatoreinrichtung eine flexiblere Umsetzung der Mittelspannung in die Niederspannung und/oder in die Gegenrichtung erlauben.It is an object of the present invention to provide a transformer device which overcomes the mentioned disadvantage. In particular, the transformer device should allow a more flexible implementation of the medium voltage in the low voltage and / or in the opposite direction.

Diese Aufgabe wird durch eine Transformatoreinrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.This object is achieved by a transformer device having the features of claim 1. The dependent claims relate to advantageous embodiments of the invention.

Die erfindungsgemäße Transformatoreinrichtung ist zum Einsatz in einem Versorgungsnetz vorgesehen und ausgestaltet. Sie weist einen mehrphasig ausgelegten Transformator zur Transformation einer Spannung auf einem primären Leitungssystem in eine geringere Spannung auf einem sekundären Leitungssystem auf. Dabei handelt es sich bevorzugt um eine Transformation aus der Mittelspannungsebene in die Niederspannungsebene.The transformer device according to the invention is intended and configured for use in a supply network. It has a polyphase transformer to transform a voltage on a primary line system to a lower voltage on a secondary line system. This is preferably a transformation from the medium-voltage level into the low-voltage level.

Weiterhin weist die erfindungsgemäße Transformatoreinrichtung wenigstens eine Einrichtung zur Aufaddierung einer zusätzlichen Spannung auf wenigstens eine der Leitungen des sekundären oder des primären Leitungssystems auf. Die Einrichtung ist dabei als separat vom Transformator anzusehen, kann aber mit diesem zu einer Baueinheit zusammengefasst sein. Es handelt sich mit anderen Worten nicht um eine bloße Anpassung des Transformators selbst wie etwa ein Stufenschalter.Furthermore, the transformer device according to the invention has at least one device for adding an additional voltage to at least one of the lines of the secondary or the primary line system. The device is to be regarded as separate from the transformer, but can be combined with this to form a unit. In other words, it is not a mere adaptation of the transformer itself, such as a tap changer.

Die erfindungsgemäße Transformatoreinrichtung ermöglicht vorteilhaft eine Anpassung der sekundärseitigen Spannungen an geänderte Lastverhältnisse. Mit anderen Worten kann die Spannung auf oder nahe dem Sollwert gehalten werden, wenn die Last an der Transformatoreinrichtung die Spannung eigentlich absinken oder ansteigen ließe. Vorteilhaft gegenüber den bekannten Stufenschaltern ist, dass die Einrichtung separat vom Transformator selbst funktioniert und daher keine Änderung des Transformators erfordert. So ist beispielsweise eine Nachrüstung bestehender Verteiltrafos mit geringem Aufwand möglich. Mit anderen Worten kann der Transformator selbst mit einem festen Übersetzungsverhältnis arbeiten.The transformer device according to the invention advantageously makes it possible to adapt the secondary-side voltages to changed load conditions. In other words, the voltage may be maintained at or near the setpoint if the load on the transformer means would actually drop or increase the voltage. An advantage over the known tap changers is that the device works separately from the transformer itself and therefore requires no change in the transformer. For example, retrofitting existing distribution transformers is possible with little effort. In other words, the transformer can itself operate with a fixed gear ratio.

Es versteht sich dabei, dass es sich um Wechselspannungen handelt. Die zusätzliche Spannung besteht daher ebenfalls in einer Wechselspannung, zweckmäßig mit der gleichen Frequenz.It goes without saying that these are AC voltages. The additional voltage is therefore also in an AC voltage, expediently with the same frequency.

Es ist zweckmäßig, die Einrichtung für jede der Phasenleitungen vorzusehen, um eine Anpassung der Spannung für jede der Phasen zu ermöglichen. Bevorzugt ist die Einrichtung zur Aufaddierung einer zusätzlichen Spannung ausgestaltet, die zusätzliche Spannung auf eine der Leitungen des sekundären Leitungssystems aufzuaddieren. Mit anderen Worten wird das Spannungsniveau beispielsweise direkt auf der Niederspannungsseite angepasst.It is convenient to provide the means for each of the phase lines to allow adjustment of the voltage for each of the phases. Preferably, the device for adding an additional voltage is configured to add the additional voltage to one of the lines of the secondary line system. In other words, the voltage level is adjusted, for example, directly on the low-voltage side.

Besonders bevorzugt ist die Einrichtung ein zweiter Transformator, der vom Transformator magnetisch entkoppelt ist. Die Sekundärseite des zweiten Transformators ist dabei in der Phasenleitung angeordnet, deren Spannung beeinflusst werden soll. Auf der Primärseite des zweiten Transformators wird die zusätzliche Spannung generiert, was auf verschiedene Arten passieren kann.Particularly preferably, the device is a second transformer, which is magnetically decoupled from the transformer. The secondary side of the second transformer is arranged in the phase line, whose voltage is to be influenced. On the primary side of the second transformer, the additional voltage is generated, which can happen in different ways.

In einer Alternative ist die Primärseite des zweiten Transformators mit der entsprechenden Phasenleitung selbst verbunden. Mit anderen Worten wird hier die zusätzliche Spannung aus der zu beeinflussenden Spannung selbst erzeugt. Bei dieser Alternative ist es zweckmäßig, Schalteinrichtungen vorzusehen, die es beispielsweise ermöglichen, die Verbindung zwischen der Primärseite des zweiten Transformators und der Phasenleitung zu unterbrechen oder diesen kurz zu schließen. Die Schalteinrichtungen können auch ausgestaltet sein, eine Umpolung der Verbindung zwischen der Primärseite des zweiten Transformators und der Phasenleitung vorzunehmen.In an alternative, the primary side of the second transformer is connected to the corresponding phase line itself. In other words, here the additional voltage is generated from the voltage to be influenced itself. In this alternative, it is expedient to provide switching devices which make it possible, for example, to interrupt the connection between the primary side of the second transformer and the phase line or to short-circuit it. The switching devices can also be designed to reverse the connection between the primary side of the second transformer and the phase line.

Die Schalteinrichtungen können dabei als mechanische Schalter realisiert sein. Alternativ können auch Halbleiterschalter verwendet werden. Der Vorteil von Halbleiterschaltern liegt darin, dass mit ihnen eine Umschaltung zwischen verschiedenen Schaltzuständen für die Erzeugung der zusätzlichen Spannung möglich ist, bei der keine Überlappung der Schaltzustände, d. h. keine Unterbrechung des Hauptstroms und auch kein Kurzschluss von Wicklungen des Transformators möglich ist.The switching devices can be realized as a mechanical switch. Alternatively, semiconductor switches can be used. The advantage of semiconductor switches is that with them switching between different switching states for the generation of additional voltage is possible in which no overlap of the switching states, d. H. no interruption of the main current and no short circuit of windings of the transformer is possible.

Der zweite Transformator ist zweckmäßig mit einem Übersetzungsverhältnis ausgestaltet, das als zusätzliche Spannung eine Spannung erzeugt, die kleiner oder gleich 15% des Sollwerts der Spannung ist. Beispielsweise kann die Amplitude der zusätzlichen Spannung 2%, 3%, 5% oder 9% des Sollwerts der Spannung betragen. Bei einem Spannungssystem mit 230 V Sollwert entspricht 5% beispielsweise einer Amplitude von 11,5 V. Dabei kann die Auslegung des zweiten Transformators vorteilhaft an nationale Vorschriften gekoppelt sein, beispielsweise an die in Deutschland gültigen Tolranzwerte von +6%/–10% des Sollwerts der Spannung.The second transformer is expediently designed with a transmission ratio which, as additional voltage, generates a voltage which is less than or equal to 15% of the nominal value of the voltage. For example, the amplitude of the additional voltage may be 2%, 3%, 5% or 9% of the voltage setpoint. In a voltage system with a 230 V setpoint, for example, 5% corresponds to an amplitude of 11.5 V. The design of the second transformer may advantageously be coupled to national regulations, for example to the Tolranz values of +6% / - 10% of the setpoint valid in Germany the tension.

Bei Verwendung einer geeigneten Schalteinrichtung kann beispielsweise eine Addition der zusätzlichen Spannung zur Phasenspannung, keine Änderung oder eine Subtraktion der zusätzlichen Spannung erreicht werden, also drei verschiedene Spannungsniveaus.When using a suitable switching device, for example, an addition of the additional voltage to the phase voltage, no change or a subtraction of the additional voltage can be achieved, ie three different voltage levels.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Einrichtung eine Mehrzahl von separaten zweiten Transformatoren für wenigstens eine der Phasenleitungen. Sehr vorteilhaft ist es, wenn diese unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse aufweisen. Damit können durch die wahlweise Addition und/oder Subtraktion der damit erzeugten zusätzlichen Spannungen eine Mehrzahl verschiedener Spannungsniveaus erzeugt werden.In an advantageous embodiment, the device comprises a plurality of separate second transformers for at least one of the phase lines. It is very advantageous if they have different transmission ratios. This can be generated by the optional addition and / or subtraction of the additional voltages generated therewith a plurality of different voltage levels.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Übersetzungsverhältnis eines ersten von zwei zweiten Transformatoren für eine Phasenleitung das dreifache des Übersetzungsverhältnisses eines zweiten von zwei zweiten Transformatoren für die Phasenleitung.According to an advantageous embodiment of the invention, the transmission ratio of a first of two second transformers for a phase line is three times the transmission ratio of a second of two second transformers for the phase line.

In einer anderen Alternative weist die Einrichtung eine variable Spannungsquelle auf, die ausgestaltet ist zur Erzeugung der zusätzlichen Spannung. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass die zusätzliche Spannung frei einstellbar ist im Rahmen der Leistung, die von der variablen Spannungsquelle erbringbar ist. Es kann also die Spannung auf der entsprechenden Phasenleitung oder allen Phasenleitungen sogar im Wesentlichen genau auf dem Sollwert gehalten werden. Für jede Phasenleitung muss dabei eine eigene variable Spannungsquelle zur Verfügung stehen bzw. die variable Spannungsquelle benötigt eine Anzahl getrennter Ausgänge entsprechend der Anzahl zu beeinflussender Phasenleitungen.In another alternative, the device has a variable voltage source, which is designed to generate the additional voltage. The advantage of this embodiment is that the additional voltage is freely adjustable in the context of the power that can be generated by the variable voltage source. Thus, the voltage on the corresponding phase line or all phase lines can even be kept substantially exactly at the desired value. For each phase line, a separate variable voltage source must be available or the variable voltage source requires a number of separate outputs corresponding to the number of phase lines to be influenced.

Zweckmäßig ist es, wenn die Transformatoreinrichtung eine Messeinrichtung zur Ermittlung von Spannung und Strom bzw. Leistungsfluss für die Phasen des Transformators aufweist. Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Transformatoreinrichtung eine Steuerungseinrichtung aufweist, die ausgestaltet ist, die Spannung durch Steuerung der Einrichtung auf wenigstens einer der Phasen des sekundären Leitungssystems auf oder möglichst nah an einem vorgebbaren Spannungswert zu halten.It is expedient if the transformer device has a measuring device for determining voltage and current or power flow for the phases of the transformer. Furthermore, it is expedient if the transformer device has a control device which is designed to maintain the voltage by controlling the device on at least one of the phases of the secondary line system or as close as possible to a predefinable voltage value.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuerungseinrichtung ausgestaltet, die Phasenlage durch Steuerung der Einrichtung auf wenigstens einer der Phasen des sekundären Leitungssystems auf oder möglichst nah an einem vorgebbaren Wert für die Phasenlage zu halten.In an advantageous embodiment of the invention, the control device is designed to keep the phase position by controlling the device on at least one of the phases of the secondary line system or as close as possible to a predeterminable value for the phase position.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die variable Spannungsquelle ein Umrichter. Ein Umrichter ist vorteilhaft in der Lage, die ausgegebene Wellenform der zusätzlichen Spannung genau steuern zu können. Dadurch wird eine Kompensation von Oberschwingungen auf der Phasenspannung möglich. Hierzu ist die Steuerungseinrichtung bevorzugt ausgestaltet, Oberschwingungsanteile in der Spannung wenigstens einer der Phasen zu ermitteln und wenigstens teilweise zu kompensieren, indem entsprechende Oberschwingungsanteile in der zusätzlichen Spannung erzeugt werden.In a further advantageous embodiment, the variable voltage source is an inverter. An inverter is advantageously able to accurately control the output waveform of the additional voltage. As a result, a compensation of harmonics on the phase voltage is possible. For this purpose, the control device is preferably designed to determine and at least partially compensate for harmonic components in the voltage of at least one of the phases by generating corresponding harmonic components in the additional voltage.

Die Speisung der variablen Spannungsquelle oder des Umrichters kann aus dem Transformator selbst erfolgen. Alternativ kann die Versorgung auch aus anderer Quelle erfolgen.The supply of the variable voltage source or the inverter can be done from the transformer itself. Alternatively, the supply can also be made from another source.

Bevorzugte, jedoch keinesfalls einschränkende Ausführungsbeispiele für die Erfindung werden nunmehr anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert. Dabei sind die Merkmale schematisiert dargestellt. Es zeigenPreferred, but by no means limiting embodiments of the invention will now be described with reference to the figures of the drawing. The features are shown schematically. Show it

1 einen Aufbau einer Transformatoreinrichtung mit Zusatztransformator, 1 a structure of a transformer device with additional transformer,

2 einen Aufbau einer Transformatoreinrichtung mit Zusatztransformator mit Mittelanzapfung, 2 a structure of a transformer device with additional transformer with center tap,

3 einen Aufbau einer Transformatoreinrichtung mit kaskadierten Zusatztransformatoren, 3 a construction of a transformer device with cascaded additional transformers,

4 einen Aufbau einer Transformatoreinrichtung mit Zusatztransformator und Ansteuerung durch einen Umrichter. 4 a structure of a transformer device with additional transformer and controlled by a converter.

1 zeigt einen beispielhaften Aufbau einer ersten Transformatoreinrichtung 10. Die erste Transformatoreinrichtung 10 umfasst einen Transformator 11. Der Transformator 11 ist ein Verteiltrafo. Primärseitig, d. h. auf Seiten der Mittelspannungsebene, umfasst der Transformator 11 primärseitige Wicklungen 12a...c. Auf der Seite der Niederspannungsebene umfasst der Transformator 11 sekundärseitige Wicklungen 13a...c. Anschlüsse der sekundärseitigen Wicklungen 13a...c sind zum Sternpunkt 18 zusammengeführt. Der zweite Anschluss der ersten sekundärseitigen Wicklung 13a ist als erste Phasenleitung 19a aus dem Transformator 11 herausgeführt. 1 shows an exemplary construction of a first transformer device 10 , The first transformer device 10 includes a transformer 11 , The transformer 11 is a distribution transformer. On the primary side, ie on the side of the medium voltage level, the transformer comprises 11 primary-side windings 12a ... c. On the low voltage level side, the transformer includes 11 secondary-side windings 13a ... c. Connections of the secondary-side windings 13a ... c are the star point 18 merged. The second connection of the first secondary-side winding 13a is as the first phase line 19a from the transformer 11 led out.

Die erste Phasenleitung 19a ist mit einer ersten Einrichtung 17a zur Beeinflussung der Spannung in der ersten Phasenleitung 19a verbunden. Die zweite und dritte Phasenleitung 19b, c sind mit einer zweiten bzw. dritten Einrichtung 17b, c zur Beeinflussung der jeweiligen Spannung versehen. Die zweite und dritte Einrichtung 17b, c sind zur Verbesserung der Übersichtlichkeit der 1 nicht gezeigt. Im Folgenden werden Aufbau und Funktionsweise der ersten Einrichtung 17a beschrieben. Die zweite und dritte Einrichtung 17b, c sind analog zur ersten Einrichtung aufgebaut.The first phase line 19a is with a first device 17a for influencing the voltage in the first phase line 19a connected. The second and third phase line 19b , c are with a second or third device 17b , c for influencing the respective voltage provided. The second and third device 17b , c are to improve the clarity of the 1 Not shown. The following is the structure and operation of the first device 17a described. The second and third device 17b , c are constructed analogously to the first device.

Die erste Einrichtung 17a weist einen ersten Zusatztransformator 14a auf. Der erste Zusatztransformator 14a ist separat vom Transformator 11 realisiert. Eine sekundärseitige Wicklung des ersten Zusatztransformators 14a ist als Teil der ersten Phasenleitung 19a aufgebaut. Über den ersten Zusatztransformator 14a ist also eine Beeinflussung der Spannung in der ersten Phasenleitung 19a möglich.The first device 17a has a first auxiliary transformer 14a on. The first additional transformer 14a is separate from the transformer 11 realized. A secondary-side winding of the first additional transformer 14a is as part of the first phase line 19a built up. About the first additional transformer 14a is thus an influence on the voltage in the first phase line 19a possible.

Die primärseitige Wicklung des ersten Zusatztransformators 14a ist in Parallelschaltung mit einem Überspannungsschutz 15 verbunden. Weiterhin ist parallel zum Überspannungsschutz 15 ein dritter Schalter 16c vorgesehen. Mit dem dritten Schalter ist ein Kurzschließen der primärseitigen Wicklung des ersten Zusatztransformators 14a möglich.The primary-side winding of the first additional transformer 14a is in parallel with an overvoltage protection 15 connected. Furthermore, it is parallel to the surge protection 15 a third switch 16c intended. With the third switch is a short-circuiting of the primary-side winding of the first additional transformer 14a possible.

Ein erstes Ende der primärseitigen Wicklung des ersten Zusatztransformators 14a ist weiterhin über ein erstes Schaltelement eines ersten Schalters 16a mit der ersten Phasenleitung 19a verbunden. Im ersten Schalter 16a ist weiterhin ein zweites Schaltelement verwirklicht, das das zweite Ende der primärseitigen Wicklung des ersten Zusatztransformators 14a mit dem Sternpunkt 18 verbindet. Ein Schließen des ersten Schalters 16a verbindet also die primärseitige Wicklung des ersten Zusatztransformators 14a mit der Spannung der ersten Phasenleitung 19a in einer ersten Polarität. Die beiden Schaltelemente des ersten Schalters 16a schalten immer gemeinsam, sind also beide offen oder beide geschlossen.A first end of the primary-side winding of the first additional transformer 14a is also a first switching element of a first switch 16a with the first phase line 19a connected. In the first switch 16a Furthermore, a second switching element is realized, which is the second end of the primary-side winding of the first additional transformer 14a with the star point 18 combines. A closing of the first switch 16a thus connects the primary-side winding of the first additional transformer 14a with the voltage of the first phase line 19a in a first polarity. The two switching elements of the first switch 16a always switch together, so they are both open or both closed.

Weiterhin weist die erste Einrichtung 17a noch einen zweiten Schalter 16b auf. Der zweite Schalter 16b umfasst ein drittes Schaltelement, das das erste Ende der primärseitigen Wicklung des ersten Zusatztransformators 14a mit dem Sternpunkt 18 verbindet. Schließlich umfasst der zweite Schalter 16b ein viertes Schaltelement, das zweite Ende der primärseitigen Wicklung des ersten Zusatztransformators 14a mit der ersten Phasenleitung 19a verbindet. Die beiden Schaltelemente des zweiten Schalters 16b schalten ebenfalls immer gemeinsam, sind also beide offen oder beide geschlossen. Ein Schließen des zweiten Schalters 16b verbindet die primärseitige Wicklung des ersten Zusatztransformators 14a mit der Spannung der ersten Phasenleitung 19a in einer zweiten Polarität.Furthermore, the first device 17a another second switch 16b on. The second switch 16b includes a third switching element, which is the first end of the primary-side winding of the first additional transformer 14a with the star point 18 combines. Finally, the second switch includes 16b a fourth switching element, the second end of the primary-side winding of the first additional transformer 14a with the first phase line 19a combines. The two switching elements of the second switch 16b also always switch together, so are both open or both closed. Closing the second switch 16b connects the primary side winding of the first auxiliary transformer 14a with the voltage of the first phase line 19a in a second polarity.

Mit dem ersten und zweiten Schalter 16a, b ist also mit anderen Worten eine Verbindung der primärseitigen Wicklung des ersten Zusatztransformators 14a mit der ersten Phasenleitung 19a in beiden Polaritäten möglich. Für die erste Polarität muss dabei der erste Schalter 16a geschlossen sein und die beiden anderen Schalter 16b, c geöffnet sein. Für die zweite Polarität muss der zweite Schalter 16b geschlossen sein und die beiden anderen Schalter 16a, c geöffnet sein. Der dritte Schalter 16c erlaubt ein Kurzschließen der primärseitigen Wicklung, wobei dabei die beiden anderen Schalter 16a, b geöffnet sein müssen.With the first and second switch 16a In other words, b is a connection of the primary-side winding of the first additional transformer 14a with the first phase line 19a possible in both polarities. The first switch must be for the first polarity 16a be closed and the other two switches 16b , c be open. For the second polarity, the second switch must be 16b be closed and the other two switches 16a , c be open. The third switch 16c allows short-circuiting of the primary side winding, while the other two switches 16a , b need to be open.

Das Übersetzungsverhältnis des ersten Zusatztransformators 14a ist in diesem Beispiel so gewählt, dass 5% der Sollspannung als zusätzliche Spannung erzeugt werden. Durch den ersten und zweiten Schalter 16a, b ist erreichbar, dass 5% der Sollspannung der Spannung in der ersten Phasenleitung hinzugefügt oder abgezogen werden können. Über den dritten Schalter 16c kann erreicht werden, dass die Spannung praktisch unverändert bleibt.The gear ratio of the first auxiliary transformer 14a is chosen in this example so that 5% of the setpoint voltage is generated as an additional voltage. Through the first and second switches 16a , b is achievable that 5% of the setpoint voltage can be added or subtracted from the voltage in the first phase line. About the third switch 16c can be achieved that the voltage remains virtually unchanged.

Im ersten Ausführungsbeispiel hat der Transformator 11 eine Scheinleistung von 630 kVA und die Spannung auf der Sekundärseite beträgt 230 V/400 V. Der Nennstrom beträgt 910 A. Die zusätzliche Spannung beträgt 5% von 230 V, also 11,5 V. Bei einem Betriebsstrom von 800 A muss der erste Zusatztransformator 14a primärseitig mit 45,5 A gespeist werden. Die Leistung des ersten Zusatztransformators 14a müsste also etwa 10,5 kVA betragen. Fasst man den ersten bis dritten Zusatztransformator 14a...c zu einem Gesamt-Zusatztransformator zusammen, muss dieser etwa 31,5 kVA an Leistung aufweisen. Der erste bis dritte Zusatztransformator 14a...c ist also jeweils bzw. als Gesamt-Zusatztransformator wesentlich kleiner als der Transformator 11.In the first embodiment, the transformer has 11 an apparent power of 630 kVA and the voltage on the secondary side is 230 V / 400 V. The nominal current is 910 A. The additional voltage is 5% of 230 V, ie 11.5 V. At an operating current of 800 A, the first additional transformer 14a fed on the primary side with 45.5 A. The power of the first additional transformer 14a would have to be about 10.5 kVA. If you take the first to third auxiliary transformer 14a ... c to a total additional transformer together, this must have about 31.5 kVA of power. The first to third auxiliary transformer 14a ... c is thus in each case or as a total additional transformer much smaller than the transformer 11 ,

In diesem Beispiel sind die Schalter als mechanische Schalter realisiert. Dabei ist es in einer Ausgestaltung möglich, den dritten Schalter 16c und den Überspannungsschutz 15 als ein einziges Element zu realisieren. Damit kein Kurzschluss entsteht, wird beim Betrieb zweckmäßig eine kurzzeitige Öffnung aller Schalter 16a...c in Kauf genommen. Der erste Zusatztransformator 14a geht dann schnell in Sättigung und baut lediglich eine begrenzte Spannung auf. In this example, the switches are realized as mechanical switches. It is possible in one embodiment, the third switch 16c and the surge protection 15 to realize as a single element. In order to prevent a short circuit, a short opening of all switches is expedient during operation 16a ... c accepted. The first additional transformer 14a then goes into saturation quickly and builds up only a limited voltage.

In einem alternativen Aufbau sind der erste bis dritte Schalter 16a...c als Halbleiterventile aufgebaut. Die vergleichweise geringen Ströme erlauben einen solchen Aufbau in einfacher Weise. Die Halbleiterventile weisen bevorzugt zusätzlich einen (mechanischen) Überbrückungsschalter auf. Vorteilhaft ist mit den Halbleiterventilen ein phasenrichtiges Schalten ohne jede relevante Überlappung möglich. Somit wird sowohl eine Unterbrechung des primärseitigen Stromkreises als auch ein Kurzschluss einzelner Wicklungen effektiv verhindert.In an alternative construction, the first to third switches are 16a ... c constructed as semiconductor valves. The comparatively small currents allow such a structure in a simple manner. The semiconductor valves preferably additionally have a (mechanical) bypass switch. It is advantageously possible with the semiconductor valves a phase-correct switching without any relevant overlap. Thus, both an interruption of the primary-side circuit as well as a short circuit of individual windings is effectively prevented.

Die Steuerung der verwendeten Schalter 16a...c erfolgt durch eine in 1 nicht gezeigte Steuerungseinrichtung. Diese misst Spannung und Strom auf den Phasenleitungen 19a...c. Sinkt die Spannung in einem konkreten Beispiel um mehr als 2,5% unter die Sollspannung von 230 V, so wird eine zusätzliche Spannung entsprechend 5% der Sollspannung auf addiert, wozu beispielsweise der erste Schalter 16a geschlossen wird und die beiden anderen Schalter geöffnet gelassen werden. Steigt durch Änderungen in den Lastverhältnissen die Spannung wieder an, so wird bei erneutem Überschreiten des Schwellwerts der (unbeeinflussten) Spannung die zusätzliche Spannung wieder entfernt, indem der erste Schalter 16a geöffnet und der dritte Schalter 16c geschlossen wird.The control of the switches used 16a ... c is done by a in 1 not shown control device. This measures voltage and current on the phase lines 19a ... c. If, in a concrete example, the voltage drops by more than 2.5% below the setpoint voltage of 230 V, then an additional voltage corresponding to 5% of the setpoint voltage is added up, for example the first switch 16a is closed and the other two switches are left open. If the voltage rises again as a result of changes in the load conditions, the voltage which is exceeded again when the threshold value of the (uninfluenced) voltage is exceeded is removed again by the first switch 16a opened and the third switch 16c is closed.

Im gezeigten Beispiel erfolgt die Versorgung für die zusätzliche Spannung immer aus der jeweiligen Phasenleitung 19a...c. Dies ist zweckmäßig, da so die Phasenlage der zusätzlichen Spannung automatisch richtig ist. Allerdings ist es auch möglich, dass die Versorgung beispielsweise aus der Primärseite des Transformators 11 entnommen wird. Auch ist es möglich, einen Hilfstransformator für die elektrische Versorgung zu verwenden.In the example shown, the supply for the additional voltage always takes place from the respective phase line 19a ... c. This is useful because the phase of the additional voltage is automatically correct. However, it is also possible that the supply, for example, from the primary side of the transformer 11 is removed. It is also possible to use an auxiliary transformer for the electrical supply.

Eine Vereinfachung des Schalteraufbaus ist möglich, wenn eine Mittelanzapfung verwendet wird. Ein solcher Aufbau einer zweiten Transformatoreinrichtung 20 ist in 2 gezeigt. Die zweite Transformatoreinrichtung 20 umfasst wiederum den Transformator 11 analog zu 1.A simplification of the switch design is possible when a center tap is used. Such a construction of a second transformer device 20 is in 2 shown. The second transformer device 20 in turn, includes the transformer 11 analogous to 1 ,

Die erste Phasenleitung 19a ist in der zweiten Transformatoreinrichtung 20 mit einem vierten Zusatztransformator 21 verbunden. Der vierte Zusatztransformator 21 umfasst eine sekundärseitige Wicklung 21a in der ersten Phasenleitung 19a. Weiterhin umfasst der vierte Zusatztransformator 21 eine primärseitige Wicklung 21b mit einer Mittelanzapfung 22. Die Mittelanzapfung ist fest mit der ersten Phasenleitung 19a verbunden. Weiterhin besteht eine Verbindung zwischen einem ersten Ende der primärseitigen Wicklung 21b des vierten Zusatztransformators 21 und dem Sternpunkt 18 über einen vierten Schalter 23. Weiterhin besteht eine Verbindung zwischen einem zweiten Ende der primärseitigen Wicklung 21b des vierten Zusatztransformators 21 und dem Sternpunkt 18 über einen fünften Schalter 24. Schließlich besteht eine Verbindung zwischen dem zweiten Ende der primärseitigen Wicklung 21b des vierten Zusatztransformators 21 und der Mittelanzapfung 22 über einen sechsten Schalter 25.The first phase line 19a is in the second transformer device 20 with a fourth additional transformer 21 connected. The fourth additional transformer 21 includes a secondary-side winding 21a in the first phase line 19a , Furthermore, the fourth additional transformer comprises 21 a primary-side winding 21b with a center tap 22 , The center tap is fixed to the first phase line 19a connected. Furthermore, there is a connection between a first end of the primary-side winding 21b of the fourth additional transformer 21 and the star point 18 via a fourth switch 23 , Furthermore, there is a connection between a second end of the primary-side winding 21b of the fourth additional transformer 21 and the star point 18 via a fifth switch 24 , Finally, there is a connection between the second end of the primary-side winding 21b of the fourth additional transformer 21 and the center tap 22 via a sixth switch 25 ,

Die Schalter müssen im Aufbau gemäß der 2 genau so arbeiten wie beim ersten Ausführungsbeispiel, um die Polaritäten der zusätzlichen Spannung bzw. keine zusätzliche Spannung zu erzeugen. Durch die Mittelanzapfung ist aber der Aufbau des vierten bis sechsten Schalters 23...25 vereinfacht und die Schalter bestehen nicht aus mehreren Schalteinheiten.The switches must be designed according to the 2 operate exactly as in the first embodiment to produce the polarities of the additional voltage or no additional voltage. Due to the center tap but is the structure of the fourth to sixth switch 23 ... 25 simplified and the switches do not consist of several switching units.

Die bisher gezeigten Transformatoreinrichtungen 10, 20 können eine zusätzliche Spannung addieren oder subtrahieren von der Spannung auf der Phasenleitung 19a...c oder die zusätzliche Spannung abschalten. Es können also drei verschiedene Spannungsniveaus eingestellt werden.The transformer devices shown so far 10 . 20 can add or subtract an additional voltage from the voltage on the phase line 19a ... c or switch off the additional voltage. So it can be set to three different voltage levels.

3 zeigt einen Aufbau einer dritten Transformatoreinrichtung 30, mit der eine größere Zahl verschiedener Spannungsniveaus ermöglicht wird. Der Aufbau der dritten Transformatoreinrichtung 30 entspricht in weiten Teilen dem Aufbau der ersten Transformatoreinrichtung 10. Zusätzlich ist aber eine vierte Einrichtung 31a zur Beeinflussung der Spannung in der ersten Phasenleitung 19a vorgesehen. Für die weiteren Phasenleitungen 19b, c sind ebenfalls weitere Einrichtungen in analoger Weise vorgesehen, aber in 3 nicht gezeigt. 3 shows a structure of a third transformer device 30 , which allows a greater number of different voltage levels. The structure of the third transformer device 30 corresponds in many parts to the structure of the first transformer device 10 , In addition, however, is a fourth device 31a for influencing the voltage in the first phase line 19a intended. For the further phase lines 19b , c are also provided other facilities in an analogous manner, but in 3 Not shown.

Die vierte Einrichtung 31a ist analog zur ersten Einrichtung 17a aufgebaut und an den Sternpunkt 18 und die erste Phasenleitung 19a über Schalter 34a, b angeschlossen, die dem ersten und zweiten Schalter 16a, b entsprechen. Die Ankopplung an die Spannung erfolgt über die sekundärseitige Wicklung des siebten Zusatztransformators 32b.The fourth device 31a is analogous to the first device 17a built and to the star point 18 and the first phase line 19a via switch 34a b connected to the first and second switches 16a , b correspond. The voltage is connected via the secondary-side winding of the seventh additional transformer 32b ,

Ein wichtiger Unterschied zwischen der ersten und vierten Einrichtung 17a, 31a liegt im Übersetzungsverhältnis des jeweiligen Zusatztransformators 14a, 32a. Das Übersetzungsverhältnis des ersten Zusatztransformators 14a wird bevorzugt dreimal so hoch gewählt wie das des siebten Zusatztransformators 32a, beispielsweise also 6% und 2% der Nennspannung.An important difference between the first and fourth device 17a . 31a lies in the transmission ratio of the respective additional transformer 14a . 32a , The gear ratio of the first auxiliary transformer 14a is preferably selected to be three times as high as that of the seventh additional transformer 32a , ie for example 6% and 2% of the rated voltage.

Im gegebenen Ausführungsbeispiel wird das Übersetzungsverhältnis des ersten Zusatztransformators 14a zu 9% der Sollspannung von 230 V und das Übersetzungsverhältnis des zweiten Zusatztransformators 32a zu 3%. Da jede der zusätzlichen Spannungen addiert oder subtrahiert oder abgeschaltet werden kann, ergeben sich die folgenden möglichen aufsummierten zusätzlichen Spannungen:
–12% = –3% – 9%
–9% = 0 – 9%
–6% = +3% – 9%
–3% = –3% + 0
0 = 0 + 0
3% = +3% + 0
6% = –3% + 9%
9% = 0 + 9%
12% = 3% + 9%In the given embodiment, the transmission ratio of the first additional transformer 14a to 9% of the nominal voltage of 230 V and the transmission ratio of the second additional transformer 32a to 3%. Since each of the additional voltages can be added or subtracted or switched off, the following possible additional voltages result:
-12% = -3% - 9%
-9% = 0 - 9%
-6% = + 3% - 9%
-3% = -3% + 0
0 = 0 + 0
3% = + 3% + 0
6% = -3% + 9%
9% = 0 + 9%
12% = 3% + 9%

Es sind also durch die Kaskadierung der zwei Einrichtungen 14a, 31a insgesamt neun verschiedene Spannungsniveaus in gleichmäßigen Abständen einstellbar.So it's the cascading of the two devices 14a . 31a a total of nine different voltage levels adjustable at regular intervals.

Ein viertes Ausführungsbeispiel in Form einer vierten Transformatoreinrichtung 40 ist in 4 gezeigt. Der prinzipielle Aufbau entspricht wieder dem der vorherigen Figuren. Allerdings ist zur Erzeugung der zusätzlichen Spannung nun ein äußerlich einfacherer Aufbau aus einem achten Zusatztransformator 42a und einem Umrichter 41 vorgesehen. Der Umrichter 41 ist direkt mit der primärseitigen Wicklung des achten Zusatztransformator 42a verbunden. Da der Umrichter 41 eine freie Gestaltung der ausgegebenen Spannung erlaubt, ist mit der vierten Transformatoreinrichtung 40 eine Einstellung der zusätzlichen Spannung ohne feste Schritte möglich. Mit anderen Worten kann die Spannung auf der ersten Phasenleitung 19a so beeinflusst werden, dass sie im Wesentlichen genau der Sollspannung entspricht. Die in 4 nicht gezeigte Steuerungseinrichtung für den Umrichter ermittelt hierzu wieder die Daten für die Spannungen der Phasenleitungen 19a...c und reagiert entsprechend. Die Leistung des Umrichters 41 ist nur auf die zusätzlich eingespeiste Leistung auszulegen, nicht aber auf die Gesamtleistung des Transformators 11. Auch der Umrichter 41 wird zweckmäßig pro Phase vorgesehen. Werden die Zusatztransformatoren der vierten Transformatoreinrichtung 40 primärseitig zum Stern verschaltet, so wird ein Umrichter mit drei Ausgängen benötigt.A fourth embodiment in the form of a fourth transformer device 40 is in 4 shown. The basic structure corresponds again to that of the previous figures. However, to produce the additional voltage now an externally simpler structure of an eighth additional transformer 42a and a converter 41 intended. The inverter 41 is directly connected to the primary-side winding of the eighth additional transformer 42a connected. Because the inverter 41 a free design of the output voltage is allowed, with the fourth transformer device 40 an adjustment of the additional voltage without fixed steps possible. In other words, the voltage on the first phase line 19a be influenced so that it corresponds substantially exactly to the target voltage. In the 4 not shown control device for the inverter determines this again the data for the voltages of the phase lines 19a ... c and responds accordingly. The power of the inverter 41 is only to be designed for the additionally fed-in power, but not for the overall performance of the transformer 11 , Also the inverter 41 is expediently provided per phase. Be the additional transformers of the fourth transformer device 40 connected to the star on the primary side, a converter with three outputs is required.

Die Steuerungseinrichtung in der vierten Transformatoreinrichtung 40 misst nun zusätzlich die Phasenlage der Spannung der Phasenleitungen 19a...c. Wird eine Abweichung der Phasenlage von der Sollphasenlage festgestellt, so wird die Phasenlage der zusätzlichen Spannung so angepasst, dass sich in der Phasenleitung 19a...c wieder die Sollphasenlage ergibt. Dies funktioniert, solange die Sollphasenlage entsprechend der Raumzeigeraddition über die zusätzliche Spannung erreichbar ist, also die Abweichung nicht zu groß ist. Hierbei können eine Korrektur der Phasenlage und des Spannungsniveaus unabhängig voneinander durch eine entsprechende Steuerung des Umrichters 41 erreicht werden.The control device in the fourth transformer device 40 additionally measures the phase position of the phase line voltage 19a ... c. If a deviation of the phase position from the desired phase position is detected, then the phase position of the additional voltage is adjusted so that in the phase line 19a ... c again results in the desired phase position. This works as long as the desired phase position according to the space pointer addition can be achieved via the additional voltage, ie the deviation is not too great. In this case, a correction of the phase position and the voltage level independently by an appropriate control of the inverter 41 be achieved.

Schließlich ist es mit einem Umrichter sogar möglich, in unabhängiger Weise von den vorgenannten Korrekturen in der Spannung einer Phasenleitung 19a...c auftretende Oberschwingungen zu kompensieren. Oberschwingungen treten dabei üblicherweise bei Vielfachen der Netzfrequenz, beispielsweise bei 150 Hz und 250 Hz bei einem 50 Hz-Netz auf. Die Steuerungseinrichtung misst das Vorhandensein solcher Oberschwingungen und reagiert mit einer Ansteuerung des Umrichters 41. Dieser erzeugt in der zusätzlichen Spannung gleichartige Oberschwingungen mit gegensätzlicher Polarität, sodass eine Auslöschung erfolgt.Finally, with an inverter, it is even possible independently of the above-mentioned corrections in the voltage of a phase line 19a ... c to compensate for occurring harmonics. Harmonics usually occur at multiples of the mains frequency, for example at 150 Hz and 250 Hz in a 50 Hz network. The controller measures the presence of such harmonics and responds by driving the inverter 41 , This generates in the additional voltage similar harmonics with opposite polarity, so that an extinction occurs.

Claims

Transformer device for use in a supply network with - A multi-phase transformer designed to transform a voltage on a primary line system in a lower voltage on a secondary line system and - At least one means for adding an additional voltage to at least one of the lines of the secondary or the primary line system.

Transformer device according to claim 1, wherein the means for adding an additional voltage is configured to add the additional voltage to one of the lines of the secondary line system.

Transformer device according to claim 1 or 2, wherein a device for each of the phases of the secondary line system is provided.

Transformer device according to one of the preceding claims, wherein the device comprises at least one second transformer magnetically decoupled from the transformer.

Transformer device according to one of the preceding claims, wherein the device is coupled to the transformer so that the additional voltage for a phase of the secondary line system from the voltage of this phase can be generated.

Transformer device according to one of the preceding claims, wherein the device comprises a Having a plurality of separately controlled auxiliary transformers for a phase line.

Transformer device according to one of the preceding claims with a variable voltage source which is designed to generate the additional voltage.

A transformer device according to claim 7, wherein the variable voltage source is an inverter.

Transformer device according to one of the preceding claims with a measuring device for determining voltage and current for the phases of the transformer and a control device which is configured, the voltage by controlling the device on at least one of the phases of the secondary line system or as close as possible to a predetermined voltage value to keep.

Transformer device according to claim 9, wherein the control device is designed to maintain the phase position by controlling the device on at least one of the phases of the secondary line system or as close as possible to a predefinable value for the phase position.

Transformer device according to claim 8 and one of claims 9 or 10, wherein the control device is configured to determine and at least partially compensate for harmonic components in the voltage of at least one of the phases by generating corresponding harmonic components in the additional voltage.