[发明专利]蓄能器装置和交变负载用电设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于与供电系统交换功率的电负载的蓄能器装置以及一种作为这种电负载的交变负载用电设备。

背景技术

连接在供电系统上的或者由供电系统供电的电负载是例如连接在中压供电系统上的工业设备。确定的工业设备、例如炼钢设备、轧钢机列或熔炼设备、特别是其电炉、例如电弧炉具有非常高的电功率需求以及能量需求，该需求可由供电系统来满足。对于这种工业设备而言，现在越来越多地使用直接连接在供电系统、例如中压供电系统或高压供电系统上的静态变流器（VSC，voltage source converter，电压源变流器）。在此，变流器不仅与负载、而且也与供电系统并联。这种设备中的特定的用电设备、例如电弧炉或轧钢机也被称作交变负载用电设备。

例如当电弧炉运行时存在时间间隔，在这些时间间隔中，所需的电气瞬时功率在非常短的时间间隔中、即在毫秒的范围内剧烈地波动（所谓的闪变：Flicker）。此外还在较长的时间间隔内、例如大约30-60分钟的时间间隔内（即在用于炼钢的电弧炉的过程持续时间内）产生这样的过程，即在该过程中，负载的待吸取的功率平均值是可粗略预计的并且仅相对缓慢地、即在分钟的范围内波动。这种负载的通常剧烈波动的功率需求给供电系统施加大量的负荷并给供电企业带来高昂的成本，而该成本重新由负载的运行企业来承担。由于高的功率峰值而不可能有效地降低来自供电系统的再生的电能。

另一个问题出现在对供电系统中的电压波动反应敏感的电负载、例如用于制造半导体的装置中。在此必须使供电系统的供给电压在负载一侧稳定。同样适用于特别是在机器故障的情况下、例如甩负荷的情况下使作为负载（能量源、负载荷）的、产生电流的同步电机稳定。在此，也必须在机器与供电系统相连接的情况下将直至断开机器功率时仍在该机器中产生的能量导出。目前是将这种能量在分流电阻器上转化为热量。

目前在这种工业设备、例如炼钢设备中的功率波动通常被传递至供电系统上。

长期以来，对于工业设备的无功功率波动而言存在无功功率补偿设备。新式的、例如基于IGBT（绝缘栅双极晶体管）技术的变流器（VSC）已能够实现对无功功率的补偿。然而，对有效功率功率波动的补偿还只在非常低的程度上得到实现。

蓄电池储能器系统原则上对于高能量而言也是已知的，然而不能同时在高的蓄能器性能的情况下用于预定的或例如电弧炉所需的高功率或功率峰值。

从专利WO2009/121656A2中已知了，将双电层电容（DLC，double layer capacitor，也就是EPCOS公司的“Ultracaps”）作为所谓的超级电容器使用在有轨电车的运行中。这些超级电容器则用作用于较小能量的蓄能器。

ABB公司以“”产品提供一个基于锂离子电池与中压变流器联合的蓄能器，该蓄能器具有高的蓄能器性能。在此，功率变化是适度的并且被限定在允许的负载周期。

为了改进对于敏感的用电设备的电压质量，所谓的“dynamic voltage restorer（动态电压恢复器）（DVR）”储能器系统也是已知的，该储能器系统通过变压器使用储存在蓄电池中的能量大意是说，通过添加的电压部件将待处理的供电系统电压波动补偿至最优值。

由此原则上已知了蓄能器系统。然而，已知的系统要么涉及非常高的功率峰值、例如上述的具有储存了少量能量的双电层电容器，要么在功率峰值适度和相对较小的负载周期数时却涉及非常高的蓄能器数量。

发明内容

本发明的目的在于，改进供电系统与电负载的功率交换并且给出一个改进的电弧炉。

所述第一个目的通过根据权利要求1所述的蓄能器装置来实现。该蓄能器装置具有两个接头，该接头用于与负载和供电系统的并联连接。施加电压的、包含蓄能器的变流器接在这两个接头之间。由此拓扑结构与借助VSC的、负载在供电系统上的传统的连接相对应。然而，根据本发明在变流器中的蓄能器设计用于储存能量，该能量超出变流器正常运行所需的能量的数倍。

上述变流器的通常的、即传统的、到目前为止已知的运行的特征在于，蓄能器设计为，即它仅能接收对变流器的阀进行整流的、即例如用于运行存在于变流器中的IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）的能量。那么该蓄能器是一个传统的中间电路电容器，该中间电路电容器通常具有在毫法拉范围内的电容量。