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SEMS mit verlustarmem Speicherbetrieb und zusätzlicher Tieftemperatur-Chopper-Wechselrichterkombination zum verlustarmen Laden

IP.com Disclosure Number: IPCOM000017675D
Original Publication Date: 2001-Jul-01
Included in the Prior Art Database: 2003-Jul-23
Document File: 5 page(s) / 68K

Publishing Venue

Siemens

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Dr. Uwe Linnert: AUTHOR [+2]

Abstract

Beim Ein- und Auskoppeln (Be- und Entladen) von Energie über ein sog. Power Conditioning System (PCS) in einen supraleitenden magnetischen Energiespeicher (SMES) entstehen Betriebsverluste. Die vorgestellte Erfindung zeigt einen Weg, wie diese Energieverluste reduziert werden können. Bild 1 zeigt den Aufbau eines SMES der 1. Generation. Das Power Conditioning System (PCS) besteht aus:

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Bauelemente

SEMS mit verlustarmem Speicherbetrieb und zusätzlicherTieftemperatur-Chopper-Wechselrichterkombination zum verlustarmenLaden

Idee: Dr. Uwe Linnert, Fürth; Andreas Schlögel, München

Beim Ein- und Auskoppeln (Be- und Entladen) von Energie über ein sog. Power ConditioningSystem (PCS) in einen supraleitenden magnetischen Energiespeicher (SMES) entstehenBetriebsverluste. Die vorgestellte Erfindung zeigt einen Weg, wie diese Energieverluste reduziertwerden können.

Bild 1 zeigt den Aufbau eines SMES der 1. Generation. Das Power Conditioning System (PCS)besteht aus:

• m parallel geschalteten Einheiten bestehend aus

- zwei 6-pulsigen Eingangsbrücken

-� � � � dem� � � � Gleichspannungs� -� Zwischenkreis

- n parallel geschalteten DC-Choppern zum Ein- und Auskoppeln der Energie in die Spule

• einem Dump Circuit incl. Dump Resistor zur Schnellentladung der Spule im Quenchfall(Übergang in den normalleitenden Zustand)

•� � der� � � � supraleitenden� � � � Spule

Bild 1: SEMS-Gesamtsystem (1 st� generation)

Siemens Technik Report

Jahrgang 4� Nr. 12� Juli 2001

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Mit Freilauf des SMES sei hier der Betrieb der Spule im Kurzschluß gemeint, also derBetriebszustand, in der der Magnet weder geladen noch entladen wird. Der Stromfluß im Freilauferfolgt dabei immer durch die Durchführungen zwischen Tieftemperaturbereich undRaumtemperaturbereich über den DC-Chopper. Die Nachteile sind Verluste durch dieLeistungshalbleiter und die Durchführungen, sowie teure Durchführungen, da diese fürDauerlastbetrieb ausgelegt werden müssen. Folge ist ein häufiges Nachladen desMagnetspeichers. Der Nachladebetrieb stellt für den Magnetspeicher einen Wechselbetrieb dar,der wiederum höhere Verluste bewirkt. Zusätzlich treten im supraleitenden Magneten AC-Verluste infolge des Nachladens auf. Der DC-Chopper wird beim SEMS (1 st� generation) füreinen Betriebsstrom der supraleitenden Spule von z. B. 30kA bei 10kV Zwischenkreisspannungausgelegt. Aus der hohen Sperrspannungsfestigkeit der Bauelemente resultieren entsprechendhohe statische Verluste. Dem Problem der Betriebsverluste wurde bisher nur durch Verwendungoptimierter Großleistungshalbleiter begegnet. Ziel der Erfindung ist die weitere, deutlicheVerringerung der Verluste der SMES im Freilauf- und im Ladebetrieb.

Grundlage der hier vorgestellten Lösung sind die Ergebnisse von Messungen vonLeistungshalbleiter-Bauelementen bei Temperaturen von 77 K bis 300 K. Hier zeigte sich, dassvor allem MOSFET's in diesem Temperaturbereich deutlich geringere Verluste aufweisen, als beiRaumtemperatur. Zur Reduktion der Freilaufverluste wird vorgeschlagen, den Strom vom DC-Chopper in einen parallelen, verlustarmen Stromzweig zu kommutieren. Die Kommutierung erfolgtdurch ein spezielles Schaltkonzept. Der parallele, verlustarme Stromzweig kann grundsätzlich aufjedem Temperaturniveau vorteilhaft eingesetzt werden.

Zur Realisierung wird eine geeignete Kombination, bestehend aus einem elektrisch steuerbaren...