Zusammenfassung: Dieser Artikel fasst Ursprung und aktuellen Stand von in Reihe geschalteten, mehrstufigen Hochspannungs-Frequenzumrichtern zusammen und gibt einen Ausblick auf die zukünftige Entwicklung dieser Technologie. Schlüsselwörter: Hochspannungs-Frequenzumrichter, mehrstufig, in Reihe geschaltet. 1 Einleitung: In Reihe geschaltete, mehrstufige Frequenzumrichter nutzen mehrere in Reihe geschaltete Leistungseinheiten, um eine hohe Ausgangsspannung zu erzielen. Der Ausgang verwendet typischerweise mehrstufige, phasenverschobene Pulsweitenmodulation (PWM), um geringere Oberschwingungen in der Ausgangsspannung, kleinere Anstiegsgeschwindigkeiten (du/dt) und eine geringere Gleichtaktspannung zu erreichen. Der Eingang verwendet typischerweise einen mehrstufigen Trenntransformator zur Unterdrückung von Eingangsoberschwingungen. In den letzten Jahren hat sich diese Technologie weltweit rasant entwickelt, und in China sind viele Hersteller von Hochspannungs-Frequenzumrichtern auf Basis dieser Technologie entstanden, die bedeutende Industrialisierungserfolge erzielt haben. 2 Ursprung der in Reihe geschalteten, mehrstufigen Hochspannungs-Frequenzumrichter: Die Westinghouse Electric Company meldete im Mai 1986 das US-Patent Nr. 4674024 an. Diese Erfindung beschrieb ein Hochspannungs-Wechselrichtersystem, das durch die Reihenschaltung unabhängiger Standard-Niederspannungs-Leistungseinheiten gebildet wird. Abbildung 1 zeigt den Grundaufbau und das Reihenschaltbild der Leistungseinheit (Hinweis: Die Abbildungen in diesem Artikel stammen aus der Originalpatentschrift und wurden zur Wahrung der Genauigkeit nicht ins Chinesische übersetzt). Im Schaltbild kann die Steuerung der Ausgangshochspannung durch Ansteuerung der Gleichspannung einzelner Module im Wechselrichtersystem mittels einer steuerbaren Gleichrichterbrücke oder durch PWM-Ansteuerung einzelner Module auf der Wechselrichterseite erfolgen. Diese Erfindung stellt den Grundaufbau eines in Reihe geschalteten, mehrstufigen Frequenzumrichters vor. Abbildung 1 veranschaulicht dieses Steuerungsverfahren. Die obere Leistungseinheit nutzt eine steuerbare Gleichrichterbrücke zur Anpassung der Zwischenkreisspannung, und die Ausgangsfrequenz wird wechselrichterseitig gesteuert. Die untere Leistungseinheit arbeitet mit ungeregelter Gleichrichtung, und Amplitude und Frequenz der Ausgangsspannung werden wechselrichterseitig per PWM gesteuert. Abbildung 2 zeigt den Verlauf der Ausgangsspannung nach Reihenschaltung gemäß Abbildung 1. Abbildung 1: Aufbau der Leistungseinheit und Reihenschaltungsmethode. Abbildung 2: Ausgangsspannung nach Reihenschaltung. Abbildung 3 ist ein Schaltplan einer Kombination von in Reihe geschalteten Leistungseinheiten zur Erzeugung einer dreiphasigen Hochspannung, die zur Drehzahlregelung von Hochspannungsmotoren mit variabler Frequenz verwendet wird. Die Erfinder schlugen außerdem eine weitere Reihenschaltung vor (siehe Abbildung 4), die ebenfalls eine dreiphasige Hochspannung erzeugt. Aufgrund der geringen Auslastung der Leistungseinheiten ist ihre praktische Bedeutung jedoch gering, sie verdeutlicht aber den Innovationsgeist der Erfinder. Die Erfindung von Westinghouse löste den Widerspruch zwischen den Anforderungen an die Hochspannung von Frequenzumrichtern und der unzureichenden Spannungsfestigkeit der Komponenten. Dadurch wurde das Problem des Spannungsausgleichs vermieden, das bei der direkten Reihenschaltung herkömmlicher Komponenten auftritt, und die Grundlage für mehrstufige Frequenzumrichter mit Reihenschaltung gelegt. Abbildung 3 zeigt die Topologie eines solchen mehrstufigen Hochspannungs-Frequenzumrichters. Abbildung 4 zeigt eine weitere Reihenschaltungsmethode. Im März 1994 meldete die Robicon Corporation aus den USA das US-Patent Nr. 5625545 an. Diese Erfindung beschreibt ein mehrstufiges Reihenschaltungssystem mit einem mehrphasigen Transformator am Eingang und einer mehrstufigen Phasenverschiebungs-PWM am Ausgang (siehe Abbildung 5). Abbildung 6 zeigt den Aufbau der Leistungseinheit. Der Eingangstransformator ist in erweiterter Dreieckschaltung ausgeführt, wobei die Sekundärseiten des Transformators um einen bestimmten elektrischen Winkel versetzt sind, um Oberwellenströme am Eingang zu unterdrücken. Der Ausgang nutzt eine mehrstufige Phasenverschiebungs-PWM, bei der die Dreieckträger der verschiedenen Reiheneinheiten in derselben Phase um einen bestimmten Phasenwinkel versetzt sind. Dies erhöht die Sprunghöhe der Ausgangsspannung, verbessert die äquivalente Schaltfrequenz und optimiert die Ausgangsspannungswellenform. Abbildung 7 veranschaulicht das Prinzip der Phasenverschiebungs-PWM. Das von dieser Erfindung vorgeschlagene mehrstufige Reihenschaltungssystem für Hochspannungs-Frequenzumrichter hat sich als Standard auf dem Markt etabliert. Gleichzeitig wurde mit dieser Erfindung erstmals das Konzept des Leistungseinheiten-Bypasses eingeführt. Abbildung 5. Schema eines in Reihe geschalteten, mehrstufigen Hochspannungsumrichters; Abbildung 6. Strukturdiagramm der Leistungseinheit; Abbildung 7. Mehrstufige Phasenverschiebungs-PWM. Im Mai 1998 schlug Robicon ein Verfahren zur Umgehung der Leistungseinheit mittels Mittelpunktversatz vor. Nach der Umgehung einer defekten Leistungseinheit wird die Phase zwischen den dreiphasigen Ausgangsspannungen so angepasst, dass die Ausgangsspannung dreiphasig symmetrisch bleibt. Dadurch kann der Motor normal laufen und die Spannungsausnutzung maximiert werden. Diese Technologie verbessert die Zuverlässigkeit von in Reihe geschalteten, mehrstufigen Umrichtern erheblich. Abbildung 8. Strukturdiagramm der Leistungseinheiten-Umgehung; Abbildung 9. Funktionsprinzip der Leistungseinheiten-Umgehung mittels Mittelpunktversatz. Robicons innovativer Beitrag besteht in der Einführung von Konzepten wie mehrphasigen Schiebetransformatoren und mehrstufiger Phasenverschiebungs-PWM. Dadurch wurden Probleme im Zusammenhang mit Eingangs- und Ausgangsoberwellen, dU/dt, Gleichtaktspannung und Zuverlässigkeit gelöst. 1994 brachte das Unternehmen den weltweit ersten in Reihe geschalteten, mehrstufigen Hochspannungsumrichter auf den Markt, der heute weit verbreitet ist und eine führende Position in diesem Technologiebereich behauptet hat. Dies trug maßgeblich zur Verbreitung dieser Technologie bei. 3. Aktueller Stand der in Reihe geschalteten, mehrstufigen Hochspannungs-Frequenzumrichter: Aufgrund ihrer überlegenen Eingangs- und Ausgangswellenformen, der geringeren Oberwellenbelastung des Stromnetzes und ihrer Eignung für Standardmotoren haben in Reihe geschaltete, mehrstufige Frequenzumrichter in den letzten Jahren eine rasante Entwicklung erfahren und sich zunehmend zur Standardlösung für die Hochspannungs-Drehzahlregelung entwickelt. Da die beiden Erfindungen von Westinghouse Electric und Robicon nur in den Vereinigten Staaten patentiert wurden, ist die entsprechende Technologie in China derzeit nicht allgemein bekannt. Neben Robicon produzieren auch andere ausländische Hersteller wie Toshiba, Mitsubishi und Fuji in Reihe geschaltete, mehrstufige Hochspannungs-Frequenzumrichter. Auch in China gibt es zahlreiche Hersteller, darunter Leadway und Hitachi. Die Leistung der Antriebsmotoren liegt unter 3500 kW, und alle sind luftgekühlt. Darüber hinaus gibt es Lösungen mit dreistufigen Leistungseinheiten und Produkte mit herkömmlichen, in Reihe geschalteten IGBTs (mit dynamischem Spannungsausgleich). In meinem Land arbeiten die meisten Hochspannungsmotoren im 6-kV- und 10-kV-Bereich. Derzeit stoßen dreistufige Frequenzumrichter an die Grenzen der Spannungsfestigkeit ihrer Komponenten, was die direkte Erzeugung von Hochspannung auf diesem Niveau erschwert. Mehrstufige Frequenzumrichter in Reihenschaltung erreichen jedoch Ausgangsspannungen von 10 kV und mehr, was zu ihrer weitverbreiteten Anwendung in meinem Land führt, insbesondere in energiesparenden Bereichen wie Ventilatoren und Pumpen, wo sie nahezu eine Monopolstellung einnehmen. Herkömmliche mehrstufige Frequenzumrichter in Reihenschaltung nutzen Diodengleichrichtung, die keine Energierückkopplung ermöglicht und für Anwendungen mit Vierquadrantenbetrieb, wie Walzwerke und Kräne, ungeeignet ist. Dies ist ein Nachteil dieser Art von Hochspannungs-Frequenzumrichtern. Für Anwendungen mit Vierquadrantenbetrieb sind dreistufige Frequenzumrichter mit AFE und herkömmliche AC/AC-Frequenzumrichter weiterhin die gängigsten Lösungen. Bypass-Systeme für Leistungseinheiten verbessern die Zuverlässigkeit von in Reihe geschalteten, mehrstufigen Frequenzumrichtern erheblich und kompensieren weitgehend den durch die Vielzahl an Bauteilen bedingten Zuverlässigkeitsverlust. Die Reihenschaltung ermöglicht ein einfaches modulares Design, eignet sich für die Massenproduktion und erlaubt die Fertigung im industriellen Maßstab. Die H-Brücken-Struktur für Leistungseinheiten ist heute weit verbreitet. Einige ausländische Hersteller verwenden eine dreistufige Struktur innerhalb der Leistungseinheit, um die Anzahl der Leistungseinheiten im Umrichter zu reduzieren. Dies erhöht jedoch die Komplexität der Einheitenstruktur und -steuerung (z. B. dreistufige PWM und Schwankungen des Kondensatormittelpunktpotenzials), was zu suboptimaler Leistung führt. Diese Technologie ist international relativ ausgereift und erreicht Ausgangsspannungen von bis zu 14,4 kV. Der leistungsstärkste Umrichter, den Robicon für ein Projekt zur Verflüssigung von Erdgas lieferte, ist für einen 60.000-kW-Synchronmotor ausgelegt und verfügt über eine Ausgangsspannung von 7200 V, eine maximale Ausgangsfrequenz von 100 Hz und Wasserkühlung. Führende internationale Hersteller setzen sensorlose Vektorregelung und geschlossene Drehzahlvektorregelung ein. Diese Umrichter können Synchronmotoren und Mehrwicklungsmotoren antreiben und ermöglichen ein nahtloses Umschalten (synchrones Umschalten) zwischen Frequenzumrichter und Direktanschluss ans Netz. Der sensorlose Vektorregelungs-Hochspannungsumrichter von Robicon aus dem Jahr 2001 erreichte folgende technische Spezifikationen: Drehzahlbereich 100:1, stationäre Drehzahlgenauigkeit 0,5 %, Drehmomentlinearität 7 %, Drehmomentansprechverhalten 750 rad/s und Drehzahlansprechverhalten 20 rad/s. Derzeit verwenden die meisten inländischen Produkte eine V/f-Regelung, während Produkte mit sensorloser Vektorregelung in der Entwicklung sind. 4. Entwicklungsperspektiven von in Reihe geschalteten mehrstufigen Hochspannungs-Frequenzumrichtern Die Hauptschaltungstopologie und die Gesamtregelungsstrategie von in Reihe geschalteten mehrstufigen Frequenzumrichtern sind im Wesentlichen ausgereift. Aufgrund der Anforderungen an Zuverlässigkeit, Lebensdauer, Kosten und Regelungsleistung wird es in folgenden Bereichen Weiterentwicklungen geben: 4.1 Redundanzdesign Die Bedeutung der Anwendungsszenarien für Hochspannungs-Frequenzumrichter bestimmt deren hohe Zuverlässigkeitsanforderungen. Redundanzdesign kann die durch die große Anzahl an Komponenten in mehrstufigen Frequenzumrichtern verursachten Zuverlässigkeitsprobleme kompensieren und deren mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen (MTBF) deutlich verbessern. Das Redundanzdesign umfasst die Redundanz des Hauptstromkreises und des Steuerungssystems. Beim Redundanzdesign des Hauptstromkreises werden hauptsächlich die Bypass-Technologie der Leistungseinheit und die Verwendung mehrerer Frequenzumrichter zur Versorgung von Mehrphasenmotoren eingesetzt. Die Bypass-Technologie der Leistungseinheit ist relativ ausgereift und weit verbreitet. Da die meisten Motoren Drehstrommotoren sind, bietet die Parallelschaltung mehrerer Frequenzumrichter in Anwendungen mit hoher Leistung gewisse Vorteile, da sie die Kapazität erhöht und gleichzeitig Redundanz gewährleistet. 4.2 Sensorlose Vektorregelung Die sensorlose Vektorregelung kann die Leistung von Frequenzumrichtern deutlich verbessern und deren Anwendungsbereiche erweitern, ohne die Hardwarekosten zu erhöhen. Selbst in Anwendungen mit relativ geringen Anforderungen an den stationären und dynamischen Zustand, wie z. B. Lüfter und Pumpen, verhindern die Drehmomentbegrenzung und die Schnellwiederanlauffunktion der sensorlosen Vektorregelung effektiv Überstromauslösungen beim Beschleunigen und Überspannungsauslösungen beim Verzögern sowie andere anormale Abschaltungen. Dies ist entscheidend für den zuverlässigen Betrieb des Frequenzumrichters. Mehrstufige Hochspannungs-Frequenzumrichter in Reihenschaltung bieten aufgrund ihrer idealeren Ausgangsspannungs- und Stromwellenformen im Vergleich zu Niederspannungs-Frequenzumrichtern weniger Schwierigkeiten bei der Implementierung einer sensorlosen Vektorregelung. Ungenaue und zeitlich veränderliche Motorparameter sind wesentliche Faktoren, die die Leistungsfähigkeit der sensorlosen Vektorregelung beeinträchtigen. Daher sollte der Regelalgorithmus sensible Parameter möglichst vermeiden oder Funktionen zur Online-Motorparameteridentifizierung und Systemparameterkorrektur integrieren, um die Systemrobustheit zu verbessern. 4.3 Anwendung von Hochspannungs-Leistungshalbleitern Aktuell verwenden mehrstufige Hochspannungs-Frequenzumrichter in Reihenschaltung hauptsächlich Niederspannungs-IGBTs (unter 1700 V) als Hauptleistungshalbleiter. Die Nennausgangswechselspannung des Leistungshalbleiters liegt typischerweise unter 750 V, was im Vergleich zu anderen Frequenzumrichtertypen zu einer größeren Anzahl von Bauteilen führt. Einige Unternehmen verwenden mittlerweile 3300-V-IGBTs als Leistungshalbleiter. Zukünftig könnte der Einsatz von Leistungshalbleitern mit höherer Nennspannung, wie z. B. IGCTs, erwogen werden, um die Hauptschaltung zu vereinfachen und die Zuverlässigkeit zu verbessern. Selbstverständlich müssen die durch den Einsatz von Hochspannungsbauteilen bedingten höheren Gesamtkosten und die durch die geringere Anzahl in Reihe geschalteter Einheiten bedingte geringere Wellenformqualität umfassend berücksichtigt werden. 4.4 Erhöhte Kapazität Mit der Erweiterung der Anwendungsbereiche und dem Fortschritt der zugehörigen Technologien und Prozesse steigt die Kapazität von Hochspannungs-Frequenzumrichtern kontinuierlich. Mit zunehmender Kapazität gewinnt die Kühlung an Bedeutung. Im Bereich hoher Kapazitäten ist die Wasserkühlung eine geeignete Option; ausländische wassergekühlte Frequenzumrichter erreichen einen Ausgangsstrom von 1400 A. Die Wasserkühlung stellt hohe Anforderungen an die Konstruktion und die Wärmeableitung und stellt die Basisindustrie vor Herausforderungen. Derzeit liegt der Hauptengpass in der heimischen Fertigung wassergekühlter Frequenzumrichter in den unterstützenden Branchen wie der Herstellung wassergekühlter Transformatoren, Kühlkörper und Steckverbinder. Das Wasserkreislaufsystem wassergekühlter Hochspannungs-Frequenzumrichter ist relativ komplex. Als Kühlmedium dient typischerweise gereinigtes Wasser mit einem bestimmten Anteil an Frostschutzmittel, beispielsweise Ethylenglykol. Das Wasserkreislaufsystem muss Temperatur, Druck, Durchflussrate und Leitfähigkeit überwachen und regeln. Hierfür sind unter anderem Deionisierungsanlagen und Wasserstandsregler erforderlich. Die Vorteile der Wasserkühlung liegen in der guten Wärmeableitung und der geringen Geräuschentwicklung; die Nachteile sind die hohen Kosten und der komplexe Wartungsaufwand. Derzeit liegt der maximale Strom ausgereifter luftgekühlter 690-V-Netzteile international bei etwa 600 A. Shanghai Aipa Power Electronics Co., Ltd. entwickelt ein luftgekühltes 1000-A-Netzteil mit patentierter Technologie für luftgekühlte Hochspannungs-Frequenzumrichter mit extrem hoher Kapazität. In einigen Anwendungen mit hoher Kapazität können auch Mehrwicklungsmotoren eingesetzt werden, die von mehreren Frequenzumrichtern separat gespeist und koordiniert gesteuert werden, um eine höhere Kapazität und Redundanz zu erreichen. 4.5 Energierückkopplungsfunktion: Konventionelle in Reihe geschaltete Multilevel-Wechselrichter nutzen Diodengleichrichtung, um eine Rückspeisung von Energie ins Netz zu verhindern. Dies führt zu einer sehr geringen Bremsleistung, wodurch ihr Einsatz auf Lasten wie Lüfter und Pumpen beschränkt und ihr Anwendungsbereich erheblich eingeschränkt wird. Im August 2000 meldete Robicon ein US-Patent für die Verwendung einer AFE-Leistungseinheit an, um einen Vierquadrantenbetrieb eines in Reihe geschalteten Multilevel-Wechselrichters mit einstellbarem Eingangsleistungsfaktor zu realisieren (siehe Abbildung 10). Die Nachteile dieser Struktur sind die hohen Kosten und die Verluste durch die PWM-Gleichrichtung, die zu einer Verringerung des Systemwirkungsgrades führen. Alternativ kann eine Energierückkopplung durch antiparallelen Anschluss einer Thyristor-Wechselrichterbrücke an den Eingangsdiodengleichrichter erreicht werden. Dieser Ansatz ist vergleichsweise kostengünstiger, jedoch weniger zuverlässig. Abbildung 10: Leistungseinheit mit AFE-Struktur. 4.6 Anwendungen für Hochgeschwindigkeitsmotoren Hochgeschwindigkeits-Direktantriebe benötigen keine Drehzahlübersetzer und bieten Vorteile wie hohen Wirkungsgrad, einfache Wartung und gute Zuverlässigkeit. Sie gewinnen zunehmend an Bedeutung, ersetzen herkömmliche Motordrehzahlübersetzer und sind besonders vielversprechend für den Transport von Erdgasleitungen. Der Einsatz von Hochgeschwindigkeitsmotoren erfordert Frequenzumrichter mit höheren Ausgangsfrequenzen, beispielsweise 300 Hz. Dies stellt neue Herausforderungen an viele Aspekte von Hochspannungs-Frequenzumrichtern, wie etwa die Abtastfrequenz des Spannungsregelkreises, die PWM-Modulationstechnik, Wellenformverzerrungen bei hohen Ausgangsfrequenzen und die Verluste im Wechselrichterkreis. 4.7 Anwendung von hochzuverlässigen Aluminium-Elektrolytkondensatoren und metallisierten Sicherheitsfolienkondensatoren. Aluminium-Elektrolytkondensatoren werden derzeit häufig als Filterkondensatoren in in Reihe geschalteten, mehrstufigen Frequenzumrichtern eingesetzt. Da die Nennspannung von Elektrolytkondensatoren nicht hoch ist, überschreitet ihre Nennspannung üblicherweise 500 V nicht. In der Praxis werden oft zwei oder drei Kondensatorgruppen in Reihe benötigt, um die Anforderungen an die Zwischenkreisspannung zu erfüllen, was auch den Einsatz von Spannungsausgleichswiderständen erforderlich macht. Bei der Reihenschaltung von Kondensatoren ist der Leckstrom der Kondensatoren ein wichtiger Indikator. Ein geringerer Leckstrom trägt dazu bei, den Stromverbrauch der Spannungsausgleichswiderstände zu reduzieren und somit Verluste und Kosten zu senken. Das Hauptproblem von Elektrolytkondensatoren besteht darin, dass ihre Lebensdauer mit steigender Betriebstemperatur relativ schnell abnimmt, weshalb die Temperatur bei der Konstruktion besonders berücksichtigt werden muss. Ihre Vorteile sind der vergleichsweise niedrige Preis und die ausgereifte Technologie. Chinesische Kondensatoren, wie beispielsweise von Jianghai Capacitors, haben international hohes Niveau erreicht. Folienkondensatoren zeichnen sich durch hohe Spannungsfestigkeit aus, wobei einzelne Kondensatoren Spannungen von mehreren Kilovolt erreichen. Sie benötigen in der Regel keine Reihenschaltung und bieten Vorteile bei Anwendungen mit hohen Gleichspannungen. Folienkondensatoren mit kleiner Kapazität sind typischerweise Trockenkondensatoren, während für größere Kapazitäten öl- oder gasgefüllte Ausführungen zum Einsatz kommen. Folienkondensatoren, die zur DC/DC-Filterung in Wechselrichtern verwendet werden, verwenden in der Regel metallisierte Sicherheitsfolien und zeichnen sich durch Selbstheilungsfähigkeit, lange Lebensdauer und hohe Temperaturbeständigkeit aus. Zu ihren Nachteilen zählen die höheren Kosten und die deutlich größere Baugröße im Vergleich zu Elektrolytkondensatoren gleicher Kapazität. Folienkondensatoren reagieren empfindlich auf langfristige Überspannung, was zu einer Verkürzung der Lebensdauer führen kann. Daher muss bei der Konstruktion eine ausreichende Spannungsreserve sichergestellt werden. 4.8 Multilevel-PWM Aktuell nutzen Multilevel-Wechselrichter in Reihenschaltung primär SPWM (Space Voltage Vector Management). Die PWM-Steuerung erfolgt durch Vergleich einer Referenzspannung mit einer Dreiecksträgerwelle. Zur Verbesserung der Ausgangsspannung können Oberwellen dritter Ordnung für eine sattelförmige Modulation eingespeist werden. Spezielle Implementierungen verwenden programmierbare Logikbausteine ​​(LPGs) oder andere Verfahren. International haben zahlreiche Wissenschaftler die Raumspannungsvektorsteuerung (SPVC) für Multilevel-Wechselrichter erforscht und dabei insbesondere zwei- und dreistufige Verfahren untersucht, wodurch Fortschritte erzielt wurden. Bei einer hohen Anzahl von Stufen wird der Algorithmus jedoch zu komplex und findet daher in der Praxis keine Anwendung. Einige Technologien nutzen die sogenannte „Wellenstapelung“, bei der mehrere Rechteckwellen mit unterschiedlichen Pulsbreiten auf die Ausgangswellenform überlagert werden. In der Praxis weist diese Technik jedoch Nachteile auf, wie z. B. ungleichmäßige Ausgangsspannungen der einzelnen Leistungseinheiten, unzureichende Oberwellenkompensation und Überspannungen im Zwischenkreis aufgrund verlängerter Diodenfreilaufzeiten bei niedrigen Frequenzen. Andere Verfahren beinhalten die Reihenschaltung von Leistungseinheiten unterschiedlicher Spannungspegel, wodurch mit der gleichen Anzahl an Leistungseinheiten höhere Ausgangsspannungen erzielt werden. Dies bleibt jedoch theoretischer Natur und hat nur begrenzte praktische Bedeutung. 5. Fazit: Seit der Einführung des ersten in Reihe geschalteten, mehrstufigen Hochspannungs-Frequenzumrichters im Jahr 1994 hat sich die Technologie deutlich weiterentwickelt und ist nach über einem Jahrzehnt der Entwicklung weit verbreitet. Die Grundstruktur dieser Umrichter ist ausgereift, und führende ausländische Hersteller konzentrieren sich vor allem auf Forschung und Produktverbesserungen in Bereichen wie hohe Kapazität, hohe Leistung, Redundanz und Zuverlässigkeit. Die Forschung und Industrialisierung dieser Technologie in meinem Land hat mit den internationalen Trends Schritt gehalten und steht in diesem Bereich an zweiter Stelle hinter den Vereinigten Staaten. Obwohl China und Japan jeweils ihre Stärken und Schwächen haben, befindet sich China insgesamt auf einem fortgeschrittenen Niveau. Die heimische Energie-, Kommunal-, Metallurgie- und Petrochemieindustrie hat einen großen und schnell wachsenden Bedarf an Hochspannungs-Frequenzumrichtern, wodurch günstige Marktbedingungen für die Industrialisierung der Hochspannungs-Frequenzumrichterindustrie in meinem Land geschaffen werden. Aktuell sind wichtige Zulieferindustrien in China, wie beispielsweise Mehrpuls-Gleichrichtertransformatoren, Elektrolytkondensatoren mit hoher Kapazität, Kühlkörper und flexible Hochspannungskabel, weitgehend ausgereift. Der Hauptengpass liegt in der technologischen Forschung und Entwicklung, insbesondere in den Bereichen hohe Kapazität und hohe Leistung, wo im Vergleich zu international führenden Unternehmen ein deutlicher Rückstand besteht. Dank Fortschritten in der Leistungselektronik und der Antriebstechnik sowie der Stärkung der Kernkompetenzen in der Forschung und Entwicklung inländischer Unternehmen wird erwartet, dass die chinesische Hochspannungs-Frequenzumrichterindustrie in den kommenden Jahren eine Phase rasanter Entwicklung durchlaufen wird. Referenzen: [1] Hammond P, Mittelspannungs-PWM-Antrieb und -Verfahren, US-Patent 4674024 [2] Paice D, Hochspannungs-Modulumrichter und zugehöriges Steuerungssystem, US-Patent 5625545 [3] Zhu Wei, Chen Boshi, Hochspannungs-Frequenzumrichter-Drehzahlregelungstechnik, Journal of Electrical Engineering, 1999(3): 26-28 [4] Han Anrong, Allzweck-Frequenzumrichter und seine Anwendung, Machinery Industry Press, 2000: 366-423 [5] Hammond P, Ein neuer Ansatz zur Verbesserung der Stromqualität für Mittelspannungsantriebe, IEEE/PCIC-Konferenzbericht 1995: 231-235. Autorenvorstellung: Zhu Wei, männlich, geboren 1973, Dr. phil., leitender Ingenieur. Er promovierte 1998 an der Fakultät für Automatisierung der Universität Shanghai im Bereich Elektroantriebe und Automatisierung. Er ist derzeit Geschäftsführer der Shanghai Aipa Power Electronics Co., Ltd. Er ist Mitglied des Fachkomitees für elektrische Automatisierung der Chinesischen Gesellschaft für Automatisierung und des Fachkomitees für elektrische Steuerungssysteme und -geräte der Chinesischen Gesellschaft für Elektrotechnik. Seit vielen Jahren forscht er im Bereich elektrischer Antriebe und Leistungselektronik und ist spezialisiert auf Vektorregelung, Hochleistungs-Allzweck-Frequenzumrichter und Hochspannungs-Frequenzumrichter mit hoher Kapazität. Er hat über zehn Artikel in nationalen und internationalen Fachzeitschriften und Konferenzen veröffentlicht und ist Autor des Kapitels 6 „Hochspannungs-Frequenzumrichter“ der Monografie „Allzweck-Frequenzumrichter und ihre Anwendungen“. Chen Boshi, geboren 1928, ist Professor und Doktorvater an der Universität Shanghai. Er ist seit vielen Jahren in Lehre und Forschung im Bereich elektrischer Antriebe und Automatisierungstechnik tätig. Er war Mitglied der Fachgruppe Elektrotechnik des Akademischen Gradkomitees des Staatsrats, Mitglied des Internationalen Lenkungsausschusses der Europäischen Gesellschaft für Leistungselektronik (EPE), Direktor der Chinesischen Gesellschaft für Elektrotechnik, stellvertretender Vorsitzender des Fachkomitees für Elektrische Steuerungssysteme und -geräte, Vizepräsident der Gesellschaft für Leistungselektronik, stellvertretender Vorsitzender des Fachkomitees Elektrische Automatisierung der Chinesischen Gesellschaft für Automatisierung und stellvertretender Vorsitzender des Nationalen Lenkungsausschusses für die Lehre in Elektrotechnik und Automatisierung an Hochschulen. Er war unter anderem Berater des Nationalen Lehrbuchkomitees für Automatisierung an Hochschulen, stellvertretender Vorsitzender des Nationalen Lehrbuchkomitees der Reihe Elektrotechnik und Automatisierung an Hochschulen und Vorsitzender des Redaktionsausschusses der Fachzeitschrift „Power Electronics Technology“. Gemeinsam mit Kollegen verfasste er die Werke „Automatische Steuerungssysteme“, „Automatische Steuerungssysteme für elektrische Antriebe“ und „Drehzahlregelungssysteme für Wechselstrom“ und übersetzte und korrigierte unter anderem „Steuerung elektrischer Antriebe“. Er hat über 130 wissenschaftliche Artikel im In- und Ausland veröffentlicht. Zhou Helang: Stellvertretender Vorsitzender der Chinesischen Gesellschaft für Elektrotechnik, leitender Ingenieur auf Professorenebene. Er ist seit Langem im Technologiemanagement der Elektrotechnik tätig und war zuvor Direktor des Elektrotechnischen Büros im Ministerium für Maschinenbau sowie Direktor des Amtes für wichtige technische Ausrüstung. Er hat über 80 Fachartikel veröffentlicht und das Buch „Elektrotechnik und -management“ verfasst.