DE102014100256A1 - Modular power converter - Google Patents
Modular power converter Download PDFInfo
- Publication number
- DE102014100256A1 DE102014100256A1 DE102014100256.3A DE102014100256A DE102014100256A1 DE 102014100256 A1 DE102014100256 A1 DE 102014100256A1 DE 102014100256 A DE102014100256 A DE 102014100256A DE 102014100256 A1 DE102014100256 A1 DE 102014100256A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- power converter
- branch
- branches
- line
- bridge
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
- H02M5/02—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
- H02M5/04—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
- H02M5/22—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M5/275—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M5/293—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
- H02M7/4835—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
- H02M7/49—Combination of the output voltage waveforms of a plurality of converters
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft einen modularen Umrichter zur Verbindung eines ersten elektrischen Mehrleitungsnetzes mit einem zweiten elektrischen Mehrleitungsnetz mittels elektronische Halbleiterschalter aufweisenden Brückenmodulen, wobei aus einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Brückenmodulen jeweils Umrichterzweige gebildet sind, wobei mehrere Umrichterzweige vorhanden sind, die jeweils eine Leitung des ersten Mehrleitungsnetzes mit einer Leitung des zweiten Mehrleitungsnetzes verbinden, wobei der Umrichter eine Umrichterzweig-Redundanz derart aufweist, dass wenigstens ein Umrichterzweig als redundanter Umrichterzweig ausgebildet ist oder durch eine Steuerungseinrichtung des Umrichters als redundanter Umrichterzweig betrieben ist, wobei der redundante Umrichterzweig zur Übernahme der Funktion eines anderen Umrichterzweigs eingerichtet ist. The invention relates to a modular converter for connecting a first electric multi-line network to a second electrical multi-line network by means of electronic bridge modules comprising semiconductor modules, wherein from a plurality of bridge modules connected in series converter branches are formed, wherein a plurality of Umrichterzweige are present, each having a line of the first multi-line network connect to a line of the second multi-line network, wherein the inverter has a converter branch redundancy such that at least one converter branch is designed as a redundant converter branch or operated by a control device of the inverter as a redundant converter branch, wherein the redundant converter branch to take over the function of another inverter branch is set up.
Description
Die Erfindung betrifft einen modularen Stromrichter zur Verbindung eines ersten elektrischen Mehrleitungsnetzes mit einem zweiten elektrischen Mehrleitungsnetz mittels elektronische Halbleiterschalter aufweisenden Brückenmodulen gemäß dem Anspruch 1. The invention relates to a modular power converter for connecting a first electrical multi-line network to a second electrical multi-line network by means of electronic semiconductor switch having bridge modules according to
Allgemein betrifft die Erfindung das Gebiet der elektrischen Energieversorgungstechnik. Mit einem solchen Stromrichter kann elektrische Energie zwischen Energieversorgungsnetzen transferiert werden, die z. B. unterschiedliche Nennspannungen oder, im Falle von Wechselspannung, unterschiedliche Frequenzen haben. Ein solcher Stromrichter wird auch als Umrichter bezeichnet. Dies kann durch Verwendung von elektronische Halbleiterschalter aufweisenden Brückenmodulen ohne teure und aufwändige Transformatoren realisiert werden. Entsprechende Vorschläge sind z. B. aus der
Solche bekannten Stromrichter weisen mehrere Stromrichterzweige auf, die jeweils eine Leitung des ersten Mehrleitungsnetzes mit einer Leitung des zweiten Mehrleitungsnetzes verbinden. In jedem Stromrichterzweig sind so viele Brückenmodule in Reihe geschaltet, dass die gewünschte Energieübertragung von dem einen Mehrleitungsnetz in das andere Mehrleitungsnetz durchgeführt werden kann und die einzelnen Brückenmodule dabei nicht überlastet werden. Um eine erhöhte Ausfallsicherheit zu erreichen, kann die Anzahl der in Reihe geschalteten Brückenmodule pro Stromrichterzweig so groß gewählt werden, dass eine gewisse Redundanz vorhanden ist. So kann z. B. bei einem internen Defekt eines Brückenmoduls der Reihenschaltung dieses Brückenmodul über die interne Brückenschaltung oder auf andere Weise elektrisch überbrückt werden. Der hierdurch verursachte Spannungsausfall kann durch die übrigen Brückenmodule der Reihenschaltung kompensiert werden, indem durch entsprechende Steuerung der elektronischen Halbleiterschalter der Brückenmodule pro Brückenmodul eine im zeitlichen Mittel jeweils erhöhte Ausgangsspannung bereitgestellt wird. Bei einem solchen Stromrichter erfolgt die Wartung und Reparatur im Regelfall in einem vollständig abgeschalteten Zustand des Stromrichters. Such known power converters have a plurality of power converter branches which each connect a line of the first multi-line network to a line of the second multi-line network. In each power converter branch as many bridge modules are connected in series, that the desired energy transfer from one multi-line network in the other multi-line network can be performed and the individual bridge modules are not overloaded. In order to achieve increased reliability, the number of bridge modules connected in series per converter branch can be selected to be so large that a certain amount of redundancy exists. So z. B. in the case of an internal defect of a bridge module of the series connection of this bridge module via the internal bridge circuit or otherwise electrically bridged. The power failure caused thereby can be compensated by the other bridge modules of the series connection, by a respective increased in time average output voltage is provided by appropriate control of the electronic semiconductor switches of the bridge modules per bridge module. In such a power converter, the maintenance and repair usually takes place in a completely disconnected state of the power converter.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen modularen Stromrichter der zuvor erläuterten Art anzugeben, der bei im Wesentlichen gleichem Hardware-Aufwand eine verbesserte Ausfallsicherheit bietet. The invention has for its object to provide a modular power converter of the type described above, which offers improved reliability at substantially the same hardware cost.
Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst durch einen modularen Stromrichter zur Verbindung mit wenigstens einem elektrischen Mehrleitungsnetz mittels elektronische Halbleiterschalter aufweisenden Brückenmodulen, wobei aus einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Brückenmodulen jeweils Stromrichterzweige gebildet sind, wobei mehrere Stromrichterzweige vorhanden sind, die jeweils eine Leitung des ersten Mehrleitungsnetzes mit einer Leitung des zweiten Mehrleitungsnetzes oder einer anderen Leitung des ersten Mehrleitungsnetzes verbinden, wobei der Stromrichter eine Stromrichterzweig-Redundanz derart aufweist, dass wenigstens ein Stromrichterzweig als redundanter Stromrichterzweig ausgebildet ist oder durch eine Steuerungseinrichtung des Stromrichters als redundanter Stromrichterzweig betrieben ist, wobei der wenigstens eine redundante Stromrichterzweig zur wenigstens teilweisen Übernahme der Funktion eines anderen Stromrichterzweigs eingerichtet ist, z.B. bei Ausfall oder Störung oder zur Entlastung des anderen Stromrichterzweigs. Der modulare Stromrichter, im Folgenden nur kurz als Stromrichter bezeichnet, hat den Vorteil, dass durch ein gegenüber Vorschlägen aus dem Stand der Technik völlig anderes Redundanzkonzept bei im Wesentlichen gleichem oder nur geringfügig erhöhtem Hardware-Aufwand eine deutliche Verbesserung der Ausfallsicherheit erzielt werden kann. Infolgedessen ist seltener mit Ausfällen der elektrischen Energieversorgung zu rechnen. Zudem wird die Wartungsfreundlichkeit des Stromrichters erhöht. Dies wird durch die Einführung einer Stromrichterzweig-Redundanz erreicht, im Gegensatz zu einer Redundanz innerhalb eines Stromrichterzweigs. Durch Vorsehen eines zusätzlichen Stromrichterzweigs als redundanten Stromrichterzweig oder durch Betreiben eines vorhandenen Stromrichterzweigs als redundanten Stromrichterzweig wird es möglich, bei einer Störung in einem anderen Stromrichterzweig, z. B. einem Ausfall eines Brückenmoduls, die Funktion des gestörten Stromrichterzweigs solange durch den redundanten Stromrichterzweig ausführen zu lassen, bis der Ausfall oder die Störung des gestörten Stromrichterzweigs behoben ist. Um eine ausreichende Sicherheit für das Wartungspersonal zu gewährleisten, kann der gestörte Stromrichterzweig während der Durchführung der Wartungsarbeiten galvanisch abgetrennt werden, z. B. durch entsprechende Trennschütze. Hierin liegt ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Redundanzkonzepts, nämlich, dass nur relativ wenige Trennschütze erforderlich sind, nur zwei pro Stromrichterzweig, um den gesamten Stromrichterzweig in einen für Wartungsarbeiten sicheren Zustand zu versetzen. Bei der reinen Redundanz durch die Reihenschaltung der Brückenmodule wären Trennschütze auf beiden Seiten jedes Brückenmoduls erforderlich, was aufgrund des erheblichen Aufwands nicht praxisgerecht wäre. Durch das erfindungsgemäße neue Redundanzkonzept der Stromrichterzweig-Redundanz können damit auch reparaturbedingte Abschaltphasen des Stromrichters reduziert oder ganz vermieden werden. This object is achieved according to
Dass wenigstens ein Stromrichterzweig als redundanter Stromrichterzweig ausgebildet ist oder durch eine Steuerungseinrichtung des Stromrichters als redundanter Stromrichterzweig betrieben ist, umfasst die Ausführungsformen, dass einer oder mehrere Stromrichterzweig als redundante Stromrichterzweige ausgebildet sind oder als solche betrieben sind. That at least one power converter branch is designed as a redundant power converter branch or is operated by a control device of the power converter as a redundant power converter branch includes the embodiments that one or more power converter branch are designed as redundant power converter branches or operated as such.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass die Anzahl der erforderlichen Brückenmodule des Stromrichters und damit die installierte Schaltleistung, der Platzbedarf und die Investitionskosten gesenkt werden können. Der Ausfall eines Brückenmoduls führt maximal zu einem Ausfall des entsprechenden Stromrichterzweigs, nicht jedoch zu einem Ausfall des gesamten Stromrichters. Hieraus lässt sich eine Erhöhung der Verfügbarkeit des Stromrichters ableiten. Wartungsarbeiten wie der Austausch von Brückenmodulen oder anderen Bauteilen können im laufenden Betrieb geschehen. Hierbei kann der Stromrichter ggf. mit verminderter Leistung am Netz bleiben. Another advantage of the invention is that the number of required bridge modules of the power converter and thus the installed switching capacity, space requirements and investment costs can be reduced. The failure of a bridge module leads to a maximum failure of the corresponding power converter branch, but not to a failure of the entire power converter. From this, an increase in the availability of the power converter can be derived. Maintenance work such as the replacement of bridge modules or other components can be done during operation. If necessary, the power converter can remain connected to the grid with reduced power.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine Steuerungseinrichtung des Stromrichters dazu eingerichtet, die für den Betrieb des Stromrichters genutzten Stromrichterzweige zu wechseln. Insbesondere können auch ein oder mehrere redundante Stromrichterzweige für den Betrieb des Stromrichters genutzt werden, ohne dass Fehler oder Störungen vorliegen. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine Steuerungseinrichtung des Stromrichters dazu eingerichtet, den Stromrichter mit einer variablen, durch die Steuereinrichtungseinrichtung festlegbaren Anzahl von Stromrichterzweigen zu betreiben. Dies hat den Vorteil, dass durch die Steuerungseinrichtung ein gestörter Stromrichterzweig abgeschaltet werden kann und durch einen redundanten Stromrichterzweig ersetzt werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei entsprechender schaltungstechnischer Anordnung der einzelnen Stromrichterzweige einschließlich des oder der redundanten Stromrichterzweige ein Wechsel zwischen gerade aktiven Stromrichterzweigen durch die Steuerungseinrichtung durchgeführt werden kann, auch ohne dass eine Störung in einem Stromrichterzweig vorliegt. Dies hat den Vorteil, dass alle Stromrichterzweige hin und wieder im laufenden Betrieb eingesetzt werden, so dass eventuelle Fehler oder Störungen frühzeitig entdeckt werden. Insbesondere kann hiermit vermieden werden, dass ein redundanter Stromrichterzweig im Normalfall nie betrieben wird und erst dann, wenn der redundante Stromrichterzweig benötigt wird, festgestellt wird, dass der redundante Stromrichterzweig einen Fehler aufweist. Ein weiterer Vorteil der genannten Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass durch ein regelmäßiges Umschalten der aktiv in Betrieb befindlichen Stromrichterzweige eine gleichmäßige Belastung und Abnutzung der Bauteile erfolgt, insbesondere der einzelnen Bauteile der Brückenmodule. Anders gesagt, im zeitlichen Mittel werden hierdurch sämtliche Bauteile geschont, weil sie nicht ständig in Betrieb sind. According to an advantageous embodiment of the invention, a control device of the power converter is adapted to change the used for the operation of the power converter power converter branches. In particular, one or more redundant power converter branches can be used for the operation of the power converter, without errors or malfunctions. According to an advantageous development of the invention, a control device of the power converter is set up to operate the power converter with a variable number of converter branches that can be defined by the control device. This has the advantage that a faulty power converter branch can be switched off by the control device and can be replaced by a redundant power converter branch. A further advantage is that with a corresponding circuit arrangement of the individual power converter branches including the redundant power converter branches, a change between currently active power converter branches can be performed by the control device, even without a fault being present in a power converter branch. This has the advantage that all power converter branches are occasionally used during operation, so that any errors or malfunctions are detected early. In particular, this avoids that a redundant power converter branch is normally never operated and only when the redundant power converter branch is needed, it is determined that the redundant power converter branch has an error. Another advantage of said development of the invention is that a regular switching of the active power converter branches in operation, a uniform load and wear of the components takes place, in particular the individual components of the bridge modules. In other words, in terms of time, all components are protected because they are not constantly in operation.
Eine Abschaltung eines Stromrichterzweigs, z. B. bei einer Störung, kann z. B. durch Durchführung einer Stromregelung derart erfolgen, dass der Strom auf den Wert Null geregelt wird, so dass der Stromrichterzweig elektrisch neutral ist. Anschließend ist es beispielsweise möglich, sämtliche Halbleiterschalter im Brückenmodul zu deaktivieren und somit zu entlasten. A shutdown of a power converter branch, z. B. in a fault, z. B. carried out by performing a current control such that the current is controlled to zero, so that the power converter branch is electrically neutral. Subsequently, it is possible, for example, to disable all semiconductor switches in the bridge module and thus relieve.
Eine Änderung der genutzten Stromrichterzweige kann durch die Steuerungseinrichtung z.B. vorgenommen werden, wenn der Stromrichter nicht in Betrieb ist. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Steuerungseinrichtung zur Änderung der genutzten Stromrichterzweige bzw. der genutzten Anzahl von Stromrichterzweigen während des laufenden Betriebs des Stromrichters eingerichtet. Somit muss der Stromrichter für einen Wechsel der genutzten Stromrichterzweige nicht heruntergefahren werden. Die Energieversorgung durch den Stromrichter wird daher nicht unterbrochen. Auf diese Weise können je nach elektrischer Belastungssituation jederzeit mehr oder weniger Stromrichterzweige genutzt werden. Es können z. B. redundante Stromrichterzweige genutzt werden, um in zeitlichen Phasen hoher Belastung des Stromrichters die übrigen Stromrichterzweige zu entlasten. A change in the utilized converter branches can be controlled by the control device, e.g. be made when the power converter is not in operation. According to an advantageous development of the invention, the control device is set up to change the utilized power converter branches or the number of power converter branches used during ongoing operation of the power converter. Thus, the power converter does not have to be shut down for a change of the used converter branches. The power supply through the power converter is therefore not interrupted. In this way, depending on the electrical load situation more or less power converter branches can be used at any time. It can z. B. redundant power converter branches are used to relieve the remaining power converter branches in time periods of high load of the power converter.
Das erste und/oder das zweite elektrische Mehrleitungsnetz kann z. B. ein Zweileitungsnetz oder ein Dreileitungsnetz sein, insbesondere ein Wechselstromnetz. Der Stromrichter eignet sich z. B. für die Verbindung zweier dreiphasiger Netze miteinander, d. h. von zwei Drehstromnetzen. Der Stromrichter eignet sich auch z. B. zur Verbindung eines einphasigen Wechselstromnetzes mit einem dreiphasigen Netz. Ebenso kann ein dreiphasiges Netz z. B. mit einem Gleichstromnetz mit zwei Leitungen verbunden werden, z. B. zur Hochspannungsgleichstromübertragung. The first and / or the second electrical multi-line network can, for. B. a two-line network or a three-line network, in particular an AC network. The power converter is suitable for. B. for the connection of two three-phase networks with each other, d. H. of two three-phase networks. The power converter is also suitable for. B. for connecting a single-phase AC mains with a three-phase network. Likewise, a three-phase network z. B. connected to a DC network with two lines, z. B. for high-voltage direct current transmission.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Stromrichter wenigstens m·n Stromrichterzweige aufweist, wobei m die Anzahl der Leitungen des ersten Mehrleitungsnetzes und n die Anzahl der Leitungen des zweiten Mehrleitungsnetzes ist, wobei eine Steuerungseinrichtung des Stromrichters dazu eingerichtet ist, den Stromrichter mit einer durch die Steuerungseinrichtung festlegbaren Anzahl k von Stromrichterzweigen zu betreiben, wobei k < m·n ist. So kann k bei Verwendung des Stromrichters mit zwei Dreileitungsnetzen (m = 3, n = 3) einen Wert kleiner 9 annehmen. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist k ≥ a. a ist der größere Wert von m und n. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist k ≥ m + n, insbesondere k > m + n. Insbesondere kann der Stromrichter mit k = m + n Stromrichterzweigen betrieben werden. So kann z. B. bei Ausbildung des Stromrichters als Multilevelmatrixkonverter, der für die Kopplung zweier Dreileitungsnetze neun Stromrichterzweige aufweist, der Stromrichter variabel mit einer Anzahl von Stromrichterzweigen zwischen 6 und 9 betreiben werden. Wird der Stromrichter mit 6 Stromrichterzweigen betrieben, kann ein vorteilhaftes Betriebsverfahren gemäß
Die Anzahlen m und n von Leitungen der Mehrleitungsnetze beziehen sich dabei auf die bei gleichmäßiger Belastung stromtransportierenden Leitungen, d.h. bei einem Dreiphasennetz auf die drei Phasenleiter. Ein ggf. vorhandener Neutralleiter ist hier nicht mitgezählt. In this case, the numbers m and n of lines of the multi-line networks refer to the lines carrying current during uniform loading, i. in a three-phase network, the three phase conductors. Any existing neutral conductor is not counted here.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Stromrichter m + n Stromrichterzweige und wenigstens einen zusätzlichen redundanten Stromrichterzweig auf, wobei m die Anzahl der Leitungen des ersten Mehrleitungsnetzes und n die Anzahl der Leitungen des zweiten Mehrleitungsnetzes ist. Verblüffenderweise kann in bestimmten Anwendungen trotz des zusätzlichen redundanten Stromrichterzweigs der gesamte Stromrichter mit im Wesentlichen gleichem Hardware-Aufwand realisiert werden und dennoch eine höhere Ausfallsicherheit erreicht werden. So ist es möglich, die Anzahl der Brückenmodule pro Stromrichterzweig zu reduzieren, was mit einer gewissen Reduzierung der inneren Redundanz des Stromrichterzweigs einhergeht. Wird nun aus diesen frei gewordenen Brückenmodulen ein gesonderter Stromrichterzweig, nämlich der zusätzliche redundante Stromrichterzweig, gebildet, kann die Anzahl der für den Stromrichter erforderlichen Brückenmodule gleich bleiben. Es kann aber die erfindungsgemäße Stromrichterzweig-Redundanz mit einem zusätzlichen Stromrichterzweig realisiert werden. Fehleranalysen haben ergeben, dass durch eine solche Änderung der Schaltungstopologie bei gleicher Anzahl von Brückenmodulen in bestimmten Anwendungen die Ausfallsicherheit des gesamten Stromrichters gesteigert werden kann. According to an advantageous development of the invention, the converter has m + n converter branches and at least one additional redundant converter branch, where m is the number of lines of the first multi-line network and n is the number of lines of the second multi-line network. Surprisingly, in certain applications, despite the additional redundant power converter branch of the entire power converter can be realized with substantially the same hardware cost and still be achieved a higher reliability. Thus, it is possible to reduce the number of bridge modules per power converter branch, which is accompanied by a certain reduction of the internal redundancy of the power converter branch. If now a separate converter branch, namely the additional redundant converter branch, is formed from these freed bridge modules, the number of bridge modules required for the converter can remain the same. However, the converter branch redundancy according to the invention can be realized with an additional converter branch. Error analyzes have shown that such a change in the circuit topology with the same number of bridge modules in certain applications can increase the reliability of the entire power converter.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Anzahl der Stromrichterzweige geringer als 2 (m + n), wobei m die Anzahl der Leitungen des ersten Mehrleitungsnetzes und n die Anzahl der Leitungen des zweiten Mehrleitungsnetzes ist. Hierdurch kann der Gesamtaufwand für den Stromrichter gering gehalten werden. Es ist insbesondere keine Verdoppelung der für den Betrieb des Stromrichters erforderlichen Minimalzahl an Stromrichterzweigen notwendig. According to an advantageous embodiment of the invention, the number of power converter branches is less than 2 (m + n), where m is the number of lines of the first multi-line network and n is the number of lines of the second multi-line network. As a result, the total cost of the power converter can be kept low. In particular, it is not necessary to double the minimum number of converter branches necessary for the operation of the converter.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist für einen, mehrere oder alle Stromrichterzweige und/oder für einen, mehrere oder alle redundanten Stromrichterzweige wenigstens ein in Reihe zu den Brückenmodulen des Stromrichterzweigs geschalteter Trennschalter vorgesehen, mit dem der Stromrichterzweig oder der redundante Stromrichterzweig galvanisch abschaltbar ist. Der Trennschalter kann z. B. als manuell betätigbarer Trennschalter oder als durch eine Steuerungseinrichtung steuerbares Trennschütz ausgebildet sein. Der Trennschalter kann insbesondere am Ende eines Stromrichterzweigs angeordnet sein, d. h. an der Verbindung des Stromrichterzweigs zu einer Leitung eines angeschlossenen Mehrleitungsnetzes. Dies hat den Vorteil, dass mittels des Trennschalters ein Stromrichterzweig auch galvanisch abgeschaltet werden kann. Hierdurch kann der Stromrichter im Fehlerfall einfacher und sicherer repariert werden oder es können Wartungsarbeiten durchgeführt werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens ein Trennschalter an jedem Ende eines Stromrichterzweigs oder redundanten Stromrichterzweigs, der Trennschalter aufweist, vorhanden. Dies hat den Vorteil, dass der Stromrichterzweig beidseitig galvanisch abgetrennt werden kann, so dass er vollständig potentialfrei geschaltet werden kann. Hierdurch wird die größtmögliche Sicherheit für Reparatur- und Wartungsarbeiten erreicht. According to an advantageous development of the invention, one, several or all power converter branches and / or one, several or all redundant power converter branches are provided with at least one disconnector connected in series with the bridge modules of the power converter branch, with which the power converter branch or the redundant power converter branch can be galvanically switched off. The circuit breaker can, for. B. be designed as a manually operable disconnector or as controllable by a control device isolating contactor. The circuit breaker can be arranged in particular at the end of a power converter branch, d. H. at the connection of the power converter branch to a line of a connected multi-line network. This has the advantage that by means of the circuit breaker, a power converter branch can also be switched off galvanically. In this way, the power converter can be repaired easier and safer in case of failure or it can be carried out maintenance. According to an advantageous embodiment of the invention, at least one circuit breaker at each end of a power converter branch or redundant power converter branch, the circuit breaker is present. This has the advantage that the power converter branch can be galvanically separated on both sides, so that it can be switched completely potential-free. This achieves the greatest possible safety for repair and maintenance work.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Stromrichter als Direktumrichter oder als Zwischenkreis-Umrichter, insbesondere mit einem Gleichspannungszwischenkreis, oder als Wechselrichter, Blindleistungskompensator oder unterbrechungsfreie Stromversorgungseinheit ausgebildet. Der Stromrichter kann insbesondere als transformatorloser Stromrichter ausgebildet sein. Hierdurch kann der Stromrichter vergleichsweise kostengünstig und kompakt realisiert werden. According to an advantageous embodiment of the invention, the power converter is designed as a direct converter or as a DC link converter, in particular with a DC voltage intermediate circuit, or as an inverter, reactive power compensator or uninterruptible power supply unit. The power converter can be designed in particular as a transformerless power converter. As a result, the power converter can be realized comparatively inexpensive and compact.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Brückenmodul wenigstens zwei elektronische Halbleiterschalter in Halbbrückenschaltung oder vier elektronische Halbleiterschalter in Vollbrückenschaltung auf. Das Brückenmodul weist wenigstens einen Kondensator auf, der über die Halbleiterschalter mit äußeren Anschlusskontakten des Brückenmoduls verbindbar ist. Mit der Vollbrückenschaltung lassen sich bipolare Vollbrückenmodule realisieren, mit denen beliebige Wechselstrom-Energieumwandlungen zwischen dem ersten und dem zweiten Mehrleitungsnetz durchgeführt werden können. Über den Kondensator kann in dem Brückenmodul ein gewisser elektrischer Energieinhalt gespeichert werden, wodurch energietechnisch besonders günstige Betriebsmodi des Stromrichters realisiert werden können, z. B. die in
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der wenigstens eine redundante Stromrichterzweig über eine schaltbare elektrische Verbindungseinrichtung mit jeweils einer elektrischen Leitung des ersten Mehrleitungsnetzes galvanisch verbindbar und davon trennbar und über eine zweite elektrische Verbindungseinrichtung mit einer elektrischen Leitung des zweiten Mehrleitungsnetzes oder einer anderen Leitung des ersten Mehrleitungsnetzes galvanisch verbindbar und davon trennbar. Die erste und die zweite elektrische Verbindungseinrichtung können z. B. als Umschalter ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass der redundante Stromrichterzweig variabel zum Ersatz unterschiedlicher anderer Stromrichterzweige des Stromrichters eingesetzt werden kann, wenn einer davon eine Störung aufweist. Hierdurch kann die Zahl der erforderlichen redundanten Stromrichterzweige minimiert werden, ggf. bis hinunter auf nur einen redundanten Stromrichterzweig. Ist nur ein redundanter Stromrichterzweig vorhanden, ist es vorteilhaft, die erste und die zweite elektrische Verbindungseinrichtung so auszubilden, dass der redundante Stromrichterzweig wahlweise als Ersatz für jeden der sonstigen Stromrichterzweige des Stromrichters geschaltet werden kann. According to an advantageous development of the invention, the at least one redundant power converter branch is electrically connectable via a switchable electrical connection device to one electrical line of the first multi-line network and separable therefrom and via a second electrical connection device with an electrical line of the second multi-line network or another line of the first multi-line network Galvanically connectable and separable. The first and second electrical connection means may, for. B. be designed as a switch. This has the advantage that the redundant power converter branch can be used variably to replace different other power converter branches of the power converter if one of them has a fault. As a result, the number of required redundant power converter branches can be minimized, possibly down to just one redundant power converter branch. If only one redundant power converter branch is present, it is advantageous to configure the first and the second electrical connection device such that the redundant power converter branch can optionally be switched as a replacement for each of the other converter branches of the power converter.
Die Erfindung erlaubt die Durchführung des folgenden Betriebsverfahrens. Zunächst erfolgt im laufenden Betrieb eine Stromregelung einzelner Stromrichterzweige auf den Wert Null und der Übergang zu einer anderen Betriebsart des Stromrichters, z. B. einer Hexverter-Regelung in den nicht abgeschalteten Stromrichterzweigen. Da in den für den Hexverter-Betrieb nicht benötigten Stromrichterzweigen auf diese Weise kein Strom fließt, erlaubt das Vorgehen, diese Stromrichterzweige im laufenden Betrieb des Stromrichters mittels der Trennschalter vom restlichen Stromrichter zu trennen. The invention allows the implementation of the following operating method. First, in current operation, a current control of individual converter branches to the value zero and the transition to another operating mode of the converter, z. B. a hex converter control in the non-switched power converter branches. Since no current flows in this way in the converter branches not required for the hexverter operation, the procedure makes it possible to separate these converter branches during operation of the converter by means of the disconnectors from the rest of the power converter.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist wenigstens ein Brückenmodul folgende Merkmale auf:
- a) Das Brückenmodul weist einen ersten und einen zweiten Anschluss zur Verbindung mit einer Leitung des Energieversorgungsnetzes oder einem Anschluss eines weiteren Brückenmoduls auf,
- b) das Brückenmodul weist vier elektronische Halbleiterschalter in Vollbrückenschaltung auf,
- c) der erste und der zweite Anschluss des Brückenmoduls ist mit einander gegenüberliegenden Anschlusspunkten der Vollbrückenschaltung verbunden,
- d) das Brückenmodul weist einen Kondensator auf, der mit den weiteren einander gegenüberliegenden Anschlusspunkten der Vollbrückenschaltung verbunden ist.
- a) The bridge module has a first and a second connection for connection to a line of the power supply network or to a connection of a further bridge module,
- b) the bridge module has four full-bridge electronic switches,
- c) the first and the second terminal of the bridge module is connected to opposite terminal points of the full bridge circuit,
- d) the bridge module has a capacitor which is connected to the other opposite connection points of the full bridge circuit.
Die Vollbrückenschaltung erlaubt dabei variabel eine Vielzahl einstellbarer Schaltzustände, z.B. die Schaltung einer direkten Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss des Brückenmoduls (Überbrücken des Brückenmoduls) oder ein Laden oder Entladen des Kondensators mit der jeweils gewünschten, über die Halbleiterschalter wählbaren Polarität. Durch entsprechende Ansteuerung der Halbleiterschalter über eine Steuerungseinrichtung, die z.B. pulsbreitenmodulierte Ansteuersignale ausgibt, ist eine relativ feinstufige Ladung und Entladung des Kondensators möglich. The full bridge circuit thereby variably allows a plurality of adjustable switching states, e.g. the circuit of a direct connection between the first and the second terminal of the bridge module (bridging the bridge module) or charging or discharging the capacitor with the respectively desired, selectable via the semiconductor switch polarity. By appropriate driving of the semiconductor switches via a control device, e.g. Outputs pulse width modulated drive signals, a relatively fine-level charge and discharge of the capacitor is possible.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist wenigstens ein Brückenmodul folgende Merkmale auf:
- a) das Brückenmodul weist eine Batterie auf,
- b) das Brückenmodul weist einen steuerbaren Gleichspannungswandler auf, dessen eine Anschlussseite parallel zum Kondensator angeschlossen ist und an dessen andere Anschlussseite die Batterie angeschlossen ist.
- a) the bridge module has a battery,
- b) the bridge module has a controllable DC-DC converter whose one terminal side is connected in parallel to the capacitor and at the other terminal side of the battery is connected.
Dies erlaubt auf elegante Weise und mit geringem schaltungstechnischem Aufwand eine Einbindung einer Batterie in den Direktstromrichter. Mit der Batterie bzw. einer Mehrzahl von Batterien bei Verwendung einer Mehrzahl von Brückenmodulen kann eine unterbrechungsfreie Stromversorgung mit wenig Aufwand integriert werden. Bei Einsatz des Direktstromrichters an einem Stromversorgungsnetz lässt sich so beispielsweise die Bereitstellung einer Minutenreserve zur Netzstabilisierung realisieren. Mittels der Batterien der Brückenmodule ist eine Pufferung der Energieversorgung je nach Auslegung der Batterien auch für einen größeren Zeitraum möglich, z.B. während Zeiten geringerer Energieerzeugung eines Windenergieparks. In vergleichbarer Weise kann eine Solarzellenenergieversorgungseinrichtung vorteilhaft mit der genannten Einrichtung an ein Dreiphasennetz angekoppelt werden. Vorteilhaft kann über die Batterien eine Zwischenspeicherung der Energie für sonnenlichtarme Zeiten oder die Nacht erfolgen. This allows an elegant way and with little circuitry effort integrating a battery in the direct converter. With the battery or a plurality of batteries when using a plurality of bridge modules, an uninterruptible power supply can be integrated with little effort. When using the direct converter on a power supply network, for example, the provision of a minute reserve for network stabilization can be realized. By means of the batteries of the bridge modules, a buffering of the power supply is also possible for a longer period of time, depending on the design of the batteries, e.g. during times of lower energy production of a wind farm. In a comparable manner, a solar cell power supply device can advantageously be coupled to said device to a three-phase network. Advantageously, an intermediate storage of energy for low-sunlight times or night can be done via the batteries.
Die Batterie ist vorteilhaft als aufladbare Batterie ausgebildet, z.B. als Nickelmetallhydrid-Akkumulator, Blei-Akkumulator oder Lithiumpolymer-Akkumulator. Selbstverständlich können auch andere Akkumulator-Technologien eingesetzt werden. The battery is advantageously designed as a rechargeable battery, e.g. as nickel metal hydride rechargeable battery, lead rechargeable battery or lithium polymer rechargeable battery. Of course, other accumulator technologies can be used.
Eine solche Ausführung des Brückenmoduls ermöglicht es, die mit Hilfe der Batterie erzeugte Brückengleichspannung des Brückenmoduls unabhängig von der Batteriespannung konstant zu halten, und zwar durch entsprechende Steuerung des Gleichspannungswandlers. Hierdurch kann auch bei sinkender Batteriespannung eine konstante Ausgangsspannung aufrechterhalten werden. Als Brückenmodul sei in diesem Zusammenhang jegliche räumliche und bauliche Anordnung der genannten Elemente verstanden, unabhängig davon, ob die Elemente beispielsweise in einem Gehäuse zusammengefasst sind oder verteilt angeordnet sind. Beispielsweise kann die Batterie baulich getrennt von den übrigen Elementen des Brückenmoduls angeordnet sein. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Batterie baulich in das Brückenmodul integriert. Such an embodiment of the bridge module makes it possible to keep the bridge DC voltage generated by the battery of the bridge module constant regardless of the battery voltage, by appropriate control of the DC-DC converter. As a result, a constant output voltage can be maintained even when the battery voltage drops. As a bridge module is understood in this context, any spatial and structural arrangement of said elements, regardless of whether the elements, for example, in a housing are summarized or distributed. For example, the battery can be arranged structurally separate from the other elements of the bridge module. In an advantageous embodiment of the invention, the battery is structurally integrated into the bridge module.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die Welligkeit des Leistungsbedarfs bzw. des durch das Brückenmodul fließenden Stroms im Wesentlichen von der Batterie entkoppelt werden kann. Es ist ein im Wesentlichen konstanter Stromfluss durch die Batterie möglich, d.h. die höherfrequenten Anteile im Energieversorgungsnetz können von der Batterie ferngehalten werden. Dies erhöht die potentielle Lebensdauer der Batterien erheblich. A further advantage is that the ripple of the power requirement or of the current flowing through the bridge module can essentially be decoupled from the battery. A substantially constant current flow through the battery is possible, i. the higher-frequency components in the power supply network can be kept away from the battery. This significantly increases the potential life of the batteries.
Vorteilhaft kann eine Reihenschaltung von Brückenmodulen eingesetzt werden. Hierdurch kann eine direkte Reihenschaltung einer großen Anzahl von Batterien vermieden werden. Eine Integration einer Mehrzahl von Batterien ist dann über eine Mehrzahl der Brückenmodule, die jeweils eine eigene Batterie aufweisen, möglich. Dies vermeidet schaltungstechnischen Aufwand für gesonderte Balancier- oder Lade-/Entladeschaltungen für die Batterien und verringert damit den gesamten schaltungstechnischen Aufwand. Advantageously, a series connection of bridge modules can be used. As a result, a direct series connection of a large number of batteries can be avoided. An integration of a plurality of batteries is then possible via a plurality of the bridge modules, each having its own battery. This avoids circuit complexity for separate balancing or charging / discharging circuits for the batteries and thus reduces the overall circuit complexity.
Vorteilhaft wird die Batteriespannung mit Rücksicht auf die Brückengleichspannung bzw. die Nennspannung des jeweiligen Brückenmoduls gewählt. Große Übersetzungsverhältnisse des Gleichspannungswandlers lassen sich somit vermeiden und der Wirkungsgrad wird optimiert. Im Fall unterschiedlicher Nennspannungen in den Brückenmodulen eines Stromrichters unterscheiden sich dann auch die Spannungen der verwendeten Batterien voneinander. Advantageously, the battery voltage is selected with regard to the bridge DC voltage or the nominal voltage of the respective bridge module. Large transmission ratios of the DC-DC converter can thus be avoided and the efficiency is optimized. In the case of different nominal voltages in the bridge modules of a power converter, then the voltages of the batteries used differ from each other.
Ein weiterer Vorteil ist, dass eine Abschaltung des Brückenmoduls über die Vollbrückenschaltung möglich ist. So kann etwa bei einem defekten Leistungshalbleiter die Abschaltung eines Brückenmoduls in einer Reihenschaltung von Brückenmodulen erfolgen. Über die verbleibenden Brückenmodule kann trotz Ausfall eines Brückenmoduls weiterhin die gewünschte Ausgangsspannung der Reihenschaltung konstant gehalten werden. Another advantage is that a shutdown of the bridge module via the full bridge circuit is possible. For example, in the case of a defective power semiconductor, the disconnection of a bridge module can take place in a series connection of bridge modules. Despite the failure of a bridge module, the desired output voltage of the series connection can continue to be kept constant via the remaining bridge modules.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass ein Brückenmodul, dessen Batterie defekt ist, weiter in Betrieb bleiben kann. Im zeitlichen Mittel kann das Modul mit defekter Batterie zwar keine Energie liefern, es kann jedoch genutzt werden, um die Spannung über der Reihenschaltung von Brückenmodulen während eines Teils der Netzperiode zu erhöhen, und hilft so, die für einen ausfallsicheren Betrieb des Stromrichters nötige Überdimensionierung der Nennspannungen der einzelnen Brückenmodule zu reduzieren. Another advantage of the invention is that a bridge module, the battery is defective, can continue to operate. While the defective battery module can not provide power on average, it can be used to increase the voltage across the series of bridge modules during part of the grid period, thus helping to over-dimension the power required for fail-safe operation of the power converter Reduce rated voltages of the individual bridge modules.
Durch die beiden genannten Maßnahmen können besonders ausfallsichere unterbrechungsfreie Stromversorgungen bzw. Stromrichtersysteme geschaffen werden. By the two measures mentioned particularly fail-safe uninterruptible power supplies or power converter systems can be created.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass durch den Gleichspannungswandler unterschiedliche Spannungsniveaus der Batterie, die sich je nach Ladezustand einstellen, kompensiert werden können. Hierdurch kann das Brückenmodul eine gewünschte konstante Ausgangsspannung erzeugen. Somit kann auch bei Verwendung der Brückenmodule in einer Reihenschaltung, z.B. in einem Stromrichter, eine konstante Spannung am Dreileitungsnetz aufrechterhalten werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass die bei bekannten Stromrichtern vorgesehene Überdimensionierung bezüglich der Modulanzahl bzw. der Batteriespannung nicht mehr erforderlich ist, da bei Ausfall eines Brückenmoduls bzw. der Batterie des Brückenmoduls die fehlende Spannung durch eine entsprechende Anhebung der Ausgangsspannungen und gegebenenfalls der Brückengleichspannungen der übrigen Brückenmodule ausgeglichen werden kann. Another advantage of the invention is that different voltage levels of the battery, which adjust depending on the state of charge, can be compensated by the DC-DC converter. As a result, the bridge module can generate a desired constant output voltage. Thus, even using the bridge modules in a series connection, e.g. in a power converter, maintaining a constant voltage on the three-wire network. Another advantage is that provided in known converters oversizing with respect to the number of modules or the battery voltage is no longer necessary because in case of failure of a bridge module or the battery of the bridge module, the missing voltage by a corresponding increase in the output voltages and, where appropriate, the bridge DC voltages of the rest Bridge modules can be compensated.
Bei entsprechender Auslegung des Gleichspannungswandlers kann grundsätzlich auch mit einer geringeren Anzahl von Brückenmodulen bzw. Batterien die Einrichtung im Vergleich zu unterbrechungsfreien Stromversorgungen aus dem Stand der Technik aufgebaut werden. Hierdurch lassen sich besonders kostengünstige unterbrechungsfreie Stromversorgungen realisieren. With a corresponding design of the DC-DC converter, the device can in principle also be constructed with a smaller number of bridge modules or batteries compared to uninterruptible power supplies of the prior art. As a result, particularly cost-effective uninterruptible power supplies can be realized.
Je nach Sicherheits- und Zuverlässigkeitsanforderungen kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung die Reihenschaltung der Brückenmodule von vornherein überdimensioniert ausgeführt werden, d.h. es kann eine größere Anzahl von Brückenmodulen bzw. Batterien vorgesehen werden als für die Erreichung der gewünschten Ausgangsspannung an sich notwendig wäre. Es werden somit redundante Brückenmodule vorgesehen. Die gewünschte Ausgangsspannung kann durch Abwärtswandlung der Brückengleichspannungen der einzelnen Brückenmodule über deren Brückenschaltungen erfolgen. Da jedes einzelne Modul so weniger Energie bereitstellen muss, werden hierdurch einerseits die Batterien geschont. Zudem kann auch bei Ausfall einer größeren Anzahl von Brückenmodulen die gewünschte Ausgangsspannung aufrechterhalten werden. Hierdurch kann auch die Ausfallsicherheit der gesamten Einrichtung z.B. gegenüber reinen Reihenschaltungen von Batterien weiter erhöht werden. Depending on the safety and reliability requirements, in an advantageous embodiment, the series connection of the bridge modules can be performed oversized from the outset, i. It can be a greater number of bridge modules or batteries are provided as would be necessary for the achievement of the desired output voltage. Thus, redundant bridge modules are provided. The desired output voltage can be achieved by down-converting the bridge DC voltages of the individual bridge modules via their bridge circuits. Since each module has to provide so less energy, on the one hand the batteries are spared on the one hand. In addition, the desired output voltage can be maintained even if a larger number of bridge modules fails. As a result, the reliability of the entire device, e.g. be further increased compared to pure series circuits of batteries.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Gleichspannungswandler zur Bereitstellung einer Ausgangsspannung an dem Kondensator eingerichtet, die je nach Ausführung und Steuerung des Gleichspannungswandlers höher, niedriger oder gleich der Spannung der Batterie einstellbar ist. Die Verwendung eines solchen steuerbaren Gleichspannungswandlers erlaubt eine hohe Flexibilität bei der Verwendung des Brückenmoduls bzw. einer Mehrzahl von Brückenmodulen und der Steuerung von deren Ausgangsspannung. Der Gleichspannungswandler kann als reiner Aufwärtswandler (Ausgangsspannung höher oder gleich der Batteriespannung), reiner Abwärtswandler (Ausgangsspannung niedriger oder gleich der Batteriespannung) oder als kombinierter Aufwärts-/Abwärtswandler ausgelegt sein. Vorteilhaft ist der Einsatz eines Aufwärtswandlers, da hierfür zum einen weniger Bauteile benötigt werden als für einen kombinierten Aufwärts-/Abwärtswandler und zum anderen eine geringere Batteriespannung benötigt wird, was den potentiellen Bedarf an Balanciermöglichkeiten verringert. According to an advantageous development of the invention, the DC-DC converter is set up to provide an output voltage to the capacitor which, depending on the design and control of the DC-DC converter, is higher, lower or equal to the voltage of the battery is adjustable. The use of such a controllable DC-DC converter allows a high flexibility in the use of the bridge module or a plurality of bridge modules and the control of their output voltage. The DC to DC converter may be designed as a pure boost converter (output voltage higher than or equal to the battery voltage), pure down converter (output voltage lower than or equal to the battery voltage), or as a combined up / down converter. Advantageous is the use of an up-converter, as this, on the one hand, fewer components are required than for a combined up / down converter and on the other hand a lower battery voltage is needed, which reduces the potential need for Balanciermöglichkeiten.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Gleichspannungswandler ein bidirektionaler Gleichspannungswandler. Hierdurch kann nicht nur in der einen Richtung die Energie für die Brückengleichspannung am mit dem Kondensator verbundenen Ausgang des Gleichspannungswandlers variabel bereitgestellt werden, sondern zusätzlich auch die Batterie mit einer von der mit dem Kondensator verbundenen Seite des Gleichspannungswandlers abgeleiteten Spannung mit einer für den jeweiligen Batteriezustand geeigneten Ladespannung geladen werden. Zusätzlich ist auch eine definierte Entladung der Batterie über den bidirektionalen Gleichspannungswandler steuerbar, z.B. zum Zweck der Formierung der Batterie. According to an advantageous development of the invention, the DC-DC converter is a bidirectional DC-DC converter. As a result, not only in one direction, the energy for the bridge DC voltage at the connected to the capacitor output of the DC-DC converter can be variably provided, but in addition also the battery with one of the capacitor connected to the side of the DC-DC voltage derived voltage suitable for the respective battery condition Charging voltage to be charged. In addition, a defined discharge of the battery via the bidirectional DC-DC converter is controllable, e.g. for the purpose of forming the battery.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Gleichspannungswandler eine Halbbrücke mit zwei elektronischen Halbleiterschaltern auf. Vorteilhaft können Halbleiterschalter des gleichen Typs verwendet werden wie für die Vollbrückenschaltung. Dies erlaubt einen einfachen und kostengünstigen Aufbau des Gleichspannungswandlers aus wenigen Bauteilen und damit einen kostengünstigen Aufbau des gesamten Brückenmoduls. According to an advantageous development of the invention, the DC-DC converter has a half-bridge with two electronic semiconductor switches. Advantageously, semiconductor switches of the same type can be used as for the full bridge circuit. This allows a simple and inexpensive construction of the DC-DC converter from a few components and thus a cost-effective design of the entire bridge module.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die elektronischen Halbleiterschalter in Form eines dreiphasigen IGBT-Moduls vorgesehen. Als IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) bezeichnet man ein Vierschicht-Halbleiterbauelement, das mittels eines Gates gesteuert wird. IGBTs sind eine Weiterentwicklung von Leistungs-MOSFETs. Ausgangsseitig weisen IGBTs P-N-Halbleiterübergänge auf. Somit ist ein IGBT eine Art Kombination aus einem Feldeffekt-Halbleiterbauelement und einem Bipolar-Halbleiterbauelement. IGBTs werden in der Energieversorgungstechnik häufig in Form von Modulen mit drei Halbbrücken, d.h. sechs IGBT-Halbleiterschaltern, verwendet. Solche Module sind daher einfach und kostengünstig erhältlich. Die Erfindung zeigt einen eleganten Weg auf, die in einem dreiphasigen IGBT-Modul vorhandenen sechs Halbleiterschalter bzw. drei Halbbrücken effizient für den Aufbau eines Brückenmoduls einzusetzen. In an advantageous development of the invention, the electronic semiconductor switches are provided in the form of a three-phase IGBT module. Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) is a four-layer semiconductor device controlled by a gate. IGBTs are a further development of power MOSFETs. On the output side, IGBTs have P-N semiconductor junctions. Thus, an IGBT is a kind of combination of a field effect semiconductor device and a bipolar semiconductor device. IGBTs are often used in power supply engineering in the form of modules with three half-bridges, i. six IGBT semiconductor switches used. Such modules are therefore easily and inexpensively available. The invention shows an elegant way to efficiently use the six semiconductor switches or three half-bridges present in a three-phase IGBT module for the construction of a bridge module.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist in Reihe zu einem Brückenmodul oder einer Reihenschaltung von Brückenmodulen wenigstens eine Drossel geschaltet. Die Drossel bewirkt durch ihre Energiespeicherungseigenschaft einer Glättung des Stromverlaufs durch das Brückenmodul bzw. durch die Reihenschaltung von Brückenmodulen. According to an advantageous development of the invention, at least one throttle is connected in series with a bridge module or a series connection of bridge modules. The throttle causes by their energy storage property of a smoothing of the current flow through the bridge module or through the series connection of bridge modules.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert: The invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments using drawings:
Es zeigen: Show it:
In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente verwendet. In the figures, like reference numerals are used for corresponding elements.
Die
Die Halbleiterschalter
Die Verwendung der Halbleiterschalter
Die lokale Steuereinheit
Die
Die
Die beschriebenen Stromrichterzweige des Stromrichters können z.B. wahlweise mit Brückenmodulen der
Die
Gemäß
Die
Die
Die
In den
Die
Ein erster Stromrichterzweig
A first
Die in den
Der in
Die
Die Steuerungseinrichtung
Durch die Hinzufügung des zusätzlichen redundanten Stromrichterzweigs
Die
Die
Die
Die Schaltungen gemäß den
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102010013826 A1 [0002] DE 102010013826 A1 [0002]
- DE 112011107737 A1 [0002] DE 112011107737 A1 [0002]
- DE 102011107737 A1 [0012, 0018] DE 102011107737 A1 [0012, 0018]
- DE 102010013862 A1 [0060] DE 102010013862 A1 [0060]
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102014100256.3A DE102014100256B4 (en) | 2014-01-10 | 2014-01-10 | Modular converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102014100256.3A DE102014100256B4 (en) | 2014-01-10 | 2014-01-10 | Modular converter |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102014100256A1 true DE102014100256A1 (en) | 2015-07-16 |
DE102014100256B4 DE102014100256B4 (en) | 2021-09-09 |
Family
ID=53484755
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102014100256.3A Expired - Fee Related DE102014100256B4 (en) | 2014-01-10 | 2014-01-10 | Modular converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102014100256B4 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114156933A (en) * | 2021-12-03 | 2022-03-08 | 西安端怡科技有限公司 | Method for coping after MMMC bridge arm fault |
CN117353338A (en) * | 2023-12-06 | 2024-01-05 | 广东电网有限责任公司珠海供电局 | M3C-based active support control system and device for virtual synchronous machine |
DE102022127077A1 (en) | 2022-10-17 | 2024-04-18 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Converter unit for supplying two electrical loads of a vehicle and method for its operation and vehicle |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009136098A (en) * | 2007-11-30 | 2009-06-18 | Meidensha Corp | High-pressure direct inverter device |
ES2341693A1 (en) * | 2008-10-15 | 2010-06-24 | Universidad Del Pais Vasco- Euskal Herriko Unibersitatea | Matrix converter (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
DE102010013862A1 (en) | 2010-04-01 | 2011-10-06 | Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover | Transformerless cycloconverter |
DE102011107737A1 (en) | 2011-07-14 | 2013-01-17 | Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover | Method for controlling a direct converter, electronic control device therefor, direct converter and computer program |
-
2014
- 2014-01-10 DE DE102014100256.3A patent/DE102014100256B4/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009136098A (en) * | 2007-11-30 | 2009-06-18 | Meidensha Corp | High-pressure direct inverter device |
ES2341693A1 (en) * | 2008-10-15 | 2010-06-24 | Universidad Del Pais Vasco- Euskal Herriko Unibersitatea | Matrix converter (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
DE102010013862A1 (en) | 2010-04-01 | 2011-10-06 | Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover | Transformerless cycloconverter |
DE102011107737A1 (en) | 2011-07-14 | 2013-01-17 | Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover | Method for controlling a direct converter, electronic control device therefor, direct converter and computer program |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
WAN, Yun; LIU, Steven; JIANG, Jianguo: Generalised analytical methods and current-energy controls design for modular multilevel cascade converter. In: IET Power Electronics, Vol. 6, 2012, Iss. 3, S. 495-504. - ISSN 1755-4535 * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114156933A (en) * | 2021-12-03 | 2022-03-08 | 西安端怡科技有限公司 | Method for coping after MMMC bridge arm fault |
DE102022127077A1 (en) | 2022-10-17 | 2024-04-18 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Converter unit for supplying two electrical loads of a vehicle and method for its operation and vehicle |
WO2024083277A1 (en) | 2022-10-17 | 2024-04-25 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Converter unit for supplying power to two electrical loads of a vehicle, method for its operation, and vehicle |
CN117353338A (en) * | 2023-12-06 | 2024-01-05 | 广东电网有限责任公司珠海供电局 | M3C-based active support control system and device for virtual synchronous machine |
CN117353338B (en) * | 2023-12-06 | 2024-04-02 | 广东电网有限责任公司珠海供电局 | M3C-based active support control system and device for virtual synchronous machine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102014100256B4 (en) | 2021-09-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3333005B1 (en) | Modular power electronics unit for charging an electrically powered vehicle | |
DE102019102306B4 (en) | Method and circuit for a low-voltage supply line with its own voltage source for a modular battery | |
EP3014725B1 (en) | Energy storage device having a dc voltage supply circuit and method for providing a dc voltage from an energy storage device | |
EP2425513B1 (en) | Cell module with additional energy storage for a modular multilevel converter | |
EP2619842B1 (en) | Power supply system, and method for charging at least one power storage cell used as an energy storage for an intermediate dc circuit in a power supply system | |
EP2553799B1 (en) | Transformerless modular ac/ac converter with distributed energy storage | |
EP3562701A1 (en) | Low-volt decoupling from a modular energy store converter system | |
DE102013212682B4 (en) | Energy storage device with DC power supply circuit and method for providing a DC voltage from an energy storage device | |
EP3126182B1 (en) | Circuit arrangement for electrically connecting at least one fuel cell system and at least one rechargeable battery to a propulsion network of an underwater vehicle | |
EP2924839A1 (en) | Single-phase emergency operation of a three-phase inverter and corresponding inverter | |
EP2710722A2 (en) | Method for controlling a cycloconverter, electronic control device therefor, cycloconverter, and computer program | |
WO2016113298A1 (en) | High-voltage battery for a motor vehicle, and motor vehicle | |
DE102014212935A1 (en) | Device for providing an electrical voltage with serial stack converter and drive arrangement | |
DE102011000394A1 (en) | Local energy supply system | |
DE102014100256B4 (en) | Modular converter | |
WO2019215194A1 (en) | Efficient converter assembly for a charging system for an electric vehicle including mains grid, battery store and other sources | |
WO2019063078A1 (en) | Submodule for a modular multilevel converter | |
DE102013201909A1 (en) | Energy store device has control device that drives switch of respective associated energy store modules according to detected states of charge of energy store modules respectively before communication failure | |
WO2018215511A1 (en) | Highly redundant dc voltage network | |
DE102014100257A1 (en) | Modular converter and energy transfer device | |
EP3844853A1 (en) | System for stabilizing an alternating voltage grid | |
DE202010007787U1 (en) | DC voltage regulator | |
DE102012022729A1 (en) | Inverter for battery e.g. high-voltage battery, utilized in electric energy supply device for house, has current-converter circuit part connected to battery, and direct current-terminal for connecting inverter with photovoltaic system | |
DE202017007328U1 (en) | Charging / discharging unit for connecting a mobile electrical energy storage device to a voltage network | |
DE102021108280A1 (en) | DC/DC CONVERTER DEVICE FOR A WIND TURBINE, AN ELECTRICAL PROPULSION SYSTEM, OR FOR AN INDUSTRIAL DC SUPPLY NETWORK AND METHOD OF OPERATION |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: GRAMM, LINS & PARTNER PATENT- UND RECHTSANWAEL, DE |
|
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |