DE102014100257A1

DE102014100257A1 - Modularer Umrichter und Energieübertragungseinrichtung

Info

Publication number: DE102014100257A1
Application number: DE102014100257.1A
Authority: DE
Inventors: Malte von Hofen; Lennart Baruschka; Dennis Karwatzki
Original assignee: Leibniz Universitaet Hannover
Current assignee: Leibniz Universitaet Hannover
Priority date: 2014-01-10
Filing date: 2014-01-10
Publication date: 2015-07-16

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 der Umrichter mehrere Umrichterzweige aufweist, die jeweils eine Leitung des ersten Mehrleitungsnetzes mit einer Leitung des zweiten Mehrleitungsnetzes verbinden, wobei für einen, mehrere oder alle Umrichterzweige des Umrichters vorgesehen ist, dass der Umrichterzweig in Reihe mit wenigstens einer an einer Leitung des ersten elektrischen Mehrleitungsnetzes angeschlossenen elektrischen Energiequelle oder Energiesenke geschaltet ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Energieübertragungseinrichtung mit wenigstens zwei Umrichtern.

Description

Die Erfindung betrifft einen modularen Umrichter zur Verbindung eines ersten elektrischen Mehrleitungsnetzes mit einem zweiten elektrischen Mehrleitungsnetz mittels elektronische Halbleiterschalter aufweisenden Brückenmodulen gemäß dem Anspruch 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Energieübertragungseinrichtung mit wenigstens zwei Umrichtern gemäß den Ansprüchen 15 und 16.
Allgemein betrifft die Erfindung das Gebiet der elektrischen Energieversorgungstechnik. Mit einem solchen Umrichter kann elektrische Energie zwischen Energieversorgungsnetzen transferiert werden, die z. B. unterschiedliche Nennspannungen oder, im Falle von Wechselspannung, unterschiedliche Frequenzen haben. Dies kann durch Verwendung von elektronische Halbleiterschalter aufweisenden Brückenmodulen ohne teure und aufwändige Transformatoren realisiert werden. Entsprechende Vorschläge sind z. B. aus der DE 10 2010 013 826 A1 , der DE 11 2011 107 737 A1 bekannt.
Solche bekannten Umrichter weisen mehrere Umrichterzweige auf, die jeweils eine Leitung des ersten Mehrleitungsnetzes mit einer Leitung des zweiten Mehrleitungsnetzes verbinden. Im Bereich der Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ) hat sich dabei eine Umrichtertopologie bewährt, die in der 4 dargestellt ist. Die Topologie wird als modularer Multilevelconverter (M²LC) bezeichnet. Der Umrichter besteht aus insgesamt sechs modularen Umrichterzweigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen modularen Umrichter der zuvor erläuterten Art anzugeben, der mit verringertem Hardwareaufwand realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst durch 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 der Umrichter mehrere Umrichterzweige aufweist, die jeweils eine Leitung des ersten Mehrleitungsnetzes mit einer Leitung des zweiten Mehrleitungsnetzes verbinden, wobei für einen, mehrere oder alle Umrichterzweige des Umrichters vorgesehen ist, dass der Umrichterzweig in Reihe mit wenigstens einer an einer Leitung des ersten elektrischen Mehrleitungsnetzes angeschlossenen elektrischen Energiequelle oder Energiesenke geschaltet ist. In Folge der Reihenschaltung der Umrichterzweige mit dem ersten elektrischen Mehrleitungsnetz kann eine neue Umrichtertopologie geschaffen werden, die mit einer reduzierten Anzahl von Umrichterzweigen auskommt. So kann mit der neuen Umrichtertopologie für Anwendungen, für die bisher die M²LC Topologie verwendet wurde, ein Umrichter mit nur drei im laufenden Betrieb des Umrichters aktiven Umrichterzweigen realisiert werden. Dementsprechend kann die Anzahl der erforderlichen Umrichterzweige gegenüber der M²LC Topologie halbiert werden, was zu einer erheblichen Verringerung des Aufwands und der Kosten für die erforderliche Hardware führen kann. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Funktion des Umrichters aufgrund der geringeren Anzahl der Umrichterzweige vereinfacht wird. Dementsprechend können Regelalgorithmen für die Steuerung und Regelung der einzelnen Brückenmodule des Umrichters vereinfacht werden. In Bezug auf das zuvor erläuterte Beispiel des M²LC sind statt sechs nur noch drei Umrichterzweige hinsichtlich der darin gespeicherten Energie zu regeln. Auch ggf. zur Erzielung einer Redundanz vorgesehene zusätzliche Brückenmodule in der Reihenschaltung eines Umrichterzweigs können aufgrund der geringeren Anzahl der Umrichterzweige eingespart werden.
Als elektrische Energiequelle des ersten elektrischen Mehrleitungsnetzes kann z.B. eine Spannungs- oder Stromquelle vorhanden sein, z.B. in Form einer elektrischen Maschine, eines Transformators oder einer sonstigen elektrischen Energiequelle. Als Energiesenke können elektrische Energieverbraucher beliebiger Art vorgesehen sein, z.B. ein Elektromotor, ein Transformator oder sonstige elektrische Geräte.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste elektrische Mehrleitungsnetz m Leitungen aufweist und das zweite elektrische Mehrleitungsnetz n Leitungen aufweist, wobei der Umrichter eine Anzahl von im laufenden Betrieb des Umrichters aktiven Umrichterzweigen aufweist, die kleiner als m+n ist. Dies hat den Vorteil, dass für die Realisierung des Umrichters nur eine vergleichsweise geringe Anzahl von Umrichterzweigen erforderlich ist, zumindest deutlich weniger als bei bekannten Umrichtertopologien. 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.
Die Anzahl der Umrichterzweige, von der im Rahmen dieser Anmeldung gesprochen wird, bezieht sich dabei immer auf die im laufenden Betrieb des Umrichters aktiven Umrichterzweige, die für die eigentliche Umricht-Funktion notwendig sind. Gegebenenfalls kann der Umrichter auch mit einem oder mehreren zusätzlichen, redundanten Umrichterzweigen ausgebildet sein, die aber im laufenden Betrieb nicht oder zumindest nicht ständig in Betrieb sind, sondern z.B. nur für Testzwecke. Solche zusätzlichen redundanten Umrichterzweige, die im Falle eines Defekts eines regulären Umrichterzweigs dessen Funktion übernehmen sollen, seien bei den zahlenmäßigen Betrachtungen der Umrichterzweige nicht berücksichtigt. Im laufenden Betrieb des Umrichters parallele Umrichterzweige gelten jeweils als ein Umrichterzweig.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung haben wenigstens die elektrischen Leitungen des ersten elektrischen Mehrleitungsnetzes dasselbe Bezugspotential. Sofern das erste elektrische Mehrleitungsnetz ein wenigstens dreiphasiges Netz ist, sind damit an das erste elektrische Mehrleitungsnetz angeschlossene elektrische Energiequellen oder Energiesenken in Sternschaltung geschaltet. Dabei liegt der Sternpunkt der Sternschaltung auf dem Bezugspotenzial.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zusätzlich zu den elektrischen Leitungen des ersten elektrischen Mehrleitungsnetzes eine das Bezugspotential führende Bezugspotentialleitung vorhanden. Dies kann bei einem Dreiphasennetz z.B. der Neutralleiter sein.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist wenigstens eine elektrische Leitung des zweiten elektrischen Mehrleitungsnetzes das Bezugspotential auf. Auf diese Weise liegt das erste Mehrleitungsnetz auf demselben Bezugspotential wie das zweite Mehrleitungsnetz. Dies hat den Vorteil, dass die eine elektrische Leitung des zweiten elektrischen Mehrleitungsnetzes mit einer Bezugspotentialleitung des ersten elektrischen Mehrleitungsnetzes unmittelbar galvanisch gekoppelt werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind alle im laufenden Betrieb des Umrichters aktiven Umrichterzweige an einer Seite direkt zusammengeschaltet. Insbesondere können die Umrichterzweige an ihrem Verbindungspunkt miteinander mit einer anderen elektrischen Leitung des zweiten elektrischen Mehrleitungsnetzes, die nicht das Bezugspotential führt, verbunden sein.
Die Erfindung eignet sich vorteilhaft sowohl für Anwendungsfälle, in denen m = n ist, als auch für Fälle, in denen m ? n ist. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist m > n. So kann z.B. n = 2 sein. In diesem Fall kann das zweite elektrische Mehrleitungsnetz ein Gleichstromnetz oder ein Wechselstromnetz sein, z.B. ein 230 Volt-Netz. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist m = 2 oder 3. So kann das erste elektrische Mehrleitungsnetz z.B. ebenfalls ein Gleichstromnetz oder ein Wechselstromnetz sein, z.B. ein 230 Volt-Netz. Jedoch sollten nicht beide Mehrleitungsnetze Gleichstromnetze sein. Das erste elektrische Mehrleitungsnetz kann auch ein Dreiphasennetz sein, insbesondere ein Drehstromnetz.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Anzahl der im laufenden Betrieb des Umrichters aktiven Umrichterzweige gleich oder größer a. Hierbei ist a der größere Wert von m und n. Im Falle der Kopplung eines Drehstromnetzes mit einem Zweileitungsgleichstrom- oder -wechselstromnetz ist z.B. a = 3.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste elektrische Mehrleitungsnetz mit einer ein oder mehrere induktive Bauteile aufweisenden elektrischen Einrichtung gekoppelt ist, wobei ein jeweiliges induktives Bauteil der elektrischen Einrichtung von einem Strom eines Umrichterzweigs durchflossen ist. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die induktiven Bauteile magnetisch wenigstens einer Kompensationswicklung gekoppelt ist, die vom Strom des Umrichterzweigs oder einem daraus resultierenden Strom durchflossen ist. Es kann z.B. eine gemeinsame Kompensationswicklung oder eine jeweilige Kompensationswicklung für jedes induktive Bauteil vorhanden sein. Der resultierende Strom kann z.B. die Summe der Ströme der einzelnen Umrichterzweige sein (7). Dies hat den Vorteil, dass durch den magnetischen Einfluss der Kompensationswicklung auf das induktive Bauteil der elektrischen Einrichtung unerwünschten Sättigungseffekten in der elektrischen Einrichtung entgegengewirkt werden kann. Durch den magnetischen Einfluss der Kompensationswicklung kann der Gleichanteil des magnetischen Felds in dem induktiven Bauteil der elektrischen Einrichtung betragsmäßig abgesenkt werden, sodass dieser im Idealfall zu null wird. Die elektrische Einrichtung kann z.B. als Transformator oder Elektromotor ausgebildet sein, im Fall eines Dreiphasennetzes z.B. als Drehstrommaschine. Die elektrische Einrichtung kann z.B. die an das erste elektrische Mehrleitungsnetz angeschlossene elektrische Energiequelle oder Energiesenke bilden oder einen Teil davon. Dementsprechend kann ein Umrichterzweig in Reihe zu einem induktiven Bauteil der elektrischen Einrichtung geschaltet sein. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die elektrische Einrichtung als Z-Winding-Transformator ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass der Transformator bereits über zusätzliche Wicklungen verfügt, die als Kompensationswicklungen genutzt werden können. Diese sind bereits mit anderen Wicklungen magnetisch gekoppelt, sodass die zuvor erläuterte Kompensationsschaltung zur Minimierung des Gleichanteils des magnetischen Felds auf einfache Weise realisiert werden kann.
Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner gemäß Anspruch 15 gelöst durch eine Energieübertragungseinrichtung mit wenigstens zwei Umrichtern zur Verbindung eines ersten elektrischen Mehrleitungsnetzes mit einem zweiten elektrischen Mehrleitungsnetz, wobei die Umrichter jeweils auf der Seite des zweiten elektrischen Mehrleitungsnetzes miteinander gekoppelt sind, und wobei ein, zwei oder mehr Umrichter der Energieübertragungseinrichtung als modularer Umrichter nach der zuvor beschriebenen Art ausgebildet sind. Die wenigstens zwei Umrichter können damit in einer sogenannten Back-to-back-Konfiguration miteinander gekoppelt sein. Auf diese Weise kann mit einem oder zwei der erfindungsgemäßen Umrichter z.B. eine Einrichtung zur Hochspannungsgleichstromübertragung realisiert werden, insbesondere eine HGÜ-Kupplung. Die Energieübertragungseinrichtung kann damit unter Nutzung der Vorteile der erfindungsgemäßen Umrichtertopologie realisiert werden.
Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner gemäß Anspruch 16 gelöst durch eine Energieübertragungseinrichtung mit wenigstens zwei Umrichtern zur Verbindung eines ersten elektrischen Zweileitungsnetzes mit einem zweiten elektrischen Zweileitungsnetz, wobei die Umrichter jeweils auf der Seite des ersten elektrischen Mehrleitungsnetzes über einen Transformator miteinander gekoppelt sind, wobei ein, zwei oder mehr Umrichter der Energieübertragungseinrichtung als modularer Umrichter nach der zuvor beschriebenen Art ausgebildet sind. Die wenigstens zwei Umrichter können damit in einer sogenannten Backto-back-Konfiguration miteinander gekoppelt sein. Auf diese Weise kann mit einem oder zwei der erfindungsgemäßen Umrichter z.B. ein DC/DC-Wandler realisiert werden, mit dem Vorteil, dass sich die Gleichanteile der magnetischen Erregung im Transformator aufheben. Die Energieübertragungseinrichtung kann damit unter Nutzung der Vorteile der erfindungsgemäßen Umrichtertopologie realisiert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Brückenmodul wenigstens zwei elektronische Halbleiterschalter in Halbbrückenschaltung oder vier elektronische Halbleiterschalter in Vollbrückenschaltung auf, und das Brückenmodul weist wenigstens einen Kondensator auf, der über die Halbleiterschalter mit äußeren Anschlusskontakten des Brückenmoduls verbindbar ist.
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.

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.
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.

Dies erlaubt auf elegante Weise und mit geringem schaltungstechnischem Aufwand eine Einbindung einer Batterie in den Direktumrichter. 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 Direktumrichters 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.
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.
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.
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.
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.
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 Umrichters unterscheiden sich dann auch die Spannungen der verwendeten Batterien voneinander.
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.
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 Umrichters nötige Überdimensionierung der Nennspannungen der einzelnen Brückenmodule zu reduzieren.
Durch die beiden genannten Maßnahmen können besonders ausfallsichere unterbrechungsfreie Stromversorgungen bzw. Umrichtersysteme geschaffen werden.
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 Umrichter, eine konstante Spannung am Dreileitungsnetz aufrechterhalten werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass die bei bekannten Umrichtern 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 eine Glättung des Stromverlaufs durch das Brückenmodul bzw. durch die Reihenschaltung von Brückenmodulen.
Die Erfindung wird nachfolgen anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen
1 bis 3 verschiedene Ausführungsformen von Brückenmodulen und
4 einen Umrichter in M²LC-Topologie und
5 einen Umrichterzweig und
6 einen Umrichter in der erfindungsgemäßen Topologie und
7 und 8 weitere Ausführungsformen eines Umrichters in der erfindungsgemäßen Topologie und
9 und 10 Energieübertragungseinrichtungen.
In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente verwendet.
Die 1 zeigt ein Brückenmodul 1, das als Einrichtung zur Einbindung wenigstens einer Batterie in ein Energieversorgungsnetz geeignet ist. Das Brückenmodul 1 weist als externe Anschlüsse einen ersten Anschluss 2 und einen zweiten Anschluss 3 auf. Die Anschlüsse 2, 3 sind die Außenverbindungen des Brückenmoduls mit einem Energieversorgungsnetz, weiteren Brückenmodulen eines Umrichterzweigs oder sonstigen Bauelementen. Das Brückenmodul 1 weist eine Vollbrückenschaltung 4 mit vier elektronischen Halbleiterschaltern 5, 6, 7, 8 auf. Zwischen zwei gegenüberliegenden Anschlusspunkten 116, 117 der Vollbrückenschaltung 4 ist ein Kondensator 9 angeschlossen. Die übrigen zwei gegenüberliegenden Anschlusspunkte 118, 119 der Vollbrückenschaltung 4 sind mit den Außenanschlüssen 2, 3 verbunden. Die Anschlusspunkte 116, 117 sind mit einem steuerbaren, bidirektionalen Gleichspannungswandler 10 verbunden, der als kombinierter Aufwärts-/Abwärtswandler ausgebildet ist. Der Gleichspannungswandler ist parallel zum Kondensator 9 geschaltet. Auf der gegenüberliegenden Anschlussseite des Gleichspannungswandlers 10 ist eine mit dem Gleichspannungswandler 10 verbundene Batterie 11 vorgesehen. Das Brückenmodul 1 weist außerdem eine lokale Steuereinheit 12 auf, z.B. in Form eines Mikroprozessors oder einer Logikschaltung. Die lokale Steuereinheit 12 ist mit Steueranschlüssen der Halbleiterschalter 5, 6, 7, 8 sowie mit einem Steuereingang des Gleichspannungswandlers 10 verbunden. Die lokale Steuereinheit 12 führt ein Steuerprogramm aus, mit dem die Funktion des Gleichspannungswandlers 10 sowie die Schaltzustände der Halbleiterschalter 5, 6, 7, 8 gesteuert werden.
Die Halbleiterschalter 5, 6, 7, 8 der Vollbrücke 4 sind jeweils z.B. als IGBT ausgebildet. Ferner weist der Gleichspannungswandler 10 zwei weitere elektronische Halbleiterschalter 13, 14 auf, die z.B. als IGBT ausgebildet sind. Die Gateanschlüsse der Halbleiterschalter 13, 14 sind, ebenso wie die Gateanschlüsse der Halbleiterschalter 5, 6, 7, 8, mit der lokalen Steuereinheit 12 verbunden. Die lokale Steuereinheit 12 führt hierüber eine Steuerung des Gleichspannungswandlers 10 durch entsprechende Ansteuerung der Halbleiterschalter 13, 14 durch. Die Halbleiterschalter 13, 14 sind in Halbbrückenschaltung angeordnet. Hierbei ist der Kollektoranschluss des Halbleiterschalters 13 mit dem Anschlusspunkt 116 der Vollbrückenschaltung 4 verbunden. Der Emitteranschluss des Halbleiterschalters 14 ist mit dem Anschlusspunkt 117 der Vollbrückenschaltung 4 verbunden. Der Emitteranschluss des Halbleiterschalters 13 ist mit dem Kollektoranschluss des Halbleiterschalters 14 sowie mit einer Drossel 15 verbunden. Die Drossel 15 ist mit einem Anschluss der Batterie 11 verbunden, z.B. mit dem Pluspol. Ein zweiter Anschluss, z.B. der Minuspol, der Batterie 11 ist mit dem Emitteranschluss des Halbleiterschalters 14 und damit mit dem Anschlusspunkt 117 der Vollbrückenschaltung 4 verbunden.
Die Verwendung der Halbleiterschalter 13, 14 sowie der Drossel 15 erlaubt einen einfachen und kostengünstigen Aufbau eines bidirektionalen, steuerbaren Gleichspannungswandlers, der damit als Aufwärtswandler ausgebildet ist. Zudem kann ein dreiphasiges IGBT-Modul verwendet werden, das bereits sechs IGBTs aufweist, die jeweils paarweise in Halbbrückenschaltung geschaltet sind. Hierbei kann eine erste Halbbrücke des IGBT-Moduls für die Anordnung der Halbleiterschalter 5, 6 verwendet werden, eine zweite Halbbrücke für die Halbleiterschalter 7, 8 und die dritte Halbbrücke für die Halbleiterschalter 13, 14.
Die lokale Steuereinheit 12 ist über eine Leitung 16 mit einer zentralen elektronischen Steuerungseinrichtung verbunden, deren Aufbau und Funktion später noch erläutert wird. Die Leitung 16 kann z.B. ein Datenbus sein, z.B. ein serieller Datenbus. Über die Leitung 16 erhält die lokale Steuereinheit 12 Sollwerte, anhand derer sie die Vollbrückenschaltung 4 und den Gleichspannungswandler 10 steuert. Über die Leitung 16 übermittelt die lokale Steuereinheit 12 zudem Kennwerte an die zentrale elektronische Steuerungseinrichtung, z.B. den Ladungszustand des Kondensators 9 und/oder der Batterie 11.
Die 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Brückenmoduls 1. Das Brückenmodul 1 gemäß 2 ist vergleichbar aufgebaut wie das Brückenmodul 1 gemäß 1, jedoch ohne den Gleichspannungswandler 10 und die Batterie 11. Hierdurch kann ein einfacheres kostengünstigeres Brückenmoduls bereitgestellt werden, wenn eine kurzzeitige Energiespeicherung über den Kondensator 9 ausreichend ist.
Die 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Brückenmoduls 1. Das Brückenmodul 1 gemäß 3 ist vergleichbar aufgebaut wie das Brückenmodul 1 gemäß 2, jedoch ohne die Halbleiterschalter 7, 8. Hierdurch kann ein noch einfacheres kostengünstigeres Brückenmoduls bereitgestellt werden, wenn keine bipolaren Vollbrückenmodule, wie anhand der 1 und 2 beschrieben, erforderlich sind.
Die beschriebenen Umrichterzweige des Umrichters können z.B. wahlweise mit Brückenmodulen der 1, 2 oder 3 bestückt sein.
Der in 4 dargestellte Umrichter 20 weist sechs im laufenden Betrieb aktive Umrichterzweige 21, 22, 23, 24, 25, 26 auf. Die Umrichterzweige sind als modulare Multilevel-Zweige ausgebildet und weisen jeweils eine Reihenschaltung mehrerer Brückenmodule 1 auf. In Reihe zu der Reihenschaltung ist noch eine jeweilige Drossel 19 geschaltet, was in der 5 beispielhaft für den Umrichterzweig 26 dargestellt ist. Die Brückenmodule 1 sind derart in Reihe geschaltet, dass jeweils ein Anschluss 3 eines vorhergehenden Brückenmoduls mit einem Anschluss 2 eines nachfolgenden Brückenmoduls gekoppelt ist. In der 4 sind beispielhaft fünf in Reihe geschaltete Brückenmodule 1 pro Umrichterzweig dargestellt. Die Zahl der Brückenmodule pro Umrichterzweig kann je nach Anwendungsfall unterschiedlich gewählt werden.
Das erste elektrische Mehrleitungsnetz 30 ist in diesem Fall ein dreiphasiges Drehstromnetz, das Leitungen 31, 32, 33 aufweist. Das zweite elektrische Mehrleitungsnetz 40 ist in diesem Fall ein Zweileitungsnetz, z.B. ein Gleichstromnetz mit Leitungen 41, 42. Das zweite elektrische Mehrleitungsnetz 40 kann z.B. der Zwischenkreis bei der Hochspannungsgleichstromübertragung sein.
Der Umrichter 20 gemäß 4 kann zur Umformung von einer Gleichspannung uzk verwendet werden, die in eine dreiphasige Wechselspannung us1, us2, us3 gewandelt wird. Die Umwandlung kann auch umgekehrt erfolgen, d.h. von der dreiphasigen Wechselspannung in die Gleichspannung. Hierfür synthetisieren jeweils zwei Umrichterzweige, beispielsweise die Umrichterzweige 21 und 24, eine um 180 Grad versetzte Wechselspannung, die als Ausgangsspannung us1 dient. In den Brückenmodulen 1 des jeweiligen Umrichterzweigs führt die Spannung zusammen mit dem Ausgangsstromanteil, der durch den jeweiligen Umrichterzweig fließt, im Mittel zu einer Leistung. Diese Leistung wird dadurch ausgeglichen, dass der Wechselspannung je Umrichterzweig eine Gleichspannung überlagert wird, die zusammen mit dem Gleichstrom im zweiten elektrischen Mehrleitungsnetz 40 eine entgegengesetzte Leistung erzeugt. Die Gleichspannungsanteile der einzelnen Zweige werden in der Regel gleich groß zu uzk / 2 gewählt, wobei uzk größer 2?ûsk (mit k = 1 ... 3) gewählt werden kann. In diesem Fall können unipolare Halbbrückenmodule als Brückenmodule 1 eingesetzt werden, z.B. in der Ausführungsform gemäß 3.
Die 6 zeigt einen Umrichter 50 in erfindungsgemäßer Umrichtertopologie, in der die Umrichterzweige 24, 25, 26 eingespart werden können. Die verbleibenden Umrichterzweige 21, 22, 23 können unverändert bleiben, z.B. wie der in 5 dargestellte Umrichterzweig. Das erste elektrische Mehrleitungsnetz 30 wird dafür mit einer in diesem Fall dreiphasigen Energiequelle oder Energiesenke in Form der Komponenten 35, 36, 37 verbunden. Die Komponenten 35, 36, 37, die z.B. Wicklungen eines Transformators oder einer Drehstrommaschine sein können, sind an einem gemeinsamen Sternpunkt 39 zusammengeschaltet. Zusätzlich wird der Sternpunkt 39 mit der Leitung 42 des zweiten elektrischen Mehrleitungsnetzes 40 verbunden. Hierdurch werden die Komponenten 35, 36, 37 der Energiequelle oder Energiesenke je Zweig des Umrichters mit einem der Umrichterzweige 21, 22, 23 in Reihe geschaltet. In der Topologie gemäß 6 synthetisieren die Umrichterzweige 21, 22, 23 jeweils eine Wechselspannung, die der zugehörigen Phasenspannung des Drehstromsystems entspricht. Zusätzlich erzeugen sie eine überlagerte Gleichspannung, die zusammen mit dem Strom im zweiten elektrischen Mehrleitungsnetz 40 dem Energietransport aus den Brückenmodulen 1 in das zweite elektrische Mehrleitungsnetz 40 bzw. im umgekehrten Fall vom zweiten elektrischen Mehrleitungsnetz 40 in die Brückenmodule 1 dient. Auf diese Weise wird die Funktion des Umrichters 50 gegenüber dem Umrichter 20 wesentlich vereinfacht, da nur noch drei Umrichterzweig-Energieinhalte zu regeln sind.
Die erfindungsgemäße Umrichter-Topologie ist nicht nur dreiphasig ausführbar, sondern mit einer beliebigen Anzahl von Phasen bzw. Leitungen eines Mehrleitungsnetzes größer eins.
Sofern das zweite Mehrleitungsnetz als Wechselstromnetz realisiert werden soll, ist es vorteilhaft, bipolare Vollbrückenmodule als Brückenmodule 1 zu verwenden, z.B. in den Ausführungsformen gemäß einer der 1 oder 2.
Die 7 zeigt eine Anwendung der erfindungsgemäßen Umrichtertopologie wiederum mit dem zuvor erläuterten Umrichter 50. An das erste elektrische Mehrleitungsnetz 30 ist hierbei eine elektrische Einrichtung 60 angeschlossen, z.B. in Form eines Transformators mit drei Primärwicklungen 61, 62, 63, die mit den jeweiligen Leitungen 31, 32, 33 des ersten Mehrleitungsnetzes 30 verbunden sind. Die Primärwicklungen 61, 62, 63 sind magnetisch mit Sekundärwicklungen des Transformators gekoppelt, die in der 6 allerdings nicht dargestellt sind. Zusätzlich sind Kompensationswicklungen 64, 65, 66 vorhanden. Die Kompensationswicklungen 64, 65, 66 sind mit den Primärwicklungen 61, 62, 63 magnetisch derart gekoppelt, dass die erste Primärwicklung 61 mit der Kompensationsinduktivität 64 gekoppelt ist, die zweite Primärwicklung 62 mit der Kompensationsinduktivität 65 und die dritte Primärwicklung 63 mit der Kompensationsinduktivität 66. Die Kompensationswicklungen 64, 65, 66 sind wie in 6 dargestellt in Reihe geschaltet, und zwar in Reihe mit der elektrischen Leitung 42 des zweiten Mehrleitungsnetzes 40, die mit dem Sternpunkt 37 verbunden ist. Auf diese Weise sind die Kompensationswicklungen 64, 65, 66 vom durch die Leitung 42 fließenden Strom durchflossen. Durch die in den Kompensationswicklung 64, 65, 66 erzeugten magnetischen Felder wird der Gleichanteil der magnetischen Erregung in den Primärwicklungen 61, 62, 63 aufgehoben oder zumindest betragsmäßig reduziert, sodass die Verluste durch Sättigungseffekte reduziert werden. Eine alternative Möglichkeit, den Gleichanteil der elektrischen Erregung zu reduzieren, stellt die Ausbildung des Transformators 60 als Z-Winding-Transformator dar. Dies ist in der 8 dargestellt. Die 9 zeigt eine Energieübertragungseinrichtung 70, bei der zwei der anhand der 6 erläuterten Umrichter 50 in einer Back-to-back-Anordnung miteinander gekoppelt sind. Mit anderen Worten, die Umrichter sind auf der Seite ihres zweiten elektrischen Mehrleitungsnetzes 40 miteinander verbunden. Die jeweiligen ersten elektrischen Mehrleitungsnetze 30 der Umrichter 50 sind hierbei zur Vereinfachung lediglich in Form von Spannungsquellen dargestellt. Auf diese Weise kann z.B. eine HGÜ-Kupplung realisiert werden. In diesem Fall sind die in 9 dargestellten Spannungsquellen die Transformatoren der Wechselstromseite der HGÜ-Kupplung.
Die 10 zeigt eine Energieübertragungseinrichtung 100, bei der zwei der anhand der 6 erläuterten Umrichter 50 auf der Seite Ihres ersten elektrischen Mehrleitungsnetzes 30 miteinander verbunden sind. Die beiden zweiten elektrischen Mehrleitungsnetze 40 sind Zweileitungsnetze, insbesondere Gleichspannungsnetze. Auf diese Weise kann z.B. ein DC/DC Wandler realisiert werden. Hierbei sind die beiden ersten elektrischen Mehrleitungsnetze 30 über einen Transformator 90 miteinander gekoppelt. Die Primärwicklungen 91, 92, 93 des Transformators 99 sind mit dem links dargestellten ersten elektrischen Mehrleitungsnetz 30 verbunden, die Sekundärwicklungen 94, 95, 96 des Transformators 99 sind mit dem links dargestellten ersten elektrischen Mehrleitungsnetz 30 verbunden. Dies hat den Vorteil, dass die Transformatoren keine Kompensationswicklungen benötigen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010013826 A1 [0002]
DE 112011107737 A1 [0002]

Claims

Modularer Umrichter (20, 50) zur Verbindung eines ersten elektrischen Mehrleitungsnetzes (30) mit einem zweiten elektrischen Mehrleitungsnetz (40) mittels elektronische Halbleiterschalter (5, 6, 7, 8, 13, 14) aufweisenden Brückenmodulen (1), wobei aus einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Brückenmodulen (1) jeweils Umrichterzweige (21–26) gebildet sind, wobei der Umrichter (20, 50) mehrere Umrichterzweige (21–26) aufweist, die jeweils eine Leitung (31, 32, 33) des ersten Mehrleitungsnetzes (30) mit einer Leitung (41, 42) des zweiten Mehrleitungsnetzes (40) verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass für einen, mehrere oder alle Umrichterzweige (21–26) des Umrichters (20, 50) vorgesehen ist, dass der Umrichterzweig in Reihe mit wenigstens einer an einer Leitung (31, 32, 33) des ersten elektrischen Mehrleitungsnetzes (30) angeschlossenen elektrischen Energiequelle oder Energiesenke (38, 60) geschaltet ist.
Umrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste elektrische Mehrleitungsnetz (30) m Leitungen aufweist und das zweite elektrische Mehrleitungsnetz (40) n Leitungen aufweist, wobei der Umrichter (20, 50) eine Anzahl von im laufenden Betrieb des Umrichters aktiven Umrichterzweigen (21–26) aufweist, die kleiner als m+n ist.
Umrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die elektrischen Leitungen (31, 32, 33) des ersten elektrischen Mehrleitungsnetzes (30) dasselbe Bezugspotential haben.
Umrichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den elektrischen Leitungen (31, 32, 33) des ersten elektrischen Mehrleitungsnetzes (30) eine das Bezugspotential führende Bezugspotentialleitung (37) vorhanden ist.
Umrichter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine elektrische Leitung (41, 42) des zweiten elektrischen Mehrleitungsnetzes (40) das Bezugspotential führt.
Umrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Umrichterzweige (21–26) des Umrichters (20, 50) an einer Seite direkt zusammengeschaltet sind.
Umrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass m > n ist.
Umrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass n = 2 ist.
Umrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass m = 2 oder 3 ist.
Umrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der im laufenden Betrieb des Umrichters (20, 50) aktiven Umrichterzweige (21–26) gleich oder größer als a ist, wobei a der größere Wert von m und n ist. Umrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste elektrische Mehrleitungsnetz (30) mit einer ein oder mehrere induktive Bauteile (61, 62, 63) aufweisenden elektrischen Einrichtung (60) gekoppelt ist, wobei ein jeweiliges induktives Bauteil (61, 62, 63) der elektrischen Einrichtung (60) von einem Strom eines Umrichterzweigs (21–26) durchflossen ist.
Umrichter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Einrichtung (60) ein Transformator ist.
Umrichter nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die induktiven Bauteile (61, 62, 63) magnetisch mit wenigstens einer Kompensationswicklung (64, 65, 66) gekoppelt sind, die vom Strom des Umrichterzweigs (21–26) oder einem daraus resultierenden Strom durchflossen ist.
Umrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Brückenmodul (1) wenigstens zwei elektronische Halbleiterschalter (5, 6, 7, 8, 13, 14) in Halbbrückenschaltung oder vier elektronische Halbleiterschalter (5, 6, 7, 8, 13, 14) in Vollbrückenschaltung (4) aufweist, und das Brückenmodul (1) wenigstens einen Kondensator (9) aufweist, der über die Halbleiterschalter (5, 6, 7, 8, 13, 14) mit äußeren Anschlusskontakten (2, 3) des Brückenmoduls (1) verbindbar ist.
Energieübertragungseinrichtung (70) mit wenigstens zwei Umrichtern (20, 50) zur Verbindung eines ersten elektrischen Mehrleitungsnetzes (30) mit einem zweiten elektrischen Mehrleitungsnetz (40), wobei die Umrichter (2, 50) jeweils auf der Seite des zweiten elektrischen Mehrleitungsnetzes (40) miteinander gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein, zwei oder mehr Umrichter (20, 50) der Energieübertragungseinrichtung (70) als modularer Umrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet sind.
Energieübertragungseinrichtung (100) mit wenigstens zwei Umrichtern (20, 50) zur Verbindung eines ersten elektrischen Zweileitungsnetzes (30) mit einem zweiten elektrischen Zweileitungsnetz (40), wobei die Umrichter (20, 50) jeweils auf der Seite des ersten elektrischen Mehrleitungsnetzes (30) über einen Transformator (90) miteinander gekoppelt sind, wobei ein, zwei oder mehr Umrichter (20, 50) der Energieübertragungseinrichtung (80) als modularer Umrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgebildet sind.