EP3622618A1 - Stromrichter - Google Patents

Stromrichter

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Publication number
EP3622618A1
EP3622618A1 EP17735529.4A EP17735529A EP3622618A1 EP 3622618 A1 EP3622618 A1 EP 3622618A1 EP 17735529 A EP17735529 A EP 17735529A EP 3622618 A1 EP3622618 A1 EP 3622618A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
phase module
power converter
voltage
module branch
switching device
Prior art date
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Ceased
Application number
EP17735529.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Volker Hussennether
Adnan CHAUDHRY
Herbert Gambach
Roland Schuster
Thomas Westerweller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP3622618A1 publication Critical patent/EP3622618A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • 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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/125—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for rectifiers
    • H02H7/1257—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for rectifiers responsive to short circuit or wrong polarity in output circuit
    • 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
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    • 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
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    • 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
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    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
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Definitions

  • the invention relates to a power converter having at least one phase module which is connected between a first
  • DC voltage connection of the power converter is arranged and which has a plurality of modules, wherein the
  • Phase module has a first phase module branch, which is connected to the first DC voltage terminal, and has a second phase module branch, which is connected to the second
  • DC voltage connection is connected, wherein the modules each have at least two electronic switching elements and an electrical energy storage, and wherein the
  • Converter additionally has a switching device for switching off a current in case of failure.
  • the invention relates to a method for switching off
  • a power converter is a power electronic circuit for converting electrical energy.
  • Inverters can be converted, for example, alternating current into direct current or direct current into alternating current.
  • a multilevel power converter also called modular
  • Multilevelstromrichter has a plurality of similar modules, which are electrically connected in series.
  • the electrical series connection of the modules can achieve high output voltages.
  • a multilevel converter is simply different
  • High voltage range can be used, for example, as a power converter in a high-voltage DC transmission system or as
  • Such a power converter is from the European
  • Patent application EP 2 999 105 AI known. In this
  • Power converter is arranged in the first phase module branch and in the second phase module branch in each case a turn-off device for bidirectionally switching off the current in the event of a short circuit.
  • Each of the turn-off devices has antiparallel-connected thyristors. So per phase module so two defrosting devices are necessary to turn off the power in case of short circuit can. The two
  • the invention has for its object to provide a power converter and a method by which fault currents can be switched off in a cost effective manner.
  • a power converter with at least one
  • Phase module which between a first
  • DC voltage connection of the power converter is arranged and which has a plurality of modules, wherein the
  • Phase module has a first phase module branch, which is connected to the first DC voltage terminal, and has a second phase module branch, which is connected to the second
  • the modules each have at least two electronic switching elements and an electrical energy storage
  • the power converter additionally comprises a switching device for switching off a current in case of failure, wherein the
  • This power converter is special
  • This switching device is between the AC voltage connection of the power converter (the
  • the power converter may in particular be a multilevel power converter.
  • the power converter can be designed so that the
  • connection point between the first phase module branch and the second phase module branch of the AC voltage terminal disconnects.
  • Switching device in the on state, in which the energy is transferred from the AC voltage connection to the connection point and vice versa.
  • the switching device is switched to the off state, in which the flow of energy between the
  • the power converter may be configured such that the first phase module branch and the second phase module branch are each free of components of the switching device.
  • the first phase module branch and the second phase module branch are thus schalt wornsok.
  • the current flow within the phase module advantageously does not become
  • the first phase module branch and the second phase module branch are in an electrical
  • the power converter may be configured such that the first phase module branch and the second phase module branch each have at least two of the modules, in particular in each case at least five of the modules, in a series connection.
  • the power converter can also have many more modules, for example, fifty, one hundred or several hundred modules per phase module branch.
  • the power converter can be designed so that the two electronic switching elements (and the energy storage) are arranged in a half-bridge circuit.
  • Such modules are also referred to as half-bridge modules.
  • Half-bridge modules have only two electronic switching elements. As a result, half-bridge modules can be produced particularly cost-effectively. In addition, need
  • Half-bridge modules only a relatively small amount of space. This is offset by the disadvantage that only voltages with one polarity can be generated by means of half-bridge modules. Therefore, converters with half-bridge modules are usually not able to
  • the power converter can be designed so that at least one of the modules in addition to the two electronic
  • Switching elements two other electronic switching elements wherein the two electronic switching elements and the two further electronic switching elements are arranged in a full-bridge circuit.
  • the power converter in addition to the half-bridge modules on at least one full bridge module.
  • this full bridge module is more expensive and requires more space (space), but creates the possibility of generating a voltage with arbitrary polarities. As a result, the power converter can be used more versatile.
  • the power converter can be designed so that the
  • Such a power electronic switching device is usually maintenance-free and advantageously switches very fast.
  • the power converter can be designed so that the
  • Switching device has thyristors.
  • the power converter can be designed so that the switching device has antiparallel connected thyristors.
  • thyristors in particular by means of antiparallel-connected thyristors, the disconnection of fault currents can advantageously be carried out particularly quickly.
  • Short-circuit currents in a power converter with at least one phase module, which between a first
  • DC voltage connection of the power converter is arranged and which has a plurality of modules, wherein the Phase module has a first phase module branch, which is connected to the first DC voltage terminal, and has a second phase module branch, which is connected to the second
  • DC voltage connection is connected, wherein the modules each have at least two electronic switching elements and an electrical energy storage, wherein in the method
  • the procedure can also be such that
  • Phase module is separated by means of a switching device, in particular by means of a power electronic
  • Phase module only a single switching device needed.
  • the method can proceed such that the switching device has thyristors.
  • the procedure can also be such that the
  • Switching device has anti-parallel connected thyristors.
  • the procedure can also be such that the first
  • Phase module branch and the second phase module branch is respectively free of components of the switching device.
  • Phase module branch and the second phase module branch are thus schalt pleasedskay.
  • the power converter and the method have the same
  • Figure 1 shows an embodiment of a power converter in
  • FIG. 1 shows an alternative representation of the power converter according to Figure 1, in
  • Figure 3 shows an embodiment of a module of
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of a module of the power converter
  • FIG. 5 shows an embodiment of a high-voltage circuit.
  • Multilevelstromrichter 1 has a first
  • the first AC voltage terminal 5 is electrically connected to a first connection point 21 between a first one by means of a first switching device 17
  • the first connection point 21 is the
  • the first phase ⁇ modulzweig 25 and the second phase module branch 29 form first phase module 33 of the power converter 1.
  • Phase module branch 25 is electrically connected to a first DC ⁇ connection 37; that the first
  • Phase module branch 29 is connected to a second
  • the first DC voltage terminal 37 is a positive one
  • the second DC voltage terminal 41 is a negative DC voltage terminal.
  • AC voltage terminal 9 and the third AC voltage ⁇ terminal 13 are 3 phase voltages U ac i, U aC 2 and U aC 3 of a three-phase AC voltage U ac . More precisely, the 3 phase voltages U ac i, U aC 2 and U aC 3 of the three-phase AC voltage U ac are applied between the respective AC voltage connection 5, 9 or 13 and a ground connection 43. For example, between the first
  • the second AC voltage terminal 9 is electrically connected by means of a second switching device 45 to a second connection point 49 between a third phase module branch 53 and a fourth phase module branch 57.
  • the second connection point 49 is the junction between the third phase module branch 53 and the fourth Phase module branch 57.
  • the third phase module branch 53 and the fourth phase module branch 57 form a second phase module 61.
  • the third AC voltage terminal 13 is electrically connected to a third connection point 69 between a fifth phase module branch 73 and a sixth phase module branch 77 by means of a third switching device 65.
  • the third connection point 69 is the junction between the fifth phase module branch 73 and the sixth
  • Phase module branch 77 The fifth phase module branch 73 and the sixth phase module branch 77 form a third phase module 81.
  • connection point 49 facing away from the end of the third phase module branch 53 and the third
  • Phasenmodulzweigs 73 are electrically connected to the first DC voltage ⁇ connection 37.
  • Connection point 49 remote from the end of the fourth phase module branch 57 and the third connection point 69 remote from the end of the sixth phase module branch 77 are electrically connected to the second DC voltage terminal 41.
  • the first phase module branch 25, the third phase module branch 53 and the fifth phase module branch 73 form a positive-side converter part 85; the second phase module branch 29, the fourth phase module branch 57 and the sixth phase module branch 77 form a negative-side converter element 89.
  • the first AC voltage terminal 5, the second AC voltage terminal 9 and the third AC voltage terminal 13 may be electrically connected to a
  • Each phase module branch has a plurality of modules, which are electrically connected (by means of its galvanic current connections) in series (1_1 ... l_ n; etc.; 2_1 ... 2_n). Such modules are also referred to as submodules. in the Embodiment of Figure 1, each phase module branch n modules. The number of means of their galvanic
  • Power connections electrically connected in series modules can be very different, at least two modules are connected in series, but it can also be, for example, 5, 50, 100 or more modules connected electrically in series.
  • n 36: the first phase module branch 25 thus has 36 modules 1_1, 1_2, 1_3,... 1_36.
  • the other phase module branches 29, 53, 57, 73 and 77 are of similar construction.
  • the first switching device 17 has, as switching elements, a first thyristor T1 and a second thyristor T2.
  • the first thyristor Tl and a second thyristor T2 are connected in anti-parallel. Therefore, by means of the first
  • the second switching device 45 has, as switching elements, a third thyristor T3 and an antiparallel-connected fourth thyristor T4.
  • the third switching device 65 has, as switching elements, a fifth thyristor T5 and an antiparallel-connected sixth thyristor T6.
  • the representation with individual thyristors Tl to T6 is here only symbolically
  • thyristors may be connected in series and / or in parallel to provide the required voltage and current values
  • Power converter 1 are optical messages or optical signals via an optical communication link (for example via an optical waveguide) to the individual
  • the switching devices 17, 45 and 65 are identical to the switching devices 17, 45 and 65.
  • the switching devices 17, 45 and 65 can be particularly advantageous for the occurrence of a fault
  • AC voltage terminal 5 electrically separated from its associated first connection point 21.
  • the second AC voltage terminal 9 is electrically disconnected from the associated second connection point 49 and / or the third AC voltage terminal 13 is electrically disconnected from the associated third connection point 69.
  • Interruption / separation can be very fast.
  • the opening of the switching devices can be done simply by the drive signals for the thyristors are turned off, whereupon the thyristors go to the next zero crossing of the AC voltage in its blocking position.
  • the alternating current can be switched off very quickly.
  • the switching devices 17, 45 and 65 may in particular be components of the power converter 1.
  • the method for switching off fault currents proceeds in such a way that when an error occurs, in particular when a short circuit occurs, the AC voltage connection (s) affected by the fault are disconnected from the associated phase module or from the associated phase modules.
  • Phase module is effected by means of the associated switching device or by means of the associated switching devices.
  • Switching device switched off. Then lock the thyristors, so that the flowing alternating current quickly goes to zero. This electrical isolation between
  • the thyristors of the switching devices 17, 45 and 65 also have significantly lower forward losses (a smaller loss per device) compared to the modules with IGBT switching elements, higher reverse voltages (require a smaller number of series switching to achieve the same
  • the power converter 1 of Figure 1 is shown again in a simplified representation.
  • Phase module branch 77 symbolically represented in each case as a square with a drawn diagonal. The first
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a module 300 of the power converter 1. It can be
  • the module 300 is configured as a half-bridge module 300.
  • Module 300 includes a first (turn-off) electronic switching element 302 (first turn-off semiconductor valve 302) having a first antiparallel diode 304.
  • the module 300 has a second (deactivatable) electronic switching element 306 (second deactivatable
  • Energy storage 310 in the form of a capacitor 310.
  • Electronic switching elements 306 are each as an IGBT
  • the first electronic switching element 302 is electrically connected in series with the second electronic switching element 306. At the connection point between the two electronic
  • Switching elements 302 and 306 is a first galvanic
  • Module connection 312 arranged.
  • a second galvanic module connection 315 is arranged.
  • the second module connection 315 is furthermore electrically connected to a first connection of the energy store 310; a second connection of the
  • Energy storage 310 is electrically connected to the
  • the energy storage 310 is thus electrically parallel
  • Power converter can be achieved that between the first module connection 312 and the second module connection 315th
  • Modules of the individual phase module branches can be generated in each case the desired output voltage of the converter.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of a module 400 of the power converter 1. This may be, for example, one of the modules 1_1... 6_n shown in FIG. In addition to the already known from Figure 3 first electronic switching element 302, second
  • Switching element 406 with a fourth anti-parallel connected freewheeling diode 408 on.
  • the third electronic switching element 402 and the fourth electronic switching element 406 are each configured as an IGBT.
  • the second module connection 415 is not electrically connected to the second electronic switching element 306, but instead has a center point of an electrical series connection of the third electronic switching element 402 and the fourth electronic switching element 406.
  • the module 400 of FIG. 4 is a so-called full-bridge module 400.
  • This full-bridge module 400 is characterized in that, with appropriate control of the four
  • the multilevel converter 1 can either have only half-bridge modules 300, only full-bridge modules 400 or also half-bridge modules 300 and full-bridge modules 400.
  • FIG. 5 schematically shows an exemplary embodiment of a high-voltage direct-current transmission system 500.
  • This high-voltage direct-current transmission system 500 has two power converters 1, as shown in FIG. 1 or 2
  • the two positive DC voltage terminals 37 are the
  • FIG. 5 shows by way of example a high-voltage direct-current transmission system designed as a symmetrical monopole. But of course he can
  • Inverters can also be used in other high-voltage direct-current transmission systems, for example in bipolar systems.
  • the described power converter and the described method can be used for a wide variety of plant types
  • a power converter and a method for switching off fault currents in a power converter have been described in which a fault can easily and inexpensively be made when an error occurs.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stromrichter (1) mit mindestens einem Phasenmodul (33), welches zwischen einem ersten Gleichspannungsanschluss (37) und einem zweiten Gleichspannungsanschluss (41) des Stromrichters angeordnet ist und welches eine Vielzahl von Modulen (1_1... 2_n) aufweist. Dabei weist das Phasenmodul (33) einen ersten Phasenmodulzweig (25) auf, der mit dem ersten Gleichspannungsanschluss (37) verbunden ist, und einen zweiten Phasenmodulzweig (29) auf, der mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss (41) verbunden ist. Die Module (1_1... 2_n) weisen jeweils mindestens zwei elektronische Schaltelemente (302, 306) und einen elektrischen Energiespeicher (310) auf. Der Stromrichter weist zusätzlich eine Schalteinrichtung (17) zum Abschalten eines Stromes in einem Fehlerfall auf. Dabei ist die Schalteinrichtung (17) zwischen einem Wechselspannungsanschluss (5) des Stromrichters und einem Verbindungspunkt (21) zwischen dem ersten Phasenmodulzweig (25) und dem zweiten Phasenmodulzweig (29) angeordnet.

Description

Beschreibung Stromrichter Die Erfindung betrifft einen Stromrichter mit mindestens einem Phasenmodul, welches zwischen einem ersten
Gleichspannungsanschluss und einem zweiten
Gleichspannungsanschluss des Stromrichters angeordnet ist und welches eine Vielzahl von Modulen aufweist, wobei das
Phasenmodul einen ersten Phasenmodulzweig aufweist, der mit dem ersten Gleichspannungsanschluss verbunden ist, und einen zweiten Phasenmodulzweig aufweist, der mit dem zweiten
Gleichspannungsanschluss verbunden ist, wobei die Module jeweils mindestens zwei elektronische Schaltelemente und einen elektrischen Energiespeicher aufweisen, und wobei der
Stromrichter zusätzlich eine Schalteinrichtung zum Abschalten eines Stromes in einem Fehlerfall aufweist. Weiterhin
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Abschalten von
Fehlerströmen .
Ein Stromrichter ist eine leistungselektronische Schaltung zum Umwandeln von elektrischer Energie. Mit einem
Stromrichter kann beispielsweise Wechselstrom in Gleichstrom oder Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt werden. Ein Multilevelstromrichter (der auch als modularer
Multilevelstromrichter bezeichnet wird) weist eine Vielzahl von gleichartigen Modulen auf, welche elektrisch in Reihe geschaltet sind. Durch die elektrische Reihenschaltung der Module lassen sich hohe Ausgangsspannungen erreichen. Ein Multilevelstromrichter ist einfach an unterschiedliche
Spannungen anpassbar (skalierbar) und eine gewünschte
Ausgangsspannung kann relativ genau erzeugt werden. Ein
Multilevelstromrichter kann vorteilhafterweise im
Hochspannungsbereich eingesetzt werden, beispielsweise als Stromrichter bei einer Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragungsanlage oder als
Blindleistungskompensationsanlage . Ein derartiger Stromrichter ist aus der europäischen
Patentanmeldung EP 2 999 105 AI bekannt. Bei diesem
Stromrichter ist in dem ersten Phasenmodulzweig und in dem zweiten Phasenmodulzweig jeweils eine Abschalteinrichtung zum bidirektionalen Abschalten des Stromes im Kurzschlussfall angeordnet. Jede der Abschalteinrichtungen weist dabei antiparallel geschaltete Thyristoren auf. Pro Phasenmodul sind also zwei Abschalteinrichtungen notwendig, um den Strom im Kurzschlussfall abschalten zu können. Die zwei
Abschalteinrichtungen sind kostenintensiv und erfordern einen beträchtlichen Bauraum in dem Stromrichter.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stromrichter und ein Verfahren anzugeben, mit denen Fehlerströme auf eine kostengünstige Art und Weise abgeschaltet werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen
Stromrichter und durch ein Verfahren nach den unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausführungsformen des
Stromrichters und des Verfahrens sind in den abhängigen
Patentansprüchen angegeben.
Offenbart wird ein Stromrichter mit mindestens einem
Phasenmodul, welches zwischen einem ersten
Gleichspannungsanschluss und einem zweiten
Gleichspannungsanschluss des Stromrichters angeordnet ist und welches eine Vielzahl von Modulen aufweist, wobei das
Phasenmodul einen ersten Phasenmodulzweig aufweist, der mit dem ersten Gleichspannungsanschluss verbunden ist, und einen zweiten Phasenmodulzweig aufweist, der mit dem zweiten
Gleichspannungsanschluss verbunden ist, wobei die Module jeweils mindestens zwei elektronische Schaltelemente und einen elektrischen Energiespeicher aufweisen, und wobei der Stromrichter zusätzlich eine Schalteinrichtung zum Abschalten eines Stromes in einem Fehlerfall aufweist, wobei die
Schalteinrichtung zwischen einem Wechselspannungsanschluss des Stromrichters und einem Verbindungspunkt zwischen dem ersten Phasenmodulzweig und dem zweiten Phasenmodulzweig angeordnet ist. Bei diesem Stromrichter ist besonders
vorteilhaft, dass dieser pro Phasenmodul lediglich eine einzige Schalteinrichtung zum Abschalten von Strömen im
Fehlerfall benötigt. Diese Schalteinrichtung ist zwischen dem Wechselspannungsanschluss des Stromrichters (der dem
jeweiligen Phasenmodul zugeordnet ist) und dem
Verbindungspunkt zwischen dem ersten Phasenmodulzweig und dem zweiten Phasenmodulzweig des Phasenmoduls angeordnet. Mit Hilfe dieser Schalteinrichtung kann im Fehlerfall der
Energiefluss zu oder von dem Verbindungspunkt unterbrochen werden. Da nur eine einzige Schalteinrichtung pro Phasenmodul benötigt wird, kann diese vergleichsweise kompakt und
kostengünstig realisiert werden. Der Stromrichter kann insbesondere ein Multilevelstromrichter sein.
Der Stromrichter kann so ausgestaltet sein, dass die
Schalteinrichtung im eingeschalteten Zustand den
Verbindungspunkt zwischen dem ersten Phasenmodulzweig und dem zweiten Phasenmodulzweig mit dem Wechselspannungsanschluss des Stromrichters (elektrisch) verbindet und im
ausgeschalteten Zustand den Verbindungspunkt zwischen dem ersten Phasenmodulzweig und dem zweiten Phasenmodulzweig von dem Wechselspannungsanschluss (elektrisch) trennt. Bei
Normalbetrieb des Stromrichters befindet sich die
Schalteinrichtung im eingeschalteten Zustand, in dem die Energie vom Wechselspannungsanschluss zum Verbindungspunkt und umgekehrt übertragen wird. Bei Auftreten eines Fehlers wird die Schalteinrichtung in den ausgeschalteten Zustand überführt, in dem der Energiefluss zwischen dem
Wechselspannungsanschluss und dem Verbindungspunkt
unterbrochen ist. Der Stromrichter kann aus so ausgestaltet sein, dass der erste Phasenmodulzweig und der zweite Phasenmodulzweig jeweils frei von Bauelementen der Schalteinrichtung ist. Der erste Phasenmodulzweig und der zweite Phasenmodulzweig sind also schalteinrichtungsfrei . Dadurch wird der Stromfluss innerhalb des Phasenmoduls vorteilhafterweise nicht
beeinträchtigt. Vorzugsweise sind der erste Phasenmodulzweig und der zweite Phasenmodulzweig in einer elektrischen
Reihenschaltung angeordnet, und die Reihenschaltung ist frei von Bauelementen der Schalteinrichtung. Die Reihenschaltung ist also schalteinrichtungsfrei . Der Stromrichter kann so ausgestaltet sein, dass der erste Phasenmodulzweig und der zweite Phasenmodulzweig jeweils mindestens zwei der Module, insbesondere jeweils mindestens fünf der Module, in einer Reihenschaltung aufweisen. Der Stromrichter kann aber auch sehr viel mehr Module aufweisen, beispielsweise fünfzig, hundert oder mehrere hundert Module pro Phasenmodulzweig.
Der Stromrichter kann so ausgestaltet sein, dass die zwei elektronischen Schaltelemente (und der Energiespeicher) in einer Halbbrückenschaltung angeordnet sind. Solche Module werden auch als Halbbrücken-Module bezeichnet. Halbbrücken- Module weisen lediglich zwei elektronische Schaltelemente auf. Dadurch lassen sich Halbbrücken-Module besonders kostengünstig produzieren. Darüber hinaus benötigen
Halbbrücken-Module nur einen relativ kleinen Bauraum. Dem steht der Nachteil gegenüber, dass mittels Halbbrücken- Modulen lediglich Spannungen mit einer Polarität erzeugt werden können. Daher sind Stromrichter mit Halbbrücken- Modulen in der Regel nicht in der Lage, einen
Kurzschlussstrom durch Erzeugen einer entgegengesetzt gerichteten Spannung zu verringern. Die Möglichkeit des Abschaltens von Kurzschlussströmen wird hier
vorteilhafterweise mittels der Schalteinrichtung realisiert. Der Stromrichter kann so ausgestaltet sein, dass mindestens eines der Module zusätzlich zu den zwei elektronischen
Schaltelemente zwei weitere elektronischen Schaltelemente aufweist, wobei die zwei elektronischen Schaltelemente und die zwei weiteren elektronischen Schaltelemente in einer Vollbrückenschaltung angeordnet sind. Bei diesem
Ausführungsbeispiel weist der Stromrichter zusätzlich zu den Halbbrücken-Modulen mindestens ein Vollbrücken-Modul auf. Dieses Vollbrücken-Modul ist zwar teurer und benötigt mehr Bauraum (Platz) , schafft aber die Möglichkeit der Erzeugung einer Spannung mit beliebigen Polaritäten. Dadurch kann der Stromrichter vielseitiger eingesetzt werden.
Der Stromrichter kann so ausgestaltet sein, dass die
Schalteinrichtung eine leistungselektronische
Schalteinrichtung ist. Eine derartige leistungselektronische Schalteinrichtung ist in der Regel wartungsfrei und schaltet vorteilhafterweise sehr schnell.
Der Stromrichter kann so ausgestaltet sein, dass die
Schalteinrichtung Thyristoren aufweist. Vorteilhafterweise kann der Stromrichter kann so ausgestaltet sein, dass die Schalteinrichtung antiparallel geschaltete Thyristoren aufweist. Mittels Thyristoren, insbesondere mittels antiparallel geschalteter Thyristoren, lässt sich die Abschaltung von Fehlerströmen vorteilhafterweise besonders schnell durchführen.
Offenbart wird weiterhin eine Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragungsanlage mit einem Stromrichter gemäß den
vorstehend beschriebenen Varianten.
Offenbart wird auch ein Verfahren zum Abschalten von
Fehlerströmen (insbesondere zum Abschalten von
Kurzschlussströmen) bei einem Stromrichter mit mindestens einem Phasenmodul, welches zwischen einem ersten
Gleichspannungsanschluss und einem zweiten
Gleichspannungsanschluss des Stromrichters angeordnet ist und welches eine Vielzahl von Modulen aufweist, wobei das Phasenmodul einen ersten Phasenmodulzweig aufweist, der mit dem ersten Gleichspannungsanschluss verbunden ist, und einen zweiten Phasenmodulzweig aufweist, der mit dem zweiten
Gleichspannungsanschluss verbunden ist, wobei die Module jeweils mindestens zwei elektronische Schaltelemente und einen elektrischen Energiespeicher aufweisen, wobei bei dem Verfahren
- bei Auftreten eines Fehlers, insbesondere bei Auftreten eines Kurzschlusses, der Wechselspannungsanschluss
(elektrisch) von dem Phasenmodul getrennt wird. Bei diesem Verfahren wird also vorteilhafterweise bei Auftreten eines Fehlers der Wechselspannungsanschluss elektrisch von dem Phasenmodul getrennt, wodurch der Energiefluss zwischen
Wechselspannungsanschluss und Phasenmodul unterbrochen wird.
Das Verfahren kann auch so ablaufen, dass
- der Wechselspannungsanschluss (elektrisch) von dem
Phasenmodul getrennt wird mittels einer Schalteinrichtung, insbesondere mittels einer leistungselektronischen
Schalteinrichtung. Dabei ist vorteilhafterweise pro
Phasenmodul nur eine einzige Schalteinrichtung nötig.
Das Verfahren kann so ablaufen, dass die Schalteinrichtung Thyristoren aufweist.
Das Verfahren kann auch so ablaufen, dass die
Schalteinrichtung antiparallel geschaltete Thyristoren aufweist . Das Verfahren kann auch so ablaufen, dass der erste
Phasenmodulzweig und der zweite Phasenmodulzweig jeweils frei von Bauelementen der Schalteinrichtung ist. Der erste
Phasenmodulzweig und der zweite Phasenmodulzweig sind also schalteinrichtungsfrei .
Der Stromrichter und das Verfahren weisen gleiche
beziehungsweise gleichartige Vorteile auf. Im Folgenden wird die Erfindung anhand von
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen verweisen dabei auf gleiche oder gleichwirkende Elemente.
Dazu ist in
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines Stromrichters in
Form eines Multilevel-Stromrichters , in
Figur 2 eine alternative Darstellung des Stromrichters gemäß Figur 1, in
Figur 3 ein Ausführungsbeispiel eines Moduls des
Stromrichters, in
Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Moduls des Stromrichters, und in Figur 5 ein Ausführungsbeispiel einer Hochspannungs-
Gleichstrom-Übertragungsanläge dargestellt . In Figur 1 ist ein Stromrichter 1 in Form eines
Multilevelstromrichters 1 dargestellt. Dieser
Multilevelstromrichter 1 weist einen ersten
Wechselspannungsanschluss 5, einen zweiten Wechsel- spannungsanschluss 9 und einen dritten Wechselspannungs- anschluss 13 auf. Der erste Wechselspannungsanschluss 5 ist mittels einer ersten Schalteinrichtung 17 elektrisch mit einem ersten Verbindungspunkt 21 zwischen einem ersten
Phasenmodulzweig 25 und einem zweiten Phasenmodulzweig 29 verbunden. Der erste Verbindungspunkt 21 ist die
Verbindungsstelle 21 zwischen dem ersten Phasenmodulzweig 25 und dem zweiten Phasenmodulzweig 29. Der erste Phasen¬ modulzweig 25 und der zweite Phasenmodulzweig 29 bilden ein erstes Phasenmodul 33 des Stromrichters 1. Das dem ersten Verbindungspunkt 21 abgewandte Ende des ersten
Phasenmodulzweigs 25 ist mit einem ersten Gleichspannungs¬ anschluss 37 elektrisch verbunden; das dem ersten
Wechselspannungsanschluss 5 abgewandte Ende des zweiten
Phasenmodulzweigs 29 ist mit einem zweiten
Gleichspannungsanschluss 41 elektrisch verbunden. Der erste Gleichspannungsanschluss 37 ist ein positiver
Gleichspannungsanschluss; der zweite Gleichspannungsanschluss 41 ist ein negativer Gleichspannungsanschluss.
An dem ersten Wechselspannungsanschluss 5, dem zweiten
Wechselspannungsanschluss 9 und dem dritten Wechselspannungs¬ anschluss 13 liegen 3 Phasenspannungen Uaci, UaC2 und UaC3 einer dreiphasigen Wechselspannung Uac an. Genauer gesagt, liegen die 3 Phasenspannungen Uaci, UaC2 und UaC3 der dreiphasigen Wechselspannung Uac zwischen dem jeweiligen Wechselspannungsanschluss 5, 9 oder 13 und einem Masseanschluss 43 an. So liegt beispielsweise zwischen dem ersten
Wechselspannungsanschluss 5 und dem Masseanschluss 43 die erste Phasenspannung Uaci der Wechselspannung Uac an.
Zwischen dem ersten Gleichspannungsanschluss 37 und dem zweiten Gleichspannungsanschluss 41 liegt die Gleichspannung Udc an. Diese Gleichspannung teilt sich symmetrisch auf:
zwischen dem ersten Gleichspannungsanschluss 37 und einem weiteren Masseanschluss 44 tritt die halbe Gleichspannung 1/2 Udc auf; zwischen dem weiteren Masseanschluss 44 und dem zweiten Gleichspannungsanschluss 41 tritt ebenfalls die halbe Gleichspannung 1/2 UdC auf.
Der zweite Wechselspannungsanschluss 9 ist mittels einer zweiten Schalteinrichtung 45 elektrisch mit einem zweiten Verbindungspunkt 49 zwischen einem dritten Phasenmodulzweig 53 und einem vierten Phasenmodulzweig 57 verbunden. Der zweite Verbindungspunkt 49 ist die Verbindungsstelle zwischen dem dritten Phasenmodulzweig 53 und dem vierten Phasenmodulzweig 57. Der dritte Phasenmodulzweig 53 und der vierte Phasenmodulzweig 57 bilden ein zweites Phasenmodul 61.
Der dritte Wechselspannungsanschluss 13 ist mittels einer dritten Schalteinrichtung 65 elektrisch mit einem dritten Verbindungspunkt 69 zwischen einem fünften Phasenmodulzweig 73 und einem sechsten Phasenmodulzweig 77 verbunden. Der dritte Verbindungspunkt 69 ist die Verbindungsstelle zwischen dem fünften Phasenmodulzweig 73 und dem sechsten
Phasenmodulzweig 77. Der fünfte Phasenmodulzweig 73 und der sechste Phasenmodulzweig 77 bilden ein drittes Phasenmodul 81.
Das dem zweiten Verbindungspunkt 49 abgewandte Ende des dritten Phasenmodulzweigs 53 und das dem dritten
Verbindungspunkt 69 abgewandte Ende des fünften
Phasenmodulzweigs 73 sind mit dem ersten Gleichspannungs¬ anschluss 37 elektrisch verbunden. Das dem zweiten
Verbindungspunkt 49 abgewandte Ende des vierten Phasen- modulzweigs 57 und das dem dritten Verbindungspunkt 69 abgewandte Ende des sechsten Phasenmodulzweigs 77 sind mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss 41 elektrisch verbunden. Der erste Phasenmodulzweig 25, der dritte Phasenmodulzweig 53 und der fünfte Phasenmodulzweig 73 bilden ein positivseitiges Stromrichterteil 85; der zweite Phasenmodulzweig 29, der vierte Phasenmodulzweig 57 und der sechste Phasenmodulzweig 77 bilden ein negativseitiges Stromrichterteil 89.
Der erste Wechselspannungsanschluss 5, der zweite Wechsel- spannungsanschluss 9 und der dritte Wechselspannungsanschluss 13 können elektrisch verbunden sein mit einem
Wechselspannungs-Energieübertragungsnetz (nicht dargestellt) .
Jeder Phasenmodulzweig weist eine Mehrzahl von Modulen (1_1 ... l_n; 2_1 ... 2_n; usw.) auf, welche (mittels ihrer galvanischen Stromanschlüsse) elektrisch in Reihe geschaltet sind. Solche Module werden auch als Submodule bezeichnet. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 weist jeder Phasenmodulzweig n Module auf. Die Anzahl der mittels ihrer galvanischen
Stromanschlüsse elektrisch in Reihe geschalteten Module kann sehr verschieden sein, mindestens sind zwei Module in Reihe geschaltet, es können aber auch beispielsweise 5, 50, 100 oder mehr Module elektrisch in Reihe geschaltet sein. Im Ausführungsbeispiel ist n = 36: der erste Phasenmodulzweig 25 weist also 36 Module 1_1, 1_2, 1_3, ... 1_36 auf. Die anderen Phasenmodulzweige 29, 53, 57, 73 und 77 sind gleichartig aufgebaut.
Die erste Schalteinrichtung 17 weist als Schaltelemente einen ersten Thyristor Tl und einen zweiten Thyristor T2 auf. Der ersten Thyristor Tl und einen zweiten Thyristor T2 sind antiparallel geschaltet. Daher kann mittels der ersten
Schalteinrichtung 17 bei Bedarf der Strom in beiden
Richtungen abgeschaltet werden. Die zweite Schalteinrichtung 45 weist als Schaltelemente einen dritten Thyristor T3 und einen antiparallel geschalteten vierten Thyristor T4 auf. Die dritte Schalteinrichtung 65 weist als Schaltelemente einen fünften Thyristor T5 und einen antiparallel geschalteten sechsten Thyristor T6 auf. Die Darstellung mit einzelnen Thyristoren Tl bis T6 ist hierbei nur symbolisch zu
verstehen. In der Realität können beispielsweise eine größere Anzahl von Thyristoren in Reihe und/oder parallel geschaltet sein, um die benötigten Spannungs- und Stromwerte zu
realisieren .
Von einer nicht dargestellten Steuereinrichtung des
Stromrichters 1 werden optische Nachrichten beziehungsweise optische Signale über eine optische Kommunikationsverbindung (zum Beispiel über einen Lichtwellenleiter) zu den einzelnen
Modulen 1_1 bis 6_n übertragen. Beispielsweise sendet die
Steuereinrichtung an die einzelnen Module jeweils einen
Sollwert zur Höhe der Ausgangsspannung, die das jeweilige
Modul bereitstellen soll. Die Schalteinrichtungen 17, 45 und 65 sind
Schalteinrichtungen zum Abschalten eines Stromes in einem Fehlerfall. Die Schalteinrichtungen 17, 45 und 65 können bei Auftreten eines Fehlers besonders vorteilhaft zur
Fehlerklärung genutzt werden. Wenn beispielsweise auf der Gleichspannungsseite des Stromrichters 1 ein Fehler
(insbesondere ein gleichspannungsseitiger Kurzschluss) auftritt, dann werden die Schalteinrichtungen 17, 45 und 65 geöffnet. Dadurch wird beispielsweise der erste
Wechselspannungsanschluss 5 von dem ihm zugeordneten ersten Verbindungspunkt 21 elektrisch getrennt. Ebenso wird der zweite Wechselspannungsanschluss 9 von dem zugeordneten zweiten Verbindungspunkt 49 elektrisch getrennt und/oder der dritte Wechselspannungsanschluss 13 von dem zugeordneten dritten Verbindungspunkt 69 elektrisch getrennt.
Dadurch wird der Energiefluss von dem an den
Wechselspannungsanschluss des Stromrichters angeschlossenen Wechselspannungsnetz zur Stelle des gleichspannungsseitigen Fehlers unterbrochen. Diese elektrische
Unterbrechung/Trennung kann sehr schnell erfolgen.
Insbesondere wenn die Schalteinrichtungen mit Thyristoren ausgestattet sind, kann das Öffnen der Schalteinrichtungen einfach dadurch erfolgen, dass die Ansteuersignale für die Thyristoren abgeschaltet werden, worauf die Thyristoren beim nächstfolgenden Nulldurchgang der Wechselspannung in ihre Sperrstellung übergehen. Dadurch kann der Wechselstrom sehr schnell abgeschaltet werden. Bei Auftreten eines
wechselspannungsseitigen Fehlers, insbesondere eines
wechselspannungsseitigen Kurzschlusses, kann die
Kurzschlussstelle in gleicher Art und Weise schnell von dem Stromrichter getrennt werden.
Insbesondere können mittels der Schalteinrichtungen 17, 45 und 65 Fehlerfälle schneller geklärt werden im Vergleich zur Fehlerklärung mit einem wechselspannungsseitig des
Multilevelstromrichters angeordneten Leistungsschalter. Dadurch kann die Belastung des Multilevelstromrichters im Fehlerfall reduziert werden. Die Schalteinrichtungen 17, 45 und 65 können insbesondere Bestandteile des Stromrichters 1 sein .
Das Verfahren zum Abschalten von Fehlerströmen läuft so ab, dass bei Auftreten eines Fehlers, insbesondere bei Auftreten eines Kurzschlusses, der bzw. die von dem Fehler betroffenen Wechselspannungsanschlüsse von dem zugeordneten Phasenmodul bzw. von den zugeordneten Phasenmodulen getrennt werden.
Diese Trennung des mindestens einen
Wechselspannungsanschlusses von dem mindestens einen
Phasenmodul erfolgt mittels der zugehörigen Schalteinrichtung bzw. mittels der zugehörigen Schalteinrichtungen. Nach
Erkennen des Vorliegens eines Fehlers (zum Beispiel nach Auslösung eines Schutzbefehls zur Fehlerklärung) wird das Zündsignal (der Zündimpuls) der Thyristoren der
Schalteinrichtung (en) abgeschaltet. Daraufhin sperren die Thyristoren, so dass der fließende Wechselstrom schnell gegen Null geht. Diese elektrische Trennung zwischen
Wechselspannungsanschluss und Phasenmodul erfolgt innerhalb weniger Millisekunden. Im Unterschied dazu würde ein
konventioneller wechselstromseitiger Leistungsschalter dafür Schaltzeiten zwischen ca. 2,5 bis 3 Periodendauern benötigen, also zwischen ca. 50 ms bis 60 ms bei einer Frequenz des Wechselstroms von 50 Hz. Mittels der beschriebenen
Schalteinrichtungen kann also der Fehler deutlich schneller geklärt werden als durch einen herkömmlichen
Wechselstromseitigen AC-LeistungsSchalter .
Die Thyristoren der Schalteinrichtungen 17, 45 und 65 weisen außerdem im Vergleich zu den Modulen mit IGBT-Schaltelementen deutlich geringere Durchlassverluste (einen kleineren Verlust pro Bauelement) , höhere Sperrspannungen (bedingen eine geringere Reihenschaltzahl zum Erreichen der gleichen
Spannung) und dadurch geringere Kosten auf. Da außerdem nur eine Schalteinrichtung pro Phasenmodul benötigt wird, hält sich der Mehraufwand für die Schalteinrichtungen mit den Thyristoren in Grenzen.
In Figur 2 ist der Stromrichter 1 der Figur 1 noch einmal in einer vereinfachten Darstellung dargestellt. Dazu sind der erste Phasenmodulzweig 25, der zweite Phasenmodulzweig 29, der dritte Phasenmodulzweig 53, der vierte Phasenmodulzweig 57, der fünfte Phasenmodulzweig 73 und der sechste
Phasenmodulzweig 77 symbolhaft jeweils als ein Quadrat mit einer eingezeichneten Diagonale dargestellt. Die erste
Schalteinrichtung 17, die zweite Schalteinrichtung 45 und die dritte Schalteinrichtung 65 sind jeweils als ein kleineres Quadrat mit zwei eingezeichneten Diagonalen dargestellt. In Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines Moduls 300 des Stromrichters 1 dargestellt. Dabei kann es sich
beispielsweise um eines der in Figur 1 dargestellten Module 1_1 ... 6_n handeln. Das Modul 300 ist als ein Halbbrücken-Modul 300 ausgestaltet. Das Modul 300 weist ein erstes (abschaltbares) elektronisches Schaltelement 302 (erstes abschaltbares Halbleiterventil 302) mit einer ersten antiparallel geschalteten Diode 304 auf. Weiterhin weist das Modul 300 ein zweites (abschaltbares) elektronisches Schaltelement 306 (zweites abschaltbares
Halbleiterventil 306) mit einer zweiten antiparallel
geschalteten Diode 308 sowie einen elektrischen
Energiespeicher 310 in Form eines Kondensators 310 auf. Das erste elektronische Schaltelement 302 und das zweite
elektronische Schaltelement 306 sind jeweils als ein IGBT
(insulated-gate bipolar transistor) ausgestaltet. Das erste elektronische Schaltelement 302 ist elektrisch in Reihe geschaltet mit dem zweiten elektronischen Schaltelement 306. Am Verbindungspunkt zwischen den beiden elektronischen
Schaltelementen 302 und 306 ist ein erster galvanischer
Modulanschluss 312 angeordnet. An dem Anschluss des zweiten elektronischen Schaltelements 306, welcher dem Verbindungspunkt gegenüberliegt, ist ein zweiter galvanischer Modulanschluss 315 angeordnet. Der zweite Modulanschluss 315 ist weiterhin mit einem ersten Anschluss des Energiespeichers 310 elektrisch verbunden; ein zweiter Anschluss des
Energiespeichers 310 ist elektrisch verbunden mit dem
Anschluss des ersten elektronischen Schaltelements 302, der dem Verbindungspunkt gegenüberliegt.
Der Energiespeicher 310 ist also elektrisch parallel
geschaltet zu der Reihenschaltung aus dem ersten
elektronischen Schaltelement 302 und dem zweiten
elektronischen Schaltelement 306. Durch entsprechende
Ansteuerung des ersten elektronischen Schaltelements 302 und des zweiten elektronischen Schaltelements 306 durch eine (nicht dargestellte) elektronische Steuereinrichtung des
Stromrichters kann erreicht werden, dass zwischen dem ersten Modulanschluss 312 und dem zweiten Modulanschluss 315
entweder die Spannung des Energiespeichers 310 ausgegeben wird oder keine Spannung ausgegeben wird (d.h. eine
Nullspannung ausgegeben wird) . Durch Zusammenwirken der
Module der einzelnen Phasenmodulzweige kann so die jeweils gewünschte Ausgangsspannung des Stromrichters erzeugt werden.
In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Moduls 400 des Stromrichters 1 dargestellt. Dabei kann es sich beispielsweise um eines der in Figur 1 dargestellten Module 1_1 ... 6_n handeln. Neben den bereits aus Figur 3 bekannten ersten elektronischen Schaltelement 302, zweiten
elektronischen Schaltelement 306, erster Freilaufdiode 304, zweiter Freilaufdiode 308 und Energiespeicher 310 weist das in Figur 4 dargestellte Modul 400 ein drittes elektronisches Schaltelement 402 mit einer antiparallel geschalteten dritten Freilaufiode 404 sowie ein viertes elektronisches
Schaltelement 406 mit einer vierten antiparallel geschalteten Freilaufdiode 408 auf. Das dritte elektronische Schaltelement 402 und das vierte elektronische Schaltelement 406 sind jeweils als ein IGBT ausgestaltet. Im Unterschied zur Schaltung der Figur 3 ist der zweite Modulanschluss 415 nicht mit dem zweiten elektronischen Schaltelement 306 elektrisch verbunden, sondern mit einem Mittelpunkt einer elektrischen Reihenschaltung aus dem dritten elektronischen Schaltelement 402 und dem vierten elektronischen Schaltelement 406.
Das Modul 400 der Figur 4 ist ein sogenanntes Vollbrücken- Modul 400. Dieses Vollbrücken-Modul 400 zeichnet sich dadurch aus, dass bei entsprechender Ansteuerung der vier
elektronischen Schaltelemente zwischen dem ersten
(galvanischen) Modulanschluss 312 und dem zweiten
(galvanischen) Modulanschluss 415 wahlweise entweder die positive Spannung des Energiespeichers 310, die negative Spannung des Energiespeichers 310 oder eine Spannung des Wertes Null (Nullspannung) ausgegeben werden kann. Somit kann also mittels des Vollbrückenmoduls 400 die Polarität der Ausgangsspannung umgekehrt werden. Der Multilevelstromrichter 1 kann entweder nur Halbbrücken-Module 300, nur Vollbrücken- Module 400 oder auch Halbbrücken-Module 300 und Vollbrücken- Module 400 aufweisen.
In Figur 5 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage 500 dargestellt. Diese Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage 500 weist zwei Stromrichter 1 auf, wie sie in Figur 1 oder 2
dargestellt sind. Diese beiden Stromrichter 1 sind
gleichspannungsseitig über eine Hochspannungs-Gleichstrom- Verbindung 505 elektrisch miteinander verbunden. Dabei sind die beiden positiven Gleichspannungsanschlüsse 37 der
Stromrichter 1 mittels einer ersten Hochspannungs- Gleichstrom-Leitung 505a elektrisch miteinander verbunden; die beiden negativen Gleichspannungsanschlüsse 41 der beiden Stromrichter 1 sind mittels einer zweiten Hochspannungs- Gleichstrom-Leitung 505b elektrisch miteinander verbunden. Mittels einer derartigen Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragungsanlage 500 kann elektrische Energie über weite Entfernungen übertragen werden; die Hochspannungs- Gleichstrom-Verbindung 505 weist dann eine entsprechende Länge auf. In Figur 5 ist beispielhaft eine als symmetrischer Monopol ausgestaltete Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragungsanlage dargestellt. Aber natürlich kann der
Stromrichter auch in anderen Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragungsanlagen eingesetzt werden, zum Beispiel in Bipol- Anlagen .
Der beschriebene Stromrichter und das beschriebene Verfahren lassen sich für die unterschiedlichsten Anlagentypen
einsetzen, beispielsweise für die
Hochspannungsgleichstromübertragung mittels Erdkabel oder mittels Freileitungen. Mittels der Schalteinrichtung können vorteilhafterweise zusätzlich auch die Energiespeicher des Stromrichters
vorgeladen werden. In diesem Fall wird insbesondere keine zusätzliche Vorladeeinrichtung benötigt. Es wurden ein Stromrichter und ein Verfahren zum Abschalten von Fehlerströmen bei einem Stromrichter beschrieben, bei denen bei Auftreten eines Fehlers einfach und kostengünstig eine Fehlerklärung erfolgen kann.

Claims

Patentansprüche
1. Stromrichter (1) mit mindestens einem Phasenmodul (33), welches zwischen einem ersten Gleichspannungsanschluss (37) und einem zweiten Gleichspannungsanschluss (41) des
Stromrichters angeordnet ist und welches eine Vielzahl von Modulen (1_1 ... 2_n) aufweist, wobei das Phasenmodul (33) einen ersten Phasenmodulzweig (25) aufweist, der mit dem ersten Gleichspannungsanschluss (37) verbunden ist, und einen zweiten Phasenmodulzweig (29) aufweist, der mit dem zweiten
Gleichspannungsanschluss (41) verbunden ist, wobei die Module (1_1 ... 2_n) jeweils mindestens zwei elektronische
Schaltelemente (302, 306) und einen elektrischen
Energiespeicher (310) aufweisen, und wobei der Stromrichter zusätzlich eine Schalteinrichtung (17) zum Abschalten eines Stromes in einem Fehlerfall aufweist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die Schalteinrichtung (17) zwischen einem
Wechselspannungsanschluss (5) des Stromrichters und einem Verbindungspunkt (21) zwischen dem ersten Phasenmodulzweig (25) und dem zweiten Phasenmodulzweig (29) angeordnet ist.
2. Stromrichter nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die Schalteinrichtung (17) im eingeschalteten Zustand den Verbindungspunkt (21) zwischen dem ersten Phasenmodulzweig (25) und dem zweiten Phasenmodulzweig (29) mit dem
Wechselspannungsanschluss (5) des Stromrichters verbindet und im ausgeschalteten Zustand den Verbindungspunkt (21) zwischen dem ersten Phasenmodulzweig (25) und dem zweiten
Phasenmodulzweig (29) von dem Wechselspannungsanschluss (5) trennt .
3. Stromrichter nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass - der erste Phasenmodulzweig (25) und der zweite Phasenmodulzweig (29) jeweils frei von Bauelementen der
Schalteinrichtung (17) ist.
4. Stromrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- der erste Phasenmodulzweig (25) und der zweite
Phasenmodulzweig (29) jeweils mindestens zwei der Module (1_1 ... l_n) , insbesondere jeweils mindestens fünf der Module (1_1 ... l_n) , in einer Reihenschaltung aufweisen.
5. Stromrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die zwei elektronischen Schaltelemente (302, 306) in einer Halbbrückenschaltung angeordnet sind.
6. Stromrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- mindestens eines der Module zusätzlich zu den zwei
elektronischen Schaltelemente (302, 306) zwei weitere
elektronischen Schaltelemente (402, 406) aufweist, wobei die zwei elektronischen Schaltelemente (302, 306) und die zwei weiteren elektronischen Schaltelemente (402, 406) in einer Vollbrückenschaltung angeordnet sind.
7. Stromrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die Schalteinrichtung (17) eine leistungselektronische Schalteinrichtung ist.
8. Stromrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die Schalteinrichtung (17) Thyristoren (Tl, T2) aufweist.
9. Stromrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass - die Schalteinrichtung (17) antiparallel geschaltete
Thyristoren (Tl, T2) aufweist.
10. Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage (500) mit einem Stromrichter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
11. Verfahren zum Abschalten von Fehlerströmen bei einem Stromrichter (1) mit mindestens einem Phasenmodul (33), welches zwischen einem ersten Gleichspannungsanschluss (37) und einem zweiten Gleichspannungsanschluss (41) des
Stromrichters angeordnet ist und welches eine Vielzahl von Modulen (1_1 ... 2_n) aufweist, wobei das Phasenmodul (33) einen ersten Phasenmodulzweig (25) aufweist, der mit dem ersten Gleichspannungsanschluss (37) verbunden ist, und einen zweiten Phasenmodulzweig (29) aufweist, der mit dem zweiten
Gleichspannungsanschluss (41) verbunden ist, wobei die Module (1_1 ... 2_n) jeweils mindestens zwei elektronische
Schaltelemente (302, 306) und einen elektrischen
Energiespeicher (310) aufweisen, wobei bei dem Verfahren - bei Auftreten eines Fehlers, insbesondere bei Auftreten eines Kurzschlusses, der Wechselspannungsanschluss (5) von dem Phasenmodul (33) getrennt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- der Wechselspannungsanschluss (5) von dem Phasenmodul (33) getrennt wird mittels einer Schalteinrichtung (17),
insbesondere mittels einer leistungselektronischen
Schalteinrichtung (17).
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die Schalteinrichtung (17) Thyristoren (Tl, T2) aufweist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass - die Schalteinrichtung (17) antiparallel geschaltete Thyristoren (Tl, T2) aufweist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- der erste Phasenmodulzweig (25) und der zweite
Phasenmodulzweig (29) jeweils frei von Bauelementen der Schalteinrichtung (17) ist.
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