EP4244964A1 - Modular multilevel converter - Google Patents

Modular multilevel converter

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Publication number
EP4244964A1
EP4244964A1 EP20833835.0A EP20833835A EP4244964A1 EP 4244964 A1 EP4244964 A1 EP 4244964A1 EP 20833835 A EP20833835 A EP 20833835A EP 4244964 A1 EP4244964 A1 EP 4244964A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
modules
modular multilevel
carrying
control device
power converter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20833835.0A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Lennart Baruschka
Marek Galek
Dominik Schuster
Marcus Wahle
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 Energy Global GmbH and Co KG
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 Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Publication of EP4244964A1 publication Critical patent/EP4244964A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections

Definitions

  • the invention relates to a modular multilevel power converter with a large number of modules.
  • Such modular multilevel power converters are used, for example, to convert one type of electrical current into another type of electrical current. Examples of this are the conversion of direct current into alternating current or vice versa.
  • modular multilevel power converters can be used, for example, for reactive power compensation.
  • each individual module is connected to a central control device of the multilevel converter by means of at least one dedicated control line.
  • control lines are therefore required, each of which can have a considerable length. This represents a significant cost factor for the multilevel converter;
  • the installation of these long control lines is complex and time-consuming and therefore expensive.
  • the invention is based on the object of specifying a modular multilevel converter and a method with which the effort involved in installing the multilevel converter can be reduced.
  • the multilevel converter has a plurality of (similar) carrying devices, each carrying a subset of the modules,
  • modules of the subset are electrically connected to one or more series circuits (in particular interconnected), and
  • each carrying device is assigned a (own) local control device, which is connected to all modules carried by the carrying device by means of (at least) one communication link each.
  • a carrying device can be, for example, a frame (carrying frame), a shelf (carrying shelf) or a cabinet (carrying cabinet).
  • Each module of the carrying device is connected to the local control device in particular by means of its own communication connection.
  • the communication link can be implemented in various ways.
  • the communication link can be designed as a control line or as a radio link.
  • the carrying devices are prefabricated with the respective subset of the modules in a factory and in particular can be provided with the communication connections (e.g. with the control lines). Furthermore, during prefabrication (in the factory), the carrying devices together with the subset of the modules, the local control device and the communication connections (e.g. control lines) can already be tested.
  • the modular multilevel power converter can be designed in such a way that each carrying device carries the respectively assigned local control device. In this case, the carrying device, the respectively assigned local control device and the subset of the modules form a constructive unit.
  • the modular multilevel power converter can also be designed in such a way that the communication connections are designed/designed as electrical control lines and/or as optical control lines (in particular optical waveguides).
  • An electrical control line or an optical control line can be used depending on the magnitude of the electrical potential differences occurring within the carrying device. Because of their insulation properties, optical control lines are particularly advantageous in the case of high potential differences.
  • the modular multilevel power converter can also be designed in such a way that the local control devices are connected by means of connecting lines. This preferably enables the local control devices to communicate with one another.
  • the connecting lines can be electrical connecting lines or optical connecting lines (in particular optical waveguides).
  • the local control devices can be arranged in a star shape, as a single ring or as a double ring.
  • the arrangement as a single ring or double ring has the advantage of short connecting lines; the double ring also has the advantage of redundant connecting lines.
  • the modular multilevel power converter can be designed in such a way that the modules of several carrying devices are electrically connected in series in such a way that these modules form at least one branch (phase module branch) of the modular multilevel power converter.
  • a leg of the multilevel converter is also sometimes referred to as an arm of the multilevel converter.
  • the modular multilevel power converter can also be designed in such a way that the carrying devices each consist of an electrically conductive material which is electrically connected to an electrical reference potential, in particular to ground potential or to the electrical potential of one of the modules carried by the respective carrying device. As a result, defined electrical conditions are achieved in the carrying device.
  • the modular multilevel power converter can also be designed in such a way that the carrying devices have electrically conductive outer walls which surround the respective subset of the modules (and optionally also the local control device) like a cabinet. Additional protection is achieved by the outer walls, in particular protection for the modules and/or the local control device.
  • the modular multilevel power converter can also be designed in such a way that the carrying devices each consist of an electrically insulating material and/or have electrically insulating outer walls. This is particularly advantageous at higher voltages.
  • the modular multilevel power converter can be designed in such a way that at least one carrying device has (at least) one inductive component which is electrically connected in series with one of the series circuits of the modules.
  • the inductive component that is often present in modular multilevel converters can advantageously be arranged in the at least one carrying device. It is also possible that several carrying devices each have an inductive have ves component. In the latter case, the total inductance in the branch of the power converter is determined by a number of inductive components.
  • the modular multilevel power converter can also be designed in such a way that the modular multilevel power converter has a central control device which is superordinate to the local control devices. Superordinate control tasks can preferably be carried out by means of the central control device.
  • the modular multilevel power converter can also be designed in such a way that the local control device is set up in each case to control the electronic switching elements of the modules carried by the respective carrying device in such a way that a preselected voltage occurs at the at least one series connection of the modules (this can also be Modulation 'are referred to), and / or the central control device is set up to control the current of the modular multilevel converter.
  • the modular multilevel converter can be designed in such a way that the local control devices are each set up to forward control information originating from the central control device to the modules by means of signals and/or to forward response information originating from the modules to the central control device.
  • the local control devices send control signals to the modules and feedback signals to the central control device.
  • the modular multilevel power converter can also be designed in such a way that the central control device is connected to the local control devices by means of (at least) one communication connection (for example a control line).
  • These communication links can also be referred to as central communication links; these control lines can also be used as central control lines be drawn .
  • the connection can be designed in particular to be direct (for example in a star shape) or indirect (for example via other local control devices).
  • the modular multilevel converter can be designed in such a way that the modular multilevel converter does not have a central control device. Then the local control devices are each set up in particular to carry out a complete control of the modules of the respective carrying device.
  • the modular multilevel power converter can also be designed in such a way that each module has at least two electronic switching elements and an energy store.
  • the modules can be designed as half-bridge modules or as full-bridge modules, for example.
  • the modular multilevel power converter can be designed in such a way that the housings of the modules are electrically isolated from one another.
  • the modules of the modular multilevel power converter can in particular be modules of the same type.
  • a method for controlling a modular multilevel power converter with a large number of modules is also disclosed.
  • the multilevel converter has a plurality of (similar) carrying devices, each carrying a subset of the modules,
  • modules of the subset are electrically connected to one or more series circuits (in particular interconnected), and
  • a (own) local control device is assigned to each carrying device, which is connected to all modules carried by the carrying device by means of (at least) one communication link each, with the method -
  • the modules carried by the respective carrying device are controlled by means of the local control device.
  • the communication link can be designed in particular as a control line.
  • the method can proceed in such a way that central control functions for the modules carried by the plurality of carrying devices are carried out by means of a central control device which is superordinate to the local control devices.
  • the method and the modular multilevel power converter have similar properties and/or advantages.
  • Figure 1 shows an exemplary embodiment of a modular multilevel converter
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a module of the modular multilevel power converter
  • FIG. 3 shows another exemplary embodiment of a module of the modular multilevel power converter, in
  • Figure 4 shows an exemplary embodiment of a multilevel converter with six carrying devices, and in
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment with six local control devices connected to one another.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a modular multilevel power converter 1 .
  • This multilevel power converter 1 has a first AC voltage connection 5 , a second AC voltage connection 7 and a third AC voltage connection 9 .
  • the first AC voltage connection 5 is electrically connected to a first phase module branch 11 and a second phase module branch 13 .
  • the first phase module branch 11 and the second phase module branch 13 form a first phase module 15 of the power converter 1 .
  • the end of the first phase module branch 11 facing away from the first AC voltage connection 5 is electrically connected to a first DC voltage connection 16; that end of the second phase module branch 13 which is remote from the first AC voltage connection 5 is electrically connected to a second DC voltage connection 17 .
  • the first DC voltage connection 16 is a positive DC voltage connection; the second DC voltage connection 17 is a negative DC voltage connection.
  • the second AC voltage connection 7 is electrically connected to one end of a third phase module branch 18 and to one end of a fourth phase module branch 21 .
  • the third phase module branch 18 and the fourth phase module branch 21 form a second phase module 24 .
  • the third AC voltage connection 9 is electrically connected to one end of a fifth phase module branch 27 and to one end of a sixth phase module branch 29 .
  • the fifth phase module branch 27 and the sixth phase module branch 29 form a third phase module 31 .
  • the end of the third phase module branch 18 facing away from the second AC voltage connection 7 and the end of the fifth phase module branch 27 facing away from the third AC voltage connection 9 are electrically connected to the first DC voltage connection 16 .
  • the end of the fourth phase module branch 21 facing away from the second AC voltage connection 7 and the end of the sixth phase module branch 29 facing away from the third AC voltage connection 9 are electrically connected to the second DC voltage connection 17 .
  • the first phase module branch 11, the third phase module branch 18 and the fifth phase module branch 27 form a positive-side current judge part 32; the second phase module branch 13, the fourth phase module branch 21 and the sixth phase module branch 29 form a negative-side converter part 33.
  • Each phase module branch has a plurality of modules (1_1, 1_2, 1_3, 1_4 ... l_n; 2_1 ... 2_n; etc.), which (by means of their module connections) are electrically connected in series (electrical series connection). Such modules are also referred to as submodules.
  • each phase module branch has n modules.
  • the number of modules electrically connected in series by means of their module connections can be very different, at least three modules are connected in series, but it is also possible, for example, for 50, 100 or more modules to be electrically connected in series.
  • n 36: the first phase module branch 11 therefore has 36 modules 1_1, 1_2, 1_3, . . . 1_36.
  • the other phase module branches 13, 18, 21, 27 and 29 are constructed in the same way.
  • a modular multilevel power converter which has a bridge circuit was described by way of example.
  • the modular multilevel converter can also be constructed differently, for example it can have a delta connection.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a module 200 of the modular multilevel converter 1.
  • the module can be, for example, one of the modules 1_1 . . . 6_n shown in FIG.
  • the module 200 is in the form of a half-bridge module 200 .
  • the module 200 has a first electronic switching element 202 (which can be switched off) (first semiconductor valve 202 which can be switched off) with a first diode 204 connected antiparallel.
  • the module 200 has a second electronic switching element 206 (which can be switched off) (second semiconductor valve 206 which can be switched off) with a second diode 208 connected in antiparallel and an electrical energy store 210 in Form of a capacitor 210 on .
  • the diode 204 or 208 connected anti-parallel to the electronic switching element can be present as an independent component; in other exemplary embodiments, however, it can also already be present in the semiconductor structure of the electronic switching element.
  • the first electronic switching element 202 and the second electronic switching element 206 are each configured as an IGBT (insulated-gate bipolar transistor).
  • the first electronic switching element 202 is electrically connected in series with the second electronic switching element 206 .
  • a first galvanic module connection 212 is arranged at the connection point between the two electronic switching elements 202 and 206 .
  • a second galvanic module connection 215 is arranged at the connection of the second electronic switching element 206 , which is opposite the connection point.
  • the second module connection 215 is also electrically connected to a first connection of the energy store 210; a second connection of the energy store 210 is electrically connected to the connection of the first electronic switching element 202 which is opposite the connection point.
  • the energy store 210 is therefore connected electrically in parallel to the series connection made up of the first electronic switching element 202 and the second electronic switching element 206 .
  • Appropriate activation of the first electronic switching element 202 and the second electronic switching element 206 by a control device of the power converter can result in either the voltage of the energy store 210 being output between the first module connection 212 and the second module connection 215 or no voltage being output (i.e. h ., a zero voltage is output) .
  • the respective desired output voltage of the power converter can be generated.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a module 300 of the modular multilevel converter.
  • the module 300 can be, for example, one of the modules 1_1 . . .
  • the module 300 shown in Figure 3 has a third electronic switching element 302 with a third freewheeling diode 304 connected in anti-parallel as well as a fourth electronic switching element 306 with a fourth freewheeling diode 308 connected in antiparallel.
  • the third electronic switching element 302 and the fourth electronic switching element 306 are each designed as an IGBT.
  • the second module connection 315 is not electrically connected to the second electronic switching element 206, but to a midpoint (connection point ) of an electrical series connection made up of the third electronic switching element 302 and the fourth electronic switching element 306.
  • the module 300 in FIG. 3 is what is known as a full-bridge module 300 .
  • This full-bridge module 300 is characterized in that, with appropriate control of the four electronic switching elements between the first (galvanic) module connection 212 and the second (galvanic) module connection 315, either the positive voltage of the energy store 210, the negative voltage of the energy store 210 or a voltage of zero value (zero voltage) can be output. The polarity of the output voltage can thus be reversed by means of the full-bridge module 300 .
  • the multilevel power converter 1 can generally either have only half-bridge modules 200 , only full-bridge modules 300 or also half-bridge modules 200 and full-bridge modules 300 .
  • FIG. 4 shows a modular multilevel power converter 1 by way of example, which has 6 carrying devices: a first carrying device 401, a second carrying device 402 , a third carrying device 403 , a fourth carrying device 404 , a fifth carrying device 405 and a sixth carrying device 406 .
  • the modular multilevel power converter 1 has a central control device 408 .
  • the central control device 408 is optional and can also be omitted in other exemplary embodiments.
  • the modular multilevel converter 1 has 54 modules.
  • Each of the 6 carrying devices has 9 modules.
  • the first carrying device 401 carries the 9 modules 2_1, 2_2, 2_3, 4_1, 4_2, 4_3, 6_1, 6_2 and 6_3. These 9 modules form a subset of the overall modules of the multilevel power converter 1 . These 9 modules form 3 electrical series circuits. These 9 modules are connected (by means of their module connections 212 and 215 or 315) to form 3 electrical series circuits: the modules 2_1, 2_2 and 2_3 form a first electrical series circuit 441; the modules 4_1 , 4_2 and 4_3 form a second electrical series circuit 442 and the modules 6_1 , 6_2 and 6_3 form a third electrical series circuit 443 . In this exemplary embodiment, the modules of the subset are therefore connected to form the 3 series circuits 441 , 442 and 443 .
  • a first local control device 411 is assigned to the first carrying device 401 .
  • the first carrying device 401 therefore carries the 9 modules and the first local control device 411 .
  • a second local control device 412 is also assigned to the second carrying device 402 and a third local control device 413 is assigned to the third carrying device 403 .
  • the modular multilevel power converter has a fourth local controller 414 associated with the fourth carrying device 404, a fifth local controller 415 associated with the fifth carrying device 405, and a sixth local controller 416 associated with the sixth carrying device 406 .
  • the first local control device 411 is connected to the first module 2_1 by means of a first control line 421 .
  • the first local control device 411 is connected to the fourth module 4_1 by means of a second control line 422 . Likewise, the first local control device 411 is connected to the seventh module 6_1 by means of a third control line 423 . In the same way, the first local control device 411 is connected to each of the modules carried by the first carrying device 401 by means of a respective control line. For example, the first local control device 411 is connected to the ninth module 6_3 by means of a ninth control line 429 .
  • the control lines can each be electrical control lines or optical control lines (in particular optical waveguides).
  • control lines 421, 422, 423, 429 etc. are used.
  • other communication links can be used instead of the control lines, for example wireless communication links such as radio communication links (radio links).
  • each of the control lines mentioned by way of example can therefore be replaced by another communication connection, in particular by a wireless communication connection such as a radio connection.
  • the central control device 408 of the multilevel converter 1 is connected to the first local control device 411 by means of a first central control line 435 .
  • the central control device 408 is also connected to the respective local control device 412-416 of the other five carrying devices 402-406 by means of a further central control line in each case.
  • the term control device is used in the context of this property right as a generic term for a control device and a control device, ie the control device can be set up for controlling and/or for regulating. In other words, the term 'control and/or regulating device' could be used instead of the term 'control device'.
  • the modular multilevel power converter 1 has a first inductive component 451 , a second inductive component 452 , a third inductive component 453 , a fourth inductive component 454 , a fifth inductive component 455 and a sixth inductive component 456 .
  • these six inductive components are arranged outside the support devices. In another exemplary embodiment, however, these inductive components can also each be arranged in one of the carrying devices.
  • the first inductive component 451 can be arranged in the third carrying device 403, d. H . be carried by the third carrying device 403 .
  • the second inductive component 452 can be arranged in the fourth carrying device 404, d. H . be carried by the fourth carrying device 404 .
  • inductive components 451-456 can also be present, one of the sub-components being arranged in each case in several or in all carrying devices.
  • first inductive component 451 a first inductive sub-component
  • second inductive sub-component and a third inductive sub-component can be present, with the first carrying device 401 carrying the first inductive sub-component , the second carrying device 402 carrying the carries the second inductive sub-component and the third carrying device 403 carries the third inductive sub-component.
  • the inductance of the inductive components 451-456 can also be distributed in the individual carrying devices.
  • the inductive components 451-456 can also be arranged at a different location than that shown in FIG.
  • the modules of the first carrying device 401, the second carrying device 402 and the third carrying device 403 are electrically connected in series in such a way that these modules form the three branches 13, 21 and 29 (phase module branches 13, 21 and 29) of the modular multilevel form the power converter 1, see FIG.
  • the modules of the fourth carrying device 404, the fifth carrying device 405 and the sixth carrying device 406 are electrically connected in series in such a way that these modules connect the three other branches 11, 18 and 27 (phase module branches 11, 18 and 27) of the modular multilevel power supply - ters 1 form .
  • the modules can, of course, also be electrically connected in series in a different way.
  • the nine modules carried by the first carrying device 401 form parts of three branches of the modular multilevel power converter 1.
  • the modules carried by a carrying device can also form (at least) parts of a different number of branches of the modular multilevel power converter.
  • the modules carried by a carrier may form a single branch or six branches.
  • the modular multilevel power converter 1 can be installed quickly and inexpensively at the installation site.
  • the individual carrying devices are preferably prefabricated and pre-tested together with the elements they carry, so that the risk of errors occurring is minimized. This also contributes to a quick and cost-effective installation of the multi- level converter on site at .
  • the planning and configuration of the multi-level converter is also made much easier because this multi-level converter can be built up (modular) from predefined units.
  • Each carrying device forms such a predefined, pre-produced and/or pre-tested unit with the modules it carries and the local control device.
  • Each carrying device can preferably consist of an electrically conductive material, for example a metal. This electrically conductive material can be electrically connected to an electrical reference potential, for example to ground potential 460 or to the electrical potential of one of the modules carried by the respective carrying device.
  • Each carrying device can have electrically conductive outer walls 463 , 464 . The outer walls 463, 464 surround the modules carried by the carrying device in the manner of a cabinet. The outer walls are particularly advantageous when a carrying device only carries modules of a single branch of the multilevel power converter.
  • the carrying devices 401 - 406 can also each consist of an electrically insulating material and/or have electrically insulating outer walls.
  • the local control device can in each case be set up to control the electronic switching elements of the modules carried by the respective carrying device in such a way that these modules output the respectively desired voltage. This ensures that the desired (preselected) voltage occurs at the at least one series connection of the modules.
  • This control function can be referred to as "modulation”.
  • the central control device can be set up in such a way that it controls the current of the modular multilevel converter 1 .
  • the local control devices can also be set up in each case (by means of signals) to send control information about the individual modules originating from the central control device. forward len and/or forward answer information originating from the modules to the central control device.
  • the local control devices work as information distributors, information collectors, signal distributors and/or signal collectors. All information that is transmitted to the modules then passes through the respective local control device of the respective carrying device.
  • control functions of the local control devices 411-416 can also be shifted to the central control device 408 .
  • the respective local control device serves (in particular exclusively) as an information distributor or Signal distributor between the central control device and the modules of the carrying device.
  • the local control devices can be simpler or be implemented more cost-effectively.
  • the central control device 408 can also be omitted in other exemplary embodiments. Then the functions/tasks of the central control device 408 can be distributed to the individual local control devices 411-416. The functions or Tasks of the central control device 408 are carried out in particular by one, by several or by all local control devices 411-416. The local control devices 411-416 can use these central functions or Tasks in addition to their local functions or take on tasks. Such central functions or Tasks can also be, for example, the receipt of input variables (e.g. setpoint values or measured values such as measured current values or measured voltage values) or the output of data (e.g. maintenance information).
  • input variables e.g. setpoint values or measured values such as measured current values or measured voltage values
  • data e.g. maintenance information
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment with six local control devices connected to one another.
  • the six local control devices 411 . . . 416 are connected by means of first connecting lines 504 and by means of second connecting tion lines 508 connected to each other.
  • the first connection lines 504 form a first ring and the second connection lines 508 form a second ring. Overall, therefore, a double ring is formed by means of the first connecting lines 504 and the second connecting lines 508 .
  • Communication between the local control devices 411 . . . 416 is possible via the connecting lines 504 and/or the connecting lines 508 .
  • the connecting lines 504 , 508 can be electrical connecting lines or optical connecting lines (in particular optical waveguides).
  • the local control devices 411 . . . 416 can also be connected to one another in a different way by means of connecting lines, for example in a star configuration or by means of a single ring.
  • the modular multilevel power converter 1 can be set up to provide a high voltage and/or a medium voltage as the nominal voltage; the modular multilevel power converter 1 can therefore be set up for the high-voltage range and/or the medium-voltage range.
  • multi-level power converters can be realized in a particularly advantageous manner, the voltage of which can be easily scaled by means of the carrying devices.
  • such modular multilevel power converters set up for the high-voltage range and/or the medium-voltage range can thus be implemented cost-effectively.
  • the housings of the modules are arranged in the carrying devices so that they are electrically isolated from one another.
  • the modules are electrically connected via their (galvanic) module connections 212 and 215 or 315 connected to the respective electrical series connection.
  • One or more electrical sensors can also be arranged on the individual carrying devices. Or the individual support devices can have attachment points where one or more sensors can be attached.
  • the multilevel power converter can be simply scaled in terms of voltage.
  • An example is a carrying device that carries eighteen modules, the modules being electrically connected (by means of their module connections 212 and 215 or 315) to form three series circuits of six modules each.
  • a three-phase multilevel power converter in particular can be easily scaled in terms of its voltage by adding one or two support devices for a higher voltage. Because of the modular carrying devices, such an addition of further carrying devices results in only a very small outlay in terms of mechanical expansion and additional cabling.
  • the planning costs and/or the production costs can be significantly reduced.
  • the construction time at the installation site can be significantly reduced.
  • control lines can be comparatively short.
  • the installation and/or testing of the control lines can also preferably be carried out during the prefabrication of the modular carrying devices with the elements that are carried by them is comparatively quick and has less potential for error.
  • the carrying devices together with the elements they carry and the control lines can be tested under factory conditions. Errors can thus already be detected during production and not only at the installation site (i.e. not only at the customer's construction site, for example).
  • a modular multilevel power converter has been described which has carrying devices that each carry modules and a local control device.
  • This multilevel power converter is therefore composed of modular elements, these modular elements (which in particular each have the carrying device, the modules, the local control device and the respective control lines) preferably each having the same structure. Comparatively few connecting lines are required between the carrying devices. The lines inside the carrying device can already be pre-installed.
  • the modular elements can be used flexibly for different multilevel power converters. In various exemplary embodiments, for example, a different number of modules can each be carried by a carrying device, and these modules can each be connected to form a different number of electrical series circuits.

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Abstract

The invention relates to a modular multilevel converter (1) having a plurality of modules (1_1 ... 6_n). The multilevel converter includes a plurality of support devices (401 ... 406), each of which supports a subset of the modules (1_1 ... 6_n). The modules of the subset are electrically connected to form one or more series circuits. A local control device (411 ... 416) which is connected, via a single communication link (421, 422, 423), to all of the modules supported by one support device, is assigned to each support device (401 ... 406).

Description

Beschreibung description
MODULARER MEHRSTUFENSTROMRICHTER MODULAR MULTI-STAGE CONVERTER
Die Erfindung betri f ft einen modularen Multilevelstromrichter mit einer Viel zahl von Modulen . Solche modularen Multilevelstromrichter werden beispielsweise zur Umwandlung einer elektrischen Stromart in eine andere elektrische Stromart eingesetzt . Beispiel dafür sind die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom oder umgekehrt . Weiterhin können modulare Multilevelstromrichter zum Beispiel zur Blindleistungskompensation eingesetzt werden . The invention relates to a modular multilevel power converter with a large number of modules. Such modular multilevel power converters are used, for example, to convert one type of electrical current into another type of electrical current. Examples of this are the conversion of direct current into alternating current or vice versa. Furthermore, modular multilevel power converters can be used, for example, for reactive power compensation.
Insbesondere bei für den Hochspannungsbereich eingerichteten modularen Multilevelstromrichtern werden die Module oftmals in sogenannten Konvertertürmen angeordnet , welche in Konverterhallen aufgestellt sind . Dabei ist j edes einzelne Modul mittels mindestens einer eigenen Steuerleitung mit einer zentralen Steuereinrichtung des Multilevelstromrichters verbunden . Je nach Größe des Multilevelstromrichters werden daher viele Steuerleitungen benötigt , die j eweils eine beträchtliche Länge aufweisen können . Dies stellt einen erheblichen Kostenfaktor des Multilevelstromrichters dar ; weiterhin ist die Installation dieser langen Steuerleitungen aufwändig und zeitintensiv und daher teuer . Particularly in the case of modular multilevel power converters set up for the high-voltage range, the modules are often arranged in what are known as converter towers, which are set up in converter halls. In this case, each individual module is connected to a central control device of the multilevel converter by means of at least one dedicated control line. Depending on the size of the multilevel converter, many control lines are therefore required, each of which can have a considerable length. This represents a significant cost factor for the multilevel converter; Furthermore, the installation of these long control lines is complex and time-consuming and therefore expensive.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , einen modularen Multilevelstromrichter und ein Verfahren anzugeben, mit denen der Aufwand bei der Installation des Multilevelstromrichters gesenkt werden kann . The invention is based on the object of specifying a modular multilevel converter and a method with which the effort involved in installing the multilevel converter can be reduced.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen modularen Multilevelstromrichter und durch ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen . Vorteilhafte Aus führungs formen des modularen Multilevelstromrichters und des Verfahrens sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben . Die Erfindung betri f ft einen modularen Multilevelstromrichter mit einer Viel zahl von Modulen, wobei This object is achieved according to the invention by a modular multilevel power converter and by a method according to the independent patent claims. Advantageous embodiments of the modular multilevel power converter and the method are specified in the dependent patent claims. The invention relates to a modular multilevel converter with a large number of modules, where
- der Multilevelstromrichter eine Mehrzahl von ( gleichartigen) Trageeinrichtungen aufweist , die j eweils eine Teilmenge der Module tragen, - The multilevel converter has a plurality of (similar) carrying devices, each carrying a subset of the modules,
- die Module der Teilmenge elektrisch zu einer oder mehreren Reihenschaltungen verbunden ( insbesondere zusammengeschaltet ) sind, und - the modules of the subset are electrically connected to one or more series circuits (in particular interconnected), and
- j eder Trageeinrichtung eine ( eigene ) lokale Steuereinrichtung zugeordnet ist , die mittels j eweils (mindestens ) einer Kommunikationsverbindung mit allen von der Trageeinrichtung getragenen Modulen verbunden ist . Eine Trageeinrichtung kann beispielsweise ein Gestell ( Tragegestell ) , ein Regal ( Trageregal ) oder ein Schrank ( Trageschrank) sein . Jedes Modul der Trageeinrichtung ist insbesondere mittels einer eigenen Kommunikationsverbindung mit der lokalen Steuereinrichtung verbunden . Die Kommunikationsverbindung kann auf verschiedene Weise realisiert sein . Beispielsweise kann die Kommunikationsverbindung als eine Steuerleitung ausgestaltet sein oder als eine Funkverbindung . - each carrying device is assigned a (own) local control device, which is connected to all modules carried by the carrying device by means of (at least) one communication link each. A carrying device can be, for example, a frame (carrying frame), a shelf (carrying shelf) or a cabinet (carrying cabinet). Each module of the carrying device is connected to the local control device in particular by means of its own communication connection. The communication link can be implemented in various ways. For example, the communication link can be designed as a control line or as a radio link.
Dabei ist insbesondere vorteilhaft , dass die Trageeinrichtungen mit der j eweiligen Teilmenge der Module in einer Fabrik vorgefertigt werden und dabei insbesondere mit den Kommunikationsverbindungen ( z . B . mit den Steuerleitungen) versehen werden können . Weiterhin können bei der Vorfertigung ( in der Fabrik) die Trageeinrichtungen mitsamt der Teilmenge der Module , der lokalen Steuereinrichtung und den Kommunikationsverbindungen ( z . B . Steuerleitungen) schon geprüft werden .In this context, it is particularly advantageous that the carrying devices are prefabricated with the respective subset of the modules in a factory and in particular can be provided with the communication connections (e.g. with the control lines). Furthermore, during prefabrication (in the factory), the carrying devices together with the subset of the modules, the local control device and the communication connections (e.g. control lines) can already be tested.
Diese vorgefertigten und insbesondere geprüften Trageeinrichtungen können dann zu ihrem j eweiligen Installationsort ( zum Beispiel zu einer Baustelle einer Stromrichterstation) transportiert werden und dort zu dem kompletten Multilevelstromrichter zusammengeschaltet werden . Dies lässt sich erheblich einfacher, schneller und kostengünstiger realisieren, als am Installationsort j edes einzelne Modul des Multilevelstrom- richters einzeln mit den benachbarten Modulen und einer zentralen Steuereinrichtung zu verbinden . Der modulare Multilevelstromrichter kann so ausgestaltet sein, dass j ede Trageeinrichtung die j eweils zugeordnete lokale Steuereinrichtung trägt . Dabei bilden die Trageeinrichtung, die j eweils zugeordnete lokale Steuereinrichtung und die Teilmenge der Module eine konstruktive Einheit . These prefabricated and, in particular, tested carrying devices can then be transported to their respective installation site (for example to a construction site of a power converter station) and interconnected there to form the complete multilevel power converter. This can be implemented much more easily, quickly and cost-effectively than connecting each individual module of the multilevel converter individually to the adjacent modules and a central control device at the installation site. The modular multilevel power converter can be designed in such a way that each carrying device carries the respectively assigned local control device. In this case, the carrying device, the respectively assigned local control device and the subset of the modules form a constructive unit.
Der modulare Multilevelstromrichter kann auch so ausgestaltet sein, dass die Kommunikationsverbindungen als elektrische Steuerleitungen und/oder als optische Steuerleitungen ( insbesondere Lichtwellenleiter ) ausgebildet/ausgestaltet sind . Je nach Höhe der innerhalb der Trageeinrichtung auftretenden elektrischen Potentialunterschieden kann eine elektrische Steuerleitung oder eine optische Steuerleitung eingesetzt werden . Optische Steuerleitungen sind dabei aufgrund ihrer Isolationseigenschaften insbesondere bei hohen Potentialunterschieden vorteilhaft . The modular multilevel power converter can also be designed in such a way that the communication connections are designed/designed as electrical control lines and/or as optical control lines (in particular optical waveguides). An electrical control line or an optical control line can be used depending on the magnitude of the electrical potential differences occurring within the carrying device. Because of their insulation properties, optical control lines are particularly advantageous in the case of high potential differences.
Der modulare Multilevelstromrichter kann auch so ausgestaltet sein, dass die lokalen Steuereinrichtungen mittels Verbindungsleitungen verbunden sind . Dies ermöglicht vorzugsweise die Kommunikation der lokalen Steuereinrichtungen untereinander . Die Verbindungsleitungen können elektrische Verbindungsleitungen oder optische Verbindungsleitungen ( insbesondere Lichtwellenleiter ) sein . Beispielsweise können die lokalen Steuereinrichtungen sternförmig, als Einzelring oder als Doppelring angeordnet sein . Die Anordnung als Einzelring oder Doppelring hat den Vorteil kurzer Verbindungsleitungen; der Doppelring weist darüber hinaus den Vorteil redundanter Verbindungsleitungen auf . The modular multilevel power converter can also be designed in such a way that the local control devices are connected by means of connecting lines. This preferably enables the local control devices to communicate with one another. The connecting lines can be electrical connecting lines or optical connecting lines (in particular optical waveguides). For example, the local control devices can be arranged in a star shape, as a single ring or as a double ring. The arrangement as a single ring or double ring has the advantage of short connecting lines; the double ring also has the advantage of redundant connecting lines.
Der modulare Multilevel Stromrichter kann so ausgestaltet sein, dass die Module mehrerer Trageeinrichtungen elektrisch derart in Reihe geschaltet sind, dass diese Module mindestens einen Zweig ( Phasenmodul zweig) des modularen Multilevelstrom- richters bilden . Ein Zweig des Multilevelstromrichters wird manchmal auch als ein Arm des Multilevelstromrichters bezeichnet . Mittels der Module dieser mehreren Trageeinrichtun- gen kann also vorteilhafterweise mindestens ein Zweig des modularen Multilevelstromrichters aufgebaut sein . Mit anderen Worten gesagt , kann also (mindestens ) ein Zweig des Stromrichters einfach dadurch aufgebaut sein, dass die Module mehrerer Trageeinrichtungen elektrisch in Reihe geschaltet sind bzw . werden . The modular multilevel power converter can be designed in such a way that the modules of several carrying devices are electrically connected in series in such a way that these modules form at least one branch (phase module branch) of the modular multilevel power converter. A leg of the multilevel converter is also sometimes referred to as an arm of the multilevel converter. By means of the modules of these several carrying devices At least one branch of the modular multilevel power converter can thus advantageously be constructed in this way. In other words, (at least) one branch of the power converter can be constructed simply by the modules of a plurality of carrying devices being electrically connected in series or. will .
Der modulare Multilevelstromrichter kann auch so ausgestaltet sein, dass die Trageeinrichtungen j eweils aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen, welches elektrisch mit einem elektrischen Bezugspotential verbunden ist , insbesondere mit dem Erdpotential oder mit dem elektrischen Potential eines der von der j eweiligen Trageeinrichtung getragenen Module . Dadurch werden in der Trageeinrichtung definierte elektrische Verhältnisse erreicht . The modular multilevel power converter can also be designed in such a way that the carrying devices each consist of an electrically conductive material which is electrically connected to an electrical reference potential, in particular to ground potential or to the electrical potential of one of the modules carried by the respective carrying device. As a result, defined electrical conditions are achieved in the carrying device.
Der modulare Multilevelstromrichter kann auch so ausgestaltet sein, dass die Trageeinrichtungen elektrisch leitfähige Außenwände aufweisen, welche die j eweilige Teilmenge der Module (und optional auch die lokale Steuereinrichtung) schrankartig umgeben . Durch die Außenwände wird ein zusätzlicher Schutz erreicht , insbesondere ein Schutz für die Module und/oder die lokale Steuereinrichtung . The modular multilevel power converter can also be designed in such a way that the carrying devices have electrically conductive outer walls which surround the respective subset of the modules (and optionally also the local control device) like a cabinet. Additional protection is achieved by the outer walls, in particular protection for the modules and/or the local control device.
Der modulare Multilevelstromrichter kann auch so ausgestaltet sein, dass die Trageeinrichtungen j eweils aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen und/oder elektrisch isolierende Außenwände aufweisen . Dies ist insbesondere bei höheren Spannungen vorteilhaft . The modular multilevel power converter can also be designed in such a way that the carrying devices each consist of an electrically insulating material and/or have electrically insulating outer walls. This is particularly advantageous at higher voltages.
Der modulare Multilevelstromrichter kann so ausgestaltet sein, dass mindestens eine Trageeinrichtung (mindestens ) ein induktives Bauelement aufweist , das elektrisch in Reihe zu einer der Reihenschaltungen der Module geschaltet ist . So kann vorteilhafterweise das bei modularen Multilevelstrom- richtern oftmals vorhandene induktive Bauelement in der mindestens einen Trageeinrichtung angeordnet sein . Es ist auch möglich, dass mehrere Trageeinrichtungen j eweils ein indukti- ves Bauelement aufweisen . Im letztgenannten Fall wird also die Gesamtinduktivität in dem Zweig des Stromrichters durch mehrere induktive Bauelemente bestimmt . The modular multilevel power converter can be designed in such a way that at least one carrying device has (at least) one inductive component which is electrically connected in series with one of the series circuits of the modules. Thus, the inductive component that is often present in modular multilevel converters can advantageously be arranged in the at least one carrying device. It is also possible that several carrying devices each have an inductive have ves component. In the latter case, the total inductance in the branch of the power converter is determined by a number of inductive components.
Der modulare Multilevelstromrichter kann auch so ausgestaltet sein, dass der modulare Multilevelstromrichter eine zentrale Steuereinrichtung aufweist , die den lokalen Steuereinrichtungen übergeordnet ist . Mittels der zentralen Steuereinrichtung können vorzugsweise übergeordnete Steuerungsaufgaben durchgeführt werden . The modular multilevel power converter can also be designed in such a way that the modular multilevel power converter has a central control device which is superordinate to the local control devices. Superordinate control tasks can preferably be carried out by means of the central control device.
Der modulare Multilevelstromrichter kann auch so ausgestaltet sein, dass die lokale Steuereinrichtung j eweils eingerichtet ist , die elektronischen Schaltelemente der von der j eweiligen Trageeinrichtung getragenen Module so anzusteuern, dass an der mindestens einen Reihenschaltung der Module eine vorgewählte Spannung auftritt ( dies kann auch als , Modulation ' bezeichnet werden) , und/oder die zentrale Steuereinrichtung eingerichtet ist , den Strom des modularen Multilevelstromrichter zu steuern . The modular multilevel power converter can also be designed in such a way that the local control device is set up in each case to control the electronic switching elements of the modules carried by the respective carrying device in such a way that a preselected voltage occurs at the at least one series connection of the modules (this can also be Modulation 'are referred to), and / or the central control device is set up to control the current of the modular multilevel converter.
Der modulare Multilevelstromrichter kann so ausgestaltet sein, dass die lokalen Steuereinrichtungen j eweils eingerichtet sind, mittels Signalen von der zentralen Steuereinrichtung stammende Steuerinformationen zu den Modulen weiterzuleiten und/oder von den Modulen stammende Antwortinf ormatio- nen zu der zentralen Steuereinrichtung weiterzuleiten . Dazu senden die lokalen Steuereinrichtungen Steuersignale an die Module und Rückmeldesignale an die zentrale Steuereinrichtung . The modular multilevel converter can be designed in such a way that the local control devices are each set up to forward control information originating from the central control device to the modules by means of signals and/or to forward response information originating from the modules to the central control device. For this purpose, the local control devices send control signals to the modules and feedback signals to the central control device.
Der modulare Multilevelstromrichter kann auch so ausgestaltet sein, dass die zentrale Steuereinrichtung mittels j eweils (mindestens ) einer Kommunikationsverbindung ( zum Beispiel einer Steuerleitung) mit den lokalen Steuereinrichtungen verbunden ist . Diese Kommunikationsverbindungen können auch als zentrale Kommunikationsverbindungen bezeichnet werden; diese Steuerleitungen können auch als zentrale Steuerleitungen be- zeichnet werden . Dabei kann die Verbindung insbesondere direkt ( zum Beispiel sternförmig) oder indirekt ( zum Beispiel über andere lokale Steuereinrichtungen) ausgestaltet sein . The modular multilevel power converter can also be designed in such a way that the central control device is connected to the local control devices by means of (at least) one communication connection (for example a control line). These communication links can also be referred to as central communication links; these control lines can also be used as central control lines be drawn . In this case, the connection can be designed in particular to be direct (for example in a star shape) or indirect (for example via other local control devices).
Der modulare Multilevelstromrichter kann so ausgestaltet sein, dass der modulare Multilevelstromrichter frei von einer zentralen Steuereinrichtung ist . Dann sind die lokalen Steuereinrichtungen insbesondere j eweils eingerichtet , eine vollständige Steuerung der Module der j eweiligen Trageeinrichtung durchzuführen . The modular multilevel converter can be designed in such a way that the modular multilevel converter does not have a central control device. Then the local control devices are each set up in particular to carry out a complete control of the modules of the respective carrying device.
Der modulare Multilevelstromrichter kann auch so ausgestaltet sein, dass j edes Modul mindestens zwei elektronische Schaltelemente und einen Energiespeicher aufweist . Die Module können beispielsweise als Halbbrücken-Module oder als Vollbrü- cken-Module ausgestaltet sein . The modular multilevel power converter can also be designed in such a way that each module has at least two electronic switching elements and an energy store. The modules can be designed as half-bridge modules or as full-bridge modules, for example.
Der modulare Multilevelstromrichter kann so ausgestaltet sein, dass die Gehäuse der Module gegeneinander elektrisch isoliert sind . The modular multilevel power converter can be designed in such a way that the housings of the modules are electrically isolated from one another.
Die Module des modularen Multilevelstromrichters können insbesondere gleichartige Module sein . The modules of the modular multilevel power converter can in particular be modules of the same type.
Of fenbart wird weiterhin ein Verfahren zum Steuern eines modularen Multilevelstromrichters mit einer Viel zahl von Modulen, wobei A method for controlling a modular multilevel power converter with a large number of modules is also disclosed
- der Multilevelstromrichter eine Mehrzahl von ( gleichartigen) Trageeinrichtungen aufweist , die j eweils eine Teilmenge der Module tragen, - The multilevel converter has a plurality of (similar) carrying devices, each carrying a subset of the modules,
- die Module der Teilmenge elektrisch zu einer oder mehreren Reihenschaltungen verbunden ( insbesondere zusammengeschaltet ) sind, und - the modules of the subset are electrically connected to one or more series circuits (in particular interconnected), and
- j eder Trageeinrichtung eine ( eigene ) lokale Steuereinrichtung zugeordnet ist , die mittels j eweils (mindestens ) einer Kommunikationsverbindung mit allen von der Trageeinrichtung getragenen Modulen verbunden ist , wobei bei dem Verfahren - mittels der lokalen Steuereinrichtung die von der j eweiligen Trageeinrichtung getragenen Module gesteuert werden . Die Kommunikationsverbindung kann insbesondere als eine Steuerleitung ausgestaltet sein . - A (own) local control device is assigned to each carrying device, which is connected to all modules carried by the carrying device by means of (at least) one communication link each, with the method - The modules carried by the respective carrying device are controlled by means of the local control device. The communication link can be designed in particular as a control line.
Das Verfahren kann so ablaufen, dass mittels einer zentralen Steuereinrichtung, die den lokalen Steuereinrichtungen übergeordnet ist , zentrale Steuerungs funktionen für die von der Mehrzahl von Trageeinrichtungen getragenen Module durchgeführt werden . The method can proceed in such a way that central control functions for the modules carried by the plurality of carrying devices are carried out by means of a central control device which is superordinate to the local control devices.
Das Verfahren und der modulare Multilevelstromrichter weisen gleichartige Eigenschaften und/oder Vorteile auf . The method and the modular multilevel power converter have similar properties and/or advantages.
Im Folgenden wird der modulare Multilevelstromrichter und das Verfahren anhand von Aus führungsbeispielen näher erläutert . Dazu ist in The modular multilevel power converter and the method are explained in more detail below using exemplary embodiments. For this is in
Figur 1 ein Aus führungsbeispiel eines modularen Multilevel- stromrichters , in Figure 1 shows an exemplary embodiment of a modular multilevel converter, in
Figur 2 ein Aus führungsbeispiel eines Moduls des modularen Multilevelstromrichters , in FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a module of the modular multilevel power converter, in
Figur 3 ein weiteres Aus führungsbeispiel eines Moduls des modularen Multilevelstromrichters , in FIG. 3 shows another exemplary embodiment of a module of the modular multilevel power converter, in
Figur 4 ein Aus führungsbeispiel eines Multilevelstromrichters mit sechs Trageeinrichtungen, und in Figure 4 shows an exemplary embodiment of a multilevel converter with six carrying devices, and in
Figur 5 ein Aus führungsbeispiel mit sechs miteinander verbundenen lokalen Steuereinrichtungen dargestellt . FIG. 5 shows an exemplary embodiment with six local control devices connected to one another.
In Figur 1 ist ein Aus führungsbeispiel eines modularen Multilevelstromrichters 1 dargestellt . Dieser Multilevelstromrichter 1 weist einen ersten Wechselspannungsanschluss 5 , einen zweiten Wechselspannungsanschluss 7 und einen dritten Wechselspannungsanschluss 9 auf . Der erste Wechselspannungsanschluss 5 ist elektrisch mit einem ersten Phasenmodul zweig 11 und einem zweiten Phasenmodul zweig 13 verbunden . Der erste Phasenmodul zweig 11 und der zweite Phasenmodul zweig 13 bilden ein erstes Phasenmodul 15 des Stromrichters 1 . Das dem ersten Wechselspannungsanschluss 5 abgewandte Ende des ersten Phasenmodul zweigs 11 ist mit einem ersten Gleichspannungsanschluss 16 elektrisch verbunden; das dem ersten Wechselspannungsanschluss 5 abgewandte Ende des zweiten Phasenmodulzweigs 13 ist mit einem zweiten Gleichspannungsanschluss 17 elektrisch verbunden . Der erste Gleichspannungsanschluss 16 ist ein positiver Gleichspannungsanschluss ; der zweite Gleichspannungsanschluss 17 ist ein negativer Gleichspannungsanschluss . FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a modular multilevel power converter 1 . This multilevel power converter 1 has a first AC voltage connection 5 , a second AC voltage connection 7 and a third AC voltage connection 9 . The first AC voltage connection 5 is electrically connected to a first phase module branch 11 and a second phase module branch 13 . The first phase module branch 11 and the second phase module branch 13 form a first phase module 15 of the power converter 1 . The end of the first phase module branch 11 facing away from the first AC voltage connection 5 is electrically connected to a first DC voltage connection 16; that end of the second phase module branch 13 which is remote from the first AC voltage connection 5 is electrically connected to a second DC voltage connection 17 . The first DC voltage connection 16 is a positive DC voltage connection; the second DC voltage connection 17 is a negative DC voltage connection.
Der zweite Wechselspannungsanschluss 7 ist mit einem Ende eines dritten Phasenmodul zweigs 18 und mit einem Ende eines vierten Phasenmodul zweigs 21 elektrisch verbunden . Der dritte Phasenmodul zweig 18 und der vierte Phasenmodul zweig 21 bilden ein zweites Phasenmodul 24 . Der dritte Wechselspannungsanschluss 9 ist mit einem Ende eines fünften Phasenmodul zweigs 27 und mit einem Ende eines sechsten Phasenmodul zweigs 29 elektrisch verbunden . Der fünfte Phasenmodul zweig 27 und der sechste Phasenmodul zweig 29 bilden ein drittes Phasenmodul 31 . The second AC voltage connection 7 is electrically connected to one end of a third phase module branch 18 and to one end of a fourth phase module branch 21 . The third phase module branch 18 and the fourth phase module branch 21 form a second phase module 24 . The third AC voltage connection 9 is electrically connected to one end of a fifth phase module branch 27 and to one end of a sixth phase module branch 29 . The fifth phase module branch 27 and the sixth phase module branch 29 form a third phase module 31 .
Das dem zweiten Wechselspannungsanschluss 7 abgewandte Ende des dritten Phasenmodul zweigs 18 und das dem dritten Wechselspannungsanschluss 9 abgewandte Ende des fünften Phasenmodulzweigs 27 sind mit dem ersten Gleichspannungsanschluss 16 elektrisch verbunden . Das dem zweiten Wechselspannungsanschluss 7 abgewandte Ende des vierten Phasenmodul zweigs 21 und das dem dritten Wechselspannungsanschluss 9 abgewandte Ende des sechsten Phasenmodul zweigs 29 sind mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss 17 elektrisch verbunden . Der erste Phasenmodul zweig 11 , der dritte Phasenmodul zweig 18 und der fünfte Phasenmodul zweig 27 bilden ein positivseitiges Strom- richterteil 32; der zweite Phasenmodulzweig 13, der vierte Phasenmodulzweig 21 und der sechste Phasenmodulzweig 29 bilden ein negativseitiges Stromrichterteil 33. The end of the third phase module branch 18 facing away from the second AC voltage connection 7 and the end of the fifth phase module branch 27 facing away from the third AC voltage connection 9 are electrically connected to the first DC voltage connection 16 . The end of the fourth phase module branch 21 facing away from the second AC voltage connection 7 and the end of the sixth phase module branch 29 facing away from the third AC voltage connection 9 are electrically connected to the second DC voltage connection 17 . The first phase module branch 11, the third phase module branch 18 and the fifth phase module branch 27 form a positive-side current judge part 32; the second phase module branch 13, the fourth phase module branch 21 and the sixth phase module branch 29 form a negative-side converter part 33.
Jeder Phasenmodulzweig weist eine Mehrzahl von Modulen (1_1, 1_2, 1_3, 1_4 ... l_n; 2_1 ... 2_n; usw.) auf, welche (mittels ihrer Modulanschlüsse) elektrisch in Reihe geschaltet sind (elektrische Reihenschaltung) . Solche Module werden auch als Submodule bezeichnet. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 weist jeder Phasenmodulzweig n Module auf. Die Anzahl der mittels ihrer Modulanschlüsse elektrisch in Reihe geschalteten Module kann sehr verschieden sein, mindestens sind drei Module in Reihe geschaltet, es können aber auch beispielsweise 50, 100 oder mehr Module elektrisch in Reihe geschaltet sein. Im Ausführungsbeispiel ist n = 36: der erste Phasenmodulzweig 11 weist also 36 Module 1_1, 1_2, 1_3, ... 1_36 auf. Die anderen Phasenmodulzweige 13, 18, 21, 27 und 29 sind gleichartig auf gebaut. Each phase module branch has a plurality of modules (1_1, 1_2, 1_3, 1_4 ... l_n; 2_1 ... 2_n; etc.), which (by means of their module connections) are electrically connected in series (electrical series connection). Such modules are also referred to as submodules. In the exemplary embodiment in FIG. 1, each phase module branch has n modules. The number of modules electrically connected in series by means of their module connections can be very different, at least three modules are connected in series, but it is also possible, for example, for 50, 100 or more modules to be electrically connected in series. In the exemplary embodiment, n=36: the first phase module branch 11 therefore has 36 modules 1_1, 1_2, 1_3, . . . 1_36. The other phase module branches 13, 18, 21, 27 and 29 are constructed in the same way.
Im Zusammenhang mit Figur 1 wurde beispielhaft ein modularer Multilevelstromrichter beschrieben, der eine Brückenschaltung aufweist. Der modulare Multilevelstromrichter kann aber auch anders aufgebaut sein, beispielsweise kann er eine Dreieckschaltung aufweisen. In connection with FIG. 1, a modular multilevel power converter which has a bridge circuit was described by way of example. However, the modular multilevel converter can also be constructed differently, for example it can have a delta connection.
In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Moduls 200 des modularen Multilevelstromrichters 1 dargestellt. Bei dem Modul kann es sich beispielsweise um eines der in Figur 1 dargestellten Module 1_1 ... 6_n handeln. FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a module 200 of the modular multilevel converter 1. The module can be, for example, one of the modules 1_1 . . . 6_n shown in FIG.
Das Modul 200 ist als ein Halbbrücken-Modul 200 ausgestaltet. Das Modul 200 weist ein erstes (abschaltbares) elektronisches Schaltelement 202 (erstes abschaltbares Halbleiterventil 202) mit einer ersten antiparallel geschalteten Diode 204 auf. Weiterhin weist das Modul 200 ein zweites (abschaltbares) elektronisches Schaltelement 206 (zweites abschaltbares Halbleiterventil 206) mit einer zweiten antiparallel geschalteten Diode 208 sowie einen elektrischen Energiespeicher 210 in Form eines Kondensators 210 auf . ( Die zu dem elektronischen Schaltelement antiparallel geschaltete Diode 204 oder 208 kann als eigenständiges Bauelement vorhanden sein; sie kann in anderen Aus führungsbeispielen aber auch bereits in der Halbleiterstruktur des elektronischen Schaltelements vorhanden sein . Letzteres kann beispielsweise bei einem rückwärtsleitfähigen elektronischen Schaltelement der Fall sein . ) Das erste elektronische Schaltelement 202 und das zweite elektronische Schaltelement 206 sind j eweils als ein IGBT ( insula- ted-gate bipolar transistor ) ausgestaltet . Das erste elektronische Schaltelement 202 ist elektrisch in Reihe geschaltet mit dem zweiten elektronischen Schaltelement 206 . Am Verbindungspunkt zwischen den beiden elektronischen Schaltelementen 202 und 206 ist ein erster galvanischer Modulanschluss 212 angeordnet . An dem Anschluss des zweiten elektronischen Schaltelements 206 , welcher dem Verbindungspunkt gegenüberliegt , ist ein zweiter galvanischer Modulanschluss 215 angeordnet . Der zweite Modulanschluss 215 ist weiterhin mit einem ersten Anschluss des Energiespeichers 210 elektrisch verbunden; ein zweiter Anschluss des Energiespeichers 210 ist elektrisch verbunden mit dem Anschluss des ersten elektronischen Schaltelements 202 , der dem Verbindungspunkt gegenüberliegt . The module 200 is in the form of a half-bridge module 200 . The module 200 has a first electronic switching element 202 (which can be switched off) (first semiconductor valve 202 which can be switched off) with a first diode 204 connected antiparallel. Furthermore, the module 200 has a second electronic switching element 206 (which can be switched off) (second semiconductor valve 206 which can be switched off) with a second diode 208 connected in antiparallel and an electrical energy store 210 in Form of a capacitor 210 on . (The diode 204 or 208 connected anti-parallel to the electronic switching element can be present as an independent component; in other exemplary embodiments, however, it can also already be present in the semiconductor structure of the electronic switching element. The latter can be the case, for example, with a reverse-conductive electronic switching element.) The first electronic switching element 202 and the second electronic switching element 206 are each configured as an IGBT (insulated-gate bipolar transistor). The first electronic switching element 202 is electrically connected in series with the second electronic switching element 206 . A first galvanic module connection 212 is arranged at the connection point between the two electronic switching elements 202 and 206 . A second galvanic module connection 215 is arranged at the connection of the second electronic switching element 206 , which is opposite the connection point. The second module connection 215 is also electrically connected to a first connection of the energy store 210; a second connection of the energy store 210 is electrically connected to the connection of the first electronic switching element 202 which is opposite the connection point.
Der Energiespeicher 210 ist also elektrisch parallel geschaltet zu der Reihenschaltung aus dem ersten elektronischen Schaltelement 202 und dem zweiten elektronischen Schaltelement 206 . Durch entsprechende Ansteuerung des ersten elektronischen Schaltelements 202 und des zweiten elektronischen Schaltelements 206 durch eine Steuereinrichtung des Stromrichters kann erreicht werden, dass zwischen dem ersten Modulanschluss 212 und dem zweiten Modulanschluss 215 entweder die Spannung des Energiespeichers 210 ausgegeben wird oder keine Spannung ausgegeben wird ( d . h . eine Nullspannung ausgegeben wird) . Durch Zusammenwirken der Module der einzelnen Phasenmodul zweige kann so die j eweils gewünschte Ausgangsspannung des Stromrichters erzeugt werden . In Figur 3 ist ein weiteres Aus führungsbeispiel eines Moduls 300 des modularen Multilevelstromrichters dargestellt . Bei dem Modul 300 kann es sich beispielsweise um eines der in Figur 1 dargestellten Module 1_1 ... 6_n handeln . Neben den bereits aus Figur 2 bekannten ersten elektronischen Schaltelement 202 , zweiten elektronischen Schaltelement 206 , erster Freilauf diode 204 , zweiter Freilauf diode 208 und Energiespeicher 210 weist das in Figur 3 dargestellte Modul 300 ein drittes elektronisches Schaltelement 302 mit einer antiparallel geschalteten dritten Freilaufiode 304 sowie ein viertes elektronisches Schaltelement 306 mit einer vierten antiparallel geschalteten Freilauf diode 308 auf . Das dritte elektronische Schaltelement 302 und das vierte elektronische Schaltelement 306 sind j eweils als ein IGBT ausgestaltet . Im Unterschied zur Schaltung der Figur 2 ist der zweite Modulanschluss 315 nicht mit dem zweiten elektronischen Schaltelement 206 elektrisch verbunden, sondern mit einem Mittelpunkt (Verbindungspunkt ) einer elektrischen Reihenschaltung aus dem dritten elektronischen Schaltelement 302 und dem vierten elektronischen Schaltelement 306 . The energy store 210 is therefore connected electrically in parallel to the series connection made up of the first electronic switching element 202 and the second electronic switching element 206 . Appropriate activation of the first electronic switching element 202 and the second electronic switching element 206 by a control device of the power converter can result in either the voltage of the energy store 210 being output between the first module connection 212 and the second module connection 215 or no voltage being output (i.e. h ., a zero voltage is output) . Through the interaction of the modules of the individual phase module branches, the respective desired output voltage of the power converter can be generated. FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a module 300 of the modular multilevel converter. The module 300 can be, for example, one of the modules 1_1 . . . 6_n shown in FIG. In addition to the first electronic switching element 202, second electronic switching element 206, first freewheeling diode 204, second freewheeling diode 208 and energy store 210 already known from Figure 2, the module 300 shown in Figure 3 has a third electronic switching element 302 with a third freewheeling diode 304 connected in anti-parallel as well as a fourth electronic switching element 306 with a fourth freewheeling diode 308 connected in antiparallel. The third electronic switching element 302 and the fourth electronic switching element 306 are each designed as an IGBT. In contrast to the circuit in FIG. 2, the second module connection 315 is not electrically connected to the second electronic switching element 206, but to a midpoint (connection point ) of an electrical series connection made up of the third electronic switching element 302 and the fourth electronic switching element 306.
Das Modul 300 der Figur 3 ist ein sogenanntes Vollbrücken- Modul 300 . Dieses Vollbrücken-Modul 300 zeichnet sich dadurch aus , dass bei entsprechender Ansteuerung der vier elektronischen Schaltelemente zwischen dem ersten ( galvanischen) Modulanschluss 212 und dem zweiten ( galvanischen) Modulanschluss 315 wahlweise entweder die positive Spannung des Energiespeichers 210 , die negative Spannung des Energiespeichers 210 oder eine Spannung des Wertes Null (Nullspannung) ausgegeben werden kann . Somit kann also mittels des Vollbrücken-Moduls 300 die Polarität der Ausgangsspannung umgekehrt werden . Der Multilevelstromrichter 1 kann im Allgemeinen entweder nur Halbbrücken-Module 200 , nur Vollbrücken-Module 300 oder auch Halbbrücken-Module 200 und Vollbrücken-Module 300 aufweisen . The module 300 in FIG. 3 is what is known as a full-bridge module 300 . This full-bridge module 300 is characterized in that, with appropriate control of the four electronic switching elements between the first (galvanic) module connection 212 and the second (galvanic) module connection 315, either the positive voltage of the energy store 210, the negative voltage of the energy store 210 or a voltage of zero value (zero voltage) can be output. The polarity of the output voltage can thus be reversed by means of the full-bridge module 300 . The multilevel power converter 1 can generally either have only half-bridge modules 200 , only full-bridge modules 300 or also half-bridge modules 200 and full-bridge modules 300 .
In Figur 4 ist beispielhaft ein modularer Multilevelstromrichter 1 dargestellt , der 6 Trageeinrichtungen aufweist : eine erste Trageeinrichtung 401 , eine zweite Trageeinrichtung 402 , eine dritte Trageeinrichtung 403 , eine vierte Trageeinrichtung 404 , eine fünfte Trageeinrichtung 405 und eine sechste Trageeinrichtung 406 . Weiterhin weist der modulare Multilevelstromrichter 1 eine zentrale Steuereinrichtung 408 auf . Die zentrale Steuereinrichtung 408 ist optional und kann in anderen Aus führungsbeispielen auch weggelassen werden . Der modulare Multilevelstromrichter 1 weist im Aus führungsbeispiel 54 Module auf . Dabei weist j ede der 6 Trageeinrichtung 9 Module auf . FIG. 4 shows a modular multilevel power converter 1 by way of example, which has 6 carrying devices: a first carrying device 401, a second carrying device 402 , a third carrying device 403 , a fourth carrying device 404 , a fifth carrying device 405 and a sixth carrying device 406 . Furthermore, the modular multilevel power converter 1 has a central control device 408 . The central control device 408 is optional and can also be omitted in other exemplary embodiments. In the exemplary embodiment, the modular multilevel converter 1 has 54 modules. Each of the 6 carrying devices has 9 modules.
Die erste Trageeinrichtung 401 trägt die 9 Module 2_1 , 2_2 , 2_3 , 4_1 , 4_2 , 4_3 , 6_1 , 6_2 und 6_3 . Diese 9 Module bilden eine Teilmenge der Gesamtmodule des Multilevelstromrichters 1 . Diese 9 Module bilden 3 elektrische Reihenschaltungen . Diese 9 Module sind (mittels ihrer Modulanschlüsse 212 und 215 bzw . 315 ) zu 3 elektrischen Reihenschaltung verbunden : die Module 2_1 , 2_2 und 2_3 bilden eine erste elektrische Reihenschaltung 441 ; die Module 4_1 , 4_2 und 4_3 bilden eine zweite elektrische Reihenschaltung 442 und die Module 6_1 , 6_2 und 6_3 bilden eine dritte elektrische Reihenschaltung 443 . Die Module der Teilmenge sind also in diesem Aus führungsbeispiel zu den 3 Reihenschaltungen 441 , 442 und 443 verschaltet . The first carrying device 401 carries the 9 modules 2_1, 2_2, 2_3, 4_1, 4_2, 4_3, 6_1, 6_2 and 6_3. These 9 modules form a subset of the overall modules of the multilevel power converter 1 . These 9 modules form 3 electrical series circuits. These 9 modules are connected (by means of their module connections 212 and 215 or 315) to form 3 electrical series circuits: the modules 2_1, 2_2 and 2_3 form a first electrical series circuit 441; the modules 4_1 , 4_2 and 4_3 form a second electrical series circuit 442 and the modules 6_1 , 6_2 and 6_3 form a third electrical series circuit 443 . In this exemplary embodiment, the modules of the subset are therefore connected to form the 3 series circuits 441 , 442 and 443 .
Der ersten Trageeinrichtung 401 ist eine erste lokale Steuereinrichtung 411 zugeordnet . Die erste Trageeinrichtung 401 trägt also die 9 Module sowie die erste lokale Steuereinrichtung 411 . Ebenso ist der zweiten Trageeinrichtung 402 eine zweite lokale Steuereinrichtung 412 zugeordnet und der dritten Trageeinrichtung 403 eine dritte lokale Steuereinrichtung 413 zugeordnet . In gleicher Weise weist der modulare Multilevelstromrichter eine vierte lokale Steuereinrichtung 414 auf , die der vierten Trageeinrichtung 404 zugeordnet ist , eine fünfte lokale Steuereinrichtung 415 , die der fünften Trageeinrichtung 405 zugeordnet ist , und eine sechste lokale Steuereinrichtung 416 , die der sechsten Trageeinrichtung 406 zugeordnet ist . Die erste lokale Steuereinrichtung 411 ist mittels einer ersten Steuerleitung 421 mit dem ersten Modul 2_1 verbunden. Weiterhin ist die erste lokale Steuereinrichtung 411 mittels einer zweiten Steuerleitung 422 mit dem vierten Modul 4_1 verbunden. Ebenso ist die erste lokale Steuereinrichtung 411 mittels einer dritten Steuerleitung 423 mit dem siebenten Modul 6_1 verbunden. In gleicher Art und Weise ist die erste lokale Steuereinrichtung 411 mittels jeweils einer Steuerleitung mit jedem der von der ersten Trageeinrichtung 401 getragenen Module verbunden. Beispielsweise ist die erste lokale Steuereinrichtung 411 mittels einer neunten Steuerleitung 429 mit dem neunten Modul 6_3 verbunden. Bei den Steuerleitungen kann es sich jeweils um elektrische Steuerleitungen oder um optische Steuerleitungen (insbesondere um Lichtwellenleiter) handeln. In gleicher Weise ist bei jeder der Trageeinrichtungen 402 bis 406 die jeweilige lokale Steuereinrichtung mittels Steuerleitungen mit jedem der Module der jeweiligen Teilmenge (d. h. mit jedem der von der jeweiligen Trageeinrichtung getragenen Module) verbunden. Im Beispiel werden Steuerleitungen 421, 422, 423, 429 usw. verwendet. Im Allgemeinen können anstelle der Steuerleitungen andere Kommunikationsverbindungen verwendet werden, zum Beispiel drahtlose Kommunikationsverbindungen wie z.B. Funk-Kommunikationsverbindungen (Funk-Verbindungen) . In anderen Ausführungsbeispielen kann also jede der beispielhaft genannten Steuerleitungen durch eine andere Kommunikationsverbindung ersetzt werden, insbesondere durch eine drahtlose Kommunikationsverbindung wie z.B. eine Funk-Verbindung. A first local control device 411 is assigned to the first carrying device 401 . The first carrying device 401 therefore carries the 9 modules and the first local control device 411 . A second local control device 412 is also assigned to the second carrying device 402 and a third local control device 413 is assigned to the third carrying device 403 . Similarly, the modular multilevel power converter has a fourth local controller 414 associated with the fourth carrying device 404, a fifth local controller 415 associated with the fifth carrying device 405, and a sixth local controller 416 associated with the sixth carrying device 406 . The first local control device 411 is connected to the first module 2_1 by means of a first control line 421 . Furthermore, the first local control device 411 is connected to the fourth module 4_1 by means of a second control line 422 . Likewise, the first local control device 411 is connected to the seventh module 6_1 by means of a third control line 423 . In the same way, the first local control device 411 is connected to each of the modules carried by the first carrying device 401 by means of a respective control line. For example, the first local control device 411 is connected to the ninth module 6_3 by means of a ninth control line 429 . The control lines can each be electrical control lines or optical control lines (in particular optical waveguides). In the same way, for each of the carrying devices 402 to 406, the respective local control device is connected to each of the modules of the respective subset (ie to each of the modules carried by the respective carrying device) by means of control lines. In the example, control lines 421, 422, 423, 429 etc. are used. In general, other communication links can be used instead of the control lines, for example wireless communication links such as radio communication links (radio links). In other exemplary embodiments, each of the control lines mentioned by way of example can therefore be replaced by another communication connection, in particular by a wireless communication connection such as a radio connection.
Die zentrale Steuereinrichtung 408 des Multilevelstromrich- ters 1 ist mittels einer ersten zentralen Steuerleitung 435 mit der ersten lokalen Steuereinrichtung 411 verbunden. Ebenso ist die zentrale Steuereinrichtung 408 mittels jeweils einer weiteren zentralen Steuerleitung mit der jeweiligen lokalen Steuereinrichtung 412-416 der anderen fünf Trageeinrichtungen 402-406 verbunden. Der Begriff Steuereinrichtung wird im Rahmen dieses Schutzrechts als Oberbegriff für eine Steuereinrichtung und eine Regeleinrichtung verwendet, d.h. die Steuereinrichtung kann eingerichtet sein zum Steuern und/oder zum Regeln . Mit anderen Worten gesagt , könnte statt des Begri f fs , Steuereinrichtung ' der Begri f f , Steuer- und/oder Regeleinrichtung ' verwendet werden . The central control device 408 of the multilevel converter 1 is connected to the first local control device 411 by means of a first central control line 435 . The central control device 408 is also connected to the respective local control device 412-416 of the other five carrying devices 402-406 by means of a further central control line in each case. The term control device is used in the context of this property right as a generic term for a control device and a control device, ie the control device can be set up for controlling and/or for regulating. In other words, the term 'control and/or regulating device' could be used instead of the term 'control device'.
Der modulare Multilevelstromrichter 1 weist ein erstes induktives Bauelement 451 , ein zweites induktives Bauelement 452 , ein drittes induktives Bauelement 453 , ein viertes induktives Bauelement 454 , ein fünftes induktives Bauelement 455 und ein sechstes induktives Bauelement 456 auf . Diese sechs induktiven Bauelemente sind im Aus führungsbeispiel der Figur 4 außerhalb der Trageeinrichtungen angeordnet . In einem anderen Aus führungsbeispiel können diese induktiven Bauelemente aber auch j eweils in einer der Trageeinrichtungen angeordnet sein . So kann beispielsweise das erste induktive Bauelement 451 in der dritten Trageeinrichtung 403 angeordnet sein, d . h . von der dritten Trageeinrichtung 403 getragen sein . Ebenso kann das zweite induktive Bauelement 452 in der vierten Trageeinrichtung 404 angeordnet sein, d . h . von der vierten Trageeinrichtung 404 getragen sein . The modular multilevel power converter 1 has a first inductive component 451 , a second inductive component 452 , a third inductive component 453 , a fourth inductive component 454 , a fifth inductive component 455 and a sixth inductive component 456 . In the exemplary embodiment in FIG. 4, these six inductive components are arranged outside the support devices. In another exemplary embodiment, however, these inductive components can also each be arranged in one of the carrying devices. For example, the first inductive component 451 can be arranged in the third carrying device 403, d. H . be carried by the third carrying device 403 . Likewise, the second inductive component 452 can be arranged in the fourth carrying device 404, d. H . be carried by the fourth carrying device 404 .
In einem weiteren Aus führungsbeispiel können anstelle eines der induktiven Bauelemente auch mehrere induktive Teil-Bauelemente vorhanden sein, wobei in mehreren oder in allen Trageeinrichtungen j eweils eines der Teil-Bauelemente angeordnet ist . So kann beispielsweise anstelle des ersten induktiven Bauelements 451 ein erstes induktives Teil-Bauelement , ein zweites induktives Teil-Bauelement und ein drittes induktives Teil-Bauelement vorhanden sein, wobei die erste Trageeinrichtung 401 das erste induktive Teil-Bauelement trägt , die zweite Trageeinrichtung 402 das zweite induktive Teil-Bauelement trägt und die dritte Trageeinrichtung 403 das dritte induktive Teil-Bauelement trägt . Vorteilhafterweise kann die Induktivität der induktiven Bauelemente 451-456 also auch verteilt in den einzelnen Trageeinrichtungen angeordnet sein . Die induktiven Bauelemente 451-456 können auch an einer anderen Stelle angeordnet sein als in Figur 4 dargestellt . Die Module der ersten Trageeinrichtung 401 , der zweiten Trageeinrichtung 402 und der dritten Trageeinrichtung 403 sind im Aus führungsbeispiel elektrisch derart zu Reihenschaltungen verbunden, dass diese Module die drei Zweige 13 , 21 und 29 ( Phasenmodul zweige 13 , 21 und 29 ) des modularen Multilevel- stromrichters 1 bilden, vergleiche Figur 1 . Die Module der vierten Trageeinrichtung 404 , der fünften Trageeinrichtung 405 und der sechsten Trageeinrichtung 406 sind im Aus führungsbeispiel elektrisch derart in Reihe geschaltet , dass diese Module die drei weiteren Zweige 11 , 18 und 27 ( Phasenmodul zweige 11 , 18 und 27 ) des modularen Multilevelstromrich- ters 1 bilden . In anderen Aus führungsbeispielen können die Module aber natürlich auch auf andere Art elektrisch in Reihe geschaltet sein . In a further exemplary embodiment, instead of one of the inductive components, several inductive sub-components can also be present, one of the sub-components being arranged in each case in several or in all carrying devices. For example, instead of the first inductive component 451, a first inductive sub-component , a second inductive sub-component and a third inductive sub-component can be present, with the first carrying device 401 carrying the first inductive sub-component , the second carrying device 402 carrying the carries the second inductive sub-component and the third carrying device 403 carries the third inductive sub-component. Advantageously, the inductance of the inductive components 451-456 can also be distributed in the individual carrying devices. The inductive components 451-456 can also be arranged at a different location than that shown in FIG. In the exemplary embodiment, the modules of the first carrying device 401, the second carrying device 402 and the third carrying device 403 are electrically connected in series in such a way that these modules form the three branches 13, 21 and 29 (phase module branches 13, 21 and 29) of the modular multilevel form the power converter 1, see FIG. In the exemplary embodiment, the modules of the fourth carrying device 404, the fifth carrying device 405 and the sixth carrying device 406 are electrically connected in series in such a way that these modules connect the three other branches 11, 18 and 27 (phase module branches 11, 18 and 27) of the modular multilevel power supply - ters 1 form . In other exemplary embodiments, the modules can, of course, also be electrically connected in series in a different way.
Im Aus führungsbeispiel der Figur 4 bilden die von der ersten Trageeinrichtung 401 getragenen neun Module Teile von drei Zweigen des modularen Multilevelstromrichters 1 . In anderen Aus führungsbeispielen können die von einer Trageeinrichtung getragenen Module aber auch (mindestens ) Teile von einer anderen Anzahl von Zweigen des modularen Multilevelstromrichters bilden . Beispielsweise können die von einer Trageeinrichtung getragenen Module einen einzigen Zweig bilden oder sechs Zweige . In the exemplary embodiment in FIG. 4, the nine modules carried by the first carrying device 401 form parts of three branches of the modular multilevel power converter 1. In other exemplary embodiments, the modules carried by a carrying device can also form (at least) parts of a different number of branches of the modular multilevel power converter. For example, the modules carried by a carrier may form a single branch or six branches.
Es ist in Figur 4 gut zu erkennen, dass bei der Installation des modularen Multilevelstromrichters 1 lediglich die sechs Trageeinrichtungen 401 - 406 und ( optional ) die zentrale Steuereinrichtung 408 ( sowie gegebenenfalls die induktiven Bauelemente ) zum Installationsort transportiert und dort mit wenigen ( elektrischen oder optischen) Leitungen verbunden/ zu- sammengeschaltet zu werden brauchen . Dadurch lässt sich der modulare Multilevelstromrichter 1 am Installationsort schnell und kostengünstig installieren . Vorzugsweise werden die einzelnen Trageeinrichtungen mitsamt der von ihnen getragenen Elemente vorgefertigt und vorgeprüft , sodass das Risiko des Auftretens von Fehlern minimiert wird . Auch dies trägt zu einer schnellen und kostengünstigen Installation des Multi- levelstromrichters vor Ort bei . Schließlich wird auch die Planung und Proj ektierung des Multilevelstromrichters wesentlich erleichtert , weil dieser Multilevelstromrichter (baukastenartig) aus vordefinierten Einheiten aufgebaut werden kann . Jede Trageeinrichtung bildet mit den von ihr getragenen Modulen und der lokalen Steuereinrichtung eine solche vordefinierte , vorproduzierte und/oder vorgeprüfte Einheit . It can be clearly seen in Figure 4 that during the installation of the modular multilevel power converter 1, only the six carrying devices 401 - 406 and (optionally) the central control device 408 (and possibly the inductive components) are transported to the installation site and there with a few (electrical or optical ) lines need to be connected/ interconnected . As a result, the modular multilevel power converter 1 can be installed quickly and inexpensively at the installation site. The individual carrying devices are preferably prefabricated and pre-tested together with the elements they carry, so that the risk of errors occurring is minimized. This also contributes to a quick and cost-effective installation of the multi- level converter on site at . Finally, the planning and configuration of the multi-level converter is also made much easier because this multi-level converter can be built up (modular) from predefined units. Each carrying device forms such a predefined, pre-produced and/or pre-tested unit with the modules it carries and the local control device.
Vorzugsweise kann j ede Trageeinrichtung aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen, beispielsweise aus einem Metall . Dieses elektrisch leitfähige Material kann elektrisch mit einem elektrischen Bezugspotential verbunden sein, beispielsweise mit Erdpotential 460 oder mit dem elektrischen Potential eines der von der j eweiligen Trageeinrichtung getragenen Module . Dabei kann j ede Trageeinrichtung elektrisch leitfähige Außenwände 463 , 464 aufweisen . Die Außenwände 463 , 464 umgeben die von der Trageeinrichtung j eweils getragenen Module schrankartig . Die Außenwände sind insbesondere dann vorteilhaft , wenn eine Trageeinrichtung lediglich Module eines einzelnen Zweigs des Multilevelstromrichters trägt . Alternativ können die Trageeinrichtungen 401 - 406 auch j eweils aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen und/oder elektrisch isolierende Außenwände aufweisen . Each carrying device can preferably consist of an electrically conductive material, for example a metal. This electrically conductive material can be electrically connected to an electrical reference potential, for example to ground potential 460 or to the electrical potential of one of the modules carried by the respective carrying device. Each carrying device can have electrically conductive outer walls 463 , 464 . The outer walls 463, 464 surround the modules carried by the carrying device in the manner of a cabinet. The outer walls are particularly advantageous when a carrying device only carries modules of a single branch of the multilevel power converter. Alternatively, the carrying devices 401 - 406 can also each consist of an electrically insulating material and/or have electrically insulating outer walls.
Die lokale Steuereinrichtung kann j eweils dazu eingerichtet sein, die elektronischen Schaltelemente der von der j eweiligen Trageeinrichtung getragenen Module so anzusteuern, dass diese Module die j eweils gewünschte Spannung ausgeben . Damit wird erreicht , dass an der mindestens einen Reihenschaltung der Module die gewünschte (vorgewählte ) Spannung auftritt . Diese Steuerfunktion kann als „Modulation" bezeichnet werden . Die zentrale Steuereinrichtung kann so eingerichtet sein, dass diese den Strom des modularen Multilevelstromrichters 1 steuert . The local control device can in each case be set up to control the electronic switching elements of the modules carried by the respective carrying device in such a way that these modules output the respectively desired voltage. This ensures that the desired (preselected) voltage occurs at the at least one series connection of the modules. This control function can be referred to as "modulation". The central control device can be set up in such a way that it controls the current of the modular multilevel converter 1 .
Die lokalen Steuereinrichtungen können auch j eweils eingerichtet sein, (mittels Signalen) von der zentralen Steuereinrichtung stammende Steuerinformationen zu den einzelnen Modu- len weiterzuleiten und/oder von den Modulen stammende Antwortinformationen zu der zentralen Steuereinrichtung weiterzuleiten . In diesem Fall arbeiten die lokalen Steuereinrichtungen als Informationsverteiler, Informationssammler, Signalverteiler und/oder Signalsammler . Alle Informationen, die zu den Modulen übertragen werden, passieren dann die j eweilige lokale Steuereinrichtung der j eweiligen Trageeinrichtung . The local control devices can also be set up in each case (by means of signals) to send control information about the individual modules originating from the central control device. forward len and/or forward answer information originating from the modules to the central control device. In this case, the local control devices work as information distributors, information collectors, signal distributors and/or signal collectors. All information that is transmitted to the modules then passes through the respective local control device of the respective carrying device.
Steuerungs funktionen der lokalen Steuereinrichtungen 411-416 können in einem anderen Aus führungsbeispiel auch zu der zentralen Steuereinrichtung 408 verlagert werden . Auch in diesem Fall dient die j eweilige lokale Steuereinrichtung ( insbesondere ausschließlich) als Informationsverteiler bzw . Signalverteiler zwischen der zentralen Steuereinrichtung und den Modulen der Trageeinrichtung . In diesem Fall können die lokalen Steuereinrichtungen einfacher bzw . kostengünstiger realisiert werden . In another exemplary embodiment, the control functions of the local control devices 411-416 can also be shifted to the central control device 408 . In this case, too, the respective local control device serves (in particular exclusively) as an information distributor or Signal distributor between the central control device and the modules of the carrying device. In this case, the local control devices can be simpler or be implemented more cost-effectively.
Die zentrale Steuereinrichtung 408 kann in anderen Aus führungsbeispielen auch weggelassen werden . Dann können die Funktionen/Auf gaben der zentralen Steuereinrichtung 408 auf die einzelnen lokalen Steuereinrichtungen 411-416 verteilt werden . Dabei können die Funktionen bzw . Aufgaben der zentralen Steuereinrichtung 408 insbesondere von einer, von mehreren oder von allen lokalen Steuereinrichtungen 411-416 ausgeführt werden . Die lokalen Steuereinrichtungen 411-416 können diese zentralen Funktionen bzw . Aufgaben zusätzlich zu ihren lokalen Funktionen bzw . Aufgaben übernehmen . Solche zentralen Funktionen bzw . Aufgaben können beispielsweise auch die Entgegennahme von Eingangsgrößen ( z . B . von Sollwerten oder Messwerten wie Strommesswerten oder Spannungsmesswerten) oder die Ausgabe von Daten (beispielsweise von Wartungsinformationen) sein . The central control device 408 can also be omitted in other exemplary embodiments. Then the functions/tasks of the central control device 408 can be distributed to the individual local control devices 411-416. The functions or Tasks of the central control device 408 are carried out in particular by one, by several or by all local control devices 411-416. The local control devices 411-416 can use these central functions or Tasks in addition to their local functions or take on tasks. Such central functions or Tasks can also be, for example, the receipt of input variables (e.g. setpoint values or measured values such as measured current values or measured voltage values) or the output of data (e.g. maintenance information).
In Figur 5 ist ein Aus führungsbeispiel mit sechs miteinander verbundenen lokalen Steuereinrichtungen dargestellt . Dabei sind die sechs lokalen Steuereinrichtungen 411 ... 416 mittels erster Verbindungsleitungen 504 und mittels zweiter Verbin- dungsleitungen 508 miteinander verbunden . Die ersten Verbindungsleitungen 504 bilden einen ersten Ring und die zweiten Verbindungsleitungen 508 bilden einen zweiten Ring . Insgesamt ist also mittels der ersten Verbindungsleitungen 504 und der zweiten Verbindungsleitungen 508 ein Doppelring gebildet . Über die Verbindungsleitungen 504 und/oder die Verbindungsleitungen 508 ist eine Kommunikation zwischen den lokalen Steuereinrichtungen 411 ... 416 möglich . FIG. 5 shows an exemplary embodiment with six local control devices connected to one another. The six local control devices 411 . . . 416 are connected by means of first connecting lines 504 and by means of second connecting tion lines 508 connected to each other. The first connection lines 504 form a first ring and the second connection lines 508 form a second ring. Overall, therefore, a double ring is formed by means of the first connecting lines 504 and the second connecting lines 508 . Communication between the local control devices 411 . . . 416 is possible via the connecting lines 504 and/or the connecting lines 508 .
Die Verbindungsleitungen 504 , 508 können elektrische Verbindungsleitungen oder optische Verbindungsleitungen ( insbesondere Lichtwellenleiter ) sein . Die lokalen Steuereinrichtungen 411 ... 416 können aber auch anders mittels Verbindungsleitungen miteinander verbunden sein, beispielsweise sternförmig oder mittels eines Einzelrings . The connecting lines 504 , 508 can be electrical connecting lines or optical connecting lines (in particular optical waveguides). However, the local control devices 411 . . . 416 can also be connected to one another in a different way by means of connecting lines, for example in a star configuration or by means of a single ring.
Der modulare Multilevelstromrichter 1 kann eingerichtet sein, als Nennspannung eine Hochspannung und/oder eine Mittelspannung bereitzustellen; der modulare Multilevelstromrichter 1 kann also für den Hochspannungsbereich und/oder den Mittelspannungsbereich eingerichtet sein . Besonders vorteilhaft lassen sich so Multilevelstromrichter realisieren, welche mittels der Trageeinrichtungen einfach in ihrer Spannung skaliert werden können . Insbesondere solche für den Hochspannungsbereich und/oder den Mittelspannungsbereich eingerichtete modulare Multilevelstromrichter können dadurch kostengünstig realisiert werden . The modular multilevel power converter 1 can be set up to provide a high voltage and/or a medium voltage as the nominal voltage; the modular multilevel power converter 1 can therefore be set up for the high-voltage range and/or the medium-voltage range. In this way, multi-level power converters can be realized in a particularly advantageous manner, the voltage of which can be easily scaled by means of the carrying devices. In particular, such modular multilevel power converters set up for the high-voltage range and/or the medium-voltage range can thus be implemented cost-effectively.
In den Trageeinrichtungen sind die Gehäuse der Module gegeneinander elektrisch isoliert angeordnet . Die Module sind elektrisch über ihre ( galvanischen) Modulanschlüsse 212 und 215 bzw . 315 zu der j eweiligen elektrischen Reihenschaltung verbunden . The housings of the modules are arranged in the carrying devices so that they are electrically isolated from one another. The modules are electrically connected via their (galvanic) module connections 212 and 215 or 315 connected to the respective electrical series connection.
An den einzelnen Trageeinrichtungen können auch ein oder mehrere elektrische Sensoren ( zum Beispiel Spannungssensoren und/oder Stromsensoren) angeordnet sein . Oder die einzelnen Trageeinrichtungen können Befestigungspunkte aufweisen, an denen ein Sensor oder mehrere Sensoren befestigt werden können . One or more electrical sensors (for example voltage sensors and/or current sensors) can also be arranged on the individual carrying devices. Or the individual support devices can have attachment points where one or more sensors can be attached.
Der beschriebene Multilevelstromrichter und das beschriebene Verfahren weisen eine Reihe von Vorteilen auf : The multilevel converter described and the method described have a number of advantages:
• einfache Skalierbarkeit : • easy scalability :
Mittels gleichartig aufgebauter Stromrichterbausteine ( die j eweils eine Trageeinrichtung, die Teilmenge der Module sowie eine lokale Steuereinrichtung aufweisen) kann der Multilevelstromrichter einfach in der Spannung skaliert werden . Als Beispiel sei eine Trageeinrichtung genannt , die achtzehn Module trägt , wobei die Module (mittels ihrer Modulanschlüsse 212 und 215 bzw . 315 ) elektrisch zu drei Reihenschaltungen von j e sechs Modulen verbunden sind . Dann kann mittels derartiger Trageeinrichtungen ein insbesondere dreiphasiger Multilevelstromrichter einfach in seiner Spannung skaliert werden, in dem man für eine höhere Spannung j eweils ein oder zwei Trageeinrichtungen hinzufügt . Aufgrund der bausteinartigen Trageeinrichtungen führt ein solches Hinzufügen von weiteren Trageeinrichtungen nur zu einem sehr geringen Aufwand bei der mechanischen Erweiterung und zusätzlicher Verkabelung . By means of power converter modules of the same design (each having a carrying device, the subset of the modules and a local control device), the multilevel power converter can be simply scaled in terms of voltage. An example is a carrying device that carries eighteen modules, the modules being electrically connected (by means of their module connections 212 and 215 or 315) to form three series circuits of six modules each. Then, by means of such support devices, a three-phase multilevel power converter in particular can be easily scaled in terms of its voltage by adding one or two support devices for a higher voltage. Because of the modular carrying devices, such an addition of further carrying devices results in only a very small outlay in terms of mechanical expansion and additional cabling.
• Kostenreduzierung : • Cost reduction :
Durch die Verwendung der (bausteinartigen) Trageeinrichtungen können die Planungskosten und/oder die Produktionskosten deutlich gesenkt werden . Darüber hinaus kann auch die Aufbauzeit am Installationsort deutlich reduziert werden . By using the (modular) carrying devices, the planning costs and/or the production costs can be significantly reduced. In addition, the construction time at the installation site can be significantly reduced.
• vereinfachte Verkabelung : • simplified wiring :
Da die einzelnen Module einer Trageeinrichtung nur mit der lokalen Steuereinrichtung der Trageeinrichtung verbunden sind (und nicht alle Module mit einer zentralen Steuereinrichtung des Multilevelstromrichters verbunden werden müssen) , können die Steuerleitungen vergleichsweise kurz sein . Auch kann das Installieren und/oder Prüfen der Steuerleitungen vorzugsweise bei der Vorfertigung der bausteinartigen Trageeinrichtungen mit den von ihnen j eweils getragenen Elementen erfolgen, was vergleichsweise schnell geht und weniger Fehlerpotential aufweist . Since the individual modules of a carrying device are only connected to the local control device of the carrying device (and not all modules have to be connected to a central control device of the multilevel converter), the control lines can be comparatively short. The installation and/or testing of the control lines can also preferably be carried out during the prefabrication of the modular carrying devices with the elements that are carried by them is comparatively quick and has less potential for error.
• standardisierte Testung der Trageeinrichtungen mitsamt der von ihnen getragenen Elemente : • standardized testing of the carrying devices together with the elements they carry:
Die Trageeinrichtungen mitsamt der von ihnen getragenen Elemente und der Steuerleitungen können unter Fabrikbedingungen getestet werden . Somit können Fehler bereits bei der Herstellung erkannt werden und nicht erst am Installationsort ( also zum Beispiel nicht erst auf der Baustelle des Kunden) . The carrying devices together with the elements they carry and the control lines can be tested under factory conditions. Errors can thus already be detected during production and not only at the installation site (i.e. not only at the customer's construction site, for example).
Es wurde ein modularer Multilevelstromrichter beschrieben, welcher Trageeinrichtungen aufweist , die j eweils Module sowie eine lokale Steuereinrichtung tragen . Dieser Multilevelstromrichter ist also aus bausteinartigen Elementen zusammengesetzt , wobei diese bausteinartigen Elemente ( die insbesondere j eweils die Trageeinrichtung, die Module , die lokale Steuereinrichtung und die j eweiligen Steuerleitungen aufweisen) vorzugsweise j eweils gleichartig aufgebaut sind . Zwischen den Trageeinrichtungen sind vergleichsweise wenige verbindende Leitungen notwendig . Die trageeinrichtungsinternen Leitungen können bereits vorinstalliert sein . Die bausteinartigen Elemente können flexibel für verschiedene Multilevelstromrichter eingesetzt werden . So kann in verschiedenen Aus führungsbeispielen von einer Trageeinrichtung beispielsweise j eweils eine unterschiedliche Anzahl an Modulen getragen werden, wobei diese Module j eweils zu einer unterschiedlichen Anzahl an elektrischen Reihenschaltungen verbunden sein können . A modular multilevel power converter has been described which has carrying devices that each carry modules and a local control device. This multilevel power converter is therefore composed of modular elements, these modular elements (which in particular each have the carrying device, the modules, the local control device and the respective control lines) preferably each having the same structure. Comparatively few connecting lines are required between the carrying devices. The lines inside the carrying device can already be pre-installed. The modular elements can be used flexibly for different multilevel power converters. In various exemplary embodiments, for example, a different number of modules can each be carried by a carrying device, and these modules can each be connected to form a different number of electrical series circuits.
Be zugs Zeichen reference sign
I Multilevelstromrichter I Multilevel power converter
5 erster Wechselspannungsanschluss5 first AC voltage connection
7 zweiter Wechselspannungsanschluss7 second AC connector
9 dritter Wechselspannungsanschluss9 third AC connector
I I erster Phasenmodul zweig I I branch first phase module
13 zweiter Phasenmodul zweig 13 second phase module branch
15 erstes Phasenmodul 15 first phase module
16 erster Gleichspannungsanschluss16 first DC voltage connection
17 zweiter Gleichspannungsanschluss17 second DC voltage connection
18 dritter Phasenmodul zweig 18 third phase module branch
21 vierter Phasenmodul zweig 21 fourth phase module branch
24 zweites Phasenmodul 24 second phase module
27 fünfter Phasenmodul zweig 27 fifth phase module branch
29 sechster Phasenmodul zweig 29 sixth phase module branch
31 drittes Phasenmodul 31 third phase module
32 positivseitiges Stromrichterteil32 positive-side converter part
33 negativseitiges Stromrichterteil33 negative-side converter part
1 1 ... 6 n Module 1 1 ... 6 n modules
200 Modul 200 module
202 erstes elektronisches Schaltelement202 first electronic switching element
204 erste antiparallel geschaltete Diode204 first anti-parallel connected diode
206 zweites elektronisches Schaltelement206 second electronic switching element
208 zweite antiparallel geschaltete Diode208 second anti-parallel connected diode
210 elektrischer Energiespeicher 210 electrical energy storage
212 erster Modulanschluss 212 first module connection
215 zweiter Modulanschluss 215 second module connector
302 drittes elektronisches Schaltelement302 third electronic switching element
304 dritte antiparallel geschaltete Diode304 third anti-parallel diode
306 viertes elektronisches Schaltelement306 fourth electronic switching element
308 vierte antiparallel geschaltete Diode308 fourth anti-parallel diode
315 zweiter Modulanschluss 315 second module connector
401 erste Trageeinrichtung 401 first carrying device
402 zweite Trageeinrichtung 403 dritte Trageeinrichtung 402 second carrying device 403 third carrying device
404 vierte Trageeinrichtung 404 fourth carrying device
405 fünfte Trageeinrichtung 405 fifth carrying device
406 sechste Trageeinrichtung 406 sixth carrying device
408 zentrale Steuereinrichtung 408 central controller
411 erste lokale Steuereinrichtung 411 first local controller
412 zweite lokale Steuereinrichtung 412 second local controller
413 dritte lokale Steuereinrichtung 413 third local controller
414 vierte lokale Steuereinrichtung 414 fourth local controller
415 fünfte lokale Steuereinrichtung 415 fifth local controller
416 sechste lokale Steuereinrichtung 416 sixth local controller
421 erste Kommunikationsverbindung, erste Steuerleitung421 first communication link, first control line
422 zweite Kommunikationsverbindung, zweite Steuerleitung 422 second communication link, second control line
423 dritte Kommunikationsverbindung, dritte Steuerleitung 423 third communication link, third control line
429 neunte Kommunikationsverbindung, neunte Steuerleitung 429 ninth communication link, ninth control line
435 zentrale Kommunikationsverbindung, zentrale Steuerleitung 435 central communication link, central control line
441 erste elektrische Reihenschaltung 441 first electrical series connection
442 zweite elektrische Reihenschaltung 442 second electrical series connection
443 dritte elektrische Reihenschaltung 443 third electrical series connection
451 erstes induktives Bauelement 451 first inductive component
452 zweites induktives Bauelement 452 second inductive component
453 drittes induktives Bauelement 453 third inductive component
454 viertes induktives Bauelement 454 fourth inductive component
455 fünftes induktives Bauelement 455 fifth inductive component
456 sechstes induktives Bauelement 456 sixth inductive component
460 Erdpotential 460 ground potential
463 Außenwand 463 outer wall
464 Außenwand 464 outer wall
504 Verbindungsleitung 504 connection line
508 Verbindungsleitung 508 connection line

Claims

23 Patentansprüche 23 patent claims
1. Modularer Multilevelstromrichter (1) mit einer Vielzahl von Modulen ( 1_1 ... 6_n) , wobei 1. Modular multilevel converter (1) with a plurality of modules (1_1 ... 6_n), where
- der Multilevelstromrichter eine Mehrzahl von Trageeinrichtungen (401 ... 406) aufweist, die jeweils eine Teilmenge der Module ( 1_1 ... 6_n) tragen, - the multilevel converter has a plurality of carrying devices (401 ... 406), each carrying a subset of the modules (1_1 ... 6_n),
- die Module der Teilmenge elektrisch zu einer oder mehreren Reihenschaltungen (441, 442, 443) verbunden sind, und - the modules of the subset are electrically connected to form one or more series circuits (441, 442, 443), and
- jeder Trageeinrichtung (401 ... 406) eine lokale Steuereinrichtung (411 ... 416) zugeordnet ist, die mittels jeweils einer Kommunikationsverbindung (421, 422, 423) mit allen von der Trageeinrichtung getragenen Modulen verbunden ist. - Each carrying device (401 ... 406) is assigned a local control device (411 ... 416) which is connected to all of the modules carried by the carrying device by means of a respective communication connection (421, 422, 423).
2. Modularer Multilevelstromrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 2. Modular multilevel power converter according to claim 1, characterized in that
- jede Trageeinrichtung (401 ... 406) die jeweils zugeordnete lokale Steuereinrichtung (411 ... 416) trägt. - Each carrying device (401 ... 406) carries the respective assigned local control device (411 ... 416).
3. Modularer Multilevelstromrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass 3. Modular multilevel converter according to claim 1 or 2, characterized in that
- die Kommunikationsverbindungen (421, 422, 423) als elektrische Steuerleitungen und/oder optische Steuerleitungen ausgebildet sind. - The communication connections (421, 422, 423) are designed as electrical control lines and/or optical control lines.
4. Modularer Multilevelstromrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 4. Modular multilevel power converter according to one of the preceding claims, characterized in that
- die lokalen Steuereinrichtungen (411 ... 416) mittels Verbindungsleitungen (504, 508) verbunden sind. - The local control devices (411 ... 416) are connected by means of connecting lines (504, 508).
5. Modularer Multilevelstromrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 5. Modular multilevel power converter according to one of the preceding claims, characterized in that
- die Module mehrerer Trageeinrichtungen (401, 402, 403) elektrisch in Reihe geschaltet sind derart, dass diese Module mindestens einen Zweig (13, 21, 29) des modularen Multilevel- stromrichters bilden. - The modules of several carrying devices (401, 402, 403) are electrically connected in series in such a way that these modules form at least one branch (13, 21, 29) of the modular multilevel converter.
6. Modularer Multilevelstromrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 6. Modular multilevel power converter according to one of the preceding claims, characterized in that
- die Trageeinrichtungen (401 ... 406) jeweils aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen, welches elektrisch mit einem elektrischen Bezugspotential verbunden ist, insbesondere mit dem Erdpotential (460) oder mit dem elektrischen Potential eines der von der jeweiligen Trageeinrichtung getragenen Module ( 1_1 ... 6_n) . - the carrying devices (401 ... 406) each consist of an electrically conductive material which is electrically connected to an electrical reference potential, in particular to the ground potential (460) or to the electrical potential of one of the modules carried by the respective carrying device ( 1_1 . .. 6_n) .
7. Modularer Multilevelstromrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 7. Modular multilevel power converter according to one of the preceding claims, characterized in that
- die Trageeinrichtungen (401 ... 406) elektrisch leitfähige Außenwände (463, 464) aufweisen, welche die jeweilige Teilmenge der Module schrankartig umgeben. - The carrying devices (401 ... 406) have electrically conductive outer walls (463, 464) which surround the respective subset of the modules in the manner of a cabinet.
8. Modularer Multilevelstromrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass 8. Modular multilevel power converter according to one of claims 1 to 5, characterized in that
- die Trageeinrichtungen (401 ... 406) jeweils aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen. - the carrying devices (401 ... 406) each consist of an electrically insulating material.
9. Modularer Multilevelstromrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 9. Modular multilevel power converter according to one of the preceding claims, characterized in that
- mindestens eine Trageeinrichtung (403) ein induktives Bauelement aufweist, das elektrisch in Reihe zu einer der Reihenschaltungen der Module geschaltet ist. - At least one carrying device (403) has an inductive component which is electrically connected in series with one of the series circuits of the modules.
10. Modularer Multilevelstromrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 10. Modular multilevel power converter according to one of the preceding claims, characterized in that
- der modulare Multilevelstromrichter (1) eine zentrale Steuereinrichtung (408) aufweist, die den lokalen Steuereinrichtungen (411 ... 416) übergeordnet ist. - The modular multilevel converter (1) has a central control device (408) which is superordinate to the local control devices (411...416).
11. Modularer Multilevelstromrichter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass 11. Modular multilevel power converter according to claim 10, characterized in that
- die lokale Steuereinrichtung (411 ... 416) jeweils eingerichtet ist, elektronische Schaltelemente (202, 206, 302, 306) der von der jeweiligen Trageeinrichtung getragenen Module so anzusteuern, dass an der mindestens einen Reihenschaltung der Module eine vorgewählte Spannung auf tritt, und/oder - the local control device (411 ... 416) is set up in each case to control electronic switching elements (202, 206, 302, 306) of the modules carried by the respective carrying device in such a way that a preselected voltage occurs at the at least one series connection of the modules, and or
- die zentrale Steuereinrichtung (408) eingerichtet ist, den Strom des modularen Multilevelstromrichter zu steuern. - The central control device (408) is set up to control the current of the modular multilevel converter.
12. Modularer Multilevelstromrichter nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass 12. Modular multilevel power converter according to claim 10 or 11, characterized in that
- die lokalen Steuereinrichtungen (411 ... 416) jeweils eingerichtet sind, mittels Signalen von der zentralen Steuereinrichtung (408) stammende Steuerinformationen zu den Modulen (1_1 ... 6_n) weiterzuleiten und/oder von den Modulen ( 1_1 ... 6_n) stammende Antwortinf ormationen zu der zentralen Steuereinrichtung (408) weiterzuleiten. - the local control devices (411 ... 416) are each set up to forward control information originating from the central control device (408) to the modules (1_1 ... 6_n) and/or from the modules (1_1 ... 6_n) by means of signals to forward originating response information to the central control device (408).
13. Modularer Multilevelstromrichter nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass 13. Modular multilevel converter according to any one of claims 10 to 12, characterized in that
- die zentrale Steuereinrichtung (408) mittels jeweils einer Kommunikationsverbindung (435) mit den lokalen Steuereinrichtungen (411 ... 416) verbunden ist. - the central control device (408) is connected to the local control devices (411 . . . 416) by means of a respective communication connection (435).
14. Modularer Multilevelstromrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass 14. Modular multilevel power converter according to one of claims 1 to 9, characterized in that
- der modulare Multilevelstromrichter (1) frei von einer zentralen Steuereinrichtung (408) ist. - The modular multilevel converter (1) is free of a central control device (408).
15. Verfahren zum Steuern eines modularen Multilevelstrom- richters (1) mit einer Vielzahl von Modulen ( 1_1 ... 6_n) , wobei 26 15. A method for controlling a modular multilevel converter (1) with a plurality of modules (1_1 ... 6_n), wherein 26
- der Multilevelstromrichter eine Mehrzahl von Trageeinrichtungen (401 ... 406) aufweist, die jeweils eine Teilmenge der Module ( 1_1 ... 6_n) tragen, - the multilevel converter has a plurality of carrying devices (401 ... 406), each carrying a subset of the modules (1_1 ... 6_n),
- die Module der Teilmenge elektrisch zu einer oder mehreren Reihenschaltungen (441, 442, 443) verbunden sind, und - the modules of the subset are electrically connected to form one or more series circuits (441, 442, 443), and
- jeder Trageeinrichtung (401 ... 406) eine lokale Steuereinrichtung (411 ... 416) zugeordnet ist, die mittels jeweils einer Kommunikationsverbindung (421, 422, 423) mit allen von der Trageeinrichtung getragenen Modulen verbunden ist, wobei bei dem Verfahren - Each carrying device (401 ... 406) is assigned a local control device (411 ... 416) which is connected by means of a respective communication connection (421, 422, 423) to all the modules carried by the carrying device, with the method
- mittels der lokalen Steuereinrichtung (411 ... 416) die von der jeweiligen Trageeinrichtung (401 ... 406) getragenen Module gesteuert werden. - The modules carried by the respective carrying device (401 ... 406) are controlled by means of the local control device (411 ... 416).
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass 16. The method according to claim 15, characterized in that
- mittels einer zentralen Steuereinrichtung (408) , die den lokalen Steuereinrichtungen (411 ... 416) übergeordnet ist, zentrale Steuerfunktionen für die von der Mehrzahl von Trageeinrichtungen (401 ... 406) getragenen Module durchgeführt werden . - By means of a central control device (408), which is superordinate to the local control devices (411...416), central control functions are carried out for the modules carried by the plurality of carrying devices (401...406).
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