WO2015192911A1 - Verfahren zum ermitteln der anzahl von intakten halbleiterstufen - Google Patents

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WO2015192911A1
WO2015192911A1 PCT/EP2014/063023 EP2014063023W WO2015192911A1 WO 2015192911 A1 WO2015192911 A1 WO 2015192911A1 EP 2014063023 W EP2014063023 W EP 2014063023W WO 2015192911 A1 WO2015192911 A1 WO 2015192911A1
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stages
intact
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PCT/EP2014/063023
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Jörg DORN
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/327—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/40—Testing power supplies

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the number of intact semiconductor stages in a power converter having at least one semiconductor valve, having a plurality of elekt ⁇ driven serially connected semiconductor stages. Furthermore, the invention relates to a device for determining the number of intact semiconductor stages.
  • Power converters are used to convert an electrical
  • Type of current in another type of electrical current can be DC and AC.
  • Power converters for converting AC to DC are referred to as rectifiers;
  • Power converters for converting direct current into alternating current are called inverters.
  • converters have at least one semiconductor valve to effect the conversion of the electrical current.
  • these semiconductor valves When a converter is to be used at high voltages (for example, at high voltages in the range between 20 kV and 800 kV), then, these semiconductor valves often ⁇ times more electrically series-connected semiconductor stages. These semiconductor stages are often of similar construction. Each of these semiconductor stages has a certain dielectric strength; By the series connection of a plurality of these semiconductor stages semiconductor valves can be realized with very high voltage strengths. The greater the required dielectric strength of the semiconductor valve , the ⁇ to more semiconductor stages are electrically connected in series.
  • defects can occur at individual semiconductor stages. Such defects are particularly evident in pressure-contacted components in that the semiconductor stages assume a low-resistance state in both directions (that is to say in the case of both polarities).
  • the reason for this purpose it may be that a semiconductor component respectively arranged in the semiconductor stages has lost its blocking capability (this is referred to as the so-called alloying of the semiconductor component), so that a low-resistance state exists in both polarities of the semiconductor valve.
  • a failure of a single semiconductor stage or of a few semiconductor stages is not critical as long as the remaining intact semiconductor stages are able to realize the required dielectric strength overall.
  • the failure of individual semiconductor stages is considered in the design of converters from the outset, so often more semiconductor ⁇ stages are arranged in the semiconductor valves, as would actually be necessary for the operation at a certain voltage. Then, these semiconductor valves have a number of redundant semiconductor stages. If defects in these redundant semiconductor stages of the converter with respect can easily continue editing ⁇ floated on the remaining dielectric strength.
  • the invention has for its object to provide a method and a device for determining the number of intact semiconductor stages.
  • the at least one semiconductor valve is supplied with a test signal
  • the semiconductor valve is acted upon as a whole with the test signal. It is therefore not necessary to introduce the test signal specifically into individual semiconductor stages of the semiconductor valve. Rather, the entire semiconductor valve is supplied with the Testsig ⁇ nal and recorded on the basis of the test signal entste- immediate test response signal. Then the number of intact semi ⁇ conductor stages of the semiconductor valve is determined by evaluating the test response signal. If it turns out that the number of intact semiconductor stages to achieve a predetermined dielectric strength of the semiconductor valve is no longer sufficient, then the affected semiconductor valve or the defective Halbleiterstu ⁇ fen be replaced.
  • the method may also be configured such that the number of intact semiconductor steps of the semiconductor valve is determined on the basis of the test response signal by the test response ⁇ signal with at least one (known) reference response ⁇ signal for the power converter is compared.
  • the evaluation of the test-response signal is advantageously carried out by comparison with a known reference-response signal for the power converter.
  • a reference response signal is, for example, a target response signal for a power converter, wherein the semiconductor valve a certain number of half ⁇ ladder steps (eg 15/2 ladder steps) are intact.
  • test response signal corresponds to this reference response signal (ie, if the deviation between the test response signal and the reference response signal is below a predetermined threshold), then it has been determined that in the semiconductor valve the certain number of semiconductor stages (here : the fifteen semiconductor stages exemplified) are intact.
  • the process may also proceed so that the number of intact semiconductor steps of the semiconductor valve is determined on the basis of the test response signal by the test response ⁇ signal having different (known) reference response signals for the power converter is compared with the various reference response signals are each reference response signals for a power converter with a different number of intact semiconductor stages of the semiconductor valve, and that reference response signal is determined which has the greatest similarity to the test response signal.
  • test-response signal is advantageously compared with various known reference response signals for the power converter and it is the reference response signal determined which has the greatest similarity to the test-response signal.
  • various methods are generally known, in particular to methods for determining the so-called correlation between two signals.
  • the similarity in particular a degree of agreement Zvi ⁇ rule the test response signal and the respective reference response signal can be determined. Based on the reference response signal ⁇ with the greatest degree of agreement then the number of intact semiconductor stages of Halbleiterven- can be tils found.
  • the method may be configured such that the semiconductor valve is a diode valve and the semiconductor stages
  • uncontrolled power converters can be constructed with diode valves, which can be implemented simply and inexpensively.
  • the method can also be configured such that the converter is a line-commutated converter, in particular a line-commutated converter in six-pulse bridge circuit.
  • Power converters in six-pulse bridge circuit are advantageously used for three-phase alternating currents.
  • the ⁇ like converter have six semiconductor valves , from which in each case two semiconductor valves are used for a phase of the three-phase alternating current ⁇ .
  • the procedure can also be such that
  • test signal is a test voltage signal and the test response signal is a test current signal (occurring in the power converter due to the test voltage signal) or
  • the test signal is a test current signal and the test-response ⁇ signal (occurring due to the test current signal in the power converter) test voltage signal.
  • the test signal is a test voltage signal with which the semiconductor valve is applied. The virtue of this test voltage signal in the converter flows ⁇ sequent stream forms a test current signal which is detected and evaluated.
  • the test signal is a test current signal with which the semiconducting ⁇ terventil is applied. Due to the test current signal, a test voltage signal is generated in the power converter. This test voltage signal then forms the test response signal.
  • the test signal leads in a causal manner to the test response signal.
  • the method can also be designed such that
  • the number of intact semiconductor stages of the semiconductor valves is determined.
  • the number of intact semiconductor stages in a plurality of semiconductor valves or even in all semiconductor valves of the power converter can be determined.
  • the plurality of semiconductor valves (or all semiconductor valves) of the power converter are successively supplied with the test signal and in each case the occurring test response signal is detected.
  • the application of the test signal and the detection of the test-response signals can be automated, so that a fast and cost-effective. ten marses determination of the respective number of intact semiconductor stages is possible.
  • the method may also be configured such that based on the (multiple) test response signals, the number of intact half ⁇ ladder steps of the semiconductor valves is determined by an equation system is set up with ⁇ means of the test response signals, the number of equations in the number of corresponds to (more) semiconductor valves and wherein the unknowns of this equation system, the respective number of intact
  • the number of intact semiconductor stages of the semiconductor valve is determined
  • the number of (intact) redundant semiconductor stages is determined by the difference of the determined number of intact semiconductor stages and a (known) number of necessary semiconductor stages (the semiconductor valve) is formed.
  • the number of the determination date vorlie ⁇ constricting (intact) is determined redundant semiconductor stages of the semiconductor valve.
  • This number of (intact) redundant semiconductor stages is, in particular, the number of semiconductor stages which are still excessively present at the time of determination, and which can break, without the dielectric strength of the semiconductor valve falling below the required value.
  • the number of necessary semiconductor tergen be known: that's the number of Halbleiterstu ⁇ fen, which are necessary in the semiconductor valve to provide the emergency ⁇ agile dielectric strength of the semiconductor valve undzu ⁇ .
  • a signal input device for applying the test signal to the at least one semiconductor valve
  • An evaluation unit for determining the number of intact semiconductor stages of the semiconductor valve based on the test response signal can be designed to determine the number of intact semiconductor stages of the semiconductor valve by means of a comparison of the test response signal with at least one (known) reference response signal for the power converter.
  • the evaluation unit can be designed to determine the number of intact semiconductor stages of the semiconductor valve by means of a comparison of the test response signal with different (known) reference response signals for the power converter, wherein the different reference response signals each reference response signals for a power converter with a different number of intact semiconductor stages of the semiconductor valve, and by means of a determination of that reference response signal, which has the greatest similarity to the test response signal on ⁇ .
  • the evaluation unit can be designed to determine the number of intact semiconductor stages of a plurality of semiconductor valves by setting up a Gleichungssys ⁇ tems with the test response signals of these multiple semiconductor valves, wherein the number of equations of the number of
  • this system of equations are the respective number of intact semiconducting ⁇ tergen the semiconductor valves, and by solving the equation system. By solving this equation system, the unknowns and thus the number of intact semiconductor stages of the plurality of semiconductor valves are then determined.
  • the evaluation unit can be designed to form the difference between the determined number of intact semiconductor stages and a (known) number of necessary semiconductor stages (whereby the number of (intact) redundant semiconductor stages of the semiconductor valve
  • the device can be determined).
  • the device can also be designed so that the
  • Signal feed device comprises a switching device to successively apply a plurality of semiconductor valves of the power converter with the test signal.
  • the device may be implemented such that the semiconductor valve is a diode valve and that the semiconductor stages are diode stages.
  • the device can be configured such that the power converter is a line-commutated converter, in particular a line-commutated converter in six-pulse bridge circuit.
  • the device can also be designed so that
  • test signal is a test voltage signal and the test response signal is a test current signal (occurring in the power converter due to the test voltage signal) or -
  • the test signal is a test current signal and the test-response ⁇ signal (occurring due to the test current signal in the power converter) test voltage signal.
  • Figure 1 shows an embodiment of a power converter with six semiconductor valves, in
  • FIG. 2 is a detailed embodiment of a
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a method and a device for determining the number of intact semiconductor stages of a semiconductor transistor
  • FIG. 5 shows an embodiment of the method
  • FIG. 1 shows a power converter 1 is shown, which is designed in the embodiment as a power-line converter 1 designed. This power converter is on
  • Diode rectifier 1 ie the semiconductor valves of this converter have diodes.
  • the power converter 1 has a first AC input 3, a second AC input Current input 5, a third AC input 7 and a DC output 9. 1 also includes the power converter to a first semiconductor valve 11, a second semiconductor ⁇ valve 12, a third semiconductor valve 13, a fourth semiconductor valve 14, a fifth semiconductor valve 15 and a sixth semiconductor valve sixteenth
  • the Stromrich ⁇ ter 1 in the form of a known as such six-pulse bridge circuit (B6 circuit) and is used to convert a three-phase alternating current into a direct current.
  • the DC voltage output 9 has a positive terminal 18 and a negative terminal 20 at which the direct current or the DC voltage is provided.
  • the semiconductor valves 11 to 16 are each only schematically as a (with a
  • each semiconductor valve contains only a single diode. Rather, each semiconductor valve has a plurality of semiconductor stages connected electrically in series, which is shown in the following figure.
  • the structure of the first semiconductor valve 11 is shown by way of example.
  • the other semiconductor valves 12 to 16 have a similar structure.
  • the first semiconductor valve 11 has n semiconducting ⁇ tergen to in general; FIG. 2 shows only the first semiconductor stage 200_1, the second semiconductor stage 200_2 and the nth semiconductor stage 200_n. All semiconductor stages 200_1 to 200_n have a similar structure.
  • the first semiconductor stage 200_1 has a Halbleiterbauele ⁇ ment 206, which in the embodiment as a diode
  • semiconductor diode 206 is configured. Electrically parallel to the semiconductor device 206 is an attenuator
  • each semiconductor my stage to a parallel circuit of the semiconductor device 206 and passive electrical construction ⁇ elements 208, 211 and 212, wherein the passive electrical components are in particular resistors 208, 212 and / or capacitors 211th
  • the diode 206 is characterized by having a forward direction and a reverse direction.
  • the positive half-wave of a voltage applied to the diode 6 Kirstro ⁇ mes can pass through the diode 6 in the forward direction.
  • All semiconductor devices 206 of the first semiconductor valve 11 have the same blocking direction or the forward direction, that is, all semiconductor devices 206 of the first Halbleiterven ⁇ TILs 11 have the same polarity.
  • the attenuator 207 limits overvoltages, the z. B. caused by a reverse current which occurs when switching the diode 206 from the conductive state (forward direction) in the non-conductive state (reverse direction).
  • the attenuator 207 acts symmetric with alternating voltage load or surge voltages, which can occur, for example due to external influences such as switching operations.
  • the resistor 212 of the attenuator 207 is low-resistance in the range of, for example, 10 ohms to 100 ohms designed.
  • the capacitor 211 of the attenuator 207 is low capacitively (for example in the range of 0.1 microfarad to 50 microfarads) designed.
  • the diodes 206 of the first semiconductor valve 11 slightly to below ⁇ Kunststoffliche reverse currents. In case of concern As a result, different voltages would drop across the individual diodes 206 of the first semiconductor valve 11.
  • the balancing resistances 208 provide in this case, since ⁇ for that approximately the same voltage drop across each diode 206; the balancing resistances 208 are high impedance, for example in the range of 100K ohms to 20 megohms formed from ⁇ .
  • an overvoltage absorber 220 may optionally be connected. This surge arrester 220 protects the first semiconductor valve 11 against surges, the wise example ⁇ ⁇ can occur due to lightning conditions, or other external influences.
  • the semiconductor devices are configured as diodes.
  • the first semiconductor valve 11 is therefore a diode valve and the n half ⁇ ladder steps are each diode stages.
  • the diode 206 of the first semiconductor stage 200_1 is defective, then this diode 206 is typically low resistance in both directions, i. H. low impedance for both polarities.
  • the impedance of the passive components of the first semiconductor stage 200_1 arranged parallel to the diode 206 in particular the impedance of the resistor 212, the capacitor 211 and the balancing resistor 208, is electrically short-circuited.
  • the second semiconductor stage 200_2 (which should be intact in the exemplary embodiment), in contrast, has a significantly greater impedance in the reverse direction because the impedance of the passive components of the second semiconductor stage 200_2, in particular the impedance of the resistor 212, of the capacitor 211 and of the
  • the diode 206 of the second semiconductor stage 200_2 is not electrically shorted by the diode 206 of the second semiconductor stage 200_2.
  • the diodes have a high impedance, that is, in which the diodes are reverse biased.
  • an evaluation of the number of intact semiconductor stages can be made by evaluating the test response signal in the form of the resulting current.
  • the greater the number of intact semiconductor stages the greater the impedance of the semiconductor valve in the reverse direction (due to the greater number of effective components connected in parallel) and the smaller the current flowing through the semiconductor valve in the reverse direction.
  • FIG. 3 shows the power converter 1 together with a device 300 for determining the number of intact semiconductor stages.
  • the determination device 300 is a test device or test device by means of which the number of intact semiconductor stages can be determined.
  • the determination device 300 comprises a signal generator 302, a sensor 304 (which in the exemplary embodiment is configured as a current sensor 304, in particular as a current transformer 304), a digital / analog converter 306, a
  • the Sig ⁇ nalerzeuger 302 With the detection means 300, the number of intact semiconductor stages of the third semiconductor valve 13 is determined in the embodiment of Figure 3 ,
  • the Sig ⁇ nalerzeuger 302 generates a test signal 320 in the form of a test voltage signal 320.
  • voltage signal 320 is a time-varying test voltage which can have different denste forms. For example, it may be a sinusoidal voltage, a square-wave voltage or a voltage jump.
  • the test voltage signal 320 may also occur in chronological succession. tende, have different frequencies.
  • the sinusoidal voltages may additionally be combined with other voltage forms (such as square-wave voltages or voltage jumps).
  • the test signal 320 is transmitted via an electrical line 322 to a first feed point 324 (signal feed point 324) and via a further electrical line 326 to a second feed point 328. At the first feed point 324 and at the second feed point 328, the test signal 320 is fed to the second AC input 5 and into the positive terminal 18 of the DC output of the power converter 1.
  • the electrical leads 322 and 326 as well as the first feed point 324 and the second feed point 328 form a signal feed device 329.
  • the third semiconductor valve 13 is acted upon by the Testsig ⁇ nal 320th Due to the voltage applied to the third semiconducting ⁇ terventil 13 320 test voltage flowing through the third semiconductor valve 13, an electric current, which forms a test-response signal 330th
  • This test response signal 330 (ie, the electric current 330) is detected by the Stromsen ⁇ sors 304.
  • the resulting measured values (current ⁇ measured values) are gitalinstrument by means of the digital to analog converter 306 di ⁇ and temporarily stored in the memory 308th
  • the memory 308 may be configured, for example, as a random access memory (RAM). In this way, the time course of the test response signal 330 is detected.
  • the evaluation unit 312 now compares the test response signal 330 buffered in the memory 308 with one or more reference response signals for the power converter 1, which are stored in the reference memory 310.
  • the reference response signals are generally the various response signals from identical power converters, each containing a different number of intact semiconductor stages have one of their semiconductor valves. If the test response signal matches a reference response signal, it is detected that the power converter has the number of intact semiconductor stages of the third semiconductor valve 13 that belongs to the matching reference response signal.
  • the evaluation unit 312 compares the test response signal 330 with the reference response signals and ermit ⁇ telt that of reference response signal which has the greatest similarity ⁇ friendliness with the test response signal.
  • the evaluation unit 312 calculates, for example, the so-called Korre ⁇ lations tileen as a measure of the similarity of the test response signal 330 with the respective reference response ⁇ signals.
  • the determined number (in this case the number of intact semiconductor stages of the third semiconductor valve 13) is then output on the display unit 314.
  • an atmosphere of the test response signal with a reference response signal can be detected even if the deviation between the two signals falls below a predetermined threshold (z. B. the threshold 2 Pro ⁇ percent).
  • a predetermined threshold z. B. the threshold 2 Pro ⁇ percent.
  • the correspondence can then be established, when a degree of match between the test-response signal and the reference response ⁇ signal exceeds a predetermined threshold (z. B. the threshold value 98 percent).
  • An overruling of the test response signal with a reference response signal can be detected at ⁇ example by comparison of the time courses of the signal by comparing the frequency spectra of the signals, or by comparing statistical values of the signals such. For example, averages or variances.
  • each reference response signal of a configuration of the power converter 1 associated ⁇ in which a specific semiconductor valve has a ⁇ be agreed number of intact semiconductor stages. Leave on a sufficiently large number of reference response signals As a result, the failure possibilities of the power converter 1 (that is, all variants of the occurrence of intact and defek ⁇ ter semiconductor stages in the individual semiconductor valves) at least approximately cover.
  • the test response signal 330 is ⁇ with those reference response signals (which are stored in the reference memory 310) are compared, which relate to the third semiconductor valve. 13
  • the third semiconductor valve 13 has for example, 30 semiconductor stages ⁇
  • 310 thirty Refe ⁇ rence response signals are stored in the reference memory, which all possible cases (starting with an intact semiconductor stage of drit ⁇ th semiconductor valve to thirty intact semiconductor ⁇ steps of third semiconductor valve 13) cover.
  • the evaluation unit 312 would compare the test evaluation signal 330 with these 30 different reference response signals and determine the reference conformity signal with the greatest degree of agreement (which corresponds to the best match).
  • the case "twenty-seven intact semiconductor stages of the third th semiconductor valve affects 13 "then is determined so that the third semiconductor valve comprises 13 twenty-seven intact semiconductor stages.
  • the test signal 320 is not only the third half ⁇ conductor valve 13 but the test signal 320 is, for example, also across the series circuit of the fourth Semiconductor valve 14, the sixth semiconductor valve 16 and the fifth semiconductor valve 15.
  • the impedances occurring in this series circuit are greater than the impedances occurring in the third semiconductor valve 13
  • the determination of the number of intact semiconductor stages of the third semiconductor valve 13 is only slightly falsified .
  • this influence of the remaining semiconductor valves can (here, the semiconductor valves 14, 15 and 16) in the stored in the reference memory 310 reference response signals already considered (ie this Refe ⁇ rence response signals may have been detected on a power converter be similar to the power converter 1 is constructed). Therefore, it is advantageous to perform the reference measurement (ie, the determination of the reference response signals) on the (fully constructed) power converter and not on an isolated (dismantled) semiconductor valve.
  • Figure 4 an embodiment is shown which is characterized by failed ⁇ det of the embodiment of Figure 3, that the test signal is fed 320 to a different position in the power converter.
  • 1 In the embodiment of Figure 4 is the first feed point 324 and second feed point 328 on the primary side of a transfor ⁇ mators 402.
  • the secondary side of the transformer 402 is connected to the alternating current inputs 3,5 and 7 of the converter.
  • the test signal 320 (here: the test voltage signal 320) is fed into the primary winding of the transformer 402, transmitted to the secondary winding of the transformer and from there to the semiconductor valves.
  • the test signal 320 becomes a series circuit of the first semiconductor valve 11 and the third semiconductor valve 13 as well to a series circuit of the second semiconductor valve 12 and the fourth semiconductor valve 14 passed.
  • the semiconductor valves are referred beauf beat ⁇ with the test signal 320th
  • the further sequence corresponds essentially to the sequence described in the exemplary embodiment of FIG.
  • the influence of the transformer 402 must also be taken into account in the case of FIG. This can be done at ⁇ play that such reference response signals are stored in the Referenzspei ⁇ cher 310 as a reference response signals, was also fed in the determination of the test ⁇ voltage on the primary side of the transformer 402nd Thus, the influence of the transformer 402 is already taken into account in these reference response ⁇ signals.
  • a feed of the test signal 320 on the primary side of the transformer 402 is particularly advantageous when the AC inputs 3, 5 and 7 and / or the DC output 9 of the power converter 1 are not readily accessible.
  • at least two series-connected semiconductor valves are applied to the test signal (for example, the first semiconductor valve 11 and the third semiconductor valve 13).
  • the test signal can also be coupled in on the secondary side of the transformer 402.
  • FIG 5 an embodiment is shown which is characterized by failed ⁇ det of the embodiment of Figure 4, that the Signaleinspeisevorlase 329 in addition to the electrical lines, a switching device 322 and 326 501 and a first feeding point 502, a second
  • the switching device 501 may advertising created 320 in either polarity at any phase of the three-phase primary of the transformer 402, the Testsig ⁇ nal to.
  • this switching device 501 it is possible with this switching device 501, to apply the test signal 320 in succession to different Pha ⁇ sen the primary side of the transformer 402 and so ⁇ to apply to various semiconductor valves of the converter 1, with the test signal.
  • the control of the switching device 501 can be carried out by the evaluation unit 312. It is particularly advantageous that under control ⁇ tion of the evaluation unit 312 (which is configured in the embodiment as a microcontroller) automatically in succession for all semiconductor valves of the power converter 1, the number of intact semiconductor stages can be determined.
  • the number of intact semiconductor steps of the semiconductor valves are determined in the embodiments according to the figures 3 to 5 on the basis of the test response signals by a system of equations is set up by means of the test response signals, wherein the number of sliding ⁇ cations of the number of semiconductor valves ( and thus the corresponds to the number of test-response signals), and the Blank ⁇ knew this system of equations, the numbers of intact semiconductor stages of the individual semiconductor valves. By solving the equation system, the number of intact semiconductor stages of the individual semiconductor valves is then determined.
  • the six Halbleiterven ⁇ tile applied to each of the test signal 320 11 to 16, and it will be the occurring six test reply signals detected dimensional 330th
  • a system of equations with six equations and six unknowns is then set up; The test signal and the six recorded test response signals enter this equation system.
  • Entry point 502 is electrically positive compared to the
  • Feed point 504 (for simplicity, the influence of the transformer 402 is not taken into account, i.e. an ideal transformer with a transmission ratio of 1: 1 is assumed). Then, admittance (conductance) Y between the feed points 502 and 504
  • yo is the impedance of an intact semiconductor stage in the reverse direction and nxy the number of intact semiconductor stages of the semiconductor valve xy.
  • n12 is the number of intact semiconductor stages of the semiconductor valve 12
  • n13 is the number of intact semiconductor stages of the semiconductor valve 13, etc.
  • five more equations can be constructed, resulting in a system of equations with 6 equations and 6 unknowns (nll to nl6).
  • the six unknown for example Numbers ⁇ specific manner
  • test signal is a test voltage signal and the test response signal is a result of the test chip ⁇ voltage signal is flowing test current signal in the power converter.
  • Other embodiments may also be implemented in otherwise the same ⁇ -like manner so that the test ⁇ signal, a test current signal (ie, the signal generator 302 generates a test current signal), and this test current signal is fed into the converter.
  • a test voltage signal then arises in the power converter as the test response signal.
  • This test voltage signal is then measured by means of a voltage sensor, and the measured values of this test voltage signal are compared with (in the form of reference voltage signals stored in reference memory 310) reference response signals.
  • test signal 320 can also be coupled into the power converter in a different manner in order to apply the test signal to the semiconductor valve or the semiconductor valves.
  • the test signal may be coupled into ⁇ inductively by means of suitably arranged conductive loops in the power converter.
  • the evaluation unit 312 may optionally additionally determine the number of redundant semiconductor stages of the individual semiconductor valves. 312 by forming the evaluation unit, the Dif ⁇ conference from the determined number of intact Halbleiterstu- fen and the (for the respective semiconductor valve known) number of necessary semiconductor stages. This difference corresponds to the number of redundant semiconductor stages (ie, the number of those semiconductor stages, not without ⁇ dingt for the operation of the power converter at a predetermined voltage are necessary and which therefore break without deleterious influence on the operation of the power converter in the future Kgs ⁇ NEN).
  • the number of necessary semiconductor stages of the semiconductor valve 13 is 25; 27 was determined as the number of intact semiconductor stages.
  • the number of (intact) redundant semiconductor stages is then:
  • the methods described and the devices described can advantageously be used, for example, in the maintenance of a power converter, i. H. in the de-energized state of the power converter.
  • a method and apparatus for determining the number of intact semiconductor stages in semiconductor valves The method and the device were described by means of a line-commutated diode rectifier. Such diode rectifiers can be used, for example, in the connection of offshore power generation plants to shore-side energy supply networks.
  • the method and device can also be used to determine the number of intact semiconductor stages in other semiconductor valves, for example the number of intact semiconductor stages in thyristor valves or in IGBT valves.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln der Anzahl von intakten Halbleiterstufen bei einem Stromrichter (1) mit mindestens einem Halbleiterventil (13), das eine Mehrzahl von elektrisch in Reihe geschalteten Halbleiterstufen (200_1, 200_2, 200_n) aufweist. Bei dem Verfahren wird das mindestens eine Halbleiterventil (13) mit einem Testsignal (320) beaufschlagt und ein aufgrund des Testsignals (320) auftretendes Test-Antwortsignal (330) wird erfasst. Anhand des Test-Antwortsignals (330) wird die Anzahl der intakten Halbleiterstufen des Halbleiterventils (13) ermittelt. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Einrichtung zum Ermitteln der Anzahl von intakten Halbleiterstufen.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Ermitteln der Anzahl von intakten Halbleiterstufen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln der Anzahl von intakten Halbleiterstufen bei einem Stromrichter mit mindestens einem Halbleiterventil, das eine Mehrzahl von elekt¬ risch in Reihe geschalteten Halbleiterstufen aufweist. Wei- terhin betrifft die Erfindung eine Einrichtung zum Ermitteln der Anzahl von intakten Halbleiterstufen.
Stromrichter dienen zur Umwandlung einer elektrischen
Stromart in eine andere elektrische Stromart. Stromarten kön- nen dabei Gleichstrom und Wechselstrom sein. Stromrichter zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom werden als Gleichrichter bezeichnet; Stromrichter zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom werden als Wechselrichter bezeichnet. Oftmals weisen Stromrichter mindestens ein Halbleiterventil auf, um die Umwandlung des elektrischen Stroms vorzunehmen. Wenn ein Stromrichter bei hohen Spannungen eingesetzt werden soll (beispielsweise bei Hochspannungen im Bereich zwischen 20 kV und 800 kV) , dann weisen diese Halbleiterventile oft¬ mals mehrere elektrisch in Reihe geschaltete Halbleiterstufen auf. Diese Halbleiterstufen sind oft gleichartig aufgebaut. Jede dieser Halbleiterstufen hat dabei eine bestimmte Spannungsfestigkeit; durch die Reihenschaltung einer Mehrzahl dieser Halbleiterstufen können Halbleiterventile mit sehr hohen Spannungsfestigkeiten realisiert werden. Je größer die benötigte Spannungsfestigkeit des Halbleiterventils ist, des¬ to mehr Halbleiterstufen werden elektrisch in Reihe geschaltet .
Beim Betrieb des Stromrichters können an einzelnen Halblei- terstufen Defekte auftreten. Insbesondere bei druckkontak- tierten Bauelementen zeigen sich solche Defekte darin, dass die Halbleiterstufen in beiden Richtungen (also bei beiden Polaritäten) einen niederohmigen Zustand einnehmen. Der Grund dafür kann sein, dass ein in den Halbleiterstufen jeweils angeordnetes Halbleiterbauelement seine Sperrfähigkeit verloren hat (man spricht vom sogenannten Durchlegieren des Halbleiterbauelements) , so dass in beiden Polaritäten des Halblei- terventils ein niederohmiger Zustand vorliegt. Ein Ausfall einer einzelnen Halbleiterstufe oder von wenigen Halbleiterstufen ist unkritisch, solange die verbleibenden intakten Halbleiterstufen in der Lage sind, insgesamt die benötigte Spannungsfestigkeit zu realisieren. Der Ausfall von einzelnen Halbleiterstufen wird bei der Konzeption von Umrichtern von vorneherein berücksichtigt, so dass oftmals mehr Halbleiter¬ stufen in den Halbleiterventilen angeordnet sind, als für den Betrieb bei einer bestimmten Spannung eigentlich notwendig wären. Dann weisen diese Halbleiterventile eine Anzahl von redundanten Halbleiterstufen auf. Bei Defekten an diesen redundanten Halbleiterstufen kann der Stromrichter in Bezug auf die verbleibende Spannungsfestigkeit problemlos weiterbe¬ trieben werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zum Ermitteln der Anzahl von intakten Halbleiterstufen anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren und durch eine Einrichtung nach den unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Einrichtung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben . Offenbart wird ein Verfahren zum Ermitteln der Anzahl von intakten Halbleiterstufen bei einem Stromrichter mit mindestens einem Halbleiterventil, das eine Mehrzahl von elektrisch in Reihe geschalteten (insbesondere gleichartigen) Halbleiterstufen aufweist, wobei bei dem Verfahren
- das mindestens eine Halbleiterventil mit einem Testsignal beaufschlagt wird,
- ein aufgrund des Testsignals (an dem Stromrichter) auftre¬ tendes Test-Antwortsignal erfasst wird, und - anhand des Test-Antwortsignals die Anzahl der intakten Halbleiterstufen des Halbleiterventils ermittelt wird.
Bei diesem Verfahren ist besonders vorteilhaft, dass das Halbleiterventil als Ganzes mit dem Testsignal beaufschlagt wird. Es ist also nicht notwendig, das Testsignal gezielt in einzelne Halbleiterstufen des Halbleiterventils einzubringen. Vielmehr wird das komplette Halbleiterventil mit dem Testsig¬ nal beaufschlagt und das auf Grund des Testsignals entste- hende Test-Antwortsignal erfasst. Durch Auswertung des Test- Antwortsignals wird daraufhin die Anzahl der intakten Halb¬ leiterstufen des Halbleiterventils ermittelt. Wenn sich dabei herausstellt, dass die Anzahl der intakten Halbleiterstufen zur Erzielung einer vorgegebenen Spannungsfestigkeit des Halbleiterventils nicht mehr ausreichend ist, dann kann das betroffene Halbleiterventil oder die defekten Halbleiterstu¬ fen ausgetauscht werden.
Das Verfahren kann auch so ausgestaltet sein, dass anhand des Test-Antwortsignals die Anzahl der intakten Halbleiterstufen des Halbleiterventils ermittelt wird, indem das Test-Antwort¬ signal mit mindestens einem (bekannten) Referenz-Antwort¬ signal für den Stromrichter verglichen wird. Hierbei erfolgt die Auswertung des Test-Antwortsignals vorteilhafter Weise durch Vergleich mit einem bekannten Referenz-Antwortsignal für den Stromrichter. Ein solches Referenz-Anwortsignal ist beispielsweise ein Soll-Antwortsignal für einen Stromrichter, bei dessen Halbleiterventil eine bestimmte Anzahl von Halb¬ leiterstufen (z.B. fünfzehn Halbleiterstufen) intakt sind. Wenn das Test-Antwortsignal diesem Referenz-Antwortsignal entspricht (d.h., wenn die Abweichung zwischen dem Test-Antwortsignal und dem Referenz-Antwortsignal unterhalb einer vorgegebenen Schwelle liegt) , dann wurde ermittelt, dass bei dem Halbleiterventil die bestimmte Anzahl von Halbleiter- stufen (hier: die beispielhaft genannten fünfzehn Halbleiterstufen) intakt sind. Das Verfahren kann auch so ablaufen, dass anhand des Test- Antwortsignals die Anzahl der intakten Halbleiterstufen des Halbleiterventils ermittelt wird, indem das Test-Antwort¬ signal mit verschiedenen (bekannten) Referenz-Antwortsignalen für den Stromrichter verglichen wird, wobei die verschiedenen Referenz-Antwortsignale jeweils Referenz-Antwortsignale für einen Stromrichter mit einer verschieden großen Anzahl von intakten Halbleiterstufen des Halbleiterventils sind, und dasjenige Referenz-Antwortsignal ermittelt wird, das die größte Ähnlichkeit zu dem Test-Antwortsignal aufweist.
Hierbei wird das Test-Antwortsignal vorteilhafter Weise mit verschiedenen bekannten Referenz-Antwortsignalen für den Stromrichter verglichen und es wird dasjenige Referenz- Antwortsignal ermittelt, welches die größte Ähnlichkeit zu dem Test-Antwortsignal aufweist. Zur Ermittlung der Ähnlich¬ keit von Signalen sind verschiedene Verfahren allgemein bekannt, insbesondere Verfahren zur Ermittlung der sogenannten Korrelation zwischen zwei Signalen. Bei der Ermittlung der Ähnlichkeit kann insbesondere ein Übereinstimmungsgrad zwi¬ schen dem Test-Antwortsignal und dem jeweiligen Referenz- Antwortsignal ermittelt werden. Anhand des Referenz-Antwort¬ signals mit dem größten Übereinstimmungsgrad kann daraufhin die Anzahl der intakten Halbleiterstufen des Halbleiterven- tils festgestellt werden.
Das Verfahren kann so ausgestaltet sein, dass das Halbleiterventil ein Diodenventil ist, und die Halbleiterstufen
Diodenstufen sind. Mit Diodenventilen lassen sich insbeson- dere ungesteuerte Stromrichter aufbauen, welche einfach und kostengünstig realisiert werden können.
Das Verfahren kann auch so ausgestaltet sein, dass der Stromrichter ein netzgeführter Stromrichter, insbesondere ein netzgeführter Stromrichter in Sechspuls-Brückenschaltung, ist. Stromrichter in Sechspuls-Brückenschaltung werden vorteilhafter Weise für Dreiphasen-Wechselströme verwendet. Der¬ artige Stromrichter weisen sechs Halbleiterventile auf, von denen jeweils zwei Halbleiterventile für eine Phase des Drei¬ phasen-Wechselstromes eingesetzt sind.
Das Verfahren kann auch so ablaufen, dass
- das Testsignal ein Testspannungssignal und das Test- Antwortsignal ein (aufgrund des Testspannungssignals in dem Stromrichter auftretendes) Teststromsignal ist oder
- das Testsignal ein Teststromsignal und das Test-Antwort¬ signal ein (aufgrund des Teststromsignals in dem Stromrichter auftretendes) Testspannungssignal ist. Bei der ersten genann¬ ten Alternative ist das Testsignal ein Testspannungssignal, mit welchem das Halbleiterventil beaufschlagt wird. Der auf Grund dieses Testspannungssignals in dem Stromrichter flie¬ ßende Strom bildet ein Teststromsignal, welches erfasst und ausgewertet wird. Bei der zweiten genannten Alternative ist das Testsignal ein Teststromsignal, mit dem das Halblei¬ terventil beaufschlagt wird. Auf Grund des Teststromsignals entsteht in dem Stromrichter ein Testspannungssignal. Dieses Testspannungssignal bildet dann das Test-Antwortsignal. Bei- den Alternativen gemein ist, dass das Testsignal in einer kausalen Weise zu dem Test-Antwortsignal führt.
Das Verfahren kann auch so ausgestaltet sein, dass
- nacheinander mehrere Halbleiterventile des Stromrichters mit dem Testsignal beaufschlagt werden,
- mehrere aufgrund des Testsignals (an dem Stromrichter) auf¬ tretende Test-Antwortsignale erfasst werden, und
- anhand der Test-Antwortsignale die Anzahl der intakten Halbleiterstufen der Halbleiterventile ermittelt wird. Bei dieser Variante des Verfahrens können vorteilhafter Weise die Anzahl der intakten Halbleiterstufen in mehreren Halbleiterventilen oder sogar in allen Halbleiterventilen des Stromrichters ermittelt werden. Dazu werden nacheinander die mehreren Halbleiterventile (bzw. alle Halbleiterventile) des Stromrichters mit dem Testsignal beaufschlagt und jeweils das auftretende Test-Antwortsignal erfasst. Das Beaufschlagen mit dem Testsignal und das Erfassen der Test-Antwortsignale kann dabei automatisiert erfolgen, so dass ein schnelles und kos- tengünstiges Ermitteln der jeweiligen Anzahl der intakten Halbleiterstufen möglich ist.
Das Verfahren kann auch so ausgestaltet sein, dass anhand der (mehreren) Test-Antwortsignale die Anzahl der intakten Halb¬ leiterstufen der Halbleiterventile ermittelt wird, indem mit¬ tels der Test-Antwortsignale ein Gleichungssystem aufgestellt wird, wobei die Anzahl der Gleichungen der Anzahl der (mehreren) Halbleiterventile entspricht und wobei die Unbekannten dieses Gleichungssystems die jeweilige Anzahl der intakten
Halbleiterstufen der Halbleiterventile sind, und durch Lösen des Gleichungssystems die Anzahl der intakten Halblei¬ terstufen der Halbleiterventile ermittelt wird. Bei dieser Variante des Verfahrens werden vorteilhafterweise keine Refe- renz-Antwortsignale benötigt.
Offenbart wird weiterhin ein Verfahren zum Ermitteln der Anzahl von redundanten Halbleiterstufen bei einem Stromrichter mit mindestens einem Halbleiterventil, das eine Mehrzahl von elektrisch in Reihe geschalteten Halbleiterstufen aufweist, wobei bei dem Verfahren
- gemäß einer der vorstehend genannten Varianten die Anzahl von intakten Halbleiterstufen des Halbleiterventils ermittelt wird, und
- die Anzahl von (intakten) redundanten Halbleiterstufen ermittelt wird, indem die Differenz aus der ermittelten Anzahl von intakten Halbleiterstufen und einer (bekannten) Anzahl von notwendigen Halbleiterstufen (des Halbleiterventils) gebildet wird.
Hierbei wird die Anzahl der zum Ermittlungszeitpunkt vorlie¬ genden (intakten) redundanten Halbleiterstufen des Halbleiterventils ermittelt. Diese Anzahl von (intakten) redundanten Halbleiterstufen ist insbesondere die Anzahl der Halbleiter- stufen, welche zum Ermittlungszeitpunkt noch überschüssig vorhanden sind, und welche kaputt gehen können, ohne dass die Spannungsfestigkeit des Halbleiterventils unter den notwendi¬ gen Wert fällt. Dazu muss die Anzahl der notwendigen Halblei- terstufen bekannt sein: das ist die Anzahl der Halbleiterstu¬ fen, welche im Halbleiterventil notwendig sind, um die not¬ wendige Spannungsfestigkeit des Halbleiterventils sicherzu¬ stellen .
Offenbart wird weiterhin eine Einrichtung zum Ermitteln der Anzahl von intakten Halbleiterstufen bei einem Stromrichter mit mindestens einem Halbleiterventil, das eine Mehrzahl von elektrisch in Reihe geschalteten (insbesondere gleichartigen) Halbleiterstufen aufweist, mit
- einem Signalerzeuger zum Erzeugen eines Testsignals,
- einer Signaleinspeisevorrichtung zum Beaufschlagen des mindestens einen Halbleiterventils mit dem Testsignal,
- einem Sensor zum Erfassen eines aufgrund des Testsignals (an dem Stromrichter) auftretenden Test-Antwortsignals, und
- einer Auswerteeinheit zum Ermitteln der Anzahl der intakten Halbleiterstufen des Halbleiterventils anhand des Test- Antwortsignals . Bei dieser Einrichtung kann die Auswerteeinheit ausgebildet sein zum Ermitteln der Anzahl der intakten Halbleiterstufen des Halbleiterventils mittels eines Vergleiches des Test- Antwortsignals mit mindestens einem (bekannten) Referenz- Antwortsignal für den Stromrichter.
Bei dieser Einrichtung kann die Auswerteeinheit ausgebildet sein zum Ermitteln der Anzahl der intakten Halbleiterstufen des Halbleiterventils mittels eines Vergleichs des Test- Antwortsignals mit verschiedenen (bekannten) Referenz- Antwortsignalen für den Stromrichter, wobei die verschiedenen Referenz-Antwortsignale jeweils Referenz-Antwortsignale für einen Stromrichter mit einer verschieden großen Anzahl von intakten Halbleiterstufen des Halbleiterventils sind, und mittels einer Ermittlung desjenigen Referenz-Antwortsignals, das die größte Ähnlichkeit zu dem Test-Antwortsignal auf¬ weist. Bei der Einrichtung kann die Auswerteeinheit ausgebildet sein zum Ermitteln der Anzahl der intakten Halbleiterstufen mehrerer Halbleiterventile mittels Aufstellen eines Gleichungssys¬ tems mit den Test-Antwortsignalen dieser mehreren Halbleiter- ventile, wobei die Anzahl der Gleichungen der Anzahl der
Halbleiterventile entspricht und wobei die Unbekannten dieses Gleichungssystems die jeweilige Anzahl der intakten Halblei¬ terstufen der Halbleiterventile sind, und mittels Lösen des Gleichungssystems. Durch Lösen dieses Gleichungssystems wer- den dann die Unbekannten und damit die Anzahl der intakten Halbleiterstufen der mehreren Halbleiterventile ermittelt.
Bei der Einrichtung kann die Auswerteeinheit ausgebildet sein zum Bilden der Differenz aus der ermittelten Anzahl von in- takten Halbleiterstufen und einer (bekannten) Anzahl von notwendigen Halbleiterstufen (wodurch die Anzahl von (intakten) redundanten Halbleiterstufen des Halbleiterventils
ermittelbar ist) . Die Einrichtung kann auch so ausgestaltet sein, dass die
Signaleinspeisevorrichtung eine Umschaltvorrichtung aufweist, um nacheinander mehrere Halbleiterventile des Stromrichters mit dem Testsignal zu beaufschlagen. Die Einrichtung kann so realisiert sein, dass das Halbleiterventil ein Diodenventil ist, und dass die Halbleiterstufen Diodenstufen sind.
Die Einrichtung kann so ausgestaltet sein, dass der Strom- richter ein netzgeführter Stromrichter, insbesondere ein netzgeführter Stromrichter in Sechspuls-Brückenschaltung, ist .
Die Einrichtung kann auch so ausgestaltet sein, dass
- das Testsignal ein Testspannungssignal und das Test- Antwortsignal ein (aufgrund des Testspannungssignals in dem Stromrichter auftretendes) Teststromsignal ist oder - das Testsignal ein Teststromsignal und das Test-Antwort¬ signal ein (aufgrund des Teststromsignals in dem Stromrichter auftretendes) Testspannungssignal ist. Die Einrichtung weist ebenfalls die Vorteile auf, die oben im Zusammenhang mit dem Verfahren angegeben sind.
Im Folgenden werden das Verfahren und die Einrichtung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dazu ist in
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines Stromrichters mit sechs Halbleiterventilen, in
Figur 2 ein detailliertes Ausführungsbeispiel eines
Halbleiterventils, in
Figur 3 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens und einer Einrichtung zum Ermitteln der Anzahl der intakten Halbleiterstufen eines Halbleiterven- tils, in
Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfah¬ rens und der Einrichtung zum Ermitteln der Anzahl von intakten Halbleiterstufen und in
Figur 5 ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens und der
Einrichtung zum Ermitteln der Anzahl von intakten Halbleiterstufen bei allen Halbleiterventilen des Stromrichters dargestellt .
In Figur 1 ist ein Stromrichter 1 dargestellt, welcher im Ausführungsbeispiel als ein netzgeführter Stromrichter 1 aus- gestaltet ist. Dieser Stromrichter ist ein
Diodengleichrichter 1, d.h. die Halbleiterventile dieses Stromrichters weisen Dioden auf. Der Stromrichter 1 weist einen ersten Wechselstromeingang 3, einen zweiten Wechsel- Stromeingang 5, einen dritten Wechselstromeingang 7 und einen Gleichspannungsausgang 9 auf. Weiterhin weist der Stromrichter 1 ein erstes Halbleiterventil 11, ein zweites Halbleiter¬ ventil 12, ein drittes Halbleiterventil 13, ein viertes Halb- leiterventil 14, ein fünftes Halbleiterventil 15 und ein sechstes Halbleiterventil 16 auf. Damit weist der Stromrich¬ ter 1 die Form einer als solches bekannten Sechspuls-Brückenschaltung (B6-Schaltung) auf und dient zum Umwandeln eines Dreiphasen-Wechselstroms in einen Gleichstrom. Der Gleich- spannungsausgang 9 weist einen positiven Anschluss 18 und einen negativen Anschluss 20 auf, an denen der Gleichstrom bzw. die Gleichspannung bereitgestellt wird.
In der Darstellung der Figur 1 sind die Halbleiterventile 11 bis 16 jeweils lediglich schematisch als ein (mit einem
Diodensymbol versehener) Block dargestellt. Dies ist jedoch nicht so zu verstehen, dass jedes Halbleiterventil lediglich eine einzige Diode enthält. Vielmehr weist jedes Halbleiter¬ ventil eine Mehrzahl von elektrisch in Reihe geschalteten Halbleiterstufen auf, was in der folgenden Figur dargestellt ist .
In Figur 2 ist beispielhaft der Aufbau des ersten Halbleiterventils 11 dargestellt. Die anderen Halbleiterventile 12 bis 16 weisen einen gleichartigen Aufbau auf.
Das erste Halbleiterventil 11 weist im Allgemeinen n Halblei¬ terstufen auf; in der Figur 2 sind lediglich die erste Halbleiterstufe 200_1, die zweite Halbleiterstufe 200_2 und die n-te Halbleiterstufe 200_n dargestellt. Alle Halbleiterstufen 200_1 bis 200_n weisen einen gleichartigen Aufbau auf. Im Ausführungsbeispiel beträgt n = 30 (das erste Halbleiterven¬ til 11 weist also 30 Halbleiterstufen auf) , in anderen Aus¬ führungsbeispielen kann die Zahl n aber auch andere Werte an- nehmen, beispielsweise n = 5, n = 15, n = 100 oder n = 200. Beispielsweise werden 100 Halbleiterstufen (n = 100) hintereinander geschaltet, um eine Spannungsfestigkeit des Halblei¬ terventils von 640 kV zu erreichen. Die erste Halbleiterstufe 200_1 weist ein Halbleiterbauele¬ ment 206 auf, welches im Ausführungsbeispiel als eine Diode
206 (Halbleiterdiode 206) ausgestaltet ist. Elektrisch paral- lel zu dem Halbleiterbauelement 206 ist ein Dämpfungsglied
207 geschaltet. Ebenfalls elektrisch parallel zu dem Halblei¬ terbauelement 206 ist ein Symmetrierungswiderstand 208 ge¬ schaltet. Das Dämpfungsglied weist eine Reihenschaltung aus einem Kondensator 211 und einem Widerstand 212 auf. Im Allge- meinen weist jede Halbleiterstufe eine Parallelschaltung aus dem Halbleiterbauelement 206 und passiven elektrischen Bau¬ elementen 208, 211 und 212 auf, wobei die passiven elektrischen Bauelemente insbesondere Widerstände 208, 212 und/oder Kondensatoren 211 sind.
Die Diode 206 ist dadurch charakterisiert, dass sie eine Durchlassrichtung und eine Sperrrichtung aufweist. Die positive Halbwelle eines an der Diode 6 anliegenden Wechselstro¬ mes kann die Diode 6 in Durchlassrichtung passieren. Alle Halbleiterbauelemente 206 des ersten Halbleiterventils 11 weisen die gleiche Sperrrichtung bzw. Durchlassrichtung auf, d.h. alle Halbleiterbauelemente 206 des ersten Halbleiterven¬ tils 11 weisen die gleiche Polarität auf. Das Dämpfungsglied 207 begrenzt Überspannungen, die z. B. durch einen Rückstrom hervorgerufen werden, der beim Umschalten der Diode 206 vom leitenden Zustand (Durchlassrichtung) in den nicht-leitenden Zustand (Sperrrichtung) auftritt. Außerdem wirkt das Dämpfungsglied 207 symmetrierend bei Wech- selspannungsbelastung oder Stossspannungen, welche zum Beispiel durch äußere Einflüsse wie Schalthandlungen auftreten können. Der Widerstand 212 des Dämpfungsglieds 207 ist niederohmig im Bereich von beispielsweise 10 Ohm bis 100 Ohm ausgelegt. Der Kondensator 211 des Dämpfungsglieds 207 ist niederkapazitiv (beispielsweise im Bereich von 0,1 Mikrofarad bis 50 Mikrofarad) ausgelegt. Fertigungsbedingt weisen die Dioden 206 des ersten Halbleiterventils 11 leicht unter¬ schiedliche Sperrströme auf. Bei Anliegen einer Gleichspan- nung würden dadurch unterschiedliche Spannungen an den einzelnen Dioden 206 des ersten Halbleiterventils 11 abfallen. Die Symmetrierungswiderstände 208 sorgen in diesem Fall da¬ für, dass an jeder Diode 206 annähernd die gleiche Spannung abfällt; die Symmetrierungswiderstände 208 sind hochohmig, beispielsweise im Bereich von 100 Kiloohm bis 20 Megaohm aus¬ gebildet .
Parallel zu der Reihenschaltung der n Halbleiterstufen 200_1 bis 200_n kann optional noch ein Überspannungsabieiter 220 geschaltet sein. Dieser Überspannungsabieiter 220 schützt das erste Halbleiterventil 11 vor Überspannungen, die beispiels¬ weise durch Blitzeinflüsse oder andere äußere Einflüsse auf¬ treten können.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Figur 2 sind die Halbleiterbauelemente als Dioden ausgestaltet. Das erste Halbleiterventil 11 ist also ein Diodenventil und die n Halb¬ leiterstufen sind jeweils Diodenstufen.
Wenn beispielsweise die Diode 206 der ersten Halbleiterstufe 200_1 defekt ist, dann ist diese Diode 206 typischerweise in beide Richtungen niederohmig, d. h. bei beiden Polaritäten niederohmig. Dadurch wird in Durchlassrichtung und in Sperr- richtung der Diode 206 die Impedanz der parallel zu der Diode 206 angeordneten passiven Bauelemente der ersten Halbleiterstufe 200_1, insbesondere also die Impedanz des Widerstands 212, des Kondensators 211 und des Symmetrierungswiderstands 208 elektrisch kurzgeschlossen. Die zweite Halbleiterstufe 200_2 (welche im Ausführungsbeispiel intakt sein soll) weist im Unterschied dazu in Sperrrichtung eine deutlich größere Impedanz auf, weil die Impedanz der passiven Bauelemente der zweiten Halbleiterstufe 200_2, insbesondere also die Impedanz des Widerstands 212, des Kondensators 211 und des
Symmetrierungswiderstands 208 der zweiten Halbleiterstufe
200_2, nicht elektrisch durch die Diode 206 der zweiten Halbleiterstufe 200_2 kurzgeschlossen ist. Bei der Ermittlung der Anzahl von intakten Halbleiterstufen ist also immer diejenige Polarität des Testsignals entschei¬ dend, bei der die Dioden hochohmig sind, d. h. bei der die Dioden in Sperrrichtung betrieben werden. Zum Beispiel kann bei Anlegen eines Testsignals in Form einer Testspannung/Messspannung an das Halbleiterventil durch Auswertung des Test-Antwortsignals in Form des sich ergebenden Stroms ein Rückschluss auf die Anzahl der intakten Halbleiterstufen getroffen werden. Dabei gilt generell: Je größer die Anzahl der intakten Halbleiterstufen, desto größer ist die Impedanz des Halbleiterventils in Sperrrichtung (aufgrund der größeren Anzahl wirksamer parallelgeschaltete Bauelemente) und je kleiner ist der durch das Halbleiterventil in Sperrrichtung fließende Strom.
In Figur 3 ist der Stromrichter 1 zusammen mit einer Einrichtung 300 zum Ermitteln der Anzahl von intakten Halbleiterstufen dargestellt. Die Ermittlungseinrichtung 300 ist Prüfein- richtung bzw. Testeinrichtung, mittels der die Anzahl von in- takten Halbleiterstufen ermittelt werden kann.
Die Ermittlungseinrichtung 300 umfasst einen Signalerzeuger 302, einen Sensor 304 (welcher im Ausführungsbeispiel als ein Stromsensor 304, insbesondere als ein Stromwandler 304, aus- gestaltet ist), einen Digital-Analog-Umsetzer 306, einen
Speicher 308, einen Referenzspeicher 310, eine Auswerteeinheit 312 (die beispielsweise als ein Mikrocontroller ausge¬ staltet 312 ist) und eine Bedien- und Anzeigeeinheit 314. Mit der Ermittlungseinrichtung 300 wird im Ausführungsbeispiel der Figur 3 die Anzahl von intakten Halbleiterstufen des dritten Halbleiterventils 13 ermittelt. Dazu erzeugt der Sig¬ nalerzeuger 302 ein Testsignal 320 in Form eines Testspannungssignals 320. Bei diesem Testspannungssignal 320 handelt es sich um eine zeitveränderliche Testspannung, die verschie- denste Ausprägungen haben kann. Beispielsweise kann es sich um eine sinusförmige Spannung handeln, um eine Rechteckspannung oder um einen Spannungssprung. Das Testspannungssignal 320 kann beispielsweise auch zeitlich nacheinander auftre- tende, unterschiedlich große Frequenzen aufweisen. Die sinusförmigen Spannungen können zusätzlich mit anderen Spannungsformen (wie Rechteckspannungen oder Spannungssprüngen) kombiniert sein.
Das Testsignal 320 wird mittels einer elektrischen Leitung 322 zu einem ersten Einspeisepunkt 324 (Signal-Einspeisepunkt 324) und mittels einer weiteren elektrischen Leitung 326 zu einem zweiten Einspeisepunkt 328 übertragen. An dem ersten Einspeisepunkt 324 und an dem zweiten Einspeisepunkt 328 wird das Testsignal 320 in den zweiten Wechselstromeingang 5 und in den positiven Anschluss 18 des Gleichspannungsausgangs des Stromrichters 1 eingespeist. Die elektrischen Leitungen 322 und 326 sowie der erste Einspeisepunkt 324 und der zweite Einspeisepunkt 328 bilden eine Signaleinspeisevorrichtung 329.
Bei der in Figur 3 dargestellten Wahl der Einspeisepunkte 324 und 328 wird das dritte Halbleiterventil 13 mit dem Testsig¬ nal 320 beaufschlagt. Auf Grund der an dem dritten Halblei¬ terventil 13 angelegten Testspannung 320 fließt durch das dritte Halbleiterventil 13 ein elektrischer Strom, der ein Test-Antwortsignal 330 bildet. Dieses Test-Antwortsignal 330 (d.h. der elektrische Strom 330) wird mittels des Stromsen¬ sors 304 erfasst. Die dabei entstehenden Messwerte (Strom¬ messwerte) werden mittels des Digital-Analogumsetzers 306 di¬ gitalisiert und in dem Speicher 308 zwischengespeichert. Der Speicher 308 kann z.B. als ein RAM (Random Access Memory) ausgestaltet sein. Auf diese Weise wird der zeitliche Verlauf des Test-Anwortsignals 330 erfasst.
Die Auswerteeinheit 312 vergleicht nun das in dem Speicher 308 zwischengespeicherte Test-Antwortsignal 330 mit einem oder mehreren Referenz-Antwortsignalen für den Stromrichter 1, welche in dem Referenzspeicher 310 abgespeichert sind. Die Referenz-Anwortsignale sind im Allgemeinen die verschiedenen Antwortsignale von baugleichen Stromrichtern, die jeweils eine verschieden große Anzahl von intakten Halbleiterstufen bei einem ihrer Halbleiterventile aufweisen. Bei Übereinstimmung des Test-Antwortsignals mit einem Referenz-Antwortsignal wird erkannt, dass der Stromrichter diejenige Anzahl von intakten Halbleiterstufen des dritten Halbleiterventils 13 aufweist, die zu dem übereinstimmenden Referenz-Antwortsignal gehört. Im Allgemeinen vergleicht die Auswerteeinheit 312 das Test- Antwortsignal 330 mit den Referenz-Antwortsignalen und ermit¬ telt dasjenige Referenz-Antwortsignal, das die größte Ähn¬ lichkeit mit dem Test-Antwortsignal aufweist. Dabei berechnet die Auswerteeinheit 312 beispielsweise die sogenannten Korre¬ lationsfaktoren als Maß für die Ähnlichkeit des Test- Antwortsignals 330 mit den jeweiligen Referenz-Antwort¬ signalen. Die ermittelte Anzahl (hier also die Anzahl der intakten Halbleiterstufen des dritten Halbleiterventils 13) wird daraufhin an der Anzeigeeinheit 314 ausgegeben.
Alternativ kann eine Überstimmung des Test-Antwortsignals mit einem Referenz-Antwortsignal auch dann erkannt werden, wenn die Abweichung zwischen beiden Signalen einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet (z. B. den Schwellenwert 2 Pro¬ zent) . Mit anderen Worten ausgedrückt kann die Übereinstimmung dann festgestellt werden, wenn ein Übereinstimmungsgrad zwischen dem Test-Antwortsignal und dem Referenz-Antwort¬ signal einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet (z. B. den Schwellenwert 98 Prozent) . Eine Überstimmung des Test- Antwortsignals mit einem Referenz-Antwortsignal kann bei¬ spielsweise erkannt werden durch Vergleich der zeitlichen Verläufe der Signals, durch Vergleich der Frequenz-Spektren der Signale oder durch den Vergleich von statistischen Größen der Signale wie z. B. Mittelwerte oder Varianzen.
Vorteilhafter Weise sind in dem Referenzspeicher 310 eine Vielzahl von verschiedenen bekannten Referenz-Antwortsignalen des Stromrichters 1 abgespeichert. Dabei ist jedes Referenz- Antwortsignal einer Konfiguration des Stromrichters 1 zuge¬ ordnet, bei der ein bestimmtes Halbleiterventil eine be¬ stimmte Anzahl intakter Halbleiterstufen aufweist. Bei einer ausreichend großen Anzahl von Referenz-Antwortsignalen lassen sich dadurch die Fehlermöglichkeiten des Stromrichters 1 (das heißt, sämtliche Varianten des Auftretens intakter und defek¬ ter Halbleiterstufen bei den einzelnen Halbleiterventilen) zumindest annähernd abdecken.
Beispielweise wird bei der Ermittlung der Referenz-Antwort¬ signale bei einem baugleichen/typgleichen Stromrichter für ein eingespeistes Testsignal in Form einer eingeprägten Test¬ spannung der sich ergebende Strom gemessen:
- für den Fall, dass beim ersten Halbleiterventil alle n Halbleiterstufen intakt sind,
- für den Fall, dass beim ersten Halbleiterventil (n-1) Halb¬ leiterstufen intakt sind,
- für den Fall, dass beim ersten Halbleiterventil (n-2) Halb- leiterstufen intakt sind, usw. bis hin zum
- Fall, dass beim ersten Halbleiterventil alle überhaupt kei¬ ne Halbleiterstufen intakt sind.
Diese Ermittlung der Referenz-Antwortsignale wird für alle Halbleiterventile des Stromrichters 1 wiederholt (und auch für mögliche Kombinationen des Auftretens intakter Halblei¬ terstufen bei verschiedenen Halbleiterventilen) .
Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Test-Antwort¬ signal 330 mit denjenigen Referenz-Antwortsignalen (die im Referenzspeicher 310 abgespeichert sind) verglichen, welche das dritte Halbleiterventil 13 betreffen. Wenn das dritte Halbleiterventil 13 beispielsweise 30 Halbleiterstufen auf¬ weist, dann sind in dem Referenzspeicher 310 dreißig Refe¬ renz-Antwortsignale abgespeichert, welche sämtliche möglichen Fälle (beginnend mit einer intakten Halbleiterstufe des drit¬ ten Halbleiterventils bis hin zu dreißig intakten Halbleiter¬ stufen des dritten Halbleiterventils 13) abdecken. In diesem Falle würde die Auswerteeinheit 312 das Testauswertesignal 330 mit diesen 30 verschiedenen Referenz-Antwortsignalen ver- gleichen und dasjenige Referenz-Antwortsignal mit dem größten Übereinstimmungsgrad (welcher der besten Übereinstimmung entspricht) ermitteln. Wenn dieses Referenz-Antwortsignal dann den Fall „siebenundzwanzig intakte Halbleiterstufen des drit- ten Halbleiterventils 13" betrifft, dann ist damit ermittelt, dass das dritte Halbleiterventil 13 siebenundzwanzig intakte Halbleiterstufen aufweist. Zwar wird mit dem Testsignal 320 nicht nur das dritte Halb¬ leiterventil 13 beaufschlagt, sondern das Testsignal 320 liegt beispielsweise auch an der Reihenschaltung von dem vierten Halbleiterventil 14, dem sechsten Halbleiterventil 16 und dem fünften Halbleiterventil 15 an. Da jedoch in dieser Reihenschaltung die auftretenden Impedanzen größer sind als die bei dem dritten Halbleiterventil 13 auftretenden Impedanzen, wird dadurch die Ermittlung der Anzahl der intakten Halbleiterstufen des dritten Halbleiterventils 13 nur wenig verfälscht. Alternativ kann dieser Einfluss der übrigen Halb- leiterventile (hier: der Halbleiterventile 14, 15 und 16) bei den in dem Referenzspeicher 310 abgespeicherten Referenz-Antwortsignalen bereits berücksichtigt sein (d. h. diese Refe¬ renz-Antwortsignale können an einem Stromrichter ermittelt worden sein, der gleichartig wie der Stromrichter 1 aufgebaut ist) . Daher ist es vorteilhaft, die Referenzmessung (d. h. die Ermittlung des Referenz-Antwortsignale) am (vollständig aufgebauten) Stromrichter vorzunehmen und nicht an einem isolierten (ausgebauten) Halbleiterventil. In Figur 4 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das sich von dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 dadurch unterschei¬ det, dass das Testsignal 320 an einer anderen Stelle in den Stromrichter 1 eingespeist wird. Im Ausführungsbeispiel der Figur 4 befindet sich der erste Einspeisepunkt 324 und der zweite Einspeisepunkt 328 auf der Primärseite eines Transfor¬ mators 402. Die Sekundärseite des Transformators 402 ist mit den Wechselstromeingängen 3,5 und 7 des Stromrichters 1 verbunden. Das Testsignal 320 (hier: das Testspannungssignal 320) wird in die Primärwicklung des Transformators 402 einge- speist, zur Sekundärwicklung des Transformators übertragen und von dort zu den Halbleiterventilen geleitet. Hier wird das Testsignal 320 zu einer Reihenschaltung aus dem ersten Halbleiterventil 11 und dem dritten Halbleiterventil 13 sowie zu einer Reihenschaltung aus dem zweiten Halbleiterventil 12 und dem vierten Halbleiterventil 14 geleitet. Dadurch werden die genannten Halbleiterventile mit dem Testsignal 320 beauf¬ schlagt. Beim Vergleich des Test-Antwortsignals 330 mit den Referenz-Antwortsignalen muss daher berücksichtigt werden, dass das Testsignal gleichzeitig an mehreren Halbleiterventi¬ len angelegen hat. Der weitere Ablauf entspricht im Wesentli¬ chen dem im Ausführungsbeispiel der Figur 3 beschriebenen Ablauf .
Beim Vergleich des Test-Antwortsignals 330 mit den Referenz- Antwortsignalen muss im Fall der Figur 4 auch der Einfluss des Transformators 402 berücksichtigt werden. Dies kann bei¬ spielsweise dadurch geschehen, dass als Referenz-Antwort- signale solche Referenz-Antwortsignale in dem Referenzspei¬ cher 310 abgespeichert sind, bei deren Ermittlung die Test¬ spannung ebenfalls auf der Primärseite des Transformators 402 eingespeist wurde. Somit ist bei diesen Referenz-Antwort¬ signalen der Einfluss des Transformators 402 bereits berück- sichtigt.
Eine Einspeisung des Testsignals 320 auf der Primärseite des Transformators 402 ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Wechselstromeingänge 3, 5 und 7 und/oder der Gleichspannungs- ausgang 9 des Stromrichters 1 nicht ohne Weiteres zugänglich sind. Dies kann z. B. dann der Fall sein, wenn der Stromrichter 1 in einem Ölkessel angeordnet ist und die elektrischen Eingänge und/oder Ausgänge unmittelbar in gasisolierte Lei¬ tungen übergehen. Dann ist es vorteilhaft, das Testsignal 320 an zwei Wechselstromanschlüsse der Primärseite des Transfor¬ mators 402 einzuspeisen (einzuprägen) . In diesem Fall werden zwar mit dem Testsignal mindestens zwei in Reihe geschaltete Halbleiterventile beaufschlagt (beispielsweise das erste Halbleiterventil 11 und das dritte Halbleiterventil 13) . Da diese beiden Halbleiterventile jedoch eine einander entgegengesetzte Polarität aufweisen, kann mittels einer geeigneten Polarität der Testspannung bzw. mittels einer geeigneten Polarität des Teststroms jeweils dafür gesorgt werden, dass ei- nes der beiden Halbleiterventile leitend ist und das andere Halbleiterventil sperrt. Bei dem leitenden Halbleiterventil sind dann jeweils durch die leitenden Halbleiterbauelemente die Dämpfungsglieder und die Symmetrierungswiderstände elekt- risch kurzgeschlossen, so dass für das jeweils nichtleitende (d.h. in Sperrrichtung betriebene) Halbleiterventil die An¬ zahl der intakten Halbleiterstufen ermittelt werden kann. Alternativ kann das Testsignal auch auf der Sekundärseite des Transformators 402 eingekoppelt werden.
In Figur 5 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das sich von dem Ausführungsbeispiel der Figur 4 dadurch unterschei¬ det, dass die Signaleinspeisevorrichtung 329 neben den elektrischen Leitungen 322 und 326 eine Umschaltvorrichtung 501 sowie einen ersten Einspeisepunkt 502, einen zweiten
Einspeisepunkt 504 und einen dritten Einspeisepunkt 506 auf¬ weist. Mittels der Umschaltvorrichtung 501 kann das Testsig¬ nal 320 in beliebiger Polarität an eine beliebige Phase der dreiphasigen Primärseite des Transformators 402 angelegt wer- den. Insbesondere ist es mit dieser Umschaltvorrichtung 501 möglich, das Testsignal 320 nacheinander an verschiedene Pha¬ sen der Primärseite des Transformators 402 anzulegen und so¬ mit verschiedene Halbleiterventile des Stromrichters 1 mit dem Testsignal zu beaufschlagen. Dabei kann die Steuerung der Umschaltvorrichtung 501 von der Auswerteeinheit 312 vorgenommen werden. Dabei ist besonders vorteilhaft, dass unter Steu¬ erung der Auswerteeinheit 312 (welche im Ausführungsbeispiel als ein MikroController ausgestaltet ist) automatisch nacheinander für sämtliche Halbleiterventile des Stromrichters 1 die Anzahl der intakten Halbleiterstufen ermittelt werden kann .
Alternativ kann insbesondere bei den Ausführungsbeispielen gemäß der Figuren 3 bis 5 anhand der Test-Antwortsignale die Anzahl der intakten Halbleiterstufen der Halbleiterventile ermittelt werden, indem mittels der Test-Antwortsignale ein Gleichungssystem aufgestellt wird, wobei die Anzahl der Glei¬ chungen der Anzahl der Halbleiterventile (und damit der An- zahl der Test-Antwortsignale) entspricht und wobei die Unbe¬ kannten dieses Gleichungssystems die Anzahlen der intakten Halbleiterstufen der einzelnen Halbleiterventile sind. Durch Lösen des Gleichungssystems wird dann die Anzahl der intakten Halbleiterstufen der einzelnen Halbleiterventile ermittelt.
Im Ausführungsbeispiel werden also die sechs Halbleiterven¬ tile 11 bis 16 jeweils mit dem Testsignal 320 beaufschlagt, und es werden die dabei auftretenden sechs Test-Antwortsig- nale 330 erfasst. Mittels des Testsignals und der sechs er- fassten Test-Antwortsignale wird dann ein Gleichungssystem mit sechs Gleichungen und sechs Unbekannten aufgestellt; in dieses Gleichungssystem gehen das Testsignal und die sechs erfassten Test-Antwortsignale ein.
Im Folgenden ist beispielhaft eine Gleichung des Gleichungs¬ systems angegeben für den Fall, dass das Testsignal an den Einspeisepunkten 502 und 504 angelegt ist und der
Einspeisepunkt 502 elektrisch positiv ist gegenüber dem
Einspeisepunkt 504 (zur Vereinfachung ist dabei der Einfluss des Transformators 402 nicht berücksichtigt, d.h. es ist ein idealer Transformator mit einem Übersetzungsverhältnis 1:1 angenommen) . Dann gilt: Admittanz (Leitwert) Y zwischen den Einspeisepunkten 502 und 504
= Test-Antwortsignal / Testsignal
= Teststromsignal / Testspannungssignal
= y0/nl3 + y0/nl2 + ( (y0/nl5 * y0/nl6) / (y0/nl5 + y0/nl6))
Dabei ist yo die Impedanz einer intakten Halbleiterstufe in Sperrrichtung und nxy die Anzahl der intakten Halbleiterstufen des Halbleiterventils xy. (Also ist beispielsweise nl2 die Anzahl der intakten Halbleiterstufen des Halbleiterven- tils 12, nl3 die Anzahl der intakten Halbleiterstufen des Halbleiterventils 13 usw.) Nach ähnlichen Überlegungen lassen sich fünf weitere Gleichungen aufstellen, so dass sich ein Gleichungssystem mit 6 Gleichungen und 6 Unbekannten (nll bis nl6) ergibt. Durch Lösen des Gleichungssystems (beispielsweise auf numeri¬ sche Weise) werden dann die sechs Unbekannten (hier: nll bis nl6) ermittelt; damit ist die jeweilige Anzahl der intakten Halbleiterstufen der sechs Halbleiterventile 11 bis 16 ermit¬ telt .
Bisher wurde anhand der Figuren 3 bis 5 Ausführungsbeispiele beschrieben, bei denen das Testsignal ein Testspannungssignal ist und das Test-Antwortsignal ein aufgrund des Test-Span¬ nungssignals in dem Stromrichter fließendes Teststromsignal ist. Andere Ausführungsbeispiele können in ansonsten gleich¬ artiger Art und Weise auch so realisiert sein, dass das Test¬ signal ein Teststromsignal ist (d. h. der Signalerzeuger 302 erzeugt ein Teststromsignal) und dieses Teststromsignal in den Stromrichter eingespeist wird. Aufgrund dieses Teststrom- signals entsteht dann in dem Stromrichter als Test-Antwort¬ signal ein Testspannungssignal. Dieses Testspannungssignal wird dann mittels eines Spannungssensors gemessen, und die Messwerte dieses Testspannungssignals werden mit (in Form von Referenz-Spannungssignalen in dem Referenzspeicher 310 abge- speicherten) Referenz-Antwortsignalen verglichen.
Das Testsignal 320 kann darüber hinaus auch auf andere Art und Weise in den Stromrichter eingekoppelt werden, um das Halbleiterventil bzw. die Halbleiterventile mit dem Testsig- nal zu beaufschlagen. Beispielsweise kann das Testsignal in¬ duktiv mittels geeignet angeordneter Leiterschleifen in den Stromrichter eingekoppelt werden.
Die Auswerteeinheit 312 kann neben der Ermittlung der Anzahl der intakten Halbleiterstufen optional zusätzlich die Anzahl der redundanten Halbleiterstufen der einzelnen Halbleiterventile bestimmen. Dazu bildet die Auswerteeinheit 312 die Dif¬ ferenz aus der ermittelten Anzahl von intakten Halbleiterstu- fen und der (für das jeweilige Halbleiterventil bekannten) Anzahl von notwendigen Halbleiterstufen. Diese Differenz entspricht der Anzahl der redundanten Halbleiterstufen (d. h. der Anzahl derjenigen Halbleiterstufen, die für den Betrieb des Stromrichters bei einer vorgegebenen Spannung nicht unbe¬ dingt notwendig sind und die daher ohne schädlichen Einfluss auf den Betrieb des Stromrichters in Zukunft kaputtgehen kön¬ nen) . Beispiel: Die Anzahl von notwendigen Halbleiterstufen des Halbleiterventils 13 beträgt 25; als Anzahl von intakten Halbleiterstufen wurde 27 ermittelt. Die Anzahl der (intakten) redundanten Halbleiterstufen beträgt dann:
Anzahl von intakten Halbleiterstufen - Anzahl von notwendigen Halbleiterstufen = 27 - 25 = 2. Die beschriebenen Verfahren und die beschriebenen Einrichtungen lassen sich vorteilhafterweise beispielsweise bei der Wartung eines Stromrichters einsetzen, d. h. im stromlosen Zustand des Stromrichters. Es wurde ein Verfahren und eine Einrichtung zum Ermitteln der Anzahl von intakten Halbleiterstufen bei Halbleiterventilen angegeben. Das Verfahren und die Einrichtung wurden anhand eines netzgeführten Diodengleichrichters beschrieben. Solche Diodengleichrichter können beispielsweise bei der Anbindung von Offshore-Energieerzeugungsanlagen an landseitige Energieversorgungsnetze eingesetzt werden. Es können jedoch mit dem Verfahren und mit der Einrichtung auch die Anzahl von intakten Halbleiterstufen bei anderen Halbleiterventilen ermittelt werden, beispielsweise die Anzahl von intakten Halbleiterstu- fen bei Thyristor-Ventilen oder bei IGBT-Ventilen .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Ermitteln der Anzahl von intakten Halbleiterstufen bei einem Stromrichter (1) mit mindestens einem Halbleiterventil (13), das eine Mehrzahl von elektrisch in Reihe geschalteten Halbleiterstufen (200_1, 200_2, 200_n) aufweist, wobei bei dem Verfahren
- das mindestens eine Halbleiterventil (13) mit einem Test¬ signal (320) beaufschlagt wird,
- ein aufgrund des Testsignals (320) auftretendes Test-Ant¬ wortsignal (330) erfasst wird, und
- anhand des Test-Antwortsignals (330) die Anzahl der intak¬ ten Halbleiterstufen des Halbleiterventils (13) ermittelt wird .
2. Verfahren nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- anhand des Test-Antwortsignals (330) die Anzahl der intak¬ ten Halbleiterstufen des Halbleiterventils (13) ermittelt wird, indem das Test-Antwortsignal (330) mit mindestens einem Referenz-Antwortsignal (310) für den Stromrichter (1) ver¬ glichen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- anhand des Test-Antwortsignals (330) die Anzahl der intak¬ ten Halbleiterstufen des Halbleiterventils (13) ermittelt wird, indem das Test-Antwortsignal (330) mit verschiedenen Referenz-Antwortsignalen (310) für den Stromrichter (1) ver- glichen wird, wobei die verschiedenen Referenz-Antwortsignale jeweils Referenz-Antwortsignale für einen Stromrichter (1) mit einer verschieden großen Anzahl von intakten Halbleiterstufen (200_1, 200_2, 200_n) des Halbleiterventils (13) sind, und dasjenige Referenz-Antwortsignal ermittelt wird, das die größte Ähnlichkeit zu dem Test-Antwortsignal (330) aufweist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass - das Halbleiterventil ein Diodenventil (13) ist und die Halbleiterstufen Diodenstufen (200_1, 200_2, 200_n) sind.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- der Stromrichter ein netzgeführter Stromrichter (1), insbesondere ein netzgeführter Stromrichter in Sechspuls-Brückenschaltung, ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- das Testsignal (320) ein Testspannungssignal und das Test- Antwortsignal (330) ein Teststromsignal ist, oder
- das Testsignal (320) ein Teststromsignal und das Test- Antwortsignal (330) ein Testspannungssignal ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- nacheinander mehrere Halbleiterventile (11,12,13,14,15,16) des Stromrichters (1) mit dem Testsignal (320) beaufschlagt werden,
- mehrere aufgrund des Testsignals auftretende Test-Antwort¬ signale (330) erfasst werden, und
- anhand der Test-Antwortsignale (330) die Anzahl der intak- ten Halbleiterstufen (200_1, 200_2, 200_n) der Halbleiterventile (11,12,13,14,15,16) ermittelt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- anhand der Test-Antwortsignale (330) die Anzahl der intak¬ ten Halbleiterstufen (200_1, 200_2, 200_n) der Halbleiterventile (11,12,13,14,15,16) ermittelt wird, indem mittels der Test-Antwortsignale ein Gleichungssystem aufgestellt wird, wobei die Anzahl der Gleichungen der Anzahl der Halbleiter- ventile entspricht und wobei die Unbekannten dieses Glei¬ chungssystems die jeweilige Anzahl der intakten Halbleiterstufen der Halbleiterventile sind, und durch Lösen des Glei- chungssystems die Anzahl der intakten Halbleiterstufen der Halbleiterventile ermittelt wird.
9. Verfahren zum Ermitteln der Anzahl von redundanten Halb- leiterstufen bei einem Stromrichter (1) mit mindestens einem Halbleiterventil (13), das eine Mehrzahl von elektrisch in Reihe geschalteten Halbleiterstufen (200_1, 200_2, 200_n) aufweist, wobei bei dem Verfahren
- gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche die Anzahl von in- takten Halbleiterstufen (200_1, 200_2, 200_n) des Halbleiterventils (13) ermittelt wird, und
- die Anzahl von redundanten Halbleiterstufen ermittelt wird, indem die Differenz aus der ermittelten Anzahl von intakten Halbleiterstufen und einer Anzahl von notwendigen Halbleiter- stufen gebildet wird.
10. Einrichtung zum Ermitteln der Anzahl von intakten Halbleiterstufen bei einem Stromrichter (1) mit mindestens einem Halbleiterventil (13), das eine Mehrzahl von elektrisch in Reihe geschalteten Halbleiterstufen (200_1, 200_2, 200_n) aufweist, mit
- einem Signalerzeuger (302) zum Erzeugen eines Testsignals (320) ,
- einer Signaleinspeisevorrichtung (329) zum Beaufschlagen des mindestens einen Halbleiterventils (13) mit dem Testsig¬ nal (320),
- einem Sensor (304) zum Erfassen eines aufgrund des Testsignals (320) auftretenden Test-Antwortsignals (330), und
- einer Auswerteeinheit (312) zum Ermitteln der Anzahl der intakten Halbleiterstufen des Halbleiterventils (13) anhand des Test-Antwortsignals (330).
11. Einrichtung nach Anspruch 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die Auswerteeinheit (312) ausgebildet ist zum Ermitteln der Anzahl der intakten Halbleiterstufen des Halbleiterventils (13) mittels eines Vergleiches des Test-Antwortsignals (330) mit mindestens einem Referenz-Antwortsignal (310) für den Stromrichter (1) .
12. Einrichtung nach Anspruch 10 oder 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die Auswerteeinheit (312) ausgebildet ist zum Ermitteln der Anzahl der intakten Halbleiterstufen des Halbleiterventils
(13) mittels eines Vergleichs des Test-Antwortsignals (330) mit verschiedenen Referenz-Antwortsignalen (310) für den Stromrichter (1), wobei die verschiedenen Referenz-Antwort¬ signale jeweils Referenz-Antwortsignale für einen Stromrich¬ ter (1) mit einer verschieden großen Anzahl von intakten Halbleiterstufen (200_1, 200_2, 200_n) des Halbleiterventils (13) sind, und mittels einer Ermittlung desjenigen Referenz- Antwortsignals, das die größte Ähnlichkeit zu dem Test-Ant¬ wortsignal (330) aufweist.
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die Auswerteeinheit (312) ausgebildet ist zum Ermitteln der Anzahl der intakten Halbleiterstufen mehrerer Halbleiterventile (11,12,13,14,15,16) mittels Aufstellen eines Gleichungs¬ systems mit den Test-Antwortsignalen dieser mehreren Halbleiterventile, wobei die Anzahl der Gleichungen der Anzahl der Halbleiterventile entspricht und wobei die Unbekannten dieses Gleichungssystems die jeweilige Anzahl der intakten Halblei¬ terstufen der Halbleiterventile sind, und mittels Lösen des Gleichungssystems .
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die Auswerteeinheit (312) ausgebildet ist zum Bilden der Differenz aus der ermittelten Anzahl von intakten Halbleiterstufen und einer Anzahl von notwendigen Halbleiterstufen.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass - die Signaleinspeisevorrichtung (329) eine Umschaltvorrichtung (501) aufweist, um nacheinander mehrere Halbleiterventile (11,12,13,14,15,16) des Stromrichters mit dem Testsignal (320) zu beaufschlagen.
16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- das Halbleiterventil (13) ein Diodenventil ist, und die Halbleiterstufen (200_1, 200_2, 200_n) Diodenstufen sind.
17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- der Stromrichter ein netzgeführter Stromrichter (1), insbesondere ein netzgeführter Stromrichter in Sechspuls-Brückenschaltung, ist.
18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- das Testsignal (320) ein Testspannungssignal und das Test- Antwortsignal (330) ein Teststromsignal ist oder
- das Testsignal (320) ein Teststromsignal und das Test- Antwortsignal (330) ein Testspannungssignal ist.
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