WO2017009010A1 - Sub-module of a modular cascaded coverter - Google Patents

Sub-module of a modular cascaded coverter Download PDF

Info

Publication number
WO2017009010A1
WO2017009010A1 PCT/EP2016/064287 EP2016064287W WO2017009010A1 WO 2017009010 A1 WO2017009010 A1 WO 2017009010A1 EP 2016064287 W EP2016064287 W EP 2016064287W WO 2017009010 A1 WO2017009010 A1 WO 2017009010A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
energy storage
module
submodule
energy
control unit
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/064287
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Rodrigo Alonso Alvarez Valenzuela
Holger Siegmund BREHM
Mario Fehmel
Martin Pieschel
Ervin SPAHIC
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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 Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to EP16733366.5A priority Critical patent/EP3295551A1/en
Publication of WO2017009010A1 publication Critical patent/WO2017009010A1/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • 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
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Definitions

  • the invention relates to a submodule of a modular Mehrstu ⁇ fenumrichters with a power semiconductor circuit having at least two switched on and off power semiconductor ⁇ switch, and with an energy storage.
  • Such a modular multi-stage converter has a plurality of two-pole submodules each having an energy store.
  • the power semiconductor circuit of these submodules can be controlled so that at two submodule connections (ie at two poles) of these two-pole submodules either a voltage provided by the energy store (possibly in both possible polarities) or a zero voltage (a voltage with the value zero , that is no voltage) is output.
  • the output voltage of the modular multistage converter is composed of the voltage amounts of the individual submodules. Since such modular multi-stage converters generally have a large number of submodules, the desired output voltages can be generated very precisely, that is to say by means of small voltage stages.
  • Modular Mehrmenumrichter are often used in high-voltage ⁇ area, for example in high voltage direct current transmission. Depending on the control and arrangement of the individual submodules, this can result in very high voltages with respect to ground potential or with respect to other submodules in the case of individual submodules. This results in high demands on the electrical insulation of the individual submodules, which can lead to high costs in the construction of modular Mehrmenumrichtern.
  • the invention has for its object to provide a submodule of a modular Mehrmenumrichters and a method for Be ⁇ driving a modular Mehrmenumrichters, wel ⁇ che can be realized inexpensively.
  • a sub-module of a modular Mehrmenumrichters with a power semiconductor circuit the input at least two and having disengageable (mono- and disconnected) Leis ⁇ semiconductor switch, and with an energy store, wherein the energy storage comprises a plurality of energy storage modules that (electrically and mechanically ) are constructed identically (eg identically).
  • ⁇ Sonder is advantageous that the same type of construction Ener ⁇ gie Eckbau jury philosophy can be prefabricated under the defined conditions of a factory-like production and tested. This makes the construction of a modular multi-stage converter at the customer much easier.
  • each energy storage module a plurality of energy storage units (In ⁇ game low voltage energy storage) comprises and a control unit, in which between the control unit and the Ener ⁇ giessenrittritten module-internal (energy Eatbau- group-internal) power supply interface for an auxiliary power supply of the Energy storage units and module-internal communication interfaces for communication with the energy storage units are arranged.
  • each energy storage module a plurality of energy storage units (In ⁇ game low voltage energy storage) comprises and a control unit, in which between the control unit and the Ener ⁇ gie Grandetechniken module-internal (energy Eatbau- group-internal) power supply interface for an auxiliary power supply of the Energy storage units and module-internal communication interfaces for communication with the energy storage units are arranged.
  • control unit performs both the auxiliary power supply and the communication with the energy storage units (excluding the control unit).
  • the control unit is arranged in spatial proximity to the energy storage units, since the control unit and the energy storage units are part of the energy storage module. This allows a simple and cost-effective communication between the control unit and the energy storage units and a simple and cost-effective supply of Energyspei ⁇ cherajien with (auxiliary) energy.
  • the submodule can be designed so that the Steuerein ⁇ units of the power storage modules are connected in a series circuit by means of assemblies of external-(energy storage assembly external) communication interfaces (communication flow relation).
  • each control unit communicates le ⁇ diglich with the arranged before it in the series circuit control unit or with the arranged behind it in the series circuit controlling unit.
  • This has the advantage that the module-external communication interfaces of an energy storage module only need to be connected to the module-external communication interfaces of the two adjacent energy storage modules. As a result, the maximum occurring potential differences between these energy storage modules are known and can be taken into account in the design of the communication interfaces.
  • the submodule can be designed such that, within an energy storage module, the control unit to the energy storage units ⁇ via the board-internal communication interface is galvanically coupled.
  • Such galvanic coupling of the control unit with the Energyspei ⁇ cherajien the energy storage module is inexpensive possible.
  • Such a galvanic coupling is sufficient in particular because only relatively small potential differences exist between the energy storage units of the energy storage module (compared to the potential differences that can occur between different energy storage modules).
  • the submodule can also be designed so that the assemblies are internal communication interfaces as electrically conductive, in particular as metallic lines out ⁇ leads. Such lines are cost ⁇ realizable ⁇ bar.
  • the submodule may also be configured so that the control ⁇ units of two power storage modules are electrically isolated (using the Module external communication interfaces) of each other. Such galvanic Entkopp ⁇ development of the control units of various energy storage assemblies allows safe operation even when large potential differences occur between the respective energy storage modules.
  • the submodule can also be designed such that the component groups external communication interfaces are designed as optical waveguides.
  • energy storage modules can be easily interconnected, between which large potential differences or potential differences occur.
  • optical fibers are relatively expensive. It is therefore advantageous if only the module-external communication interfaces are designed as optical waveguides, whereas the module-internal communication interface is executed as an optical waveguide.
  • the submodule can be configured such that each energy storage module in addition to having the assembly external communication interface further redundant modules ⁇ external communication interface. In other words, each energy storage module has two redundant module-external communication interfaces. This advantageously ensures that communication with the energy storage module can be maintained even if one communication interface fails via the second communication interface.
  • the submodule can be designed such that each energy storage ⁇ subassembly has an auxiliary power supply unit for the auxiliary power supply and additionally a redundant auxiliary power supply unit for the auxiliary power supply ⁇ .
  • Each energy storage module thus has two redundant auxiliary power supply units for the auxiliary power supply. In this way, it is advantageously ensured that the auxiliary power supply for the energy storage units of the energy storage module can be maintained even if an auxiliary power supply unit fails by means of the second auxiliary power supply unit.
  • the submodule can be designed such that the submodule has a DC-DC converter which connects the power semiconductor circuit (electrically) to the energy store.
  • a DC-DC converter enables an improved solution ANPAS ⁇ the output voltage of the energy storage to the loading ⁇ operating voltage of the power semiconductor.
  • a DC-DC converter enables an improved adaptation of the output voltage of the energy store to the operating voltage of the power semiconductor switches of the power semiconductor circuit.
  • the submodule can be designed such that it has a DC voltage intermediate circuit, which provides electrical energy for the auxiliary power supply. In this case, the DC link circuit, which is often present anyway in the submodule, is additionally used for the auxiliary power supply of the energy storage units.
  • Sub-module may be configured such that the DC clamping voltage between ⁇ circle the power semiconductor circuit
  • the submodule can be designed so that the Energyspei ⁇ cherbauè having two, four or eight energy storage units.
  • a modular multi-stage converter with a plurality of submodules, which are designed according to one of the variants described above. Further disclosed is a method of operating a modular Mehrmenumrichters having a plurality of Submo ⁇ dulen each having a power semiconductor circuit and in each case an energy store, wherein the Energyspei ⁇ cher having a plurality of energy storage modules, and wherein each energy storage module several Energyspei ⁇ cherajien and a control unit wherein in the method
  • This method can be carried out so that the energy storage units are supplied with electrical energy (auxiliary energy) from the control unit via internal power supply interfaces.
  • the method can also be configured such that the submodules are designed according to one of the variants set out above.
  • the method also has the advantages indicated above in connection with the submodule.
  • Figure 1 shows an embodiment of an arrangement with a modular multi-stage converter
  • Figure 2 shows an embodiment of a
  • Figure 3 shows an embodiment of a
  • Multi - stage converter with phase modules arranged in a star circuit , in
  • Figure 5 shows an embodiment of a single-phase
  • Figure 6 shows an embodiment of a structure
  • FIG. 7 shows an exemplary embodiment of a submodule of a modular multistage converter
  • FIG. 8 shows an exemplary embodiment of a power semiconductor circuit
  • FIG Figure 9 shows another embodiment of a
  • Power semiconductor circuit in Figure 10 an embodiment of a DC-DC converter, in
  • Figure 11 shows another embodiment of a
  • Figure 12 shows an embodiment of a
  • Figure 13 is a perspective view of a
  • Embodiment of a submodule of a modular multi-stage converter in
  • Figure 14 shows an embodiment of a
  • FIG. 15 shows an exemplary embodiment of a control unit of an energy storage unit
  • FIG. 16 shows an exemplary embodiment of a
  • FIG. 1 shows an arrangement 1 with a modular multi-stage converter 3 (modular multilevel converter 3).
  • the modular Mehrmenumrichter 3 is electrically connected via a connection ⁇ rail 5 three-phase with a power supply network 7.
  • the energy supply network 7 is a three-phase AC energy supply network 7.
  • a current sensor 10 the current flowing through the converter 3 is measured.
  • Current measurements 13 are transmitted to a drive unit 15 for the modular multistage converter.
  • a Voltage sensor 18 (which is here out as a transducer 18 performs ⁇ ) measured at the terminal rail 5 voltage applied. This voltage essentially corresponds to the voltage applied to the modular multistage converter.
  • Measured voltage values to the control unit 21 are 15 übertra ⁇ gene.
  • the control unit 15 compares the measured current values 13 and the measured voltage values with predetermined desired values 25, 21 Then, the control unit computes control signals 28 which are transmitted to the modular Mehrisnumrichter. 3 By means of these drive signals 28, the multistage converter 3 is driven in such a way that the desired current and voltage values are set on the connecting bar 5. In other words, the drive unit 15 controls the multi-stage converter 3.
  • the modular multi-stage converter 3 can be used, for example, for Blindleis ⁇ tion compensation.
  • FIG. 2 shows an embodiment of a Mehrhownum ⁇ judge 3 is shown, which has three phase modules 210 up. These three phase modules 210 are connected in delta configuration and connected to three phases LI, L2 and L3 of the Energyver ⁇ supply network. 7
  • the structure of the phase modules 210 is shown in FIG. 3 shows an embodiment of a Mehrhownum ⁇ converter 3 is shown that the six phase module 210 includes ⁇ . These six phase modules 210 are in a bridge circuit ⁇ (here, in a B6 bridge circuit) are arranged. In this case, in each case one connection of a first phase module and one connection of a second phase module are electrically connected to one another and form an AC voltage connection 302, 304 or 306.
  • the other terminal of the first phase module is connected to a positive DC voltage terminal 310; the other terminal of the second phase module is connected to a negative DC voltage terminal 312.
  • the three alternating voltage clamping ⁇ terminals 302, 304 and 306 are connected to three phases LI, L2 and L3 of the AC power supply network 7 ver ⁇ connected.
  • FIG 4 shows an embodiment of a modular multi-stage inverter 3, in which three phase modules 210 are connected in star ⁇ circuit.
  • three phase modules 210 are connected in star ⁇ circuit.
  • one connection of the three phase modules 210 are electrically connected to one another and form a neutral point 410.
  • the star point 410 is connected to a return conductor N of the energy supply network 7.
  • the other three terminals of the phase modules 210 are each connected to a phase (LI, L2 or L3) of the Energyversor ⁇ supply network 7 is connected.
  • phase module 210 can be single-phase connected to an energy supply network ⁇ .
  • this phase module 210 can be connected between a phase L and the return conductor N of the power supply network, as shown in FIG .
  • such phases may be senmodul 210 but also connected between a positive terminal and a negative terminal of a DC voltage network or a direct ⁇ voltage circuit.
  • the latter is ⁇ example, in the high-voltage direct current transmission beneficial because there is a common DC circuit already exists.
  • FIG. 6 shows an embodiment of the phase module 210 in greater detail.
  • the phase module 210 includes a first circuit to ⁇ 604 and a second terminal 606th
  • the first terminal 604 is electrically connected to a first sub-module 610 via a current sensor 608.
  • the first submodule 610 is electrically connected in series with other submodules 610; in total, the phase module 210 has n submodules.
  • the last of the n submodules 610 is electrically connected to the second terminal 606 via a coupling inductance 612.
  • the current sensor 608 the current flowing through the phase module 210 is measured.
  • the first terminal 604 may play in ⁇ example with the positive direct voltage terminal 310 be connected (see Figure 3);
  • the second terminal 606 may be connected to the AC voltage terminal 302.
  • the first terminal 604 and the second terminal 606 may each be connected to one phase of the AC power supply network 7. Then, both the first terminal 604 and second terminal 606 represent Wech ⁇ selpressivesan say (see therawsbei ⁇ game of Figure 2).
  • FIG. 7 shows an embodiment of the submodule 610 in detail.
  • the two-pole submodule 610 has a first submodule connection 704 and a second submodule connection 706.
  • the two submodule terminals 704 and 706 are connected to a power semiconductor circuit 710
  • a DC voltage connection of the power semiconductor circuit 710 is connected via a DC voltage intermediate circuit 714 to a first DC voltage connection of the DC-DC converter 720.
  • the DC clamping voltage ⁇ intermediate circuit 714 also provides the electrical Ener ⁇ strategy for the auxiliary power supply to the Energy Eateinhei ⁇ th 1410 (see FIG. 14).
  • a second DC ⁇ terminal of the DC-DC converter 720 is connected to an energy store 724th
  • the power semiconductor circuit 710 may also be referred to as a "power module.” Embodiments of the power semiconductor circuit 710 are shown in Figures 8 and 9, and embodiments of the DC-DC converter 720 are shown in Figures 10 and 11.
  • the power semiconductor circuit 710 has four power semiconductor switches 810.
  • the power semiconductor switches 810 are switched on and off power semiconductor switches.
  • Each of the power semiconductor switches 810 includes a power semiconductor device an antiparallel connected diode.
  • the power semiconductor device is an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
  • the semiconductor device may be otherwise configured, for example, as an IGCT (Integrated Gate-Commutated Thyristor), IEGT (Injection-Enhanced Gate Transistor), or as a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) ).
  • the four semiconductor switches 810 form in the embodiment of Figure 8 is a full bridge circuit. As a result, the polarity of the voltage applied between the first submodule connection 704 and the second submodule connection 706 can be reversed.
  • FIG. 9 shows a further exemplary embodiment of a power semiconductor circuit 710 ⁇ , which has only two power semiconductor switches 810.
  • the two power semiconductor switches 810 form in the embodiment of Figure 9 is a half-bridge circuit. As a result, only one voltage of one polarity (or one zero voltage) can be output between the first submodule connection 704 and the second submodule connection 706.
  • FIG. 10 shows an embodiment of the DC-DC converter 720.
  • This DC-DC converter 720 has a capacitor 1010, which buffers the voltage in the DC intermediate circuit 714 (intermediate circuit voltage). Furthermore, the DC-DC converter 720 has four power semiconductor switches 810, which form a full-bridge circuit. The power ⁇ semiconductor switch 810 are connected to two output side connected together chokes 1015th
  • FIG. 11 shows a further exemplary embodiment of a DC-DC converter 720 ⁇ .
  • This DC-DC converter 720 ⁇ has, in contrast to the DC-DC converter 720 to only two power semiconductor switches in the form of a half bridge and an inductor 1015, which ⁇ is connected to the energy storage device-side terminal of the DC-DC converter 720th
  • Figure 12 shows an embodiment of the energy storage 724.
  • the energy storage 724 has a plurality of energy storage assemblies 1210, which are connected in series in the embodiment.
  • energy storage modules 1210 connected in parallel may also be arranged in the energy store 724, or series connections and parallel connections of energy storage modules 1210 may be arranged in the energy store 724.
  • the energy storage modules 1210 are constructed identically (in particular electrically and mechanically).
  • the Ener ⁇ gie Ardbauitati 1210 are interchangeable, that is, the lower energy storage module 1210 shown in Figure 12 could be replaced with the upper Darge ⁇ presented in Figure 12.
  • Energy storage assembly 1210th The energy storage assemblies 1210 may also be referred to as transport units because they can be individually transported and easily installed.
  • FIG. 13 an exemplary embodiment of the submodule 610 is shown in a three-dimensional representation.
  • a support frame 1310 four energy storage assemblies 1210, a power semiconductor circuit 710 and a DC-DC converter 720 are mounted.
  • the support frame 1310 is by means of
  • FIG. 14 shows an exemplary embodiment of the energy storage module 1210.
  • the energy storage module 1210 has four energy storage units 1410 and a control unit 1412.
  • the control unit 1412, the auxiliary ⁇ energy supply for the four energy storage units 1410 ready and performs the communication by using the four energy storage units ⁇ 1410th
  • the four energy storage units 1410 each have a control module 1420 and a plurality of energy stores 1422.
  • the control unit 1412 is above each because an internal power supply interface 1430 is electrically connected to the four energy storage units 1410.
  • the control unit 1412 powered via these Ener ⁇ gietrayss abolishstelle 1430, the energy storage devices 1410 with electric power (power supply).
  • Power supply is the electrical energy that is not required for the Aufla ⁇ tion of the energy storage 1422, but ⁇ example, for the control module 1420 of Energy Drein ⁇ unit 1410th
  • a module-internal communication interface 1435 is arranged between the control unit 1412 and the energy storage units 1410.
  • the control unit 1412 communicates with the power storage units 1410th
  • the energy storage module 1210 also has four component-external communication interfaces 1440. These are communication interfaces that allow communication outside the energy storage assembly 1210.
  • the energy storage module 1210 is connected to the energy storage module following in the series connection and the energy storage module preceding in the series circuit. More specifically, the control unit 1412 of the Energy acknowledgedbau ⁇ group 1210 connected to the control unit of the subsequent in the series circuit of the energy storage module and to the control unit of the preceding in the series circuit energy storage assembly by means of the two communication interfaces ⁇ 1440th Of the four module-external communication interfaces 1440 of the energy storage module 1210, two communication interfaces are redundant, that is, they serve as reserve communication interfaces.
  • the control unit 1412 is connected to the energy storage units 1410 via the module-internal communication interface.
  • len 1435 galvanically coupled.
  • this module-internal communication interface 1435 is embodied in the form of electrically conductive lines, in particular as metallic lines.
  • Such a galvanic coupling communication interface can be produced easily and inexpensively.
  • the control ⁇ 1412 is electrically decoupled from the control unit 1412 of another energy storage assembly by means of the module external communication interface 1440th
  • the module external communication interface is carried out at 1440 ⁇ example as one (or more) optical waveguide 1440th
  • such optical waveguides are more expensive than electrically conductive lines, they enable a potential separation between the control units 1412 of different energy storage assemblies 1210.
  • the module-external communication interface 1440 is thus a galvanically isolated communication interface.
  • the module-external communication interface 1440 connects the control units of neighboring Energypeicherbau ⁇ groups for the purpose of communication.
  • a communication between the control unit of the energy storage module and the central control unit 15 can take place.
  • the Energy storage module may also have a different number of energy storage units, for example two energy storage units or eight energy storage units.
  • the energy storage assembly 1210 is outwardly a self-contained electrical, mechanical and / or logi cal ⁇ entity. This is achieved in particular by the Steuerein ⁇ integrated 1412th
  • the control unit 1412 takes the Kom ⁇ munication with all the energy storage devices 1410, the energy Gie Jeffbauage 1210 and collects so information from all energy storage units 1410. This information can, for example, the state of charge of Energy Eateinhei ⁇ th or concern the energy storage units occurring errors.
  • the control unit 1412 sends this information on to the control unit of the adjacent energy storage module 1210. Alternatively, the control unit 1412 can also send this information to the control unit 15.
  • the control unit 1412 is further an energy distributor for the
  • FIG. 15 shows an exemplary embodiment of the control unit
  • the control unit 1412 has a logic ⁇ building block 1510, two auxiliary power supply units 1520 and 1520 ⁇ for the auxiliary power supply of energy storage units 1410, a measurement input 1530, the module-external communication interfaces 1440, the internal communication interfaces 1435 and the power supply interfaces 1430 (auxiliary supply manifold 1430) on.
  • the measuring input 1530 serves to monitor the energy storage units 1410.
  • the logic module 1510 may, for example, an FPGA (Field Programmable Gate Array), a CPLD (Complex Programmable Lo ⁇ gic Device), a digital signal processor DSP or a
  • This logic module 30 carries the
  • FIG. 16 shows an exemplary embodiment of the energy store 724 of the submodule 610.
  • the energy store 724 has a plurality of energy storage assemblies 1210, of which three are shown in FIG. 16.
  • Each energy storage assembly 1210 includes a control unit 1412 and four Ener ⁇ gie Profiseren 1410.
  • the control units 1412 of the energy storage modules 1210 are electrically connected in series by means of the module-external communication interfaces 1440.
  • the energy storage module 1210 described has beneficial ⁇ manner a high degree of modularity and flexibility in the design on, allowing easy adaptability to future applica- tions.
  • the total cost of communication is reduced while increasing reliability and availability during operation. This is achieved in particular ⁇ sondere fact that the module-internal commu ⁇ terfaces need not be galvanically isolated, but that for this module-internal communication interfaces inexpensive electrically conductive connections can be used.
  • the energy storage assembly 1210 may be factory fabricated and tested at a high pre-fabricated depth. This simplifies the construction of a Mehrhavenumrichters when Kun ⁇ is the much easier. The energy storage module is also easy to maintain and enables robust Messda ⁇ th processing.
  • the energy storage units 1410 are designed in the embodiment as a low-voltage energy storage 1410.
  • Low-voltage energy storage devices are energy storage systems that are operated with low voltage, ie in particular with voltages of less than or equal to 1500 V.
  • Low-voltage energy storage devices are available on the market as such.
  • Low-voltage energy storage devices can have a plurality of storage cells (for example in the form of capacitors such as, for example, ultra-caps) and an integrated voltage measurement.
  • the low-voltage energy storage described also performs monitoring functions: the control module 1420 performs monitoring functions and includes its own Control electronics, which takes a balance of the energy contained in the individual cells of the energy storage 1422 before ⁇ . If a defect occurs in a Niederschreibsenergiespei ⁇ cher, then the occurrence of an arc fault must be prevented because it can cause heat, fire, gas development ⁇ ment and / or smoke it, then follow insulation fault. As a result, in extreme cases, the modular multistage converter can be quickly destroyed.
  • critical parameters of the low voltage energy storage eg, temperature, currents, voltages
  • This monitoring is performed, the control unit 1412, the energy storage assembly 1210.
  • This advantageous ⁇ manner it is avoided that the energy storage (i.e. between each energy storage unit), and a central monitoring instance an own communication interface needs to be established between each low voltage, which galvanically insulated / electrically isolated would have to be.
  • Such galvanically isolated / galvanically isolated communication interfaces eg by means of more expensive
  • Optical fiber connections are only necessary between the control unit 1412 and the control units of adjacent energy storage modules. This results in a significant cost savings.
  • the data exchange with the energy storage units is thus carried out according to the invention exclusively via the control unit 1412.
  • the auxiliary power supply can also be realized by means of cost-effective galvanically conductive connections; Again, no galvanically isolated power supply interface is needed.

Abstract

The invention relates to a sub-module (610) of a modular cascaded converter (3), comprising a power semiconductor circuit (710) that includes at least two power semiconductor switches (810) that can be switched on and off, and comprising an energy store (724). The energy store (724) has a plurality of identically designed energy storing sub-assemblies (1210).

Description

Beschreibung description
Submodul eines modularen Mehrstufenumrichters Submodule of a modular multistage converter
Die Erfindung betrifft ein Submodul eines modularen Mehrstu¬ fenumrichters mit einer Leistungshalbleiterschaltung, die mindestens zwei ein- und ausschaltbare Leistungshalbleiter¬ schalter aufweist, und mit einem Energiespeicher. The invention relates to a submodule of a modular Mehrstu ¬ fenumrichters with a power semiconductor circuit having at least two switched on and off power semiconductor ¬ switch, and with an energy storage.
Allgemein sind modulare Mehrstufenumrichter (modulare In general, modular multi-stage converters (modular
Multilevelumrichter) bekannt, um Gleichstrom in Wechselstrom oder umgekehrt umzuwandeln oder um Blindleistung bereitzustellen. Ein solcher modularer Mehrstufenumrichter weist eine Vielzahl von zweipoligen Submodulen mit jeweils einem Energiespeicher auf. Die Leistungshalbleiterschaltung dieser Sub- module kann so angesteuert werden, dass an zwei Submodulan- schlüssen (d.h. an zwei Polen) dieser zweipoligen Submodule entweder eine von dem Energiespeicher bereitgestellte Spannung (gegebenenfalls in beiden möglichen Polaritäten) oder eine Nullspannung (eine Spannung mit dem Wert Null, das heißt keine Spannung) ausgegeben wird. Die Ausgangsspannung des modularen Mehrstufenumrichters wird aus den Spannungsbeträgen der einzelnen Submodule zusammengesetzt. Da solche modulare Mehrstufenumrichter im Allgemeinen sehr viele Submodule aufweisen, können die gewünschten Ausgangsspannungen sehr exakt, das heißt mittels kleiner Spannungsstufen, erzeugt werden. Multilevel converters) to convert DC to AC or vice versa or to provide reactive power. Such a modular multi-stage converter has a plurality of two-pole submodules each having an energy store. The power semiconductor circuit of these submodules can be controlled so that at two submodule connections (ie at two poles) of these two-pole submodules either a voltage provided by the energy store (possibly in both possible polarities) or a zero voltage (a voltage with the value zero , that is no voltage) is output. The output voltage of the modular multistage converter is composed of the voltage amounts of the individual submodules. Since such modular multi-stage converters generally have a large number of submodules, the desired output voltages can be generated very precisely, that is to say by means of small voltage stages.
Modulare Mehrstufenumrichter werden oftmals im Hochspannungs¬ bereich eingesetzt, beispielsweise bei der Hochspannungs- Gleichstrom-Übertragung. Je nach Ansteuerung und Anordnung der einzelnen Submodule können dadurch bei einzelnen Submodulen sehr hohe Spannungen gegenüber Erdpotenzial oder gegenüber anderen Submodulen auftreten. Dadurch ergeben sich hohe Anforderungen an die elektrische Isolierung der einzelnen Submodule, was zu hohen Kosten beim Aufbau von modularen Mehrstufenumrichtern führen kann. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Submodul eines modularen Mehrstufenumrichters sowie ein Verfahren zum Be¬ treiben eines modularen Mehrstufenumrichters anzugeben, wel¬ che kostengünstig realisiert werden können. Modular Mehrstufenumrichter are often used in high-voltage ¬ area, for example in high voltage direct current transmission. Depending on the control and arrangement of the individual submodules, this can result in very high voltages with respect to ground potential or with respect to other submodules in the case of individual submodules. This results in high demands on the electrical insulation of the individual submodules, which can lead to high costs in the construction of modular Mehrstufenumrichtern. The invention has for its object to provide a submodule of a modular Mehrstufenumrichters and a method for Be ¬ driving a modular Mehrstufenumrichters, wel ¬ che can be realized inexpensively.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Submodul und ein Verfahren nach den unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Submoduls und des Verfahrens sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. The object is achieved by a sub-module and a method according to the independent claims. Advantageous embodiments of the submodule and the method are specified in the dependent claims.
Offenbart wird ein Submodul eines modularen Mehrstufenumrichters mit einer Leistungshalbleiterschaltung, die mindestens zwei ein- und ausschaltbare (ein- und abschaltbare) Leis¬ tungshalbleiterschalter aufweist, und mit einem Energiespei- eher, wobei der Energiespeicher eine Mehrzahl von Energiespeicherbaugruppen aufweist, die (elektrisch und mechanisch) gleichartig (z.B. identisch) aufgebaut sind. Hierbei ist be¬ sonders vorteilhaft, dass die gleichartig aufgebauten Ener¬ giespeicherbaugruppen unter den definierten Bedingungen einer fabrikmäßigen Produktion vorgefertigt und getestet werden können. Dadurch wird der Aufbau eines modularen Mehrstufenumrichters beim Kunden wesentlich erleichtert. Disclosed is a sub-module of a modular Mehrstufenumrichters with a power semiconductor circuit, the input at least two and having disengageable (mono- and disconnected) Leis ¬ semiconductor switch, and with an energy store, wherein the energy storage comprises a plurality of energy storage modules that (electrically and mechanically ) are constructed identically (eg identically). Here be ¬ Sonder is advantageous that the same type of construction Ener ¬ giespeicherbaugruppen can be prefabricated under the defined conditions of a factory-like production and tested. This makes the construction of a modular multi-stage converter at the customer much easier.
Das Submodul kann so ausgestaltet sein, dass jede Energie- speicherbaugruppe mehrere Energiespeichereinheiten (zum Bei¬ spiel Niederspannungsenergiespeicher) sowie eine Steuereinheit aufweist, wobei zwischen der Steuereinheit und den Ener¬ giespeichereinheiten baugruppen-interne (energiespeicherbau- gruppen-interne) Energieversorgungsschnittstellen für eine Hilfsenergieversorgung der Energiespeichereinheiten und baugruppen-interne Kommunikationsschnittstellen für die Kommunikation mit den Energiespeichereinheiten angeordnet sind. The submodule can be configured such that each energy storage module a plurality of energy storage units (In ¬ game low voltage energy storage) comprises and a control unit, in which between the control unit and the Ener ¬ giespeichereinheiten module-internal (energiespeicherbau- group-internal) power supply interface for an auxiliary power supply of the Energy storage units and module-internal communication interfaces for communication with the energy storage units are arranged.
Hierbei ist vorteilhaft, dass die Steuereinheit sowohl die Hilfsenergieversorgung als auch die Kommunikation mit den Energiespeichereinheiten durchführt (ausschließlich die Steuereinheit) . Mit anderen Worten gesagt, ist für die Kommunika¬ tion mit einer Energiespeichereinheit einer Energiespeicherbaugruppe und für die Hilfsenergieversorgung dieser Energie- Speichereinheit ausschließlich die Steuereinheit dieser Ener¬ giespeicherbaugruppe zuständig. Vorteilhafterweise ist die Steuereinheit in räumlicher Nähe zu den Energiespeichereinheiten angeordnet, da die Steuereinheit und die Energiespei- chereinheiten Bestandteil der Energiespeicherbaugruppe sind. Dadurch wird eine einfache und kostengünstige Kommunikation zwischen Steuereinheit und den Energiespeichereinheiten sowie eine einfache und kostengünstige Versorgung der Energiespei¬ chereinheiten mit (Hilfs- ) Energie ermöglicht. It is advantageous that the control unit performs both the auxiliary power supply and the communication with the energy storage units (excluding the control unit). In other words, for the communica ¬ tion to an energy storage unit of an energy storage module and for the auxiliary power supply of this energy Memory unit only the control unit of this energy ¬ giespeicherbaugruppe responsible. Advantageously, the control unit is arranged in spatial proximity to the energy storage units, since the control unit and the energy storage units are part of the energy storage module. This allows a simple and cost-effective communication between the control unit and the energy storage units and a simple and cost-effective supply of Energiespei ¬ chereinheiten with (auxiliary) energy.
Das Submodul kann so ausgestaltet sein, dass die Steuerein¬ heiten der Energiespeicherbaugruppen mittels baugruppen-ex- terner (energiespeicherbaugruppen-externer) Kommunikationsschnittstellen ( kommunikationsflussbezogen) in einer Reihen- Schaltung geschaltet sind. Dadurch ergibt sich vorteilhafter Weise eine Kommunikation der Steuereinheiten nach Art einer ,daisy chain das heißt jede Steuereinheit kommuniziert le¬ diglich mit der vor ihr in der Reihenschaltung angeordneten Steuereinheit oder mit der hinter ihr in der Reihenschaltung angeordneten Steuereinheit. Dies hat den Vorteil, dass die baugruppenexternen Kommunikationsschnittstellen einer Energiespeicherbaugruppe lediglich mit den baugruppenexternen Kommunikationsschnittstellen der beiden benachbarten Energiespeicherbaugruppen verbunden zu sein brauchen. Dadurch sind die maximal auftretenden Potenzialdifferenzen zwischen diesen Energiespeicherbaugruppen bekannt und können bei der Ausgestaltung der Kommunikationsschnittstellen berücksichtigt werden. Insbesondere sind diese maximal auftretenden Potenzial¬ differenzen klein im Vergleich zu einer anderen denkbaren Lö- sung, die darin besteht, die Steuereinheiten aller Energiespeicherbaugruppen mittels der baugruppenexternen Kommunikationsschnittstellen mit einer einzigen zentralen übergeordneten Steuereinheit zu verbinden. Dies führt bei der genannten Reihenschaltung der Steuereinheiten zu einem erheblich ver- minderten Aufwand bezüglich der elektrischen Isolation der einzelnen Energiespeicherbaugruppen . Das Submodul kann so ausgestaltet sein, dass innerhalb einer Energiespeicherbaugruppe die Steuereinheit mit den Energie¬ speichereinheiten über die baugruppen-internen Kommunikationsschnittstellen galvanisch gekoppelt ist. Eine solche galvanische Kopplung der Steuereinheit mit den Energiespei¬ chereinheiten der Energiespeicherbaugruppe ist kostengünstig möglich. Eine derartige galvanische Kopplung ist insbesondere deshalb ausreichend, weil zwischen den Energiespeichereinhei¬ ten der Energiespeicherbaugruppe nur relativ geringe Poten- zialdifferenzen bestehen (verglichen mit den Potenzialdifferenzen, die zwischen verschiedenen Energiespeicherbaugruppen auftreten können) . The submodule can be designed so that the Steuerein ¬ units of the power storage modules are connected in a series circuit by means of assemblies of external-(energy storage assembly external) communication interfaces (communication flow relation). Thereby an advantageous manner, a communication of the control units in the manner of a daisy chain that is to say, each control unit communicates le ¬ diglich with the arranged before it in the series circuit control unit or with the arranged behind it in the series circuit controlling unit. This has the advantage that the module-external communication interfaces of an energy storage module only need to be connected to the module-external communication interfaces of the two adjacent energy storage modules. As a result, the maximum occurring potential differences between these energy storage modules are known and can be taken into account in the design of the communication interfaces. More particularly, this maximum occurring potential differences are small ¬ solution compared to another conceivable solu- which is to connect the control units of all energy storage modules by means of the external communication interface modules with a single central master control unit. In the case of the aforementioned series connection of the control units, this leads to a considerably reduced expenditure with regard to the electrical insulation of the individual energy storage modules. The submodule can be designed such that, within an energy storage module, the control unit to the energy storage units ¬ via the board-internal communication interface is galvanically coupled. Such galvanic coupling of the control unit with the Energiespei ¬ chereinheiten the energy storage module is inexpensive possible. Such a galvanic coupling is sufficient in particular because only relatively small potential differences exist between the energy storage units of the energy storage module (compared to the potential differences that can occur between different energy storage modules).
Das Submodul kann auch so ausgestaltet sein, dass die bau- gruppen-internen Kommunikationsschnittstellen als elektrisch leitfähige, insbesondere als metallische, Leitungen ausge¬ führt sind. Derartige Leitungen sind kostengünstig realisier¬ bar . Das Submodul kann auch so ausgestaltet sein, dass die Steuer¬ einheiten zweier Energiespeicherbaugruppen voneinander (mittels der baugruppen-externen Kommunikationsschnittstellen) galvanisch entkoppelt sind. Eine solche galvanische Entkopp¬ lung der Steuereinheiten verschiedener Energiespeicherbau- gruppen ermöglicht einen sicheren Betrieb auch dann, wenn zwischen den jeweiligen Energiespeicherbaugruppen größere Potenzialdifferenzen auftreten. The submodule can also be designed so that the assemblies are internal communication interfaces as electrically conductive, in particular as metallic lines out ¬ leads. Such lines are cost ¬ realizable ¬ bar. The submodule may also be configured so that the control ¬ units of two power storage modules are electrically isolated (using the Module external communication interfaces) of each other. Such galvanic Entkopp ¬ development of the control units of various energy storage assemblies allows safe operation even when large potential differences occur between the respective energy storage modules.
Das Submodul kann auch so ausgestaltet sein, dass die bau- gruppen-externen Kommunikationsschnittstellen als Lichtwellenleiter ausgeführt sind. Mittels solcher Lichtwellenleiter können problemlos Energiespeicherbaugruppen miteinander verbunden werden, zwischen denen große Potenzialunterschiede bzw. Potenzialdifferenzen auftreten. Allerdings sind derar- tige Lichtwellenleiter relativ teuer. Daher ist von Vorteil, wenn lediglich die baugruppen-externen Kommunikationsschnittstellen als Lichtwellenleiter ausgeführt werden, wohingegen die baugruppen-internen Kommunikationsschnittstelle als kos- tengünstigere elektrisch leitfähige, insbesondere metalli¬ sche, Leitungen ausgeführt sein können. The submodule can also be designed such that the component groups external communication interfaces are designed as optical waveguides. By means of such optical waveguides energy storage modules can be easily interconnected, between which large potential differences or potential differences occur. However, such optical fibers are relatively expensive. It is therefore advantageous if only the module-external communication interfaces are designed as optical waveguides, whereas the module-internal communication interface is executed as an optical waveguide. tengünstigere electrically conductive, in particular metalli ¬ cal, lines can be executed.
Das Submodul kann so ausgestaltet sein, dass jede Energie- speicherbaugruppe zusätzlich zu der baugruppen-externen Kommunikationsschnittstelle eine weitere redundante baugruppen¬ externe Kommunikationsschnittstelle aufweist. Mit anderen Worten gesagt, weist also jede Energiespeicherbaugruppe zwei redundante baugruppen-externe Kommunikationsschnittstellen auf. Dadurch wird vorteilhafter Weise sichergestellt, dass auch bei Ausfall einer Kommunikationsschnittstelle über die zweite Kommunikationsschnittstelle die Kommunikation mit der Energiespeicherbaugruppe aufrecht erhalten werden kann. Das Submodul kann so ausgestaltet sein, dass jede Energie¬ speicherbaugruppe eine Hilfsenergieversorgungseinheit für die Hilfsenergieversorgung und zusätzlich eine redundante Hilfs- energieversorgungseinheit für die Hilfsenergieversorgung auf¬ weist. Jede Energiespeicherbaugruppe weist also zwei redun- dante Hilfsenergieversorgungseinheiten für die Hilfsenergieversorgung auf. Hierdurch ist vorteilhafter Weise sichergestellt, dass auch bei Ausfall einer Hilfsenergieversorgungs¬ einheit mittels der zweiten Hilfsenergieversorgungseinheit die Hilfsenergieversorgung für die Energiespeichereinheiten der Energiespeicherbaugruppe aufrecht erhalten werden kann. The submodule can be configured such that each energy storage module in addition to having the assembly external communication interface further redundant modules ¬ external communication interface. In other words, each energy storage module has two redundant module-external communication interfaces. This advantageously ensures that communication with the energy storage module can be maintained even if one communication interface fails via the second communication interface. The submodule can be designed such that each energy storage ¬ subassembly has an auxiliary power supply unit for the auxiliary power supply and additionally a redundant auxiliary power supply unit for the auxiliary power supply ¬ . Each energy storage module thus has two redundant auxiliary power supply units for the auxiliary power supply. In this way, it is advantageously ensured that the auxiliary power supply for the energy storage units of the energy storage module can be maintained even if an auxiliary power supply unit fails by means of the second auxiliary power supply unit.
Das Submodul kann so ausgestaltet sein, dass das Submodul einen DC-DC-Wandler aufweist, der die Leistungshalbleiterschaltung (elektrisch) mit dem Energiespeicher verbindet. Ein derartiger DC-DC-Wandler ermöglicht eine verbesserte Anpas¬ sung der Ausgangsspannung des Energiespeichers an die Be¬ triebsspannung der Leistungshalbleiter. Insbesondere ermöglicht ein derartiger DC-DC-Wandler eine verbesserte Anpassung der Ausgangsspannung des Energiespeichers an die Betriebs- Spannung der Leistungshalbleiterschalter der Leistungshalbleiterschaltung . Das Submodul kann so ausgestaltet sein, dass es einen Gleich¬ spannungszwischenkreis aufweist, der elektrische Energie für die Hilfsenergieversorgung bereitstellt. Hierbei wird der oftmals sowieso in dem Submodul vorhandene Gleichspannungs- zwischenkreis zusätzlich für die Hilfsenergieversorgung der Energiespeichereinheiten verwendet . The submodule can be designed such that the submodule has a DC-DC converter which connects the power semiconductor circuit (electrically) to the energy store. Such a DC-DC converter enables an improved solution ANPAS ¬ the output voltage of the energy storage to the loading ¬ operating voltage of the power semiconductor. In particular, such a DC-DC converter enables an improved adaptation of the output voltage of the energy store to the operating voltage of the power semiconductor switches of the power semiconductor circuit. The submodule can be designed such that it has a DC voltage intermediate circuit, which provides electrical energy for the auxiliary power supply. In this case, the DC link circuit, which is often present anyway in the submodule, is additionally used for the auxiliary power supply of the energy storage units.
Das Submodul kann so ausgestaltet sein, dass der Gleichspan¬ nungszwischenkreis die Leistungshalbleiterschaltung Sub-module may be configured such that the DC clamping voltage between ¬ circle the power semiconductor circuit
(elektrisch) mit dem DC-DC-Wandler verbindet. (electrically) connects to the DC-DC converter.
Das Submodul kann so ausgestaltet sein, dass die Energiespei¬ cherbaugruppe zwei, vier oder acht Energiespeichereinheiten aufweist . The submodule can be designed so that the Energiespei ¬ cherbaugruppe having two, four or eight energy storage units.
Offenbart wird weiterhin ein modularer Mehrstufenumrichter mit einer Mehrzahl von Submodulen, die nach einer der vorstehend beschriebenen Varianten ausgeführt sind. Offenbart wird weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines modularen Mehrstufenumrichters, der eine Mehrzahl von Submo¬ dulen mit jeweils einer Leistungshalbleiterschaltung und jeweils einem Energiespeicher aufweist, wobei der Energiespei¬ cher eine Mehrzahl von Energiespeicherbaugruppen aufweist, und wobei jede Energiespeicherbaugruppe mehrere Energiespei¬ chereinheiten sowie eine Steuereinheit aufweist, wobei bei dem Verfahren Disclosed is still a modular multi-stage converter with a plurality of submodules, which are designed according to one of the variants described above. Further disclosed is a method of operating a modular Mehrstufenumrichters having a plurality of Submo ¬ dulen each having a power semiconductor circuit and in each case an energy store, wherein the Energiespei ¬ cher having a plurality of energy storage modules, and wherein each energy storage module several Energiespei ¬ chereinheiten and a control unit wherein in the method
- ein Datenaustausch mit den Energiespeichereinheiten der Energiespeicherbaugruppe (ausschließlich) über die Steuerein- heit dieser Energiespeicherbaugruppe durchgeführt wird, wel¬ che über baugruppen-interne Kommunikationsschnittstellen mit den Energiespeichereinheiten verbunden ist. - A data exchange with the energy storage units of the energy storage module (exclusively) via the control unit of this energy storage module is performed, wel ¬ che is connected via module-internal communication interfaces with the energy storage units.
Dieses Verfahren kann so ausgeführt werden, dass die Energie- Speichereinheiten von der Steuereinheit über baugruppen-interne Energieversorgungsschnittstellen mit elektrischer Energie (Hilfsenergie) versorgt werden. Das Verfahren kann auch so ausgestaltet sein, dass die Submo- dule nach einer der vorstehend ausgeführten Varianten ausgestaltet sind. This method can be carried out so that the energy storage units are supplied with electrical energy (auxiliary energy) from the control unit via internal power supply interfaces. The method can also be configured such that the submodules are designed according to one of the variants set out above.
Das Verfahren weist ebenfalls die Vorteile auf, die oben im Zusammenhang mit dem Submodul angegeben sind. The method also has the advantages indicated above in connection with the submodule.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei¬ spielen näher erläutert. Dazu ist in The invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments. This is in
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung mit einem modularer Mehrstufenumrichter, in Figure 1 shows an embodiment of an arrangement with a modular multi-stage converter, in
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel eines Figure 2 shows an embodiment of a
Mehrstufenumrichters mit in Dreiecks¬ schaltung angeordneten Phasenmodulen, in Mehrstufenumrichters with triangle in ¬ circuit arranged phase modules, in
Figur 3 ein Ausführungsbeispiel eines Figure 3 shows an embodiment of a
Mehrstufenumrichters mit in Brückenschal¬ tung angeordneten Phasenmodulen, in Mehrstufenumrichters with arranged in bridge scarf ¬ tung phase modules, in
Figur 4 ein Ausführungsbeispiel eines 4 shows an embodiment of a
Mehrstufenumrichters mit in Sternschal¬ tung angeordneten Phasenmodulen, in Multi - stage converter with phase modules arranged in a star circuit , in
Figur 5 ein Ausführungsbeispiel einer einphasigen Figure 5 shows an embodiment of a single-phase
Schaltung eines einzigen Phasenmoduls eines Mehrstufenumrichters, in  Circuit of a single phase module of a multi-stage converter, in
Figur 6 ein Ausführungsbeispiel eines Aufbaus Figure 6 shows an embodiment of a structure
eines Phasenmoduls, in  a phase module, in
Figur 7 ein Ausführungsbeispiel eines Submoduls eines modularen Mehrstufenumrichters, in FIG. 7 shows an exemplary embodiment of a submodule of a modular multistage converter, in FIG
Figur 8 ein Ausführungsbeispiel einer Leistungs¬ halbleiterschaltung, in Figur 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer FIG. 8 shows an exemplary embodiment of a power semiconductor circuit, in FIG Figure 9 shows another embodiment of a
Leistungshalbleiterschaltung, in Figur 10 ein Ausführungsbeispiel eines DC-DC-Wand- lers, in  Power semiconductor circuit, in Figure 10 an embodiment of a DC-DC converter, in
Figur 11 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Figure 11 shows another embodiment of a
DC-DC-Wandlers, in  DC-DC converter, in
Figur 12 ein Ausführungsbeispiel eines Figure 12 shows an embodiment of a
Energiespeichers, in  Energy storage, in
Figur 13 eine perspektivische Darstellung eines Figure 13 is a perspective view of a
Ausführungsbeispiels eines Submoduls eines modularen Mehrstufenumrichters, in  Embodiment of a submodule of a modular multi-stage converter, in
Figur 14 ein Ausführungsbeispiel einer Figure 14 shows an embodiment of a
Energiespeicherbaugruppe im Detail, in  Energy storage module in detail, in
Figur 15 ein Ausführungsbeispiel einer Steuerein¬ heit einer Energiespeichereinheit und in Figur 16 ein Ausführungsbeispiel eines FIG. 15 shows an exemplary embodiment of a control unit of an energy storage unit and FIG. 16 shows an exemplary embodiment of a
Energiespeichers eines Submoduls dargestellt .  Energy storage of a submodule shown.
In Figur 1 ist eine Anordnung 1 mit einem modularen Mehrstu- fenumrichter 3 (modularen Multilevelumrichter 3) dargestellt. Der modulare Mehrstufenumrichter 3 ist über eine Anschluss¬ schiene 5 dreiphasig mit einem Energieversorgungsnetz 7 elektrisch verbunden. Das Energieversorgungsnetz 7 ist im Ausführungsbeispiel ein dreiphasiges Wechselspannungs-Ener- gieversorgungsnetz 7. Mittels eines Stromsensors 10 wird der durch den Umrichter 3 fließende Strom gemessen. Strommesswerte 13 werden zu einer Ansteuereinheit 15 für den modularen Mehrstufenumrichter übertragen. Weiterhin wird mittels eines Spannungssensors 18 (der hier als ein Messwandler 18 ausge¬ führt ist) die an der Anschlussschiene 5 anliegende Spannung gemessen. Diese Spannung entspricht im Wesentlichen der an dem modularen Mehrstufenumrichter anliegenden Spannung. Span- nungsmesswerte 21 werden zu der Ansteuereinheit 15 übertra¬ gen. Die Ansteuereinheit 15 vergleicht die Strommesswerte 13 und die Spannungsmesswerte 21 mit vorgegebenen Sollwerten 25. Daraufhin berechnet die Ansteuereinheit Ansteuersignale 28, die zu dem modularen Mehrstufenumrichter 3 übertragen werden. Mittels dieser Ansteuersignale 28 wird der Mehrstufenumrich¬ ter 3 derart angesteuert, dass sich an der Anschlussschiene 5 die gewünschten Strom- und Spannungswerte einstellen. Mit anderen Worten gesagt, kontrolliert die Ansteuereinheit 15 den Mehrstufenumrichter 3. In einer derartigen Anordnung kann der modulare Mehrstufenumrichter 3 beispielsweise zur Blindleis¬ tungskompensation eingesetzt werden. FIG. 1 shows an arrangement 1 with a modular multi-stage converter 3 (modular multilevel converter 3). The modular Mehrstufenumrichter 3 is electrically connected via a connection ¬ rail 5 three-phase with a power supply network 7. In the exemplary embodiment, the energy supply network 7 is a three-phase AC energy supply network 7. By means of a current sensor 10, the current flowing through the converter 3 is measured. Current measurements 13 are transmitted to a drive unit 15 for the modular multistage converter. Furthermore, by means of a Voltage sensor 18 (which is here out as a transducer 18 performs ¬ ) measured at the terminal rail 5 voltage applied. This voltage essentially corresponds to the voltage applied to the modular multistage converter. Measured voltage values to the control unit 21 are 15 übertra ¬ gene. The control unit 15 compares the measured current values 13 and the measured voltage values with predetermined desired values 25, 21 Then, the control unit computes control signals 28 which are transmitted to the modular Mehrstufenumrichter. 3 By means of these drive signals 28, the multistage converter 3 is driven in such a way that the desired current and voltage values are set on the connecting bar 5. In other words, the drive unit 15 controls the multi-stage converter 3. In such an arrangement, the modular multi-stage converter 3 can be used, for example, for Blindleis ¬ tion compensation.
In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Mehrstufenum¬ richters 3 dargestellt, welcher drei Phasenmodule 210 auf- weist. Diese drei Phasenmodule 210 sind in Dreiecksschaltung geschaltet und mit drei Phasen LI, L2 und L3 des Energiever¬ sorgungsnetzes 7 verbunden. Der Aufbau der Phasenmodule 210 ist in Figur 6 dargestellt. In Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines Mehrstufenum¬ richters 3 dargestellt, welcher sechs Phasenmodule 210 auf¬ weist. Diese sechs Phasenmodule 210 sind in einer Brücken¬ schaltung (hier: in einer B6-Brückenschaltung) angeordnet. Dabei sind jeweils ein Anschluss eines ersten Phasenmoduls und ein Anschluss eines zweiten Phasenmoduls miteinander elektrisch verbunden und bilden einen Wechselspannungsan- schluss 302, 304 oder 306. 2 shows an embodiment of a Mehrstufenum ¬ judge 3 is shown, which has three phase modules 210 up. These three phase modules 210 are connected in delta configuration and connected to three phases LI, L2 and L3 of the Energiever ¬ supply network. 7 The structure of the phase modules 210 is shown in FIG. 3 shows an embodiment of a Mehrstufenum ¬ converter 3 is shown that the six phase module 210 includes ¬. These six phase modules 210 are in a bridge circuit ¬ (here, in a B6 bridge circuit) are arranged. In this case, in each case one connection of a first phase module and one connection of a second phase module are electrically connected to one another and form an AC voltage connection 302, 304 or 306.
Der andere Anschluss des ersten Phasenmoduls ist mit einem positiven Gleichspannungsanschluss 310 verbunden; der andere Anschluss des zweiten Phasenmoduls ist mit einem negativen Gleichspannungsanschluss 312 verbunden. Die drei Wechselspan¬ nungsanschlüsse 302, 304 und 306 sind mit drei Phasen LI, L2 und L3 des Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzes 7 ver¬ bunden . The other terminal of the first phase module is connected to a positive DC voltage terminal 310; the other terminal of the second phase module is connected to a negative DC voltage terminal 312. The three alternating voltage clamping ¬ terminals 302, 304 and 306 are connected to three phases LI, L2 and L3 of the AC power supply network 7 ver ¬ connected.
Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines modularen Mehr- Stufenumrichters 3, bei dem drei Phasenmodule 210 in Stern¬ schaltung geschaltet sind. Dabei sind jeweils ein Anschluss der drei Phasenmodule 210 miteinander elektrisch verbunden und bilden einen Sternpunkt 410. Der Sternpunkt 410 ist mit einem Rückleiter N des Energieversorgungsnetzes 7 verbunden. Die jeweils drei anderen Anschlüsse der Phasenmodule 210 sind jeweils mit einer Phase (LI, L2 oder L3) des Energieversor¬ gungsnetzes 7 verbunden. Figure 4 shows an embodiment of a modular multi-stage inverter 3, in which three phase modules 210 are connected in star ¬ circuit. In this case, in each case one connection of the three phase modules 210 are electrically connected to one another and form a neutral point 410. The star point 410 is connected to a return conductor N of the energy supply network 7. The other three terminals of the phase modules 210 are each connected to a phase (LI, L2 or L3) of the Energieversor ¬ supply network 7 is connected.
In Figur 5 ist ein Ausführungsbeispiel eines einzelnen Pha- senmoduls 210 dargestellt, welches einphasig an ein Energie¬ versorgungsnetz angeschlossen werden kann. Dabei kann dieses Phasenmodul 210 zwischen einer Phase L und dem Rückleiter N des Energieversorgungsnetzes angeschlossen werden, wie in Fi¬ gur 5 dargestellt ist. Darüber hinaus kann ein solches Pha- senmodul 210 aber auch zwischen einem positiven Pol und einem negativen Pol eines Gleichspannungsnetzes bzw. eines Gleich¬ spannungskreises angeschlossen sein. Letzteres ist beispiels¬ weise bei der Hochspannungs-Gleichstromübertragung von Vorteil, weil dort bereits ein gemeinsamer Gleichspannungskreis vorhanden ist. 5 shows an embodiment of an individual phases senmoduls 210 is shown, which can be single-phase connected to an energy supply network ¬. In this case, this phase module 210 can be connected between a phase L and the return conductor N of the power supply network, as shown in FIG . In addition, such phases may be senmodul 210 but also connected between a positive terminal and a negative terminal of a DC voltage network or a direct ¬ voltage circuit. The latter is ¬ example, in the high-voltage direct current transmission beneficial because there is a common DC circuit already exists.
In Figur 6 ist ein Ausführungsbeispiel des Phasenmoduls 210 näher dargestellt. Das Phasenmodul 210 weist einen ersten An¬ schluss 604 sowie einen zweiten Anschluss 606 auf. Der ersten Anschluss 604 ist über einen Stromsensor 608 mit einem ersten Submodul 610 elektrisch verbunden. Das erste Submodul 610 ist elektrisch in Reihe geschaltet mit weiteren Submodulen 610; insgesamt weist das Phasenmodul 210 n Submodule auf. Das letzte der n Submodule 610 ist über eine Koppelinduktivität 612 elektrisch mit dem zweiten Anschluss 606 verbunden. Mittels des Stromsensors 608 wird der durch das Phasenmodul 210 fließende Strom gemessen. Der erste Anschluss 604 kann bei¬ spielsweise mit dem positiven Gleichspannungsanschluss 310 verbunden sein (vergleiche Figur 3); der zweite Anschluss 606 kann beispielsweise mit dem Wechselspannungsanschluss 302 verbunden sein. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann aber auch der erste Anschluss 604 und der zweite Anschluss 606 jeweils mit einer Phase des Wechselspannungs-Energiever- sorgungsnetzes 7 verbunden sein. Dann stellen sowohl der erste Anschluss 604 als auch der zweite Anschluss 606 Wech¬ selspannungsanschlüsse dar (vergleiche das Ausführungsbei¬ spiel der Figur 2) . FIG. 6 shows an embodiment of the phase module 210 in greater detail. The phase module 210 includes a first circuit to ¬ 604 and a second terminal 606th The first terminal 604 is electrically connected to a first sub-module 610 via a current sensor 608. The first submodule 610 is electrically connected in series with other submodules 610; in total, the phase module 210 has n submodules. The last of the n submodules 610 is electrically connected to the second terminal 606 via a coupling inductance 612. By means of the current sensor 608, the current flowing through the phase module 210 is measured. The first terminal 604 may play in ¬ example with the positive direct voltage terminal 310 be connected (see Figure 3); For example, the second terminal 606 may be connected to the AC voltage terminal 302. In another exemplary embodiment, however, the first terminal 604 and the second terminal 606 may each be connected to one phase of the AC power supply network 7. Then, both the first terminal 604 and second terminal 606 represent Wech ¬ selspannungsanschlüsse (see the Ausführungsbei ¬ game of Figure 2).
In Figur 7 ist ein Ausführungsbeispiel des Submoduls 610 im Detail dargestellt. Das zweipolige Submodul 610 weist einen ersten Submodulanschluss 704 und einen zweiten Submodulan- schluss 706 auf. Die beiden Submodulanschlüsse 704 und 706 sind mit einer Leistungshalbleiterschaltung 710 verbundenFIG. 7 shows an embodiment of the submodule 610 in detail. The two-pole submodule 610 has a first submodule connection 704 and a second submodule connection 706. The two submodule terminals 704 and 706 are connected to a power semiconductor circuit 710
(genauer gesagt mit einem Wechselspannungsanschluss der Leis¬ tungshalbleiterschaltung 710). Ein Gleichspannungsanschluss der Leistungshalbleiterschaltung 710 ist über einen Gleichspannungszwischenkreis 714 mit einem ersten Gleichspannungs- anschluss des DC-DC-Wandlers 720 verbunden. Der Gleichspan¬ nungszwischenkreis 714 stellt ebenfalls die elektrische Ener¬ gie für die Hilfsenergieversorgung der Energiespeichereinhei¬ ten 1410 (vgl. Figur 14) bereit. Ein zweiter Gleichspannungs¬ anschluss des DC-DC-Wandlers 720 ist mit einem Energiespei- eher 724 verbunden. (more specifically to an alternating voltage terminal of the Leis ¬ tung semiconductor circuit 710). A DC voltage connection of the power semiconductor circuit 710 is connected via a DC voltage intermediate circuit 714 to a first DC voltage connection of the DC-DC converter 720. The DC clamping voltage ¬ intermediate circuit 714 also provides the electrical Ener ¬ strategy for the auxiliary power supply to the Energiespeichereinhei ¬ th 1410 (see FIG. 14). A second DC ¬ terminal of the DC-DC converter 720 is connected to an energy store 724th
Die Leistungshalbleiterschaltung 710 kann auch als ein „Powermodul" bezeichnet werden. Ausführungsbeispiele der Leistungshalbleiterschaltung 710 sind in den Figuren 8 und 9 dargestellt; Ausführungsbeispiele des DC-DC-Wandlers 720 sind in den Figuren 10 und 11 dargestellt. The power semiconductor circuit 710 may also be referred to as a "power module." Embodiments of the power semiconductor circuit 710 are shown in Figures 8 and 9, and embodiments of the DC-DC converter 720 are shown in Figures 10 and 11.
In Figur 8 ist ein Ausführungsbeispiel der Leistungshalblei¬ terschaltung 710 dargestellt. Die Leistungshalbleiterschal- tung 710 weist vier Leistungshalbleiterschalter 810 auf. Die Leistungshalbleiterschalter 810 sind ein- und ausschaltbare Leistungshalbleiterschalter. Jeder der Leistungshalbleiterschalter 810 weist ein Leistungshalbleiterbauelement mit einer antiparallel geschalteten Diode auf. Im Ausführungsbei¬ spiel der Figur 8 ist das Leistungshalbleiterbauelement ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) . In anderen Ausführungsbeispielen kann das Halbleiterbauelement jedoch auch an- ders ausgestaltet sein, zum Beispiel als ein IGCT (Integrated Gate-Commutated Thyristor), IEGT ( Inj ection-Enhanced Gate Transistor) oder als ein MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) . Die vier Halbleiterschalter 810 bilden im Ausführungsbeispiel der Figur 8 eine Vollbrücken- Schaltung. Dadurch kann die Polarität der zwischen dem ersten Submodulanschluss 704 und dem zweiten Submodulanschluss 706 anliegenden Spannung umgekehrt werden. 8 shows an embodiment of the Leistungshalblei ¬ terschaltung 710 is illustrated. The power semiconductor circuit 710 has four power semiconductor switches 810. The power semiconductor switches 810 are switched on and off power semiconductor switches. Each of the power semiconductor switches 810 includes a power semiconductor device an antiparallel connected diode. In the Ausführungsbei ¬ game of Figure 8, the power semiconductor device is an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). However, in other embodiments, the semiconductor device may be otherwise configured, for example, as an IGCT (Integrated Gate-Commutated Thyristor), IEGT (Injection-Enhanced Gate Transistor), or as a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) ). The four semiconductor switches 810 form in the embodiment of Figure 8 is a full bridge circuit. As a result, the polarity of the voltage applied between the first submodule connection 704 and the second submodule connection 706 can be reversed.
In Figur 9 ist ein weitere Ausführungsbeispiel einer Leis- tungshalbleiterschaltung 710 λ dargestellt, welche lediglich zwei Leistungshalbleiterschalter 810 aufweist. Die beiden Leistungshalbleiterschalter 810 bilden im Ausführungsbeispiel der Figur 9 eine Halbbrückenschaltung. Dadurch kann zwischen dem ersten Submodulanschluss 704 und dem zweiten Submodulan- schluss 706 nur eine Spannung einer Polarität (oder eine Nullspannung) ausgegeben werden. FIG. 9 shows a further exemplary embodiment of a power semiconductor circuit 710 λ , which has only two power semiconductor switches 810. The two power semiconductor switches 810 form in the embodiment of Figure 9 is a half-bridge circuit. As a result, only one voltage of one polarity (or one zero voltage) can be output between the first submodule connection 704 and the second submodule connection 706.
In Figur 10 ist ein Ausführungsbeispiel des DC-DC-Wandlers 720 dargestellt. Dieser DC-DC-Wandler 720 weist einen Konden- sator 1010 auf, der die Spannung im Gleichspannungszwischenkreis 714 ( Zwischenkreisspannung) puffert. Weiterhin weist der DC-DC-Wandler 720 vier Leistungshalbleiterschalter 810 auf, welche eine Vollbrückenschaltung bilden. Die Leistungs¬ halbleiterschalter 810 sind mit zwei ausgangsseitig zusammen- geschalteten Drosseln 1015 verbunden. FIG. 10 shows an embodiment of the DC-DC converter 720. This DC-DC converter 720 has a capacitor 1010, which buffers the voltage in the DC intermediate circuit 714 (intermediate circuit voltage). Furthermore, the DC-DC converter 720 has four power semiconductor switches 810, which form a full-bridge circuit. The power ¬ semiconductor switch 810 are connected to two output side connected together chokes 1015th
Figur 11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines DC-DC- Wandlers 720 λ. Dieser DC-DC-Wandler 720 λ weist im Unterschied zum DC-DC-Wandler 720 lediglich zwei Leistungshalbleiter- Schalter in Form einer Halbbrücke sowie eine Drossel 1015 auf, welche mit dem energiespeicherseitigen Anschluss des DC- DC-Wandlers 720 λ verbunden ist. Figur 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Energiespeichers 724. Der Energiespeicher 724 weist eine Vielzahl von Energiespeicherbaugruppen 1210 auf, welche im Ausführungsbeispiel in Reihe geschaltet sind. In einem anderen Ausführungsbeispiel können in dem Energiespeicher 724 auch parallel geschaltete Energiespeicherbaugruppen 1210 angeordnet sein, oder es können in dem Energiespeicher 724 Reihenschaltungen und Parallelschaltungen von Energiespeicherbaugruppen 1210 angeordnet sein . FIG. 11 shows a further exemplary embodiment of a DC-DC converter 720 λ . This DC-DC converter 720 λ has, in contrast to the DC-DC converter 720 to only two power semiconductor switches in the form of a half bridge and an inductor 1015, which λ is connected to the energy storage device-side terminal of the DC-DC converter 720th Figure 12 shows an embodiment of the energy storage 724. The energy storage 724 has a plurality of energy storage assemblies 1210, which are connected in series in the embodiment. In another exemplary embodiment, energy storage modules 1210 connected in parallel may also be arranged in the energy store 724, or series connections and parallel connections of energy storage modules 1210 may be arranged in the energy store 724.
Die Energiespeicherbaugruppen 1210 sind dabei (insbesondere elektrisch und mechanisch) gleichartig aufgebaut. Die Ener¬ giespeicherbaugruppen 1210 sind untereinander austauschbar, das heißt, die untere in Figur 12 dargestellte Energiespei- cherbaugruppe 1210 könnte mit der oberen in Figur 12 darge¬ stellten Energiespeicherbaugruppe 1210 ausgetauscht werden. Die Energiespeicherbaugruppen 1210 können auch als Transporteinheiten bezeichnet werden, weil sie einzeln gut transportiert und leicht installiert werden können. The energy storage modules 1210 are constructed identically (in particular electrically and mechanically). The Ener ¬ giespeicherbaugruppen 1210 are interchangeable, that is, the lower energy storage module 1210 shown in Figure 12 could be replaced with the upper Darge ¬ presented in Figure 12. Energy storage assembly 1210th The energy storage assemblies 1210 may also be referred to as transport units because they can be individually transported and easily installed.
In Figur 13 ist in einer dreidimensionalen Darstellung ein Ausführungsbeispiel des Submoduls 610 dargestellt. In einem Tragegestell 1310 sind vier Energiespeicherbaugruppen 1210, eine Leistungshalbleiterschaltung 710 und ein DC-DC-Wandler 720 montiert. Das Tragegestell 1310 ist mittels In FIG. 13, an exemplary embodiment of the submodule 610 is shown in a three-dimensional representation. In a support frame 1310 four energy storage assemblies 1210, a power semiconductor circuit 710 and a DC-DC converter 720 are mounted. The support frame 1310 is by means of
Isolierstützern 1314 elektrisch gegenüber dem Untergrund isoliert. Im Vordergrund sind der erste Submodulanschluss 704 und der zweite Submodulanschluss 706 zu erkennen. In Figur 14 ist ein Ausführungsbeispiel der Energiespeicherbaugruppe 1210 dargestellt. Die Energiespeicherbaugruppe 1210 weist vier Energiespeichereinheiten 1410 sowie eine Steuereinheit 1412 auf. Die Steuereinheit 1412 stellt die Hilfs¬ energieversorgung für die vier Energiespeichereinheiten 1410 bereit sowie führt die Kommunikation mit den vier Energie¬ speichereinheiten 1410 durch. Die vier Energiespeichereinhei¬ ten 1410 weisen jeweils ein Steuermodul 1420 sowie mehrere Energiespeicher 1422 auf. Die Steuereinheit 1412 ist über je- weils eine baugruppen-interne Energieversorgungsschnittstelle 1430 mit den vier Energiespeichereinheiten 1410 elektrisch verbunden. Die Steuereinheit 1412 versorgt über diese Ener¬ gieversorgungsschnittstelle 1430 die Energiespeichereinheiten 1410 mit elektrischer Energie (Hilfsenergie) . Hilfsenergie ist diejenige elektrische Energie, die nicht für die Aufla¬ dung des Energiespeichers 1422 benötigt wird, sondern bei¬ spielsweise für das Steuermodul 1420 der Energiespeicherein¬ heit 1410. Insulating 1314 electrically isolated from the ground. In the foreground, the first submodule connection 704 and the second submodule connection 706 can be seen. FIG. 14 shows an exemplary embodiment of the energy storage module 1210. The energy storage module 1210 has four energy storage units 1410 and a control unit 1412. The control unit 1412, the auxiliary ¬ energy supply for the four energy storage units 1410 ready and performs the communication by using the four energy storage units ¬ 1410th The four energy storage units 1410 each have a control module 1420 and a plurality of energy stores 1422. The control unit 1412 is above each because an internal power supply interface 1430 is electrically connected to the four energy storage units 1410. The control unit 1412 powered via these Ener ¬ gieversorgungsschnittstelle 1430, the energy storage devices 1410 with electric power (power supply). Power supply is the electrical energy that is not required for the Aufla ¬ tion of the energy storage 1422, but ¬ example, for the control module 1420 of Energiespeicherein ¬ unit 1410th
Weiterhin ist zwischen der Steuereinheit 1412 und den Energiespeichereinheiten 1410 jeweils eine baugruppen-interne Kommunikationsschnittstelle 1435 angeordnet. Über diese bau¬ gruppen-interne Kommunikationsschnittstelle 1435 kommuniziert die Steuereinheit 1412 mit den Energiespeichereinheiten 1410. Furthermore, in each case a module-internal communication interface 1435 is arranged between the control unit 1412 and the energy storage units 1410. About this construction ¬ group internal communication interface 1435, the control unit 1412 communicates with the power storage units 1410th
Die Energiespeicherbaugruppe 1210 weist außerdem vier bau- gruppen-externe Kommunikationsschnittstellen 1440 auf. Dies sind Kommunikationsschnittstellen, die eine Kommunikation nach außerhalb der Energiespeicherbaugruppe 1210 ermöglichen. The energy storage module 1210 also has four component-external communication interfaces 1440. These are communication interfaces that allow communication outside the energy storage assembly 1210.
Mittels zweier Kommunikationsschnittstellen 1440 ist die Energiespeicherbaugruppe 1210 mit der in der Reihenschaltung nachfolgenden Energiespeicherbaugruppe und der in der Reihen- Schaltung vorausgehenden Energiespeicherbaugruppe verbunden. Genauer gesagt, ist mittels der beiden Kommunikationsschnitt¬ stellen 1440 die Steuereinheit 1412 der Energiespeicherbau¬ gruppe 1210 mit der Steuereinheit der in der Reihenschaltung nachfolgenden Energiespeicherbaugruppe und mit der Steuerein- heit der in der Reihenschaltung vorausgehenden Energiespeicherbaugruppe verbunden. Von den vier baugruppen-externen Kommunikationsschnittstellen 1440 der Energiespeicherbaugruppe 1210 sind zwei Kommunikationsschnittstellen redundant, das heißt, sie dienen als Reserve-Kommunikationsschnittstel- len. By means of two communication interfaces 1440, the energy storage module 1210 is connected to the energy storage module following in the series connection and the energy storage module preceding in the series circuit. More specifically, the control unit 1412 of the Energiespeicherbau ¬ group 1210 connected to the control unit of the subsequent in the series circuit of the energy storage module and to the control unit of the preceding in the series circuit energy storage assembly by means of the two communication interfaces ¬ 1440th Of the four module-external communication interfaces 1440 of the energy storage module 1210, two communication interfaces are redundant, that is, they serve as reserve communication interfaces.
Die Steuereinheit 1412 ist mit den Energiespeichereinheiten 1410 über die baugruppen-internen Kommunikationsschnittstel- len 1435 galvanisch gekoppelt. Insbesondere ist diese bau- gruppen-interne Kommunikationsschnittstelle 1435 in Form von elektrisch leitfähigen Leitungen, insbesondere als metallische Leitungen, ausgeführt. Eine derartige galvanisch kop- pelnde Kommunikationsschnittstelle lässt sich einfach und kostengünstig herstellen. Im Unterschied dazu ist die Steuer¬ einheit 1412 von der Steuereinheit 1412 einer anderen Energiespeicherbaugruppe mittels der baugruppen-externen Kommunikationsschnittstelle 1440 galvanisch entkoppelt. Dazu ist die baugruppen-externe Kommunikationsschnittstelle 1440 bei¬ spielsweise als ein (oder mehrere) Lichtwellenleiter 1440 ausgeführt. Derartige Lichtwellenleiter sind zwar teurer als elektrisch leitfähige Leitungen, aber sie ermöglichen eine Potenzialtrennung zwischen den Steuereinheiten 1412 verschie- dener Energiespeicherbaugruppen 1210. The control unit 1412 is connected to the energy storage units 1410 via the module-internal communication interface. len 1435 galvanically coupled. In particular, this module-internal communication interface 1435 is embodied in the form of electrically conductive lines, in particular as metallic lines. Such a galvanic coupling communication interface can be produced easily and inexpensively. In contrast, the control ¬ 1412 is electrically decoupled from the control unit 1412 of another energy storage assembly by means of the module external communication interface 1440th For this purpose, the module external communication interface is carried out at 1440 ¬ example as one (or more) optical waveguide 1440th Although such optical waveguides are more expensive than electrically conductive lines, they enable a potential separation between the control units 1412 of different energy storage assemblies 1210.
Die baugruppen-externe Kommunikationsschnittstelle 1440 ist also eine galvanisch isolierte Kommunikationsschnittstelle. Die baugruppen-externe Kommunikationsschnittstelle 1440 ver- bindet die Steuereinheiten benachbarter Energiespeicherbau¬ gruppen zum Zwecke der Kommunikation. Alternativ oder zusätzlich kann mittels der baugruppen-externen Kommunikationsschnittstelle 1440 auch eine Kommunikation zwischen der Steuereinheit der Energiespeicherbaugruppe und der zentralen An- Steuereinheit 15 erfolgen. The module-external communication interface 1440 is thus a galvanically isolated communication interface. The module-external communication interface 1440 connects the control units of neighboring Energiepeicherbau ¬ groups for the purpose of communication. Alternatively or additionally, by means of the module-external communication interface 1440, a communication between the control unit of the energy storage module and the central control unit 15 can take place.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 14 weist die Energiespei¬ cherbaugruppe 1210 vier Energiespeichereinheiten 1410 auf. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Energiespeicher- baugruppe jedoch auch eine andere Anzahl an Energiespeichereinheiten aufweisen, beispielsweise zwei Energiespeichereinheiten oder acht Energiespeichereinheiten. In the embodiment of Figure 14, the Energiespei ¬ cherbaugruppe at 1210 four energy storage devices 1410th In another embodiment, however, the energy storage module may also have a different number of energy storage units, for example two energy storage units or eight energy storage units.
Die Energiespeicherbaugruppe 1210 stellt nach außen eine in sich abgeschlossene elektrische, mechanische und/oder logi¬ sche Einheit dar. Dies wird insbesondere durch die Steuerein¬ heit 1412 erreicht. Die Steuereinheit 1412 übernimmt die Kom¬ munikation mit allen Energiespeichereinheiten 1410 der Ener- giespeicherbaugruppe 1210 und sammelt so Informationen von allen Energiespeichereinheiten 1410. Diese Informationen können beispielsweise den Ladezustand der Energiespeichereinhei¬ ten oder bei den Energiespeichereinheiten auftretende Fehler betreffen. Die Steuereinheit 1412 sendet diese Informationen weiter zu der Steuereinheit der benachbarten Energiespeicherbaugruppe 1210. Alternativ kann die Steuereinheit 1412 diese Informationen auch zur Ansteuereinheit 15 senden. Die Steuereinheit 1412 ist weiterhin ein Energieverteiler für die The energy storage assembly 1210 is outwardly a self-contained electrical, mechanical and / or logi cal ¬ entity. This is achieved in particular by the Steuerein ¬ integrated 1412th The control unit 1412 takes the Kom ¬ munication with all the energy storage devices 1410, the energy Giespeicherbaugruppe 1210 and collects so information from all energy storage units 1410. This information can, for example, the state of charge of Energiespeichereinhei ¬ th or concern the energy storage units occurring errors. The control unit 1412 sends this information on to the control unit of the adjacent energy storage module 1210. Alternatively, the control unit 1412 can also send this information to the control unit 15. The control unit 1412 is further an energy distributor for the
Hilfsenergieversorgung. Außerdem realisiert die Steuereinheit 1412 eine Schutzlogik, um die einzelnen Energiespeichereinheiten 1410 der Energiespeicherbaugruppe 1210 vor Überlastung und/oder Zerstörung zu schützen. In Figur 15 ist ein Ausführungsbeispiel der SteuereinheitAuxiliary power supply. In addition, the controller 1412 implements protection logic to protect the individual energy storage devices 1410 of the energy storage device 1210 from overloading and / or destruction. FIG. 15 shows an exemplary embodiment of the control unit
1412 dargestellt. Die Steuereinheit 1412 weist einen Logik¬ baustein 1510, zwei Hilfsenergieversorgungseinheiten 1520 und 1520 λ für die Hilfsenergieversorgung der Energiespeichereinheiten 1410, einen Messeingang 1530, die baugruppen-externe Kommunikationsschnittstellen 1440, die baugruppen-internen Kommunikationsschnittstellen 1435 sowie die Energieversorgungsschnittstellen 1430 (Hilfsversorgungsverteiler 1430) auf. Der Messeingang 1530 dient zur Überwachung der Energiespeichereinheiten 1410. 1412 shown. The control unit 1412 has a logic ¬ building block 1510, two auxiliary power supply units 1520 and 1520 λ for the auxiliary power supply of energy storage units 1410, a measurement input 1530, the module-external communication interfaces 1440, the internal communication interfaces 1435 and the power supply interfaces 1430 (auxiliary supply manifold 1430) on. The measuring input 1530 serves to monitor the energy storage units 1410.
Der Logikbaustein 1510 kann beispielsweise ein FPGA (Field Programmable Gate Array) , ein CPLD (Complex Programmable Lo¬ gic Device) , ein digitaler Signalprozessor DSP oder ein The logic module 1510 may, for example, an FPGA (Field Programmable Gate Array), a CPLD (Complex Programmable Lo ¬ gic Device), a digital signal processor DSP or a
MikroController sein. Dieser Logikbaustein 30 führt die Be microcontroller. This logic module 30 carries the
Signalverwaltung, Signalvorverarbeitung, Redundanzverwaltung, Kodierung und Dekodierung von Eingangssignalen, Schutzfunktionen, Lebensdauerüberwachung und/oder eventuell notwendige Berechnungen aus . In Figur 16 ist ein Ausführungsbeispiel des Energiespeichers 724 des Submoduls 610 dargestellt. Der Energiespeicher 724 weist mehrere Energiespeicherbaugruppen 1210 auf, von denen in der Figur 16 drei dargestellt sind. Jede Energiespeicher- baugruppe 1210 weist eine Steuereinheit 1412 und vier Ener¬ giespeichereinheiten 1410 auf. Die Steuereinheiten 1412 der Energiespeicherbaugruppen 1210 sind mittels der baugruppenexternen Kommunikationsschnittstellen 1440 elektrisch in Reihe geschaltet. Signal management, signal preprocessing, redundancy management, coding and decoding of input signals, protection functions, lifetime monitoring and / or possibly necessary calculations. FIG. 16 shows an exemplary embodiment of the energy store 724 of the submodule 610. The energy store 724 has a plurality of energy storage assemblies 1210, of which three are shown in FIG. 16. Each energy storage assembly 1210 includes a control unit 1412 and four Ener ¬ giespeichereinheiten 1410. The control units 1412 of the energy storage modules 1210 are electrically connected in series by means of the module-external communication interfaces 1440.
Die beschriebene Energiespeicherbaugruppe 1210 weist vorteil¬ hafter Weise eine hohe Modularität und Flexibilität im Design auf, was eine einfache Anpassbarkeit an zukünftige Anwendun- gen erlaubt. Die Gesamtkosten für die Kommunikation reduzieren sich bei einer gleichzeitigen Erhöhung der Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit während des Betriebs. Dies wird insbe¬ sondere dadurch erreicht, dass die baugruppen-internen Kommu¬ nikationsschnittstellen nicht galvanisch isoliert ausgeführt zu sein brauchen, sondern dass für diese baugruppen-internen Kommunikationsschnittstellen preisgünstige galvanisch leitende Verbindungen verwendet werden können. The energy storage module 1210 described has beneficial ¬ manner a high degree of modularity and flexibility in the design on, allowing easy adaptability to future applica- tions. The total cost of communication is reduced while increasing reliability and availability during operation. This is achieved in particular ¬ sondere fact that the module-internal commu ¬ terfaces need not be galvanically isolated, but that for this module-internal communication interfaces inexpensive electrically conductive connections can be used.
Die Energiespeicherbaugruppe 1210 kann mit einer hohen Vor- fertigungstiefe fabrikmäßig hergestellt und getestet werden. Dadurch wird der Aufbau eines Mehrstufenumrichters beim Kun¬ den wesentlich erleichtert. Die Energiespeicherbaugruppe ist zudem wartungsfreundlich und ermöglicht eine robuste Messda¬ tenverarbeitung . The energy storage assembly 1210 may be factory fabricated and tested at a high pre-fabricated depth. This simplifies the construction of a Mehrstufenumrichters when Kun ¬ is the much easier. The energy storage module is also easy to maintain and enables robust Messda ¬ th processing.
Die Energiespeichereinheiten 1410 sind im Ausführungsbeispiel als Niederspannungsenergiespeicher 1410 ausgestaltet. Niederspannungsenergiespeicher sind Energiespeicher, die mit Niederspannung betrieben werden, also insbesondere mit Spannun- gen kleiner oder gleich 1500 V. The energy storage units 1410 are designed in the embodiment as a low-voltage energy storage 1410. Low-voltage energy storage devices are energy storage systems that are operated with low voltage, ie in particular with voltages of less than or equal to 1500 V.
Niederspannungsenergiespeicher sind als solche am Markt erhältlich. Niederspannungsenergiespeicher können mehrere Speicherzellen (zum Beispiel in Form von Kondensatoren wie bei- spielsweise Ultra-Caps) und eine integrierte Spannungsmessung aufweisen. Der beschriebene Niederspannungsenergiespeicher führt auch Überwachungsfunktionen durch: das Steuermodul 1420 führt Überwachungsfunktionen aus und beinhaltet eine eigene Steuerelektronik, die eine Balancierung der in den einzelnen Zellen des Energiespeichers 1422 enthaltenen Energie vor¬ nimmt. Wenn ein Defekt in einem Niederspannungsenergiespei¬ cher auftritt, dann muss das Auftreten eines Störlichtbogens verhindert werden, da es dabei zu Hitze, Bränden, Gasentwick¬ lung und/oder Rauchentwicklung kommen kann, woraufhin Isolationsfehler folgen können. Dadurch kann im Extremfall der mo- dulare Mehrstufenumrichter schnell zerstört werden. Deshalb werden kritische Parameter der Niederspannungsenergiespeicher (z.B. Temperatur, Ströme, Spannungen) fortlaufend überwacht, um den sicheren Betrieb der Niederspannungsenergiespeicher zu gewährleisten. Diese Überwachung übernimmt die Steuereinheit 1412 der Energiespeicherbaugruppe 1210. Dadurch wird vorteil¬ hafter Weise vermieden, dass zwischen jedem Niederspannungs- energiespeicher (das heißt zwischen jeder Energiespeichereinheit) und einer zentralen Überwachungsinstanz eine eigenen Kommunikationsschnittstelle eingerichtet zu werden braucht, welche galvanisch isoliert/galvanisch getrennt ausgeführt werden müsste. Derartige galvanisch getrennte/galvanisch iso- lierte Kommunikationsschnittstellen (z.B. mittels teurerLow-voltage energy storage devices are available on the market as such. Low-voltage energy storage devices can have a plurality of storage cells (for example in the form of capacitors such as, for example, ultra-caps) and an integrated voltage measurement. The low-voltage energy storage described also performs monitoring functions: the control module 1420 performs monitoring functions and includes its own Control electronics, which takes a balance of the energy contained in the individual cells of the energy storage 1422 before ¬ . If a defect occurs in a Niederspannungsenergiespei ¬ cher, then the occurrence of an arc fault must be prevented because it can cause heat, fire, gas development ¬ ment and / or smoke it, then follow insulation fault. As a result, in extreme cases, the modular multistage converter can be quickly destroyed. Therefore, critical parameters of the low voltage energy storage (eg, temperature, currents, voltages) are continuously monitored to ensure the safe operation of the low voltage energy storage. This monitoring is performed, the control unit 1412, the energy storage assembly 1210. This advantageous ¬ manner it is avoided that the energy storage (i.e. between each energy storage unit), and a central monitoring instance an own communication interface needs to be established between each low voltage, which galvanically insulated / electrically isolated would have to be. Such galvanically isolated / galvanically isolated communication interfaces (eg by means of more expensive
Lichtwellenleiter-Verbindungen) sind vielmehr nur zwischen der Steuereinheit 1412 und den Steuereinheiten benachbarter Energiespeicherbaugruppen notwendig. Dadurch ergibt sich eine deutliche Kosteneinsparung. Optical fiber connections) are only necessary between the control unit 1412 and the control units of adjacent energy storage modules. This results in a significant cost savings.
Der Datenaustausch mit den Energiespeichereinheiten wird also erfindungsgemäß ausschließlich über die Steuereinheit 1412 durchgeführt. Dadurch werden neben den baugruppen-internen Kommunikationsschnittstellen lediglich wenige galvanisch iso- lierte baugruppen-externe Kommunikationsschnittstellen benö¬ tigt. Dies reduziert die Kosten erheblich. Weiterhin werden vorteilhafter Weise die Energiespeichereinheiten (ausschließlich) von der Steuereinheit über baugruppen-interne Energie¬ versorgungsschnittstellen mit elektrischer Energie (Hilfs- energie) versorgt. Dadurch kann auch die Hilfsenergieversorgung mittels kostengünstiger galvanisch leitender Verbindungen realisiert werden; auch hierfür wird keine galvanisch getrennte Energieversorgungsschnittstelle benötigt. Es wurde ein Submodul und ein Verfahren beschrieben, mit denen kostengünstig und sicher ein modularer Mehrstufenumrichter realisiert bzw. betrieben werden kann. The data exchange with the energy storage units is thus carried out according to the invention exclusively via the control unit 1412. This addition to the module-internal communication interfaces only a few galvanically iso- profiled assemblies-external communication interfaces Need Beer ¬ Untitled. This reduces the costs considerably. Further advantageously, the energy storage units (exclusively) from the control unit via module-internal energy ¬ supply interfaces with electrical power (auxiliary power) supplied. As a result, the auxiliary power supply can also be realized by means of cost-effective galvanically conductive connections; Again, no galvanically isolated power supply interface is needed. A submodule and a method have been described with which a modular multistage converter can be implemented and operated cost-effectively and safely.

Claims

Patentansprüche claims
1. Submodul (610) eines modularen Mehrstufenumrichters (3) mit einer Leistungshalbleiterschaltung (710), die mindestens zwei ein- und ausschaltbare Leistungshalbleiterschalter (810) aufweist, und mit einem Energiespeicher (724), A submodule (610) of a modular multi-stage converter (3) having a power semiconductor circuit (710) having at least two power semiconductor switches (810) which can be switched on and off, and having an energy store (724),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e c e n c i n e s that
der Energiespeicher (724) eine Mehrzahl von Energiespeicherbaugruppen (1210) aufweist, die gleichartig aufgebaut sind. the energy store (724) has a plurality of energy storage modules (1210), which are of similar construction.
2. Submodul nach Anspruch 1, 2. submodule according to claim 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e c e n c i n e s that
- jede der Energiespeicherbaugruppen (1210) mehrere Energiespeichereinheiten (1410) sowie eine Steuereinheit (1412) auf- weist, wobei zwischen der Steuereinheit (1412) und den Ener¬ giespeichereinheiten (1410) baugruppen-interne Energieversorgungsschnittstellen (1430) für eine Hilfsenergieversorgung der Energiespeichereinheiten (1410) und baugruppen-interne Kommunikationsschnittstellen (1435) für die Kommunikation mit den Energiespeichereinheiten (1410) angeordnet sind. - Each of the energy storage modules (1210) has a plurality of energy storage units (1410) and a control unit (1412), wherein between the control unit (1412) and the Ener ¬ giespeichereinheiten (1410) internal power supply interfaces (1430) for an auxiliary power supply of the energy storage units ( 1410) and intra-board communication interfaces (1435) for communicating with the energy storage units (1410).
3. Submodul nach Anspruch 2, 3. submodule according to claim 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e c e n c i n e s that
- die Steuereinheiten (1412) der Energiespeicherbaugruppen (1210) mittels baugruppen-externer Kommunikationsschnittstel¬ len (1440) in einer Reihenschaltung geschaltet sind. - The control units (1412) of the energy storage modules (1210) by means of module-external Kommunikationsschnittstel ¬ len (1440) are connected in a series circuit.
4. Submodul nach Anspruch 2 oder 3, 4. submodule according to claim 2 or 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e c e n c i n e s that
- innerhalb einer Energiespeicherbaugruppe (1210) die Steuer¬ einheit (1412) mit den Energiespeichereinheiten (1410) über die baugruppen-internen Kommunikationsschnittstellen (1435) galvanisch gekoppelt sind. - Within an energy storage module (1210), the control ¬ unit (1412) with the energy storage units (1410) via the module-internal communication interfaces (1435) are galvanically coupled.
5. Submodul nach einem der Ansprüche 2 bis 4, 5. Submodule according to one of claims 2 to 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass - die baugruppen-internen Kommunikationsschnittstellen (1435) als elektrisch leitfähige, insbesondere als metallische, Lei¬ tungen ausgeführt sind. characterized in that - The module-internal communication interfaces (1435) are designed as electrically conductive, in particular as metallic, Lei ¬ lines.
6. Submodul nach einem der Ansprüche 2 bis 5, 6. Submodule according to one of claims 2 to 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e c e n c i n e s that
- die Steuereinheiten (1412) der Energiespeicherbaugruppen (1210) untereinander galvanisch entkoppelt sind.  - The control units (1412) of the energy storage modules (1210) are galvanically decoupled from each other.
7. Submodul nach einem der Ansprüche 3 bis 6, 7. Submodule according to one of claims 3 to 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e c e n c i n e s that
- die baugruppen-externen Kommunikationsschnittstellen (1440) als Lichtwellenleiter ausgeführt sind.  - The module-external communication interfaces (1440) are designed as optical waveguides.
8. Submodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 8. Submodule according to one of the preceding claims,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e c e n c i n e s that
- jede Energiespeicherbaugruppe (1210) zusätzlich zu der bau¬ gruppen-externen Kommunikationsschnittstelle (1440) eine wei¬ tere redundante baugruppen-externe Kommunikationsschnitt- stelle (1440) aufweist. - Each energy storage module (1210) in addition to the building group ¬ external communication interface (1440) has a wei ¬ tere redundant module external communication interface (1440).
9. Submodul nach einem der Ansprüche 2 bis 8, 9. Submodule according to one of claims 2 to 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e c e n c i n e s that
- jede Energiespeicherbaugruppe (1210) eine Hilfsenergiever- sorgungseinheit (1520) und zusätzlich eine redundante Hilfs- energieversorgungseinheit (1520 λ) für die Hilfsenergieversor¬ gung aufweist. - Each energy storage module (1210) has an auxiliary power supply unit (1520) and additionally a redundant auxiliary power supply unit (1520 λ ) for the Hilfsenergieversor ¬ supply.
10. Submodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, 10. Submodule according to one of claims 1 to 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e c e n c i n e s that
- das Submodul (610) einen DC-DC-Wandler (720) aufweist, der die Leistungshalbleiterschaltung (710) mit dem Energiespeicher (724) verbindet.  - The sub-module (610) comprises a DC-DC converter (720) which connects the power semiconductor circuit (710) with the energy storage device (724).
11. Submodul nach einem der Ansprüche 2 bis 10, 11. Submodule according to one of claims 2 to 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass - das Submodul (610) einen Gleichspannungszwischenkreis (714) aufweist, der elektrische Energie für die Hilfsenergieversor¬ gung bereitstellt. characterized in that - The submodule (610) has a DC voltage intermediate circuit (714) which provides electrical energy for the Hilfsenergieversor ¬ supply.
12. Submodul nach Anspruch 11, 12. submodule according to claim 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e c e n c i n e s that
- der Gleichspannungszwischenkreis (714) die Leistungshalb¬ leiterschaltung (710) mit dem DC-DC-Wandler (720) verbindet. - The DC intermediate circuit (714) connects the power semiconductor ¬ circuit (710) with the DC-DC converter (720).
13. Submodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 13. Submodule according to one of the preceding claims,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e c e n c i n e s that
- die Energiespeicherbaugruppe (1210) zwei, vier oder acht Energiespeichereinheiten (1410) aufweist.  - The energy storage assembly (1210) has two, four or eight energy storage units (1410).
14. Modularer Mehrstufenumrichter (3) mit einer Mehrzahl von Submodulen (610) nach einem der Ansprüche 1 bis 13. 14. Modular multi-stage converter (3) with a plurality of submodules (610) according to one of claims 1 to 13.
15. Verfahren zum Betreiben eines modularen Mehrstufenumrichters (3), der eine Mehrzahl von Submodulen (610) mit jeweils einer Leistungshalbleiterschaltung (710) und jeweils einem Energiespeicher (724) aufweist, wobei der Energiespeicher (724) eine Mehrzahl von Energiespeicherbaugruppen (1210) aufweist, und wobei jede Energiespeicherbaugruppe (1210) mehrere Energiespeichereinheiten (1410) sowie eine Steuereinheit (1412) aufweist, wobei bei dem Verfahren 15. A method for operating a modular multi-stage converter (3) having a plurality of sub-modules (610) each having a power semiconductor circuit (710) and each having an energy store (724), wherein the energy store (724) comprises a plurality of energy storage assemblies (1210) and wherein each energy storage assembly (1210) comprises a plurality of energy storage units (1410) and a control unit (1412), wherein in the method
- ein Datenaustausch mit den Energiespeichereinheiten (1410) der Energiespeicherbaugruppe (1210) über die Steuereinheit (1412) dieser Energiespeicherbaugruppe (1210) durchgeführt wird, welche über baugruppen-interne Kommunikationsschnitt- stellen (1435) mit den Energiespeichereinheiten (1410) verbunden ist.  - A data exchange with the energy storage units (1410) of the energy storage module (1210) via the control unit (1412) of this energy storage module (1210) is performed, which is connected via internal communication interface units (1435) connected to the energy storage units (1410).
16. Verfahren nach Anspruch 15, 16. The method according to claim 15,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e c e n c i n e s that
- die Energiespeichereinheiten (1410) von der Steuereinheit- The energy storage units (1410) from the control unit
(1412) über baugruppen-interne Energieversorgungsschnittstel¬ len (1430) mit elektrischer Energie versorgt werden. (1412) are supplied with module-internal power supply interface of the ¬ len (1430) with electrical energy.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, 17. The method according to claim 15 or 16,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e c e n c i n e s that
- die Submodule (610) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 aus¬ gestaltet sind. - The submodule (610) according to one of claims 1 to 13 are designed from ¬ .
PCT/EP2016/064287 2015-07-10 2016-06-21 Sub-module of a modular cascaded coverter WO2017009010A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP16733366.5A EP3295551A1 (en) 2015-07-10 2016-06-21 Sub-module of a modular cascaded coverter

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015212931.4 2015-07-10
DE102015212931.4A DE102015212931A1 (en) 2015-07-10 2015-07-10 Submodule of a modular multistage converter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017009010A1 true WO2017009010A1 (en) 2017-01-19

Family

ID=56292681

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2016/064287 WO2017009010A1 (en) 2015-07-10 2016-06-21 Sub-module of a modular cascaded coverter

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3295551A1 (en)
DE (1) DE102015212931A1 (en)
WO (1) WO2017009010A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102158064A (en) * 2011-01-26 2011-08-17 中国科学院等离子体物理研究所 Turn-off power semiconductor device valve and tandem topology structure thereof
US20120112545A1 (en) * 2010-11-04 2012-05-10 Curtiss-Wright Electro-Mechanical Corporation M2LC System Coupled to a Rectifier System
EP2549634A1 (en) * 2010-03-15 2013-01-23 Hitachi, Ltd. Electric power conversion apparatus
US20130107455A1 (en) * 2011-10-31 2013-05-02 Abb Technology Ag Thermosiphon cooler arrangement in modules with electric and/or electronic components

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2549634A1 (en) * 2010-03-15 2013-01-23 Hitachi, Ltd. Electric power conversion apparatus
US20120112545A1 (en) * 2010-11-04 2012-05-10 Curtiss-Wright Electro-Mechanical Corporation M2LC System Coupled to a Rectifier System
CN102158064A (en) * 2011-01-26 2011-08-17 中国科学院等离子体物理研究所 Turn-off power semiconductor device valve and tandem topology structure thereof
US20130107455A1 (en) * 2011-10-31 2013-05-02 Abb Technology Ag Thermosiphon cooler arrangement in modules with electric and/or electronic components

Also Published As

Publication number Publication date
EP3295551A1 (en) 2018-03-21
DE102015212931A1 (en) 2017-01-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2100365B1 (en) Monitoring of the aging of capacitors in a converter by means of capacitance measurement
EP1497911B1 (en) Power supply with a direct converter
DE102018003642B4 (en) Modular inverters with batteries as energy storage for three-phase electric motors
EP3143686A1 (en) Converter with redundant circuit topology
DE102010052934A1 (en) New multilevel converter topology with the possibility of dynamic serial and parallel connection of individual modules
EP2764595B1 (en) Method for protecting an intermediate circuit capacitor in a power converter circuit
WO2018206201A1 (en) Battery device having at least one module string, in which module string module units are interconnected one after the other in a row, and motor vehicle and operating method for the battery device
EP2845288B1 (en) On- or off-coupling of power in a branch at a node of a dc network by a voltage source connected in series
EP2608397A1 (en) Modular high frequency converter for drive systems
EP2764614A1 (en) Modular, multi-stage inverter having a multiplicity of serially connected inverter modules for generating multi-phase output voltages
EP3783783A1 (en) Assembly for regulating a power flow in an ac network and method for protecting said assembly
EP2928060A1 (en) Modular frequency converter circuit with submodules having different switching capacities
EP3487026A1 (en) Converter assembly for stabilizing an ac network
EP3791466A1 (en) Modular multi-point converter with modular storage units
WO2019063078A1 (en) Submodule for a modular multilevel converter
WO2017157614A1 (en) Modular multi-stage converter
WO2017009010A1 (en) Sub-module of a modular cascaded coverter
WO2018113926A1 (en) Power converter
WO2014086428A1 (en) Multistage converter with additional module
WO2014127829A1 (en) Serial tapping with pre-charge unit
EP2608390A1 (en) Modular Multilevel DC/AC converter comprising a series connection of DC/AC inverter sub-modules controlled by a central and electrically protective separated common control unit
EP3857691B1 (en) Device for transforming a direct current voltage
WO2017152989A1 (en) Arrangement with a module of a power converter and a switch
DE102017203233A1 (en) Modular inverter
WO2016169588A1 (en) Electric arrangement with sub-modules

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16733366

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2016733366

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE