WO2018210451A1 - Verfahren zum betreiben eines elektrischen netzes - Google Patents

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WO2018210451A1
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Stefan GÖTZ
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Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an electrical network, a multilevel converter, a power supply system and a single module.
  • An electrical network can have a plurality of energy sources, via which a plurality of consumers, which are connected to the electrical network, electrical energy can be provided.
  • the electrical network it is furthermore possible for the electrical network to be subdivided into a number of subnetworks to which different energy sources and consumers are assigned.
  • the different subnetworks may have different voltages with which the subnetworks are to be operated, these different voltages having different amplitudes and / or different maximum values.
  • Voltages are connected to one another via a voltage converter, for example a DC-DC converter or an AC-DC converter.
  • a voltage converter for example a DC-DC converter or an AC-DC converter.
  • Low-voltage network and a transformer of the motor vehicle feeds This transformer is designed to convert the low-voltage into a high-voltage, with the consumers of the high-voltage network to operate parallel to consumers of the low-voltage network.
  • a method for supplying an electric motor with an alternating current is described in US 2010 0 140 003 A1. In this case, depending on the requirements of the electric motor, it is provided with an electrical voltage via at least one pulse width modulation, whereby a plurality of types, for example three types, of a respective pulse width modulation to be used are selected. From the document US 2013 0 106 365 AI is known to charge an energy storage of an electric motor vehicle via an external power source. It is possible, the energy storage of the motor vehicle with the external power source galvanically isolated or directly charged.
  • Inverter disposed which is adapted to generate a multi-phase high voltage required by the respective load, wherein disturbing noises are avoided by selecting a difference of phases of the high-voltage voltages.
  • the method according to the invention is intended for operating an electrical network which comprises a first subnetwork and a second subnetwork, which are connected to one another via at least one transformer and galvanically separated from one another by a primary side of the at least one
  • the Transformer is associated with at least a first winding having a first number of turns the first subnet and a secondary side of the at least one transformer with a second winding having a second number of turns the second subnet.
  • the first subnetwork has a multilevel converter with a plurality N, N> 1, of individual modules, each individual module having at least one electrical module
  • the primary side of the at least one transformer is connected to the at least one winding with the first number of turns via at least one electrical tap unit corresponding to at least one individual module.
  • the multilevel converter is at least a first electrical
  • At least one second electrical alternating voltage is tapped off at the at least one electrical tapping unit of the corresponding at least one individual module, which is provided to the at least one transformer and from which at least one transformer is transformed to an outgoing electrical alternating voltage which is provided to the second subnetwork.
  • the at least one first turn number of the primary side of the at least one transformer is greater than the second turn number of the secondary side of the at least one transformer.
  • a maximum amplitude of the at least one transformer via the at least one tap unit provided AC voltage of the first sub-network, which is usually a
  • High voltage network is greater than an amplitude of the outgoing
  • the at least one first alternating voltage has an amplitude with a first value and a frequency with a first value
  • the at least one second AC voltage has an amplitude of a second value and a frequency of a second value.
  • the first value of the amplitude of the at least one first alternating voltage is usually set greater than the second value of the amplitude of the second alternating voltage.
  • the first value of the frequency of the at least one first alternating voltage is usually set smaller than the second value of the frequency of the at least one second alternating voltage.
  • the first value of the amplitude of the at least one first alternating voltage is smaller than the second value of the second alternating voltage.
  • the value of the frequency of the at least one first alternating voltage is also possible for the value of the frequency of the second
  • the electrical alternating voltage emanating from the at least one transformer is converted into a DC voltage via at least one rectifier.
  • the at least one rectifier is coupled to the at least one transformer on the secondary side of the at least one transformer.
  • the at least one tap unit of the corresponding at least one individual module is implemented as an inverter or an inverter connected to the electrical energy store or if the at least one individual module has several
  • Energy storage comprises, to one of the energy storage of at least one
  • DC voltage source is formed, so that the tapped off DC voltage via the trained as an inverter electrical tap unit in a second
  • AC voltage designated AC voltage is converted or converted. In the event that not just one tap unit on a single module, but several
  • Tap units are provided according to a plurality of individual modules, each of these tap units is designed as an inverter and to each one as
  • DC voltage source formed energy storage ever one of several Individual modules is connected to the at least one transformer according to several second AC voltages provided. It should be noted that the respective tap unit picks up a DC voltage from the respective individual module. In this case, the tapping unit directly to the
  • DC voltage source of the respective individual module to be connected or coupled or the tap unit is on leads to the DC voltage source
  • the at least one transformer has on the primary side a plurality m, N> m> 1 of first windings and the primary side of the at least one
  • Transformer with the plurality m of first windings via a corresponding plurality m of tap units is connected to a corresponding plurality m of individual modules, wherein at the respective tap units in each case a second electrical AC voltage is tapped, which is respectively provided to the at least one transformer, and the at least a transformer transforms the respective second alternating electrical voltages to corresponding at least one outgoing alternating electrical voltage, which is provided to the second subnetwork.
  • the second alternating electrical voltage picked up at the respective tap units to be identical for all tapping units.
  • the at each tap units respectively
  • tapped second electrical AC voltage is varied from tapping unit to tapping unit.
  • a plurality n, N>n> 1 of transformers are provided, wherein each transformer of the plurality n of transformers on the primary side has a first winding with a first winding number and on the secondary side has a second winding with a second winding number and each transformer on the primary side is connected via a respective tap unit to a respective single module, and those on the respective terminals respectively tapped a second electrical AC voltage is provided to the respective transformer, is transformed by the respective transformer to a respective outgoing AC electrical voltage, and one of the plurality of transformers of the provided outgoing AC electrical voltages resulting voltage to the second subnet is provided.
  • each first winding is coupled via a respective tapping unit, each with a single module.
  • n transformers are provided, which are connected on their respective primary side via corresponding n tap units to n individual modules, wherein the second AC voltages to be tapped off at the respective n tap units are tapped with a phase offset of 2 ⁇ / ⁇ to each other.
  • each of the provided multiple transformers is followed by a rectifier, which converts the outgoing of the respective transformer electrical AC voltage into a respective DC voltage.
  • the correspondingly more rectifiers are optionally connected to each other in parallel or in series as required by the second subnetwork.
  • the second subnet is thereby provided a total DC voltage.
  • a DC voltage of 400 V is to be made available in the second subsystem, at least some, as a rule all rectifiers, are connected in series with one another.
  • the plurality m or n of individual modules, of which a respective second alternating voltage is tapped via a corresponding plurality m or n of tap units are selected essentially uniformly from the plurality N of individual modules of the multi-level converter. This is to ensure that the load caused by a respective tap unit is evenly distributed across the plurality of individual modules of the multi-level converter. Accordingly, it is also conceivable that the individual modules of the plurality m or n of individual modules from different strands or module strands of the multilevel converter are selected. According to one embodiment of the method according to the invention, a plurality of mutually phase-shifted first alternating voltages are provided by the multilevel converter.
  • the multiple individual modules with energy storage comprehensive Multilevelkonverter is also designed as energy storage or energy source and / or to designate, with the consumers of the subnets AC voltages with different
  • Frequencies are provided.
  • consumers of the first subnet are provided with alternating voltages with respectively adapted amplitudes and frequencies.
  • consumers of the second subnet will have at least one
  • an outgoing AC voltage is provided, the frequency and amplitude of which are determined by the frequency and amplitude of the at least one second AC voltage provided to the at least one transformer and by a ratio of the at least one primary side number of turns Number of turns of the secondary side of the at least one
  • the multilevel converter has a plurality of distributed individual modules, wherein an energy store of a respective individual module usually has a DC voltage is provided, wherein in the event that a DC voltage is provided by a respective energy store, this DC voltage is converted by the multilevel converter into an AC voltage.
  • the present invention relates to a multilevel converter to be arranged in an electrical network, wherein the electrical network comprises a first subnetwork and a second subnetwork, wherein the two subnetworks over at least one
  • a primary side of the at least one transformer is to be associated with at least a first winding having a first number of turns of the first subnet and a secondary side of the at least one transformer with a second winding having a second number of turns to the second subnet.
  • the multilevel converter is to be arranged in the first subnetwork and has a plurality N, N> 1, of individual modules, each individual module having at least one electrical energy store, wherein the multilevel converter is adapted to provide at least a first alternating electrical voltage to the first subnetwork and via at least a
  • Tapping unit according to at least one individual module to provide at least one second electrical AC voltage to the at least one transformer, which is transformed by the at least one transformer to an outgoing electrical voltage, which is provided to the second subnet.
  • the multilevel converter according to the invention is assigned a control unit which is designed to set values of at least one physical parameter, for example an amplitude and / or a frequency, of the at least one first and / or the at least one second alternating voltage.
  • Control unit may be formed as a component or component of the Multilevelkonverters.
  • the multilevel converter is configured to supply the at least one first alternating voltage from at least one individual voltage from an energy source or a
  • the multilevel converter according to the invention is designed to connect at least two individual modules in series and / or in parallel, and to provide the at least one first alternating voltage from a combination of individual voltages of the at least two individual modules to be combined. In this case, individual individual modules are switched on or off as required.
  • the multilevel converter has a plurality of strings, wherein each string has a combination of a plurality of individual modules interconnected with each other, wherein in each case a first alternating voltage and thus one phase can be generated or generated.
  • the value of the amplitude of the respective first alternating voltage is set depending on which individual module of a respective line is switched on or off and how several switched individual modules of the line are connected to each other in series and / or in parallel.
  • the energy storage of the individual modules are generally designed as DC voltage sources, wherein the multilevel converter has at least one converter, which is designed to be a DC voltage designed as a single voltage
  • a voltage ⁇ 60V is tapped for each individual module.
  • Multilevel converter ie by the at least one of the multilevel converter on the at least one tap unit of the at least one individual module provided second AC voltage excited.
  • the at least one transformer has a high-pass characteristic, wherein by the at least one transformer from the provided at least one second AC voltage only takes into account proportions and on the outgoing electrical
  • the at least one tap unit is implemented on the corresponding at least one individual module as a converter which is designed to form a DC voltage formed as a single voltage at least one energy storage of at least one individual module in a
  • the power supply system has an electrical network comprising a first subnetwork and a second subnetwork, which has at least one
  • Transformer connected to each other and are electrically isolated from each other, wherein a primary side of the at least one transformer having at least a first winding having a first number of turns the first subnet and a
  • the first subnetwork has a multilevel converter with a plurality N, N> 1 of individual modules, each individual module having at least one electrical energy store.
  • Multilevel converter is designed to at least a first electrical
  • Tapping unit according to at least one individual module to provide at least one second electrical AC voltage to the at least one transformer, wherein the transformer is adapted to transform the at least one second electrical AC voltage to an outgoing AC electrical voltage and provide the second subnet.
  • Number of turns of the primary side of the at least one transformer greater than the number of turns of the secondary side of the transformer.
  • the at least one transformer on the primary side a plurality m, N> m> 1, of first windings, wherein the primary side of the at least one transformer with the plurality m of first windings over a corresponding plurality m of
  • Tap units is connected to a corresponding plurality m of individual modules, whereby at the respective tap units in each case a second electrical
  • AC voltage can be tapped, which can be provided in each case the at least one transformer.
  • the at least one transformer is designed to transform the respective second alternating electrical voltages together to an outgoing electrical alternating voltage and to provide them to the second subnet.
  • Transformers on the primary side a first winding having a first number of turns and on the secondary side, a second winding having a second number of turns, and each transformer is connected to the primary side via a respective tapping unit to a respective individual module, and the respective terminals respectively tapped second electrical AC voltages to provide the respective transformer and are to be transformed by the respective transformer to a respective outgoing AC electrical voltage, so that one of the n of the plurality of transformers provided outgoing electrical
  • each of the n transformers is a rectifier
  • the energy supply system according to the invention can be arranged or arranged in a motor vehicle.
  • the first subnet is to be assigned or assigned as consumer an electrical machine which has a plurality of phases, the multilevel converter being designed to provide each phase with a first alternating voltage.
  • the power supply system comprises at least one rectifier, which is connected downstream of the at least one transformer and is configured to the one of the
  • At least one transformer provided outgoing electrical
  • Energy supply system consumers of the network ie at least one consumer of the first subnet, which is usually designed as an electrical machine, and at least one consumer of the second subnet to be supplied with electrical energy.
  • an electrical machine is operated as an electric motor with which electrical energy is converted into mechanical energy.
  • this electrical machine is operated as an electric generator depending on the requirement.
  • the network is also designed and / or designated as the vehicle electrical system of the motor vehicle.
  • the two subnetworks are designed and / or designated as partial subsystems of the motor vehicle which are to be operated with voltages whose amplitudes or maximum values are of different sizes.
  • the electrical machine is designed as a consumer of the first subnetwork whose voltage has an amplitude of a large value, if it is operated as an electric motor, for driving or moving the motor vehicle. If the electric machine is alternatively operated as an electrical generator, this mechanical energy of the motor vehicle, for example. In a recuperation, to convert into electrical energy, while providing electrical energy to be stored in an energy storage of the electrical network.
  • a consumer of the second subnetwork whose voltage has an amplitude with a low value is, for example, designed to carry out a control function of the motor vehicle.
  • the multilevel converter is designed as a high-voltage multilevel converter if the first subnetwork is to be operated with a higher voltage than the at least one second subnetwork.
  • the value of the frequency of the at least one first alternating voltage, which is provided by the multilevel converter and with which the load of the first subnetwork is to be supplied, is generally comparatively low and amounts to a maximum of two kilohertz.
  • the frequency of at least a second alternating voltage greater than the value of the frequency of the at least one first alternating voltage.
  • the multilevel converter is designed, for example, as a modular multilevel converter (MMC) or MMSPC.
  • MMC modular multilevel converter
  • MMSPC One trained as MMSPC
  • Multilevel converter is described in the publication “Modular Multilevel Converter with Series and Parallel Modules Connectivity: Topology and Control” (IEEE Transaction on Power
  • the multilevel converter can also be configured as a neutral-point-clamped (NPC) converter, which has a neutral conductor at a star point, or as a flying capacitor, with which, for example, alternating or three-phase voltages for at least one electric machine for driving a motor vehicle can be provided.
  • NPC neutral-point-clamped
  • Such provided for supply voltage has a value in the high-voltage range greater than 60 volts, usually greater than 200 volts and is usually from several energy storage, eg. High-voltage storage, fed.
  • At least one output of the multilevel converter is galvanically isolated from the at least one high-voltage storage. If the multilevel converter has several outputs, these are also galvanically isolated from each other.
  • the at least one first alternating voltage to be generated has high dynamics.
  • the value of the amplitude of the at least one first alternating voltage is usually greater by several orders of magnitude than the value of the amplitude of the at least one second alternating voltage.
  • a high-pass characteristic of the at least one transformer is to be set by selecting a value of an inductance of at least one winding or a coil of the at least one transformer, wherein the inductance of the respective coil is dependent on its number of turns.
  • the secondary side of the at least one transformer is connected in an embodiment with at least one rectifier and thus possibly a topology comprising a plurality of rectifiers, wherein at least one consumer of the second subnetwork is connected to the at least one rectifier
  • the at least one rectifier is usually active or passive and generally has at least one DC control stage, which is embodied, for example, as a Buck, Boost, or Buck Boost stage.
  • the topology formed by the at least one rectifier is at least one pulse or multi-pulse, for example one-pulse to twelve-pulse.
  • FET field-effect transistor
  • For active regulation of the at least one rectifier it is possible, for example, to use a semiconductor component designed as a field-effect transistor (FET).
  • FET field-effect transistor
  • FET field-effect transistor
  • a rectifier with inverter for example, for an output of 110 V or 240 V.
  • the second subnetwork in design has at least one own energy store, for example a capacitor and / or a battery.
  • An average power requirement of the first subnetwork is a multiple, for example a factor of five, higher than the average power requirement of the second subnetwork. If the power supply system and thus the electrical network for a motor vehicle is used, the average Power requirement of the second subnetwork with a maximum voltage of, for example, 12 V, 24 V, 48 V, 400 V or 800 V 1 to 3 kW.
  • the power requirement of the first subnetwork depending on the configuration of the motor vehicle to be driven for its drive, for example, 20 kW to 400 kW.
  • a DC voltage ⁇ 60V is taken from a single module.
  • the at least one second alternating voltage for exciting the at least one transformer in the first subnetwork is substantially invisible to the at least one consumer of the first subnetwork, for example for at least one electrical machine for driving a motor vehicle.
  • the present invention relates to a single module for implementation in a multilevel converter described above and / or in a preceding
  • the individual module comprises at least one electrical energy store, at least two first electrical connections for connection to corresponding at least one further individual module, a plurality of switching elements for dynamic switching between a plurality
  • the Single module and at least two second electrical connections for connection at least one electrical tapping unit for providing an alternating electrical voltage, which is transformed by a transformer to an outgoing electrical voltage.
  • the at least one electrical tapping unit is an integral part of the single module.
  • the at least one electrical energy store is realized as a DC voltage source and the at least one electrical tap unit as an inverter.
  • the transformer can also be an integrative part of the individual module.
  • the individual module further comprises a
  • a single module is modified from a known individual module previously used in a multilevel converter by connecting a DC / DC converter.
  • the DC / DC converter can be partially or completely integrated into the individual module.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of the invention
  • Multilevelkonverters as in one embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a first embodiment of the invention
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a second embodiment of the invention
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a third embodiment of the invention
  • FIG. 5 shows a schematic representation of an embodiment of the individual module according to the invention.
  • the first embodiment of the multilevel converter 10 according to the invention shown schematically in FIG. 1 comprises a first strand 12 with four individual modules 14a, 14b, 14c, 14d, a second strand 16 with likewise four individual modules 18a, 18b, 18c, 18d and a third strand 20 with four Single modules 22a, 22b, 22c, 22d. It is possible to designate each of said strands 12, 16, 20 as the arm of the multilevel converter 10.
  • This modular multilevel converter is designed, for example, as an MMC, MMSPC or Matroschka converter, which is described in the German patent application DE 10 2015 112 513.
  • Each of the individual modules 14a, 14b, 14c, 14d, 18a, 18b, 18c, 18d, 22a, 22b, 22c, 22d comprises at least one energy store, for example a capacitor or a battery, for which reason the multilevel converter 10 has a plurality of distributed energy stores.
  • energy store for example a capacitor or a battery
  • energy 5 is to be provided here to a first phase of an electrical machine.
  • a second phase of this electric machine is about the
  • At least one rectifier is connected downstream of the at least one transformer, which converts the AC voltage transformed by the transformer into a DC voltage.
  • Power supply system 30 includes a first subnetwork 32 and a second subnetwork 34.
  • the first subnetwork 32 comprises a second embodiment of the multilevel converter 36 according to the invention, which in turn has three strands 47 connected in parallel to one another,
  • a second strand 49 of the multilevel converter 36 has a first individual module 50a, a second individual module 50b, a third individual module 50c and a fourth individual module 50d.
  • the multilevel converter 36 includes a third
  • one strand 5 47, 49, 51 of the multilevel converter 36 is associated with a phase of a total of three phases U, V, W of an electrical load 58, which is designed here as an electric machine.
  • a second phase V of the consumer 58 is associated with the second strand 49 with the individual modules 50a, 50b, 50c, 50d.
  • All individual modules 48a, 48b, 48c, 48d, 50a, 50b, 50c, 50d, 53a, 52b, 52c, 52d each have an energy store. Depending on what value the amplitude of the AC voltage should have to be provided to a respective phase U, V, W,
  • a three-phase system is provided with the individual modules 48a, 48b, 48c, 48d, 50a, 50b, 50c, 50d, 53a, 52b, 52c, 52d, of the respective strand 47, 49, 51 ,
  • the first strand 47 of a first phase U, the second strand 49 of a second phase V and the third strand 51 of a third phase W of the consumer 58 is assigned.
  • the first subnet 32 is operated with a voltage which is higher than a second voltage of the second subnet 34.
  • Both subnetworks 32, 34 are connected to each other here via a galvanically isolating transformer 60, wherein the primary side of the transformer 60 to the first subnet 32 and the
  • Secondary side of the transformer 60 is assigned to the second subnet 34.
  • transformer 60 within the second subnet 34 is a
  • Rectifier 62 downstream, to which an energy storage 64 is connected.
  • the primary side of the transformer 60 is connected to the individual module 53a via an electrical tapping unit 61, which is usually realized as an inverter or DC / AC converter. From the electrical tapping unit, a DC voltage is then tapped first by the individual module 53a or by its energy store, which is then converted into a second AC voltage by the electrical tapping unit in the form of a DC / AC converter and provided to the transformer 60. The transformer 60 transforms the second AC voltage. The AC voltage transformed by the transformer 60 is then converted by the downstream rectifier 62 into a DC voltage.
  • an electrical tapping unit 61 which is usually realized as an inverter or DC / AC converter.
  • the second embodiment of the energy supply system 40 according to the invention shown schematically in FIG. 3 comprises a first subnetwork 42 and a second subnetwork 44.
  • the first subnetwork 42 comprises a third embodiment of the multilevel converter 46 according to the invention. It is provided that the third embodiment of the multilevel converter 46 is substantially identical in construction to FIG The second embodiment of the multilevel converter 36 is formed.
  • the two subnets 42, 44 include the second embodiment of the power supply system 40 according to the invention substantially the same components as the first embodiment of
  • the individual modules 53a, 53b, 53c and 53d of the strand 51 respectively have an electrical tapping unit 70a, 70b, 70c and 70d according to the invention, via which the transformer 70 or its primary side connected to the respective individual modules 53a, 53b, 53c and 53d is.
  • an electrical tapping unit 70a, 70b, 70c and 70d according to the invention, via which the transformer 70 or its primary side connected to the respective individual modules 53a, 53b, 53c and 53d is.
  • the transformer 70 is provided by the respective individual modules 53a, 53b, 53c and 53d, a second AC voltage.
  • the second alternating voltages provided to the transformer are transformed into an electrical alternating voltage emanating from the transformer 70, which is made available to the second subnet 44 via a rectifier 62 connected downstream from the transformer.
  • the second AC voltages to be taken from the respective individual modules 53a, 53b, 53c and 53d are in phase with each other.
  • the third embodiment of the energy supply system 66 according to the invention comprises a first subnetwork 42 and a second subnetwork 84.
  • the first subnetwork 42 comprises an embodiment of the multilevel converter 46 according to the invention, which is largely identical to the third embodiment of the multilevel converter 46.
  • the two subnetworks 42, 84 of the third embodiment of the power supply system 66 according to the invention essentially comprise the same components as the second embodiment of the invention
  • Power supply system 66 the individual modules 53a, 53b, 53c and 53d of the strand 51 also each have an electrical tapping unit 70a according to the invention,
  • the respective electrical tapping unit 70a, 70b, 70c or 70d is usually designed as a DC / AC converter.
  • a corresponding number of mutually independent transformers 80a, 80b, 80c and 80d are provided, the respective primary side of which is exactly one tapping unit 70a,
  • each of the transformers 80a, 80b, 80c and 80d has a respective rectifier 82a, 82b, 82c and 82d connected downstream thereof.
  • the rectifiers 82a, 82b, 82c and 82d are connected in parallel with each other. This is favorable if in the second subnet a
  • the rectifiers 82a, 82b, 82c and 82d are preferably to be connected in series with one another.
  • the second AC voltages provided by the tap units 70a, 70b, 70c, and 70d are preferably to each other
  • FIG. 5 shows an embodiment of a single module 520 according to the invention for implementation in a multilevel converter as shown, for example, in FIGS. 1, 2, 3 and 4 and / or in a power supply system as shown, for example, in FIGS. 2, 3 and 4 ,
  • the individual module here comprises an electrical energy store 509, two first electrical connections 510 and 511 for connection to corresponding at least one further individual module, a plurality of switching elements for
  • the electric tapping unit 523 is an integral part of
  • the electric tap unit 523 is realized as an inverter. It should be noted that the tapping unit 523 picks up a DC voltage from the single module.
  • the tapping unit 523 can be connected or coupled directly to the DC voltage source 509 of the individual module or the tapping unit 523 is connected to supply lines to the DC voltage source 509 and indirectly connected to the DC voltage source 509 via it.
  • the individual module comprises as switching elements four transistors 501, 502, 503 and 504 and additional diodes 505, 506, 507 and 508. All switching elements can as
  • Transistors for example, be designed as MOSFETs or IGBTs, or as other semiconductor switches.
  • the individual module may also include a rectifier connected downstream of the transformer.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Netzes, das ein erstes Teilnetz (32) und ein zweites Teilnetz (34) umfasst, die über mindestens einen Transformator (60) miteinander verbunden und durch diesen voneinander galvanisch getrennt werden, wobei das erste Teilnetz (32, 42) einen Multilevelkonverter (36) mit einer Mehrzahl N, N > 1, von Einzelmodulen (14a, 14b, 14c, 14d, 18a, 18b,18c, 18d, 22a, 22b, 22c, 22d, 48a, 48b, 48c, 48d, 50a, 50b, 50c, 50d, 53a, 52b, 52c, 52d) aufweist, wobei jedes Einzelmodul einen elektrischen Energiespeicher (509) aufweist, wobei die Primärseite des mindestens einen Transformators (60) über mindestens eine Abgriffeinheit (61) an entsprechend mindestens ein Einzelmodul (53a) angeschlossen wird, wobei von dem Multilevelkonverter (36) mindestens eine erste elektrische Wechselspannung dem ersten Teilnetz (32) bereitgestellt wird, und an der mindestens einen Abgriffeinheit (61) des entsprechend mindestens einen Einzelmoduls (53a) mindestens eine zweite elektrische Wechselspannung abgegriffen wird, die dem mindestens einen Transformator (60) bereitgestellt wird, und von dem mindestens einen Transformator (60) auf eine ausgehende elektrische Wechselspannung transformiert wird, die dem zweiten Teilnetz (34) bereitgestellt wird. Ferner wird ein Energieversorgungssystem, ein Mulitlevelkonverter und ein Einzelmodul bereitgestellt.

Description

Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Netzes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Netzes, einen Multilevelkonverter, ein Energieversorgungssystem und ein Einzelmodul.
Ein elektrisches Netz kann mehrere Energiequellen aufweisen, über die mehreren Verbrauchern, die mit dem elektrischen Netz verbunden sind, elektrische Energie bereitstellbar ist. Hierbei ist es weiterhin möglich, dass das elektrische Netz in mehrere Teilnetze unterteilt ist, denen jeweils unterschiedliche Energiequellen sowie Verbraucher zugeordnet sind. Die unterschiedlichen Teilnetze können unterschiedliche Spannungen aufweisen, mit denen die Teilnetze zu betreiben sind, wobei diese unterschiedlichen Spannungen unterschiedliche Amplituden und/oder unterschiedliche maximale Werte aufweisen. Zwei hierbei miteinander verbundene Teilnetze mit unterschiedlichen
Spannungen sind über einen Spannungswandler, bspw. einen Gleichspannungswandler oder einen Wechselspannungswandler, miteinander verbunden.
Aus der Druckschrift US 5 093 583 A ist ein elektrisches System für ein Kraftfahrzeug bekannt, das ein Niederspannungsnetz sowie ein Hochspannungsnetz umfasst. Hierbei wird von einem Generator eine Niedervoltspannung erzeugt, die das
Niederspannungsnetz sowie einen Transformator des Kraftfahrzeugs speist. Dieser Transformator ist dazu ausgebildet, die Niedervoltspannung in eine Hochvoltspannung zu wandeln, mit der parallel zu Verbrauchern des Niederspannungsnetzes auch Verbraucher des Hochspannungsnetzes zu betreiben sind. Ein Verfahren zum Versorgen eines Elektromotors mit einem Wechselstrom ist in der Druckschrift US 2010 0 140 003 AI beschrieben. Hierbei wird je nach Anforderung des Elektromotors diesem über mindestens eine Pulsweitenmodulation eine elektrische Spannung bereitgestellt, wobei zwischen mehreren Arten, bspw. drei Arten, einer jeweils zu verwendenden Pulsweitenmodulation ausgewählt wird. Aus der Druckschrift US 2013 0 106 365 AI ist bekannt, einen Energiespeicher eines elektrischen Kraftfahrzeugs über eine externe Energiequelle aufzuladen. Dabei ist es möglich, den Energiespeicher des Kraftfahrzeugs mit der externen Energiequelle galvanisch getrennt oder direkt aufzuladen.
Ein Brennstoffzellensystem, über das elektrische Lasten mit elektrischer Energie zu versorgen sind, ist in der Druckschrift US 2014 0 152 089 AI beschrieben. Hierbei ist zwischen jeweils einer Brennstoffzelle und jeweils einer elektrischen Last ein
Wechselrichter angeordnet, der dazu ausgebildet ist, eine von der jeweiligen Last benötigte mehrphasige Hochvoltspannung zu erzeugen, wobei störende Geräusche durch Auswahl einer Differenz von Phasen der Hochvoltspannungen vermieden werden.
Aus der Druckschrift US 2014 0 225 432 AI ist ein Stromwandler bekannt, der drei Spulen umfasst und zum Austausch von elektrischer Energie zwischen verschiedenen Spannungsquellen und Spannungsnetzen eines elektrischen Kraftfahrzeugs ausgebildet ist.
Vor diesem Hintergrund war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Einrichtung bereitzustellen, mit dem bzw. der Spannungen mit
unterschiedlichen maximalen Werten zu erzeugen sind, wobei ein erster Verbraucher, dem eine erste Spannung mit einem ersten Wert bereitzustellen ist, durch eine zweite Spannung mit einem zweiten Wert, die einem zweiten Verbraucher bereitzustellen ist, im Wesentlichen nicht beeinflusst wird. Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 , einem
Multilevelkonverter gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 12, einem
Energieversorgungssystem gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 20 und einem Einzelmodul gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 25 gelöst. Ausgestaltungen des Verfahrens, des Multilevelkonverters, des Energieversorgungssystems und des
Einzelmoduls ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung. Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Betreiben eines elektrischen Netzes vorgesehen, das ein erstes Teilnetz und ein zweites Teilnetz umfasst, die über mindestens einen Transformator miteinander verbunden und durch diesen voneinander galvanisch getrennt werden, wobei eine Primärseite des mindestens einen
Transformators mit mindestens einer ersten Wicklung mit einer ersten Windungszahl dem ersten Teilnetz und eine Sekundärseite des mindestens einen Transformators mit einer zweiten Wicklung mit einer zweiten Windungszahl dem zweiten Teilnetz zugeordnet wird. Das erste Teilnetz weist einen Multilevelkonverter mit einer Mehrzahl N, N > 1 , von Einzelmodulen auf, wobei jedes Einzelmodul mindestens einen elektrischen
Energiespeicher aufweist, wobei die Primärseite des mindestens einen Transformators mit der mindestens einen Wicklung mit der ersten Windungszahl über mindestens eine elektrische Abgriffeinheit an entsprechend mindestens ein Einzelmodul angeschlossen wird. Von dem Multilevelkonverter wird mindestens eine erste elektrische
Wechselspannung dem ersten Teilnetz bereitgestellt. Ferner wird an der mindestens einen elektrischen Abgriffeinheit des entsprechend mindestens einen Einzelmoduls mindestens eine zweite elektrische Wechselspannung abgegriffen, die dem mindestens einen Transformator bereitgestellt wird, und von dem mindestens einen Transformator auf eine ausgehende elektrische Wechselspannung transformiert wird, die dem zweiten Teilnetz bereitgestellt wird.
Üblicherweise ist die mindestens eine erste Windungszahl der Primärseite des mindestens einen Transformators größer als die zweite Windungszahl der Sekundärseite des mindestens einen Transformators. Somit ist eine maximale Amplitude der dem mindestens einen Transformator über die mindestens eine Abgriffeinheit bereitgestellte Wechselspannung des ersten Teilnetzes, bei dem es sich in der Regel um ein
Hochspannungsnetz handelt, größer als eine Amplitude der ausgehenden
Wechselspannung für das zweite Teilnetz, das entsprechend als Niederspannungsnetz ausgebildet ist. Bei dem Verfahren ist vorgesehen, dass die mindestens eine erste Wechselspannung eine Amplitude mit einem ersten Wert und eine Frequenz mit einem ersten Wert aufweist, und dass die mindestens eine zweite Wechselspannung eine Amplitude mit einem zweiten Wert und eine Frequenz mit einem zweiten Wert aufweist. Dabei wird der erste Wert der Amplitude der mindestens einen ersten Wechselspannung üblicherweise größer als der zweite Wert der Amplitude der zweiten Wechselspannung eingestellt. Der erste Wert der Frequenz der mindestens einen ersten Wechselspannung wird üblicherweise kleiner als der zweite Wert der Frequenz der mindestens einen zweiten Wechselspannung eingestellt. Alternativ ist möglich, dass der erste Wert der Amplitude der mindestens einen ersten Wechselspannung kleiner als der zweite Wert der zweiten Wechselspannung ist. Außerdem ist es auch möglich, dass der Wert der Frequenz der mindestens einen ersten Wechselspannung größer als der Wert der Frequenz der zweiten
Wechselspannung ist.
In Ausgestaltung wird die von dem mindestens einen Transformator ausgehende elektrische Wechselspannung über mindestens einen Gleichrichter in eine Gleichspannung gewandelt. Der mindestens eine Gleichrichter ist dabei auf der Sekundärseite des mindestens einen Transformators an den mindestens einen Transformator angekoppelt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die mindestens eine Abgriffeinheit des entsprechend mindestens einen Einzelmoduls als Wechselrichter bzw. als Inverter realisiert wird, der an den elektrischen Energiespeicher bzw. im Falle, dass das mindestens eine Einzelmodul mehrere
Energiespeicher umfasst, an einen der Energiespeicher des mindestens einen
Einzelmoduls mittelbar oder unmittelbar angeschlossen ist. Dabei ist der elektrische Energiespeicher, an dem die elektrische Abgriffeinheit angeschlossen ist, als
Gleichspannungsquelle ausgebildet, so dass die davon abgegriffene Gleichspannung über die als Inverter ausgebildete elektrische Abgriffeinheit in eine als zweite
Wechselspannung bezeichnete Wechselspannung überführt bzw. gewandelt wird. Im Falle, dass nicht nur eine Abgriffeinheit an einem Einzelmodul, sondern mehrere
Abgriffeinheiten an entsprechend mehreren Einzelmodulen vorgesehen sind, wobei jede dieser Abgriffeinheiten als Inverter ausgebildet ist und an je einen als
Gleichspannungsquelle ausgebildeten Energiespeicher je eines der mehreren Einzelmodule angeschlossen ist, werden dem mindestens einen Transformator entsprechend mehrere zweite Wechselspannungen bereitgestellt. Es ist darauf hinzuweisen, dass die jeweilige Abgriffeinheit dabei eine Gleichspannung von dem jeweiligen Einzelmodul abgreift. Dabei kann die Abgriffeinheit unmittelbar an die
Gleichspannungsquelle des jeweiligen Einzelmoduls angeschlossen bzw. angekoppelt sein oder die Abgriffeinheit ist an Zuleitungen zu der Gleichspannungsquelle
angeschlossen und darüber mittelbar mit der Gleichspannungsquelle verbunden.
In möglicher Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei vorgesehen, dass der mindestens eine Transformator auf der Primärseite eine Mehrzahl m, N > m > 1 , von ersten Wicklungen aufweist und die Primärseite des mindestens einen
Transformators mit der Mehrzahl m von ersten Wicklungen über eine entsprechende Mehrzahl m von Abgriffeinheiten an eine entsprechende Mehrzahl m von Einzelmodulen angeschlossen wird, wobei an den jeweiligen Abgriffeinheiten jeweils eine zweite elektrische Wechselspannung abgegriffen wird, die jeweils dem mindestens einen Transformator bereitgestellt wird, und der mindestens eine Transformator die jeweiligen zweiten elektrischen Wechselspannungen auf entsprechend mindestens eine ausgehende elektrische Wechselspannung transformiert, die dem zweiten Teilnetz bereitgestellt wird. Dabei ist es möglich, dass die an den jeweiligen Abgriffeinheiten jeweils abgegriffene zweite elektrische Wechselspannung für alle Abgriffeinheiten identisch ist. Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, dass die an den jeweiligen Abgriffeinheiten jeweils
abgegriffene zweite elektrische Wechselspannung von Abgriffeinheit zu Abgriffeinheit variiert wird.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Mehrzahl n, N > n > 1 von Transformatoren vorgesehen, wobei jeder Transformator der Mehrzahl n von Transformatoren auf der Primärseite eine erste Wicklung mit einer ersten Windungszahl und auf der Sekundärseite eine zweite Wicklung mit einer zweiten Windungszahl aufweist, und jeder Transformator an der Primärseite über eine jeweilige Abgriffeinheit an ein jeweiliges Einzelmodul angeschlossen wird, und die an den jeweiligen Anschlüssen jeweils abgegriffene eine zweite elektrische Wechselspannung dem jeweiligen Transformator bereitgestellt wird, von dem jeweiligen Transformator auf eine jeweilige ausgehende elektrische Wechselspannung transformiert wird, und eine aus den von der Mehrzahl n der Transformatoren bereitgestellten ausgehenden elektrischen Wechselspannungen resultierende Spannung dem zweiten Teilnetz bereitgestellt wird.
Es ist auch denkbar, eine Mischung aus Transformatoren mit je einer ersten Wicklung mit einer ersten Windungszahl auf der Primärseite und einer zweiten Wicklung mit einer zweiten Windungszahl auf der Sekundärseite, und aus Transformatoren mit einer
Mehrzahl von ersten Wicklungen auf der Primärseite vorzusehen, wobei jede erste Wicklung über eine jeweilige Abgriffeinheit mit je einem Einzelmodul gekoppelt ist.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden n Transformatoren vorgesehen, die auf ihrer jeweiligen Primärseite über entsprechend n Abgriffeinheiten an n Einzelmodule angeschlossen werden, wobei die an den jeweiligen n Abgriffeinheiten abzugreifenden zweiten Wechselspannungen mit einem Phasenversatz von 2π/η zueinander abgegriffen werden.
In noch weiterer Ausgestaltung wird jedem der vorgesehenen mehreren Transformatoren ein Gleichrichter nachgeschaltet, der die von dem jeweiligen Transformator ausgehende elektrische Wechselspannung in eine jeweilige Gleichspannung überführt. Dabei werden die entsprechend mehreren Gleichrichter nach Bedarf des zweiten Teilnetzes wahlweise zueinander parallel oder in Reihe geschaltet werden. Dem zweiten Teilnetz wird dabei eine Gesamtgleichspannung bereitgestellt. Bei mehr als zwei Gleichrichtern ist es auch denkbar, manche der Gleichrichter parallel zueinander und manche der Gleichrichter in Reihe zueinander zu schalten. Soll bspw. eine Gleichspannung von 12V bzw. 48V im zweiten Teilnetz zur Verfügung gestellt werden, so werden die Gleichrichter parallel zueinander geschaltet. Soll demgegenüber eine Gleichspannung von 400V im zweiten Teilnetz zur Verfügung gestellt werden, werden zumindest manche, in der Regel alle Gleichrichter in Reihe zueinander geschaltet. In der Regel ist vorgesehen, dass die Mehrzahl m bzw. n von Einzelmodulen, von denen über eine entsprechende Mehrzahl m bzw. n von Abgriffeinheiten eine jeweilige zweite Wechselspannung abgegriffen wird, im Wesentlichen gleichmäßig aus der Mehrzahl N von Einzelmodulen des Multilevelkonverters ausgewählt werden. Dadurch soll sichergestellt werden, dass die Last, die durch eine jeweilige Abgriffeinheit bewirkt wird, gleichmäßig über die Mehrzahl von Einzelmodulen des Multilevelkonverters verteilt wird. Demnach ist es auch denkbar, dass die Einzelmodule der Mehrzahl m bzw. n von Einzelmodulen aus verschiedenen Strängen bzw. Modul-Strängen des Multilevelkonverters gewählt werden. Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden von dem Multilevelkonverter mehrere zueinander phasenverschobene erste Wechselspannungen bereitgestellt.
Der mehrere Einzelmodule mit Energiespeichern umfassende Multilevelkonverter ist ebenfalls als Energiespeicher bzw. Energiequelle ausgebildet und/oder zu bezeichnen, mit dem Verbrauchern der Teilnetze Wechselspannungen mit unterschiedlichen
Frequenzen bereitgestellt werden. Hierbei werden Verbrauchern des ersten Teilnetzes Wechselspannungen mit jeweils bedarfsgerecht angepassten Amplituden und Frequenzen bereitgestellt.
Weiterhin wird Verbrauchern des zweiten Teilnetzes über den mindestens einen
Transformator abhängig von der mindestens einen dem mindestens einen Transformator bereitgestellten zweiten Wechselspannung eine ausgehende Wechselspannung bereitgestellt, wobei deren Frequenz sowie Amplitude von der Frequenz und Amplitude der dem mindestens einen Transformator bereitgestellten mindestens einen zweiten Wechselspannung sowie von einem Verhältnis der mindestens einen Windungszahl der Primärseite und der Windungszahl der Sekundärseite des mindestens einen
Transformators abhängig ist. Außerdem weist der Multilevelkonverter mehrere verteilte Einzelmodule auf, wobei von einem Energiespeicher eines jeweiligen Einzelmoduls in der Regel eine Gleichspannung bereitgestellt wird, wobei für den Fall, dass von einem jeweiligen Energiespeicher eine Gleichspannung bereitgestellt wird, diese Gleichspannung von dem Multilevelkonverter in eine Wechselspannung gewandelt wird. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Multilevelkonverter, der in einem elektrischen Netz anzuordnen ist, wobei das elektrische Netz ein erstes Teilnetz und ein zweites Teilnetz umfasst, wobei die beiden Teilnetze über mindestens einen
Transformator miteinander zu verbinden und durch diesen voneinander galvanisch zu trennen sind. Eine Primärseite des mindestens einen Transformators ist mit mindestens einer ersten Wicklung mit einer ersten Windungszahl dem ersten Teilnetz und eine Sekundärseite des mindestens einen Transformators ist mit einer zweiten Wicklung mit einer zweiten Windungszahl dem zweiten Teilnetz zuzuordnen. Der Multilevelkonverter ist in dem ersten Teilnetz anzuordnen und weist eine Mehrzahl N, N > 1 , von Einzelmodulen auf, wobei jedes Einzelmodul mindestens einen elektrischen Energiespeicher aufweist, wobei der Multilevelkonverter dazu ausgebildet ist, mindestens eine erste elektrische Wechselspannung dem ersten Teilnetz bereitzustellen und über mindestens eine
Abgriffeinheit an entsprechend mindestens einem Einzelmodul mindestens eine zweite elektrische Wechselspannung dem mindestens einen Transformator bereitzustellen, die von dem mindestens einen Transformator auf eine ausgehende elektrische Spannung transformiert wird, die dem zweiten Teilnetz bereitgestellt wird.
In Ausgestaltung ist dem erfindungsgemäßen Multilevelkonverter eine Kontrolleinheit zugeordnet, die dazu ausgebildet ist, Werte von mindestens einem physikalischen Parameter, bspw. einer Amplitude und/oder einer Frequenz, der mindestens einen ersten und/oder der mindestens einen zweiten Wechselspannung einzustellen. Die
Kontrolleinheit kann als Komponente bzw. Bauteil des Multilevelkonverters ausgebildet sein.
Weiterhin sind in möglicher Ausgestaltung mindestens zwei Einzelmodule gleich ausgebildet. Der Multilevelkonverter ist dazu ausgebildet, die mindestens eine erste Wechselspannung aus mindestens einer Einzelspannung von einer Energiequelle bzw. einem
Energiespeicher mindestens eines Einzelmoduls zu erzeugen bzw. bereitzustellen, wobei in der Regel mehrere Wechselspannungen einander überlagert und/oder zueinander zeitlich phasenverschoben werden.
Ferner ist in weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäße Multilevelkonverter dazu ausgebildet, mindestens zwei Einzelmodule in Reihe und/oder zueinander parallel zu schalten, und die mindestens eine erste Wechselspannung aus einer Kombination von Einzelspannungen der mindestens zwei miteinander zu kombinierenden Einzelmodule bereitzustellen. Hierbei werden einzelne Einzelmodule je nach Bedarf eingeschaltet oder ausgeschaltet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Multilevelkonverters, weist der Multilevelkonverter mehrere Stränge auf, wobei jeder Strang eine Kombination aus mehreren miteinander verschalteten Einzelmodulen aufweist, wobei mit jedem Strang jeweils eine erste Wechselspannung und somit eine Phase zu erzeugen bzw. erzeugbar ist. Der Wert der Amplitude der jeweiligen ersten Wechselspannung wird abhängig davon, welches Einzelmodul eines jeweiligen Stranges ein- oder ausgeschaltet ist und wie mehrere eingeschaltete Einzelmodule des Strangs zueinander in Reihe und/oder parallel geschaltet werden, eingestellt.
Die Energiespeicher der Einzelmodule sind in der Regel als Gleichspannungsquellen ausgebildet, wobei der Multilevelkonverter mindestens einen Wandler aufweist, der dazu ausgebildet ist, eine als Gleichspannung ausgebildete Einzelspannung eines
Energiespeichers mindestens eines Einzelmoduls in eine Wechselspannung umzuwandeln. Vorzugsweise wird je Einzelmodul eine Spannung < 60V abgegriffen.
Weiterhin wird die Primärseite des mindestens einen Transformators durch den
Multilevelkonverter, d. h. durch die mindestens eine von dem Multilevelkonverter über die mindestens eine Abgriffeinheit des mindestens einen Einzelmoduls bereitgestellte zweite Wechselspannung angeregt.
Der mindestens eine Transformator weist eine Hochpasscharakteristik auf, wobei durch den mindestens einen Transformator aus der bereitgestellten mindestens einen zweiten Wechselspannung nur Anteile berücksichtigt und auf die ausgehende elektrische
Wechselspannung transformiert werden, die mindestens so groß wie eine Grenzfrequenz sind. In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen IVIultilevelkonverters ist die mindestens eine Abgriffeinheit an dem entsprechend mindestens einen Einzelmodul als Wandler realisiert, der dazu ausgebildet ist, eine als Gleichspannung ausgebildete Einzelspannung mindestens eines Energiespeichers des mindestens einen Einzelmoduls in eine
Wechselspannung, voranstehend als zweite Wechselspannung bezeichnet, umzuwandeln.
Das erfindungsgemäße Energieversorgungssystem weist ein elektrisches Netz auf, das ein erstes Teilnetz und ein zweites Teilnetz umfasst, die über mindestens einen
Transformator miteinander verbunden und durch diesen voneinander galvanisch getrennt sind, wobei eine Primärseite des mindestens einen Transformators mit mindestens einer ersten Wicklung mit einer ersten Windungszahl dem ersten Teilnetz und eine
Sekundärseite des mindestens einen Transformators mit einer zweiten Wicklung mit einer zweiten Windungszahl dem zweiten Teilnetz zugeordnet ist. Das erste Teilnetz weist einen Multilevelkonverter mit einer Mehrzahl N, N > 1 , von Einzelmodulen auf, wobei jedes Einzelmodul mindestens einen elektrischen Energiespeicher aufweist. Der
Multilevelkonverter ist dazu ausgebildet, mindestens eine erste elektrische
Wechselspannung dem ersten Teilnetz bereitzustellen und über mindestens eine
Abgriffeinheit an entsprechend mindestens einem Einzelmodul mindestens eine zweite elektrische Wechselspannung dem mindestens einen Transformator bereitzustellen, wobei der Transformator dazu ausgebildet ist, die mindestens eine zweite elektrische Wechselspannung auf eine ausgehende elektrische Wechselspannung zu transformieren und dem zweiten Teilnetz bereitzustellen. In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems ist die
Windungszahl der Primärseite des mindestens einen Transformators größer als die Windungszahl der Sekundärseite des Transformators.
In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems weist der mindestens eine Transformator auf der Primärseite eine Mehrzahl m, N > m > 1 , von ersten Wicklungen auf, wobei die Primärseite des mindestens einen Transformators mit der Mehrzahl m von ersten Wicklungen über eine entsprechende Mehrzahl m von
Abgriffeinheiten an eine entsprechende Mehrzahl m von Einzelmodulen angeschlossen ist, wodurch an den jeweiligen Abgriffeinheiten jeweils eine zweite elektrische
Wechselspannung abgreifbar ist, die jeweils dem mindestens einen Transformator bereitgestellt werden kann. Der mindestens eine Transformator ist dazu ausgelegt, die jeweiligen zweiten elektrischen Wechselspannungen zusammen auf eine ausgehende elektrische Wechselspannung zu transformieren und dem zweiten Teilnetz bereitzustellen.
Alternativ oder in Ergänzung dazu ist es möglich, eine Mehrzahl n, N > n > 1 , von
Transformatoren vorzusehen, wobei jeder Transformator der Mehrzahl n von
Transformatoren auf der Primärseite eine erste Wicklung mit einer ersten Windungszahl und auf der Sekundärseite eine zweite Wicklung mit einer zweiten Windungszahl aufweist, und jeder Transformator an der Primärseite über eine jeweilige Abgriffeinheit an ein jeweiliges Einzelmodul angeschlossen ist, und die an den jeweiligen Anschlüssen jeweils abgreifbaren zweiten elektrischen Wechselspannungen dem jeweiligen Transformator bereitzustellen und von dem jeweiligen Transformator auf eine jeweilige ausgehende elektrische Wechselspannung zu transformieren sind, so dass eine aus den von der Mehrzahl n der Transformatoren bereitgestellten ausgehenden elektrischen
Wechselspannungen resultierende Spannung dem zweiten Teilnetz bereitstellbar ist.
In weiterer Ausgestaltung ist jedem der n Transformatoren ein Gleichrichter
nachgeschaltet, der dazu ausgestaltet ist, die von dem jeweiligen Transformator ausgehende elektrische Wechselspannung in eine jeweilige Gleichspannung zu überführen, wobei die entsprechend n Gleichrichter nach Bedarf des zweiten Teilnetzes zueinander parallel oder in Reihe geschaltet bzw. schaltbar sind, um so eine
Gesamtgleichspannung dem zweiten Teilnetz bereitzustellen. Ferner sind die Mehrzahl m bzw. n von Einzelmodulen, von denen über eine
entsprechende Mehrzahl m bzw. n von Abgriffeinheiten eine jeweilige zweite
Wechselspannung abgreifbar ist bzw. abgegriffen wird, im Wesentlichen gleichmäßig aus der Mehrzahl N an Einzelmodulen des Multilevelkonverters ausgewählt. Gemäß weiterer Ausgestaltung ist das erfindungsgemäße Energieversorgungssystem in einem Kraftfahrzeug anzuordnen bzw. anordenbar.
Weiterhin ist dem ersten Teilnetz als Verbraucher eine elektrische Maschine zuzuordnen bzw. zugeordnet, die mehrere Phasen aufweist, wobei der Multilevelkonverter dazu ausgebildet ist, jeder Phase jeweils eine erste Wechselspannung bereitzustellen.
In weiterer Ausgestaltung umfasst das erfindungsgemäße Energieversorgungssystem, wie bereits voranstehend erwähnt, mindestens einen Gleichrichter, der dem mindestens einen Transformator nachgeschaltet ist und dazu konfiguriert ist, die von dem
mindestens einen Transformator bereitgestellte ausgehende elektrische
Wechselspannung in eine Gleichspannung umzuwandeln und dem zweiten Teilnetz bereitzustellen.
Der vorgestellte erfindungsgemäße Multilevelkonverter ist in Ausgestaltung als
Komponente des vorgestellten erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems ausgebildet, wobei mit dem Multilevelkonverter und/oder dem
Energieversorgungssystem Verbraucher des Netzes, d. h. mindestens ein Verbraucher des ersten Teilnetzes, der üblicherweise als elektrische Maschine ausgebildet ist, sowie mindestens ein Verbraucher des zweiten Teilnetzes mit elektrischer Energie zu versorgen sind. In Ausgestaltung ist hierbei vorgesehen, dass eine derartige elektrische Maschine als elektrischer Motor betrieben wird, mit dem elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt wird. Alternativ oder ergänzend ist es auch möglich, dass diese elektrische Maschine je nach Anforderung als elektrischer Generator betrieben wird.
Falls das Energieversorgungssystem und das Netz für ein Kraftfahrzeug vorgesehen sind, ist das Netz auch als Bordnetz des Kraftfahrzeugs ausgebildet und/oder zu bezeichnen. Entsprechend sind die beiden Teilnetze als Teilbordnetze des Kraftfahrzeugs ausgebildet und/oder zu bezeichnen, die mit Spannungen zu betreiben sind, deren Amplituden bzw. maximale Werte unterschiedlich groß sind. In diesem Fall ist weiterhin vorgesehen, dass die elektrische Maschine als Verbraucher des ersten Teilnetzes, dessen Spannung eine Amplitude mit einem großen Wert aufweist, sofern sie als elektrischer Motor betrieben wird, zum Antreiben bzw. Fortbewegen des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist. Falls die elektrische Maschine alternativ hierzu als elektrischer Generator betrieben wird, ist mit dieser mechanische Energie des Kraftfahrzeugs, bspw. bei einem Rekuperationsbetrieb, in elektrische Energie zu wandeln, wobei dabei bereitgestellte elektrische Energie in einem Energiespeicher des elektrischen Netzes zu speichern ist. Ein Verbraucher des zweiten Teilnetzes, dessen Spannung eine Amplitude mit einem geringen Wert aufweist, ist bspw. zur Durchführung einer Kontrollfunktion des Kraftfahrzeugs ausgebildet.
Das vorgestellte erfindungsgemäße Verfahren ist mit dem erfindungsgemäßen
Multilevelkonverter und/oder dem erfindungsgemäßen Energieversorgungssystem durchzuführen, wobei das Verfahren mit dem Multilevelkonverter und/oder dem
Energieversorgungssystem zu kontrollieren und somit zu steuern und/oder zu regeln ist.
In Ausgestaltung ist der Multilevelkonverter als Hochspanungs-Multilevelkonverter ausgebildet, falls das erste Teilnetz mit einer höheren Spannung als das mindestens eine zweite Teilnetz zu betreiben ist. Der Wert der Frequenz der mindestens einen ersten Wechselspannung, die von dem Multilevelkonverter breitgestellt wird und mit der der Verbraucher des ersten Teilnetzes zu versorgen ist, ist in der Regel vergleichsweise niedrig und beträgt maximal zwei Kilohertz. Dagegen ist die Frequenz der mindestens einen zweiten Wechselspannung größer als der Wert der Frequenz der mindestens einen ersten Wechselspannung.
Der Multilevelkonverter ist bspw. als modularer Multilevelkonverter (modular multilevel Converter, MMC) oder MMSPC ausgebildet. Ein als MMSPC ausgebildeter
Multilevelkonverter ist in der Druckschrift "Modular Multilevel Converter with Series and Parallel Module Connectivity: Topology and Control."(IEEE Transaction on Power
Electronics) von S. M. Goetz, A. V. Peterchev und T. Weyh beschrieben. Der Multilevelkonverter kann ferner auch als Neutral-Point-Clamped-(NPC)-Converter, der an einem Sternpunkt einen Neutralleiter aufweist, oder als Flying Capacitor ausgebildet sein, mit denen ebenfalls jeweils bspw. Wechsel- oder Drehstromspannungen für mindestens eine elektrische Maschine zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden können. Eine derartige zur Versorgung vorgesehene Spannung weist einen Wert im Hochvoltbereich größer 60 Volt, üblicherweise größer 200 Volt auf und wird in der Regel aus mehreren Energiespeichern, bspw. Hochvoltspeichern, gespeist. Mindestens ein Ausgang des Multilevelkonverters ist von dem mindestens einen Hochvoltspeicher galvanisch getrennt. Falls der Multilevelkonverter mehrere Ausgänge aufweist, sind diese ebenfalls voneinander galvanisch getrennt.
In der Regel weist die mindestens eine zu erzeugende erste Wechselspannung eine hohe Dynamik auf. Üblicherweise ist der Wert der Amplitude der mindestens einen ersten Wechselspannung um mehrere Größenordnungen größer als der Wert der Amplitude der mindestens einen zweiten Wechselspannung. Durch Kombination mehrerer erster Wechselspannungen, die von dem Multilevelkonverter überlagert werden, ist ein sogenanntes Frequenzmultiplexing der ersten Wechselspannungen möglich, wobei die derart miteinander kombinierten ersten Wechselspannungen zum Versorgen des
Verbrauchers des ersten Teilnetzes ausgehend von dem Multilevelkonverter zu versorgen sind. Eine Hochpasscharakteristik des mindestens einen Transformators ist durch Auswahl eines Werts einer Induktivität mindestens einer Wicklung bzw. einer Spule des mindestens einen Transformators einzustellen, wobei die Induktivität der jeweiligen Spule abhängig von ihrer Windungszahl ist.
Die Sekundärseite des mindestens einen Transformators ist, wie bereits voranstehend erwähnt, in Ausgestaltung mit mindestens einem Gleichrichter und somit ggf. einer Topologie aus mehreren Gleichrichtern verbunden, wobei an dem mindestens einen Gleichrichter wiederum mindestens ein Verbraucher des zweiten Teilnetzes
angeschlossen ist, wobei die von dem mindestens einen Transformator bereitgestellte ausgehende Wechselspannung von dem mindestens einen Gleichrichter in eine
Gleichspannung umgewandelt wird. Der mindestens eine Gleichrichter ist üblicherweise aktiv oder passiv ausgebildet und weist in der Regel mindestens eine DC-Regelstufe auf, die bspw. als Buck,- Boost-, oder Buck-Boost-Stufe ausgebildet ist. Die aus dem mindestens einen Gleichrichter gebildete Topologie ist zumindest einpulsig oder mehrpulsig, bspw. einpulsig bis zwölfpulsig ausgebildet. Zum aktiven Regeln des mindestens einen Gleichrichters ist bspw. ein als Feldeffekttransistor (FET) ausgebildeter Halbleiterbaustein zu verwenden. Zum passiven Regeln ist bspw. mindestens eine Diode zu verwenden. Denkbar ist auch ein Gleichrichter mit Inverter, bspw. für eine Ausgabe von 110 V oder 240 V.
Bei einer ersten möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, des erfindungsgemäßen Multilevelkonverters und/oder des erfindungsgemäßen
Energieversorgungssystems ist vorgesehen, dass das erste Teilnetz als
Hochspannungsversorgungsnetz und das zweite Teilnetz als
Niederspannungsversorgungsnetz ausgebildet ist. Dabei weist das zweite Teilnetz in Ausgestaltung mindestens einen eigenen Energiespeicher, bspw. einen Kondensator und/oder eine Batterie, auf. Ein durchschnittlicher Leistungsbedarf des ersten Teilnetzes ist hierbei um ein Vielfaches, bspw. einen Faktor fünf, höher als der durchschnittliche Leistungsbedarf des zweiten Teilnetzes. Falls das Energieversorgungssystem und somit das elektrische Netz für ein Kraftfahrzeug verwendet wird, beträgt der durchschnittliche Leistungsbedarf des zweiten Teilnetzes mit einer maximalen Spannung von bspw. 12 V, 24 V, 48 V, 400 V oder 800 V 1 bis 3 kW. Dagegen beträgt der Leistungsbedarf des ersten Teilnetzes je nach Ausgestaltung des anzutreibenden Kraftfahrzeugs für dessen Antrieb bspw. 20 kW bis 400 kW.
Dadurch, dass über die mindestens eine Abgriffeinheit an dem mindestens einen
Einzelmodul dem Multilevelkonverter Leistung entzogen wird, und eine aktuelle Leistung des ersten Teilnetzes, die sich aus einem eigentlichen Soll-Strom- oder Soll- Spannungsverlauf auf Grundlage der mindestens einen ersten Wechselspannung ergibt, einem aktuellen Regelsoll folgen soll, entspricht die mindestens eine zweite
Wechselspannung lediglich in einem zeitlichen Durchschnitt dem Leistungsbedarf des zweiten Teilnetzes und somit dessen Verbrauchern und/oder Energiespeichern. Diese zwei Bedingungen aus einem instantanen Leistungsbedarf des ersten Teilnetzes und einer durchschnittlichen Leistung des zweiten Teilnetzes bestimmen zwei Freiheitsgrade aus einem Grad der bereitzustellenden mindestens einen zweiten Wechselspannung und einem Grad der Leistung eines Soll-Spannungs- oder Soll-Stromverlaufs. Vorzugsweise wird einem Einzelmodul eine Gleichspannung < 60V entnommen.
Die mindestens eine zweite Wechselspannung zum Anregen des mindestens einen Transformators in dem ersten Teilnetz ist für den mindestens einen Verbraucher des ersten Teilnetzes, bspw. für mindestens eine elektrische Maschine zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs, im Wesentlichen nicht sichtbar.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Einzelmodul zur Implementierung in einen voranstehend beschriebenen Multilevelkonverter und/oder in ein voranstehend
beschriebenes Energieversorgungssystem. Dabei umfasst das Einzelmodul mindestens einen elektrischen Energiespeicher, mindestens zwei erste elektrische Anschlüsse zum Anschluss an entsprechend mindestens ein weiteres Einzelmodul, eine Mehrzahl an Schaltelementen zum dynamischen Umschalten zwischen einer Mehrzahl an
Schaltzuständen zwischen dem Einzelmodul und dem mindestens einen weiteren
Einzelmodul und mindestens zwei zweite elektrische Anschlüsse zum Anschluss mindestens einer elektrischen Abgriffeinheit zum Bereitstellen einer elektrischen Wechselspannung, die von einem Transformator auf eine ausgehende elektrische Spannung transformiert wird. In Ausgestaltung ist die mindestens eine elektrische Abgriffeinheit integrativer Teil des Einzelmoduls.
In weiterer Ausgestaltung ist der mindestens eine elektrische Energiespeicher als Gleichspannungsquelle und die mindestens eine elektrische Abgriffeinheit als Inverter realisiert.
Dabei kann ferner der Transformator ebenfalls integrativer Teil des Einzelmoduls sein.
In einer noch weiteren Ausgestaltung umfasst das Einzelmodul ferner einen dem
Transformator nachgeschalteten Gleichrichter.
Demnach ist erfindungsgemäß ein Einzelmodul gegenüber einem bekannten und bislang in einem Multilevelkonverter üblicherweise verwendeten Einzelmodul durch Anschluss eines DC/DC-Wandlers modifiziert. Dabei kann der DC/DC-Wandler teilweise oder vollständig in das Einzelmodul integriert sein.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen. Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben. Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Multilevelkonverters, wie er in einer Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens einsetzbar ist.
Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems.
Figur 3 zeigt in schematischer Darstellung eine zweite Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems. Figur 4 zeigt in schematischer Darstellung eine dritte Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems.
Figur 5 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Einzelmoduls.
Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben. Gleichen
Komponenten sind dieselben Bezugsziffern zugeordnet.
Die in Figur 1 schematisch dargestellte erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Multilevelkonverters 10 umfasst einen ersten Strang 12 mit vier Einzelmodulen 14a, 14b, 14c, 14d, einen zweiten Strang 16 mit ebenfalls vier Einzelmodulen 18a, 18b, 18c, 18d und einen dritten Strang 20 mit vier Einzelmodulen 22a, 22b, 22c, 22d. Dabei ist es möglich, jeden der genannten Stränge 12, 16, 20 auch als Arm des Multilevelkonverters 10 zu bezeichnen. Dieser hier modulare Multilevelkonverter ist bspw. als MMC, MMSPC oder Matroschka-Umrichter ausgebildet, der in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2015 112 513 beschrieben ist. Jedes der Einzelmodule 14a, 14b, 14c, 14d, 18a, 18b, 18c, 18d, 22a, 22b, 22c, 22d umfasst mindestens einen Energiespeicher, bspw. einen Kondensator oder eine Batterie, weshalb der Multilevelkonverter 10 mehrere verteilte Energiespeicher aufweist. Mit Energiespeichern der Einzelmodule 14a, 14b, 14c, 14d des ersten Strangs ist hier einer ersten Phase einer elektrischen Maschine Energie 5 bereitzustellen. Einer zweiten Phase dieser elektrischen Maschine ist über die
Einzelmodule 18a, 18b, 18c, 18d des zweiten Strangs 16 elektrische Energie
bereitzustellen. Außerdem ist mit den Einzelmodulen 22a, 22b, 22c, 22d, des dritten Strangs 20 einer dritten Phase der elektrischen Maschine Energie bereitzustellen.
10 Manche der Einzelmodule, hier die Einzelmodule 22a, 22b, 22c und 22d sind, wie
schematisch angedeutet, durch jeweilige Ankopplung eines DC/AC-Wandlers 23a, 23b, 23c und 23d modifiziert, so dass darüber an diesen Einzelmodulen 22a, 22b, 22c, 22d jeweils eine erfindungsgemäße Abgriffeinheit 23a, 23b, 23c bzw. 23d , d.h. ein AC- Abgriff realisiert wird. Die an diesen Abgriffeinheiten 23a, 23b, 23c und 23d jeweils
15 bereitgestellte zweite Wechselspannung wird von mindestens einem hier nicht
dargestellten nachgeschalten Transformator transformiert und einem ebenfalls hier nicht dargestellten zweiten Teilnetz zur Verfügung gestellt. In der Regel ist dem mindestens einen Transformator mindestens ein Gleichrichter nachgeschaltet, der die von dem Transformator transformierte Wechselspannung in eine Gleichspannung überführt.
20
Die in Figur 2 schematisch dargestellte erste Ausführungsform des
Energieversorgungssystems 30 umfasst ein erstes Teilnetz 32 und ein zweites Teilnetz 34. Das erste Teilnetz 32 umfasst eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Multilevelkonverters 36, der wiederum drei zueinander parallel geschaltete Stränge 47,
25 49 , 51 bzw. Arme aufweist, wobei ein erster derartiger Strang 47 ein erstes Einzelmodul 48a, ein zweites Einzelmodul 48b, ein drittes Einzelmodul 48c und ein viertes
Einzelmodul 48d aufweist. Ein zweiter Strang 49 des Multilevelkonverters 36 weist ein erstes Einzelmodul 50a, ein zweites Einzelmodul 50b, ein drittes Einzelmodul 50c und ein viertes Einzelmodul 50d auf. Außerdem umfasst der Multilevelkonverter 36 einen dritten
30 Strang 51 mit einem ersten Einzelmodul 53a, einem zweiten Einzelmodul 52b, einem dritten Einzelmodul 52c und einem vierten Einzelmodul 52d. Hierbei weisen sämtliche Einzelmodule 48a, 48b, 48c, 48d, 50a, 50b, 50c, 50d, 53a, 52b, 52c, 52d jeweils einen als Batterie oder als Kondensator ausgebildeten Energiespeicher auf.
Weiterhin umfasst der Multilevelkonverter 36 eine Kontrolleinheit 54. Jeweils ein Strang 5 47, 49, 51 des Multilevelkonverters 36 ist einer Phase von insgesamt drei Phasen U, V, W eines elektrischen Verbrauchers 58 zugeordnet, der hier als elektrische Maschine ausgebildet ist.
Beim Betrieb des Multilevelkonverters 36 wird ein Wert einer Amplitude mindestens einer 10 ersten Wechselspannung, die einer jeweiligen Phase U, V, W des Verbrauchers 58
bereitzustellen ist, über die Kontrolleinheit 54 eingestellt. Dabei ist einer ersten Phase U der erste Strang 47 mit den Einzelmodulen 48a, 48b, 48c, 48d zugeordnet. Einer zweiten Phase V des Verbrauchers 58 ist der zweite Strang 49 mit den Einzelmodulen 50a, 50b, 50c, 50d zugeordnet. Außerdem ist der dritten Phase W des Verbrauchers 58 15 der dritte Strang 51 mit den Einzelmodulen 53a, 52b, 52c, 52d zugeordnet.
Sämtliche Einzelmodule 48a, 48b, 48c, 48d, 50a, 50b, 50c, 50d, 53a, 52b, 52c, 52d weisen jeweils einen Energiespeicher auf. Je nachdem, welchen Wert die Amplitude der Wechselspannung aufweisen soll, die einer jeweiligen Phase U, V, W bereitzustellen ist,
20 wird bzw. werden von der Kontrolleinheit 54 innerhalb eines jeweiligen Strangs 47, 49, 51 mindestens ein Einzelmodul 48a, 48b, 48c, 48d, 50a, 50b, 50c, 50d, 53a, 52b, 52c, 52d, in der Regel mehrere Einzelmodule 48a, 48b, 48c, 48d, 50a, 50b, 50c, 50d, 53a, 52b, 52c, 52d aktiviert, wobei je nach dem Wert der bereitzustellenden Amplitude der Wechselspannung bspw. mindestens zwei Einzelmodule 48a, 48b, 48c, 48d, 50a,
25 50b, 50c, 50d, 53a, 52b, 52c, 52d innerhalb eines jeweiligen Strangs 47, 49, 51
zueinander in Reihe und/oder parallel geschaltet werden.
Bei Durchführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mit den Einzelmodulen 48a, 48b, 48c, 48d, 50a, 50b, 50c, 50d, 53a, 52b, 52c, 52d, des 30 jeweiligen Strangs 47, 49, 51 ein Drei-Phasen System bereitgestellt. Hierbei ist der erste Strang 47 einer ersten Phase U, der zweite Strang 49 einer zweiten Phase V und der dritte Strang 51 einer dritten Phase W des Verbrauchers 58 zugeordnet.
Hier ist vorgesehen, dass das erste Teilnetz 32 mit einer Spannung betrieben wird, die höher als eine zweite Spannung des zweiten Teilnetzes 34 ist. Beide Teilnetze 32, 34 sind hier über einen galvanisch trennenden Transformator 60 miteinander verbunden, wobei die Primärseite des Transformators 60 dem ersten Teilnetz 32 und die
Sekundärseite des Transformators 60 dem zweiten Teilnetz 34 zugeordnet ist.
Außerdem ist dem Transformator 60 innerhalb des zweiten Teilnetzes 34 ein
Gleichrichter 62 nachgeschaltet, an dem ein Energiespeicher 64 angeschlossen ist.
Die Primärseite des Transformators 60 ist über eine elektrische Abgriffeinheit 61 , der in der Regel als Inverter bzw. DC/AC-Wandler realisiert ist, an das Einzelmodul 53a angeschlossen. Von der elektrischen Abgriffeinheit wird nun zunächst von dem Einzelmodul 53a bzw. von seinem Energiespeicher eine Gleichspannung abgegriffen, die dann durch die als DC/AC-Wandler ausgebildete elektrische Abgriffeinheit in eine zweite Wechselspannung überführt und dem Transformator 60 bereitgestellt wird. Der Transformator 60 transformiert die zweite Wechselspannung. Die von dem Transformator 60 transformierte Wechselspannung wird dann von dem nachgeschalteten Gleichrichter 62 in eine Gleichspannung überführt.
Mit dem Multilevelkonverter 36, der hier als Dreiphasen-MMSPC ausgebildet ist, wird über den Transformator 60 eine integrierte galvanisch getrennte Versorgung von
Verbrauchern des zweiten Teilnetzes 34 ermöglicht.
Die in Figur 3 schematisch dargestellte zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems 40 umfasst ein erstes Teilnetz 42 und ein zweites Teilnetz 44. Das erste Teilnetz 42 umfasst eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Multilevelkonverters 46. Hierbei ist vorgesehen, dass die dritte Ausführungsform des Multilevelkonverters 46 weitgehend baugleich zu der zweiten Ausführungsform des Multilevelkonverters 36 ausgebildet ist. Außerdem umfassen die beiden Teilnetze 42, 44 der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems 40 im Wesentlichen dieselben Komponenten wie die erste Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems 30 aus Figur 3. Auch hier wird die maximale Amplitude mit dem ersten Wert für eine jeweilige Phase U, V, W des Verbrauchers 58 durch eine Reihen- und/oder Parallelschaltung der Einzelmodule 48a, 48b, 48c, 48d, 50a, 50b, 50c, 50d, 53a, 53b, 53c, 53d eines jeweiligen Strangs 47, 49, 51 bereitgestellt. In der hier dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Energieversorgungssystems verfügen die Einzelmodule 53a, 53b, 53c und 53d des Strangs 51 jeweilig über eine erfindungsgemäße elektrische Abgriffeinheit 70a, 70b, 70c bzw. 70d, über welchen der Transformator 70 bzw. dessen Primärseite an die jeweiligen Einzelmodulen 53a, 53b, 53c und 53d angeschlossen ist. Über die jeweiligen
elektrischen Abgriffeinheiten 70a, 70b, 70c bzw. 70d, die in der Regel jeweils als DC/AC- Wandler ausgebildet sind, wird dem Transformator 70 von den jeweiligen Einzelmodulen 53a, 53b, 53c und 53d jeweilig eine zweite Wechselspannung bereitgestellt. Die dem Transformator bereitgestellten zweiten Wechselspannungen werden in eine von dem Transformator 70 ausgehende elektrische Wechselspannung transformiert, die über einen dem Transformator nachgeschalteten Gleichrichter 62 dem zweiten Teilnetz 44 zur Verfügung gestellt wird. Die von den jeweiligen Einzelmodulen 53a, 53b, 53c und 53d abzugreifenden zweiten Wechselspannungen sind zueinander in Phase.
Die in Figur 4 schematisch dargestellte dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems 66 umfasst ein erstes Teilnetz 42 und ein zweites Teilnetz 84. Das erste Teilnetz 42 umfasst eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Multilevelkonverters 46, die weitgehend baugleich zu der dritten Ausführungsform des Multilevelkonverters 46 ausgebildet ist. Außerdem umfassen die beiden Teilnetze 42, 84 der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems 66 im Wesentlichen dieselben Komponenten wie die zweite Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems 40 aus Figur 3. Auch hier wird die maximale Amplitude mit dem ersten Wert für eine jeweilige Phase U, V, W des Verbrauchers 58 durch eine Reihen- und/oder Parallelschaltung der Einzelmodule 48a, 48b, 48c, 48d, 50a, 50b, 50c, 50d, 53a, 53b, 53c, 53d eines jeweiligen Strangs 5 47, 49, 51 bereitgestellt.
In der hier dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Energieversorgungssystems 66 verfügen die Einzelmodule 53a, 53b, 53c und 53d des Strangs 51 ebenfalls jeweils über eine erfindungsgemäße elektrische Abgriffeinheit 70a,
10 70b, 70c bzw. 70d. Die jeweilige elektrische Abgriffeinheit 70a, 70b, 70c bzw. 70d ist in der Regel als DC/AC-Wandler ausgeführt. Im Gegensatz zu Figur 3 ist hier jedoch entsprechend zu der Anzahl von vorgesehenen Abgriffeinheiten 70a, 70b, 70c bzw. 70d eine entsprechende Anzahl von voneinander unabhängigen Transformatoren 80a, 80b, 80c und 80d vorgesehen, deren jeweilige Primärseite genau einer Abgriffeinheit 70a,
15 70b, 70c bzw. 70d eines Einzelmoduls 53a, 53b, 53c bzw. 53d zugeordnet ist. Jedem Transformator 80a, 80b, 80c und 80d ist jeweils ein Gleichrichter 82a, 82b, 82c bzw. 82d nachgeschaltet. In der hier dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems sind die Gleichrichter 82a, 82b, 82c und 82d parallel zueinander geschaltet. Dies ist günstig, wenn in dem zweiten Teilnetz eine
20 Gleichspannung von bspw. 12V oder 48V bereitgestellt werden soll. Soll demgegenüber in dem zweiten Teilnetz 84 eine Gleichspannung von bspw. 400V bereitgestellt werden, sind die Gleichrichter 82a, 82b, 82c und 82d vorzugsweise in Reihe zueinander zu schalten. Die von den Abgriffeinheiten 70a, 70b, 70c und 70d bereitgestellten bzw. bereitzustellenden zweiten Wechselspannungen sind vorzugsweise zueinander
25 phasenversetzt, insbesondere im Falle von hier vier Abgriffeinheiten um π/2 (Pi/2). Dies wird von der Kontrolleinheit 54 entsprechend gesteuert. Aber auch ein zufälliger jeweiliger Abgriff an den jeweiligen elektrischen Abgriffeinheiten 70a, 70b, 70c und 70d realisiert in der Regel automatisch eine ausreichende Phasenverschiebung, um eine möglichst geringe Zahl an Spannungsrippel zu bewirken bzw. um das Auftreten eines
30 Rippeistroms zu vermeiden. Figur 5 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Einzelmoduls 520 zur Implementierung in einen Multilevelkonverter wie er bspw. in den Figuren 1 , 2, 3 und 4 gezeigt ist und/oder in ein Energieversorgungssystem wie es bspw. in den Figuren 2, 3 und 4 gezeigt ist. Das Einzelmodul umfasst hier einen elektrischen Energiespeicher 509, zwei erste elektrische Anschlüsse 510 und 511 zum Anschluss an entsprechend mindestens ein weiteres Einzelmodul, eine Mehrzahl an Schaltelementen zum
dynamischen Umschalten zwischen einer Mehrzahl an Schaltzuständen zwischen dem Einzelmodul und dem mindestens einen weiteren Einzelmodul und mindestens zwei zweite elektrische Anschlüsse 521 und 522 zum Anschluss mindestens einer elektrischen Abgriffeinheit 523 zum Bereitstellen einer elektrischen Wechselspannung, die von einem hier nicht dargestellten Transformator auf eine ausgehende elektrische Spannung transformiert wird. Hier ist die elektrische Abgriffeinheit 523 integrativer Teil des
Einzelmoduls. Ferner ist die elektrische Abgriffeinheit 523 als Inverter realisiert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Abgriffeinheit 523 eine Gleichspannung von dem Einzelmodul abgreift. Dabei kann die Abgriffeinheit 523 unmittelbar an die Gleichspannungsquelle 509 des Einzelmoduls angeschlossen bzw. angekoppelt sein oder die Abgriffeinheit 523 ist an Zuleitungen zu der Gleichspannungsquelle 509 angeschlossen und darüber mittelbar mit der Gleichspannungsquelle 509 verbunden.
Das Einzelmodul umfasst als Schaltelemente vier Transistoren 501, 502, 503 und 504 und zusätzliche Dioden 505, 506, 507 und 508. Alle Schaltelemente können als
Transistoren, bspw. als MOSFETs oder auch IGBTs, oder als andere Halbleiterschalter ausgeführt sein.
Es ist denkbar, dass der hier nicht gezeigte Transformator integrativer Teil des
Einzelmoduls ist. Darüber hinaus kann das Einzelmodul auch einen dem Transformator nachgeschalteten Gleichrichter umfassen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Netzes, das ein erstes Teilnetz (32, 42) und ein zweites Teilnetz (34, 44, 84) umfasst, die über mindestens einen Transformator (60, 70, 80a, 80b, 80c, 80d) miteinander verbunden und durch diesen voneinander galvanisch getrennt werden, wobei eine Primärseite des mindestens einen
Transformators (60, 70, 80a, 80b, 80c, 80d) mit mindestens einer ersten Wicklung mit einer ersten Windungszahl dem ersten Teilnetz (32, 42) und eine Sekundärseite des mindestens einen Transformators (60, 70, 80a, 80b, 80c, 80d) mit einer zweiten Wicklung mit einer zweiten Windungszahl dem zweiten Teilnetz (34, 44, 84) zugeordnet wird, wobei das erste Teilnetz (32, 42) einen Multilevelkonverter (36, 46) mit einer Mehrzahl N, N > 1 , von Einzelmodulen (14a, 14b, 14c, 14d, 18a, 18b, 18c, 18d, 22a, 22b, 22c, 22d, 48a, 48b, 48c, 48d, 50a, 50b, 50c, 50d, 53a, 52b, 52c, 52d, 53b, 53c, 53d) aufweist, wobei jedes Einzelmodul einen elektrischen Energiespeicher (509) aufweist, wobei die Primärseite des mindestens einen Transformators (60, 70, 80a, 80b, 80c, 80d) mit der mindestens einen Wicklung mit der ersten Windungszahl über mindestens eine Abgriffeinheit (23a, 23b, 23c, 23d, 61 , 70a, 70b, 70c, 70d, 523) an entsprechend mindestens ein Einzelmodul (22a, 22b, 22c, 22d, 53a, 53b, 53c, 53d) angeschlossen wird, wobei von dem Multilevelkonverter (36, 46) mindestens eine erste elektrische Wechselspannung dem ersten Teilnetz (32, 42) bereitgestellt wird, und an der mindestens einen Abgriffeinheit (23a, 23b, 23c, 23d, 61 , 70a, 70b, 70c, 70d, 523) des entsprechend mindestens einen Einzelmoduls (22a, 22b, 22c, 22d, 53a, 53b, 53c, 53d) mindestens eine zweite elektrische Wechselspannung abgegriffen wird, die dem mindestens einen Transformator (60, 70, 80a, 80b, 80c, 80d) bereitgestellt wird, und von dem mindestens einen Transformator (60, 70, 80a, 80b, 80c, 80d) auf
entsprechend mindestens eine ausgehende elektrische Wechselspannung transformiert wird, die dem zweiten Teilnetz (34, 44, 84) bereitgestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem die von dem mindestens einen Transformator (60, 70, 80a, 80b, 80c, 80d) ausgehende elektrische Wechselspannung über mindestens einen Gleichrichter (62, 82a, 82b, 82c, 82d) in eine Gleichspannung gewandelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem vorgesehen ist, dass die mindestens
5 eine erste Wechselspannung eine Amplitude mit einem ersten Wert und eine Frequenz mit einem ersten Wert aufweist, und dass die mindestens eine zweite Wechselspannung eine Amplitude mit einem zweiten Wert und eine Frequenz mit einem zweiten Wert aufweist, wobei der erste Wert der Amplitude der mindestens einen ersten Wechselspannung größer als der zweite Wert der Amplitude der zweiten Wechselspannung eingestellt wird,
10 und wobei der erste Wert der Frequenz der mindestens einen ersten Wechselspannung kleiner als der zweite Wert der Frequenz der mindestens einen zweiten Wechselspannung eingestellt wird.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die mindestens eine 15 Abgriffeinheit (23a, 23b, 23c, 23d, 61 , 70a, 70b, 70c, 70d, 523) als Inverter realisiert wird, der an den elektrischen Energiespeicher des entsprechend mindestens einen Einzelmoduls (22a, 22b, 22c, 22d, 53a, 53b, 53c, 53d) mittelbar oder unmittelbar angeschlossen ist.
20 5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem der mindestens eine Transformator (60, 70, 80a, 80b, 80c, 80d) auf der Primärseite eine Mehrzahl m, N > m > 1 , von ersten Wicklungen aufweist und die Primärseite des mindestens einen
Transformators (60, 70, 80a, 80b, 80c, 80d) mit der Mehrzahl m von ersten Wicklungen über eine entsprechende Mehrzahl m von Abgriffeinheiten (23a, 23b, 23c, 23d, 61 , 70a,
25 70b, 70c, 70d, 523) an eine entsprechende Mehrzahl m von Einzelmodulen (22a, 22b, 22c, 22d, 53a, 53b, 53c, 53d) angeschlossen wird, wobei an den jeweiligen
Abgriffeinheiten (23a, 23b, 23c, 23d, 61 , 70a, 70b, 70c, 70d, 523) jeweils eine zweite elektrische Wechselspannung abgegriffen wird, die jeweils dem mindestens einen Transformator (60, 70, 80a, 80b, 80c, 80d) bereitgestellt werden, und der mindestens
30 eine Transformator (60, 70, 80a, 80b, 80c, 80d) die jeweiligen zweiten elektrischen Wechselspannungen zusammen auf eine ausgehende elektrische Spannung transformiert, die dem zweiten Teilnetz (34, 44, 84) bereitgestellt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die an den jeweiligen Abgriffeinheiten (23a, 5 23b, 23c, 23d, 61 , 70a, 70b, 70c, 70d, 523) jeweils abgegriffene zweite elektrische
Wechselspannung für alle Abgriffeinheiten (23a, 23b, 23c, 23d, 61 , 70a, 70b, 70c, 70d, 523) identisch ist.
7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem eine Mehrzahl n, N 10 > n > 1 von Transformatoren (60, 70, 80a, 80b, 80c, 80d) vorgesehen wird, wobei jeder
Transformator (60, 70, 80a, 80b, 80c, 80d) der Mehrzahl n von Transformatoren (60, 70, 80a, 80b, 80c, 80d) auf der Primärseite eine erste Wicklung mit einer ersten
Windungszahl und auf der Sekundärseite eine zweite Wicklung mit einer zweiten
Windungszahl aufweist, und jeder Transformator (60, 70, 80a, 80b, 80c, 80d) an der
15 Primärseite über eine jeweilige Abgriffeinheit (23a, 23b, 23c, 23d, 61 , 70a, 70b, 70c, 70d, 523) an ein jeweiliges Einzelmodul (22a, 22b, 22c, 22d, 53a, 53b, 53c, 53d) angeschlossen wird, und die an den jeweiligen Abgriffeinheiten jeweils abgegriffene eine zweite elektrische Wechselspannung dem jeweiligen Transformator (60, 70, 80a, 80b, 80c, 80d) bereitgestellt wird, von dem jeweiligen Transformator (60, 70, 80a, 80b, 80c,
20 80d) auf eine jeweilige ausgehende elektrische Wechselspannung transformiert wird, und eine aus den von der Mehrzahl n der Transformatoren (60, 70, 80a, 80b, 80c, 80d) bereitgestellten ausgehenden elektrischen Wechselspannungen resultierende Spannung dem zweiten Teilnetz (34, 44, 84) bereitgestellt wird.
25 8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem n Transformatoren (60, 70, 80a, 80b, 80c, 80d) vorgesehen werden, die auf ihrer jeweiligen Primärseite über entsprechend n Abgriffeinheiten (23a, 23b, 23c, 23d, 61 , 70a, 70b, 70c, 70d, 523) an n Einzelmodule (22a, 22b, 22c, 22d, 53a, 53b, 53c, 53d) angeschlossen werden, wobei die an den jeweiligen n Abgriffeinheiten (23a, 23b, 23c, 23d, 61 , 70a, 70b, 70c, 70d, 523)
30 abzugreifenden zweiten Wechselspannungen mit einem Phasenversatz von 2π/η
zueinander abgegriffen werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem jedem der n Transformatoren (60, 70, 80a, 80b, 80c, 80d) ein Gleichrichter (62, 82a, 82b, 82c, 82d) nachgeschaltet wird, der die von dem jeweiligen Transformator (60, 70, 80a, 80b, 80c, 80d) ausgehende
5 elektrische Wechselspannung in eine jeweilige Gleichspannung überführt, wobei die entsprechend n Gleichrichter (62, 82a, 82b, 82c, 82d) nach Bedarf des zweiten
Teilnetzes (34, 44, 84) zueinander parallel oder in Reihe geschaltet werden und so eine Gesamtgleichspannung dem zweiten Teilnetz (34, 44, 84) bereitstellen.
10 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, bei dem die Mehrzahl m bzw. n von Einzelmodulen (22a, 22b, 22c, 22d, 53a, 53b, 53c, 53d), von denen über eine entsprechende Mehrzahl m bzw. n von Abgriffeinheiten (23a, 23b, 23c, 23d, 61 , 70a, 70b, 70c, 70d, 523) eine jeweilige zweite Wechselspannung abgegriffen wird, im
Wesentlichen gleichmäßig aus der Mehrzahl N von Einzelmodulen (14a, 14b, 14c, 14d,
15 18a, 18b, 18c, 18d, 22a, 22b, 22c, 22d, 48a, 48b, 48c, 48d, 50a, 50b, 50c, 50d, 53a, 52b, 52c, 52d, 53b, 53c, 53d) des Multilevelkonverters (36, 46) ausgewählt werden.
11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem von dem
20 Multilevelkonverter (36, 46) mehrere zueinander phasenverschobene erste
Wechselspannungen bereitgestellt werden.
12. Multilevelkonverter, der in einem elektrischen Netz anzuordnen ist, wobei das elektrische Netz ein erstes Teilnetz (32, 42) und ein zweites Teilnetz (34, 44, 84)
25 umfasst, wobei die beiden Teilnetze über mindestens einen Transformator (60, 70, 80a, 80b, 80c, 80d) miteinander zu verbinden und durch diesen voneinander galvanisch zu trennen sind, wobei eine Primärseite des mindestens einen Transformators (60, 70, 80a, 80b, 80c, 80d) mit mindestens einer ersten Wicklung mit einer ersten Windungszahl dem ersten Teilnetz (32, 42) und eine Sekundärseite des mindestens einen Transformators
30 (60, 70, 80a, 80b, 80c, 80d) mit einer zweiten Wicklung mit einer zweiten Windungszahl dem zweiten Teilnetz (34, 44, 84) zuzuordnen ist, wobei der Multilevelkonverter (36, 46) in dem ersten Teilnetz (32, 42) anzuordnen bzw. angeordnet ist und eine Mehrzahl N, N > 1 , von Einzelmodulen (14a, 14b, 14c, 14d, 18a, 18b, 18c, 18d, 22a, 22b, 22c, 22d, 48a, 48b, 48c, 48d, 50a, 50b, 50c, 50d, 53a, 52b, 52c, 52d, 53b, 53c, 53d) aufweist, wobei jedes Einzelmodul (14a, 14b, 14c, 14d, 18a, 18b, 18c, 18d, 22a, 22b, 22c, 22d,
5 48a, 48b, 48c, 48d, 50a, 50b, 50c, 50d, 53a, 52b, 52c, 52d, 53b, 53c, 53d)
mindestens einen elektrischen Energiespeicher (509) aufweist, wobei der
Multilevelkonverter (36, 46) dazu ausgebildet ist, mindestens eine erste elektrische Wechselspannung dem ersten Teilnetz (32, 42) bereitzustellen und über mindestens eine Abgriffeinheit (23a, 23b, 23c, 23d, 61 , 70a, 70b, 70c, 70d, 523) an entsprechend
10 mindestens einem Einzelmodul (22a, 22b, 22c, 22d, 53a, 53b, 53c, 53d, 520)
mindestens eine zweite elektrische Wechselspannung dem mindestens einen
Transformator (60, 70, 80a, 80b, 80c, 80d) bereitzustellen, die von dem mindestens einen Transformator (60, 70, 80a, 80b, 80c, 80d) auf eine ausgehende elektrische Spannung transformiert wird, die dem zweiten Teilnetz (34, 44, 84) bereitgestellt wird.
15
13. Multilevelkonverter nach Anspruch 12, dem eine Kontrolleinheit (54) zugeordnet ist, die dazu ausgebildet ist, Werte von mindestens einem physikalischen Parameter der mindestens einen ersten und/oder der mindestens einen zweiten Wechselspannung einzustellen.
20
14. Multilevelkonverter nach Anspruch 12 oder 13, bei dem mindestens zwei
Einzelmodule (14a, 14b, 14c, 14d, 18a, 18b, 18c, 18d, 22a, 22b, 22c, 22d, 48a, 48b, 48c, 48d, 50a, 50b, 50c, 50d, 53a, 52b, 52c, 52d, 53b, 53c, 53d) gleich ausgebildet sind.
25
15. Multilevelkonverter nach einem der Ansprüche 12 bis 14, der dazu ausgebildet ist, die mindestens eine erste Wechselspannung aus einer Einzelspannung von einem
Energiespeicher (509) mindestens eines Einzelmoduls (14a, 14b, 14c, 14d, 18a, 18b, 18c, 18d, 22a, 22b, 22c, 22d, 48a, 48b, 48c, 48d, 50a, 50b, 50c, 50d, 53a, 52b,
30 52c, 52d, 53b, 53c, 53d) zu erzeugen.
16. Multilevelkonverter nach Anspruch 15, der dazu ausgebildet ist, mindestens zwei Einzelmodule (14a, 14b, 14c, 14d, 18a, 18b, 18c, 18d, 22a, 22b, 22c, 22d, 48a, 48b, 48c, 48d, 50a, 50b, 50c, 50d, 53a, 52b, 52c, 52d, 53b, 53c, 53d) in Reihe und/oder zueinander parallel zu schalten, und die mindestens eine erste Wechselspannung aus 5 einer Kombination von Einzelspannungen der mindestens zwei miteinander zu
kombinierenden Einzelmodule (14a, 14b, 14c, 14d, 18a, 18b, 18c, 18d, 22a, 22b, 22c, 22d, 48a, 48b, 48c, 48d, 50a, 50b, 50c, 50d, 53a, 52b, 52c, 52d, 53b, 53c, 53d) bereitzustellen.
10 17. Multilevelkonverter nach einem der Ansprüche 12 bis 16, der mehrere Stränge (12, 16, 20, 47, 49, 51) aufweist, wobei jeder Strang (12, 16, 20, 47, 49, 51) eine
Kombination aus mehreren miteinander verschalteten Einzelmodulen (14a, 14b, 14c, 14d, 18a, 18b, 18c, 18d, 22a, 22b, 22c, 22d, 48a, 48b, 48c, 48d, 50a, 50b, 50c, 50d, 53a, 52b, 52c, 52d, 53b, 53c, 53d) aufweist, wobei mit jedem Strang (12, 16, 20,
15 47, 49, 51) jeweils eine erste Wechselspannung zu erzeugen bzw. erzeugbar ist.
18. Multilevelkonverter nach einem der Ansprüche 12 bis 17,
bei dem Energiespeicher (509) der Einzelmodule (14a, 14b, 14c, 14d, 18a, 18b, 18c, 18d, 22a, 22b, 22c, 22d, 48a, 48b, 48c, 48d, 50a, 50b, 50c, 50d, 53a, 52b, 52c,
20 52d, 53b, 53c, 53d) als Gleichspannungsquellen ausgebildet sind, wobei der
Multilevelkonverter (36, 46) mindestens einen Wandler aufweist, der dazu ausgebildet ist, eine als Gleichspannung ausgebildete Einzelspannung eines Energiespeichers (509) mindestens eines Einzelmoduls (14a, 14b, 14c, 14d, 18a, 18b, 18c, 18d, 22a, 22b, 22c, 22d, 48a, 48b, 48c, 48d, 50a, 50b, 50c, 50d, 53a, 52b, 52c, 52d, 53b, 53c,
25 53d) in eine Wechselspannung umzuwandeln.
19. Multilevelkonverter nach Anspruch 18, bei dem die mindestens eine Abgriffeinheit (23a, 23b, 23c, 23d, 61 , 70a, 70b, 70c, 70d, 523) an dem entsprechend mindestens einen Einzelmodul (22a, 22b, 22c, 22d, 53a, 53b, 53c, 53d, 520) als Wandler realisiert
30 ist, der dazu ausgebildet ist, eine als Gleichspannung ausgebildete Einzelspannung des Energiespeichers (509) des mindestens einen Einzelmoduls (22a, 22b, 22c, 22d, 53a, 53b, 53c, 53d, 520) in eine Wechselspannung umzuwandeln.
20. Energieversorgungssystem, das ein elektrisches Netz aufweist, das ein erstes Teilnetz (32, 42) und ein zweites Teilnetz (34, 44, 84) umfasst, die über mindestens einen Transformator (60, 70, 80a, 80b, 80c, 80d) miteinander verbunden und durch diesen voneinander galvanisch getrennt sind, wobei eine Primärseite des mindestens einen Transformators (60, 70, 80a, 80b, 80c, 80d) mit mindestens einer ersten
Wicklung mit einer ersten Windungszahl dem ersten Teilnetz (32, 42) und eine
Sekundärseite des mindestens einen Transformators (60, 70, 80a, 80b, 80c, 80d) mit einer zweiten Wicklung mit einer zweiten Windungszahl dem zweiten Teilnetz (34, 44, 84) zugeordnet ist, wobei das erste Teilnetz einen Multilevelkonverter mit einer Mehrzahl N, N > 1 , an Einzelmodulen (14a, 14b, 14c, 14d, 18a, 18b, 18c, 18d, 22a, 22b, 22c, 22d, 48a, 48b, 48c, 48d, 50a, 50b, 50c, 50d, 53a, 52b, 52c, 52d, 53b, 53c, 53d) aufweist, wobei jedes Einzelmodul (14a, 14b, 14c, 14d, 18a, 18b, 18c, 18d, 22a, 22b, 22c, 22d, 48a, 48b, 48c, 48d, 50a, 50b, 50c, 50d, 53a, 52b, 52c, 52d, 53b, 53c, 53d) mindestens einen elektrischen Energiespeicher (509) aufweist, wobei der
Multilevelkonverter (36, 46) dazu ausgebildet ist, mindestens eine erste elektrische Wechselspannung dem ersten Teilnetz (32, 42) bereitzustellen und über mindestens eine Abgriffeinheit (23a, 23b, 23c, 23d, 61 , 70a, 70b, 70c, 70d, 523) an entsprechend mindestens einem Einzelmodul (22a, 22b, 22c, 22d, 53a, 53b, 53c, 53d, 520) mindestens eine zweite elektrische Wechselspannung dem mindestens einen
Transformator (60, 70, 80a, 80b, 80c, 80d) bereitzustellen, wobei der Transformator (60, 70, 80a, 80b, 80c, 80d) dazu ausgebildet ist, die mindestens eine zweite
elektrische Wechselspannung auf eine ausgehende elektrische Spannung zu
transformieren und dem zweiten Teilnetz (34, 44, 84) bereitzustellen.
21. Energieversorgungssystem nach Anspruch 20, bei dem die erste Windungszahl der Primärseite des Transformators (60, 70, 80a, 80b, 80c, 80d) größer als die zweite Windungszahl der Sekundärseite des Transformators (60, 70, 80a, 80b, 80c, 80d) ist.
22. Energieversorgungssystem nach Anspruch 20 oder 21 , das in einem Kraftfahrzeug anzuordnen ist.
23. Energieversorgungssystem nach einem der Ansprüche 20 bis 22, bei dem dem ersten Teilnetz (32, 42) als Verbraucher eine elektrische Maschine (58)zuzuordnen ist, die mehrere Phasen aufweist, wobei der Multilevelkonverter (36, 46) dazu ausgebildet ist, jeder Phase jeweils eine erste Wechselspannung bereitzustellen.
24. Energieversorgungssystem nach einem der Ansprüche 20 bis 23, das ferner mindestens einen Gleichrichter (62, 82a, 82b, 82c, 82d) umfasst, der dem mindestens einen Transformator (60, 70, 80a, 80b, 80c, 80d) nachgeschaltet ist und dazu konfiguriert ist, die von dem mindestens einen Transformator (60, 70, 80a, 80b, 80c, 80d) bereitgestellte ausgehende elektrische Spannung in eine Gleichspannung
umzuwandeln und dem zweiten Teilnetz (34, 44, 84) bereitzustellen.
25. Einzelmodul zur Implementierung in einen Multilevelkonverter (36, 46) nach einem der Ansprüche 12 bis 19 und/oder in ein Energieversorgungssystem (32, 42) nach einem der Ansprüche 20 bis 24, wobei das Einzelmodul (22a, 22b, 22c, 22d, 53a, 53b, 53c, 53d, 520) mindestens einen elektrischen Energiespeicher (509), mindestens zwei erste elektrische Anschlüsse (510, 511) zum Anschluss an entsprechend mindestens ein weiteres Einzelmodul, eine Mehrzahl von Schaltelementen (501 , 502, 503, 504, 505, 506, 507, 508) zum dynamischen Umschalten zwischen einer Mehrzahl an
Schaltzuständen zwischen dem Einzelmodul und dem mindestens einen weiteren
Einzelmodul und mindestens zwei zweite elektrische Anschlüsse (521 , 522) zum
Anschluss mindestens einer elektrischen Abgriffeinheit (523) zum Bereitstellen einer elektrischen Wechselspannung umfasst, die von einem Transformator auf eine
ausgehende elektrische Spannung transformiert wird.
26. Einzelmodul nach Anspruch 25, bei dem die mindestens eine elektrische
Abgriffeinheit (523) integrativer Teil des Einzelmoduls ist.
27. Einzelmodul nach Anspruch 25 oder 26, bei dem der mindestens eine elektrische Energiespeicher (509) als Gleichspannungsquelle und die mindestens eine elektrische Abgriffeinheit (523) als Inverter realisiert sind.
28. Einzelmodul nach Anspruch 25, 26 oder 27, bei dem der Transformator integrativer Teil des Einzelmoduls ist.
29. Einzelmodul nach Anspruch 28, das ferner einen dem Transformator
nachgeschalteten Gleichrichter umfasst.
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11135923B2 (en) 2019-03-29 2021-10-05 Tae Technologies, Inc. Module-based energy systems capable of cascaded and interconnected configurations, and methods related thereto
US20210316621A1 (en) 2020-04-14 2021-10-14 Tae Technologies, Inc. Systems, devices, and methods for charging and discharging module-based cascaded energy systems
US11626791B2 (en) 2017-06-16 2023-04-11 Tae Technologies, Inc. Multi-level hysteresis voltage controllers for voltage modulators and methods for control thereof
DE102022120021B3 (de) 2022-08-09 2023-08-03 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren und Schaltung zu einem integrierten Gleichspannungswandler in einer AC-Batterie
US11794599B2 (en) 2020-05-14 2023-10-24 Tae Technologies, Inc. Systems, devices, and methods for rail-based and other electric vehicles with modular cascaded energy systems
US11840150B2 (en) 2018-03-22 2023-12-12 Tae Technologies, Inc. Systems and methods for power management and control
US11845356B2 (en) 2020-09-30 2023-12-19 Tae Technologies, Inc. Systems, devices, and methods for intraphase and interphase balancing in module-based cascaded energy systems
US11888320B2 (en) 2021-07-07 2024-01-30 Tae Technologies, Inc. Systems, devices, and methods for module-based cascaded energy systems configured to interface with renewable energy sources
US11894781B2 (en) 2020-09-28 2024-02-06 Tae Technologies, Inc. Multi-phase module-based energy system frameworks and methods related thereto
US11973436B2 (en) 2017-06-12 2024-04-30 Tae Technologies, Inc. Multi-level multi-quadrant hysteresis current controllers and methods for control thereof
US12065058B2 (en) 2020-04-14 2024-08-20 Tae Technologies, Inc. Modular cascaded energy systems with a cooling apparatus and with replaceable energy source capability

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021129953B3 (de) 2021-11-17 2022-10-06 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Multikompatibler Stromrichter, Verfahren zum Betrieb eines Stromrichters, Antriebssystem und elektrisch angetriebene Vorrichtung
DE102023102358A1 (de) 2023-01-31 2024-08-01 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Energieversorgungssystem für eine elektrische Maschine

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5093583A (en) 1988-11-21 1992-03-03 Hitachi, Ltd. Electric power supply system for automobile
DE19908495A1 (de) * 1999-02-26 2000-09-07 Siemens Ag Transformatorlose Einspeiseschaltung für Bahnfahrzeuge
US20100140003A1 (en) 2007-11-01 2010-06-10 Aisin Aw Co., Ltd. Electric motor control device, drive device and hybrid drive device
DE102010041040A1 (de) * 2010-09-20 2012-03-22 Robert Bosch Gmbh Energieversorgungsnetz und Verfahren zum Laden mindestens einer als Energiespeicher für einen Gleichspannungszwischenkreis dienenden Energiespeicherzelle in einem Energieversorgungsnetz
US20130106365A1 (en) 2010-07-22 2013-05-02 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Electric motored vehicle and method for controlling electrically charging the same
US20140152089A1 (en) 2011-07-05 2014-06-05 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
US20140225432A1 (en) 2011-08-29 2014-08-14 Robert Bosch Gmbh Converter circuit and method for transferring electrical energy
DE102015200259A1 (de) * 2015-01-12 2016-07-14 Robert Bosch Gmbh Batteriesystem mit einem oder mehreren Strängen, die jeweils mehrere in Reihe zuschaltbare Batteriemodule umfassen, wobei mindestens ein Batteriemodul jedes Stranges zum Versorgen eines Niedervoltnetzes mit elektrischer Energie vorgesehen ist
DE102015203008A1 (de) * 2015-02-19 2016-08-25 Robert Bosch Gmbh Schaltungsanordnung zum Betreiben einer elektrischen Maschine
DE102015205278A1 (de) * 2015-03-24 2016-09-29 Robert Bosch Gmbh Stromnetz für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug
DE102015112513A1 (de) 2015-07-30 2017-02-02 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Matroschka-Umrichter
WO2017162341A1 (de) * 2016-03-24 2017-09-28 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren zum betreiben eines elektrischen netzes

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4037531C2 (de) * 1990-11-26 2003-11-06 Daimlerchrysler Rail Systems Verfahren zur Steuerung von Gleichrichtern
DE102013203734B4 (de) * 2013-03-05 2018-02-15 Siemens Aktiengesellschaft Modularer Hochfrequenz-Umrichter

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5093583A (en) 1988-11-21 1992-03-03 Hitachi, Ltd. Electric power supply system for automobile
DE19908495A1 (de) * 1999-02-26 2000-09-07 Siemens Ag Transformatorlose Einspeiseschaltung für Bahnfahrzeuge
US20100140003A1 (en) 2007-11-01 2010-06-10 Aisin Aw Co., Ltd. Electric motor control device, drive device and hybrid drive device
US20130106365A1 (en) 2010-07-22 2013-05-02 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Electric motored vehicle and method for controlling electrically charging the same
DE102010041040A1 (de) * 2010-09-20 2012-03-22 Robert Bosch Gmbh Energieversorgungsnetz und Verfahren zum Laden mindestens einer als Energiespeicher für einen Gleichspannungszwischenkreis dienenden Energiespeicherzelle in einem Energieversorgungsnetz
US20140152089A1 (en) 2011-07-05 2014-06-05 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
US20140225432A1 (en) 2011-08-29 2014-08-14 Robert Bosch Gmbh Converter circuit and method for transferring electrical energy
DE102015200259A1 (de) * 2015-01-12 2016-07-14 Robert Bosch Gmbh Batteriesystem mit einem oder mehreren Strängen, die jeweils mehrere in Reihe zuschaltbare Batteriemodule umfassen, wobei mindestens ein Batteriemodul jedes Stranges zum Versorgen eines Niedervoltnetzes mit elektrischer Energie vorgesehen ist
DE102015203008A1 (de) * 2015-02-19 2016-08-25 Robert Bosch Gmbh Schaltungsanordnung zum Betreiben einer elektrischen Maschine
DE102015205278A1 (de) * 2015-03-24 2016-09-29 Robert Bosch Gmbh Stromnetz für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug
DE102015112513A1 (de) 2015-07-30 2017-02-02 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Matroschka-Umrichter
WO2017162341A1 (de) * 2016-03-24 2017-09-28 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren zum betreiben eines elektrischen netzes

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
S. M. GOETZ; A. V. PETERCHEV; T. WEYH: "Modular Multilevel Converter with Series and Parallel Module Connectivity: Topology and Control", IEEE TRANSACTION ON POWER ELECTRONICS

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11973436B2 (en) 2017-06-12 2024-04-30 Tae Technologies, Inc. Multi-level multi-quadrant hysteresis current controllers and methods for control thereof
US11626791B2 (en) 2017-06-16 2023-04-11 Tae Technologies, Inc. Multi-level hysteresis voltage controllers for voltage modulators and methods for control thereof
US11881761B2 (en) 2017-06-16 2024-01-23 Tae Technologies, Inc. Multi-level hysteresis voltage controllers for voltage modulators and methods for control thereof
US11840150B2 (en) 2018-03-22 2023-12-12 Tae Technologies, Inc. Systems and methods for power management and control
US11840149B2 (en) 2018-03-22 2023-12-12 Tae Technologies, Inc. Systems and methods for power management and control
US11135923B2 (en) 2019-03-29 2021-10-05 Tae Technologies, Inc. Module-based energy systems capable of cascaded and interconnected configurations, and methods related thereto
US11603001B2 (en) 2019-03-29 2023-03-14 Tae Technologies, Inc. Module-based energy systems having converter-source modules and methods related thereto
US11884167B2 (en) 2019-03-29 2024-01-30 Tae Technologies, Inc. Module-based energy systems having converter-source modules and methods related thereto
US11597284B2 (en) 2019-03-29 2023-03-07 Tae Technologies, Inc. Module-based energy systems capable of cascaded and interconnected configurations, and methods related thereto
US11964573B2 (en) 2019-03-29 2024-04-23 Tae Technologies, Inc. Module-based energy systems having converter-source modules and methods related thereto
US20210316621A1 (en) 2020-04-14 2021-10-14 Tae Technologies, Inc. Systems, devices, and methods for charging and discharging module-based cascaded energy systems
US12065058B2 (en) 2020-04-14 2024-08-20 Tae Technologies, Inc. Modular cascaded energy systems with a cooling apparatus and with replaceable energy source capability
US11897347B2 (en) 2020-04-14 2024-02-13 Tae Technologies, Inc. Systems, devices, and methods for charging and discharging module-based cascaded energy systems
US11827115B2 (en) 2020-05-14 2023-11-28 Tae Technologies, Inc. Systems, devices, and methods for rail-based and other electric vehicles with modular cascaded energy systems
US11794599B2 (en) 2020-05-14 2023-10-24 Tae Technologies, Inc. Systems, devices, and methods for rail-based and other electric vehicles with modular cascaded energy systems
US11894781B2 (en) 2020-09-28 2024-02-06 Tae Technologies, Inc. Multi-phase module-based energy system frameworks and methods related thereto
US11923782B2 (en) 2020-09-28 2024-03-05 Tae Technologies, Inc. Multi-phase module-based energy system frameworks and methods related thereto
US11845356B2 (en) 2020-09-30 2023-12-19 Tae Technologies, Inc. Systems, devices, and methods for intraphase and interphase balancing in module-based cascaded energy systems
US11942788B2 (en) 2021-07-07 2024-03-26 Tae Technologies, Inc. Systems, devices, and methods for module-based cascaded energy systems configured to interface with renewable energy sources
US11888320B2 (en) 2021-07-07 2024-01-30 Tae Technologies, Inc. Systems, devices, and methods for module-based cascaded energy systems configured to interface with renewable energy sources
DE102022120021B3 (de) 2022-08-09 2023-08-03 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren und Schaltung zu einem integrierten Gleichspannungswandler in einer AC-Batterie

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