DE102014100256A1

DE102014100256A1 - Modular power converter

Info

Publication number: DE102014100256A1
Application number: DE102014100256.3A
Authority: DE
Inventors: Malte von Hofen; Lennart Baruschka; Dennis Karwatzki
Original assignee: Leibniz Universitaet Hannover
Current assignee: Leibniz Universitaet Hannover
Priority date: 2014-01-10
Filing date: 2014-01-10
Publication date: 2015-07-16
Anticipated expiration: 2034-01-11
Also published as: DE102014100256B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen modularen Umrichter zur Verbindung eines ersten elektrischen Mehrleitungsnetzes mit einem zweiten elektrischen Mehrleitungsnetz mittels elektronische Halbleiterschalter aufweisenden Brückenmodulen, wobei aus einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Brückenmodulen jeweils Umrichterzweige gebildet sind, wobei mehrere Umrichterzweige vorhanden sind, die jeweils eine Leitung des ersten Mehrleitungsnetzes mit einer Leitung des zweiten Mehrleitungsnetzes verbinden, wobei der Umrichter eine Umrichterzweig-Redundanz derart aufweist, dass wenigstens ein Umrichterzweig als redundanter Umrichterzweig ausgebildet ist oder durch eine Steuerungseinrichtung des Umrichters als redundanter Umrichterzweig betrieben ist, wobei der redundante Umrichterzweig zur Übernahme der Funktion eines anderen Umrichterzweigs eingerichtet ist. The invention relates to a modular converter for connecting a first electric multi-line network to a second electrical multi-line network by means of electronic bridge modules comprising semiconductor modules, wherein from a plurality of bridge modules connected in series converter branches are formed, wherein a plurality of Umrichterzweige are present, each having a line of the first multi-line network connect to a line of the second multi-line network, wherein the inverter has a converter branch redundancy such that at least one converter branch is designed as a redundant converter branch or operated by a control device of the inverter as a redundant converter branch, wherein the redundant converter branch to take over the function of another inverter branch is set up.

Description

Die Erfindung betrifft einen modularen Stromrichter zur Verbindung eines ersten elektrischen Mehrleitungsnetzes mit einem zweiten elektrischen Mehrleitungsnetz mittels elektronische Halbleiterschalter aufweisenden Brückenmodulen gemäß dem Anspruch 1. The invention relates to a modular power converter for connecting a first electrical multi-line network to a second electrical multi-line network by means of electronic semiconductor switch having bridge modules according to claim 1.

Allgemein betrifft die Erfindung das Gebiet der elektrischen Energieversorgungstechnik. Mit einem solchen Stromrichter kann elektrische Energie zwischen Energieversorgungsnetzen transferiert werden, die z. B. unterschiedliche Nennspannungen oder, im Falle von Wechselspannung, unterschiedliche Frequenzen haben. Ein solcher Stromrichter wird auch als Umrichter bezeichnet. Dies kann durch Verwendung von elektronische Halbleiterschalter aufweisenden Brückenmodulen ohne teure und aufwändige Transformatoren realisiert werden. Entsprechende Vorschläge sind z. B. aus der DE 10 2010 013 826 A1 und der DE 11 2011 107 737 A1 bekannt. Generally, the invention relates to the field of electrical power engineering. With such a power converter, electrical energy can be transferred between power supply networks, the z. B. different nominal voltages or, in the case of AC voltage, different frequencies. Such a power converter is also referred to as a converter. This can be realized by using electronic semiconductor switch having bridge modules without expensive and expensive transformers. Corresponding proposals are z. B. from the DE 10 2010 013 826 A1 and the DE 11 2011 107 737 A1 known.

Solche bekannten Stromrichter weisen mehrere Stromrichterzweige auf, die jeweils eine Leitung des ersten Mehrleitungsnetzes mit einer Leitung des zweiten Mehrleitungsnetzes verbinden. In jedem Stromrichterzweig sind so viele Brückenmodule in Reihe geschaltet, dass die gewünschte Energieübertragung von dem einen Mehrleitungsnetz in das andere Mehrleitungsnetz durchgeführt werden kann und die einzelnen Brückenmodule dabei nicht überlastet werden. Um eine erhöhte Ausfallsicherheit zu erreichen, kann die Anzahl der in Reihe geschalteten Brückenmodule pro Stromrichterzweig so groß gewählt werden, dass eine gewisse Redundanz vorhanden ist. So kann z. B. bei einem internen Defekt eines Brückenmoduls der Reihenschaltung dieses Brückenmodul über die interne Brückenschaltung oder auf andere Weise elektrisch überbrückt werden. Der hierdurch verursachte Spannungsausfall kann durch die übrigen Brückenmodule der Reihenschaltung kompensiert werden, indem durch entsprechende Steuerung der elektronischen Halbleiterschalter der Brückenmodule pro Brückenmodul eine im zeitlichen Mittel jeweils erhöhte Ausgangsspannung bereitgestellt wird. Bei einem solchen Stromrichter erfolgt die Wartung und Reparatur im Regelfall in einem vollständig abgeschalteten Zustand des Stromrichters. Such known power converters have a plurality of power converter branches which each connect a line of the first multi-line network to a line of the second multi-line network. In each power converter branch as many bridge modules are connected in series, that the desired energy transfer from one multi-line network in the other multi-line network can be performed and the individual bridge modules are not overloaded. In order to achieve increased reliability, the number of bridge modules connected in series per converter branch can be selected to be so large that a certain amount of redundancy exists. So z. B. in the case of an internal defect of a bridge module of the series connection of this bridge module via the internal bridge circuit or otherwise electrically bridged. The power failure caused thereby can be compensated by the other bridge modules of the series connection, by a respective increased in time average output voltage is provided by appropriate control of the electronic semiconductor switches of the bridge modules per bridge module. In such a power converter, the maintenance and repair usually takes place in a completely disconnected state of the power converter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen modularen Stromrichter der zuvor erläuterten Art anzugeben, der bei im Wesentlichen gleichem Hardware-Aufwand eine verbesserte Ausfallsicherheit bietet. The invention has for its object to provide a modular power converter of the type described above, which offers improved reliability at substantially the same hardware cost.

Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst durch einen modularen Stromrichter zur Verbindung mit wenigstens einem elektrischen Mehrleitungsnetz mittels elektronische Halbleiterschalter aufweisenden Brückenmodulen, wobei aus einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Brückenmodulen jeweils Stromrichterzweige gebildet sind, wobei mehrere Stromrichterzweige vorhanden sind, die jeweils eine Leitung des ersten Mehrleitungsnetzes mit einer Leitung des zweiten Mehrleitungsnetzes oder einer anderen Leitung des ersten Mehrleitungsnetzes verbinden, wobei der Stromrichter eine Stromrichterzweig-Redundanz derart aufweist, dass wenigstens ein Stromrichterzweig als redundanter Stromrichterzweig ausgebildet ist oder durch eine Steuerungseinrichtung des Stromrichters als redundanter Stromrichterzweig betrieben ist, wobei der wenigstens eine redundante Stromrichterzweig zur wenigstens teilweisen Übernahme der Funktion eines anderen Stromrichterzweigs eingerichtet ist, z.B. bei Ausfall oder Störung oder zur Entlastung des anderen Stromrichterzweigs. Der modulare Stromrichter, im Folgenden nur kurz als Stromrichter bezeichnet, hat den Vorteil, dass durch ein gegenüber Vorschlägen aus dem Stand der Technik völlig anderes Redundanzkonzept bei im Wesentlichen gleichem oder nur geringfügig erhöhtem Hardware-Aufwand eine deutliche Verbesserung der Ausfallsicherheit erzielt werden kann. Infolgedessen ist seltener mit Ausfällen der elektrischen Energieversorgung zu rechnen. Zudem wird die Wartungsfreundlichkeit des Stromrichters erhöht. Dies wird durch die Einführung einer Stromrichterzweig-Redundanz erreicht, im Gegensatz zu einer Redundanz innerhalb eines Stromrichterzweigs. Durch Vorsehen eines zusätzlichen Stromrichterzweigs als redundanten Stromrichterzweig oder durch Betreiben eines vorhandenen Stromrichterzweigs als redundanten Stromrichterzweig wird es möglich, bei einer Störung in einem anderen Stromrichterzweig, z. B. einem Ausfall eines Brückenmoduls, die Funktion des gestörten Stromrichterzweigs solange durch den redundanten Stromrichterzweig ausführen zu lassen, bis der Ausfall oder die Störung des gestörten Stromrichterzweigs behoben ist. Um eine ausreichende Sicherheit für das Wartungspersonal zu gewährleisten, kann der gestörte Stromrichterzweig während der Durchführung der Wartungsarbeiten galvanisch abgetrennt werden, z. B. durch entsprechende Trennschütze. Hierin liegt ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Redundanzkonzepts, nämlich, dass nur relativ wenige Trennschütze erforderlich sind, nur zwei pro Stromrichterzweig, um den gesamten Stromrichterzweig in einen für Wartungsarbeiten sicheren Zustand zu versetzen. Bei der reinen Redundanz durch die Reihenschaltung der Brückenmodule wären Trennschütze auf beiden Seiten jedes Brückenmoduls erforderlich, was aufgrund des erheblichen Aufwands nicht praxisgerecht wäre. Durch das erfindungsgemäße neue Redundanzkonzept der Stromrichterzweig-Redundanz können damit auch reparaturbedingte Abschaltphasen des Stromrichters reduziert oder ganz vermieden werden. This object is achieved according to claim 1 by a modular power converter for connection to at least one electric multi-line network by means of electronic bridge switches having bridge modules, wherein each of a plurality of bridge modules connected in series converter branches are formed, wherein a plurality of power converter branches are present, each having a line of the first Multi-line network connect to a line of the second multi-line network or another line of the first multi-line network, wherein the power converter has a converter branch redundancy such that at least one power converter branch is designed as a redundant power converter branch or operated by a control device of the power converter as a redundant power converter branch, wherein the at least a redundant power converter branch is arranged for at least partially taking over the function of another power converter branch, for example in case of failure or malfunction or to relieve the other power converter branch. The modular power converter, hereinafter referred to only briefly as a power converter, has the advantage that can be achieved by a comparison with proposals from the prior art completely different redundancy concept with substantially the same or only slightly increased hardware complexity a significant improvement in reliability. As a result, failure of the electrical power supply is less likely. In addition, the ease of maintenance of the converter is increased. This is achieved by the introduction of power converter branch redundancy, as opposed to redundancy within a power converter branch. By providing an additional power converter branch as a redundant power converter branch or by operating an existing power converter branch as a redundant power converter branch, it is possible in a fault in another power converter branch, z. B. a failure of a bridge module to run the function of the faulty power converter branch as long as through the redundant power converter branch until the failure or malfunction of the faulty power converter branch is resolved. In order to ensure sufficient safety for the maintenance personnel, the faulty power converter branch can be galvanically separated during the execution of maintenance, z. B. by appropriate Trennschütze. Herein lies another advantage of the redundancy concept according to the invention, namely that only relatively few contactors are required, only two per power converter branch to put the entire power converter branch in a safe state for maintenance. In the pure redundancy through the series connection of the bridge modules isolators would be required on both sides of each bridge module, which would not be practical due to the considerable expense. Due to the novel redundancy concept of the power converter branch redundancy according to the invention, repair-related shutdown phases of the power converter can thus also be reduced or completely avoided.

Dass wenigstens ein Stromrichterzweig als redundanter Stromrichterzweig ausgebildet ist oder durch eine Steuerungseinrichtung des Stromrichters als redundanter Stromrichterzweig betrieben ist, umfasst die Ausführungsformen, dass einer oder mehrere Stromrichterzweig als redundante Stromrichterzweige ausgebildet sind oder als solche betrieben sind. That at least one power converter branch is designed as a redundant power converter branch or is operated by a control device of the power converter as a redundant power converter branch includes the embodiments that one or more power converter branch are designed as redundant power converter branches or operated as such.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass die Anzahl der erforderlichen Brückenmodule des Stromrichters und damit die installierte Schaltleistung, der Platzbedarf und die Investitionskosten gesenkt werden können. Der Ausfall eines Brückenmoduls führt maximal zu einem Ausfall des entsprechenden Stromrichterzweigs, nicht jedoch zu einem Ausfall des gesamten Stromrichters. Hieraus lässt sich eine Erhöhung der Verfügbarkeit des Stromrichters ableiten. Wartungsarbeiten wie der Austausch von Brückenmodulen oder anderen Bauteilen können im laufenden Betrieb geschehen. Hierbei kann der Stromrichter ggf. mit verminderter Leistung am Netz bleiben. Another advantage of the invention is that the number of required bridge modules of the power converter and thus the installed switching capacity, space requirements and investment costs can be reduced. The failure of a bridge module leads to a maximum failure of the corresponding power converter branch, but not to a failure of the entire power converter. From this, an increase in the availability of the power converter can be derived. Maintenance work such as the replacement of bridge modules or other components can be done during operation. If necessary, the power converter can remain connected to the grid with reduced power.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine Steuerungseinrichtung des Stromrichters dazu eingerichtet, die für den Betrieb des Stromrichters genutzten Stromrichterzweige zu wechseln. Insbesondere können auch ein oder mehrere redundante Stromrichterzweige für den Betrieb des Stromrichters genutzt werden, ohne dass Fehler oder Störungen vorliegen. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine Steuerungseinrichtung des Stromrichters dazu eingerichtet, den Stromrichter mit einer variablen, durch die Steuereinrichtungseinrichtung festlegbaren Anzahl von Stromrichterzweigen zu betreiben. Dies hat den Vorteil, dass durch die Steuerungseinrichtung ein gestörter Stromrichterzweig abgeschaltet werden kann und durch einen redundanten Stromrichterzweig ersetzt werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei entsprechender schaltungstechnischer Anordnung der einzelnen Stromrichterzweige einschließlich des oder der redundanten Stromrichterzweige ein Wechsel zwischen gerade aktiven Stromrichterzweigen durch die Steuerungseinrichtung durchgeführt werden kann, auch ohne dass eine Störung in einem Stromrichterzweig vorliegt. Dies hat den Vorteil, dass alle Stromrichterzweige hin und wieder im laufenden Betrieb eingesetzt werden, so dass eventuelle Fehler oder Störungen frühzeitig entdeckt werden. Insbesondere kann hiermit vermieden werden, dass ein redundanter Stromrichterzweig im Normalfall nie betrieben wird und erst dann, wenn der redundante Stromrichterzweig benötigt wird, festgestellt wird, dass der redundante Stromrichterzweig einen Fehler aufweist. Ein weiterer Vorteil der genannten Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass durch ein regelmäßiges Umschalten der aktiv in Betrieb befindlichen Stromrichterzweige eine gleichmäßige Belastung und Abnutzung der Bauteile erfolgt, insbesondere der einzelnen Bauteile der Brückenmodule. Anders gesagt, im zeitlichen Mittel werden hierdurch sämtliche Bauteile geschont, weil sie nicht ständig in Betrieb sind. According to an advantageous embodiment of the invention, a control device of the power converter is adapted to change the used for the operation of the power converter power converter branches. In particular, one or more redundant power converter branches can be used for the operation of the power converter, without errors or malfunctions. According to an advantageous development of the invention, a control device of the power converter is set up to operate the power converter with a variable number of converter branches that can be defined by the control device. This has the advantage that a faulty power converter branch can be switched off by the control device and can be replaced by a redundant power converter branch. A further advantage is that with a corresponding circuit arrangement of the individual power converter branches including the redundant power converter branches, a change between currently active power converter branches can be performed by the control device, even without a fault being present in a power converter branch. This has the advantage that all power converter branches are occasionally used during operation, so that any errors or malfunctions are detected early. In particular, this avoids that a redundant power converter branch is normally never operated and only when the redundant power converter branch is needed, it is determined that the redundant power converter branch has an error. Another advantage of said development of the invention is that a regular switching of the active power converter branches in operation, a uniform load and wear of the components takes place, in particular the individual components of the bridge modules. In other words, in terms of time, all components are protected because they are not constantly in operation.

Eine Abschaltung eines Stromrichterzweigs, z. B. bei einer Störung, kann z. B. durch Durchführung einer Stromregelung derart erfolgen, dass der Strom auf den Wert Null geregelt wird, so dass der Stromrichterzweig elektrisch neutral ist. Anschließend ist es beispielsweise möglich, sämtliche Halbleiterschalter im Brückenmodul zu deaktivieren und somit zu entlasten. A shutdown of a power converter branch, z. B. in a fault, z. B. carried out by performing a current control such that the current is controlled to zero, so that the power converter branch is electrically neutral. Subsequently, it is possible, for example, to disable all semiconductor switches in the bridge module and thus relieve.

Eine Änderung der genutzten Stromrichterzweige kann durch die Steuerungseinrichtung z.B. vorgenommen werden, wenn der Stromrichter nicht in Betrieb ist. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Steuerungseinrichtung zur Änderung der genutzten Stromrichterzweige bzw. der genutzten Anzahl von Stromrichterzweigen während des laufenden Betriebs des Stromrichters eingerichtet. Somit muss der Stromrichter für einen Wechsel der genutzten Stromrichterzweige nicht heruntergefahren werden. Die Energieversorgung durch den Stromrichter wird daher nicht unterbrochen. Auf diese Weise können je nach elektrischer Belastungssituation jederzeit mehr oder weniger Stromrichterzweige genutzt werden. Es können z. B. redundante Stromrichterzweige genutzt werden, um in zeitlichen Phasen hoher Belastung des Stromrichters die übrigen Stromrichterzweige zu entlasten. A change in the utilized converter branches can be controlled by the control device, e.g. be made when the power converter is not in operation. According to an advantageous development of the invention, the control device is set up to change the utilized power converter branches or the number of power converter branches used during ongoing operation of the power converter. Thus, the power converter does not have to be shut down for a change of the used converter branches. The power supply through the power converter is therefore not interrupted. In this way, depending on the electrical load situation more or less power converter branches can be used at any time. It can z. B. redundant power converter branches are used to relieve the remaining power converter branches in time periods of high load of the power converter.

Das erste und/oder das zweite elektrische Mehrleitungsnetz kann z. B. ein Zweileitungsnetz oder ein Dreileitungsnetz sein, insbesondere ein Wechselstromnetz. Der Stromrichter eignet sich z. B. für die Verbindung zweier dreiphasiger Netze miteinander, d. h. von zwei Drehstromnetzen. Der Stromrichter eignet sich auch z. B. zur Verbindung eines einphasigen Wechselstromnetzes mit einem dreiphasigen Netz. Ebenso kann ein dreiphasiges Netz z. B. mit einem Gleichstromnetz mit zwei Leitungen verbunden werden, z. B. zur Hochspannungsgleichstromübertragung. The first and / or the second electrical multi-line network can, for. B. a two-line network or a three-line network, in particular an AC network. The power converter is suitable for. B. for the connection of two three-phase networks with each other, d. H. of two three-phase networks. The power converter is also suitable for. B. for connecting a single-phase AC mains with a three-phase network. Likewise, a three-phase network z. B. connected to a DC network with two lines, z. B. for high-voltage direct current transmission.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Stromrichter wenigstens m·n Stromrichterzweige aufweist, wobei m die Anzahl der Leitungen des ersten Mehrleitungsnetzes und n die Anzahl der Leitungen des zweiten Mehrleitungsnetzes ist, wobei eine Steuerungseinrichtung des Stromrichters dazu eingerichtet ist, den Stromrichter mit einer durch die Steuerungseinrichtung festlegbaren Anzahl k von Stromrichterzweigen zu betreiben, wobei k < m·n ist. So kann k bei Verwendung des Stromrichters mit zwei Dreileitungsnetzen (m = 3, n = 3) einen Wert kleiner 9 annehmen. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist k ≥ a. a ist der größere Wert von m und n. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist k ≥ m + n, insbesondere k > m + n. Insbesondere kann der Stromrichter mit k = m + n Stromrichterzweigen betrieben werden. So kann z. B. bei Ausbildung des Stromrichters als Multilevelmatrixkonverter, der für die Kopplung zweier Dreileitungsnetze neun Stromrichterzweige aufweist, der Stromrichter variabel mit einer Anzahl von Stromrichterzweigen zwischen 6 und 9 betreiben werden. Wird der Stromrichter mit 6 Stromrichterzweigen betrieben, kann ein vorteilhaftes Betriebsverfahren gemäß DE 10 2011 107 737 A1 realisiert werden. According to an advantageous development of the invention it is provided that the power converter has at least m.n power converter branches, where m is the number of lines of the first multi-line network and n is the number of lines of the second multi-line network, wherein a control device of the power converter is adapted to the power converter to operate with a number k of converter branches which can be defined by the control device, k <m · n. For example, k can assume a value less than 9 when using the converter with two three-wire networks (m = 3, n = 3). According to an advantageous embodiment of the invention is k ≥ a. a is the larger value of m and n. According to an advantageous development of the invention, k ≥ m + n, in particular k> m + n. In particular, the power converter can be operated with k = m + n converter branches. So z. B. in training the power converter as a multilevel matrix converter, which has nine converter branches for the coupling of two three-line networks, the converter will operate variably with a number of converter branches between 6 and 9. If the converter is operated with 6 power converter branches, an advantageous operating method can be used in accordance with DE 10 2011 107 737 A1 will be realized.

Die Anzahlen m und n von Leitungen der Mehrleitungsnetze beziehen sich dabei auf die bei gleichmäßiger Belastung stromtransportierenden Leitungen, d.h. bei einem Dreiphasennetz auf die drei Phasenleiter. Ein ggf. vorhandener Neutralleiter ist hier nicht mitgezählt. In this case, the numbers m and n of lines of the multi-line networks refer to the lines carrying current during uniform loading, i. in a three-phase network, the three phase conductors. Any existing neutral conductor is not counted here.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Stromrichter m + n Stromrichterzweige und wenigstens einen zusätzlichen redundanten Stromrichterzweig auf, wobei m die Anzahl der Leitungen des ersten Mehrleitungsnetzes und n die Anzahl der Leitungen des zweiten Mehrleitungsnetzes ist. Verblüffenderweise kann in bestimmten Anwendungen trotz des zusätzlichen redundanten Stromrichterzweigs der gesamte Stromrichter mit im Wesentlichen gleichem Hardware-Aufwand realisiert werden und dennoch eine höhere Ausfallsicherheit erreicht werden. So ist es möglich, die Anzahl der Brückenmodule pro Stromrichterzweig zu reduzieren, was mit einer gewissen Reduzierung der inneren Redundanz des Stromrichterzweigs einhergeht. Wird nun aus diesen frei gewordenen Brückenmodulen ein gesonderter Stromrichterzweig, nämlich der zusätzliche redundante Stromrichterzweig, gebildet, kann die Anzahl der für den Stromrichter erforderlichen Brückenmodule gleich bleiben. Es kann aber die erfindungsgemäße Stromrichterzweig-Redundanz mit einem zusätzlichen Stromrichterzweig realisiert werden. Fehleranalysen haben ergeben, dass durch eine solche Änderung der Schaltungstopologie bei gleicher Anzahl von Brückenmodulen in bestimmten Anwendungen die Ausfallsicherheit des gesamten Stromrichters gesteigert werden kann. According to an advantageous development of the invention, the converter has m + n converter branches and at least one additional redundant converter branch, where m is the number of lines of the first multi-line network and n is the number of lines of the second multi-line network. Surprisingly, in certain applications, despite the additional redundant power converter branch of the entire power converter can be realized with substantially the same hardware cost and still be achieved a higher reliability. Thus, it is possible to reduce the number of bridge modules per power converter branch, which is accompanied by a certain reduction of the internal redundancy of the power converter branch. If now a separate converter branch, namely the additional redundant converter branch, is formed from these freed bridge modules, the number of bridge modules required for the converter can remain the same. However, the converter branch redundancy according to the invention can be realized with an additional converter branch. Error analyzes have shown that such a change in the circuit topology with the same number of bridge modules in certain applications can increase the reliability of the entire power converter.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Anzahl der Stromrichterzweige geringer als 2 (m + n), wobei m die Anzahl der Leitungen des ersten Mehrleitungsnetzes und n die Anzahl der Leitungen des zweiten Mehrleitungsnetzes ist. Hierdurch kann der Gesamtaufwand für den Stromrichter gering gehalten werden. Es ist insbesondere keine Verdoppelung der für den Betrieb des Stromrichters erforderlichen Minimalzahl an Stromrichterzweigen notwendig. According to an advantageous embodiment of the invention, the number of power converter branches is less than 2 (m + n), where m is the number of lines of the first multi-line network and n is the number of lines of the second multi-line network. As a result, the total cost of the power converter can be kept low. In particular, it is not necessary to double the minimum number of converter branches necessary for the operation of the converter.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist für einen, mehrere oder alle Stromrichterzweige und/oder für einen, mehrere oder alle redundanten Stromrichterzweige wenigstens ein in Reihe zu den Brückenmodulen des Stromrichterzweigs geschalteter Trennschalter vorgesehen, mit dem der Stromrichterzweig oder der redundante Stromrichterzweig galvanisch abschaltbar ist. Der Trennschalter kann z. B. als manuell betätigbarer Trennschalter oder als durch eine Steuerungseinrichtung steuerbares Trennschütz ausgebildet sein. Der Trennschalter kann insbesondere am Ende eines Stromrichterzweigs angeordnet sein, d. h. an der Verbindung des Stromrichterzweigs zu einer Leitung eines angeschlossenen Mehrleitungsnetzes. Dies hat den Vorteil, dass mittels des Trennschalters ein Stromrichterzweig auch galvanisch abgeschaltet werden kann. Hierdurch kann der Stromrichter im Fehlerfall einfacher und sicherer repariert werden oder es können Wartungsarbeiten durchgeführt werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens ein Trennschalter an jedem Ende eines Stromrichterzweigs oder redundanten Stromrichterzweigs, der Trennschalter aufweist, vorhanden. Dies hat den Vorteil, dass der Stromrichterzweig beidseitig galvanisch abgetrennt werden kann, so dass er vollständig potentialfrei geschaltet werden kann. Hierdurch wird die größtmögliche Sicherheit für Reparatur- und Wartungsarbeiten erreicht. According to an advantageous development of the invention, one, several or all power converter branches and / or one, several or all redundant power converter branches are provided with at least one disconnector connected in series with the bridge modules of the power converter branch, with which the power converter branch or the redundant power converter branch can be galvanically switched off. The circuit breaker can, for. B. be designed as a manually operable disconnector or as controllable by a control device isolating contactor. The circuit breaker can be arranged in particular at the end of a power converter branch, d. H. at the connection of the power converter branch to a line of a connected multi-line network. This has the advantage that by means of the circuit breaker, a power converter branch can also be switched off galvanically. In this way, the power converter can be repaired easier and safer in case of failure or it can be carried out maintenance. According to an advantageous embodiment of the invention, at least one circuit breaker at each end of a power converter branch or redundant power converter branch, the circuit breaker is present. This has the advantage that the power converter branch can be galvanically separated on both sides, so that it can be switched completely potential-free. This achieves the greatest possible safety for repair and maintenance work.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Stromrichter als Direktumrichter oder als Zwischenkreis-Umrichter, insbesondere mit einem Gleichspannungszwischenkreis, oder als Wechselrichter, Blindleistungskompensator oder unterbrechungsfreie Stromversorgungseinheit ausgebildet. Der Stromrichter kann insbesondere als transformatorloser Stromrichter ausgebildet sein. Hierdurch kann der Stromrichter vergleichsweise kostengünstig und kompakt realisiert werden. According to an advantageous embodiment of the invention, the power converter is designed as a direct converter or as a DC link converter, in particular with a DC voltage intermediate circuit, or as an inverter, reactive power compensator or uninterruptible power supply unit. The power converter can be designed in particular as a transformerless power converter. As a result, the power converter can be realized comparatively inexpensive and compact.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Brückenmodul wenigstens zwei elektronische Halbleiterschalter in Halbbrückenschaltung oder vier elektronische Halbleiterschalter in Vollbrückenschaltung auf. Das Brückenmodul weist wenigstens einen Kondensator auf, der über die Halbleiterschalter mit äußeren Anschlusskontakten des Brückenmoduls verbindbar ist. Mit der Vollbrückenschaltung lassen sich bipolare Vollbrückenmodule realisieren, mit denen beliebige Wechselstrom-Energieumwandlungen zwischen dem ersten und dem zweiten Mehrleitungsnetz durchgeführt werden können. Über den Kondensator kann in dem Brückenmodul ein gewisser elektrischer Energieinhalt gespeichert werden, wodurch energietechnisch besonders günstige Betriebsmodi des Stromrichters realisiert werden können, z. B. die in DE 10 2011 107 737 A1 beschriebene Energieinhaltsregelung. According to an advantageous development of the invention, the bridge module has at least two electronic semiconductor switches in a half-bridge circuit or four electronic semiconductor switches in a full-bridge circuit. The bridge module has at least one capacitor which can be connected via the semiconductor switches with external connection contacts of the bridge module. With the full-bridge circuit, bipolar full-bridge modules can be implemented with which any alternating current energy conversions between the first and the second multi-line network can be performed. About the capacitor, a certain electrical energy content can be stored in the bridge module, which energy-technically particularly favorable operating modes of the converter can be realized, for. B. the in DE 10 2011 107 737 A1 described energy content regulation.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der wenigstens eine redundante Stromrichterzweig über eine schaltbare elektrische Verbindungseinrichtung mit jeweils einer elektrischen Leitung des ersten Mehrleitungsnetzes galvanisch verbindbar und davon trennbar und über eine zweite elektrische Verbindungseinrichtung mit einer elektrischen Leitung des zweiten Mehrleitungsnetzes oder einer anderen Leitung des ersten Mehrleitungsnetzes galvanisch verbindbar und davon trennbar. Die erste und die zweite elektrische Verbindungseinrichtung können z. B. als Umschalter ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass der redundante Stromrichterzweig variabel zum Ersatz unterschiedlicher anderer Stromrichterzweige des Stromrichters eingesetzt werden kann, wenn einer davon eine Störung aufweist. Hierdurch kann die Zahl der erforderlichen redundanten Stromrichterzweige minimiert werden, ggf. bis hinunter auf nur einen redundanten Stromrichterzweig. Ist nur ein redundanter Stromrichterzweig vorhanden, ist es vorteilhaft, die erste und die zweite elektrische Verbindungseinrichtung so auszubilden, dass der redundante Stromrichterzweig wahlweise als Ersatz für jeden der sonstigen Stromrichterzweige des Stromrichters geschaltet werden kann. According to an advantageous development of the invention, the at least one redundant power converter branch is electrically connectable via a switchable electrical connection device to one electrical line of the first multi-line network and separable therefrom and via a second electrical connection device with an electrical line of the second multi-line network or another line of the first multi-line network Galvanically connectable and separable. The first and second electrical connection means may, for. B. be designed as a switch. This has the advantage that the redundant power converter branch can be used variably to replace different other power converter branches of the power converter if one of them has a fault. As a result, the number of required redundant power converter branches can be minimized, possibly down to just one redundant power converter branch. If only one redundant power converter branch is present, it is advantageous to configure the first and the second electrical connection device such that the redundant power converter branch can optionally be switched as a replacement for each of the other converter branches of the power converter.

Die Erfindung erlaubt die Durchführung des folgenden Betriebsverfahrens. Zunächst erfolgt im laufenden Betrieb eine Stromregelung einzelner Stromrichterzweige auf den Wert Null und der Übergang zu einer anderen Betriebsart des Stromrichters, z. B. einer Hexverter-Regelung in den nicht abgeschalteten Stromrichterzweigen. Da in den für den Hexverter-Betrieb nicht benötigten Stromrichterzweigen auf diese Weise kein Strom fließt, erlaubt das Vorgehen, diese Stromrichterzweige im laufenden Betrieb des Stromrichters mittels der Trennschalter vom restlichen Stromrichter zu trennen. The invention allows the implementation of the following operating method. First, in current operation, a current control of individual converter branches to the value zero and the transition to another operating mode of the converter, z. B. a hex converter control in the non-switched power converter branches. Since no current flows in this way in the converter branches not required for the hexverter operation, the procedure makes it possible to separate these converter branches during operation of the converter by means of the disconnectors from the rest of the power converter.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist wenigstens ein Brückenmodul folgende Merkmale auf:

a) Das Brückenmodul weist einen ersten und einen zweiten Anschluss zur Verbindung mit einer Leitung des Energieversorgungsnetzes oder einem Anschluss eines weiteren Brückenmoduls auf,
b) das Brückenmodul weist vier elektronische Halbleiterschalter in Vollbrückenschaltung auf,
c) der erste und der zweite Anschluss des Brückenmoduls ist mit einander gegenüberliegenden Anschlusspunkten der Vollbrückenschaltung verbunden,
d) das Brückenmodul weist einen Kondensator auf, der mit den weiteren einander gegenüberliegenden Anschlusspunkten der Vollbrückenschaltung verbunden ist.

According to an advantageous development of the invention, at least one bridge module has the following features:

a) The bridge module has a first and a second connection for connection to a line of the power supply network or to a connection of a further bridge module,
b) the bridge module has four full-bridge electronic switches,
c) the first and the second terminal of the bridge module is connected to opposite terminal points of the full bridge circuit,
d) the bridge module has a capacitor which is connected to the other opposite connection points of the full bridge circuit.

Die Vollbrückenschaltung erlaubt dabei variabel eine Vielzahl einstellbarer Schaltzustände, z.B. die Schaltung einer direkten Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss des Brückenmoduls (Überbrücken des Brückenmoduls) oder ein Laden oder Entladen des Kondensators mit der jeweils gewünschten, über die Halbleiterschalter wählbaren Polarität. Durch entsprechende Ansteuerung der Halbleiterschalter über eine Steuerungseinrichtung, die z.B. pulsbreitenmodulierte Ansteuersignale ausgibt, ist eine relativ feinstufige Ladung und Entladung des Kondensators möglich. The full bridge circuit thereby variably allows a plurality of adjustable switching states, e.g. the circuit of a direct connection between the first and the second terminal of the bridge module (bridging the bridge module) or charging or discharging the capacitor with the respectively desired, selectable via the semiconductor switch polarity. By appropriate driving of the semiconductor switches via a control device, e.g. Outputs pulse width modulated drive signals, a relatively fine-level charge and discharge of the capacitor is possible.

a) das Brückenmodul weist eine Batterie auf,
b) das Brückenmodul weist einen steuerbaren Gleichspannungswandler auf, dessen eine Anschlussseite parallel zum Kondensator angeschlossen ist und an dessen andere Anschlussseite die Batterie angeschlossen ist.

a) the bridge module has a battery,
b) the bridge module has a controllable DC-DC converter whose one terminal side is connected in parallel to the capacitor and at the other terminal side of the battery is connected.

Dies erlaubt auf elegante Weise und mit geringem schaltungstechnischem Aufwand eine Einbindung einer Batterie in den Direktstromrichter. Mit der Batterie bzw. einer Mehrzahl von Batterien bei Verwendung einer Mehrzahl von Brückenmodulen kann eine unterbrechungsfreie Stromversorgung mit wenig Aufwand integriert werden. Bei Einsatz des Direktstromrichters an einem Stromversorgungsnetz lässt sich so beispielsweise die Bereitstellung einer Minutenreserve zur Netzstabilisierung realisieren. Mittels der Batterien der Brückenmodule ist eine Pufferung der Energieversorgung je nach Auslegung der Batterien auch für einen größeren Zeitraum möglich, z.B. während Zeiten geringerer Energieerzeugung eines Windenergieparks. In vergleichbarer Weise kann eine Solarzellenenergieversorgungseinrichtung vorteilhaft mit der genannten Einrichtung an ein Dreiphasennetz angekoppelt werden. Vorteilhaft kann über die Batterien eine Zwischenspeicherung der Energie für sonnenlichtarme Zeiten oder die Nacht erfolgen. This allows an elegant way and with little circuitry effort integrating a battery in the direct converter. With the battery or a plurality of batteries when using a plurality of bridge modules, an uninterruptible power supply can be integrated with little effort. When using the direct converter on a power supply network, for example, the provision of a minute reserve for network stabilization can be realized. By means of the batteries of the bridge modules, a buffering of the power supply is also possible for a longer period of time, depending on the design of the batteries, e.g. during times of lower energy production of a wind farm. In a comparable manner, a solar cell power supply device can advantageously be coupled to said device to a three-phase network. Advantageously, an intermediate storage of energy for low-sunlight times or night can be done via the batteries.

Die Batterie ist vorteilhaft als aufladbare Batterie ausgebildet, z.B. als Nickelmetallhydrid-Akkumulator, Blei-Akkumulator oder Lithiumpolymer-Akkumulator. Selbstverständlich können auch andere Akkumulator-Technologien eingesetzt werden. The battery is advantageously designed as a rechargeable battery, e.g. as nickel metal hydride rechargeable battery, lead rechargeable battery or lithium polymer rechargeable battery. Of course, other accumulator technologies can be used.

Eine solche Ausführung des Brückenmoduls ermöglicht es, die mit Hilfe der Batterie erzeugte Brückengleichspannung des Brückenmoduls unabhängig von der Batteriespannung konstant zu halten, und zwar durch entsprechende Steuerung des Gleichspannungswandlers. Hierdurch kann auch bei sinkender Batteriespannung eine konstante Ausgangsspannung aufrechterhalten werden. Als Brückenmodul sei in diesem Zusammenhang jegliche räumliche und bauliche Anordnung der genannten Elemente verstanden, unabhängig davon, ob die Elemente beispielsweise in einem Gehäuse zusammengefasst sind oder verteilt angeordnet sind. Beispielsweise kann die Batterie baulich getrennt von den übrigen Elementen des Brückenmoduls angeordnet sein. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Batterie baulich in das Brückenmodul integriert. Such an embodiment of the bridge module makes it possible to keep the bridge DC voltage generated by the battery of the bridge module constant regardless of the battery voltage, by appropriate control of the DC-DC converter. As a result, a constant output voltage can be maintained even when the battery voltage drops. As a bridge module is understood in this context, any spatial and structural arrangement of said elements, regardless of whether the elements, for example, in a housing are summarized or distributed. For example, the battery can be arranged structurally separate from the other elements of the bridge module. In an advantageous embodiment of the invention, the battery is structurally integrated into the bridge module.

Ein weiterer Vorteil ist, dass die Welligkeit des Leistungsbedarfs bzw. des durch das Brückenmodul fließenden Stroms im Wesentlichen von der Batterie entkoppelt werden kann. Es ist ein im Wesentlichen konstanter Stromfluss durch die Batterie möglich, d.h. die höherfrequenten Anteile im Energieversorgungsnetz können von der Batterie ferngehalten werden. Dies erhöht die potentielle Lebensdauer der Batterien erheblich. A further advantage is that the ripple of the power requirement or of the current flowing through the bridge module can essentially be decoupled from the battery. A substantially constant current flow through the battery is possible, i. the higher-frequency components in the power supply network can be kept away from the battery. This significantly increases the potential life of the batteries.

Vorteilhaft kann eine Reihenschaltung von Brückenmodulen eingesetzt werden. Hierdurch kann eine direkte Reihenschaltung einer großen Anzahl von Batterien vermieden werden. Eine Integration einer Mehrzahl von Batterien ist dann über eine Mehrzahl der Brückenmodule, die jeweils eine eigene Batterie aufweisen, möglich. Dies vermeidet schaltungstechnischen Aufwand für gesonderte Balancier- oder Lade-/Entladeschaltungen für die Batterien und verringert damit den gesamten schaltungstechnischen Aufwand. Advantageously, a series connection of bridge modules can be used. As a result, a direct series connection of a large number of batteries can be avoided. An integration of a plurality of batteries is then possible via a plurality of the bridge modules, each having its own battery. This avoids circuit complexity for separate balancing or charging / discharging circuits for the batteries and thus reduces the overall circuit complexity.

Vorteilhaft wird die Batteriespannung mit Rücksicht auf die Brückengleichspannung bzw. die Nennspannung des jeweiligen Brückenmoduls gewählt. Große Übersetzungsverhältnisse des Gleichspannungswandlers lassen sich somit vermeiden und der Wirkungsgrad wird optimiert. Im Fall unterschiedlicher Nennspannungen in den Brückenmodulen eines Stromrichters unterscheiden sich dann auch die Spannungen der verwendeten Batterien voneinander. Advantageously, the battery voltage is selected with regard to the bridge DC voltage or the nominal voltage of the respective bridge module. Large transmission ratios of the DC-DC converter can thus be avoided and the efficiency is optimized. In the case of different nominal voltages in the bridge modules of a power converter, then the voltages of the batteries used differ from each other.

Ein weiterer Vorteil ist, dass eine Abschaltung des Brückenmoduls über die Vollbrückenschaltung möglich ist. So kann etwa bei einem defekten Leistungshalbleiter die Abschaltung eines Brückenmoduls in einer Reihenschaltung von Brückenmodulen erfolgen. Über die verbleibenden Brückenmodule kann trotz Ausfall eines Brückenmoduls weiterhin die gewünschte Ausgangsspannung der Reihenschaltung konstant gehalten werden. Another advantage is that a shutdown of the bridge module via the full bridge circuit is possible. For example, in the case of a defective power semiconductor, the disconnection of a bridge module can take place in a series connection of bridge modules. Despite the failure of a bridge module, the desired output voltage of the series connection can continue to be kept constant via the remaining bridge modules.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass ein Brückenmodul, dessen Batterie defekt ist, weiter in Betrieb bleiben kann. Im zeitlichen Mittel kann das Modul mit defekter Batterie zwar keine Energie liefern, es kann jedoch genutzt werden, um die Spannung über der Reihenschaltung von Brückenmodulen während eines Teils der Netzperiode zu erhöhen, und hilft so, die für einen ausfallsicheren Betrieb des Stromrichters nötige Überdimensionierung der Nennspannungen der einzelnen Brückenmodule zu reduzieren. Another advantage of the invention is that a bridge module, the battery is defective, can continue to operate. While the defective battery module can not provide power on average, it can be used to increase the voltage across the series of bridge modules during part of the grid period, thus helping to over-dimension the power required for fail-safe operation of the power converter Reduce rated voltages of the individual bridge modules.

Durch die beiden genannten Maßnahmen können besonders ausfallsichere unterbrechungsfreie Stromversorgungen bzw. Stromrichtersysteme geschaffen werden. By the two measures mentioned particularly fail-safe uninterruptible power supplies or power converter systems can be created.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass durch den Gleichspannungswandler unterschiedliche Spannungsniveaus der Batterie, die sich je nach Ladezustand einstellen, kompensiert werden können. Hierdurch kann das Brückenmodul eine gewünschte konstante Ausgangsspannung erzeugen. Somit kann auch bei Verwendung der Brückenmodule in einer Reihenschaltung, z.B. in einem Stromrichter, eine konstante Spannung am Dreileitungsnetz aufrechterhalten werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass die bei bekannten Stromrichtern vorgesehene Überdimensionierung bezüglich der Modulanzahl bzw. der Batteriespannung nicht mehr erforderlich ist, da bei Ausfall eines Brückenmoduls bzw. der Batterie des Brückenmoduls die fehlende Spannung durch eine entsprechende Anhebung der Ausgangsspannungen und gegebenenfalls der Brückengleichspannungen der übrigen Brückenmodule ausgeglichen werden kann. Another advantage of the invention is that different voltage levels of the battery, which adjust depending on the state of charge, can be compensated by the DC-DC converter. As a result, the bridge module can generate a desired constant output voltage. Thus, even using the bridge modules in a series connection, e.g. in a power converter, maintaining a constant voltage on the three-wire network. Another advantage is that provided in known converters oversizing with respect to the number of modules or the battery voltage is no longer necessary because in case of failure of a bridge module or the battery of the bridge module, the missing voltage by a corresponding increase in the output voltages and, where appropriate, the bridge DC voltages of the rest Bridge modules can be compensated.

Bei entsprechender Auslegung des Gleichspannungswandlers kann grundsätzlich auch mit einer geringeren Anzahl von Brückenmodulen bzw. Batterien die Einrichtung im Vergleich zu unterbrechungsfreien Stromversorgungen aus dem Stand der Technik aufgebaut werden. Hierdurch lassen sich besonders kostengünstige unterbrechungsfreie Stromversorgungen realisieren. With a corresponding design of the DC-DC converter, the device can in principle also be constructed with a smaller number of bridge modules or batteries compared to uninterruptible power supplies of the prior art. As a result, particularly cost-effective uninterruptible power supplies can be realized.

Je nach Sicherheits- und Zuverlässigkeitsanforderungen kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung die Reihenschaltung der Brückenmodule von vornherein überdimensioniert ausgeführt werden, d.h. es kann eine größere Anzahl von Brückenmodulen bzw. Batterien vorgesehen werden als für die Erreichung der gewünschten Ausgangsspannung an sich notwendig wäre. Es werden somit redundante Brückenmodule vorgesehen. Die gewünschte Ausgangsspannung kann durch Abwärtswandlung der Brückengleichspannungen der einzelnen Brückenmodule über deren Brückenschaltungen erfolgen. Da jedes einzelne Modul so weniger Energie bereitstellen muss, werden hierdurch einerseits die Batterien geschont. Zudem kann auch bei Ausfall einer größeren Anzahl von Brückenmodulen die gewünschte Ausgangsspannung aufrechterhalten werden. Hierdurch kann auch die Ausfallsicherheit der gesamten Einrichtung z.B. gegenüber reinen Reihenschaltungen von Batterien weiter erhöht werden. Depending on the safety and reliability requirements, in an advantageous embodiment, the series connection of the bridge modules can be performed oversized from the outset, i. It can be a greater number of bridge modules or batteries are provided as would be necessary for the achievement of the desired output voltage. Thus, redundant bridge modules are provided. The desired output voltage can be achieved by down-converting the bridge DC voltages of the individual bridge modules via their bridge circuits. Since each module has to provide so less energy, on the one hand the batteries are spared on the one hand. In addition, the desired output voltage can be maintained even if a larger number of bridge modules fails. As a result, the reliability of the entire device, e.g. be further increased compared to pure series circuits of batteries.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Gleichspannungswandler zur Bereitstellung einer Ausgangsspannung an dem Kondensator eingerichtet, die je nach Ausführung und Steuerung des Gleichspannungswandlers höher, niedriger oder gleich der Spannung der Batterie einstellbar ist. Die Verwendung eines solchen steuerbaren Gleichspannungswandlers erlaubt eine hohe Flexibilität bei der Verwendung des Brückenmoduls bzw. einer Mehrzahl von Brückenmodulen und der Steuerung von deren Ausgangsspannung. Der Gleichspannungswandler kann als reiner Aufwärtswandler (Ausgangsspannung höher oder gleich der Batteriespannung), reiner Abwärtswandler (Ausgangsspannung niedriger oder gleich der Batteriespannung) oder als kombinierter Aufwärts-/Abwärtswandler ausgelegt sein. Vorteilhaft ist der Einsatz eines Aufwärtswandlers, da hierfür zum einen weniger Bauteile benötigt werden als für einen kombinierten Aufwärts-/Abwärtswandler und zum anderen eine geringere Batteriespannung benötigt wird, was den potentiellen Bedarf an Balanciermöglichkeiten verringert. According to an advantageous development of the invention, the DC-DC converter is set up to provide an output voltage to the capacitor which, depending on the design and control of the DC-DC converter, is higher, lower or equal to the voltage of the battery is adjustable. The use of such a controllable DC-DC converter allows a high flexibility in the use of the bridge module or a plurality of bridge modules and the control of their output voltage. The DC to DC converter may be designed as a pure boost converter (output voltage higher than or equal to the battery voltage), pure down converter (output voltage lower than or equal to the battery voltage), or as a combined up / down converter. Advantageous is the use of an up-converter, as this, on the one hand, fewer components are required than for a combined up / down converter and on the other hand a lower battery voltage is needed, which reduces the potential need for Balanciermöglichkeiten.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Gleichspannungswandler ein bidirektionaler Gleichspannungswandler. Hierdurch kann nicht nur in der einen Richtung die Energie für die Brückengleichspannung am mit dem Kondensator verbundenen Ausgang des Gleichspannungswandlers variabel bereitgestellt werden, sondern zusätzlich auch die Batterie mit einer von der mit dem Kondensator verbundenen Seite des Gleichspannungswandlers abgeleiteten Spannung mit einer für den jeweiligen Batteriezustand geeigneten Ladespannung geladen werden. Zusätzlich ist auch eine definierte Entladung der Batterie über den bidirektionalen Gleichspannungswandler steuerbar, z.B. zum Zweck der Formierung der Batterie. According to an advantageous development of the invention, the DC-DC converter is a bidirectional DC-DC converter. As a result, not only in one direction, the energy for the bridge DC voltage at the connected to the capacitor output of the DC-DC converter can be variably provided, but in addition also the battery with one of the capacitor connected to the side of the DC-DC voltage derived voltage suitable for the respective battery condition Charging voltage to be charged. In addition, a defined discharge of the battery via the bidirectional DC-DC converter is controllable, e.g. for the purpose of forming the battery.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Gleichspannungswandler eine Halbbrücke mit zwei elektronischen Halbleiterschaltern auf. Vorteilhaft können Halbleiterschalter des gleichen Typs verwendet werden wie für die Vollbrückenschaltung. Dies erlaubt einen einfachen und kostengünstigen Aufbau des Gleichspannungswandlers aus wenigen Bauteilen und damit einen kostengünstigen Aufbau des gesamten Brückenmoduls. According to an advantageous development of the invention, the DC-DC converter has a half-bridge with two electronic semiconductor switches. Advantageously, semiconductor switches of the same type can be used as for the full bridge circuit. This allows a simple and inexpensive construction of the DC-DC converter from a few components and thus a cost-effective design of the entire bridge module.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die elektronischen Halbleiterschalter in Form eines dreiphasigen IGBT-Moduls vorgesehen. Als IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) bezeichnet man ein Vierschicht-Halbleiterbauelement, das mittels eines Gates gesteuert wird. IGBTs sind eine Weiterentwicklung von Leistungs-MOSFETs. Ausgangsseitig weisen IGBTs P-N-Halbleiterübergänge auf. Somit ist ein IGBT eine Art Kombination aus einem Feldeffekt-Halbleiterbauelement und einem Bipolar-Halbleiterbauelement. IGBTs werden in der Energieversorgungstechnik häufig in Form von Modulen mit drei Halbbrücken, d.h. sechs IGBT-Halbleiterschaltern, verwendet. Solche Module sind daher einfach und kostengünstig erhältlich. Die Erfindung zeigt einen eleganten Weg auf, die in einem dreiphasigen IGBT-Modul vorhandenen sechs Halbleiterschalter bzw. drei Halbbrücken effizient für den Aufbau eines Brückenmoduls einzusetzen. In an advantageous development of the invention, the electronic semiconductor switches are provided in the form of a three-phase IGBT module. Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) is a four-layer semiconductor device controlled by a gate. IGBTs are a further development of power MOSFETs. On the output side, IGBTs have P-N semiconductor junctions. Thus, an IGBT is a kind of combination of a field effect semiconductor device and a bipolar semiconductor device. IGBTs are often used in power supply engineering in the form of modules with three half-bridges, i. six IGBT semiconductor switches used. Such modules are therefore easily and inexpensively available. The invention shows an elegant way to efficiently use the six semiconductor switches or three half-bridges present in a three-phase IGBT module for the construction of a bridge module.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist in Reihe zu einem Brückenmodul oder einer Reihenschaltung von Brückenmodulen wenigstens eine Drossel geschaltet. Die Drossel bewirkt durch ihre Energiespeicherungseigenschaft einer Glättung des Stromverlaufs durch das Brückenmodul bzw. durch die Reihenschaltung von Brückenmodulen. According to an advantageous development of the invention, at least one throttle is connected in series with a bridge module or a series connection of bridge modules. The throttle causes by their energy storage property of a smoothing of the current flow through the bridge module or through the series connection of bridge modules.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert: The invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments using drawings:

Es zeigen: Show it:

1 bis 3 verschiedene Ausführungsformen von Brückenmodulen und 1 to 3 various embodiments of bridge modules and

4 einen modularen Multilevelmatrixkonverter und 4 a modular multilevel matrix converter and

5 den Multilevelmatrixkonverter gemäß 4 mit abgeschalteten Stromrichterzweigen und 5 the multilevel matrix converter according to 4 with disconnected power converter branches and

6 einen Stromrichterzweig mit Trennschaltern und 6 a power converter branch with disconnectors and

7 einen Stromrichterzweig mit schaltbaren elektrischen Verbindungseinrichtungen und 7 a power converter branch with switchable electrical connection devices and

8 den Multilevelmatrixkonverter gemäß 4 mit einem zusätzlichen redundanten Stromrichterzweig und 8th the multilevel matrix converter according to 4 with an additional redundant power converter branch and

9 einen Hexverter und 9 a hexverter and

10 einen Stromrichter mit einer Steuerungseinrichtung und 10 a power converter with a control device and

11 bis 14 weitere Anwendungsbeispiele der Erfindung. 11 to 14 Further examples of use of the invention.

In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente verwendet. In the figures, like reference numerals are used for corresponding elements.

Die 1 zeigt ein Brückenmodul 1, das als Einrichtung zur Einbindung wenigstens einer Batterie in ein Energieversorgungsnetz geeignet ist. Das Brückenmodul 1 weist als externe Anschlüsse einen ersten Anschluss 2 und einen zweiten Anschluss 3 auf. Die Anschlüsse 2, 3 sind die Außenverbindungen des Brückenmoduls mit einem Energieversorgungsnetz, weiteren Brückenmodulen eines Stromrichterzweigs oder sonstigen Bauelementen. Das Brückenmodul 1 weist eine Vollbrückenschaltung 4 mit vier elektronischen Halbleiterschaltern 5, 6, 7, 8 auf. Zwischen zwei gegenüberliegenden Anschlusspunkten 116, 117 der Vollbrückenschaltung 4 ist ein Kondensator 9 angeschlossen. Die übrigen zwei gegenüberliegenden Anschlusspunkte 118, 119 der Vollbrückenschaltung 4 sind mit den Außenanschlüssen 2, 3 verbunden. Die Anschlusspunkte 116, 117 sind mit einem steuerbaren, bidirektionalen Gleichspannungswandler 10 verbunden, der als kombinierter Aufwärts-/Abwärtswandler ausgebildet ist. Der Gleichspannungswandler ist parallel zum Kondensator 9 geschaltet. Auf der gegenüberliegenden Anschlussseite des Gleichspannungswandlers 10 ist eine mit dem Gleichspannungswandler 10 verbundene Batterie 11 vorgesehen. Das Brückenmodul 1 weist außerdem eine lokale Steuereinheit 12 auf, z.B. in Form eines Mikroprozessors oder einer Logikschaltung. Die lokale Steuereinheit 12 ist mit Steueranschlüssen der Halbleiterschalter 5, 6, 7, 8 sowie mit einem Steuereingang des Gleichspannungswandlers 10 verbunden. Die lokale Steuereinheit 12 führt ein Steuerprogramm aus, mit dem die Funktion des Gleichspannungswandlers 10 sowie die Schaltzustände der Halbleiterschalter 5, 6, 7, 8 gesteuert werden. The 1 shows a bridge module 1 which is suitable as a device for integrating at least one battery into a power supply network. The bridge module 1 has a first connection as external connections 2 and a second connection 3 on. The connections 2 . 3 are the external connections of the bridge module with a power supply network, other bridge modules of a power converter branch or other components. The bridge module 1 has a full bridge circuit 4 with four electronic semiconductor switches 5 . 6 . 7 . 8th on. Between two opposite connection points 116 . 117 the full bridge circuit 4 is a capacitor 9 connected. The remaining two opposite connection points 118 . 119 the full bridge circuit 4 are with the external connections 2 . 3 connected. The connection points 116 . 117 are with a controllable, bidirectional DC-DC converter 10 connected, which is designed as a combined up / down converter. The DC-DC converter is parallel to the capacitor 9 connected. On the opposite connection side of the DC-DC converter 10 is one with the DC-DC converter 10 connected battery 11 intended. The bridge module 1 also has a local control unit 12 on, for example in the form of a microprocessor or a logic circuit. The local control unit 12 is with control terminals of the semiconductor switch 5 . 6 . 7 . 8th and with a control input of the DC-DC converter 10 connected. The local control unit 12 executes a control program, with which the function of the DC-DC converter 10 as well as the switching states of the semiconductor switches 5 . 6 . 7 . 8th to be controlled.

Die Halbleiterschalter 5, 6, 7, 8 der Vollbrücke 4 sind jeweils z.B. als IGBT ausgebildet. Ferner weist der Gleichspannungswandler 10 zwei weitere elektronische Halbleiterschalter 13, 14 auf, die z.B. als IGBT ausgebildet sind. Die Gateanschlüsse der Halbleiterschalter 13, 14 sind, ebenso wie die Gateanschlüsse der Halbleiterschalter 5, 6, 7, 8, mit der lokalen Steuereinheit 12 verbunden. Die lokale Steuereinheit 12 führt hierüber eine Steuerung des Gleichspannungswandlers 10 durch entsprechende Ansteuerung der Halbleiterschalter 13, 14 durch. Die Halbleiterschalter 13, 14 sind in Halbbrückenschaltung angeordnet. Hierbei ist der Kollektoranschluss des Halbleiterschalters 13 mit dem Anschlusspunkt 116 der Vollbrückenschaltung 4 verbunden. Der Emitteranschluss des Halbleiterschalters 14 ist mit dem Anschlusspunkt 117 der Vollbrückenschaltung 4 verbunden. Der Emitteranschluss des Halbleiterschalters 13 ist mit dem Kollektoranschluss des Halbleiterschalters 14 sowie mit einer Drossel 15 verbunden. Die Drossel 15 ist mit einem Anschluss der Batterie 11 verbunden, z.B. mit dem Pluspol. Ein zweiter Anschluss, z.B. der Minuspol, der Batterie 11 ist mit dem Emitteranschluss des Halbleiterschalters 14 und damit mit dem Anschlusspunkt 117 der Vollbrückenschaltung 4 verbunden. The semiconductor switches 5 . 6 . 7 . 8th the full bridge 4 are each formed eg as IGBT. Furthermore, the DC-DC converter 10 two more electronic solid state switches 13 . 14 on, for example, are designed as IGBT. The gate terminals of the semiconductor switches 13 . 14 are, as well as the gate terminals of the semiconductor switch 5 . 6 . 7 . 8th , with the local control unit 12 connected. The local control unit 12 leads hereby a control of the DC-DC converter 10 by appropriate control of the semiconductor switch 13 . 14 by. The semiconductor switches 13 . 14 are arranged in half-bridge circuit. Here, the collector terminal of the semiconductor switch 13 with the connection point 116 the full bridge circuit 4 connected. The emitter terminal of the semiconductor switch 14 is with the connection point 117 the full bridge circuit 4 connected. The emitter terminal of the semiconductor switch 13 is connected to the collector terminal of the semiconductor switch 14 as well as with a throttle 15 connected. The throttle 15 is with a connection of the battery 11 connected, eg with the positive pole. A second connection, eg the negative pole, of the battery 11 is connected to the emitter terminal of the semiconductor switch 14 and thus with the connection point 117 the full bridge circuit 4 connected.

Die Verwendung der Halbleiterschalter 13, 14 sowie der Drossel 15 erlaubt einen einfachen und kostengünstigen Aufbau eines bidirektionalen, steuerbaren Gleichspannungswandlers, der damit als Aufwärtswandler ausgebildet ist. Zudem kann ein dreiphasiges IGBT-Modul verwendet werden, das bereits sechs IGBTs aufweist, die jeweils paarweise in Halbbrückenschaltung geschaltet sind. Hierbei kann eine erste Halbbrücke des IGBT-Moduls für die Anordnung der Halbleiterschalter 5, 6 verwendet werden, eine zweite Halbbrücke für die Halbleiterschalter 7, 8 und die dritte Halbbrücke für die Halbleiterschalter 13, 14. The use of semiconductor switches 13 . 14 as well as the throttle 15 allows a simple and inexpensive construction of a bidirectional, controllable DC-DC converter, which is thus designed as a step-up converter. In addition, a three-phase IGBT module can be used, which already has six IGBTs, which are each switched in pairs in half-bridge circuit. In this case, a first half-bridge of the IGBT module for the arrangement of the semiconductor switches 5 . 6 be used, a second half-bridge for the semiconductor switches 7 . 8th and the third half-bridge for the semiconductor switches 13 . 14 ,

Die lokale Steuereinheit 12 ist über eine Leitung 16 mit einer zentralen elektronischen Steuerungseinrichtung verbunden, deren Aufbau und Funktion später noch erläutert wird. Die Leitung 16 kann z.B. ein Datenbus sein, z.B. ein serieller Datenbus. Über die Leitung 16 erhält die lokale Steuereinheit 12 Sollwerte, anhand derer sie die Vollbrückenschaltung 4 und den Gleichspannungswandler 10 steuert. Über die Leitung 16 übermittelt die lokale Steuereinheit 12 zudem Kennwerte an die zentrale elektronische Steuerungseinrichtung, z.B. den Ladungszustand des Kondensators 9 und/oder der Batterie 11. The local control unit 12 is over a line 16 connected to a central electronic control device whose structure and function will be explained later. The administration 16 may be eg a data bus, eg a serial data bus. About the line 16 receives the local control unit 12 Setpoints by which they use the full bridge circuit 4 and the DC-DC converter 10 controls. About the line 16 transmits the local control unit 12 In addition, characteristic values to the central electronic control device, eg the charge state of the capacitor 9 and / or the battery 11 ,

Die 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Brückenmoduls 1. Das Brückenmodul 1 gemäß 2 ist vergleichbar aufgebaut wie das Brückenmodul 1 gemäß 1, jedoch ohne den Gleichspannungswandler 10 und die Batterie 11. Hierdurch kann ein einfacheres kostengünstigeres Brückenmoduls bereitgestellt werden, wenn eine kurzzeitige Energiespeicherung über den Kondensator 9 ausreichend ist. The 2 shows a further embodiment of a bridge module 1 , The bridge module 1 according to 2 is similar to the bridge module 1 according to 1 but without the DC-DC converter 10 and the battery 11 , As a result, a simpler, cheaper bridge module can be provided if a short-term energy storage via the capacitor 9 is sufficient.

Die 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Brückenmoduls 1. Das Brückenmodul 1 gemäß 3 ist vergleichbar aufgebaut wie das Brückenmodul 1 gemäß 2, jedoch ohne die Halbleiterschalter 7, 8. Hierdurch kann ein noch einfacheres kostengünstigeres Brückenmoduls bereitgestellt werden, wenn keine bipolaren Vollbrückenmodule, wie anhand der 1 und 2 beschrieben, erforderlich sind. The 3 shows a further embodiment of a bridge module 1 , The bridge module 1 according to 3 is similar to the bridge module 1 according to 2 but without the semiconductor switches 7 . 8th , In this way, an even simpler cheaper bridge module can be provided if no bipolar full bridge modules, as based on the 1 and 2 described, are required.

Die beschriebenen Stromrichterzweige des Stromrichters können z.B. wahlweise mit Brückenmodulen der 1, 2 oder 3 bestückt sein. The described power converter branches of the power converter can, for example, optionally with bridge modules of 1 . 2 or 3 be equipped.

Die 4 zeigt einen modularen Stromrichter 20 in Form eines modularen Multilevelmatrixkonverters, der neun Stromrichterzweige 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 aufweist. Jeder Stromrichterzweig weist eine Reihenschaltung einer Mehrzahl von Brückenmodulen 1 auf. In der Reihenschaltung der Brückenmodule 1 kann zusätzlich eine Drossel 19 vorgesehen sein. In der 4 sind je Stromrichterzweig beispielhaft zwei Brückenmodule 1 in Reihe dargestellt, in einer praktischen Realisierung wird häufig eine höhere Anzahl von Brückenmodulen verwendet werden. Der Stromrichter 20 verbindet ein erstes elektrisches Mehrleitungsnetz 30 in Form eines Dreileitungsnetzes mit einem zweiten elektrischen Mehrleitungsnetz 40, das ebenfalls als Dreileitungsnetz ausgeführt ist. Die Dreileitungsnetze 30, 40 können z. B. als Drehstromnetze ausgebildet sein. Über die neun Stromrichterzweige wird eine vollständige Matrixanordnung zur Verbindung der einzelnen Leitungen der Dreileitungsnetze derart gebildet, dass jede Leitung 31, 32, 33 des ersten Dreileitungsnetzes 30 mit jeder Leitung 41, 42, 43 des zweiten Dreileitungsnetzes 40 über einen jeweiligen Stromrichterzweig verbunden werden kann. Der Stromrichter 20 gemäß 4 ist jedoch in vielen Betriebszuständen überdimensioniert. Wie in der DE 10 2010 013 862 A1 gezeigt wurde, kann die Aufgabe, zwei Dreileitungsnetze über einen Stromrichter miteinander zu koppeln, mit sechs Stromrichterzweigen in der sogenannten Hexverter-Anordnung erfüllt werden. In einer beispielhaften Anwendung der vorliegenden Erfindung kann der Stromrichter 20 gemäß 4 jedoch generell in einem degradierten Modus betrieben werden, in dem nicht alle neun Stromrichterzweige aktiv sind. Dies ist beispielhaft in 5 dargestellt. The 4 shows a modular power converter 20 in the form of a modular multilevel matrix converter, comprising nine power converter branches 21 . 22 . 23 . 24 . 25 . 26 . 27 . 28 . 29 having. Each power converter branch has a series connection of a plurality of bridge modules 1 on. In the series connection of the bridge modules 1 can additionally a throttle 19 be provided. In the 4 are each converter branch example two bridge modules 1 shown in series, in a practical implementation often a higher number of bridge modules will be used. The power converter 20 connects a first multi-line electrical network 30 in the form of a three-line network with a second electric multi-line network 40 , also called a three-line network is executed. The three-wire networks 30 . 40 can z. B. be designed as three-phase networks. Through the nine power converter branches a complete matrix arrangement for connecting the individual lines of the three-line networks is formed such that each line 31 . 32 . 33 of the first three-line network 30 with every line 41 . 42 . 43 of the second three-line network 40 can be connected via a respective power converter branch. The power converter 20 according to 4 However, it is oversized in many operating conditions. Like in the DE 10 2010 013 862 A1 has been shown, the task of coupling two three-line networks via a power converter can be met with six power converter branches in the so-called hex inverter arrangement. In an exemplary application of the present invention, the power converter 20 according to 4 however, are generally operated in a degraded mode in which not all nine power converter branches are active. This is exemplary in 5 shown.

Gemäß 5 sind die dort gestrichelt dargestellten Stromrichterzweige 22, 24, 29 abgeschaltet. Die Umrichtung erfolgt nur über die aktiven Stromrichterzweige 21, 23, 25, 26, 27, 28. Diese bilden dann eine Anordnung gemäß der Hexverter-Schaltung. Wird nun in einem der aktiven Stromrichterzweige ein Defekt oder eine Störung festgestellt, kann dieser abgeschaltet werden und stattdessen einer der inaktiven Stromrichterzweige 22, 24, 29 als Ersatz für den abgeschalteten, gestörten Stromrichterzweig aktiviert werden. Während des Betriebs des Stromrichters 20 kann die in 5 beispielhaft dargestellte Abschaltung dreier Stromrichterzweige auch zyklisch geändert werden, und zwar derart, dass durch Abschaltung anderer Stromrichterzweige jeweils wieder Hexverter-Schaltungen gebildet werden, mit denen die Umrichtungsfunktion weiterhin erfüllt werden kann. Hierdurch können sämtliche Stromrichterzweige hin und wieder genutzt werden und damit auf Funktion geprüft werden. Zudem werden die Belastungen gleichmäßiger verteilt. In einem weiteren vorteilhaften Betriebsmodus des Stromrichters 20 können die jeweils abgeschalteten Stromrichterzweige, oder zumindest einige davon, während des laufenden Betriebs auch ohne eine Störung in anderen Stromrichterzweigen aktiviert werden, z. B. wenn ein erhöhter Energietransfer von dem einen Dreileitungsnetz in das andere Dreileitungsnetz zu bewältigen ist. Der Stromrichter 20 kann variabel mit einer Anzahl von sechs bis neun aktiven Stromrichterzweigen betrieben werden. According to 5 are the power converter branches shown in dashed lines there 22 . 24 . 29 off. The conversion takes place only via the active power converter branches 21 . 23 . 25 . 26 . 27 . 28 , These then form an arrangement according to the hex converter circuit. If a defect or a fault is detected in one of the active power converter branches, this can be switched off and instead one of the inactive power converter branches 22 . 24 . 29 activated as a replacement for the disconnected, faulty power converter branch. During operation of the power converter 20 can the in 5 Shutdown of three power converter branches as shown by way of example can also be changed cyclically, in such a way that hex converter circuits are again formed by switching off other power converter branches, with which the conversion function can continue to be met. As a result, all power converter branches can be used now and again and thus checked for function. In addition, the burden is distributed more evenly. In a further advantageous operating mode of the power converter 20 the switched-off power converter branches, or at least some of them, during operation without a fault in other power converter branches can be activated, for. B. if an increased energy transfer from the one three-line network in the other three-line network is to cope. The power converter 20 can be operated variably with a number of six to nine active power converter branches.

Die 6 zeigt eine Ausführungsform eines Stromrichterzweigs, bei der an jedem Ende des Stromrichterzweigs jeweils ein in Reihe geschalteter Trennschalter 50, 52 vorhanden ist, mit dem der Stromrichterzweig galvanisch abgeschaltet werden kann. Durch Abschaltung der Trennschalter 50, 52 können die dazwischen liegenden Brückenmodule 1 sowie die Drossel 19 von Außenanschlüssen 51, 53 des Stromrichterzweigs galvanisch getrennt werden. Die Außenanschlüsse 51, 53 sind mit jeweiligen Leitungen 31, 32, 33 des ersten Dreileitungsnetzes 30 bzw. Leitungen 41, 42, 43 des zweiten Dreileitungsnetzes 40 verbunden. Der in 6 dargestellte Stromrichterzweig kann z. B. einer der Stromrichterzweige 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 des Stromrichters 20 sein, oder ein zusätzlicher, redundanter Stromrichterzweig. The 6 shows an embodiment of a power converter branch, wherein at each end of the power converter branch in each case a series-connected disconnector 50 . 52 is present, with which the power converter branch can be galvanically switched off. By switching off the circuit breaker 50 . 52 can the intermediate bridge modules 1 as well as the throttle 19 of external connections 51 . 53 of the power converter branch are electrically isolated. The external connections 51 . 53 are with respective lines 31 . 32 . 33 of the first three-line network 30 or lines 41 . 42 . 43 of the second three-line network 40 connected. The in 6 shown power converter branch can z. B. one of the power converter branches 21 . 22 . 23 . 24 . 25 . 26 . 27 . 28 . 29 of the power converter 20 be, or an additional, redundant power converter branch.

Die 7 zeigt einen Stromrichterzweig 69, der an jedem Ende eine schaltbare elektrische Verbindungseinrichtung 60, 64 aufweist, die jeweils als Umschalter ausgebildet ist. Mittels einer ersten schaltbaren elektrischen Verbindungseinrichtung 60 kann der Stromrichterzweig 69 wahlweise mit einem der Außenanschlüsse 61, 62, 63 des Stromrichterzweigs verbunden werden. Mittels einer zweiten schaltbaren elektrischen Verbindungseinrichtung 64 kann der Stromrichterzweig an seinem anderen Ende wahlweise mit einem der Außenanschlüsse 65, 66, 67 des Stromrichterzweigs verbunden werden. Die Außenanschlüsse 61, 62, 63 können z. B. mit dem ersten Dreileitungsnetz 30 gekoppelt werden, d. h. der Anschluss 61 mit der Leitung 31, der Anschluss 62 mit der Leitung 32 und der Anschluss 63 mit Leitung 33. Die Außenanschlüsse 65, 66, 67 können z. B. mit dem zweiten Dreileitungsnetz 40 gekoppelt werden, d. h. der Anschluss 65 mit der Leitung 41, der Anschluss 66 mit der Leitung 42 und Anschluss 67 mit der Leitung 43. Auf diese Weise kann z. B. ein redundanter Stromrichterzweig in dem Stromrichter 20 bereitgestellt werden, der wahlweise durch entsprechende Einstellung der ersten und der zweiten schaltbaren elektrischen Verbindungseinrichtung 60, 64 die Funktion jedes anderen Stromrichterzweigs 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 übernehmen kann. Es können auch einer, mehrere oder alle der vorhandenen Stromrichterzweige 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 jeweils durch einen Stromrichterzweig 69 gemäß 7 ersetzt werden. The 7 shows a power converter branch 69 having at each end a switchable electrical connection means 60 . 64 has, which is designed in each case as a changeover switch. By means of a first switchable electrical connection device 60 can the power converter branch 69 optionally with one of the external connections 61 . 62 . 63 the power converter branch are connected. By means of a second switchable electrical connection device 64 the power converter branch can at its other end optionally with one of the external connections 65 . 66 . 67 the power converter branch are connected. The external connections 61 . 62 . 63 can z. B. with the first three-line network 30 be coupled, ie the connection 61 with the line 31 , the connection 62 with the line 32 and the connection 63 with lead 33 , The external connections 65 . 66 . 67 can z. B. with the second three-line network 40 be coupled, ie the connection 65 with the line 41 , the connection 66 with the line 42 and connection 67 with the line 43 , In this way, z. B. a redundant power converter branch in the power converter 20 optionally provided by appropriate adjustment of the first and second switchable electrical connection means 60 . 64 the function of every other power converter branch 21 . 22 . 23 . 24 . 25 . 26 . 27 . 28 . 29 can take over. It can also be one, several or all of the existing power converter branches 21 . 22 . 23 . 24 . 25 . 26 . 27 . 28 . 29 each by a power converter branch 69 according to 7 be replaced.

Die 8 zeigt den Einsatz des Stromrichterzweigs 69 als zusätzlichen redundanten Stromrichterzweig bei dem Stromrichter 20. The 8th shows the use of the power converter branch 69 as an additional redundant power converter branch at the power converter 20 ,

In den 6 und 7 sind die Reihenschaltungen der Brückenmodule 1 wiederum nur anhand zweier Brückenmodule beispielhaft dargestellt. In praktischen Anwendungen kann auch eine größere Anzahl von Brückenmodulen in Reihenschaltung vorhanden sein. In the 6 and 7 are the series connections of the bridge modules 1 again exemplified only by two bridge modules. In practical applications, a larger number of bridge modules may also be connected in series.

Die 9 zeigt einen Direktstromrichter 70, mit dem das erste Dreileitungsnetz 30 mit dem zweiten Dreileitungsnetz 40 verbunden ist. Zur Verbindung dienen jeweils Stromrichterzweige 71, 72, 73, 74, 75, 76, die in gleicher Weise aus Brückenmodulen 1 und Drosseln 19 gebildet sein können wie zuvor für den Stromrichter 20 erläutert. Es können hierbei Brückenmodule gemäß den 1 bis 3 oder andere Brückenmodule eingesetzt werden, auch in Mischbestückung. Der Direktstromrichter 70 ist als Hexverter ausgebildet und wie folgt aufgebaut:
Ein erster Stromrichterzweig 71 ist an einem Verbindungspunkt 300 einerseits an eine erste Leitung 31 des ersten Dreileitungsnetzes 30 und an einem Verbindungspunkt 301 andererseits an eine erste Leitung 41 des zweiten Dreileitungsnetzes 40 angeschlossen. Ein zweiter Stromrichterzweig 72 ist an einem Verbindungspunkt 302 einerseits an eine zweite Leitung 32 des ersten Dreileitungsnetzes 30 und an dem Verbindungspunkt 301 andererseits an die erste Leitung 41 des zweiten Dreileitungsnetzes 40 angeschlossen. Ein dritter Stromrichterzweig 73 ist an dem Verbindungspunkt 302 einerseits an die zweite Leitung 32 des ersten Dreileitungsnetzes 30 und an einem Verbindungspunkt 303 andererseits an eine zweite Leitung 42 des zweiten Dreileitungsnetzes 40 angeschlossen. Ein vierter Stromrichterzweig 74 ist an einem Verbindungspunkt 304 einerseits an eine dritte Leitung 33 des ersten Dreileitungsnetzes 30 und an dem Verbindungspunkt 303 andererseits an die zweite Leitung 42 des zweiten Dreileitungsnetzes 40 angeschlossen. Ein fünfter Stromrichterzweig 75 ist an dem Verbindungspunkt 304 einerseits an die dritte Leitung 33 des ersten Dreileitungsnetzes 30 und an einem Verbindungspunkt 305 andererseits an eine dritte Leitung 43 des zweiten Dreileitungsnetzes 40 angeschlossen. Ein sechster Stromrichterzweig 76 ist an dem Verbindungspunkt 300 einerseits an die erste Leitung 31 des ersten Dreileitungsnetzes 30 und an dem Verbindungspunkt 305 andererseits an die dritte Leitung 43 des zweiten Dreileitungsnetzes 40 angeschlossen. The 9 shows a direct converter 70 with which the first three-wire network 30 with the second three-wire network 40 connected is. In each case power converter branches serve for the connection 71 . 72 . 73 . 74 . 75 . 76 in the same way from bridge modules 1 and throttling 19 can be formed as before for the power converter 20 explained. It can bridge modules according to the 1 to 3 or other bridge modules are used, even in mixed assembly. The direct current converter 70 is designed as a hexverter and constructed as follows:
A first power converter branch 71 is at a connection point 300 on the one hand to a first line 31 of the first three-line network 30 and at a connection point 301 on the other hand to a first line 41 of the second three-line network 40 connected. A second power converter branch 72 is at a connection point 302 on the one hand to a second line 32 of the first three-line network 30 and at the connection point 301 on the other hand to the first line 41 of the second three-line network 40 connected. A third power converter branch 73 is at the connection point 302 on the one hand to the second line 32 of the first three-line network 30 and at a connection point 303 on the other hand to a second line 42 of the second three-line network 40 connected. A fourth power converter branch 74 is at a connection point 304 on the one hand to a third line 33 of the first three-line network 30 and at the connection point 303 on the other hand to the second line 42 of the second three-line network 40 connected. A fifth power converter branch 75 is at the connection point 304 on the one hand to the third line 33 of the first three-line network 30 and at a connection point 305 on the other hand to a third line 43 of the second three-line network 40 connected. A sixth power converter branch 76 is at the connection point 300 on the one hand to the first line 31 of the first three-line network 30 and at the connection point 305 on the other hand to the third line 43 of the second three-line network 40 connected.

Die in den 4, 5, 8, 9 gezeigten Topologien erlauben bei entsprechender Steuerung von batteriebestückten Brückenmodulen 1 die Realisierung einer unterbrechungsfreien Stromversorgung in dem Energieversorgungsnetz. Zudem kann über die Brückenmodule 1 eine Blindleistungskompensation sowie eine Kompensation von Schwankungen des Energiebedarfs bzw. beim Einsatz zur Anbindung eines Generators an ein Energieversorgungsnetz eine Kompensation von Schwankungen der bereitgestellten Energie erfolgen. Zur Koordination der Steuerung der Mehrzahl der Brückenmodule 1 ist die zentrale elektronische Steuerungseinrichtung vorgesehen, die mit den einzelnen lokalen Steuereinheiten 12 der Brückenmodule 1 über Datenkommunikation in Verbindung steht. Die zentrale elektronische Steuerungseinrichtung steuert die Brückengleichspannungen der einzelnen Brückenmodule sowie die von den einzelnen Brückenmodulen abgegebenen Ausgangsspannungen. The in the 4 . 5 . 8th . 9 shown topologies allow with appropriate control of battery-mounted bridge modules 1 the realization of an uninterruptible power supply in the power grid. In addition, over the bridge modules 1 a reactive power compensation and a compensation of fluctuations in energy demand or when used to connect a generator to a power grid compensation of fluctuations in the energy provided made. To coordinate the control of the majority of bridge modules 1 The central electronic control device is provided with the individual local control units 12 the bridge modules 1 communicating via data communication. The central electronic control device controls the bridge DC voltages of the individual bridge modules as well as the output voltages delivered by the individual bridge modules.

Der in 9 dargestellte Stromrichter 70 stellt mit seinen sechs Stromrichterzweigen eine Minimalausstattung eines Direktstromrichters dar, d. h. weniger als sechs Stromrichterzweige wären technisch nicht sinnvoll. Um beim Stromrichter 70 eine Zweigredundanz vorzusehen, kann z. B. ein zusätzlicher, redundanter Stromrichterzweig ergänzt werden, z. B. der Stromrichterzweig 69 gemäß 7. Die Anschlüsse 61, 62, 63, 65, 66, 67 des Stromrichterzweigs 69 werden dann wie zuvor für den Stromrichter 20 erläutert an die Leitungen des ersten und des zweiten Dreileitungsnetzes 30, 40 angeschlossen. The in 9 illustrated power converter 70 With its six converter branches, it represents a minimum configuration of a direct converter, ie less than six converter branches would not be technically meaningful. To the power converter 70 to provide a branch redundancy, z. B. an additional, redundant power converter branch are added, z. B. the power converter branch 69 according to 7 , The connections 61 . 62 . 63 . 65 . 66 . 67 of the power converter branch 69 then be as before for the power converter 20 explained to the lines of the first and the second three-line network 30 . 40 connected.

Die 10 zeigt schematisch das erste Dreileitungsnetz 30, einen Stromrichter 90 und das zweite Dreileitungsnetz 40. Ferner ist eine zentrale elektronische Steuerungseinrichtung 97 zur Steuerung des Stromrichters 90 dargestellt. Die elektronische Steuerungseinrichtung 97 kann mit einem Mikroprozessor ausgestattet sein, auf dem ein Steuerungsprogramm in Form eines Computerprogramms ausgeführt wird. Das Steuerungsprogramm kann eine Betriebssteuerungsebene 95 aufweisen, die dazu dient, die Grundfunktionen des Stromrichters 90 zu steuern, wie z.B. den Energietransfer von dem ersten Dreileitungsnetz in das zweite Dreileitungsnetz oder umgekehrt nach von außen vorgegebenen Energiebedarfs-, Energieangebots- und/oder Blindleistungskriterien zu steuern. Hierfür werden der Betriebssteuerungsebene 95 entsprechende Steuerdaten 96 von außen zugeführt, wie z.B. die zu übertragende Wirkleistung, die einzustellende Blindleistung und die Ausgangsspannung des Stromrichters 90. Es ist ebenfalls möglich, dass die Steuerungseinrichtung 97 die Solldaten selbsttätig bestimmt, beispielsweise auf Basis entsprechender Droop-Verfahren. Die Steuerungseinrichtung 97 weist zudem Eingangsschaltungen auf, über die der Steuerungseinrichtung 97 Messdaten über einen Messzweig 91 von dem ersten Dreileitungsnetz 30 und Messdaten über einen zweiten Messzweig 92 von dem zweiten Dreileitungsnetz 40 zugeführt werden. Die Steuerungseinrichtung 97 kann hierüber z.B. die jeweiligen Blindleistungen in den Dreileitungsnetzen 30, 40 ermitteln. Die Steuerungseinrichtung 97 weist eine Eingangsschaltung auf, über die Rückmeldesignale 94 von den einzelnen lokalen Steuereinheiten 12 der Brückenmodule 1 der Stromrichterzweige in die Steuerungseinrichtung 97 eingelesen werden. Die Steuerungseinrichtung 97 weist eine Ausgangsausschaltung auf, über die Ausgangssignale 93 an die einzelnen lokalen Steuereinheiten 12 der Brückenmodule 1 der Stromrichterzweige abgegeben werden. Hierüber wird die eigentliche Grundfunktion des Direktstromrichters gesteuert. Der Stromrichter 90 kann z. B. wie der zuvor erläuterte Stromrichter 20 oder wie der Stromrichter 70 ausgebildet sein. The 10 schematically shows the first three-line network 30 , a power converter 90 and the second three-wire network 40 , Further, a central electronic control device 97 for controlling the power converter 90 shown. The electronic control device 97 may be equipped with a microprocessor on which a control program in the form of a computer program is executed. The control program may have an operation control level 95 which serves the basic functions of the power converter 90 to control, for example, to control the energy transfer from the first three-line network in the second three-line network or vice versa according to externally given energy demand, energy supply and / or reactive power criteria. For this, the operation control level 95 corresponding control data 96 supplied from the outside, such as the active power to be transmitted, the reactive power to be set and the output voltage of the power converter 90 , It is also possible that the control device 97 the target data determined automatically, for example on the basis of appropriate Droop method. The control device 97 also has input circuits through which the controller 97 Measurement data via a measuring branch 91 from the first three-wire network 30 and measurement data via a second measurement branch 92 from the second three-wire network 40 be supplied. The control device 97 can, for example, the respective reactive power in the three-line networks 30 . 40 determine. The control device 97 has an input circuit via the feedback signals 94 from the individual local tax units 12 the bridge modules 1 the power converter branches in the control device 97 be read. The control device 97 has an output turn-off, via the output signals 93 to the individual local control units 12 the bridge modules 1 the power converter branches are delivered. This controls the actual basic function of the direct-current converter. The power converter 90 can z. B. as the previously explained converter 20 or like the power converter 70 be educated.

Die Steuerungseinrichtung 97 kann über die Rückmeldesignale 94 zudem eine Überwachung der Stromrichterzweige auf Defekte oder Störungen hin mittels einer Fehlerüberwachungsebene 98 des Steuerungsprogramms durchführen. Wird ein solcher Defekt oder eine Störung in einem Stromrichterzweig erkannt, kann die Steuerungseinrichtung 97 diesen abschalten und statt dessen einen redundanten Stromrichterzweig als Ersatz für den abgeschalteten Stromrichterzweig aktivieren. Der redundante Stromrichterzweig kann ein vorhandener, als redundanter Stromrichterzweig betriebener Stromrichterzweig sein, wie anhand der 5 beschrieben, oder ein zusätzlicher redundanter Stromrichterzweig 69. The control device 97 can via the feedback signals 94 In addition, a monitoring of the power converter branches for defects or malfunctions by means of an error monitoring level 98 of Carry out a control program. If such a defect or a fault is detected in a power converter branch, the control device can 97 Turn off this and instead activate a redundant power converter branch as a replacement for the disconnected power converter branch. The redundant power converter branch may be an existing power converter branch operated as a redundant power converter branch, as described with reference to FIG 5 described, or an additional redundant power converter branch 69 ,

Durch die Hinzufügung des zusätzlichen redundanten Stromrichterzweigs 69 ist es möglich, den im Übrigen unveränderten Stromrichter 20 mit den bereits vorhandenen Steuer- und Regelungsverfahren weiterzubetreiben, d. h. es ist nicht eine Änderung der Steuer- und Regelungsverfahren erforderlich wie beim degradierten Betrieb mit einer variablen Anzahl von Stromrichterzweigen. Die Anzahl der aktiven Stromrichterzweige bleibt dann immer gleich neun. By adding the additional redundant power converter branch 69 It is possible, the otherwise unchanged power converter 20 continue to operate with the existing control and regulatory procedures, ie it is not a change in the control and regulatory procedures required as in degraded operation with a variable number of power converter branches. The number of active power converter branches then always remains equal to nine.

Die 11 zeigt eine Anwendung der erfindungsgemäßen Zweigredundanz am Beispiel einer HGÜ-Anlage, wie sie z. B. für Offshore-Anbindungen verwendet wird. Der Stromrichter 20 ist dabei in der sogenannten M²LC-Topologie geschaltet. Er weist sechs Stromrichterzweige 22, 23, 25, 26, 28, 29 auf. Über die oben dargestellten Stromrichterzweige 23, 26, 29 werden die drei Leitungen 31, 32, 33 des Drehstromnetzes 30 mit einer Leitung 41 eines Gleichstromnetzes 40 verbunden. Über die unteren drei Stromrichterzweige 22, 25, 28 erfolgt eine Anbindung der Leitungen 31, 32, 33 an eine zweite Leitung 42 des Gleichstromnetzes 40. Es ist ein mit Vollbrückenmodulen bestückter redundanter Stromrichterzweig 69 vorhanden, der über einen Umschalter 60 wahlweise an seiner einen Seite mit jeder der Leitungen 31, 32, 33 des Drehstromnetzes 30 und über einen Umschalter 64 wahlweise mit jeder der Leitungen 41, 42 des Gleichstromnetzes 40 verbunden werden kann. Über einen zusätzlichen Trennschalter 52 kann zudem eine zusätzliche Auftrennung erfolgen. Auf diese Weise kann der redundante Stromrichterzweig 69 als Ersatz für jeden der Stromrichterzweige 22, 23, 25, 26, 28, 29 geschaltet werden. The 11 shows an application of the branch redundancy according to the invention using the example of a HVDC system, such as. B. is used for offshore connections. The power converter 20 is connected in the so-called M ² LC topology. He has six power converter branches 22 . 23 . 25 . 26 . 28 . 29 on. About the power converter branches shown above 23 . 26 . 29 become the three wires 31 . 32 . 33 of the three-phase network 30 with a line 41 a direct current network 40 connected. About the lower three power converter branches 22 . 25 . 28 there is a connection of the lines 31 . 32 . 33 to a second line 42 of the DC network 40 , It is a redundant power converter branch equipped with full bridge modules 69 present, via a switch 60 optionally on one side with each of the wires 31 . 32 . 33 of the three-phase network 30 and via a switch 64 optionally with each of the lines 41 . 42 of the DC network 40 can be connected. Via an additional disconnector 52 In addition, an additional separation can take place. In this way, the redundant power converter branch 69 as a replacement for each of the power converter branches 22 . 23 . 25 . 26 . 28 . 29 be switched.

Die 12 zeigt die Anwendung eines redundanten Stromrichterzweigs 69, der über Umschalter 60, 64 wahlweise mit jeder der Leitungen 31, 32, 33 des Drehstromnetzes 30 verbunden werden kann. Auf diese Weise kann der redundante Stromrichterzweig 69 jeden der in diesem Fall drei Stromrichterzweige 21, 22, 23 des Stromrichters 20 ersetzen. Die Umschalter 60, 64 können in diesem Fall auch gegenüber der dargestellten Ausführungsform vereinfacht werden, da es ausreicht, wenn z. B. die linke Seite des redundanten Stromrichterzweigs 69 nur wahlweise mit einer der Leitungen 31 oder 32 verbunden werden kann und die rechte Seite wahlweise mit einer der Leitungen 32 oder 33 verbunden werden kann (oder umgekehrt). Der Stromrichter 20 gemäß 12 kann z.B. als Wechselrichter, Blindleistungskompensator oder unterbrechungsfreie Stromversorgungseinheit betrieben werden. The 12 shows the application of a redundant power converter branch 69 , the switch over 60 . 64 optionally with each of the lines 31 . 32 . 33 of the three-phase network 30 can be connected. In this way, the redundant power converter branch 69 each of the three power converter branches in this case 21 . 22 . 23 of the power converter 20 replace. The switches 60 . 64 can be simplified in this case also compared to the illustrated embodiment, since it is sufficient if z. B. the left side of the redundant power converter branch 69 only with one of the lines 31 or 32 can be connected and the right side with either one of the lines 32 or 33 can be connected (or vice versa). The power converter 20 according to 12 can be operated eg as inverter, reactive power compensator or uninterruptible power supply unit.

Die 13 zeigt wiederum einen Stromrichter 20 in M²LC-Topologie, wie anhand der 11 bereits erläutert. Auch hier ist eine Anwendung in HGÜ-Anlagen denkbar. Gemäß 13 wird vorgeschlagen, zwei redundante Stromrichterzweige 69 vorzusehen, die durch Umschalter 60 und Trennschalter 52 wahlweise als Ersatz eines kompletten Zweigpaars der Stromrichterzweige des Stromrichters 20 geschaltet werden können, d. h. als Ersatz für das Zweigpaar 22, 23 oder das Zweigpaar 25, 26 oder das Zweigpaar 28, 29. The 13 again shows a power converter 20 in M ² LC topology, as shown by the 11 already explained. Again, an application in HVDC systems is conceivable. According to 13 It is proposed two redundant power converter branches 69 to be provided by switch 60 and disconnect switch 52 optionally as a replacement for a complete pair of branches of the power converter branches of the power converter 20 can be switched, ie as a replacement for the branch pair 22 . 23 or the branch pair 25 . 26 or the branch pair 28 . 29 ,

Die Schaltungen gemäß den 11 und 13 können auch in einer sogenannten Back-To-Back-Anordnung zweifach vorhanden sein, um zwei Drehstromsysteme 30 miteinander zu koppeln. Hierbei sind dann die jeweiligen Leitungen 41, 42 des Gleichstromnetzes 40 miteinander gekoppelt, wie in 14 anhand der Schaltung 140 dargestellt. Die Schaltung 140 zeigt zwei der Schaltungen der 13 in einer Back-To-Back-Anordnung. Die Schaltung 140 kann vorteilhaft auch derart modifiziert werden, dass nur eines der in 14 dargestellten Paare an redundanten Stromrichterzweigen 69 vorhanden ist, was dann über Umschalter wahlweise mit dem linken oder dem rechten Drehstromsystem verbunden werden kann und somit wahlweise als Ersatz eines Zweigpaars des linken oder des rechten Stromrichters 20 geschaltet werden kann. The circuits according to the 11 and 13 can also be present twice in a so-called back-to-back arrangement to two-phase systems 30 to couple with each other. Here are the respective lines 41 . 42 of the DC network 40 coupled together, as in 14 based on the circuit 140 shown. The circuit 140 shows two of the circuits of 13 in a back-to-back arrangement. The circuit 140 can also be advantageously modified so that only one of in 14 illustrated pairs of redundant power converter branches 69 is present, which can then be connected via switch with either the left or the right three-phase system and thus optionally as a replacement of a branch pair of the left or the right power converter 20 can be switched.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102010013826 A1 [0002]
DE 112011107737 A1 [0002]
DE 102011107737 A1 [0012, 0018]
DE 102010013862 A1 [0060]

Claims

Modular converter ( 20 . 70 . 90 ) for connection to at least one multi-line electrical network ( 30 . 40 ) by means of electronic semiconductor switches ( 5 . 6 . 7 . 8th . 13 . 14 ) having bridge modules ( 1 ), wherein a plurality of bridge modules connected in series ( 1 ) each power converter branches ( 21 - 29 . 71 - 76 ) are formed, wherein a plurality of power converter branches ( 21 - 29 . 71 - 76 ), each one line ( 31 . 32 . 33 ) of the first multi-line network ( 30 ) with a line ( 41 . 42 . 43 ) of the second multi-line network ( 40 ) or another line ( 31 . 32 . 33 ) of the first multi-line network ( 30 ), characterized in that the power converter ( 20 . 70 . 90 ) has a power converter branch redundancy such that at least one power converter branch as a redundant power converter branch ( 22 . 24 . 29 . 69 ) or by a control device ( 97 ) of the power converter ( 20 . 70 . 90 ) as a redundant power converter branch ( 22 . 24 . 29 . 69 ), wherein the at least one redundant power converter branch ( 22 . 24 . 29 . 69 ) for at least partially taking over the function of another power converter branch ( 21 - 29 . 71 - 76 ) is set up.

Power converter according to claim 1, characterized in that a control device ( 97 ) of the power converter ( 20 . 70 . 90 ) is set up for the operation of the converter ( 20 . 70 . 90 ) used power converter branches ( 21 - 29 . 71 - 76 ), in particular the power converter with a variable, by the control device ( 97 ) operable number of power converter branches to operate.

Power converter according to claim 2, characterized in that the control device ( 97 ) for changing the used converter branches ( 21 - 29 . 71 - 76 ) is established during operation of the power converter.

Power converter according to one of the preceding claims, characterized in that the power converter ( 20 . 70 . 90 ) at least m · n power converter branches ( 21 - 29 . 71 - 76 ), where m is the number of lines of the first multi-line network ( 30 ) and n the number of lines of the second multi-line network ( 40 ), wherein a control device ( 97 ) of the power converter ( 20 . 70 . 90 ) is adapted to the power converter ( 20 . 70 . 90 ) with a by the control device ( 97 ) definable number k of power converter branches ( 21 - 29 . 71 - 76 ), where k <m · n.

Power converter according to claim 4, characterized in that k ≥ a and a is the larger value of m and n.

Power converter according to claim 4, characterized in that k ≥ m + n.

Power converter according to one of the preceding claims, characterized in that the power converter ( 20 . 70 . 90 ) m + n power converter branches ( 21 - 29 . 71 - 76 ) and at least one additional redundant power converter branch ( 22 . 24 . 29 . 69 ), where m is the number of lines of the first multi-line network ( 30 ) and n the number of lines of the second multi-line network ( 40 ).

Power converter according to one of the preceding claims, characterized in that for one, several or all power converter branches ( 21 - 29 . 71 - 76 ) and / or for one, several or all redundant power converter branches ( 22 . 24 . 29 . 69 ) at least one in series with the bridge modules ( 1 ) of the power converter branch switched disconnect switch ( 50 . 52 ) is present, with which the power converter branch ( 21 - 29 . 71 - 76 ) or the redundant power converter branch ( 22 . 24 . 29 . 69 ) is galvanically switched off.

Power converter according to claim 8, characterized in that at least one circuit breaker ( 50 . 52 ) at each end of a power converter branch ( 21 - 29 . 71 - 76 ) or redundant power converter branch ( 22 . 24 . 29 . 69 ), the disconnector ( 50 . 52 ) is present.

Power converter according to one of the preceding claims, characterized in that the power converter ( 20 . 70 . 90 ) is designed as a direct converter or as a DC link converter, in particular with a DC voltage intermediate circuit, or as an inverter, reactive power compensator or uninterruptible power supply unit.

Power converter according to one of the preceding claims, characterized in that the bridge module ( 1 ) at least two electronic semiconductor switches ( 5 . 6 . 7 . 8th . 13 . 14 ) in half-bridge circuit or four electronic semiconductor switches ( 5 . 6 . 7 . 8th . 13 . 14 ) in full bridge circuit ( 4 ), and the bridge module ( 1 ) at least one capacitor ( 9 ), which via the semiconductor switch ( 5 . 6 . 7 . 8th . 13 . 14 ) with external connection contacts ( 2 . 3 ) of the bridge module ( 1 ) is connectable.

Power converter according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one redundant power converter branch ( 22 . 24 . 29 . 69 ) via a first switchable electrical connection device ( 60 ) each with an electrical line ( 31 . 32 . 33 ) of the first multi-line network ( 30 ) is galvanically connectable and separable therefrom and via a second switchable electrical connection device ( 64 ) with an electric line ( 41 . 42 . 43 ) of the second multi-line network ( 40 ) or another line ( 31 . 32 . 33 ) of the first multi-line network ( 30 ) is galvanically connectable and separable from.