WO2018113926A1 - Power converter - Google Patents

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WO2018113926A1
WO2018113926A1 PCT/EP2016/081950 EP2016081950W WO2018113926A1 WO 2018113926 A1 WO2018113926 A1 WO 2018113926A1 EP 2016081950 W EP2016081950 W EP 2016081950W WO 2018113926 A1 WO2018113926 A1 WO 2018113926A1
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WO
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module
modules
power converter
voltage
surge arrester
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Application number
PCT/EP2016/081950
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German (de)
French (fr)
Inventor
Daniel BÖHME
Ingo Euler
Thomas KÜBEL
Steffen PIERSTORF
Daniel Schmitt
Frank Schremmer
Torsten Stoltze
Marcus Wahle
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
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    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Definitions

  • the invention relates to a power converter with a plurality of modules, each having at least two electronic
  • the invention relates to a method for protecting modules of a power converter from overvoltage.
  • Power converters are power electronic circuits for converting electrical energy.
  • AC can be used in DC, DC in AC, AC in AC of other frequency and / or
  • VSC voltage sourced converter
  • the electrical series connection of the modules can achieve high output voltages.
  • the converters are easily adaptable to different voltages (scalable) and a desired output voltage can be generated relatively accurately.
  • Modular multilevel converters are often used in the high voltage range, for example as
  • the invention has for its object to provide a power converter and a method in which the
  • Modules each containing at least two electronic
  • Parasitic electrical variables of the converter for example parasitic resistances, parasitic inductances or parasitic capacitances, which may occur, for example, due to conductor tracks of the converter or the design of the converter hall
  • Modules is thus each a separate protective element in shape assigned to the respective surge arrester.
  • the surge arrester can be optimally adapted to the module, for example by selecting a suitable threshold voltage for the module. If a power converter is built with a higher operating voltage and therefore more modules are connected in series, then no other surge arresters need to be used because the individual surge arresters only have to fit to the respective module, but not to the operating voltage of the module
  • the power converter can in particular be a modular
  • the modules may in particular be bipolar modules.
  • the surge arresters can also be used as decentralized modular surge arresters or as decentralized modular multilevel surge arresters
  • the power converter can be designed so that
  • Surge Absieiter be arranged spatially close to the respective module.
  • the power converter can be designed so that - The surge arrester is low inductively connected to the respective module. This allows the surge arrester to quickly perform its protective function in the event of overvoltage.
  • the power converter can also be designed so that
  • the surge arrester each a metal oxide surge arrester, in particular a metal oxide varistor, is.
  • the power converter can be designed so that
  • the two electronic switching elements of the modules are arranged in a half-bridge circuit, or
  • the modules each have the two electronic switching elements and two other electronic switching elements, wherein the two electronic switching elements and the two other electronic switching elements in one
  • such a module also becomes a half-bridge module or a half-bridge submodule
  • such module also referred to as a full bridge module or as a full bridge submodule.
  • Disclosed is still a method for protecting
  • Converter has a plurality of modules and each module has at least two electronic switching elements and an electrical energy storage, wherein in the
  • each module has a first terminal and a second terminal, and the first terminal and the second terminal become electrically conductive (when an overvoltage occurs) by means of the surge absorber (exclusively) associated with this module
  • a method for protecting modules of a power converter from overvoltage wherein the power converter has a plurality of modules and each module has at least two electronic modules
  • modules When an overvoltage occurs on several modules, these modules are each electrically bridged by means of a surge arrester, which is (exclusively) associated with the respective module.
  • Figure 1 shows an embodiment of a power converter, which has a plurality of modules
  • Figure 2 shows an embodiment of a module
  • FIG. 3 shows another embodiment of a module
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of a high-voltage
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment of a reactive power
  • FIG. 6 shows an exemplary sequence of the method for
  • Multilevel converter 1 (modular multilevel converter, MMC).
  • MMC modular multilevel converter
  • This multi-level power converter 1 has a first AC voltage connection 5, a second alternating voltage terminal ⁇ 7 and a third AC voltage terminal.
  • the first AC voltage terminal 5 is electrically connected to a first phase module branch 11 and a second phase module branch 13.
  • the first phase module branch 11 and the second phase module branch 13 form a first phase module 15 of the power converter 1.
  • Phase module branch 11 is electrically connected to a first DC voltage connection 16; that the first
  • Phase module branch 13 is connected to a second
  • the first DC voltage terminal 16 electrically connected.
  • the first DC voltage terminal 16 is a positive one
  • the second DC voltage terminal 17 is a negative DC voltage terminal.
  • DC voltage terminal 17 is applied to a DC voltage Ud.
  • the second AC voltage terminal 7 is electrically connected to one end of a third phase module branch 18 and to one end of a fourth phase module branch 21.
  • the third phase module branch 18 and the fourth phase module branch 21 form a second phase module 24.
  • the third alternating voltage terminal 9 is connected to one end of a fifth
  • Phase module branch 27 Phase module branch 27 and with one end of a sixth
  • Phase module branch 29 electrically connected.
  • Phase module branch 27 and the sixth phase module branch 29 form a third phase module 31.
  • Phase module branch 27 are electrically connected to the first DC voltage connection 16.
  • the second AC terminal 7 remote from the end of the fourth phase ⁇ module branch 21 and the third AC terminal 9 opposite end of the sixth phase module branch 29 are electrically connected to the second DC voltage terminal 17.
  • the first phase module branch 11, the third phase module branch 18 and the fifth phase module branch 27 form a positive-side converter element 32; the second phase module branch 13, the fourth phase module branch 21 and the sixth phase module branch 29 form a negative-side converter element 33.
  • Each phase module branch has a plurality of modules (1_1, 1_2, 1_3, ... l_n; 2_1 ... 2_n; etc.) which are electrically connected in series (by means of their galvanic current connections). Such modules are also referred to as submodules. In the exemplary embodiment of FIG. 1, each phase module branch has n modules. The number of means of their galvanic
  • Power connections electrically connected in series modules can be very different, at least two modules are connected in series, but it can also be, for example, 3, 50, 100 or more modules connected electrically in series. in the
  • the other phase module branches 13, 18, 21, 27 and 29 are of similar construction.
  • Power converter 1 are optical messages or optical signals via an optical communication link (for example via an optical waveguide) to the individual
  • Transfer modules 1_1 to 6_n For example, the control device sends one to the individual modules
  • the modules 1_1 to 6_n are each with a
  • Surge arrester is assigned to exactly one module.
  • module 3_2 is exactly that
  • each module is a separate one
  • the surge arrester is connected in parallel to the respective module.
  • the surge arrester in the exemplary embodiment is a metal oxide surge arrester, in particular a
  • the method for protecting modules of the power converter 1 against overvoltage thus runs so that when an overvoltage occurs on one of the modules of this module by means of (exclusively or exclusively) this module associated surge arrester is electrically bridged.
  • modules are each electrically bridged by means of a respective surge arrester, which is assigned (exclusively) to the respective module.
  • a module 201 is shown by way of example. This may be, for example, the module l_n of the first phase module branch 11 (or else one of the other modules illustrated in FIG. 1).
  • the module is designed as a half-bridge module 201.
  • the module 201 has a first on and off switchable electronic
  • Switching element 202 (first electronic switching element 202) with a first antiparallel-connected diode 204 (first freewheeling diode 204) on. Furthermore, the module 201 has a second switchable on and off electronic switching element 206 (second electronic switching element 206) with a second antiparallel-connected diode 208 (second
  • the first electronic switching element 202 and the second electronic switching element 206 are each configured as an IGBT (insulated-gate bipolar transistor).
  • the first electronic switching element 202 is electrically connected in series with the second electronic switching element 206.
  • a first (galvanic) module connection 212 At the connection point between the two electronic switching elements 202 and 206, a first (galvanic) module connection 212
  • a second (galvanic) module connection 215 is arranged at the connection of the second switching element 206, which is opposite to the connection point.
  • the second module connection 215 is furthermore connected to a first connection of the energy store 210; a second terminal of the energy storage 210 is electrically connected to the
  • Module terminal 215 either the voltage of the energy storage 210 is output or no voltage is output (i.e., a zero voltage is output).
  • the control of the first switching element 202 and the second switching element 206 takes place in the exemplary embodiment by means of the (above-mentioned) transmitted from the control device of the power converter to the module message or signal.
  • the surge arrester Al_n (see FIG. 1) connects the first module terminal 212 and the second module terminal 215.
  • the surge arrester Al_n is therefore connected in parallel to the module 201 (here: parallel to the module I_n).
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a module 301 of the modular multilevel converter.
  • This module 301 can be, for example, the module 1_1 (or also one of the other modules shown in FIG. 1).
  • first electronic switching element 202 second electronic switching element 202
  • Switching element 306 with a fourth anti-parallel connected freewheeling diode 308 on.
  • the third electronic switching element 302 and the fourth electronic switching element 306 are each configured as an IGBT. In contrast to
  • the module 301 of FIG. 3 is a so-called full-bridge module 301.
  • This full-bridge module 301 is characterized in that, when appropriately controlled, it is connected to a center of an electrical series connection of the third electronic switching element 302 and the fourth electronic switching element 306 the four
  • (Galvanic) module connection 315 selectively either the positive voltage of the energy storage 210, the negative voltage of the energy storage 210 or a voltage of zero (zero voltage) can be output. Thus, therefore, by means of the full bridge module 301, the polarity of the output voltage can be reversed.
  • the power converter 1 can have either only half-bridge modules 201, only full-bridge modules 301 or also half-bridge modules 201 and full-bridge modules 301. Via the first module connection 212 and the second module connection 215, 315 flow large electrical currents of the power converter.
  • FIG. 4 schematically shows an exemplary embodiment of a high-voltage direct-current transmission system 401.
  • This high-voltage DC transmission system 401 has two power converters 1, as shown in FIG. These two power converters 1 are electrically connected to one another on the DC voltage side via a high-voltage direct current connection 405. The two are positive
  • DC terminals 16 of the power converters 1 are electrically connected to each other by means of a first high-voltage DC line 405a; the two negative DC voltage connections 17 of the two power converters 1 are electrically connected to one another by means of a second high-voltage direct-current line 405b.
  • High voltage DC transmission system 401 can be
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment of a power converter 501, which is a reactive power compensator 501. This power converter 501 has only the three
  • the three phase modules 11, 18 and 27 are connected in a triangular manner, i. the three phase modules 11, 18 and 27 are connected in a delta connection. Each vertex of the delta connection is electrically connected to a respective phase line 515, 517 and 519 of the three-phase AC network 511. (In another embodiment, the three phase modules can also be connected in a star connection instead of in delta connection.)
  • the converter 501 can supply the AC voltage network 511 with reactive power or remove reactive power from the AC voltage network 511.
  • FIG. 6 the method for protecting modules of a power converter against overvoltage is shown once again by means of a flowchart.
  • Step 604 Occurrence of overvoltage on one (or more) of the modules.
  • Surge arrester which is assigned exclusively to the respective module). It was a power converter with a plurality of modules and a method for protecting modules of the
  • Each module is assigned a (separate) surge arrester, which protects only the respective module against overvoltage.
  • surge arresters are thus distributed over the modules to be protected.
  • the surge arresters are arranged adjacent to the respective module to be protected, ie spatially close to the respective module to be protected.
  • the arrangement of the surge arrester has a number of advantages:

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

The invention relates to a power converter (1) comprising a plurality of modules (1_1... 6_n), each of which includes at least two electronic switching elements (202, 206) and an electric energy store (210). The modules (1_1... 6_n) are in each case provided with a surge arrester (A1_1... A6_n).

Description

Beschreibung Stromrichter Die Erfindung betrifft einen Stromrichter mit einer Mehrzahl von Modulen, die jeweils mindestens zwei elektronische The invention relates to a power converter with a plurality of modules, each having at least two electronic
Schaltelemente und einen elektrischen Energiespeicher aufweisen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Schützen von Modulen eines Stromrichters vor Überspannung. Have switching elements and an electrical energy storage. Furthermore, the invention relates to a method for protecting modules of a power converter from overvoltage.
Stromrichter sind leistungselektronische Schaltungen zum Umwandeln von elektrischer Energie. Mit Stromrichtern kann Wechselstrom in Gleichstrom, Gleichstrom in Wechselstrom, Wechselstrom in Wechselstrom anderer Frequenz und/oder Power converters are power electronic circuits for converting electrical energy. With converters, AC can be used in DC, DC in AC, AC in AC of other frequency and / or
Amplitude oder Gleichstrom in Gleichstrom anderer Spannung umgewandelt werden. Stromrichter können eine Vielzahl der oben genannten gleichartigen Module (die auch als Submodule bezeichnet werden) aufweisen, welche elektrisch in Reihe geschaltet sind. Solche Stromrichter werden als modulare Multilevelstromrichter bezeichnet und gehören zu den VSC- Stromrichtern (VSC = voltage sourced Converter) . Durch die elektrische Reihenschaltung der Module lassen sich hohe Ausgangsspannungen erreichen. Die Stromrichter sind einfach an unterschiedliche Spannungen anpassbar (skalierbar) und eine gewünschte Ausgangsspannung kann relativ genau erzeugt werden. Modulare Multilevelstromrichter werden oftmals im Hochspannungsbereich eingesetzt, beispielsweise als Amplitude or DC to be converted into DC other voltage. Power converters may include a plurality of the above-mentioned similar modules (also referred to as sub-modules) which are electrically connected in series. Such converters are referred to as modular multilevel converters and belong to the VSC power converters (VSC = voltage sourced converter). The electrical series connection of the modules can achieve high output voltages. The converters are easily adaptable to different voltages (scalable) and a desired output voltage can be generated relatively accurately. Modular multilevel converters are often used in the high voltage range, for example as
Stromrichter bei Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragungsanlagen . Power converters for high-voltage direct current transmission systems.
Beim Betrieb solcher Stromrichter können Überspannungen auftreten, welche die Module beschädigen können. Es ist denkbar, den Eingang und den Ausgang des Stromrichters jeweils mit einem Überspannungsabieiter zu schützen. Dieser Überspannungsabieiter muss dann auf die jeweilige When operating such converters, overvoltages can occur which can damage the modules. It is conceivable to protect the input and the output of the converter each with a surge arrester. This Überspannungsabieiter must then on the respective
Betriebsspannung des Stromrichters abgestimmt sein. Bei modular aufgebauten Stromrichtern (die durch Wahl der Anzahl der Module für unterschiedliche Betriebsspannungen ausgelegt sein können) bedeutet dies, dass für jede gewünschte Operating voltage of the converter to be matched. For modular power converters (designed by selecting the number of modules for different operating voltages this means that for each desired
Betriebsspannung des Stromrichters ein Überspannungsabieiter mit einer anderen Schwellenspannung eingesetzt werden muss. Dies erfordert es, eine große Anzahl an unterschiedlichen Überspannungsableitern zu produzieren oder vorrätig zu halten. Außerdem benötigen für große Spannungen ausgelegte Überspannungsabieiter viel Platz, um beispielsweise die erforderlichen Spannungs-Schlagweiten einzuhalten. Daraus resultieren relativ hohe Aufwände und Kosten für den Operating voltage of the power converter must be used a surge arrester with a different threshold voltage. This requires producing or stocking a large number of different surge arresters. In addition, surge arresters designed for high voltages require a lot of space, for example, to meet the required voltage ranges. This results in relatively high expenses and costs for the
Überspannungsschutz. Overvoltage protection.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stromrichter und ein Verfahren anzugeben, bei denen der The invention has for its object to provide a power converter and a method in which the
Überspannungsschutz einfach und kostengünstig realisiert werden kann. Surge protection can be realized easily and inexpensively.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen This object is achieved by a
Stromrichter und durch ein Verfahren nach den unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausführungsformen des Power converter and by a method according to the independent claims. Advantageous embodiments of the
Stromrichters und des Verfahrens sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Converter and the method are specified in the dependent claims.
Offenbart wird ein Stromrichter mit einer Mehrzahl von Disclosed is a power converter with a plurality of
Modulen, die jeweils mindestens zwei elektronische Modules, each containing at least two electronic
Schaltelemente und einen elektrischen Energiespeicher aufweisen, wobei die Module jeweils mit einem Have switching elements and an electrical energy storage, the modules each with a
Überspannungsabieiter versehen sind. Dabei ist vorteilhaft, dass die Module jeweils mit einem (nur dem jeweiligen Modul zugeordneten) Überspannungsabieiter versehen sind. Dadurch wird jedes Modul individuell mittels eines eigenen Überspannungsabieiter are provided. It is advantageous that the modules are each provided with a (only the respective module assigned) surge arrester. As a result, each module is customized by means of its own
Überspannungsabieiters geschützt. Parasitäre elektrische Größen des Umrichters (zum Beispiel parasitäre Widerstände, parasitäre Induktivitäten oder parasitäre Kapazitäten, die beispielsweise durch Stromschienen des Umrichters oder die Ausgestaltung der Umrichterhalle auftreten können)  Surge arrester protected. Parasitic electrical variables of the converter (for example parasitic resistances, parasitic inductances or parasitic capacitances, which may occur, for example, due to conductor tracks of the converter or the design of the converter hall)
beeinträchtigen nicht den Überspannungsschutz. Die do not affect the surge protection. The
Überspannungsabieiter sind auf Modulebene verbaut. Den Surge arresters are installed at the module level. The
Modulen ist also jeweils ein eigenes Schutzelement in Form des jeweiligen Überspannungsabieiters zugeordnet. Dadurch kann der Überspannungsabieiter jeweils optimal an das Modul angepasst sein, zum Beispiel durch Wahl einer gut zu dem Modul passenden Schwellenspannung. Wenn ein Stromrichter mit einer höheren Betriebsspannung gebaut wird und daher mehr Module in Reihe geschaltet werden, dann brauchen keine anderen Überspannungsabieiter eingesetzt zu werden, weil die einzelnen Überspannungsabieiter nur zu dem jeweiligen Modul passen müssen, nicht aber zu der Betriebsspannung des Modules is thus each a separate protective element in shape assigned to the respective surge arrester. As a result, the surge arrester can be optimally adapted to the module, for example by selecting a suitable threshold voltage for the module. If a power converter is built with a higher operating voltage and therefore more modules are connected in series, then no other surge arresters need to be used because the individual surge arresters only have to fit to the respective module, but not to the operating voltage of the module
Umrichters. Inverter.
Weiterhin ist vorteilhaft, dass anstelle von wenigen großen Überspannungsableitern (die jeweils für eine große Spannung ausgelegt sind) nunmehr viele kleine Überspannungsabieiter (die jeweils für eine kleine Spannung ausgelegt sind) verwendet werden. Die vielen kleinen Überspannungsabieiter lassen sich aufgrund ihrer kleinen Baugröße einfacher in den Stromrichter integrieren als wenige große Furthermore, it is advantageous that instead of a few large surge arresters (which are each designed for a large voltage) now many small Überspannungsabieiter (each designed for a small voltage) are used. Due to their small size, the many small surge arresters can be more easily integrated into the power converter than a few large ones
Überspannungsabieiter. Außerdem sind große Stückzahlen von Überspannungsableitern mit kleiner Schwellenspannung  Surge. In addition, large numbers of surge arresters with low threshold voltage
kostengünstiger am Markt erhältlich als Einzelstücke von großen Überspannungsableitern mit großer Schwellenspannung. Aufgrund von Skaleneffekten lässt sich der less expensive on the market than single pieces of large surge arresters with high threshold voltage. Due to economies of scale, the
Überspannungsschutz also kostengünstiger realisieren. Der Stromrichter kann insbesondere ein modularer  Overvoltage protection therefore cost-effective. The power converter can in particular be a modular
Multilevelstromrichters sein. Die Module können insbesondere zweipolige Module sein. Die Überspannungsabieiter können auch als dezentrale modulare Überspannungsabieiter oder als dezentrale modulare Multilevel-Überspannungsableiter  Be multilevel converter. The modules may in particular be bipolar modules. The surge arresters can also be used as decentralized modular surge arresters or as decentralized modular multilevel surge arresters
bezeichnet werden. be designated.
Der Stromrichter kann so ausgestaltet sein, dass The power converter can be designed so that
- der Überspannungsabieiter dem jeweiligen Modul - The Überspannungsabieiter the respective module
parallelgeschaltet ist. Dadurch kann der is connected in parallel. This allows the
Überspannungsabieiter räumlich dicht an dem jeweiligen Modul angeordnet sein. Surge Absieiter be arranged spatially close to the respective module.
Der Stromrichter kann so ausgestaltet sein, dass - der Überspannungsabieiter niederinduktiv mit dem jeweiligen Modul verbunden ist. Dadurch kann der Überspannungsabieiter im Überspannungsfall schnell seine Schutzfunktion ausführen. Der Stromrichter kann auch so ausgestaltet sein, dass The power converter can be designed so that - The surge arrester is low inductively connected to the respective module. This allows the surge arrester to quickly perform its protective function in the event of overvoltage. The power converter can also be designed so that
- der Überspannungsabieiter jeweils ein Metalloxid- Überspannungsableiter, insbesondere ein Metalloxid-Varistor, ist . Der Stromrichter kann so ausgestaltet sein, dass  - The surge arrester each a metal oxide surge arrester, in particular a metal oxide varistor, is. The power converter can be designed so that
- die zwei elektronischen Schaltelemente der Module in einer Halbbrückenschaltung angeordnet sind, oder  - The two electronic switching elements of the modules are arranged in a half-bridge circuit, or
- die Module jeweils die zwei elektronischen Schaltelemente und zwei weitere elektronische Schaltelemente aufweisen, wobei die zwei elektronischen Schaltelemente und die zwei weiteren elektronischen Schaltelemente in einer  - The modules each have the two electronic switching elements and two other electronic switching elements, wherein the two electronic switching elements and the two other electronic switching elements in one
Vollbrückenschaltung angeordnet sind. Full bridge circuit are arranged.
Im Fall der ersten Alternative wird ein derartiges Modul auch als Halbbrücken-Modul oder als Halbbrücken-Submodul  In the case of the first alternative, such a module also becomes a half-bridge module or a half-bridge submodule
bezeichnet. Im Fall der zweiten Alternative wird ein designated. In the case of the second alternative, a
derartiges Modul auch als ein Vollbrücken-Modul oder als ein Vollbrücken-Submodul bezeichnet. such module also referred to as a full bridge module or as a full bridge submodule.
Offenbart werden weiterhin eine Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragungsanlage und eine Blindleistungs-Also disclosed are a high-voltage DC transmission system and a reactive power
Kompensationsanlage mit einem Stromrichter gemäß den Compensation system with a power converter according to
vorstehend beschriebenen Varianten. variants described above.
Offenbart wird weiterhin ein Verfahren zum Schützen von Disclosed is still a method for protecting
Modulen eines Stromrichters vor Überspannung, wobei der Modules of a power converter against overvoltage, the
Stromrichter eine Mehrzahl der Module aufweist und jedes Modul mindestens zwei elektronische Schaltelemente und einen elektrischen Energiespeicher aufweist, wobei bei dem Converter has a plurality of modules and each module has at least two electronic switching elements and an electrical energy storage, wherein in the
Verfahren method
- bei Auftreten einer Überspannung an einem der Module dieses Modul elektrisch überbrückt wird mittels eines - When an overvoltage occurs on one of the modules of this module is electrically bridged by means of a
Überspannungsabieiters, der (ausschließlich) diesem Modul zugeordnet ist. Mit anderen Worten gesagt, weist jedes Modul einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss auf, und der erste Anschluss und der zweite Anschluss werden (bei Auftreten einer Überspannung) mittels des (ausschließlich) diesem Modul zugeordneten Überspannungsabieiters elektrisch Surge arrester assigned (exclusively) to this module. In other words, each module has a first terminal and a second terminal, and the first terminal and the second terminal become electrically conductive (when an overvoltage occurs) by means of the surge absorber (exclusively) associated with this module
kurzgeschlossen. shorted.
Für den Fall, dass Überspannung gleichzeitig an mehreren Modulen des Stromrichters auftritt, wird folgendes Verfahren offenbart: In the event that overvoltage occurs simultaneously on several modules of the power converter, the following method is disclosed:
Verfahren zum Schützen von Modulen eines Stromrichters vor Überspannung, wobei der Stromrichter eine Mehrzahl der Module aufweist und jedes Modul mindestens zwei elektronische  A method for protecting modules of a power converter from overvoltage, wherein the power converter has a plurality of modules and each module has at least two electronic modules
Schaltelemente und einen elektrischen Energiespeicher Switching elements and an electrical energy storage
aufweist, wobei bei dem Verfahren wherein in the method
- bei Auftreten einer Überspannung an mehreren Modulen diese Module jeweils elektrisch überbrückt werden mittels jeweils eines Überspannungsabieiters, der (ausschließlich) dem jeweiligen Modul zugeordnet ist.  - When an overvoltage occurs on several modules, these modules are each electrically bridged by means of a surge arrester, which is (exclusively) associated with the respective module.
Der beschriebene Stromrichter und die beschriebenen Verfahren weisen gleiche beziehungsweise gleichartige Vorteile auf. The described power converter and the described methods have the same or similar advantages.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs¬ beispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen verweisen dabei auf gleiche oder gleich wirkende Elemente. Dazu ist in The invention is further illustrated by execution ¬ examples. The same reference numbers refer to the same or equivalent elements. This is in
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines Stromrichters, der eine Vielzahl von Modulen aufweist, in Figur 2 ein Ausführungsbeispiel eines Moduls, in Figure 1 shows an embodiment of a power converter, which has a plurality of modules, in Figure 2 shows an embodiment of a module, in
Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Moduls, in  Figure 3 shows another embodiment of a module, in
Figur 4 ein Ausführungsbeispiel einer Hochspannungs- FIG. 4 shows an exemplary embodiment of a high-voltage
Gleichstrom-Übertragungsanläge, in DC transmission systems, in
Figur 5 ein Ausführungsbeispiel einer Blindleistungs-FIG. 5 shows an exemplary embodiment of a reactive power
Kompensationsanlage und in Compensation system and in
Figur 6 ein beispielhafter Ablauf des Verfahrens zum  FIG. 6 shows an exemplary sequence of the method for
Schützen von Modulen eines Stromrichters vor Überspannung dargestellt . In Figur 1 ist ein Stromrichter 1 in Form eines modularenProtecting modules of a power converter before Over voltage shown. In Figure 1, a power converter 1 in the form of a modular
Multilevelstromrichters 1 (modular multilevel Converter, MMC) dargestellt. Dieser Multilevelstromrichter 1 weist einen ersten Wechselspannungsanschluss 5, einen zweiten Wechsel¬ spannungsanschluss 7 und einen dritten Wechselspannungs- anschluss 9 auf. Der erste Wechselspannungsanschluss 5 ist elektrisch mit einem ersten Phasenmodulzweig 11 und einem zweiten Phasenmodulzweig 13 verbunden. Der erste Phasenmodulzweig 11 und der zweite Phasenmodulzweig 13 bilden ein erstes Phasenmodul 15 des Stromrichters 1. Das dem ersten Wechselspannungsanschluss 5 abgewandte Ende des ersten Multilevel converter 1 (modular multilevel converter, MMC). This multi-level power converter 1 has a first AC voltage connection 5, a second alternating voltage terminal ¬ 7 and a third AC voltage terminal. 9 The first AC voltage terminal 5 is electrically connected to a first phase module branch 11 and a second phase module branch 13. The first phase module branch 11 and the second phase module branch 13 form a first phase module 15 of the power converter 1. The end of the first one facing away from the first AC voltage connection 5
Phasenmodulzweigs 11 ist mit einem ersten Gleichspannungs- anschluss 16 elektrisch verbunden; das dem ersten  Phase module branch 11 is electrically connected to a first DC voltage connection 16; that the first
Wechselspannungsanschluss 5 abgewandte Ende des zweiten AC voltage connection 5 opposite end of the second
Phasenmodulzweigs 13 ist mit einem zweiten Phase module branch 13 is connected to a second
Gleichspannungsanschluss 17 elektrisch verbunden. Der erste Gleichspannungsanschluss 16 ist ein positiver DC voltage terminal 17 electrically connected. The first DC voltage terminal 16 is a positive one
Gleichspannungsanschluss; der zweite Gleichspannungsanschluss 17 ist ein negativer Gleichspannungsanschluss. Zwischen dem ersten Gleichspannungsanschluss 16 und dem zweiten  DC voltage connection; the second DC voltage terminal 17 is a negative DC voltage terminal. Between the first DC voltage connection 16 and the second
Gleichspannungsanschluss 17 liegt eine Gleichspannung Ud an. DC voltage terminal 17 is applied to a DC voltage Ud.
Der zweite Wechselspannungsanschluss 7 ist mit einem Ende eines dritten Phasenmodulzweigs 18 und mit einem Ende eines vierten Phasenmodulzweigs 21 elektrisch verbunden. Der dritte Phasenmodulzweig 18 und der vierte Phasenmodulzweig 21 bilden ein zweites Phasenmodul 24. Der dritte Wechsel¬ spannungsanschluss 9 ist mit einem Ende eines fünften The second AC voltage terminal 7 is electrically connected to one end of a third phase module branch 18 and to one end of a fourth phase module branch 21. The third phase module branch 18 and the fourth phase module branch 21 form a second phase module 24. The third alternating voltage terminal 9 is connected to one end of a fifth
Phasenmodulzweigs 27 und mit einem Ende eines sechsten Phase module branch 27 and with one end of a sixth
Phasenmodulzweigs 29 elektrisch verbunden. Der fünfte Phase module branch 29 electrically connected. The fifth
Phasenmodulzweig 27 und der sechste Phasenmodulzweig 29 bilden ein drittes Phasenmodul 31. Das dem zweiten Wechselspannungsanschluss 7 abgewandte Ende des dritten Phasenmodulzweigs 18 und das dem dritten Phase module branch 27 and the sixth phase module branch 29 form a third phase module 31. The second AC terminal 7 opposite end of the third phase module branch 18 and the third
Wechselspannungsanschluss 9 abgewandte Ende des fünften AC terminal 9 opposite end of the fifth
Phasenmodulzweigs 27 sind mit dem ersten Gleichspannungs- anschluss 16 elektrisch verbunden. Das dem zweiten Wechselspannungsanschluss 7 abgewandte Ende des vierten Phasen¬ modulzweigs 21 und das dem dritten Wechselspannungsanschluss 9 abgewandte Ende des sechsten Phasenmodulzweigs 29 sind mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss 17 elektrisch verbunden. Der erste Phasenmodulzweig 11, der dritte Phasenmodulzweig 18 und der fünfte Phasenmodulzweig 27 bilden ein positivseitiges Stromrichterteil 32; der zweite Phasenmodulzweig 13, der vierte Phasenmodulzweig 21 und der sechste Phasenmodulzweig 29 bilden ein negativseitiges Stromrichterteil 33. Phase module branch 27 are electrically connected to the first DC voltage connection 16. The second AC terminal 7 remote from the end of the fourth phase ¬ module branch 21 and the third AC terminal 9 opposite end of the sixth phase module branch 29 are electrically connected to the second DC voltage terminal 17. The first phase module branch 11, the third phase module branch 18 and the fifth phase module branch 27 form a positive-side converter element 32; the second phase module branch 13, the fourth phase module branch 21 and the sixth phase module branch 29 form a negative-side converter element 33.
Jeder Phasenmodulzweig weist eine Mehrzahl von Modulen (1_1, 1_2, 1_3, ... l_n; 2_1 ... 2_n; usw.) auf, welche (mittels ihrer galvanischen Stromanschlüsse) elektrisch in Reihe geschaltet sind. Solche Module werden auch als Submodule bezeichnet. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 weist jeder Phasenmodulzweig n Module auf. Die Anzahl der mittels ihrer galvanischen Each phase module branch has a plurality of modules (1_1, 1_2, 1_3, ... l_n; 2_1 ... 2_n; etc.) which are electrically connected in series (by means of their galvanic current connections). Such modules are also referred to as submodules. In the exemplary embodiment of FIG. 1, each phase module branch has n modules. The number of means of their galvanic
Stromanschlüsse elektrisch in Reihe geschalteten Module kann sehr verschieden sein, mindestens sind zwei Module in Reihe geschaltet, es können aber auch beispielsweise 3, 50, 100 oder mehr Module elektrisch in Reihe geschaltet sein. ImPower connections electrically connected in series modules can be very different, at least two modules are connected in series, but it can also be, for example, 3, 50, 100 or more modules connected electrically in series. in the
Ausführungsbeispiel ist n = 36: der erste Phasenmodulzweig 11 weist also 36 Module 1_1, 1_2, 1_3, ... 1_36 auf. Die anderen Phasenmodulzweige 13, 18, 21, 27 und 29 sind gleichartig aufgebaut . Embodiment is n = 36: the first phase module branch 11 thus has 36 modules 1_1, 1_2, 1_3, ... 1_36. The other phase module branches 13, 18, 21, 27 and 29 are of similar construction.
Von einer (nicht dargestellten) Steuereinrichtung des From a control device (not shown) of the
Stromrichters 1 werden optische Nachrichten bzw. optische Signale über eine optische Kommunikationsverbindung (zum Beispiel über einen Lichtwellenleiter) zu den einzelnen Power converter 1 are optical messages or optical signals via an optical communication link (for example via an optical waveguide) to the individual
Modulen 1_1 bis 6_n übertragen. Beispielsweise sendet die Steuereinrichtung an die einzelnen Module jeweils einen Transfer modules 1_1 to 6_n. For example, the control device sends one to the individual modules
Sollwert zur Höhe der Ausgangsspannung, die das jeweilige Modul bereitstellen soll. Die Module 1_1 bis 6_n sind jeweils mit einem Setpoint for the amount of output voltage that the respective module should provide. The modules 1_1 to 6_n are each with a
Überspannungsabieiter Al_l bis A6_n versehen. Jeder Surge Arrester Al_l to A6_n provided. Everyone
Überspannungsabieiter ist dabei genau einem Modul zugeordnet. Zum Beispiel ist dem Modul 3_2 genau der Surge arrester is assigned to exactly one module. For example, module 3_2 is exactly that
Überspannungsabieiter A3_2 zugeordnet. Mit anderen Worten gesagt, ist jedem Modul also ein eigener  Overvoltage arrester A3_2 assigned. In other words, each module is a separate one
Überspannungsabieiter zugeordnet. Der Überspannungsabieiter ist dabei dem jeweiligen Modul parallelgeschaltet. Der  Assigned surge arrester. The surge arrester is connected in parallel to the respective module. Of the
Überspannungsabieiter ist elektrisch niederinduktiv mit dem jeweiligen Modul verbunden. Dies ist durch eine kurze und windungsfreie elektrische Verbindung zwischen dem Überspannungsabieiter is electrically low inductively connected to the respective module. This is due to a short and winding-free electrical connection between the
Überspannungsabieiter und dem jeweiligen Modul realisiert. Der Überspannungsabieiter ist im Ausführungsbeispiel ein Metalloxid-Überspannungsableiter, insbesondere ein Surge arrester and the respective module realized. The surge arrester in the exemplary embodiment is a metal oxide surge arrester, in particular a
Metalloxid-Varistor . Metal oxide varistor.
Bei Auftreten einer Überspannung an einem Modul wird die Schwellenspannung des jeweiligen Überspannungsabieiters überschritten. Daraufhin vergrößert sich die elektrischeIf an overvoltage occurs on a module, the threshold voltage of the respective surge arrester is exceeded. As a result, the electrical increases
Leitfähigkeit des Überspannungsabieiters schnell, wodurch zum Einen große Ströme an dem Modul vorbeigeleitet werden und zum Anderen die über dem Modul abfallende Spannung sinkt. Dadurch wird das Modul vor Überspannung geschützt. Wenn lediglich an einem Modul oder an einigen Modulen Überspannung auftritt, dann wird auch nur bei dem jeweils zugeordneten Conductance of the surge arrester quickly, whereby on the one hand large currents are conducted past the module and on the other hand, the voltage drop across the module decreases. This will protect the module from overvoltage. If overvoltage occurs only on one module or on some modules, then only at the respectively assigned one
Überspannungsabieiter oder bei den jeweils zugeordneten Surge absorber or at the respectively assigned
Überspannungsableitern die Schwellenspannung überschritten und diese Überspannungsabieiter überbrücken jeweils das von der Überspannung betroffene Modul. Wenn aber bei allen Surge arresters exceeded the threshold voltage and these surge arresters each bypass the module affected by the overvoltage. But if at all
Modulen des Stromrichters Überspannung auftritt, dann wird bei allen Überspannungsableitern die Schwellenspannung überschritten und alle Überspannungsabieiter überbrücken jeweils die von der Überspannung betroffenen Module.  In the case of overvoltage modules, the surge voltage is exceeded for all surge arresters and all surge arresters bridge the modules affected by the surge voltage.
Das Verfahren zum Schützen von Modulen des Stromrichters 1 vor Überspannung läuft also so ab, dass bei Auftreten einer Überspannung an einem der Module dieses Modul mittels des (ausschließlich bzw. exklusiv) diesem Modul zugeordneten Überspannungsabieiters elektrisch überbrückt wird. Bei The method for protecting modules of the power converter 1 against overvoltage thus runs so that when an overvoltage occurs on one of the modules of this module by means of (exclusively or exclusively) this module associated surge arrester is electrically bridged. at
Auftreten einer Überspannung an mehreren Modulen werden diese Module jeweils elektrisch überbrückt mittels jeweils eines Überspannungsabieiters, der (ausschließlich) dem jeweiligen Modul zugeordnet ist. If an overvoltage occurs at several modules, these modules are each electrically bridged by means of a respective surge arrester, which is assigned (exclusively) to the respective module.
In Figur 2 ist beispielhaft der Aufbau eines Moduls 201 dargestellt. Dabei kann es sich beispielsweise um das Modul l_n des ersten Phasenmodulzweigs 11 (oder auch um eines der anderen in Figur 1 dargestellten Module) handeln. Das Modul ist als ein Halbbrückenmodul 201 ausgestaltet. Das Modul 201 weist ein erstes ein- und abschaltbares elektronisches In FIG. 2, the structure of a module 201 is shown by way of example. This may be, for example, the module l_n of the first phase module branch 11 (or else one of the other modules illustrated in FIG. 1). The module is designed as a half-bridge module 201. The module 201 has a first on and off switchable electronic
Schaltelement 202 (erstes elektronisches Schaltelement 202) mit einer ersten antiparallel geschalteten Diode 204 (erste Freilaufdiode 204) auf. Weiterhin weist das Modul 201 ein zweites ein- und abschaltbares elektronisches Schaltelement 206 (zweites elektronisches Schaltelement 206) mit einer zweiten antiparallel geschalteten Diode 208 (zweite Switching element 202 (first electronic switching element 202) with a first antiparallel-connected diode 204 (first freewheeling diode 204) on. Furthermore, the module 201 has a second switchable on and off electronic switching element 206 (second electronic switching element 206) with a second antiparallel-connected diode 208 (second
Freilaufdiode 208) und einen elektrischen Energiespeicher 210 in Form eines elektrischen Kondensators 210 auf. Das erste elektronische Schaltelement 202 und das zweite elektronische Schaltelement 206 sind jeweils als ein IGBT ( insulated-gate bipolar transistor) ausgestaltet. Das erste elektronische Schaltelement 202 ist elektrisch in Reihe geschaltet mit dem zweiten elektronischen Schaltelement 206. Am Verbindungspunkt zwischen den beiden elektronischen Schaltelementen 202 und 206 ist ein erster (galvanischer) Modulanschluss 212 Freewheeling diode 208) and an electrical energy store 210 in the form of an electrical capacitor 210. The first electronic switching element 202 and the second electronic switching element 206 are each configured as an IGBT (insulated-gate bipolar transistor). The first electronic switching element 202 is electrically connected in series with the second electronic switching element 206. At the connection point between the two electronic switching elements 202 and 206, a first (galvanic) module connection 212
angeordnet. An dem Anschluss des zweiten Schaltelements 206, welcher dem Verbindungspunkt gegenüberliegt, ist ein zweiter (galvanischer) Modulanschluss 215 angeordnet. Der zweite Modulanschluss 215 ist weiterhin mit einem ersten Anschluss des Energiespeichers 210 verbunden; ein zweiter Anschluss des Energiespeichers 210 ist elektrisch verbunden mit dem arranged. At the connection of the second switching element 206, which is opposite to the connection point, a second (galvanic) module connection 215 is arranged. The second module connection 215 is furthermore connected to a first connection of the energy store 210; a second terminal of the energy storage 210 is electrically connected to the
Anschluss des ersten Schaltelements 202, der dem Connection of the first switching element 202, the
Verbindungspunkt gegenüberliegt. Der Energiespeicher 210 ist also elektrisch parallel Connection point opposite. The energy storage 210 is therefore electrically parallel
geschaltet zu der Reihenschaltung aus dem ersten switched to the series connection of the first
Schaltelement 202 und dem zweiten Schaltelement 206. Durch entsprechende Ansteuerung des ersten Schaltelements 202 und des zweiten Schaltelements 206 kann erreicht werden, dass zwischen dem ersten Modulanschluss 212 und dem zweiten By switching the first switching element 202 and the second switching element 206 can be achieved that between the first module terminal 212 and the second
Modulanschluss 215 entweder die Spannung des Energiespeichers 210 ausgegeben wird oder keine Spannung ausgegeben wird (d.h. eine Nullspannung ausgegeben wird) . Durch Zusammenwirken der Module der einzelnen Phasenmodulzweige kann so die jeweils gewünschte Ausgangsspannung des Stromrichters erzeugt werden. Die Ansteuerung des ersten Schaltelements 202 und des zweiten Schaltelements 206 erfolgt im Ausführungsbeispiel mittels der (oben erwähnten) von der Steuereinrichtung des Stromrichters zu dem Modul übertragenen Nachricht bzw. Signal. Module terminal 215 either the voltage of the energy storage 210 is output or no voltage is output (i.e., a zero voltage is output). By interaction of the modules of the individual phase module branches so the respective desired output voltage of the converter can be generated. The control of the first switching element 202 and the second switching element 206 takes place in the exemplary embodiment by means of the (above-mentioned) transmitted from the control device of the power converter to the module message or signal.
Der Überspannungsabieiter Al_n (siehe Figur 1) verbindet den ersten Modulanschluss 212 und dem zweiten Modulanschluss 215. Der Überspannungsabieiter Al_n ist also parallel zu dem Modul 201 (hier: parallel zu dem Modul l_n) geschaltet. The surge arrester Al_n (see FIG. 1) connects the first module terminal 212 and the second module terminal 215. The surge arrester Al_n is therefore connected in parallel to the module 201 (here: parallel to the module I_n).
In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Moduls 301 des modularen Multilevelstromrichters dargestellt. Bei diesem Modul 301 kann es sich beispielsweise um das Modul 1_1 (oder auch um eines der anderen in Figur 1 dargestellten Module) handeln. Neben den bereits aus Figur 2 bekannten ersten elektronischen Schaltelement 202, zweiten FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a module 301 of the modular multilevel converter. This module 301 can be, for example, the module 1_1 (or also one of the other modules shown in FIG. 1). In addition to the already known from Figure 2 first electronic switching element 202, second
elektronischen Schaltelement 206, erster Freilaufdiode 204, zweiter Freilaufdiode 208 und Energiespeicher 210 weist das in Figur 3 dargestellte Modul 301 ein drittes elektronisches Schaltelement 302 mit einer antiparallel geschalteten dritten Freilaufiode 304 sowie ein viertes elektronischen electronic switching element 206, first freewheeling diode 204, second freewheeling diode 208 and energy storage 210, the module 301 shown in Figure 3, a third electronic switching element 302 with an antiparallel third free-wheeling diode 304 and a fourth electronic
Schaltelement 306 mit einer vierten antiparallel geschalteten Freilaufdiode 308 auf. Das dritte elektronische Schaltelement 302 und das vierte elektronische Schaltelement 306 sind jeweils als ein IGBT ausgestaltet. Im Unterschied zur Switching element 306 with a fourth anti-parallel connected freewheeling diode 308 on. The third electronic switching element 302 and the fourth electronic switching element 306 are each configured as an IGBT. In contrast to
Schaltung der Figur 2 ist der zweite Modulanschluss 315 nicht mit dem zweiten elektronischen Schaltelement 206 elektrisch verbunden, sondern mit einem Mittelpunkt einer elektrischen Reihenschaltung aus dem dritten elektronischen Schaltelement 302 und dem vierten elektronischen Schaltelement 306. Das Modul 301 der Figur 3 ist ein sogenanntes Vollbrücken- Modul 301. Dieses Vollbrücken-Modul 301 zeichnet sich dadurch aus, dass bei entsprechender Ansteuerung der vier 2, the second module connection 315 is not electrically connected to the second electronic switching element 206 The module 301 of FIG. 3 is a so-called full-bridge module 301. This full-bridge module 301 is characterized in that, when appropriately controlled, it is connected to a center of an electrical series connection of the third electronic switching element 302 and the fourth electronic switching element 306 the four
elektronischen Schaltelemente zwischen dem ersten electronic switching elements between the first
(galvanischen) Modulanschluss 212 und dem zweiten (galvanic) module connection 212 and the second
(galvanischen) Modulanschluss 315 wahlweise entweder die positive Spannung des Energiespeichers 210, die negative Spannung des Energiespeichers 210 oder eine Spannung des Wertes Null (Nullspannung) ausgegeben werden kann. Somit kann also mittels des Vollbrückenmoduls 301 die Polarität der Ausgangsspannung umgekehrt werden. Der Stromrichter 1 kann entweder nur Halbbrücken-Module 201, nur Vollbrücken-Module 301 oder auch Halbbrücken-Module 201 und Vollbrücken-Module 301 aufweisen. Über den ersten Modulanschluss 212 und den zweiten Modulanschluss 215, 315 fließen große elektrische Ströme des Stromrichters. (Galvanic) module connection 315 selectively either the positive voltage of the energy storage 210, the negative voltage of the energy storage 210 or a voltage of zero (zero voltage) can be output. Thus, therefore, by means of the full bridge module 301, the polarity of the output voltage can be reversed. The power converter 1 can have either only half-bridge modules 201, only full-bridge modules 301 or also half-bridge modules 201 and full-bridge modules 301. Via the first module connection 212 and the second module connection 215, 315 flow large electrical currents of the power converter.
In Figur 4 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage 401 dargestellt. Diese Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage 401 weist zwei Stromrichter 1 auf, wie sie in Figur 1 dargestellt sind. Diese beiden Stromrichter 1 sind gleichspannungsseitig über eine Hochspannungs-Gleichstrom-Verbindung 405 elektrisch miteinander verbunden. Dabei sind die beiden positiven FIG. 4 schematically shows an exemplary embodiment of a high-voltage direct-current transmission system 401. This high-voltage DC transmission system 401 has two power converters 1, as shown in FIG. These two power converters 1 are electrically connected to one another on the DC voltage side via a high-voltage direct current connection 405. The two are positive
Gleichspannungsanschlüsse 16 der Stromrichter 1 mittels einer ersten Hochspannungs-Gleichstrom-Leitung 405a elektrisch miteinander verbunden; die beiden negativen Gleichspannungsanschlüsse 17 der beiden Stromrichter 1 sind mittels einer zweiten Hochspannungs-Gleichstrom-Leitung 405b elektrisch miteinander verbunden. Mittels einer derartigen DC terminals 16 of the power converters 1 are electrically connected to each other by means of a first high-voltage DC line 405a; the two negative DC voltage connections 17 of the two power converters 1 are electrically connected to one another by means of a second high-voltage direct-current line 405b. By means of such
Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage 401 kann High voltage DC transmission system 401 can
elektrische Energie über weite Entfernungen übertragen werden; die Hochspannungs-Gleichstrom-Verbindung 405 weist dann eine entsprechende Länge auf. In Figur 5 ist ein Ausführungsbeispiel eines Stromrichters 501 dargestellt, welcher ein Blindleistungskompensator 501 ist. Dieser Stromrichter 501 weist lediglich die drei electrical energy is transmitted over long distances; the high voltage direct current connection 405 then has a corresponding length. FIG. 5 shows an exemplary embodiment of a power converter 501, which is a reactive power compensator 501. This power converter 501 has only the three
Phasenmodulzweige 11, 18 und 27 auf, welche drei Phasenmodule des Stromrichters bilden. Die Anzahl der Phasenmodule Phase module branches 11, 18 and 27, which form three phase modules of the power converter. The number of phase modules
entspricht der Anzahl der Phasen eines Wechselspannungsnetzes 511, an das der Stromrichter 501 angeschlossen ist. Die drei Phasenmodule 11, 18 und 27 sind dreieckförmig miteinander verbunden, d.h. die drei Phasenmodule 11, 18 und 27 sind in einer Dreieckschaltung geschaltet. Jeder Eckpunkt der Dreieckschaltung ist mit jeweils einer Phasenleitung 515, 517 und 519 des dreiphasigen Wechselspannungsnetzes 511 elektrisch verbunden. (Die drei Phasenmodule können in einem anderen Ausführungsbeispiel anstelle in Dreieckschaltung auch in einer Sternschaltung geschaltet sein.) Der Stromrichter 501 kann das Wechselspannungsnetz 511 mit Blindleistung versorgen oder Blindleistung aus dem Wechselspannungsnetz 511 entnehmen. corresponds to the number of phases of an alternating voltage network 511 to which the power converter 501 is connected. The three phase modules 11, 18 and 27 are connected in a triangular manner, i. the three phase modules 11, 18 and 27 are connected in a delta connection. Each vertex of the delta connection is electrically connected to a respective phase line 515, 517 and 519 of the three-phase AC network 511. (In another embodiment, the three phase modules can also be connected in a star connection instead of in delta connection.) The converter 501 can supply the AC voltage network 511 with reactive power or remove reactive power from the AC voltage network 511.
In Figur 6 ist das Verfahren zum Schützen von Modulen eines Stromrichters vor Überspannung noch einmal mittels eines Ablaufdiagramms dargestellt. In FIG. 6, the method for protecting modules of a power converter against overvoltage is shown once again by means of a flowchart.
Verfahrensschritt 602: Step 602:
Auftreten einer Überspannung an einem (oder mehreren) der Module . Verfahrensschritt 604:  Occurrence of overvoltage on one (or more) of the modules. Step 604:
Elektrisches Überbrücken des einen Moduls mittels des  Electrical bridging of the one module by means of
ausschließlich diesem Modul zugeordneten exclusively assigned to this module
Überspannungsabieiters (oder jeweils elektrisches Überbrücken der mehreren Module mittels jeweils eines  Überspannungsabieiters (or each electrical bridging the plurality of modules by means of one each
Überspannungsabieiters, der ausschließlich dem jeweiligen Modul zugeordnet ist) . Es wurde ein Stromrichter mit einer Mehrzahl von Modulen sowie ein Verfahren zum Schützen von Modulen des Surge arrester, which is assigned exclusively to the respective module). It was a power converter with a plurality of modules and a method for protecting modules of the
Stromrichters vor Überspannung beschrieben. Dabei ist jedem Modul ein (eigener) Überspannungsabieiter zugeordnet, der nur das jeweilige Modul vor Überspannung schützt. Die Power converter before overvoltage described. Each module is assigned a (separate) surge arrester, which protects only the respective module against overvoltage. The
Überspannungsabieiter sind auf Modulebene verbaut. Die  Surge arresters are installed at the module level. The
Überspannungsabieiter sind also auf die zu schützenden Module verteilt. Dadurch sind die Überspannungsabieiter benachbart zu dem jeweils zu schützenden Modul angeordnet, also räumlich nah bei dem jeweils zu schützenden Modul. Die Anordnung der Überspannungsabieiter weist eine Reihe von Vorteilen auf:Surge arresters are thus distributed over the modules to be protected. As a result, the surge arresters are arranged adjacent to the respective module to be protected, ie spatially close to the respective module to be protected. The arrangement of the surge arrester has a number of advantages:
- Platzersparnis und günstige Bauweise des Umrichters, weil sich viele kleine Überspannungsabieiter besser in die - Space saving and cheap design of the inverter, because many small Überspannungsabieiter better in the
Stromrichter-Anlage integrieren lassen als wenige große Integrate power converter system than a few large ones
Überspannungsabieiter. Surge.
- Optimale Spannungsauslegung der Überspannungsabieiter ist möglich, d.h. optimale Anpassung der Schwellenspannung der Überspannungsabieiter an die Spannung der Module.  Optimal voltage design of the surge arrester is possible, i. optimum adaptation of the threshold voltage of the surge arrester to the voltage of the modules.
- Parasitäre Einflüsse der Hallen- und Umrichterbauweise können eliminiert werden.  - Parasitic influences of the hall and converter construction can be eliminated.

Claims

Patentansprüche claims
1. Stromrichter (1) mit einer Mehrzahl von Modulen (1_1 ... 6_n) , die jeweils mindestens zwei elektronische 1. power converter (1) having a plurality of modules (1_1 ... 6_n), each having at least two electronic
Schaltelemente (202, 206) und einen elektrischen Switching elements (202, 206) and an electrical
Energiespeicher (210) aufweisen, wobei Energy store (210), wherein
- die Module (1_1 ... 6_n) jeweils mit einem  - The modules (1_1 ... 6_n) each with a
Überspannungsabieiter (Al_l ... A6_n) versehen sind. Surge Arrester (Al_l ... A6_n) are provided.
2. Stromrichter nach Anspruch 1, 2. Converter according to claim 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e c e n c i n e s that
- der Überspannungsabieiter (A3_2) dem jeweiligen Modul (3_2) parallelgeschaltet ist.  - The surge arrester (A3_2) is connected in parallel to the respective module (3_2).
3. Stromrichter nach Anspruch 1 oder 2, 3. power converter according to claim 1 or 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e c e n c i n e s that
- der Überspannungsabieiter (A3_2) niederinduktiv mit dem jeweiligen Modul (3_2) verbunden ist.  - The surge arrester (A3_2) is low inductively connected to the respective module (3_2).
4. Stromrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass 4. Converter according to one of the preceding claims, d a d u c h e c e n e c e s e s that
- der Überspannungsabieiter jeweils ein Metalloxid- Überspannungsableiter (Al_l ... A6_n) , insbesondere ein  - The surge arrester each a metal oxide surge arrester (Al_l ... A6_n), in particular a
Metalloxid-Varistor (Al_l ... A6_n) , ist. Metal oxide varistor (Al_l ... A6_n), is.
5. Stromrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass 5. A power converter according to one of the preceding claims, characterized in that a
- die zwei elektronischen Schaltelemente (202, 206) der  - The two electronic switching elements (202, 206) of
Module (201) in einer Halbbrückenschaltung angeordnet sind, oder Modules (201) are arranged in a half-bridge circuit, or
- die Module (301) jeweils die zwei elektronischen  - The modules (301) each have the two electronic
Schaltelemente (202, 206) und zwei weitere elektronische Schaltelemente (302, 306) aufweisen, wobei die zwei Switching elements (202, 206) and two further electronic switching elements (302, 306), wherein the two
elektronischen Schaltelemente (202, 206) und die zwei electronic switching elements (202, 206) and the two
weiteren elektronischen Schaltelemente (302, 306) in einer Vollbrückenschaltung angeordnet sind. further electronic switching elements (302, 306) are arranged in a full bridge circuit.
6. Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage (401) mit einem Stromrichter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5. 6. High-voltage direct current transmission system (401) with a power converter (1) according to one of claims 1 to 5.
7. Blindleistungs-Kompensationsanlage (501) mit einem 7. Reactive Power Compensation System (501) with a
Stromrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5. Power converter according to one of claims 1 to 5.
8. Verfahren zum Schützen von Modulen (1_1 ... 6_n) eines 8. Method for Protecting Modules (1_1 ... 6_n) of a
Stromrichters (1) vor Überspannung, wobei der Stromrichter (1) eine Mehrzahl der Module (1_1 ... 6_n) aufweist und jedes Modul mindestens zwei elektronische Schaltelemente (202, 206) und einen elektrischen Energiespeicher (210) aufweist, wobei bei dem Verfahren Power converter (1) against overvoltage, wherein the power converter (1) has a plurality of modules (1_1 ... 6_n) and each module has at least two electronic switching elements (202, 206) and an electrical energy store (210), wherein in the method
- bei Auftreten einer Überspannung an einem der Module (3_2) dieses Modul (3_2) elektrisch überbrückt (604) wird mittels eines Überspannungsabieiters (A3_2), der diesem Modul  - If an overvoltage occurs on one of the modules (3_2), this module (3_2) is electrically bridged (604) by means of a surge arrester (A3_2) serving this module
zugeordnet ist. assigned.
9. Verfahren nach Anspruch 8, 9. The method according to claim 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e c e n c i n e s that
- bei Auftreten einer Überspannung an mehreren Modulen (3_2, 5_1) diese Module (3_2, 5_1) jeweils elektrisch überbrückt werden mittels jeweils eines Überspannungsabieiters (A3_2, A5_l), der dem jeweiligen Modul (3_2, 5 1) zugeordnet ist. - When an overvoltage occurs on a plurality of modules (3_2, 5_1), these modules (3_2, 5_1) are each electrically bridged by means of one surge arrester (A3_2, A5_l), which is assigned to the respective module (3_2, 5 1).
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