DE212016000296U1

DE212016000296U1 - power converters

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Publication number: DE212016000296U1
Application number: DE212016000296.1U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2016-11-28
Filing date: 2016-11-28
Publication date: 2019-06-28
Anticipated expiration: 2026-11-29
Also published as: CN211909480U; WO2018095552A1

Abstract

Stromrichter (1) mit einer Mehrzahl von Modulen (1_1 ... 6_n), die jeweils mindestens zwei elektronische Schaltelemente (202, 206) und einen elektrischen Energiespeicher (210) aufweisen, wobei der Energiespeicher ein flüssigkeitsgekühlter Energiespeicher (210) ist.

Power converter (1) having a plurality of modules (1_1 ... 6_n), each having at least two electronic switching elements (202, 206) and an electrical energy store (210), wherein the energy store is a liquid-cooled energy storage (210).

Description

Die Erfindung betrifft einen Stromrichter mit einer Mehrzahl von Modulen, die jeweils mindestens zwei elektronische Schaltelemente und einen elektrischen Energiespeicher aufweisen.The invention relates to a power converter with a plurality of modules, each having at least two electronic switching elements and an electrical energy storage.

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 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 Stromrichter bei Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlagen.Power converters are power electronic circuits for converting electrical energy. With converters, AC can be converted to DC, DC to AC, AC to AC of other frequency and / or amplitude or DC to 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 high-voltage applications, for example as converters in high-voltage DC transmission systems.

Beim Betrieb solcher Stromrichter werden die elektrischen Energiespeicher mit elektrischer Energie aufgeladen und wieder entladen. Aufgrund der dabei fließenden hohen Ströme können sich die elektrischen Energiespeicher stark erwärmen; es können große Verlustleistungen in den Energiespeichern auftreten und große Wärmemengen (Abwärme) entstehen. Daher müssen relativ große Abstände zwischen den elektrischen Energiespeichern bzw. zwischen einem elektrischen Energiespeicher und einem angrenzenden Bauteil bestehen, damit die Abwärme von den elektrischen Energiespeichern an die Umgebungsluft abgegeben werden kann und die Abwärme mit der Umgebungsluft abtransportiert werden kann (passive Kühlung der elektrischen Energiespeicher durch Luftkonvektion).When operating such converters, the electrical energy storage are charged with electrical energy and discharged again. Due to the thereby flowing high currents, the electrical energy storage can heat up strongly; It can occur large power losses in the energy storage and large amounts of heat (waste heat) arise. Therefore, relatively large distances between the electrical energy storage or between an electrical energy storage and an adjacent component must exist so that the waste heat from the electrical energy storage to the ambient air can be discharged and the waste heat can be removed with the ambient air (passive cooling of the electrical energy storage through air convection).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stromrichter anzugeben, bei dem die Packungsdichte der elektrischen Energiespeicher vergrößert werden kann.The invention has for its object to provide a power converter, in which the packing density of the electrical energy storage can be increased.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Stromrichter nach dem unabhängigen Patentanspruch. Vorteilhafte Ausführungsformen des Stromrichters sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.This object is achieved by a power converter according to the independent claim. Advantageous embodiments of the power converter are specified in the dependent claims.

Offenbart wird ein Stromrichter mit einer Mehrzahl von Modulen, die jeweils mindestens zwei elektronische Schaltelemente und einen elektrischen Energiespeicher aufweisen, wobei der Energiespeicher ein flüssigkeitsgekühlter Energiespeicher ist. Der Energiespeicher ist also mittels einer Flüssigkeitskühlung gekühlt. Mit anderen Worten gesagt, ist der Energiespeicher mittels eines flüssigen Kühlmittels (Kühlflüssigkeit) gekühlt. Der Energiespeicher kann zum Beispiel ein elektrischer Kondensator sein. Dabei ist besonders vorteilhaft, dass der Energiespeicher die in ihm entstehende Wärme (Abwärme) an die Kühlflüssigkeit abgibt und nicht an die Umgebungsluft. Dadurch sind keine großen Freiräume bzw. Abstände um den Energiespeicher herum notwendig, da die Kühlung des Energiespeichers nicht auf Konvektion beruht. Die Packungsdichte der Energiespeicher im Stromrichter (d.h. die Anzahl der Energiespeicher pro Raumeinheit) kann vorteilhafterweise erhöht werden, d. h. die Energiespeicher können beispielsweise eng beieinander installiert werden. Durch die verbesserte Kühlung sind auch Energiespeicher mit größerer Energiedichte bzw. Leistungsdichte einsetzbar. Durch die bessere Kühlung und die sich daraus ergebende geringere Erwärmung der Energiespeicher erhöht sich auch die Lebensdauer der Energiespeicher. Außerdem heizt sich die Umgebungsluft der Energiespeicher nur wenig auf, so dass der Aufwand für die Klimatisierung des Raumes, in dem der Stromrichter angeordnet ist, sehr viel geringer ausfallen kann als bei einer passiven Luftkühlung.Disclosed is a power converter with a plurality of modules, each having at least two electronic switching elements and an electrical energy storage, wherein the energy storage is a liquid-cooled energy storage. The energy store is thus cooled by means of liquid cooling. In other words, the energy storage is cooled by means of a liquid coolant (cooling liquid). The energy store may be, for example, an electrical capacitor. It is particularly advantageous that the energy storage emits the heat generated in it (waste heat) to the coolant and not to the ambient air. As a result, no large free spaces or distances around the energy storage around necessary because the cooling of the energy storage is not based on convection. The packing density of the energy stores in the converter (i.e., the number of energy stores per unit of space) can be advantageously increased, i. H. For example, the energy stores can be installed close together. The improved cooling and energy storage can be used with greater energy density and power density. The better cooling and the resulting lower heating of the energy storage also increases the life of the energy storage. In addition, the ambient air of the energy storage heats up only slightly, so that the cost of the air conditioning of the room in which the converter is arranged, can be much lower than in a passive air cooling.

Der Stromrichter kann so ausgestaltet sein, dass der Stromrichter eine Kühleinrichtung mit einem flüssigen Kühlmittel aufweist. Als flüssiges Kühlmittel kann beispielsweise entionisiertes Wasser (deionisiertes Wasser) oder Glykol verwendet werden.The power converter may be configured such that the power converter has a cooling device with a liquid coolant. As the liquid coolant, for example, deionized water (deionized water) or glycol may be used.

Der Stromrichter kann so ausgestaltet sein, dass der Energiespeicher thermisch mit dem Kühlmittel gekoppelt ist. Durch die thermische Kopplung kann die Abwärme schnell und umfassend von dem Energiespeicher an das flüssige Kühlmittel abgegeben werden.The power converter can be configured such that the energy store is thermally coupled to the coolant. Due to the thermal coupling, the waste heat can be released quickly and comprehensively from the energy store to the liquid coolant.

Der Stromrichter kann auch so ausgestaltet sein, dass der Energiespeicher thermisch mit dem Kühlmittel gekoppelt ist, indem der Energiespeicher mit einem Kühlkörper (Energiespeicher-Kühlkörper) versehen ist und dieser Kühlkörper thermisch mit dem Kühlmittel gekoppelt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Abwärme vom Kondensator zunächst an den Kühlkörper und dann von dem Kühlkörper an das Kühlmittel abgegeben.The power converter can also be designed so that the energy storage is thermally coupled to the coolant by the energy storage with a heat sink (energy storage heat sink) is provided and this heat sink is thermally coupled to the coolant. In this embodiment, the waste heat from the condenser is first delivered to the heat sink and then from the heat sink to the coolant.

Der Stromrichter kann so ausgestaltet sein, dass die elektronischen Schaltelemente flüssigkeitsgekühlte elektronische Schaltelemente sind. Mit anderen Worten gesagt, sind die elektronischen Schaltelemente mittels des flüssigen Kühlmittels (Kühlflüssigkeit) gekühlt. Dadurch können vorteilhafterweise auch die elektronischen Schaltelemente mittels des flüssigen Kühlmittels gekühlt werden.The power converter can be designed so that the electronic switching elements are liquid-cooled electronic switching elements. In other words, the electronic switching elements are cooled by means of the liquid coolant (cooling liquid). This can advantageously also the electronic switching elements are cooled by means of the liquid coolant.

Der Stromrichter kann auch so ausgestaltet sein, dass die elektronischen Schaltelemente thermisch mit dem Kühlmittel gekoppelt sind.The power converter can also be designed so that the electronic switching elements are thermally coupled to the coolant.

Insbesondere kann der Stromrichter so ausgestaltet sein, dass die elektronischen Schaltelemente thermisch mit dem Kühlmittel gekoppelt sind, indem die elektronischen Schaltelemente mit einem Kühlkörper (Schaltelement-Kühlkörper) versehen sind und der Kühlkörper thermisch mit dem Kühlmittel gekoppelt ist.In particular, the power converter may be configured so that the electronic switching elements are thermally coupled to the coolant by the electronic switching elements are provided with a heat sink (switching element heat sink) and the heat sink is thermally coupled to the coolant.

Der Stromrichter kann auch so ausgestaltet sein, dass die Kühleinrichtung einen Kühlmittel-Kreislauf (Kreislauf des Kühlmittels) zur Kühlung des Energiespeichers aufweist. Ein Kühlmittelkreislauf ermöglicht einen effizienten Abtransport der Abwärme des Energiespeichers.The power converter can also be designed so that the cooling device has a coolant circuit (circulation of the coolant) for cooling the energy storage device. A coolant circuit enables an efficient removal of the waste heat of the energy storage.

Der Stromrichter kann auch so ausgestaltet sein, dass die Kühleinrichtung eine Kühlmittelpumpe und einen Wärmetauscher (Wärmeübertrager) aufweist.The power converter can also be configured such that the cooling device has a coolant pump and a heat exchanger (heat exchanger).

Der Stromrichter kann so ausgestaltet sein, dass der elektrische Energiespeicher ein elektrischer Kondensator ist. Insbesondere kann der elektrische Energiespeicher ein unipolarer Kondensator sein, d. h. ein Kondensator mit einer vorgegebenen Polarität der beiden Kondensatoranschlüsse.The power converter may be configured such that the electrical energy store is an electrical capacitor. In particular, the electrical energy store may be a unipolar capacitor, i. H. a capacitor with a predetermined polarity of the two capacitor terminals.

Der Stromrichter kann so ausgestaltet sein, dass

- die zwei elektronischen Schaltelemente der Module in einer Halbbrückenschaltung angeordnet sind, oder
- 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 Vollbrückenschaltung angeordnet sind.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 further electronic switching elements,

wherein the two electronic switching elements and the two further electronic switching elements are arranged in a full bridge circuit.

Dabei können die zwei weiteren elektronischen Schaltelemente genau so gekühlt sein die die zwei elektronischen Schaltelemente. Im Fall der ersten Alternative wird ein derartiges Modul auch als Halbbrücken-Modul oder als Halbbrücken-Submodul bezeichnet. Im Fall der zweiten Alternative wird ein derartiges Modul auch als ein Vollbrücken-Modul oder als ein Vollbrücken-Submodul bezeichnet.In this case, the two other electronic switching elements can be cooled exactly the two electronic switching elements. In the case of the first alternative, such a module is also referred to as a half-bridge module or as a half-bridge submodule. In the case of the second alternative, such a module is also referred to as a full bridge module or as a full bridge submodule.

Offenbart werden weiterhin eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage und eine Blindleistungs-Kompensationsanlage mit einem Stromrichter gemäß den vorstehend beschriebenen Varianten.Disclosed are further a high-voltage DC transmission system and a reactive power compensation system with a power converter according to the variants described above.

Offenbart wird weiterhin ein Verfahren zum Kühlen mindestens eines elektrischen Energiespeichers eines Stromrichters, wobei der Stromrichter eine Mehrzahl von Modulen aufweist, wobei die Module jeweils mindestens zwei elektronische Schaltelemente und den elektrischen Energiespeicher aufweisen, wobei bei dem Verfahren

- der elektrische Energiespeicher mittels eines flüssigen Kühlmittels gekühlt wird.

Disclosed is still a method for cooling at least one electrical energy storage device of a power converter, wherein the power converter has a plurality of modules, wherein the modules each have at least two electronic switching elements and the electrical energy storage, wherein in the method

- The electrical energy storage is cooled by means of a liquid coolant.

Vorzugsweise können die Energiespeicher der Mehrzahl der Module mittels des flüssigen Kühlmittels gekühlt werden.Preferably, the energy stores of the plurality of modules can be cooled by means of the liquid coolant.

Dieses Verfahren kann so ablaufen, dass auch die elektronischen Schaltelemente des jeweiligen Moduls mittels des flüssigen Kühlmittels gekühlt werden.This process can proceed in such a way that the electronic switching elements of the respective module are also cooled by means of the liquid coolant.

Das Verfahren kann so ablaufen, dass das flüssige Kühlmittel mittels eines Kühlmittel-Kreislaufs zu dem Energiespeicher transportiert wird.The method can proceed in such a way that the liquid coolant is transported to the energy store by means of a coolant circuit.

Das Verfahren kann auch so ablaufen, dass das flüssige Kühlmittel mittels des Kühlmittel-Kreislaufs zu den elektronischen Schaltelementen transportiert wird.The method may also be such that the liquid coolant is transported by means of the coolant circuit to the electronic switching elements.

Der beschriebene Stromrichter und das beschriebene Verfahren weisen gleiche beziehungsweise gleichartige Vorteile auf.The described power converter and the described method have the same or similar advantages.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen verweisen dabei auf gleiche oder gleich wirkende Elemente. Dazu ist in

1 ein Ausführungsbeispiel eines Stromrichters, der eine Vielzahl von Modulen aufweist, in
2 ein Ausführungsbeispiel eines Moduls, in
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Moduls, in
4 ein Ausführungsbeispiel einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage, in
5 ein Ausführungsbeispiel einer Blindleistungs-Kompensationsanlage und in
6 ein beispielhafter Ablauf des Verfahrens zum Kühlen des Energiespeichers der Module des Stromrichters

In the following the invention will be explained in more detail by means of exemplary embodiments. The same reference numbers refer to the same or equivalent elements. This is in

1 an embodiment of a power converter having a plurality of modules, in
2 an embodiment of a module, in
3 a further embodiment of a module, in
4 an embodiment of a high voltage DC transmission system, in
5 an embodiment of a reactive power compensation system and in
6 an exemplary sequence of the method for cooling the energy storage of the modules of the power converter

dargestellt.shown.

In 1 ist ein Stromrichter 1 in Form eines modularen Multilevelstromrichters 1 (modular multilevel converter, MMC) dargestellt. Dieser Multilevelstromrichter 1 weist einen ersten Wechselspannungsanschluss 5, einen zweiten Wechselspannungs¬anschluss 7 und einen dritten Wechselspannungsanschluss 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 Phasenmodulzweigs 11 ist mit einem ersten Gleichspannungsanschluss 16 elektrisch verbunden; das dem ersten Wechselspannungsanschluss 5 abgewandte Ende des zweiten Phasenmodulzweigs 13 ist mit einem zweiten Gleichspannungs¬anschluss 17 elektrisch verbunden. Der erste Gleichspannungs¬anschluss 16 ist ein positiver Gleichspannungsanschluss; der zweite Gleichspannungsanschluss 17 ist ein negativer Gleichspannungsanschluss.In 1 is a power converter 1 in the form of a modular multilevel converter 1 (modular multilevel converter, MMC). This multilevel converter 1 has a first AC voltage connection 5 , a second AC voltage connection 7 and a third AC voltage terminal 9 on. The first AC voltage connection 5 is electrically connected to a first phase module branch 11 and a second phase module branch 13 connected. The first phase module branch 11 and the second phase module branch 13 form a first phase module 15 of the power converter 1 , That the first AC voltage connection 5 opposite end of the first phase module branch 11 is with a first DC voltage connection 16 electrically connected; that the first AC voltage connection 5 opposite end of the second phase module branch 13 is with a second DC voltage connection 17 electrically connected. The first DC voltage connection 16 is a positive DC voltage connection; the second DC voltage connection 17 is a negative DC voltage connection.

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 Wechselspannungs¬anschluss 9 ist mit einem Ende eines fünften Phasenmodulzweigs 27 und mit einem Ende eines sechsten Phasenmodulzweigs 29 elektrisch verbunden. Der fünfte Phasenmodulzweig 27 und der sechste Phasenmodulzweig 29 bilden ein drittes Phasenmodul 31.The second AC voltage connection 7 is at one end of a third phase module branch 18 and with one end of a fourth phase module branch 21 electrically connected. The third phase module branch 18 and the fourth phase module branch 21 form a second phase module 24 , The third AC voltage terminal 9 is connected to one end of a fifth phase module branch 27 and with one end of a sixth phase module branch 29 electrically connected. The fifth phase module branch 27 and the sixth phase module branch 29 form a third phase module 31 ,

Das dem zweiten Wechselspannungsanschluss 7 abgewandte Ende des dritten Phasenmodulzweigs 18 und das dem dritten Wechselspannungs¬anschluss 9 abgewandte Ende des fünften Phasenmodulzweigs 27 sind mit dem ersten Gleichspannungsanschluss 16 elektrisch verbunden. Das dem zweiten Wechselspannungsanschluss 7 abgewandte Ende des vierten Phasenmodulzweigs 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.That the second AC voltage connection 7 opposite end of the third phase module branch 18 and the end of the fifth phase module branch facing away from the third AC voltage terminal 9 27 are with the first DC voltage connection 16 electrically connected. That the second AC voltage connection 7 opposite end of the fourth phase module branch 21 and the third AC voltage terminal 9 opposite end of the sixth phase module branch 29 are with the second DC voltage connection 17 electrically connected. The first phase module branch 11 , the third phase module branch 18 and the fifth phase module branch 27 form a positive-side converter part 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 part 33 ,

Jeder Phasenmodulzweig weist eine Mehrzahl von Modulen (1_1, 1_2, 1_3, 1_4 ... 1_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 1 weist jeder Phasenmodulzweig n Module auf. Die Anzahl der mittels ihrer galvanischen 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. Im 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.Each phase module branch has a plurality of modules ( 1_1 . 1_2 . 1_3 . 1_4 ... 1_n ; 2_1 ... 2_n ; etc.), which are electrically connected in series (by means of their galvanic power connections). Such modules are also referred to as submodules. In the embodiment of 1 Each phase module branch has n modules. The number of electrically connected in series by means of their galvanic power connections 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 exemplary embodiment, n = 36: the first phase module branch 11 has 36 modules 1_1 . 1_2 . 1_3 , ... 1_36 on. The other phase module branches 13 . 18 . 21 . 27 and 29 are similar.

Von einer (nicht dargestellten) Steuereinrichtung des Stromrichters 1 werden optische Nachrichten bzw. optische Signale über eine optische Kommunikationsverbindung (zum Beispiel über einen Lichtwellenleiter) zu den einzelnen Modulen 1_1 bis 6_n übertragen. Beispielsweise sendet die Steuereinrichtung an die einzelnen Module jeweils einen Sollwert zur Höhe der Ausgangsspannung, die das jeweilige Modul bereitstellen soll.From a (not shown) control device of the power converter 1 Optical messages or optical signals via an optical communication link (for example via an optical waveguide) to the individual modules 1_1 to 6_n transfer. For example, the control device sends to the individual modules in each case a desired value for the amount of the output voltage that is to provide the respective module.

Der Stromrichter 1 weist eine Kühleinrichtung 50 auf. Die Kühleinrichtung 50 weist einen Kühlmittelbehälter 52, eine Pumpe 54 (Kühlmittel-Pumpe 54) sowie einen Wärmetauscher 56 (Wärmeübertrager 56) auf. Der Kühlmittelbehälter 52, die Pumpe 54 und der Wärmetauscher 56 sind über Kühlmittelleitungen 60 mit den einzelnen Modulen 1_1 ... 6_n des Stromrichters 1 verbunden. (Die Kühlmittelleitungen 60 sind im Ausführungsbeispiel mittels zweier paralleler Linien in der Art eines Rohres dargestellt.) So ist beispielsweise der Wärmetauscher 56 über eine Hin-Kühlmittelleitung 60a mit dem Modul 1_1 verbunden; das Modul 1_1 ist über eine Kühlmittelleitung 60b mit dem Modul 1 2 verbunden; und das Modul 1 2 ist über eine Kühlmittelleitung 60c mit dem Modul 1_3 verbunden. In gleicher Art und Weise ist das Modul 1_3 mit dem nächstfolgenden Modul 1_4 (nicht dargestellt) über eine Kühlmittelleitung verbunden und so weiter. Das letzte Modul 1_n des Phasenmodulzweigs 11 ist über eine Rück-Kühlmittelleitung 60d mit dem Kühlmittelbehälter 52 verbunden. Der Kühlmittelbehälter 52 ist über eine Kühlmittelleitung 60 mit der Pumpe 54 verbunden; die Pumpe 54 ist über eine Kühlmittelleitung 60 mit dem Wärmetauscher 56 verbunden.The power converter 1 has a cooling device 50 on. The cooling device 50 has a coolant tank 52 , a pump 54 (Coolant pump 54 ) and a heat exchanger 56 (Heat exchanger 56 ) on. The coolant tank 52 , the pump 54 and the heat exchanger 56 are about coolant lines 60 with the individual modules 1_1 ... 6_n of the power converter 1 connected. (The coolant lines 60 are shown in the embodiment by means of two parallel lines in the manner of a pipe.) For example, the heat exchanger 56 via a return coolant line 60a with the module 1_1 connected; the module 1_1 is via a coolant line 60b with the module 1 2 connected; and the module 1 2 is via a coolant line 60c with the module 1_3 connected. In the same way is the module 1_3 with the next module 1_4 (not shown) connected via a coolant line and so on. The last module 1_n of the phase module branch 11 is via a return coolant line 60d with the coolant tank 52 connected. The coolant tank 52 is via a coolant line 60 with the pump 54 connected; the pump 54 is via a coolant line 60 with the heat exchanger 56 connected.

In dem Kühlmittelbehälter 52 befindet sich ein Vorrat an Kühlmittel 70. Das Kühlmittel 70 kann aus dem Kühlmittelbehälter 52 mittels der Pumpe 54 durch den Wärmetauscher 56, durch die Module 1_1 ... 1_n des ersten Phasenmodulzweigs 11 und danach wieder zurück zum Kühlmittelbehälter 52 gepumpt werden. Somit weist die Kühleinrichtung 50 einen Kühlmittelkreislauf 72 auf. An den Kühlmittelkreislauf 72 sind auch die Module 3_1 ... 3_n des dritten Phasenmodulzweigs 18 und die Module 5_1 ... 5_n des fünften Phasenmodulzweigs 27 angeschlossen. Mittels des Kühlmittelkreislaufs 72 können also der Energiespeicher einer Vielzahl von Modulen und/oder die elektronischen Schaltelemente einer Vielzahl von Modulen (hier der Module 1_1 ... 1_n des ersten Phasenmodulzweigs 11, der Module 3_1 ... 3_n des dritten Phasenmodulzweigs und der Module 5_1 ... 5_n des fünften Phasenmodulzweigs 27) gleichzeitig gekühlt werden.In the coolant tank 52 there is a supply of coolant 70 , The coolant 70 can from the coolant tank 52 by means of the pump 54 through the heat exchanger 56 through the modules 1_1 ... 1_n of the first phase module branch 11 and then back to the coolant tank 52 be pumped. Thus, the cooling device 50 a coolant circuit 72 on. To the coolant circuit 72 are also the modules 3_1 ... 3-n of the third phase module branch 18 and the modules 5_1 ... 5_N of the fifth phase module branch 27 connected. By means of the coolant circuit 72 so can the energy storage of a plurality of modules and / or the electronic switching elements of a plurality of modules (here the modules 1_1 ... 1_n of the first phase module branch 11 , the module 3_1 ... 3-n of the third phase module branch and the modules 5_1 ... 5_N of the fifth phase module branch 27 ) are cooled simultaneously.

Zur Kühlung des Energiespeichers und/oder der elektronischen Schaltelemente der Module des zweiten Phasenmodulzweigs 13, des vierten Phasenmodulzweigs 21 und des sechsten Phasenmodulzweigs 29 existiert eine weitere Kühleinrichtung 80. Diese weitere Kühleinrichtung 80 ist identisch aufgebaut zu der oben beschriebenen Kühleinrichtung 50. Selbstverständlich können in einem anderen Ausführungsbeispiel auch sämtliche Module des Stromrichters 1 mittels einer einzigen Kühleinrichtung (d. h. mittels eines einzigen Kühlmittelbehälters 52, einer einzigen Pumpe 54 und eines einzigen Wärmetauschers 56) gekühlt werden. Alternativ ist es auch möglich, mehr als zwei Kühleinrichtungen zur Kühlung der Module des Stromrichters 1 einzusetzen.For cooling the energy store and / or the electronic switching elements of the modules of the second phase module branch 13 , the fourth phase module branch 21 and the sixth phase module branch 29 There is another cooling device 80 , This further cooling device 80 is identical to the above-described cooling device 50 , Of course, in another embodiment, all modules of the power converter 1 by means of a single cooling device (ie by means of a single coolant tank 52 , a single pump 54 and a single heat exchanger 56 ) are cooled. Alternatively, it is also possible to have more than two cooling devices for cooling the modules of the power converter 1 use.

Der Kühlmittelbehälter 52 enthält einen Vorrat des Kühlmittels 70. Der Kühlmittelbehälter 52 ist optional: das Kühlmittel kann auch in ausreichender Menge in den Kühlmittelleitungen 60, in der Pumpe 54 und im Wärmetauscher 56 vorhanden sein.The coolant tank 52 contains a supply of coolant 70 , The coolant tank 52 is optional: the coolant can also be present in sufficient quantities in the coolant lines 60 in the pump 54 and in the heat exchanger 56 to be available.

In 2 ist beispielhaft der Aufbau eines Moduls 201 dargestellt. Dabei kann es sich beispielsweise um das Modul 1_1 des ersten Phasenmodulzweigs 11 (oder auch um eines der anderen in 1 dargestellten Module) handeln. Das Modul ist als ein Halbbrückenmodul 201 ausgestaltet. Das Modul 201 weist ein erstes ein- und abschaltbares elektronisches 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 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 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 Anschluss des ersten Schaltelements 202, der dem Verbindungspunkt gegenüberliegt.In 2 is an example of the structure of a module 201 shown. This may be, for example, the module 1_1 of the first phase module branch 11 (or to one of the others in 1 represented modules) act. The module is as a half-bridge module 201 designed. The module 201 has a first switchable on and off electronic switching element 202 (first electronic switching element 202 ) with a first antiparallel connected diode 204 (first freewheeling diode 204 ) on. Furthermore, the module has 201 a second switchable on and off electronic switching element 206 (second electronic switching element 206 ) with a second antiparallel connected diode 208 (second freewheeling diode 208 ) and an electrical energy storage 210 in the form of an electrical capacitor 210 on. 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 is a first (galvanic) module connection 212 arranged. At the connection of the second switching element 206 , which is opposite to the connection point, is a second (galvanic) module connection 215 arranged. The second module connection 215 is still with a first connection of the energy storage 210 connected; a second connection of the energy storage 210 is electrically connected to the terminal of the first switching element 202 which is opposite to the connection point.

Der Energiespeicher 210 ist also elektrisch parallel geschaltet zu der Reihenschaltung aus dem ersten 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 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.The energy storage 210 is thus electrically connected in parallel with the series circuit of the first switching element 202 and the second switching element 206 , By appropriate control of the first switching element 202 and the second switching element 206 can be achieved that between the first module connection 212 and the second module connection 215 either the voltage of the energy store 210 is output or no voltage is output (ie 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 embodiment by means of the (above-mentioned) transmitted from the controller of the power converter to the module message or signal.

Das erste elektronische Schaltelement 202 ist mit einem ersten Schaltelement-Kühlkörper 220 versehen; das zweite elektronische Schaltelement 206 ist mit einem zweiten Schaltelement-Kühlkörper 222 versehen. Die erste Freilaufdiode 204 ist mit einem ersten Dioden-Kühlkörper 226 versehen; die zweite Freilaufdiode 208 ist mit einem zweiten Dioden-Kühlkörper 228 versehen. Der Energiespeicher 210 ist mit einem Energiespeicher-Kühlkörper 230 versehen. Die Kühlkörper 220, 222, 226, 228 und 230 können jeweils aus massivem Metall bestehen, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium. Die Kühlkörper sind in der 2 lediglich schematisch dargestellt. Die Kühlkörper 220, 222, 226, 228 und 230 stehen in einem engen thermischen Kontakt mit dem jeweiligen Bauelement und sind in der Lage, die in dem Bauelement entstehende Abwärme aufzunehmen und an das flüssige Kühlmittel 70 weiterzuleiten. Daher stehen die Kühlkörper 220, 222, 226, 228 und 230 jeweils in engem thermischen Kontakt (thermische Kopplung) mit dem Kühlmittel 70. So sind der Energiespeicher 210, das erste elektronische Schaltelement 202, das zweite elektronische Schaltelement 206, die erste Freilaufdiode 204 und die zweite Freilaufdiode 208 thermisch mit dem Kühlmittel 70 gekoppelt.The first electronic switching element 202 is with a first switching element heat sink 220 Provided; the second electronic switching element 206 is with a second switching element heat sink 222 Provided. The first freewheeling diode 204 is with a first diode heat sink 226 Provided; the second freewheeling diode 208 is with a second diode heatsink 228 Provided. The energy storage 210 is with an energy storage heat sink 230 Provided. The heat sinks 220 . 222 . 226 . 228 and 230 can each be made of solid metal, such as copper or aluminum. The heat sinks are in the 2 only shown schematically. The heat sinks 220 . 222 . 226 . 228 and 230 are in close thermal contact with the respective component and are able to absorb the waste heat generated in the component and to the liquid coolant 70 forward. Therefore, the heatsinks stand 220 . 222 . 226 . 228 and 230 each in close thermal contact (thermal coupling) with the coolant 70 , So are the energy storage 210 , the first electronic switching element 202 , the second electronic switching element 206 , the first freewheeling diode 204 and the second free-wheeling diode 208 thermally with the coolant 70 coupled.

Im unteren Teil der 2 ist mittels eines Pfeils 236 das in das Modul 201 hineinströmende Kühlmittel 70 dargestellt; im oberen Teil der 2 ist mittels eines Pfeils 238 das aus dem Modul 201 herausströmende Kühlmittel 70 dargestellt. Mittels des durch das Modul 201 strömenden Kühlmittels 70 können also das erste elektronische Schaltelement 202, das zweite elektronische Schaltelement 206, die erste Freilaufdiode 204, die zweite Freilaufdiode 208 und der Energiespeicher 210 gekühlt werden. Alternativ ist es natürlich auch möglich, dass mittels des Kühlmittels 70 nur einzelne Bauelemente des Moduls gekühlt werden, beispielsweise nur der Energiespeicher 210. In diesem Fall können für die Kühlung der Schaltelemente und der Freilaufdioden andere Kühlmöglichkeiten vorhanden sein, beispielsweise ein eigener Kühlmittelkreislauf.In the lower part of the 2 is by means of an arrow 236 that in the module 201 inflowing coolant 70 shown; in the upper part of the 2 is by means of an arrow 238 that from the module 201 outflowing coolant 70 shown. By means of through the module 201 flowing coolant 70 So can the first electronic switching element 202 , the second electronic switching element 206 , the first freewheeling diode 204 , the second free-wheeling diode 208 and the energy storage 210 be cooled. Alternatively, it is of course also possible that by means of the coolant 70 only individual components of the module are cooled, for example, only the energy storage 210 , In this case, for the cooling of the switching elements and the freewheeling diodes other cooling options may be present, for example, a separate coolant circuit.

Das Kühlmittel 70 nimmt die Abwärme des Energiespeichers 210 auf. Weiterhin nimmt das Kühlmittel 70 die Abwärme des ersten elektronischen Schaltelements 202, des zweiten elektronischen Schaltelements 206, der ersten Freilaufdiode 204 und der zweiten Freilaufdiode 208 auf. Das Kühlmittel 70 transportiert die aufgenommene Abwärme zu dem Wärmetauscher 56. Der Wärmetauscher 56 gibt die Abwärme des Kühlmittels an die Umgebungsluft ab (vorzugsweise gibt der Wärmetauscher 56 die Abwärme an die Umgebungsluft außerhalb des Stromrichtergebäudes ab). Der Energiespeicher 210 ist also ein flüssigkeitsgekühlter Energiespeicher 210; der Energiespeicher 210 wird mittels des flüssigen Kühlmittels 70 gekühlt. In gleicher Weise sind die elektronischen Schaltelemente 202, 206 flüssigkeitsgekühlte elektronische Schaltelemente 202, 206.The coolant 70 takes away the waste heat of the energy store 210 on. Furthermore, the coolant decreases 70 the waste heat of the first electronic switching element 202 , the second electronic switching element 206 , the first free-wheeling diode 204 and the second freewheeling diode 208 on. The coolant 70 transports the absorbed waste heat to the heat exchanger 56 , The heat exchanger 56 gives off the waste heat of the coolant to the ambient air (preferably gives the heat exchanger 56 the waste heat to the ambient air outside the converter building). The energy storage 210 So is a liquid-cooled energy storage 210 ; the energy store 210 is by means of the liquid coolant 70 cooled. In the same way are the electronic switching elements 202 . 206 Liquid-cooled electronic switching elements 202 . 206 ,

In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Moduls 301 des modularen Multilevelstromrichters dargestellt. Bei diesem Modul 301 kann es sich beispielsweise um das Modul 1_2 (oder auch um eines der anderen in 1 dargestellten Module) handeln. Neben den bereits aus 2 bekannten ersten elektronischen Schaltelement 202, zweiten elektronischen Schaltelement 206, erster Freilaufdiode 204, zweiter Freilaufdiode 208 und Energiespeicher 210 weist das in 3 dargestellte Modul 301 ein drittes elektronisches Schaltelement 302 mit einer antiparallel geschalteten dritten Freilaufiode 304 sowie ein viertes elektronischen 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 Schaltung der 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.In 3 is another embodiment of a module 301 of the modular multilevel converter. In this module 301 For example, it may be the module 1_2 (or to one of the others in 1 represented modules) act. In addition to the already out 2 known first electronic switching element 202 , second electronic switching element 206 , first freewheeling diode 204 , second freewheeling diode 208 and energy storage 210 has the in 3 illustrated module 301 a third electronic switching element 302 with an anti-parallel third free-wheeling period 304 and a fourth electronic 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. Unlike the circuit of 2 is the second module connection 315 not with the second electronic switching element 206 electrically connected, but with a center of an electrical series circuit of the third electronic switching element 302 and the fourth electronic switching element 306 ,

Das Modul 301 der 3 ist ein sogenanntes Vollbrücken-Modul 301. Dieses Vollbrücken-Modul 301 zeichnet sich dadurch aus, dass bei entsprechender Ansteuerung der vier elektronischen Schaltelemente zwischen dem ersten (galvanischen) Modulanschluss 212 und dem zweiten (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.The module 301 the 3 is a so-called full bridge module 301 , This full bridge module 301 is characterized by the fact that with appropriate control of the four electronic switching elements between the first (galvanic) module connection 212 and the second (galvanic) module connection 315 Optionally either the positive voltage of the energy storage 210 , the negative voltage of the energy store 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 either only half-bridge modules 201 , only full bridge modules 301 or half-bridge modules 201 and full bridge modules 301 respectively. Via the first module connection 212 and the second module connection 215 . 315 large electrical currents of the converter flow.

Bei diesem Ausführungsbeispiel des Moduls 301 werden neben dem Energiespeicher 210, dem ersten elektronischen Schaltelement 202, dem zweiten elektronischen Schaltelement 206, der ersten Freilaufdiode 204 und der zweiten Freilaufdiode 208 zusätzlich auch das dritte elektronische Schaltelement 302, das vierte elektronische Schaltelement 306, die dritte Freilaufdiode 304 sowie die vierte Freilaufdiode 308 mittels des Kühlmittels 70 des Kühlmittelkreislaufs 72 gekühlt.In this embodiment of the module 301 be next to the energy storage 210 , the first electronic switching element 202 , the second electronic switching element 206 , the first free-wheeling diode 204 and the second freewheeling diode 208 in addition, the third electronic switching element 302 , the fourth electronic switching element 306 , the third free-wheeling diode 304 and the fourth freewheeling diode 308 by means of the coolant 70 of the coolant circuit 72 cooled.

In 4 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage 401 dargestellt. Diese Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage 401 weist zwei Stromrichter 1 auf, wie sie in 1 dargestellt sind. Diese beiden Stromrichter 1 sind gleichspannungsseitig über eine Hochspannungs-Gleichstrom-Verbindung 405 elektrisch miteinander verbunden. Dabei sind die beiden positiven 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 Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage 401 kann elektrische Energie über weite Entfernungen übertragen werden; die Hochspannungs-Gleichstrom-Verbindung 405 weist dann eine entsprechende Länge auf.In 4 is schematically an embodiment of a high voltage DC transmission system 401 shown. This high voltage DC transmission system 401 has two power converters 1 on how they are in 1 are shown. These two power converters 1 are DC side over a high voltage DC connection 405 electrically connected to each other. Here are the two positive DC voltage connections 16 the power converter 1 by means of a first high-voltage direct current line 405a electrically connected to each other; the two negative DC voltage connections 17 the two power converters 1 are by means of a second high voltage direct current line 405b electrically connected to each other. By means of such a high-voltage DC transmission system 401 electrical energy can be transmitted over long distances; the high voltage direct current connection 405 then has a corresponding length.

In 5 ist ein Ausführungsbeispiel eines Stromrichters 501 dargestellt, welcher ein Blindleistungskompensator 501 ist. Dieser Stromrichter 501 weist lediglich die drei Phasenmodulzweige 11, 18 und 27 auf, welche drei Phasenmodule des Stromrichters bilden. Die Anzahl der Phasenmodule entspricht der Anzahl der Phasen eines Wechselspannungsnetzes 511, an das der Stromrichter 501 angeschlossen ist.In 5 is an embodiment of a power converter 501 which is a reactive power compensator 501 is. This power converter 501 only shows the three phase module branches 11 . 18 and 27 on which form three phase modules of the power converter. The number of phase modules corresponds to the number of phases of an alternating voltage network 511 to which the power converter 501 connected.

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.The three phase modules 11 . 18 and 27 are connected to each other triangular, ie the three phase modules 11 . 18 and 27 are connected in a delta connection. Each vertex of the delta connection is each with a phase line 515 . 517 and 519 of the three-phase alternating voltage network 511 electrically connected. (In another embodiment, the three phase modules can also be connected in a star connection instead of in delta connection.) The power converter 501 can the AC voltage network 511 supply with reactive power or reactive power from the AC mains 511 remove.

In 6 ist das Verfahren zum Kühlen von mindestens einem elektrischen Energiespeicher des Stromrichters noch einmal mittels eines Ablaufdiagramms dargestellt.In 6 the method for cooling at least one electrical energy storage of the power converter is shown once again by means of a flowchart.

Verfahrensschritt 602:Step 602:

Pumpen des Kühlmittels 70 in einem Kühlmittelkreislauf 72 durch die Module 1_1 ... 6_n des Stromrichters 1Pumping the coolant 70 in a coolant circuit 72 through the modules 1_1 ... 6_n of the power converter 1

Verfahrensschritt 604:Step 604:

Aufnehmen der Abwärme des Energiespeichers 210 der Module 1_1 ... 6_n durch das Kühlmittel 70Recording the waste heat of the energy storage 210 the modules 1_1 ... 6_n by the coolant 70

Verfahrensschritt 606 (optional):Method step 606 (optional):

Aufnehmen der Abwärme der Schaltelemente 202, 206, 302, 306 der Module 1_1 ... 6_n durch das Kühlmittel 70Recording the waste heat of the switching elements 202 . 206 . 302 . 306 the modules 1_1 ... 6_n by the coolant 70

Verfahrensschritt 608:Step 608:

Abtransport der Abwärme mittels des Kühlmittels 70 zum Wärmetauscher 56 Removal of waste heat by means of the coolant 70 to the heat exchanger 56

Es wurde ein Stromrichter mit einer Mehrzahl von Modulen sowie ein Verfahren zum Kühlen des Energiespeichers der Module eines Stromrichters beschrieben. Dabei wird der Energiespeicher der Module (beispielsweise der elektrische Kondensator der Module) mittels eines flüssigen Kühlmittels gekühlt (Flüssigkeitskühlung). Es findet also mittels eines flüssigen Kühlmittels eine aktive Kühlung des Energiespeichers statt. Vorzugsweise erfolgt die Kühlung des Energiespeichers mittels desselben flüssigen Kühlmittels, mittels dem auch die Schaltelemente der Module gekühlt werden. Die Flüssigkeitskühlung des Energiespeichers ergibt eine Reihe von Vorteilen:

- Energiespeicher (z. B. Kondensatoren) mit größerer Energiedichte/Leistungsdichte sind einsetzbar.
- Konvektionsabstände zwischen den Energiespeichern sind nicht oder nur noch minimal notwendig. Dadurch erhöht sich die Packungsdichte der Energiespeicher im Stromrichter.
- Die Klimatisierung des Gebäudes, in dem der Stromrichter steht, (z. B. Stromrichter-Halle) vereinfacht sich wesentlich (Kostenvorteil).
- Die Lebensdauer der Energiespeicher erhöht sich.

It has been described a power converter with a plurality of modules and a method for cooling the energy storage of the modules of a power converter. In this case, the energy storage of the modules (for example, the electrical capacitor of the modules) is cooled by means of a liquid coolant (liquid cooling). It thus takes place by means of a liquid coolant active cooling of the energy storage. The cooling of the energy store preferably takes place by means of the same liquid coolant, by means of which the switching elements of the modules are also cooled. The liquid cooling of the energy storage gives a number of advantages:

- Energy storage (eg capacitors) with greater energy density / power density can be used.
- Convection distances between the energy storage are not or only minimally necessary. This increases the packing density of the energy storage in the power converter.
- The air conditioning of the building in which the converter is located (eg power converter hall) is considerably simplified (cost advantage).
- The life of the energy storage increases.

Claims

Stromrichter (1) mit einer Mehrzahl von Modulen (1_1 ... 6_n), die jeweils mindestens zwei elektronische Schaltelemente (202, 206) und einen elektrischen Energiespeicher (210) aufweisen, wobei der Energiespeicher ein flüssigkeitsgekühlter Energiespeicher (210) ist.Power converter (1) having a plurality of modules (1_1 ... 6_n), each having at least two electronic switching elements (202, 206) and an electrical energy store (210), wherein the energy store is a liquid-cooled energy store (210).

Stromrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - der Stromrichter (1) eine Kühleinrichtung (50) mit einem flüssigen Kühlmittel (70) aufweist.Power converter after Claim 1 , characterized in that - the power converter (1) has a cooling device (50) with a liquid coolant (70).

Stromrichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass - der Energiespeicher (210) thermisch mit dem Kühlmittel (70) gekoppelt ist.Power converter after Claim 2 , characterized in that - the energy store (210) is thermally coupled to the coolant (70).

Stromrichter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass - der Energiespeicher (210) thermisch mit dem Kühlmittel (70) gekoppelt ist, indem der Energiespeicher (210) mit einem Kühlkörper (230) versehen ist und der Kühlkörper (230) thermisch mit dem Kühlmittel (70) gekoppelt ist.Power converter after Claim 2 or 3 characterized in that - the energy store (210) is thermally coupled to the coolant (70) by providing the energy store (210) with a heat sink (230) and the heat sink (230) is thermally coupled to the coolant (70) ,

Stromrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die elektronischen Schaltelemente flüssigkeitsgekühlte elektronische Schaltelemente (202, 206) sind.Power converter according to one of the preceding claims, characterized in that - the electronic switching elements are liquid-cooled electronic switching elements (202, 206).

Stromrichter nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass - die elektronischen Schaltelemente (202, 206) thermisch mit dem Kühlmittel (70) gekoppelt sind.Power converter according to one of the Claims 2 to 5 , characterized in that - the electronic switching elements (202, 206) are thermally coupled to the coolant (70).

Stromrichter nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass - die elektronischen Schaltelemente (202, 206) thermisch mit dem Kühlmittel (70) gekoppelt sind, indem die elektronischen Schaltelemente (202, 206) mit einem Kühlkörper (220, 222) versehen sind und dieser Kühlkörper (220, 222) thermisch mit dem Kühlmittel (70) gekoppelt ist.Power converter according to one of the Claims 2 to 6 , characterized in that - the electronic switching elements (202, 206) are thermally coupled to the coolant (70) by the electronic switching elements (202, 206) having a heat sink (220, 222) are provided and this heat sink (220, 222 ) is thermally coupled to the coolant (70).

Stromrichter nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass - die Kühleinrichtung (50) einen Kühlmittel-Kreislauf (72) zur Kühlung des Energiespeichers (210) aufweist.Power converter according to one of the Claims 2 to 7 , characterized in that - the cooling device (50) has a coolant circuit (72) for cooling the energy store (210).

Stromrichter nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass - die Kühleinrichtung (50) eine Kühlmittelpumpe (54) und einen Wärmetauscher (56) aufweist.Power converter according to one of the Claims 2 to 8th , characterized in that - the cooling device (50) has a coolant pump (54) and a heat exchanger (56).

Stromrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Energiespeicher ein elektrischer Kondensator (210) ist.Power converter according to one of the preceding claims, characterized in that - the energy store is an electrical capacitor (210).

Stromrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die zwei elektronischen Schaltelemente (202, 206) der Module (1_1 ... 6_n) in einer Halbbrückenschaltung angeordnet sind, oder - die Module (301) jeweils die zwei elektronischen Schaltelemente (202, 206) und zwei weitere elektronische Schaltelemente (302, 306) aufweisen, wobei die zwei elektronischen Schaltelemente (202, 206) und die zwei weiteren elektronischen Schaltelemente (302, 306) in einer Vollbrückenschaltung angeordnet sind.Power converter according to one of the preceding claims, characterized in that - the two electronic switching elements (202, 206) of the modules (1_1 ... 6_n) are arranged in a half-bridge circuit, or - the modules (301) in each case the two electronic switching elements (202 , 206) and two further electronic switching elements (302, 306), wherein the two electronic switching elements (202, 206) and the two further electronic switching elements (302, 306) are arranged in a full-bridge circuit.

Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage (401) mit einem Stromrichter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.High-voltage direct current transmission system (401) with a power converter (1) according to one of Claims 1 to 11 ,

Blindleistungs-Kompensationsanlage (501) mit einem Stromrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 11.Reactive Power Compensation System (501) with a power converter according to one of the Claims 1 to 11 ,