WO2018095552A1 - Stromrichter - Google Patents

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WO2018095552A1
WO2018095552A1 PCT/EP2016/079006 EP2016079006W WO2018095552A1 WO 2018095552 A1 WO2018095552 A1 WO 2018095552A1 EP 2016079006 W EP2016079006 W EP 2016079006W WO 2018095552 A1 WO2018095552 A1 WO 2018095552A1
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coolant
electronic switching
energy storage
switching elements
modules
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PCT/EP2016/079006
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English (en)
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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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20927—Liquid coolant without phase change
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1821—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators
    • H02J3/1835—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control
    • H02J3/1842—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control wherein at least one reactive element is actively controlled by a bridge converter, e.g. active filters
    • H02J3/1857—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control wherein at least one reactive element is actively controlled by a bridge converter, e.g. active filters wherein such bridge converter is a multilevel converter
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    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
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    • H05K7/1427—Housings
    • H05K7/1432—Housings specially adapted for power drive units or power converters
    • H05K7/14339—Housings specially adapted for power drive units or power converters specially adapted for high voltage operation

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 cooling at least one electrical energy storage device of a power converter, wherein the power converter comprises a plurality of
  • Modules wherein the modules each have at least two electronic switching elements and an electrical
  • Power converters are power electronic circuits for
  • 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 packing density of the electrical energy storage can be increased.
  • Modules each containing at least two electronic
  • liquid-cooled energy storage is. of the
  • Energy storage is thus cooled by means of liquid cooling.
  • the energy storage is cooled by means of a liquid coolant (cooling liquid).
  • the energy storage can, for example, a
  • the energy storage emits the heat generated in it (waste heat) to the cooling liquid and not to the ambient air. As a result, no large spaces or distances around the energy storage are necessary because the
  • Cooling of the energy storage is not based on convection.
  • the packing density of the energy stores in the power converter ie the number of energy stores per room unit
  • 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
  • Power converter is arranged, can be much lower than a passive air cooling.
  • the power converter can be designed so that the
  • deionized water deionized water
  • glycol glycol
  • the power converter can be designed so that the
  • Energy storage 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.
  • the power converter may also be configured such that the energy store is thermally coupled to the coolant by the energy store with a heat sink
  • Heat sink is thermally coupled to the coolant.
  • the waste heat from the condenser is first delivered to the heat sink and then from the heat sink to the coolant.
  • the power converter can be designed so that the
  • the electronic switching elements are.
  • the electronic switching elements are cooled by means of the liquid coolant (cooling liquid).
  • the electronic switching elements are cooled by means of the liquid coolant.
  • the power converter can also be designed so that the electronic switching elements are thermally coupled to the coolant.
  • the power converter can be designed so that the electronic switching elements thermally with the
  • Switching elements are provided with a heat sink (switching element heat sink) and the heat sink is thermally coupled to the coolant.
  • 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.
  • the power converter can also be configured such that the cooling device has a coolant pump and a heat exchanger (heat exchanger).
  • the power converter can be designed so that the
  • the electrical energy store may be a unipolar capacitor, i. H. a capacitor with a predetermined polarity of the two capacitor terminals.
  • 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
  • Full bridge circuit are arranged.
  • the two other electronic switching elements can be cooled exactly the two electronic
  • such a module is also used as a half-bridge module or as
  • Half-bridge submodule designated. In the case of the second
  • such a module is also called a
  • the electrical energy storage is cooled by means of a liquid coolant.
  • the energy stores of the plurality of modules can be cooled by means of the liquid coolant.
  • This procedure can proceed in such a way that also the
  • the method can proceed in such a way that the liquid coolant is transported to the energy store by means of a coolant circuit.
  • the process can also be such that the liquid
  • FIG. 1 shows a power converter 1 in the form of a modular multilevel converter 1 (modular multilevel converter, MMC).
  • This multi-level power converter 1 has a first AC voltage connection 5, a second AC ian gleich 7 and a third alternating 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.
  • 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 DC voltage terminal 17 electrically connected.
  • the first DC voltage terminal 16 is a positive one DC voltage connection; the second DC voltage terminal 17 is a negative DC voltage terminal.
  • 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 AC 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 opposite end of the fifth phase module branch 27 are electrically connected to the first DC voltage ⁇ connection 16.
  • the end of the fourth phase ⁇ modulzweigs 21 facing away from the second AC voltage terminal 7 and the end of the sixth phase module branch 29 facing away from the third AC voltage terminal 9 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 part 33.
  • Each phase module branch has a plurality of modules (1_1, 1_2, 1_3, 1_4 ... l_n; 2_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 connected in series but it is also possible to wise 3, 50, 100 or more modules electrically in series
  • 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.
  • 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 power converter 1 has a cooling device 50.
  • the cooling device 50 has a coolant reservoir 52, a pump 54 (coolant pump 54) and a heat exchanger 56 (heat exchanger 56).
  • the coolant tank 52, the pump 54 and the heat exchanger 56 are over
  • Coolant lines 60 connected to the individual modules 1_1 ... 6_n of the power converter 1.
  • the coolant lines 60 are shown in the embodiment by means of two parallel lines in the manner of a tube.
  • the heat exchanger 56 is connected via a Hin-coolant line 60a to the module 1_1; the module 1_1 is over one
  • Coolant line 60b connected to the module 1_2; and the module 1_2 is connected to the module 1_3 via a coolant line 60c.
  • the module 1_3 is connected to the next module 1_4 (not shown) via a coolant line and so on.
  • the last module 1_n of the phase module branch 11 is connected to the coolant container 52 via a return coolant line 60d
  • the coolant tank 52 is above a
  • Coolant line 60 connected to the pump 54; the pump 54 is connected to the heat exchanger 56 via a coolant line 60.
  • the coolant tank 52 is a supply of coolant 70.
  • the coolant 70 may from the
  • Coolant tank 52 by means of the pump 54 through the
  • Coolant tank 52 are pumped.
  • Cooling device 50 a coolant circuit 72 on.
  • 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 are also connected to the coolant circuit 72.
  • Coolant circuit 72 may thus be the energy storage of a plurality of modules and / or the electronic
  • Switching elements of a plurality of modules (here the modules 1_1 ... l_n of the first phase module branch 11, the modules 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.
  • This further cooling device 80 is constructed identically to the above-described cooling device 50.
  • Embodiment all modules of the power converter 1 by means of a single cooling device (i.e., by means of a single coolant tank 52, a single pump 54 and a single heat exchanger 56) are cooled.
  • a single cooling device i.e., by means of a single coolant tank 52, a single pump 54 and a single heat exchanger 56
  • the coolant tank 52 contains a supply of
  • Coolant 70 The coolant tank 52 is optional: the coolant can also in sufficient quantity in the
  • Coolant lines 60 be present in the pump 54 and in the heat exchanger 56.
  • the structure of a module 201 is shown by way of example. This may, for example, be the module 1_1 of the first phase module branch 11 (or else one of the other modules shown 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
  • the energy storage 210 is therefore electrically parallel
  • Module terminal 215 either the voltage of the energy storage 210 is output or no voltage is output (ie 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 first electronic switching element 202 is provided with a first switching element heat sink 220; the second electronic switching element 206 is connected to a second
  • Freewheeling diode 204 is provided with a first diode heatsink 226; the second freewheeling diode 208 is provided with a second diode heatsink 228.
  • the energy storage 210 is provided with an energy storage heat sink 230.
  • Heat sinks 220, 222, 226, 228 and 230 may each be made of solid metal, such as copper or aluminum. The heat sinks are shown only schematically in FIG. The heat sinks 220, 222, 226, 228 and 230 are in close thermal contact with the respective device and are capable of operating in the
  • Component absorb waste heat and to the
  • Heat sink 220, 222, 226, 228 and 230 in each case in close thermal contact (thermal coupling) with the coolant 70.
  • 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 free-wheeling diode 208 thermally coupled to the coolant 70.
  • the coolant 70 flowing into the module 201 is shown by means of an arrow 236; In the upper part of FIG. 2, the coolant 70 flowing out of the module 201 is shown by means of an arrow 238.
  • the coolant 70 flowing through the module 201 the first electronic switching element 202, the second electronic switching element 206, the first Freewheeling diode 204, the second freewheeling diode 208 and the
  • Energy storage 210 to be cooled. Alternatively it is
  • Freewheeling diodes other cooling options may be present, for example, a separate coolant circuit.
  • the coolant 70 absorbs the waste heat of the energy storage 210. Furthermore, the coolant 70 absorbs 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 free-wheeling diode 208.
  • the coolant 70 absorbs 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 free-wheeling diode 208.
  • the heat exchanger 56 outputs the waste heat of the coolant to the ambient air (preferably, the heat exchanger 56 gives the waste heat to the ambient air outside of the
  • the energy storage 210 is thus a liquid-cooled energy storage 210; of the
  • Energy storage 210 is cooled by means of the liquid coolant 70. In the same way are the electronic
  • Switching elements 202, 206 liquid-cooled electronic switching elements 202, 206th
  • 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_2 (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 second module connection 315 is not electrically connected to the second electronic switching element 206, but instead has a center point of an electrical series connection of the third electronic switching element 302 and the fourth electronic switching element 306.
  • the module 301 of FIG. 3 is a so-called full-bridge module 301.
  • This full-bridge module 301 is characterized in that, with appropriate control of 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.
  • the first electronic circuit in addition to the energy storage 210, the first electronic circuit
  • Freewheeling diode 208 in addition, the third electronic switching element 302, the fourth electronic switching element 306, the third freewheeling diode 304 and the fourth
  • Free-wheeling diode 308 by means of the coolant 70 of
  • Coolant circuit 72 cooled.
  • 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 converter 1, as shown in Figure 1. 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
  • 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
  • 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 again shows the method for cooling at least one electrical energy store of the power converter by means of a flowchart.
  • 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 density / power density can be used.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen 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. Der Energiespeicher ist ein flüssigkeitsgekühlter Energiespeicher (210).

Description

Beschreibung Stromrichter Die Erfindung betrifft einen Stromrichter mit einer Mehrzahl von Modulen, die jeweils mindestens zwei elektronische
Schaltelemente und einen elektrischen Energiespeicher aufweisen. Weiterhin betrifft die Erfindung 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 einen elektrischen
Energiespeicher aufweisen. 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 . 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) .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stromrichter und ein Verfahren anzugeben, bei denen die Packungsdichte der elektrischen Energiespeicher vergrößert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen
Stromrichter und durch ein Verfahren nach den unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausführungsformen des
Stromrichters und des Verfahrens sind in den abhängigen
Patentansprüchen angegeben.
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.
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.
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.
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.
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.
Der Stromrichter kann auch so ausgestaltet sein, dass die elektronischen Schaltelemente thermisch mit dem Kühlmittel gekoppelt sind.
Insbesondere kann der Stromrichter so ausgestaltet sein, das 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.
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.
Der Stromrichter kann auch so ausgestaltet sein, dass die Kühleinrichtung eine Kühlmittelpumpe und einen Wärmetauscher (Wärmeübertrager) aufweist.
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.
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. 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 .
Offenbart werden weiterhin eine Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragungsanlage und eine Blindleistungs- Kompensationsanlage mit einem Stromrichter gemäß den
vorstehend beschriebenen Varianten.
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.
Vorzugsweise können die Energiespeicher der Mehrzahl der Module mittels des flüssigen Kühlmittels gekühlt werden.
Dieses Verfahren kann so ablaufen, dass auch die
elektronischen Schaltelemente des jeweiligen Moduls mittels des flüssigen Kühlmittels gekühlt werden.
Das Verfahren kann so ablaufen, dass das flüssige Kühlmittel mittels eines Kühlmittel-Kreislaufs zu dem Energiespeicher transportiert wird.
Das Verfahren kann auch so ablaufen, dass das flüssige
Kühlmittel mittels des Kühlmittel-Kreislaufs zu den
elektronischen Schaltelementen transportiert wird.
Der beschriebene Stromrichter und das beschriebene Verfahren weisen gleiche beziehungsweise gleichartige Vorteile auf. Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs¬ beispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen verweisen dabei auf gleiche oder gleich wirkende Elemente. Dazu ist in ein Ausführungsbeispiel eines Stromrichters, der eine Vielzahl von Modulen aufweist, in ein Ausführungsbeispiel eines Moduls, in ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Moduls, in
ein Ausführungsbeispiel einer Hochspannungs- Gleichstrom-Übertragungsanläge, in
ein Ausführungsbeispiel einer Blindleistungs- Kompensationsanlage und in
ein beispielhafter Ablauf des Verfahrens zum Kühlen des Energiespeichers der Module des Stromrichters dargestellt .
In Figur 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 Wechsel- spannungs-ianschluss 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
Phasenmodulzweigs 11 ist mit einem ersten Gleichspannungs- anschluss 16 elektrisch verbunden; das dem ersten
Wechselspannungsanschluss 5 abgewandte Ende des zweiten
Phasenmodulzweigs 13 ist mit einem zweiten
Gleichspannungs-ianschluss 17 elektrisch verbunden. Der erste Gleichspannungs-ianschluss 16 ist ein positiver Gleichspannungsanschluss ; der zweite Gleichspannungsanschluss 17 ist ein negativer Gleichspannungsanschluss.
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- spannungs-ianschluss 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. Das dem zweiten Wechselspannungsanschluss 7 abgewandte Ende des dritten Phasenmodulzweigs 18 und das dem dritten
Wechselspannungs-ianschluss 9 abgewandte Ende des fünften Phasenmodulzweigs 27 sind mit dem ersten Gleichspannungs¬ anschluss 16 elektrisch verbunden. Das dem zweiten Wechsel- spannungsanschluss 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. Jeder Phasenmodulzweig weist eine Mehrzahl von Modulen (1_1, 1_2, 1_3, 1_4 ... 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 Stromanschlüsse elektrisch in Reihe geschalteten Module kann sehr verschieden sein, mindestens sind zwei
Module in Reihe geschaltet, es können aber auch beispiels- weise 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.
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.
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 l_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 . 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 ... l_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 ... l_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 .
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.
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. In Figur 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 Figur 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.
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.
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 Figur 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.
Im unteren Teil der Figur 2 ist mittels eines Pfeils 236 das in das Modul 201 hineinströmende Kühlmittel 70 dargestellt; im oberen Teil der Figur 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. 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.
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_2 (oder auch um eines der anderen in Figur 1 dargestellten Module) handeln. Neben den bereits aus Figur 2 bekannten ersten elektronischen Schaltelement 202, zweiten
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
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 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
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.
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 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
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 Figur 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.
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 .
In Figur 6 ist das Verfahren zum Kühlen von mindestens einem elektrischen Energiespeicher des Stromrichters noch einmal mittels eines Ablaufdiagramms dargestellt. Verfahrensschritt 602:
Pumpen des Kühlmittels 70 in einem Kühlmittelkreislauf 72 durch die Module 1_1 ... 6_n des Stromrichters 1
Verfahrensschritt 604:
Aufnehmen der Abwärme des Energiespeichers 210 der Module 1_1 ... 6_n durch das Kühlmittel 70 Verfahrensschritt 606 (optional):
Aufnehmen der Abwärme der Schaltelemente 202, 206, 302, 306 der Module 1_1 ... 6_n durch das Kühlmittel 70
Verfahrensschritt 608:
Abtransport der Abwärme mittels des Kühlmittels 70 zum
Wärmetauscher 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.

Claims

Patentansprüche
1. 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.
2. Stromrichter nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- der Stromrichter (1) eine Kühleinrichtung (50) mit einem flüssigen Kühlmittel (70) aufweist.
3. Stromrichter nach Anspruch 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- der Energiespeicher (210) thermisch mit dem Kühlmittel (70) gekoppelt ist.
4. Stromrichter nach Anspruch 2 oder 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , 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.
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
- die elektronischen Schaltelemente flüssigkeitsgekühlte elektronische Schaltelemente (202, 206) sind.
6. Stromrichter nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die elektronischen Schaltelemente (202, 206) thermisch mit dem Kühlmittel (70) gekoppelt sind.
7. Stromrichter nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , 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.
8. Stromrichter nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die Kühleinrichtung (50) einen Kühlmittel-Kreislauf (72) zur Kühlung des Energiespeichers (210) aufweist.
9. Stromrichter nach einem der Ansprüche 2 bis 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die Kühleinrichtung (50) eine Kühlmittelpumpe (54) und einen Wärmetauscher (56) aufweist.
10. 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
- der Energiespeicher ein elektrischer Kondensator (210) ist.
11. 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
- 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.
12. Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage (401) mit einem Stromrichter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
13. Blindleistungs-Kompensationsanlage (501) mit einem
Stromrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
14. Verfahren zum Kühlen mindestens eines elektrischen
Energiespeichers (210) eines Stromrichters, wobei der
Stromrichter eine Mehrzahl von Modulen (1_1 ... 6_n) aufweist, wobei die Module jeweils mindestens zwei elektronische
Schaltelemente (202, 206) und einen elektrischen
Energiespeicher (210) aufweisen, wobei bei dem Verfahren
- der elektrische Energiespeicher (210) mittels eines flüssigen Kühlmittels (70) gekühlt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die elektronischen Schaltelemente (202, 206) mittels des flüssigen Kühlmittels (70) gekühlt werden.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- das flüssige Kühlmittel (70) mittels eines Kühlmittel- Kreislaufs (72) zu dem Energiespeicher (210) transportiert wird .
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- das flüssige Kühlmittel (70) mittels des Kühlmittel- Kreislaufs (72) zu den elektronischen Schaltelementen (202, 206) transportiert wird.
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