Technisches Gebiet der Erfindung

Stand der Technik

Ein DC-Energiesystem umfasst mindestens eine Energiequelle, die elektrische Leistung bevorzugt als Gleichstrom zur Verfügung stellt, also eine DC-Quelle, z.B. eine Batterie, einen PV-Generator oder eine Brennstoffzelle, und mindestens eine Last, die elektrische Leistung bevorzugt als Gleichstrom verbraucht, also eine DC- Senke, z. B. einen Verbraucher, sowie Verbindungen zwischen diesen elektrischen Komponenten. Das DC-Energiesystem kann ein DC-Netz oder einen DC-Bus umfassen, wo die elektrischen Komponenten angeschlossen sind, und weitere Quellen, Speicher und/oder Verbraucher umfassen. Der Übergang zwischen einem DC-Bus mit wenigen angeschlossenen Komponenten, beispielsweise lediglich einer Quelle und einer Senke, und einem DC-Netz mit einer Vielzahl an derartigen Komponenten ist fließend. In dieser Anmeldung wird unter dem Begriff DC-Netz auch ein DC-Bus verstanden.

Ein solches DC-Netz kann geerdet oder ungeerdet betrieben werden. Abhängig von der konkreten Betriebsart können unterschiedliche Überwachungs- und Schutzmechanismen für den Fall eines Erdschlusses normativ gefordert sein.

Ein ungeerdetes DC-Netz, in dem die Potentiale DC+ und DC- der jeweiligen DC- Leitungen DCL+ und DCL- keinen festen Bezug zum Erdpotential aufweisen, hat den Vorteil, dass ein etwaiger erster Erdschluss im DC-Netz, beispielsweise ein Isolationsfehler entlang einer der DC-Leitungen, noch zu keinem Schaden führt. Es wird jedoch eine Isolationsüberwachung benötigt, um das Auftreten jedweden Fehlers zu detektieren und ggf. schon bei einem ersten Erdschluss Gegenmaßnahmen einleiten zu können, z.B. die Energiequelle abzuschalten bzw. die Energiequelle und/oder die Fehlerstelle vom DC-Netz zu trennen. In einem geerdeten DC-Netz weisen die Potentiale DC+ und DC- einen definierten Bezug zum Erdpotential auf. Ein derartiger Erdbezug kann beispielsweise mittels einer resistiven Verbindung zwischen dem Erdpotential und einem der DC-Potentiale DC+ oder DC- einfach realisiert werden.

Ein DC-Netz kann über einen Stromrichter mit einem weiteren Energienetz, z. B. einem weiteren DC-Netz oder einem AC-Netz, beispielsweise einem AC- Versorgungsnetz, verbunden werden und mit dem weiteren Energienetz elektrische Leistung austauschen, insbesondere zur Unterstützung oder Wiederaufladung der DC-Quelle im DC-Netz. Grundsätzlich kann das DC-Netz auch dauerhaft oder zeitweise vollständig über den Stromrichter mit Energie aus dem weiteren Energienetz versorgt werden, wobei die Energiequelle des DC-Netzes ggf. zur Pufferung von Leistungsschwankungen verwendet werden kann.

Wenn das weitere Energienetz eine Erdung, z. B. in Form eines geerdeten Neutralleiters, aufweist und der Stromrichter transformatorlos aufgebaut ist, d.h. keine galvanische Trennung zwischen AC- und DC-Seite aufweist, wird das DC-Netz automatisch über den Stromrichter mit einem festen Erdbezug versehen, d.h. geerdet. Die konkrete Lage der Potentiale des DC-Netzes relativ zum Erdbezug wird dabei durch die konkret verwendete Topologie des Stromrichters vorgegeben.

Beispielsweise kann der Stromrichter gleichstromseitig einen geteilten Zwischenkreis aufweisen, dessen Mittelpunkt, also Mittelpotential, mit einem Neutralleiter mit festem Erdbezug verbunden ist, so dass sich die DC-Potentiale am Zwischenkreis weitgehend symmetrisch um das Erdpotential einstellen.

Insofern wird ein an sich ungeerdetes DC-Netz durch eine Verbindung mit einem geerdeten Energienetz über einen transformatorlosen Stromrichter ebenfalls zu einem geerdeten Netz. Es können sich somit zwei Betriebszustände für ein solches DC-Netz ergeben, ein ungeerdeter „Stand-alone“-Betrieb und ein geerdeter Betrieb bei Verbindung mit dem geerdeten Energienetz. Dies ist bei der Systemauslegung zu beachten.

Verbindet man allerdings ein geerdetes DC-Netz mit einem geerdeten AC-Netz, beispielsweise über einen Stromrichter, kann es zu derart hohen, unkontrollierten Stromflüssen zwischen den Netzen kommen, dass Komponenten des Stromrichters oder Komponenten der Netze beschädigt werden. Dies gilt auch, wenn in einem vermeintlich ungeerdeten DC-Netz ein Isolationsfehler vorhanden ist.

In WO2013/178654 A1 wird eine Isolationsüberwachung für ein DC-Netz beschrieben, das es ermöglicht, einen Isolationswiderstand eines DC-Netzes über einen Erdungswiderstand zu messen, der ein zwischen Schaltelementen einer Halbbrücke liegendes Mittelpotential einer Brückenschaltung eines mit dem DC-Netz verbundenen Stromrichters über einen Erdschalter mit Erdpotential verbindet.

Das Kürzel DC (engl. direct current) steht in dieser Anmeldung für Gleichstrom oder Gleichspannung und AC (engl. alternating current) für Wechselstrom oder Wechselspannung.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stromrichter und ein Verfahren mit einfacher zu handhabendem oder verbessertem Schutz gegen Erdströme aufzuzeigen, die bei Verbindung eines DC-Netzes mit einem geerdeten AC- Versorgungsnetz fließen können.

Lösung

Die Aufgabe wird durch einen Stromrichter mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe wird weiter durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.

Beschreibung der Erfindung

Bei einem Stromrichter zum Leistungstransfer zwischen einer AC-Seite des Stromrichters und einer DC-Seite des Stromrichters ist die AC-Seite des Stromrichters an ein geerdetes dreiphasiges AC-Versorgungsnetz anschließbar und die DC-Seite des Stromrichters ist an ein ungeerdetes DC-Netz anschließbar. Der Stromrichter weist eine Brückenschaltung auf, deren AC-Anschlüsse über AC- Schalter mit der AC-Seite des Stromrichters verbindbar sind und deren DC- Anschlüsse über Trennschalter mit der DC-Seite des Stromrichters verbindbar sind. Ein DC-Zwischenkreis des Stromrichters dient der Zwischenspeicherung von Energie während des Betriebs des Stromrichters und kann Teil der Brückenschaltung sein. Der DC-Zwischenkreis ist über eine galvanisch trennende AC-Vorladeschaltung aus dem AC-Versorgungsnetz aufladbar. Der Stromrichter weist einen Isolationswächter auf, der zur Messung des Isolationswiderstandes der DC-Seite des Stromrichters bei bestehender Verbindung der AC-Vorladeschaltung mit dem DC-Zwischenkreis eingerichtet ist.

In der Brückenschaltung wird insbesondere durch getaktete Ansteuerung von Halbleiterschaltern der an den Anschlüssen bereitgestellte Wechselstrom in an den DC-Anschlüssen bereitgestellten Gleichstrom gewandelt.

Die AC-Vorladeschaltung ermöglicht das Aufladen der Kondensatoren des DC- Zwischenkreises aus dem AC-Versorgungsnetz, in einem Zustand, in dem die AC- Seite des Stromrichters von dem AC-Versorgungsnetz getrennt sein kann. Die AC- Vorladeschaltung weist eine galvanische Trennung auf, beispielsweise durch das Vorsehen eines Transformators in der AC-Vorladeschaltung, beispielsweise in Form eines Sperrwandlers. Ein weiterer Vorteil ist, dass die AC-Vorladeschaltung hierdurch als inhärent kurzschlusssichere Schaltung ausgeführt und dadurch die Brandgefahr verringert werden kann, z. B. bei einem etwaigen Kurzschluss des DC- Zwischenkreises.

Das Aufladen der Kondensatoren des DC-Zwischenkreises aus dem AC- Versorgungsnetz kann Teil eines Schutzkonzeptes sein, bei dem das Aufladen der Kondensatoren des DC-Zwischenkreises aus dem AC-Versorgungsnetz erfolgt, bevor die AC-Seite des Stromrichters mit dem AC-Versorgungsnetz verbunden wird. Durch das Vorsehen der galvanischen Trennung in der AC-Vorladeschaltung kann ein an der DC-Seite des Stromrichters angeschlossenes DC-Netz in einer solchen Situation galvanisch vom AC-Versorgungsnetz getrennt bleiben und somit ohne Erdbezug bleiben, obwohl Kondensatoren des DC-Zwischenkreises aus dem AC- Versorgungsnetz aufgeladen werden. Der Isolationswächter weist beispielsweise eine Messung des Isolationswiderstandes des DC-Zwischenkreises auf, wie sie in WO2013/178654 A1 beschrieben ist. Durch die AC-Vorladeschaltung kann zudem die Überwachung des Isolationswiderstandes durchgeführt werden, während der DC-Zwischenkreis aus dem AC-Versorgungsnetz vorgeladen wird, und insbesondere bevor die AC-Seite des Stromrichters mit dem AC-Versorgungsnetz verbunden wird. Die Überwachung des Isolationswiderstandes ist durch den vorgesehenen Isolationswächter auch möglich, wenn die AC-Seite des Stromrichters vom AC-Versorgungsnetz getrennt ist, die AC-Vorladeschaltung inaktiv ist und das DC-Netz mit der DC-Seite des Stromrichters verbunden ist.

Dies ermöglicht die Erfüllung von Normen, die ggf. insbesondere in IT-Netzen eine permanente Isolationsüberwachung fordern. Insbesondere kann vor dem erstmaligem Zuschalten des AC-Versorgungsnetzes an das DC-Netz eine Überprüfung des Isolationswiderstandes des DC-Netzes durchgeführt werden.

In einer Ausführungsform sind die AC-Anschlüsse und die DC-Anschlüsse der Brückenschaltung galvanisch gekoppelt und der Leistungstransferpfad zwischen der AC-Seite und der DC-Seite des Stromrichters ist insbesondere transformatorlos ausgebildet. Dies kann Kostenvorteile gegenüber einer galvanisch getrennt ausgeführten Brückenschaltung bedeuten.

Ein Vorteil eines solchen Stromrichters mit AC-Vorladeschaltung, insbesondere auch wenn er transformatorlos ausgebildet ist und z. B. aktiv angesteuert wird, ist, dass er von der AC-Seite aus durch einen Vorladevorgang gestartet werden kann. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ein Starten von der DC-Seite aus ungünstig ist oder nicht möglich ist, weil z. B. eine Energiequelle wie Photovoltaikanlage oder Batterie auf der DC-Seite fehlt. In einem zweiten Schritt des Startens kann dann eine Überprüfung auf Erdfehler auf der DC-Seite, z. B. durch eine Messung des Isolationswiderstandes der DC-Seite, erfolgen. Es ist oft gefordert, dass erst nach Feststellen einer ausreichenden DC-seitigen Isolation, dann die AC-Seite zugeschaltet wird. Die Erfindung ermöglicht also ein Aufstarten von der AC-Seite, insbesondere bei Abwesenheit einer DC-Quelle. Die Messung des Isolationswiderstandes wird außerdem nicht durch die Vorladeschaltung verfälscht, da diese galvanisch trennend ausgeführt ist.

In einer Ausführungsform ist der Isolationswächter zwischen der AC-Seite des Stromrichters und den AC-Anschlüssen der Brückenschaltung angeordnet. Er kann einen Erdungswiderstand aufweisen, der ein zwischen Schaltelementen einer Halbbrücke liegendes Mittelpotential der Brückenschaltung über einen Erdschalter mit Erdpotential verbindet.

In einer Ausführungsform dient zumindest einer der AC-Schalter als Erdschalter. Hierdurch können Kosten reduziert werden.

In einer Ausführungsform ist eine Isolationsüberwachung mittels Fehlerstrommessung der AC-Anschlüsse, z. B. mittels eines Dl-Wandlers vorgesehen.

Im Betrieb und bei Versorgung von DC-Lasten an einem DC-Netz, das u. a. z. B. aus einem Stromrichter gespeist wird, der ein transformatorloser aktiver Gleichrichter ist, kann sich der Erdbezug des DC-Netzes über die Erdung des AC-Versorgungsnetzes auf der AC-Seite des Gleichrichters ergeben. Die Potentiale DC+ und DC- können z. B. über die Verbindung zur AC-Seite symmetrisch niederohmig gegen Erde liegen. Die Wahl des Bezugspunktes für die Erdung im DC-Netz kann vorteilhaft so erfolgen, dass insbesondere ein Potential in der Nähe des Mittelpotentials mit dem Erdpotential verbunden wird. Das Mittelpotential kann bevorzugt in der Mitte zwischen DC+ und DC- liegen. Ein Potential in der Nähe des Mittelpotentials kann z. B. durch symmetrisches Takten der Halbleiter einer Brückenschaltung in der Mitte dieser Brückenschaltung erreicht werden. Wenn der Zwischenkreis aus einer Reihenschaltung mehrerer Kapazitäten besteht, kann ein solches Potential auch an einem Mittelabgriff dieser Reihenschaltung bereitgestellt werden, beispielsweise durch Verbinden mit dem Neutralleiter. Dadurch kann die Spannung der DC+ und DC- Potentiale im DC-Netz gegen Erde auf etwa die Hälfte der gesamten DC- Spannung begrenzt werden, wodurch u.a. Anforderungen an die die Isolationskoordination entsprechend vereinfacht sind gegenüber einer Erdung an DC+ oder DC-. Wird ein DC-Netz z. B. an DC- geerdet, so muss die Isolierung der Leitungen auf DC+ Potential für die volle Systemspannung gegen Erde ausgelegt sein und umgekehrt. Das kann bei hohen Systemspannungen zu erheblichen Kosten führen.

Wenn sich das AC-Versorgungsnetz vom Stromrichter trennt, so fällt der Erdbezug weg. Wird der DC-Bus dann weiter betrieben, beispielsweise indem er von einer DC- Quelle am DC-Bus weiterhin versorgt wird, ist im laufenden Betrieb nun eine Überwachung auf Erdfehler erforderlich. Dies kann vorteilhaft durch eine Isolationsüberwachung mittels des Isolationswächters erfolgen.

Der Stromrichter ermöglicht außerdem, das Energiesystem regelmäßig zu prüfen, z.B. bei jedem Start des Stromrichters mittels des Isolationswächters. Darüber hinaus sind periodische Isolationszustandsmessungen im laufenden Betrieb mittels Fehlerstrommessung der AC-Anschlüsse, möglich, um dauerhaft einen ausreichenden Isolationszustand des Energiesystems zu überwachen.

In einer Ausführungsform ist pro DC-Anschluss zumindest ein Trennschalter mit einem hinzuschaltbaren Vorladewiderstand vorhanden. Hierbei kann ein Trennschalter mit einem hinzuschaltbaren Vorladewiderstand, insbesondere durch Überbrückung des Trennschalters oder als eingeschleifte Parallelschaltung aus Halbleiterschalter und Vorladewiderstand ausgeführt sein. Durch Vorsehen der Vorladewiderstände kann beim Verbinden des DC-Netzes mit dem Stromrichter der Isolationswiderstand durch den Isolationswächter überwacht werden, wobei der Vorladewiderstand dabei - im Fehlerfall - vor zu hohen Strömen schützen kann. Das Hinzuschalten der DC-Anschlüsse kann zunächst einzeln oder gemeinsam, mit oder ohne Vorsehen des Vorladewiderstands, und dann bei genügend großem Isolationswiderstand des DC-Netzes gemeinsam und ohne Vorsehen des Vorladewiderstands erfolgen.

In einer weiteren Ausführungsform ist nur ein DC-Anschluss über einen Trennschalter mit parallel schaltbarem Vorladewiderstand mit der DC-Seite des Stromrichters verbunden. In diesem Fall ist der andere DC-Anschluss direkt mit der DC-Seite verbunden. Man spart also einen Trennschalter ein, indem nur eine einpolige Trennung der DC-Anschlüsse mit dem an der DC-Seite angeschlossenen DC-Netz vorsieht. Hier kann eine Isolationswiderstandsbestimmung bei geöffnetem Trennschalter erfolgen.

In einer Ausführungsform weist der Stromrichter eine Steuereinheit auf, die eingerichtet ist, den DC-Zwischenkreis durch die AC-Vorladeschaltung bei geöffneten AC-Schaltern vorzuladen, die DC-Anschlüsse mit dem DC-Netz durch Schließen der Trennschalter zu verbinden, anschließend den Isolationswiderstand des DC-Netzes mit einem Isolationswächter zu messen, bei genügend großem Isolationswiderstand die AC-Schalter zu schließen, und durch den Stromrichter eine Spannung des DC- Netzes einzustellen.

In einer Ausführungsform ist die Steuereinheit eingerichtet, den DC-Zwischenkreis mit einer Leistung aufzuladen, die wesentlich geringer ist als die Nennleistung des Stromrichters.

In einer Ausführungsform ist die Steuereinheit eingerichtet, die Vorladewiderstände selektiv pro DC-Leitung insbesondere bei der Messung des Isolationswiderstandes durch den Isolationswächter hinzuzuschalten. Dies dient z. B. dazu, zu hohe Ströme beim Verbinden des DC-Zwischenkreises mit dem DC-Netz zu vermeiden.

In einer Ausführungsform ist der Stromrichter eingerichtet, die Spannung der DC- Seite einzustellen, während die DC-Seite ohne Zwischenschaltung von Vorladewiderständen mit den DC-Anschlüssen verbunden ist. Der Stromrichter ist eingerichtet, bei eingestellter DC-Spannung die DC-Seite über Trennschalter mit überbrückten Vorladewiderständen mit elektrischer Leistung zu versorgen. Dies entspricht z. B. einem Betriebszustand „Normalbetrieb“ des Stromrichters, bei dem das DC-Netz aus dem AC-Versorgungsnetz mit elektrischer Leistung versorgt wird.

Ein Verfahren zur Versorgung eines ungeerdeten DC-Netzes aus einem geerdeten dreiphasigen AC-Versorgungsnetz durch einen transformatorlosen Stromrichter mit einer Brückenschaltung, deren DC-Anschlüsse mittels Trennschaltern mit dem DC- Netz verbindbar sind und deren AC-Anschlüsse über AC-Schalter mit dem AC- Versorgungsnetz verbindbar sind, sowie mit einer galvanisch trennenden AC- Vorladeschaltung zum Vorladen eines DC-Zwischenkreises des Stromrichters aus dem AC-Versorgungsnetz, weist die Schritte auf:

- Vorladen des DC-Zwischenkreises durch die AC-Vorladeschaltung bei geöffneten AC-Schaltern,

- Verbinden der DC-Anschlüsse mit dem DC-Netz durch Schließen der Trennschalter,

- anschließendes Messen des Isolationswiderstandes des DC-Netzes mit einem Isolationswächter,

- bei genügend großem Isolationswiderstand: Schließen der AC-Schalter und Einstellen einer Spannung des DC-Netzes durch den Stromrichter.

Bei zu geringem Isolationswiderstand kann das Hochstarten des Stromrichters aus Sicherheitsgründen gestoppt werden.

Das Vorladen des DC-Zwischenkreises erfolgt bevorzugt mit geringer Leistung, d. h. mit einer Leistung, die wesentlich geringer ist als die Nennleistung des Stromrichters. Es wird kein Potentialbezug zwischen dem DC-Zwischenkreis und dem AC- Versorgungsnetz hergestellt, da die AC-Vorladeschaltung galvanisch trennend ausgebildet ist, z. B. durch das Vorsehen eines Sperrwandlers in der AC- Vorladeschaltung. Die Vorladewiderstände sind bevorzugt hochohmig ausgebildet, um im Fehlerfall zu hohe Fehlerströme zu vermeiden.

In einer Ausführungsform weist das Verfahren außerdem den Schritt auf, dass das Verbinden zumindest eines DC-Anschlusses mit dem DC-Netz über einen Vorladewiderstand erfolgt. In dieser Ausführungsform werden die Vorladewiderstände dann bei der Messung des Isolationswiderstandes durch den Isolationswächter berücksichtigt.

In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Messen des Isolationswiderstandes einen ersten Schritt, in dem ein erster DC-Anschluss über einen ersten Vorladewiderstand mit dem DC-Netz verbunden ist, und einen zweiten Schritt, in dem ein zweiter, vom ersten DC-Anschluss unterschiedlicher DC- Anschluss über einen zweiten Vorladewiderstand mit dem DC-Netz verbunden ist, wobei der Isolationswiderstand aus bei dem ersten Schritt und bei dem zweiten Schritt erfassten Messwerten bestimmt wird.

In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Einstellen der Spannung des DC-Netzes durch den Stromrichter, während das DC-Netz ohne Zwischenschaltung von Vorladewiderständen mit den DC-Anschlüssen verbunden ist. Dies entspricht z. B. einem Betriebszustand „Normalbetrieb“ des Stromrichters, bei dem das DC-Netz aus dem AC-Versorgungsnetz mit elektrischer Leistung versorgt wird.

In einer Ausführungsform ist beim Schließen der AC-Schalter zumindest ein DC- Anschluss über einen Vorladewiderstand mit dem DC-Netz verbunden. In dieser Ausführungsform erfolgt das Verbinden mit dem AC-Versorgungsnetz also zumindest über einen Vorladewiderstand von zumindest einem der DC-Anschlüsse. Hierdurch kann ein zu großer Strom beim Zuschalten des DC-Netzes auf den DC- Zwischenkreis vermieden werden.

In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren außerdem die Schritte:

• bei Ausfall des AC-Versorgungsnetzes: ein Öffnen der AC-Schalter und Weiterbetrieb des DC-Netzes über eine an dem DC-Netz angeschlossene Energiequelle,

• wobei während des Weiterbetriebs der Isolationswiderstand des DC-Netzes mit dem Isolationswächter kontinuierlich oder wiederholt gemessen wird.

Es ist dann als optionaler Schritt möglich, bei erkanntem Isolationsfehler, d. h. z. B. einem zu kleinen Isolationswiderstand des DC-Netzes gegen Erdpotential, das DC- Netz durch Öffnen der Trennschalter zu trennen. Bei Erkennen eines

Isolationsfehlers kann zusätzlich ein Fehlersignal erzeugt und geeignet übermittelt werden.

In einer Ausführungsform des Verfahrens kann nach dem Schließen der AC-Schalter, also bei einer bestehenden Verbindung des AC-Versorgungsnetzes mit dem DC- Netz und einer Versorgung des DC-Netzes mit elektrischer Leistung aus dem AC- Versorgungsnetz eine Isolationsüberwachung des DC-Netzes mittels einer Fehlerstrommessung an den AC-Anschlüssen, z. B. mittels eines Dl-Wandlers, erfolgen. Dies entspricht beispielsweise einem „Normalbetrieb“ des Stromrichters. In einer Ausführungsform des Verfahrens können vor dem Schließen der AC- Schalter die Trennschalter geöffnet werden. Sind die AC-Schalter dann geschlossen kann der Stromrichter die DC-Spannung an seiner DC-Seite auf eine Spannung des DC-Netzes angleichen, optional auch um Erdpotential symmetrieren, und danach die Trennschalter schließen, um das DC-Netz zu verbinden und über den Stromrichter aus dem AC-Versorgungsnetz mit elektrischer Leistung zu versorgen. Auf diese Weise können Einschaltströme beim Verbinden des DC-Netzes mit dem AC- Versorgungsnetz reduziert werden.

Der Stromrichter und das Verfahren ermöglichen eine variable Verbindung eines DC- Energiesystems mit einem geerdeten AC-Versorgungsnetz, insbesondere über einen transformatorlosen Stromrichter und stellen zugleich ein Schutzkonzept für einen solchen Betrieb zur Verfügung.

Kurzbeschreibunq der Figuren

Im Folgenden wird die Erfindung mithilfe von Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Stromrichters; Fig. 2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens.

Figurenbeschreibung

In Fig. 1 ist schematisch eine Ausführungsform eines Stromrichters 10 mit einer AC- Seite 16 und einer DC-Seite 18 dargestellt. An der AC-Seite 16 ist ein am Erdpotential PE geerdetes dreiphasiges AC-Versorgungsnetz 12 angeschlossen. An der DC-Seite 18 ist ein DC-Netz 14 angeschlossen. Das DC-Netz 14 weist einen Isolationswiderstand 50 gegen Erdpotential PE auf. Eine Batterie 42 ist über DC- Schalter 46 mit dem DC-Netz 14 verbindbar. Die Batterie 42 kann einen unerwünschten parasitären Widerstand 42. P gegen Erdpotential PE aufweisen. Eine Last 44 ist über DC-Schalter 48 mit dem DC-Netz verbindbar. Die Last 44 kann einen unerwünschten parasitären Widerstand 44. P gegen Erdpotential PE aufweisen. Eine Last 44 kann insbesondere einen oder mehrere Verbraucherumfassen, wie z. B. eine Maschine, eine Industrieanlage, oder auch einen Elektrolyseur. Der Stromrichter 10 weist eine Brückenschaltung 20 auf, die ausgebildet ist, Wechselstrom oder Wechselspannung an AC-Anschlüssen ACL1 , ACL2, ACL3 in Gleichstrom oder Gleichspannung an DC-Anschlüssen DCL+, DCL+ umzuwandeln. Die Brückenschaltung 20 ist ebenfalls ausgebildet, Gleichstrom oder Gleichspannung an den DC-Anschlüssen DCL+, DCL+ in Wechselstrom oder Wechselspannung an den AC-Anschlüssen ACL1 , ACL2, ACL3 umzuwandeln. Im dargestellten Ausführungsbeispiel geschieht die Umwandlung dadurch, dass eine Steuereinheit 30 Halbleiterschalter der Brückenschaltung 20 geeignet ansteuert. Eine Brückenschaltung 20 mit Halbleiterschaltern ist in der Regel transformatorlos, d. h. die AC-Anschlüsse ACL1 , ACL2, ACL3 und die DC-Anschlüsse DCL+, DCL- einer solchen Brückenschaltung sind galvanisch gekoppelt. Wenn das AC- Versorgungsnetz einen Erdbezug aufweist, z. B. durch einen geerdeten Neutralleiter, wird den DC-Anschlüsse DCL+, DCL- damit in der Regel automatisch über die Brückenschaltung 20 ein Erdbezug zugewiesen. Die konkrete Lage der Potentiale der DC-Anschlüsse relativ zum Erdbezug (DC+ / DC- gegen PE) werden dabei durch die konkret verwendete Topologie der Brückenschaltung 20 vorgegeben. Beispielsweise kann die Brückenschaltung 20 DC-seitig einen geteilten DC- Zwischenkreis aufweisen, dessen Mittelpunkt mit dem Neutralleiter des AC- Versorgungsnetzes 12 mit festem Erdbezug PE als Mittelpotential verbunden ist, so dass sich die DC-Potentiale am DC-Zwischenkreis weitgehend symmetrisch um das Erdpotential PE einstellen. Insofern wird ein an sich ungeerdetes DC-Netz 14 durch eine Verbindung mit dem geerdeten AC-Versorgungsnetz 12 über den transformatorlosen Stromrichter 10 ebenfalls zu einem geerdeten DC-Netz 14. Es können sich somit zwei Betriebszustände für das DC-Netz 14 ergeben, ein ungeerdeter „Stand-alone-Betrieb“ mit Versorgung aus der Batterie 42 und ein geerdeter Betrieb bei Verbindung mit dem geerdeten AC-Versorgungsnetz 12.

Der DC-Zwischenkreis der Brückenschaltung 20 soll in der Regel beim Hochfahren des Stromrichters 10, vor der Verbindung der AC-Seite 16 oder DC-Seite 18 mit den entsprechenden Netzen 12, 14, vorgeladen werden. Dies wird angestrebt, um z. B. Ladeströme von Kondensatoren des DC-Zwischenkreises bei einer erstmaligen Verbindung mit dem DC-Netz 14 zu begrenzen. Eine AC-Vorladeschaltung 40 des Stromrichters 10 ist eingerichtet, eine solche Vorladung aus dem AC- Versorgungsnetz 12 durchzuführen und weist hierfür eine galvanische Trennung auf. Über die AC-Vorladeschaltung 40 kann der DC-Zwischenkreis der Brückenschaltung 20 direkt aus dem AC-Versorgungsnetz 12 vorgeladen werden. Hierfür ist die Wechselstromseite der AC-Vorladeschaltung 40 mit der AC-Seite 16 des Wechselrichters 10 verbunden. Die AC-Vorladeschaltung wird durch die Steuereinheit 30 angesteuert. Ein Halbleiterschalter 38 ist zwischen den Gleichrichter 36 und den DC-Anschluss DCL- geschaltet. Er wird ebenfalls von der Steuereinheit 30 angesteuert.

Der Stromrichter 10 weist weiter eine Fehlerstrommessung 32 an den AC-Anschlüssen ACL1 , ACL2, ACL3 auf, die auf einer Differenzstrommessung der drei AC-Anschlüsse ACL1 , ACL2, ACL3 basiert.

Über AC-Schalter 22 können die AC-Anschlüsse ACL1 , ACL2, ACL3 mit der AC-Seite 16 verbunden werden. Es ist ein Isolationswächter 34 vorgesehen, der über einen Erdschalter 22. E mit dem Mittelpotential einer Halbbrücke der Brückenschaltung 20 verbunden werden kann. Der Isolationswächter 34 kann außerdem über einen Erdschalter SE mit Erdpotential PE verbunden werden. Der Isolationswächter 34 dient zur Überwachung des Isolationswiderstandes 50 des DC-Netzes - sofern dieses angeschlossen ist. Der Isolationswächter 34 weist hierzu einen Erdungswiderstand RE auf, über den die Verbindung des Mittelpotentials mit dem Erdpotential erfolgt. Ein solcher Isolationswächter 34 ist beispielsweise in WO2013/178654 A1 beschrieben. In einer in Fig. 2 gezeigten Ausführung kann der Isolationswächter auch nur einen Erdschalter 22. E aufweisen, der gleichzeitig einen Teil der schaltbaren Verbindung der AC-Anschlüsse ACL3 mit der AC-Seite 16 darstellt.

Über einen Trennschalter 26.1 kann der DC-Anschluss DCL+ mit der DC-Seite 18 verbunden werden. Über einen Trennschalter 26.2 kann der DC-Anschluss DCL- mit der DC-Seite 18 verbunden werden. Für den DC-Anschluss DCL+ ist ein hinzuschaltbarer Vorladewiderstand 24.1 vorgesehen. Für den DC-Anschluss DCL- ist ein hinzuschaltbarer Vorladewiderstand 24.2 vorgesehen. Die Trennschalter 26.1 , 26.2 mit hinzuschaltbarem Vorladewiderstand 24.1 , 24.2 sind durch Überbrückung des Trennschalters 26.1 , 26.2 oder als eingeschleifte Parallelschaltung aus Halbleiterschalter 24.1 , 24.2 und Vorladewiderstand 28.1 , 28.2 ausgeführt. Abweichend von der in Fig. 1 gezeigten und vorstehend beschriebenen zweipoligen Ausführung einer Trennschalteranordnung ist in Fig. 2 weiterhin eine einpolige Ausführung einer Trennschalteranordnung gezeigt. Der DC-Anschluss DCL- ist hierbei direkt, also ohne einen Trennschalter, mit der DC-Seite verbunden.

In Fig. 3 ist schematisch ein Verfahren zur Versorgung des ungeerdeten DC-Netzes 14 aus dem geerdeten dreiphasigen AC-Versorgungsnetz 12 durch den transformatorlosen Stromrichter 10 dargestellt. In Schritt S1 wird der DC- Zwischenkreis durch die AC-Vorladeschaltung 40 bei geöffneten AC-Schaltern 22 aus dem AC-Versorgungsnetz 12 geladen. In Schritt S2 werden die DC-Anschlüsse DCL+, DCL- mit dem DC-Netz 14 durch Schließen der Trennschalter 26.1 , 26.2 verbunden. Anschließend wird in Schritt S3 der Isolationswiderstand 50 des DC- Netzes 14 mit einem Isolationswächter 34 gemessen und bei genügend großem Isolationswiderstand 50 werden in Schritt S4 die AC-Schalter 22 geschlossen und in Schritt S5 eine Spannung des DC-Netzes 14 durch den Stromrichter 10 eingestellt. Wird in Schritt S3 ermittelt, dass der Isolationswiderstand 50 nicht groß genug ist, also das DC-Netz 14 keine genügend große Isolation gegen Erdpotential PE aufweist, so wird der Schritt S3 wiederholt.

Die Messung des Isolationswiderstandes 50 in Schritt S3 erfolgt mit geschlossenem Schalter 22. E, um den Isolationswächter 34 mit dem Mittelpotential der Brückenschaltung 20 zu verbinden.

Optional kann in Schritt S2 das Verbinden zumindest eines DC-Anschlusses DCL+, DCL- mit dem DC-Netz 14 über einen Vorladewiderstand 28.1 , 28.2 erfolgen. Durch Vorsehen der Vorladewiderstände 28.1 , 28.2 kann beim Verbinden des DC-Netzes 14 mit dem Stromrichter 10 in Schritt S2 der Isolationswiderstand 50 durch den Isolationswächter 34 überwacht werden, wobei der Vorladewiderstand 28.1 , 28.2 dabei - im Fehlerfall - vor zu hohen Strömen schützen kann. Das Hinzuschalten der DC-Anschlüsse DCL+, DCL- kann zunächst einzeln und dann bei genügend großem Isolationswiderstand 50 des DC-Netzes 14 gemeinsam erfolgen. Bezuqszeichenliste

10 Stromrichter

12 AC-Versorgungsnetz

14 DC-Netz

16 AC-Seite

18 DC-Seite

20 Brückenschaltung

22 AC-Schalter

22. E Erdschalter

24.1 , 24.2 Schalter

26.1 , 26.2 Trennschalter

28.1 , 28.2 Vorladewiderstand

30 Steuereinheit

32 Fehlerstrommessung

34 Isolationswächter

36 Gleichrichter der AC-Vorladeschaltung

38 Halbleiterschalter

40 AC-Vorladeschaltung

42 Batterie

42. P parasitärer Widerstand

44 Last

44. P parasitärer Widerstand

46 DC-Schalter

48 DC-Schalter

50 Isolationswiderstand

ACL1 , ACL2, ACL3 AC-Anschluss

DCL+, DCL- DC-Anschluss

PE Potential Erde

RE Erdungswiderstand

SE Erdschalter

S1 , S2, S3, S4, S5 Verfahrensschritte