Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen eines mo dularen Stromrichters, der eine Vielzahl von Modulen auf weist, welche jeweils mindestens zwei elektronische Schalt elemente und einen elektrischen Energiespeicher aufweisen. Weiterhin betrifft die Erfindung einen derartigen modularen Stromrichter .

Stromrichter sind leistungselektronische Schaltungen zum Um wandeln von elektrischer Energie. Mit Stromrichtern kann Wechselstrom in Gleichstrom, Gleichstrom in Wechselstrom, Wechselstrom in Wechselstrom anderer Frequenz und/oder Ampli tude oder Gleichstrom in Gleichstrom anderer Spannung umge wandelt werden. Stromrichter können eine Vielzahl von gleich artigen Modulen aufweisen, welche elektrisch in Reihe ge schaltet sind. Durch die elektrische Reihenschaltung der Mo- dule lassen sich hohe Ausgangsspannungen erreichen. Die

Stromrichter sind einfach an unterschiedliche Spannungen an passbar (skalierbar) und eine gewünschte Ausgangsspannung kann relativ genau erzeugt werden.

Solche Stromrichter werden beispielsweise zur Hochspannungs gleichstromübertragung (HGÜ) oder zur aktiven Blindleistungs kompensation eingesetzt. Dabei weist jedes Modul des Strom richters einen elektrischen Energiespeicher auf. Diese im Stromrichter räumlich verteilten Energiespeicher dienen als Energie-Zwischenspeicher beispielsweise für die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom oder umgekehrt. Die dabei eingesetzten Energiespeicher (insbesondere elektrische Kon densatoren wie beispielsweise Folienkondensatoren) sind im Allgemeinen sehr zuverlässig und weisen selbst bei Spannungen von einigen kV nur einen sehr geringen Leckstrom auf. Trotz dem kann nicht ausgeschlossen werden, dass ein solcher Ener giespeicher beschädigt wird. Eine solche Beschädigung kann dazu führen, dass der Leckstrom (der von der positiven Elekt rode des Energiespeichers zu der negativen Elektrode des Energiespeichers im Inneren des Energiespeichers fließt) ver größert wird, was (zumindest mittel- bis langfristig) zu ei ner weiteren Schädigung des Energiespeichers (beispielsweise zu einem Kurzschluss im Energiespeicher) führen kann. Solche vergrößerten Leckströme sind oftmals immer noch so gering, dass sie durch eine herkömmliche Kurzschlussüberwachung des Stromrichters nicht erkannt werden. Über einen längeren Zeit raum können derartige vergrößerte Leckströme jedoch bei spielsweise zu einer thermischen Beschädigung des Energie speichers (beispielsweise zu einer thermischen Schädigung des Dielektrikums des Kondensators) führen, wodurch im Extremfall ein Kurzschluss mit anschließendem Brand ausgelöst werden kann. Ein derartiger Kurzschluss führt dann oft zu ver gleichsweise großen Beschädigungen in der Umgebung des Ener giespeichers. Oftmals muss dann der modulare Stromrichter zur Reparatur abgeschaltet werden. Solche Abschaltungen sind sehr teuer und reduzieren die Verfügbarkeit des Stromrichters.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und einen Stromrichter anzugeben, mit denen eine langsame Zerstö rung des elektrischen Energiespeichers vermieden werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren und durch einen Stromrichter nach den unabhängigen Patentan sprüchen. Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens und des Stromrichters sind in den jeweiligen abhängigen Patentan sprüchen angegeben.

Offenbart wird ein Verfahren zum Überwachen eines modularen Stromrichters, der in einer Reihenschaltung eine Mehrzahl (oder sogar Vielzahl) von (zweipoligen) Modulen aufweist, welche jeweils mindestens zwei elektronische Schaltelemente und einen elektrischen Energiespeicher aufweisen, wobei bei dem Verfahren

- während des Betriebs des Stromrichters in einem Zeitab schnitt, in dem der durch die Reihenschaltung fließende Strom (Laststrom des Stromrichters) mittels mindestens eines Schaltelements eines Moduls an dem Energiespeicher des Moduls vorbeigeführt wird, ein zeitlicher Spannungsverlauf der Span nung des Energiespeichers ermittelt wird,

- anhand des zeitlichen Spannungsverlaufs der Leckstrom des Energiespeichers ermittelt wird, und

- ein Überwachungssignal ausgegeben wird, wenn der Leckstrom einen vorbestimmten Wert überschreitet. Dabei ist besonders vorteilhaft, dass die Überwachung des Energiespeichers wäh rend des regulären Betriebs des Stromrichters durchgeführt werden kann. Es ist also nicht notwendig, für die Überwachung des Energiespeichers den Stromrichter abzuschalten. Weiterhin ist vorteilhaft, dass zur Überwachung des Stromrichters le diglich der zeitliche Verlauf der Spannung des Energiespei chers (zeitlicher Spannungsverlauf) ermittelt zu werden braucht. Weitere Messgrößen sind dazu nicht notwendig, insbe sondere müssen keine in dem Stromrichter fließenden Ströme gemessen werden. Der vorbestimmte Wert des Leckstroms ist ein Schwellenwert, ab dessen Überschreitung der Leckstrom des Energiespeichers zu groß ist.

Der Zeitabschnitt, in dem der durch die Reihenschaltung flie ßende Strom (Laststrom des Stromrichters) mittels mindestens eines Schaltelements des Moduls an dem Energiespeicher des Moduls vorbeigeführt wird, stellt einen besonderen Betriebs zustand des Moduls dar. Solche Zeitabschnitte treten wieder holt während des Betriebs des Stromrichters auf. Während die ser Zeitabschnitte kann jeweils der Leckstrom des Energie speichers ermittelt werden. Mit anderen Worten gesagt, ist in dem Zeitabschnitt der Energiespeicher des Moduls mittels min destens eines Schaltelements des Moduls von dem durch den Stromrichter fließenden (Last-) Strom getrennt. Mit nochmals anderen Worten gesagt, ist in dem Zeitabschnitt der (äußere) Kondensatorstrom gleich Null.

Mittels der Schaltelemente eines Moduls kann der durch die Reihenschaltung fließende Strom durch den Energiespeicher des Moduls geführt oder an dem Energiespeicher des Moduls vorbei- geführt werden. Wenn der durch die Reihenschaltung fließende Strom mittels mindestens eines Schaltelements an dem Energie speicher des Moduls vorbeigeführt wird, dann liegt der Zeit abschnitt vor.

Das Verfahren kann so ablaufen, dass auf das Überwachungssig nal hin ein Überbrückungsschalter geschlossen wird, der das Modul überbrückt. Durch diese Überbrückung des Moduls mittels des Überbrückungsschalters wird das Modul mit dem elektri schen Energiespeicher (welcher einen zu hohen Leckstrom auf weist) außer Betrieb genommen. Dadurch wird sichergestellt, dass der Energiespeicher nicht durch den zu hohen Leckstrom zerstört wird und ein Kurzschluss oder ähnliches auftritt.

Das Verfahren kann auch so ablaufen, dass der elektrische Energiespeicher ein Kondensator ist und/oder die elektroni schen Schaltelemente IGBTs sind. Der elektrische Energiespei cher kann insbesondere ein Folienkondensator sein. Mit derar tigen Folienkondensatoren lassen sich bei hohen Spannungen große elektrische Ladungen _Z wischenspeichern.

Das Verfahren kann so ablaufen, dass die zwei elektronischen Schaltelemente in einer Halbbrückenschaltung angeordnet sind oder die Module jeweils mindestens die zwei elektronischen Schaltelemente, den elektrischen Energiespeicher und zwei weitere elektronische Schaltelemente aufweisen, wobei die zwei elektronischen Schaltelemente und die zwei weiteren elektronischen Schaltelemente in einer Vollbrückenschaltung angeordnet sind. Die Module des modularen Stromrichters kön nen also als sogenannte Halbbrücken-Module und/oder als soge nannte Vollbrücken-Module ausgestaltet sein.

Das Verfahren kann auch so ablaufen, dass der Stromrichter ein modularer Multilevel-Stromrichter ist.

Das Verfahren kann so ablaufen, dass der Leckstrom anhand des zeitlichen Spannungsverlaufs und der (bekannten) elektrischen Kapazität des Energiespeichers ermittelt wird. Die elektri sche Kapazität des Energiespeichers ist dabei vorbekannt und kann als ein modulspezifischer Parameter abgespeichert sein.

Offenbart wird weiterhin ein modularer Stromrichter

- mit einer Mehrzahl (oder sogar Vielzahl) von in einer Rei henschaltung angeordneten (zweipoligen) Modulen, welche je weils mindestens zwei elektronische Schaltelemente und einen elektrischen Energiespeicher aufweisen, und

- mit einer Überwachungseinrichtung, die während des Betriebs des Stromrichters in einem Zeitabschnitt, in dem der durch die Reihenschaltung fließende Strom (Laststrom des Stromrich ters) mittels mindestens eines Schaltelements eines Moduls an dem Energiespeicher des Moduls vorbeigeführt wird, einen zeitlichen Spannungsverlauf der Spannung des Energiespeichers ermittelt, anhand des zeitlichen Spannungsverlaufs den

Leckstrom des Energiespeichers ermittelt, und ein Überwa chungssignal ausgibt, wenn der Leckstrom einen vorbestimmten Wert überschreitet.

Dieser Stromrichter kann so ausgestaltet sein, dass das Modul mit einem Überbrückungsschalter versehen ist, der auf das Überwachungssignal hin das Modul überbrückt.

Der Stromrichter kann auch so ausgestaltet sein, dass der elektrische Energiespeicher ein Kondensator ist und/oder die elektronischen Schaltelemente IGBTs sind.

Der Stromrichter kann so ausgestaltet sein, dass die zwei elektronischen Schaltelemente in einer Halbbrückenschaltung angeordnet sind oder die Module jeweils die zwei elektroni schen Schaltelemente, den elektrischen Energiespeicher und zwei weitere elektronischen Schaltelemente aufweisen, wobei die zwei elektronischen Schaltelemente und die zwei weiteren elektronischen Schaltelemente in einer Vollbrückenschaltung angeordnet sind. Der Stromrichter kann ein modularer Multilevel-Stromrichter sein .

Der Stromrichter kann so ausgestaltet sein, dass die Überwa chungseinrichtung den Leckstrom anhand des zeitlichen Span nungsverlaufs und der (bekannten) elektrischen Kapazität des Energiespeichers ermittelt.

Der Stromrichter kann auch so ausgestaltet sein, dass die Überwachungseinrichtung Bestandteil des Moduls ist (modulin terne Überwachungseinrichtung) . Dadurch kann vorteilhafter weise jedes Modul eine eigene modulinterne Überwachungsein richtung aufweisen, so dass jedes Modul unabhängig von ande ren Modulen überwacht werden kann.

Die vorstehend beschriebenen Varianten des Stromrichters wei sen gleichartige Vorteile auf, wie sie im Zusammenhang mit dem Verfahren angegeben sind.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei spielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen verweisen da bei auf gleiche oder gleich wirkende Elemente. Dazu ist in

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines modularen Stromrich ters, in

Figur 2 ein Ausführungsbeispiel eines Moduls des modularen

Stromrichters, in

Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Moduls des modularen Stromrichters, und in

Figur 4 ein beispielhafter Verfahrensablauf dargestellt . In Figur 1 ist ein Stromrichter 1 in Form eines modularen Multilevelstromrichters 1 (modular multilevel Converter, MMC) dargestellt. Dieser Multilevelstromrichter 1 weist einen ers ten Wechselspannungsanschluss 5, einen zweiten Wechselspan nungsanschluss 7 und einen dritten Wechselspannungsanschluss 9 auf. Der erste Wechselspannungsanschluss 5 ist elektrisch mit einem ersten Phasenmodulzweig 11 und einem zweiten Pha senmodulzweig 13 verbunden. Der erste Phasenmodulzweig 11 und der zweite Phasenmodulzweig 13 bilden ein erstes Phasenmodul 15 des Stromrichters 1. Das dem ersten Wechselspannungsan schluss 5 abgewandte Ende des ersten Phasenmodulzweigs 11 ist mit einem ersten Gleichspannungsanschluss 16 elektrisch ver bunden; das dem ersten Wechselspannungsanschluss 5 abgewandte Ende des zweiten Phasenmodulzweigs 13 ist mit einem zweiten Gleichspannungsanschluss 17 elektrisch verbunden. Der erste Gleichspannungsanschluss 16 ist ein positiver Gleichspan nungsanschluss; der zweite Gleichspannungsanschluss 17 ist ein negativer Gleichspannungsanschluss.

Der zweite Wechselspannungsanschluss 7 ist mit einem Ende ei nes 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 Wechselspannungsan schluss 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 Wech selspannungsanschluss 9 abgewandte Ende des fünften Phasenmo dulzweigs 27 sind mit dem ersten Gleichspannungsanschluss 16 elektrisch verbunden. Das dem zweiten Wechselspannungsan schluss 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.

Jeder Phasenmodulzweig weist eine Mehrzahl von Modulen (1_1, 1_2, 1_3, ... l_n; 2_1 ... 2_n; usw.) auf, welche (mittels ihrer galvanischen Stromanschlüsse) elektrisch in Reihe geschaltet sind. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 weist jeder Phasen modulzweig n Module auf. Die Anzahl der (mittels ihrer galva nischen Stromanschlüsse) elektrisch in Reihe geschalteten Mo dule kann sehr verschieden sein, mindestens sind zwei Module in Reihe geschaltet, es können aber auch beispielsweise 50 oder 100 Module elektrisch in Reihe geschaltet sein. Im Aus führungsbeispiel ist n = 32 : der erste Phasenmodulzweig weist also 32 Module 1_1, 1_2, 1_3, ... 1_32 auf. Die Module werden auch als Submodule bezeichnet. Ein durch den Stromrichter fließender Strom 220 (Laststrom oder Betriebsstrom des Strom richters) fließt durch die Reihenschaltung der Module, bei spielsweise durch die Reihenschaltung der Module 1_1 ... l_n des ersten Phasenmodulzweigs 11. Mittels der Schaltelemente der Module kann der durch die Reihenschaltung fließende Strom jeweils durch den Energiespeicher des Moduls geführt oder an dem Energiespeicher des Moduls vorbeigeführt werden.

Im linken Bereich der Figur 1 ist schematisch eine Steuerein richtung 35 für die Module 1_1 bis 6_n dargestellt. Von die ser zentralen Steuereinrichtung 35 werden optische Signale zu den einzelnen Modulen übertragen. Die Signalübertragung zwi schen der Steuereinrichtung und einem Modul ist jeweils sym bolhaft durch eine gestrichelte Linie 37 dargestellt. Dies ist am Beispiel der Module 1_1, l_n und 4_3 dargestellt; zu den anderen Modulen werden auf die gleiche Art und Weise Sig nale gesendet. Mittels der Signale werden die Modulen bei spielsweise angewiesen, einen bestimmten Spannungswert an den Modulanschlüssen auszugeben.

In Figur 2 ist beispielhaft der prinzipielle Aufbau eines Mo duls 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 abschaltbares elektronisches

Schaltelement 202 mit einer ersten antiparallel geschalteten Diode 204 auf. Weiterhin weist das Modul 201 ein zweites ab schaltbares elektronisches Schaltelement 206 mit einer zwei ten antiparallel geschalteten Diode 208 sowie einen elektri schen Energiespeicher 210 in Form eines 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 ge schaltet mit dem zweiten elektronischen Schaltelement 206. Am Verbindungspunkt zwischen den beiden elektronischen Schalt elementen ist ein erster galvanischer Modulanschluss 212 an geordnet. An dem Anschluss des zweiten elektronischen Schalt elements 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 An schluss des Energiespeichers 210 ist elektrisch verbunden mit dem Anschluss des ersten elektronischen Schaltelements 202, der dem Verbindungspunkt gegenüberliegt.

Der Energiespeicher 210 ist also elektrisch parallel geschal tet zu der Reihenschaltung aus dem ersten elektronischen Schaltelement 202 und dem zweiten elektronischen Schaltele ment 206. Durch entsprechende Ansteuerung des ersten elektro nischen Schaltelements 202 und des zweiten elektronischen Schaltelements 206 durch eine modulinterne Modulsteuerung 230 (elektronische Ansteuerschaltung 230) 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. Der in dem Stromrichter fließende Strom 220 (Laststrom 220) fließt bei geöffnetem Überbrückungsschalter 238 über den ers ten Modulanschluss 212 in das Modul hinein und über den zwei ten Modulanschluss 215 wieder aus dem Modul 201 heraus.

Der Energiespeicher 210 ist mit einer Spannungsmesseinrich tung 225 versehen, welche eine Messung der Spannung des Ener giespeichers über der Zeit vornimmt. Diese Messung der Span nung findet insbesondere in Zeitabschnitten statt, in denen der durch das Modul fließende Strom mittels mindestens eines Schaltelements des Moduls an dem Energiespeicher 210 des Mo duls vorbeigeführt wird. Im Ergebnis dieser (insbesondere zeitlich hochaufgelösten) Spannungsmessung wird ein zeitli cher Verlauf u der Spannung des Energiespeichers 210 ermit telt. Dieser zeitliche Spannungsverlauf u(t) wird von der Spannungsmesseinrichtung 225 zu der Modulsteuerung 230 über tragen. Eine in der Modulsteuerung 230 angeordnete Überwa chungseinrichtung 234 empfängt den zeitlichen Spannungsver lauf u(t) und ermittelt daraus den Leckstrom des Energiespei chers 210. Diese Ermittlung des Leckstroms des Energiespei chers findet also für die oben erwähnten Zeitabschnitte statt. Wenn dieser Leckstrom einen vorbestimmten Wert über schreitet, dann wird ein Überwachungssignal S ausgegeben. Dieses Überwachungssignal S dient im Ausführungsbeispiel der Figur 2 dazu, den Überbrückungsschalter 238 zu schließen. Der Überbrückungsschalter 238 kann beispielsweise ein mechani scher Überbrückungsschalter 238 sein. Der Überbrückungsschal ter 238 verbindet den ersten Modulanschluss 212 mit dem zwei ten Modulanschluss 215. Der Überbrückungsschalter 238 leitet somit den Laststrom des Stromrichters an den beiden elektro nischen Schaltelementen 202, 206 und an dem Energiespeicher 210 vorbei. Dadurch wird vermieden, dass der Energiespeicher mittel- und langfristig durch einen zu hohen Leckstrom be schädigt wird. Die Modulsteuerung 230 stellt Ansteuersignale A für das erste elektronische Schaltelement 202 und für das zweite elektroni sche Schaltelement 206 bereit. Während des Betriebs des Stromrichters treten immer wieder Zeitabschnitte auf, in de nen ein durch den Stromrichter fließender (Last-) Strom mit tels mindestens eines Schaltelements eines Moduls an dem Energiespeicher des Moduls vorbeigeführt wird. Ein derartiger Zeitabschnitt tritt beim Ausführungsbeispiel der Figur 2 bei spielsweise dann auf, wenn das zweite elektronische Schalt element 206 eingeschaltet ist und das erste elektronische Schaltelement 202 ausgeschaltet ist. Dann fließt der Be triebsstrom beziehungsweise Laststrom des Stromrichters unter Umgehung des Energiespeichers 210 von dem ersten Modulan schluss 212 über das zweite elektronische Schaltelement 206 zu dem zweiten Modulanschluss 215. Ein solcher Zeitabschnitt liegt allgemein also dann vor, wenn der erste Modulanschluss mittels mindestens eines Schaltelements des Moduls unter Um gehung des Energiespeichers mit dem zweiten Modulanschluss elektrisch verbunden ist.

In einem derartigen Zeitabschnitt wird also der Energiespei cher durch den Laststrom des Stromrichters weder geladen noch entladen. Daher würde in einem derartigen Zeitabschnitt im Idealfall die Spannung des Energiespeichers 210 konstant bleiben (wenn der Leckstrom des Energiespeichers Null wäre und auch sonst keine Energie aus dem Energiespeicher 210 ent nommen würde, beispielsweise für die Spannungsmesseinrichtung 225) . Während dieses Zeitabschnitts kann also mittels einer Messung des zeitlichen Spannungsverlaufs der Energiespeicher spannung die Größe des Leckstroms des Energiespeichers ermit telt werden. Dies kann beispielsweise erfolgen unter Anwen dung der Beziehung

iL = C * AU / At,

wobei iL der Leckstrom ist, C die elektrische Kapazität des elektrischen Energiespeichers 210, AU die Spannungsänderung der Spannung des Energiespeichers während der Zeit At. Die Kapazität C des Energiespeichers ist bekannt und kann bei- spielsweise als ein modulspezifischer Parameter in der Über wachungseinrichtung 234 gespeichert sein.

Solange der Leckstrom einen vorbestimmten Wert (Grenzwert, Schwellenwert) unterschreitet (wenn also der Leckstrom im Normalbereich liegt) , dann unterbleibt die Ausgabe des Über wachungssignals S und der Überbrückungsschalter 238 bleibt in seiner dargestellten, offenen Stellung. Wenn jedoch der

Leckstrom den vorbestimmten Wert überschreitet (der Leckstrom also einen unzulässig hohen Wert annimmt) , dann gibt die Überwachungseinrichtung 234 das Überwachungssignal S aus und der Überbrückungsschalter 238 wird geschlossen.

In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Moduls 301 dargestellt. Bei diesem Modul 301 kann es sich beispiels weise um das Modul l_n (oder auch um eines der anderen in Fi gur 1 dargestellten Module) handeln. Neben dem bereits aus Figur 2 bekannten ersten elektronischen Schaltelement 202, zweiten elektronischen Schaltelement 206, erster Diode 204, zweiter Diode 208, Energiespeicher 210 und Modulsteuerung 230 weist das in Figur 3 dargestellte Modul 301 ein drittes ab schaltbares elektronisches Schaltelement 302 mit einer drit ten antiparallel geschalteten Diode 304 sowie ein viertes ab schaltbares elektronisches Schaltelement 306 mit einer vier ten antiparallel geschalteten Diode 308 auf. Das dritte ab schaltbare elektronische Schaltelement 302 und das vierte ab schaltbare elektronische Schaltelement 306 sind jeweils als ein IGBT ausgestaltet. Im Unterschied zur Schaltung der Figur 2 ist der zweite galvanische Modulanschluss 315 nicht mit dem zweiten elektronischen Schaltelement 206 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 Vollbrückenmo dul 301. Dieses Vollbrückenmodul 301 zeichnet sich dadurch aus, dass bei entsprechender Ansteuerung der vier elektroni- sehen Schaltelemente zwischen dem ersten galvanischen Modul anschluss 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 Strom richter 1 kann entweder nur Halbbrückenmodule 201, nur Voll- brückenmodule 301 oder auch Halbbrückenmodule 201 und Voll- brückenmodule 301 aufweisen. Die Darstellungen der Figuren 2 und 3 zeigen jeweils ein Modul mit dem ersten Modulanschluss 212 und dem zweiten Modulanschluss 215 beziehungsweise 315. Über den ersten Modulanschluss 212 und den zweiten Modulan schluss 215, 315 fließen große elektrische Lastströme des Stromrichters .

Bei dem in Figur 3 dargestellten Modul tritt der Zeitab schnitt (in dem ein durch den Stromrichter fließender Last strom mittels mindestens eines Schaltelements an dem Energie speicher vorbeigeführt wird) beispielsweise dann auf, wenn das erste elektronische Schaltelement 202 und das dritte elektronische Schaltelement 302 eingeschaltet und das zweite elektronische Schaltelemt 206 und das vierte elektronische Schaltelement 306 ausgeschaltet sind. In diesem Fall fließt der Laststrom beispielsweise von dem ersten Modulanschluss 212 unter Umgehung des Energiespeichers 210 über die erste Freilaufdiode 204 und das dritte elektronische Schaltelement 302 zu dem zweiten Modulanschluss 315. Bei dem Vollbrückenmo dul 301 kann (im Unterschied zum Halbbrückenmodul 201) ein solcher Zeitabschnitt auch bei entgegengesetztem Stromfluss durch das Modul auftreten. Der Laststrom fließt dann vom zweiten Modulanschluss 315 über die dritte Freilaufdiode 304 und über das erste elektronische Schaltelement 202 zu dem ersten Modulanschluss 212.

Ein derartiger Zeitabschnitt liegt ebenfalls dann vor, wenn das zweite elektronische Schaltelement 206 und das vierte elektronische Schaltelement 306 eingeschaltet, und das erste elektronische Schaltelement 202 und das dritte elektronische Schaltelement 302 ausgeschaltet sind. In diesem Fall fließt der Laststrom des Stromrichters unter Umgehung des Energie speichers 210 beispielsweise von dem ersten Modulanschluss 212 über das zweite elektronische Schaltelement 206 und die vierte Freilaufdiode 308 zu dem zweiten Modulanschluss 315. Bei entgegengesetztem Stromfluss durch das Modul kann der Laststrom dann vom zweiten Modulanschluss 315 über das vierte elektronische Schaltelement 306 und die zweite Freilaufdiode 208 zu dem ersten Modulanschluss 212 fließen. Das weitere Verfahren läuft bei dem in Figur 3 dargestellten Modul gleichartig ab wie das Verfahren bei dem in Figur 2 darge stellten Modul.

Bei den in den Figuren 2 und 3 dargestellten Modulen ist die Überwachungseinrichtung 234 jeweils Bestandteil des Moduls.

Es handelt sich um eine modulinterne Überwachungseinrichtung 234. Dies hat den Vorteil, dass jedes Modul eine eigene Über wachung des Energiespeichers aufweist und damit jedes Modul unabhängig für sich erkennen kann, ob der Leckstrom den vor bestimmten Wert überschreitet.

In Figur 4 ist noch einmal der Ablauf des Verfahrens zum Überwachen des Stromrichters mittels einer Abfolge von Ver fahrensschritten zusammengefasst dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt 402 wird ein Zeitabschnitt ermittelt, in dem ein durch den Stromrichter fließender (Last-) Strom mit tels mindestens eines Schaltelements eines Moduls an dem Energiespeicher des Moduls vorbeigeführt wird. Im darauf fol genden Verfahrensschritt 404 wird während dieses Zeitab schnitts ein zeitlicher Spannungsverlauf u(t) der Spannung des Energiespeichers ermittelt. Im Verfahrensschritt 406 wird anhand des zeitlichen Spannungsverlaufs u(t) der Leckstrom iL des Energiespeichers 210 ermittelt. Im Verfahrensschritt 408 wird ein Überwachungssignal S ausgegeben, wenn der Leckstrom iL einen vorbestimmten Wert überschreitet. Optional wird im Verfahrensschritt 410 auf das Überwachungssignal S hin der Überbrückungsschalter 238 geschlossen. Dadurch wird das Modul elektrisch überbrückt. Mehrere oder alle der Verfahrens schritte 402 bis 408 können von der Überwachungseinrichtung 234 durchgeführt werden.

Es wurden ein Verfahren und ein Stromrichter beschrieben, mit denen während des Betriebs des Stromrichters der Energiespei cher der Module daraufhin überwacht werden kann, ob der

Leckstrom unzulässig hohe Werte annimmt. Wenn der Leckstrom unzulässig hohe Werte annimmt, dann wird ein Überwachungssig nal S ausgegeben und es kann optional das Modul mittels eines Überbrückungsschalters 238 überbrückt werden.

Für diese Überwachung ist es lediglich notwendig, die Ener giespeicherspannung (insbesondere die Kondensatorspannung) zu messen (insbesondere hinreichend genau und mit einer hinrei chenden zeitlichen Abtastrate) und so den zeitlichen Span nungsverlauf der Spannung des Energiespeichers zu ermitteln. Der Schaltzustand der elektronischen Schaltelemente ist in der Modulsteuerung 230 bekannt, so dass mittels der Überwa chungseinrichtung 234 während des Betriebs des Stromrichters diejenigen Zeitabschnitte bestimmt werden können, in denen ein durch den Stromrichter fließender (Last-) Strom mittels mindestens eines Schaltelements eines Moduls an dem Energie speicher des Moduls vorbeigeführt wird.

Bei der Ansteuerung der Module durch die übergeordneten Steu ereinrichtung 35 des Stromrichters treten stets auch Zeitab schnitte auf, in denen der Laststrom des Stromrichters mit tels der elektronischen Schaltelemente am Energiespeicher 210 vorbeigeführt wird. Das bedeutet, in diesen Zeitabschnitten verändert der Laststrom des Stromrichters nicht die

Kondensatorspannung; in diesen Zeitabschnitten ist der

Kondensatorstrom gleich Null und unbeeinflusst von dem Last strom des Stromrichters. Während dieser Zeitabschnitte wird mittels des gemessenen zeitlichen Spannungsverlaufs der Ener- giespeicherspannung das Differenzial der Spannung über der Zeit (dU/dt; AU/At) ermittelt und daraufhin mittels der be kannten Kapazität des zu überwachenden Energiespeichers der Leckstrom ermittelt.

Durch das beschriebene Verfahren und den beschriebenen Strom richter kann rechtzeitig erkannt werden, wenn der Leckstrom einen vorbestimmten Wert überschreitet. Dadurch wird verhin dert, dass aufgrund eines zu großen Leckstroms des Energie speichers eine zu große Verlustleistung in den Energiespei cher eingetragen wird und es dadurch (beispielsweise durch Temperaturausdehnung oder Pyrolysegase) zu einem hohen Über druck im Energiespeichergehäuse/Kondensatorgehäuse mit einem anschließenden Bersten des Gehäuses kommt. Im Extremfall kann das Bersten des Kondensators ein Austreten von brennbarem Gas und dessen Entzündung an einem Lichtbogen zur Folge haben. Durch die Überwachung des Leckstroms können also Beschädigun gen und Verschmutzungen der den Energiespeicher umgebenden Komponenten des Stromrichters sowie die Entstehung eines Brandes durch einen Lichtbogen des fehlerhaften Energiespei chers vermieden werden. Dadurch können kostenintensive unge- plante Anlagenabschaltungen und unerwünschte Verschmutzungen der Stromrichteranlage vermieden werden. Kostenintensive Rei nigungsarbeiten oder der Austausch von nahe einem havarierten Energiespeicher angeordneten Elementen werden unnötig.

Weiterhin ist vorteilhaft, dass zur Überwachung des

Leckstroms lediglich die Überwachungseinrichtung 234 in der Modulsteuerung 230 realisiert zu werden braucht. Die Überwa chungseinrichtung 234 erkennt anhand der in der Modulsteue rung vorliegenden Informationen über den Schaltzustand der elektronischen Schaltelemente des Moduls die Zeitabschnitte, in denen der Laststrom des Stromrichters an dem Energiespei cher vorbeigeleitet wird.

In diesen Zeitabschnitten ermittelt die Überwachungseinrich tung 234 den zeitlichen Spannungsverlauf der Spannung des Energiespeichers und ermittelt daraus (unter Nutzung der be kannten Kapazität des Energiespeichers, der als Parameter in der Überwachungseinrichtung 234 hinterlegt ist) den Leckstrom des Energiespeichers. Da oftmals sowieso eine Spannungsmess- einrichtung 225 zur Messung der Kondensatorspannung / Ener giespeicherspannung vorhanden ist, hält sich der Aufwand zur Realisierung der Überwachung des Leckstroms in Grenzen.

Es wurden ein Verfahren und ein Stromrichter beschrieben, mit denen mit geringem Aufwand der Leckstrom des Energiespeichers der Module überwacht werden kann.