Hintergrund

Die Anmeldung betrifft ein Verfahren zum kurzschlussgesicherten Betrieb eines DC-Netzes, sowie ein kurzschlussgesichertes Versorgungssystem eines DC-Netzes aus einem AC-Netz.

Zur Versorgung eines Gleichspannungsnetzes, im Folgenden auch als DC-Netz bezeichnet, werden Thyristor-Gleichrichter oder aktive Gleichrichter eingesetzt. Aktive Gleichrichter im Folgenden auch AFE (Active Front End) genannt, weisen hierbei eine Brückenschaltung auf, in der Leistungshalbleiterschalter, insbesondere IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor) oder MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) mit antiparallelen Freilaufdioden eingesetzt werden. Hierbei bilden die Freilaufdioden einen Gleichrichter gegenüber dem Wechselspannungs-Netz, im Folgenden auch als AC-Netz bezeichnet, so dass unkontrolliert Strom über die Freilaufdioden fließt, wenn die ausgangseitige DC- Spannung eines aktiven Gleichrichters unter einem Gleichrichtwert der AC-Netzspannung liegt.

Aus diesem Grunde besteht bei aktiven Gleichrichtern im Falle eines Erdfehlers oder Kurzschlusses auf der DC-Seite, bei denen die ausgangsseitige DC-Spannung unter den Gleichrichtwert des AC-Netzes fällt, die Gefahr, dass ein zu hoher Strom über die Freilaufdioden fließt, der diese beschädigt.

Eine mögliche Maßnahme wäre, die Freilaufdioden des AFE so auszulegen, dass ein zu erwartender Kurzschlussstrom ohne deren Beschädigung übernommen werden könnte. Die Freilaufdioden können dann aber nicht optimal für den Normalbetrieb des AFE ausgelegt werden, was sich im Nennbetrieb und pro AFE nachteilig auf die Kosten, den nötigen Bauraum und/oder den Wirkungsgrad auswirkt.

Es ist bekannt, schnell schaltende DC-Trennschalter einzusetzen, so dass eine Trennung von der Fehlerstelle schneller als eine Beschädigung der Freilaufdioden durch den durch den Kurzschluss oder Erdfehler entstehenden Überstrom erfolgt. Dies erfordert hybride DC- Trennschalter, die sowohl elektromechanische Schalter als auch schnelle Halbleiterschalter aufweisen. Solche hybriden Trennschalter sind aber teuer und bringen zusätzliche Komplexität in eine Versorgungsanlage für ein DC-Netz. Weiterhin sind die Durchlassverluste der Halbleiterschalter höher als bei Sicherungen oder Leistungsschaltern, weswegen zusätzliche Kühlmaßnahmen notwendig sind. Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den kurzschlusssicheren Netzaufbau und Betrieb des DC-Netzes zu gewährleisten.

Lösung

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Das Verfahren kann durch ein Versorgungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 13 durchgeführt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens und des Versorgungssystems sind in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.

Beschreibung

Ein kurzschlussgesichertes Versorgungssystems eines DC-Netzes aus einem AC-Netz weist einen aktiven Gleichrichter mit AC-seitig vorgelagerten Sinusfilterdrosseln, eine Vorladevorrichtung und eine Kurzschlusssicherungsvorrichtung auf, wobei die Kurzschlusssicherungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, einen durch einen Fehler im DC- Netz auftretenden Kurzschlussstrom unter Umgehung des aktiven Gleichrichters aus dem AC-Netz in das DC-Netz zu leiten. Ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Versorgungssystems umfasst die folgenden Schritte zum Aufstarten des Versorgungssystems: a) Vorladen des DC-Netzes über die Vorladevorrichtung, wobei das AFE DC-seitig mit dem DC-Netz verbunden ist. b) Herstellen einer AC-seitigen Verbindung des AFE mit dem AC-Netz zu einem ersten Zeitpunkt während des Vorladens, zu dem eine Spannung des DC-Netzes einen ersten Schwellwert überschreitet. c) Herstellen einer Verbindung zwischen dem AC-Netz und dem DC-Netz über die Kurzschlusssicherungsvorrichtung zu einem zweiten Zeitpunkt während des Vorladens, zu dem die Spannung des DC-Netzes einen zweiten Schwellwert überschreitet.

Das DC-Netz wird in Schritt a) zunächst über die Vorladevorrichtung auf einen ersten Schwellwert der DC-Spannung vorgeladen. Das Vorladen über die Vorladevorrichtung erfolgt dabei bevorzugt strombegrenzt, beispielsweise über einen Vorladewiderstand der Vorladevorrichtung. In Schritt a) ist zumindest das AFE DC-seitig bereits mit dem DC-Netz verbunden. Liegt während dieses Vorladevorgangs ein Kurzschluss oder Erdfehler im DC- Netz vor, kann die Strombegrenzung der Vorladevorrichtung verhindern, dass der erste Schwellwert der DC-Spannung erreicht wird. Die Vorladung kann dann für diesen Fall abgebrochen werden.

Wird der erste Schwellwert der DC-Spannung überschritten, kann in Schritt b) das AFE AC- seitig mit dem AC-Netz verbunden werden. Das DC-Netz kann auf einen zweiten Schwellwert der DC-Spannung vorgeladen werden. Wird der zweite Schwellwert der DC- Spannung überschritten, erfolgt in Schritt c) eine Verbindung des AC-Netzes mit dem DC- Netz über die Kurzschlusssicherungsvorrichtung. In einer Ausführungsform des Verfahrens ist der zweite Schwellwert größer als der erste Schwellwert. Wird die DC-Spannung des DC- Netzes kontinuierlich ansteigend vorgeladen, so wird zunächst der erste Schwellwert und danach der zweite Schwellwert der DC-Spannung erreicht. Dies entspricht damit einer Ausführungsform, bei der der erste Zeitpunkt vor dem zweiten Zeitpunkt liegt.

Ebenfalls denkbar ist eine Ausführungsform, in der der zweite Schwellwert kleiner als der erste Schwellwert gewählt wird. In diesem Fall wird während des Vorladens zunächst zum zweiten Zeitpunkt der zweite Schwellwert erreicht und die Kurzschlusssicherungsvorrichtung AC-seitig zugeschaltet. Wenn im weiteren Verlauf des Vorladens zum ersten Zeitpunkt dann der erste Schwellwert erreicht wird, wird auch das AFE mit dem AC-Netz verbunden. Liegt während dieses Vorladevorgangs ein Kurzschluss oder Erdfehler im DC-Netz vor, kann die Strombegrenzung der Vorladevorrichtung verhindern, dass der zweite Schwellwert der DC- Spannung erreicht wird. Die Vorladung kann dann für diesen Fall abgebrochen werden. Dadurch, dass die Kurzschlusssicherungsvorrichtung vor dem AFE mit dem AC-Netz verbunden wird, ist das AFE zu jedem Zeitpunkt vor den Folgen eines Kurzschlusses oder Erdfehlers geschützt.

Sinusfilterdrosseln sind Teil eines AC-seitigen Netzfilters des AFE, die für einen stark verzögerten Anstieg des Stromes sorgen.

Das Versorgungssystem kann mit dem AC-Netz über einen Vortransformator angebunden sein, der das Spannungsniveau auf einen für das Versorgungssystem gewünschten Wert umsetzt. Das an das Versorgungssystem angeschlossene AC-Netz kann ein geerdetes Netz sein, beispielsweise indem der Vortransformator sekundärseitig einen mit PE verbundenen Erdanschluss aufweist. Aber auch ein ungeerdetes AC-Netz ist denkbar, wobei dann einseitige Erdfehler zu keinem Kurzschlussstrom führen und damit ungesichert bleiben.

Die Vorladevorrichtung ist eine leistungselektronische Schaltung, die ein strombegrenztes Vorladen des DC-Netzes zumindest bis zum Erreichen des ersten Schwellwertes, bevorzugt bis zum Erreichen der Nennspannung des DC-Netzes erlaubt. Eine Vorladevorrichtung kann beispielsweise durch einen aktiven Gleichrichter - auch ein AFE - mit nachgelagertem DC/DC-Wandler mit tiefsetzstellender Funktion oder durch einen Thyristor-Gleichrichter mit nachgelagertem DC/DC-Wandler mit hochsetzstellender Funktion realisiert werden. Auch andere Schaltungsformen sind dem Fachmann bekannt und einsetzbar.

In einer Ausführungsform des Verfahrens kann die Vorladevorrichtung und die Kurzschlusssicherungsvorrichtung jeweils in getrennten Zweigen parallel zum aktiven Gleichrichter zwischen AC-Netz und DC-Netz angeordnet sein. In einerweiteren Ausführungsform kann das Vorladen der DC-Seite und die Kurzschlusssicherung von einer gemeinsamen, kombinierten Vorrichtung übernommen werden. Beispielsweise ist es möglich, einen überbrückbaren Vorladewiderstand in Serie zur

Kurzschlusssicherungsvorrichtung vorzusehen, wobei der Vorladewiderstand beim Betrieb als Kurzschlusssicherungsvorrichtung beispielsweise durch einen geschlossenen Schalter überbrückt sein kann. Beim Betrieb als Vorladevorrichtung kann dieser Schalter geöffnet sein und der Vorladewiderstand somit den Vorladestrom begrenzen.

In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Vorladen des DC-Netzes nach dem Herstellen der AC-seitigen Verbindung des AFE mit dem AC-Netz zumindest teilweise über das AFE. Dies bedeutet, dass das DC-Netz bis zum ersten Schwellwert der DC-Spannung über die Vorladevorrichtung vorgeladen werden kann und danach über die Vorladevorrichtung und/oder das AFE.

In einer Ausführungsform des Verfahrens hängt der erste Schwellwert von einer ersten AC- Eingangsspannung am AC-Eingang des AFE ab und kann insbesondere einem Gleichrichtwert der ersten AC-Eingangsspannung entsprechen oder einen vorgegebenen ersten Abstand über dem Gleichrichtwert der ersten AC-Eingangsspannung liegen. Durch eine solche Wahl des ersten Schwellwertes kann erreicht werden, dass der aktive Gleichrichter erst dann AC-seitig mit dem AC-Netz verbunden wird, wenn die DC-Spannung im DC-Netz groß genug ist und der aktive Gleichrichter stromlos oder weitgehend stromlos zugeschaltet werden kann. Dies stellt sicher, dass die Freilaufdioden im aktiven Gleichrichter keinen Schaden nehmen.

In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Vorladen des DC-Netzes bis zu einer Nennspannung des DC-Netzes. Der erste und der zweite Schwellwert liegen beide unterhalb der Nennspannung des DC-Netzes. Das Verfahren kann somit ein sicheres Vorladen des DC-Netzes bis zu seiner Nennspannung realisieren. Sollte vor Erreichen der Nennspannung ein Kurzschluss oder Erdfehler auftreten, ist die Sicherungsfunktion durch die Kurzschlusssicherungsvorrichtung bereits aktiv. In einer Ausführungsform des Verfahrens weist die Kurzschlusssicherungsvorrichtung einen Gleichrichter auf, über den die Verbindung zwischen dem AC-Netz und dem DC-Netz hergestellt wird. Der Gleichrichter kann beispielsweise ein passiver Gleichrichter sein, der AC-seitig mit dem AC-Netz verbunden und DC-seitig mit dem DC-Netz verbunden wird. Der Gleichrichter wird mit einer zweiten AC-Eingangsspannung versorgt. Optional kann die Kurzschlusssicherungsvorrichtung einen Transformator, insbesondere einen hochsetzenden Transformator, aufweisen, wobei der Transformator den Gleichrichter mit einer im Vergleich zur ersten AC-Eingangsspannung am AFE höheren zweiten AC-Eingangsspannung versorgt, so dass auch der Gleichrichtwert der zweiten AC-Eingangsspannung höher liegen kann. Fehlt ein solcher Transformator, entspricht die zweite AC-Eingangsspannung der ersten AC-Eingangsspannung.

In einer Ausführungsform des Verfahrens hängt der zweite Schwellwert von der zweiten AC- Eingangsspannung des Gleichrichters der Kurzschlusssicherungsvorrichtung ab und kann insbesondere einem Gleichrichtwert der zweiten AC-Eingangsspannung entsprechen oder einen vorgegebenen zweiten Abstand über dem Gleichrichtwert der zweiten AC- Eingangsspannung liegen. Der zweite Schwellwert kann damit so gewählt werden, dass die Dioden des passiven Gleichrichters bei einer DC-Spannung größer als der zweite Schwellwert sperren, sodass über den passiven Gleichrichter beim Zuschalten kein Strom aus dem AC-Netz in das DC-Netz fließt.

Kommt es während des laufenden Betriebs im DC-Netz zu einem Kurzschluss oder Erdfehler, sinkt die DC-Spannung schlagartig ab. Unterschreitet diese den Gleichrichtwert der zweiten AC-Eingangsspannung, werden die Dioden des Gleichrichters der Kurzschlusssicherungsvorrichtung leitend und stellen zumindest einen erheblichen Teil des Kurzschlussstroms aus dem AC-Netz zur Verfügung. Gleichzeitig kann die Zwischenkreiskapazität des aktiven Gleichrichters weiter entladen werden.

Selbst wenn die DC-Spannung unter den Gleichrichtwert der ersten AC-Eingangsspannung sinkt, und die Freilaufdioden des AFE leitend werden, sorgen die Sinusfilterdrosseln für einen stark verzögerten Anstieg des über die Freilaufdioden des aktiven Gleichrichters fließenden Stromes. Der im Fehlerfall fließende Kurzschlussstrom kann hierdurch für einen gewissen Zeitraum größtenteils durch den Gleichrichter der

Kurzschlusssicherungsvorrichtung und die Zwischenkreiskapazität bereitgestellt werden. Durch eine geeignete Dimensionierung der Sinusfilterdrosseln kann erreicht werden, dass der Zeitraum ausreichend ist, um entsprechende Trennvorrichtungen auf der DC-Seite, zum Beispiel Sicherungen, auszulösen beziehungsweise zu betätigen. Hierdurch kann dann das Versorgungssystem auch ohne einen hochsetzenden Transformator auf der AC-Seite des Gleichrichters der Kurzschlusssicherungsvorrichtung ausgelegt werden, was Kosten sparen kann. Mittels der Sinusfilterdrosseln, welche beispielsweise als Netzfilter am aktiven Gleichrichter angeordnet sind, kann also ein Anstieg des Stroms begrenzt werden, und das AFE im Kurzschlussfall über einen ausreichend langen Zeitraum unterkritisch bestromt gehalten werden. Die Sicherungen können dann beispielsweise durch den über die Kurzschlusssicherungsvorrichtung zugeführten Kurzschlussstrom ausgelöst werden.

Für den Fall, dass Kurzschlussströme auch über einen längeren als durch die Sinusfilterdrosseln realisierbaren Zeitraum auftreten könnten, zum Beispiel bei trägeren Sicherungen, ist es möglich, auf der AC-Seite des Gleichrichters der Kurzschlusssicherungsvorrichtung den Transformator vorzusehen. Das Übersetzungsverhältnis des Transformators kann nun so gewählt werden, dass der Gleichrichter der Kurzschlusssicherungsvorrichtung im Falle eines Erd- oder Kurzschlusses und bei Abfall der DC-Spannung in den leitenden Zustand übergeht und einen für ein Auslösen der DC-seitigen Trennvorrichtungen notwendigen Strom bereitstellt, bevor die Freilaufdioden des aktiven Gleichrichters in den leitenden Zustand übergehen würden. Hierdurch können die Freilaufdioden des aktiven Gleichrichters noch besser geschützt werden.

In einer Ausführungsform kann das Versorgungssystem eine Mehrzahl parallel geschalteter AFE aufweisen. Hier kann das Herstellen einer Verbindung des AFE mit dem AC-Netz durch Parallelschalten der Mehrzahl der AFE erfolgen. Alle solchermaßen parallel geschalteten AFE können hierbei durch das beschriebe Verfahren über die Vorladevorrichtung und die Kurzschlusssicherungsvorrichtung aufgestartet werden.

In einer Ausführungsform werden die aktiven Gleichrichter der Mehrzahl der aktiven Gleichrichter beim Aufstarten des Versorgungssystems nacheinander parallelgeschaltet. Bevorzugt erfolgt das Parallelschalten der aktiven Gleichrichter dabei einzeln gemäß dem oben beschriebenen Verfahren.

In einer Ausführungsform weist das Verfahren weiterhin die folgenden Schritte bei der Außerbetriebnahme des Versorgungssystems auf:

- Auftrennen der Verbindung zwischen dem AC-Netz und dem DC-Netz über die Kurzschlusssicherungsvorrichtung, und

- Auftrennen der Verbindung des einen AFE oder der Mehrzahl der AFE mit dem AC-Netz.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird nach Herstellen einer Verbindung zwischen dem AC-Netz und dem DC-Netz über die Kurzschlusssicherungsvorrichtung ein Freigabesignal erzeugt und an eine DC-Last oder an DC-Lasten des DC-Netzes übermittelt. Dies ermöglicht es, der DC-Last oder den DC-Lasten des DC-Netzes mitzuteilen, wann das Aufstarten beendet ist und ein sicherer Normalbetrieb des DC-Netzes möglich ist. Das Freigabesignal kann ebenfalls an weitere an das DC-Netz angeschlossene DC-Einheiten, wie eine Batterie o. ä., übermittelt werden. Das Freigabesignal kann auch an das AFE übermittelt werden und beispielsweise dazu genutzt werden, einen vom AFE bereitgestellten Leistungswert oder Leistungsgrenzwert oder dessen Betriebsmodus zu bestimmen.

Ein kurzschlussgesichertes Versorgungssystem für ein DC-Netz aus einem AC-Netz kann aufweisen:

- ein AFE;

- eine Vorladevorrichtung zum Vorladen des DC-Netzes aus dem AC-Netz;

- eine Kurzschlusssicherungsvorrichtung;

- eine Steuereinheit; dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.

Vor das AFE kann AC-seitig ein Netzfilter, der Sinusfilterdrosseln aufweisen kann, vorgeschaltet sein. Der Netzfilter kann dann den Anstieg eines Stromes über das AFE im Fehlerfall stark verzögern. Bevorzugt erfolgt die Auslegung des Netzfilters so, dass er den Anstieg des Stromes so stark und so lange verzögert, dass Sicherungen des Versorgungssystems im Fehlerfall rechtzeitig auslösen, bevor ein Schaden am AFE entsteht.

In einer Ausführungsform weist das Versorgungssystem eine Mehrzahl von parallelgeschalteten AFE auf, welche beim Aufstarten bevorzugt einzeln nacheinander mittels des oben beschriebenen Verfahrens parallelgeschaltet werden.

In einer Ausführungsform weist die Kurzschlusssicherungsvorrichtung einen Gleichrichter auf, über den die Verbindung zwischen dem AC-Netz und dem DC-Netz hergestellt wird, wobei der Gleichrichter mit einer zweiten AC-Eingangsspannung versorgt wird, von der der zweite Schwellwert abhängt, wobei der zweite Schwellwert insbesondere einem Gleichrichtwert der zweiten AC-Eingangsspannung des Gleichrichters entspricht. Der Gleichrichter ist bevorzugt ein passiver Gleichrichter, über dessen Dioden Kurzschlussströme im Fehlerfall aus dem DC-Netz ins AC-Netz abgeleitet werden können. In einer Ausführungsform weisen die Kurzschlusssicherungsvorrichtung und die Vorladevorrichtung einen gemeinsamen, bevorzugt hochsetzenden Transformator und einen gemeinsamen Gleichrichter auf, wobei die Kurzschlusssicherungsvorrichtung weiterhin einen Schalter und die Vorladevorrichtung weiterhin einen zum Schalter parallel geschalteten Vorladewiderstand aufweisen. Die Vorladevorrichtung und die

Kurzschlusssicherungsvorrichtung sind somit in Teilen die gleiche, kombinierte Vorrichtung, wobei der Vorladewiderstand der Vorladevorrichtung im Betrieb als Kurzschlusssicherungsvorrichtung durch den geschlossenen Schalter überbrückt wird. Eine solche Systemauslegung ermöglicht eine preisgünstige Realisierung mit weniger Bauteilen. Durch die Verwendung eines hochsetzenden Transformators als gemeinsames Bauteil von Kurzschlusssicherungsvorrichtung und Vorladevorrichtung kann ein verbesserter Kurzschlussschutz und eine schnellere Vorladung, sowie ein stromloses Verbinden des aktiven Gleichtrichters mit dem AC-Netz ermöglicht werden.

Detaillierte Beschreibung

Im Folgenden wird die Erfindung mithilfe von Figuren dargestellt, von denen

Fig. 1 schematisch Schritte eines Verfahrens zum Betrieb eines kurzschlussgesicherten Versorgungssystems zeigt,

Fig. 2 eine Ausführungsform eines kurzschlussgesicherten Versorgungssystems zeigt und

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines kurzschlussgesicherten Versorgungssystems zeigt.

In den Figuren sind gleiche oder ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Fig. 1 zeigt schematisch Schritte a), b), c) eines Verfahrens zum Betrieb eines kurzschlussgesicherten Versorgungssystems 10 (Fig. 2, Fig. 3). Beim Aufstarten des Versorgungssystems 10 wird in Schritt a) ein DC-Netz 14 über eine Vorladevorrichtung 39, 41 vorgeladen. Ein aktiver Gleichrichter 20 des Versorgungssystems 10 ist in Schritt a) DC- seitig mit dem DC-Netz 14 verbunden. Zu einem ersten Zeitpunkt während des Vorladens, zu dem eine Spannung des DC-Netzes 14 einen ersten Schwellwert überschreitet, wird in einem Schritt b) der aktive Gleichrichter 20 durch Schließen von AC-Schaltern 22 mit dem AC-Netz 12 verbunden. Zu einem zweiten Zeitpunkt während des Vorladens, zu dem die Spannung des DC-Netzes 14 einen zweiten Schwellwert überschreitet, wird in einem Schritt c) über eine Kurzschlusssicherungsvorrichtung 37, 41 eine Verbindung zwischen dem AC- Netz 12 und dem DC-Netz 14 hergestellt. Danach wird das DC-Netz 14 weiter über die Vorladevorrichtung 39, 41 und/oder den aktiven Gleichrichter 20 bis zu einer Nennspannung des DC-Netzes vorgeladen. Die Vorladevorrichtung 39 aus Fig. 2 kann durch Öffnen der AC- Schalter 23 vom AC-Netz getrennt werden. Dies kann beispielsweise nach Erreichen der Nennspannung des DC-Netzes 14 geschehen.

In Fig. 2 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel eines kurzschlussgesicherten Versorgungssystems 10 zur Versorgung des DC-Netzes 14 aus dem AC-Netz 12 dargestellt. Das AC-Netz 12 ist beispielsweise ein dreiphasiges AC-Netz und kann insbesondere ein AC- Versorgungsnetz sein, welches beispielsweise über einen Netztransformator bereitgestellt werden kann, der über sein Übersetzungsverhältnis für das Versorgungssystem 10 ein geeignetes Spannungs-Niveau bereitstellt. Dieser kann durch Verbindung mit Potential Erde PE geerdet sein. Das Versorgungssystem 10 weist den aktiven Gleichrichter 20 mit AC-seitig vorgelagerten Sinusfilterdrosseln 20.1, eine Kurzschlusssicherungsvorrichtung 37 und eine Vorladevorrichtung 39 auf.

Das DC-Netz 14 weist als äquivalente Ersatzschaltung eines Erdfehlers einen zweiteiligen Isolationswiderstand 50 gegen Erdpotential PE auf. Eine Batterie 42 ist über DC-Schalter 46 mit dem DC-Netz 14 verbindbar. 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 Verbraucher umfassen, wie beispielsweise eine Maschine, eine Industrieanlage oder auch einen Elektrolyseur. Das DC-Netz 14 kann auch mehrere Lasten 44 und mehrere Batterien 42 aufweisen. Anstelle parasitärer Widerstände gegenüber Erdpotential PE kann das DC- Netz auch parasitäre Widerstände zwischen den DC-Leitungen ohne Erdverbindung aufweisen.

Die Vorladevorrichtung 39 ist über die AC-Schalter 23 mit dem AC-Netz 12 verbindbar. Die Vorladevorrichtung 39 weist eine strombegrenzende Ladeschaltung 38 auf, mit deren Hilfe der Strom beim Vorladen des DC-Netzes 14 begrenzt wird. Der Zwischenkreis 18 des aktiven Gleichrichters 20 kann beim Hochfahren des Versorgungssystems 10 vor der Verbindung der AC-Seite mit dem AC-Netz 12 über die Vorladevorrichtung 39 vorgeladen werden. Die Vorladevorrichtung 39 ist eingerichtet, eine solche Vorladung aus dem AC-Netz 12 durchzuführen. Über die Vorladevorrichtung 39 kann der Zwischenkreis 18 des aktiven Gleichrichters 20 direkt aus dem AC-Netz 12 vorgeladen werden.

Die Kurzschlusssicherungsvorrichtung 37 ist über AC-Schalter 24 mit dem AC-Netz 12 verbindbar und weist einen passiven Gleichrichter 36 auf, über den ein durch einen Fehler im DC-Netz 14 auftretender Kurzschlussstrom unter Umgehung des aktiven Gleichrichters 20 aus dem AC-Netz 12 in das DC-Netz 14 geleitet werden kann. Ein solcher Fehler i DC- Netz tritt beispielsweise auf, wenn der zweiteilige Isolationswiderstand 50 oder der parasitäre Widerstand 44. P zu klein werden und dadurch ein Erd- oder Kurzschluss im DC-Netz, also eine zu niederohmiger Verbindung zum Potential Erde PE oder zwischen DC+ und DC-, entsteht. Der passive Gleichrichter wird aus dem AC-Netz 12 mit einer zweiten AC- Eingangsspannung versorgt. Optional kann zwischen den AC-Schaltern 24 und dem passiven Gleichrichter 36 ein Transformator 16 angeordnet sein, der den Gleichrichter 36 mit der zweiten AC-Eingangsspannung versorgt. Von der zweiten AC-Eingangsspannung hängt der zweite Schwellwert ab, über den sichergestellt werden kann, dass die Verbindung zwischen AC-Netz 12 und DC-Netz 14 über die Kurzschlusssicherungsvorrichtung 37 erst dann hergestellt wird, wenn der Zwischenkreis 18 und damit das DC-Netz 14 genügend vorgeladen ist. Das Herstellen der Verbindung über die Kurzschlusssicherungsvorrichtung 37 kann beispielsweise über die Schalter 24 erfolgen, die durch die Steuereinheit 30 angesteuert werden.

Der aktive Gleichrichter 20 ist ausgebildet, Wechselstrom oder Wechselspannung an seiner AC-Seite in Gleichstrom oder Gleichspannung an seine DC-Seite umzuwandeln. Der aktive Gleichrichter 20 ist ebenfalls ausgebildet, Gleichstrom oder Gleichspannung an seiner DC- Seite in Wechselstrom oder Wechselspannung an seiner AC-Seite umzuwandeln. Im dargestellten Ausführungsbeispiel geschieht die Umwandlung dadurch, dass eine Steuereinheit des aktiven Gleichrichters 20 die Halbleiterschalter geeignet ansteuert. Die Steuereinheit 30 des Versorgungssystems 10 ist dazu eingerichtet und ausgebildet, das Verfahren zum Betrieb des kurzschlussgesicherten Versorgungssystems 10 auszuführen und entsprechend beispielsweise die Schalter 22, 23, 24 anzusteuern. Sie verfügt dafür beispielsweise über geeignet Rechenleistung und geeigneten Speicher. Die Steuereinheit 30 kann die Steuereinheit des aktiven Gleichrichters 20 mit umfassen. Jeder aktive Gleichrichter kann aber auch eine eigene Steuereinheit aufweisen. Die Sinusfilterdrosseln 20.1 können als ein Netzfilter des aktiven Gleichrichters wirken, wobei der Netzfilter weitere Komponenten, beispielsweise eine Filterkapazität aufweisen kann. Zusätzlich haben die Sinusdrosseln die Eigenschaft, einen plötzlichen Anstieg eines Stromes über den aktiven Gleichrichter effektiv zu verzögern. Diese Verzögerung kann DC-Sicherungen 32.1, 32.2 des DC-Netzes die Zeit geben auszulösen, bevor ein zu hoher Strom Elemente des aktiven Gleichrichters 20 wie dessen Freilaufdioden, beschädigt. Ein solcher Fall kann beispielsweise vorliegen, wenn durch einen Erdschluss oder Kurzschluss im DC-Netz 14 ein Fehlerstrom vom AC-Netz 12 ins DC-Netz 14 entstehen würde, der die Freilaufdioden des aktiven Gleichrichters 20 beschädigen würde, wenn er in voller Stärke über den aktiven Gleichrichter 20 geleitet würde. In Fig. 3 ist schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines kurzschlussgesicherten Versorgungssystems 10 zur Versorgung des DC-Netzes 14 aus dem AC-Netz 12 dargestellt. Das AC-Netz 12 ist beispielsweise ein dreiphasiges AC-Netz und kann insbesondere ein AC- Versorgungsnetz sein. Das AC-Netz 12 kann über einen Netztransformator bereitgestellt werden. Dieser kann durch Verbindung mit Potential Erde PE geerdet sein. Das Versorgungssystem 10 weist den aktiven Gleichrichter 20 mit den AC-seitig vorgelagerten Sinusfilterdrosseln 20.1 und eine kombinierte Vorrichtung 41 auf, die sowohl die Funktion der Vorladevorrichtung als auch die Funktion der Kurzschlusssicherungsvorrichtung übernehmen kann. Die kombinierte Vorlade- und Kurzschlusssicherungsvorrichtung 41 ist über AC- Schalter 24 mit dem AC-Netz verbindbar. Sie weist einen Transformator 16 auf, der einen passiven Gleichrichter 36 mit einer zweiten AC-Eingangsspannung versorgt. Auch dieser Transformator 16 kann mit Potential Erde PE verbunden sein, insbesondere ist er mit Erdpotential verbunden, wenn auch das AC-Netz 12 geerdet ist.

Das DC-Netz 14 weist als äquivalentes Ersatzschaltbild für einen Erdfehler einen zweiteiligen Isolationswiderstand 50 gegen Erdpotential PE auf. Eine Batterie 42 ist über DC- Schalter 46 mit dem DC-Netz 14 verbindbar. Eine Last 44 ist über DC-Schalter 48 mit dem DC-Netz verbindbar. Auch die Last 44 kann einen unerwünschten parasitären Widerstand 44. P gegen Erdpotential PE aufweisen. Eine Last 44 kann insbesondere einen oder mehrere Verbraucher umfassen, wie beispielsweise eine Maschine, eine Industrieanlage oder auch einen Elektrolyseur. Das DC-Netz 14 kann auch mehrere Lasten 44 und mehrere Batterien 42 aufweisen.

Das AC-Netz 12 kann über einen Vor-Transformator mit dem Versorgungssystem 10 verbunden werden. Durch den Vor-Transformator kann die vom AC-Netz 12 bereitgestellte Spannung auf ein vom Versorgungssystem 10 geeignetes Niveau angepasst werden. Zum Beispiel kann der aktive Gleichrichter 20 über den Vor-Transformator mit einer ersten AC- Eingangsspannung versorgt werden, von der der erste Schwellwert abhängt. Hierdurch kann erreicht werden, dass der aktive Gleichrichter 20 durch Ansteuerung der AC-Schalter 22 durch eine Steuereinheit 30 erst dann mit dem AC-Netz 12 verbunden wird, wenn das DC- Netz 14, also auch der Zwischen kreis 18, auf eine ausreichend hohe DC-Spannung vorgeladen ist, so dass das Zuschalten des aktiven Gleichrichters 20 sanft, also vollständig oder weitgehend stromlos erfolgen kann.

Der aktive Gleichrichter 20 ist ausgebildet, Wechselstrom oder Wechselspannung an seiner AC-Seite in Gleichstrom oder Gleichspannung an seine DC-Seite umzuwandeln. Der aktive Gleichrichter 20 ist ebenfalls ausgebildet, Gleichstrom oder Gleichspannung an seiner DC- Seite in Wechselstrom oder Wechselspannung an seiner AC-Seite umzuwandeln. Im dargestellten Ausführungsbeispiel geschieht die Umwandlung dadurch, dass die Steuereinheit 30 Halbleiterschalter des aktiven Gleichrichters 20 geeignet ansteuert. Die Steuereinheit kann ebenfalls eingerichtet und ausgebildet sein, das Verfahren zum Betrieb des kurzschlussgesicherten Versorgungssystems 10 auszuführen und entsprechend beispielsweise die Schalter 22, 24, 34 anzusteuern. Sie verfügt dafür beispielsweise über geeignete Rechenleistung und geeigneten Speicher. Die Ansteuerung der Halbleiterschalter des aktiven Gleichrichters 20 und die Steuerung 30 zur Durchführung des Verfahrens kann aber auch durch separate Steuereinheiten erfolgen.

Neben einem passiven Gleichrichter 36 weist die Vorrichtung 41 einen Vorladewiderstand 28 auf, über den der Strom beim Vorladen den DC-Netzes 14 begrenzt wird. Wird die Vorrichtung 41 als Vorladevorrichtung betrieben, so ist also der Schalter 34 geöffnet. Der Zwischenkreis 18 des aktiven Gleichrichters 20 kann beim Hochfahren des Versorgungssystems 10 vor der Verbindung der AC-Seite mit dem AC-Netz 12 über die Vorladevorrichtung 41 vorgeladen werden. Hierfür wird zunächst der AC-Schalter 24 bei geöffnetem Schalter 34 geschlossen und das DC-Netz 14 vorgeladen. Die Vorladevorrichtung 41 ist eingerichtet, eine solche Vorladung aus dem AC-Netz 12 durchzuführen und weist hierfür den passiven Gleichrichter 36 auf. Über die Vorladevorrichtung 41 kann mindestens der Zwischenkreis 18 des aktiven Gleichrichters 20, bevorzugt das gesamte DC-Netz 14, direkt aus dem AC-Netz 12 vorgeladen werden.

Wird die kombinierte Vorrichtung 41 als Kurzschlusssicherungsvorrichtung betrieben, so ist der Schalter 34 geschlossen und der Vorladewiderstand somit überbrückt. Das Vorladen des Zwischenkreises 18 und des DC-Netzes 14 erfolgt dann nur noch über den aktiven Gleichrichter 20 oder ist bereits beendet. Von der zweiten AC-Eingangsspannung hängt der zweite Schwellwert ab, über den sichergestellt werden kann, dass die Verbindung zwischen AC-Netz 12 und DC-Netz 14 über den geschlossenen Schalter 34 zu dem zweiten Zeitpunkt während des Vorladens erst dann hergestellt wird, wenn der Zwischenkreis 18 und damit das DC-Netz 14 genügend vorgeladen ist. Das Schließen des Schalters 34 kann beispielsweise durch Ansteuerung durch die Steuereinheit 30 erfolgen.

Über den passiven Gleichrichter 36 kann ein durch einen Fehler im DC-Netz 14 auftretender Kurzschlussstrom unter Umgehung des aktiven Gleichrichters 20 aus dem AC-Netz 12 in das DC-Netz 14 geleitet werden. Ein solcher Fehler im DC-Netz tritt beispielsweise auf, wenn der Isolationswiderstand 50 oder der parasitäre Widerstand 44. P zu klein werden und dadurch ein Erdschluss im DC-Netz, also eine zu niederohmiger Verbindung zum Potential Erde PE, entsteht. Bezugszeichenliste

10 Versorgungssystem

12 AC-Netz

14 DC-Netz

16 Transformator

18 Zwischenkreis

20 aktiver Gleichrichter

20.1 Sinusfilterdrosseln

22, 23, 24 AC-Schalter

28 Vorladewiderstand

30 Steuereinheit

32.1, 32.2 DC-Sicherungen 34 Schalter

36 Gleichrichter

37 Kurzschlusssicherungsvorrichtung

38 strombegrenzende Ladeschaltung

39 Vorladevorrichtung

41 kombinierte Vorrichtung

42 Batterie 44 Last 44. P parasitärer Widerstand 46 DC-Schalter 48 DC-Schalter 50 Isolationswiderstand PE Potential Erde a), b), c) Verfahrensschritte