Stromrichteranordnung mit Kurzschlusseinheit sowie Verfahren zum Trennen einer Wechselspannungsleitung

Die Erfindung betrifft eine Stromrichteranordnung mit einem Stromrichter, der gleichspannungsseitig mit einer Gleichspannungsleitung und wechselspannungsseitig mit einer mehrphasi ^¬ gen Wechselspannungsleitung verbindbar ist, sowie mit einer wechselspannungsseitig des Stromrichters angeordneten Kurz ^¬ schlusseinheit, wobei die Kurzschlusseinheit den Phasen der Wechselspannungsleitung zugeordnete Leiterzweige sowie we ^¬ nigstens eine Schaltvorrichtung umfasst. Eine derartige Stromrichteranordnung ist aus der Druckschrift WO 2011/150963 AI bekannt. Bei der bekannten Strom ^¬ richteranordnung ist die Kurzschlusseinheit zwischen dem Stromrichter und einem in einer dreiphasigen Wechselspannungsleitung angeordnetem Transformator angeordnet, mittels dessen der Stromrichter an ein Wechselspannungsnetz angeschlossen ist. Die Kurzschlusseinheit der bekannten Stromrichteranordnung umfasst drei zu einem geerdeten Sternpunkt verbundene Leiterzweige. In jedem der Leiterzweige ist ein Schalter angeordnet, wobei die Leiterzweige mittels der

Schalter jeweils mit einer ihnen zugeordneten Phase der Wechselspannungsleitung verbindbar sind.

Im Fall eines Fehlers in der Wechselspannungsleitung, beispielsweise eines Erdschlusses einer oder mehrerer Phasen der Wechselspannungsleitung, wird mittels der bekannten Kurzschlusseinheit die Wechselspannungsleitung geerdet, so dass ein symmetrischer Erdschluss in der Wechselspannungsleitung erzeugt wird. Dadurch kann ein Stromnulldurchgang auch bei einem unsymmetrischen Erdschluss in der Wechselspannungslei- tung gewährleistet werden, so dass die Wechselspannungslei ^¬ tung mittels einer Wechselspannungsschaltanlage getrennt wer ^¬ den kann. Eine solche Fehlerklärung ist notwendig, weil unter Umständen nur dadurch der Stromrichter vor Schäden, bei- spielsweise aufgrund von Überspannungen, Kurzschlussströmen und/oder thermischer Überlastung, geschützt werden kann. Es wird hierbei darauf hingewiesen, dass Wechselspannungsleitungen in diesem Zusammenhang sowohl Freileitungen als auch Ka- belverbindungen sein können.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Stromrichteranordnung der oben genannten Art vorzuschlagen, mit der eine einfachere und zuverlässige Fehlerklärung möglich ist.

Die Aufgabe wird bei einer Stromrichteranordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Leiterzweige der Kurzschlusseinheit mittels der wenigstens einen Schaltvorrichtung unter Erzielung eines symmetrischen Kurzschlusses in der Wechselspannungsleitung mit der Wechselspannungsleitung und/oder miteinander erdverbindungsfrei verbindbar sind.

Unter einem symmetrischen Kurzschluss wird im Unterschied zu einem Erdschluss eine erdverbindungsfreie elektrische Verbin ^¬ dung zwischen allen Phasen der Wechselspannungsleitung verstanden. Erfindungsgemäß können die Phasen also miteinander und/oder mit den Phasen der Wechselspannungsleitung, nicht jedoch mit einem Erdanschlusspunkt verbunden werden. Dies be- deutet, dass eine Erdung der Kurzschlusseinheit demnach ent ^¬ fällt.

Bei einem unsymmetrischen Kurzschluss in der Wechselspannungsleitung bewirkt die Erzeugung des symmetrische Kurz- Schlusses mittels der Kurzschlusseinheit vorteilhaft eine Symmetrisierung der Ströme in den Phasen der Wechselspannungsleitung. Auf diese Weise kann ein Stromnulldurchgang in der Wechselspannungsleitung erzwungen werden. Falls erforderlich, kann dann die Wechselspannungsleitung getrennt werden, um den Stromrichter zu schützen.

Bevorzugt umfasst die Stromrichteranordnung dazu eine wech- selspannungsseitig des Umrichters angeordnete Schaltanordnung zum Trennen der Wechselspannungsleitung. Die Schaltanordnung kann dazu verwendet werden, die fehlerbehaftete Wechselspan ^¬ nungsleitung zu trennen, sobald wenigstens ein Stromnull ^¬ durchgang in der Wechselspannungsleitung erzwungen wurde. Be- sonders bevorzugt ist die Schaltanordnung ein dem Fachmann bekannter Wechselspannungs-LeistungsSchalter .

Geeigneterweise umfasst die Stromrichteranordnung ferner ei ^¬ nen in der Wechselspannungsleitung angeordneten Transforma- tor. Der Transformator weist eine der Anzahl der Phasen der Wechselspannungsleitung entsprechende Anzahl von Primär- sowie Sekundärwicklungen, die eine Primär- und eine Sekundärseite des Transformators definieren. Die Wechselspannungslei ^¬ tung ist dementsprechend an der Primärseite des Transforma- tors mit einem Wechselspannungsnetz und an der Sekundärseite mit dem Stromrichter verbunden beziehungsweise verbindbar. Die Primärseite des Transformators ist beispielsweise über einen ersten Wechselspannungsabschnitt an das Wechselspan ^¬ nungsnetz anschließbar. Die Sekundärseite des Transformators ist beispielsweise über einen zweiten Wechselspannungsab ^¬ schnitt an einen Wechselspannungsanschluss des Stromrichters anschließbar. Die Primärwicklungen des Transformators können beispielsweise in einer Stern- oder Dreieckschaltung miteinander verbunden sein. Entsprechend können die Sekundärwick- lungen des Transformators ebenfalls in einer Stern- oder

Dreieckschaltung miteinander verbunden sein. Falls die Primär- und/oder Sekundärwicklungen in einer Sternschaltung verbunden sind, so kann es von Vorteil sein, wenn wenigstens ei ^¬ ner der Sternpunkte geerdet ist, beispielsweise mittels eines Abieiters. Die Anbindung des Stromrichters an das Wechsels ^¬ pannungsnetz mittels des Transformators hat den Vorteil, dass die am Stromrichter abfallenden Spannungen auf das Spannungsniveau des Wechselspannungsnetzes transformiert werden kön ^¬ nen. Darüber hinaus kann mittels des Transformators eine Po- tenzialtrennung zwischen der Wechselspannungsseite des Stromrichters und dem Wechselspannungsnetz realisiert werden. Der Transformator ist bevorzugt ein Stelltransformator, dessen primärseitige und/oder sekundärseitige Spannung variabel ein ^¬ gestellt werden kann.

Die Schaltanordnung kann beispielsweise primärseitig des Transformators angeordnet sein. Auf diese Weise kann die ge ^¬ samte Stromrichteranordnung vom Wechselspannungsnetz getrennt werden.

Die Kurzschlusseinheit ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung primärseitig des Transformators angeordnet. Diese

Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, dass die Kurzschlusseinheit einen besonders einfachen Aufbau aufweist, da im Allgemeinen lediglich eine Schaltvorrichtung zum Kurzschließen der Phasen des ersten Wechselspannungsleitungsab- Schnitts untereinander benötigt wird. Für einige Anwendungen kann es jedoch von Vorteil sein, wenn die Kurzschlusseinheit Impedanzen zur Dämpfung eines Kurzschlussstromes aufweist, da unter Umständen der Strom im Kurzschlussfall nur durch die Impedanz des Wechselspannungsnetzes begrenzt wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Kurzschlusseinheit sekundärseitig des Transformators angeord ^¬ net. Diese Ausführungsform der Erfindung hat, neben dem Einfachen Aufbau, den weiteren Vorteil, dass ein Kurzschluss- ström in der Wechselspannungsleitung durch die Impedanzen des Transformators und des Wechselspannungsnetzes begrenzt wird. Dies senkt den Bedarf nach strombegrenzenden Impedanzen in der Kurzschlusseinheit. Es wird als vorteilhaft angesehen, wenn die Leiterzweige der Kurzschlusseinheit in einer isolierten Sternpunktschaltung miteinander verbunden sind, und an ihren dem Sternpunkt abgewandten Enden jeweils mittels der wenigstens einen Schaltvorrichtung der Kurzschlusseinheit mit den Phasen der Wechsels- pannungsleitung verbindbar sind. Der symmetrische Kurzschluss wird demnach durch ein Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen den Leiterzweigen der Kurzschlusseinheit und den Phasen der Wechselspannungsleitung hergestellt. Dabei sind die Leiterzweige der Kurzschlusseinheit in einer Eins- zu-Eins-Beziehung den Phasen der Wechselspannungsleitung zugeordnet. Ein isolierter Sternpunkt wird dabei als ein Stern ^¬ punkt ohne direkte Erdanbindung verstanden.

Zur Strombegrenzung kann die Kurzschlusseinheit in den Leiterzweigen angeordnete strombegrenzende Induktivitäten auf ^¬ weisen. Mittels der Induktivitäten kann der Kurzschlussstrom durch die Kurzschlusseinheit wirksam begrenzt werden. Die Induktivitäten können beispielsweise Strombegrenzungsdrosseln sein. Ferner kann die Kurzschlusseinheit einen oder mehrere ohmsche Dämpfungswiderstände umfassen, die in den Leiterzwei ^¬ gen angeordnet sind. Die Dämpfungswiderstände dienen eben ^¬ falls der Strombegrenzung.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Kurzschlusseinheit Induktivitäten auf, die Tertiärwicklungen einer Tertiärseite des Transformators ausbilden. Die Leiter ^¬ zweige der Kurzschlusseinheit sind dabei in einer isolierten Sternpunktschaltung miteinander verbunden, wobei die Leiterzweige an ihren dem Sternpunkt abgewandten Enden jeweils mit ^¬ tels der wenigstens einen Schaltvorrichtung miteinander und mit der Tertiärseite verbindbar sind. Der Transformator weist demnach eine Tertiärseite auf, die durch die

Tertiärwicklungen gebildet ist. Diese Ausführungsform hat den besonderen Vorteil, dass zur Realisierung der Kurzschlusseinheit übliche für Mittelspannung ausgelegte Bauelemente ver ^¬ wendet werden können. Dadurch kann ein besonders kosten- und platzoptimierter Aufbau der Kurzschlusseinheit erreicht wer- den. Die Leiterzweige sind beispielsweise an einem ihrer En ^¬ den mit einem isolierten Sternpunkt verbunden und weisen an dem anderen Ende jeweils eine Schaltvorrichtung auf, die beispielsweise einen Leistungsschalter und eine Steuereinheit zur Ansteuerung des Leistungsschalters umfasst. Jeder der Leiterzweige ist mittels der Schaltvorrichtung mit der

Tertiärseite des Transformators, insbesondere mit den die Tertiärwicklungen ausbildenden Induktivitäten, und damit auch mit den anderen Leiterzweigen verbindbar. Bevorzugt umfasst jeder der Leiterzweige ferner eine Reihenschaltung aus einer Strombegrenzungsdrossel und/oder einem Dämpfungswiderstand. Diese dienen zu einer Begrenzung eines maximalen Kurzschlussstromes auf der Tertiärseite des Transformators.

Bevorzugt ist der Transformator ein YYD-Transformator . Das bedeutet, dass die Primärseite des Transformators in einer Sternschaltung, die Sekundärseite ebenfalls in einer Sternschaltung und die Tertiärwicklungen des Transformators in ei- ner Deltaschaltung miteinander geschaltet sind. Es ist jedoch denkbar, dass die Wicklungen des Transformators in jeder anderen geeigneten Schaltanordnung realisiert sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Stromrichter wenigstens ein zwischen einem Gleichspan- nungsanschluss und einem Wechselspannungsanschluss des Strom ^¬ richters angeordnetes Phasenmodul, wobei das Phasenmodul eine Reihenschaltung von zweipoligen Submodulen umfasst, wobei die Submodule jeweils wenigstens zwei Leistungshalbleiterschalter sowie einen Energiespeicher umfassen. Demnach ist der Stromrichter ein sogenannter modularer Mehrstufenumrichter.

Die Submodule des Stromrichters können beispielsweise als Halbbrückenschaltungen ausgebildet sein. Ein derartiger

Stromrichter ist beispielsweise in der DE 10 103 031 AI be ^¬ schrieben. Es ist jedoch ebenfalls denkbar, dass der Stromrichter ein ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannter Spannungszwischenkreisumrichter ist oder eine andere geeignete Stromrichtertopologie aufweist.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Trennen einer mehrphasigen Wechselspannungsleitung .

Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der oben ange- führten Druckschrift WO 2011/150963 AI bekannt. Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Trennen einer Wechselspannungsleitung vorzuschlagen, dass kostengünstig und zuverlässig durchgeführt werden kann. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, bei dem im Fall eines unsymmetrischen Erdschlusses in der Wechselspannungsleitung mittels einer der Wechselspannungsleitung zugeordneten Kurzschlusseinheit ein symmetrischer Kurzschluss in der Wechselspannungsleitung erdverbindungsfrei erzeugt wird, worauf die Wechselspannungsleitung mittels ei ^¬ ner darin angeordneten Schaltanordnung getrennt wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich sinngemäß die gleichen Vorteile erreichen, wie sie oben zur erfindungsgemä- ßen Stromrichteranordnung angegeben sind.

Bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Kurzschlusseinheit verwendet, die Leiterzweige sowie eine

Tertiärseite eines in der Wechselspannungsleitung angeordne- ten Transformators ausbildende Induktivitäten umfasst, wobei die Leiterzweige an einem ihrer Enden zu einer isolierten Sternpunktschaltung verbunden sind, wobei der symmetrische Kurzschluss dadurch erzeugt wird, dass die Leiterzweige mit ^¬ tels einer Schaltvorrichtung jeweils an ihren dem Sternpunkt abgewandten Ende miteinander und mit den Induktivitäten verbunden werden. Diese Ausführungsform des Verfahrens ist vorteilhaft durch die Möglichkeit der Verwendung einer Kurzschlusseinheit, die einen besonders kosten- und platzopti ^¬ mierten Aufbau aufweist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemä ^¬ ßen Stromrichteranordnung näher erläutert. Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stromrichteranordnung in schematischer Darstellung; Figur 2 zeigt eine Kurzschlusseinheit der Stromrichteranord ^¬ nung der Figur 1 in schematischer Darstellung;

Figur 3 zeigt ein Beispiel eines Stromrichters der Stromrich- teranordnung aus Figur 1 in schematischer Darstellung;

Figur 4 zeigt ein Beispiel eines Submoduls des Stromrichters der Figur 2 in schematischer Darstellung. Im Einzelnen ist in Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer

Stromrichteranordnung 1 gezeigt. Die Stromrichteranordnung 1 der Figur 1 ist in einer sogenannten Einliniendarstellung skizziert, wobei alle dreiphasigen Leitungen als eine Linie gekennzeichnet sind. Die Stromrichteranordnung 1 umfasst ei- nen Stromrichter 2, der an seiner Gleichspannungsseite mittels zweier Gleichspannungsanschlüsse 3 und 4 mit einer bipo ^¬ laren Gleichspannungsleitung 5 verbunden ist. Es sei in diesem Zusammenhang erwähnt, dass die Gleichspannungsleitung 5 ebenso beispielsweise monopolar ausgebildet sein kann. An ei- ner Wechselspannungsseite ist der Stromrichter 2 mittels

Wechselspannungsanschlüsse 6 mit einer dreiphasigen Wechsels ^¬ pannungsleitung 7 verbunden. Die dreiphasige Wechselspannungsleitung 7 ist in der Darstellung der Figur 1 als eine einzelne Linie dargestellt. Die Wechselspannungsleitung 7 um- fasst einen ersten Wechselspannungsleitungsabschnitt 8 und einen zweiten Wechselspannungsleitungsabschnitt 9. Die beiden Wechselspannungsleitungsabschnitte 8 und 9 sind miteinander mittels eines Transformators 10 verbunden. Der Transformator 10 ist vom Typ YYD und weist Primärwicklungen 11 sowie Sekun- därwicklungen 12 auf. Die Primärwicklungen 11 sind als eine Sternschaltung ausgebildet. Die Sekundärwicklungen 12 sind ebenfalls als eine Sternschaltung ausgebildet. Der erste Wechselspannungsleitungsabschnitt 8 ist demnach primärseitig des Transformators 10 angeordnet und mit den Primärwicklungen 11 verbunden. Der zweite Wechselspannungsleitungsabschnitt 9 ist sekundärseitig des Transformators 10 angeordnet und mit dem Stromrichter 2 verbunden. Ein Sternpunkt der Primärwicklungen 11 ist über einen ersten Erdungszweig 13 mit einem darin angeordneten ersten

Überspannungsabieiter 14 geerdet. Ein Sternpunkt der Primärwicklungen 12 ist über einen zweiten Erdungszweig 15 mit ei- nem darin angeordneten zweiten Überspannungsabieiter 16 ebenfalls geerdet. Eine direkte Erdung der Sternpunkte kann je ^¬ doch in manchen Anwendungen von Vorteil sein. Die Erdungszweige 13, 15 können darüber hinaus Schalteinheiten zum Trennen der Erdungszweige 13, 15 umfassen.

Primärseitig des Transformators 10 ist eine Schaltanordnung 17 angeordnet. Die Schaltanordnung 17 umfasst einen Wechsels- pannungsleistungsschalter 18 sowie eine Steuereinheit 19 zur Steuerung des Wechselspannungsleistungsschalters 18. Mittels der Schaltanordnung 17 kann die Wechselspannungsleitung 7 getrennt werden.

Die Stromrichteranordnung 1 umfasst ferner eine Filtereinheit 20, die primärseitig des Transformators 10 angeordnet ist. Die Filtereinheit 20 kann eines oder mehrere passive und/oder aktive Filter zur Dämpfung von Oberschwingungen in der Wechselspannungsleitung 7 umfassen. Die Filtereinheit 20 ist mit Erde verbunden. Die Stromrichteranordnung 1 ist wechselspannungsseitig des Stromrichters 2 mit einem Wechselspannungsnetz 21 verbunden. Die Stromrichteranordnung 1 ist somit zum Übertragen elektrischer Leistung zwischen dem Wechselspannungsnetz 21 und der Gleichspannungsleitung 5 geeignet. Die Stromrichteranordnung 1 ist jedoch im Allgemeinen nicht auf diese Anwendung beschränkt. Eine andere denkbare Anwendung ist beispielsweise eine Blindleistungskompensation in einem Wechselspannungssystem. Die Stromrichteranordnung 1 umfasst ferner eine Kurzschluss ^¬ einheit 22, die in Figur 2 in einer Dreiphasendarstellung detailliert gezeigt ist, wobei gleiche und gleichartige Teile in den beiden Figuren 1 und 2 jeweils mit gleichen Bezugszei- chen versehen sind. Die Kurzschlusseinheit 22 umfasst

Induktivitäten 23, 24 und 25, die in einer Deltaschaltung miteinander verbunden sind und Tertiärwicklungen des Transformators 10 ausbilden. Die Kurzschlusseinheit 22 umfasst ferner drei Leiterzweige 26, 27 und 28. Die Leiterzweige 26, 27, 28 bilden an einem ihrer Enden eine Isolierte Sternpunkt ^¬ schaltung, wobei die drei Leiterzweige 26, 27, 28 in einem Sternpunkt 29 zusammenlaufen. Der Sternpunkt 29 ist isoliert, es besteht also keine direkte Erdverbindung zwischen dem Sternpunkt 29 und Erde.

Der Leiterzweig 26 weist eine Schaltvorrichtung 30 auf, wobei der Schaltvorrichtung 30 einen Leistungsschalter 32 sowie eine Steuereinheit 31 zum Ansteuern des Leistungsschalters 32 umfasst. Der Leiterzweig 26 ist mittels der Schaltvorrichtung 30 mit den Induktivitäten 23, 24, 25 und damit auch mit den dem Sternpunkt 29 abgewandten Enden der übrigen Zweige 27 und 28 verbindbar. Ferner weist der Leiterzweig 26 eine Reihenschaltung aus einer weiteren Strombegrenzungsdrossel 33 und eines Dämpfungswiderstandes 34 auf. Entsprechend umfasst auch der Leiterzweig 27 eine Schaltvorrichtung 35 und eine Reihenschaltung aus einer Strombegrenzungsdrossel 36 und Dämpfungs ^¬ widerstand 37. Der Leiterzweig 27 ist mittels der Schaltvor ^¬ richtung 35 mit den entsprechenden Enden der Leiterzweige 26, 28 verbindbar. Ebenso umfasst der Leiterzweig 28 eine Schalt ^¬ vorrichtung 38 und eine Reihenschaltung aus einer Strombegrenzungsdrossel 39 und Dämpfungswiderstand 40. Die Schalt ^¬ vorrichtung 38 kann das dem Sternpunkt 29 abgewandte Ende des Leiterzweiges 28 mit den entsprechenden Enden der beiden üb- rigen Leiterzweige 26, 27 verbinden. Die Schaltvorrichtungen 30, 35 und 38 sind in dem in Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Stromrichteranordnung 1 gleichartig aufgebaut, was jedoch im Allgemeinen nicht zwingend ist. In einem Normalbetrieb der Stromrichteranordnung 1 sind die Leistungsschalter der Schaltvorrichtungen 30, 35, 38 in einem geöffneten Zustand, so dass kein Strom durch die Strombegren- zungsdrosseln 33, 36, 39 und die Dämpfungswiderstände 34, 37, 40 fließt.

Um die Funktionsweise der Kurzschließeinheit 22 anhand eines Beispiels zu erläutern, wird im Folgenden von einem Fehler ausgegangen, der durch einen einphasigen Erdschluss im zweiten Wechselspannungsleitungsabschnitt 9 gegeben ist. Ein sol ^¬ cher unsymmetrischer Fehler kann zu einer Überlastung des Stromrichters 2 oder seiner Teile führen. Um den Stromrichter zu entlasten muss die Wechselspannungsleitung 7 getrennt werden. Aufgrund einer Sternpunktverschiebung bleiben jedoch Stromnulldurchgänge in der Wechselspannungsleitung 7 unter Umständen aus, so dass die Schaltanordnung 17 die Wechselspannungsleitung 7 nicht zuverlässig trennen kann.

Wird der Erdschluss beispielsweise von einer grafisch nicht dargestellten Fehlererfassungseinrichtung erfasst, so werden die Leistungsschalter der Schaltvorrichtungen 30, 35, 38 mittels der zugehörigen Steuereinheiten dazu angesteuert, zu schließen. Dadurch wird eine elektrische Verbindung zwischen den Leiterzweigen 26, 27 und 28 und den Tertiärwicklungen 23, 24, 25 des Transformators 10 hergestellt. Die Leiterzweige 26, 27, 28 werden zugleich auch miteinander verbunden (kurzgeschlossen) . Aufgrund der Induktion im Transformator 10 fließt Strom durch die Leiterzweige 26, 27 und 28 Kurz ^¬ schlusseinheit 22 und erzeugt rückwirkend einen symmetrischen Kurzschluss in der Wechselspannungsleitung 7. Auf diese Weise wird ein Nulldurchgang des Stromes in der Wechselspannungs ^¬ leitung 7 erzwungen. Die Wechselspannungsleitungsschalter 18 der Schaltanordnung 17 (vgl. Figur 1) können damit die Wechselspannungsleitung 7 trennen.

In Figur 3 ist der Stromrichter 2 der Stromrichteranordnung 1 aus Figur 1 dargestellt. Der Stromrichter 2 ist ein soge- nannter modularer Mehrstufen-Umrichter (MMC) . Der Mehrstufen- Umrichter 2 der Figur 3 umfasst drei Wechselspannungsanschlüsse LI, L2, L3, die den Wechselspannungsanschlüssen 6 der Figur 1 entsprechen. Mittels der Wechselspannungsan- Schlüsse LI, L2, L3 ist der Mehrstufen-Umrichter 2 an die Wechselspannungsleitung 7 angeschlossen. Der in Figur 3 dargestellte Mehrstufen-Umrichter 2 kann als Gleichrichter oder als Wechselrichter eingesetzt werden. Der Mehrstufen- Umrichter 2 umfasst ferner sechs Zweige Z1-Z6, die grundsätz ^¬ lich jeweils eine Reihenschaltung von N baugleichen zweipoligen Submodulen 41 sowie eine Induktivität 42 aufweisen. In Figur 3 sind dabei der besseren Übersicht wegen lediglich zwei Submodule 41 pro Zweig dargestellt. Die Anzahl der Sub- module 41 pro Zweig richtet sich im Allgemeinen nach den zu erzeugenden Spannungen an den Anschlüssen des Stromrichters 2. Jeder der Zweige Z1-Z6 ist entweder mit einer positiven Sammelschiene am Gleichspannungsanschluss 3 oder einer nega ^¬ tiven Sammelschiene am Gleichspannungsanschluss 4 verbunden. Die Potentialdifferenz zwischen den beiden Klemmen XI und X2 (siehe Figur 4) eines jeden zweipoligen Submoduls 41 wird als Submodul-Klemmenspannung bezeichnet. Jedes Submodul 41 kann einen ersten Schaltzustand annehmen, in dem die zugehörige Submodul-Klemmenspannung gleich Null ist; und einen zweiten Schaltzustand annehmen, in dem die Submodul-Klemmenspannung gleich einem von Null verschiedenen Wert ist. Dieser von Null verschiedener Wert ist im Wesentlichen durch eine an einem Energiespeicher S (siehe Figur 4) des Submoduls 41 abfallende Spannung definiert. Durch geeignete Ansteuerung der Submodule 41 des Mehrstufen-Umrichters 2 können demnach beispielsweise k der zwischen der positiven Sammelschiene 3 und der negativen Sammelschiene 4 in Reihe geschalteten Submodule 41 in den zweiten Schaltzustand geschaltet werden; die übrigen N-k Sub ^¬ module werden in den ersten Schaltzustand geschaltet. Dadurch wird zwischen den Sammelschienen 3 und 4 eine Potentialdiffe ^¬ renz UPN erzeugt, die der Anzahl k der Submodule 41 ent ^¬ spricht, die sich im zweiten Schaltzustand befinden. Sind beispielsweise die Energiespeicher S der Submodule 41 auf ei ^¬ ne einheitliche Spannungshöhe UC vorgeladen, so gilt für die Potentialdifferenz UPN=k*UC. Das Potential am Anschluss LI, das zum Beispiel als Potentialdifferenz zur Sammelschiene 3 definiert wird, ist dann proportional zu der Anzahl der im Zweig ZI zwischen LI und 3 liegenden Submodule 41, die sich im zweiten Schaltzustand befinden. Die Anzahl der maximal erzeugbaren (positiven bzw. negativen) Spannungsstufen zwischen LI und 3 (bzw. 4) ist damit gleich der Anzahl N der in Reihe geschalteten Submodule 41 in dem zugehörigen Zweig ZI bzw. Z2. Entsprechendes gilt für die Anschlüsse L2 und L3.

In Figur 4 ist das Submodul 41 des Stromrichters 2 der Figur 3 näher dargestellt. Das Submodul 41 der Figur 4 ist als Halbbrückenschaltung realisiert und weist zwei Klemmen XI, X2, zwei steuerbare elektronische Schalter 43, 44 sowie einen Energiespeicher S auf. Die beiden steuerbaren elektronischen Schalter 43, 44 sind unter Ausbildung einer Reihenschaltung in Reihe geschaltet. Die Reihenschaltung der elektronischen Schalter 43, 44 ist dabei parallel zum Energiespeicher S ge- schaltet. Die steuerbaren elektronischen Schalter 43, 44 werden durch Halbleiter wie IGBT, GTO, IGCT oder MOSFET realisiert. Jedem der steuerbaren elektronischen Schalter 43, 44 ist eine Diode 45 bzw. 46 antiparallel geschaltet. Die anti ^¬ parallelen Dioden 45, 46 können diskrete Bauelemente oder in der Halbleiterstruktur der steuerbaren elektronischen Schalter 43, 44 integriert sein. Der Energiespeicher S ist als Speicherkondensator oder eine Kondensatorbatterie aus mehre ^¬ ren Speicherkondensatoren realisiert. Der erste Schaltzustand des Submoduls 41 ist dadurch charak ^¬ terisiert, dass der elektronische Schalter 44 eingeschaltet ist, während der elektronische Schalter 43 ausgeschaltet ist. Ist der elektronische Schalter 43 eingeschaltet, während der elektronische Schalter 44 ausgeschaltet ist, so befindet sich das Submodul 41 im zweiten Schaltzustand, bei dem an den Submodul-Klemmen XI, X2 im Wesentlichen die Spannung des Energiespeichers S abfällt. Sind beide elektronischen Schal ^¬ ter 43, 44 ausgeschaltet, so ist sichergestellt, dass in ei ^¬ nem äußeren Fehlerfall (beispielsweise bei Klemmenkurz- schluss) unerwünscht Energie abgegeben wird. Es sei hierbei darauf hingewiesen, dass die möglichen Ausgestaltungen des Submoduls 41 nicht auf das in den Figuren 3 und 4 dargestell ^¬ te Ausführungsbeispiel beschränkt sind. Bezugs zeichenliste

1 Stromrichteranordnung

2 Stromrichter

3, 4 Gleichspannungsanschluss

5 Gleichspannungsleitung

6 Wechselspannungsanschlüsse

7 Wechselspannungsleitung

8 erster Wechselspannungsleitungsabschnitt 9 zweiter Wechselspannungsleitungsabschnitt

10 Transformator

11 Primärwicklungen

12 Sekundärwicklungen

13 erster Erdungszweig

14 erster Überspannungsabieiter

15 zweiter Erdungszweig

16 zweiter Überspannungsabieiter

17 Schaltanordnung

18 WechselspannungsleistungsSchalter

19 Steuereinheit

20 Filtereinheit

21 Wechselspannungsnetz

22 Kurzschlusseinheit

23, 24, 25 Induktivität

26, 27, 28 Leiterzweig

29 Sternpunkt

30, 35, 38 Schaltvorrichtung

31 Steuereinheit

32 Leistungsschalter

33, 36, 39 Strombegrenzungsdrossel

34, 37, 40 Dämpfungswiderstand

41 Submodul

42 Drossel

43, 44 Leistungsschalter

45, 46 Freilaufdiode

LI, L2, L3 Wechselspannungsanschluss

S Energiespeicher

XI, X2 Klemme ZI - Z6 Phasenzweige

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