WellengeneratorSystem Die Erfindung bezieht sich auf ein Wellengeneratorsystem mit einem Wellengenerator.

Aus der Veröffentlichung "WGA 23 - ein modernes Wellengenera ^¬ torsystem", Sonderdruck aus der DE-Zeitschrift "HANSA", 120. Jahrgang, Nr. 13, 1983, Heft Juli, S. 1203-1207, ist ein Wel ^¬ lengeneratorsystem bekannt. Wellengeneratorsysteme sind auf Schiffen häufig angewendete Systeme zur preiswerten Erzeugung elektrischer Energie. Das Wellengeneratorsystem, das Bestandteil eines Bordkraftwerks eines Schiffes ist, weist folgende Komponenten auf:

- den mit variabler Drehzahl angetriebenen Wellengenerator zur Erzeugung elektrischer Energie bei veränderlicher Frequenz,

- den als Zwischenkreis-Umrichter ausgeführten statischen

Frequenzumformer zur frequenz- und spannungsmäßigen Entkopplung von Wellengenerator und Bordnetz, bestehend aus generatorseitigem Gleichrichter, netzseitigem Wechselrichter und Gleichstrom- oder -spannungszwischenkreis,

- die bei Stromzwischenkreis-Umrichtern erforderliche Zwi- schenkreisdrossel zur Glättung des Zwischenkreisstromes ,

- den bei Spannungszwischenkreis-Umrichtern erforderlichen Zwischenkreiskondensator zur Glättung der Zwischenkreis- spannung,

- die Netzdrossel zur Kurzschlussstrom- und Oberschwingungs- begrenzung,

- die zur Erhöhung der Kurzschlusssicherheit und zur Deckung des Blindstrombedarfs des Netzes erforderliche Blindleis ^¬ tungsmaschine mit eingebautem Anwurfmotor,

- den Erregerstromrichter ggf. mit Anpasstransformator zur Verstellung des Wellengenerator-Erregerstroms im Rahmen ei ^¬ ner Wellengenerator-Regelung,

- die vollelektronische Regel-, Steuer- und Überwachungsan ^¬ lage und - den Batterie-Unterverteiler zur Versorgung der lebenswichtigen Funktionen des Wellengeneratorsystems im Störungs ^¬ und Kurzschlussfall. Diese Wellengeneratoranlage ist netzseitig mittels eines

Schalters mit einer Bordnetz-Sammelschiene verbindbar. Um si ^¬ cher im Netz extreme Belastungen zu vermeiden, ist als Netzdrossel eine so genannte Duplexdrossel vorgesehen. Mittels dieser Duplexdrossel wird die Ausbreitung von Oberschwingun- gen verhindert und die Kurzschlussströme werden beträchtlich reduziert. Duplexdrosseln werden häufig auch als Stromteiler- Drosselspule, Ausgleichsdrosseln oder Glättungsdrosseln bezeichnet. Die ideale Duplexdrossel ist ein Spezial-Transfor- mator mit zwei Wicklungen geringer Streuinduktivität auf ei- nem Eisenkern mit mehreren kleinen Luftspalten.

Der Veröffentlichung "Netzgestaltung mit Duplexdrosseln" von W. Schild und Dr. W. Planitz, abgedruckt im Jahrbuch der Schiffbautechnischen Gesellschaft, 91. Band, 1997, S. 173 ff-, ist zu entnehmen, wie eine Duplexdrossel zur Erhöhung der Kurzschlusssicherheit eingesetzt wird. In dieser Veröf ^¬ fentlichung werden zwei Netzkonzepte für die Verbesserung der Netzqualität auf einem dieselelektrisch angetriebenen Kreuzfahrtschiff mit Hilfe von Duplexdrosseln vorgestellt. Mit dem Einsatz von Duplexdrosseln werden die Rückwirkungen von elektrischen Propulsions-Systemen vermindert. Diese Netzrückwirkungen, die vom Stromrichter eines Wellengeneratorsystems ausgehen, erzeugen im versorgenden Bordnetz erhebliche Oberschwingungen, wodurch die Netzqualität gemindert wird.

Das Servicenetz auf einem Schiff für die Versorgung von

Hilfsbetrieben, der Beleuchtung, der nautischen Geräte und der Kommunikation sowie der Versorgungssysteme im Wohnbereich benötigen eine oberschwingungsarme Versorgungsspannung. Ein überhöhter Klirrfaktor kann zu Zusatzverlusten, Betriebsstörungen und im Grenzfall zur Zerstörung von Komponenten führen. Mittels Duplexdrosseln wird ein oberschwingungsarmes Teilnetz ausgekoppelt. Dieser Veröffentlichung kann außerdem entnommen werden, dass bei Wellenleistungen von 10MW und mehr direktumrichterge- speiste Synchronmotoren als Propellerantriebe verwendet wer- den. Neben direktumrichtergespeisten Synchronmotoren werden auch Stromrichtermotoren mit lastkommutierenden Umrichtern als Propellerantrieb eingesetzt.

Aus der DE 10 2006 020 144 B4 ist ein Verfahren zum Betrieb eines Schiffsantriebssystems mit Abwärmerückgewinnung sowie ein Schiffsantriebssystem mit Abwärmerückgewinnung bekannt. Das Schiffsantriebssystem weist unter anderem einen Wellenge- nerator/-motor auf, der mittels eines Umrichters mit netzsei- tigem Transformator aus dem Bordnetz versorgt wird. Der Betrieb des Wellengenerators als Motor wird als "Power-Take-In" (PTI) bezeichnet. Der Wellengenerator, der statische Frequenzumrichter und der netzseitige Transformator bilden, sobald Energie vom Wellengenerator in das Bordnetz eingespeist wird, ebenfalls ein Wellengeneratorsystem. Der Betrieb des Wellengenerators als Generator, d.h., es wird elektrische Energie für ein Bordnetz erzeugt, wird als "Power-Take-Off" (PTO) be ^¬ zeichnet. In diesem Patent wird jedoch dieses Wellengenera ^¬ torsystem hauptsächlich als Booster-Antrieb neben dem dieselmotorischen Antrieb eingesetzt. Dadurch kann der Hauptantrieb verbrauchsgünstig betrieben und die Dieselgeneratoraggregate abgeschaltet werden.

In der Zeitspanne, wenn vom Motorbetrieb des Wellengenerators in den Generatorbetrieb umgeschaltet wird, speist eine Ener- giequelle elektrische Energie in das Schiffsnetz derart ein, dass Spannung und Frequenz des Schiffsnetzes einen jeweils vorbestimmten Grenzwert nicht unterschreiten. Eine derartige Umschaltung erfolgt bei Netzstörungen, insbesondere einem Blackout des Schiffs. Wird das bekannte Wellengeneratorsystem als Booster-Antrieb verwendet, so bildet die Blindleistungs ^¬ maschine während der Umschaltung Motor-/Generatorbetrieb die ^¬ se Energiequelle, aus der das Bordnetz mit Energie versorgt wird . Bei einer alternativen Ausgestaltung des Wellengeneratorsys- tems wird als statischer Frequenzumformer ein Spannungszwischenkreis-Umrichter vorgesehen. Dieser Spannungszwischen- kreis-Umrichter weist einen Zwischenkreiskondensator auf, der die Energiequelle bildet, die während der Betriebsumschaltung des Wellengenerators Energie in das Schiffsnetz liefert. Eine besonders schnelle Umschaltung wird erreicht, wenn der Span ^¬ nungszwischenkreis-Umrichter generator- und netzseitig je- weils einen selbstgeführten Pulsstromrichter, insbesondere einen IGBT-Pulsstromrichter, aufweist.

Einen derartigen Spannungszwischenkreis-Umrichter mit generator- und netzseitig jeweils einem IGBT-Pulsstromrichter ist in der FIG 3 der DE 10 2005 059 760 AI näher dargestellt.

Durch die Verwendung eines Spannungszwischenkreis-Umrichters anstelle eines Stromzwischenkreis-Umrichters als Antriebs-Um ^¬ richter bei einem Wellengeneratorsystem als Booster-Antrieb wird das Bordnetz nicht nur frequenzmäßig vom Generator ent- koppelt, sondern auch spannungsmäßig. Außerdem kann der Spannungszwischenkreis-Umrichter Blindleistung bereitstellen, so dass keine Blindleistungsmaschine mehr benötigt wird.

Wird als statischer Frequenzumformer des Wellengeneratorsys- tems ein Stromzwischenkreis-Umrichter verwendet, so wird neben einer Duplexdrossel und einem Transformator eine Blind ^¬ leistungsmaschine mit Anwurfmotor benötigt. Wie bereits ein ^¬ gangs beschrieben, wird zur Erhöhung der Kurzschluss-Sicher- heit eine Duplexdrossel benötigt, die idealerweise ein Spe- zial-Transformator ist. Der Transformator wird zur Spannungsanpassung zwischen Umrichter-Ausgangsspannung und Bordnetzspannung benötigt. Diese zusätzlichen Komponenten benötigen jeweils einen Einbauplatz, der auf Schiffen nicht reichlich vorhanden ist.

Würde man einen Spannungszwischenkreis-Umrichter als statischen Frequenzumformer des Wellengeneratorsystems verwenden, müsste für eine Spannungsanpassung zwischen Umrichter-Aus- gangsspannung und Bordnetzspannung ein Transformator vorgesehen sein. Die beiden Stromrichter des Spannungszwischenkreis- Umrichters müssten entweder in Zwei-Punkt-Topologie (Nieder ^¬ spannung) oder Drei-Punkt-Topologie (Mittelspannung) ausge- führt sein. Bei Leistungen von 10MW und mehr müssten mehrere Zwei-Punkt- bzw. Drei-Punkt-Umrichter ausgangsseitig elekt ^¬ risch parallel geschaltet werden, wobei eine Symmetrierungs- Regelung, eine so genannte Δί-Regelung, vorhanden sein müss- te . In Niederspannungs-Umrichtern werden zur Zeit abschalt- bare Halbleiterschalter, insbesondere Insulated-Gate-Bipolar- Transistoren (IGBT), der Spannungsklasse 1200V bzw. 1700V eingesetzt. Bei Mittelspannungs-Umrichtern werden dagegen IGBTs bzw. IGCTs der Spannungsklasse 3300V bzw. 4500V bzw. 6500V verwendet. Mit Anstieg der Spannungsklasse nimmt jedoch die Schaltfrequenz ab, aber der Halbleiterpreis zu.

Durch die begrenzten Schaltfrequenzen der IGBTs müssten auf der Bordnetzseite Filtermaßnahmen vorgenommen werden, um die geforderten Netzrückwirkungen der Klassifizierungsgesellschaften einhalten zu können. Gerade beim Einsatz von Mittelspannungsstromrichtern mit einer Zwischenkreisspannung von deutlich über lkV ist die Schaltfrequenz auf wenige hundert Hertz beschränkt. Dadurch wird eine Filterauslegung zusätzlich erschwert. Die Filterauslegung ist von Haus aus schon schwierig, da es sich beim Bordnetz um ein Inselnetz handelt, welches abhängig von seinem Betriebszustand unterschiedliche Impedanzen und damit unterschiedliche Resonanzfrequenzen haben kann. Daher würde auch eine am Ausgang eines Spannungszwischenkreis-Umrichters wirkende resultierende Resonanzfre ^¬ quenz variieren, wodurch eine Abstimmung der Filterauslegung auf die Schaltfrequenz des Spannungszwischenkreis-Umrichters sehr schwierig sein würde.

Durch die geringe Schaltfrequenz der verwendeten IGBTs des generator- bzw. netzseitigen Stromrichters eines Spannungs ^¬ zwischenkreis-Umrichters als statischen Frequenzumformer ei ^¬ nes Wellengeneratorsystems ist die Dynamik dieses Umrichters eingeschränkt. Dadurch ist die Beherrschung von transienten Betriebszuständen, wie beispielsweise Netzkurzschluss , Weg ^¬ fall und Wiederkehr der Netzspannung, Lastabwurf, trotz einer Überdimensionierung der Bauteile fast unmöglich. Außerdem neigt das erwähnte Filter in transienten Betriebszuständen zum Schwingen.

Besondere Bedeutung kommt der Beherrschung von Netzkurzschlüssen und anderen transienten Betriebszuständen zu. Um diese transienten Betriebszustände irgendwie beherrschen zu können, müsste der Spannungszwischenkreis-Umrichter eines

Wellengeneratorsystems immer am Netz bleiben, d.h., er darf nicht wegen Überstrom abschalten. Dies könnte dadurch erreicht werden, dass sowohl im Normalbetrieb als auch im Kurz ^¬ schlussfall der Strom mittels einer Zwei-Punkt-Regelung gere- gelt oder dass in einzelnen Phasen Zündsignale zeitweise ge ^¬ sperrt und anschließend wieder freigegeben werden würden. Dabei würden jedoch nicht vorhersehbare Oberschwingungen in der Umrichter-Ausgangsspannung entstehen, wodurch ein vorhandenes Netzfilter angeregt werden würde, wodurch die erforderlichen Grenzen für Netzharmonische nur mit großem Aufwand eingehal ^¬ ten werden könnten.

Aus diesen Gründen ist bis jetzt, insbesondere für Mittel ^¬ spannungsanwendungen, noch kein Wellengeneratorsystem mit ei- nem Spannungszwischenkreis-Umrichter als statischen Frequenzumformer aufgebaut worden, das die zuvor genannten Anforderungen im Mittelspannungsbereich vollständig erfüllt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wellengenera- torsystem anzugeben, das als statischen Frequenzumformer einen Spannungszwischenkreis-Umrichter aufweist, mit dem insbesondere Netzkurzschlüsse dynamisch begrenzt werden sollen.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des An- spruchs 1 erfindungsgemäß gelöst.

Dadurch, dass der netzseitige Stromrichter eines Spannungs ^¬ zwischenkreis-Umrichters als Stromrichter mit verteilten Energiespeichern ausgebildet ist, kann in Abhängigkeit der Anzahl der Submodule eines jeden Ventilzweigs die Ausgangs ^¬ spannung dieses Stromrichters an jede beliebige Bordnetzspan ^¬ nung angepasst werden. Durch die Anzahl der Submodule steigt ebenfalls die Treppenstufen-Anzahl des Spannungsverlaufs der Ausgangsspannung dieses Stromrichters, so dass auf der Bord ^¬ netzseite keine Filtermaßnahmen mehr getroffen werden müssen, um die geforderten Netzrückwirkungen der Klassifizierungsgesellschaften einhalten zu können. Ebenfalls durch die hohe Anzahl von Submodulen können im Mittelspannungs-Stromrichter abschaltbare Halbleiterschalter aus dem Low-Voltage-Bereich verwendet werden, die mit einer wesentlich höheren Schaltfrequenz betrieben werden können. Dadurch weist dieser Stromrichter mit verteilten Energiespeichern eine hohe resultie- rende Schaltfrequenz auf, so dass ein Ausgangsstrom dieses

Stromrichters im Kurzschlussfall durch die schnelle Anpassung der Klemmenspannungen hochdynamisch begrenzt werden kann. Das heißt, dieser Stromrichter schaltet im Kurzschlussfall nicht mehr wegen Überstrom ab. Somit können die Anforderungen der Schiffsnetze im Hinblick auf die Einspeisung von Kurzschluss ^¬ strömen einfach erfüllt werden. Das heißt, der erfindungsge ^¬ mäße Spannungszwischenkreis-Umrichter als statischer Frequenzumrichter eines Wellengeneratorsystems weist eine Kurz- schluss-Sicherheit auf, die ohne eine Duplexdrossel bereitge- stellt werden kann.

Durch die hohen Schaltfrequenzen der verwendeten Low-Voltage- IGBTs (LV-IGBT) in den Submodulen des Stromrichters mit verteilten Energiespeichern weist dieser Stromrichter eine sehr hohe resultierende Schaltfrequenz auf. Dadurch kann die

Grenzfrequenz einer zugehörigen Regelung ebenfalls zu hohen Werten verschoben werden, so dass diese außerhalb eines Be ^¬ reichs möglicher Resonanzen des Bordnetzes liegt. Dadurch ist eine anlagenunabhängige Parametrierung möglich.

Aufgrund der Regelungseigenschaften eines Stromrichters mit verteilten Energiespeichern kann beim Spannungszwischenkreis- Umrichter, dessen netzseitiger Stromrichter ein Stromrichter mit verteilten Energiespeichern ist, und dessen generatorsei- tiger Stromrichter ein ungesteuerter Stromrichter, beispielsweise ein Diodengleichrichter, ist, kann ein Zwischenkreis- strom dieses Spannungszwischenkreis-Umrichters nahezu kon ^¬ stant gehalten werden. Dadurch weisen die Generatorströme des Generators des Wellengeneratorsystems einen niedrigeren Ober ^¬ wellengehalt auf, wobei der Effektivwert niedriger ist. Da ^¬ durch, dass die Generatorströme nahezu blockförmig sind, re ^¬ duzieren sich die Verluste des Wellengeneratorsystems.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Wellengeneratorsystems schematisch veranschau ^¬ licht sind.

FIG 1 zeigt ein Prinzipschaltbild eines bekannten

Schiffsantriebssystems mit einem Spannungszwischen ^¬ kreis-Umrichter als Wellengenerator-Antriebsumrichter, wogegen die

FIG 2 ein Prinzipschaltbild dieses bekannten Schiffsan ^¬ triebssystems mit einem Spannungszwischenkreis-Umrichter als Wellengenerator-Antriebsumrichter darstellt; in der

FIG 3 ist eine erste Ausführungsform eines Wellengenera ^¬ torsystems nach der Erfindung dargestellt, und die

FIG 4 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Wellengene ^¬ ratorsystems nach der Erfindung, wobei in der

FIG 5 ein Prinzipschaltbild eines netzseitigen Stromrich ^¬ ters des Wellengeneratorsystems nach FIG 3 bzw. 4 in einer vorteilhaften Ausbildung veranschaulicht ist .

Das aus der DE 10 2006 020 144 B4 bekannte Schiffsantriebs ^¬ system 2 weist nach FIG 1 eine als langsam laufende Zweitakt- Dieselmotor ausgebildete Hauptmaschine 4 auf, die über eine Propellerwelle 6 einen Schiffspropeller 8 zum Antrieb des Schiffs aufweist. Zur Energieerzeugung für ein Schiffsnetz, veranschaulicht durch eine Bordnetz-Sammelschiene 10, sind mehrere Generatoren 12 vorgesehen, die jeweils von einer schneller als die Hauptmaschine laufenden Hilfsmaschine 14 angetrieben werden. Bei den Hilfsmaschinen 14 handelt es sich üblicherweise um schnell laufende Vier-Takt-Dieselmotoren. Üblicherweise sind jeweils ein Generator 12 und ein Dieselmo ^¬ tor 14 zu einem Dieselgeneratoraggregat 16 zusammengefasst .

Ein Wellengenerator/-motor 18 ist mechanisch mit der Propellerwelle 6 gekoppelt und elektrisch über einen Umrichter 20 und einen Transformator 22 mit der Bordnetz-Sammelschiene 10 des Schiffsnetzes verbunden. Als Umrichter 20 ist ein Stromzwischenkreis-Umrichter vorgesehen, der generator- und netz- seitig jeweils einen steuerbaren Stromrichter 24 und 26 aufweist, die gleichspannungsseitig mittels einer Zwischenkreis- drossel miteinander elektrisch leitend verbunden sind. Die Steuersignale für diese beiden steuerbaren Stromrichter 24 und 26 werden von einem Steuer- und Regelungssystem 28 generiert. Da als Wellengenerator/-motor 18 eine langsam laufende Synchronmaschine verwendet wird, ist diese zusätzlich über einen Erregerstromrichter 30 mit der Bordnetz-Sammelschiene

10 elektrisch leitend verbunden. Da als Umrichter 20 des Wel- lengeneratorsystems ein Stromzwischenkreis-Umrichter vorgesehen ist, und dieser nur Wirkleistung in das Schiffsnetz einspeisen kann, wird der Blindleistungsbedarf des Schiffsnetzes von einer Blindleistungsmaschine 32 bereitgestellt. Diese

Blindleistungsmaschine 32 arbeitet im Normalbetrieb nur als Phasenschieber und speist keine Wirkleistung in die Bordnetz- Sammelschiene 10 ein. Ein Anfahrumrichter 34 und ein Anfahr- motor 36 dienen zum Start der Blindleistungsmaschine 32. Die Steuerung des Anfahrumrichters 34 erfolgt ebenfalls durch das Steuer- und Regelungssystem 28.

Der Wellengenerator/-motor 18, der Stromzwischenkreis-Umrichter mit zugehörigem Steuer- und Regelungssystem 28 und die Blindleistungsmaschine 32 mit Anfahrumrichter 34 und Anfahr- motor 36 bilden ein Wellengeneratorsystem, das aus der eingangs genannten Veröffentlichung der DE-Zeitschrift "HANSA" bekannt ist. Bei diesem bekannten Schiffsantriebssystem wird der Wellengenerator 18 als Motor betrieben, wodurch elektrische Energie aus dem Schiffsnetz mittels des Stromzwischenkreis-Umrichters und des Wellengenerator/-motor 18 in mechanische Energie um ^¬ gewandelt wird. Dadurch werden Leistungsreserven im Schiffsnetz zur Vergrößerung der Antriebsleistung des Schiffs verwendet, wodurch entweder die Schiffsgeschwindigkeit erhöht oder bei gleichbleibender Schiffsgeschwindigkeit die Hauptma- schine 4 entlastet werden kann.

Um zumindest die gesonderte Blindleistungsmaschine 32 mit An ^¬ fahrumrichter 34 und Anfahrmotor 36 einsparen zu können, ist in FIG 2 ein Prinzipschaltbild eines weiteren bekannten

Schiffsantriebssystems 38 schematisch dargestellt. Dieses Schiffsantriebssystem 38 unterscheidet sich vom Schiffsantriebssystem 2 gemäß FIG 1 dadurch, dass als Umrichter 20 ein Spannungszwischenkreis-Umrichter vorgesehen ist. Da der Wellengenerator 18 motorisch betrieben wird, weist dieser Span- nungszwischenkreis-Umrichter neben einer Zwischenkreis-Kondensatorbatterie 40 generatorseitig ebenfalls einen steuerba ^¬ ren Stromrichter 24 auf. Als steuerbare Stromrichter 24 und 26 dieses Spannungszwischenkreis-Umrichters ist jeweils ein selbstgeführter Pulsstromrichter, insbesondere ein IGBT-Puls- Stromrichter, vorgesehen. Die Zwischenkreis-Kondensatorbatte ^¬ rie 40 ist derart bemessen, dass während der Umschaltung von Motorbetrieb in den Generatorbetrieb des Wellengenerators 18 elektrische Energie in das Schiffsnetz derart eingespeist werden muss, dass die Spannung und die Frequenz des Schiffs- netzes jeweils vorgegebene Grenzwerte nicht unterschreiten kann .

Dieses Wellengeneratorsystem wird nur bei einem ungeplanten Ausfall der Energieerzeugung durch das Abwärme-Rückgewin- nungs-System vom Motorbetrieb auf Generatorbetrieb umgeschal ^¬ tet. Diese Umschaltung dauert so lange, bis die Dieselgenera ^¬ torensätze 16 gestartet sind. Das heißt, der Generatorbetrieb des Wellengeneratorsystems ist nur für eine kurze Überbrü- ckungszeit vorgesehen. Für diese Überbrückungszeit wird ein Oberwellengehalt im Bordnetz des Schiffs in Kauf genommen. Um diesen Oberwellengehalt im Bordnetz zu verringern, wären Filtermaßnahmen auf der Bordnetzseite erforderlich, die jedoch nicht dargestellt sind. Somit wird dieses Wellengeneratorsys- tem vorwiegend als Booster-Antrieb verwendet.

Dadurch, dass die Stromrichterventile beispielsweise Insula- ted-Gate-Bipolar-Transistoren (IGBT) des netzseitigen Strom- richters 26 des Spannungszwischenkreis-Umrichters wegen einer hohen Umrichter-Ausgangsspannung begrenzte Schaltfrequenzen aufweisen, wird die Filterauslegung eines vorhandenen Filters zusätzlich erschwert. Die Filterauslegung wird insbesondere dadurch erschwert, dass es sich beim Bordnetz eines Schiffs um ein Inselnetz handelt, welches abhängig von betriebenen

Verbrauchern stark unterschiedliche Impedanzen und damit unterschiedliche Resonanzfrequenzen aufweisen kann. Daher variiert auch die an netzseitigen Anschlüssen des Umrichters 20 wirkende resultierende Resonanzfrequenz, wodurch eine Abstim- mung der Filterauslegung auf die Schaltfrequenzen des Umrichters erschwert wird.

Infolge der begrenzten Schaltfrequenz der HV-IGBTs des netzseitigen Stromrichters 26 und damit verbundene, einge- schränkte Dynamik ist die Beherrschung von transienten Be- triebszuständen, wie z.B. Lastabwurf, Kurzschluss im Bordnetz, Netzwiederkehr, schwierig und führt unweigerlich zu einer Überdimensionierung der Bauteile dieses Spannungszwischenkreis-Umrichters. Eine weitere Schwierigkeit, die schwer zu beherrschen ist, besteht darin, dass ein verwendetes Fil ^¬ ter in transienten Betriebszuständen zum Schwingen neigt.

Um geforderte Netzrückwirkungen der Klassifizierungsgesell ^¬ schaft einhalten zu können und Netzkurzschlüsse und andere transiente Betriebszustände beherrschen zu können, ist dieser Spannungszwischenkreis-Umrichter als statischer Frequenzumformer des Wellengeneratorsystems ungeeignet. Aus diesem Grund wird dieses Wellengeneratorsystem mit einem Spannungs- zwischenkreis-Umrichter überwiegend motorisch betrieben, wobei bei generatorischem Betrieb, der nur beim Auftreten einer Störung des Energieerzeugungssystems während einer Umschalt ^¬ zeit umgesetzt wird, in Kauf genommen wird, dass die gefor- derten Netzrückwirkungen nicht eingehalten werden können. Ebenfalls wird angenommen, dass in diesem Betriebszustand transiente Betriebszustände nicht auftreten. Dieser generato ^¬ rische Betrieb des Wellengeneratorsystems dauert nur so lange an, bis die Dieselgeneratoraggregate 16 gestartet sind.

In FIG 3 ist eine erste Ausführungsform eines Wellengenera ^¬ torsystems nach der Erfindung schematisch veranschaulicht. Dieses erfindungsgemäße Wellengeneratorsystem weist neben ei ^¬ nem Wellengenerator 18 einen Spannungszwischenkreis-Umrichter 42 auf, der als generatorseitigen Stromrichter 44 einen ungesteuerten Stromrichter, beispielsweise einen sechspulsigen oder höherpulsigen Diodengleichrichter, aufweist. Als generatorseitigen Stromrichter 44 kann auch ein mehrpulsiger selbstgeführter Stromrichter vorgesehen sein. Als netzseiti- gen (bordnetzseitig) Stromrichter 46 weist das erfindungsge ^¬ mäße Wellengeneratorsystem einen Stromrichter mit verteilten Energiespeichern auf. Beide Stromrichter 44 und 46 sind gleichspannungsseitig direkt miteinander elektrisch leitend verbunden. Wechselspannungsseitig ist der Stromrichter 46 in der Ausführungsform Stromrichter mit verteilten Energiespeichern mittels eines Transformators 22 mit einem Bordnetz 48 verbindbar .

In FIG 4 ist eine zweite Ausführungsform eines Wellengenera- torsystems nach der Erfindung schematisch veranschaulicht.

Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungs ^¬ form gemäß FIG 3 dadurch, dass der netzseitige Stromrichter 46 in der Ausführungsform Stromrichter mit verteilten Energiespeichern wechselspannungsseitig mittels einer Netzdrossel 50 mit dem Bordnetz 48 verbindbar ist.

Ein Ersatzschaltbild des Stromrichters 46 mit verteilten Energiespeichern ist in FIG 5 näher dargestellt. Gemäß dieser Darstellung weist dieser Stromrichter 2 drei Phasenmodule auf, die jeweils einen oberen und einen unteren Ventilzweig PI und Nl bzw. P2 und N2 bzw. P3 und N3 aufweisen. Diese beiden Ventilzweige PI, Nl bzw. P2, N2 bzw. P3, N3 eines jeden Phasenmoduls sind zu einem Brückenzweig verschaltet. Ein Ver ^¬ knüpfungspunkt eines oberen und einen unteren Ventilzweiges PI und Nl bzw. P2 und N2 bzw. P3 und N3 ist als wechselspan- nungsseitiger Anschluss LI, L2 bzw. L3 eines jeden Phasenmoduls herausgeführt. Zur Glättung stromrichterinterner Kreis- ströme werden verkoppelte Zweigdrosseln L _z eingesetzt. An diesen wechselseitigen Anschlüssen LI, L2 bzw. L3 ist die Netzdrossel 50 angeschlossen. Diese drei Phasenmodule sind elektrisch parallel zu einander und zu einer nicht näher dargestellten Gleichspannungs-Einspeiseeinrichtung (generator- seitige Stromrichter 44) geschaltet, die an den Gleichspannungs-Anschlüssen P und N des Stromrichters 2 mit verteilten Energiespeichern C _SM angeschlossen ist. Zwischen diesen

Gleichspannungs-Anschlüssen P und N steht eine generierte Gleichspannung U _dC an.

Diesem Ersatzschaltbild ist ebenfalls zu entnehmen, dass je ^¬ der Ventilzweig PI, Nl, P2, N2, P3 und N3 eine Vielzahl von elektrisch in Reihe geschalteten zweipoligen Submodulen SM1, SM2, SMn aufweist. Jedes zweipolige Submodul SM1, SM2, SMn weist gemäß der vergrößerten Darstellung des Submoduls SM1 einen unipolaren Speicherkondensator C _SM , zwei abschalt ^¬ bare Halbleiterschalter Sl und S2 und zwei Dioden Dl und D2 auf. Die beiden abschaltbaren Halbleiterschalter Sl und S2 sind elektrisch in Reihe und diese Reihenschaltung elektrisch parallel zum unipolaren Speicherkondensator C _SM geschaltet.

Antiparallel zu den abschaltbaren Halbleiterschaltern Sl und S2 ist jeweils eine Diode Dl bzw. D2 geschaltet. Diese Dioden Dl und D2 bilden somit jeweils eine Freilaufdiode . Ein Ver ^¬ bindungspunkt der beiden abschaltbaren Halbleiterschalter Sl und S2 ist als Modulanschluss X2 herausgeführt. Der negative Anschluss des unipolaren Speicherkondensators C _SM bildet ei ^¬ nen zweiten Modulanschluss XI. Im geladenen Zustand des uni- polaren Speicherkondensators C _SM fällt eine Kondensatorspan ^¬ nung U _SM ab .

Diese Kondensatorspannungen U _SMI , U _SM 2, U _S Mn der zweipoligen Subsysteme SM1, SM2, SMn eines jeden Ventilzweiges PI, Nl, P2, N2, P3 und N3 addieren sich jeweils zu einer Ventilspannung U _Z pi , U _Z N _I , U _Z p2, U _ZN2 , U _ZP3 und U _ZN3 . Die Addition jeweils zweier Ventilspannungen U _ZPI , U _ZN i bzw. U _ZP 2 und U _ZN 2 bzw. U _ZP 3 und U _ZN 3 eines Phasenmoduls ergibt die zwischen den Gleich- spannungs-Anschlüssen P und N anstehende Gleichspannung U _dC .

Jedes dieser zweipolige Submodule SM1, SM2, SMn kann in einen von drei Schaltzuständen, nämlich die Schaltzustände I,

II und III, gesteuert werden. Welche Klemmenspannung U _X 2xi in welchem Schaltzustand I, II bzw. III an den Modulanschlüssen

X2 und XI ansteht, und wie in den Schaltzuständen I, II bzw.

III die abschaltbaren Halbleiterschalter Sl und S2 angesteuert werden, ist der DE 101 03 031 AI zu entnehmen, die diese dargestellte Stromrichter-Topologie offenbart.

Gegenüber der Ausführungsform der FIG 4 ist zwischen Netzdrossel 50 und Ausgangs-Anschlüssen 52, 54 und 56 des Wellen- generatorsystems jeweils eine Reihenschaltung eines Kondensa ^¬ tors Cl und eines Widerstandes Rl geschaltet, wobei die frei- en Enden dieser Widerstände Rl miteinander elektrisch leitend verbunden sind. Die Reihenfolge der beiden Komponenten Cl und Rl der Reihenschaltung können auch gegenüber dieser Darstellung vertauscht sein. Dadurch werden dann die freien Enden der Kondensatoren Cl miteinander elektrisch leitend verbun- den. Diese gedämpften Kondensatorzweige bilden mit den Induktivitäten der Netzdrossel 50 einen Tiefpassfilter, wobei der Verbindungspunkt 58 der drei Widerstände Rl einen Sternpunkt des Wellengeneratorsystems bildet. An diesen Verbindungspunkt 58 kann ein hochohmiger Widerstand gegen einen Erdungsan- schluss des Bordnetzes 48 angeschlossen werden. Mittels eines derartigen hochohmigen Anschlusses kann ein Erdschluss an dem hochohmigen geerdeten Bordnetz 48 erfasst werden. Bei einem Stromrichter 46 mit verteilten Energiespeichern C _SM wird durch die Anzahl der elektrisch in Reihe geschalteten zweipoligen Submodule SM1, SM2, SMn einerseits die Anzahl der Treppenstufen einer treppenförmigen Ausgangsspannung be- stimmt und andererseits kann die Umrichter-Ausgangsspannung an jede beliebige Amplitude des Bordnetzes, beispielsweise ein Mittelspannungsnetz, angepasst werden. Je höher die Anzahl der zweipoligen Submodule SM1, SM2, SMn eines jeden Ventilzweigs PI, Nl, P2, N2, P3 und N3 der Phasenmodule des Stromrichters 46 ist, desto sinusförmiger ist die Umrichter- Ausgangsspannung. Dadurch werden keine Filtermaßnahmen mehr benötigt, um die geforderten Netzrückwirkungen der Klassifizierungsgesellschaften einhalten zu können. Als abschaltbare Halbleiterschalter Sl und S2 eines jeden zweipoligen Submoduls SM1, SM2, SMn werden Insulated-Gate- Bipolar-Transistoren, insbesondere LV-IGBTs, verwendet. Diese LV-IGBTs mit Sperrspannungen von 1200V bzw. 1700V können gegenüber HV-IGBTs mit Sperrspannungen von 3300V, 4500V bzw. 6500V mit einer wesentlich höheren Pulsfrequenz getaktet werden. Außerdem sind die LV-IGBTs gegenüber den HV-IGBTs we ^¬ sentlich preiswerter. Durch die Verwendung von LV-IGBTs im Mittelspannungs-Umrichter 42 und einer Vielzahl der zweipoligen Submodule SM1, SM2, SMn kann der Ausgangsstrom dieses Umrichters 42 im Kurzschlussfall hochdynamisch begrenzt wer ^¬ den. Dadurch können die Anforderungen der Schiffsnetze im Hinblick auf die Einspeisung von Kurzschlussstrom einfach erfüllt werden. Da wegen der hohen Anzahl von zweipoligen Sub- modulen SM1, SM2, SMn pro Ventilzweig PI, Nl, P2, N2, P3 und N3 des Stromrichters 46 auf ein bordnetzseitiges Filter verzichtet werden kann, können transiente Betriebszustände leichter beherrscht werden. Dies liegt daran, dass die tran- sienten Betriebszustände keine Schwingungen mehr anregen können, da bordnetzseitig kein Filter mehr vorhanden ist. Eben- falls kann in Abhängigkeit der Anzahl der zweipoligen Submodule SM1, SM2, SMn pro Ventilzweig PI, Nl, P2, N2, P3 und N3 des Stromrichters 46 mit verteilten Energiespeichern C _SM dieser Stromrichter 46 einfach auf jede beliebige Ausgangs- Spannung skaliert werden, wodurch auf einen Transformator 22 in einer Vielzahl von Anwendungen verzichtet werden kann.

Durch die Verwendung eines Stromrichters 46 mit verteilten Energiespeichern als bordnetzseitiger Stromrichter 26 des Spannungszwischenkreis-Umrichters 42 eines Wellengenerator- systems kann für das Steuer- und Regelungssystem 28 dieses Spannungszwischenkreis-Umrichters 42 eine wesentlich höhere Taktfrequenz verwendet werden, wodurch die Grenzfrequenz die- ses Steuer- und Regelungssystems 28 außerhalb eines Bereichs möglicher Resonanzen liegt. Dadurch ist nun eine anlagenunabhängige Parametrierung des Umrichters 46 möglich.

Durch die Ausgestaltung des bordnetzseitigen Stromrichters 26 des Spannungszwischenkreis-Umrichters 42 als Stromrichter 46 mit einer Vielzahl von Energiespeichern C _SM kann nun ein Spannungszwischenkreis-Umrichter 42 als Wellengenerator-Umrichter 20 verwendet werden, so dass eine Blindleistungsma ^¬ schine 32 mit Anfahrumrichter 34 und Anfahrmotor 36 nicht mehr benötigt wird. Ebenfalls werden kein Filter und kein Transformator bordnetzseitig mehr benötigt. Durch diese

Stromrichter-Topologie werden bei einem Mittelspannungs-Um- richter LV-IGBTs in den zweipoligen Submodulen SM1, SM2, SMn verwendet, wodurch dieser Stromrichter 46 in Verbindung mit einer hohen Anzahl von Submodulen SM1, SM2, SMn eine hohe resultierende Schaltfrequenz aufweist, so dass ein Kurz ^¬ schlussstrom hochdynamisch begrenzt werden kann. Mittels eines Stromrichters 46 mit verteilten Energiespeichern C _SM als bordnetzseitiger Stromrichter 26 des Wellengenerator-Umrich- ters, der ein Spannungszwischenkreis-Umrichter ist, dessen Zwischenkreis-Kondensatorbatterie 40 auf eine Vielzahl von Speicherkondensatoren C _SM aufgeteilt ist, kann die Netzquali ^¬ tät auf einem dieselelektrisch angetriebenen Schiff wesentlich verbessert werden.