Beschreibung Stromrichter Die Erfindung betrifft einen Stromrichter mit einer Mehrzahl von Leistungshalbleiterbauelementen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Kühlen von

Leistungshalbleiterbauelementen eines Stromrichters. Stromrichter sind leistungselektronische Schaltungen zum

Umwandeln von elektrischer Energie. Mit Stromrichtern kann Wechselstrom in Gleichstrom, Gleichstrom in Wechselstrom, Wechselstrom in Wechselstrom anderer Frequenz und/oder

Amplitude oder Gleichstrom in Gleichstrom anderer Spannung umgewandelt werden.

Beim Betrieb eines Stromrichters können sich die

Leistungshalbleiterbauelemente stark erwärmen. Daher muss für eine ausreichende Kühlung der Leistungshalbleiterbauelemente gesorgt werden. Dies trifft insbesondere auf Stromrichter von Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlagen zu, über die große elektrische Leistungen übertragen werden.

Zur Kühlung der Leistungshalbleiterbauelemente ist eine

Kühlung mit Reinstwasser bzw. deionisiertem Wasser denkbar. Aufgrund der relativ großen spezifischen Wärmekapazität von Wasser lassen sich damit Leistungshalbleiterbauelemente effektiv kühlen. Aufgrund der hohen auftretenden elektrischen Spannungen muss jedoch ständig dafür gesorgt werden, dass das Wasser rein bleibt, damit es die benötigte geringe

elektrische Leitfähigkeit behält. Daher müssen beispielsweise wiederholt störende Ionen (welche im Laufe der Zeit das

Wasser verunreinigen) aus dem Wasser entfernt werden

(Deionisierung) . Weiterhin sind Vorkehrungen zu treffen, damit das Wasser bei Umgebungstemperaturen unter 0°C nicht einfrieren kann. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stromrichter und ein Verfahren anzugeben, bei denen der Aufwand für die Kühlung der Leistungshalbleiterbauelemente verringert ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen

Stromrichter und durch ein Verfahren nach den unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausführungsformen des

Stromrichters und des Verfahrens sind in den abhängigen

Patentansprüchen angegeben.

Offenbart wird ein Stromrichter (insbesondere ein

Stromrichter einer Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragungsanläge)

- mit einer Mehrzahl von Leistungshalbleiterbauelementen und - mit einer Kühleinrichtung zum Kühlen der

Leistungshalbleiterbauelemente mit einem flüssigen

Kühlmittel, wobei

- das flüssige Kühlmittel ein wasserfreies flüssiges

Kühlmittel ist. Die Leistungshalbleiterbauelemente können beispielsweise Leistungsdioden, Thyristoren oder IGBT

(insulated-gate bipolar transistor) sein. Die

Leistungshalbleiterbauelemente sind also mittels einer wasserfreien Flüssigkeitskühlung gekühlt. Ein solcher

Stromrichter kann insbesondere ein Gleichrichter oder ein Wechselrichter in der Hochspannungstechnik sein.

Die Nutzung des wasserfreien flüssigen Kühlmittels weist eine Reihe von Vorteilen auf: Es ist keine Deionisierung des Wassers notwendig, somit ergeben sich verringerte

Wartungsintervalle. Das Kühlmittel kann Temperaturen größer als 100°C annehmen, ohne dass sich Dampf bildet

(wasserdampffreies Kühlmittel) . Aufgrund des wasserfreien flüssigen Kühlmittels entsteht weniger Korrosion, als durch ein wasserhaltiges flüssiges Kühlmittel entstehen würde.

Weiterhin besteht keine Gefahr von Eisbildung bei

Temperaturen unter 0°C, so dass beispielsweise eine

Einkreiskühlung realisiert werden kann, bei der das Kühlmittel durch kalte Umgebungsluft (die auch kälter als 0°C sein darf) abgekühlt wird.

Der Stromrichter kann so ausgestaltet sein, dass das

Kühlmittel eine elektrische Leitfähigkeit kleiner als 0,5 yS/cm, insbesondere eine elektrische Leitfähigkeit kleiner als 0,2 yS/cm, aufweist. Mit einem derartigen Kühlmittel können problemlos Leistungshalbleiterbauelemente eines

Stromrichters einer Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragungsanlage gekühlt werden.

Der Stromrichter kann

Kühlmittel ein Ester

aufweist (oder ein de

Ester oder Öle sind k

Der Stromrichter kann so ausgestaltet sein, dass die

Leistungshalbleiterbauelemente thermisch mit dem Kühlmittel gekoppelt sind, indem die Leistungshalbleiterbauelemente jeweils thermisch mit einem Kühlkörper gekoppelt sind und dieser Kühlkörper thermisch mit dem Kühlmittel gekoppelt ist. Dadurch können die Leistungshalbleiterbauelemente die Abwärme über den Kühlkörper an das Kühlmittel abgeben. Der Stromrichter kann auch so ausgestaltet sein, dass die

Leistungshalbleiterbauelemente thermisch mit dem Kühlmittel gekoppelt sind, indem die Leistungshalbleiterbauelemente jeweils über eine Heatpipe (Wärmerohr) thermisch mit einem Kühlkörper gekoppelt sind und dieser Kühlkörper thermisch mit dem Kühlmittel gekoppelt ist. Besonders vorteilhaft ist es, jeweils eine Heatpipe zwischen dem

Leistungshalbleiterbauelement und dem Kühlkörper zu

installieren. Die Abwärme des Leistungshalbleiterbauelements kann von der Heatpipe leicht aufgenommen und (auch über relativ weite Entfernungen) zu dem Kühlkörper transportiert werden. Vom Kühlkörper wird die Abwärme dann an das

Kühlmittel abgegeben. Der Stromrichter kann auch so ausgestaltet sein, dass die Kühleinrichtung einen Kühlmittel-Kreislauf zur Kühlung der Leistungshalbleiterbauelemente aufweist. Mittels eines

Kühlmittelkreislaufs können vorteilhafterweise mehrere

Leistungshalbleiterbauelemente gleichzeitig gekühlt werden. Ein Kühlmittelkreislauf ermöglicht außerdem einen effizienten Abtransport der Abwärme der Leistungshalbleiterbauelemente.

Der Stromrichter kann auch so ausgestaltet sein, dass die Kühleinrichtung eine Kühlmittelpumpe und einen

Wärmeübertrager (Wärmetauscher) aufweist. Die Kühlmittelpumpe dient zum Pumpen des Kühlmittels durch den

Kühlmittelkreislauf. Der Wärmeübertrager dient zur

Rückkühlung des Kühlmittels, indem der Wärmeübertrager die Abwärme des Kühlmittels an einen anderen Stoff

(beispielsweise an der Umgebungsluft) abgibt.

Der Stromrichter kann auch so ausgestaltet sein, dass die Kühleinrichtung einen Überbrückungszweig aufweist, der den Wärmeübertrager überbrückt, wenn die Temperatur des

Kühlmittels einen (ersten) vorbestimmten Temperaturwert unterschreitet. Durch diesen Überbrückungszweig wird

erreicht, dass zu kaltes Kühlmittel (d. h. Kühlmittel mit einer Temperatur unterhalb des ersten vorbestimmten

Temperaturwerts) schnell von den

Leistungshalbleiterbauelementen aufgewärmt und auf

Betriebstemperatur gebracht wird. Zu kaltes Kühlmittel ist deshalb unvorteilhaft, weil zu kaltes Kühlmittel eine hohe Viskosität aufweist und deshalb unter Umständen zu langsam durch den Kühlmittelkreislauf fließt.

Der Stromrichter kann auch so ausgestaltet sein, dass die Kühleinrichtung eine Heizeinrichtung aufweist, die das

Kühlmittel erwärmt, wenn die Temperatur des Kühlmittels einen (zweiten) vorbestimmten Temperaturwert unterschreitet. Die Heizeinrichtung ist deshalb vorteilhaft, weil mit der

Heizeinrichtung zu kaltes Kühlmittel schnell erwärmt und auf Betriebstemperatur gebracht werden kann. Der Stromrichter kann auch so ausgestaltet sein, dass

- der Stromrichter ein Gleichrichter ist und die

Leistungshalbleiterbauelemente Leistungsdioden sind, oder - der Stromrichter ein modularer Multilevelumrichter ist, der eine Mehrzahl von Modulen aufweist, die jeweils mindestens zwei der Leistungshalbleiterbauelemente und einen

elektrischen Energiespeicher aufweisen, wobei die

Leistungshalbleiterbauelemente elektronische Schaltelemente sind. Das wasserfreie flüssige Kühlmittel kann also mit

Vorteil bei verschiedenen Arten von Stromrichtern eingesetzt werden .

Offenbart wird auch eine Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragungsanlage mit einem Stromrichter nach den vorstehend beschriebenen Varianten.

Offenbart wird weiterhin ein Verfahren zum Kühlen von

Leistungshalbleiterbauelementen eines Stromrichters

(insbesondere eines Stromrichters einer Hochspannungs- Gleichstrom-Übertragungsanlage) , wobei bei dem Verfahren

- die Leistungshalbleiterbauelemente mittels eines

wasserfreien flüssigen Kühlmittels gekühlt werden. Dieses Verfahren kann so ablaufen, dass

- das flüssige Kühlmittel in einem Kühlmittel-Kreislauf zu den Leistungshalbleiterbauelementen und zu einem

Wärmeübertrager (Wärmetauscher) transportiert (insbesondere gepumpt) wird. Der Wärmeübertrager kann insbesondere ein Flüssigkeits-Luft-Wärmeübertrager (Flüssigkeits-Luft- Wärmetauscher) sein.

Das Verfahren kann auch so ablaufen, dass

- der Wärmeübertrager (mittels eines Überbrückungszweigs) überbrückt wird, wenn die Temperatur des Kühlmittels einen

(ersten) vorbestimmten Temperaturwert unterschreitet, so dass mindestens ein Teil des Kühlmittels unter Umgehung des Wärmeübertragers durch den Kühlmittel-Kreislauf transportiert (insbesondere gepumpt) wird.

Das Verfahren kann so ablaufen, dass

- das Kühlmittel (mittels einer Heizeinrichtung) erwärmt wird, wenn die Temperatur des Kühlmittels einen (zweiten) vorbestimmten Temperaturwert unterschreitet, so dass die Viskosität des Kühlmittels verringert wird. Der beschriebene Stromrichter und das beschriebene Verfahren weisen gleiche beziehungsweise gleichartige Vorteile auf.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs ^¬ beispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen verweisen dabei auf gleiche oder gleich wirkende Elemente. Dazu ist in

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines Stromrichters, der eine Vielzahl von Modulen aufweist, in

Figur 2 ein Ausführungsbeispiel eines Moduls, in

Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Moduls, in

Figur 4 ein Ausführungsbeispiel einer thermischen

Kopplung zwischen einem Leistungshalbleiterbauelement und einem Kühlkörper, in

Figur 5 ein Ausführungsbeispiel einer Hochspannungs-

Gleichstrom-Übertragungsanläge, in

Figur 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Moduls, und in

Figur 7 ein beispielhafter Ablauf des Verfahrens zum zum Kühlen von Leistungshalbleiterbauelementen eines Stromrichters einer Hochspannungs- Gleichstrom-Übertragungsanläge dargestellt .

In Figur 1 ist ein Stromrichter 1 (Hochspannungs-Stromrichter 1) in Form eines modularen Multilevelstromrichters 1 (modular multilevel Converter, MMC) dargestellt. Dieser Multilevelstromrichter 1 weist einen ersten

Wechselspannungsanschluss 5, einen zweiten Wechsel- spannungs-ianschluss 7 und einen dritten Wechselspannungs ^¬ anschluss 9 auf. Der erste Wechselspannungsanschluss 5 ist elektrisch mit einem ersten Phasenmodulzweig 11 und einem zweiten Phasenmodulzweig 13 verbunden. Der erste Phasenmodulzweig 11 und der zweite Phasenmodulzweig 13 bilden ein erstes Phasenmodul 15 des Stromrichters 1. Das dem ersten Wechselspannungsanschluss 5 abgewandte Ende des ersten

Phasenmodulzweigs 11 ist mit einem ersten Gleichspannungs- anschluss 16 elektrisch verbunden; das dem ersten

Wechselspannungsanschluss 5 abgewandte Ende des zweiten

Phasenmodulzweigs 13 ist mit einem zweiten

Gleichspannungs-ianschluss 17 elektrisch verbunden. Der erste Gleichspannungs-ianschluss 16 ist ein positiver

Gleichspannungsanschluss ; der zweite Gleichspannungsanschluss 17 ist ein negativer Gleichspannungsanschluss.

Der zweite Wechselspannungsanschluss 7 ist mit einem Ende eines 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 Wechsel ^¬ spannungs¬anschluss 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

Wechselspannungs¬anschluss 9 abgewandte Ende des fünften Phasenmodulzweigs 27 sind mit dem ersten Gleichspannungs ^¬ anschluss 16 elektrisch verbunden. Das dem zweiten Wechsel- spannungsanschluss 7 abgewandte Ende des vierten Phasen ^¬ modulzweigs 21 und das dem dritten Wechselspannungsanschluss 9 abgewandte Ende des sechsten Phasenmodulzweigs 29 sind mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss 17 elektrisch verbunden. Der erste Phasenmodulzweig 11, der dritte Phasenmodulzweig 18 und der fünfte Phasenmodulzweig 27 bilden ein positivseitiges Stromrichterteil 32; der zweite Phasenmodulzweig 13, der vierte Phasenmodulzweig 21 und der sechste Phasenmodulzweig 29 bilden ein negativseitiges Stromrichterteil 33.

Jeder Phasenmodulzweig weist eine Mehrzahl von Modulen (1_1, 1_2, 1_3, 1_4 ... l_n; 2_1 ... 2_n; usw.) auf, welche (mittels ihrer galvanischen Stromanschlüsse) elektrisch in Reihe geschaltet sind. Solche Module werden auch als Submodule bezeichnet. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 weist jeder Phasenmodulzweig n Module auf. Die Anzahl der mittels ihrer galvanischen Stromanschlüsse elektrisch in Reihe geschalteten Module kann sehr verschieden sein, mindestens sind zwei

Module in Reihe geschaltet, es können aber auch beispiels ^¬ weise 3, 50, 100 oder mehr Module elektrisch in Reihe

geschaltet sein. Im Ausführungsbeispiel ist n = 36: der erste Phasenmodulzweig 11 weist also 36 Module 1_1, 1_2, 1_3, ... 1_36 auf. Die anderen Phasenmodulzweige 13, 18, 21, 27 und 29 sind gleichartig aufgebaut.

Von einer (nicht dargestellten) Steuereinrichtung des

Stromrichters 1 werden optische Nachrichten bzw. optische Signale über eine optische Kommunikationsverbindung (zum Beispiel über einen Lichtwellenleiter) zu den einzelnen

Modulen 1_1 bis 6_n übertragen. Beispielsweise sendet die Steuereinrichtung an die einzelnen Module jeweils einen

Sollwert zur Höhe der Ausgangsspannung, die das jeweilige Modul bereitstellen soll.

Der beschriebene modulare Multilevelstromrichter weist also eine Vielzahl der genannten gleichartigen Module auf, welche elektrisch in Reihe geschaltet sind. Durch die elektrische Reihenschaltung der Module lassen sich hohe Ausgangs- Spannungen erreichen. Der Stromrichter ist einfach an

unterschiedliche Spannungen anpassbar (skalierbar) und eine gewünschte Ausgangsspannung kann relativ genau erzeugt werden. Modulare Multilevelstromrichter werden oftmals im Hochspannungsbereich eingesetzt, beispielsweise als Stromrichter einer Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragungsanlage . In den Modulen 1_1, 1_2, 1_3 usw. sind

Leistungshalbleiterbauelemente angeordnet. Die

Leistungshalbleiterbauelemente sind also in mehreren

Phasenmodulen 15, 24, 31 angeordnet, wobei jedes Phasenmodul 15, 24, 31 einen Wechselspannungsanschluss 5, 7, 9 und mindestens einen Gleichspannungsanschluss 16, 17

(insbesondere zwei Gleichspannungsanschlüsse 16, 17)

aufweist .

Der Stromrichter 1 weist eine Kühleinrichtung 50 auf. Die Kühleinrichtung 50 weist einen Kühlmittelbehälter 52, eine Pumpe 54 (Kühlmittel-Pumpe 54), eine Heizeinrichtung 55, einen Wärmeübertrager 56 (Wärmetauscher 56) und ein

Dreiwegeventil 57 auf. Parallel zum Wärmeübertrager 56 ist ein Überbrückungszweig 58 angeordnet. Mittels des

Dreiwegeventils 57 lässt sich die Menge des Kühlmittels einstellen, die (unter Umgehung des Wärmeübertragers 56) durch den Überbrückungszweig 58 fließt. Die Heizeinrichtung 55 ist optional, sie kann auch weggelassen werden. Das

Dreiwegeventil 57 und der Überbrückungszweig 58 sind auch optional, sie können auch weggelassen werden.

Der Kühlmittelbehälter 52, die Pumpe 54, die Heizeinrichtung 55, der Wärmeübertrager 56 und das Dreiwegeventil 57 sind durch Kühlmittelleitungen 60 mit den einzelnen Modulen 1_1 ... l_ ⁿ _/ 3_1 ... 3_n, usw. des Stromrichters 1 verbunden. (Die

Kühlmittelleitungen 60 sind im Ausführungsbeispiel mittels zweier paralleler Linien in der Art eines Rohres dargestellt. Die elektrischen Leitungen des Stromrichters sind dagegen jeweils mittels einer einzelnen Linie dargestellt.) So ist beispielsweise das Dreiwegeventil 57 über eine Hin- Kühlmittelleitung 60a mit dem Modul 1_1 verbunden; das Modul 1_1 ist über eine Kühlmittelleitung 60b mit dem Modul 1_2 verbunden; und das Modul 1 2 ist über eine Kühlmittelleitung 60c mit dem Modul 1_3 verbunden. In gleicher Art und Weise ist das Modul 1_3 mit dem nächstfolgenden Modul 1_4 (nicht dargestellt) über eine Kühlmittelleitung 60 verbunden und so weiter. Das letzte Modul l_n des Phasenmodulzweigs 11 ist über eine Rück-Kühlmittelleitung 60d mit dem

Kühlmittelbehälter 52 verbunden. Der Kühlmittelbehälter 52 ist über eine Kühlmittelleitung 60 mit der Pumpe 54

verbunden; die Pumpe 54 ist über eine Kühlmittelleitung 60 mit der Heizeinrichtung 55 verbunden und die Heizeinrichtung 55 ist über eine Kühlmittelleitung 60 mit dem Wärmeübertrager 56 verbunden. Der Wärmeübertrager 56 ist über eine

Kühlmittelleitung 60 mit dem Dreiwegeventil 57 verbunden.

In dem Kühlmittelbehälter 52 befindet sich ein Vorrat an Kühlmittel 70. Das Kühlmittel 70 kann aus dem

Kühlmittelbehälter 52 mittels der Pumpe 54 durch den

Wärmeübertrager 56, durch die Module 1_1 ... l_n des ersten Phasenmodulzweigs 11 und danach wieder zurück zum

Kühlmittelbehälter 52 gepumpt werden. Somit weist die

Kühleinrichtung 50 einen Kühlmittelkreislauf 72 auf. An den Kühlmittelkreislauf 72 sind auch die Module 3_1 ... 3_n des dritten Phasenmodulzweigs 18 und die Module 5_1 ... 5_n des fünften Phasenmodulzweigs 27 angeschlossen. Mittels des Kühlmittelkreislaufs 72 können also in den Modulen

angeordnete Leistungshalbleiterbauelemente gleichzeitig gekühlt werden.

Das Kühlmittel 70 ist ein wasserfreies flüssiges Kühlmittel 70. Das wasserfreie flüssige Kühlmittel 70 kann insbesondere ein Ester (beispielsweise der als solches bekannte Ester

Midel 7131) oder ein Öl sein. Das Öl kann zum Beispiel ein Mineralöl oder ein Pflanzenöl sein. Als Kühlmittel 70 kann zum Beispiel ein als solches bekanntes Öl verwendet werden, wie es bei ölisolierten Transformatoren zu Isolierzwecken eingesetzt wird. Beispiele für solche Öle sind Öle mit der Bezeichnung , Diala ^x der Firma Shell oder Öle mit der

bezeichnung , Nytro ^x der Firma Nynas . Die elektrische Leitfähigkeit des Kühlmittels 70 ist

vorteilhafter kleiner als 0,5 yS/cm, insbesondere kleiner als 0,2 yS/cm. Solch ein Kühlmittel kann problemlos bei einem Hochspannungs-Stromrichter bzw. bei einem Stromrichter einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage (zum Beispiel bei Spannungen zwischen 100 kV und 500 kV) eingesetzt werden.

Zur Kühlung der Leistungshalbleiterbauelemente der Module des zweiten Phasenmodulzweigs 13, des vierten Phasenmodulzweigs 21 und des sechsten Phasenmodulzweigs 29 existiert eine weitere Kühleinrichtung 80. Diese weitere Kühleinrichtung 80 ist identisch aufgebaut zu der Kühleinrichtung 50 des ersten, dritten und fünften Phasenmodulzweigs 11, 18 und 27.

Selbstverständlich können auch sämtliche Module des

Stromrichters 1 mittels einer einzigen Kühleinrichtung (d. h. mittels eines einzigen Kühlmittelbehälters 52, einer einzigen Pumpe 54 und eines einzigen Wärmeübertragers 56) gekühlt werden. Alternativ ist es auch möglich, mehr als zwei

Kühleinrichtungen zur Kühlung der Module des Stromrichters 1 einzusetzen.

Der Kühlmittelbehälter 52 enthält einen Vorrat des

Kühlmittels 70. Der Kühlmittelbehälter 52 ist optional: das Kühlmittel kann auch in ausreichender Menge in den

Kühlmittelleitungen 60, in der Pumpe 54 und im

Wärmeübertrager 56 vorhanden sein.

Optional ist Folgendes vorgesehen: Wenn das Kühlmittel einen (ersten) vorbestimmten Temperaturwert unterschreitet, dann überbrückt der Überbrückungszweig 58 den Wärmeübertrager 56. Dies wird dadurch erreicht, dass das Dreiwegeventil 57 so angesteuert wird, dass das Dreiwegeventil 57 das Kühlmittel 70 (teilweise oder vollständig) durch den Überbrückungszweig 58 leitet, wodurch das Kühlmittel 70 an dem Wärmeübertrager 56 vorbeigeleitet wird. Es wird dann also mindestens ein Teil des flüssigen Kühlmittels 70 unter Umgehung des

Wärmeübertragers 56 durch den Kühlmittel-Kreislauf 72

transportiert (insbesondere gepumpt) . Dadurch erwärmt sich das Kühlmittel 70 durch die Abwärme der

Leistungshalbleiterbauelemente schneller (als bei

Durchfließen des Wärmeübertragers 56) und wird schnell auf eine Temperatur größer des (ersten) vorbestimmten

Temperaturwerts erwärmt. Dadurch verringert sich die

Viskosität des Kühlmittels 70, so dass das Kühlmittel 70 leichter durch den Kühlkreislauf 72 fließen kann. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass wasserfreie flüssige Kühlmittel oftmals bei niedrigen Temperaturen eine höhere Viskosität aufweisen als Wasser und dass die wasserfreien flüssigen Kühlmittel deshalb bei niedrigen Temperaturen schlechter durch die Kühleinrichtung 50 fließen als Wasser. Dieser mögliche Nachteil des wasserfreien flüssigen Kühlmittels wird durch den Überbrückungszweig 58 vermindert.

Weiterhin ist optional Folgendes vorgesehen: Wenn das

Kühlmittel einen (zweiten) vorbestimmten Temperaturwert unterschreitet, dann wird das Kühlmittel 70 mittels der Heizeinrichtung 55 erwärmt. Dadurch erwärmt sich das

Kühlmittel 70 auf eine Temperatur größer des (zweiten) vorbestimmten Temperaturwerts. Dadurch verringert sich die Viskosität des Kühlmittels 70, so dass das Kühlmittel 70 leichter durch den Kühlkreislauf 72 fließen kann. Der erste vorbestimmte Temperaturwert kann dabei gleich dem zweiten vorbestimmten Temperaturwert sein. Der erste vorbestimmte Temperaturwert kann dabei aber auch ungleich dem zweiten vorbestimmten Temperaturwert sein. Beispielsweise kann der erste vorbestimmte Temperaturwert größer als der zweite vorbestimmte Temperaturwert sein.

In gleicher Art und Weise können auch

Leistungshalbleiterbauelemente anderer Stromrichter gekühlt werden, beispielsweise Thyristoren von Thyristor- Stromrichtern .

In Figur 2 ist beispielhaft der Aufbau eines Moduls 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 ein- und abschaltbares elektronisches

Schaltelement 202 (erstes elektronisches Schaltelement 202) mit einer ersten antiparallel geschalteten Diode 204 (erste Freilaufdiode 204) auf. Weiterhin weist das Modul 201 ein zweites ein- und abschaltbares elektronisches Schaltelement 206 (zweites elektronisches Schaltelement 206) mit einer zweiten antiparallel geschalteten Diode 208 (zweite

Freilaufdiode 208) und einen elektrischen Energiespeicher 210 in Form eines elektrischen 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 geschaltet mit dem zweiten elektronischen Schaltelement 206. Am Verbindungspunkt zwischen den beiden elektronischen Schaltelementen 202 und 206 ist ein erster (galvanischer) Modulanschluss 212

angeordnet. An dem Anschluss des zweiten Schaltelements 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 Anschluss des Energiespeichers 210 ist elektrisch verbunden mit dem

Anschluss des ersten Schaltelements 202, der dem

Verbindungspunkt gegenüberliegt.

Der Energiespeicher 210 ist also elektrisch parallel

geschaltet zu der Reihenschaltung aus dem ersten

Schaltelement 202 und dem zweiten Schaltelement 206. Durch entsprechende Ansteuerung des ersten Schaltelements 202 und des zweiten Schaltelements 206 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. Die Ansteuerung des ersten Schaltelements 202 und des zweiten Schaltelements 206 erfolgt im Ausführungsbeispiel mittels der (oben erwähnten) von der Steuereinrichtung des Stromrichters zu dem Modul übertragenen Nachricht bzw. Signal.

Das erste elektronische Schaltelement 202 ist mit einem ersten Schaltelement-Kühlkörper 220 versehen; das zweite elektronische Schaltelement 206 ist mit einem zweiten

Schaltelement-Kühlkörper 222 versehen. Die erste

Freilaufdiode 204 ist mit einem ersten Dioden-Kühlkörper 226 versehen; die zweite Freilaufdiode 208 ist mit einem zweiten Dioden-Kühlkörper 228 ausgestattet.

Die Kühlkörper 220, 222, 226 und 228 stehen in einem engen thermischen Kontakt mit dem jeweiligen Bauelement und sind in der Lage, die in dem Bauelement entstehende Abwärme

aufzunehmen und an das flüssige Kühlmittel 70 weiterzuleiten. Daher stehen die Kühlkörper 220, 222, 226 und 228 jeweils in engem thermischen Kontakt (thermische Kopplung) mit dem

Kühlmittel 70. So sind die Leistungshalbleiterbauelemente (hier also das erste elektronische Schaltelement 202, das zweite elektronische Schaltelement 206, die erste

Freilaufdiode 204 und die zweite Freilaufdiode 208) thermisch mit dem Kühlmittel 70 gekoppelt.

Die Kühlkörper sind in den Figuren lediglich schematisch dargestellt. Die Kühlkörper können kühlmitteldurchströmte (flüssigkeitsdurchströmte) Kühlkörper sein (d.h. die

Kühlkörper weisen kühlmitteldurchströmte Kanäle auf) . Die Kühlkörper können jeweils aus massivem Metall bestehen, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium.

Im unteren Teil der Figur 2 ist mittels eines Pfeils 236 das in das Modul 201 hineinströmende Kühlmittel 70 dargestellt; im oberen Teil der Figur 2 ist mittels eines Pfeils 238 das aus dem Modul 201 herausströmende Kühlmittel 70 dargestellt. Mittels des durch das Modul 201 strömenden Kühlmittels 70 können also das erste elektronische Schaltelement 202, das zweite elektronische Schaltelement 206, die erste Freilaufdiode 204 und die zweite Freilaufdiode 208 gekühlt werden. Alternativ ist es natürlich auch möglich, dass mittels des Kühlmittels 70 nur einzelne Bauelemente des

Moduls gekühlt werden, beispielsweise nur das erste

elektronische Schaltelement 202 und/oder das zweite

elektronische Schaltelement 206. In diesem Fall können für die Kühlung der anderen Bauteile andere Kühlmöglichkeiten vorhanden sein, beispielsweise ein eigener Kühlmittel- Kreislauf.

Das Kühlmittel 70 nimmt die Abwärme des ersten elektronischen Schaltelements 202, des zweiten elektronischen Schaltelements 206, der ersten Freilaufdiode 204 und der zweiten

Freilaufdiode 208 auf. Das Kühlmittel 70 transportiert die aufgenommene Abwärme zu dem Wärmeübertrager 56. Der

Wärmeübertrager 56 gibt die Abwärme des Kühlmittels an die Umgebungsluft ab (vorzugsweise gibt der Wärmeübertrager 56 die Abwärme an die Umgebungsluft außerhalb des

Stromrichtergebäudes ab) .

In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Moduls 301 des modularen Multilevelstromrichters 1 dargestellt. Bei diesem Modul 301 kann es sich beispielsweise um das Modul 1_2 (oder auch um eines der anderen in Figur 1 dargestellten Module) handeln. Neben den bereits aus Figur 2 bekannten ersten elektronischen Schaltelement 202, zweiten

elektronischen Schaltelement 206, erster Freilaufdiode 204, zweiter Freilaufdiode 208 und Energiespeicher 210 weist das in Figur 3 dargestellte Modul 301 ein drittes elektronisches Schaltelement 302 mit einer antiparallel geschalteten dritten Freilaufiode 304 sowie ein viertes elektronisches

Schaltelement 306 mit einer vierten antiparallel geschalteten Freilaufdiode 308 auf. Das dritte elektronische Schaltelement 302 und das vierte elektronische Schaltelement 306 sind jeweils als ein IGBT ausgestaltet. Im Unterschied zur

Schaltung der Figur 2 ist der zweite Modulanschluss 315 nicht mit dem zweiten elektronischen Schaltelement 206 elektrisch 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 Vollbrücken- Modul 301. Dieses Vollbrücken-Modul 301 zeichnet sich dadurch aus, dass bei entsprechender Ansteuerung der vier

elektronischen Schaltelemente zwischen dem ersten

(galvanischen) Modulanschluss 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 Stromrichter 1 kann entweder nur Halbbrücken-Module 201, nur Vollbrücken-Module 301 oder auch Halbbrücken-Module 201 und Vollbrücken-Module 301 aufweisen. Über den ersten Modulanschluss 212 und den zweiten Modulanschluss 215, 315 fließen große elektrische Ströme des Stromrichters.

Bei dem Ausführungsbeispiel des Moduls 301 werden neben dem ersten elektronischen Schaltelement 202, dem zweiten

elektronischen Schaltelement 206, der ersten Freilaufdiode 204 und der zweiten Freilaufdiode 208 zusätzlich auch das dritte elektronische Schaltelement 302, das vierte

elektronische Schaltelement 306, die dritte Freilaufdiode 304 sowie die vierte Freilaufdiode 308 mittels des Kühlmittels 70 des Kühlmittelkreislaufs 72 gekühlt.

In Figur 4 ist ein Ausführungsbeispiel der thermischen

Kopplung zwischen dem Leistungshalbleiterbauelement und dem Kühlkörper dargestellt. Links in Figur 4 ist schematisch ein Leistungshalbleiterbauelement 403 dargestellt; rechts in Figur 4 ist schematisch ein Kühlkörper 406 dargestellt. Das Leistungshalbleiterbauelement 403 kann beispielsweise das erste elektronische Schaltelement 202 oder das zweite

elektronische Schaltelement 206 der Figur 2 sein. Das Leistungshalbleiterbauelement 403 kann aber beispielsweise auch die Diode 603 der Figur 6 sein. Zwischen dem

Leistungshalbleiterbauelement 403 und dem Kühlkörper 406 ist eine Heatpipe 408 (Wärmerohr 408) angeordnet. Die Heatpipe 408 steht in engem thermischen Kontakt mit dem

Leistungshalbleiterbauelement 403 und dem Kühlkörper 406. Die Heatpipe 408 nimmt die Abwärme von dem

Leistungshalbleiterbauelement 403 auf, transportiert die Abwärme zu dem Kühlkörper 406 und gibt die Abwärme an den Kühlkörper 406 ab. Der Kühlkörper 406 gibt dann die Abwärme an das in der Kühlmittelleitung 60 fließende Kühlmittel 70 ab .

In Figur 5 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage 501 dargestellt. Diese Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage 501 weist zwei Stromrichter 1 auf, wie sie in Figur 1 dargestellt sind. Diese beiden Stromrichter 1 sind gleichspannungsseitig über eine Hochspannungs-Gleichstrom-Verbindung 505 elektrisch miteinander verbunden. Dabei sind die beiden positiven

Gleichspannungsanschlüsse 16 der Stromrichter 1 mittels einer ersten Hochspannungs-Gleichstrom-Leitung 505a elektrisch miteinander verbunden; die beiden negativen Gleichspannungsanschlüsse 17 der beiden Stromrichter 1 sind mittels einer zweiten Hochspannungs-Gleichstrom-Leitung 505b elektrisch miteinander verbunden. Mittels einer derartigen

Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage 501 kann

elektrische Energie über weite Entfernungen übertragen werden; die Hochspannungs-Gleichstrom-Verbindung 505 weist dann eine entsprechende Länge auf.

In Figur 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Moduls 601 (Dioden-Modul 601) des Stromrichters 1 dargestellt. Wenn der in Figur 1 dargestellte Stromrichter ausschließlich mit Modulen 601 ausgestattet ist, dann ist der Stromrichter kein modularer Multilevelstromrichter, sondern ein

Diodengleichrichter. Das Modul 601 enthält ein

Leistungshalbleiterbauelement 603 in Form einer Diode 603 (Leistungsdiode 603) . Die Diode 603 ist mit einem Kühlkörper 605 versehen. Dabei kann der Kühlkörper 605 thermisch

unmittelbar mit der Diode 603 gekoppelt sein. Der Kühlkörper 605 kann aber auch thermisch mittelbar mit der Diode 603 gekoppelt sein unter Zwischenschaltung einer Heatpipe (wie in Figur 4 dargestellt) . Die Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragungsanlage 501 kann einen Stromrichter mit Modulen

201, 301 gemäß den Figuren 2 und 3 und einen Stromrichter mit Modulen 601 gemäß der Figur 6 aufweisen.

In Figur 7 ist das Verfahren zum Kühlen der

Leistungshalbleiterbauelemente des Stromrichters 1 noch einmal mittels eines Ablaufdiagramms dargestellt. Verfahrensschritt 702:

Pumpen des wasserfreien flüssigen Kühlmittels 70 in einem Kühlmittelkreislauf 72 zu den Leistungshalbleiterbauelementen

202, 206, 204, 208 des Stromrichters 1 und zu einem

Wärmeübertrager 56.

Verfahrensschritt 704 (optional) :

Überbrücken des Wärmeübertragers 56 (mittels eines

Überbrückungszweigs) , wenn die Temperatur des Kühlmittels einen (ersten) vorbestimmten Temperaturwert unterschreitet, so dass mindestens ein Teil des flüssigen Kühlmittels 70 unter Umgehung des Wärmeübertragers 56 durch den Kühlmittel- Kreislauf 72 transportiert wird.

Verfahrensschritt 706 (optional):

Erwärmen des Kühlmittels 70 (mittels einer Heizeinrichtung) , wenn die Temperatur des Kühlmittels einen (zweiten)

vorbestimmten Temperaturwert unterschreitet, so dass die Viskosität des Kühlmittels verringert wird. Verfahrensschritt 708:

Aufnehmen der Abwärme der Leistungshalbleiterbauelemente der Module 1 1 ... 6 n durch das Kühlmittel 70. Verfahrensschritt 710:

Abtransport der Abwärme mittels des Kühlmittels 70 zum

Wärmeübertrager 56. Es wurde ein Stromrichter einer Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragungsanlage beschrieben, der Leistungshalbleiterbauelemente und eine Kühleinrichtung zum Kühlen der

Leistungshalbleiterbauelemente mit einem flüssigen

wasserfreien Kühlmittel aufweist. Dieser Stromrichter weist eine Reihe von Vorteilen auf:

- Es ist keine Deionisierung von Kühlwasser notwendig, daraus resultieren verringerte Wartungsintervalle.

- Eine Kühlmitteltemperatur über 100 °C kann ohne

Dampfbildung erreicht werden.

- Es tritt weniger Korrosion auf, insbesondere weniger

Korrosion an gegebenenfalls in den Kühlmittelleitungen angeordneten Elementen (Potentialsteuerelektroden) zur

Beeinflussung des elektrischen Potentials des Kühlmittels. Die Anzahl der Potentialsteuerelektroden kann verringert werden, im Extremfall kann auf die Potentialsteuerelektroden völlig verzichtet werden, weil das wasserfreie Kühlmittel eine wesentlich geringere elektrische Leitfähigkeit aufweisen kann als wasserhaltige Kühlmittel. So können Öle

beispielsweise eine um mehrere Zehnerpotenzen geringere elektrische Leitfähigkeit aufweisen als Reinstwasser.

- Eine Rückkühlanlage (z.B. ein Wärmeübertrager) für das wasserfreie Kühlmittel kann mit einer anderen

Baueinheit/Komponente (die mit dem gleichen wasserfreien Mittel arbeitet) integriert aufgebaut werden (zum Beispiel mit einem ölisolierten Transformator) .

- Es besteht keine Gefahr durch Eisbildung bei Frost. Eine Einkreiskühlung (bei der das wasserfreie Kühlmittel auch bei Frost unmittelbar durch Luft rückgekühlt wird) kann

realisiert werden.