Beschreibung

ENERGIEVERSORGUNGSSYSTEM FÜR EINE WASSERGEBUNDENE EINRICHTUNG AUFWEISEND EINEN MODULAREN MULTILEVEL STROMRICHTER

Die Erfindung betrifft ein Energieversorgungssystem für eine wassergebundene Einrichtung, insbesondere eine schwimmende Einrichtung. Schwimmende Einrichtungen sind beispielsweise Schiffe, U-Boote, Ölplattformen und/oder Gasplattformen. Bei spiele für Schiffe sind Kreuzfahrtschiffe, Fregatten, Contai nerschiffe, Flugzeugträger, Eisbrecher etc.. Schwimmende Ein richtungen sind wassergebundene Einrichtungen. Ölplattformen oder Gasplattformen, welche auf dem Meeresgrund stehen, sind Beispiele für wassergebundene Einrichtungen. Neben dem Ener gieversorgungssystem betrifft die Erfindung auch ein entspre chendes Verfahren zum Betrieb dieses Energieversorgungssys tems .

Ein Energieversorgungssystem für eine wassergebundene Ein richtung bzw. eine schwimmende Einrichtung weist Energiequel len auf. Wird nachfolgend von einer schwimmenden Einrichtung gesprochen, so ist damit auch entsprechend eine wassergebun dene Einrichtung gemeint und umgekehrt. Beispiele für Ener giequellen sind ein Dieselgenerator, eine Brennstoffzelle, eine Batterie/Akkumulator, ein Schwungrad, etc. Der Diesel des Dieselgenerators ist beispielsweise mit Schwerölschiffs diesel und/oder LNG betreibbar. Das Energieversorgungssystem ist beispielsweise dafür vorgesehen, einen Antrieb der schwimmenden Einrichtung mit elektrischer Energie zu versor gen oder auch Hilfsbetriebe bzw. weitere Verbraucher, wie Klimaanlage, Beleuchtung, Automatisierungssysteme, etc. Das Energieversorgungssystem ist insbesondere derart ausgestalt bar, dass auch bei Ausfall einer Energiequelle zumindest ein Notbetrieb für die schwimmende Einrichtung ermöglicht werden kann. Die Energieversorgung einer schwimmenden Einrichtung weist insbesondere ein Bordnetz auf. Das Bordnetz (das elek trische Bordnetz) dient der elektrischen Energieversorgung der schwimmenden Einrichtung. Ist eine schwimmende Einrichtung beispielsweise dazu befä higt, ihre Position zu halten, so weist diese eine Vielzahl von Antrieben auf. Diese Antriebe weisen insbesondere einen Propeller oder einen Wasserstrahler (Waterjet) auf. Diese An triebe zum Halten der Position des Schiffes im Wasser

und/oder für den Vortrieb des Schiffes im Wasser sind insbe sondere unabhängig voneinander betriebsbereit zu halten.

Weist diese schwimmende Einrichtung beispielsweise zwei oder mehr Antriebssysteme im Heckbereich auf, wie z.B. zwei POD- Antriebe oder zwei Propeller mit aus dem Schiffsrumpf ragen den Wellen, welche von einem elektrischen Motor und/oder von einem Dieselmotor mit einem Wellengenerator angetrieben sind, so ist es vorteilhaft, wenn diese im Falle eines Fehlers bei einem Antrieb unabhängig voneinander mit elektrischer Energie versorgt werden können.

Aus der EP 3 046 206 Al ist eine Energieverteilung auf einem Schiff bekannt. Diese weist einen ersten Mittelspannungsbus und einen zweiten Mittelspannungsbus auf. Der zweite Mittel spannungsbus weist keine direkte Verbindung mit dem ersten Mittelspannungsbus auf. Weiterhin weist die Energieverteilung einen ersten AC-Bus mit niedriger Spannung, einen ersten Stromrichter zwischen dem ersten Mittelspannungsbus und dem ersten AC-Bus auf, um einen Leistungsflusses vom ersten Mit telspannungsbus zum ersten AC-Bus zu ermöglichen. Weiterhin weist die Energieverteilung auch einen zweiten AC-Bus und ei nen zweiten Stromrichter zwischen dem zweiten Mittelspan nungsbus und dem zweiten AC-Bus auf, um einen Leistungsflus ses vom zweiten Mittelspannungsbus zum zweiten AC-Bus zu er möglichen .

Aus der WO 2016/116595 Al ist eine Einrichtung zur Verteilung gespeicherter elektrischer Energie auf einem Schiff bekannt, welche auch einen oder mehrere Wechselstromverbraucher um fasst. Im Falle eines Ausfalls einer primären elektrischen Energieversorgung ist ein DC-Netz mit einer Vielzahl von elektrischen Energiespeicherelementen vorgesehen, um die Ver sorgung eines oder mehrerer AC-Verbraucher mit gespeicherter elektrischer Energie zu ermöglichen. Im Gleichstromkreis sind mehrere Unterbrechersysteme zum Abschalten einer oder mehre rer elektrischer Hilfsenergie vorgesehen.

Aus der DE 102009043530 Al ist ein Energieversorgungssystem mit einer elektrischen Antriebswelle bekannt. Die elektrische Antriebswelle weist zumindest einen drehzahlveränderbaren Ge nerator zur Erzeugung einer Spannung mit variabler Amplitude und variabler Frequenz auf und zumindest einem mit dieser Spannung versorgten drehzahl-veränderbaren Antriebsmotor. Der Generator weist beispielsweise eine Supraleiter-Wicklung, insbesondere eine Hoch-Temperatur-Supraleiter (HTS)- Wick lung, auf.

Aus der EP 2 966 769 Al ist ein modularer Multilevelstromri- cher, also ein modularen Multilevel Stromrichter, bekannt. Es ist ein Verfahren zum Betrieb eines solchen modularen Mul- tilevelstromrichters beschrieben, der für jede Phase mehrere elektrisch in Reihe geschaltete Stromrichtermodule aufweist.

In elektrischen Bordnetzen wird die elektrische Energie oft in verschiedenen Spannungsebenen und/oder in verschiedenen Spannungsformen (AC bzw. DC) benötigt. Dazu wird beispiels weise Primärenergie aus einer oder mehreren Verbrennungs kraftmaschinen zur Verfügung gestellt und mittels eines oder mehrere Drehstromgeneratoren (Asynchrongenerator bzw. Syn chrongenerator) in elektrische Energie umgewandelt. Der Syn chrongenerator ist beispielsweise ein permanenterregter Syn chrongenerator. Diese elektrische Energie wird insbesondere auf der höchsten im Bordnetz zur Verfügung stehenden Span nungsebenen (Versorgungsnetz obere Spannungsebene) erzeugt.

Um weitere Spannungsebenen zu erzeugen werden zum Beispiel Transformatoren und/oder DC/DC-Wandler eingesetzt. Die Trans formatoren haben in der Regel ein hohes Gewicht und Bauvolu men, Verluste in Höhe von ca. 1% und die Eingangs- und Aus gangs-Frequenz sind immer identisch. Beispielsweise wird die gesamte erzeugte Generatorleistung über die obere Spannungs ebene eingespeist und auf einen Hautenergiebus verteilt. Der Hauptenergiebus ist in vielen Anlagen bzw. Bordnetzen ein 3 Phasen Wechselstrom Bus (Wechselstrom=AC) , wodurch ein AC Netz aufgespannt ist. Die Verteilung der elektrischen Energie erfolgt dabei insbesondere über eine oder mehrere Schaltta feln. In AC Netzen ist die Frequenz eines unteren Netzes gleich der Frequenz des oberen Netzes. Dabei unterscheidet sich das untere Netz vom oberen Netz durch die Spannung, wo bei das obere Netz eine höhere Spannung hat als das untere Netz. Die Verwendung eines AC Netzes mit einem AC Energiebus zur Verteilung der elektrischen Energie kann nachteilig sein, wenn in der oberen Spannungsebene die Frequenz variabel ist. Variable Frequenzen sind besondere die Folge von drehzahlva riablen Verbrennungsmaschinen. Um aus einem oberen AC Ener giebus eine untere Spannungsebene zu versorgen werden in der Regel mehrere Transformatoren benötigt. Die Energie wird über den oberen AC Hauptenergiebus also über die obere Spannungs ebene übertragen. Innerhalb einer Spannungsebene kann die Energie über eine Schaltanlage verteilt werden. Zur Vertei lung von AC wird eine AC Schaltanlage verwendet. Die Span nungshöhe des Energiebusses bzw. der Spannungsebene hängen maßgeblich von der installierten Leistung ab. Die verschiede nen Verbraucher werden gespeist und die darunter liegenden Spannungsebenen mit Energie versorgt. Zur Verbindung der un terschiedlichen Spannungsebenen sind in AC Netzen Transforma toren notwendig, wodurch die Spannungsebenen die gleiche Fre quenz haben. Das Übersetzungsverhältnis des verwendeten

Transformators legt das Verhältnis der Spannungen fest.

Da auf der schwimmenden Einrichtung die Verbraucher unter schiedliche Anforderungen an das Energieversorgungssystem stellen und auch abhängig vom Betriebszustand der schwimmen den Einrichtung unterschiedliche Verbraucher Energie vom Energieversorgungssystem beziehen, ist dieses möglichst fle xibel auszulegen. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, ein flexibles Energieversorgungssystem bzw. ein flexibles Verfahren zum Betrieb eines solchen Energieversor gungssystems bereit zu stellen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es beispielsweise eine flexible und/oder kompakte Verbindung zwischen Gleichspan nungsbussen (DC-Bussen) zu ermöglichen.

Eine Lösung der Aufgabe gelingt nach Anspruch 1 bzw. 11. Wei tere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich nach den An sprüchen 2 bis 10 bzw. 12.

Ein Energieversorgungssystem für eine wassergebundene Ein richtung, sowie insbesondere für eine schwimmende Einrich tung, weist einen ersten Gleichspannungsbus für eine erste Gleichspannung und einen zweiten Gleichspannungsbus für eine zweite Gleichspannung auf. Dies bedeutet, dass der erste Gleichspannungsbus für eine erste Gleichspannungsebene geeig net bzw. vorgesehen ist und der zweite Gleichspannungsbus für eine zweite Gleichspannungsebenen geeignet bzw. vorgesehen ist. Die erste Gleichspannungsebene ist insbesondere höher als die zweite Gleichspannungsebene. Die erste Gleichspan nungsebene entspricht also dem ersten Gleichspannungsbus und die zweite Gleichspannungsebene entspricht dem zweiten

Gleichspannungsbus. Beispielsweise unterscheiden sich die Gleichspannungsebenen um einen Faktor zwischen 5 und 50. Es sind also Verhältnisse von z.B. 1:5 bis 1:20 möglich. Ent sprechendes ergibt sich bei einer wassergebundenen bzw.

schwimmenden Einrichtung, insbesondere ein Schiff, welche ein Energieversorgungssystem in einer der beschriebenen Ausge staltungen aufweist.

Beispiele für eine wassergebundene Einrichtung sind: ein Schiff (z.B. Kreuzfahrer, Containerschiffe, Feeder-Schiffe, Supportschiffe, Kranschiffe, Tanker, Kampfschiffe, Landungs schiffe, Eisbrecher etc.), eine schwimmende Plattform, eine fest im Meeresgrund verankerte Plattform, etc..

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems für eine wassergebundene Einrichtung, mit einem ersten Gleichspan nungsbus für eine erste Gleichspannung und mit einem zweiten Gleichspannungsbus für eine zweite Gleichspannung, weist das Energieversorgungssystem einen DC-BUS-Koppler zur Kopplung des ersten Gleichspannungsbusses mit dem zweiten Gleichspan nungsbus auf, wobei der DC-Bus-Koppler einen modularen Mul- tilevel Stromrichter aufweist. Der modulare Multilevel Strom richter bzw. dessen Aufbau ist beispielsweise aus der EP 2 966 769 Al bekannt. Durch diesen kann eine einfache Energie übertragung zwischen den Gleichspannungsbussen durchgeführt werden. Der modularen Multilevel Stromrichter (modularer Mul tilevel Converter) ist auch unter dem Namen M2C bekannt. Der modulare Multilevel Converter (M2C) schaltet zwischen den Spannungsniveau von 2 benachbarten Submodulen. Beispielsweise weist eine M2C-Topologie 3 mal 8 Submodule auf. So können je weils beispielsweise 8 Submodule ein komplettes Spannungsni veau für eine Phase schalten. Der modulare Multilevel Strom richter ist einphasig, wie auch mehrphasig (insbesondere dreiphasig - Drehstrom) ausführbar.

Zur Verbindung von DC Netzen mit unterschiedlichen Spannungs ebenen sind auch bekannte DC/DC Steller mit einem Transforma tor verwendbar. Als Wechselrichter wird beispielsweise eine dual active bridge (DAB) eingesetzt. Diese Lösung ermöglicht den Einsatz von Transformatoren mit hoher Frequenz um die Baugröße des Transformators zu verringern. Beim Einsatz der DAB in einer MV DC Architektur können sich aber folgende Probleme ergeben:

• unterschiedliche Stromrichter Topologien in einem System mit anderen Wechselrichtern (z.B. Wechselrichter zur Speisung von Motoren.

• Anpassung der DAB an den Spannungslevel

• hohes du/dt der DAB bedeutet Stress für die Isolation des Transformators

• DAB hat keine Zellenredundanz

• DAB ist in der Ausgangsfrequenz begrenzt; der Einsatz neuer Halbleiter auf SiC Basis ist nötig um eine weitere Baugrößen Reduzierung des Transformators zu ermöglichen

• existierende Lösungen können nicht 2 unterschiedliche Sekundärspannungen einspeisen • die direkte Erzeugung eines 400 Hz Netze mit hoher

Netzqualität ist gewünscht

• heutige Verbindungstechnologien ermöglichen keinen Ener giefluss von zwei benachbarten Stellern.

Durch den Einsatz des modularen Multilevel Stromrichters kön nen derartige Probleme gelöst werden bzw. Anforderungen er füllt werden. Der modulare Multilevel Stromrichter weist auf seiner DC-Seite eine Verbindung mit dem ersten Gleichspan nungsbus auf. Der erste Gleichspannungsbus ist insbesondere ein Bus auf einer Mittelspannungsebene (MV: medium voltage) .

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems weist der DC-Bus-Koppler einen Gleichrichter auf. Der Gleichrichter weist auf seiner Gleichspannungsseite eine Verbindung mit dem zweiten Gleichspannungsbus auf. Dieser zweite Gleichspan nungsbus ist insbesondere auf einer Niederspannungsebene (LV: low voltage) .

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems weist der DC-Bus-Koppler einen Transformator auf. Der Transformator ist zwischen dem modularen Multilevel Stromrichter und dem Gleichrichter. So kann das Spannungsniveau angepasst werden.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems weist der Transformator einen Abzweig für eine Wechselspannungs speisung auf. Dieser Abzweig kann ein Wechselspannungsnetz bzw. einen Wechselspannungsbus speisen. Die Frequenz der Wechselspannung ist beispielsweise 50 Hz, 60 Hz oder 400 Hz. Die Verwendung von 400 Hz ermöglicht eine Reduzierung des Ge wichts der hierfür ausgelegten Komponenten im Vergleich zu 50 Hz oder 60 Hz.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems ist der modularen Multilevel Stromrichter zur Erzeugung einer Wech selspannung vorgesehen. Der modulare Multilevel Stromrichter kann also insbesondere nur eine Wechselspannungsphase erzeu gen oder beispielsweise nur 2 Wechselspannungsphasen. So kann der modulare Multilevel Stromrichter an die jeweiligen Erfor dernisse angepasst werden.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems ist der modulare Multilevel Stromrichter zur Erzeugung einer Dreh spannung vorgesehen. So kann beispielsweise mehr Leistung von einem Gleichspannungsbus zu einem weiteren Gleichspannungsbus übertragen werden. Bei 2 Phasen wie auch bei 3 Phasen (Dreh strom) ist es möglich, dass jeweils eine Phase zur Speisung eines separaten Gleichspannungsbusses vorgesehen ist. Dies erhöht die Flexibilität des Systems. Auch kann bei Ausfall einer Phase des modularen Multilevel Stromrichters die Ver sorgung von Gleichspannungsbussen gewährleistet bleiben, wel che an den noch fehlerfrei arbeitenden Zweigen des modularen Multilevel Stromrichters angeschlossen sind.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems sind zu mindest zwei Gleichrichter vorgesehen, welche jeweils unter schiedliche Gleichspannungsbusse speisen. Die Gleichrichter können in einer einfachen Ausgestaltung beispielsweise Dio dengleichrichter sein.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems ist als eine Schutzeinrichtung eine Sprengsicherung vorgesehen. Eine Sprengsicherung ist eine Sicherung, welche einen explosiven Stoff zur Trennung einer elektrischen Verbindung verwendet. Eine Sprengsicherung ist einfach aufgebaut, preisgünstig bzw. kann schnell auslösen.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems ist die Schutzeinrichtung dem modularen Multilevel Stromrichter vor geschaltet. So kann der modulare Multilevel Stromrichter vor unzulässig hohen Strömen (Stromstärken) geschützt werden.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems ist die Schutzeinrichtung in einem Gleichspannungsbus zu dessen Tren nung vorgesehen. So kann beispielsweise im Falle eines Kurz schlusses der Gleichspannungsbus geschützt werden. In einem Verfahren zum Betrieb eines Energieversorgungssys tems für eine wassergebundene Einrichtung, mit einem ersten Gleichspannungsbus für eine erste Gleichspannung und mit ei nem zweiten Gleichspannungsbus für eine zweite Gleichspan nung, wird zur Kopplung der Gleichspannungsbusse ein modula rer Multilevel Stromrichter verwendet. Der modulare Multile- vel Stromrichter ist dabei zumindest ein Teil eines DC-Bus- Kopplers . Eine derartige DC-Bus-Koppler kann zudem einen Transformator bzw. einen Gleichrichter aufweisen.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Energieversor gungssystem nach zumindest einer der im Text beschriebenen Ausgestaltungen verwendet.

Die schwimmende bzw. wassergebundene Einrichtung und/oder das Energieversorgungssystem weist in einer Ausgestaltung eine erste Zone und eine zweite Zone auf. Auch hier soll, wie be reits obig angemerkt, im weiteren Fortgang unter einer schwimmenden Einrichtung auch eine wassergebundene Einrich tung verstanden werden. Die schwimmende Einrichtung kann auch mehr als zwei Zonen aufweisen. Die Art der Zonen kann unter schiedlich sein. So kann es sich bei einer Zone beispielswei se um eine Feuerzone handeln. Zonen können voneinander durch eine oder mehrere Schotten getrennt sein. Der Art bilden sich Kammern aus, welche beispielsweise dem Schutz vor Feuer und oder dem Schutz vor einem Untergang der schwimmenden bzw. wassergebundenen Einrichtung dienen können. Ein Schott bzw. Schotten kann luftdicht und/oder flüssigkeitsdicht und/oder brandhemmend ausgelegt bzw. ausgeführt sein. In einer schwim menden Einrichtung wie beispielsweise einem Schiff kann es zum Beispiel zumindest ein Querschott und/oder ein Längs schott und/oder ein wasserdichtes Deck geben. Jedoch bilden sich Zonen bzw. Kammern. Eine Kammer kann eine Zone darstel len wie auch eine Zone eine Kammer darstellen kann. Das Ener gieversorgungssystem für die schwimmende bzw. wassergebundene Einrichtung weist eine erste Energiequelle und eine zweite Energiequelle auf, wobei die erste Energiequelle in der ers ten Zone zur Speisung zumindest eines Gleichspannungsbusses der zumindest zwei Gleichspannungsbusse vorgesehen ist und wobei die zweite Energiequelle in der zweiten Zone zur Spei sung zumindest eines Gleichspannungsbusses der zumindest zwei Gleichspannungsbusse vorgesehen ist. Die erste Energiequelle kann also beispielsweise zur Speisung nur des ersten Gleich spannungsbusses vorgesehen sein oder zur Speisung des ersten Gleichspannungsbusses und des zweiten Gleichspannungsbusses vorgesehen sein. Ebenso verhält es sich mit der zweiten Ener giequelle welchen beispielsweise zur Speisung nur des ersten Gleichspannungsbusses vorgesehen sein oder zur Speisung des ersten Gleichspannungsbusses und des zweiten Gleichspannungs busses vorgesehen sein kann. Die Speisung des jeweiligen Gleichspannungsbusses betrifft dabei insbesondere eine direk te Verbindung zu dem Gleichspannungsbus. Unter einer direkten Verbindung ist eine elektrische Verbindung zu verstehen, bei welcher kein weiterer DC-Bus zur Energieverteilung zwischen geschaltet ist. Eine direkte Verbindung kann jedoch bei spielsweise einen Stromrichter, einen Transformator, einen Schalter, einen DC/DC Steller aufweisen. Energiequellen des Energieversorgungssystems können beispielsweise folgenden Typs sein: ein Dieselgenerator, ein Gasturbinengenerator, ei ne Batterie, ein Kondensator, SUPER-Caps, ein Schwungradspei cher, Brennstoffzellen sein.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems ist die ses zumindest teilweise zonenabhängig gegliedert. Insbesonde re entspricht die Gliederung örtlich der Zonenaufteilung für zumindest zwei Zonen. Zonen der wassergebundenen Einrichtung ergeben sich insbesondere durch eine bauliche Einrichtung wie ein Schott. Eine Gliederung des Energieversorgungssystems ergibt sich insbesondere durch Schalteinrichtungen, welche eine elektrische Verbindung trennen oder hersteilen können. Durch derartige Schalteinrichtungen können Abschnitte im Energieversorgungssystem ausgebildet sein.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems wird zwischen primären Energiequellen und sekundären Energiequel len unterschieden. Diese Typen von Energiequellen betreffen deren Zuordnung zu einem jeweiligen Bus. Diese Typen von Energiequellen betreffen jegliche Art von Energiequelle, wie z.B. einen Dieselgenerator, eine Batterie, eine Brennstoff zelle, eine Gasturbine mit Generator, SUPER-Caps, Schwungrad speicher, etc.. Primäre Energiequellen sind dem ersten

Gleichspannungsbus (DC-Bus) zugeordnet, wobei eine primäre Energiequelle insbesondere der Gewinnung elektrischer Energie für den Hauptantrieb der schwimmenden bzw. wassergebundenen Einrichtung dient. Beispielsweise kann eine oder können meh rere primäre Energiequellen auch der Versorgung eines weite ren, insbesondere nachgeordneten Gleichspannungsbusses (weist eine kleinere DC-Spannung auf als der versorgende DC-Bus) dienen. Diese Zuordnung bedeutet, dass zwischen dieser pri mären Energiequelle und dem ersten Gleichspannungsbus kein weiterer Gleichspannungsbus zwischengeschaltet ist. Sekundäre Energiequellen sind dem zweiten Gleichspannungsbus (DC-Bus) zugeordnet, wobei eine sekundäre Energiequelle insbesondere der Gewinnung elektrischer Energie für Betriebssysteme der schwimmenden bzw. wassergebundenen Einrichtung dient, welche nicht dem Hauptantrieb der schwimmenden Einrichtung dienen. Auch diese Zuordnung bedeutet, dass zwischen dieser sekundä ren Energiequelle und dem zweiten Gleichspannungsbus kein weiterer Gleichspannungsbus zwischengeschaltet ist. Es gibt in einer Ausgestaltung auch die Möglichkeit, zumindest eine sekundäre Energiequelle, die dem zweiten Gleichspannungsbus zugeordnet ist, zur Versorgung des ersten Gleichspannungsbus ses und insbesondere zur Versorgung der Hauptantriebe zu nut zen. Betriebssysteme der schwimmenden Einrichtung sind bei spielsweise (Bordversorgung, Hotelbetrieb, Waffensysteme, etc.). In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems sind sekundäre Energiequellen derart gewählt, dass diese ggf. schneller auf Lastschwankungen reagieren können. Die Last ist beispielsweise zumindest ein Antriebsmotor zum Antrieb der schwimmenden Einrichtung und/oder weitere elektrische Ver braucher der schwimmenden Einrichtung für beispielsweise Pum pen, Kompressoren, Klimaanlagen, Seilwinden, Bordelektronik, etc. Bei einem Kreuzfahrtschiff werden elektrische Verbrau cher, für beispielsweise die Klimaanlage, die Küchen, die Wä- scherei, die Beleuchtung, etc., auch als Hotellast bezeich net .

Das Energieversorgungsystem kann mehrere Energiequellen glei chen Typs aufweisen. In einer Ausgestaltung des Energiever sorgungssystems können Energiequellen unterschiedlichen Typs in unterschiedlichen Zonen sein. Dadurch kann die Versor gungssicherheit innerhalb der schwimmenden Einrichtung bei spielsweise in Notfällen und/oder in einem Fehlerfall erhöht werden. In einer weiteren Ausgestaltung können Energiequellen unterschiedlichen Typs in der gleichen Zone sein.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems wird die Zwischenkreisspannung an der kleinsten Last, d.h. der kleins ten Leistung bemessen, so dass hierfür ein Inverter einge setzt werden kann. Bei weiteren größeren Lasten wird solange ein einzelner Inverter verwendet solange dieser verfügbar ist. Für weitere größere Lasten, die für einen Inverter mit der gewählten Spannung zu groß sind, werden parallele Inver ter oder Motoren mit mehreren Wicklungssystemen verwendet. Durch diese Vorgehensweise können Mittelspannungs- Gleich spannungssysteme kostenoptimiert realisiert werden.

Zum Bespiel wird die Zwischenkreisspannung bei einer Thrus- terlast von 3,5 MW auf 4,5 kV Gleichspannung (3,3 kV Dreh spannung) festgelegt. Die 3,5 MW ist die kleinste Last, die am Mittelspannungs-Gleichspannungssystem angeschlossen ist. Eine weitere Last mit 12 MW wird ebenfalls mit 3,3 kV Dreh spannung, und damit mit 4,5 kV Gleichspannung betrieben. Die se Last wird mit zwei parallelen Umrichtern oder mit einer Maschine mit zwei Wicklungssystemen betrieben. Auch zwei Ma schinen auf einer Welle sind möglich.

Mit dem Design Ziel den Mittelspannungs-Gleichspannungsbus im Spannungsbereich 3,2 kV bis 6 kV zu halten werden ein kosten optimales System sichergestellt. Größere Leistungen werden durch Parallelschaltung und/oder durch Mehrwicklungsmaschinen realisiert.

Die reduzierte Mittelspannungs-Gleichspannungsfestlegung re duziert auch das Bauvolumen und die Kosten für die Halb leiterschalter zwischen den Zonen als auch die Kosten für den Kurzschlussschutz der Inverter

In gleicher Weise kann auch bei den Gleichrichtern auf der Einspeiseseite vorgegangen werden.

Durch die Verwendung eines ersten Gleichspannungsbusses und eines zweiten Gleichspannungsbusses in der schwimmenden Ein richtung kann elektrische Energie in einfacher Weise ohne un nötige Verluste von einem Bus in den anderen Bus übertragen werden. Dies ist insbesondere in einem Fehlerfall vorteilhaft bei dem eine oder mehrere Energiequellen für den ersten Bus ausfallen. Erfolgte eine Verknüpfung von Energieebenen über eine AC Verbindung so kann dies insbesondere in einem Fehler fall zu höheren Verlusten führen. In DC Netzen wird die Ener gie erst gleichgerichtet, um auf der oberen DC Spannung ver teilt zu werden (Umwandlung 1) . Anschließend muss aus der DC Spannung mittels eines Wechselrichters eine AC Spannung er zeugt werden (Umwandlung 2) . Der Wechselrichter muss die gleichen Funktionen wie ein Generator erfüllen (Selektivität und Frequenzführung in der unteren Spannungsebene) Zur Anpas sung der Spannung ist ein Transformator erforderlich (Umwand lung 3) . Diese dreifache Umwandlung ist mit Verlusten in Höhe ca. 3-3,5% verbunden. Die Kosten für die Komponenten und die Gewichte sind sehr hoch. Die eingesetzten Wechselrichter sind empfindlich gegenüber harmonischen der unteren Spannungsebe ne. Das Aufschalten von Motoren und nicht linearen Lasten auf die eingesetzten Wechselrichter ist auch problematisch und limitiert. Mithilfe des vorgeschlagenen Energieversorgungs systems, welches einen ersten Gleichspannungsbus und einen zweiten Gleichspannungsbus aufweist, können Verluste redu ziert werden. In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems weist dieses neben der ersten Energiequelle und der zweiten Ener giequelle auch eine dritte Energiequelle auf. Die erste Ener giequelle und die zweite Energiequelle sind beispielsweise primäre Energiequellen und die dritte Energiequelle ist eine sekundäre Energiequelle. Die dritte Energiequelle kann bei spielsweise zum Peakshaving und/oder als Spinning Reserve verwendet werden. Dies bedeutet, dass Spitzen im Energiever brauch der schwimmenden Einrichtung, welche nicht rasch von der primären Energiequelle gedeckt werden können, durch die sekundäre Energiequelle gedeckt werden und/oder es kann Ener gie zur Verfügung gestellt werden falls eine Energiequelle ausfällt

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems weist dieses einen Mittelspannungs-Gleichspannungsbus , mit einer Gleichspannung mit 3 kV bis 18 kV, auf der als Ring Bus aus geführt ist und einen Niederspannungs-Gleichspannungsbus, mit einer Gleichspannung mit 0,4 kV bis 1,5 kV, auf der als Ring Bus ausgeführt ist.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems kann als Energiebus, insbesondere als weiterer Hauptenergiebus oder auch als Ersatz für den DC Bus, zusätzlich zu einem DC Bus auch ein Dreiphasenwechselstrombus (AC Bus) verwendet werden. Auch auf eine Niederspannungsebene kann ein DC Verteilsystem (DC Bus) und/oder ein AC Verteilsystem (AC Bus) verwendet werden .

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems ergibt sich ein MV/LV DC System mit sicherer Verbindung der Span nungsebenen, Zonenstruktur und dezentralen Energiespeichern mit schnellen MV/LV Halbleiterschaltern zwischen den Zonen. Zur Verbindung von DC Netzen unterschiedlicher Spannung ist der Einsatz eines oder mehrerer bidirektionaler DC/DC Steller möglich. Es kann auch eine mehrfache Umformung von Energie erfolgen. Die verbundenen DC Systeme müssen in sich sicher sein und in der Zonenstruktur des Schiffs sicher betreibbar sein .

In einem Energieversorgungssystem erfolgt die Speisung insbe sondere über einen Zwei-Wicklungsgenerator, der sowohl den MV DC Bus zweimal speist, als auch den LV DC Bus, insbesondere auch über einen MV-AC Bus. Die Leistungseinspeisung der Gene ratoren (oder anderer Energie Speicher) erfolgt insbesondere über zwei getrennte Systeme des Generators oder über eine Verteilung nach dem Generator. Dieses ermöglicht die Leis tungsaufteilung der gesamten Generatorleistung wodurch ein modularerer Aufbau der Leistungselektronik (gesteuerter oder ungesteuerter Gleichrichter, oder Gleichrichter für bidirek tionalen Betrieb) möglich ist, um einen größeren Leistungsbe reich abzudecken. D.h. bei kleineren Generatorleistungen kann ein Gleichrichter (aktiv /oder passiv) verwendet werden, wo bei bei größeren Generatorleistungen durch die Verwendung der geteilten Leistungseinspeisung und der Verwendung von 2 glei chen Gleichrichtern eine höhere Gleichteiligkeit erreicht wird. Die doppelte Einspeisung kann aber auch generell zur Erhöhung der Verfügbarkeit zum Einsatz kommen. Des Weiteren kann die Einspeisung über die beiden Gleichrichter in zwei verschiedenen Zonen (oder in einer Zone) erfolgen.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems weist der Generator einen zweiten Abgang auf, welcher insbesondere über einen Transformator und einen Gleichrichter zur Speisung eines DC-Busses vorgesehen ist. Dies kann einen DC/DC Steller ersetzen oder ergänzen. Der Transformator kann bei höherer Generator Frequenz in der Baugröße reduziert werden. LV DC in der Regel deutlich kleinere Leistung als MV DC - positiv für die Größe des erforderlichen Transformators. Kostengünstige Lösung bei kleineren LV DC Leistungen im Verhältnis zur MV DC Leistung insbesondere dann besonders kostengünstig, wenn zu sätzlich die MV DC Spannung höhere Werte erreicht.

Den kleineren Gleichrichter auf der LV DC Seite kann man als gesteuerten Gleichrichter ausführen (ohne ESS - MV DC hat un- gesteuerten Gleichrichter) , der dann zur Spannungsregelung der LV DC Schiene verwendet wird im Falle von Lastsprüngen auf dem MV DC Bus: Der Gleichrichter mit der kleineren Leis tung auf der LV DC Seite kann als gesteuerter Gleichrichter ausgeführt. Lastsprünge auf der MV DC Schiene können in die sem Fall über den geregelten Gleichrichter auf der LV DC Schiene ausgeglichen werden. Der Gleichrichter mit der klei neren Leistung auf der LV DC Seite kann auch für bidirektio nalen Betrieb ausgeführt werden. Im Falle eines bidirektiona len Umrichters kann Energie von der LV DC Schiene (z.B. aus Energiespeichern) auf die MV DC Ebene übertragen werden. In der Regel ist die Rückspeise-Energie kleiner als die Speise- Energie. Ist dieses der Fall kann ein ungesteuerter Gleich richter für die Speisung der LV DC Schiene verwendet werden wobei ein kleinerer bidirektionaler Umrichter für den bidi rektionalen Betrieb parallel verwendet wird und auch die LV DC Spannung unterlagert regeln kann.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems erfolgt eine Verwendung eines Generators mit zwei getrennten aktiv Teilen. Die Aktiv-Teile können über die Welle mechanisch ver bunden sein und getrennte Gehäuse oder ein gemeinsames Gehäu se verwenden. Ein Vorteil kann dabei sein: Der Trafo entfällt in dieser Variante und die Systeme sind im Generator 100% elektrisch entkoppelt. Jede der aktiven Teile kann für die max . Leistung (LV und MV Generator) ausgelegt sein, d.h. dass in der Regel der Generator in der Gesamtleistung größer be messen ist.

Ein Energieversorgungssystem für eine wassergebundene Ein richtung, insbesondere eine schwimmende Einrichtung, ist also auch mit einem ersten Gleichspannungsbus für eine erste

Gleichspannung und mit einem zweiten Gleichspannungsbus für eine zweite Gleichspannung ausführbar, wobei das Energiever sorgungssystem eine erste Energiequelle aufweist, wobei die erste Energiequelle ein Generatorsystem aufweist, welches ein erstes Wicklungssystem zur Speisung des ersten Gleichspan nungsbusses aufweist und welches ein zweites Wicklungssystem zur Speisung des zweiten Gleichspannungsbusses aufweist. So können mit einem Generatorsystem verschiedene Spannungsebenen gespeist werden. Weist das Energieversorgungssystem weitere Energiequellen auf, so können auch diese ein derartiges Gene ratorsystem aufweisen.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystem, wobei hier, wie auch bis hier und im Folgenden alle beschriebenen Energieversorgungssysteme gemeint sind, ist das erste Wick lungssystem für eine erste Spannung ausgelegt und das zweite Wicklungssystem für eine zweite Spannung ausgelegt, wobei die erste Spannung größer ist als die zweite Spannung. Das Gene ratorsystem weist beispielsweise nur einen Generator auf oder z.B. zwei Generatoren. Der Generator ist insbesondere ein Synchrongenerator. Auch Asynchrongeneratoren und/oder PEM- Generatoren können zum Einsatz kommen. Weist der Generator ein Niederspannungs-Wicklungssystem und ein Mittelspannungs- Wicklungssystem auf, so hat dieser insbesondere ein großes Xd" ' . In einer Ausführung des Generators kann dieser ein gro ßes xd" aufweisen. Hierdurch wird der Kurzschlussstrom- Beitrag des Generators reduziert und eine einfachere Ausle gung eines Kurzschlussfesten Gleichrichters ermöglicht. Die ser reduzierte Kurzschlussstrom reduziert auch die mechani sche Beanspruchung des Wellenstranges im Kurzschlussfall. Insbesondere die kurzschlussfeste Auslegung des Gleichrich ters ermöglicht einen einfachen Aufbau des Energieversor gungssystems da keine zusätzlichen Kurzschluss-Schutz Elemen te benötigt werden und damit eine direkte Verbindung ohne Trennorgane zwischen Generator und Gleichrichter möglich ist. Dieses ist insbesondere auf der Mittelspannungseben von Vor teil, da Trenn- oder Schutzorgane, wie z.B. Leistungsschalter oder Sicherungen, viel Platz benötigen, einen deutlichen Kos tenfaktor haben oder zum Teil auch nicht verfügbar sind. Der dreiphasige Mittelspannungsanschluss des Generators kann bei spielsweise an einen Diodengleichrichter oder an einen gere gelten Gleichrichter angeschlossen sein und damit den Mit- telspannungs-Gleichstrombus zu speisen. Dies gilt in ver gleichbarer Weise auch für den dreiphasigen Niederspannungs- anschluss für den Niederspannungs-Gleichstrombus. Der Strom richter für den Niederspannungs- Gleichstrombus kann insbe sondere auch ein Active Front End (AFE) sein. Dieser weist insbesondere einen Vier Quadranten Betrieb auf. Dadurch ist es beispielsweise möglich elektrische Energie aus Batterien in den Niederspannungs-Gleichstrombus zu speisen von dort über das Active Front End in den Mittelspannungs-Gleichstrom- bus . Der Active Front End ist ein aktiver Gleichrichter der Energiefluss in beide Richtungen ermöglicht.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems ist das erste Wicklungssystem elektrisch mit dem ersten Gleichspan nungsbus zu dessen trafolosen Speisung verbunden. Durch den Wegfall eines Trafos lässt sich Gewicht, Volumen und/oder Kosten sparen.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems ist das zweite Wicklungssystem elektrisch mit dem zweiten Gleichspan nungsbus zu dessen trafolosen Speisung verbunden. Auch hier wird durch den Wegfall des Trafos Gewicht, Volumen und/oder Kosten gespart.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems weist das Generatorsystem einen ersten Generator mit dem ersten Wicklungssystem und einen zweiten Generator mit dem zweiten Wicklungssystem aufweist, wobei der erste Generator und der zweite Generator mittels eines gemeinsamen Wellensystems an- treibbar sind. Der erste Generator und der zweite Generator sind insbesondere steif, also starr, gekoppelt. Durch die Verwendung zweier Generatoren für die zwei Wicklungssysteme lässt sich die Konstruktion der Generatoren einfach halten.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems ist das Generatorsystem ein Multiwicklungssystemgenerator, wobei der Stator des Multiwicklungssystemgenerators das erste Wick lungssystem und das zweite Wicklungssystem oder weitere Wick lungssystem aufweist. Derart ist ein kompaktes Generatorsys tem ausbildbar. In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems weist der Multiwicklungssystemgenerator Nuten auf, welche das erste Wicklungssystem und das zweite Wicklungssystem betreffen. Dadurch kann ein kompakter Aufbau realisiert werden.

In einer Ausgestaltung können bei dem Generator die beiden Wicklungssysteme so in den Nuten angeordnet sein, dass eine möglichst gute Entkopplung erreicht wird, um eine Beeinflus sung der Wicklungssysteme zu vermeiden. Eine ausreichende Entkopplung wird erreicht, wenn die unterschiedlichen Wick lungssystem in unterschiedlichen Nuten eingebracht sind.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems wird ein Generator mit zwei Wicklungssystemen verwendet, wobei beide Systeme ein unterschiedliches Spannungslevel haben. Z.B. LV level 1 und LV level 2 oder MV Level und LV Level. Das MV Spannungsniveau liegt hierbei z.B. im Bereich von 2,3 kV bis 13,8 kV AC und das LV Spannungsniveau kann z.B. im Bereich zwischen 400 V und 690 V AC liegen. Die Wicklungssysteme des Generators speisen DC Netze mit unterschiedlichen Spannungs niveaus .

Es werden z.B. mehrere DC Netzte mit unterschiedlichen Span nungsniveaus verwendet, um eine optimale Verteilung der Las ten bei einer zugleich optimalen Leistungsausnutzung der Leistungselektronik bei gleichzeitiger Kostenoptimierung zu erreichen. Durch die Verwendung in DC Netzten ist auch bei dieser Ausführung des Generators keine Synchronisierung oder Synchroner Betrieb der Generatoren erforderlich. Des Weiteren kann die Frequenz des Generators frei gewählt werden und der Generator kann auch variable in der Frequenz gefahren werden um immer den niedrigsten Brennstoffverbrauch bezogen auf den Leistungsbedarf zu erhalten. Oder es kann eine höhere Fre quenz gewählt werden, um ein Getriebe zwischen Generator und Verbrennungsmaschine zu vermeiden. Durch die variable Fre quenz ist es möglich, z.B. bei Hafen Aufenthalt, wo keine Verbraucher an dem MVDC Bus betrieben werden müssen und nur von der LV AC Wicklung Leistung für den LVDC Bus benötigt wird, den Generator in der Drehzahl zu reduzieren und dem re duzierten Leistungsbedarf so anzupassen, dass sich auch bei diesem Teillastbetrieb ein geringer spezifischer Brennstoff verbrauch bezogen auf die Leistung ergibt. Die einzelnen Wicklungssysteme speisen über einen ungesteuerten Dioden gleichrichter oder gesteuerten Thyristorgleichrichter oder einem aktiven Gleichrichter zwei oder mehrere DC Schienen mit unterschiedlicher Spannung. Dadurch entfällt eine Umformungs stufe über einen zusätzlichen Transformator, der bei einer zusätzlichen AC Einspeisung über Transformation erforderlich wäre. Oder es entfällt der DC/DC Umrichter falls eine DC-DC- Kopplung der beiden DC Busse erforderlich ist. (Entfall von Zwei Transformationen DC/AC - Transformator - AC/DC) Beides führt zu Platzersparnis durch entfall zusätzlichen Equipments und zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades. Der Generator kann auch kompakter gestaltet werden als eine Anordnung mit zwei getrennten Generatoren für die beiden Spannungsebenen.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems mit ei nem Generator mit zwei Wicklungssystemen können die Wicklun gen mit den verschiedenen Spannungsebenen in der gleichen Nut zur max . Verkopplung als auch in separaten Nuten zur max . Entkopplung der Systeme angeordnet werden. Bei Leistungs- Fluss zwischen den verschiedenen DC Spannungs-Ebenen über den Generator wird eine gute Kopplung der Systeme gewünscht.

Falls nur der Leistungsfluss vom Generator zu den verschiede nen DC Bussen erfolgt, ist eine max. Entkopplung von Vorteil, um Rückwirkungen zwischen den Systemen zu reduzieren. Ein durch die Verkopplung auftretendes Ungleichgewicht der AC Systeme wird bei dieser Lösung z.B. durch Anbindung des Gene rators über einen unidirektionalen Gleichrichter mit dem DC Bus beherrscht. Die Anbindung der DC Spannungsebenen kann im einfachsten Fall mit Diodengleichrichter erfolgen (Nur eine Energierichtung) . Der Einsatz eines gesteuerten Gleichrich ters auf der LV DC Seite ermöglicht auch die unabhängige LV DC Spannungsanpassung bei Lastsprüngen auf der MV DC Seite.

In diesem Fall kann der ungesteuerte kostengünstigere Gleich richter für die MV DC Schiene verwendet werden und der Gene- rator kann auf die MVDC Spannung geregelt werden. Die LV DC Spannung wird unterlagert durch den gesteuerten Gleichrichter für die LV DC Schiene geregelt. Die Stabilisierung der LV Schiene kann auch durch Batterien erfolgen. Wird ein Leis tungsfluss in beiden Richtungen erforderlich können bidirek tionale Gleichrichter eingesetzt werden. (z.B. bei Energie speicher auf der LV DC Seite die auch für die MVDC Seite zur Verfügung stehen sollen (Installation von Energy Storage Sys temen / ESS am LVDC Bus) . Hierbei kann aber weiterhin ein un gesteuerter Gleichrichter auf der MV DC Seite verwendet wer den. Ist die Rückspeiseleistung des ESS deutlich kleiner als die max . erforderliche Speisende Leistung vom Generator in den LVDC Bus, so kann auf der LVDC Bus Seite auch eine Kombi nation aus einem aktiven Gleichrichter (bemessen auf die Rückspeiseleistung) und einem gesteuerten einfacheren Gleich richter für die zusätzliche Speiseleistung verwendet werden. Bei der Verwendung eines PEM Generators oder Asynchron Gene rator können generell bidirektionale Gleichrichter (z.B. Mul- tilevel Umrichter) verwendet werden. Es besteht auch die Mög lichkeit die MV und die LV Spannungsebene zusätzlich als 2 Wicklungssystem auszuführen, um einen Steuerbord und Backbord Bus zu speisen. Es besteht auch die Möglichkeit jede einzelne Wicklung mit einem separaten Umrichter (Vollbrücke) zu verse hen und die Umrichter in den Generator zu integrieren. Hier durch kann jede einzelne Wicklung separate geschaltet werden und die Schaltung der Wicklungen kann z.B. so erfolgen, dass eine max. Kopplung der Wicklungen erreicht wird falls dieses zur Leistungsübertragung über dem Generator gewünscht wird. Oder es kann, falls die Kopplung nicht mehr benötigt wird, durch Änderung der Ansteuerung eine max. Entkopplung erreicht werden. Werden die Einzel-Umrichter die jeder Wicklung zuge ordnet werden in den Generator integriert, wird eine weitere Platzeinsparung erreicht und der Generator wird direkt mit den DC Busen verbunden. Entsprechend des Konzeptes lassen sich bestimmte Energieflüsse erzielen. Gemäß eines Konzeptes gibt es drei Energieverbindungen zum Generator (Fuel Engine; MV DC; LV DC) und es können folgende Betriebsfälle zum Tragen kommen : A) + Leistung Fuel Engine; - Leistung MV DC; - Leistung LV DC

B) + Leistung Fuel Engine; - Leistung MV DC; + Leistung LV DC (Leistung LVDC => MVDC)

c) Alternative für B; + Leistung Fuel Engine; + Leistung MV DC (Leistung MVDC => LVDC - im Fall ESS ist an MVDC) ; - Leistung LV DC

D) 0 Leistung Fuel Engine; - Leistung MV DC; + Leistung LV DC (Leistung LVDC => MVDC- im Fall ESS ist an LVDC) ; (Fuel Engine nur zum Drehen des Generators)

E) Alternative für D; 0 Leistung Fuel Engine; + Leistung MV DC (Leistung MVDC => LVDC - im Fall ESS ist an MVDC) ; - Leistung LV DC (Generators wird als rotie render Transformator verwendet)

Zusatz für D und E) alternativ könnte in diesem Fall auch der Generator über einen kleinen Hilfsmotor gedreht werden, der über die LV Wicklung gespießt wird. Da in Falle des Betriebes der Generator als rotierender Transformator verwendet wird, ist in diesem Betriebszustand der Wirkungsgrad für die Leis tungsübertragung zwischen den DC Bussen nicht optimal. Daher ist in diesem Fall das ESS an dem DC Bus zu verbinden, wo auch der wesentliche Teil der Leistung (Energie) benötigt wird .

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems weist die wassergebundene Einrichtung, wie insbesondere die schwim mende Einrichtung, eine ersten Zone auch, eine zweite Zone auf , und eine zweite Energiequelle auf, wobei die erste Energiequelle in der ersten Zone zur Speisung zumindest eines Gleichspannungsbusses der zumindest zwei Gleichspannungsbusse vorgesehen ist und wobei die zweite Energiequelle in der zweiten Zone zur Speisung zumindest eines Gleichspannungsbus ses der zumindest zwei Gleichspannungsbusse vorgesehen ist.

So kann die Sicherheit der Versorgung der Gleichspannungsbus se mit elektrischer Energie verbessert werden. Ein Energieversorgungssystem für eine wassergebundene Ein richtung, insbesondere eine schwimmende Einrichtung, ist auch mit einem ersten Gleichspannungsbus für eine erste Gleich spannung und mit einem zweiten Gleichspannungsbus für eine zweite Gleichspannung ausführbar, wobei eine erste Energie quelle zumindest drei speisende elektrische Verbindungen zu den Gleichspannungsbussen aufweist, wobei zumindest einer der Gleichspannungsbusse Abschnitte aufweist. Auch damit kann die Versorgungssicherheit es Energieversorgungssystems verbessert werden .

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems speist eine erste speisende Verbindung der zumindest drei speisenden elektrischen Verbindungen einen ersten Abschnitt und eine zweite speisende Verbindung der zumindest drei speisenden elektrischen Verbindungen speist einen zweiten Abschnitt des gleichen Gleichspannungsbusses, wobei eine dritte speisende Verbindung der zumindest drei speisenden elektrischen Verbin dungen einen Abschnitt des weiteren Gleichspannungsbusses speist. So kann die Speisung mit elektrischer Energie über verschiedene Gleichspannungsbusse verteilt werden.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems wiest dieses eine vierte speisende Verbindung der ersten Energie quelle, wobei zwei der zumindest vier speisenden Verbindungen zur Speisung des ersten Gleichspannungsbusses in unterschied lichen Abschnitten des ersten Gleichspannungsbusses vorgese hen sind und wobei zwei weitere der zumindest vier speisenden Verbindungen zur Speisung des zweiten Gleichspannungsbusses in unterschiedlichen Abschnitten des zweiten Gleichspannungs busses vorgesehen sind. Dies erhöht die Betriebssicherheit der wassergebundenen Einrichtung.

Ein Energieversorgungssystem für eine wassergebundene Ein richtung, insbesondere eine schwimmende Einrichtung, ist auch mit einem ersten Gleichspannungsbus für eine erste Gleich spannung und mit einem zweiten Gleichspannungsbus für eine zweite Gleichspannung ausführbar, wobei eine erste Energie- quelle zumindest zwei speisende elektrische Verbindungen zu den Gleichspannungsbussen aufweist, wobei zumindest einer der Gleichspannungsbusse Abschnitte aufweist. Auch damit kann die Versorgungssicherheit es Energieversorgungssystems verbessert werden .

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems speist eine erste speisende Verbindung der zumindest zwei speisenden elektrischen Verbindungen einen ersten Abschnitt und eine zweite speisende Verbindung der zumindest zwei speisenden elektrischen Verbindungen speist einen zweiten Abschnitt des gleichen Gleichspannungsbusses oder die zweite speisende Ver bindung der zumindest zwei speisenden elektrischen Verbindun gen speist einen Abschnitt des weiteren Gleichspannungsbus ses. So kann die Speisung mit elektrischer Energie über ver schiedene Gleichspannungsbusse verteilt werden.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems wiest dieses eine dritte und vierte speisende Verbindung der ersten Energiequelle, wobei zwei der zumindest vier speisenden Ver bindungen zur Speisung des ersten Gleichspannungsbusses in unterschiedlichen Abschnitten des ersten Gleichspannungsbus ses vorgesehen sind und wobei zwei weitere der vier speisen den Verbindungen zur Speisung des zweiten Gleichspannungsbus ses in unterschiedlichen Abschnitten des zweiten Gleichspan nungsbusses vorgesehen sind. Dies erhöht die Betriebssicher heit der wassergebundenen Einrichtung.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems speist eine erste speisende Verbindung der zumindest zwei speisenden elektrischen Verbindungen einen ersten Abschnitt und eine zweite speisende Verbindung der zumindest zwei speisenden elektrischen Verbindungen speist einen zweiten Abschnitt des gleichen Gleichspannungsbusses, wobei eine dritte speisende Verbindung einen Abschnitt des weiteren Gleichspannungsbusses speist. So kann die Speisung mit elektrischer Energie über verschiedene Gleichspannungsbusse verteilt werden. In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems weist die wassergebundene Einrichtung eine erste Zone und eine zweite Zone auf, wobei sich der erste Gleichspannungsbus und/oder der zweite Gleichspannungsbus über die erste Zone und/oder die zweite Zone erstreckt, wobei die erste Energie quelle zur Speisung von Abschnitten des ersten Gleichspan nungsbusses und/oder des zweiten Gleichspannungsbusses in un terschiedlichen Zonen vorgesehen ist. Dadurch kann die Redun danz für die Versorgung der Gleichspannungsbusse mit elektri scher Energie erhöht werden.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems weist dieses eine zweite Energiequelle auf, wobei die erste Ener giequelle in der ersten Zone zur Speisung zumindest eines Gleichspannungsbusses der zumindest zwei Gleichspannungsbusse vorgesehen ist und wobei die zweite Energiequelle in der zweiten Zone zur Speisung zumindest eines Gleichspannungsbus ses der zumindest zwei Gleichspannungsbusse vorgesehen ist.

So können beide Gleichspannungsbusse mit elektrischer Energie versorgt werden, auch wenn nur eine Energiequelle aktiv ist.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems weist ein Abschnitt des ersten Gleichspannungsbusses sowohl eine speisende Verbindung zur ersten Energiequelle als auch eine weitere speisende elektrische Verbindung zur zweiten Energie quelle auf. Auch dadurch kann die Flexibilität des Systems verbessert werden.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems weist ein Abschnitt des zweiten Gleichspannungsbusses sowohl eine speisende Verbindung zur ersten Energiequelle als auch eine weitere speisende elektrische Verbindung zur zweiten Energie quelle auf. Speisende Verbindungen können hier aber auch im Allgemeinen einen Schalter aufweisen, um die speisende Ver bindung (die speisende elektrische Verbindung) flexibel akti vieren bzw. deaktivieren zu können. In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems ist zu mindest einer der Gleichspannungsbusse als ein Ringbus aus bildbar bzw. ausgebildet. Der Ringbus ist durch Schalter auf trennbar. Insbesondere kann ein Ringbus in zwei kleinere Bus se unterteilt werden. Die kleineren Busse können ihrerseits durch Zusatz Elemente in Ringbusse verwandelt werden. Durch die Möglichkeit der Auftrennung des Ringbusses kann flexibel auf Fehler reagiert werden.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems sind die Schalter zur Auftrennung des Busses und/oder Ringbusses als ultraschnelle Schaltelemente ausgeführt und insbesondere als Halbleiter- Schaltorgane oder Hybrid- Schaltorgane, die eine Auslösezeit im Bereich von 1 us bis 150 us aufweisen. Hybrid- Schaltorgane weisen mechanische und Halbleiter und/oder elektronische Elemente aus. Die schnelle Auslösung reduziert den auftretenden Kurzschlussstrom und verhindert eine negati ve Auswirkung des Fehlers auf die benachbarte Zone. Dieses verhindert weitere Ausfälle von benachbarten Zonen.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems ist der erste Gleichspannungsbus für eine erste Gleichspannung vorge sehen und der zweite Gleichspannungsbus für eine zweite

Gleichspannung vorgesehen, wobei die erste Gleichspannung größer ist als die zweite Gleichspannung. Insbesondere ist die kleinere Spannung eine Niederspannung (LV) und die höhere Spannung eine Mittelspannung (MV) . Die Niederspannung ist insbesondere zwischen 400V und 1000V. Zukünftig also reali siert sind auch Niederspannungssysteme bis zu einer Spannung von 1500V zu erwarten. Die Mittelspannung ist größer 1000V bzw. 1500V, insbesondere zwischen lOkV und 20kV oder zwischen 5kV und 20kV. Als Werte für die Mittelspannung bieten sich beispielsweise folgende an: 5kV, 6kV, 12kV und 18kV. Insbe sondere bieten die unterschiedlichen Spannungsebenen der Gleichspannungsbusse auch eine kostenoptimale Zuordnung (ins besondere wegen der Kosten der Leistungselektronik) der Ver braucher, wobei hier die Verbraucher kleinerer Leistung der kleineren Spannung zugeordnet werden. Unter Zuordnung ist die elektrische Anbindung des Verbrauchers an den Gleichspan nungsbus zu verstehen.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems ist der erste Gleichspannungsbus mit dem zweiten Gleichspannungsbus beispielsweise über zumindest einer der folgenden Kopplungen verbunden :

o DC/DC-Wandler

o Wechselrichter - Transformator - Gleichrichter

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems ist also die erste Gleichspannung größer als die zweite Gleichspan nung. Insbesondere ist die erste Gleichspannung eine Mit telspannung (MV: Medium Voltage - Mittelspannung) und die zweite Gleichspannung eine Niederspannung (LV: Low Voltage - Niederspannung) , wobei eine Energieübertragung vom ersten Gleichspannungsbus zum zweiten Gleichspannungsbus möglich ist wie auch eine Energieübertragung vom zweiten Gleichspannungs bus zum ersten Gleichspannungsbus möglich ist. Dies erhöht die Flexibilität, Einsatzfähigkeit und/oder Fehlertoleranz des Energieversorgungssystems.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems ist der erste Gleichspannungsbus für eine erste Gleichspannung vorge sehen und der zweite Gleichspannungsbus ist für eine zweite Gleichspannung vorgesehen, wobei die erste Gleichspannung größer ist als die zweite Gleichspannung. So können Verbrau cher, wie Motoren, Elektronik, Heizungen, etc., über einer geeigneten Spannungsebene mit elektrischer Energie versorgt werden .

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems ist zu mindest einer der Gleichspannungsbusse für eine Erstreckung über zumindest zwei Zonen vorgesehen. Dadurch kann zum Bei spiel eine Zone mit elektrischer Energie versorgt werden, welche selbst keine Energiequelle hat. In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems ist mit tels eines Bypasses eine Zone überbrückbar. Der Bypass kann als Teil eines Ringbusses verstanden werden, wobei Abzweigun gen im Bereich des Bypasses aufgetrennt sind. In einer Ausge staltung kann der Bypass auch über eine weitere Gleichspan nungsebene realisiert sein. So kann beispielsweise eine Zone, welche unter Wasser steht oder in dem Feuer ausgebrochen ist von der elektrischen Versorgung getrennt werden ohne dass ei ne weitere Zone, in welche der entsprechende Bus reicht, be einträchtigt ist.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems weist zumindest einer der Gleichspannungsbusse Abschnitte auf, wo bei die Abschnitte zonenbezogen sind. Die Abschnitte sind voneinander beispielsweise mittels Schalter trennbar. Ein Schalter kann dabei ein mechanischer Schalter und/oder ein mechanischer und Halbleiterschalter und/oder ein Halbleiter schalter sein.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems können zwei Zonen zwei Abschnitte aufweisen. In einer weiteren Aus gestaltung kann eine Zone zwei Abschnitte vom gleichen Bus aufweisen. In einer weiteren Ausgestaltung weist jede Zone mit einem Abschnitt eine eigene Energiequelle auf.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems ist die erste Energiequelle in der ersten Zone zur Speisung des ers ten Gleichspannungsbusses und des zweiten Gleichspannungsbus ses vorgesehen. So können in einer Zone beispielsweise beide Spannungsebenen mit Energie versorgt werden.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems ist der erste Gleichspannungsbus zur Speisung des zweiten Gleichspan nungsbusses vorgesehen. So kann durch eine Energiequelle, welche an dem ersten Gleichspannungsbus angeschlossen ist, auch der zweite Gleichspannungsbus mit Energie versorgt wer den . In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems weist dieses einen Drehstrombus auf, wobei der zweite Gleichspan nungsbus zur Speisung des Drehstrombusses vorgesehen ist. Da bei kann der Drehstrombus sich über zumindest zwei Zonen er strecken oder auf eine Zone begrenzt sein. In einer Ausge staltung ist es auch möglich, dass durch den Drehstrombus ei ne oder mehr Zonen überbrückt werden, d.h. es gibt einen By pass zumindest einer Zone. Der Drehstrombus (Wechselstrom) ist zur Versorgung von Wechselstromversorgern vorgesehen.

Dies können, beispielsweise in einem Kreuzfahrtschiff, auch an Steckdosen anschließbare Küchengeräte, wie Toaster, Waf feleisen oder Kaffeemaschinen, sein.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems ist es möglich, insbesondere abhängig von einer Schiffsapplikatio nen, zu einem Mittelspannungs-DC Verteilnetz zumindest teil weise ein AC Verteilnetztes auf der Niederspannungsebene zu integrieren oder einzelne DC-Inseln innerhalb der Zonen aus zubilden, die zwischen den Zonen über AC-Verbindungen verbun den sind. In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssys tems sind einzelne DC-Inseln über DC/DC Konverter miteinander verbunden .

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems ist eine Zone autark betreibbar, wobei diese autarke Zone zumindest eine der Energiequellen aufweist, wobei der erste Gleichspan nungsbus und/oder der zweite Gleichspannungsbus speisbar sind, wobei der erste Gleichspannungsbus und der zweite

Gleichspannungsbus mit ihrem jeweiligen Abschnitt in dieser Zone auch verbleiben. Ein Abschnitt geht also nicht über eine Zone hinaus. So können innerhalb einer schwimmenden Einrich tung autarke Bereiche errichtet werden, welche auch bei Aus fall oder Beschädigung einer der Zonen der schwimmenden Ein richtung für sich arbeitsfähig sind.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems weist die schwimmende Einrichtung zumindest zwei Längszonen und zu mindest zwei Querzonen auf, wobei zwei Abschnitte zumindest eines Gleichspannungsbusses in derselben Querzone sind und auch in unterschiedlichen Längszonen. So können beispielswei se Fehler, welche auf einer Seite eines Schiffes auftreten, bezüglich der Auswirkung auf die elektrische Energieversor gung begrenzt werden. Die Längszone ist beispielsweise durch ein Längsschott begrenzt. Die Querzone ist beispielsweise durch ein Querschott begrenzt.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems weist zumindest einer der Gleichspannungsbusse eine Schalteinrich tung (Schalter) auf. Die Schalteinrichtung, welche mechanisch und/oder elektrisch durch Halbleiter arbeitet, dient zum Trennen bzw. Verbinden von Abschnitten der jeweiligen Busse. Das Auslösen der Schalteinrichtung zum Trennen bzw. Verbinden kann aufgrund von Schaltbefehlen erfolgen, welche aufgrund eines elektrischen Zustandes generiert werden und/oder auf grund von Schaltbefehlen erfolgen, welche aufgrund von Ereig nissen in einer Zone generiert werden (z.B. Wassereinbruch, Feuer, etc . ) .

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems ist die Schalteinrichtung im Gleichspannungsbus ein Fehlertrennschal ter, wobei der Fehlertrennschalter insbesondere bei einem Kurzschlussfehler den Bus trennt. Durch diese Funktion kann der Fehlertrennschalter auch als Kurzschlussschalter bezeich net werden. Die Schalteinrichtung trennt insbesondere zwei Zonen. Die Schalteinrichtung ist beispielsweise ein Schnell schalter, der eine sichere Trennung von Abschnitten eines Busses ermöglicht. So kann ein Kurzschluss in einer Zone auf diese Zone begrenzt werden. Andere Zonen bleiben von einem Kurzschluss in einer der Vielzahl von Zonen weitestgehend un berührt. Ein herunterfahren und wieder hochfahren der Ener gieversorgung im Falle eines Kurzschlusses ist damit vermeid bar. Die Wahrscheinlichkeit eines Blackouts für die gesamte schwimmende Einrichtung kann damit reduziert werden.

In einem Verfahren zum Betrieb eines Energieversorgungssys tems einer schwimmenden Einrichtung, wobei die schwimmende Einrichtung eine erste Zone und eine zweite Zone aufweist, wobei die schwimmende Einrichtung einen ersten Gleichspan nungsbus für eine erste Gleichspannung und einen zweiten Gleichspannungsbus für eine zweite Gleichspannung aufweist, wobei die schwimmende Einrichtung eine erste Energiequelle und eine zweite Energiequelle aufweist, wird elektrische Energie von der ersten Zone in die zweite Zone oder von der zweiten Zone in die erste Zone übertragen. So können Zonen beispielsweise unabhängig davon, ob diese eine Energiequelle aufweisen mit elektrischer Energie versorgt werden.

Bei einem Verfahren zum Betrieb eines Energieversorgungssys tems für eine wassergebundene Einrichtung, mit einem ersten Gleichspannungsbus für eine erste Gleichspannung und mit ei nem zweiten Gleichspannungsbus für eine zweite Gleichspan nung, mit einer ersten Energiequelle, wobei die erste Ener giequelle ein Generatorsystem aufweist, welches ein erstes Wicklungssystem zur Speisung des ersten Gleichspannungsbusses aufweist und welches ein zweites Wicklungssystem zur Speisung des zweiten Gleichspannungsbusses aufweist, wird mittels des ersten Wicklungssystems eine erste Spannung erzeugt und mit tels des zweiten Wicklungssystems eine zweite Spannung er zeugt, wobei die zweite Spannung kleiner ist als die erste Spannung, wobei zum Antrieb des Generatorsystems ein Diesel oder eine Gasturbine verwendet wird. Dieses wie auch weitere Verfahren können durch weitere Ausgestaltungen ergänzt und/oder kombiniert werden.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird die Speisung durch das erste Wicklungssystem oder die Speisung durch das zweite Wicklungssystem unterbunden. So kann beispielsweis bei einem Kreuzfahrtschiff in einem Hafen dessen Hotellast über nur ein Wicklungssystem bedient werden. Der Schalter zum bzw. beim MV-system (MV-Bus) kann also aufgemacht werden, falls nur Energie für den LV-Bus benötigt wird.

Bei einem Verfahren zum Betrieb eines Energieversorgungssys tems für eine wassergebundene Einrichtung, mit einem ersten Gleichspannungsbus für eine erste Gleichspannung und mit ei nem zweiten Gleichspannungsbus für eine zweite Gleichspan nung, mit einer ersten Energiequelle, welche zumindest zwei oder zumindest drei speisende elektrische Verbindungen zu den Gleichspannungsbussen aufweist, wobei zumindest einer der Gleichspannungsbusse Abschnitte aufweist, werden die Gleich spannungsbusse mit elektrischer Energie versorgt. Die spei senden elektrischen Verbindungen weisen beispielsweise Schal ter auf, um die Verbindung zu trennen oder zu schließen. So können beispielsweise fehlerhafte Bereiche (z.B. durch einen Kurzschluss) des Energieversorgungssystems von korrekt arbei tenden Bereichen getrennt werden.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird ein hier beschrie benes Energieversorgungssystem bei der Durchführung des Ver fahrens verwendet.

In einer Ausgestaltung zumindest einer der Verfahren wird im Fall einer Störung, z.B. Kurzschluss, Erdschluss, Wasserein bruch, Feuer, in einer Zone, zumindest einer der Gleichstrom busse schottabhängig, z.B. zonenabhängig getrennt.

In einer Ausgestaltung zumindest eines der Verfahren wird im Fall einer Störung ein Schott geschlossen und zumindest einer der Gleichstrombusse wird schottabhängig getrennt. So kann insbesondere im Fall einer Störung diese Störung auf eine Zo ne beschränkt werden.

In einer Ausgestaltung zumindest eines der Verfahren wird ein erstes Energiemanagement für zumindest die erste Zone durch geführt und ein zweites Energiemanagement für zumindest die zweite Zone. So kann beispielsweise jede Zone, welche eine Energiequelle aufweist, ein Energiemanagement durch ein Ener giemanagementsystem aufweisen, wobei die Energiemanagement systeme unterschiedlicher Zonen miteinander datentechnisch verbindbar sind. Insbesondere kann ein Master Energiemanage mentsystem definiert sein, welches den Energiefluss zwischen den Zonen, welche von den einzelnen Energiemanagement Syste- men verwaltet werden, steuert und/oder regelt. Zur Datenüber tragung kann ein kabelgebundenes bzw. ein funkbasiertes Über tragungssystem verwendet werden. Durch das funkbasierte Über tragungssystem können Störungen, welche beispielsweise durch mechanische Schäden innerhalb einer Zone auftreten, besser gemeistert werden.

In einer Ausgestaltung ist nur ein Energiemanagementsystem vorhanden, wobei im Fehlerfall jede Zone autark betreibbar ist, auch bei Ausfall des übergeordneten Energiemanagement system. Hierfür weißt eine Zone zumindest ein autarkes Auto matisierungssystem auf.

In einer Ausgestaltung zumindest eines der Verfahren kann dieses mit jeder der hier beschriebenen Ausgestaltungen und Kombinationen des Energieversorgungssystems verwendet werden. Durch die hohe Flexibilität des Verfahrens bzw. des Energie versorgungssystems ist ein flexibler Betrieb der schwimmenden Einrichtung möglich.

Mit dem hier beschriebenen Energieversorgungssystem kann eine Netzwerksarchitektur für leistungsstarke Schiffsbordnetze mit mindestens zwei Spannungsebenen realisiert werden. In DC Net zen ist die elektrische Energie gleichgerichtet und über den gemeinsamen DC Bus verteilt. Große AC Verbraucher, wie auch kleine, wie z.B. Haupt- und Hilfsantriebe, werden über Wech selrichter aus dem DC Bus gespeist. AC Unternetze benötigen einen Wechselrichter und einen Transformator. Die Spannung kann wie bei einem herkömmlichen AC Hauptnetz über das Über setzungsverhältnis des Transformators gewählt werden. Die Frequenz ist unabhängig von der Drehzahl der Generatoren durch den Wechselrichter einstellbar. Durch den Einsatz, ins besondere vermehrten Einsatz, von Gleichspannungsbussen kön nen die in den AC Netzen vorhandenen Probleme bezüglich eines hohen Gewichts der Transformatoren und unterschiedliche Fre quenzen der Netze in Bezug zum Generator vermieden werden. Beim Einsatz einer DC Netzwerkarchitektur mit mindestens zwei DC Spannungsebenen (Mittelspannung (MV) und Niederspannung (LV) ) wird die Notwendigkeit des Einsatzes von Netzfrequenz- Transformatoren, z.B. für 50Hz oder 60Hz, reduziert. Die Netzwerksarchitektur zeichnet sich insbesondere durch mindes tens zwei DC Bussysteme (LV und MV) aus, die als geschlosse ner Bus ausgeprägt sein können. Diese DC Ring-Busse werden insbesondere ermöglicht durch Verwendung eines sehr schnellen Halbleiter-Schalters für LV und MV um die Integrität der ein zelnen Busabschnitte in den Zonen im Fehlerfall sicherzustel len. Dadurch wird vermieden, dass fehlerhafte Busabschnitte zu Ausfällen anderer Busabschnitte führen. Die Integration eines LV DC Ring-Busses zusätzlich zu einem MV Ring-Bus er möglicht die Anbindung von dezentralen Energiespeichersyste men an dem LV DC Ring-Bus und durch den geschlossenen Bus die Nutzung und Verteilung der Energie. Dabei stellen die dezent ralen Energiespeichersystemen insbesondere sekundäre Energie quellen dar. Der Einsatz mehrerer geschlossener DC Ring-Busse ermöglicht insbesondere auch eine bessere Möglichkeit der Leistungsaufteilung und/oder Energieverteilung zwischen den Ring-Bussen der unterschiedlichen Spannungsebenen. Eine Mög lichkeit der Verbindung der verschiedenen Spannungsebenen be steht über eine DC/DC Konverter. Eine andere Möglichkeit liegt darin, auf der AC Seite des Generators über einen Trafo und einen Gleichrichter den weiteren DC Ring-Bus zu versorgen während der DC Ring-Bus mit der höheren Leistung/höheren Spannung direkt über eine Gleichrichter versorgt wird. In dem Fall, dass Energiespeicher an dem Niederspannungs- DC Ring- Bus angeschlossen sind, kann der Gleichrichter des Nieder- spannungs-Ring-Busses auch als aktiver Inverter ausgeführt werden, um den Energiefluss in beide Richtungen zu ermögli chen. Die Einspeisung des Generators über Gleichrichter oder gesteuerte Gleichrichter ermöglicht auch eine höhere Frequenz der Generator Ausgangsspannung, was den erforderlichen Trans formator in Gewicht und Abmessung verkleinert.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems weist ein Generator zumindest zwei Spannungsebenen auf. Damit ist eine weitere Optimierung des Systems und eine Vermeidung ei nes schweren Transformators möglich. Durch den Einsatz von Generatoren mit mindestens zwei Spannungsebenen kann eine erste Spannungsebene und eine zweite Spannungsebene versorgt werden. Dies betrifft insbesondere den ersten Gleichspan nungsbus und den zweiten Gleichspannungsbus gleich, welche jeweils über Gleichrichter mit dem Generator verbunden sind. Dadurch kann die mehrfache Umwandlung von Energie wie bei AC Netzen vermieden werden. Sinnvoll sind dabei Anordnungen, welche die obere und die zweite Spannungsebene abdecken, da die Leistungen in der zweiten und weiteren unteren Spannungs ebenen immer weiter abnehmen.

In einer weiteren Ausgestaltung kann der Gleichrichter auf dem zweiten Gleichspannungsbus auch als aktiver Gleichrichter ausgeführt werden, wobei dieser einen Energiefluss in beide Richtungen zulässt und/oder auch in der Lage ist ein Netz zu bilden. Hierdurch kann Energie von dem zweiten Gleichspan nungsbus, als Niederspannungsbus betrieben, Energie über den stehenden, nicht drehenden, Generator zum ersten Gleichspan nungsbus, als Mittelspannungsbus betrieben, transportiert werden .

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems kann die Generatorfrequenz in gewissen Grenzen frei gewählt werden.

Bei Einsatz von Generatoren mit separaten Wicklungen sind auch unterschiedliche Frequenzen für die unterschiedlichen Spannungen möglich. Die Frequenzen und andere Maschinenpara meter haben Einfluss auf die Stabilität des zugeordneten DC Netzes. Die beiden Spannungsebenen werden durch unterschied liche Generatorwicklungen bzw. Aktivteile unabhängig vonei nander gespeist. Es ist dabei unerheblich, ob die Aktivteile in einem Gehäuse auf einer Welle oder in Tandemanordnung auf gestellt werden. Auch der Betrieb an zwei Wellenenden ist möglich .

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems ist die Aktivteillänge des Generators verkürzt. Ein Generator kann so beispielsweise zwei unterschiedliche Aktivteillänge aufwei sen. Dies gelingt beispielsweise durch die Verwendung neuer Fertigungstechnologien wie dem 3D Druck. Mögliche Einsparun gen ergeben sich beispielsweise im Bereich der Wickelköpfe. Damit werden auch Generatoren sinnvoll, die trotz mehrerer hintereinander liegender Wicklungen nicht oder nur unwesent lich länger werden.

Durch eine neue Netzwerkarchitektur für Schiffe mit großen Bordnetzleistungen und/oder Hotelleistungen (z.B. Kreuzfahrt schiffe, Navy (neue Klassen mit erhöhten Bedarf an elektri scher Leistung zusätzlich zu den Antriebsleistungen, FPSO; FSRU; ... ) ) kann mit der Integration mehrerer geschlossener DC Ring-Busse auf unterschiedlichen Spannungsebenen eine effizi ente Energieversorgung realisiert werden. Der verstärkte Ein satz von DC Bussen ermöglicht die Reduzierung von Netz-Ver- teilertransformatoren, z.B. 50Hz oder 60Hz, welche für AC Netze notwendig sind.

Auf Basis einer der beschriebenen Ausgestaltungen des Ener gieversorgungssystems kann in der schwimmenden Einrichtung auf eine Umwandlung AC/DC/AC in der oberen Spannungsebene verzichtet werden und die Umwandlung DC/AC/DC zwischen den Spannungsebenen vereinfacht werden. Ist das Unternetz, also das Netz mit einer niedrigeren Spannung, ein DC Netz, kann die Frequenz der speisenden AC Spannung optimal gewählt wer den .

In einer Ausgestaltung kann der Einsatz mehrerer DC Ring- Busses mit verschiedenen Spannungseben durch schnell schal tende Halbleiterschalter sichergestellt werden und ermöglicht eine optimalere und sichere Lastverteilung zwischen den Bus sen und eine optimalere Verteilung und Nutzung von Energie speichern zwischen den einzelnen Zonen. Die Verbraucher der zweiten und darunter liegenden Spannungsebene können mit ei ner festen, frei vergebbaren Frequenz, gespeist werden, die nicht von der Drehzahl der Dieselgeneratoren abhängig ist, auch wenn die obere Spannungsebene mit variabler Frequenz be trieben wird. In herkömmlichen Netzen, z.B. bei Kreuzfahrtschiffen, werden die Verteiltransformatoren für die zweiten Spannungsebenen redundant ausgelegt. Beträgt die Hotelleistung zum Beispiel 10MW beträgt die installierte Summenleistung der Verteil transformatoren mindesten 20MW. Aufgrund von zusätzlichen Si cherheiten und unter Berücksichtigung von Gleichzeitigkeits faktoren erhöht sich dieser Wert noch einmal deutlich auf Werte zwischen 25MW und 30MW. Die Generatoren, welche an der ersten Spannungsebene angeschlossen sind, müssen für die zweite Spannungsebene aber in Summe nur die 20MW zur Verfü gung stellen.

Die verschiedenen beschriebenen Energieversorgungssysteme bzw. wassergebundenen Einrichtungen, wie auch die beschriebe nen Verfahren können in ihren Merkmalen variabel kombiniert werden. Dadurch lässt sich das entsprechende System, die ent sprechende Einrichtung bzw. Verfahren z.B. an einen Einsatz in einem Kreuzfahrtschiff, einem Kranschiff, einer Ölplatt form, etc. anpassen.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems weist dieses eine elektrische Welle auf. Dies ist eine elektrische Antriebslösung, bei der zumindest ein Generator und zumindest ein Antriebsmotor ohne zwischengeschaltete Umrichter bzw. Stromrichter miteinander gekoppelt sind. Bei einer derartigen Antriebslösung werden ein oder mehrere drehzahlveränderbare Antriebsmotoren (d.h. die Motoren zum Antrieb der Propeller) ohne zwischengeschalteten Umrichter oder Stromrichter direkt mit der von einem oder mehreren drehzahlveränderbaren Genera toren erzeugten Spannung variabler Amplitude und variabler Frequenz betrieben. Derartige Generatoren können über einen Gleichrichter auch zumindest einer der Gleichspannungsbusse speisen. Bei einer elektrischen Welle erfolgt die Steuerung und/oder Regelung der Motoren und somit der Vortriebseinhei ten somit indirekt durch eine Steuerung und/oder Regelung der Verbrennungskraftmaschinen zum Antrieb der Generatoren. Die Antriebsmotoren sind dabei elektrisch fest mit den Generato ren gekoppelt, d.h. eine Drehbewegung der Generatoren bewirkt eine entsprechende proportionale Drehbewegung der elektri schen Antriebsmotoren. Es wird somit die Funktion einer me chanischen Welle mit Hilfe von elektrischen Maschinen nachge bildet. Eine derartige Antriebslösung ist als elektrische Welle bezeichnet. Es ist auch möglich aus der elektrischen Welle über einen Bordnetzumrichter elektrische Energie auszu koppeln, d.h. ein Bordnetzumrichter wandelt die von dem (den) Generator (en) erzeugte Spannung variabler Amplitude und vari abler Frequenz in eine Spannung mit konstanter Amplitude und konstanter Frequenz für ein Bordnetz um. Dem Bordnetz ist beispielsweise der LV-Gleichspannungsbus zugeordnet, weist diesen also auf. Eine elektrische Antriebswelle umfasst bei spielsweise zumindest einen drehzahlveränderbaren Generator zur Erzeugung einer Spannung mit variabler Amplitude und va riabler Frequenz und zumindest einen mit dieser Spannung ver sorgten, drehzahlveränderbaren Antriebsmotor. Der zumindest eine Generator weist dabei insbesondere eine Supraleiter- Wicklung, insbesondere eine Hoch-Temperatur-Supraleiter

(HTS)- Wicklung, auf. Bei der Supraleiter-Wicklung kann es sich um eine Ständerwicklung oder um eine rotierende Läu ferwicklung des Generators handeln. Ein Generator mit einer Supraleiter-Wicklung weist insbesondere einen im Vergleich zu einem konventionellen Generator ohne Supraleiter-Wicklung we sentlich größeren magnetischen Luftspalt zwischen Läufer und Ständer auf. Dies liegt vor allem daran, dass der Supraleiter durch einen Vakuumkryostaten oder eine ähnliche Kühleinrich tung gekühlt wird, dessen bzw. deren Wandung im Luftspalt verläuft. Der relativ große magnetische Luftspalt bewirkt, dass der Generator eine wesentlich geringere synchrone Reak tanz als ein konventioneller Generator aufweist. Dies führt dazu, dass bei gleicher elektrischer Leistung ein HTS- Generator im Vergleich zu einem herkömmlichen Generator eine deutlich steifere Strom-Spannungs-Kennlinie aufweist. Hier durch kommt es bei LastaufSchaltungen oder -stoßen zu keinem Einbruch der von dem Generator erzeugten Spannung. Spannungs und Frequenzschwankungen in der elektrischen Welle können hierdurch reduziert werden. Damit wird keine aufwändige Rege lung für die elektrische Welle zur Stabilisierung der Span- nung des Fahrnetzes und der Drehzahl der Antriebsmotoren bzw. der Vortriebseinheit benötigt. Wenn auch der zumindest eine Antriebsmotor eine Supraleiter-Wicklung, insbesondere eine Hoch-Temperatur-Supraleiter (HTS)- Wicklung, aufweist, kann er bei geringer Baugröße sehr leistungs- und drehmomentstark ausgebildet werden, was insbesondere für einen Einsatz eines Wasserfahrzeuges im Eis wichtig ist. In einer Ausgestaltung ist die Supraleiter-Wicklung eine rotierende Läuferwicklung. Bei dieser ist die zu kühlende Oberfläche kleiner als bei ei ner Supraleiter-Ständerwicklung gehalten werden kann. Im Fall mehrerer drehzahlveränderbarer Generatoren zur Erzeugung je weils einer Spannung mit variabler Amplitude und variabler Frequenz umfasst die elektrische Welle auch eine Generator- Synchronisiereinrichtung zur Synchronisierung der Amplitude, Frequenz und Phase der von den Generatoren erzeugten Spannun gen .

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems weist zumindest ein Generator und/oder ein Motor HTS-Technik auf.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems ist eine Schnittstelle für eine Hafenstromversorgung vorgesehen. Diese Schnittstelle ist beispielweise eine Verbindung mit dem MV- Gleichspannungsbus und/oder eine Verbindung mit dem LV- Gleichspannungsbus und/oder eine Verbindung mit einem Dreh stromsystem des Energieversorgungssystems.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand von Figu ren beschrieben. Dabei werden für gleichartige Einheiten die gleichen Bezugszeichen verwendet. Es zeigt:

FIG 1 ein Schiff mit einer ersten Unterteilung in Zonen,

FIG 2 ein Schiff mit einer zweiten Unterteilung in Zonen,

FIG 3 ein Schiff mit einer dritten Unterteilung in Zonen,

FIG 4 einen ersten Schaltplan für ein Energieversorgungs system,

FIG 5 einen zweiten Schaltplan für ein Energieversorgungs system, FIG 6 einen dritten Schaltplan für ein Energieversorgungs system,

FIG 7 einen vierten Schaltplan für ein Energieversorgungs system,

FIG 8 einen fünften Schaltplan für ein Energieversorgungs system,

FIG 9 einen sechsten Schaltplan für ein Energieversor

gungssystem,

FIG 10 einen siebten Schaltplan für ein Energieversorgungs system,

FIG 11 WieklungsSysteme,

FIG 12 eine Ersatzschaltung,

FIG 13 einen achten Schaltplan für ein Energieversorgungs system,

FIG 14 einen neunten Schaltplan für ein Energieversorgungs system,

FIG 15A Teil A eines zehnten Schaltplans für ein Energiever sorgungssystem,

FIG 15B Teil B des zehnten Schaltplans für ein Energiever sorgungssystem,

FIG 16 2 Einsatzmöglichkeiten eines modularen Multilevel

Stromrichters mit 3 Phasen

FIG 17 2 Einsatzmöglichkeiten eines modularen Multilevel

Stromrichters mit einer Phase

FIG 18 einen Gleichrichter (CGC: clean grid Converter) FIG 19 einen Einsatz von 2 modularen Multilevel Stromrich tern

FIG 20 eine Singelphase Vollbrücke

FIG 21 eine Bypassschaltung eines modularen Multilevel

Stromrichters mit einem Doppel-Submodul

FIG 22 eine Schutzschaltung für einen Stromrichter

FIG 23 eine weitere Schutzschaltung für einen Stromrichter FIG 24 eine weitere Schutzschaltung für einen Stromrichter FIG 25 eine weitere Schutzschaltung für einen Stromrichter FIG 26 eine Schaltung zur Auslösung eines Schutzes

FIG 27 eine weitere Schutzschaltung für einen Stromrichter FIG 28 Schutzschaltungen für Gleichstrombusse mit einem

Halbleiterschalter FIG 29 Schutzschaltungen für Gleichstrombusse mit Sprengsi- cherung

FIG 30 weitere Schutzschaltungen für Gleichstrombusse mit

Sprengsicherung

FIG 31 eine weitere Schutzschaltung mit Sprengsicherung für einen Stromrichter und

FIG 32 einen strukturellen Aufbau eines modularen Multile- vel Stromrichters.

Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Darstellung nach FIG 1 zeigt ein Schiff 101 mit einer ersten Unterteilung in Zonen. Dargestellt ist eine erste Zone 31, eine zweite Zone 32, eine dritte Zone 33 und eine vierte Zone 34. Diese Zonen werden von Schotten 71 begrenzt. Eine weitere erfolgt beispielweise durch ein wasserdichtes Deck 70.

Die Darstellung nach FIG 2 zeigt ein Schiff 101 in einer Art Aufsicht, als auch Draufsicht, mit einer zweiten Unterteilung in Zonen 31 bis 39. Die Zonen können auch in Längszonen 102 und Querzone 103 unterteilt werden. Über die Zonen erstreckt sich ein Energieversorgungssystem 100. Das Energieversor gungssystem weist einen ersten Gleichspannungsbus 11 und ei nen zweiten Gleichspannungsbus 12 auf. Die Gleichspannungs busse 11 und 12 erstrecken sich unterschiedlich über die Zo nen. In einer weiteren Ausgestaltung kann auch die Schottung in den Längszonen entfallen. Dieses ist jedoch nicht darge stellt .

Die Darstellung nach FIG 3 zeigt ein Schiff 100 mit einer dritten Unterteilung in Zonen 31 bis 39, wobei die Zonen 37, 38 und 39 zentrale Zonen innerhalb des Schiffes sind und backbordseitig bzw. steuerbordseitig von weiteren Zonen be grenzt sind. Das Energieversorgungssystem 100 weist einen ersten Gleichspannungsbus 11 und einen zweiten Gleichspan nungsbus 12 auf, wobei der erste Gleichspannungsbus 11 bei- spielsweise ein Mittelspannungsbus ist und der zweite Gleich spannungsbus 12 ein Niederspannungsbus ist.

Die Darstellung nach FIG 4 zeigt einen ersten Schaltplan für ein Energieversorgungssystem 100. Die Darstellung weist eine erste Zone 31, eine zweite Zone 32 und eine dritte Zone 33 auf. Die Zonen sind durch Zonengrenzen 105 markiert. In der ersten Zone 31 befindet sich eine erste Energiequelle 21. Die erste Energiequelle 21 weist einen Diesel 1 und einen Genera tor 5 auf. In der zweiten Zone 32 befindet sich eine zweite Energiequelle 22. Die zweite Energiequelle 22 weist einen Diesel 2 und einen Generator 6 auf. Ein erster Gleichspan nungsbus 11 erstreckt sich sowohl in die erste Zone 31 wie auch in die zweite Zone 32 und auch in die dritte Zone 33 und bildet dabei eine Ringbus aus. Ein zweiter Gleichspannungsbus 12 erstreckt sich sowohl in die erste Zone 31 wie auch in die zweite Zone 32 und auch in die dritte Zone 33 und bildet da bei auch einen Ringbus aus. Die Busse können auch nicht als Ringbusse ausgeführt sein, allerdings ist dieses jedoch nicht dargestellt. Der erste Gleichspannungsbus 11 befindet sich in einer ersten Gleichspannungsebene 13 bzw. stellt diese zur Verfügung. Der zweite Gleichspannungsbus 12 befindet sich in einer zweiten Gleichspannungsebene 14 bzw. stellt diese zur Verfügung. Der erste Gleichspannungsbus 11 ist in Abschnitte 61 bis 66 unterteilbar. Die Unterteilung gelingt mittels MV- Schalteinrichtungen 81. Der erste Gleichspannungsbus 11 ist also auf einer Mittelspannung. Der zweite Gleichspannungsbus 12 ist auch in Abschnitte 61 bis 66 unterteilbar. Die Unter teilung gelingt mittels LV-Schalteinrichtungen 80. Der zweite Gleichspannungsbus 12 ist also auf einer Niederspannung. Über den zweiten Gleichspannungsbus 12 ist ein Drehstrombus (AC- Bus) 15 speisbar. An dem zweiten Gleichspannungsbus 12 sind auch Batterien 91 angeschlossen. Als Verbraucher für den zweiten Gleichspannungsbus 12 sind Motoren (Asynchronmotoren, Synchronmotoren und/oder PEM Motoren) 85 gezeigt, welche über Wechselrichter 93 betreibbar sind. Zur Speisung der Gleich spannungsbusse 11 und 12 sind jeweils eine erste Speisung 51, eine zweite Speisung 52, eine dritte Speisung 53 und eine vierte Speisung 54 vorgesehen. Diese Speisungen sind speisen de elektrische Verbindungen für die Gleichstrombusse. Der Ge nerators 5 speist über die erste Speisung 51 den ersten Ab schnitt 61, wobei die erste Speisung 51 einem Gleichrichter 95 und einen Schalter 84 aufweist. Der Generator 5 speist über die zweite Speisung 52 den vierten Abschnitt 64 des ers ten Gleichspannungsbusses 11. Die zweite Speisung 52 in der ersten Zone 31 weist ebenso einen Gleichrichter 96 und einen Schalter 84 auf. Die dritte Speisung 53 weist einen Mittel spannungstransformator 105 und einen Gleichrichter 97 auf.

Die dritte Speisung 53 speist den ersten Abschnitt 61 des zweiten Gleichspannungsbusses 12. die vierte Speisung 54 weist einen Schalter 84 und einen DC/DC-Steller 104 auf. Der DC/DC-Steller koppelt die DC-Busse miteinander und ist damit eine DC-Bus-Koppler . Damit verbindet die vierte Speisung 54 ein Abschnitt 64 des ersten Gleichstrombusses 11 mit einem Abschnitt 61 des zweiten Gleichstrombusses 12. In der zweiten Zone 32 erfolgt der Anschluss des Generators 6 an die Gleich strombusse 11 und 12 in gleicher Weise über die Speisungen 1 bis 4, wie in der ersten Zone 31 beschrieben. Gezeigt sind zwei Busse, es können aber auch mehr geschlossene und/oder offene MV / LV DC Ring Bus Systeme sein. Vorteilhaft ergibt sich eine optimierte Leistungsverteilung zwischen den DC Ring-Bussen der verschiedenen Spannungsebenen. Eine optimale re Verteilung kann sich auch durch die Nutzung dezentral in stallierter Energie-Speicher ergeben. Die Ringbusse ermögli chen eine sichere Lösung mit Erhöhung der Verfügbarkeit ins besondere durch Nutzung eines ultra-schnell schaltenden Halb leiter-Schalters. Ferner ist eine Anbindung der DC Schienen über die AC Generator Seite mit HF möglich. Die Verwendung der DC-Busse ermöglicht ein reduziertes Equipment und/oder eine einfachere Lösung. Weiterhin kann sich eine Reduzierung notwendiger Transformatoren durch Verwendung von Generator- Lösungen mit zwei Spannungsebenen ergeben. Möglich ist z.B. ein zwei DC Bus System, wobei die Busse auch als Ring ausge führt sein können. Zur Realisierung des oder der Busse ist insbesondere ein Halbleiterschalter vorgesehen. Der Halb leiterschalter ist insbesondere ein ILC (intelligent load Controller), der insbesondere auch skalierbar ist. Es ist beispielsweise ein LV ILC und ein skalierbare MV ILC als Chopper Solution vorgesehen.

In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssystems ist die Verwendung des zweiten Wicklungsgenerators zur Einspeisung an zwei Stellen in den MV DC Bus vorgesehen. Insbesondere ist innerhalb einer Zone eine Speisung einmal MV DC Bus Backboard und einmal MV DC Steuerboard vorsehbar. Durch den LV ILC kann auch ein sicherer LV DC Bus zwischen den Zonen realisiert werden. Dadurch kann die Verfügbarkeit erhöht werden. Es las sen sich auch besser Lastverteilungen zwischen MV DC Bus und LV DC Bus realisieren. Auch der Einsatz von dezentralen Ener giespeichern und deren Verteilung wird deutlich vereinfacht. Durch den MV ILC wird insbesondere auch ein sicherer MV DC Bus der als Ring ausgeführt werden kann möglich.

Die Darstellung nach FIG 5 zeigt einen zweiten Schaltplan für ein Energieversorgungssystem 100 Dabei ist im Vergleich zu FIG 4 ein vergrößerter Ausschnitt gezeigt. Im Gegensatz zu FIG 4 ist in FIG 5 zur Darstellung einer Variation ein Gene rator 5 gezeigt, welcher nur drei speisende elektrische Ver bindungen 51, 53 und 54 zu den Gleichstrombusse 11 und 12 aufweist. In einer Ausgestaltung des Energieversorgungssys tems kann eine Realisierung des MV DC / AC / LVDC Wandlers durch Verwendung eines Multilevel Umrichters auf der MVDC Seite und hohe Ausgangsfrequenz auf der AC Seite und damit kleinere Bauform des Transformators erfolgen. Dies kann zur Verwendung gleicher Multizellen Topologie wie für die Motor Inverter oder Ship Net supply mit Standard Transformator De sign für hohe Frequenzen führen. Die ermöglicht die Nutzung der Zellen-Redundanz beim Multizellen Umrichter zur Erhöhung der Verfügbarkeit. Eine Speisung mehrerer zusätzlicher Span nungsebenen durch Verwendung eines Mehrwicklungs- Transforma tors ist möglich. Bei Wahl der HF Ausgangsfrequenz 400 Hz ist es möglich über z.B. eine zusätzliche Sekundärwicklung 400hz Equipment zu speisen. Anstelle eines aktiven Gleichrichters kann auch ein Diodengleichrichter verwendet werden, wenn nur eine Leistungsrichtung erforderlich ist.

Die Darstellung nach FIG 6 zeigt einen dritten Schaltplan für ein Energieversorgungssystem 100. Dabei ist gezeigt, dass als Verbraucher an dem ersten Gleichspannungsbus 11 Schiffsan triebsmotoren 106, 107 angeschlossen sein können, welche je weils zum Antrieb eines Propellers 108 vorgesehen sind. Der Motor 106 ist über die Wechselrichter 93 und 94 doppelt ge speist. Der Motor 107 ist einfach gespeist.

Dabei ist gezeigt, dass weitere Verbraucher an dem Gleich spanungsbus 11 Hilfsantriebe, z.B. Kompressor Antrieb 207, angeschlossen sein können.

Dabei ist gezeigt, dass ein Drehstromnetz über einen Aktiven Wechselrichter, z.B. einem Modularen Multilevel Umrichter (MMC) mit/ohne Filter 208, der an dem Gleichspannungsbus 11 angeschlossen ist, erzeugt werden kann.

Dabei ist gezeigt, dass als Energieeinspeisung verschiedene Varianten vorgesehen sind.

Als eine Ausgestaltung ist ein Generator 201 mit einem zuge ordneten Gleichrichter gezeigt.

Als eine Ausgestaltung ist ein Generator 200 mit mindestens zwei Wicklungssystemen und zwei zugeordneten Gleichrichtern für den Einsatz bei Leistungen, die für einen Gleichrichter nicht realisiert werden können.

Als eine Ausgestaltung können diese Gleichrichter auch paral lel einen Generator mit einem Wicklungssystem (nicht gezeigt) speisen .

Als eine Ausgestaltung spießt der Generator 202 über einen Gleichrichter den ersten Gleichspannungsbus 11 und über einen Transformator 205 und einem Gleichrichter 206 den zweiten Gleichspannungsbus 12.

Als eine Ausgestaltung ist eine Einspeisung 204, als Verbin dung zu Land, shore connection, gezeigt.

Als eine Ausgestaltung ist eine Verbindung des Gleichspan nungsbusses 11 mit dem Gleichspannungsbus 12 mit einem DC/DC Umrichter 209 gezeigt.

Als eine Ausgestaltung ist dieser DC/DC Umrichter als Dreipo lige 210, Three pole, gezeigt. Hierbei lassen sich neben des Gleichspanungsbusses 12 und 11 auch eine Batterie 211 und o- der ein weiterer Gleichspannungsbus anschließen.

In einer weiteren Ausgestaltung kann dieser Three Pole auch als Mehrpol ausgeführt sein.

Die Darstellung nach FIG 7 zeigt einen vierten Schaltplan, wobei mit den Propellern 108 jeweils zwei Motoren über ein Wellensystem 43 zum Antrieb verbunden sind. Auch hier erfolgt die Speisung über den Gleichspannungsbus 11, aber über ver schieden Abschnitten 61 und 64 dieses Busses.

Die Darstellung nach FIG 8 zeigt einen fünften Schaltplan, wobei neben vier Energiequellen 21 bis 24 mit Diesel auch al ternative Energiequellen gezeigt sind. Ein Windrad 25 kann eine Energiequelle sein. Ein Landanschluss 26 kann eine Ener giequelle sein aber auch eine Photovoltaikanlage 27.

Die Darstellung nach FIG 9 zeigt ein Generatorsystem 10 mit zwei Generatoren 7 und 8, welche über ein Wellensystem 43 steif gekoppelt sind. Der Generator 7 weist hier ein Nieder spannungswicklungssystem auf und der Generator 8 weist ein Mittelspannungswicklungssystem auf. Mittels des Generators 7 wird ein Niederspannungsgleichstrombus 12 gespeist und mit tels des Generators 8 wird ein Mittelspannungsgleichstrombus 11 gespeist. Die Darstellung nach FIG 10 zeigt einen Multiwicklungssystem generator 9 welcher zumindest zwei Wicklungssysteme aufweist, ein erstes Wicklungssystem für eine Mittelspannung und ein zweites Wicklungssystem für eine Niederspannung. Mittels des erste Wicklungssystems erfolgt über eine erste speisende elektrische Verbindung 51 die Speisung des ersten Gleich strombusses 11 auf der Mittelspannungsebene (MV) . Mittels des zweiten Wicklungssystems erfolgt über eine weitere speisende elektrische Verbindung 53 die Speisung des zweiten Gleich strombusses 12 auf der Niederspannungsebene (LV) .

In einer Ausgestaltung eines Energieversorgungssystems wird ein Synchron oder PEM Generator mit zwei Wicklungssystem und zwei oder mehr Spannungsebenen verwendet. Die einzelnen Wick lungssysteme speisen über einen Diodengleichrichter oder ei nem aktiven Gleichrichter zwei oder mehr DC Schienen mit un terschiedlicher Spannung. Dadurch entfällt eine Umformungs stufe über einen zusätzlichen Transformator und der Generator kann kompakter gestaltet werden als eine Anordnung mit zwei getrennten aktiv-Teilen . Die Wicklungen können in der glei chen Nut als auch in separaten Nuten zur Entkopplung der Sys teme angeordnet werden. Im einfachsten Fall können alle Span nungsebenen mit Diodengleichrichter versehen werden (Nur eine Energierichtung) Wird eine Leistungsfluss in beiden Richtun gen erforderlich können aktive Gleichrichter eingesetzt wer den. (z.B. bei Energiespeicher auf der LV DC Seite die auch für die MVDC Seite zur Verfügung stehen sollen. Hierbei ist aber ein ungesteuerter Gleichrichter auf der MV DC Seite aus reichend. Der Einsatz einen aktiven AC/DC Converter auf der LV DC Seite ermöglicht auch die unabhängige DC Spannungsan passung bei Lastsprüngen auf der MV DC Seite. Hier kann der ungesteuerte Gleichrichter bleiben und der Generator kann auf die MVDC Spannung geregelt werden. Bei der Verwendung eines PEM Generators werden aktive AC/DC Converter erforderlich. Es gibt auch die Möglichkeit die MV und die LV Spannungsebene als 2 Wicklungssystem auszuführen um einen Steuerbord und Backbord Bus Zuspeisen. Die Darstellung nach FIG 11 zeigt schematisch die möglichen Anordnungen von Wicklungen im Stator eines Multiwicklungssys temgenerators. In einer ersten Variante können die LV-Wick- lungen abschnittsweise in nebeneinander liegenden Nuten 44 sein und die MV-Wicklungen abschnittsweise in nebeneinander liegenden Nuten 45. In einer zweiten Variante können die MV- Wicklungen und die LV-Wicklungen in gemeinsamen Nuten 46 sein. In einer dritten Variante können die MV-Wicklungen und die LV-Wicklungen abwechselnd in Nuten 24 und 48 sein.

Bei einem Synchron- oder PEM-Generator mit MV und LV Wicklung sind diese verteilt auf die Nuten oder in der gleichen Nut.

In elektrischen DC Bordnetzen wird die Energie in verschiede nen Spannungsebenen benötigt. Dazu wird Primärenergie aus Energieerzeugern zur Verfügung gestellt und mittels Dreh stromgeneratoren in elektrische Energie umgewandelt. Diese elektrische Energie wird auf der höchsten Spannungsebene im Bordnetz gleichgerichtet und über einen DC Bus verteilt. Als technische Lösung um weitere Spannungsebenen zu erzeugen wer den DC DC Steller (DC Netze) vorgeschlagen. Das MV Spannungs niveau liegt hierbei üblicherweise im Bereich von 5 kV bis 18 kV DC und das LV Spannungsniveau kann im Bereich üblicher weise zwischen 375 V und 1500 V AC . Das gleiche Problem ergibt sich bei der Kombination von 2 oder mehr Spannungsebe nen. Spannungsebenen im LV Bereich. Zum Beispiel in der Kom bination eines 1000V DC Netzes mit einem 700V DC Netz. In DC Netzen wird die Energie gleichgerichtet und über den gemein samen DC Bus verteilt. Große AC Verbraucher, wie z.B. Haupt- und Hilfsantriebe, werden über Wechselrichter aus dem DC Bus gespeist. Unternetze benötigen einen Wechselrichter und einen Transformator. Die Spannung kann wie bei einem herkömmlichen AC Hauptnetz über das Übersetzungsverhältnis gewählt werden. Der Generator, als zwei oder mehr Wicklungsgenerator mit zwei oder mehr Spannungsebenen, kann als Synchron-, Asynchron- o- der PEM Generator ausgeführt werden. Die Darstellung nach FIG 12 zeigt ein Ersatzschaltbild für eine D-Achse eines Multiwicklungssystemgenerators.

Die Darstellung nach FIG 13 zeigt einen achten Schaltplan für ein Energieversorgungssystem 100, wobei gezeigt ist wie von dem Generator 6 der erste Gleichspannungsbus 11 über zwei un terschiedliche Abschnitte 61 und 64 gespeist werden kann und wie von diesem Generator 6 auch der zweite Gleichspannungsbus 12 über auch dort zwei unterschiedliche Abschnitte gespeist werden kann.

Die Darstellung nach FIG 14 zeigt, wie durch einen Generator in einer Zone (Generator 5 in Zone 31 und Generator 6 in Zone 32) jeweils zwei Abschnitte 61 und 62 des ersten Gleichspan nungsbusses 11 in unterschiedlichen Zonen 31 und 32 speisbar sind und wie dies auch für den zweiten Gleichspannungsbus 12 zutrifft .

Die Darstellung nach FIG 15 ist in zwei Teilfiguren 15A und 15B aufgeteilt. Beide vereinen ein Energieversorgungssystem 100, welches vier Diesel 1, 2, 3 und 4 als Teil der Energie quellen 21, 22, 23 und 24 aufweist und zum Ausdruck bringt, dass das Energieversorgungssystem beinahe beliebig entspre chend der Anforderungen an die wassergebundene Einrichtung erweiterbar bzw. änderbar ist. Dadurch, dass sich die wasser gebundene Einrichtung beispielsweise auf einem Schiff oder eine Bohrinsel befindet ist diese ganz oder überwiegend als ein Inselnetz betrieben.

Die Darstellung zeigt ein Energieversorgungssystem 100. Die Darstellung ist in zwei Teile untergliedert: Einer FIG a und einer FIG b. Das Energieversorgungssystem 100 betrifft die Verteilung elektrischer Energie auf einem Schiff. In gleicher Weise kann das Energieversorgungssystem 100 auch in einem U- Boot oder auf einer Ölplattform oder auf einer anderen schwimmenden Einrichtung Anwendung finden. Gezeigt ist ein erster Gleichstrombus und ein zweiter Gleichstrombus (PC- Bus) . Der erste Gleichstrombus weist eine zum zweiten Gleich- strombus geringere Gleichspannung auf. Insbesondere ist der erste Gleichstrombus ein Low voltage (LV) -Bus und der zweite Gleichstrombus ist ein Medium voltage (MV) -Bus . Die Spannung des ersten Gleichstrombusses 101 ist beispielsweise </gleich 1.000 V. Die Spannung des zweiten Gleichstrombusses ist bei spielsweise > 1.000 V. Das Energieversorgungssystem weist Energiespeicher auf. Die Energiespeicher sind als Batterien ausgeführt und mit dem ersten Gleichstrombus elektrisch ver bunden. Dabei sind die Energiespeicher über den ersten

Gleichstrombus auch mit dem zweiten Gleichstrombus verbunden. Die Verbindung betrifft dabei die Verschaltung an sich. Ob tatsächlich ein elektrischer Stromfluss gegeben ist, hängt insbesondere davon ab, ob vorhandene Schalter (mechanischer und/oder elektronischer Art (Halbleiterschalter)) geschlossen oder geöffnet sind. Als Energiequellen sind Dieselgeneratoren vorgesehen. Ein Dieselgenerator weist einen Diesel und Gene rator auf. Ein erster Dieselgenerator weist einen Diesel 1 und einen Generator auf. Ein zweiter Dieselgenerator weist einen Diesel 2 und einen Generator auf. Ein dritter Dieselge nerator weist einen Diesel und einen Generator auf. Ein vier ter Dieselgenerator weist einen Diesel und einen Generator auf. Die Dieselgeneratoren bis sind insbesondere für den Nor malbetrieb des Energieversorgungssystems vorgesehen. Die Die selgeneratoren 1 bis 4 sind insbesondere auch zur primären Energieversorgung für das Energieversorgungssystem 100 vorge sehen. Die Dieselgeneratoren bis sind jeweils über einen Stromrichter bis mit den zweiten Gleichstrombus verbunden.

Ein erster Mittelspannungsstromrichter befindet sich elektri schen zwischen dem ersten Generator und dem zweiten Gleich strombus. Über einen ersten Schalter kann der Mittelspan nungsstromrichter vom zweiten Gleichstrombus getrennt werden. Die erste Gleichspannungsebene wird gespeist über Stromrich ter. Wie bereits bei den Mittelspannungsstromrichtern erkenn bar ist, ergibt sich auch bei den Niederspannungsstromrich tern eine jeweilige Zuordnung zum Dieselgenerator.

Die Darstellung nach Figur 16 zeigt 2 dreiphasige modulare Multilevel Stromrichter 300 und 301. Diese sind jeweils Teil eines DC Bus Kopplers 306, welche einem Steller ist. Es ist damit eine DC/DC Umrichter (Basierend auf MMC Topologie (Ver gleichbare Umrichter werden auch als Motor-Wechselrichter o- der Aktive Line Module verwendet / M2C Topologie) realisier bar. So ist eine 3 Phase AC Hochfrequenz Verbindung (bis 1000 Hz) (hohe Leistungen) möglich. Der modulare Multilevel Strom richter 300, 301 ist an einem 1. Gleichspannungsbus (MV DC) angeschlossen. Über Transformatoren 302 und 303 und einem nachfolgenden Gleichrichter 305 kann ein 2. Gleichspannungs bus 12 gespeist werden. Unter Verwendung von 2 Gleichrichter 305 (Grid CGC) können auch 2 oder mehr Gleichspannungsbusse auf einer Niederspannungsebene (LV DC) gespeist werden. Es ist ein Abzweig 320 vorgesehen, welche eine Niederspannungs- Drehstromnetz von zum Beispiel 400 hat speist. Möglich ist auch ein 1 phasige AC Hochfrequenz Verbindung (bis 1000 Hz) (kleinere Leistungen) . Höhere Frequenzen des Transformators sind möglich, um die Baugröße und das Gewicht weiter zu redu zieren. Möglich ist eine Realisierung des MVDC / AC / LVDC Wandlers durch Verwendung eines Multilevel Umrichters MMC auf der MVDC Seite mit hoher Ausgangsfrequenz (Im Bereich 200 - 2000 Hz) auf der AC Seite um damit kleinere Bauform des

Transformators. (Baugrößenreduzierung in dieser Applikation ist schon bekannt z.B. mit DAB (Dual active Bridge) .

Die MMC Technology ermöglicht einen modularen Aufbau und wird auch in Motorumrichter oder Netzumrichter eingesetzt. Mögli che Vorteile der Verwendung des modularen Konzeptes auf der MVDC Seite zum Beispiel gegenüber DAB sind: Verwendung glei cher Multizellen Topologie (M2C) und gleicher Module wie für die Motor Umrichter, Aktive Line Module oder Ship Net Supply Umrichter mit Standard Transformator Design und Kernmaterial für hohe Frequenzen bis zu 1000 Hz. Bessere Skalierbarkeit in Bezug auf MV DC Spannungslevel . Reduziertes du/dt und di/dt. Ein weiterer Vorteil der Nutzung des MMC Multizellen Umrich ter ist z.B. die Zellen-Redundanz zur Erhöhung der Verfügbar keit. Es können hierbei Halbbrücken oder Vollbrückenschaltun gen verwendet werden, wobei auch verschiedene Halbleiter (SI IGBT, SIC, .... zum Einsatz kommen. Bei Verwendung von Vollbrü- cken können Kurzschlussfälle auf der AC und der DC Seite durch den Modularen Inverter beherrscht werden. Die Lösung ist insbesondere für höhere Leistungstransfer zwischen MVDC und LVDC (als Richtwert > 5MVA bei heutiger IGBT Technology) . Die Verwendung von SIC ermöglicht höher Frequenzen und klei ner Transformatoren und wird auch sicherlich eine Verschie bung des Einsatzes nach unten ermöglichen. (z.B. Einsatz SIC lOkV / 200A -> höhere DC Spannungen mit weniger Elemente aber auch kleinere Leistungen) . Eine weitere Option ist die Spei sung mehrerer zusätzlicher Spannungsebenen durch Verwendung eines Mehrwicklungs- Transformators. Über die verschiedenen sekundären Wicklungen können über ungesteuerte oder gesteuer te Gleichrichter verschiedene weitere DC Spannungsebenen ge speist werden. Auch hier kann im Falle von Rückspeisung aus Energiespeichern auf der LV DC Ebene ein bidirektionaler Um richter auf der LV DC Seite eingesetzt werden. (Auch parallel zu einem ungesteuerten Gleichrichter, wenn die Rückspeise Energie kleiner ist als die Speise Energie.) . Bei Wahl der HF Ausgangs Frequenz 400 Hz ist es möglich über z.B. eine zu sätzliche Sekundärwicklung 400hz Equipment zu speisen (z.B. für Navy Anwendungen) . In diesem Fall ist es nicht mehr er forderlich über einer LV DC ebene erneut eine Energieumwan- dung auf ein festes Netz mit 400 Hz zu erzeugen. Für DC/DC Converter kann auch von SI IGBT Halbleiter auf SIC Halbleiter umgestellt werden. Dadurch reduzieren sich die Schaltverluste und es können höhere Ausgangsfrequenzen (10.000 - 20.000 Hz) realisiert werden. Dadurch verkleinert sich der Trafo noch deutlich allerdings ist in diesem Fall das Kern Material um zustellen (z.B. auf Ferrite) .

Die Darstellung nach Figur 17 zeigt eine Variation der MMC- Topologie, wobei die modularen Multilevel Stromrichter 301 einphasig ausgeführt sind.

Die Darstellung nach Figur 18 zeigt einen bidirektionalen Um richter „CGC" Clean Grid Converter. Die Besonderheit hier ist, dass der CGC 4 Halbleiter Phasen Module verwendet. Es können hierbei verschiedene Halbleiter (SI IGBT, SIC; einge- setzt werden) , wobei 3 für die AC Verbindung verwendet werden und einer als Brems-Chopper für die LV DC Schiene. Dadurch ergibt sich ein kompaktes Design. Anstelle eines 3 phasigen AC Systems wäre ein 1 Phasiges AC System denkbar (kleinere Leistungen bei höheren DC Spannungen mit reduzierten kosten. Hier können auch ungesteuerte Gleichrichter verwendet werden, falls auf der LV DC Seite kein ESS vorhanden ist und eine Rückspeisung der Leistung nicht erforderlich ist. Auf der MV DC Seite würde ein MMC mit einphasigem Ausgang zum Tragen kommen und auf der LV DC Seite eine Singlephase Vollbrücke, wie dies in Figur 20 dargestellt ist. Auch die Singlephase Vollbrücke kann mit einem zusätzlichen Halbleiter Phasen Mo- dule bestückt werden, welches dann als Brems-Chopper verwen det wird.

In einer Schaltung gelingt eine Realisierung des MVDC / AC / LVDC Wandlers durch Verwendung zweier Multilevel Umrichters MMC auf je einer Zonenseite der MVDC Schiene. Die beiden Zo nen sind über einen MV ILC verbunden. Die beiden MMCs sind über einen Multi-Winding Transformator mit den einzelnen Un terspannungswicklungen magnetisch gekoppelt. Dadurch ist ein beliebiger Energiefluss möglich. Bei offenen MV ILC auch über die MMCs und den Transformator. Ein Betrieb ohne ILC wäre auch möglich .... Optimierbare Lösung je nach Leistungsbedarf zwischen MVDC und LVDC als auch über den Bus Tie.

Die Darstellung nach Figur 19 zeigt einen Energiefluss unter Verwendung eines MV-DC-Busses 11. Über den Transformator 304 erfolgt die Anpassung der Spannung, welche für unterschiedli che Abgänge unterschiedlich sein kann. Auch die Verwendung einer Dual-Active-Bridge (DAB) ist möglich. Dabei ist bei spielsweise ein Aufbau mit einem SiC lOkV Modulen und einem Transformator mit 20kHz möglich.

Die Schaltungstechnologie „Modular Multilevel Converter" ' - kurz M2C - umgeht die Nachteile von zwei- und dreistufigen Umrichtern, indem sie zwischen mehreren feinstufigen Span nungsniveaus schaltet. Jede der drei Phasen des M2C- Umrichters hat eine Reihenschaltung von identischen Submodu len mit jeweils IGBT, Kondensatoren und einer Ansteuerung. Aufgrund der modularen Bauweise können „beliebig" viele Halb leiter in Reihe geschaltet werden, wodurch im Prinzip jede beliebige Ausgangsspannung realisierbar ist (siehe Bild 20). Die gewünschte Sinusform der Ausgangsspannung wird durch ein stufenweises Zu- oder Abschalten der einzelnen Submodule an genähert. Auch das Funktionsprinzip des modularen Multilevel Converter (M2C) ergibt sich prinzipiell aus Bild 20. Die M2C- Topologie schaltet zwischen den Spannungsniveaus von mit 3 ^c 8 Submodulen: Jeweils acht Submodule zwei benachbarten Submo dulen. So kann das komplette Spannungsniveau für eine Phase geschaltet werden. Die Feinabstimmung erfolgt dabei z.B. - wie bei den Zwei-Level-Umrichtern - nach dem Pulsweiten verfahren, nur dass hier nicht der gesamte Spannungshub

(±Ud /2) geschaltet wird, sondern nur der Spannungshub einer Stufe. Dabei gilt: je kleiner der Spannungshub zwischen den einzelnen Submodulen ist, desto mehr nähert sich die Kurve der idealen Sinusform an und verringert die transiente Belas tung der Leistungshalbleiter. Damit lassen sich jetzt auch im Mittelspannungsbereich Komponenten aus dem Bereich der Nie derspannungstechnik verwenden. Diese Komponenten sind weit verbreitet, standardisiert, sehr effizient und aufgrund ihrer hohen Stückzahl kostengünstig. Jedes Submodul ist über zwei Glasfaserleitungen mit einem sehr schnellen und leistungsfä higen, hardwarenahen Steuerteil, dem sogenannten Power-Stack- Adapter (PSA), verbunden. Dieser ist wiederum mit der überge ordneten Sinamics-Steuerung des Sinamics SM120 CM verbunden, welcher die Netzregelung übernimmt. Die Ansteuerung der Modu- le geschieht mehr oder weniger automatisch auf drei Ebenen: Eine interne Logik in jedem Modul steuert die Gate-Treiber an, misst die Spannung und bildet die Schnittstelle nach au ßen zu den Lichtwellenleitern. Der PSA als übergeordnete Steuerung berechnet aufgrund der eingehenden Zustandsdaten der Module die jeweils benötigte Spannung und steuert die IG- BTs in Abhängigkeit vom Leistungsfluss und den jeweiligen Kondensatorspannungen so, dass die Umrichter-Zweigspannungen stets ausbalanciert sind. Ein intelligenter Sortieralgorith- mus sorgt dafür, dass die Module homogen belastet und die Mo dulströme synchronisiert werden und dass die Kondensator spannung nicht zu stark ansteigt. Der M2C taktet z.B. effek tiv mit etwa 10 kHz. Das ist eine für Mittelspannungsumrich ter deutlich höhere Taktfrequenz , da auf diesem Spannungsle- vel in Drei-Punkt-Technik normalerweise mit einer Frequenz im Bereich von 250 bis 300 Hz getaktet wird. Damit können die Umrichter schneller auf Fehler reagieren, wie sie beispiels weise beim Netzkurzschluss entstehen. Ein Vorteil der M2C- Technik ist, dass der Filteraufwand am Ausgang im Vergleich zu Lösungen mit konventioneller Technik eliminiert wird: Das verringert Verluste, Kosten und Gewicht. Der Oberwellenanteil der eingespeisten Spannung liegt weit unter den weltweit üb lichen Anforderungen der Versorgungsunternehmen. Der neue Um richter erfüllt damit die anspruchsvollsten Anforderungen der Netzanschlussregeln, was eine reibungslose und effektive Ein bindung in jedes Netz ermöglicht. Dies spielt besonders bei schwachen Netzen und Inselnetzen eine Rolle, um einen stabi len Betrieb sicherzustellen. Jedes Modul besitzt zwischen den Eingangsklemmen einen Bypass-Schalter, welcher bei einem Mo dulausfall innerhalb wenigen Hundert Mikrosekunden automa tisch aktiviert wird und das defekte Modul überbrückt. Der restliche Umrichter kann störungsfrei weiterbetrieben werden. Der M2C hat eine inhärent hohe Zuverlässigkeit, die sich durch Hinzufügen weiterer Submodule noch erhöhen lässt. Diese quasi redundanten Submodule sorgen dafür, dass Ausfälle ein zelner Komponenten nicht zum Abschalten der Anlage führen, sondern dass der Prozess weiter produktiv betrieben werden kann. Beim nächsten planmäßigen Wartungsintervall kann das defekte Modul getauscht werden. Durch eine 10- bis 15-%ige Überdimensionierung erhält man beispielsweise eine ähnliche Sicherheit bezogen auf das Submodul wie bei einer Vollredun danz. Verglichen mit konventionellen Umrichtersystemen, wel che durch den Defekt einer einzigen Leistungskomponente kom plett ausfallen, minimiert dies die Ausfallwahrscheinlichkeit und spart so Investitions- und Wartungskosten. Die Darstellung nach Figur 21 zeigt eine Bypass-Schaltung des M2C mit einem Doppelsubmodul. Bei Ausfall eines Submoduls überbrückt der Bypass das defekte Teil.

Ein Energieversorgungssystem kann power fuses ( Sprengsiche- rung) aufweisen. Es gibt also im Bereich LV / MV DC Power fu- se Anwendungen für Stromrichter.

Die Ausgestaltung nhs die Figuren 22 ff zeigt die MV DC Power fuses zur Absicherung von parallelen Invertern an einem DC bus . Dieses kann ein LV DC Bus als auch eine MV DC Bus sein (Kann auch generell zum Schutz in DC Netzten mit Umrichtern verwendet werden) . Die gezeigten Beispiele gelten für belie bige Spannungsebenen. Sicherungen in + und - (bei bisherigen Schmelzsicherungen sind diese in + und - integriert, hier durch wird eine Spannungsaufteilung über die Sicherungen er reicht .

Sicherungen nur in der + Schiene, um den Stromkreis im Feh lerfall zu trennen. Beide Pole können danach über einen No Load Trennschalter geöffnet werden. (Der Einsatz eines No Load Trennschalters für jeden Inverter, der an dem DC Bus an geschlossen ist, ist bei Marine und Offshore Anwendungen mög lich) .

Für MV DC Anwendungen mit höhere DC Spannungen bis zu 18kV und höhere Ströme von bis 3000A wird durch Reihen und/oder parallel Verschaltung der MV DC Power Sicherung realisiert. Durch die Pyro Technologie wird ein gleichzeitiges Auslösen der einzelnen Sicherungen in wenigen us erreicht. Die DC Spannung für die Anwendung liegen im Bereich 4 kV bis 18 kV wobei der wesentliche Einsatzbereich bei 6 kV bis 11 kV liegt. Die DC Ströme für die Anwendung liegen im Bereich 500 A bis 3000 A wobei der wesentliche Einsatzbereich bei 600 A bis 1200 A liegt. Durch die Weiterentwicklung der Powerelekt ronik und SiC (höhere Spannungswerte) wird der Strombereich sich auf kleinere Ströme in Richtung 200A erweitern. Bei LV DC Anwendungen werden Ströme von bis zu 2000 A benötigt. Hier kann ebenfalls eine Lösung mit der Power Fuse durch eine Pa rallelschaltung erreicht werden. Auch bei den bisherigen Schmelzsicherungen wird in diesem Fall eine Parallelschaltung verwendet. Bezüglich der DC Spannung kann dieses in LV DC Systemen bereits mit einer Sicherung ohne Reihenschaltung re alisiert werden. So ist eine aktive Auslösung über Strom und oder Spannungserfassung mit selektiver Auslösung auch bei nur zwei parallel Invertern zu realisieren. Durch die Verwendung von verschiedenen Auslösekriterien wird die Auslösesicherheit erhöht. Des Weiteren soll ein zusätzlicher Backup Schutz durch die interne vorhandene thermische Auslösung eine zu sätzliche höhere Sicherheit gewährleisten. (Betrieb mit in terner thermischer Auslösung ohne aktive Auslösung ist auch möglich) . Die externe Auslösung wird durch einen Detonator erreicht, der von außen elektrisch gezündet werden kann. Die interne Auslösung wird durch einen Detonator im Inneren der Power Sicherung erreicht. Dieser wird durch eine Punktuelle hohe Temperatur bei einem Überlaststrom ausgelöst. Die ver wendete Umrichter Topologie kann sowohl ein 2 als auch mehr Punkt Wechselrichter sein oder auch ein MMC Umrichter. Die Sicherung kann auch für Energy Storage Systeme (ESS) verwen det werden die an DC Verteilschienen oder an Multidrive DC Systeme angeschlossen werden. Eine Power Fuse Lösung basiert z.B. auf 1000V DC und ist designed für das Schalten einer In duktivität von ca. 60uH und einen Abschaltstrom von 13 kA. Eine Power Sicherung auf Werte bis zu lOkV (Derzeit ca. 4kV mit ca. 13 kA) ist auch möglich. In dieser neuen Applikation ist das Ziel die Power Sicherung für Multidrive Umrichter Lö sungen (Mehrere Inverter an einem DC Netz) einzusetzen oder zur Absicherung von Enerygy storage Systemen die an diese DC Netze angeschlossen sind zu verwenden. Abhängig von der Ap plikation ist das Design der Power fuse für niedrigere Induk tivitäten (etwa < 2uH) und höheren Abschaltströmen (bis zu 80 kA) anzupassen. Die Anwendungen können z.B. onshore im In dustriebereich sein oder offshore für Marine, Drilling oder andere offshore Applikationen sein. Bei LV DC Lösungen kann die derzeitige Power Sicherung (1000V DC und die Weiterent wicklung auf ca. 4000V) verwendet werden. Hierzu wird eine schnelle Stromerfassung auf den DC Anschluss für den Inverter integriert (kann auch auf der + und - Schiene integriert wer den) weiterhin kann auch eine zusätzliche Spannungserfassung für die Auslösung verwendet werden (erhöhte Auslösesicher- heit) . Bei der Stromerfassung wird auch die Richtung des Feh lerstromes erfasst. Dadurch kann schon bei zwei parallelen Invertern (oder größeren Leistungsunterschieden der Inverter) an einem DC Bus eine selektive Abschaltung des fehlerhaften Inverters erreicht werden. Die Power Sicherung hat hier den Vorteil, einer einfacheren Selektiven Auslegung paralleler Inverter und damit eine Erhöhung der Sicherheit. Des Weiteren ist die Power Sicherung deutlich günstiger als die bisherigen Schmelzsicherungen. Halbleitersicherungen können bei Überlast Strömen im kritischen Bereich vorgeschädigt werden (Kritisch auch bei Parallelschaltung) . Vorgeschädigte Sicherungen kön nen dann in einem weiteren Fehlerfall im Schlimmsten Fall ei nen Lichtbogen außerhalb der Sicherung erzeugen, da ihr Ge häuse bricht. Bei der Stromerfassung kann die aktuelle neue Entwicklung verwendet werden. (Diese bietet zusätzlich noch die Möglichkeit der Lichtbogen Detektion über Analyse des Stromes.) Die DC Stromerfassung und oder DC Spannung kann auch für die Regelung als auch für die Messwerterfassung im Rahmen Digitalisierung des Umrichters verwendet werden. Um höhere Spannungen zu erreichen werden Sicherungen in Reihe geschaltet. Durch die geringe Streuung der Detonatoren (weni ge us) ist eine Reihenschaltung möglich ohne größere Span nungsunsymmetrien über der Reihenschaltung zu erhalten. Wich tig ist eine Erfassung ob es zu einer Auslösung der Power Fu- se gekommen ist. Dieses kann visuell durch das Aufbringen ei nes Temperatur - Farblackes erfolgen. Die Sicherung wird nach der Auslösung so stark erhitzt, dass der Lack auf der Sicherung die Farbe ändert und optisch leicht eine Sicherung erkannt werden kann. Im Betrieb kann eine Ausgelöste Siche rung durch die Spannungsmessung identifiziert werden.

Eine weitere Idee um das di/dt in den ersten us zu begrenzen ist einen Kondensator mit Thyristor vor der Sicherung zu platzieren um in den ersten us das di/dt für die power fuse zu reduzieren und damit den abzuschaltenden Strom im Fehler fall zu reduzieren.

Im Falle eines Kurzschlusses in einem Inverter wird über die Stromerfassung der Kurzschlussstrom erkannt und auch dessen Richtung. Fliest der Kurzschlussstrom vom DC Bus in den In verter, so liegt die Fehlerursache innerhalb dieses Inver ters. Es wird ein schnelles Auslösesignal an die Power fuse gegebenen und gleichzeitig an ein schnelles Halbleiter Ele ment TI. Der di/dt Kondensator ist zu dieser Zeit nicht gela den. Die Totzeit der Power fuse würde durch das hohe di/dt einen hohen Abschaltstrom für die Power fuse zur Folge haben. Durch zünden des Halbleiter TI wird vor dem Auslösen der Power fuse der Kurzschlussstrom innerhalb der ersten us in den di/dt Kondensator geleitet bis dieser auf die DC Spannung aufgeladen ist. Hierdurch wird der Abzuschaltende Strom in der Powerfuse reduziert.

Zur Vereinfachung des mechanischen Aufbaus kann die Powerfuse als optisch Trennbares Element ausgeführt werden. Vergleich bar eines Sicherungslasttrenners der derzeit für Schmelzsi cherungen verwendet wird. Dadurch können die Trennfunktion und die Sicherungs-Funktion kompakter in einer realisiert werden .

In einer Ausgestaltung des Systems wird die LV / MV DC Power fuse für eine bus tie Verbindung genutzt. Eine Idee ist, die LV DC Power fuses als bus tie zur Verbindung zweier DC Busse zu verwenden. Dieses kann Verwendung finden bei einem MV DC Bus mit einer MV DC Power fuse. Die gezeigten Beispiele gel ten für beliebige Spannungsebenen. In dem folgenden Beispiel (siehe auch FIG 28) wird eine Lösung mit solid-state breaker (LV oder MV) gezeigt, welche eine Lösung im Niederspannungs bereich ist und auch für Mittelspannungsanwendungen möglich ist. Eine Alternative Lösung hierzu ist der Einsatz einer Sprengsicherung in Kombination mit einem No-Load disconnector der auch bei der Lösung zuvor als Trennung erforderlich ist. Das Beispiel nach Figur 29 zeigt die Lösung mit Sprengsiche- rung in Kombination mit einem No-Load disconnector . Hierbei können in jeder Zone des Schiffes Sprengsicherungen instal liert werden oder wenn dieses nicht erforderlich ist kann auch nur eine Sprengsicherung als bus tie verwendet werden, um die zwei Bus Bereiche zu verbinden. Der No-Load disconnec tor ist sowohl bei einem Solid-state breaker erforderlich als auch bei einer Lösung mit Sprengsicherung. Bei der Variante mit Sprengsicherung bietet es sich an die Sprengsicherung und den No load disconnector als eine Einheit auszuführen. Bei LVDC Systemen ist anstelle der Sprengsicherung auch die Ver wendung einer Halbleiter-Sicherung denkbar. Höhere DC- Spannungen können durch eine Reihenschaltung von Sprengsiche rungen erreicht werden. Höhere Ströme durch eine Parallel schaltung. Durch die Pyro Technologie wird ein gleichzeitiges Auslösen der einzelnen Sicherungen in wenigen Mikrosekunden (us) erreicht. Die Schutzfunktion (Kurzschluss in einer Zone und schnelle Trennung der anderen Zone) übernimmt bei der Lö sung mit einer Sprengsicherung in Kombination mit einem No- Load disconnector die Sprengsicherung. Die Funktion des be triebsmäßigen Öffnens und Schließens des bus tie übernimmt der No load beaker. Der Bus tie kann geöffnet oder geschlos sen werden, wenn kein Strom mehr über den bus tie fliest, d.h. Vor Betrieb des Systems oder nach Stillsetzung, oder es wird durch das Energiemanagement / Powermanagement sicherge stellt, dass der Strom vor dem Öffnen oder Schließen ~0 ist. Da die Schutzfunktion ein selteneres Ereignis ist kann akzep tiert werden, dass im Falle der Auslösung der Sprengsicherung diese getauscht werden kann. Nach der Auslösung ist der Be trieb allerdings erst mal weiter möglich, da die beiden Zonen getrennt wurden. Die Funktionalität ist daher etwas einge schränkter als bei einem solid-state breaker aber der Vorteil der Sprengsicherung mit No Load disconnector ergibt sich durch eine Kostengünstigere Lösung verglichen mit einem Solid State breaker und/oder durch geringere Durchleitverluste ver glichen mit einem Solid State breaker. Dieses ist z.B. für kleinere Schiffe eine attraktive Variante. Eine Idee ist eine aktive Auslösung über Strom (Absolut und di/dt) und/oder Spannungserfassung mit selektiver Auslösung zu realisieren. Durch die Verwendung von verschiedenen Auslösekriterien wird die Auslösesicherheit erhöht. Des Weiteren soll ein zusätzli cher Backup Schutz durch die interne vorhandene thermische Auslösung (interner Detonator) eine zusätzliche höhere Si cherheit gewährleisten. (Betrieb mit interner thermischer Auslösung ohne aktive Auslösung ist auch möglich) Die externe Auslösung wird durch einen Detonator erreicht, der von außen elektrisch gezündet werden kann. Die interne Auslösung wird durch einen Detonator im Inneren der Power Sicherung er reicht. Dieser wird durch eine Punktuelle hohe Temperatur bei einem Überlaststrom ausgelöst. Bei LV DC Lösungen kann eine Power Sicherung (1000V DC und die Weiterentwicklung auf ca. 4000V) verwendet werden. Hierzu wird eine schnelle Stromer fassung in dem DC Bus integriert, weiterhin wird eine zusätz liche Spannungserfassung für die Auslösung verwendet werden (erhöhte Auslösesicherheit) . Über die Spannungserfassung gibt es auch Vorteile. Ein weiterer Vorteil der Power Sicherung ist, dass diese nicht Altern wie Halbleitersicherungen. Pyro- Element sicher nutzbar für 10+ Jahre. Halbleitersicherungen können bei Überlast Strömen im kritischen Bereich vorgeschä digt werden (Kritisch auch bei Parallelschaltung) . Vorgeschä digte Sicherungen können dann in einem weiteren Fehlerfall im Schlimmsten Fall einen Lichtbogen außerhalb der Sicherung er zeugen, da ihr Gehäuse bricht. Bei der Stromerfassung kann eine neue Entwicklung verwendet werden. (Diese bietet zusätz lich noch die Möglichkeit der Lichtbogen Detektion über Ana lyse des Stromes.) Die DC Stromerfassung und oder DC Spannung kann auch für die Regelung als auch für die Messwerterfassung im Rahmen Digitalisierung des Umrichters verwendet werden. Um höhere Spannungen zu erreichen werden Sicherungen in Reihe geschaltet. Durch die geringe Streuung der Detonatoren (weni ge us) ist eine Reihenschaltung möglich ohne größere Span nungsunsymmetrien über der Reihenschaltung zu erhalten. Wich tig ist eine Erfassung ob es zu einer Auslösung der Power Fu- se gekommen ist. Dieses kann z.B. visuell durch das Aufbrin gen eines Temperatur - Farblackes erfolgen. Die Sicherung wird nach der Auslösung so stark erhitzt, dass der Lack auf der Sicherung die Farbe ändert und optisch leicht eine Siche- rung erkannt werden kann. Im Betrieb kann eine Ausgelöste Si cherung durch die Spannungsmessung identifiziert werden. Eine weitere Idee um das di/dt in den ersten us zu begrenzen ist einen Kondensator mit Thyristor vor der Sicherung zu platzie ren um in den ersten us das di/dt für die power fuse zu redu zieren und damit den abzuschaltenden Strom im Fehlerfall zu reduzieren. Im Falle eines Kurzschlusses in einem Inverter wird über die Stromerfassung der Kurzschlussstrom erkannt und auch dessen Richtung. Fliest der Kurzschlussstrom vom DC Bus in den Inverter, so liegt die Fehlerursache innerhalb dieses Inverters. Es wird ein schnelles Auslösesignal an die Power fuse gegebenen und gleichzeitig an ein schnelles Halbleiter Element TI. Der di/dt Kondensator ist zu dieser Zeit nicht geladen. Die Totzeit der Power fuse würde durch das hohe di/dt einen hohen Abschaltstrom für die Power fuse zur Folge haben. Durch zünden des Halbleiter TI wird vor dem Auslösen der Power fuse der Kurzschlussstrom innerhalb der ersten us in den di/dt Kondensator geleitet bis dieser auf die DC Span nung aufgeladen ist. Hierdurch wird der Abzuschaltende Strom in der Powerfuse reduziert. Zur Vereinfachung des mechani schen Aufbaus kann die Powerfuse als optisch Trennbares Ele ment ausgeführt werden. Vergleichbar eines Sicherungslast trenners der derzeit für Schmelzsicherungen verwendet wird. Dadurch können die Trennfunktion und die Sicherungs-Funktion kompakter realisiert werden. Weitere Anwendung sind z.B.:

Wenn von einer DC Schiene nicht eine zweite DC Schiene zu speisen ist, sondern eine Stromschiene wie sie für die Ver teilung von Energie über mehrere Decks eingesetzt wird. Phy sikalisch ist das das gleiche wie die zweite Schiene, ist aber ein anderer Zweck. Es kann zum Beispiel eine vertikale Stromschiene über die Decks eines Schiffes sein.

Die Darstellung nach Figur 21 zeigt eine Bypassschaltung ei nes modularen Multilevel Stromrichters mit einem Doppel- Submodul, wobei bei Ausfall eines Submoduls der Bypass das defekte Teil überbrückt. Die Darstellung nach Figur 22 zeigt eine Schutzschaltung für einen Stromrichter 300. Der Stromrichter 300 (insbesondere eine modularer Multilevel Stromrichter) ist über Sprengsiche- rung 310 (MV DC power fuses) abgesichert. Die Auslösung Uhr erfolgt über ein Puls Modul 312. So kann der Stromrichter 300, zudem ein Kondensator 311 parallelgeschalteten ist, zu einem Gleichspannungsbus 11, welche insbesondere ein Mit telspannungsbus DC Bus ist abgesichert werden.

Die Darstellung nach Figur 23 zeigt eine weitere Schutzschal tung für einen Stromrichter 300, wobei dieser über seriell und parallel geschaltete Sprengsicherung 310 abgesichert ist. Die parallel und seriell gescholtenen Sprengsicherung in 310 sind über das Puls Modul 312 gemeinsam auflösbar.

Die Darstellungen nach Figur 24 und 25 zeigen weitere Varian ten für Schutzschaltungen für einen Stromrichter 300, wobei hier nur ein Anschlusszweig abgesichert ist, was Kosten spart .

Die Darstellung nach Figur 26 zeigt eine Schaltung zur Auslö sung eines Schutzes, im Detail eine Verschaltung für die Sprengsicherung 310, wobei eine Spannungssensor 340 vorgese hen ist und wobei eine Überspannungsdetektion 341 vorgesehen ist. Über eine Steuereinheit (Logic) 342 kann ein Puls im hierfür vorgesehenen Modul 312 ausgelöst werden, um die

Sprengsicherung (MV DC power fuse) 310 auszulösen.

Die Darstellung nach Figur 27 zeigt, dass die Schutzschaltung mit der Sprengsicherung 310 in den Stromrichter 300 inte griert werden kann.

Die Darstellung nach Figur 28 zeigt Schutzschaltungen mit Schalteinrichtungen 81 für die Gleichstrombusse 11 und 12. die Schalteinrichtung in 81 weißen Halbleiterschalter auf. Durch die Schalteinrichtung in 81 können Busse und damit Zo nen voneinander getrennt werden. So kann beispielsweise die Ausbreitung von Kurzschlussfehlern verhindert werden. Die Darstellung nach Figur 29 zeigt in ähnlicher Weise wie Figur 28 Schutzschaltungen für Gleichstrombusse, wobei hier Sprengsicherung 310 zusammen mit seriell verschalten mechani schen Trennschalter 340 zum Einsatz kommen.

Die Darstellung nach Figur 30 zeigt, dass die Sprengsicherun- gen 310 unterschiedliche Gleichspannungsbusse 11, 12 zur Auf trennung zwischen 2 Zonen von einer gemeinsamen Kontrolllogik 342 ausgelöst werden können.

Die Darstellung nach Figur 31 zeigt den Fluss elektrischer Ströme I im Falle eines Kurzschlusses im Stromrichter 300.

Die Darstellung nach Figur 32 zeigt einen strukturellen Auf bau eines modularen Multilevel Stromrichters. Das Block schaltbild zeigt ein Ausführungsbeispiel eines dreiphasigen modularen Multilevelstromrichters . Der modulare Multile- velstromrichter 300 weist zwei eingangsseitige (= gleich stromseitige) Anschlussklemmen Dl, D2 zu einem Gleichspan nungsbus auf, zwischen denen im Betrieb des modularen Mul tilevelstromrichters 300 eine Gleichspannung U _d anliegt. Jede eingangsseitige Anschlussklemme Dl, D2 ist mit jeweils einer internen Gleichspannungsklemme 367, 368 verbunden, wobei zwi schen die Anschlussklemme Dl, D2 und die interne Gleichspan nungsklemme 367, 368 optional jeweils eine Eingangsdrossel L _d und ein Eingangswiderstand R _d geschaltet sein kann, so dass zwischen den internen Gleichspannungsklemmen 367, 368 im Be trieb des modularen Multilevelstromrichters M eine interne Gleichspannung u _d anliegt und zwischen einer ersten eingangs seitigen Anschlussklemme Dl und einer ersten internen Gleich spannungsklemme 7 ein Gleichstrom i _d im Gleichspannungsbus fließt. Zwischen den internen Gleichspannungsklemmen 367, 368 verlaufen für jede Phase zwei elektrisch in Reihe geschaltete Phasenzweige 361 bis 366, zwischen denen eine interne Wech selspannungsklemme U, V, W für die jeweilige Phase angeordnet ist. Jede interne Wechselspannungsklemme U, V, W ist mit ei ner ausgangsseitigen Anschlussklemme U', V, W' über jeweils eine Ausgangsdrossel L _v verbunden. An die ausgangsseitigen (= lastseitigen) Anschlussklemmen U', V, W ist eine hier nicht dargestellte Last, beispielsweise ein Transformator o- der ein Energieversorgungsnetz, anschließbar. Diese Last muss nicht zwingend symmetrisch aufgebaut sein. Der zwischen einer ersten internen Wechselspannungsklemme U und einer ersten ausgangsseitigen Anschlussklemme U' einer ersten Phase flie ßende Laststrom ist mit i _Li bezeichnet, der zwischen einer zweiten internen Wechselspannungsklemme V und einer zweiten ausgangsseitigen Anschlussklemme V einer zweiten Phase flie ßende Laststrom ist mit i _L 2 bezeichnet, und der zwischen der dritten internen Wechselspannungsklemme W und der dritten ausgangsseitigen Anschlussklemme W' der dritten Phase flie ßende Laststrom ist mit i _L 3 bezeichnet. Jeder Phasenzweig 361 bis 366 umfasst eine Modulanzahl N elektrisch in Reihe ge schalteter Stromrichtermodule SM und eine zu diesen Strom richtermodulen S elektrisch in Reihe geschaltete Zweigdros sel L _z . Der in einem Phasenzweig j e {l,...,6} fließende Zweigstrom ist mit i _Zj bezeichnet. Die Zweigdrosseln L _z einer Phase kön nen dabei magnetisch gekoppelt sein.