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1. WO2020114594 - CONVERTER ARRANGEMENT AND METHOD FOR THE OPERATION THEREOF

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[ DE ]

Umrichteranordnung und Verfahren zu deren Betrieb

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Um richteranordnung mit einem modularen Mehrstufenumrichter, der wenigstens eine Reihenschaltung zweipoliger Schaltmodule um fasst, wovon wenigstens ein erstes Schaltmodul ein Vollbrü-cken-Schaltmodul ist, der steuerbare Halbleiterschalter sowie einen Energiespeicher aufweist, die miteinander in einer Vollbrückenschaltung verbunden sind.

Umrichteranordnungen mit modularen Mehrstufenumrichtern sind aus dem Stand der Technik bekannt. In einem Grundaufbau um fasst der modulare Mehrstufenumrichter (MMC) mehrere Konver terarme. Wird der MMC in einer Anwendung zur Blindleistungs kompensation eingesetzt, so können die Konverterarme z.B. in einer Dreieckschaltung oder Sternschaltung miteinander ver bunden sein. Wird der MMC zur Umwandlung von Wechselspannung und Gleichspannung, oder umgekehrt, eingesetzt, so können die Konverterarme jeweils zwischen einem zugeordneten Gleichspan nungspol und einem Wechselspannungsanschluss des MMCs ange ordnet sein. Jeder Konverterarm umfasst dabei eine Serien schaltung zweipoliger Schaltmodule, die jeweils steuerbare Halbleiterschalter sowie einen Energiespeicher umfassen. Häu fig verwendete Schaltmodultypen sind Halbbrücken-Schaltmodule und Vollbrücken-Schaltmodule . Jedes der Schaltmodule des mo dularen Mehrstufenumrichters ist mittels einer Ansteuerein richtung einzeln ansteuerbar. Eine an einem der Konverterarme abfallende Spannung ist gleich der Summe von Spannungen, die an den zugehörigen Schaltmodulen abfallen. Mittels des MMC ist eine besonders vorteilhafte stufenförmige Konverterspan nung erzeugbar.

Ein Vollbrücken-Schaltmodul zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass an dessen beiden Anschlussklemmen eine po sitive Schaltmodulspannung, eine negative Schaltmodulspannung oder eine Nullspannung erzeugbar ist. Die Schaltmodulspannung entspricht deren Betrag nach einer an dem Energiespeicher des Schaltmoduls anstehenden Energiespeicherspannung. Demgegen über ist ein Halbbrücken-Schaltmodul dadurch gekennzeichnet, dass an dessen beiden Anschlussklemmen eine positive Schalt modulspannung oder eine Nullspannung erzeugbar ist, falls es sich um ein Halbbrücken-Schaltmodul mit positiver Spannung handelt. In einer anderen Konfiguration der Halbleiterschal tern des Halbbrücken-Schaltmoduls sind an dessen beiden An schlussklemmen eine negative Schaltmodulspannung oder eine Nullspannung erzeugbar.

Bei einem Fehler eines der Schaltmodule des MMC ist es bei den bekannten Umrichteranordnungen für deren fortgesetzten Betrieb erforderlich, dass das fehlerhafte Schaltmodul mit tels eines geeigneten Überbrückungsschalters überbrückt wird. Dies führt nachteilig dazu, dass die Anzahl der verbauten Schaltmodule höher gewählt wird, als für die Spannungsanfor derungen notwendig wäre. Anderseits kann ein fehlerhaftes Schaltmodul zu einem höheren Gleichstrom auf einer Wechsel spannungsseite des MMC führen. Dies kann zu einer Fehlfunkti on von weiteren Komponenten der Umrichteranordnung führen, wie beispielsweise zu einer Sättigung eines Netztransforma tors. Bei den bekannten Umrichteranordnungen muss das fehler hafte Schaltmodul ersetzt werden, da es meist nicht repariert werden kann. Dies erhöht nachteilig die Betriebskosten der Umrichteranordnung .

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein artgemäßes Verfahren anzugeben, dass einen möglichst kostengünstigen und zuverläs sigen Betrieb der Umrichteranordnung erlaubt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein eingangs genanntes Verfahren gelöst, bei dem nachdem eines der Halbleiterschal ter im ersten Schaltmodul als fehlerhaft detektiert wurde, das erste Schaltmodul als ein Halbbrücken-Schaltmodul weiter betrieben wird. Demnach wird das fehlerhafte bzw. als fehler haft erkannte Schaltmodul mit reduzierter Funktion weiterbe trieben. Insbesondere braucht das fehlerhafte Schaltmodul nicht notwendigerweise überbrückt zu werden, um den Weiterbe trieb der Umrichteranrdnung zu gewährleisten. Geeigneterweise übernimmt eine zentrale Steuerungseinheit zur Steuerung des MMC eine angepasste Steuerung des fehlerhaften Schaltmoduls. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass ein Vollbrücken-Schaltmodul, dessen Halbleiterschalter defekt ist, als ein Halbbrücken-Schaltmodul betrieben werden kann, indem bei spielsweise geeignete Schaltzustände des Schaltmoduls durch die Steuerungseinheit nicht verwendet werden, andere wiederum zugelassen sind. Zum Beispiel kann ein erster Schaltzustand, bei dem an den Anschlussklemmen des ersten Schaltmoduls eine positive Schaltmodulspannung erzeugt wird, sowie ein zweiter Schaltzustand, bei dem an den Anschlussklemmen eine Nullspan nung erzeugt wird, weiterhin von der Steuereinrichtung ver wendet bzw. erzeugt werden. Ein dritter Schaltzustand, bei dem bei einem nicht defektes Schaltmodul an dessen Anschluss klemmen eine negative Schaltmodulspannung erzeugt wird, ist in diesem Fall gesperrt und wird nicht verwendet. Dabei wer den die genannten Schaltzustände dadurch erzeugt, dass die Halbleiterschalter des Schaltmoduls auf geeignete und festge legte Weise in einen gesperrten bzw. einen geöffneten Zustand versetzt werden. Die Sperrung bzw. Öffnung der Halbleiter schalter erfolgt zweckmäßigerweise mittels einer Steuerungs baugruppe des Schaltmoduls, die Steuersignale von der zentra len Steuerungseinrichtung empfängt und entsprechend in einer dem Fachmann bekannten Weise umsetzt. Es soll hierbei ange merkt werden, dass der Begriff „erstes Schaltmodul" rein no-menklatorisch verwendet wird, also im Allgemeinen inbesondere keine Voraussetzungen bezüglich der Anordnung oder Platzie rung des ersten Schaltmoduls innerhalb der Umrichteranordnung bestehen. Damit konform kann das Verfahren beispielsweise auf ein zweites und/oder weitere Schaltmodule angewandt werden, die Vollbrücken-Schaltmodule sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass die Zu verlässigkeit der Umrichteranordnung erhöht werden kann, weil auch in einem Fehlerfall eines Schaltmoduls ein Weiterbetrieb dieses Schaltmoduls möglich ist. Zudem können unerwünschte Effekte durch defekte Schaltmodule auf ein an die Umrichter anordnung angeschlossenes Netz minimiert werden. Dadurch kann die spannungsmäßige Auslegung der Umrichteranordnung opti miert werden, wodurch deren Betriebskosten vorteilhaft redu ziert werden können.

Vorzugsweise wird zum Detektieren des Fehlers eine Schaltmo dulrückmeldung herangezogen, die von einer Steuerungsbaugrup pe des ersten Schaltmoduls an eine zentrale Steuerungsein richtung des Mehrstufenumrichters gesendet wurde. Demnach sendet das erste Schaltmodul, besonders bevorzugt jedes Schaltmodul des MMC, Schaltmodulrückmeldungen an die zentrale Steuerungseinrichtung. Die Schaltmodulrückmeldungen sind Sig nale, die bestimmte Messwerte und weitere Informationen bein halten können. Die Schaltmodulrückmeldung kann zum Beispiel mittels einer Steuerungsbaugruppe des Schaltmoduls als elekt risches Signal oder Lichtsignal an die Steuerungseinrichtung übermittelt werden. Das Vorhandensein eines Fehlers im ersten Schaltmodul kann auf der Grundlage der Schaltmodulrückmeldung ermittelt werden. Es ist aber auch denkbar, dass die Schalt modulrückmeldung selbst bereits eine Information über einen Fehler enthält. Werden die Schaltmodulrückmeldungen in kurzen Zeitabständen übermittelt (beispielsweise mit einer Frequenz im Kilo- oder Megahertzbereich) , so wird eine schnelle

Fehlerdetektion ermöglicht. Es ist möglich, dass die Schalt modulrückmeldung auf Anfrage bzw. Aufforderung durch die zentrale Steuerungseinrichtung oder selbsttätig und unaufge fordert durch das Schaltmodul gesendet wird. Die Fehlerdetek tion aufgrund der Schaltmodulrückmeldung erlaubt im Allgemei nen eine automatische Fehlerdetektion, die im Betrieb der Um richteranordnung durchführbar ist.

Bevorzugt umfasst die Schaltmodulrückmeldung ein am Schaltmo dul und/oder an einem oder mehreren der Halbleiterschalter gemessenes Strom- und/oder Spannungsmesswert. Aus der Span nung bzw. dem Strom an den Halbleiterschaltern kann auf be- sonders einfache und zuverlässige Weise ermittelt werden, ob und welcher der Halbleiterschalter fehlerhaft ist.

Zweckmäßigerweise kann ein Fehlerzustand des fehlerhaften Halbleiterschalters ermittelt werden, und in Abhängigkeit vom ermittelten Fehlerzustand das erste Schaltmodul als Halbbrü-cken-Schaltmodul mit positiver Spannung oder als Halbbrücken-Schaltmodul mit negativer Spannung betrieben wird. Ob das erste Schaltmodul als ein Halbbrücken-Schaltmodul mit positi ver Spannung oder als ein Halbbrücken-Schaltmodul mit negati ver Spannung weiter betrieben wird, wird demnach anhand des sen entschieden, welcher der Halbleiterschalter defekt ist und was der Fehlerzustand des fehlerhaften Halbleiterschal ters ist. Der Fehlerzustand gibt dabei insbesondere an, ob der fehlerhafte Halbleiterschalter dauerhaft gesperrt, also keinen Strom führen kann, oder dauerhaft geöffnet ist, also in jedem Fall Strom führt. Bei einem Halbbrücken-Schaltmodul mit positiver Spannung sind ein erster Schaltzustand, bei dem an den Anschlussklemmen des ersten Schaltmoduls eine positive Schaltmodulspannung erzeugt wird, sowie ein zweiter Schaltzu stand, bei dem an den Anschlussklemmen eine Nullspannung er zeugt wird, verwendbar bzw. erzeugbar. Ein dritter Schaltzu stand, bei dem bei einem nicht defektes Schaltmodul an dessen Anschlussklemmen eine negative Schaltmodulspannung erzeugt wird, wird nicht verwendet. Bei einem Halbbrücken-Schaltmodul mit negativer Spannung werden der zweite sowie der dritte Schaltzustand verwendet, währen der erste Schaltzustand nicht verwendet wird. Die verwendeten Schaltzustände können durch geeignete Ansteuerung der Halbleiterschalter realisiert wer den. Durch dieses Verfahren ist eine besonders effektive Nut zung des fehlerbehafteten Schaltmoduls möglich.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das erste Schaltmodul einen ersten abschaltbaren Halbleiterschalter, dem eine erste Freilaufdiode antiparallel geschaltet ist, ei nen zweiten abschaltbaren Halbleiterschalter umfasst, dem ei ne zweite Freilaufdiode antiparallel geschaltet ist, wobei der erste und der zweite Halbleiterschalter in einer ersten Halbleiterreihenschaltung miteinander verbunden sind und gleiche Durchlassrichtung aufweisen, einen dritten abschalt baren Halbleiterschalter umfasst, dem eine dritte Freilaufdi ode antiparallel geschaltet ist, einen vierten abschaltbaren Halbleiterschalter umfasst, dem eine vierte Freilaufdiode an tiparallel geschaltet ist, wobei der dritte und der vierte Halbleiterschalter in einer zweiten Halbleiterreihenschaltung miteinander verbunden sind und gleiche Durchlassrichtung auf weisen, wobei die beiden Halbleiterreihenschaltungen parallel zueinander und zum Energiespeicher angeordnet sind, und das ersten Schaltmodul ferner eine erste Anschlussklemme, die zwischen den Halbleiterschaltern der ersten Halbleiterreihen schaltung angeordnet ist, und eine zweite Anschlussklemme, die zwischen den Halbleiterschaltern der zweiten Halbleiter reihenschaltung angeordnet ist, aufweist, wobei das erste Schaltmodul als Halbbrücken-Schaltmodul mit positiver Span nung betrieben wird, falls der zweite oder der dritte Halb leiterschalter fehlerhaft und dauerhaft gesperrt ist oder der erste oder der vierte Halbleiterschalter fehlerhaft und dau erhaft geöffnet (also dauerhaft leitend) ist, wobei das erste Schaltmodul als Halbbrücken-Schaltmodul mit negativer Span nung betrieben wird, falls der zweite oder der dritte Halb leiterschalter fehlerhaft und dauerhaft geöffnetist oder aber der erste oder der vierte Halbleiterschalter fehlerhaft und dauerhaft gesperrt ist. Demnach umfasst das erste Schaltmodul vier Paare mit je einem Halbleiterschalter und dazu antipa rallel angeordneten Freilaufdiode, die in zwei Reihenschal tungen angeordnet sind, die zum Energiespeicher parallelge schaltet sind.

Vorzugsweise wird die Energiespeicherspannung am Energiespei cher des ersten Schaltmoduls überwacht. Diese Information kann vorteilhaft zu einer Symmetrierung der Spannungen im MMC verwendet werden. Die Überwachung erfolgt geeigneterweise mittels einer Spannungsmessung am Energiespeicher. Die ent sprechende Information kann an die zentrale Steuerungsein- heit, z.B. mittels der Schaltmodulrückmeldung übermittelt werden. Insbesondere kann die Energiespeicherspannung des fehlerbehafteten Schaltmoduls vorteilhaft bei der Symmetrie rung der Energiespeicher der übrigen Schaltmodule verwendet werden. Die Symmetrierung verbessert die Zuverlässigkeit der Umrichteranordnung, weil auf diese Weise Überspannungen und Unterspannungen an einzelnen Schaltmodulen vermieden werden können. Die Symmetrierung kann beispielsweise eine Berück sichtigung der Energiespeicherspannung eines der Schaltmodule bei dessen Ansteuerung umfassen, so dass die Energieaufnahme und -abgabe entsprechend geregelt wird, so dass Über- oder Unterspannungen möglichst nicht auftreten.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird vor einem Schalten eines der Schaltmodule ausgewählt, welches der

Schaltmodule als nächstes geschaltet wird, wobei bei dem Aus wählen berücksichtigt wird, ob das erste Schaltmodul als Halbbrücken-Schaltmodul mit positiver Spannung oder als Halb-brücken-Schaltmodul mit negativer Spannung betrieben wird.

Die Auswahl kann beispielsweise zu der bereits erwähnten Sym metrierung der Energiespeicherspannungen dienen. Das erste Schaltmodul, das als Halbbrücken-Schaltmodul mit positiver Spannung verwendet wird, wird beispielsweise nur dann ange steuert bzw. bei der Auswahl berücksichtigt, wenn positive Konverterspannung erzeugt werden soll. Entsprechend wird ers te Schaltmodul, das als Halbbrücken-Schaltmodul mit negativer Spannung verwendet wird, beispielsweise nur dann angesteuert bzw. bei der Auswahl berücksichtigt, wenn negative Konverter spannung erzeugt werden soll. Das Auswählen erfolgt zweckmä ßigerweise mittels der zentralen Steuerungseinrichtung. Das Schalten des Schaltmoduls umfasst das Überführen des Schalt moduls von einem gegebenen Schaltzustand in einen davon ab weichenden Schaltzustand, wodurch die an den Anschlussklemmen anstehende Schaltmodulspannung festgelegt wird.

Die Erfindung betrifft ferner eine Umrichteranordnung mit ei nem modularen Mehrstufenumrichter, der wenigstens eine Rei- henschaltung zweipoliger Schaltmodule umfasst, wovon wenigs tens ein erstes Schaltmodul ein Vollbrücken-Schaltmodul ist, der steuerbare Halbleiterschalter sowie einen Energiespeicher aufweist, die miteinander in einer Vollbrückenschaltung ver bunden sind, sowie mit einer zentralen Steuerungseinrichtung.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche Umrichteranord nung vorzuschlagen, die möglichst kostengünstig und zuverläs sig im Betrieb ist.

Die Aufgabe wird bei eine artgemäßen Umrichteranordnung er findungsgemäß dadurch gelöst, dass die Steuerungseinrichtung dazu eingerichtet ist, nachdem eines der Halbleiterschalter im ersten Schaltmodul als fehlerhaft detektiert wurde, das erste Schaltmodul als ein Halbbrücken-Schaltmodul weiter zu betrieben .

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Umrichteranordnung ergeben sich insbesondere aus den zuvor im Zusammenhang mit dem er findungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteilen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Um richteranordnung einen Transformator, mittels dessen die Um richteranordnung mit einem Wechselspannungsnetz verbindbar ist. Ein besonderer Vorteil dieser Ausführung ergibt sich da raus, dass es mittels der Umricheranordnung möglich ist, eine unerwünschte Sättigung des Transformators zu vermeiden, weil zusätzliche Gleichströme dadurch vermieden werden können, dass fehlerbehaftete Schaltmodule weiter betrieben werden.

Bevorzugt umfasst das erste Schaltmodul einen Überbrückungs schalter, mittels dessen das erste Schaltmodul überbrückbar ist, wobei der Überbrückungsschalter mit den beiden An schlussklemmen des ersten Schaltmoduls verbunden ist. Falls ein Defekt des ersten Schaltmoduls derart schwerwiegend ist, dass es nicht mehr betrieben werden kann, insbesondere nicht als ein Halbbrücken-Schaltmodul, kann das erste Schaltmodul überbrückt werden, so dass der MMC insgesamt seine Funktion weiterhin - eingeschränkt - ausüben kann.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren 1 bis 34 erläutert .

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Umrichteranordnung in einer schematischen Darstellung;

Figuren 2 bis 33 beschreiben Schaltzustände eines Schaltmo duls für die Umrichteranordnung der Figur 1 jeweils in einer schematischen Darstellung;

Figur 34 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemä ßen Verfahrens in einem schematischen Ablaufdiagramm.

In Figur 1 ist eine Umrichteranordnung 1 darstellt. Die Um richteranordnung 1 umfasst einen modularen Mehrstufenumrich ter (MMC) 2, der im dargestellten Beispiel zur Stabilisierung eines Wechselspannungsnetzes 3 eingerichtet ist, mit dem der MMC 2 mittels eines Netztransformators 4 verbunden ist.

Der MMC 2 umfasst einen ersten, einen zweiten sowie einen dritten Konverterarm 5, 6 bzw. 7, die miteinander in einer

Dreieckschaltung verbunden sind. Jeder der gleichartig aufge bauten Konverterarme 5-7 umfasst eine Arminduktivität 8 sowie eine Reihenschaltung zweipoliger Schaltmodule 9. In dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind alle Schaltmo dule 9 gleichartig aufgebaut, was jedoch im Allgemeinen nicht notwendig ist. Auch die Anzahl der Schaltmodule 9 in jedem Konverterarm 5-7 ist grundsätzlich beliebig und an die jewei lige Anwendung anpassbar. Die Schaltmodule 9 sind Vollbrü-cken-Schaltmodule, auf deren Aufbau in den nachfolgenden Fi guren näher eingegangen wird. Jedes Schaltmodul 9 umfasst steuerbare Halbleiterschalter, z.B. IGBT oder dergleichen, einen Energiespeicher sowie eine Steuerungsbaugruppe, mittels der die Halbleiterschalter angesteuert werden können.

Die Umrichteranordnung 1 umfasst ferner eine zentrale Steue rungseinrichtung 10, die zum Regeln des MMC 2 und zum Ansteu ern der Schaltmodule 9 eingerichtet ist. Entsprechend einer zeitlichen Taktung wählt die Steuerungseinrichtung 10, wel ches der Schaltmodule 9 in jedem Konverterarm 5-7 als nächs tes geschaltet wird. Die Steuerungseinrichtung 10 sendet dann ein entsprechendes Signal an die Steuerungsbaugruppe des be treffenden Schaltmoduls 9, dessen Halbleiterschalter auf ge eignete Weise angesteuert werden, um den geforderten Schalt zustand des Schaltmoduls 9 zu erzeugen. Zum Überbrücken der Schaltmodule 9 ist jeweils ein Überbrückungsschalter 11 vor gesehen .

Die zentrale Steuerungseinheit 10 erhält von jedem Schaltmo dul 9 über dessen Steuerungsbaugruppe eine Schaltmodulrück meldung. Die Schaltmodulrückmeldung kann von der Steuerungs einrichtung 10 dazu verwendet werden, zu ermitteln, ob und welches der Schaltmodule 9 fehlerbehaftet ist. Darüber hinaus ermittelt die Steuerungseinrichtung 10, welcher der Halb leiterschalter des fehlerbehafteten Schaltmoduls 9 ausgefal len ist und in welchem Fehlerzustand der fehlerhafte Halb leiterschalter sich befindet (dauerhaft gesperrt (OFF) oder dauerhaft geöffnet (ON) ) .

Aufgrund der ermittelten Informationen kann die Steuerungs einrichtung 10 anschließend entscheiden, das fehlerbehaftete Schaltmodul als ein Halbbrücken-Schaltmodul weiter zu betrei ben. Falls der Fehler derart schwerwiegend ist, dass dies nicht möglich ist, kann das betreffende Schaltmodul über brückt werden und der MMC 2 ohne dieses Schaltmoduls weiter betrieben werden.

Die nachfolgenden Figuren illustrieren konkrete Möglichkei ten, einen der Schaltzustände am Schaltmodul zu erzeugen, und zwar in Abhängigkeit welcher der Halbleiterschalter fehler haft ist und in welchem Fehlerzustand sich dieser Halbleiter- Schalter befindet. Dabei wird ein Schaltzustand als erster Schaltzustand bezeichnet, bei dem an dessen Anschlussklemmen XI, X2 eine Schaltmodulspannung erzeugt wird, die einer posi tiven Energiespeicherspannung Uc entspricht. Ein Schaltzu-stand wird als zweiter Schaltzustand bezeichnet, bei dem an dessen Anschlussklemmen XI, X2 eine Schaltmodulspannung er zeugt wird, die einer Nullspannung entspricht. Ein Schaltzu-stand wird als dritter Schaltzustand bezeichnet, bei dem an dessen Anschlussklemmen XI, X2 eine Schaltmodulspannung er zeugt wird, die einer negativen Energiespeicherspannung -Uc entspricht .

Mit Bezug auf die Figur 2 wird der Aufbau des Schaltmoduls 9 erläutert. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden in den Figuren 3 bis 33 lediglich auf die Zustände der einzelnen Halbleiterschalter Hl-4 sowie den Schaltzustand des Schaltmo duls 9 eingegangen. In allen genannten Figuren sind gleiche und gleichartige Elemente mit gleichen Bezugszeichen verse hen .

Das Schaltmodul 9 umfasst einen ersten abschaltbaren Halb leiterschalter Hl, dem eine erste Freilaufdiode Dl antiparal lel geschaltet ist, einen zweiten abschaltbaren Halbleiter schalter H2, dem eine zweite Freilaufdiode D2 antiparallel geschaltet ist, wobei der erste und der zweite Halbleiter schalter Hl, H2 in einer ersten Halbleiterreihenschaltung miteinander verbunden sind und gleiche Durchlassrichtung auf weisen. Das Schaltmodul 9 umfasst ferner einen dritten ab schaltbaren Halbleiterschalter H3, dem eine dritte Freilauf diode D3 antiparallel geschaltet ist, und einen vierten ab schaltbaren Halbleiterschalter H4, dem eine vierte Freilauf diode D4 antiparallel geschaltet ist, wobei der dritte und der vierte Halbleiterschalter H3, H4 in einer zweiten Halb leiterreihenschaltung miteinander verbunden sind und gleiche Durchlassrichtung aufweisen. Die beiden Halbleiterreihen schaltungen sind parallel zueinander und zu einem Energie speicher C angeordnet, an dem eine Energiespeicherspannung Uc ansteht. Des Weiteren umfasst ersten Schaltmodul ferner eine erste Anschlussklemme XI, die zwischen den Halbleiterschal tern Hl, H2 der ersten Halbleiterreihenschaltung angeordnet ist, und eine zweite Anschlussklemme X2, die zwischen den Halbleiterschaltern H3, H4 der zweiten Halbleiterreihenschal tung angeordnet ist.

In Figur 2 ist der Fall dargestellt, in dem der erste Halb leiterschalter Hl in einem Fehlerzustand ON ist (dauerhaft geöffnet) und das Schaltmodul 9 den zweiten Schaltzustand einnehmen soll, bei einer positiven Stromrichtung eines Stro mes I durch das Schaltmodul 9. Dazu werden der zweite und der vierte Halbleiterschalter H2, H4 gesperrt und der dritte Halbleiterschalter H3 geöffnet. Der Strom I fließt somit über die erste Freilaufdiode Dl und den dritten Halbleiterschalter H3.

In Figur 3 ist der Fall dargestellt, in dem der erste Halb leiterschalter Hl in einem Fehlerzustand ON ist und das Schaltmodul 9 den zweiten Schaltzustand einnehmen soll, bei einer negativen Stromrichtung eines Stromes I durch das Schaltmodul 9. Dazu werden der zweite, dritte und der vierte Halbleiterschalter H2, H3, H4 gesperrt. Der Strom I fließt somit über die dritte Freilaufdiode D3 und den ersten Halb leiterschalter Hl .

In Figur 4 ist der Fall dargestellt, in dem der erste Halb leiterschalter Hl in einem Fehlerzustand ON ist und das Schaltmodul 9 den ersten Schaltzustand einnehmen soll, bei einer positiven Stromrichtung eines Stromes I durch das Schaltmodul 9. Dazu werden der zweite, dritte und der vierte Halbleiterschalter H2, H3, H4 gesperrt. Der Strom I fließt somit über die erste und vierte Freilaufdiode Dl, D4.

In Figur 5 ist der Fall dargestellt, in dem der erste Halb leiterschalter Hl in einem Fehlerzustand ON ist und das Schaltmodul 9 den ersten Schaltzustand einnehmen soll, bei einer negativen Stromrichtung eines Stromes I durch das Schaltmodul 9. Dazu werden der zweite und der dritte Halb leiterschalter H2, H3 gesperrt und der vierte Halbleiter schalter H4 geöffnet. Der Strom I fließt somit über den ers ten und den vierten Halbleiterschalter Hl, H4.

In Figur 6 ist der Fall dargestellt, in dem der zweite Halb leiterschalter H2 in einem Fehlerzustand OFF ist (dauerhaft gesperrt) und das Schaltmodul 9 den zweiten Schaltzustand einnehmen soll, bei einer positiven Stromrichtung eines Stro mes I durch das Schaltmodul 9. Dazu werden der erste und der vierte Halbleiterschalter Hl, H4 gesperrt und der dritte Halbleiterschalter H3 geöffnet. Der Strom I fließt somit über die erste Freilaufdiode Dl und den dritten Halbleiterschalter H3.

In Figur 7 ist der Fall dargestellt, in dem der zweite Halb leiterschalter H2 in einem Fehlerzustand OFF ist und das Schaltmodul 9 den zweiten Schaltzustand einnehmen soll, bei einer negativen Stromrichtung eines Stromes I durch das Schaltmodul 9. Dazu werden der dritte und der vierte Halb leiterschalter H3, H4 gesperrt und der erste Halbleiterschal ter Hl geöffnet. Der Strom I fließt somit über die dritte Freilaufdiode D3 und den ersten Halbleiterschalter Hl.

In Figur 8 ist der Fall dargestellt, in dem der zweite Halb leiterschalter H2 in einem Fehlerzustand OFF ist und das Schaltmodul 9 den ersten Schaltzustand einnehmen soll, bei einer positiven Stromrichtung eines Stromes I durch das Schaltmodul 9. Dazu werden der erste, dritte und vierte Halb leiterschalter Hl, H3, H4 gesperrt. Der Strom I fließt somit über die erste und die vierte Freilaufdiode Dl bzw. D4.

In Figur 9 ist der Fall dargestellt, in dem der zweite Halb leiterschalter H2 in einem Fehlerzustand OFF ist und das Schaltmodul 9 den ersten Schaltzustand einnehmen soll, bei einer negativen Stromrichtung eines Stromes I durch das Schaltmodul 9. Dazu werden der erste und der vierte Halb leiterschalter H2, H4 geöffnet und der dritte Halbleiter schalter H3 gesperrt. Der Strom I fließt somit über den ers ten und den vierten Halbleiterschalter Hl bzw. H4.

In Figur 10 ist der Fall dargestellt, in dem der dritte Halb leiterschalter H3 in einem Fehlerzustand OFF ist und das Schaltmodul 9 den zweiten Schaltzustand einnehmen soll, bei einer positiven Stromrichtung eines Stromes I durch das Schaltmodul 9. Dazu werden der erste und der vierte Halb leiterschalter Hl, H4 gesperrt und der zweite Halbleiter schalter H2 geöffnet. Der Strom I fließt somit über die vier te Freilaufdiode D4 und den zweiten Halbleiterschalter H2.

In Figur 11 ist der Fall dargestellt, in dem der dritte Halb leiterschalter H3 in einem Fehlerzustand OFF ist und das Schaltmodul 9 den zweiten Schaltzustand einnehmen soll, bei einer negativen Stromrichtung eines Stromes I durch das Schaltmodul 9. Dazu werden der erste und der zweite Halb leiterschalter Hl, H2 gesperrt und der vierte Halbleiter schalter H2 geöffnet. Der Strom I fließt somit über die zwei te Freilaufdiode D2 und den vierten Halbleiterschalter H4.

In Figur 12 ist der Fall dargestellt, in dem der dritte Halb leiterschalter H3 in einem Fehlerzustand OFF ist und das Schaltmodul 9 den ersten Schaltzustand einnehmen soll, bei einer positiven Stromrichtung eines Stromes I durch das Schaltmodul 9. Dazu werden der erste, der zweite und der vierte Halbleiterschalter Hl, H2, H4 gesperrt. Der Strom I fließt somit über die erste und die vierte Freilaufdiode Dl, D4.

In Figur 13 ist der Fall dargestellt, in dem der dritte Halb leiterschalter H3 in einem Fehlerzustand OFF ist und das Schaltmodul 9 den zweiten Schaltzustand einnehmen soll, bei einer negativen Stromrichtung eines Stromes I durch das Schaltmodul 9. Dazu werden der erste und der vierte Halb- leiterschalter Hl, H4 geöffnet und der zweite Halbleiter schalter H2 gesperrt. Der Strom I fließt somit über den ers ten und den vierten Halbleiterschalter Hl und H4.

In Figur 14 ist der Fall dargestellt, in dem der vierte Halb leiterschalter H4 in einem Fehlerzustand ON ist und das

Schaltmodul 9 den zweiten Schaltzustand einnehmen soll, bei einer positiven Stromrichtung eines Stromes I durch das

Schaltmodul 9. Dazu werden der erste und der dritte Halb leiterschalter Hl, H3 gesperrt und der zweite Halbleiter schalter H2 geöffnet. Der Strom I fließt somit über die vier te Freilaufdiode D4 und den zweiten Halbleiterschalter H2.

In Figur 15 ist der Fall dargestellt, in dem der vierte Halb leiterschalter H4 in einem Fehlerzustand ON ist und das

Schaltmodul 9 den zweiten Schaltzustand einnehmen soll, bei einer negativen Stromrichtung eines Stromes I durch das

Schaltmodul 9. Dazu werden der erste, zweite und der dritte Halbleiterschalter Hl, H2, H3 gesperrt. Der Strom I fließt somit über die zweite Freilaufdiode D2 und den vierten Halb leiterschalter H4.

In Figur 16 ist der Fall dargestellt, in dem der vierte Halb leiterschalter H4 in einem Fehlerzustand ON ist und das

Schaltmodul 9 den ersten Schaltzustand einnehmen soll, bei einer positiven Stromrichtung eines Stromes I durch das

Schaltmodul 9. Dazu werden der erste, zweite und der dritte Halbleiterschalter Hl, H2, H3 gesperrt. Der Strom I fließt somit über die erste und die vierte Freilaufdiode Dl, D4.

In Figur 17 ist der Fall dargestellt, in dem der vierte Halb leiterschalter H4 in einem Fehlerzustand ON ist und das

Schaltmodul 9 den ersten Schaltzustand einnehmen soll, bei einer negativen Stromrichtung eines Stromes I durch das

Schaltmodul 9. Dazu werden der zweite und der dritte Halb leiterschalter H2, H3 gesperrt und der erste Halbleiterschal- ter Hl geöffnet. Der Strom I fließt somit über den ersten und den vierten Halbleiterschalter Hl bzw. H4.

In Figur 18 ist der Fall dargestellt, in dem der erste Halb leiterschalter Hl in einem Fehlerzustand OFF ist und das Schaltmodul 9 den zweiten Schaltzustand einnehmen soll, bei einer positiven Stromrichtung eines Stromes I durch das Schaltmodul 9. Dazu werden der dritte und der vierte Halb leiterschalter H3, H4 gesperrt und der zweite Halbleiter schalter H2 geöffnet. Der Strom I fließt somit über den zwei ten Halbleiterschalter H2 und die vierte Freilaufdiode D4.

In Figur 19 ist der Fall dargestellt, in dem der erste Halb leiterschalter Hl in einem Fehlerzustand OFF ist und das Schaltmodul 9 den zweiten Schaltzustand einnehmen soll, bei einer negativen Stromrichtung eines Stromes I durch das Schaltmodul 9. Dazu werden der erste und der zweite Halb leiterschalter Hl, H2 gesperrt und der vierte Halbleiter schalter H4 geöffnet. Der Strom I fließt somit über den vier ten Halbleiterschalter H4 und die zweite Freilaufdiode D2.

In Figur 20 ist der Fall dargestellt, in dem der erste Halb leiterschalter Hl in einem Fehlerzustand OFF ist und das Schaltmodul 9 den dritten Schaltzustand einnehmen soll, bei einer positiven Stromrichtung eines Stromes I durch das Schaltmodul 9. Dazu werden der zweite und der dritte Halb leiterschalter H2, H3 geöffnet und der vierte Halbleiter schalter H4 gesperrt. Der Strom I fließt somit über den zwei ten und den dritten Halbleiterschalter H2 bzw. H3.

In Figur 21 ist der Fall dargestellt, in dem der erste Halb leiterschalter Hl in einem Fehlerzustand OFF ist und das Schaltmodul 9 den dritten Schaltzustand einnehmen soll, bei einer negativen Stromrichtung eines Stromes I durch das Schaltmodul 9. Dazu werden der zweite, der dritte und der vierte Halbleiterschalter H2, H3, H4 gesperrt. Der Strom I fließt somit über die zweite und die dritte Freilaufdiode D2, D3.

In Figur 22 ist der Fall dargestellt, in dem der zweite Halb leiterschalter H2 in einem Fehlerzustand ON ist und das

Schaltmodul 9 den zweiten Schaltzustand einnehmen soll, bei einer positiven Stromrichtung eines Stromes I durch das

Schaltmodul 9. Dazu werden der erste, der dritte und der vierte Halbleiterschalter Hl, H3, H4 gesperrt. Der Strom I fließt somit über die vierte Freilaufdiode D4 und den zweiten Halbleiterschalter H2.

In Figur 23 ist der Fall dargestellt, in dem der zweite Halb leiterschalter H2 in einem Fehlerzustand ON ist und das

Schaltmodul 9 den zweiten Schaltzustand einnehmen soll, bei einer negativen Stromrichtung eines Stromes I durch das

Schaltmodul 9. Dazu werden der erste, und der zweite Halb leiterschalter Hl bzw. H2 gesperrt und der vierte Halbleiter schalter H4 geöffnet. Der Strom I fließt somit über die zwei te Freilaufdiode D2 und den vierten Halbleiterschalter H4.

In Figur 24 ist der Fall dargestellt, in dem der zweite Halb leiterschalter H2 in einem Fehlerzustand ON ist und das

Schaltmodul 9 den dritten Schaltzustand einnehmen soll, bei einer positiven Stromrichtung eines Stromes I durch das

Schaltmodul 9. Dazu werden der erste und der vierte Halb leiterschalter Hl, H4 gesperrt und der dritte Halbleiter schalter H3 geöffnet. Der Strom I fließt somit über den zwei ten und den dritten Halbleiterschalter H2 bzw. H3.

In Figur 25 ist der Fall dargestellt, in dem der zweite Halb leiterschalter H2 in einem Fehlerzustand ON ist und das

Schaltmodul 9 den dritten Schaltzustand einnehmen soll, bei einer negativen Stromrichtung eines Stromes I durch das

Schaltmodul 9. Dazu werden der erste, der dritte und der vierte Halbleiterschalter H2, H3, H4 gesperrt. Der Strom I fließt somit über die dritte Freilaufdiode D3 und den zweiten Halbleiterschalter H2.

In Figur 26 ist der Fall dargestellt, in dem der dritte Halb leiterschalter H3 in einem Fehlerzustand ON ist und das Schaltmodul 9 den zweiten Schaltzustand einnehmen soll, bei einer positiven Stromrichtung eines Stromes I durch das Schaltmodul 9. Dazu werden der erste, der zweite und der vierte Halbleiterschalter Hl, H2, H4 gesperrt. Der Strom I fließt somit über die erste Freilaufdiode Dl und den dritten Halbleiterschalter H3.

In Figur 27 ist der Fall dargestellt, in dem der dritte Halb leiterschalter H3 in einem Fehlerzustand ON ist und das Schaltmodul 9 den zweiten Schaltzustand einnehmen soll, bei einer negativen Stromrichtung eines Stromes I durch das Schaltmodul 9. Dazu werden der zweite und der vierte Halb leiterschalter H2, H4 gesperrt und der erste Halbleiterschal ter Hl geöffnet. Der Strom I fließt somit über die dritte Freilaufdiode D3 und den ersten Halbleiterschalter Hl.

In Figur 28 ist der Fall dargestellt, in dem der dritte Halb leiterschalter H3 in einem Fehlerzustand ON ist und das Schaltmodul 9 den dritten Schaltzustand einnehmen soll, bei einer positiven Stromrichtung eines Stromes I durch das Schaltmodul 9. Dazu werden der erste und der vierte Halb leiterschalter Hl, H4 gesperrt und der zweite Halbleiter schalter H2 geöffnet. Der Strom I fließt somit über den zwei ten und den dritten Halbleiterschalter H2 bzw. H3.

In Figur 29 ist der Fall dargestellt, in dem der dritte Halb leiterschalter H3 in einem Fehlerzustand ON ist und das Schaltmodul 9 den dritten Schaltzustand einnehmen soll, bei einer negativen Stromrichtung eines Stromes I durch das Schaltmodul 9. Dazu werden der erste, der zweite und der vierte Halbleiterschalter Hl, H2, H4 gesperrt. Der Strom I fließt somit über die zweite und die dritte Freilaufdiode D2 bzw . D3.

In Figur 30 ist der Fall dargestellt, in dem der vierte Halb leiterschalter H4 in einem Fehlerzustand OFF ist und das Schaltmodul 9 den zweiten Schaltzustand einnehmen soll, bei einer positiven Stromrichtung eines Stromes I durch das Schaltmodul 9. Dazu werden der erste und der zweite Halb leiterschalter Hl, H2 gesperrt und der dritte Halbleiter schalter H3 geöffnet. Der Strom I fließt somit über die erste Freilaufdiode Dl und den dritten Halbleiterschalter H3.

In Figur 31 ist der Fall dargestellt, in dem der vierte Halb leiterschalter H4 in einem Fehlerzustand OFF ist und das Schaltmodul 9 den zweiten Schaltzustand einnehmen soll, bei einer negativen Stromrichtung eines Stromes I durch das Schaltmodul 9. Dazu werden der zweite und der dritte Halb leiterschalter H2, H3 gesperrt und der erste Halbleiterschal ter Hl geöffnet. Der Strom I fließt somit über die dritte Freilaufdiode D3 und den ersten Halbleiterschalter Hl.

In Figur 32 ist der Fall dargestellt, in dem der vierte Halb leiterschalter H4 in einem Fehlerzustand OFF ist und das Schaltmodul 9 den dritten Schaltzustand einnehmen soll, bei einer positiven Stromrichtung eines Stromes I durch das Schaltmodul 9. Dazu werden der zweite und der dritte Halb leiterschalter H2, H3 geöffnet und der erste Halbleiterschal ter Hl gesperrt. Der Strom I fließt somit über den zweiten und den dritten Halbleiterschalter H2 bzw. H3.

In Figur 33 ist der Fall dargestellt, in dem der vierte Halb leiterschalter H4 in einem Fehlerzustand OFF ist und das Schaltmodul 9 den dritten Schaltzustand einnehmen soll, bei einer negativen Stromrichtung eines Stromes I durch das Schaltmodul 9. Dazu werden der erste, der zweite und der dritte Halbleiterschalter Hl, H2, H3 gesperrt. Der Strom I fließt somit über die zweite und die dritte Freilaufdiode D2 bzw . D3.

Figur 34 zeigt ein Beispiel für die Vorgehensweise bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Ablaufdiagramm 100.

In einem ersten Verfahrensschritt 101 wird mittels der zent ralen Steuerungseinheit festgelegt, dass dasjenige Schaltmo dul mit der höchsten aktuell gemessenen Energiespeicherspan nung als nächstes geschaltet werden soll, wobei am zu schal tenden Schaltmodul eine positive Schaltmodulspannung erzeugt werden soll.

Danach wird die nachfolgende Verfahrensabfolge in einer

Schleife für alle Schaltmodule eines vorbestimmten Konverter armes durchgeführt.

In einem zweiten Verfahrensschritt 102 wird abgefragt, ob das i-te Schaltmodul als ein Halbbrücken-Schaltmodul mit negati ver Spannung betrieben wird, wobei i eine Zahl zwischen eins und der Anzahl der Schaltmodule im betreffenden Konverterarm ist. Falls das i-te Schaltmodul als ein Halbbrücken-Schaltmodul mit negativer Spannung betrieben wird, wird das betreffende i-te Schaltmodul bei der Auswahl übergangen.

Falls das i-te Schaltmodul als ein Vollbrücken-Schaltmodul oder als ein Halbbrücken-Schaltmodul mit positiver Spannung betrieben wird, wird anschließend in einem Verfahrensschritt 103 die Energiespeicherspannung des i-ten Schaltmoduls ermit telt. Nach dem Durchlaufen der Verfahrensschritte 102 und 103 für alle Schaltmodule des Konverterarmes wird dasjenige der nicht übergangenen Schaltmodule ausgewählt und in einem Ver fahrensschritt 104 geschaltet, dem die höchste Energiespei cherspannung zugeordnet ist.