转换器单元及关联转换器臂和方法技术

提供一种转换器单元，包括：第一端子和第二端子；能量储存装置，在第一端连接到第二端子；第一开关，在第一端连接到第一端子；第二开关，设置在两个端子之间；以及第三开关，连接在第一开关的第二端与能量储存装置的第二端之间。还提供相应的转换器臂和方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】提供一种转换器单元，包括：第一端子和第二端子；能量储存装置，在第一端连接到第二端子；第一开关，在第一端连接到第一端子；第二开关，设置在两个端子之间；以及第三开关，连接在第一开关的第二端与能量储存装置的第二端之间。还提供相应的转换器臂和方法。【专利说明】
本专利技术涉及转换器单元(converter cell)以及具有改进故障处理的关联方法。
技术介绍
转换器单元用于多种电气应用中。例如，转换器单元能够用于沿DC(直流)与AC (交流)之间的任一方向或者DC-DC的功率转换。 通过使用串联连接的转换器单元，能够取得增加的额定电压，例如以将转换器单元用于高压应用、诸如HVDC(高压DC)应用中。另外，转换器单元能够并联连接，以增加额定电流。 转换器单元中的故障处理是重要的，但是也能够是复杂并且高成本的。需要改进转换器单元的故障处理。
技术实现思路
按照第一方面，提供一种转换器单元，包括:第一端子和第二端子；能量储存装置，在第一端连接到第二端子；第一开关，在第一端连接到第一端子；第二开关，设置在两个端子之间；以及第三开关，连接在第一开关的第二端与能量储存装置的第二端之间。 使用第三开关，能够控制向/从能量储存装置的能量传递，而与第一和第二开关的状态无关。这与现有技术相比，提供优良故障处理能力。具体来说，这能够更好地保护能量储存装置，这可降低能量储存装置的额定要求，从而降低组件成本。由于常常大量提供这类转换器单元，所以这能够产生显著成本节省。 转换器单元可设置成在第一开关已经出故障、诸如进入开路或短路时断开第三开关。另外，第三开关能够设置成在第一开关的控制已经失效时断开。这能够防止能量储存装置的非期望过充电。 转换器单元可设置成在第二开关已经出故障而进入开路或短路时断开第三开关。 转换器单元可设置成断开第三开关，以防止能量储存装置的充电。 第三开关可包括两个反并联晶闸管，或者第三开关可包括双向晶闸管。晶闸管能够以极大精度来控制，并且对高压所额定的晶闸管通常不如能量储存装置、诸如电容器那么昂贵。 第三开关可包括与机械开关并联的晶闸管。使用机械开关，这当其在正常操作模式闭合时、即当转换器单元中没有发生故障时降低经过第三开关的任何功率损耗。 转换器单元可设置成通过晶闸管的相位角、从而允许电流对能量储存装置供能，来控制能量储存装置的供能。这允许能量储存装置的软充电，这降低或者甚至消除对用于能量储存装置的软充电的任何附加组件的需要。 第一和第二开关各可包括半导体器件和反并联二极管，以及半导体器件可以是绝缘栅双极晶体管IGBT。备选地，半导体器件能够是集成门极换向晶闸管(IGCT)、门极关断晶体管(GTO)或者任何其它适当高功率半导体组件。 能量储存装置可以是电容器。备选地，能量储存装置能够是超级电容器、电感器、电池等。 第二方面是包括按照第一方面的多个转换器单元的转换器臂。转换器单元例如能够用于功率转换应用、诸如DC/DC转换的AC/DC转换中。 第三方面是一种用于控制转换器单元的方法，其中该转换器单元包括:第一端子和第二端子；能量储存装置，在第一端连接到第二端子；第一开关，在第一端连接到第一端子；第二开关，设置在两个端子之间；以及第三开关，连接在第一开关的第二端与能量储存装置的第二端之间。该方法包括在第一开关出故障时断开第三开关的步骤。 该方法还可包括下列步骤:控制第三开关，以限制对能量储存装置的功率传递。 该方法还可包括下列步骤:当第二开关已经出故障而进入短路或者进入开路时，断开第三开关。 一般来说，权利要求中使用的所有术语将要按照它们在
中的普通含意来解释，除非本文中另加明确说明。对“一个元件、设备、组件、部件、步骤等”的所有提法均公开地解释为表示元件、设备、组件、部件、步骤等的至少一个实例，除非另加明确说明。本文所公开的任何方法的步骤无需按照所公开的准确顺序来执行，除非另加明确说明。 【专利附图】【附图说明】 现在作为示例、参照附图来描述本专利技术，附图包括:图1是示出常规转换器单元的示意图；图2A是示出按照第一实施例的转换器单元的示意图；图2B是示出按照第二实施例的转换器单元的示意图；图3A-B是示出图2A的转换器单元的一实施例的示意图，其中第一开关已经出故障而进入短路；图4是示出图2A的转换器单元的一实施例的示意图，其中第一开关已经出故障而进入开路；图5是不出图2A-B和图3A-C的第一和第二开关的一实施例的不意图；图6是示出包括按照图2A-B的多个转换器单元的转换器臂的示意图；图7是示出按照图2A-B中的任一个的转换器单元的操作的流程图；图8是示出图2A-B的第三开关的控制连同到第一开关和第二开关的控制信号的示意图表；图9A是示出图2A-B、图3A-B、图4的第三开关的第一实施例的示意图；以及图9B是示出图2A-B的第三开关的第二实施例的示意图。 【具体实施方式】 下面将参照附图更全面地描述本专利技术，附图中示出本专利技术的某些实施例。但是，本专利技术可通过许多不同形式来实施，而不应被理解为局限于本文所提出的实施例；相反，这些实施例作为示例来提供，以使得本公开将是透彻和全面的，并且将向本领域的技术人员全面地传达本专利技术的范围。在整个描述中，相似的标号表示相似的元件。 图1是示出常规转换器单元I的示意图。转换器单元I具有作为第一端子4a和第二端子4b的两个端子。此外，转换器单元I包括第一开关2a、第二开关2b以及在这里采取电容器形式的能量储存装置3。在第一操作模式，第一开关2a闭合、即处于导通状态，而第二开关断开、即处于断开状态。在这种状况中，能量储存装置实质上连接在第一端子4a与第二端子4b之间。取决于负载电流方向，这能够引起能量储存装置充电或放电。在第二操作模式，第一开关2a断开，而第二开关闭合。这是旁路模式，实质上绕过转换器单元I。 图2A是示出按照第一实施例的转换器单元10的示意图。在这里，第三开关8设置在第一开关2a与能量储存装置之间。能量储存装置能够是电容器、超级电容器、电感器、电池等。 图2B是示出按照第二实施例的转换器单元10’的示意图。结构是图2A的实施例的镜像。 图3A是示出第一开关已经出故障而进入短路的状况的示意图。在这个示例中，能量储存装置3释放其能量。第三开关8示为包括两个反并联晶闸管9a_b。备选地，第三开关8能够包括双向晶闸管或者两个反并联半导体开关元件，诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)、集成门极换向晶闸管(IGCT)、门极关断晶闸管(GTO)或者任何其它适当高功率半导体组件。能够使用如图8所示的触发脉冲来使第一晶闸管9a朝能量储存装置3导通。相反，能够使用其自己的触发脉冲集合来使第二晶闸管9b从能量储存装置导通。在这个示例中，使第二晶闸管9b导通以使能量储存装置3放电是安全的。 图3B是示出第一开关已经出故障而进入短路的状况的示意图。在这种状况中，第一晶闸管9a断开，从而防止能量储存装置3被充电和过充电。第二开关2b闭合，由此实现转换器单元的旁路。这样，保护能量储存装置3免于未控制充电(其能够损坏该组件)。 图4是示出第一开关2a已经出故障而进入开路的状况的示意图。在这种状况中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种转换器单元(10，10’)，包括：第一端子(4a)和第二端子(4b)；能量储存装置(3)，在第一端(13a)连接到所述第二端子(4b)；第一开关(2a)，在第一端(12a)连接到所述第一端子(4a)；第二开关(2b)，设置在所述两个端子之间；以及第三开关(8)，连接在所述第一开关(2a)的第二端(12b)与所述能量储存装置(3)的第二端(13b)之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：F霍斯尼，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH