公开一种用来保护具有功率转换器的功率转换器布置的方法，功率转换器具有连接到DC中间电路的DC侧、AC侧和能够在高频率可控切换以将DC中间电路的DC电压转化成AC电压的可控开关。提供了一种能够被激活和停用的保护装置，其用来通过将具有制动电阻器(Rb ext)的外部晶闸管整流器桥连接到功率转换器的AC侧来保护功率转换器免于过载。如果检测到(51)预确定的错误情况，则触发外部晶闸管来接通以激活保护装置(52)。如果检测到预确定的错误情况已消失(53)，则通过结束晶闸管的触发，并且主动控制功率转换器开关产生适合的极性和幅度的电压脉冲序列，以充当应用到保护装置以便强制电流从保护装置换向到功率转换器的晶闸管关断序列来关断(54)外部晶闸管以停用保护装置。也公开了一种具有针对过载以保护的装置的功率转换器布置。
【技术实现步骤摘要】
用来保护功率转换器布置的方法和具有保护装置的功率转换器布置
本专利技术涉及用来保护功率转换器布置的方法和具有保护装置的功率转换器布置，具体而言，涉及用来停用用于功率转换器布置的基于晶闸管的保护装置的方法和装置。
技术介绍
功率转换器布置在尤其用于发电机和马达驱动的许多应用中使用。功率转换器布置通常包括其直流(DC)侧连接到DC中间电路的功率转换器，DC中间电路的交流(AC)侧与诸如例如旋转电机或变压器的AC电压电网和/或电气负载连接，并且功率转换器具有能够在高频率可控切换以将DC中间电路的DC电压转换成多相AC电压以向AC侧馈送的可控切换元件。控制器以适合应用的方式控制功率转换器的操作。诸如例如双馈感应电机(DFIM)的高功率可变速率异步机频繁地从转子侧受到控制以降低电子功率转换器的额定功率。功率转换器通常用来间接通过转子电流的控制来控制异步机的定子的有功功率和无功功率。与在定子侧具有AC/DC/AC转换器的所谓全功率转换系统相比，此类系统具有大的优势，因为仅机器的转差功率必须通过功率转换器来操控。因此，取决于转子速度范围，对于仅机器的一部分额定功率，通常不到25%的额定功率,转子侧功率转换器能够被定尺寸。在例如由转子电压中强扰动造成的瞬变情况中，比如例如，如果存在线路电压中的电压突降、短路及诸如此类，与在给定转子转差率引起的正常转子电压相比，转子中引起的电压能够达到极高值。相应地，转子侧功率转换器能够暴露于极高浪涌转子电流瞬变，该瞬变能够大幅超过功率转换器开关的稳态值和标称负载容量。如果DC母线电压或转子电流超过某些安全限制，则必须阻止功率转换器开关的切换，并且必须激活过电压保护，所谓的短路器。保护短路器有效地使转子端子短路，使得功率转换器中的电流能够快速地降为零。保护短路器频繁使用三相晶闸管桥、具有反并联晶闸管或二极管的开关或在DC侧上的三相二极管桥和单晶闸管构建。万一过电压保护被开启，则它通常保持激活，直至转子与电网分离。为满足今天的电网连接要求，有必要尽可能快地恢复正常功率转换器操作。用于实现此操作的一个选择是要暂时中断正常功率转换器切换如果高瞬变电流超过预确定的限制的话,并且允许转子电流继续流过续流二极管，并且为在DC母线上的中间电路电容器充电。然后通过将来自中间电路的过多能量耗散到在其中将能量变换成热的制动电阻器的制动斩波器，能够控制功率转换器的DC中间电路电压。这能够阻止中间电路电压上升到不允许值，并且损毁电路的中间电路电容器或其它组件。因此，附加电阻器被有效地插入到转子电路中，这产生了各种优势，比如例如转子瞬变电流的降低、转子的改进功率因数（增大的扭矩产生）及转子瞬变电流的非周期性分量的更快衰退（更小的转子时间常数）。一旦转子浪涌电流被降低，则关断制动斩波器，并且能够恢复功率转换器的正常切换。这允许在瞬变事件后以极小延迟恢复转子电流控制。此解决方案的主要缺点是功率转换器的续流二极管和制动斩波器必须大幅高估以处理瞬变转子浪涌电流。续流二极管和制动斩波器必须频繁并联以提供必需的浪涌电流额定。不要求增大功率转换器的浪涌电流额定的备选解决方案涉及在与功率转换器的并联中添加配有制动斩波器和电阻器的附加二极管桥。一旦功率转换器的电流或DC总线电压超过其限制，外部制动斩波器便能够被激活以吸收部分的转子电流，缓解功率转换器。在功能上，在功率转换器内或外提供的制动斩波器之间不存在本质差别。将相对很少使用并联外部桥，并且只在产生功率转换器本身不能处理的过多转子电流的定子侧瞬变期间使用并联外部桥考虑在内，在高功率应用中，将外部二极管桥和制动斩波器替换成晶闸管桥或二极管桥和晶闸管开关在技术上和经济上是无可非议的。在此情况下，通过点火外部桥的晶闸管或多个晶闸管来控制外部制动电阻器的接通。不幸地，一旦晶闸管被激活，在转子电流自然或强制降到零前，它们便不能被关断。由于转子瞬变电流能够包含DC和低频分量两者，因此，转子电流可能在延长时间期内没有任何零交叉，并且晶闸管关断时间不能被精确控制或保证。这能够潜在成为问题，因为由于不能在转子瞬变电流已降到足够低，使得能够恢复正常操作和机器电流控制后立即停用外部制动桥，恢复正常功率转换器操作可能被延迟。因此，重要的是提供在能够恢复正常功率转换器操作时，将可靠地强制晶闸管关断的方法。利用功率转换器桥的完全可控制开关帮助在外部整流器中关断晶闸管是已知的。例如，WO2004/091085A1描述了用于具有若干可控开关的功率转换器装置的保护装置和保护方法，保护装置具有连接到功率转换器的AC侧并且包括通过二极管实现的三相整流器桥和保护开关与包括串联耦合的多个二极管的辅助换向部件的串联电路的外部保护电路。串联电路连接在整流器桥的正极和负极之间，并且保护开关是晶闸管。在检测到电路中超过某些条件的错误时，保护装置打开功率转换器开关，并且触发晶闸管保护开关以便闭合它。这有效地使转子电路短路，使得短路电流从转子流过保护开关并且流到保护电路。一旦保护装置检测到错误条件已结束，它便闭合三相功率转换器电路的所有三个更低开关，这将使AC电压的所有三个相位短路，并且将它们与DC中间电路的负母线轨连接。在通常用于控制基于脉宽调制(PWM)来控制旋转电机的空间矢量调制中，后一步骤对应于由功率转换器应用零电压矢量或无源电压矢量，因为在AC电压的相位之间不可测量的两线间的电压。这不同于在其它制动开关位置中输出的有功电压矢量或非零电压矢量，其随后导致在相位之间与零不同的两线间的电压。因此，由功率转换器使用零电压矢量基本上使外部整流器桥短路，其中，功率转换器实际上接管整个转子电流，在这之后，通过为并联连接到辅助换向装置的附加电容器放电来确保晶闸管保护开关的关断。WO2012/019834A2公开了用来操作转换器系统用于切换至少三个电压电平的转换器系统和方法，其中，提供了包括经由晶闸管桥供应的外部制动电阻器的旁路电路。在其中通过转换器单元的电流超过预确定的阈值的故障的情况下，通过应用接通信号来接通晶闸管，使得通过外部电阻器使转换器单元的AC侧旁路。外部晶闸管桥以两步骤来关断：首先，由转换器应用零电压矢量，有效地使外部晶闸管桥短路，以重新引导电流到转换器，并且实质上降低晶闸管电流。然后，通过闭合两个辅助功率开关，将晶闸管桥连接（经由辅助电阻器）到DC中间电路，并且通过跨晶闸管应用反向电压，关断晶闸管桥。在现有技术中，在关断晶闸管时，以无源方式使用功率转换器以减轻外部整流器的电流，产生短路，同时通过附加的部件，比如例如通过附加的DC侧电容器或辅助开关确保实际晶闸管开关关断。这增大了用于保护装置的电路系统及还用于保护方法的费用。存在用来降低此费用的需要。本专利技术的目的是消除现有技术的缺点，并且提供用来保护功率转换器布置的改进的方法和改进的装置。具体而言，本专利技术的目的是提供用来保护功率转换器布置的方法和具有保护装置的功率转换器布置，其允许以小的延迟并且以降低的费用来停用保护装置。
技术实现思路
这分别采用用来保护功率转换器布置的方法并且采用具有独立权利要求1和11的特征的功率转换器布置而得以实现。特别是本专利技术的优选实施例是从属权利要求的主题。根据本专利技术的第一方面，提供了一种用来保护功率转换器布置的方法。功率转换器装置具有功率本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用来保护具有功率转换器装置(7)的功率转换器布置(3)的方法，所述功率转换器装置(7)具有与直流(DC)中间电路(11)连接的DC侧(8)、交流(AC)侧(9)和能够在高频率可控切换以将所述DC中间电路(11)的DC电压转换成多相AC电压的可控切换元件(S1‑S9)，所述方法包括：提供能够被激活和停用的保护装置(34)以通过将具有整流器元件的整流器电路(36)连接到所述功率转换器装置(7)的所述AC侧(9)，并且将旁路分支(45)连接到所述整流器电路(36)的DC侧(8)来保护所述功率转换器装置(7)免于过载，所述整流器元件的至少一些是晶闸管(Thy1‑Thy6),所述旁路分支具有在必需时用于将从所述功率转换器装置(7)的所述AC侧(9)耗散的能量变换成热能的制动电阻器(Rb ext)；以及如果检测到(51)预确定的错误情况，则触发(52)所述整流器电路的所述晶闸管以使它们接通来激活所述保护装置；并且如果检测到所述预确定的错误情况消失(53)，则通过结束(63)所述晶闸管的所述触发，并且主动控制(66)所述功率转换器切换元件产生适合的极性和幅度的电压脉冲序列以充当应用到所述保护装置以便强制电流从所述保护装置换向到所述功率转换器的晶闸管关断序列来关断(54)所述整流器电路的所述晶闸管以停用所述保护装置。...
【技术特征摘要】
2016.01.27 EP 16152956.51.一种用来保护具有功率转换器装置(7)的功率转换器布置(3)的方法，所述功率转换器装置(7)具有与直流(DC)中间电路(11)连接的DC侧(8)、交流(AC)侧(9)和能够在高频率可控切换以将所述DC中间电路(11)的DC电压转换成多相AC电压的可控切换元件(S1-S9)，所述方法包括：提供能够被激活和停用的保护装置(34)以通过将具有整流器元件的整流器电路(36)连接到所述功率转换器装置(7)的所述AC侧(9)，并且将旁路分支(45)连接到所述整流器电路(36)的DC侧(8)来保护所述功率转换器装置(7)免于过载，所述整流器元件的至少一些是晶闸管(Thy1-Thy6),所述旁路分支具有在必需时用于将从所述功率转换器装置(7)的所述AC侧(9)耗散的能量变换成热能的制动电阻器(Rbext)；以及如果检测到(51)预确定的错误情况，则触发(52)所述整流器电路的所述晶闸管以使它们接通来激活所述保护装置；并且如果检测到所述预确定的错误情况消失(53)，则通过结束(63)所述晶闸管的所述触发，并且主动控制(66)所述功率转换器切换元件产生适合的极性和幅度的电压脉冲序列以充当应用到所述保护装置以便强制电流从所述保护装置换向到所述功率转换器的晶闸管关断序列来关断(54)所述整流器电路的所述晶闸管以停用所述保护装置。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于如果检测到(53)所述预确定的错误情况，则控制闭合的切换元件打开，并且保持所有切换元件打开，直至检测到所述预确定的错误情况已消失。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于为产生所述晶闸管关断序列，监测所述保护装置中的所述电流的所述极性和幅度，以确定电压脉冲的适合的序列和极性。4.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于还提供了内部制动斩波器装置（32，33），其监测和保护中间电路电压，所述制动斩波器装置具有将所述中间电路中过多的能量变换成热能的至少一个内部制动电阻器（Rb1，Rb2）和通过脉宽...
【专利技术属性】
技术研发人员：D巴西奇，KA罗森哈根，
申请(专利权)人：通用电气能源能量变换技术有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB
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