用于将同步机与电压网络耦合的操作电路及操作它的方法技术

本发明专利技术涉及一种操作电路（10）和涉及一种用于操作电压供应网络（12）上的同步机（11）的方法。操作电路（10）具有转换器电路（15），转换器电路（15）带有多个可控的转换器开关（20）至（23）和可控的开关布置（30），可控的开关布置（30）适于在启动转换器配置（I）和直接转换器配置（II）之间切换所述转换器电路（15）。功率供应网络（12）被连接到转换器输出（14），并且同步机（11）被连接到转换器电路（15）的转换器输入（31）。在直接转换器配置（II）中，在转换器输出（14）处提供带有预设AC电压频率的AC电压。控制单元（16）控制转换器开关（20）至（23），使得在转换器输出（14）处的AC电压对应于需求。

Operating Circuit and Method for Coupling Synchronizer with Voltage Network

【技术实现步骤摘要】
用于将同步机与电压网络耦合的操作电路及操作它的方法
本专利技术涉及一种用于将同步机与电压网络耦合的操作电路以及一种用于借助于操作电路对同步机进行操作的方法。
技术介绍
同步机通常被用在发电厂中，以采用发电机模式为电压网络提供电能。必须的是，操作电路负载独立地为电压网络提供尽可能恒定频率的AC电压。操作电路还必须允许同步机的启动，与异步机不同，同步机不允许转子场和定子场之间的任何滑动。在此类操作电路中，能量效率扮演着极其重要的角色。在发电厂中，高功率被生成并且，在服务寿命（servicelife）期间，大量的电能被生成。就发电厂的效率来说，即使在操作电路的效率的百分之几十的范围中的小改善也具有极大的重要性。现今，在此类操作电路中，带有DC电压中间电路的转换器电路经常被用来使电压网络的AC电压频率适于发电机的AC频率。由发电机生成的AC电压首先被整流，并且然后整流的电压被提供到DC电压中间电路。通常，用于平滑和缓冲整流的电压的电容器被布置在DC电压中间电路中。DC电压中间电路的整流的电压然后在倒相极中被转换成电压网络的AC电压，并且因此不取决于发电机的AC电压频率。此类逆变器是已知的，例如，名称为VSI（电压源逆变器）。带有DC电压中间电路的逆变器具有约98%的效率。
技术实现思路
从已知的操作电路开始，能认为本专利技术的目的是改进同步机（例如发电厂）的操作的效率。此目的通过具有专利权利要求1的特性的操作电路和具有专利权利要求15的特性的方法来达成。根据本专利技术的操作电路被设置用于将同步机与电压网络耦合。同步机和操作电路是例如发电厂的部分，诸如水力发电厂、风力发电厂、船舶等，其能将电功率（有功功率和/或无功功率）输送到功率网或从功率网汲取电功率。操作电路具有能由控制单元控制的转换器电路。转换器电路具有连接到同步机的转换器输入和连接到电压网络的转换器输出。转换器电路具有多个转换器开关和开关布置（switchingarrangement）。转换器开关和开关布置能由控制单元控制。借助于开关布置，转换器电路能在至少两种配置（启动转换器配置和直接转换器配置）之间切换。在启动转换器配置中，同步机能作为马达来操作和启动。在直接转换器配置中，同步机能例如作为发电机进行操作，并且将电功率提供到电压网络。在直接转换器配置中，不存在DC电压中间电路，并且在转换器输入处的AC电压被直接地转换成在转换器输出处的AC电压，而无需中间转换成DC电压。在直接转换器配置中，在转换器输出处的AC电压由控制单元调节，使得预设频率和还有可选的预设电压值（最大值或有效值等）被达成，其对应于电压网络的电源频率（mainsfrequency），例如50Hz或60Hz。相比之下，在启动转换器配置中，相反地，在转换器输入处的频率能被设置为允许同步机的频率启动。因此，操作电路能以两种不同的配置来操作，由此，在直接转换器配置中，在转换器输出处的频率和在启动转换器配置中和在转换器输入处的频率和可选地还有电压值能被控制或调整。转换器电路具有高效率，例如99%或更高。因此，根据本专利技术的转换器电路的效率在直接转换器配置中比在传统转换器电路中更高达到1%。在直接转换器配置中的同步机的发电机模式中，在转换器输入处在逆变期间出现的谐波对同步机的效率具有不利影响。然而，操作电路能达成比先前已知的操作电路更高总共大约0.7%至0.9%的总效率。有利的是，控制装置被设立成控制在启动转换器配置中的转换器电路，使得在转换器输入处的AC电压的频率被控制。具体来说，在转换器输入处的AC电压的频率能连续增加到大约100-120Hz的操作频率。因此，例如同步机的频率启动能被达成。有利的是，在直接转换器配置中的转换器电路形成直接转换器，优选所谓的“循环换流器”。直接转换器或循环换流器能被操作在例如所谓的V-电路（也称为“开路三角”）中，即在三角连接中，其中在相应三角形点的两个电势仅经由第三三角形点的电势与彼此耦合。在一个示例性实施例中，启动转换器配置中的转换器电路形成负载换向的转换器或逆变器（也称为“LCI”或“电流源驱动”）。还有利的是，转换器电路具有在启动转换器配置中的至少一个DC中间电路或DC电压中间电路。因此，相对于转换器输出，在转换器输入处的AC电压频率的更好去耦能被达成，由此简化了马达操作中同步机的启动。为此目的，转换器开关能被控制，使得施加于功率供应网络的转换器输出AC电压的电压首先被整流成DC中间电路的DC或者DC电压中间电路的中间电压，并且然后在针对同步机的转换器输入被逆变成AC或AC电压。为了启动同步机，也能使用辅助马达（ponymotor）。还优选的是，控制装置被设立成控制直接转换器配置中的转换器电路，使得具有预设的频率（具体来说是恒定频率）的AC电压被施加到转换器输出，例如50Hz或60Hz。在一个示例性实施例中，转换器电路能具有至少两个转换器分支，每个转换器分支具有转换器分支的第一输出端子和第二输出端子，以及转换器分支的第一输入端子和第二输入端子、和第三输入端子。在此情况中，两个转换器分支的两个输出端子能直接连接到另一个，使得它们处于相同的电势。可以说，输出端子能被短路。在转换器电路的一个优选示例性实施例中，每个转换器分支具有桥式电路，其带有针对每个输入端子的四个可控转换器开关。两个桥式开关每个形成桥式电路的桥式分支。具体来说，在第一桥式分支中，第一桥点经由第一转换器开关被连接到第一输出连接，并且经由第二转换器开关被连接到转换器分支的第二输出连接。在相同桥式电路的第二桥式分支中，第二桥点经由第三转换器开关被连接到第一输出端子，并且经由第四转换器开关被连接到第二输出端子。对于转换器分支中的每个现有的输入端子，此类桥式电路是单独存在的。优选地，每个转换器分支恰好具有十二个转换器开关。转换器开关例如由一个或备选地由两个反并联连接的半导体开关所形成。在一个示例性实施例中，每个转换器开关由一个或多个串联的晶闸管所形成。借助于串联电路，能增大闭塞电压。还有益的是，每个转换器分支具有第一扼流线圈和第二扼流线圈。例如，第一扼流线圈可被直接布置在第一转换器开关和第三转换器开关之间，并且第二扼流线圈可被直接布置在每个桥式电路的第二转换器开关和第四转换器开关之间。扼流线圈能被布置在DC电压中间电路中的启动转换器配置中，并且形成直接链接感应器。在直接转换器配置中，第一扼流线圈被直接连接到第一输出端子，并且第二扼流线圈被直接连接到相应转换器分支的第二输出端子。在一个示例性实施例中，相应扼流线圈上的分接头可以构成输出端子。输出端子也可以被布置在扼流线圈和转换器开关中的一个开关之间。为了操作同步机，能使它最初从静止达到操作速度。在此启动期间，转换器电路是在启动转换器配置中。在此启动转换器配置中，同步机的速度增大，直到在转换器输入处的AC电压的频率已经达到操作频率。然后，转换器电路能被切换到直接转换器配置。在直接转换器配置中，同步机能作为发电机并作为马达两者来操作。同步机能从电压网络汲取或供应有功功率和/或无功功率。因此，四象限操作是可能的。同步机的旋转的方向在启动期间被确定。如果旋转的方向是反向的，则速度被降低，可以说，开始的旋转的另一个方向上的新开始。旋转的方向能取决于同步机（至少原则上）是作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于将同步机（11）与电压网络（12）耦合的操作电路（10），带有能由控制单元（16）控制的转换器电路（15），所述转换器电路（15）具有连接到所述同步机（11）的转换器输入（31）和连接到所述电压网络（12）的转换器输出（14），由此所述转换器电路（15）具有能由所述控制单元（16）控制的多个转换器开关（20、21、22、23）和能由所述控制单元（16）控制的开关布置（30），由此所述转换器电路（15）借助于所述开关布置（30）在直接转换器配置（II）和启动转换器配置（I）之间被切换，由此所述控制单元（16）适于取决于在所述转换器输入（31）处的电压轮廓来控制在所述直接转换器配置（II）中的所述转换器电路（30），以便设置在所述转换器输出（14）处的带有预设频率的交流电压。

【技术特征摘要】
2018.02.21 EP 18157775.01.一种用于将同步机（11）与电压网络（12）耦合的操作电路（10），带有能由控制单元（16）控制的转换器电路（15），所述转换器电路（15）具有连接到所述同步机（11）的转换器输入（31）和连接到所述电压网络（12）的转换器输出（14），由此所述转换器电路（15）具有能由所述控制单元（16）控制的多个转换器开关（20、21、22、23）和能由所述控制单元（16）控制的开关布置（30），由此所述转换器电路（15）借助于所述开关布置（30）在直接转换器配置（II）和启动转换器配置（I）之间被切换，由此所述控制单元（16）适于取决于在所述转换器输入（31）处的电压轮廓来控制在所述直接转换器配置（II）中的所述转换器电路（30），以便设置在所述转换器输出（14）处的带有预设频率的交流电压。2.根据权利要求1所述的操作电路，其特征在于，所述控制单元（16）适于取决于在所述转换器输入（31）处的所述电压轮廓来控制在所述直接转换器配置（II）中的所述转换器电路（15），以便设置在所述转换器输出（14）处的带有预设电压值的AC电压。3.根据权利要求1或2所述的操作电路，其特征在于，所述控制单元（16）适于控制在所述启动转换器配置（I）中的所述转换器电路（15），使得在所述转换器输入（31）的所述电压的频率被控制。4.根据权利要求3所述的操作电路，其特征在于，所述控制装置（16）适于控制在所述启动转换器配置（...

【专利技术属性】
技术研发人员：HS希尔德布兰德特，S雷施伯格，
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