电力转换器制造技术

一种第一网络和第二网络之间的转换器电路，所述第一网络可以是多相中压交流(AC)网络、至少一个多相低压AC网络或至少一个直流(DC)网络；且所述第二网络可以是多相中压AC网络或中压DC网络，其中，所述转换器电路包括：至少一条电力母线；以及低压电池，所述低压电池位于第一网络侧和第二网络侧两者处，使得每个电池经由变压器被连接至电力母线。每条电力母线与低压电力单元相连，所述低压电力单元能够在启动转换器之前经由电力母线向所有的电池中间DC链路滤波电容器提供预充电电力。所述低压电力单元还能够负责电阻器制动，以防所述第一网络不可以获取由连接至所述第二网络的负载所提供的电力。

【技术实现步骤摘要】
电力转换器
本专利技术涉及用于在两个电网之间传输电力的电力转换器的装置和方法。第一网络可以是多相交流(AC)网络或直流(DC)网络。第二网络可以是与第一AC网络或DC网络具有相同或不同的电压电平以及与之具有相同或不同的频率的多相AC网络。
技术介绍
中压网络是指用于电能的传输的超过1kV的配电网络，例如，在高压(超过36kV)主网和低压(1kV以下)用户电网之间的配电网络。配电网络通常以50/60Hz频率操作，但也存在中压或高压DC配电网络。本领域已知的是由于电流较小和因此导致的电力损耗较小，在重载电气设备中使用中压是有利的。在电机和配电网络之间通常需要某种调整器，这归因于二者具有不同的频率、不同的电压电平或需要电流隔离。这种调整可以有利地借助于变频器和变压器来布置。由于制造技术的原因，变频器中使用的开关型功率半导体组件的耐压性是较小的，以至于在中压时必须将它们中的多个进行串联。串联连接的另一优点是输出电压的脉冲图案在极正值和极负值之间包括多个阶跃，其减少了由已知的伴随长电缆出现的反射现象所引起的负载上的危险电压尖峰。例如，在专利公开美国专利号5,625,545中提出了一种已知的解决方案，该解决方案用于布置低压电力组件的串联连接，以满足中压变频器的要求。在根据该专利公开的转换器中，如图1A所示，在三相供电中压网络U1和三相中压负载网络U2之间使用变压器T1。变压器T1具有一个三相初级绕组WP和各自被分别耦接至低压电池PC11U...PCNW的多个低压次级绕组WG11U...WGNW。电池以被串联的组G11...GN布置，使得每个组包括用于每个负载侧相U2U、U2v、U2W的一个电池。电池的这种串联连接被称为级联电路，通过适当的控制，其能够为负载产生多阶电压图案。控制细节是本领域公知常识的一部分，因此在上下文中不再讨论。多阶电压图案模仿正弦波，因此，例如，从电压反射和滤波的角度来看是有利的。由于变压器以供电网络的频率操作，因此变压器的尺寸大且成本高，这在这种系统中通常是一个问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是实现没有现有技术的缺点(例如没有笨重的变压器)的新的转换器电路。本专利技术实现具有单向或双向电力传输的各种电力转换器，例如，在供电AC网络侧和负载AC网络侧两者的连接中具有技术上有利的多阶电压图案的变频器实施例。另外，该转换器电路实现了在诸如中压电力传输线或低压太阳能电力网络之类的DC供电网络和中压负载AC网络之间的逆变器实施例。转换器电路系统还实现在低压或中压AC供电网络和低压或中压负载DC网络或例如诸如电池之类的DC蓄电池之间的逆变器实施例。本专利技术实现的各种转换器在结构上被模块化，从而可以基于类似的低压电池来组装各种设备。术语中压在此用作高压的同义词，即中压和高压是可互换的。根据本专利技术，两个电网之间的转换器电路包括：至少一条电力母线(PB)，其在使用AC电压的该转换器电路的电池之间传输电力；以及多个低压电池，所述多个低压电池位于第一电网侧和第二电网侧两者处，使得每个电池经由变压器被连接至电力母线。变压器连接处的频率有利地较高，例如，高于1kHz，这实现小尺寸变压器。根据第一电网的电压电平，电池可以串联耦接或并联耦接，第一电网通常在电源侧并且在该上下文中也被称为初级侧。第二电网通常是中压，第二电网通常位于负载侧且在该上下文中也被称为次级侧。根据本专利技术，该转换器电路包括：低压电力单元，该低压电力单元被配置为，向电力母线生成AC电压。有利地，AC电压具有矩形波形，该矩形波形具有变化的脉冲比。在启动该转换器电路时利用这个特征，使得低压电力单元生成具有从0到50％增加的脉冲比的矩形电压，从而向至少一条电力母线并且还经由电池的变压器和内部二极管向电池的中间DC链路提供具有升高的有效值的电压，由此为电池的中间DC链路电容器充电。当中间DC链路电容器已被预充电时，电池的内部辅助电源将启动，从而实现转换器电路的正常操作。在这之后，转换器电路的初级端子可以被连接至供电第一电网。值得注意的是，没有电容器预充电，转换器电路可能无法被连接至供电网络，这是因为未被充电的电容器引起有害的高侵入电流。还值得注意的是，转换器的所有电池的电容器预充电可以利用一个单独的低压电力单元同时完成，而与第一电网或第二电网的电压幅度无关。根据本专利技术，在转换器电路的正常操作开始之后，低压电力单元停止向电力母线供电。根据本专利技术，转换器电路包括控制单元，该控制单元可操作地被连接至属于该电路的所有电池。在转换器电路的正常操作期间，陔控制单元被配置为控制那些H桥的可控功率半导体开关，所述H桥被连接至电池输出连接端并且还经由变压器被连接至电力母线，使得被连接至同一电力母线的低压电池的所有输出连接端(OUT)的电压波形实质上同相且具有50％脉冲比，或等效。由于被连接至公共电力母线的H桥的同时操作，电池的中间电路被实际上绑定在一起，这实现了从具有较高电压的DC链路电容器到具有较低电压的DC链路电容器的电力流动。这个效果构成根据本专利技术的转换器的操作的基础。另外，在电力母线的数量为2或更多的情况下，控制单元控制H桥，使得在不同电力母线的电压波形之间存在相移角。相移对减少从设备到环境的高频辐射具有有益的效果。根据本专利技术，该转换器电路也可以仅具有一条电力母线。根据本专利技术，该转换器电路的次级侧通常被连接至中压网络。这就是为什么次级侧上的电池以与图1A的现有技术转换器相似的级联耦接布置的原因，其使得电池的输入连接端(IN)被串联耦接在每个相中。在转换器电路的初级侧也使用类似的耦接，以防供电侧第一电网级别为中压。根据本专利技术的转换器电路也可应用于电压变换，例如，使得第一电网为低压且第二电网为中压(反之亦然)。在低压侧，电池可以被并联连接至单个网络或被分别连接至不同的网络。根据本专利技术的转换器电路还可应用于具有不同电压电平的两个中压网络之间的电压变换。在这种情况下，转换器初级侧和次级侧中被串联连接的电池的数量是不同的。根据本专利技术的转换器电路也可应用于频率变换，例如，使得第一电网为50Hz且第二电网为60Hz或任何其他期望频率。根据本专利技术的转换器电路能够传输有功功率和无功功率。根据本专利技术的转换器电路还可应用作为DC网络和中压AC网络之间的逆变器。如在电力传输中所使用的，DC网络可以是中压，在这种情况下，初级侧中的电池被串联连接。在低压DC网络的情况下，例如，如在太阳能系统或电池充电器中使用的，初级侧的电池被并联连接。DC网络连接中所使用的电池类型是针对其目的专用的。在本说明书和以下实施方式的实施例中更详细地定义本专利技术。保护的范围在独立权利要求中定义，并且在其他权利要求中定义优选实施例。附图说明下文利用使用参考附图的实施例的更详细的说明来提供本专利技术，其中：图1A示出在中压供电网络和中压负载网络之间的现有技术的变频器电路；图1B示出现有技术的变频器的电池；图2A示出根据本专利技术的示例性和非限制性实施例的转换器电路的基本布置；图2B示出根据本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种转换器电路，所述转换器电路被配置为在第一电网和第二电网之间传输电力，所述第一电网是单相DC网络或多相AC网络，且所述第二电网是单相DC网络或多相AC网络，所述转换器电路包括：/n通过输入连接端(IN)连接至所述第一电网的多个低压电池；/n通过输入连接端(IN)连接至所述第二电网的多个低压电池；/n至少一条电力母线，/n其中，每个电池的输出连接端(OUT)经由变压器被耦接至电力母线，并且/n其中，每个低压电池包括中间DC链路电容器和耦接至输出连接端(OUT)的可控功率半导体H桥，并且/n其中，所述至少一条电力母线耦接至低压电力单元，所述低压电力单元能够向与之相连的所有电力母线生成具有变化的脉冲比的AC电压。/n

【技术特征摘要】
20190521 DK PA2019006091.一种转换器电路，所述转换器电路被配置为在第一电网和第二电网之间传输电力，所述第一电网是单相DC网络或多相AC网络，且所述第二电网是单相DC网络或多相AC网络，所述转换器电路包括：
通过输入连接端(IN)连接至所述第一电网的多个低压电池；
通过输入连接端(IN)连接至所述第二电网的多个低压电池；
至少一条电力母线，
其中，每个电池的输出连接端(OUT)经由变压器被耦接至电力母线，并且
其中，每个低压电池包括中间DC链路电容器和耦接至输出连接端(OUT)的可控功率半导体H桥，并且
其中，所述至少一条电力母线耦接至低压电力单元，所述低压电力单元能够向与之相连的所有电力母线生成具有变化的脉冲比的AC电压。


2.根据权利要求1所述的转换器电路，其中，所述低压电力单元在所述转换器电路连接至所述第一电网之前被配置为：向所述至少一条电力母线生成矩形AC电压，所述矩形AC电压的脉冲比从0增加到50％，由此为属于所述转换器电路的所有低压电池的所述中间DC链路电容器充电。


3.根据权利要求1和2所述的转换器电路，还包括控制单元，所述控制单元可操作地连接至与所述低压电池的输出连接端(OUT)相耦接的那些H桥，所述控制单元被配置为在转换器操作期间控制所述H桥可控半导体开关，使得连接至同一电力母线的低压电池的所有输出连接端(OUT)的电压图案实质上同相且具有50％脉冲比。


4.根据权利要求3所述的转换器电路，其中，电力母线的数量至少是2，并且其中，在转换器操作期间，所述控制单元被配置为：控制耦接至所述低压电池的输出连接端(OUT)的那些H桥的可控半导体开关，使得在至少两条电力母线的电压图案之间存在相移角。


5.根据权利要求3所述的转换器电路，包括一条电力母线。


6.根据权利要求1至5所述的转换器电路，所述转换器电路位于系统中，其中，所述第二电网是中压电平多相AC网络，并且
其中，第二电网侧上的电池被布置为使得与每个第...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬·斯特林贝格，丹·伊萨克松，里斯托·克姆拉茵恩，斯蒂芬·施罗德，
申请(专利权)人：伟肯有限公司，
类型：发明
国别省市：芬兰;FI