向DC负载供电的方法、能量转换系统和电解系统技术方案

本申请描述了一种借助于能量转换系统(1)为DC负载(30)供电的方法，该能量转换系统具有第一整流器(2.1)、第二整流器(2.2)和变压器单元(21)，其中每个整流器(2.1、2.2)各包含AC/DC转换器(10)，并且通过变压器单元(21)的单独的次级侧(24.1、24.2)连接到共用的交流电压(AC)电网(20)，其中变压器单元(21)被设置成在第一次级侧(24.1)提供具有第一电压幅度的第一交流电压并且在第二次级侧(24.2)提供具有第二电压幅度的第二交流电压，其中第二电压幅度的值超过第一电压幅度的对应值。包括以下方法步骤：i)如果在DC负载(30)的输入端(32)处的输入电压U

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】向DC负载供电的方法、能量转换系统和电解系统
[0001]专利技术的

[0002]本专利技术涉及借助于包括变压器单元和两个整流器的能量转换系统从交流电压(AC)电网向DC负载供电的方法。本专利技术还涉及包括两个整流器的能量转换系统，该能量转换系统被设计成从AC电网向DC负载供电，以及具有这种能量转换系统和作为DC负载的电解装置的电解系统。
现有技术
[0003]原则上已知的是，通过多个能源和/或多个能量转换单元并联地向具有高电耗的DC负载供电。例如，额定功率在一位数到两位数MW范围内的电解装置可以分别通过多个整流器由交流电压(AC)电网供电。在此，通过电解装置的输入电压的电平来控制电解产物的生产率，从而控制电解装置的功耗，其中功耗通常随着输入电压的升高而增加。
[0004]传统电解装置的输入电压具有特定于设备的工作范围，该范围向下受到最小输入电压U
min
的限制，以及向上受到最大输入电压U
max
的限制。输入电压U
min
的最小值基于如下事实，即在相关电解装置中，仅在输入电压高于U
min
时才会发生电解反应。输入电压U
max
的最大值表征电解装置的最大允许功率，并且不应超过该最大值，至少不应长期超过该最大值。原则上允许在输入电压的由U
min
和U
max
限定的工作范围内的任何值。在此，期望可以在整个特定于设备的工作范围内尽可能无级地(stufenlos)调节电解过程。在此，必须考虑到新状态下的电解装置的初始工作范围可能会在其运行时间内(例如，由于退化过程)发生转变。具体地，例如，初始工作范围总体上可能向更大的输入电压移动。此外，人们希望电解过程相对于所使用的电能具有尽可能高的效率。由此得出，应在电解装置的整个工作范围内以尽可能低的转换损耗设置相应的输入电压。当然，电解方法的运行以及能量转换系统本身应尽可能地成本低廉。
[0005]特别地，这里所讨论的单级整流器可以是有源可控的单级整流器，其具有包括晶体管和续流二极管的桥式电路。在整流器中存在这种桥式电路的情况下，在整流器中存在的桥式电路的输出端处的续流二极管两端的DC电压U
DC
具有下限。具体地，分配给整流器的AC/DC转换器的输出端处的DC电压U
DC
不得低于特定的最小值。在此，最小值取决于AC/DC转换器的输入端处的交流电压的幅度然而另一方面，在AC/DC转换器的输出侧处的DC电压U
DC
总是可以相对于最小值增加，例如通过AC/DC转换器的半导体开关的适当时钟。然而，当DC电压U
DC
增加时，必须考虑到随着输出侧产生的DC电压U
DC
相对于输入侧的交流电压的幅度的比的增加，发生的转换损耗也会增加。
[0006]如果现在两个单级整流器在输入侧通过共同的变压器与AC电网连接，并且在输出侧彼此并联地与DC负载的输入端连接，则变压器一方面被设计成，使在AC/DC转换器的输出侧产生的DC电压U
DC
的最小值不超过电解装置的最小输入电压U
min
，否则会产生无法通过单级整流器进行调节的DC负载的输入电压范围。当整流器与DC负载连接时，可能会导致高的接通电流(Einschaltstrom)。如果整流器要与DC负载分离，也会出现问题，因为只有在大电流下才会需要分离，这会导致增加对整流器和DC负载之间的分离单元的需求。但是，如果分
配给整流器的AC/DC转换器的输出端处的DC电压U
DC
的最小值小于或等于DC负载的最小输入电压U
min
，则在电解装置的运行过程中会出现不可忽视的转换损耗，特别是在功耗比较大，即消耗较大且因此DC负载的输入电压较大的情况下，这种转换损耗会发挥作用。此外，这些转换损耗(例如，由于退化过程)会随着电解装置的使用寿命而增加。
[0007]从文献GB 778,989 A已知一种具有多个电解单元的电解系统，每个电解单元通过自身的多相整流器从变压器的多组次级绕组的单独一组次级绕组供电。该变压器还具有星形连接和三角形连接的初级绕组组。可以是三相组或四相组的次级绕组相对于彼此有相移。
[0008]文献DE 10 2014 014091 A1公开了一种用于操作电解装置的方法，其中通过借助于整流器整流的，特别是三相的交流电压为电解装置供电。在此，施加到电解装置的电压借助于至少部分地与整流器去耦的电压控制器来设置。
[0009]文献GB 2 238 635 B公开了一种电流源，该电流源被设计成提供恒定的DC输出电压，其中该电流源以AC输入电压供电，该AC输入电压在交流电压输入范围内。电流源包括变压器，该变压器提供不同电压的多个输出，这些不同电压分别与输入电压成比例。每个输出都经过整流并以串联电路的形式与没有电容平滑的电压调节器连接。每个电压调节器的输出端与输出恒定直流电压的共同输出端连接。
[0010]文献EP 2228894 A1描述了一种整流器，该整流器包括用于从多相系统的多个相电压提供经整流的中间电压的整流器电路和用于从中间电压生成预定输出电压的直流电压转换器电路。在此，直流电压转换器电路被设计成根据开关状态提供三种不同的转换器电压，并根据时钟操作通过顺序选择三个转换器电压中的至少两个来输出输出电压。
[0011]文献EP 3379679 A1公开了一种用于电网馈电(Netzeinspeisung)和电网反向馈电(Netzr
ü
ckspeisung)的能源供应系统，具有电压转换装置、有源可反向馈电的整流器和换向整流器。电压转换装置与交流电压电网以及有源可反向馈电的整流器和/或换向整流器电连接。在此，有源可反向馈电的整流器在输入侧与交流电压电网电连接，使得在运行期间存在第一交流电压，而换向整流器在输入侧与交流电压电网电连接，使得在运行期间会存在第二交流电压。在输出侧，有源可反向馈电的整流器和换向整流器分别与直流电压电网电连接。电压转换装置被设计成在运行期间第一交流电压小于第二交流电压。
[0012]专利技术任务
[0013]本专利技术的任务在于说明借助于能量转换系统向DC负载供电的方法，该能量转换系统在输入侧连接到AC电网，并且具有至少两个整流器，特别是单级整流器，其中DC负载的消耗可以通过在DC负载处的输入电压在分配给DC负载的输入电压的整个工作范围内进行无级调节。在此，一方面，应避免输入电压无法达到的电压范围，但同时也应以尽可能高的效率(即，能量转换系统的转换损耗尽可能低)实现DC负载的高消耗。本专利技术的另一任务在于展示适用于实施该方法的能量转换系统，以及具有这种能量转换系统的电解系统。
[0014]解决方案
[0015]根据本专利技术，展示开篇所述类型的方法的任务通过独立权利要求1的特征得以解决。根据本专利技术，展示用于执行根据本专利技术的方法的能量转换系统的任务通过独立权利要求9的特征得以解决。展示具有这种能量转换系统的电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种借助于能量转换系统(1)向DC负载(30)供电的方法，所述能量转换系统(1)包括第一整流器(2.1)、第二整流器(2.2)和变压器单元(21)，其中，每个整流器(2.1、2.2)各包含AC/DC转换器(10)，并通过所述变压器单元(21)的单独的次级侧(24.1、24.2)连接到共用的交流电压(AC)电网(20)，其中，所述变压器单元(21)被设置成在第一次级侧(24.1)提供具有第一电压幅度的第一交流电压并且在第二次级侧(24.2)提供具有第二电压幅度的第二交流电压，其中所述第二电压幅度的值超过所述第一电压幅度的对应值，所述方法包括以下方法步骤：i)如果在所述DC负载(30)的输入端(32)处的输入电压U
DC,Last
下降到低于电压阈值U
TH
：以非0的第一功率流P1运行所述第一整流器(2.1)以向所述DC负载(30)供电，其中通过所述第二整流器(2.2)的第二功率流P2被抑制(P2＝0)，以及ii)如果在所述DC负载(30)的输入端(32)处的所述输入电压U
DC,Last
达到或超过所述电压阈值U
TH
：以非0的第二功率流P2运行所述第二整流器(2.2)以向所述DC负载(30)供电。2.根据权利要求1所述的方法，其中，由所述变压器单元(21)的第二次级侧(24.2)和所述第二整流器(2.2)的AC/DC转换器(10)之间的打开的AC分离单元(6)和/或由所述第二整流器(2.2)的AC/DC转换器(12)和所述DC负载(30)的输入端(32)之间的DC分离单元(12)抑制通过所述第二整流器(2.2)的所述第二功率流P2。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述方法用作通过所述能量转换系统(1)向所述DC负载(30)供电的启动过程的一部分，其中在所述启动过程的初始状态下，对所述第一功率流P1和所述第二功率流P2均进行抑制。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法用作在借助于所述能量转换系统(1)向所述DC负载(30)供电期间的关断过程的一部分，其中在所述关断过程的最终状态下，所述第一功率流P1以及所述第二功率流P2均被抑制。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述方法中，按顺序执行所述方法步骤i、ii，使得所述方法步骤ii)跟随所述方法步骤i)。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述方法中，按顺序执行所述方法步骤i、ii，使得所述方法步骤i)跟随所述方法步骤ii)。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述方法步骤ii)中，为了向所述DC负载(30)供电，根据P1/P2的所述第一功率流P1与所述第二功率流P2的比被最小化，并且必要时为0。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大，
申请(专利权)人：艾思玛太阳能技术股份公司，
类型：发明
国别省市：