用于操作變換器電路的方法
【專利摘要】說明了用于操作變換器電路(1)的方法，在所述方法中，所述變換器電路(1)的整流器單元(2)的可操控功率半導(dǎo)體開關(guān)借助于整流器開關(guān)信號(SG)來操控并且所述變換器電路（1）的所述逆變器單元（4）的可操控功率半導(dǎo)體開關(guān)借助于逆變器開關(guān)信號(SW)來操控。為了減少變換器電路（1）在無負載狀態(tài)下的損耗，如果滿足所定義的變換器電路（1）的條件，則閉鎖所述整流器開關(guān)信號(SG)，以便關(guān)斷整流器單元（2）的可操控功率半導(dǎo)體開關(guān)。這些條件尤其包含直流電壓中間回路中的電壓以及由所連接電網(wǎng)所需的有效功率和/或無功功率。
【專利說明】用于操作變換器電路的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及功率電子器件領(lǐng)域。本發(fā)明基于根據(jù)獨立權(quán)利要求前序部分所述的、用于操作變換器電路的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]當今，在許多應(yīng)用中采用變換器電路。這種變換器電路例如具有整流器單元，第一交變電壓電網(wǎng)經(jīng)由電網(wǎng)側(cè)阻抗連接到所述整流器單元的交變電壓側(cè)上。電網(wǎng)側(cè)的阻抗能夠是電感或者變壓器。此外，該變換器電路包括電容性儲能回路，所述電容性儲能器回路與整流器單元的直流電壓側(cè)相連接。該整流器單元具有多個可操控和不可操控的功率半導(dǎo)體開關(guān)并且允許四象限操作。此外，該變換器電路具有逆變器單元，電容性儲能回路與所述逆變器單元的直流電壓側(cè)相連接并且負載側(cè)阻抗在所述逆變器單元的交變電壓側(cè)相連接，所述負載側(cè)阻抗能夠構(gòu)造為電感或者構(gòu)造為變壓器。該逆變器單元具有多個可操控以及不可操控的功率半導(dǎo)體開關(guān)并且允許四象限操作。通常而言，在負載側(cè)的阻抗上連接有第二交變電壓電網(wǎng)，通常有電負載與第二交變電壓電網(wǎng)相連接。
[0003]在操作變換器電路時，整流器單元的可操控功率半導(dǎo)體開關(guān)通過整流器開關(guān)信號來操控。逆變器單元的可操控功率半導(dǎo)體開關(guān)通過逆變器開關(guān)信號來操控。整流器開關(guān)信號以及逆變器開關(guān)信號在變換器操控單元中產(chǎn)生。如果有電負載與第二交變電壓電網(wǎng)相連接并且如果要從第一交變電壓電網(wǎng)給該電負載饋電，則該變換器操控單元根據(jù)給該電負載饋電的需要來生成整流器開關(guān)信號和逆變器開關(guān)信號。
[0004]如果在變換器電路操作期間未向電負載供應(yīng)電能，也就是說，沒有有效功率或者幾乎沒有有效功率輸出給電負載，則通常仍然由變換器操控單元按照開關(guān)序列來產(chǎn)生整流器開關(guān)信號，使得電容性儲能回路上的電壓保持在可預(yù)定值。此外，在變換器電路的該狀態(tài)下，該變換器操控單元按照開關(guān)序列來產(chǎn)生逆變器開關(guān)信號，使得饋入第二交變電壓電網(wǎng)所需要的無功功率。
[0005]在先前所述的無負載狀態(tài)下操作變換器電路時是有問題的，即，通過按照整流器開關(guān)信號來開關(guān)可操控功率半導(dǎo)體開關(guān)，在整流器單元中出現(xiàn)開關(guān)損耗并且因而還在電網(wǎng)側(cè)的阻抗中出現(xiàn)不能容忍的損耗。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因而，本發(fā)明的任務(wù)是說明用于操作變換器電路的方法，通過所述方法，在變換器電路未向電負載輸出有效功率或者幾乎未向電負載輸出有效功率的情況下，能夠減少變換器電路的損耗。該任務(wù)通過權(quán)利要求1的特征。在從屬權(quán)利要求中說明了本發(fā)明的有利改進方案。
[0007]在根據(jù)本發(fā)明、用于操作變換器電路的方法中，變換器電路包括整流器單元，所述整流器單元具有多個可操控的功率半導(dǎo)體開關(guān)以及不可操控的功率半導(dǎo)體開關(guān)，其中，第一交變電壓電網(wǎng)經(jīng)由電網(wǎng)側(cè)阻抗連接在整流器單元的交變電壓側(cè)上。該變換器電路還包括電容性儲能回路，所述電容性儲能回路與整流器單元的直流電壓側(cè)相連接，并且所述變換器電路還包括逆變器單元，所述逆變器單元具有多個可操控以及不可操控的功率半導(dǎo)體開關(guān)，其中，電容性儲能回路與逆變器單元的直流電壓側(cè)相連接并且第二交變電壓電網(wǎng)經(jīng)由負載側(cè)阻抗連接在逆變器單元的交變電壓側(cè)上。在方法方面，整流器單元的可操控功率半導(dǎo)體開關(guān)借助于整流器開關(guān)信號來操控。此外，逆變器單元的可操控功率半導(dǎo)體開關(guān)借助于逆變器開關(guān)信號來操控。按照本發(fā)明的方法的特征在于:
(a)連續(xù)確定電容性儲能回路上的電壓；
(b)連續(xù)確定逆變器單元的交變電壓側(cè)上的有效功率實際值；
(C)連續(xù)確定逆變器單元的交變電壓側(cè)上的無功功率實際值；并且如果
Cd)電容性儲能回路上的電壓位于可預(yù)定范圍內(nèi)，并且
Ce)逆變器單元的交變電壓側(cè)上的有效功率實際值位于可預(yù)定值以下和/或該無功功率實際值基本上等于可預(yù)定無功功率額定值，則閉鎖整流器開關(guān)信號，以便關(guān)斷整流器單元的可操控功率半導(dǎo)體開關(guān)。
[0008]由于在條件(d)和(e)得到滿足的情況下為了關(guān)斷整流器單元的可操控功率半導(dǎo)體開關(guān)而閉鎖整流器開關(guān)信號，所以不進行對整流器單元的可操控功率半導(dǎo)體開關(guān)的開關(guān)處理，由此能夠有利地減少或者甚至幾乎完全避免在變換器電路沒有向電負載輸出有效功率或者幾乎沒有向電負載輸出有效功率的情況下變換器電路的損耗。根據(jù)本發(fā)明、用于操作變換器電路的方法因而整體上實現(xiàn)起來極其簡單。
[0009]本發(fā)明的這些以及其他任務(wù)、優(yōu)點以及特征由下文結(jié)合附圖對本發(fā)明優(yōu)選實施方式的詳細描述得知。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1示出變換器電路的第一實施方式；
圖2示出變換器電路的第二實施方式；以及圖3示出變換器電路的負載側(cè)的等效電路圖。
[0011]在附圖中使用的附圖標記及其含義在附圖標記列表中綜合列出。基本上，在附圖中相同部件設(shè)有相同的附圖標記。所描述的實施方式是本發(fā)明主題的示例并且沒有限制效果O

【具體實施方式】
[0012]在圖1中示出變換器電路I的第一實施方式。圖2示出變換器電路I的第二實施方式。一般而言，該變換器電路包括整流器單元2，所述整流器單元2具有多個可操控以及不可操控的功率半導(dǎo)體開關(guān)，其中第一交變電壓電網(wǎng)5經(jīng)由電網(wǎng)側(cè)阻抗Zn連接到整流器單元2的交變電壓側(cè)上，例如如圖1所示。出于清楚性的原因電網(wǎng)側(cè)阻抗Zn未在圖2中示出。此外，一般而言，變換器電路I還包括電容性儲能回路3，其與整流器單元2的直流電壓側(cè)相連接。一般而言，電容性儲能回路3包括至少一個電容器。此外，變換器電路I還具有逆變器單元4，所述逆變器單元4具有多個可操控的功率半導(dǎo)體開關(guān)以及不可操控功率半導(dǎo)體開關(guān)，其中，電容性儲能回路3與逆變器單元4的直流電壓側(cè)相連接并且第二交變電壓電網(wǎng)6經(jīng)由負載側(cè)阻抗A連接到逆變器單元4的交變電壓側(cè)上，例如如圖1所示。出于清楚性原因，未在圖2中示出負載側(cè)阻抗
[0013]整流器單元2以及逆變器單元4的相應(yīng)可操控功率半導(dǎo)體開關(guān)能夠構(gòu)造為關(guān)斷晶閘管(GT0-柵極關(guān)斷晶閘管)或者構(gòu)造為具有換向控制電極的集成晶閘管(IGCT-集成柵極換流晶閘管)。然而也可設(shè)想，將先前提及的可操控功率半導(dǎo)體開關(guān)例如構(gòu)造為功率MOSFET或者構(gòu)造為具有絕緣設(shè)置的柵電極的雙極晶體管(IGBT)。此外，整流器單元2以及逆變器單元4的相應(yīng)不可操控功率半導(dǎo)體開關(guān)優(yōu)選構(gòu)造為二極管。有利的是，有不可操控功率半導(dǎo)體開關(guān)與每個可操控功率半導(dǎo)體開關(guān)反向并聯(lián)，使得構(gòu)成具有可控制單向電流引導(dǎo)方向的雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)。整流器單元2以及逆變器單元4于是能夠與這種雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)一起例如實現(xiàn)為橋式電路，其中，可設(shè)想本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的、用于實現(xiàn)整流器單元2以及逆變器單元4的任何連線。
[0014]在用于操作變換器電路的方法中，現(xiàn)在，整流器單元2的可操控功率半導(dǎo)體開關(guān)借助于整流器開關(guān)信號Se來操控，如在圖1和圖2中所表明的那樣。此外，逆變器單元4的可操控功率半導(dǎo)體開關(guān)借助于逆變器開關(guān)信號Sw來操控，同樣如圖1和圖2中所表明的那樣。在變換器操控單元中產(chǎn)生整流器開關(guān)信號Sg以及逆變器開關(guān)信號Sw，所述變換器操控單元出于清楚性原因在圖1和圖2中未示出。
[0015]按照根據(jù)本發(fā)明的用于操作變換器電路I的方法，現(xiàn)在，
Ca)連續(xù)確定電容性儲能回路3上的電壓Udc ；
(b)連續(xù)確定逆變器單元4的交變電壓側(cè)上的有效功率實際值Pist；
(c)連續(xù)確定逆變器單元4的交變電壓側(cè)上的無功功率實際值Qist。
[0016]如果(d)電容性儲能回路3上的電壓Udc位于可預(yù)定范圍內(nèi)，并且(e)逆變器單元4的交變電壓側(cè)上的有效功率實際值Pist位于可預(yù)定值以下和/或該無功功率實際值Qist基本上等于可預(yù)定無功功率額定值Qstjll,則閉鎖整流器開關(guān)信號SG，以便關(guān)斷整流器單元2的可操控功率半導(dǎo)體開關(guān)。
[0017]由于在條件(d)和(e)得到滿足的情況下為了關(guān)斷整流器單元2的可操控功率半導(dǎo)體開關(guān)而閉鎖整流器開關(guān)信號Se，所以不進行對整流器單元2的可操控功率半導(dǎo)體開關(guān)的開關(guān)處理，使得能夠有利地減少或者甚至幾乎完全避免在變換器電路I沒有向電負載輸出有效功率或者幾乎沒有向電負載輸出有效功率的情況下變換器電路I的損耗。為了能夠在變換器電路I的該狀態(tài)下從電容性儲能回路3中將第二交變電壓電網(wǎng)6所需要的無功功率饋入第二交變電壓電網(wǎng)6中，按照相應(yīng)的開關(guān)序列來產(chǎn)生逆變器開關(guān)信號Sw，其中，逆變器單元4的可操控功率半導(dǎo)體開關(guān)于是按照該逆變器開關(guān)信號3?來開關(guān)。該電容性儲能回路3在此通過整流器單元2的不可操控功率半導(dǎo)體開關(guān)從第一交變電壓電網(wǎng)5再充電。因此，在整流器單元2的可操控功率半導(dǎo)體開關(guān)的閉鎖狀態(tài)下有利的是，可以將第二交變電壓電網(wǎng)6所需要的無功功率從第一交變電壓電網(wǎng)5經(jīng)由電容性儲能回路饋入第二交變電壓電網(wǎng)6。
[0018]在圖3中示出變換器電路I的負載側(cè)的等效電路圖，其中完整地示出全部參量，并且是逆變器單元4的交變電壓側(cè)上的電壓，逛是負載側(cè)阻抗4上的電壓，是通過負載側(cè)阻抗&的電流并且迤是第二交變電壓電網(wǎng)6的電壓。因此，由圖3得出下列關(guān)系。
Ms=IrrZiΠ1 y μ—Μι,+Μ.c+?[2]
[0019]其中，優(yōu)選測量_并且是丨I?Udc (電容性儲能回路3上的電壓)。此外，電容性儲能回路3上的電壓Udc優(yōu)選通過測量來確定。
[0020]得到交變電壓側(cè)上的有效功率實際值Pist
Pi:a=Re{U￡-1&*}{3]
并且然后得到交變電壓側(cè)上的無功功率實際值Qist
QSi=lm{uQ-1a*}14]
借助于公式[3]和[4]，能夠通過計算來確定有效功率實際值Pist和無功功率實際值QistO對有效功率實際值Pist和無功功率實際值Qist的計算有利地在變換器操控單元中進行，其中計算所需的參量輸送給變換器操控單元。
[0021]證明為有利的是，如果滿足條件(d)和(e)，則先前提及的對整流器開關(guān)信號Sg的閉鎖在能設(shè)定的持續(xù)時間之后進行。該能設(shè)定的持續(xù)時間有利地避免了在滿足條件(d)和(e)時立即進行先前提及的對整流器開關(guān)信號Se的閉鎖。由此在條件(d)和(e)隨著時間快速改變的情況下，對整流器開關(guān)信號Sg的閉鎖變得不敏感。
[0022]此外，可設(shè)想，如果除了條件(d)和(e)之外，可預(yù)定有效功率額定值Pstjll還位于可預(yù)定值以下時，閉鎖整流器開關(guān)信號Se，以便關(guān)斷整流器單元2的可操控功率半導(dǎo)體開關(guān)。此外還可設(shè)想，如果除了條件(d)和(e)之外，無功功率實際值Qist還位于可預(yù)定值以下時，則閉鎖整流器開關(guān)信號Se,以便關(guān)斷整流器單元2的可操控功率半導(dǎo)體開關(guān)。
[0023]整體而言，根據(jù)本發(fā)明、用于操作變換器電路的方法實現(xiàn)起來非常簡單，并且因而注定用于具有變換器電路的新設(shè)備和應(yīng)用，而且注定用于改裝已經(jīng)存在的變換器電路。
[0024]參考標記列表 I變換器電路
2整流器單元 3電容性儲能回路 4逆變器單元 5第一交變電壓電網(wǎng) 6第二交變電壓電網(wǎng) Zn電網(wǎng)側(cè)阻抗 Zl負載側(cè)阻抗 Sg整流器開關(guān)信號 Sff逆變器開關(guān)信號。
【權(quán)利要求】
1.一種用于操作變換器電路(I)的方法，在所述方法中，所述變換器電路(I)包括 整流器單元(2)，所述整流器單元(2)具有多個可操控的功率半導(dǎo)體開關(guān)以及不可操控功率半導(dǎo)體開關(guān)，其中，第一交變電壓電網(wǎng)(5)經(jīng)由電網(wǎng)側(cè)阻抗(Zn)連接在所述整流器單元(2)的交變電壓側(cè)上； 電容性儲能回路(3)，所述電容性儲能回路(3)與所述整流器單元(2)的直流電壓側(cè)相連接； 逆變器單元(4)，所述逆變器單元(4)具有多個可操控以及不可操控的功率半導(dǎo)體開關(guān)，其中，所述電容性儲能回路(3)與所述逆變器單元(4)的直流電壓側(cè)相連接并且第二交變電壓電網(wǎng)(6)經(jīng)由負載側(cè)阻抗(Z)連接在所述逆變器單元⑷的交變電壓側(cè)上，其中，所述整流器單元(2)的可操控功率半導(dǎo)體開關(guān)借助于整流器開關(guān)信號(Se)來操控并且所述逆變器單元(4)的可操控功率半導(dǎo)體開關(guān)借助于逆變器開關(guān)信號(Sw)來操控，其特征在于: (a)連續(xù)確定所述電容性儲能回路(3)上的電壓(Udc)； (b)連續(xù)確定所述逆變器單元(4)的交變電壓側(cè)上的有效功率實際值(Pist)； (c)連續(xù)確定所述逆變器單元(4)的交變電壓側(cè)上的無功功率實際值(Qist);并且 如果 (d)所述電容性儲能回路(3)上的電壓(Udc)位于可預(yù)定范圍內(nèi)，并且 (e)所述逆變器單元(4)的交變電壓側(cè)上的有效功率實際值(Pist)位于可預(yù)定值以下和/或所述無功功率實際值(Qist)基本上等于可預(yù)定無功功率額定值(Qstjll),則閉鎖所述整流器開關(guān)信號(Se)，以便關(guān)斷所述整流器單元(2)的可操控功率半導(dǎo)體開關(guān)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對所述整流器開關(guān)信號(Se)的閉鎖在能設(shè)定的持續(xù)時間之后進行。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，如果額外 Cf)可預(yù)定有效功率額定值(Pstjll)位于可預(yù)定值以下時，閉鎖所述整流器開關(guān)信號(Sg),以便關(guān)斷所述整流器單元(2)的可操控功率半導(dǎo)體開關(guān)。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項所述的方法，其特征在于，如果額外(g)所述無功功率實際值(Qist)位于可預(yù)定值以下時，則閉鎖所述整流器開關(guān)信號(Se),以便關(guān)斷所述整流器單元(2)的可操控功率半導(dǎo)體開關(guān)。
【文檔編號】H02M5/458GK104170233SQ201280071931
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2012年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月28日
【發(fā)明者】P.邁巴奇, T.沙亞德, M.維爾洛米特澤 申請人:Abb 技術(shù)有限公司