[發明專利]由直流中間回路連接的變流器組件的變流器系統及操作該系統的方法

無效

• 申請號: 01142758.2
• 申請日: 2001-10-06
• 公開（公告）號: CN1354541A
• 公開（公告）日: 2002-06-19
• 發明（設計）人: J·施泰因克
• 申請（專利權）人: ABB工業有限公司
• 主分類號: H02J1/00
• 分類號: H02J1/00;H02J1/06;H02J1/08;H02M7/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 鄭立柱,傅康

技術領域

本發明涉及功率電子學領域。它尤其涉及如權利要求1前序部分中所述的變流器系統，及用于操作該系統的方法。

背景技術

當在工業系統中使用具有相同中間回路電壓等級的多個電壓中間回路變流器時，該系統可有利地形成具有耦合電壓中間回路的系統，被稱為共用DC母線系統，而不同于使用各基于一個電源系統變流器、一個電壓中間回路及一個負載變流器的獨立變流器的系統。該共用DC母線系統包括電源系統變流器組件(使用二極管的無源式及使用可控半導體開關的有源式)，一個或多個中間回路組件及負載變流器組件(例如電動機饋電，發電機饋電等)。

該系統的優點譬如在于：功率可被在負載組件之間自由交換，而沒有任何必要使用雙向電源系統變流器組件；使用共用的輔助裝置(用于中間回路的充電裝置，過電壓限制器，制動控制器等)；及能夠使用相對大的、低成本的組件作為電源系統變流器。例如，如果具有5個負載組件，每個向其負載饋給100kW的功率，單個500kW的電源系統變流器組件可對該系統供電。這不僅節省變流器成本，而且也可能節省變壓器成本。

但是，這樣一種系統也具有其缺點，需要采取適當措施來對付。該系統的一個重要問題是，當其中一個變流器故障時系統的保護。如果所有的組件未采取任何進一步措施地與共用中間回路連接，單個組件中的短路將導致共用中間回路的短路，及由此導致整個系統的故障。此外，在中間電路內的能量高于單個變流器中的能量，這可能導致故障組件中的損壞，該損壞被認為比單個組件中原有的損壞程度大得多。

對于該問題的一個通常的解決方案是將單個變流器組件經過一個保護電路連接到共用中間回路。這限制了導入故障組件中能量的破壞程度及將該組件與系統其它部分隔開，以使得系統其余部分的工作仍可繼續。但是，該解決方案具有大的缺點：首先，該保護裝置的動作很慢，以致干擾了其它組件的工作。

通常，在此情況下不可能避免工作的短暫中斷。其次，該保護裝置被損壞及必需更換。這增加了修理時間，產生了附加的修理成本及增加了備件庫存成本。

發明描述

因此本發明的目的是，提供一種變流器系統，其中故障變流器組件可選擇地與共用中間回路隔離，其中連接在中間回路上的其它組件可不中斷地繼續工作，及其中隔離裝置不會被損壞，及規定了一種用于其操作的方法。

該目的通過權利要求1及9的全部特征來解決。

本發明的實質可描述為兩個步驟：

第一步驟：

對每個變流器組件分配了所需DC中間回路的一個合理部分(“分布式中間回路)。在此情況下，分配一般基于兩個原則：分配給一個變流器組件的電容器(”局部中間回路“)應至少足夠大，以致能承受由該組件導入中間電路的交變電流；分配給一個變流器組件的電容器中存儲的能量必須不超過一個值，在該值時如果電容器向故障組件放電將引起不可接受的損壞。

除局部中間回路中的電容器外，在中間回路中無其它的DC電壓電容器所具有的電容量與局部設置的電容器的電容量有相同的等級。

第二步驟：

具有局部中間電路的變流器組件通過至少一個保護開關(半導體開關)連接到DC電壓母線條上。在該情況下，保護開關這樣地布置，以致它們可中斷從正DC電壓母線條到局部中間回路正極的連接和/或可中斷從局部中間回路負極到負DC電壓母線條12的連接。

根據本發明第一優選改進方式，至少一個變流器組件是僅從AC電壓端子將功率轉移到DC電壓中間回路的變流器組件，及用于該變流器組件的保護開關是半導體二極管。這允許電路的復雜性相應地降低。

根據本發明第二優選改進方式，至少一個變流器組件是從DC電壓中間回路將功率轉移到AC電壓端子的變流器組件，及該變流器組件中的保護開關是可控功率半導體開關。

如果至少一個變流器組件是多點式變流器組件，相關的局部中間回路具有電容器的串聯電路，它們的連接點形成相應的中間點。原則上，多點式變流器組件也僅需要通過正的及負的DC電壓母線條連接到系統上，因為中間節點形成在局部上。與具有集中設置的電容器單元的系統相比，這大大地減小了DC電壓母線條的復雜性。此外，由此可以在系統中同時地操作具有不同點數的變流器組件(例如三點式變流器及四點式變流器)。