[發明專利]用來保護功率轉換器布置的方法和具有保護裝置的功率轉換器

有效

• 申請號: 201710056185.1
• 申請日: 2017-01-25
• 公開（公告）號: CN107017763B
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: D.巴西奇;K.A.羅森哈根
• 申請（專利權）人: 通用電氣能源能量變換技術有限公司
• 主分類號: H02M1/32
• 分類號: H02M1/32;H02H7/122
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 鄭浩;姜甜

公開一種用來保護具有功率轉換器的功率轉換器布置的方法，功率轉換器具有連接到DC中間電路的DC側、AC側和能夠在高頻率可控切換以將DC中間電路的DC電壓轉化成AC電壓的可控開關。提供了一種能夠被激活和停用的保護裝置，其用來通過將具有制動電阻器(R_{b ext})的外部晶閘管整流器橋連接到功率轉換器的AC側來保護功率轉換器免于過載。如果檢測到(51)預確定的錯誤情況，則觸發外部晶閘管來接通以激活保護裝置(52)。如果檢測到預確定的錯誤情況已消失(53)，則通過結束晶閘管的觸發，并且主動控制功率轉換器開關產生適合的極性和幅度的電壓脈沖序列，以充當應用到保護裝置以便強制電流從保護裝置換向到功率轉換器的晶閘管關斷序列來關斷(54)外部晶閘管以停用保護裝置。也公開了一種具有針對過載以保護的裝置的功率轉換器布置。

技術領域

本發明涉及用來保護功率轉換器布置的方法和具有保護裝置的功率轉換器布置，具體而言，涉及用來停用用于功率轉換器布置的基于晶閘管的保護裝置的方法和裝置。

背景技術

功率轉換器布置在尤其用于發電機和馬達驅動的許多應用中使用。功率轉換器布置通常包括其直流(DC)側連接到DC中間電路的功率轉換器，DC中間電路的交流(AC)側與諸如例如旋轉電機或變壓器的AC電壓電網和/或電氣負載連接，并且功率轉換器具有能夠在高頻率可控切換以將DC中間電路的DC電壓轉換成多相AC電壓以向AC側饋送的可控切換元件。控制器以適合應用的方式控制功率轉換器的操作。

諸如例如雙饋感應電機(DFIM)的高功率可變速率異步機頻繁地從轉子側受到控制以降低電子功率轉換器的額定功率。功率轉換器通常用來間接通過轉子電流的控制來控制異步機的定子的有功功率和無功功率。與在定子側具有AC/DC/AC轉換器的所謂全功率轉換系統相比，此類系統具有大的優勢，因為僅機器的轉差功率必須通過功率轉換器來操控。因此，取決于轉子速度范圍，對于僅機器的一部分額定功率，通常不到25％的額定功率,轉子側功率轉換器能夠被定尺寸。在例如由轉子電壓中強擾動造成的瞬變情況中，比如例如，如果存在線路電壓中的電壓突降、短路及諸如此類，與在給定轉子轉差率引起的正常轉子電壓相比，轉子中引起的電壓能夠達到極高值。相應地，轉子側功率轉換器能夠暴露于極高浪涌轉子電流瞬變，該瞬變能夠大幅超過功率轉換器開關的穩態值和標稱負載容量。如果DC母線電壓或轉子電流超過某些安全限制，則必須阻止功率轉換器開關的切換，并且必須激活過電壓保護，所謂的短路器。保護短路器有效地使轉子端子短路，使得功率轉換器中的電流能夠快速地降為零。保護短路器頻繁使用三相晶閘管橋、具有反并聯晶閘管或二極管的開關或在DC側上的三相二極管橋和單晶閘管構建。萬一過電壓保護被開啟，則它通常保持激活，直至轉子與電網分離。

為滿足今天的電網連接要求，有必要盡可能快地恢復正常功率轉換器操作。用于實現此操作的一個選擇是要暫時中斷正常功率轉換器切換如果高瞬變電流超過預確定的限制的話,并且允許轉子電流繼續流過續流二極管，并且為在DC母線上的中間電路電容器充電。然后通過將來自中間電路的過多能量耗散到在其中將能量變換成熱的制動電阻器的制動斬波器，能夠控制功率轉換器的DC中間電路電壓。這能夠阻止中間電路電壓上升到不允許值，并且損毀電路的中間電路電容器或其它組件。因此，附加電阻器被有效地插入到轉子電路中，這產生了各種優勢，比如例如轉子瞬變電流的降低、轉子的改進功率因數(增大的扭矩產生)及轉子瞬變電流的非周期性分量的更快衰退(更小的轉子時間常數)。一旦轉子浪涌電流被降低，則關斷制動斬波器，并且能夠恢復功率轉換器的正常切換。這允許在瞬變事件后以極小延遲恢復轉子電流控制。

此解決方案的主要缺點是功率轉換器的續流二極管和制動斬波器必須大幅高估以處理瞬變轉子浪涌電流。續流二極管和制動斬波器必須頻繁并聯以提供必需的浪涌電流額定。不要求增大功率轉換器的浪涌電流額定的備選解決方案涉及在與功率轉換器的并聯中添加配有制動斬波器和電阻器的附加二極管橋。一旦功率轉換器的電流或DC總線電壓超過其限制，外部制動斬波器便能夠被激活以吸收部分的轉子電流，緩解功率轉換器。在功能上，在功率轉換器內或外提供的制動斬波器之間不存在本質差別。