[發明專利]向DC負載供電的方法、能量轉換系統和電解系統

在審

• 申請號: 202080095586.8
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN115053445A
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 亞歷山大·昂魯;M·卡拉圖徹維利;拉爾夫·朱切姆
• 申請（專利權）人: 艾思瑪太陽能技術股份公司
• 主分類號: H02M7/04
• 分類號: H02M7/04
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 周曉棠;楊明釗

本申請描述了一種借助于能量轉換系統(1)為DC負載(30)供電的方法，該能量轉換系統具有第一整流器(2.1)、第二整流器(2.2)和變壓器單元(21)，其中每個整流器(2.1、2.2)各包含AC/DC轉換器(10)，并且通過變壓器單元(21)的單獨的次級側(24.1、24.2)連接到共用的交流電壓(AC)電網(20)，其中變壓器單元(21)被設置成在第一次級側(24.1)提供具有第一電壓幅度的第一交流電壓并且在第二次級側(24.2)提供具有第二電壓幅度的第二交流電壓，其中第二電壓幅度的值超過第一電壓幅度的對應值。包括以下方法步驟：i)如果在DC負載(30)的輸入端(32)處的輸入電壓U_DC,Last下降到低于電壓閾值U_TH：以非0的第一功率流P₁運行第一整流器(2.1)以向DC負載(30)供電，其中通過第二整流器(2.2)的第二功率流P₂被抑制(P₂＝0)，以及ii)如果在DC負載(30)的輸入端(32)處的輸入電壓U_DC,Last達到或超過電壓閾值U_TH：以非0的第二功率流P₂運行第二整流器(2.2)以向DC負載供電。本申請還公開了一種用于實施該方法的能量轉換系統和一種電解系統。

發明的技術領域

本發明涉及借助于包括變壓器單元和兩個整流器的能量轉換系統從交流電壓(AC)電網向DC負載供電的方法。本發明還涉及包括兩個整流器的能量轉換系統，該能量轉換系統被設計成從AC電網向DC負載供電，以及具有這種能量轉換系統和作為DC負載的電解裝置的電解系統。

現有技術

原則上已知的是，通過多個能源和/或多個能量轉換單元并聯地向具有高電耗的DC負載供電。例如，額定功率在一位數到兩位數MW范圍內的電解裝置可以分別通過多個整流器由交流電壓(AC)電網供電。在此，通過電解裝置的輸入電壓的電平來控制電解產物的生產率，從而控制電解裝置的功耗，其中功耗通常隨著輸入電壓的升高而增加。

傳統電解裝置的輸入電壓具有特定于設備的工作范圍，該范圍向下受到最小輸入電壓U_min的限制，以及向上受到最大輸入電壓U_max的限制。輸入電壓U_min的最小值基于如下事實，即在相關電解裝置中，僅在輸入電壓高于U_min時才會發生電解反應。輸入電壓U_max的最大值表征電解裝置的最大允許功率，并且不應超過該最大值，至少不應長期超過該最大值。原則上允許在輸入電壓的由U_min和U_max限定的工作范圍內的任何值。在此，期望可以在整個特定于設備的工作范圍內盡可能無級地(stufenlos)調節電解過程。在此，必須考慮到新狀態下的電解裝置的初始工作范圍可能會在其運行時間內(例如，由于退化過程)發生轉變。具體地，例如，初始工作范圍總體上可能向更大的輸入電壓移動。此外，人們希望電解過程相對于所使用的電能具有盡可能高的效率。由此得出，應在電解裝置的整個工作范圍內以盡可能低的轉換損耗設置相應的輸入電壓。當然，電解方法的運行以及能量轉換系統本身應盡可能地成本低廉。

特別地，這里所討論的單級整流器可以是有源可控的單級整流器，其具有包括晶體管和續流二極管的橋式電路。在整流器中存在這種橋式電路的情況下，在整流器中存在的橋式電路的輸出端處的續流二極管兩端的DC電壓U_DC具有下限。具體地，分配給整流器的AC/DC轉換器的輸出端處的DC電壓U_DC不得低于特定的最小值。在此，最小值取決于AC/DC轉換器的輸入端處的交流電壓的幅度然而另一方面，在AC/DC轉換器的輸出側處的DC電壓U_DC總是可以相對于最小值增加，例如通過AC/DC轉換器的半導體開關的適當時鐘。然而，當DC電壓U_DC增加時，必須考慮到隨著輸出側產生的DC電壓U_DC相對于輸入側的交流電壓的幅度的比的增加，發生的轉換損耗也會增加。