用於運行變換器電路的方法

2023-11-09 07:40:02 2

專利名稱：用於運行變換器電路的方法
技術領域：
本發明涉及功率電子學領域。本發明基於根據獨立權利要求的前序部分所述的、 用於運行變換器電路的方法。
背景技術：
如今，傳統的變換器電路包括帶有多個可控制的功率半導體開關的變換器單元， 所述功率半導體開關以已知的方式連接，用以切換至少兩個開關電壓電平。典型地，此類變換器電路與例如構成為單相或三相的電氣交變電壓電網相連。此類變換器電路通常應用在工業設備中，其中所述變換器電路的變換器單元的交變電壓側典型地通過變壓器與電網耦合併且其中當然可考慮另外的使用領域和應用可能性、例如風力設備。在圖1中示例性地示出根據現有技術的此類變換器電路。在將變壓器連接到交變電壓電網的情況下所述變壓器會飽和。在電網故障之後電壓恢復的情況下此類飽和也會發生。飽和的程度取決於在電網故障期間的電壓時間積分， 也就是主要由交變電壓電網給出。典型地，變壓器的磁通在此類故障之後或在將變壓器連接到交變電壓電網的情況下具有明顯的直流分量，直流分量則導致飽和。然而，變壓器的飽和是非常不希望有的。在圖2中示例性地示出了根據圖1的變換器電路的變壓器的繞組群的磁通的這類典型的時間曲線。在US6577111B1中給出一種用於運行變換器電路的這種方法，該方法能夠對變換器電路的變壓器的不希望有的飽和進行補償，然而不能使磁通回到變壓器的磁通的標稱值的量值以下。

發明內容
因此，本發明的任務是給出一種用於運行變換器電路的方法，藉助於所述方法變換器電路的變壓器的不希望有的飽和能夠在短時間內得到補償。該任務通過權利要求1所述的特徵得到解決。在從屬權利要求中給出本發明的有利的改進方案。該變換器電路包括帶有多個可控制的功率半導體開關的變換器單元並具有變壓器，其中所述變壓器具有至少一個帶有初級繞組和次級繞組的繞組群(Wicklimgssatz)並且所述變換器單元在交變電壓側與相應繞組群的初級繞組相連。按照本發明的、用於運行此類變換器電路的方法包括以下步驟a)根據閾值監視每個繞組群的磁通的量值(Betrag)，其中所述磁通的極性被測定，b)如果穿過相應繞組群的磁通的量值超過閾值並且穿過相應繞組群的磁通的極性是正的，那麼通過變換器單元將可調節的負的直流電壓施加到相應繞組群的初級繞組上，c)如果穿過相應繞組群的磁通的量值超過閾值並且穿過相應繞組群的磁通的極性是負的，那麼通過變換器單元將可調節的正的直流電壓施加到相應繞組群的初級繞組上，d)重複步驟a)至C)直到穿過相應繞組群的磁通的量值低於閾值，e)在穿過相應繞組群的磁通的量值低於閾值之後並且如果穿過相應繞組群的磁通的極性是正的，那麼通過所述變換器單元將可調節的負的直流電壓施加到相應繞組群的初級繞組上，直到所施加的負的直流電壓相關的電壓-時間積分小於或等於預給定的負的磁通值，以及f)在穿過相應繞組群的磁通的量值低於閾值之後並且如果穿過相應繞組群的磁通的極性是負的，那麼通過所述變換器單元將可調節的正的直流電壓施加到相應繞組群的初級繞組上，直到所施加的正的直流電壓相關的電壓-時間積分大於或等於預給定的正的磁通值。該閾值是被超過時所述變壓器開始飽和的值。前述步驟a)至d)有利地引起在變壓器的相應繞組群飽和的情況下以簡單且快速的方式通過利用變換器單元施加正的或者負的直流電壓對所述飽和進行補償，也就是穿過相應繞組群的磁通被帶出飽和範圍。如果不再存在變壓器的相應繞組群的飽和，也就是說在穿過相應繞組群的磁通的量值低於閾值之後，那麼通過步驟e)至f)有利地實現相應繞組群的磁通能夠例如再次被帶到變壓器的磁通的標稱值的量值以下，其中所述磁通的標稱值的量值例如是減少了該磁通值的閾值。 由此本發明的方法以特別簡單的方式總體實現如下所期望的效果補償了所出現的變壓器的飽和以及使穿過相應繞組群的磁通回到磁通的標稱值的量值以下。從以下結合附圖對本發明的優選實施例的詳細說明中，本發明的這些以及進一步的任務、優點和特徵將會變得明顯。


圖1示出了根據現有技術的變換器電路；圖2示出了根據圖1的變換器電路的變壓器的繞組群的磁通的典型的時間曲線；圖3示出了根據按照本發明的方法的變換器電路的變壓器的繞組群的磁通的時間曲線；圖4示出了變壓器的常見的T型等效電路圖；圖5示出了變壓器的磁化電流-磁通特徵線。在附圖中使用的參考標記和其含義在參考標記列表中匯總列出。基本上，在圖中相同的部分標有相同的參考標記。所描述的實施方式對本發明主題是示例性的而不具有限制作用。
具體實施例方式如前所述，圖1示出了已知的、具有帶有多個可控制的功率半導體開關的變換器單元1以及此外還具有變壓器2的變換器電路，其中變壓器2 —般具有至少一個帶有初級繞組4和次級繞組5的繞組群3並且變換器單元1在交變電壓側與相應繞組群3的初級繞組4相連。在圖1中變壓器2例如實施成單相的並且因此僅具有唯一的繞組群3。現在，按照本發明的、用於運行變換器電路的方法具有以下步驟
a)根據閾值Ψ31監視每個繞組群3的磁通Ψ的量值，其中所述磁通Ψ的極性被測定，b)如果穿過相應繞組群3的磁通Ψ的量值超過閾值Ψ31並且穿過相應繞組群3 的磁通ψ的極性是正的，那麼通過變換器單元1將可調節的負的直流電壓u。。mp施加到相應繞組群的初級繞組4上，c)如果穿過相應繞組群3的磁通Ψ的量值超過閾值Ψ31並且穿過相應繞組群3 的磁通ψ的極性是負的，那麼通過變換器單元1將可調節的正的直流電壓u。。mp施加到相應繞組群3的初級繞組4上，d)重複步驟a)至C)直到穿過相應繞組群3的磁通Ψ的量值低於閾值Ψ3 ，e)在穿過相應繞組群3的磁通Ψ的量值低於閾值Ψ31之後並且穿過相應繞組群 3的磁通Ψ的極性是正的，那麼通過變換器單元1將可調節的負的直流電壓隊_施加到相應繞組群3的初級繞組4上，直到所施加的負的直流電壓Ucomp相關的電壓-時間積分小於或等於預給定的負的磁通值-δψ3，f)在穿過相應繞組群3的磁通Ψ的量值低於閾值Ψ31之後並且如果穿過相應繞組群3的磁通Ψ的極性是負的，那麼通過變換器單元1將可調節的正的直流電壓U。。mp施加到相應繞組群3的初級繞組4上，直到所施加的正的直流電壓Ucomp相關的電壓-時間積分大於或等於預給定的正的磁通值Δ Ψ3θ該閾值Ψ31表示被超過時變壓器2開始飽和的值。前述步驟a)至d)由此有利地引起在變壓器2的相應繞組群3飽和的情況下以簡單且快速的方式通過利用變換器單元 1施加正的或者負的直流電壓Ucomp對所述飽和進行補償，也就是穿過相應繞組群3的磁通 Ψ被帶出飽和範圍。如果不再存在變壓器2的相應繞組群3的飽和，也就是說在穿過相應繞組群3的磁通Ψ的量值低於閾值Ψ31之後，那麼通過步驟e)至f)有利地實現相應繞組群 3的磁通Ψ例如再次被帶到變壓器1的磁通Ψ的標稱值ΨΝ。ω的量值以下，其中所述磁通 Ψ的標稱值ΨΝ。ω的量值例如是減少了磁通值Δ Ψ3的閾值Ψ31，也就是Δ Ws = Ψ51-ΨΝοηι 是成立的。由此本發明的方法以特別簡單的方式總體實現所期望的如下效果補償了所出現的變壓器1的飽和以及使穿過相應繞組群3的磁通Ψ回到磁通ψ的標稱值ΨΝ。ω的量值以下。在步驟e)中所述的電壓-時間積分如下計算/ ucompdt,其中接著按照步驟e)通過變換器單元1將可調節的負的直流電壓Ucomp施加到相應繞組群3的初級繞組4上，直到所施加的負的直流電壓Ucomp相關的電壓-時間積分小於或等於預給定的負的磁通值-Δ Ψ3,也就是/ uc。mpdt 彡 _八屯3成立。此外，在步驟f)中所述的電壓-時間積分如下計算/ ucompdt,其中接著按照步驟f)通過變換器單元1將可調節的正的直流電壓Ucomp施加到相應繞組群3的初級繞組4上，直到所施加的正的直流電壓Ucomp相關的電壓-時間積分大於或等於預給定的正的磁通值ΔΨ3，也就是
/ Ucompdt ≥ ΔΨ3 成立。然而該變換器能夠讓飽和明顯更快地衰減，其方式是通過變換器將直流電壓施加到變壓器上，變壓器將磁通從飽和中帶回。在此，對於上述情況發生所用的時間起限制作用的是在此出現的直流電流。根據本發明的另一拓展方案的按照本發明的方法優選包括如下另外的步驟g)在步驟e)和f)期間根據閾值Ψ31監視每個繞組群3的磁通Ψ的量值，其中所述磁通Ψ的極性被測定，h)如果在步驟e)期間穿過相應繞組群3的磁通Ψ的量值超過閾值Ψ31並且穿過相應繞組群3的磁通Ψ的極性是正的，那麼中斷步驟e)並且繼續進行步驟b)和d)，隨後繼續進行步驟e)和f)，以及i)如果在步驟f)期間穿過相應繞組群3的磁通Ψ的量值超過閾值Ψ31並且穿過相應繞組群3的磁通Ψ的極性是負的，那麼中斷步驟f)並且繼續進行步驟c)和d)，隨後繼續進行步驟e)和f)。前述步驟h)結合步驟g)確保了如果在步驟e)期間在正的磁通Ψ情況下發生變壓器2的相應繞組群3的飽和，那麼所述飽和以簡單且快速的方式通過利用變換器單元1 施加負的直流電壓Ucomp而得到補償，也就是穿過相應繞組群3的磁通Ψ被帶出飽和範圍。 如果在前述步驟f)期間在負的磁通Ψ情況下發生變壓器2的相應繞組群3的飽和，那麼前述步驟i)結合步驟g)使通過利用變換器單元1施加正的直流電壓^。_進行補償能夠實現，也就是穿過相應繞組群3的磁通Ψ被帶出飽和範圍。優選根據閾值Ψ31監視磁通Ψ的量值以及藉助於根據差動電流閾值iDiffl對差動電流iDiff進行監視來測定磁通Ψ的極性，其中尤其是在考慮匝數比的情況下根據流經相應繞組群3的初級繞組4的電流I1以及根據流經相應繞組群3的次級繞組5的電流i 『 2來測定差動電流iDiff。對此，在圖4中示出了變壓器1的常見的T型等效電路圖，其示出了流經相應繞組群3的初級繞組4的電流I1、流經相應繞組群3的次級繞組5的電流i 『 2以及流經相應繞組群3的主電感Lhl的差動電流iDiff。該差動電流iDiff是變壓器的所屬繞組群3 的磁化電流。此外在圖5中示出了變壓器1的磁化電流-磁通特徵線，從所述磁化電流-磁通特徵線中可看見差動電流閾值iDiffl與閾值Ψ31的關係。為了根據差動電流閾值iDiffl監視差動電流iDiff，必須僅根據流經初級繞組4的電流I1和流經次級繞組5的電流i 『 2來測定差動電流iDiff，其中流經初級繞組4的電流I1和流經次級繞組5的電流i 『 2被測量。 接著能夠通過根據圖5的差動電流iDiff和磁通的關係根據差動電流閾值iDiffl來進行對差動電流iDiff的監視，所述差動電流閾值iDiffl與閾值Ψ31的關係如圖5所示。因為非常容易地通過流經初級繞組4的電流I1和流經次級繞組5的電流i 『 2測定所述差動電流iDiff，所以有利地可想到簡單地實施根據閾值對所述磁通Ψ的量值的監視和藉助於根據差動電流閾值iDiffl對差動電流iDiff的監視來對所述磁通Ψ的極性進行的測定。也可考慮的是，根據閾值Ψ31對所述磁通Ψ的量值進行監視和藉助於所述磁通Ψ 的模型對所述磁通Ψ的極性進行測定，在所述模型中根據相應繞組群3的初級繞組4上的電壓或根據相應繞組群3的次級繞組5的電壓測定磁通Ψ，其中一般Ψ = / uMagdt成立並且uMag —般則是變壓器1的磁化電壓。這能夠以對於專業人員已知的方式在考慮變壓器電阻和洩漏阻抗的情況下根據所測量的電壓和電流來計算。此外，對於監視可預先給定閾值Ψ31和磁通值Δ Ψ3，例如通過在圖5中示出的變壓器的磁化電流-磁通特徵線來預先給定閾值Ψ31和磁通值Δ Ψ3θ參考標記列表1變換器單元2變壓器3繞組群4初級繞組5次級繞組
權利要求
1.用於運行變換器電路的方法，其中所述變換器電路具有帶有多個可控制的功率半導體開關的變換器單元(1)並且具有變壓器O)，其中所述變壓器( 具有至少一個帶有初級繞組(4)和次級繞組( 的繞組群( 並且所述變換器單元(1)在交變電壓側與相應繞組群⑶的初級繞組⑷相連，其特徵在於，所述方法具有以下步驟a)根據閾值(Wsl)監視每個繞組群(3)的磁通(Ψ)的量值，其中所述磁通(Ψ)的極性被測定，b)如果穿過相應繞組群(3)的磁通(Ψ)的量值超過所述閾值(Ψ31)並且穿過相應繞組群⑶的磁通(Ψ)的極性是正的，那麼通過所述變換器單元⑴將可調節的負的直流電壓(U。。mp)施加到相應繞組群的初級繞組⑷上，c)如果穿過相應繞組群(3)的磁通(Ψ)的量值超過所述閾值(Ψ31)並且穿過相應繞組群⑶的磁通(Ψ)的極性是負的，那麼通過所述變換器單元⑴將可調節的正的直流電壓(U。。mp)施加到相應繞組群(3)的初級繞組⑷上，d)重複步驟a)至c)直到穿過相應繞組群(3)的磁通(Ψ)的量值低於所述閾值 (Ψ』，e)在穿過相應繞組群(3)的磁通(Ψ)的量值低於所述閾值(Ψ31)之後並且如果穿過相應繞組群⑶的磁通(Ψ)的極性是正的，那麼通過所述變換器單元⑴將可調節的負的直流電壓(U。。mp)施加到相應繞組群(3)的初級繞組⑷上，直到所施加的負的直流電壓 (Ucomp)相關的電壓-時間積分小於或等於預給定的負的磁通值(-Δ Ψ3)，以及f)在穿過相應繞組群(3)的磁通(Ψ)的量值低於閾值(Ψ31)之後並且如果穿過相應繞組群C3)的磁通(Ψ)的極性是負的，那麼通過所述變換器單元(1)將可調節的正的直流電壓(U。。mp)施加到相應繞組群(3)的初級繞組⑷上，直到所施加的正的直流電壓(Uramp) 相關的電壓-時間積分大於或等於預給定的正的磁通值(Δ Ψ3)。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於另外的步驟j)在步驟e)和f)期間根據所述閾值(Ψ31)監視每個繞組群⑶的磁通(Ψ)的量值， 其中所述磁通(Ψ)的極性被測定，k)如果在步驟e)期間穿過相應繞組群C3)的磁通(Ψ)的量值超過所述閾值(Ψ31)並且穿過相應繞組群(3)的磁通(Ψ)的極性是正的，那麼中斷步驟e)並且繼續進行步驟b) 和d)，隨後繼續進行步驟e)和f)，以及1)如果在步驟f)期間穿過相應繞組群C3)的磁通(Ψ)的量值超過所述閾值(Ψ31)並且穿過相應繞組群(3)的磁通(Ψ)的極性是負的，那麼中斷步驟f)並且繼續進行步驟c) 和d)，隨後繼續進行步驟e)和f)。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，監視磁通(Ψ)的量值以及藉助於根據差動電流閾值(iDiffl)對差動電流(iDiff)的監視測定所述磁通(Ψ)的極性，其中根據流經相應繞組群( 的初級繞組(4)的電流G1)以及根據流經相應繞組群( 的次級繞組(5)的電流(i' 2)來測定差動電流(iDiff)。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，對所述磁通(Ψ)的量值的監視藉助於所述磁通(Ψ)的模型進行。
全文摘要
本發明名稱是用於運行變換器電路的方法，其中變換器電路具有變換器單元(1)和變壓器(2)，其中變壓器(2)具有至少一個帶有初級繞組(4)和次級繞組(5)的繞組群(3)並且變換器單元(1)在交變電壓側與相應繞組群(3)的初級繞組(4)相連。為了補償變壓器(2)的不希望有的飽和，藉助於變換器單元(1)適宜地將直流電壓(Ucomp)施加到變壓器(2)的相應繞組群(3)的初級繞組(4)上。
文檔編號H02M5/10GK102570843SQ201110411369
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月2日 優先權日2010年12月2日
發明者B·布克曼, B·羅納 申請人:Abb技術有限公司