專(zhuān)利名稱(chēng)：：借助電容測(cè)量監(jiān)視變流器中電容器的老化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于轉(zhuǎn)換電流的裝置，具有至少一個(gè)相模塊，該相模塊具有交流電壓接頭和至少一個(gè)直流電壓接頭，其中在每個(gè)直流電壓接頭和交流電壓接頭之間形成相模塊支路，并且其中每個(gè)相模塊支路具有由子模塊組成的串聯(lián)電路，這些子模塊分別具有電容器和至少一個(gè)功率半導(dǎo)體。本發(fā)明還涉及一種用于借助變流器轉(zhuǎn)換電流的方法。
背景技術(shù)：
：這樣的裝置和方法例如在A丄esnicar和R.Marquardt在Powertech2003上發(fā)表的文章"AnInnovativeModularMultilevelConverterTopologySuitableforaWidePowerRange"中已經(jīng)公開(kāi)。在那里公開(kāi)了一種用于連接到交流電網(wǎng)而設(shè)置的變流器。該變流器對(duì)于要與其相連的交流電網(wǎng)的每一相具有一個(gè)相模塊，其中每個(gè)相模塊具有一個(gè)交流電壓接頭以及兩個(gè)直流電壓接頭。在每個(gè)直流電壓接頭和交流電壓接頭之間構(gòu)成一個(gè)相模塊支路，從而提供所謂的6脈波橋式電路。模塊支路由子模塊的串聯(lián)電路組成，這些子模塊分別由兩個(gè)分別并聯(lián)連接了反向續(xù)流二極管的可關(guān)斷功率半導(dǎo)體組成?？申P(guān)斷功率半導(dǎo)體和續(xù)流二極管串聯(lián)連接，其中與所說(shuō)的串聯(lián)電路并聯(lián)設(shè)置一個(gè)電容器。所說(shuō)的子模塊的組件這樣互相連接，使得在每個(gè)子模塊的兩極的輸出端上降落電容器電壓或者零電壓?？申P(guān)斷功率半導(dǎo)體的控制借助所謂的脈寬調(diào)制來(lái)進(jìn)行。用于控制功率半導(dǎo)體的調(diào)節(jié)裝置具有用于采集電流以獲得電流值的測(cè)量傳感器。電流值被傳輸?shù)骄哂休斎虢涌诤洼敵鼋涌诘闹醒肟刂茊卧Ｔ谳斎虢涌诤洼敵鼋涌谥g設(shè)置了調(diào)制器，也就是軟件例程。調(diào)制器除了別的之外還具有選擇單元以及脈沖寬度發(fā)生器。脈沖寬度發(fā)生器產(chǎn)生用于各個(gè)子模塊的控制信號(hào)?？申P(guān)斷功率半導(dǎo)體通過(guò)由脈沖寬度發(fā)生器產(chǎn)生的控制信號(hào)從導(dǎo)通狀態(tài)(在該導(dǎo)通狀態(tài)中電流可以流經(jīng)可關(guān)斷功率半導(dǎo)體)轉(zhuǎn)換到截止?fàn)顟B(tài)(在該截止?fàn)顟B(tài)經(jīng)過(guò)該可關(guān)斷功率半導(dǎo)體的電流中斷)。在此每個(gè)子模塊具有用于采集降落在電容器上的電壓的子模塊傳感器。用于所謂的多級(jí)變流器拓樸結(jié)構(gòu)的控制方法的其它文章在R.Marquardt,A.Lesnicar,J.Hildinger發(fā)表于ETG-FachtagunginBadNauenheim，Deutschland2002的"ModularesStromrichterkonzeptftirNetzkupplungsanwendungbeihohenSpannungen，，,A.Lesnicar，R.Marquarde的"Anewmodularvoltagesourceinvertertopology"，EPE，03Toulouse,Frankreich2003，和R.Marquardt,A.Lesnicar的"NewConceptforHighVoltage-ModularMultilevelConverter",PESC2004ConferenceinAachen,Deutschland中公開(kāi)。在目前尚未公布的德國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)102005045090.3中公開(kāi)了一種用于控制具有分布的儲(chǔ)能器的多相變流器的方法。公開(kāi)的裝置同樣具有帶有相模塊的多級(jí)變流器拓樸結(jié)構(gòu)，這些相模塊具有一個(gè)在每個(gè)相模塊的中間對(duì)稱(chēng)設(shè)置的交流電壓接頭和兩個(gè)直流電壓接頭。每個(gè)相模塊由兩個(gè)相模塊支路組成，這些相模塊支路在交流電壓接頭和直流電壓接頭中的一個(gè)之間延伸。每個(gè)相模塊又包括由子模塊組成的串聯(lián)電路，其中每個(gè)子模塊由可關(guān)斷功率半導(dǎo)體和與之反并聯(lián)連接的續(xù)流二極管組成。此外每個(gè)子模塊還具有一個(gè)單極電容器。調(diào)節(jié)裝置用于調(diào)節(jié)功率半導(dǎo)體，這些調(diào)節(jié)裝置也被用來(lái)調(diào)整在相模塊之間流過(guò)的支路電流。通過(guò)控制支路電流例如可以主動(dòng)地衰減電流波動(dòng)并且避免具有較小輸出頻率的稱(chēng)?？?、、""、''、、'、…、......儲(chǔ)能器，如變流器模塊的中間電路中的電容器具有如下特性，其在運(yùn)行中會(huì)老化。在此電容器會(huì)損失電容量，由此在特定的電壓下由其存儲(chǔ)的電荷會(huì)越來(lái)越少。在中間電路變流器設(shè)備的維護(hù)中具有優(yōu)勢(shì)的是，知道哪個(gè)電容器損失了如此多的電容，以至于需要進(jìn)行交換。由此降低了電容器在變流器運(yùn)行中的故障率并提高了可用性。在具有大的共同的中間電路電容器的變流器拓樸結(jié)構(gòu)中、例如在兩點(diǎn)技術(shù)或三點(diǎn)技術(shù)中，對(duì)電容器電容量降低的監(jiān)視意義不大，因?yàn)樵撟兓瘍H僅是總電容的一小部分，并且由此在測(cè)量技術(shù)上幾乎不可測(cè)量。然而這樣的電容降低會(huì)導(dǎo)致變流器故障。大的共同的中間電路電容器的另一個(gè)缺陷是，該中間電路電容器難以或者根本不能更換或者替換
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種本文開(kāi)頭部分提到種類(lèi)的裝置，利用該裝置可以簡(jiǎn)單的方式確定電容器的老化。的電容器診斷裝置來(lái)解決。按照本發(fā)明，提供持續(xù)地確定按照本發(fā)明的裝置的電容器的電容量的電容器診斷裝置。按照本發(fā)明的裝置優(yōu)選具有電容量相應(yīng)小于具有直流電壓回路中的中央電容器的裝置的電容量的電容器?？芍?，此時(shí)在測(cè)量技術(shù)上可以采集電容量的變化。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，了解各個(gè)電容器確切地具有多少電容量不是很重要。確切地說(shuō)，重要的是了解各個(gè)電容器的電容量如何隨著時(shí)間改變。由此可將具有減少了電容量的電容器與無(wú)故障的電容器區(qū)別開(kāi)來(lái)并對(duì)其進(jìn)行采集。由此按照本發(fā)明借助電容器診斷裝置根據(jù)時(shí)間來(lái)確定各個(gè)電容器的相應(yīng)電答。相宜地，電容器診斷裝置對(duì)于每個(gè)相模塊具有用于采集流過(guò)對(duì)應(yīng)的相模塊的相模塊支路電流的支路電流傳感器，對(duì)于每個(gè)子模塊具有用于采集降落在對(duì)應(yīng)的子模塊的電容器上的電容器電壓的子模塊傳感器以及用于采集各個(gè)對(duì)應(yīng)的子模塊的開(kāi)關(guān)狀態(tài)的裝置，其中分析單元根據(jù)各個(gè)測(cè)得的相模塊支路電流Izwg、開(kāi)關(guān)狀態(tài)和各個(gè)電容器電壓Uc來(lái)確定每個(gè)相模塊的電容器的電容量。通過(guò)對(duì)所采集的支路電流在時(shí)間間隔中的分塊積分，得到所監(jiān)視的相模塊的電容器的電荷變化AQ。子模塊傳感器用于采集降落在各個(gè)電容器上的電壓。通過(guò)將電荷變化AQ除以電壓變化AUc得到每個(gè)電容器的電容量，在此分別采集在子模塊的接通和斷開(kāi)時(shí)刻之間的電壓和電荷。如果子模塊是接通的則降落在子模塊的輸出接線(xiàn)柱上的是電容器電壓。在斷開(kāi)狀態(tài)降落在接線(xiàn)柱上的電壓為零。從本文開(kāi)頭提到的方法出發(fā)本發(fā)明通過(guò)借助具有至少一個(gè)相模塊的變流器解決上述技術(shù)問(wèn)題，該相模塊具有交流電壓接頭和至少一個(gè)直流電壓接頭，其中在每個(gè)直流電壓接頭和交流電壓接頭之間形成相模塊支路，該相模塊支路具有由子模塊組成的串聯(lián)電路，這些子模塊分別具有電容器和至少一個(gè)功率半導(dǎo)體，其中電容器的電容量根據(jù)時(shí)間來(lái)確定。按照與此相關(guān)的合適擴(kuò)展，根據(jù)時(shí)間采集每個(gè)相模塊的相模塊支路電流以獲得相模塊支路電流值，并且測(cè)量降落在每個(gè)電容器上的電容器電壓以獲得電容器電壓值，并且最后確定電壓變化，為了獲得在子模塊的功率半導(dǎo)體接通和斷開(kāi)之間的電荷變化對(duì)相模塊支路電流進(jìn)行積分并且由電荷變化和電壓變化來(lái)確定各個(gè)相模塊的電容器的電容量的變化。功率半導(dǎo)體的接通和斷開(kāi)被理解為功率半導(dǎo)體的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，在這些狀態(tài)下在相應(yīng)子模塊中電流可以流到電容器。本發(fā)明的其它合適的實(shí)施方式和優(yōu)點(diǎn)是以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的描述的內(nèi)容，其中對(duì)起相同作用的組件使用相同的附圖標(biāo)記并且其中圖1示出了按照本發(fā)明的裝置的一種實(shí)施例，以及圖2示出了按照?qǐng)D1的裝置的相模塊。具體實(shí)施例方式圖1示出了由三個(gè)相模塊2a、2b和2c組成的按照本發(fā)明的裝置1的實(shí)施例。每個(gè)相模塊2a、2b和2c與正直流電壓導(dǎo)線(xiàn)p以及與負(fù)直流電壓導(dǎo)線(xiàn)n相連，從而每個(gè)相模塊2a、2b和2c具有兩個(gè)直流電壓接頭。此外對(duì)于每個(gè)相模塊2a、2b和2c分別設(shè)置了一個(gè)交流電壓接頭3,、32和33。交流電壓接頭3,、32和33經(jīng)過(guò)變壓器4與三相交流電網(wǎng)5相連。在交流電網(wǎng)5的相上降落相電壓Ul、U2和U3，在此流過(guò)電網(wǎng)電流Inl、In2和In3。每個(gè)相模塊的交流電壓側(cè)的相電流用II、12和I3表示。直流電流是Id。相模塊支路6pl、6p2和6p3在每個(gè)交流電壓接頭3,、32和33和正直流電壓導(dǎo)線(xiàn)p之間延伸。在每個(gè)交流電壓接頭3,、32和33和負(fù)直流電壓導(dǎo)線(xiàn)n之間形成相模塊支路6nl、6n2和6n3。每條相模塊支路6pl、6p2、6p3、6nl、6n2和6n3由在圖1中未詳細(xì)示出的子模塊的串聯(lián)電路和在圖1中用L^表示的電感組成。在圖2中通過(guò)等效電路圖更確切地示出了子模塊7的串聯(lián)電路以及特別是子模塊的結(jié)構(gòu)，在此在圖2中僅示出相模塊支路6pl。但其余的相模塊支路是相同構(gòu)建的。可以看出，每個(gè)子模塊7具有兩個(gè)串聯(lián)連接的可關(guān)斷功率半導(dǎo)體T1和T2。可關(guān)斷功率半導(dǎo)體例如是所謂的IGBT、GTO、IGCT等。它們對(duì)于專(zhuān)業(yè)人員來(lái)說(shuō)本身是公知的，從而在此不需詳細(xì)示出。與每個(gè)可關(guān)斷功率半導(dǎo)體T1、T2反并聯(lián)連接一個(gè)續(xù)流二極管Dl、D2。與可關(guān)斷功率半導(dǎo)體T1、T2或者說(shuō)續(xù)流二極管Dl和D2的串聯(lián)電路并聯(lián)連接了一個(gè)作為儲(chǔ)能器的電容器8。每個(gè)電容器8是單向地充電。在每個(gè)子模塊7的二極的接線(xiàn)柱XI和X2上此時(shí)可以產(chǎn)生兩個(gè)電壓狀態(tài)。如果控制單元9例如產(chǎn)生用來(lái)將可關(guān)斷功率半導(dǎo)體T2轉(zhuǎn)換到其導(dǎo)通狀態(tài)的控制信號(hào)，在該導(dǎo)通狀態(tài)下電流可以流經(jīng)功率半導(dǎo)體T2，則在子模塊7的接線(xiàn)柱X1、X2上降落零電壓。在此可關(guān)斷功率半導(dǎo)體Tl處于其截止?fàn)顟B(tài)，在該截止?fàn)顟B(tài)中經(jīng)過(guò)可關(guān)斷功率半導(dǎo)體T1的電流中斷。這防止了電容器8的放電。如果相反可關(guān)斷功率半導(dǎo)體Tl轉(zhuǎn)換到其導(dǎo)通狀態(tài)，而可關(guān)斷功率半導(dǎo)體T2被轉(zhuǎn)換到其截止?fàn)顟B(tài)，則在子模塊7的接線(xiàn)柱X1、X2上施加全電容器電壓Uc。根據(jù)圖1和2的按照本發(fā)明的裝置的實(shí)施例也被稱(chēng)為所謂的多級(jí)變流器。這樣的多級(jí)變流器例如適合于驅(qū)動(dòng)電機(jī)，例如馬達(dá)等。此外這樣的多級(jí)變流器還適用于在能量分配和傳輸領(lǐng)域中的應(yīng)用。按照本發(fā)明的裝置例如用作由兩個(gè)直流電壓側(cè)互相連接的變流器組成的近耦合，其中變流器分別與交流電網(wǎng)相連。這樣的近耦合被應(yīng)用于兩個(gè)能量分配網(wǎng)之間的能量交換，其中能量分配網(wǎng)例如具有不同的頻率、相位、中性點(diǎn)聯(lián)結(jié)等等。此外考慮在無(wú)功功率補(bǔ)償、也就是所謂的FACT(FlexibleACTransmissionSystem,柔性交流傳輸系統(tǒng))領(lǐng)域中的應(yīng)用。也可以考慮用這樣的多級(jí)變流器進(jìn)行經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離的高壓直流傳輸。在圖2中還可以看出，設(shè)置了用于測(cè)量支路電流的支路電流傳感器10，其采集流經(jīng)相模塊的電流以獲得相模塊支路電流值，在此支路電流值經(jīng)過(guò)玻璃纖維通信導(dǎo)線(xiàn)被傳輸?shù)椒治鰡卧?。此外還設(shè)置了圖中未示出的用于每個(gè)子模塊7的子模塊傳感器，用該子模塊傳感器可以采集降落在電容器8上的電壓降Uc以獲得電容器電壓值。電容器電壓值同樣被傳輸?shù)椒治鰡卧?,在此同時(shí)附上各個(gè)測(cè)量值是關(guān)于哪個(gè)電容器的信息。分析單元將輸入的測(cè)量值與一個(gè)測(cè)量時(shí)間相對(duì)應(yīng)。通過(guò)對(duì)相模塊支路電流Izwg的逐段積分得到各個(gè)相模塊的電容器8的電荷變化AQ。逐段積分的概念理解為在特定的時(shí)間間隔中的積分。換言之，當(dāng)各個(gè)子模塊的功率半導(dǎo)體的開(kāi)關(guān)狀態(tài)允許到子模塊的電容器的電流時(shí)才進(jìn)行積分。通過(guò)確定電壓變化、也就是在確定的時(shí)間段中在電容器8上降落的電壓的變化，根據(jù)下式得到電容器的電容量"屋。權(quán)利要求1.一種用于轉(zhuǎn)換電流的裝置(1)，具有至少一個(gè)相模塊(2a，2b，2c)，該相模塊具有交流電壓接頭(31，32，33)和至少一個(gè)直流電壓接頭(p，n)，其中，在每個(gè)直流電壓接頭(p，n)和該交流電壓接頭(31，32，33)之間形成相模塊支路(6p1，6p2，6p3，6n1，6n2，6n3)，并且其中每個(gè)相模塊支路(6p1，6p2，6p3，6n1，6n2，6n3)具有由子模塊(7)組成的串聯(lián)電路，這些子模塊分別具有一個(gè)電容器(8)和至少一個(gè)功率半導(dǎo)體(T1、T2)，其特征在于，具有用于依賴(lài)于時(shí)間地確定每個(gè)電容器(8)的電容量的電容器診斷裝置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(1)，其特征在于，所述電容器診斷裝置對(duì)于每個(gè)相模塊(2a,2b，2c)具有一個(gè)用于采集流過(guò)對(duì)應(yīng)相模塊(2a,2b，2c)的相模塊支路電流(Izwg)的支路電流傳感器(10)，以及對(duì)于每個(gè)子模塊(7)具有用于采集降落在對(duì)應(yīng)的子模塊(7)的電容器(8)上的電容器電壓(Uc)的子模塊傳感器以及用于采集各個(gè)對(duì)應(yīng)的子模塊的、一個(gè)或多個(gè)功率半導(dǎo)體的開(kāi)關(guān)狀態(tài)的裝置，其中，分析單元(9)根據(jù)各個(gè)測(cè)得的相模塊支路電流Izwg、一個(gè)或多個(gè)功率半導(dǎo)體的開(kāi)關(guān)狀態(tài)和相應(yīng)的電容器電壓Uc來(lái)確定每個(gè)相模塊(2a,2b,2c)的電容器(8)的電容量。3.—種用于借助變流器(1)轉(zhuǎn)換電流的方法，該變流器(1)具有至少一個(gè)相模塊(2a，2b,2c)，該相模塊具有至少一個(gè)直流電壓接頭(p,n)和交流電壓接頭(3。32，33)，其中，在每個(gè)直流電壓接頭(p,n)和該交流電壓接頭(3P32,33)之間形成相模塊支路(6pl，6p2，6p3,6nl，6n2,6n3)，該相模塊支路(6pl，6p2,6p3,6nl，6n2，6n3)具有由子模塊(7)組成的串聯(lián)電路，這些子模塊分別具有電容器(8)和至少一個(gè)功率半導(dǎo)體(TVT2)，其中，根據(jù)時(shí)間確定每個(gè)電容器的電容量。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，采集每個(gè)相模塊(2a,2b,2c)的支路電流Izwg以獲得支路電流值，并且測(cè)量降落在每個(gè)電容器(8)上的電容器電壓Uc以獲得電容器電壓值，并且最后確定電壓變化AUc,為了獲得在子模塊的功率半導(dǎo)體接通和斷開(kāi)之間的電荷變化AQ，對(duì)相模塊支路電流Izwg逐^殳積分并且由電荷變化AQ和電壓變化AUc來(lái)確定相應(yīng)相才莫塊(2a,2b,2c)的電容器(8)的電容量的變化AC。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種用于轉(zhuǎn)換電流的裝置(1)，具有至少一個(gè)相模塊(2a，2b，2c)，該相模塊具有交流電壓接頭(3₁，3₂，3₃)和至少一個(gè)直流電壓接頭(p，n)，其中在每個(gè)直流電壓接頭(p，n)和交流電壓接頭(3₁，3₂，3₃)之間形成相模塊支路(6p1，6p2，6p3，6n1，6n2，6n3)，每個(gè)相模塊支路(6p1，6p2，6p3，6n1，6n2，6n3)具有由子模塊(7)組成的串聯(lián)電路，這些子模塊分別具有電容器(8)和至少一個(gè)功率半導(dǎo)體(T₁、T₂)，用該裝置可以簡(jiǎn)單的方式確定電容器的老化，本發(fā)明提出用于依賴(lài)于時(shí)間地確定每個(gè)電容器(8)的電容的電容器診斷裝置。文檔編號(hào)G01R27/26GK101548460SQ200680056573公開(kāi)日2009年9月30日申請(qǐng)日期2006年12月8日優(yōu)先權(quán)日2006年12月8日發(fā)明者喬格·蘭,喬格·多恩,克勞斯·沃爾夫林格,夸克-布·圖,英戈·尤勒,邁克·多馬?？松暾?qǐng)人:西門(mén)子公司