防止開關支路過電流的裝置、及相關轉換系統(tǒng)、控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種防止電轉換系統(tǒng)的至少一個電子開關支路過電流的保護裝置，支路或每個支路包括在中間端子處串聯(lián)的兩個開關半支路，至少一個半支路包括至少一個開關構件，每個開關構件包括第一可控電子開關和與第一電子開關反向并聯(lián)的二極管，對于開關支路或每個開關支路，保護裝置包至少一個第二可控電子開關，每個第二可控電子開關連接至中間端子或者連接至與第一電子開關反向并聯(lián)的二極管的電極，每個第二可控電子開關能在控制器的作用下從導通狀態(tài)切換至截止狀態(tài)，以防止二極管過電流；測量工具，測量與能在支路的二極管或每個二極管中流動的電流相關的至少一個幅值控制工具，基于通過測量工具測量的幅值，控制第二可控電子開關或者每個第二可控電子開關。
【專利說明】防止開關支路過電流的裝置、及相關轉換系統(tǒng)、控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于電轉換系統(tǒng)的至少一個電子開關支路的防止過電流的裝置，該支路或者每個支路都包括串聯(lián)地連接在中間端子處的兩個開關半支路，至少一個半支路包括至少一個開關構件(member)，該開關構件或每個開關構件都包括第一可控電子開關和反向并聯(lián)地連接至該第一電子開關的二極管。
[0002]本發(fā)明還涉及包括這種保護裝置的將第一電壓轉換為第二電壓的系統(tǒng)。
[0003]本發(fā)明還涉及這種保護裝置的控制方法。
[0004]本發(fā)明的領域是電功率轉換系統(tǒng)。本發(fā)明尤其涉及包括至少一個電轉換系統(tǒng)的發(fā)電設備，尤其涉及用于通過光伏模塊發(fā)電的系統(tǒng)。
【背景技術】
[0005]已知前述類型的保護裝置。這種保護裝置用于連接在提供直流電流光伏模塊和三相交流網(wǎng)絡之間的電壓逆變器中。電壓逆變器包括三個開關支路，每個支路都包括兩個電子開關和兩個二極管。每個二極管都與電子開關反向并聯(lián)地連接。保護裝置包括幾個電接觸器和/或幾個斷路器，每個接觸器和/或斷路器都串聯(lián)地連接在逆變器的相輸出和電網(wǎng)絡之間。
[0006]在額定值操作中，逆變器在光伏模塊側的輸入電壓的值大于逆變器在網(wǎng)絡側的輸出電壓的值。在這種情況下，電流經(jīng)由逆變器從光伏模塊流向網(wǎng)絡。
[0007]當在光伏模塊側發(fā)生諸如電短路的故障時，或者當逆變器的輸入處的電功率突然降低時，逆變器的輸入突然降低并且降至低于網(wǎng)絡的峰值電壓。在這種情況下，電流從網(wǎng)絡經(jīng)由逆變器流向光伏模塊。如果在逆變器的每個二極管中流動的電流強度超過其額定工作強度，則二極管會損壞。然而，如果在通常小于逆變器的特征時間常數(shù)的非常短的時間段內發(fā)生逆變器的輸入電壓降低，則逆變器太慢以至于不能斷開電路，從而不能防止二極管損壞。
[0008]為了避免這種現(xiàn)象，已知的第一解決方案包括將阻抗串聯(lián)地連接在逆變器的每相輸出和電網(wǎng)絡之間。對該阻抗值進行選擇以限制推測的網(wǎng)絡的短路電流。然而，該第一解決方案導致逆變器的相輸出處的在線壓降，從而還需要超出逆變器的視在功率的大小(overdimension)的功率。因此,該解決方案導致轉換系統(tǒng)的總輸出的劣化和額外的生產成本。
[0009]已知的第二解決方案將二極管串聯(lián)在光伏模塊的輸出和逆變器的輸入之間。盡管該解決方案滿足保護二極管需要的響應時間，然而，該解決方案在其生成的輸出的損耗方面不符合要求。實際上，在逆變器的輸入端處存在二極管會導致輸入電壓降落，因此，轉換系統(tǒng)的總輸出劣化。
[0010]已知的第三解決方案包括在保護裝置內使用熔絲。然后，每個熔絲都串聯(lián)地連接在逆變器的相輸出和電網(wǎng)絡之間。至于第二解決方案，第三解決方案在輸出方面也不符合要求，為了準確地起作用，熔絲必須達到相當高的溫度。此外，熔絲的使用會導致操作成本大幅增加。

【發(fā)明內容】

[0011]因此，本發(fā)明的一個目的是提出用于保護至少一個電子開關支路的裝置，以能夠防止支路的每個二極管過電流，同時具有改進的激活速度并且基本保持支路的輸出。
[0012]為此，本發(fā)明涉及前述類型的保護裝置，其中，對于所述開關支路或者每個開關支路，所述裝置包括:
[0013]至少一個第二電子開關，所述第二電子開關或每個第二電子開關連接至所述中間端子或者連接至與第一電子開關反向并聯(lián)地連接的所述二極管的電極，所述第二電子開關或者每個第二電子開關能夠在控制器的作用下，而從導通狀態(tài)切換至截止狀態(tài)，以防止所述二極管過電流，
[0014]測量工具，用于測量與能夠在所述支路的所述二極管或每個二極管中流動的電流相關的至少一個幅值(magnitude),以及
[0015]控制工具，用于基于通過所述測量工具所測量的幅值，而控制所述第二可控電子開關或者每個第二可控電子開關。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的其他有利方面，保護裝置包括單獨地或者根據(jù)所有技術上的可能組合而考慮的以下特征中的一個或多個:
[0017]所述第二可控電子開關或者每個第二可控電子開關與相應的二極管串聯(lián)連接，并且與相應的第一電子開關反向并聯(lián)地連接；
[0018]對于所述開關支路或每個開關支路，所述第二可控電子開關一方面連接至所述開關支路的中間端子，所述第二電子開關另一方面能夠連接至所述電轉換系統(tǒng)的輸出端子。
[0019]所述第二開關或者每個第二開關包括諸如晶體管的半導體電子開關元件和與所述半導體開關元件并聯(lián)地連接的非線性電元件。
[0020]所述第二電子開關或者每個第二電子開關包括非線性電元件和均與所述非線性電元件并聯(lián)地連接的兩個臂，每個臂都包括諸如晶體管的半導體電子開關元件和與所述半導體開關元件串聯(lián)地連接的二極管。
[0021]所述第二電子開關或者每個第二電子開關包括兩個臂，第一臂包括通過它們相應的陰極串聯(lián)地連接在第一連接點處的兩個二極管，第二臂包括通過它們相應的陽極串聯(lián)地連接在第二連接點處的兩個二極管，并且所述第二電子開關或者每個第二電子開關進一步包括連接在所述第一連接點和所述第二連接點之間的非線性電元件、與非線性電子元件并聯(lián)連接的機械接觸器、和諸如晶體管的半導體電子開關元件，所述半導體電子開關元件與所述非線性電元件并聯(lián)地連接。
[0022]所述第二電子開關或者每個第二電子開關包括兩個臂，第一臂包括通過它們相應的陰極串聯(lián)地連接在第一連接點處的兩個二極管，第二臂包括通過它們相應的陽極串聯(lián)地連接在第二連接點處的兩個二極管，并且所述第二電子開關或者每個第二電子開關進一步包括:連接在所述第一連接點和所述第二連接點之間的非線性電元件和諸如晶體管的半導體電子開關元件，半導體電子開關元件與所述非線性電元件并聯(lián)地連接。
[0023]本發(fā)明還涉及一種用于將第一電壓轉換為第二電壓的系統(tǒng)，包括:
[0024]轉換器，用于將第一電壓轉換為第二電壓，所述轉換器包括至少兩個輸入端子、至少兩個輸出端子、和連接在所述兩個輸入端子之間的至少一個電子開關支路，所述支路或者每個支路包括在中間端子處串聯(lián)地連接的兩個開關半支路，至少一個半支路包括至少一個開關構件，所述開關構件或每個開關構件包括第一可控電子開關和與所述第一可控電子開關反向并聯(lián)地連接的二極管，
[0025]控制裝置，用于控制所述支路或每個支路的所述第一電子開關或者每個第一電子開關，以及
[0026]保護裝置，用于防止所述支路或每個支路的過電流，其中，所述保護裝置是以上所限定的保護裝置。
[0027]本發(fā)明還涉及一種用于控制保護裝置的方法，所述保護裝置能夠防止電轉換系統(tǒng)的至少一個電子開關支路的過電流，所述支路或每個支路包括在中間端子處串聯(lián)地連接的兩個開關半支路，至少一個半支路包括至少一個開關構件，所述開關構件或每個開關構件包括第一可控電子開關和與所述第一電子開關反向并聯(lián)地連接的二極管，對于所述開關支路或者每個開關支路，所述保護裝置包括連接至中間端子或者連接至與第一電子開關反向并聯(lián)地連接的所述二極管的電極的至少一個第二電子開關，所述第二電子開關或者每個第二電子開關能夠在命令的作用下，而從導通狀態(tài)切換為截止狀態(tài)，以防止所述二極管過電流，
[0028]其中，對于所述第二電子開關或者每個第二電子開關，所述方法包括以下步驟:
[0029]對于能夠通過所述第二開關進行保護的所述二極管或每個二極管，測量與在所述二極管中流動的電流相關的至少一個幅值，
[0030]基于通過所述測量工具(means)所測量的幅值，控制所述第二電子開關或者每個第二電子開關。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的其他有利特征，所述方法包括單獨地或者根據(jù)所有技術上可能的組合而考慮的以下特征中的一個或多個:
[0032]用于控制所述第二電子開關或每個電子開關的步驟包括:
[0033]將所述接收的測量值或者每個接收的測量值與預定基準幅值或者另一接收的測量值進行比較，以及
[0034]基于比較結果，發(fā)出斷開或閉合控制信號，以使所述第二電子開關或者第二電子開關之一斷開或閉合。
[0035]在所述測量步驟期間，所述測量值是在所述支路或每個支路的所述二極管或每個二極管中流動的電流強度的直接測量值，比較步驟包括:在能夠通過所述第二開關而保護的至少一個二極管中流動的電流的測量強度的值和基準強度的值之間進行比較，并且在發(fā)出控制信號的步驟期間，當所述至少一個二極管中流動的電流的測量強度和基準強度之間的偏差(deviation)大于預定偏差(gap)時，所述控制信號是斷開控制信號。
[0036]在所述測量步驟期間，通過包括所述二極管中流動的電流的主電流的強度的測量值，所述測量值是在所述支路或每個支路的所述二極管或每個二極管中流動的電流強度的測量值，并且所述比較步驟包括:在測量的主電流的強度值和零值之間進行比較。
[0037]在所述測量步驟期間，所述測量值是在所述支路或每個支路的所述二極管或每個二極管中流動的電流強度的測量值和在所述支路或每個支路的所述二極管或每個二極管中流動的電流強度的導數(shù)，所述比較步驟包括:在能夠通過所述第二開關而保護的至少一個二極管中流動的電流強度的值的符號和在該二極管中流動的電流強度的導數(shù)的值的符號之間進行比較，并且在發(fā)出控制信號的步驟期間，當在所述至少一個二極管中流動的電流強度的值和該強度的導數(shù)的值具有相同符號時，所述控制信號為斷開控制信號。
[0038]將所述斷開控制信號發(fā)送至所述第二電子開關或者每個第二電子開關，并且能夠控制所述轉換系統(tǒng)的所有的第二電子開關同時斷開。
[0039]當所述第二電子開關或所述第二電子開關之一的所述控制信號是斷開控制信號時，所述控制步驟進一步包括發(fā)出所述第一電子開關或者所述第一電子開關之一的強迫性斷開控制信號。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]在閱讀僅作為非限定性示例而提供的并且結合附圖而進行的以下描述時，本發(fā)明的這些特征和優(yōu)點將更明顯，其中:
[0041]圖1是在提供第一電壓的電源和在其端子之間具有第二電壓的負載之間而連接的根據(jù)本發(fā)明的轉換系統(tǒng)的示意圖；
[0042]圖2是根據(jù)第一實施例，包括含有三個開關支路的三相逆變器和根據(jù)本發(fā)明的保護裝置的圖1的轉換系統(tǒng)的電路圖，該裝置保護每個開關支路并且包括6個電子開關；
[0043]圖3是圖2的保護裝置的一個電子開關的一個可選實施例的電路圖；
[0044]圖4是根據(jù)本發(fā)明示出用于控制保護裝置的方法的流程圖；
[0045]圖5是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，與圖2的轉換系統(tǒng)類似的示圖，轉換系統(tǒng)包括含有三相開關支路的三相逆變器和根據(jù)本發(fā)明的保護裝置，該裝置保護每個開關支路并包括三個電子開關、用于檢測過電流的三個電流傳感器和三個模塊；
[0046]圖6是根據(jù)圖5的保護裝置中的一個電子開關的一個可選實施例的電路圖；
[0047]圖7是示出圖4的控制方法的一個步驟的流程圖；以及
[0048]圖8是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例，與圖2的轉換系統(tǒng)類似的示圖。
【具體實施方式】
[0049]圖1示出了用于將第一電壓轉換為第二電壓的系統(tǒng)10。轉換系統(tǒng)10—方面連接至提供第一電壓的電源12，并且另一方面連接至負載14，負載14在其端子之間消耗(debit)
第二電壓。
[0050]轉換系統(tǒng)10包括用于將第一電壓轉換為第二電壓的轉換器16。該轉換器16連接在電源12和負載14之間。
[0051]轉換系統(tǒng)10還包括用于控制轉換器16的裝置18、用于測量與轉換器16內流動的至少一個電流相關的幅值的裝置20、以及用于防止轉換器16過電流的裝置21。
[0052]例如，電源12是直流電源。在圖2的示例性實施例中，直流電源12由連接至正向DC電壓總線24A和負向DC電壓總線24B的光伏模塊的設備22而形成。例如，該電源的額定電壓介于600VCC和SOVcc之間。例如，可選地，直流電源12由諸如電池的電存儲裝置而形成。
[0053]例如，負載14是多相電網(wǎng)。在圖2的示例性實施例中，電網(wǎng)絡14是中性相電壓等于240V或者相間電壓等于380Vac的3相交流網(wǎng)絡。根據(jù)該示例性實施例，轉換器16是電壓逆變器，能夠將直流輸入電壓轉換為三相交流輸出電壓，并且轉換系統(tǒng)10是用于將直流輸入電壓轉換為三相交流輸出電壓的系統(tǒng)。
[0054]轉換器16包括至少兩個輸入端子26A、26B和至少兩個輸出端子28U、28V、28W。在圖2的示例性實施例中，電壓逆變器16包括正輸入端子26A，、負輸入端子26B、和三個輸出端子28U、28V、28W。每個輸出端子28U、28V、28W都對應于由逆變器16提供的三相交流輸出電壓的相應相U、V、W，開關支路30連接在兩個輸入端子26A、26B之間。
[0055]對于與各相U、V、W對應的每個輸出端子28U、28V、28W，電壓逆變器16包括在兩個輸出端子26A、26B之間連接的開關支路30。
[0056]每個開關支路30都包括在相應的中間端子34U、34V、34W處而串聯(lián)地連接的兩個開關半支路32A、32B。因此，電壓轉換器16包括三個中間輸出端子34U、34V、34W。每個中間輸出端子34U、34V、34W都對應于可以通過轉換器16而傳送的三相交流輸出電壓的相應相。在圖2的示例性實施例中，每個中間輸出端子34U、34V、34W都經(jīng)由有線連接件35U、35V、35W而連接至相應的輸出端子28U、28V、28W。
[0057]每個第一半支路32A都連接在正向輸入端子26A和相應的中間輸出端子34U、34V、34W之間。每個第二半支路32B都連接在負向輸入端子26B和相應的中間輸出端子34U、34V、34W 之間。
[0058]每個半支路32A、32B都包括開關構件36。在未示出的一個可選實施例中，每個半支路32A、32B都包括NI個開關構件36，NI為大于或者等于2的整數(shù)。例如，該可選實施例對應于“降壓”轉換器16。
[0059]此外，可選地，對于每個開關支路30，僅一個半支路32A、32B包括N2個開關構件，N2為大于或等于I的整數(shù)。例如，該可選實施例對應于具有多級結構的轉換器16。
[0060]如本身已知的，每個開關構件36都具有雙向電流和單相電壓。每個開關構件36都包括反向并聯(lián)地連接的第一可控電子開關37和二極管38，從而確保雙向電流流通路徑。
[0061]例如，每個第一開關37都由絕緣柵雙極晶體管(IGBT)而形成。例如，所有的IGBT晶體管37都是完全相同的。每個IGBT37的柵極都連接至控制裝置18，以接收相應的控制信號。
[0062]可選地，IGBT37被包括控制電極和兩個導電電極的任何半導體電子元件而代替，諸如，雙極晶體管、場效應晶體管、晶閘管、柵極可關斷晶閘管、IGCT (絕緣柵換流晶閘管)、或者MCT (M0S控制晶閘管)。
[0063]控制裝置18連接至如先前所述的第一電子開關37中的每一個，并且能夠將控制信號發(fā)送給該第一開關37。
[0064]測量工具20被布置在保護裝置21內。在圖2的示例性實施例中，測量工具20包括測量構件44。有利地，測量構件44在正DC電壓總線24A上布置在設備22和正輸入端子26A之間。
[0065]可選地，在圖2的左下部以虛線所示的測量構件44在負DC電壓總線24B上布置在設備22和負輸入端子26B之間。
[0066]此外，可選地，測量工具20包括在圖2的右邊以虛線所示的三個測量構件44。每個測量構件44在相應的導線連線(wired link) 35U、35V、35W上都布置在相應的中間輸出端子34U、34V、34W和相關聯(lián)的輸出端子28U、28V、28W之間。根據(jù)該可選實施例，如下文所概述的，每個測量構件44都能夠測量在導線連線35U、35V、35W上流動的電流的強度。
[0067]在以上所述的三個示例性實施例中，優(yōu)選地，測量構件44是默認地集成在電壓逆變器16中的電流傳感器?？蛇x地，測量構件44是附加電流傳感器，例如，“分流(shunt)”型傳感器或者霍爾傳感器或者羅格夫斯基(Rogowski)傳感器，這些傳感器是已知的。
[0068]此外，可選地，測量工具20包括在圖2的中心處以虛線所示的6個測量構件44。每個測量構件44在開關半支路32A、32B處都被布置在相應二極管38的反向并聯(lián)連接件上。根據(jù)該可選實施例，如以下所概述的，每個測量構件44都能夠測量在相關聯(lián)的二極管38中流動的電流強度。根據(jù)該可選實施例，例如，該測量構件44是前述類型的附加電流傳感器或者集成在相關聯(lián)的半支路32A、32B的IGBT37中的電流傳感器。
[0069]在圖2的示例性實施例中，測量構件44能夠測量在正DC電壓總線24A中流動的電流強度，并且提供該測量值的視頻信號1_+。
[0070]對于每個開關支路30，測量工具20能夠測量關于能夠在支路30的每個二極管38中流動的電流的至少一個幅值，并且將該測量值發(fā)送給控制裝置18。在圖2的示例性實施例中，被測量的幅值是在正DC電壓總線24A中流動的電流強度。在給定時刻測量的在正總線24A中流動的電流強度與能夠在逆變器16的每個二極管38中流動的電流相關。實際上，在給定時刻在正總線24A中流動的電流由此時在三個開關支路30中流動的電流之和而形成。因此，如果在給定時刻二極管38導通，則在該給定時刻，在正總線24A中流動的電流可具有在開關支路30的一個二極管38內流動的電流作為分量。因此，測量工具20能夠間接測量在每個支路30的每個二極管38中流動的電流。
[0071]除了測量工具20之外，保護裝置21還包括與第一開關37 —樣多的第二電子開關46。更具體地，保護裝置21包括用于每個開關支路30的兩個第二電子開關46，每個第二電子開關46都與相應的開關半支路32A、32B的二極管38串聯(lián)地連接。
[0072]在未示出的一個可選實施例中，保護裝置21包括三個第二電子開關46。更具體地，根據(jù)該可選實施例，對于每個開關支路30，保護裝置21都包括第二電子開關46。例如，每個第二電子開關46與一個第一開關半支路32A的二極管38串聯(lián)地連接，并且與第一電子開關37并聯(lián)地連接，該第一電子開關37與二極管38相關聯(lián)。可選地，第二電子開關46中的每個都與一個第二開關半支路32B的第一電子開關37并聯(lián)地連接。
[0073]保護裝置21還包括用于控制每個第二電子開關46的工具48。
[0074]在圖2的示例性實施例中，每個第二電子開關46都包括單元49。單元49包括IGBT50、與IGBT50并聯(lián)地連接的變阻器52，第一連接端子53A連接至IGBT50的發(fā)射極，并且第二連接端子53B連接至IGBT50的集電極。
[0075]每個單元49都布置在開關半支路32A、32B中，使得其第一連接端子53A連接至相關聯(lián)的二極管38的陽極，或者其第二連接端子53B連接至相關聯(lián)的二極管38的陰極。在圖2的示例性實施例中，三個單元49被布置在第一半支路32A中，使得它們的第一連接端子53A連接至相關聯(lián)的二極管38的陽極，并且三個單元49被布置在第二半支路32B中，使得它們的第二連接端子53B連接至相關聯(lián)的二極管38的陰極。
[0076]可選地，IGBT50被包括控制電極和兩個導電電極的任何半導體電子元件而代替，例如，雙極晶體管、場效應晶體管、晶閘管、柵極可關斷晶閘管、IGCT (絕緣柵換流晶閘管)、或者MCT (M0S控制晶閘管)。[0077]可選地或另外地，變阻器52被諸如trisil 二極管、transil 二極管、低電流管徑熔絲(low current caliber fuse)、非線性金屬電阻、具有正溫度系數(shù)的電阻、或者通過這些元件的組合所形成的元件的任何非線性電元件而代替。此外，可選地，變阻器52被由前述類型的非線性電元件和與該元件并聯(lián)地連接的開關輔助電容器所形成的單元而代替。
[0078]根據(jù)圖3中所示的一個可選實施例，每個單元49都被如在文獻US4，700, 256A中所述的混合輔助關斷開關54而代替。這種混合輔助關斷開關可能減小傳導損失，從而改善逆變器16的輸出。
[0079]如本身已知的，混合輔助關斷開關54包括兩個臂56A、56B、IGBT58、變阻器60和機械式接觸器62。
[0080]兩個臂56A、56B在兩個連接端子63A、63B處彼此連接。開關54的第一連接端子63A類似于單元49的第一連接端子53A。開關54的第二連接端子63B類似于單元49的第二連接端子53B。
[0081]第一臂56A包括通過相應的陰極串聯(lián)地連接在第一連接點66處的兩個第一二極管64。第二臂56B包括通過它們相應的陽極串聯(lián)地連接在第二連接點70處的兩個第二二極管68。
[0082]分別地，IGBT58的集電極、發(fā)射極分別連接至第一連接點66、第二連接點70。變阻器60與IGBT58并聯(lián)連接。機械式接觸器62與IGBT48和變阻器60并聯(lián)連接。
[0083]可選地，IGBT58被包括控制二極管和兩個導電電極的任何半導體電子元件而代替，例如，雙極晶體管、場效應晶體管、晶閘管、柵極可關斷晶閘管、IGCT (絕緣柵換流晶閘管)、或者MCT (M0S控制晶閘管)。
[0084]可選地或者另外地，變阻器60被諸如trisil 二極管、transil 二極管、低電流管徑熔絲、非線性金屬電阻、具有正溫度系數(shù)的電阻、或者通過這些元件的組合所形成的元件的任何非線性電元件而代替。此外，可選地，變阻器60被由前述類型的非線性電元件和與該元件并聯(lián)地連接的開關輔助電容器所形成的單元而代替。
[0085]在控制工具48的作用下，每個第二電子開關46都能夠從閉合狀態(tài)切換至斷開狀態(tài)。
[0086]如圖2所示，控制工具48有利地被布置在控制裝置18的內部并且連接至測量工具20。控制工具48進一步連接至每個第二電子開關46，并且能夠將控制信號發(fā)送給該第二電子開關46。更具體地，每個第二電子開關46的控制電極都連接至控制工具48，以接收相應的控制信號。
[0087]控制工具48包括例如由與存儲器76相關聯(lián)的數(shù)據(jù)處理器74所形成的信息處理單元?？刂乒ぞ?8進一步包括連接至處理器74的至少一個控制構件。在圖2的示例性實施例中，控制工具48包括能夠將控制信號發(fā)送給6個第二電子開關46的單個控制構件78。在該示例性實施例中，控制信號能夠控制6個電子開關46同時斷開或閉合。
[0088]例如，控制構件78是默認地集成在電壓逆變器16的控制裝置18內的控制卡。可選地，控制構件78是專門用于控制第二電子開關46的附加控制卡。
[0089]此外，可選地，控制工具48包括6個控制構件，每個控制構件都能夠將控制信號發(fā)送給第二電子開關46之一并且由特定控制卡組成。每個控制信號都能夠控制相關聯(lián)的第二電子開關46的斷開或者閉合。該可選實施例可能改進控制工具48的可配置性。[0090]處理器74能夠將信號Imes+的值與基準值進行比較并將控制命令發(fā)送給控制構件78。在圖2的示例性實施例中，處理器74能夠將信號Imes+的值與零值相比較，并且如果信號1_+為負值，則將斷開控制命令發(fā)送給控制構件78。
[0091]存儲器76能夠存儲基準值。在圖2的示例性實施例中，存儲器76能夠存儲零值。
[0092]在圖2的示例性實施例中，在這種情況下，基于通過測量工具20而測量的正DC電壓總線24A中流動的電流強度的幅值，控制工具48能夠控制每個第二電子開關46的通路，以從閉合狀態(tài)改變?yōu)閿嚅_狀態(tài)。
[0093]保護裝置21能夠防止每個開關支路30過電流。更具體地，在圖2的示例性實施例中，每個第二電子開關46都能夠通過從閉合狀態(tài)至斷開狀態(tài)而防止二極管38過電流。
[0094]現(xiàn)在將解釋根據(jù)本發(fā)明的保護裝置21的運行。
[0095]在正常操作中，逆變器16的輸入電壓值大于逆變器16的輸出電壓值。然后,光伏模塊的設備22經(jīng)由逆變器16為電網(wǎng)絡14供電。第一電子開關37的運行本身是已知的，下文中沒有更詳細地對其進行描述。
[0096]假設在第一給定時刻，在設備22現(xiàn)場發(fā)生故障，諸如電短路類型的故障。逆變器16的輸入電壓值突然下降并且降低到低于網(wǎng)絡14的峰值電壓。從該第一時刻開始，故障電流在屬于兩個不同的開關支路30的至少兩個二極管38中流動，第一二極管38屬于開關支路30的第一半支路32A，而第二二極管38屬于另一開關支路30的第二半支路32B。此夕卜，由于存在電故障，在兩個二極管38中流動的故障電流強度的絕對值隨著時間的推移而增大。由于絕對值逐漸增大的電流強度在兩個二極管38中的流動，截止第二時刻(as of asecond moment),在正總線24A中流動的電流強度具有負值。
[0097]圖4示出了通過保護裝置21所實現(xiàn)的控制保護裝置21的方法的步驟。
[0098]在初始步驟84期間，構件44測量在正DC電壓總線24A中流動的電流強度。
[0099]在隨后的步驟86期間，測量構件44將信號Imes+發(fā)送給控制工具48。信號Imes+具有負值。
[0100]在隨后的步驟期間，基于信號Imes+的值，控制工具48控制所有的第二電子開關46。
[0101]更具體地，在控制步驟的第一子步驟88期間，處理器74將信號Imes+的值與存儲在存儲器76中的基準值進行比較。更具體地，處理器74將信號Imes+的值與零值進行比較。信號1_+具有負值，然后處理器74將用于第二開關46的斷開控制命令發(fā)送給控制構件78。
[0102]在控制步驟的第二子步驟90期間，控制構件78發(fā)出用于每個第二電子開關78的斷開控制信號。在控制信號的作用下，然后，所有的第二電子開關46都同時從其閉合狀態(tài)改變?yōu)閿嚅_狀態(tài)。更具體地，在控制信號的作用下，每個第二開關46的IGBT50都從導通狀態(tài)進入截止狀態(tài)。然后，第二開關46的變阻器52生成低于IGBT50的擊穿電壓的電壓，從而阻止在相關聯(lián)的二極管38中流動的任何電流的通路。具體地，然后，故障電流不再在逆變器16的任何二極管38中流動。
[0103]此外，在該相同的第二子步驟90期間，控制構件78向每個第一電子開關37發(fā)出強迫性斷開信號。
[0104]在可選實施例中，根據(jù)由混合關斷開關54所形成的第二開關46，在第二子步驟90期間，將斷開控制信號應用于每個第二電子開關46包括:控制機械式接觸器62斷開的第一步驟，然后，當機械式接觸器62斷開時，控制IGBT58斷開的第二步驟。相對于單元49，因為存在機械式接觸器62，從而降低了開關54的端子之間的電壓降，所以混合式關斷開關54可能改善逆變器16的總輸出。
[0105]在可選實施例中，根據(jù)將測量構件44布置在負DC電壓總線24B上，截止第二時亥IJ，在負總線24A中流動的電流強度具有正值。此外，根據(jù)該可選實施例，如果在負總線24A中流動的電流強度的視頻信號具有正值時，則處理器74能夠將斷開控制命令發(fā)送給控制構件78。該信號截止第二時刻具有正值，然后，處理器74在第一子步驟88期間將用于第二開關46的斷開控制命令發(fā)送給控制構件78。
[0106]因此，根據(jù)轉換系統(tǒng)10的該第一實施例，一旦在二極管38中流動的故障電流強度的絕對值隨著時間的推移而增大，就通過同時斷開裝置21的第二電子開關46來保護逆變器16的所有二極管38。此外，第二開關46的斷開通過控制工具48進行控制，保護裝置21的總激活時間僅取決于測量工具20和控制工具48的反應時間、保護裝置21的反應時間、以及第二電子開關46的切換時間。在任何情況下，該激活時間比現(xiàn)有技術的接觸器、斷路器以及熔絲的特征時間常數(shù)短的多。實際上，總持續(xù)時間是確定性的并且不取決于作為現(xiàn)有技術的裝置的情況的當前水平。
[0107]此外，根據(jù)該實施例，每個第二電子開關46都與相應的第一開關37并聯(lián)連接。因此，不管在開關46處的固有電壓降如何，都不會影響轉換系統(tǒng)10的總輸出。實際上，在開關46的切換期間，通過交流網(wǎng)絡14來供電。
[0108]可見根據(jù)本發(fā)明的保護裝置21能夠防止每個支路30中的每個二極管38過電流，同時具有改進的激活速度并且基本保持支路30的輸出。
[0109]圖5示出了本發(fā)明的第二實施例，其中，使用相同的標號來指示類似于先前描述的第一實施例的元件，因此，沒有重復對其進行描述。
[0110]測量工具20包括三個測量構件44。每個測量構件44在相應的導線連線35U、35V、35W上都布置在相應的中間輸出端子34U、34V、34W和相關聯(lián)的輸出端子28U、28V、28W之間。每個測量構件44都能夠測量在導線連線35U、35V、35W中流動的電流強度，并且提供該測量值的視頻信號Ιmesu、Ιmesv、Imesw。另外地，每個測量構件44都進一步有利地能夠測量在導線連線35U、35V、35W中流動的電流強度的導數(shù)，并且提供該測量值的視頻信號DmesU、Dmesv, DmesW。分別地，信號Dnies、Dmesv、 Dmesff分別對應于信號Inresl、 Imesv、 Imesff的導數(shù)。
[0111]根據(jù)該第二實施例，通過測量工具20所測量的幅值是在導線連線35U、35V、35W中流動的電流強度。在給定時刻測量的導線連線35U、35V、35W中流動的電流強度與能夠在與該導線連線相關聯(lián)的開關支路30的每個二極管38中流動的電流有關。實際上，在給定時亥IJ，導線連線35U、35V、35W中流動的電流是在該時刻與導線連線相關聯(lián)的開關支路30中流動的電流。因此，如果二極管38在給點時刻導通，則在該時刻，在導線連線35U、35V、35W中流動的電流能夠具有在相關聯(lián)的開關支路30的一個二極管38內流動的電流作為分量。因此，測量工具20能夠間接測量在每個支路30的每個二極管38中流動的電流。
[0112]保護裝置21包括三個第二電子開關96。更具體地，對于每個開關支路30，保護裝置21包括連接在該支路30的中間輸出端子35U、35V、35W和相關聯(lián)的輸出端子28U、28V、28W之間的第二電子開關96。每個第二電子開關96通過從閉合狀態(tài)改變?yōu)閿嚅_狀態(tài)，都能夠防止相關聯(lián)的支路30的兩個二極管38過電流。[0113]在圖5的示例性實施例中，每個第二電子開關96都包括單元98。單元98包括變阻器100、均與變阻器100并聯(lián)的兩個臂102AU02B。兩個臂102A、102B在連接至中間輸出端子34U、34V、34W的第一連接端子104A處和連接至輸出端子28U、28V、28W的第二連接端子104B處彼此連接。
[0114]第一臂102A包括串聯(lián)地連接的第一二極管106和第一 IGBT108。在圖5的示例性實施例中，第一 IGBT108的發(fā)射極連接至第一連接端子104A，第一二極管106的陰極連接至第一 IGBT108的集電極，并且第一二極管106的陽極連接至第二連接端子104B。在未示出的可選實施例中，第一二極管106的陰極連接至第一連接端子104A，第一 IGBT108的發(fā)射極連接至第一二極管106的陽極，并且第一 IGBT108的集電極連接至第二連接端子104B。
[0115]第二臂102B包括串聯(lián)地連接的第二二極管110和第二 IGBT112。在圖5的示例性實施例中，第二 IGBT112的發(fā)射極連接至第二連接端子104B，第二二極管110的陰極連接至第二 IGBT112的集電極，并且第二二極管110的陽極連接至第一連接端子104A。在未示出的可選實施例中，第二二極管110的陰極連接至第二連接端子104B，第二 IGBT112的發(fā)射極連接至第二二極管110的陽極，并且第二 IGBT112的集電極連接至第一連接端子104A。
[0116]根據(jù)圖6中所示的一個可選實施例，每個單元98都被構件114代替。構件114包括兩個臂116A、116B、IGBT118、和變阻器120。
[0117]兩個臂116A、116B在兩個連接端子122A、122B處彼此連接。
[0118]構件114的第一連接端子122A類似于單元98的第一連接端子104A。構件114的第二連接端子122B類似于單元98的第二連接端子104B。
[0119]第一臂116A包括通過它們相應的陰極串聯(lián)地連接在第一連接點126處的兩個第一二極管124。第二臂116B包括通過它們相應的陽極串聯(lián)地連接在第二連接點130處的兩個第二二極管128。
[0120]分別地，IGBTl 18的集電極、發(fā)射器分別連接在第一連接點126、第二連接點130處。變阻器120與IGBT118并聯(lián)地連接。
[0121]可選地或另外地，每個變阻器100、120都被諸如trisil 二極管、transil 二極管、低電流管徑熔絲、非線性金屬電阻、具有正溫度系數(shù)的電阻、或者通過這些元件的組合所形成的元件的任何非線性電元件而代替。此外，可選地，每個變阻器100、120都被通過前述類型的非線性電元件和與該元件并聯(lián)地連接的輔助開關的電容器所形成的單元而代替。
[0122]可選地或另外地，IGBT108、112、118中的每個都被包括控制電極和兩個導電電極的任何半導體電子元件而代替，例如，雙極晶體管、場效應晶體管、晶閘管、柵極可關斷晶閘管、IGCT (絕緣柵換流晶閘管)、或者MCT (M0S控制晶閘管)。
[0123]可選地，每個單元98都被混合輔助關斷開關54而代替。根據(jù)該可選實施例，開關54的第一連接端子63A類似于單元98的第一連接端子104A，并且開關54的第二連接端子63B類似于單元98的第二連接端子104B。
[0124]根據(jù)第二實施例，控制工具48進一步有利地包括用于檢測過電流的三個模塊134。如圖5中所示，每個模塊134都一方面連接至處理器74，而另一方面連接至測量構件44。
[0125]每個模塊134都能夠確定通過相關聯(lián)的測量構件44所提供的信號ImesU、ImesV、ImesW、Dmesu>DfflesV,Dfflesff的符號。每個模塊134進一步能夠將通過相關聯(lián)的測量構件44所提供的信號ImmU、ImesV > ImesW的符號與通過該相同的測量構件44所提供的信號Dnffisu、Dmesv、Dmesff的符號進行比較。每個模塊134還能夠獲取相關聯(lián)的開關支路30的第一開關37的瞬時狀態(tài)。每個模塊134還能夠將能夠假設兩個不同值的信號Id,tec；u、Id6tecv, Idaecff提供給處理器74。每個信號Iditedj、Iditec；v、Iditedf中的兩個值之一表不相關聯(lián)的開關支路30的正常操作。每個信號Iditd中的另一個值表不檢測在相關聯(lián)的開關支路30的至少一個二極管38中流動的電流的過電流。
[0126]例如，每個模塊134都由可編程和/或模擬模塊形成并且能夠實施如下文中所概述的圖7的流程圖中所示的操作。
[0127]處理器74能夠將控制命令發(fā)送給控制構件78，控制命令能夠假設兩個不同值。通過將“或(0R)”邏輯功能應用于三個信號Id,tec；u、Id6tecv, Itwteew而確定控制命令的值。例如，控制命令的第一值對應于第二電子開關96之一的斷開命令，第二值對應于所有的第二電子開關96的閉合命令。可選地，控制命令的第一值對應于三個電子開關96的同時斷開命令。
[0128]控制構件78能夠將控制信號發(fā)送給每個第二電子開關96。
[0129]現(xiàn)在，將解釋根據(jù)第二實施例的保護裝置21的操作。
[0130]下文中將考慮有線連接35U，以及與有線連接35U相關聯(lián)的開關支路、第二開關96、測量構件44以及模塊134。
[0131]在初始步驟84期間，測量構件44測量在導線連線35U中流動的電流強度、以及該強度的導數(shù)。
[0132]在隨后步驟86期間，測量構件44將信號Imesll和信號Dmesll發(fā)送給模塊134。
[0133]在隨后步驟期間，基于信號Imesu和信號Dmesu的值，控制工具48控制第二電子開關96。
[0134]更具體地，在圖7中所示的第一子步驟88期間，模塊134確定信號Imesll的符號和信號Dmesu的符號。模塊134進一步獲取開關支路30的第一開關37的瞬時狀態(tài)。
[0135]在圖7中，第一半支路32A的第一開關37被稱為“開關Tl”，第二半支路32B的第一開關37被稱為“開關T2”，第一半支路32A的二極管38被稱為“二極管DRL1”，并且第二半支路32B的二極管38被稱為“二極管DRL2”。此外，在附圖中，信號Iniesll被稱為“I ”，并且信號Dmesu被稱為“dl/dt”。
[0136]如果信號Imesu的符號是正號，并且如果開關Tl處于斷開狀態(tài)，則模塊134將信號Ifflesu的符號和信號Dnresu的符號進行比較。如果信號Imesu和信號Dmesu具有相同符號，換句話說，如果信號Dmesu具有正號，則模塊134將信號Itwteeu發(fā)送給處理器74，該信號Idaeeu的值表示檢測到的至少在二極管DRL2中流動的電流的過電流。然后，處理器74將用于第二開關96的斷開控制命令發(fā)送給控制構件78。
[0137]如果信號Imesu的符號為正號并且開關Tl處于閉合狀態(tài)，或者如果信號Imesu的符號為正號，開關Tl處于斷開狀態(tài)并且信號Imesl^PDmesu具有相反符號，則模塊134將信號Idaertl發(fā)送給處理器74，該信號Ida ertl的值表示開關支路30的正常操作。
[0138]如果信號Imesu的符號為負號，并且如果開關T2處于斷開狀態(tài)，則模塊134將信號Ifflesu的符號與信號Dnresu的符號進行比較。如果信號Inresu和Dmesu具有相同符號，換句話說，如果信號Dmesu為負，則模塊134將信號Itwteeu發(fā)送給處理器74，該信號Itwteeu的值表示檢測到的至少在二極管DRLl中流動的電流的過電流。然后，處理器74將第二開關96的斷開控制命令發(fā)送給控制構件78。
[0139]如果信號Imesu的符號為負號并且開關T2處于閉合狀態(tài)，或者如果信號Imesu的符號為負號，開關T2處于斷開狀態(tài)并且信號Iiresu和Dmesu具有相反符號，則模塊134將信號Idaertl發(fā)送給處理器74，該信號Idaertl的值表示開關支路30的正常操作。
[0140]在第二子步驟90期間，如果信號Itwteeu的值表示檢測到的電流的過電流，則控制構件78發(fā)出用于第二開關96的斷開控制信號。在控制信號的作用下，然后，第二開關96從閉合狀態(tài)改變?yōu)閿嚅_狀態(tài)。然后，故障電流不再在支路30的兩個二極管38的任一個中流動。此外，在相同的第二子步驟90中，控制構件78將強迫性斷開信號發(fā)送給開關支路30的第一電子開關37。
[0141]在可選實施例中，根據(jù)控制命令的第一值對應于三個第二電子開關96的瞬時斷開命令，在第二子步驟90期間，控制構件78向三個第二電子開關96中的每一個都發(fā)送斷開控制信號。在控制信號的作用下，三個第二電子開關96然后同時從閉合狀態(tài)改變?yōu)閿嚅_狀態(tài)。然后，故障電流不再在逆變器16的任一二極管38中流動。此外，在相同的第二子步驟90期間，控制構件78向逆變器16的每一個第一電子開關37發(fā)送強迫性斷開信號。
[0142]在未示出的可選實施例中，控制工具48不包括檢測模塊134并且測量構件44直接連接至處理器74。根據(jù)該可選實施例，存儲器76能夠存儲基準強度值，例如，強度值基本等于能夠在每個第一開關37中流動的額定電流的強度的峰值。此外，處理器74能夠將每個信號ImesU、ImesV、ImesW的值與基準強度值進行比較并且將控制命令發(fā)送給控制構件78。通過每個信號ImesU、ImesV> Inresw和基準強度之間的比較結果來確定控制命令的值。例如，如果信號ImMU、ImesV > Imesw之一的值大于基準強度的值，則控制命令的值等于第一值。在操作期間，在第一子步驟88期間，處理器74將信號Imesu的值與存儲在存儲器76中的基準值進行比較。如果信號Imesu的值大于基準強度的值，則處理器74向控制構件78發(fā)送與導線連線35U相關聯(lián)的第二開關96的斷開控制命令。根據(jù)該可選實施例的保護裝置21的其余操作類似于根據(jù)先前描述的第二實施例的示例性實施例的保護裝置21的操作。
[0143]在以上所述的第二實施例的不同的可選實施例中，逆變器16的輸出電流的每相僅需要一個測量構件44。這可減小尤其與以下所述的第三實施例相關的生產成本。此外，經(jīng)由每個測量構件44提供的測量信號，對于相關聯(lián)的支路30的每個二極管38，每個測量構件44都允許檢測在該二極管38內流動的電流的任何過電流。此外，與以下所述的第三實施例不同，信號DmesU、DmesV、Dmesw不會通過二極管38前面的開關而斷開。
[0144]可選地，測量工具20包括N3個測量構件44，其中，N3是開關半支路32A、32B的數(shù)量。在圖5中以虛線示出了 N3個測量構件44。每個測量構件44在開關半支路32A、32B處都被布置在相應的二極管38的反向并聯(lián)連接上。根據(jù)該可選實施例，每個測量構件44都能夠測量在相關聯(lián)的二極管38中流動的電流強度。另外地，每個測量構件44都進一步有利地能夠測量在相關聯(lián)的二極管38中流動的電流強度的導數(shù)。測量工具20因此能夠直接測量每個支路30的每個二極管38中流動的電流。根據(jù)該可選實施例，控制工具48有利地包括用于檢測過電流的N3個檢測模塊134，每個模塊134都一方面連接至處理器74，而另一方面連接至測量構件44。每個模塊134都能夠向處理器74提供能夠假設兩個不同值的信號。每個信號的兩個值之一表示相關聯(lián)的開關半支路32A、32B的正常操作。每個信號的另一個值表示檢測到的相關聯(lián)的二極管38中流動的電流的過電流。根據(jù)該可選實施例的保護裝置21的操作類似于根據(jù)前述的第二實施例的示例性實施例的保護裝置21的操作。
[0145]可選地，測量工具20包括與第一實施例類似的并且在圖5中以虛線示出的單個測量構件44。根據(jù)該可選實施例，控制工具48不包括模塊134。先前已經(jīng)描述了測量構件44和相關聯(lián)的控制工具48的操作，對于該可選實施例，不會更詳細地對其進行描述。
[0146]關于保護裝置21，轉換系統(tǒng)10的第二實施例的優(yōu)點與第一實施例的優(yōu)點相同，因此，不會重復對其進行描述。
[0147]圖8示出了本發(fā)明的第三實施例，其中，使用相同的參考標號來表示與先前描述的第一實施例類似的元件，因此，不會重復對其進行描述。
[0148]與第一實施例和第二實施例不同，負載14是DC電動機。此外,根據(jù)該不例性實施例，轉換器16是能夠將輸入DC電壓轉換為輸出DC電壓的電壓斬波器，并且轉換系統(tǒng)10是用于將輸入DC電壓轉換為輸出DC電壓的系統(tǒng)。更具體地，根據(jù)該示例性實施例，轉換器16是本身已知的四象限全橋控制電壓斬波器。
[0149]電壓斬波器16包括正輸入端子26A、負輸入端子26B、第一輸出端子144A和第二輸出端子144B。
[0150]以已知方式，對于每個輸出端子144AU44B，電壓斬波器包括連接在輸入端子26A、26B之間的開關支路30。每個開關支路30都包括在相應的中間端子146AU46B處串聯(lián)連接的兩個開關半支路32A、32B。因此，電壓斬波器16包括兩個中間輸出端子146AU46B。
[0151]測量工具20包括四個測量構件44。每個測量構件44在開關半支路32A、32B處都布置在相應的二極管38的反向并聯(lián)連接上。
[0152]每個測量構件44都能夠測量在相關聯(lián)的二極管38中流動的電流強度。另外地，每個測量構件44都進一步有利地能夠測量在相關聯(lián)的二極管38中流動的電流強度的導數(shù)。
[0153]可選地，測量工具20包括在圖8中的左面以虛線示出的測量構件44。測量構件44在正DC電壓總線24A上布置在DC電源12和正輸入端子26A之間。在未示出的可選實施例中，測量構件44在負DC電壓總線24B上布置在DC電源12和負輸入端子26B之間。
[0154]此外，可選地，測量工具20包括在圖8的中心處以虛線示出的兩個測量構件44。每個測量構件44都布置在相應的中間輸出端子146A、146B和相關聯(lián)的輸出端子144A、144B之間。
[0155]保護裝置21包括四個第二電子開關46。更具體地，對于每個開關支路30，保護裝置21包括兩個第二電子開關46、每個第二電子開關46都與相應的開關半支路32A、32B的二極管38串聯(lián)連接。
[0156]在未示出的可選實施例中，保護裝置21包括兩個獨立的電子開關。更具體地，根據(jù)該可選實施例，對于每個開關支路30，保護裝置21包括第二電子開關46。例如，每個第二電子開關46都與第一開關半支路32A之一的二極管38串連地連接。可選地，每個第二電子開關46都與第二開關半支路32B之一的二極管38串聯(lián)地連接。
[0157]在圖8的示例性實施例中，控制工具48有利地包括用于檢測過電流的四個模塊134，每個模塊134都一方面連接至處理器74，而另一方面連接至測量工具44。每個模塊134都能夠向處理器74提供能夠假設兩個不同值的信號。每個信號中的兩個值之一都表示相關聯(lián)的開關半支路32A、32B的正常操作。每個信號的另一個值都表示檢測到的相關聯(lián)的二極管38中流動的電流的過電流。
[0158]在未示出的一個可選實施例中，控制工具48不包括檢測模塊134并且測量構件44直接連接至如先前所述的處理器74。
[0159]保護裝置21的該第三實施例的操作類似于關于測量工具20和控制工具48的第二實施例的操作，并且類似于關于第二電子開關46的第一實施例的操作。因此，沒有更詳細地對該第三實施例的操作進行描述。
[0160]關于保護系統(tǒng)21，轉換系統(tǒng)10的第三實施例的優(yōu)點與第一實施例的優(yōu)點相同，因此沒有重復對其進行描述。
[0161]可見根據(jù)本發(fā)明的保護裝置能夠防止每個支路的每個二極管過電流，同時具有改進的激活速度并且基本上保持支路的輸出。
[0162]根據(jù)本發(fā)明的保護裝置進一步地可能有利地代替在光伏能量轉換系統(tǒng)中的電網(wǎng)絡側所使用的所謂的“晝夜”傳統(tǒng)接觸器，當輸入DC電壓低于網(wǎng)絡的峰值電壓時，這些接觸器是為了保護電壓逆變器。這可能降低與現(xiàn)有的這種接觸器相關的生產成本并且還可能提高操作持續(xù)時間。
[0163]此外，根據(jù)本發(fā)明的保護裝置可能有利于地用作電壓逆變器的負載屏蔽(loadshedding)工具。換句話說，在電網(wǎng)絡側所實現(xiàn)的負載屏蔽保護的背景下，保護裝置可以用作電源供給鏈的斷開構件，從而可能將電源與網(wǎng)絡斷開。
[0164]使用根據(jù)本發(fā)明的保護系統(tǒng)進一步能夠使用斷路器來保護電源供給鏈。在斷開斷路器之前，根據(jù)本發(fā)明的保護裝置能夠有利地去除通過電壓逆變器所檢測到的任何故障電流，而沒有使斷路器劣化。
[0165]在先前描述的三個實施例中，測量工具20能夠測量在DC電壓總線24A、24B之一中流動的電流強度，或者在每條導線連線35U、35V、35W中流動的電流強度和/或電流強度的導數(shù)，或者在每個二極管38中流動的電流強度和/或電流強度的導數(shù)?？蛇x地，測量工具20能夠測量DC電壓總線24A、24B的電壓和負載14的峰值電壓之間的電勢差。該測量值是能夠在每個支路30的每個二極管38中流動的電流的間接測量值。實際上，如果與轉換器16的輸入電壓相對應的總線24A、24B的電壓低于負載14的峰值電壓,則這表不故障電流在屬于兩個不同開關支路30的至少兩個二極管38中流動。
[0166]此外可選地，沒有通過測量工具20來測量前述電流強度的每個導數(shù)，而是由處理器74通過相關聯(lián)的電流強度的測量值來確定該導數(shù)。
[0167]參考“單級”逆變器而提供第一兩個實施例的描述。然而，應該理解，本發(fā)明以相同的方式應用于“多級”逆變器，例如，具有中性點可操控(neutral point piloted NPP)拓撲結構或者中性點箝位(NPC)拓撲結構的逆變器。
[0168]更普遍地，本發(fā)明應用于將第一電壓轉換為“逐步下降”型的第二電壓的任何系統(tǒng)，即，在額定操作中，系統(tǒng)的輸入電壓大于系統(tǒng)的輸出電壓。
【權利要求】
1.一種用于電轉換系統(tǒng)(10)的至少一個電子開關支路(30)的防止過電流的裝置(21)，所述支路或每個支路(30)包括在中間端子(34U、34V、34W ;146A、146B)處串聯(lián)地連接的兩個開關半支路(32A、32B)，至少一個開關半支路(32A、32B)包括至少一個開關構件(36)，所述開關構件或者每個開關構件(36)包括第一可控電子開關(37)和與所述第一電子開關(37)反向并聯(lián)地連接的二極管(38)， 其特征在于，對于所述開關支路或每個開關支路(30 )，所述裝置包括: 至少一個第二可控電子開關(46 ;96)，所述第二可控電子開關或每個第二可控電子開關(46 ；96)連接至所述中間端子(34U、34V、34W ;146A、146B)或者連接至與第一電子開關(37 )反向并聯(lián)地連接的所述二極管(38 )的電極，所述第二可控電子開關或者每個第二可控電子開關(46 ；96)能夠在控制器的作用下而從導通狀態(tài)切換至截止狀態(tài)，以防止所述二極管(38)過電流， 測量工具(20)，用于測量與能夠在所述支路(30)的所述二極管或每個二極管(38)中流動的電流相關的至少一個幅值，以及 控制工具(48)，用于基于通過所述測量工具(20)所測量的幅值，而控制所述第二可控電子開關或者每個第二可控電子開關(46 ;96)。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置(21)，其特征在于，所述第二可控電子開關或者每個第二可控電子開關(46)與相應的二極管(38)串聯(lián)連接，并且與相應的第一電子開關(37)反向并聯(lián)地連接。
3.根據(jù)權利要求1所述的裝置(21)，其特征在于，對于所述開關支路或每個開關支路(30)，所述第二可控電子開關(96)—方面`連接至所述開關支路(30)的中間端子(34U、34V、34W)，所述第二電子開關(96)另一方面能夠連接至所述電轉換系統(tǒng)(10)的輸出端子(28U、28V、28W)。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的裝置(21)，其特征在于，所述第二可控電子開關或者每個第二可控電子開關(46)包括諸如晶體管的半導體電子開關元件(50)和與所述半導體開關元件(50)并聯(lián)地連接的非線性電元件(52)。
5.根據(jù)權利要求1或3所述的裝置(21)，其特征在于，所述第二可控電子開關或者每個第二可控電子開關(96)包括非線性電元件(100)和均與所述非線性電元件(100)并聯(lián)地連接的兩個臂(102A、102B),每個臂(102A、102B)都包括諸如晶體管的半導體電子開關元件(108、112)和與所述半導體開關元件(108、112)串聯(lián)地連接的二極管(106、110)。
6.根據(jù)權利要求1或3所述的裝置(21)，其特征在于，所述第二可控電子開關或者每個第二可控電子開關(96)包括兩個臂(116A、116B)，第一臂(116A)包括通過它們相應的陰極串聯(lián)地連接在第一連接點(126)處的兩個二極管(124)，第二臂(116B)包括通過它們相應的陽極串聯(lián)地連接在第二連接點(130)處的兩個二極管(128)，并且其特征在于，所述第二可控電子開關或者每個第二可控電子開關(96)進一步包括連接在所述第一連接點和所述第二連接點(126、130)之間的非線性電元件(120)和諸如晶體管的半導體電子開關元件(118)，所述半導體電子開關元件(118)與所述非線性電元件(120)并聯(lián)地連接。
7.根據(jù)權利要求1至3中的任一項所述的裝置(21)，其特征在于，所述第二可控電子開關或者每個第二可控電子開關(46、96)包括兩個臂(56A、56B)，第一臂(56A)包括通過它們相應的陰極串聯(lián)地連接在第一連接點(66)處的兩個二極管(64)，第二臂(56B)包括通過它們相應的陽極串聯(lián)地連接在第二連接點(70 )處的兩個二極管(68 )，并且其特征在于，所述第二電子開關或者每個第二電子開關(46、96)進一步包括:連接在所述第一連接點和所述第二連接點(66、70)之間的非線性電元件(60)、與所述非線性電元件(60)并聯(lián)地連接的機械式接觸器(60)、和與所述非線性電元件(60)并聯(lián)地連接的諸如晶體管的半導體電子開關元件(58)。
8.一種用于將第一電壓轉換為第二電壓的系統(tǒng)(10)，包括: 轉換器(16)，用于將第一電壓轉換為第二電壓，所述轉換器(16)包括至少兩個輸入端子(26A、26B)、至少兩個輸出端子(28U、28V、28W ; 144A、144B)、和連接在所述兩個輸入端子(26A、26B)之間的至少一個電子開關支路(30)，所述支路或者每個支路(30)包括在中間端子(34U、34V、34W ;146A、146B)處串聯(lián)地連接的兩個開關半支路(32A、32B)，至少一個開關半支路(32A、32B )包括至少一個開關構件(36 )，所述開關構件或者每個開關構件(36 )包括第一可控電子開關(37)和與所述第一可控電子開關(37)反向并聯(lián)地連接的二極管(38)， 控制裝置(18)，用于控制所述支路或每個支路(30)的所述第一電子開關或者每個第一電子開關(37)，以及 保護裝置(21)，用于防止所述支路或每個支路(30 )過電流， 其特征在于，所述保護裝置(21)是根據(jù)上述權利要求中的任一項所述的保護裝置。
9.一種用于控制保護裝置(21)的方法，所述保護裝置(21)能夠防止電轉換系統(tǒng)(10)的至少一個電子開關支路(30)過電流，所述支路或每個支路(30)包括在中間端子(34U、34V、34W ;146A、146B)處串聯(lián)地連接的兩個開關半支路(32A、32B)，至少一個半支路(32A、32B)包括至少一個開關構件(36 )，所述開關構件或每個開關構件(36 )包括第一可控電子開關(37)和與所述第一電子開關(37)反向并聯(lián)地連接的二極管(38)，對于所述開關支路或者每個開關支路(30)，所述保護裝置(21)包括連接至中間端子(3仙、3價、341;146八、146B)或者連接至與第一電子開關(37)反向并聯(lián)地連接的所述二極管(38)的電極的至少一個第二電子開關(46 ;96)，所述第二可控電子開關或者每個第二可控電子開關(46 ；96)能夠在命令的作用下，而從導通狀態(tài)切換為截止狀態(tài)，以防止所述二極管(38)過電流， 所述方法的特征在于，對于所述第二可控電子開關或者每個第二可控電子開關(46 ；96)，包括以下步驟: 對于能夠通過所述第二可控電子開關(46 ；96)進行保護的所述二極管或每個二極管(38)，測量(84)與在所述二極管(38)中流動的電流相關的至少一個幅值， 基于通過所述測量工具(20)所測量的幅值，控制所述第二可控電子開關或者每個第二可控電子開關(46 ;96)。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，用于控制所述第二可控電子開關或者每個第二可控電子開關(46 ；96)的步驟包括:
將所述接收的測量值或者每個接收的測量值(Inres+ ;IfflesU> ImesV> Ifflesw>DmesU> Dfflesv, Dfflesff)與預定基準幅值或者另一接收的測量值(Imes+ ;Imesu>IffleSv>IffleSw>DfflesU>DfflesV,Dmesff)進行比較，以及 基于比較結果，發(fā)出(90)斷開或閉合控制信號，以使所述第二可控電子開關或者第二可控電子開關(46 ；96)之一斷開或閉合。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，其特征在于，在所述測量步驟(84)期間，所述測量值是在所述支路或每個支路(30)的所述二極管或每個二極管(38)中流動的電流強度的直接測量值，其特征在于，比較步驟包括:在能夠通過所述第二可控開關(46 ；96)而保護的至少一個二極管中流動的電流的測量強度的值和基準強度的值之間進行比較，并且在發(fā)出控制信號的步驟(90)期間，當所述至少一個二極管(38)中流動的電流的測量強度和基準強度之間的偏差大于預定偏差時，所述控制信號是斷開控制信號。
12.根據(jù)權利要求10所述的方法，其特征在于，在所述測量步驟(84)期間，所述測量值是經(jīng)由包括所述二極管(38)中流動的電流的主電流的強度的測量值，在所述支路或每個支路(30)的所述二極管或每個二極管(38)中流動的電流強度的測量值，并且其特征在于，所述比較步驟包括:在測量的主電流的強度值和零值之間進行比較。
13.根據(jù)權利要求11或12所述的方法，其特征在于，在所述測量步驟(84)期間，所述測量值是在所述支路或每個支路(30)的所述二極管或每個二極管(38)中流動的電流強度的測量值和在所述支路或每個支路(30)的所述二極管或每個二極管(38)中流動的電流強度的導數(shù)，其特征在于，所述比較步驟包括:在能夠通過所述第二可控開關(46 ；96)而保護的至少一個二極管(38)中流動的電流強度的值的符號和在該二極管(38)中流動的電流強度的導數(shù)的值的符號之間進行比較，并且其特征在于，在發(fā)出控制信號的步驟(90)期間，當在所述至少一個二極管(38)中流動的電流強度的值和該強度的導數(shù)的值具有相同符號時，所述控制信號為斷開控制信號。
14.根據(jù)權利要求10至13中的任一項所述的方法，其特征在于，將所述斷開控制信號發(fā)送至所述第二可控電子開關或者每個第二可控電子開關(46 ;96)，并且能夠控制所述轉換系統(tǒng)(10)的所有的第二電子開關(46 ；96)同時斷開。
15.根據(jù)權利要求10至14中的任一項所述的方法，其特征在于，當所述第二可控電子開關或所述第二可控電子開關(46 ；96)之一的所述控制信號是斷開控制信號時，所述控制步驟進一步包括發(fā)出 所述第一電子開關或者所述第一電子開關(37)之一的強迫性斷開控制信號。
【文檔編號】H02M7/48GK103887767SQ201310717082
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月23日 優(yōu)先權日:2012年12月21日
【發(fā)明者】B.雷蒙德, M.瓦萊特 申請人:施耐德電器工業(yè)公司