本實用新型涉及一種用于電力轉換器的換向電路。

背景技術：

對于對電力轉換器進行維修的情況，經(jīng)常設置低歐姆的旁路電流路徑(橋接電流路徑)。該旁路電流路徑用于橋接停止運行的電力轉換器并且傳導運行電流。因此，能夠對電力轉換器進行維修，并且電力轉換器被置入其中的其余設施繼續(xù)保持運行。這在電力轉換器串聯(lián)電連接于其中的設施中、例如在HVDC系統(tǒng)(HVDC＝High Voltage Direct Current(高壓直流))特別有利。

當要將停止運行的電力轉換器在設施運行期間再次接入時，則需要將運行電流再次從橋接電流路徑換向回電力轉換器中(即電力轉換器路徑上)。為此，在HVDC應用中，已知一種被稱為MRTB(Metallic Return Transfer Breaker，金屬回路轉換斷路器)的專門的換向電路。這種專門的換向電路包含一個振蕩回路，其產(chǎn)生逐漸增加的電流振蕩。這種逐漸增加的電流振蕩使得在SF6開關中產(chǎn)生人為的電流過零點。這種專門的換向電路在技術上非常復雜并且昂貴。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型要解決的技術問題是，提供一種換向電路，利用其，能夠簡單并且可靠地將運行電流從橋接電流路徑換向到電力轉換器中。

根據(jù)本實用新型，上述技術問題通過根據(jù)本實用新型的換向電路來解決。給出了換向電路的有利構造。

公開了一種用于電力轉換器的換向電路，具有：第一開關裝置，借助其能夠將電力轉換器電橋接；以及電路部分，用于限制在第一開關裝置上(特別是在斷開第一開關裝置時)出現(xiàn)的電壓的相對于時間的電壓改變的大小。在此，通過該電路部分，以有利的方式限制相對于時間的電壓改變(電壓的上升速度、電壓的時間上的上升速率)。由此，使在切斷電流時可能在第一開關裝置中出現(xiàn)的電弧熄滅，由此在第一開關裝置中確保電流過零點的出現(xiàn)。

換向電路可以被設計為，電路部分具有能量存儲器、特別是電容器。能量存儲器、特別是電容器是特別簡單的用于限制相對于時間的電壓改變的大小的可能性。

換向電路還可以被設計為，電路部分具有過電壓放電器，其保護能量存儲器、特別是電容器免受過電壓。過電壓放電器限制施加在能量存儲器上的電壓、特別是施加在電容器上的電壓。由此可以使用具有相對低的耐壓強度的能量存儲器或電容器，其能夠以低成本獲得并且具有小的結構尺寸。

換向電路可以被設計為，電力轉換器是整流器、特別是三相整流器。例如整流器可以是二極管整流器。由此，該換向電路可以有利地在HVDC系統(tǒng)中使用。

換向電路還可以被設計為，第一開關裝置與電力轉換器的第一直流電壓接線端并且與電力轉換器的第二直流電壓接線端連接。由此借助第一開關裝置將電力轉換器橋接。

換向電路可以被實現(xiàn)為，第一開關裝置和電路部分形成并聯(lián)電路。由此能夠以特別簡單的方式實現(xiàn)電流從第一開關裝置到電路部分中的換向。

換向電路還可以被設計為，與所述并聯(lián)電路電串聯(lián)地布置有第二開關裝置。第二開關裝置與該并聯(lián)電路的串聯(lián)連接提高了整個電路的耐壓強度。

換向電路還可以被設計為，第一開關裝置和/或第二開關裝置具有機械開關、特別是真空開關(例如真空開關管)。借助機械開關，能夠簡單地以低成本構造換向電路。特別是，使用真空開關是有利的，因為真空開關在實現(xiàn)電流過零點之后，具有非常良好的介電再固化性能(dielektrische Wiederverfestigungseigenschaften)。

換向電路還可以被構造為，第二開關裝置具有由多個機械開關構成的串聯(lián)電路。由此，再次使整個電路的耐壓強度增大。

換向電路可以被構造為，第一開關裝置與電力轉換器的第一直流電壓接線端連接，并且第二開關裝置與電力轉換器的第二直流電壓接線端連接。這使得能夠將電力轉換器電橋接。

還公開了一種電力轉換器，具有根據(jù)前面描述的變形方案中的任一項所述的換向電路。

同樣公開了一種布置，具有多個電力轉換器，其分別具有根據(jù)前面描述的變形方案中的任一項所述的換向電路，并且其中，電力轉換器串聯(lián)電連接。

換向到電路部分中的電流對能量存儲器、特別是電容器充電，并且

基于隨著時間增大的能量存儲器的電壓，特別是基于隨著時間增大的電容器電壓，將電流從電路部分換向到電力轉換器中。電容器電壓在此用作換向電壓，其將電流驅動到電力轉換器路徑中(也就是說，通過電力轉換器)。

能量存儲器的電壓(即在能量存儲器上出現(xiàn)的電壓)的大小、特別是電容器電壓的大小被限制到電壓最大值。由此，能夠以有利的方式使用具有相對低的耐壓強度的能量存儲器、特別是電容器。這樣的能量存儲器或電容器能夠以低廉的價格獲得并且具有小的結構形狀。在此，電壓最大值大于將電流從電路部分換向到電力轉換器中所需的換向電壓。特別是可以借助過電壓放電器限制該電壓的大小。

電流首先流過由閉合的第一開關裝置和閉合的第二開關裝置構成的串聯(lián)電路，并且

在將電流換向到電力轉換器中之后，將第二開關裝置斷開。由于該串聯(lián)電路，可以實現(xiàn)整個電路的特別高的耐壓強度。

附圖說明

下面，根據(jù)實施例詳細說明本實用新型。為此，

在圖1中示意性地示出了由分別具有換向電路的多個電力轉換器構成的串聯(lián)電路的實施例，

在圖2中詳細示出了具有換向電路的電力轉換器的實施例，

在圖3中詳細示出了具有換向電路的電力轉換器的另一個實施例，以及

在圖4中詳細示出了具有換向電路的電力轉換器的另一個實施例。

具體實施方式

在圖1中示例性地示出了電氣設施1中的一部分，其例如用于借助高壓直流傳輸將風電場連接到能量傳輸網(wǎng)絡。該電氣設施1包括具有交流電壓接線端5、第一直流電壓接線端6和第二直流電壓接線端7的第一電力轉換器3。第一換向電路8與第一電力轉換器3并聯(lián)電連接。第一直流電壓接線端6與第一連接點9電連接；第二直流電壓接線端7與第二連接點10電連接。由此，呈現(xiàn)具有第一電力轉換器3和第一換向電路8的電力轉換器模塊。

在圖1中示出了由第一電力轉換器3、第二電力轉換器13和第三電力轉換器23構成的串聯(lián)電路。與第一電力轉換器3相同，第二電力轉換器13具有交流電壓接線端15、第一直流電壓接線端16和第二直流電壓接線端17。第二換向電路18與第二電力轉換器13并聯(lián)電連接。第一直流電壓接線端16與第二連接點10電連接，第二直流電壓接線端17與第三連接點20電連接。

以相同的方式，第三電力轉換器23具有交流電壓接線端15、第一直流電壓接線端26和第二直流電壓接線端27。第三換向電路28與第三電力轉換器23并聯(lián)電連接。第三電力轉換器23的第一直流電壓接線端26與第三連接點20電連接，第三電力轉換器23的第二直流電壓接線端27與第四連接點30電連接。

具有另外的換向電路的另外的電力轉換器還可以與所示出的電力轉換器串聯(lián)電連接。第一電力轉換器3、第二電力轉換器13和第三電力轉換器23在本實施例中是整流器、例如是二極管整流器。這些整流器由經(jīng)由各個交流電壓接線端5,15,25饋送的三相交流電流產(chǎn)生直流電流。該直流電流輸出到第一直流電壓接線端6,16,26和第二直流電壓接線端7,17,27。電力轉換器可以分別具有與在圖2至4中相同地布置的平滑電抗器。然而，這些平滑電抗器在圖1中未示出。

在圖2中示出了第一電力轉換器3和第一換向電路8。在此，在第一直流電壓接線端6處布置有第一平滑電抗器201；在第二直流電壓接線端7處布置有第二平滑電抗器203。第一電力轉換器3可借助第一換向電路8電橋接。第一換向電路8具有第一開關裝置207、電容器210和過電壓放電器213。在此，電容器210是能量存儲器。第一開關裝置207形成用于第一電力轉換器3的低歐姆旁路電流路徑(橋接電流路徑)。第一開關裝置207、電容器210和過電壓放電器213并聯(lián)電連接。電容器210和過電壓放電器213形成電路部件217，其限制在第一開關裝置207處出現(xiàn)的電壓的相對于時間的電壓改變的大小(電壓的改變速度、電壓的時間上的改變速率)。特別是，在斷開第一開關裝置207時，在該第一開關裝置207處出現(xiàn)這樣的時間上的電壓改變。

第一開關裝置207例如可以被設計為真空開關207(例如設計為真空開關管207)。

換向電路8有利地被構造為，在第一開關裝置207和電容器210之間存在盡可能小的雜散電感。可以通過結構上的措施來減小該寄生雜散電感的電感值。在需要時，將電容器210的電容選擇為如此之大，使得雜散電感的影響可忽略不計。

在圖3中示出了具有第二換向電路18的第二電力轉換器13。第二換向電路18與第一換向電路8的不同之處僅在于，第二開關裝置303與由第一開關裝置207、電容器210和過電壓放電器213構成的并聯(lián)電路串聯(lián)電連接。第二開關裝置303可以被設計為機械開關，例如設計為真空開關或者具有或沒有耐電弧強度的氣體絕緣開關或者其它機械開關(例如斷路器)。第一開關裝置207和第二開關裝置303形成用于第二電力轉換器13的低歐姆旁路電流路徑(橋接電流路徑)。對于第一開關裝置207、電容器210和過電壓放電器213這里也適用在圖2中所述的內(nèi)容。

在圖4中示出了具有第三換向電路28的第三電力轉換器23。第三換向電路28與第二換向電路18的不同之處僅在于，第二開關裝置303被設計為由3個開關裝置構成的串聯(lián)電路：在圖4的實施例中，第二開關裝置303作為由開關裝置403、開關裝置405和開關裝置407構成的串聯(lián)電路來實現(xiàn)。開關裝置403,405和407可以分別(像圖3的第二開關裝置303一樣)被設計為機械開關，例如設計為具有或沒有耐電弧強度的氣體絕緣開關或者真空開關(例如真空開關管)。第一開關裝置207、開關裝置403、開關裝置405和開關裝置407形成用于第三電力轉換器23的低歐姆旁路電流路徑(橋接電流路徑)。

在圖2,3和4的實施例中，過電壓放電器213分別是任選的，其也可以省去。

下面，根據(jù)圖3，說明對電流的換向。在電氣設施1正常運行時，第一開關裝置207和第二開關裝置303斷開(關斷)，運行電流從第三連接點20經(jīng)由第二平滑電抗器203、第二電力轉換器13和第一平滑電抗器201流向第二連接點10。當此時要對第二電力轉換器13進行維修時，則將第二開關裝置303和第一開關裝置207閉合。由此將第二電力轉換器13電橋接。電氣設施1的運行電流進一步流動，現(xiàn)在其由串聯(lián)電連接的其它電力轉換器(也就是說，這里由第一電力轉換器3和第三電力轉換器23)產(chǎn)生。該運行電流于是從第三連接點20經(jīng)由第二開關裝置303和第一開關裝置207流向第二連接點10。

當此時要將第二電力轉換器13再次投入運行時，則必須將經(jīng)由第二開關裝置303和第一開關裝置207流動的運行電流換向到第二電力轉換器13中。為此，將第一開關裝置207斷開。由于流動的(大)運行電流，在第一開關裝置的開關觸點之間形成電弧。第一開關裝置207這里被設計為真空開關(例如設計為真空開關管)。真空開關中的電弧的電弧電壓由電弧的基點電壓(其基本上與電流無關)和歐姆電壓部分(其與電流有關)相加構成。

該電弧電壓使得電流從第一開關裝置207的路徑換向到電容器210的電流路徑上。電容器上相對于時間的電壓改變由電容器的電容值的大小來限制。電容器的電容在此選擇為，在電容器被充電到大于第一開關裝置207的電弧電壓的電壓之前，能夠將電流完全換向到電容器的路徑中。如果保證這一點，則開關裝置207中的電弧熄滅。

當?shù)谝婚_關裝置207中的電弧熄滅時，則運行電流完全換向到電容器210的電流路徑中。由此進一步對該電容器充電并且電容器電壓增大。該電容器電壓用作換向電壓，并且保證運行電流從電容器210的路徑換向到第二電力轉換器13的電流路徑上。一旦運行電流完全換向到第二電力轉換器13中，則斷開第二開關裝置303。因為這在沒有電流的狀態(tài)下進行，因此在理想情況下第二開關裝置303不需要是耐電弧的，但是當然也可以使用具有耐電弧強度的開關作為第二開關裝置303。由此運行電流從第一開關裝置207到第二電力轉換器13的換向過程結束。現(xiàn)在可以再次接通第二電力轉換器13。然后，第二電力轉換器13開始建立電壓。

電容器210的充電電壓被過電壓放電器213限制到預先給定的值。由此能夠限制所需的絕緣強度并且因此限制電容器210的設計。然而，該電路在沒有過電壓放電器213的情況下也能夠工作。然后，電容器210必須被設計為具有對于出現(xiàn)的電壓足夠的耐壓強度。

在圖3的實施例中，第二開關裝置303僅使電絕緣強度/耐壓強度增大。當?shù)诙娏D換器13在其運行時產(chǎn)生的直流電壓大于第一開關裝置207的絕緣強度時，這特別有利。然而，該電路在沒有第二開關裝置303的情況下也能夠工作，然后呈現(xiàn)根據(jù)圖2的電路。在這種情況下，第一開關裝置207必須被設計為還能夠承受在運行時由第二電力轉換器13產(chǎn)生的直流電壓。

利用所描述的換向電路，能夠將例如高達幾kA的直流電流換向到電力轉換器中。換向電路(特別是電容器的大小和耐壓強度)在此依據(jù)流過電力轉換器的電流和平滑電抗器的大小來設計。

所提出的解決方案可以特別有利地用于離岸風力發(fā)電設施、例如離岸風電場借助高壓直流傳輸與陸地側的能量供給網(wǎng)絡的連接。在此，特別有利的是，通過使用第一開關裝置和第二開關裝置(如在圖3中所示出的)，能夠提供大的絕緣強度，而不需要將電容器根據(jù)全DC標稱電壓來設計。通過僅需要借助換向電路提供換向電壓，能夠實現(xiàn)這一點。這意味著電容器210僅需要充電到電容器電壓超過換向電壓。

有利的是，在最簡單的情況下，換向電路僅由第一開關裝置與并聯(lián)連接的電容器構成。任選地，例如可以有利地借助過電壓放電器對電容器電壓進行限制。第二開關裝置(其在需要時又可以由多個開關裝置的串聯(lián)電路構成)的使用以有利的方式使換向電路的絕緣強度增大，而不需要將電容器根據(jù)出現(xiàn)的全電壓來設計。

描述了一種換向電路，利用其，能夠簡單并且可靠地將電流從將電力轉換器橋接的電流路徑換向回電力轉換器中。