[发明专利]由直流中间回路连接的变流器组件的变流器系统及操作该系统的方法

说明书

技术领域

本发明涉及功率电子学领域。它尤其涉及如权利要求1前序部分中所述的变流器系统，及用于操作该系统的方法。

背景技术

当在工业系统中使用具有相同中间回路电压等级的多个电压中间回路变流器时，该系统可有利地形成具有耦合电压中间回路的系统，被称为共用DC母线系统，而不同于使用各基于一个电源系统变流器、一个电压中间回路及一个负载变流器的独立变流器的系统。该共用DC母线系统包括电源系统变流器组件(使用二极管的无源式及使用可控半导体开关的有源式)，一个或多个中间回路组件及负载变流器组件(例如电动机馈电，发电机馈电等)。

该系统的优点譬如在于：功率可被在负载组件之间自由交换，而没有任何必要使用双向电源系统变流器组件；使用共用的辅助装置(用于中间回路的充电装置，过电压限制器，制动控制器等)；及能够使用相对大的、低成本的组件作为电源系统变流器。例如，如果具有5个负载组件，每个向其负载馈给100kW的功率，单个500kW的电源系统变流器组件可对该系统供电。这不仅节省变流器成本，而且也可能节省变压器成本。

但是，这样一种系统也具有其缺点，需要采取适当措施来对付。该系统的一个重要问题是，当其中一个变流器故障时系统的保护。如果所有的组件未采取任何进一步措施地与共用中间回路连接，单个组件中的短路将导致共用中间回路的短路，及由此导致整个系统的故障。此外，在中间电路内的能量高于单个变流器中的能量，这可能导致故障组件中的损坏，该损坏被认为比单个组件中原有的损坏程度大得多。

对于该问题的一个通常的解决方案是将单个变流器组件经过一个保护电路连接到共用中间回路。这限制了导入故障组件中能量的破坏程度及将该组件与系统其它部分隔开，以使得系统其余部分的工作仍可继续。但是，该解决方案具有大的缺点：首先，该保护装置的动作很慢，以致干扰了其它组件的工作。

通常，在此情况下不可能避免工作的短暂中断。其次，该保护装置被损坏及必需更换。这增加了修理时间，产生了附加的修理成本及增加了备件库存成本。

发明描述

因此本发明的目的是，提供一种变流器系统，其中故障变流器组件可选择地与共用中间回路隔离，其中连接在中间回路上的其它组件可不中断地继续工作，及其中隔离装置不会被损坏，及规定了一种用于其操作的方法。

该目的通过权利要求1及9的全部特征来解决。

本发明的实质可描述为两个步骤：

第一步骤：

对每个变流器组件分配了所需DC中间回路的一个合理部分(“分布式中间回路)。在此情况下，分配一般基于两个原则：分配给一个变流器组件的电容器(”局部中间回路“)应至少足够大，以致能承受由该组件导入中间电路的交变电流；分配给一个变流器组件的电容器中存储的能量必须不超过一个值，在该值时如果电容器向故障组件放电将引起不可接受的损坏。

除局部中间回路中的电容器外，在中间回路中无其它的DC电压电容器所具有的电容量与局部设置的电容器的电容量有相同的等级。

第二步骤：

具有局部中间电路的变流器组件通过至少一个保护开关(半导体开关)连接到DC电压母线条上。在该情况下，保护开关这样地布置，以致它们可中断从正DC电压母线条到局部中间回路正极的连接和/或可中断从局部中间回路负极到负DC电压母线条12的连接。

根据本发明第一优选改进方式，至少一个变流器组件是仅从AC电压端子将功率转移到DC电压中间回路的变流器组件，及用于该变流器组件的保护开关是半导体二极管。这允许电路的复杂性相应地降低。

根据本发明第二优选改进方式，至少一个变流器组件是从DC电压中间回路将功率转移到AC电压端子的变流器组件，及该变流器组件中的保护开关是可控功率半导体开关。

如果至少一个变流器组件是多点式变流器组件，相关的局部中间回路具有电容器的串联电路，它们的连接点形成相应的中间点。原则上，多点式变流器组件也仅需要通过正的及负的DC电压母线条连接到系统上，因为中间节点形成在局部上。与具有集中设置的电容器单元的系统相比，这大大地减小了DC电压母线条的复杂性。此外，由此可以在系统中同时地操作具有不同点数的变流器组件(例如三点式变流器及四点式变流器)。