[发明专利]电源转换器

说明书

技术领域

本发明涉及电源转换器，具体地说，涉及一种电源转换器，其 能够用来将操作于可变电压及可变频率的电动机连接到电压和频率 标称固定的电源网格或供电网。本发明还包括这样的特征，即在供电 网故障和瞬变状态时使得电源转换器保持与供电网的连接并持续控 制。该电源转换器尤其适用于海上推进系统，但并不限于此。

背景技术

船舶的推进器组件典型地以可变速度在向前和向后两个方向上 旋转。由于船舶使用电力和推进系统，所以驱动推进器组件的电动机 也将需要在可变频率(针对推进器组件被电动机的转子直接驱动于是 频率将近似地与推进器组件的旋转速度成比例的情况)和可变电压 (近似地与频率成比例)下进行操作。船舶的电源系统将具有标称固 定的电压和频率，因此必须使用电源转换器来将电动机连接到电源系 统。

电源转换器典型地由以下两部分构成：电网桥，其将来自电源 系统的交流电源调整为标称固定的直流电压(直流传输线)；以及电 动机桥，其将直流电压转换为用于电动机的适当的交流电压。许多船 舶的电源系统常被认为是“薄弱的”，因为总发电量非常接近总负荷。 这意味着当连接到电源的大负载和推进系统都启动时，可能会发生显 著的瞬变(急降)。电源系统上的任何急降或故障将干扰电网桥及其 提供直流电压的操作。因此对于电源转换器通常是将其关闭以避免对 各种元件造成损坏。对于许多海上应用来说，这种关闭电源转换器的 要求以及进而相关推进设备的总损失被认为是无法接受的。

因此需要一种改进的电源转换器，其可以在急降或故障的情况 下保持与电源系统的连接。

发明内容

本发明提供一种电源转换器，其能够用来将要求可变电压并操 作于可变频率的电动机连接到提供标称固定的电压和标称固定的频 率的供电网，所述电源转换器包括：

第一有源整流器/反相器，其被电连接到电动机的定子并包括多 个半导体电源开关器件；

第二有源整流器/反相器，其包括多个半导体电源开关器件；

直流传输线，其连接在第一有源整流器/反相器和第二有源整流 器/反相器之间；

滤波器，其连接在第二有源整流器/反相器和供电网之间，该滤 波器包括网络接线端；

用于第一有源整流器/反相器的第一控制器；以及

用于第二有源整流器/反相器的第二控制器；

其中第一控制器使用一个指示了期望直流传输线电压的直流传 输线电压需量信号，以控制第一有源整流器/反相器的半导体电源开 关器件来实现与直流传输线电压需量信号对应的期望的直流传输线 电压电平；并且

其中第二控制器使用一个指示了将通过第二有源整流器/反相 器从供电网传输到直流传输线的功率电平的功率需量信号，并使用一 个指示了将在滤波器的网络接线端上实现的电压的电压需量信号，以 控制第二有源整流器/反相器的半导体电源开关器件来实现与功率需 量信号和电压需量信号对应的期望的功率电平和电压电平。

电源转换器可被用于在供电网处于正常工作状态期间将电动机 连接到供电网，而且还可包括这样的特征，即允许工作在供电网电压 由于供电网上的故障或瞬变而发生变化的状态下。第二控制器还可以 在供电网电压偏离其正常状况时对第二有源整流器/反相器进行控制 来将电压支持提供到供电网。

电动机可以是任何类型的旋转电动机或线性电动机。示例中将 包括(通过如永久磁铁或者常规或超导绕组之类的任何适当方式来激 励的)感应电动机或同步电动机。在旋转电动机的情况下，转子可被 连接到推进器组件或在瞬变或故障期间要求不脱网运行 (ride-through)的任何其他机械负载。然而，在机械负载无法从供 电网获得电力的时间内其必须(以惯性或冲量等形式)保持足够的能 量来持续工作。线性电动机可被用在需要往复运动的应用中。

在电动机是感应电动机的情况下，第一控制器优选地使用指示 了将在电动机内实现的期望通量水平的通量需量信号来对第一有源 整流器/反相器的半导体电源开关器件进行控制，从而产生了在电动 机中实现了期望的通量的定子电量。术语“定子电量”在这里用来指 单个相电压量、单个相电流量、以及多相电动机中的相位和频率这些 中的任何一个和全部。

可以使用按照传统脉宽调制(PWM)策略得出的门驱动控制信号 来控制第一有源整流器/反相器中的半导体电源开关器件的操作。