用于控制直接變流器的方法，用于此的電子控制裝置，直接變流器和計算機程序模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于控制直接變流器（20）的方法，該直接變流器設置用于將第一三線網(wǎng)絡（30）與第二三線網(wǎng)絡（31）連接，其中直接變流器（20）具有六個串聯(lián)的變流器支路（32，33，34，35，36，37），其中設置有電蓄能器（9，11），其中這個方法具有用于變流器運行控制（41）的方法，利用其或者相反地根據(jù)能量需求標準、能量供應標準和/或無功功率標準控制能量從第一三線網(wǎng)絡（30）到第二三線網(wǎng)絡（31）中和反向的能量傳輸，其中這個方法具有用于能量含量調(diào)節(jié)（42）的方法，利用其調(diào)節(jié)儲存在每個變流器支路（32，33，34，35，36，37）中的相應的電能量，或?qū)⒈碚麟娔芰康碾妳⒘空{(diào)節(jié)到預定的給定范圍上。直接變流器具有串聯(lián)的帶有蓄能器的變流器支路。此外本發(fā)明涉及一種用于這種直接變流器的電控制裝置、一種直接變流器以及一種計算機程序模塊。
【專利說明】用于控制直接變流器的方法，用于此的電子控制裝置，直接變流器和計算機程序模塊
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于控制直接變流器的方法，該直接變流器設置用于將第一三線網(wǎng)絡與第二三線網(wǎng)絡連接。根據(jù)權利要求1的前序部分的其他特征，直接變流器具有六個串聯(lián)的具有蓄能器的變流器支路。此外本發(fā)明涉及一種根據(jù)權利要求13的、用于這種直接變流器的電子控制裝置，一種根據(jù)權利要求14的直接變流器以及一種根據(jù)權利要求15和16的計算機程序模塊。
【背景技術】
[0002]通常發(fā)明涉及對在所謂的六邊形變換器實施方式中的直接變流器的控制，即在一個實施方式中，其中六個變流器支路串聯(lián)，并且第一和第二三線網(wǎng)絡的總共六個電路分別連接在兩個變流器支路的連接點上。在非在先公開的申請DE102010013862中已經(jīng)提出了模塊化的直接變流器的這種結構。這種六邊形變換器的優(yōu)點在于，與傳統(tǒng)的由九個變流器支路構成的矩陣布置相比，可以使需要的模塊數(shù)量和進而硬件消耗減少了三分之一，但有效功率并沒有損失。與具有12個變流器支路的Back-to-back (背靠背)布置(M2LC (模塊化兩級轉(zhuǎn)換器)拓撲結構)相比，甚至可以使模塊數(shù)量減半。
[0003]在此，各個變流器分支可以部分地或完全具有例如電容器或可充電池(蓄電池)形式的電蓄能器。變流器支路在此可以例如由一些所謂的橋模塊構成，如接著根據(jù)實施例還詳細地加以說明的。這些橋模塊的串聯(lián)電路有利于構成變流器支路，這是因為可以在調(diào)節(jié)可能性、冗余和輸出電壓和電流的高次諧波含量方面獲得優(yōu)點。因此概念“變流器支路”理解為單個的橋模塊或多個橋模塊的串聯(lián)電路。
[0004]六邊形變換器形式的所述直接變流器是新式的，從而存在盡可能有效地控制六邊形變換器的期望。用于控制直接變流器的已知方法可以在另外的電路拓撲結構上被優(yōu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此本發(fā)明的目的在于，給出一種用于控制所述的六邊形變換器形式的直接變流器的方法，該方法允許直接變流器盡可能有效地長期運行。此外應該給出適合的控制裝置和直接變流器以及用于執(zhí)行該方法的計算機程序模塊。
[0006]該目的通過用于控制直接變流器的方法來實現(xiàn)，該直接變流器設置用于將第一三線網(wǎng)絡與第二三線網(wǎng)絡連接，其中直接變流器具有六個串聯(lián)的變流器支路，在這些變流器支路中設置有電蓄能器，其中這種方法具有用于變流器運行控制的方法，利用其根據(jù)能量需求標準、能量供應標準和/或無功功率標準來控制能量從第一三線網(wǎng)絡到第二三線網(wǎng)絡中或者反向的能量傳輸，其中這種方法具有用于能量含量調(diào)節(jié)的方法，利用其將儲存在每個變流器支路中的相應的電能量或表征電能量的電參量調(diào)節(jié)到在預定的給定范圍上。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點在于，在各個變流器支路中的能量在時間上是均衡的，并且由此變得平滑。這能使變流器系統(tǒng)有效率地長期運行。由此在已經(jīng)儲能器已滿時，不但避免了儲能器空轉(zhuǎn)而且還避免了過壓。通過避免過壓，可以不損傷部件或防止破壞該部件。通過避免空轉(zhuǎn)，確保在每個時間點持續(xù)準備調(diào)節(jié)在每個變流器支路中的各個橋模塊，以使得直接變流器在每個時間點上可以提供期望的輸出電壓和電流。
[0008]本發(fā)明適用于例如將高于IOMW的大型風力發(fā)電設備連接在供電系統(tǒng)上。
[0009]本發(fā)明的另一個優(yōu)點在于，對于在能量儲存中的能量的均衡而言，無需附加的硬件部件。這種方法可以例如通過擴展存在的變流器控制模塊的控制軟件來實現(xiàn)。
[0010]第一三線網(wǎng)絡和/或第二三線網(wǎng)絡例如可以是三相電網(wǎng)。根據(jù)本發(fā)明的一個有利的改進方案，第一三線網(wǎng)絡是供給網(wǎng)絡，并且第二三線網(wǎng)絡是連接有耗能設備的耗能網(wǎng)絡。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個有利的改進方案，用于能量含量調(diào)節(jié)的方法控制由直接變流器在第一三線網(wǎng)絡中和/或在第二三線網(wǎng)絡中產(chǎn)生的無功功率。這表明，通過這種無功功率控制能夠以在調(diào)節(jié)技術上簡單的方式可靠地實現(xiàn)在變流器支路的能量儲存中的能量的可靠的均衡化。在此根據(jù)有利的改進方案這樣控制無功功率，即在第一三線網(wǎng)絡上輸出的無功功率相應于在第二三線網(wǎng)絡上輸出的無功功率。在此通過控制在各個變流器支路中的橋模塊來控制分別在第一或第二三線網(wǎng)絡上由直接變流器輸出的無功功率。在兩個三線網(wǎng)絡中將無功功率控制在相同數(shù)值上的優(yōu)點是，可以使在分別兩個可相鄰的變流器支路之間產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)移最小化。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個有利的改進方案，這種用于能量含量調(diào)節(jié)的方法控制循環(huán)地流過六個變流器支路的全部串聯(lián)電路的循環(huán)電流和/或在第一三線網(wǎng)絡和第一三線網(wǎng)絡的中性點之間產(chǎn)生的中性點差電壓。這具有的優(yōu)點是，根據(jù)本發(fā)明在能量儲存中的能量的均衡化可以在這些應用情況下實現(xiàn)，在這些情況下三線網(wǎng)絡中因為基于外部條件而預先確定或者不能任意改變無功功率，因此不能實行無功功率控制。在此有利的是，可以使用六邊形變換器，其能夠原則上自由調(diào)節(jié)循環(huán)電流以及中性點差電壓，而與在兩個三線網(wǎng)絡之間的相應的能量轉(zhuǎn)換情況無關。在此可以至少在這樣的區(qū)域內(nèi)自由選擇中性點差電壓，在所述區(qū)域內(nèi)這種情況對于所連接的負載是允許的。
[0013]因此例如可以注入循環(huán)電流和/或中性點差電壓作為直流電流或直流電壓。這尤其在以下應用情況下是有利的:其中，例如在將直接變流器連接在變換器上或者在關于其線圈不接地的發(fā)電機上時、以及在其他的無電勢的應用中，允許在中性點之間的恒定的電勢差。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個有利的改進方案，將循環(huán)電流設定為直流電流，并且將中性點差電壓設定為直流電壓。這具有的優(yōu)點是，使得必要的循環(huán)電流與必要的中性點差電壓的乘積是盡可能小的，以便在變流器支路之間產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)移最小化。通過使各個變流器支路上的必要的最大電壓或各個變流器支路上的必要的最大電流最小化，可以使用較少的或較小的部件，由此有利地可以降低成本。
[0015]同樣有利的是，注入循環(huán)電流和/或中性點差電壓作為交流電流或交流電壓。當兩個中性點不允許彼此具有持久的電勢差時，例如在沒有變換器的網(wǎng)絡耦合時，這是特別有利的。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個有利的改進方案，直接變流器通過變換器與兩個三線網(wǎng)絡中的一個相連接。這在并不引起共模電流的情況下實現(xiàn)了對中性點差電壓的設定。以這種方式能夠?qū)⒅行渣c差電壓和循環(huán)電流用作直流參量，由此可以使用于直接變流器的硬件費用最小化并且可以具有成本優(yōu)勢。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個有利的改進方案，注入彼此是同相或反相的和同頻率的循環(huán)電流和中性點差電壓，其中這個頻率不同于第一三線網(wǎng)絡的和第一三線網(wǎng)絡的兩個頻率。這具有的優(yōu)點是，直接變流器的確定的部件、例如可能需要的共模濾波器的數(shù)量可以例如通過選擇高頻來減少。因此可以成本更低廉地構造直接變流器。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個有利的改進方案，將在第一三線網(wǎng)絡的電網(wǎng)頻率中的電壓分量與根據(jù)上述方法已經(jīng)存在的中性點差電壓疊加。根據(jù)本發(fā)明的另一個有利的改進方案，將第二三線網(wǎng)絡的電網(wǎng)頻率中的電壓分量與根據(jù)上述方法已經(jīng)存在的中性點差電壓疊加。因此可以疊加具有僅僅一個頻率的或具有兩個頻率的電壓分量，即第一三線網(wǎng)絡和第二三線網(wǎng)絡的相應的電網(wǎng)頻率。在第一三線電網(wǎng)頻率中的在中性點差電壓中的電壓分量以及在第二三線電網(wǎng)頻率中的電壓分量與中性點差電壓和循環(huán)電流的上述恒定的或非電網(wǎng)頻率的分量的上述共同作用一起，實現(xiàn)在直接變流器的任意支路之間的能量交換。例如當除取決于工作點的能量轉(zhuǎn)移之外在各個支路上產(chǎn)生不同的損耗時，這種情況可以是由于使用的部件的制造公差或者在運行直接變流器中異常的邊界條件，這種能量交換是有意義的。因此能量含量調(diào)節(jié)可以特別靈活地適應實際上任意的應用情況。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個有利的改進方案，將第一三線網(wǎng)絡的電網(wǎng)頻率中的電流分量與根據(jù)上述方法已經(jīng)存在的循環(huán)電流疊加。根據(jù)本發(fā)明的一個有利的改進方案，將第二三線網(wǎng)絡的電網(wǎng)頻率中的電流分量與根據(jù)上述方法已經(jīng)存在的循環(huán)電流疊加。在第一三線電網(wǎng)頻率中的在循環(huán)電流中的電流分量以及在第二三線電網(wǎng)頻率中的電流分量與中性點差電壓和循環(huán)電流的上述恒定的或非電網(wǎng)頻率的分量的上述共同作用一起，來實現(xiàn)在直接變流器的任意支路之間的能量交換。例如當除取決于工作點的能量轉(zhuǎn)移之外在各個支路上產(chǎn)生不同的損耗時，這種情況可以是由于使用的部件的制造公差或者在運行直接變流器中異常的邊界條件，這種能量交換是有意義的。因此能量含量調(diào)節(jié)可以特別靈活地適應實際上任意的應用情況。
[0020]上述方法的組合也是有利的。
[0021]此外在開頭所述的目的通過用于直接變流器的電子控制裝置來實現(xiàn)，該電子控制裝置設置用于執(zhí)行之前所述方式的方法。
[0022]此外該目的通過具有之前所述方式的控制裝置的直接變流器來實現(xiàn)。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的一個有利的改進方案，蓄能器設計為電容器或具有電容器。根據(jù)本發(fā)明的一個有利的改進方案，蓄能器設計為電池或者具有電池。電池根據(jù)有利的改進方案設計為可充電池。通過使用電池可以進一步提高直接變流器的蓄能能力，以便也可以長期
緩存能量。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的一個有利的改進方案，直接變流器是用于借助具有電子半導體開關的橋模塊將第一三線網(wǎng)絡與第二三線網(wǎng)絡連接的無變換器的直接變流器，其中直接變流器具有六個橋模塊或者其串聯(lián)電路，該直接變流器具有下述特征:
[0025]a)第一橋模塊或橋模塊的第一串聯(lián)電路一方面接在第一電流供電系統(tǒng)的第一導線上并且另一方面接在第二電流供電系統(tǒng)的第一導線上，
[0026]b)第二橋模塊或橋模塊的第二串聯(lián)電路一方面接在第一電流供電系統(tǒng)的第二導線上并且另一方面接在第二電流供電系統(tǒng)的第一導線上，[0027]c)第三橋模塊或橋模塊的第三串聯(lián)電路一方面接在第一電流供電系統(tǒng)的第二導線上并且另一方面接在第二電流供電系統(tǒng)的第二導線上，
[0028]d)第四橋模塊或橋模塊的第四串聯(lián)電路一方面接在第一電流供電系統(tǒng)的第三導線上并且另一方面接在第二電流供電系統(tǒng)的第二導線上，
[0029]e)第五橋模塊或橋模塊的第五串聯(lián)電路一方面接在第一電流供電系統(tǒng)的第三導線上并且另一方面接在第二電流供電系統(tǒng)的第三導線上，
[0030]f)第六橋模塊或橋模塊的第六串聯(lián)電路一方面接在第一電流供電系統(tǒng)的第一導線上并且另一方面接在第二電流供電系統(tǒng)的第三導線上。
[0031]直接變流器以巧妙的方式和以電路技術上的低消耗實現(xiàn)了在兩個三線網(wǎng)絡之間簡單和成本低廉的耦合和直接變流。電部件或者電子部件經(jīng)過三個引導供給電能的電路的每個電連接在此理解為三線網(wǎng)絡，例如電動的驅(qū)動裝置、供電系統(tǒng)或發(fā)電機。利用根據(jù)本發(fā)明的直接變流器，例如可以將電動的驅(qū)動裝置與供電系統(tǒng)耦合，或者將發(fā)電機耦合在供電系統(tǒng)上。當然本發(fā)明也包括兩個供電系統(tǒng)的彼此耦合。
[0032]利用所述的拓撲結構，相對于根據(jù)現(xiàn)有技術的直接變流器，可以實現(xiàn)簡化和成本低廉的構造。在此處如提到的那樣，需要至少新式的橋模塊結構或其串聯(lián)結構。通過在此提出的由六個橋模塊或者橋模塊的六個串聯(lián)電路構成的拓撲結構，由此可以在功能相同時使硬件費用降低了至少三分之一。此外，在使用串聯(lián)電路中的相應多個橋模塊時，完全取消對于相應的輸入濾波器和輸出濾波器的需求。提出的拓撲結構的應用領域例如是速度調(diào)節(jié)的大型驅(qū)動裝置、具有可變轉(zhuǎn)速的發(fā)電機以及具有集成了無功功率補償?shù)木W(wǎng)絡耦合器的領域。
[0033]直接變流器可以具有多個橋I旲塊的串聯(lián)電路。使用多個橋I旲塊的串聯(lián)電路能夠在設定輸出電壓方面提高靈活性。此外提高可靠性，因為多個橋模塊包含一定的冗余。因此例如在串聯(lián)電路的橋模塊有內(nèi)部故障、例如在中間電路電容器或電池上有故障時，通過全橋電路跨接這個橋模塊。由此引起的電壓故障可以通過串聯(lián)電路的其余的橋模塊來消除，即通過相應地控制橋模塊的電半導體開關來設定每個橋模塊的分別增高的輸出電壓。
[0034]在本發(fā)明的有利的實施方案中，在所有橋模塊中使用相同的橋直流電壓。在相應多個橋模塊中可以精細地調(diào)節(jié)這些橋模塊的串聯(lián)電路的得出的輸出電壓。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的一個有利的改進方案，可以使用具有不同的橋直流電壓的橋模塊。由此可以使用具有不同定電壓的橋模塊。給定電壓這個概念描述了從部件方面最大允許的橋直流電壓。這關于各個橋模塊的可調(diào)節(jié)的輸出電壓允許不同的電壓范圍。由此得出關于橋模塊的串聯(lián)電路的離散的可設定的電壓值。由此與在所有橋模塊中使用相同的橋直流電壓相比，在較少量的橋模塊中已經(jīng)能夠精細地調(diào)節(jié)橋模塊的串聯(lián)電路的得出的輸出電壓。
[0036]由此根據(jù)逐次近似計算的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的方式，可以有利地通過組合不同橋模塊的不同電壓值組合出串聯(lián)電路的輸出電壓。例如可以逐個橋模塊地使給定電壓分別提高兩倍，這樣能夠根據(jù)二進制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)串聯(lián)電路的輸出電壓。根據(jù)另一個實例，分別使用多個橋模塊，這些橋模塊中的橋直流電壓或給定電壓是彼此不同的，然而具有較小的差別。如果在串聯(lián)電路中例如將600V和800V用作橋直流電壓，那么最小的可設定電壓級減小到800V - 600V=200Vo
[0037]根據(jù)的一個有利的改進方案，至少一個橋模塊具有下述特征:[0038]a)橋模塊具有用于與供電系統(tǒng)的電路連接的第一接頭和第二接頭或另一個橋模塊的接頭，
[0039]b)橋模塊在全橋電路中具有四個電子半導體開關，
[0040]c)橋模塊的第一接頭和第二接頭與全橋電路的彼此相對的連接點相連接，
[0041]d)橋模塊具有電容器，該電容器與全橋電路的其他彼此相對的連接點相連接。
[0042]在此全橋電路能夠可變地調(diào)節(jié)多個開關狀態(tài)，例如直接連接在橋模塊的第一接頭與第二接頭之間的電路(跨接橋模塊)或者利用分別期望的、可通過半導體開關選擇的極性使電容器充電或放電。通過例如輸出脈寬調(diào)制的控制信號的控制裝置相應地控制半導體開關，由此能夠相對精細分級地使電容器充電和放電。
[0043]根據(jù)本發(fā)明的一個有利的改進方案，至少一個橋模塊具有下述特征:
[0044]a )橋模塊具有電池，
[0045]b)橋模塊具有可控制的直流電壓變換器，該直流電壓變換器的一個連接側(cè)與電容器并聯(lián)，并且電池與該直流電壓變換器的另一個連接側(cè)連接。
[0046]這能夠以巧妙的方式和在電路技術上的低消耗將電池連接在直接變流器中。利用電池或多個電池，在使用多個橋模塊時，能夠以低消耗來集成無中斷的電源。因此在供電系統(tǒng)上使用直接變流器時，可以例如實現(xiàn)提供用于使網(wǎng)絡穩(wěn)定的瞬時存儲。借助橋電路的電池可以根據(jù)電池的設計在較長的時間段內(nèi)、例如在風力發(fā)電場產(chǎn)能較低的時間內(nèi)也可以緩沖供電。以可比較的方式，可以將太陽能供電裝置有利地與在三相電網(wǎng)的所述的裝置耦合。有利地，可以通過電池實現(xiàn)在缺少陽光的時間或夜晚對能量進行緩存。
[0047]電池有利地設計為可充電池、例如鎳金屬氫化物蓄電池、鉛蓄電池或鋰聚合物蓄電池。當然也可以使用其他的蓄電池技術。
[0048]橋模塊的這個實施方案實現(xiàn)的是，不取決于電池電壓地保持橋模塊的、借助電池產(chǎn)生的橋直流電壓恒定，更確切地說是通過相應地控制直流電壓變換器來實現(xiàn)。由此也可以在電池電壓下降時保持恒定的輸出電壓。在這種情況下所述的部件的每個空間的和構造上的結構理解為橋模塊，不取決于模塊是否例如整合在殼體中或者分散地布置。例如電池可以在結構上與橋模塊的其余的部件分開布置。在本發(fā)明的一個有利的改進方案中，電池在結構上集成在橋模塊中。
[0049]另一個優(yōu)點是，功率需求或流過橋模塊的電流的波度基本上可以由電池來消除。通過電池可以實現(xiàn)基本恒定的電流，即可以由電池阻止在供電系統(tǒng)中的高頻分量。這顯著地提高了電池的可能的使用壽命。
[0050]有利地，可以使用橋模塊的串聯(lián)電路。由此可以避免多個電池直接串聯(lián)。通過多個橋模塊則可以集成多個電池，這些橋模塊分別具有一個自有的電池。這避免了對于用于電池的特別的平衡電路或者充/放電電路的在電路技術上的消耗，并且由此降低了整個電路技術上的消耗。
[0051]有利地，考慮到相應橋模塊的橋直流電壓或給定電壓而選擇電池電壓。由此避免直流電壓變換器的高轉(zhuǎn)換比，并且優(yōu)化了效率。在變流器的橋模塊的給定電壓不同的情況下，使用的電池的電壓則也彼此不同。
[0052]另一個優(yōu)點是，通過全橋電路能夠斷開橋模塊。因此例如在功率半導體損壞時，實現(xiàn)在橋模塊的串聯(lián)電路中將一個橋模塊斷開。盡管一個橋模塊停止工作，通過其余的橋模塊繼續(xù)地保持串聯(lián)電路的期望的輸出電壓恒定。
[0053]本發(fā)明的另一個優(yōu)點是，橋模塊的電池損壞時，橋模塊仍可以保持運行。雖然在此時，具有損壞電池的模塊不能提供電能，但是可以使用這個模塊，以便在一部分網(wǎng)絡周期內(nèi)提高在橋模塊的串聯(lián)電路上的電壓，并且因此有助于降低各個橋模塊的對于故障安全地運行變流器所需的過大的給定電壓。
[0054]通過這兩個所述方法可以實現(xiàn)尤其是故障安全的無中斷的電源或變流器系統(tǒng)。
[0055]本發(fā)明的另一個優(yōu)點是，通過直流電壓變換器可以補償電池根據(jù)充電狀態(tài)調(diào)節(jié)的不同電壓水平。由此橋模塊可以產(chǎn)生期望的恒定的輸出電壓。因此在串聯(lián)電路中使用橋模塊時，例如在變流器中，也可以在三線網(wǎng)絡上保持恒定的電壓。另一個優(yōu)點是，不再需要在已知的變流器中關于模塊數(shù)量或電池電壓進行過度設置，因為在橋模塊或橋模塊的電池有故障時可以通過相應地提高輸出電壓并且必要時提高其余的橋模塊的橋直流電壓來補償缺少的電壓。
[0056]在直流電壓變換器的相應的設計方案中，原則上與現(xiàn)有技術中的無中斷的電源相比也能夠以較少數(shù)量的橋模塊或電池來構造該裝置。由此可以實現(xiàn)特別成本低廉的無中斷的電流源。
[0057]根據(jù)安全性要求和可靠性要求，可以在有利的設計方案中一開始就過大地設計橋模塊的串聯(lián)電路，即可以設置比用于達到期望的輸出電壓所需的橋模塊和電池的數(shù)量更多的橋模塊和電池。因此設置了冗余的橋模塊。期望的輸出電壓可以通過其橋電路實現(xiàn)對各個橋模塊的橋直流電壓的降壓轉(zhuǎn)換。因為每個單個的模塊必須提供很小的能量，由此一方面不損傷電池。此外在較多橋模塊有故障時，也可以保持期望的輸出電壓。由此例如相對于電池的純串聯(lián)電路也可以繼續(xù)提高整個裝置的可靠性。
[0058]根據(jù)本發(fā)明的一個有利的改進方案，用于提供輸出電壓的直流電壓變換器設置在電容器上，該輸出電壓根據(jù)對直流電壓變換器運行和控制可以被設定高于、低于或者等于電池的電壓。使用這種可控制的直流電壓變換器能夠在使用橋模塊或多個橋模塊以及控制其的輸出電壓時具有高靈活性。直流電壓變換器可以設計為純升壓變換器(輸出電壓高于或等于電池電壓)、純降壓變換器(輸出電壓低于或等于電池電壓)或者組合的升壓/降壓變換器。有利的是使用升壓變換器，因為一方面在此比對于組合的升壓/降壓變換器需要更少的部件，并且另一方面需要更低的電池電壓，這降低了在平衡可能性上可能的需求。
[0059]根據(jù)本發(fā)明的一個有利的改進方案，直流電壓變換器是雙向的直流電壓變換器。由此可以不僅僅在這一個方向上可變地提供用于在與電容器連接的、直流電壓變換器輸出端上的橋直流電壓的能量，而且附加地也為具有從直流電壓變換器與電容器連接的一側(cè)輸出的電壓的電池以適合于相應的電池狀態(tài)的充電電壓來充電。例如出于組成電池的目的，附加地也可以通過雙向的直流電壓變換器來控制電池限定地放電。
[0060]根據(jù)本發(fā)明的一個有利的改進方案，直流電壓變換器具有帶有兩個電半導體開關的半橋。有利地，可以如用于全橋電路那樣地使用同種類型的半導體開關。這能夠?qū)崿F(xiàn)簡單和成本廉價地構成由少量部件組成的直流電壓變換器，并且由此能夠?qū)崿F(xiàn)成本廉價地構成整個橋模塊。
[0061]在本發(fā)明的一個有利的改進方案中，電半導體開關以三相的IGBT模塊的形式來設計。四層半導體元件稱作IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor),其借助控制柵來控制。IGBT是功率MOSFET (金屬氧化層半導體場效應管)的改進物。在輸出端一側(cè)IGBT具有P-N半導體結。因此IGBT是一種由場效應半導體元件和雙極性半導體元件構成的組合。在供電技術中通常使用具有三個半橋、即六個IGBT半導體開關的模塊形式的IGBT。因此這種模塊可簡單并且成本低廉地購買。本發(fā)明說明了一種巧妙的方法，有效率地為了構造橋模塊使用在三相IGBT模塊中存在的六個半導體開關或三個半橋。
[0062]根據(jù)本發(fā)明的一個有利的改進方案，將至少一個扼流圈串聯(lián)于橋模塊或者橋模塊的串聯(lián)電路。這個扼流圈通過其能量存儲特性使得流過橋模塊或流過橋模塊的串聯(lián)電路的電流曲線平整。
[0063]根據(jù)本發(fā)明的一個有利的改進方案，在橋模塊的串聯(lián)電路中設置控制單元以便斷開識別為故障的橋模塊。這種斷開可以通過在橋模塊的半導體開關上跨接橋模塊的接頭來實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的一個有利的改進方案，控制單元設置用于斷開識別為故障的電池。這種斷開可以例如通過直流電壓變換器的半導體開關來實現(xiàn)?？刂茊卧梢允桥鋵儆跇蚰K的控制單元、用于多個橋模塊的上游控制單元或者用于整個直流變流器的中央控制單元。
[0064]此外該目的通過一種具有程序模塊編碼設備的計算機程序模塊來實現(xiàn)，該計算機程序模塊設置用于在計算機上執(zhí)行計算機程序模塊執(zhí)行前述的種類的方法。計算機可以是例如微處理器或用于直接變流器的所述電子控制裝置的微控制器，或者是變流器設備的控制計算機。
[0065]此外該目的通過一種具有程序模塊編碼設備的計算機程序模塊來實現(xiàn)，該計算機程序模塊存儲在能機讀的載體上，該計算機程序模塊設置用于在計算機上執(zhí)行計算機程序模塊時執(zhí)行前述的種類的方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0066]下面根據(jù)實施例在使用附圖的情況下詳細說明本發(fā)明。圖中示出:
[0067]圖1是在第一實施方式中的橋模塊，以及
[0068]圖2是在第二實施方式中的橋模塊，以及
[0069]圖3是六邊形變換器形式的直接變流器，以及
[0070]圖4是根據(jù)圖3具有控制裝置的直接變流器，以及
[0071]圖5和6是在示意圖中的能量控制器。
[0072]在這些附圖中對于彼此相應的部件使用相同的標號。
【具體實施方式】
[0073]六邊形變換器不但可以利用無電池的橋模塊也以有電池的橋模塊來構成，其中也可以是混合橋模塊。根據(jù)圖1首先示出具有電池的橋模塊。這個設計方案原則上也適用于根據(jù)圖2示出的無電池的橋模塊，其中在該處取消電池的緩沖功能。
[0074]圖1示出橋模塊1，其適合作為用于將至少一個電池接入供電系統(tǒng)中的裝置。橋模塊I具有作為外部接頭的第一接頭2和第二接頭3。接頭2，3是橋模塊與供電系統(tǒng)、變流器支路的其他的橋模塊或其他部件的外部連接。橋模塊I具有帶有四個電子半導體開關5，6，7,8的全橋電路4。在全橋電路4的兩個相對設置的連接點16，17之間連接雙極電容器9。全橋電路4的其余的兩個相對設置的連接點18，19與外部接頭2，3相連接。連接點16，17與可控制的、雙向的直流電壓變換器10相連接，該直流電壓變換器設計為組合的升壓/降壓變換器。交流電壓變換器與電容器9并聯(lián)。在直流電壓變換器10的相對設置的連接端上設置有與直流電壓變換器10連接的電池11。此外橋模塊I具有例如微處理器或邏輯電路形式的局部控制單元12。局部控制單元12與半導體開關5，6，7，8的控制接頭以及與直流電壓變換器10的控制輸入端相連接。局部控制單元12運行控制程序模塊，利用該控制程序模塊控制直流電壓變換器10的功能以及半導體開關5，6，7，8的開關狀態(tài)。
[0075]全橋電路4的半導體開關5，6，7，8例如分別設計為IGBT。此外直流電壓變換器10具有兩個其他的電半導體開關13，14，該電半導體開關例如設計為IGBT。半導體開關13，14的門電路接頭同樣如同半導體開關5，6，7，8的門電路接頭那樣與局部控制單元12相連接。局部控制單元12為此通過相應地控制半導體開關13，14對直流電壓變換器10進行控制。半導體開關13，14布置在半橋電路中。在此半導體開關13的集電極接頭與全橋電路4的連接點16相連接。半導體開關14的發(fā)射極接頭與全橋電路4的連接點17相連接。半導體開關13的發(fā)射極接頭與半導體開關14的集電極接頭以及與扼流圈15相連接。扼流圈15與電池11的接頭、例如正極相連接。電池11的第二接頭、例如負極與半導體開關14的發(fā)射極接頭并且由此與全橋電路4的連接點17相連接。
[0076]使用半導體開關13，14以及扼流圈15能夠?qū)崿F(xiàn)簡單和成本低廉地構造雙向的、可控制的直流電壓變換器，該直流電壓變換器設計為升壓變換器。此外可以使用已經(jīng)具有六個IGBT的三相IGBT模塊，這六個IGBT分別成對地在半橋電路中接通。在此IGBT模塊的第一半橋用于布置半導體開關5，6，第二半橋用于半導體開關7，8并且第三半橋用于半導體開關13，14。
[0077]局部控制單元12通過線路16與中央電子控制裝置40相連接，以后還說明它的構造和功能。線路16可以例如是數(shù)據(jù)總線、例如串行數(shù)據(jù)總線。局部控制單元12通過線路16獲得給定值，其根據(jù)該給定值控制全橋電路4和直流電壓變換器10。此外局部控制單元12通過線路16將特征值傳輸給中央電子控制裝置40，例如電容器9和/或電池11的充電狀態(tài)。
[0078]圖2示出橋模塊I的另一個實施方式。根據(jù)圖3的橋模塊I如根據(jù)圖2的橋模塊那樣來相應地構造，然而沒有直流電壓變換器10和電池11。
[0079]圖3示出直接變流器20，第一三線網(wǎng)絡30、例如設計為三相電網(wǎng)的供電系統(tǒng)與該直接變流器以及與第二三線網(wǎng)絡31相連接。第二三線網(wǎng)絡31可以同樣設計為三相電網(wǎng)。橋電路I的串聯(lián)電路32，33，34，35，36，37分別用于連接，其中橋模塊能夠可選地設計具有或沒有電池以及直流電壓變換器。在此可以使用根據(jù)圖1和2的橋模塊，也以混合裝配地來使用。各一個扼流圈320串聯(lián)于相應的串聯(lián)電路32，33，34，35，36，37地布置。這個裝置構造如下:
[0080]橋模塊I的第一串聯(lián)電路32 —方面在連接點300與第一三線網(wǎng)絡30的第一導線相連接，并且另一方面在連接點310處與第二三線網(wǎng)絡31的第一導線相連接。橋模塊I的第二串聯(lián)電路33 —方面在連接點301處與在第一三線網(wǎng)絡30的第二導線相連接，并且另一方面在連接點310處與第二三線網(wǎng)絡31的第一導線相連接。橋模塊I的第三串聯(lián)電路34 一方面在連接點301處與第一三線網(wǎng)絡30的第二導線相連接，并且另一方面在連接點311處與第二三線網(wǎng)絡31的第二導線相連接。橋模塊I的第四串聯(lián)電路35 —方面在連接點302處與第一三線網(wǎng)絡30的第三導線相連接，并且另一方面在連接點311處與第二三線網(wǎng)絡31的第二導線相連接。橋模塊I的第五串聯(lián)電路36 —方面在連接點302處與第一三線網(wǎng)絡30的第三導線相連接，并且另一方面在連接點312與第二三線網(wǎng)絡31的第三導線相連接。橋模塊I的第六串聯(lián)電路37 —方面在連接點300處與在第一三線網(wǎng)絡30的第一導線相連接，并且另一方面在連接點312處與第二三線網(wǎng)絡31的第三導線相連接。每個串聯(lián)電路32，33，34，35，36，37分別形成變流器支路。
[0081]此外圖3示出第一三線網(wǎng)絡30的中性點303以及第二三線網(wǎng)絡31的中性點313。
[0082]在圖3中示出的拓撲結構能夠在相應地控制裝有電池的橋模塊I時實現(xiàn)在供電系統(tǒng)中無中斷的供電。此外可以通過橋模塊I實現(xiàn)無功功率補償以及補償能量需求的波動，或者是在用于將發(fā)電機連接在供電網(wǎng)絡上時實現(xiàn)補償所提供的電能的波動。為了協(xié)調(diào)對多個橋模塊I的控制，設置中央電子控制裝置40，其通過數(shù)據(jù)通訊與橋模塊I的各個局部控制單元12連接。中央電子控制裝置40控制各個橋模塊的橋直流電壓以及由各個橋模塊輸出的輸出電壓。
[0083]此外，圖3示出在兩個三線網(wǎng)絡30，31以及直接變流器20中出現(xiàn)的電壓和電流。
為了下面的觀察定義如下:
[0084]
【權利要求】
1.一種用于控制直接變流器(20)的方法，所述直接變流器設置用于將第一三線網(wǎng)絡(30)與第二三線網(wǎng)絡(31)連接，其中所述直接變流器(20)具有六個串聯(lián)的變流器支路(32，33，34，35，36，37)，在這些所述變流器支路中設置有電蓄能器(9，11 )，其中所述方法具有用于變流器運行控制(41)的方法，利用所述用于變流器運行控制的方法根據(jù)能量需求標準、能量供應標準和/或無功功率標準來控制從所述第一三線網(wǎng)絡(30)到所述第二三線網(wǎng)絡(31)中或者反向的能量傳輸，其特征在于，所述方法具有用于能量含量調(diào)節(jié)(42)的方法，利用所述用于能量含量調(diào)節(jié)的方法來將儲存在每個所述變流器支路(32，33，34，35，36，37 )中的相應的電能量、或表征所述電能量的電參量調(diào)節(jié)到預定的給定范圍上。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述用于所述能量含量調(diào)節(jié)(42)的方法控制由所述直接變流器(20)在所述第一三線網(wǎng)絡(30)和/或所述第二三線網(wǎng)絡(31)中產(chǎn)生的無功功率(Q1, Q2)ο
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，在所述第一三線網(wǎng)絡(30)上輸出的所述無功功率(Q1)相應于在所述第二三線網(wǎng)絡(31)上輸出的所述無功功率(Q2)。
4.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的權利要求，其特征在于，所述用于能量含量調(diào)節(jié)(42)的方法控制循環(huán)流過六個所述變流器支路(32，33，34，35，36，37)的全部串聯(lián)電路的循環(huán)電流(i&)和/或在所述第一三線網(wǎng)絡和所述第一三線網(wǎng)絡(30，31)的中性點(303，313)之間產(chǎn)生的中性點差電壓(Vsto)。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，注入所述中性點差電壓(Vstm)作為直流電壓，并且注入所述循環(huán)電流(i&)作為直流電流。
6.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，注入彼此同相或反相的并且同頻率的所述循環(huán)電流(U和所述中性點差電壓(Vstm),其中所述頻率不同于所述第一三線網(wǎng)絡和所述第一三線網(wǎng)絡(30，31)的兩個頻率(Q1, ω2)。
7.根據(jù)權利要求4至6中任一項所述的方法，其特征在于，將所述第一三線網(wǎng)絡(30)的電網(wǎng)頻率((O1)中的電流分量和/或所述第二三線網(wǎng)絡(31)的電網(wǎng)頻率(ω2)中的電流分量與存在的所述循環(huán)電流(i&)疊加。
8.根據(jù)權利要求4至6中任一項所述的方法，其特征在于，將所述第一三線網(wǎng)絡(30)的電網(wǎng)頻率(Co1)中的電壓分量和/或所述第二三線網(wǎng)絡(31)的電網(wǎng)頻率(ω2)中的電壓分量與存在的所述中性點差電壓(Vstm)疊加。
9.根據(jù)權利要求4至6中至少一項所述的方法，其特征在于， a)將所述第一三線網(wǎng)絡(30)的電網(wǎng)頻率(O1)中的電流分量和/或所述第二三線網(wǎng)絡(31)的電網(wǎng)頻率(ω2)中的電流分量與存在的所述循環(huán)電流(i&)疊加，并且 b)將所述第一三線網(wǎng)絡(30)的電網(wǎng)頻率(O1)中的電壓分量和/或所述第二三線網(wǎng)絡(31)的電網(wǎng)頻率(ω2)中的電壓分量與存在的所述中性點差電壓(Vstm)疊加。
10.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，存在用于調(diào)節(jié)所述直接變流器(20)的各種調(diào)節(jié)參量的多個調(diào)節(jié)器(56，58，59)，并且在所述調(diào)節(jié)器(59)中在相應的工作點調(diào)節(jié)所述直接變流器(20)的總能量含量。
11.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，存在用于調(diào)節(jié)所述直接變流器(20)的各種調(diào)節(jié)參量的多個調(diào)節(jié)器(56，58，59)，并且在所述調(diào)節(jié)器(58)中調(diào)節(jié)在能相鄰的所述變流器支路(32，33，34，35，36，37)之間的能量轉(zhuǎn)移。
12.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，存在用于調(diào)節(jié)所述直接變流器(20)的各種調(diào)節(jié)參量的多個調(diào)節(jié)器(56，58，59)，并且在四個所述調(diào)節(jié)器(56)中調(diào)節(jié)在僅僅不能相鄰的所述變流器支路(32，33，34，35，36，37)之間的能量平衡。
13.一種用于所述直接變流器(20)的電子控制裝置(40)，所述電控制裝置設置用于執(zhí)行根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法。
14.一種具有根據(jù)權利要求13所述的電子控制裝置(40)的直接變流器(20)，所述電子控制裝置用于所述直接變流器。
15.一種具有程序模塊編碼設備的計算機程序模塊，所述計算機程序模塊設置用于當在計算機上執(zhí)行所述計算機程序模塊時實施根據(jù)權利要求1至12中任一項所述的方法。
16.一種具有程序模塊編碼設備的計算機程序模塊，所述計算機程序模塊存儲在能機讀的載體上，所述計算機程序模塊設置用于當在計算機上執(zhí)行所述計算機程序模塊時實施根據(jù)權 利要求1至12中任一項所述的方法。
【文檔編號】H02M7/49GK103733494SQ201280034657
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年7月16日 優(yōu)先權日:2011年7月14日
【發(fā)明者】倫納特·巴魯施卡 申請人:西門子公司