BRPI1103076A2 - método para inibir um conversor com armazenamentos de energia distribuìda - Google Patents
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Abstract
MéTODO PARA INIBIR UM CONVERSOR COM ARMAZENAMENTOS DE ENERGIA DISTRIBUìDA. A presente invenção refere-se a um método para inibir um conversor (2) com armazenamentos de energia distribuída (Csm) apresentando pelo menos dois módulos de fase (4~ 1~, 4~ 2~, 4~ 3~), que apresentam, cada qual uma ramificação de válvula superior e uma ramificação de válvula inferior (P1, N1, P2, N2, P3, N3), que apresentam, cada qual uma multiplicidade de submódulos de dois polos (SM1, SM2, ... SMn), que são eletricamente conectados em série e que apresentam, cada qual, um capacitor de armazenamento de energia unipolar (CsM), com o qual um circuito em série de dois comutadores semicondutores (S1, S2), que podem ser desligados, cada qual com um diodo (D1, D2) conectado costas com costas em paralelo, é conectado eletricamente em paralelo. De acordo com a invenção, os módulos (SM1, SM2, ..., SMn) em uma ramificação de válvula superior e em uma ramificação de válvula inferior (P1, N1, P2, N2, P3, N3) em cada módulo de fase (4~ 1~, 4~ 2~, 4~ 3~) no conversor (2) são controlados para um estado de comutação III, escalonado em tempo. Isto consideravelmente reduz a carga de tensão para o conversor (2) e um motor polifásico conectado (6), ou um sistema de suprimento de energia conectado.
Description
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Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO PARA INIBIR UM CONVERSOR COM ARMAZENAMENTOS DE ENERGIA DISTRIBUÍDA".
A presente invenção refere-se a um método para inibir um con- versor com armazenamentos de energia distribuída apresentando pelo me- nos dois módulos de fase, que apresentam cada qual, uma ramificação de válvula superior e uma ramificação de válvula inferior, que apresentam cada qual, uma multiplicidade de submódulos de dois polos, que são eletricamen- te conectados em série e que apresentam cada qual, um capacitor de arma- zenamento de energia unipolar, com o qual um circuito em série de dois co- mutadores semicondutores que podem ser desligados, cada com um diodo conectado costas com costas em paralelo, é conectado eletricamente em paralelo.
Um conversor com armazenamentos de energia distribuída é conhecido a partir de DE 101 03 031 A1, e é ilustrado esquematicamente na figura 1. De acordo com esta ilustração, este conversor 2 apresenta três mó- dulos de fase 4i, A2 e 43, que apresentam, cada qual, uma respectiva ramifi- cação de válvula superior e uma respectiva ramificação de válvula inferior P1 e N1, P2 e N2, bem como P3 e N3. Estas duas ramificações de válvula P1, N1, P2, N2, e P3, N3, em cada módulo de fase A1, A2, e 43, respectivamente, são conectadas para formarem um braço de ponte. Um ponto de junção en- tre uma ramificação de válvula superior e uma ramificação de válvula inferior P1 e N1, P2 e N2, bem como P3 e N3 é ultrapassado como uma respectiva conexão L1, L2 ou L3, respectivamente, no lado de tensão CA do respectivo módulo de fase 4i, A2 ou 43. Um motor polifásico 6 ou um sistema de supri- mento de energia é conectado a estas conexões L1, L2 ou L3 no lado CA. Os módulos de fase 4-i, A2 ou 43 são eletricamente conectados em paralelo entre si e são conectados para formarem um dispositivo de alimentação de tensão CC, que não é ilustrado em maiores detalhes, mas é conectado às conexões de tensão CC P0 e N0 do conversor 2 com armazenamentos de energia distribuída Csm- Uma tensão CC gerada Ucc está presente entre es- tas conexões de tensão CC P0 e N0. 2/15
Esta ilustração do conversor 2 com armazenamentos de energia distribuída CSm mostra igualmente que cada ramificação de válvula P1, N1, P2, N2, P3, e N3 apresenta uma multiplicidade de submódulos de dois polos SM1, SM2, ..., SMn1 que são eletricamente conectados em série. Cada sub- 5 módulo de dois polos SM1, SM2, ..., SMn, com base na ilustração do sub- módulo SM1, apresenta um capacitor de armazenamento de energia unipo- Iar Csmι dois comutadores semicondutores S1 e S2, que podem ser desliga- dos, e dois diodos D1 e D2. Os dois comutadores semicondutores S1 S2 que podem ser desligados são eletricamente conectados em série, e, este 10 circuito em série, é eletricamente conectado em paralelo com o capacitor de armazenamento de energia unipolar Csm- Um respectivo diodo D1 ou D2 é conectado costas com costas em paralelo com os comutadores semicondu- tores S1 e S2 que podem ser desligados. Estes diodos D1 e D2 formam, portanto, cada um deles, um diodo de roda livre. Um ponto de junção entre 15 os dois comutadores semicondutores S1 e S2, que podem ser desligados, é ultrapassado como a conexão de módulo X2. A conexão negativa do capaci- tor de armazenamento de energia unipolar Csm forma uma segunda conexão de módulo X1. Quando o capacitor de armazenamento de energia unipolar Csm tiver sido carregado, uma tensão de capacitor USm irá sofrer uma queda 20 através dele.
Estas tensões de capacitor USmi> USm2, -■·, UsMn dos subsistemas de dois polos SM1, SM2, ..., SMn em cada ramificação de válvula P1, N1, P2, N2, P3 e N3 serão respectivamente acrescentadas para formarem uma tensão de válvula UZPi UZNi, UZp2, Uzn2, UZp3 e Uzn3- A adição, em cada ca- 25 so, de duas tensões de válvula UZP1, UZNi, UZP2 e UZP2, bem como UZP3 e UZN3 de um respectivo de módulo de fase 4-i, 42 ou 43 resulta na tensão CC Ucc que está presente entre as conexões de tensão CC P0 e N0.
A configuração de cada subsistema de dois polos SM no con- versor 2 com armazenamentos de energia distribuída Csm permite que cada 30 submódulo SM seja controlado com relação aos três estados de comutação, especificamente os estados de comutação I, Il e III. No estado de comutação I, o comutador semicondutor S1, que pode ser desligado, está no estado 3/15
ligado, e o comutador semicondutor S2, que pode ser desligado, está no es- tado desligado. A tensão de capacitor USm está, portanto, presente como a tensão termina Ux2xI nas conexões de módulo X2 e X1 do submódulo SM, independentemente da direção de uma corrente de ramificação iz que flui.
5 No estado de comutação II, o comutador semicondutor S1, que pode ser desligado, está no estado desligado, e o comutador semicondutor S2, que pode ser desligado, está no estado ligado, resultando assim em uma tensão terminal Ux2xI com amplitude zero estando presente nas conexões de módu- lo X2 e X1 do submódulo SM, do mesmo modo independentemente da dire- 10 ção de uma corrente de ramificação iz que flui. No estado de comutação III, ambos os comutadores semicondutores S1 e S2, que podem ser desligados, estão no estado desligado. A amplitude da tensão terminal Ux2xI de cada submódulo SM, quando no estado de comutação III, é dependente da dire- ção de uma corrente de ramificação iz que flui. Se a corrente de ramificação 15 for maior do que zero, então, a amplitude da tensão terminal Ux2xI do sub- módulo SM corresponderá à amplitude da tensão de capacitor USm neste módulo Sm. Em contraste, se a corrente de ramificação for menor do que zero, a amplitude da tensão terminal será igual a zero. Se nenhuma corrente de ramificação iz estiver fluindo e se a tensão dividida entre os comutadores 20 semicondutores S1 e S2 que podem ser desligados no submódulo SM for simétrica, a amplitude da tensão terminal Ux2x1 corresponderá à metade da amplitude da tensão de capacitor USm no módulo SM.
De acordo com DE 101 03 031 A1, apenas os estados de comu- tação I e Il dos submódulos SM no conversor 2 com armazenamentos de 25 energia distribuída CSm são usados durante a operação normal deste con- versor 2. O estado de comutador Ill é usado apenas no caso de defeitos, por exemplo, um curto-circuito em suas conexões de tensão CC P0 e N0, para um circuito aberto deliberado (interrupção da operação do conversor) e para tempos de retardo de comutação insignificantemente curtos para os comuta- 30 dores semicondutores S1 e S2 que poderão ser desligados em um módulo SM, quando da ocorrência de uma mudança de estado de comutação.
De modo geral, sabe-se que a inibição de pulso assim chamada 4/15
é ativada, a fim de desligar o conversor em estados de operação críticos, por exemplo, de sobrecorrente, sobretensão, falha de um drive, falha de um sis- tema de controle, falha de comunicações entre a válvula do conversor e o modulador, ,,,, de tal modo que este conversor fique em um estado seguro 5 depois da operação da inibição de pulso. De acordo com DE 10 2004 043 877 A1, esta inibição de pulso é implementada com a inibição de todas as válvulas de conversor no conversor autocomutado (inversor). Isto é preferi- velmente feito com a interrupção da tensão de suprimento, que é derivada de uma tensão externa, para os optoacopladores nos circuitos de aciona- 10 mento associados.
Quando uma inibição de pulso em um conversor 2 com armaze- namentos de energia distribuída CSm for disparada, então, todos os sinais de acionamento para os comutadores semicondutores S1 e S2, que podem ser desligados em todos os submódulos SM1, SM2, ..., SMn em todas as ramifi- 15 cações de válvula P1, N1, P2, N2, P3 e N3 nos módulos de fase 4i, 42 e 43 no conversor 2 com armazenamentos de energia distribuída CSm> terão que ser inibidos ao mesmo tempo, conforme mostrado na figura 1.
Apenas no módulo de fase 4i do conversor 2 com armazena- mentos de energia distribuída CSm, conforme mostrado na figura 1, é ilustra- 20 do em maiores detalhes na figura 2a, para fins de clareza. Os submódulos SM1, ,,, SM4 nas ramificações de válvula superior e inferior P1 e N1 neste módulo de fase 4i ilustram uma distribuição de estado de comutação duran- te a operação normal deste conversor 2. Dos quatro submódulos SM1, ..., SM4 na ramificação de válvula superior P1, os submódulos SM2 a SM4 es- 25 tão no estado de comutação I, e o submódulo SM1 está no estado de comu- tação II. Dos submódulos SM1, ..., SM4 na ramificação de válvula inferior N1, os submódulos SM1 a SM3 estão no estado de comutação II, e o sub- módulo SM4 está no estado de comutação I. A amplitude da tensão CC Ucc que está presente nas conexões de tensão CC P0 e P0 do conversor 2 é, 30 portanto, Ucc = 4*USm· A tensão Uzp na ramificação de válvula superior P1 com relação a um ponto neutro virtual é fornecida por uzp=3*Usm, enquanto que, em contraste, a tensão UZn na ramificação de válvula inferior N1 é for- 5/15
necida por uzn=1*Usm.
Uma vez que uma inibição de pulso tenha sido disparada, todos os submódulos SM1 a SM4 nas ramificações de válvula superior P1 e N1 são comutados para o estado de comutação III. O módulo de fase 4i com os submódulos SM1 a SM4 no estado de comutação Ill é ilustrado na figura 2b. A inibição de pulso pode ser ajustada, por um lado, por uma falha que ocorre (por exemplo, uma sobrecorrente) por um dispositivo de controle de laço a- berto e de laço fechado, que não é ilustrado em maiores detalhes, no con- versor 2, ao passo que, por outro lado, de modo autônomo pelos submódu- los SM1 a SM4 (distúrbio ou ruptura de comunicação, sobretensão). Uma vez que o tempo no qual é ajustada uma inibição de pulso não pode ser pre- visto, as tensões uZp e uZN e/ou suas taxes de mudança duZp/dt e duZN/dt sobre as ramificações de válvula P1 e N1 em um módulo de fase 4i serão controladas unicamente pela direção da corrente de ramificação correspon- dente íZpi e iZNi, quando a inibição de pulso for ajustada.
Com a suposição de que a soma das duas tensões de ramifica- ção uZP e uZN em uma respectiva fase 4-i, A2 ou 43 corresponde, na média, à tensão CC Ucc durante a operação normal, isto resulta nas tensões e mu- danças de tensão, conforme mostrado na seguinte tabela depois de uma inibição de pulso ter sido ajustada.____
Direção das correntes de ramificação izp / ízn pos / pos pos / neg neg/ pos neg/neg uZP Ucc Ucc O O uZN Ucc O Ucc O uZP + uZN 2 Ucc Ucc Ucc O A(uZP + uZN) * + Ucc O O -Ucc
* Suposição: soma média das tensões de ramificação antes da inibição de pulso (uzp+uZN)=UCc
Também é assumido que as tensões de capacitor Usm em cada submódulo SM, na média, apresentam um valor de Usm = UCc/nSub> onde nSUb representa o número de submódulos conectados em série SM1, ..., SMn em 6/15
cada ramificação de válvula P1, N1, P2, N2, P3 e N3 no conversor 2 com armazenamentos de energia distribuída CSm-
Conforme pode ser visto a partir desta tabela, ocorrerão dois ce- nários de pior caso com relação à mudança de tensão nas ramificações em uma fase, quando uma inibição de pulso for ajustada. A mudança de tensão máxima na soma das tensões de ramificação Uzp e uZn em um módulo de fase 4i, A2 e 43 é + Ucc e ocorrerá quando ambas as correntes de ramifica- ção izp e izn em um módulo de fase 4 apresentarem o mesmo sinal matemáti- co. Este estado é mantido até que uma das correntes de ramificação tenha sido comutada a zero.
A comutação do estado de comutação Ill resultará em processos de comutação do comutador semicondutor S1, que pode ser desligado, para um diodo D2 nos ditos submódulos SM2, SM3, SM4 na ramificação de vál- vula superior P1 e no submódulo SM4 na ramificação de válvula inferior N1 no módulo de fase 41t se, antes do ajuste da inibição de pulso, a soma das tensões de ramificação uZP e uZN em um módulo de fase 4i for, na média, igual à tensão CC Ucc entre as conexões de tensão CC P0 e N0, e as corren- tes de ramificação iZp e iZN apresentarem um sinal matemático negativo. Quando o estado de comutação Ill estiver ligado, nenhum processo de co- mutação ocorrerá no submódulo SM1 na ramificação de válvula superior P1 e nos submódulos SM1, SM2, SM3 na ramificação de válvula inferior N1 no módulo de fase 4i, se, antes do ajuste da inibição de pulso, a soma das ten- sões de ramificação uZp e uZN em um módulo de fase 4i for, na média, igual à tensão CC Ucc e as correntes de ramificação iZP e iZN apresentarem um sinal matemático negativo, uma vez que o diodo D2 conduzia a corrente de ramificação correspondente antes da comutação no estado de comutação III.
Em contraste, os processos de comutação acontecerão do co- mutador semicondutor S2, que pode ser desligado, para o diodo D1 nos di- tos submódulos como resultado da comutação no estado de comutação Ill no submódulo SM1 na ramificação de válvula superior P1 e nos submódulos SM1, SM2, SM3 na ramificação de válvula inferior N1 no módulo de fase 4i, se, antes do ajuste da inibição de pulso, a soma das tensões de ramificação uZp e uzn de um módulo de fase A1 for, na média, igual à tensão CC Ucc entre as conexões de tensão CC P0 e N0, e as correntes de ramificação izp e ízn apresentarem um sinal matemático positivo. Nenhum processo de comuta- ção acontecerá, quando o estado de comutação Ill for comutado nos sub- módulos SM2, SM3, SM4 na ramificação de válvula superior P1 e no sub- módulo SM4 na ramificação de válvula inferior N1 no módulo de fase 41t se, antes do ajuste de uma inibição de pulso, a soma das tensões de ramifica- ção uZp e uzn de um módulo de fase 4i for, na média, igual à tensão CC Ucc e as correntes de ramificação izp e íZn apresentarem um sinal matemático negativo, uma vez que o diodo D1 conduzia a corrente de ramificação cor- respondente antes da comutação no estado de comutação III.
Uma taxa de mudança de tensão que, por exemplo, pode ser de 4 Κν/μβ, pode ser assumida para um comutador semicondutor S1 ou S2 que pode ser desligado em cada submódulo SM, para cada mudança de tensão que ocorre durante um processo de comutação. Isto resulta então em uma taxa de mudança de tensão através das duas ramificações de válvula P1 e N1 no módulo de fase 4i com um valor de 16 kV/με, porque há quatro sub- módulos SM no módulo de fase 4i no estado de comutação I antes do ajuste de uma inibição de pulso. Quanto maior o número de submódulos SM que são usados em cada ramificação de válvula P1, N1, P2, N2, P3 e N3 no conversor 3 com armazenamentos de energia distribuída Csm, maior o valor da mudança de tensão por módulo de fase 4^ 42 e 43.
A fim de obter uma respectiva tensão uL-io, uL2o, uL3o com uma forma de onda senoidal tanto quanto possível na respectiva saída L1, L2 ou L3 de um respectivo módulo de fase 4i, 42 ou 43 no conversor 2 com arma- zenamentos de energia distribuída CSm, doze ou mais submódulos SM, por exemplo, são usados para cada ramificação de válvula P1, N1, P2, N2, P3 e N3. Quando houver doze submódulos SM para cada ramificação de válvula P1, N1, P2, N2, P3 e N3, a taxa de mudança de tensão será já de 48 kVfas.
Se a tensão CC Ucc, que está presente nas conexões de tensão CC P0 e N0 do conversor 2 com armazenamentos de energia distribuída CSm, for assumida como sendo constante, então, a dita taxa de mudança de ten- são atuará não apenas em um indutor de ramificação L2, mas também sobre um indutor parasítico Lcc no circuito de tensão CC. Esta carga de tensão so- bre o indutor de ramificação Lz resulta em um tamanho físico grande, por causa do uso de isolamento reforçado.
Com relação às tensões de saída uuo, uL2o e uL3o do conversor 2 com armazenamentos de energia distribuída CSm, diferentes condições de pior caso ocorrerão em comparação às tensões internas do conversor Uzp e Uzn- Uma situação de pior caso será explicada com referência às figuras 3a e 3b, com relação às mudanças de tensão nas tensões de fase uLio no mó- dulo de fase 4i no conversor 2, conforme mostrado na figura 1.
Devido à distribuição de estado de comutação dos submódulos SM1 a SM4 nas ramificações de válvula P1 e N1 no módulo de fase 4i no conversor 2 com armazenamentos de energia distribuída CSm, conforme mostrado na figura 1, os submódulos SM1 a SM4 na ramificação de válvula superior P1 estarão todos no estado de comutação II. Em contraste, os submódulos SM1 a SM4 na ramificação de válvula inferior N1 estão todos no estado de comutação I. A tensão de fase uLio, que é igual à metade da dife- rença entre as tensões de válvula uZN e uzp, é de Ucc/2. Se uma inibição de pulso for agora ajustada, então, isto resultará em uma mudança de tensão na tensão de fase ULio que é dependente da direção de corrente instantânea das correntes de ramificação iZp e iZN. A seguinte tabela provê um resumo das tensões e mudanças de tensão sobre as ramificações de válvula PeN
<table>table see original document page 9</column></row><table> <table>table see original document page 10</column></row><table>
* Suposição: Tensão do capacitor de um submódulo Usm,x = UCc/nSUb
A situação de pior caso com relação à mudança de tensão na
tensão de fase uuo, UL20 ou uL3o depois do ajuste de uma inibição ocorrerá quando as seguintes condições ocorrerem antes do ajuste da inibição de pulso:
- todos os submódulos em uma ramificação de válvula, por e- xemplo, na ramificação de válvula N1, em um módulo de fase estão no esta- do de comutação I,
- todos os submódulos em uma ramificação de válvula corres- pondente, por exemplo, a ramificação de válvula P1, em um módulo de fase está no estado de comutação II,
- a corrente de ramificação, por exemplo, a corrente de ramifica- ção ízn, na ramificação de válvula com os submódulos que estão no estado de comutação I apresenta um sinal matemático negativo, e
- a corrente de ramificação, por exemplo, a corrente de ramifica- ção iZp, na ramificação de válvula com os submódulos que estão no estado de comutação Il apresenta um sinal matemático positivo.
Nestas condições, a tensão de fase uLio salta de Ucc/2 para - Ucc/e, ou de -Ucc^ para Ucc/2. Nestas condições, a mudança na tensão de fase ul-io é, portanto, + Ucc. Se for agora assumido que uma taxa de mudan- ça de tensão de, por exemplo, 4 kV/με ocorre através de cada submódulo SM no módulo de fase 4i em cada submódulo SM1 a SM4 em cada ramifi- cação de válvula P1 e N1 em um módulo de fase 4-1, por causa da comuta- ção de um comutador semicondutor S1 ou S2 que pode ser desligado para um respectivo diodo D2 ou D1, então, isto resultará em um valor de 16 kV/με para a taxa de mudança de tensão da tensão de fase uLi0/dt, uL2o/dt e uL3o/dt, quando houver quatro submódulos SM em cada ramificação de válvula P e N1 e em um valor de 48 kV^s, quando houver doze submódulos SM em ca- da ramificação de válvula P e N em um módulo de fase Α·\.
Isto significa que, na situação de pior caso, na qual duas tensões de fase mudam repentinamente através de + Ucc em sentidos opostos, para uma tensão de linha uLil2, uma mudança de tensão de AuLil2 = ± 2UCC e uma taxa de mudança de tensão de 32 kV/με ocorrerão através de uma impe- dância de entrada (enrolamento de estator de um motor polifásico conectado 6), quando quatro submódulos SM forem usados em cada ramificação de válvula P e N em um módulo de fase 4-i, ou de 96 kV/με, quando doze sub- módulos SM forem usados em cada ramificação de válvula P e N em um módulo de fase 4i. A fim de impedir que um alimentador de tensão CC no lado do sistema de suprimento de energia e um motor polifásico 6 conectado no lado de carga sejam excessivamente danificados, quando da ocorrência de situações de pior caso, estes componentes terão que ser projetados para uma taxa de mudança de tensão muito maior, resultando assim em custos adicionais em um nível não insignificante.
A invenção agora se baseia no objetivo de especificar um méto- do para inibir um conversor com armazenamentos de energia distribuída, no qual a carga de tensão em situações de pior caso é consideravelmente re- duzida.
Este objetivo é alcançado de acordo com a invenção pelas eta- pas do método da reivindicação 1.
Uma vez que os submódulos no conversor com armazenamen- tos de energia distribuída não são todos controlados ao mesmo tempo, mas escalonados em tempo, para o estado de comutação III, apenas a carga de tensão correspondendo a uma taxa de mudança de tensão de um submódu- lo ocorre em cada escalonador de tempo. O número de escalonadores de tempo corresponde ao número de submódulos em uma ramificação de vál- vula no conversor com armazenamentos de energia distribuída. Isto significa que apenas um submódulo em uma ramificação de válvula superior e/ou inferior, em cada caso, um módulo de fase, é continuamente controlado do presente estado de comutação I ou Il para o estado de comutação Ill em cada escalonador de tempo. Quando houver quatro submódulos em cada ramificação de válvula no conversor com armazenamentos de energia distri- buída, quatro escalonadores de tempo serão exigidos a fim de completa- mente implementar uma inibição de pulso de ajuste.
A vantagem principal deste método de acordo com a invenção é a de que a carga de tensão corresponde, quando muito, à taxa de mudança de tensão de dois submódulos. Esta redução na carga de tensão se tornará maior, quanto maior o número de submódulos que são providos para cada ramificação de válvula no conversor com armazenamentos de energia distri- buída. A fim de assegurar que as tensões de saída de fase do conversor com armazenamentos de energia distribuída sejam tão senoidais quanto possível (grande número de etapas escalonadas), o número de submódulos usados em cada ramificação de válvula tem que ser doze ou mais.
Se os submódulos em um módulo de fase forem, cada qual, con- trolados e escalonados em tempo para o estado de comutação Ill na se- quência de fora para dentro ou de dentro para fora não muda nada com re- lação ao valor de reduzir a carga de tensão e o intervalo e tempo para im- plementação de uma inibição de pulso.
Em uma concretização vantajosa, o intervalo de tempo mínimo entre dois escalonadores de tempo é igual a um tempo de retardo de desli- gamento de um comutador semicondutor, que pode ser desligado, em um submódulo. Isto assegura que, depois de um intervalo de tempo mínimo de dois escalonadores de tempo sucessivos ter decorrido, um submódulo em uma ramificação de válvula superior e em uma ramificação de válvula inferior de cada módulo de fase no conversor com armazenamentos de energia dis- tribuída tenha completado a mudança de estado de comutação.
Para explanação adicional, é feita referência ao desenho, que i- Iustra o método de acordo com a invenção, e no qual:
a figura 1 mostra um circuito equivalente de um conversor co- nhecido com armazenamentos de energia distribuída,
as figuras 2a, 2b mostram distribuições de estado de comutação nos submódulos em um módulo de fase no conversor, conforme mostrado na figura 1, antes e depois do ajuste de uma inibição de pulso, as figuras 3a, 3b mostram distribuições de estado de comutação nos submódulos em um módulo de fase no conversor, conforme mostrado na figura 1 antes e depois do ajuste de uma inibição de pulso, e
as figuras 4a a 4e mostram, cada qual, distribuições de estado de comutação nos submódulos em um módulo de fase no conversor, con- forme mostrado na figura 1, que resultam por meio do método de acordo com a invenção.
O método de acordo com a invenção para inibir um conversor 2 com armazenamentos de energia distribuída CSm> conforme mostrado na figura 1, será agora explicado em maiores detalhes com referência às figuras 4a a 4e. De acordo com o método de acordo com a invenção, depois de uma inibição de pulso ter sido ajustada, os submódulos SM1 a SM4 em uma ra- mificação de válvula superior e em uma ramificação de válvula inferior P1 e N1 em cada módulo de fase 4-i, A2 e 43 no conversor 2 não são mais contro- lados ao mesmo tempo para o estado de comutação III, mas escalonados em tempo. Este escalonamento de tempo do processamento de uma inibi- ção de pulso que foi ajustada é ilustrado por quatro distribuições de estado de comutação dos submódulos SM1 a SM4 nas ramificações de válvula P1 e N1 no módulo de fase 4i, com as setas entre duas respectivas distribuições de estado de comutação no módulo de fase 4-i, conforme mostrado nas figu- ras de 4b a 4e, cada qual simbolizando um intervalo de tempo predetermi- nado At para a implementação escalonada por tempo do processamento de uma inibição de pulso que foi ajustada.
A figura 4a ilustra o módulo de fase 4-i no conversor 2, conforme mostrado na figura 1 com uma distribuição de estado de comutação aleatória dos submódulos SM1 a SM4 em suas ramificações de válvula superior e inferior P1 e N1. Dos submódulos SM1 a SM4 nas ramificações de válvula P1 e N1 no módulo de fase 4i, os submódulos SM1 e SM2 estão, cada qual no estado de comutação II, enquanto que, em contraste, os submódulos SM3 e SM4 estão, cada qual, na etapa de comutação I. Se uma inibição de pulso for agora ajustada, então, em uma primeira etapa no tempo t1 (figura 4b), um submódulo SM1 nas ramificações de vâTvula superior e inferior P1 e N1 será, em cada caso, controlado com relação ao estado de comutação III. Depois de um intervalo de tempo predeterminado At ter decorrido, isto é, no tempo t2 (figura 4c), um submódulo adicional SM2 nas ramificações de vál- vula superior e inferior P1 e N1 no módulo de fase 41 é, em cada caso, con- trolado com relação ao estado de comutação III. Depois de um intervalo de tempo predeterminado At ter decorrido, especificamente no tempo t3 (figura 4d), um submódulo adicional SM3 nas ramificações de válvula superior e inferior P1 e N1 neste módulo de fase 4i é, em cada caso, controlado com relação ao estado de comutação III. Depois de um intervalo de tempo adi- cional At ter decorrido, no tempo t4 (figura 4e), um submódulo adicional SM4 nas ramificações de válvula superior e inferior P1 e N1 neste módulo de fase 4i é controlado com relação ao estado de comutação III. No tempo t4, todos os submódulos SM1 a SM4 em cada ramificação de válvula P1, N1, P2, N2, P3 e N3 no conversor 2 com armazenamentos de energia distribuída Csm estão, portanto, no estado de comutação III, com uma inibição de pulso que foi ajustada sendo implementada em uma forma escalonada, de acordo com a invenção.
Há um intervalo de tempo predeterminado At, em cada caso, como o escalonador de tempo entre as etapas individuais do método (figura 4b a 4e), e isto preferivelmente corresponde a um "retardo de tempo" assim chamado de um comutador semicondutor S1 ou S2 que foi desligado em um submódulo SM. Este retardo de tempo de um comutador semicondutor S1 ou S2 que pode ser desligado em um submódulo SM é o intervalo de tempo mínimo At que pode ser implementado. Depois de um intervalo de tempo mínimo At ter decorrido, em cada caso, uma mudança de estado de comuta- ção de um submódulo SM está completa. Isto assegura que a carga de ten- são em cada etapa de tempo do processamento escalonado de uma inibição de pulso que foi ajustada corresponde, quando muito, apenas à taxa de mu- dança de tensão de dois submódulos SM.
Por exemplo, se a taxa de mudança de tensão em cada submó- dulo SM for 4 kV/με, a carga máxima du/dt durante cada mudança de estado de comutação será apenas de 8 kV^s em comparação a 16 k^is, quando uma inibição de pulso for processada na maneira convencional. Isto significa que o método de acordo com a invenção provê pelo menos metades da car- ga de tensão para tensões internas do conversor e tensões de saída de fa- se.
Quando uma inibição de pulso que foi ajustada for processada e escalonada em tempo de acordo com a invenção, não haverá nenhuma ne- cessidade de controlar, em cada caso, um submódulo SM em uma ramifica- ção de válvula superior e em uma ramificação de válvula inferior com relação ao estado de comutação Ill ao mesmo tempo, enquanto que, em vez disso, também é possível controlar apenas um submódulo SM em cada módulo de fase 4i, A2 e 43 com relação ao estado de comutação III. É irrelevante com qual dos submódulos SM em um módulo de fase 4i, 42 e 43 se inicia. A se- qüência com base em quais submódulos SM em uma ramificação de válvula superior e em uma ramificação de válvula inferior P1, N1, P2, N2, P3 e N3 e em um módulo de fase 4h 42 e 43 são controlados com relação ao estado de comutação Ill é também irrelevante para a redução na carga du/dt.
É importante que haja um deslocamento de tempo entre as mu- danças de estado de comutação, em cada caso, de um submódulo SM em uma ramificação de válvula superior e em uma ramificação de válvula inferior P1, N1, P2, N2, P3 e N3 e de um módulo de fase 4·,, 42 e 43.
Se apenas um submódulo SM em um módulo de fase 4i, 42 e 43 no conversor 2 com armazenamentos de energia distribuída CSm, conforme mostrado na figura 1, for, em cada caso, controlado com relação ao estado de comutação III, quando uma inibição de pulso que foi ajustada for proces- sada e escalonada em tempo, serão exigidas duas vezes tantas etapas de tempo em vez de quatro etapas de tempo mostradas na figura 4, isto é, oito etapas de tempo são exigidas antes que tenha sido implementada uma inibi- ção de pulso que foi ajustada. Consideravelmente mais tempo é consequen- temente exigido para implementar uma inibição de pulso que foi ajustada. Se houver doze ou mais submódulos em cada ramificação de válvula P1, N1, P2, N2, P3 e N3 no conversor 2, conforme mostrado na figura 1, será neces- sário verificar, dependendo da aplicação do conversor, se as funções de pro- teção que são inicializadas com a inibição de pulso podem ser satisfeitas.
A inibição de pulso é ajustada a fim de desligar o conversor 2 com armazenamentos de energia distribuída Csm em estados de operação críticos, por exemplo, sobrecorrente, sobretensão ou falha do acionamento, de tal modo que o conversor 2 esteja em um estado seguro depois da inibi- ção de pulso ter sido aplicada. O tempo disponível para desligar o conversor 2 não é ilimitado, por causa destas situações de falha.
O método de acordo com a invenção é usado por esta razão, no qual dois submódulos, especificamente um submódulo na ramificação de válvula superior P1, P2, P3 e um submódulo SM na ramificação de válvula inferior N1, N2, N3 são controlados para o estado de comutação Ill ao mes- mo tempo em cada escalonador de tempo.
Claims (5)
1. Método para inibir um conversor (2) com armazenamentos de energia distribuída (Csm) apresentando pelo menos dois módulos de fase (4i, 42, 43), que apresentam, cada qual, uma ramificação de válvula superior e uma ramificação de válvula inferior (P1, N1, P2, N2, P3, N3), que apresen- tam, cada qual uma multiplicidade de submódulos de dois polos (SM1, SM2, ... SMn), que são eletricamente conectados em série e que apresentam, ca- da qual, um capacitor de armazenamento de energia unipolar (CSm), com o qual um circuito em série de dois comutadores semicondutores (S1, S2), que podem ser desligados, cada com um diodo (D1, D2) conectado costas com costas em paralelo, é conectado eletricamente em paralelo, apresentando as seguintes etapas do método: a) o disparo de uma inibição de pulso com base em uma falha que ocorre durante a operação deste conversor (2), b) o controle de um estado de comutação de um subsistema de dois polos (SM1) em cada ramificação de válvula (P1, N1, P2, N2, P3, N3) com relação a um estado de comutação Ill depois de uma inibição de pulso ter sido ajustada, c) o controle de um estado de comutação de um submódulo adi- cional (SM2) em cada ramificação de válvula (P1, N1, P2, N2, P3, N3) a um estado de comutação Ill depois de um intervalo de tempo predeterminado (At) ter decorrido, e d) a repetição da etapa de método c) até que todos os submódu- los de dois polos (SM1, SM2, ..., SMn) em cada ramificação de válvula (P1, N1, P2, N2, P3, N3) tenham sido controlados para o estado de comutação III.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controle de estado de comutação escalonado por tempo dos subsistemas de dois polos (SM1, SM2, ..., SMn) em cada ramificação de válvula (P1, N1, P2, N2, P3, N3) no conversor (2) com armazenamentos de energia distribuída (CSm) começa com um subsistema de dois polos externo (SM1) em uma ramificação de válvula superior e em uma ramificação de vál- vula inferior (P1, N1, P2, N2, P3, N3) em cada módulo de fase (4-,, A2, 43).
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controle de estado de comutação escalonado por tempo dos subsistemas de dois polos (SM1, SM2, ..., SMn) em cada ramificação de válvula (P1, N1, P2, N2, P3, N3) no conversor (2) com armazenamentos de energia distribuída (Csm) começa com um subsistema de dois polos interno (SMn) em uma ramificação de válvula superior e em uma ramificação de vál- vula inferior (P1, N1, P2, N2, P3, N3) em cada módulo de fase (4·,, 42, 43).
4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o intervalo de tempo predeterminado (At) é igual a um tempo de retardo de desligamento de um comutador semicondutor (S1, S2) que pode ser desligado, em um subsistema de dois polos (SM1, SM2, ..., SMn).
5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que quando um submódulo de dois polos (SM1, SM2, ..., SMn) esti- ver no estado de comutação III, os dois comutadores semicondutores (S1, S2) que podem ser desligados neste submódulo de dois polos (SM1, SM2, ..., SMn) serem desligados.
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