CN102545639B - 用于调节直流电压的电路和方法以及电力转换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于调节直流电压的电路和方法以及电力转换器。描述了一种用于调节直流电压的电路，所述电路包括：可控开关系统（102，202，302），其具有第一端子（101）、第二端子（105）、第一控制端子（107），以及第二控制端子（207），其中如果施加于第一控制端子的第一控制信号满足第一标准、或如果施加于第二控制端子的第二控制信号满足第二标准，则可控开关系统适于建立介于第一端子与第二端子之间的电连接；电阻器（104）；第一控制电路（106）；以及第二控制电路（108）。此外描述了一种用于对直流电压进行调节的方法以及一种交流-交流转换器。

Description

用于调节直流电压的电路和方法以及电力转换器

技术领域

本发明涉及用于对施加在第一直流（DC）电压端子与第二直流电压端子之间的直流电压进行调节的一种电路和一种方法。此外，本发明涉及一种用于将第一频率交流（AC）电压转换成第二频率交流电压的交流-交流转换器（converter），其中所述转换器包括用于对直流电压进行调节的电路。

背景技术

在常规的交流-交流转换器（特别是将可变频率交流电压转换成固定频率交流电压）中，第一部段可将交流电压（或电流或电力（power））转换成产生于所谓的直流链路处的直流电压（或电流或电力）。转换器的第二部段可将直流链路处的直流电压转换成（特别是固定频率的）交流电压（或电流或电力）。为了保护包括于交流-交流转换器中的电子部件，常规的转换器可包括连接于直流链路的端子之间的所谓电压钳系统。例如，永磁体发电机可释放出电流（特别是在关停期间），电流可引起直流链路中的过电压。为了维持电力转换器系统（也称为交流-交流转换器）的半导体器件的运行（operational）（切换（switching））范围内的电压，电压钳（voltageclamp）系统包括绝缘栅双极型晶体管（IGBT）或类似的强制换流（forcecommutated）器件以及电压钳电阻器（也称作制动电阻器或动态制动电阻器）。对钳压IGBT进行管理的控制系统、钳压IGBT以及钳压电阻器的整体组合，可称作“电压钳”。

在常规的电力转换器中，所谓的直流链路电容器连接于直流链路的端子之间。这些电容器的尺寸设定为使得：所产生的（未钳制的）过电压维持在针对连接至电力转换器的直流链路的任何及所有电力部件而言的极限（ultimate）电压限度内。

如果“电压钳”正确地运行，则直流链路电压维持于一定水平，其中连接至直流链路的其它电力半导体器件的切换能够继续。然而，在电压钳的非运行的情况下，直流链路电容器必须充当无源能量转储（passiveenergydump），以便用来存储通常高电感特性的永磁体发电机的能量。为充当有效的能量转储，电容器需要很大的电容值。为了实现所需的很大电容值以实现足够大小的无源能量转储来吸收从发电机释放的能量、并保持低于针对包含在转换器中的电力部件而言的极限电压限度，一般选择了电解电容器。电解电容器提供了针对低电压解决方案（比如说800V或1100V直流链路电压）而言的非常经济的解决方案，然而在较高的电压情况下，金属化聚丙烯电容器一般是优选的选择。金属化聚丙烯电容器（MP电容器）可提供比等效电解电容器高得多的纹波电流额定值，并且也可具有长得多的使用寿命。然而MP电容器的缺点在于，针对同一电容值，它们是大得多的并且具有高得多的成本。由此，电力转换器的总体成本可增加。

可以存在着针对高集成度（integrity）电压钳系统的需要，其可用在交流-交流电力转换器中并且允许以有成本效益的方式构建交流-交流电力转换器。此外，可以存在着针对交流-交流电力转换器的需要，其为有成本效益的并且具有紧凑的尺寸。此外，可以需要这样的电压钳，其有效地对包含于交流-交流电力转换器中的电子部件进行保护而不过分增加电力转换器的成本。此外，可以需要这样的交流-交流电力转换器，其可以处理极限电压限制功能、而不必包括大电容值的电容器。

发明内容

此需要可以通过根据独立权利要求的主题而得以满足。本发明的有利实施例是由从属权利要求描述的。

根据实施例，一种电路，用于对施加在第一直流电压端子与第二直流电压端子之间的直流电压（其基本上恒定，但是可包括可由纹波电流引起的小的电压振荡）进行调节（或控制或维持处于预定值），其中所述电路包括：可控开关系统（包括至少一个开关，诸如晶体管，其导通状态（conductionstate）可受到外部信号控制）；电阻器；第一控制电路；和第二控制电路。

所述可控开关系统具有：可连接至第一直流电压端子的第一端子，以及第二端子、第一控制端子、和第二控制端子，其中，如果施加到第一控制端子的第一控制信号（诸如特定电压或电流或电力）满足第一标准（诸如电压阈值、电流阈值或电力阈值或逻辑标准）、或如果施加到第二控制端子的第二控制信号（诸如电压信号、电流信号、或电力信号）满足第二标准（诸如电压阈值、电流阈值、电力阈值或逻辑标准），可控开关系统适于在第一端子与第二端子之间建立电连接（特别是在可控开关系统的导通状态期间）。因而，可控开关系统可由施加到第一控制端子的信号或/和由施加到第二控制端子的信号控制。施加到第一控制端子的信号可按适当的方式与施加到第二控制端子的信号相组合或混合，或者可针对这两种信号执行逻辑操作。此组合或混合可包括计算或处理施加到第一控制端子的信号和施加到第二控制端子的信号。

根据实施例，如果第一控制信号是逻辑高值，则可例如满足第一标准；并且如果第二控制信号是逻辑低值，则可例如满足第二标准。在此情况中，可控开关系统可针对（逻辑）第一控制信号和（逻辑）第二控制信号执行简单的逻辑“或”操作。随后可由第一控制电路和第二控制电路专门地执行“比较器功能”。

根据另一种实施例，如果第一控制信号是逻辑低值，则可例如满足第一标准；并且如果第二控制信号是逻辑低值，则可例如满足第二标准。在此情况中，可控开关系统可针对（逻辑）第一控制信号和（逻辑）第二控制信号执行简单的逻辑“与非”操作。随后可由第一控制电路和第二控制电路专门地执行“比较器功能”。

在任何情况下，如果直流电压是高于第一直流电压阈值或高于第二直流电压阈值的，则可控开关系统将会在第一端子与第二端子之间建立电连接。

电阻器具有连接至第二端子的第一电阻器端子，以及具有可连接至第二直流电压端子的第二电阻器端子。经由电阻器，当建立从直流电压端子经由可控开关系统并且经由电阻器到第二直流电压端子的连接时，可耗散掉过电压或与过电压相关联的能量。

第一控制电路适合用于在连接至第一控制端子的第一控制输出端子处产生第一控制信号（其供应到第一控制端子），其中如果（介于第一直流电压与第二直流电压端子之间的）直流电压高于第一直流电压阈值，则产生第一控制信号以满足第一标准（或例如以高于第一阈值）。因而，第一控制电路可包括用于检测或感测介于第一直流电压与第二直流电压端子之间的直流电压的装置。

第二控制电路适合用于在连接至第二控制端子的第二控制输出端子处产生第二控制信号，其中如果直流电压高于第二直流电压阈值，则产生第二控制信号以满足第二标准（或例如以高于第二阈值）。因而，同样，第二控制电路可包括用于检测或感测介于第一直流电压端子与第二直流电压端子之间的直流电压的装置。

特别地，第二控制电路可以与第一控制电路不同地构建和/或布置。特别地，第二控制电路可以是自主触发电路（与第一控制电路分开），其响应于比第一控制电路更高的过电压阈值（诸如以1400V为例）。特别地，第二控制电路可以是按简单方式构建的逻辑电路，包括例如比较器用来将直流电压与第二直流电压阈值进行比较，并且如果直流电压高于第二直流电压阈值则用来产生第二控制信号以满足第二标准（或例如，以高于第二阈值的）。特别地，第二控制电路可不包括任何软件控制部件。作为对比，第一控制电路可以是软件控制式的，因而不专门地取决于直流电压。第二控制电路可专门地受到介于第一直流电压端子与第二直流电压端子之间的直流电压的控制。

第二直流电压阈值（第二控制信号产生得高于其以满足第二标准，或例如以高于第二阈值的）大于（诸如大于的量为至少100V或200V）第一直流电压阈值（第一控制信号产生得高于其以满足第一标准，或例如以高于第一阈值的）。因而，当直流电压上升到高于第一直流电压阈值时，第一控制电路将会产生第一控制信号来满足第一标准、或例如以高于第一阈值，从而使得可控开关系统建立介于第一端子与第二端子之间的电连接。然而，电连接的建立可能失败。在此情况下，直流电压仍可进一步上升以达到第二直流电压阈值。在此情况下，第二控制电路（在若第一控制电路发生故障、或若可控开关系统没有正确地相对于第一控制端子工作的情况下，第二控制电路充当备份电路（fallbackcircuit））将会产生第二控制信号以满足第二标准，或例如以高于第二阈值的，从而使得可控开关系统建立介于第一端子与第二端子之间的电连接。由此，可减少过电压以便防止对连接于第一直流电压端子与第二直流电压端子之间的电路的电气或电子部件造成损害。由此，当正专门地受到第一控制电路控制的可控开关系统的功能发生故障时，第二控制电路可充当应急电路。

特别地，利用本实施例，MP电容器可以集成到电力转换器内，而不必增加它们的电容以及因而增加成本来通过无源装置处理极限电压限制功能。针对与电压钳开关相关联的IGBT开关而言的典型的工作电压电平可以是：针对具有1700V的非开关（VCE维持）额定值的IGBT器件为1100V。

在常规系统中，在具有大型电解电容器组的直接驱动发电机（例如风轮机）的故障条件下，该电容器组的尺寸确定为使得极限过电压低于1700V，1700V是此实例中针对IGBT器件而言的极限电压。根据实施例，系统中的MP电容器的尺寸可针对除了极限过电压浪涌要求以外所有要求而得以确定。因而，根据实施例，可需要比如说电解电容器组的电容的25%的MP电容器组。根据实施例，可确保本实施例的电压钳（也称为用于调节直流电压的电路）的运行，以便保护另外的电子部件免受过电压影响。因而，提供了高集成度的电压钳系统。

根据实施例，流经电阻器的电流可以被测量和/或监测。电流应当与分别由第一控制电路和第二控制电路产生的信号（第一控制信号和/或第二控制信号）相互关联。此外，所测量的电流应当与直流电压相互关联。如果没有实现足够的相互关联，则通过打开（open）分别通往发电机和网络的断路器（必要时，经由滤波电路，全电流额定断路器（fullcurrentratedcircuitbreaker）与G1-G3连接串联至可变频率发电机、并与N1-N3连接串联至网络连接），可完全地关停所述电力转换器（用于调节直流电压的电路可集成到该电力转换器内），并且可调查足够的相互关联的缺乏。

根据实施例，第二控制电路还适合用来在介于电路的运行时间的1/100000与1/10000之间的测试时间间隔期间产生高于第二阈值的第二控制信号，以便测试可控开关系统。特别地，第二控制电路允许在电路的运行时间的非常小部分期间测试可控开关系统的功能性。由此，可防止过度的能量损失。在若可控开关系统通过测试的情况下，可以不采取措施。在若可控开关系统没有通过测试的情况下，可采取其它措施用于防止电子部件免受损坏，诸如连接于第一直流电压端子与第二直流电压端子之间的电子部件的完全关停。

根据实施例，第二控制系统包括用于产生、特别是重复进行测试脉冲（作为第二控制信号）的脉冲发生器。例如，脉冲发生器可周期地（例如每秒钟1次）产生短脉冲（例如5μs）来接通所述可控开关系统。这将会导致电流流入将会由电流传感器检测到的电压钳电阻器。控制器的软件可检测到此信号并且将电流中的周期性上升识别为如下指示，即可控开关系统是运行的（特别是关于经由第二控制端子进行的它的控制）。流经电阻器的电流的幅值将会与主导的直流链路电压以及电压钳电阻器的电阻值相互关联。未能检测到电流的周期性上升（或者测试脉冲引起的上升）可启动连接于第一直流电压端子与第二直流电压端子之间的电子部件（特别是交流-交流转换器的部件）的受控关停。特别地，发电机和网络断路器可打开。电压钳电阻器中需要用来对与测试功能相关联（通过提供测试脉冲作为第二控制信号）的电力进行吸收的额外的电力额定值可例如是电阻器的额定电力的1/20000。其它值也是可能的。

根据实施例，用于调节直流电压的电路的故障模式可经受评估，并且可覆盖所有偶然性，或者可认为这样的偶然性的可能性非常低。特别地，可考虑下列四个场景：（1）电路没有预期进行运行，电路不运行；（2）电路没有预期进行运行，电路运行；（3）电路预期进行运行，电路没有运行；以及（4）电路预期进行运行，电路运行。

场景1和4是“正常的”。此正常行为可由对流经电阻器的电流进行测量的电流传感器、以及与由第一控制电路产生的第一控制信号的协同而看到。如果电流传感器本身是有缺陷的，则当将会有命令来接通正常电压钳电路而没有期望反馈时，这也可被检测到。这种情况可被识别，并且可启动系统的有序关停。

场景2可由可控开关系统的第一和第二控制端子、或者由施加到不适当地运行的这些端子的第一和第二控制信号而引起。

可替代地，可控开关系统可包括两个电压钳开关，在此情况下场景2可由包含于不适当地运行的可控开关系统内的两个电压钳开关中的任一个而引起。电流传感器可在不期望有电流时检测到电流，并且系统按包括发电机和网络断路器的打开的有序方式而关停。电压钳电阻器针对在打开断路器的延迟期间接收到其内的额外能量而言是额定的。

场景3可由控制电路二者（即第一控制电路与第二控制电路）的故障所引起的。尽管这是低可能性的，后果是严重的，导致大过电压、灾难性的器件故障，等等。为了检测场景3，提供了如上所述的测试功能。由此，可采取适当措施来保护电子部件。

根据实施例，用于调节直流电压的电路还包括电流传感器，其如此布置以测量流经电阻器的电流，特别是布置在第二端子与第一电阻器端子之间以便测量指示从第二端子流到第一电阻器端子的电流的电流值。特别地，电流传感器可用来测试可控开关系统。特别地，当第二控制电路产生测试脉冲时，可控开关系统应当切换到导通状态（由于第二控制端子处进行的控制），其期望引起流经电阻器的电流。在此情况下未能检测到电流可指示：可控开关系统（特别是关于经由第二控制端子进行的它的控制）是有缺陷的。

根据实施例，用于调节直流电压的电路还包括控制器，该控制器适于用来接收电流值并且用来接收第二控制信号，其中控制器适合用来基于电流值并基于第二控制信号而指示电路的故障。故障可指示可控开关系统的应急功能是有缺陷的。可以不强制监测进入控制器内的第二控制信号。

根据实施例，可控开关系统包括单个晶体管，该单个晶体管具有连接至第一控制端子和连接至第二控制端子的栅极端子（其可直接地连接、或可经由允许对在第一控制端子与第二控制端子处施加的信号进行处理的另外的电路而连接），具有连接至第一端子的第一单个晶体管端子、和连接至第二端子的第二单个晶体管端子。取决于施加到单个晶体管的栅极端子的信号，可在第一单个晶体管端子与第二单个晶体管端子之间建立导通状态或非导通状态。特别地，可控开关系统可仅包括单个晶体管，但不包括另外的晶体管或可控开关。由此，使得能实现可控开关系统的特别简单的构造。

根据实施例，可控开关系统包括第一晶体管，其具有连接至第一控制端子的栅极端子、具有连接至第一端子的第一晶体管端子、以及具有连接至第二端子的第二晶体管端子。取决于施加到第一晶体管的栅极端子的信号，可在第一晶体管端子与第二晶体管端子之间建立导通状态或非导通状态。由此，第一晶体管可被接通或关断。当第一晶体管被接通时（第一晶体管端子与第二晶体管端子之间的导通状态），施加于第一直流电压端子与第二直流电压端子之间的过电压可通过电流而排放，该电流流经第一晶体管（从第一晶体管端子到第二晶体管端子），经由电阻器到第二直流电压端子。由此，直流电压可被钳制以维持适当值，特别是钳制到不超过特定阈值。特别地，用于调节直流电压的电路可包括一个或多个另外的晶体管。在本发明的背景下，术语“晶体管”可用作可控开关的同义词，其中开关的导通状态（接通或关断）可受到外部信号的控制。

根据实施例，可控开关系统包括第二晶体管，其具有连接至第二控制端子的栅极端子、且具有连接至第一端子的另外的第一晶体管端子、以及具有连接至第二端子的另外的第二晶体管端子。因而，根据实施例，用于调节直流电压的电路包括第一晶体管和第二晶体管，其中第一晶体管经由第一控制电路而受控、并且第二晶体管经由第二控制电路而受控。因而，第一晶体管与第二晶体管独立地受控。

第一晶体管例如可以是IGBT，其可设计成防止例如1200V的过电压，从而使得在发电机的所产生的关断事件期间发生的电压浪涌被保持得低于1700V（VCE维持额定）。随后，对于使用MP电容器（其尺寸确定成针对所有其它方面但非浪涌）的配置而言，从馈送关停的直接驱动发电机所产生的过电压可能超过电力转换器的IGBT的额定值，并且，可能发生主故障。在此情况下，第二晶体管可受控成变为导通以便排放过电压。

根据实施例，第一晶体管和/或第二晶体管和/或单个晶体管为IGBT、MOSFET、双极面结型晶体管、GTO、或IGCT。由此，可在电路内运用常规可用的晶体管以便限制电路成本。

特别地，当可控开关系统包括第二晶体管时，可在电路的运行时间的一小部分期间通过将第二晶体管切换到导通状态（例如如上所述通过使用测试脉冲）来对可控开关系统进行测试。

根据实施例，可控开关系统包括（第一晶体管但非第二晶体管）晶闸管，其具有连接至第二控制端子的栅极端子、具有连接至第一端子的第一晶闸管端子、以及具有连接至第二端子的第二晶闸管端子。取决于施加到晶闸管的栅极端子处的信号，可在第一晶闸管端子与第二晶闸管端子之间建立连接。特别地，晶闸管可布置成平行于第一晶闸管以提供额外的装置用于在第一直流电压端子与第二直流电压端子之间排放过电压。特别地，晶闸管是由响应于较高过电压阈值（例如1400V）的自主触发电路（第二控制电路）操作（或控制）的。由此，增强的电压钳电路在具有所有电力转换器部件的额定值的情况下仍能够限制过电压，而无需将直流链路电容的值确定得过大以有源地（passively）执行相同功能。特别地，晶闸管可以是在此应用中有用的器件，因为在触发之后其不需要维持其上的任何栅极电力。晶闸管将不会是用于正常运行的电压钳功能的候选器件（特别是将不会是用于第一晶体管的候选），因为其不是理想地适于强制换流（没有提供从第一控制电路关断的机会）。

在过电压的情况下（例如在第一直流电压端子与第二直流电压端子之间为1400V），在已经监测和确认了电压钳电阻器的集成度之后（通过感测与第一控制信号和/或第二控制信号相对应的电流），第二控制电路（特别是包含于第二控制电路中的自主地运行的比较器）可启动晶闸管以将所述晶闸管设置于导通状态。可通过监测流入电流传感器内的电流而监测晶闸管的运行。当电压钳电流不是所期望的时候，电流传感器中所检测到的电流可导致分别通往发电机和网络的断路器打开。可需要电压钳电阻器为额定的来处理随后的延迟以打开断路器（比如说100ms）、以及在检测到此特定故障条件之前旨在在该电压钳电阻器中耗散能量。

根据实施例，用于调节直流电压的电路还包括连接于第二端子和第二直流电压端子之间且可连接至第二直流电压端子的二极管。特别地，二极管的阳极可以是可连接至第二直流电压端子的，并且二极管的阴极可以连接至第二端子。特别地，二极管可连接成平行于电阻器。

根据实施例，第二控制电路具有可连接至第一直流电压端子的第二控制电路输入端子，并且还有可连接至第二直流电压端子的第二控制电路输入端子。由此，第二控制电路可监测介于第一直流电压端子与第二直流电压端子之间的直流电压。

根据实施例，提供了一种交流-交流转换器，用于将第一频率（特别是可变频率）的交流电压（或电流或电力）转换到第二频率（特别是基本上固定频率，诸如50Hz或60Hz）的交流电压（或电流或电力），其中转换器包括用于将第一频率的交流电压转换成介于第一直流电压端子与第二直流电压端子之间的直流电压的第一转换器部段；用于如上所述对施加于第一直流电压端子与第二直流电压端子之间的直流电压进行调节的电路；以及用于将介于第一直流电压端子与第二直流电压端子之间的直流电压转换成第二频率的交流电压的第二转换器部段。

特别地，第一转换器部段以及第二转换器部段可包括一个或多个（特别地为六个）功率晶体管，诸如IGBT。第一频率的交流电压可从一个或多个风轮机的一个或多个发电机进行供应。特别地，风轮机的发电机可产生可变频率的交流电压，其中第一频率的交流电压的频率可取决于风力条件、叶片俯仰角和其它环境参数。特别地，第二频率的交流电压可供应到公用电网，其允许消费者接收电能用于驱动消费者装置。如果具有用于对连接于第一直流电压端子与第二直流电压端子之间的直流电压进行调节的电路，则允许防止过电压以保护包含于第一转换器部段以及第二转换器部段中的部件。

应理解的是，关于用于对直流电压进行调节的电路、或者交流-交流转换器所披露的、描述的或解释的任何特征（个别的、或呈任何组合的）也可（单独地或以任何组合地）应用于用于对直流电压进行调节的方法。

根据实施例，提供了一种用于对施加到第一直流电压端子与第二直流电压端子之间的直流电压进行调节的方法，其中该方法包括：如果第一控制信号高于第一阈值、或者如果第二控制信号高于第二阈值，则建立介于第二端子与可连接至第一直流电压端子的第一端子之间的电连接；允许电流经由连接至第二端子的第一电阻器端子流经电阻器朝着可连接至第二直流电压端子的第二电阻器端子流动；如果直流电压高于第一直流电压阈值，则产生高于第一阈值的第一控制信号；并且，如果直流电压高于第二直流电压阈值，则产生高于第二阈值的第二控制信号，其中第二直流电压阈值大于第一直流电压阈值。

应注意到，已关于不同主题描述了本发明的实施例。特别地，已关于方法类型的权利要求描述了一些实施例，而已关于设备类型权利要求描述了其它实施例。然而，本领域技术人员将会从以上和下列描述收集到：除非另外指明，除了属于一类主题的特征的任何组合，还有与不同主题有关的特征之间（特别是在方法类型权利要求的特征与设备类型权利要求的特征之间）的任何组合被认为是将要利用此文档进行披露的。

现在参考附图描述本发明的实施例。

本发明的以上限定的各方面和其它方面是从将要在下文中描述的实施例的实例而显而易见的，并且其参考实施例的实例来解释。将会在下文中参考实施例的实例来更详细地描述本发明，但本发明不局限于此。

附图说明

图1示意性地示出了根据实施例用于对直流电压进行调节的电路的电路图；

图2示意性地示出了根据实施例用于对直流电压进行调节的电路的电路图；

图3示意性地示出了根据实施例用于对直流电压进行调节的电路的电路图；以及

图4图示出了根据实施例的交流-交流转换器的电路图。

具体实施方式

附图中的图解是以示意图的形式示出。应注意的是，在不同图中，类似的或相同的元件提供有相同的附图标记、或提供有仅仅与对应的附图标记在第一位数字内有所不同的附图标记。

图1示意性地图示出了根据实施例用于对直流电压进行调节的电路100的方框图。电路100包括可控开关系统102、电阻器104、第一控制电路106和第二控制电路108。可控开关系统102具有可连接至第一直流电压端子103的第一端子101，和第二端子105、第一控制端子107、以及第二控制端子109。第一控制电路106在第一控制输出端子111处产生第一控制信号，并且第二控制电路在第二控制输出端子113处产生第二控制信号。如果由第一控制电路产生的并且供应至第一控制端子107的第一控制信号高于第一阈值、或者如果由第二控制电路108产生的并且供应至第二控制端子109的第二控制信号高于第二阈值，则可控开关系统建立介于第一端子101与第二端子105之间的电连接。由此，发生于第一直流电压端子103与第二直流电压端子110之间的过电压可被流经电阻器104的电流耗散并且因而减小。

特别地，施加于103和110之间的VDC信号连接至第一控制电路106的输入并且也连接至第二控制电路108的输入，从而使得两个控制电路可比较介于端子103与110之间的电势。

图2示意性地图示出了根据实施例用于对直流电压进行调节的电路200的电路图。图2中图示的电路200示出了与图1中图示的电路100的类似点，其中在结构和/或功能上类似的部件或元件被指定有仅在第一位数字上不同的附图标记。与图1中所图示的可控开关系统102的实施例不同，图2中所图示的可控开关系统202包括了单个晶体管212，其具有栅极端子214、具有第一单个晶体管端子216以及具有第二单个晶体管端子218。从第一控制电路206供应到第一控制端子207的第一控制信号、以及还有由第二控制电路206产生的并且供应至第二控制端子209的第二控制信号，被供应到逻辑或处理电路220，其供应组合控制信号到逻辑电路输出端子222，该逻辑电路输出端子222连接至单个晶体管栅极端子214。逻辑电路220处理施加于第一控制端子207和第二控制端子209处的所接收到的信号，并且从其得到组合控制信号。

特别地，施加于203和210之间的VDC信号连接至第一控制电路206的输入并且也连接至第二控制电路208的输入，从而使得两个控制电路可比较介于端子203与210之间的电势。

特别地，在图1和2中所图示的实施例中，由第一控制电路106产生的第一控制信号和由第二控制电路108产生的第二控制信号可以是基于施加在第一直流电压端子103与第二直流电压端子110之间的直流电压的。特别地，如果直流电压（介于第一直流电压端子103或203与第二直流电压端子110或210之间的电压）高于第一直流电压阈值，则第一控制电路106产生第一控制信号，从而使得可控开关系统切换成导通状态。如果直流电压高于第二直流电压阈值，则第二控制电路108产生第二控制系统以便将可控开关系统102切换为处于导通状态，其中第二直流电压阈值高于第一直流电压阈值。特别地，第二控制电路108或208是分离的，并且与第一控制电路106或206相比是不同地构造的。由此，第二控制电路108或208提供了对于可控开关系统102或202的自主控制。

图3示意性地图示出了根据实施例用于对直流电压进行调节的电路300的电路图。直流电压施加于第一直流电压端子303与第二直流电压端子310之间。电路300的第一端子301连接至第一直流电压端子303。

与图2中图示的实施例200不同，可控开关系统302包括第一晶体管324，其具有连接至第一控制电路306的栅极端子326、具有连接至第一端子301的第一晶体管端子328、以及具有连接至第二端子305的第二晶体管端子330。平行于第一晶体管324（其在所图示的实例中是IGBT），布置了晶闸管332，其具有连接至第二控制电路308的栅极端子334、具有连接至第一端子301的第一晶闸管端子336、以及具有连接至第二端子305的第二晶闸管端子338。

此外，电路300包括电流测量器件340以便测量流经电阻器304的电流。电流测量可用于测试所述电路300，特别是当晶闸管332由可强制换流开关（诸如晶体管，例如IGBT）替代时。电路300还包括连接于第二直流电压端子310与第二端子305之间的二极管342（平行于电阻器304）。第二控制电路308提供了直流链路阈值电压检测和栅极脉冲至晶闸管332，其中晶闸管可针对大于例如1400V的直流电压而被开启。晶闸管332随后可保持开启，直至直流链路电压完全地被排放，并且电压钳电阻器304中的电流为零，如使用电流测量器件340所测量到的。第一控制电路306提供了针对IGBT324的并且因此针对电压钳电阻器304的开/关控制，其中如果直流电压高于1150V则IGBT324可被接通。

根据另一（未图示的）实施例，晶闸管332可由另一晶体管诸如IGBT所替代。这允许了接通和关断第二晶体管的机会，这可开启机会来通过形成电路300的额外部分的自主脉冲发生器周期性地（例如达5μs每秒）测试第二晶体管。

此测试可由整体软件控制系统通过观察由电流测量器件340所传递的电流信号来加以监测。周期性接通的脉冲的故障、针对第二IGBT元件的栅驱动器的故障、第二IGBT元件的故障、提供电流信号的电流传感器340的故障、用以检测周期性脉冲的软件的故障，都可引起系统以受控方式关停。

图4图示出了交流-交流转换器450，用于将施加于端子G1、G2和G3处的可变频率交流电压转换为供应至端子N1、N2和N3的固定频率交流电压，根据实施例的电压钳可集成到其中。转换器450包括第一部段452（也称为发电机桥）、电压钳454和第二部段456（也称为网络桥）。在图示实施例中，常规电压钳图示为包括仅一个IGBT424，其由未示出的控制电路控制。根据实施例，IGBT424可由图1中图示的电路100、图2中图示的电路200、或图3中图示的电路300（或一种电路，其中晶闸管332已经由诸如如上所述的第二IGBT这样的晶体管替代）替代，以实现转换器，该转换器具有改善的保护，免于在第一直流电压端子403与第二直流电压端子410之间的过电压。

第一部段452包括六个IGBT458，其连接至端子G1、G2和G3，以便在第一直流电压端子403与第二直流电压端子410之间产生实质上直流（DC）的电压。此外，第二部段456也包括六个IGBT460，其连接成使得将直流电压转换成供应至端子N1、N2和N3的固定交流电压。

根据其它实施例，可以存在着更少或更多的输入端子G1、G2和G3，并且可以存在着转换器450的更少或更多的输出端子N1、N2和N3。

转换器450可特别地用于风轮机。

应注意到的是，术语“包括”没有排除其它元件或步骤并且“一”或“一种”没有排除多个。同样，与不同实施例相关联地描述的元件可组合。也应注意到，权利要求书中的附图标记不应当理解为限制了权利要求的范围。

Claims (16)

1.一种电路，用于对施加于第一直流电压端子与第二直流电压端子之间的直流电压进行调节，所述电路包括：

·可控开关系统（102，202，302），具有：

能被连接至第一直流电压端子（103）的第一端子（101），

第二端子（105），

第一控制端子（107），以及

第二控制端子（207），

其中如果施加于第一控制端子（107）的第一控制信号满足第一标准、或如果施加于第二控制端子（109）的第二控制信号满足第二标准，则可控开关系统适于建立介于第一端子（101）与第二端子（105）之间的电连接；

·电阻器（104），具有连接至第二端子的第一电阻器端子，以及具有能被连接至第二直流电压端子的第二电阻器端子；

·第一控制电路（106），用于在连接至第一控制端子（107）的第一控制输出端子（111）处产生第一控制信号，其中如果直流电压高于第一直流电压阈值，则产生第一控制信号以满足第一标准；

·第二控制电路（108），用于在连接至第二控制端子（109）的第二控制输出端子（113）处产生第二控制信号，其中如果直流电压高于第二直流电压阈值，则产生第二控制信号以满足第二标准；

其中第二直流电压阈值大于第一直流电压阈值,

其中第二控制电路还适于在测试时间间隔期间产生高于第二直流电压阈值的第二控制信号以便测试所述可控开关系统。

2.根据权利要求1所述的电路，其中可控开关系统（102，202，302）包括逻辑电路，如果施加到第一控制端子（107）的第一控制信号是逻辑高信号和/或如果施加到第二控制端子（109）的第二控制信号是逻辑高信号，则所述逻辑电路在第一端子（101）与第二端子（105）之间建立电连接。

3.根据权利要求1所述的电路，其中测试时间间隔介于电路的运行时间的1/100与1/1000之间。

4.根据权利要求1所述的电路，其中测试时间间隔介于电路的运行时间的1/100000与1/10000之间。

5.根据权利要求3所述的电路，其中第二控制电路包括用于产生作为第二控制信号的测试脉冲的脉冲发生器。

6.根据权利要求3或5所述的电路，还包括：

·电流传感器（340），布置在第二端子与第一电阻器端子之间，用于测量指示从第二端子流到第一电阻器端子的电流的电流值。

7.根据权利要求6所述的电路，还包括：

·控制器，适于接收电流值并且适于接收第二控制信号，

其中该控制器适于基于电流值且基于第二控制信号指示电路的故障。

8.根据权利要求1至5之一所述的电路，其中可控开关系统包括单个晶体管（212），该单个晶体管（212）具有连接至第一控制端子和第二控制端子的栅极端子、具有连接至第一端子的第一单个晶体管端子、且具有连接至第二端子的第二单个晶体管端子。

9.根据权利要求1至5之一所述的电路，其中可控开关系统包括第一晶体管（324），该第一晶体管（324）具有连接至第一控制端子的栅极端子、具有连接至第一端子的第一晶体管端子、以及具有连接至第二端子的第二晶体管端子。

10.根据权利要求1至5中的一项所述的电路，其中可控开关系统包括第二晶体管，该第二晶体管具有连接至第二控制端子的栅极端子、具有连接至第一端子的另外的第一晶体管端子、以及具有连接至第二端子的另外的第二晶体管端子。

11.根据权利要求8所述的电路，其中单个晶体管为IGBT、MOSFET、双极面结型晶体管、GTO、或IGCT。

12.根据权利要求1至5中的一项所述的电路，其中可控开关系统包括晶闸管（332），该晶闸管（332）具有连接至第二控制端子的栅极端子、具有连接至第一端子的第一晶闸管端子、以及具有连接至第二端子的第二晶闸管端子。

13.根据权利要求1-5之一所述的电路，还包括：

二极管（342），连接于第二端子和第二直流电压端子之间并且能被连接至第二直流电压端子。

14.根据权利要求1-5之一所述的电路，其中第二控制电路具有能被连接至第一直流电压端子的第二控制电路输入端子，并且还有能被连接至第二直流电压端子的第二控制电路输入端子。

15.一种交流-交流转换器，用于将第一频率交流电压转换为第二频率交流电压，所述转换器包括：

·第一转换器部段（452），用于在第一直流电压端子与第二直流电压端子之间将第一频率交流电压转换为直流电压；

·根据权利要求1至13之一所述的电路，用于对施加于第一直流电压端子与第二直流电压端子之间的直流电压进行调节；

·电容器（459），连接于第一直流电压端子与第二直流电压端子之间；和

·第二转换器部段（456），用于将第一直流电压端子与第二直流电压端子之间的直流电压转换为第二频率交流电压。

16.一种用于对施加于第一直流电压端子与第二直流电压端子之间的直流电压进行调节的方法，所述方法包括：

·如果第一控制信号满足第一标准、或如果第二控制信号满足第二标准，则在第二端子与能被连接至第一直流电压端子的第一端子之间建立电连接；

·允许电流经由连接至该第二端子的第一电阻器端子流经电阻器朝着能被连接至第二直流电压端子的第二电阻器端子流动；

·如果直流电压高于第一直流电压阈值，则产生第一控制信号以满足第一标准；以及

·如果直流电压高于第二直流电压阈值，则产生第二控制信号以满足第二标准，并且

在测试时间间隔期间产生高于第二直流电压阈值的第二控制信号以便对建立电连接进行测试，

其中第二直流电压阈值大于第一直流电压阈值。