CN102570843B - 用于运行变换器电路的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明名称是用于运行变换器电路的方法，其中变换器电路具有变换器单元(1)和变压器(2)，其中变压器(2)具有至少一个带有初级绕组(4)和次级绕组(5)的绕组群(3)并且变换器单元(1)在交变电压侧与相应绕组群(3)的初级绕组(4)相连。为了补偿变压器(2)的不希望有的饱和，借助于变换器单元(1)适宜地将直流电压(Ucomp)施加到变压器(2)的相应绕组群(3)的初级绕组(4)上。

Description

用于运行变换器电路的方法
技术领域
本发明涉及功率电子学领域。本发明基于根据独立权利要求的前序部分所述的、用于运行变换器电路的方法。
背景技术
如今，传统的变换器电路包括带有多个可控制的功率半导体开关的变换器单元，所述功率半导体开关以已知的方式连接，用以切换至少两个开关电压电平。典型地，此类变换器电路与例如构成为单相或三相的电气交变电压电网相连。此类变换器电路通常应用在工业设备中，其中所述变换器电路的变换器单元的交变电压侧典型地通过变压器与电网耦合并且其中当然可考虑另外的使用领域和应用可能性、例如风力设备。在图1中示例性地示出根据现有技术的此类变换器电路。
在将变压器连接到交变电压电网的情况下所述变压器会饱和。在电网故障之后电压恢复的情况下此类饱和也会发生。饱和的程度取决于在电网故障期间的电压时间积分，也就是主要由交变电压电网给出。典型地，变压器的磁通在此类故障之后或在将变压器连接到交变电压电网的情况下具有明显的直流分量，直流分量则导致饱和。然而，变压器的饱和是非常不希望有的。在图2中示例性地示出了根据图1的变换器电路的变压器的绕组群的磁通的这类典型的时间曲线。
在US6577111B1中给出一种用于运行变换器电路的这种方法，该方法能够对变换器电路的变压器的不希望有的饱和进行补偿，然而不能使磁通回到变压器的磁通的标称值的量值以下。
发明内容
因此，本发明的任务是给出一种用于运行变换器电路的方法，借助于所述方法变换器电路的变压器的不希望有的饱和能够在短时间内得到补偿。
该任务通过权利要求1所述的特征得到解决。在从属权利要求中给出本发明的有利的改进方案。
该变换器电路包括带有多个可控制的功率半导体开关的变换器单元并具有变压器，其中所述变压器具有至少一个带有初级绕组和次级绕组的绕组群(Wicklungssatz)并且所述变换器单元在交变电压侧与相应绕组群的初级绕组相连。按照本发明的、用于运行此类变换器电路的方法包括以下步骤：
a)根据阈值监视每个绕组群的磁通的量值(Betrag)，其中所述磁通的极性被测定，
b)如果穿过相应绕组群的磁通的量值超过阈值并且穿过相应绕组群的磁通的极性是正的，那么通过变换器单元将可调节的负的直流电压施加到相应绕组群的初级绕组上，
c)如果穿过相应绕组群的磁通的量值超过阈值并且穿过相应绕组群的磁通的极性是负的，那么通过变换器单元将可调节的正的直流电压施加到相应绕组群的初级绕组上，
d)重复步骤a)至c)直到穿过相应绕组群的磁通的量值低于阈值，
e)在穿过相应绕组群的磁通的量值低于阈值之后并且如果穿过相应绕组群的磁通的极性是正的，那么通过所述变换器单元将可调节的负的直流电压施加到相应绕组群的初级绕组上，直到所施加的负的直流电压相关的电压-时间积分小于或等于预给定的负的磁通值，以及
f)在穿过相应绕组群的磁通的量值低于阈值之后并且如果穿过相应绕组群的磁通的极性是负的，那么通过所述变换器单元将可调节的正的直流电压施加到相应绕组群的初级绕组上，直到所施加的正的直流电压相关的电压-时间积分大于或等于预给定的正的磁通值。
该阈值是被超过时所述变压器开始饱和的值。前述步骤a)至d)有利地引起：在变压器的相应绕组群饱和的情况下以简单且快速的方式通过利用变换器单元施加正的或者负的直流电压对所述饱和进行补偿，也就是穿过相应绕组群的磁通被带出饱和范围。如果不再存在变压器的相应绕组群的饱和，也就是说在穿过相应绕组群的磁通的量值低于阈值之后，那么通过步骤e)至f)有利地实现相应绕组群的磁通能够例如再次被带到变压器的磁通的标称值的量值以下，其中所述磁通的标称值的量值例如是减少了该磁通值的阈值。由此本发明的方法以特别简单的方式总体实现如下所期望的效果：补偿了所出现的变压器的饱和以及使穿过相应绕组群的磁通回到磁通的标称值的量值以下。
从以下结合附图对本发明的优选实施例的详细说明中，本发明的这些以及进一步的任务、优点和特征将会变得明显。
附图说明
图1示出了根据现有技术的变换器电路；
图2示出了根据图1的变换器电路的变压器的绕组群的磁通的典型的时间曲线；
图3示出了根据按照本发明的方法的变换器电路的变压器的绕组群的磁通的时间曲线；
图4示出了变压器的常见的T型等效电路图；
图5示出了变压器的磁化电流-磁通特征线。
在附图中使用的参考标记和其含义在参考标记列表中汇总列出。基本上，在图中相同的部分标有相同的参考标记。所描述的实施方式对本发明主题是示例性的而不具有限制作用。
具体实施方式
如前所述，图1示出了已知的、具有带有多个可控制的功率半导体开关的变换器单元1以及此外还具有变压器2的变换器电路，其中变压器2一般具有至少一个带有初级绕组4和次级绕组5的绕组群3并且变换器单元1在交变电压侧与相应绕组群3的初级绕组4相连。在图1中变压器2例如实施成单相的并且因此仅具有唯一的绕组群3。
现在，按照本发明的、用于运行变换器电路的方法具有以下步骤：
a)根据阈值Ψs1监视每个绕组群3的磁通Ψ的量值，其中所述磁通Ψ的极性被测定，
b)如果穿过相应绕组群3的磁通Ψ的量值超过阈值Ψs1并且穿过相应绕组群3的磁通Ψ的极性是正的，那么通过变换器单元1将可调节的负的直流电压Ucomp施加到相应绕组群的初级绕组4上，
c)如果穿过相应绕组群3的磁通Ψ的量值超过阈值Ψs1并且穿过相应绕组群3的磁通Ψ的极性是负的，那么通过变换器单元1将可调节的正的直流电压Ucomp施加到相应绕组群3的初级绕组4上，
d)重复步骤a)至c)直到穿过相应绕组群3的磁通Ψ的量值低于阈值Ψs1，
e)在穿过相应绕组群3的磁通Ψ的量值低于阈值Ψs1之后并且穿过相应绕组群3的磁通Ψ的极性是正的，那么通过变换器单元1将可调节的负的直流电压Ucomp施加到相应绕组群3的初级绕组4上，直到所施加的负的直流电压Ucomp相关的电压-时间积分小于或等于预给定的负的磁通值-ΔΨs，
f)在穿过相应绕组群3的磁通Ψ的量值低于阈值Ψs1之后并且如果穿过相应绕组群3的磁通Ψ的极性是负的，那么通过变换器单元1将可调节的正的直流电压Ucomp施加到相应绕组群3的初级绕组4上，直到所施加的正的直流电压Ucomp相关的电压-时间积分大于或等于预给定的正的磁通值ΔΨs。
该阈值Ψs1表示被超过时变压器2开始饱和的值。前述步骤a)至d)由此有利地引起：在变压器2的相应绕组群3饱和的情况下以简单且快速的方式通过利用变换器单元1施加正的或者负的直流电压Ucomp对所述饱和进行补偿，也就是穿过相应绕组群3的磁通Ψ被带出饱和范围。如果不再存在变压器2的相应绕组群3的饱和，也就是说在穿过相应绕组群3的磁通Ψ的量值低于阈值Ψs1之后，那么通过步骤e)至f)有利地实现相应绕组群3的磁通Ψ例如再次被带到变压器1的磁通Ψ的标称值ΨNom的量值以下，其中所述磁通Ψ的标称值ΨNom的量值例如是减少了磁通值ΔΨs的阈值Ψs1，也就是ΔΨS＝ΨS1-ΨNom是成立的。
由此本发明的方法以特别简单的方式总体实现所期望的如下效果：补偿了所出现的变压器1的饱和以及使穿过相应绕组群3的磁通Ψ回到磁通Ψ的标称值ΨNom的量值以下。
在步骤e)中所述的电压-时间积分如下计算：
∫ucompdt，
其中接着按照步骤e)通过变换器单元1将可调节的负的直流电压Ucomp施加到相应绕组群3的初级绕组4上，直到所施加的负的直流电压Ucomp相关的电压-时间积分小于或等于预给定的负的磁通值-ΔΨs，也就是
∫ucompdt≤-ΔΨs成立。
此外，在步骤f)中所述的电压-时间积分如下计算：
∫ucompdt，
其中接着按照步骤f)通过变换器单元1将可调节的正的直流电压Ucomp施加到相应绕组群3的初级绕组4上，直到所施加的正的直流电压Ucomp相关的电压-时间积分大于或等于预给定的正的磁通值ΔΨs，也就是
∫ucompdt≥ΔΨs成立。
然而该变换器能够让饱和明显更快地衰减，其方式是通过变换器将直流电压施加到变压器上，变压器将磁通从饱和中带回。在此，对于上述情况发生所用的时间起限制作用的是在此出现的直流电流。
根据本发明的另一拓展方案的按照本发明的方法优选包括如下另外的步骤：
g)在步骤e)和f)期间根据阈值Ψs1监视每个绕组群3的磁通Ψ的量值，其中所述磁通Ψ的极性被测定，
h)如果在步骤e)期间穿过相应绕组群3的磁通Ψ的量值超过阈值Ψs1并且穿过相应绕组群3的磁通Ψ的极性是正的，那么中断步骤e)并且继续进行步骤b)和d)，随后继续进行步骤e)和f)，以及
i)如果在步骤f)期间穿过相应绕组群3的磁通Ψ的量值超过阈值Ψs1并且穿过相应绕组群3的磁通Ψ的极性是负的，那么中断步骤f)并且继续进行步骤c)和d)，随后继续进行步骤e)和f)。
前述步骤h)结合步骤g)确保了如果在步骤e)期间在正的磁通Ψ情况下发生变压器2的相应绕组群3的饱和，那么所述饱和以简单且快速的方式通过利用变换器单元1施加负的直流电压Ucomp而得到补偿，也就是穿过相应绕组群3的磁通Ψ被带出饱和范围。如果在前述步骤f)期间在负的磁通Ψ情况下发生变压器2的相应绕组群3的饱和，那么前述步骤i)结合步骤g)使通过利用变换器单元1施加正的直流电压Ucomp进行补偿能够实现，也就是穿过相应绕组群3的磁通Ψ被带出饱和范围。
优选根据阈值Ψs1监视磁通Ψ的量值以及借助于根据差动电流阈值iDiff1对差动电流iDiff进行监视来测定磁通Ψ的极性，其中尤其是在考虑匝数比的情况下根据流经相应绕组群3的初级绕组4的电流i1以及根据流经相应绕组群3的次级绕组5的电流i′2来测定差动电流iDiff。对此，在图4中示出了变压器1的常见的T型等效电路图，其示出了流经相应绕组群3的初级绕组4的电流i1、流经相应绕组群3的次级绕组5的电流i′2以及流经相应绕组群3的主电感Lh1的差动电流iDiff。该差动电流iDiff是变压器的所属绕组群3的磁化电流。此外在图5中示出了变压器1的磁化电流-磁通特征线，从所述磁化电流-磁通特征线中可看见差动电流阈值iDiff1与阈值Ψs1的关系。为了根据差动电流阈值iDiff1监视差动电流iDiff，必须仅根据流经初级绕组4的电流i1和流经次级绕组5的电流i′2来测定差动电流iDiff，其中流经初级绕组4的电流i1和流经次级绕组5的电流i′2被测量。接着能够通过根据图5的差动电流iDiff和磁通的关系根据差动电流阈值iDiff1来进行对差动电流iDiff的监视，所述差动电流阈值iDiff1与阈值Ψs1的关系如图5所示。因为非常容易地通过流经初级绕组4的电流i1和流经次级绕组5的电流i′2测定所述差动电流iDiff，所以有利地可想到简单地实施根据阈值Ψs1对所述磁通Ψ的量值的监视和借助于根据差动电流阈值iDiff1对差动电流iDiff的监视来对所述磁通Ψ的极性进行的测定。
也可考虑的是，根据阈值Ψs1对所述磁通Ψ的量值进行监视和借助于所述磁通Ψ的模型对所述磁通Ψ的极性进行测定，在所述模型中根据相应绕组群3的初级绕组4上的电压或根据相应绕组群3的次级绕组5的电压测定磁通Ψ，其中一般
Ψ＝∫uMagdt
成立并且uMag一般则是变压器1的磁化电压。这能够以对于专业人员已知的方式在考虑变压器电阻和泄漏阻抗的情况下根据所测量的电压和电流来计算。此外，对于监视可预先给定阈值Ψs1和磁通值ΔΨs，例如通过在图5中示出的变压器的磁化电流-磁通特征线来预先给定阈值Ψs1和磁通值ΔΨs。
参考标记列表
1变换器单元
2变压器
3绕组群
4初级绕组
5次级绕组

Claims (4)

1. 用于运行变换器电路的方法，其中所述变换器电路具有带有多个可控制的功率半导体开关的变换器单元(1)并且具有变压器(2)，其中所述变压器(2)具有至少一个带有初级绕组(4)和次级绕组(5)的绕组群(3)并且所述变换器单元(1)在交变电压侧与相应绕组群(3)的初级绕组(4)相连，
其特征在于，
所述方法具有以下步骤：
a)根据阈值(Ψs1)监视每个绕组群(3)的磁通(Ψ)的量值，其中所述磁通(Ψ)的极性被测定，
b)如果穿过相应绕组群(3)的磁通(Ψ)的量值超过所述阈值(Ψs1)并且穿过相应绕组群(3)的磁通(Ψ)的极性是正的，那么通过所述变换器单元(1)将可调节的负的直流电压(Ucomp)施加到相应绕组群的初级绕组(4)上，
c)如果穿过相应绕组群(3)的磁通(Ψ)的量值超过所述阈值(Ψs1)并且穿过相应绕组群(3)的磁通(Ψ)的极性是负的，那么通过所述变换器单元(1)将可调节的正的直流电压(Ucomp)施加到相应绕组群(3)的初级绕组(4)上，
d)重复步骤a)至c)直到穿过相应绕组群(3)的磁通(Ψ)的量值低于所述阈值(Ψs1)，
e)在穿过相应绕组群(3)的磁通(Ψ)的量值低于所述阈值(Ψs1)之后并且如果穿过相应绕组群(3)的磁通(Ψ)的极性是正的，那么通过所述变换器单元(1)将可调节的负的直流电压(Ucomp)施加到相应绕组群(3)的初级绕组(4)上，直到所施加的负的直流电压(Ucomp)相关的电压-时间积分小于或等于预给定的负的磁通值(                                               )，以及
f)在穿过相应绕组群(3)的磁通(Ψ)的量值低于阈值(Ψs1)之后并且如果穿过相应绕组群(3)的磁通(Ψ)的极性是负的，那么通过所述变换器单元(1)将可调节的正的直流电压(Ucomp)施加到相应绕组群(3)的初级绕组(4)上，直到所施加的正的直流电压(Ucomp)相关的电压-时间积分大于或等于预给定的正的磁通值()。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于另外的步骤：
g)在步骤e)和f)期间根据所述阈值(Ψs1)监视每个绕组群(3)的磁通(Ψ)的量值，其中所述磁通(Ψ)的极性被测定，
h)如果在步骤e)期间穿过相应绕组群(3)的磁通(Ψ)的量值超过所述阈值(Ψs1)并且穿过相应绕组群(3)的磁通(Ψ)的极性是正的，那么中断步骤e)并且继续进行步骤b)和d)，随后继续进行步骤e)和f)，以及
i)如果在步骤f)期间穿过相应绕组群(3)的磁通(Ψ)的量值超过所述阈值(Ψs1)并且穿过相应绕组群(3)的磁通(Ψ)的极性是负的，那么中断步骤f)并且继续进行步骤c)和d)，随后继续进行步骤e)和f)。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，监视磁通(Ψ)的量值以及借助于根据差动电流阈值(iDiff1)对差动电流(iDiff)的监视测定所述磁通(Ψ)的极性，其中根据流经相应绕组群(3)的初级绕组(4)的电流(i1)以及根据流经相应绕组群(3)的次级绕组(5)的电流(i'2)来测定差动电流(iDiff)。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述磁通(Ψ)的量值的监视借助于所述磁通(Ψ)的模型进行。
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