CN104079199B - 中压逆变器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种中压逆变器系统。所述逆变器系统包括：控制器，其配置为当发生故障时使逆变器单元的输出端子短路；供给单元，其配置为将电力供给至所述控制器；以及辅助整流单元，其配置为对通过所述输入端子提供的AC电压整流并且将经整流的AC电压供给到所述供给单元。

Description

中压逆变器系统
技术领域
根据本公开的示例性实施例的教导大致涉及中压逆变器系统。
背景技术
近来，日益增长对于作为用于中压逆变器系统的拓扑的多电平逆变器的兴趣。伴随着发展高压电力装置来促进诸如FACTS（灵活交流电传输系统）的电力系统的有效和灵活操作的需求，发展了中压逆变器。多电平中压逆变器可以包括二极管箝位逆变器、级联H桥型逆变器以及飞跨电容逆变器。在多电平中压逆变器之中，级联H桥型逆变器被配置为使得低压H桥串联连接以形成具有多个独立直流链单元的多个单位单元，这里各单元的电压之和以及总输出电压大小相同，并且输出H桥型逆变器被广泛使用。
发明内容
本公开在于提供一种中压逆变器系统，其配置有单位功率单元以确保有效的和稳定的操作。
在本公开的一个总方案中，存在一种中压逆变器系统，该系统包括：第一整流单元，其配置为将通过输入端子提供的AC电压整流为DC电压；平滑单元，其配置为平滑由所述第一整流单元整流的DC电压，所述平滑单元包括电容器；逆变器单元，其配置为将由所述平滑单元平滑的DC电压转换为预定AC电压并且将AC电压通过输出端子输出到电动机；控制器，其配置为当发生故障时使所述逆变器单元的输出端子短路；供给单元，其配置为将电力供给至所述控制器；以及辅助整流单元，其配置为对通过所述输入端子提供的AC电压整流并且将经整流的AC电压供给到所述供给单元。
在本发明的一些示例中，所述系统可以进一步包括初始充电单元，其配置为在初始驱动期间对所述平滑单元的所述电容器充电。
在本发明的一些示例中，所述辅助整流单元可以包括第二整流单元，其被配置为对通过所述输入端子提供的AC电压整流并且将经整流的AC电压供给到所述供给单元；以及提供单元，其配置为将所述平滑单元的电压提供给所述供给单元。
在本发明的一些示例中，所述辅助整流单元可以进一步包括布置在所述第二整流单元和所述供给单元之间的电阻器，其被配置为限制到所述供给单元的涌入电流。
在本发明的一些示例中，所述提供单元可以防止从所述第二整流单元提供给所述供给单元的电压被提供给所述平滑单元。
在本发明的一些示例中，所述提供单元可以包括至少两个二极管，其被配置为将所述平滑单元连接到所述供给单元，并且所述至少两个二极管布置为相反的方向。
在本发明的一些示例中，所述供给单元可以进一步被配置为在初始驱动期间接收来自所述第二整流单元的电压。
在本发明的一些示例中，所述供给单元可以进一步被配置为在正常操作期间接收来自所述平滑单元的电压。
在本发明的一些示例中，所述供给单元可以进一步被配置为在异常操作期间接收来自所述第二整流单元的电压。
在本发明的一些示例中，所述控制器可以进一步被配置为接收来自所述供给单元的电力以使所述逆变器单元的输出端子短路。
附图说明
图1是示出根据本公开示例性实施例的中压逆变器系统的结构图。
图2是示出根据现有技术的单位功率单元（unit power cell）的详细结构图。
图3是示出根据本公开示例性实施例的中压逆变器的单位功率单元的结构图。
图4A至图4C是示出图3的单位功率单元的操作的示意图。
图5是示出在单位功率单元的输入端子烧坏之前和之后的SMPS的输入电压波形以及施加到平滑单元处的电容器的DC端子的电压波形的示意图。
具体实施方式
以下描述旨在不将本公开限制为在此公开的形式。因此，与以下教导和相关技术的技能和知识相称的变化和修改也在本公开的范围内。在此描述的实施例进一步旨在说明已知的实践本公开的模式并且旨在使得本领域技术人员能够以这种或其他实施例以及利用本公开的特定应用或使用所需的各种修改来使用本公开。
本公开提供一种即使在串联连接的H桥型中压逆变器中存在诸如熔断器断开或SCR（可控硅整流器）烧坏的故障也具有旁路功能的单位功率单元（unit power cell）。
在下文中，将参考附图详细描述根据本公开的中压逆变器系统。
图1是示出根据本公开示例性实施例的中压逆变器系统的结构图。
参考图1，根据本公开示例性实施例的中压逆变器系统通过对于每个输出相串联地连接多个单位功率单元U1～U6、V1～V6、W1～W6而被配置。在本公开中，六个单位功率单元串联地连接以将单相的输出电压提供给电动机2。然而，所连接的单位功率单元的数量仅是示例性的，因此本公开不限于此。
从而，单位功率单元U1～U6可以将第一相的输出电压提供给电动机2，单位功率单元V1～V6可以将第二相的输出电压提供给电动机2，并且单位功率单元W1～W6可以将第三相的输出电压提供给电动机2。电动机2可以由逆变器1提供的3相电压来驱动。
图2是示出根据现有技术的单位功率单元的详细结构图。
参考图2，单位功率单元指的是单相的逆变器，并且可以包括整流单元20、平滑单元30和逆变器单元40。单位功率单元可以进一步包括初始充电单元10、SMPS（开关型电源）50以及控制器60。
SMPS50可以使用开关电路将电力供给至控制器60。控制器60可以响应于MC（磁性接触器）70的状态而控制单位功率单元的操作。更具体地，当单位功率单元存在发生的故障时，控制器60闭合MC70的触点，由此使故障的单位功率单元的输出被短路。
如上所述，串联连接的H桥型中压逆变器系统配置有串联连接的单相逆变器，使得当在串联连接的单位功率单元中的任意一个单位功率单元上发生故障时，实现了被配置为使相关单位功率单元的输出短路的旁路功能，从而能够连续操作。
然而，在如图2中的单位功率单元中，当诸如熔断器80断开的故障发生在逆变器的输入端子处时，在平滑单元30处的电容器的电压被放电以使SMPS50不起作用。随后，不能从SMPS50接收电力的控制器60无法断开或闭合MC70的触点从而使旁路功能失效。另一问题在于：由于变压器（TR）90的输入侧连线到熔断器80的后表面，因此当熔断器断开时无法将电力供给至MC70。
因此，本公开提出一种即使在输入端子处发生故障的情况下也能够实现旁路功能的逆变器。即，即使在逆变器的输入端子处发生了诸如熔断器断开的故障，也能在根据本公开的串联连接的H桥型中压逆变器系统中实现单元旁路（cell bypass）。
图3是示出根据本公开示例性实施例的中压逆变器的单位功率单元的结构图，并且图4A和图4B是示出图3的单位功率单元的操作的示意图。
本公开的单位功率单元构成如图1中的中压逆变器系统。如图所示，根据本公开的中压逆变器的单位功率单元可以包括整流单元20、平滑单元30、逆变器单元40以及辅助整流单元95。单位功率单元可以进一步包括初始充电单元10、SMPS50以及控制器60。
SMPS50可以使用开关电路将电力供给至控制器60，并且控制器60可以使用SMPS50供给的电力来控制在MC70的触点处（逆变器单元40的输出端子处）的短路。
整流单元20用于将输入的AC电压转换为DC电压。为此，三对二极管（总共6个二极管）分别串联连接和接收在共同连接节点处的3相输入电压。平滑单元30包括用于平滑由整流单元20供给的DC型电压的电容器。
逆变器单元40包括多个开关单元以使用开关操作将由平滑单元30平滑的电压转换为具有预定值的AC电压。尽管本公开已经示例了具有4个开关单元的逆变器单元，但是本公开不限于此，并且逆变器单元可以布置有多种类型的开关单元。
控制器60可以响应于MC70的状态而控制单位功率单元的操作。更具体地，当单位功率单元处发生故障时，控制器60闭合MC70的触点，由此使故障的单位功率单元的输出短路。
辅助整流单元95可以包括六个整流二极管D1～D6、两个阻断二极管D7、D8以及涌入电流限制电阻器R。六个整流二极管D1～D6，即，三对整流二极管，如整流单元20中的一样分别串联连接，并且接收在共同连接节点处的3相输入电压。两个阻断二极管D7、D8可以将平滑单元30的两个节点连接到辅助整流单元95。涌入电流限制电阻器R可以介于整流二极管D1～D6和SMPS50之间。辅助整流单元95的六个整流二极管D1～D6将3相AC电压整流为DC电压并且将经整流的DC电压供给至SMPS50。SMPS50使用开关电路将电力供给至控制器60。
两个阻断二极管D7、D8可以将在平滑单元30的DC端子处的电容器电压提供给SMPS50，并且防止从六个整流二极管D1～D6输入到SMPS50的输入电压流动到平滑单元30的DC端子处的电容器。即，两个阻断二极管D7、D8介于平滑单元30和SMPS50的输入端子之间，这里D7和D8可以布置为反方向。涌入电流限制电阻器R布置在六个整流二极管D1～D6与SMPS50之间以防止在电压输入到SMPS50时SMPS50被过大的涌入电流损坏。
图4A至图4C是示出辅助整流单元95在各状态下的操作的示意图，并且特别示出了流至单位功率单元的电压供给。
参考图4A，当供给电力电压时，逆变器输入电压经由初始充电单元10对在平滑单元30的DC端子处的电容器充电，并且SMPS50通过辅助整流单元95接收电压（见图4A的‘P’）。
参考图4B，随着预定初始充电时间的经过，在平滑单元30的DC端子处的电容器经由整流单元20接收电压，而SMPS50接收来自平滑单元30的DC端子处的电容器的电压（见图4B的‘Q’）。
当单位功率单元由于在输入端子处烧坏而发生故障时，在平滑单元30的DC端子处的电容器缓慢地对电压放电，并且SMPS50响应于电势差而通过辅助整流单元95接收电压（见图4C的‘R’）。
如上所述，控制器60可以使用持续接收电压的SMPS50来闭合MC70的触点，由此故障的单位功率单元的输出变成处于短路状态。因此，即使在单位功率单元的输入端子上发生故障，SMPS50也可以正常地操作，并且控制器60可以接收电力以执行旁路操作。
图5是示出在单位功率单元的输入端子烧坏之前和之后的SMPS50的输入电压波形以及施加到平滑单元30处的电容器的DC端子的电压波形的示意图。
参考图5，可以确定，尽管在熔断器80断开后，施加到在逆变器单位功率单元处的平滑单元30的DC端子处的电容器的电压被放电，但是SMPS50的输入电压通过辅助整流单元95而被持续供给。
从前文中显而易见的是，即使输入电力由于输入端子处的烧坏而未适当地供给到单位功率单元内部的整流电路，根据本公开示例性实施例的中压逆变器系统也能够有利地施加给串联连接的H桥型中压逆变器以执行单元旁路功能。因而，根据本公开示例性实施例的中压逆变器系统能够预期到在操作稳定性上的提升。
尽管已经参照本公开的多个示例性实施例来描述了本公开，但是应当理解的是，本领域技术人员可以设计出将落入本公开原则的精神和范围内的许多其他修改和实施例。
尤其是，在本公开、附图以及所附权利要求书范围内对主题组合布置的构成部件和/或布置进行多种变化和修改是可能的。除了在构成部件和/或布置的变化和修改之外，替换使用对本领域技术人员来说也将是显而易见的。

Claims (9)

1.一种中压逆变器系统，所述系统包括：
第一整流单元，其配置为将通过输入端子提供的AC电压整流为DC电压；
平滑单元，其配置为平滑由所述第一整流单元整流的DC电压，所述平滑单元包括电容器；
逆变器单元，其配置为将由所述平滑单元平滑的DC电压转换为预定AC电压并且将AC电压通过输出端子输出到电动机；
控制器，其配置为当发生故障时控制在所述逆变器单元的输出端子的磁性接触器的触点处的短路；
供给单元，其配置为将电力供给至所述控制器；
辅助整流单元，其配置为对通过输入端子提供的AC电压整流并且将经整流的AC电压供给到所述供给单元；以及
初始充电单元，其配置为在初始驱动期间对所述平滑单元的所述电容器充电，
其中，当逆变器输入电压经由所述初始充电单元对所述电容器充电时，所述供给单元通过所述辅助整流单元接收电压，随着预定初始充电时间的经过，接收来自所述平滑单元的DC端子处的所述电容器的电压，当发生故障时，响应于电势差而通过所述辅助整流单元接收电压，并且使用开关电路将电力供给至所述控制器。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述辅助整流单元包括：
第二整流单元，其配置为对通过所述输入端子提供的AC电压整流并且将经整流的AC电压供给到所述供给单元；以及
提供单元，其配置为将所述平滑单元的电压提供给所述供给单元。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述辅助整流单元进一步包括布置在所述第二整流单元和所述供给单元之间的电阻器，其被配置为限制到所述供给单元的涌入电流。
4.根据权利要求2所述的系统，其中所述提供单元防止从所述第二整流单元提供给所述供给单元的电压被提供给所述平滑单元。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述提供单元包括至少两个二极管，其被配置为将所述平滑单元连接到所述供给单元，并且所述至少两个二极管布置为相反的方向。
6.根据权利要求2所述的系统，其中所述供给单元进一步被配置为在初始驱动期间接收来自所述第二整流单元的电压。
7.根据权利要求2所述的系统，其中所述供给单元进一步被配置为在正常操作期间接收来自所述平滑单元的电压。
8.根据权利要求2所述的系统，其中所述供给单元进一步被配置为在异常操作期间接收来自所述第二整流单元的电压。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述控制器进一步被配置为接收来自所述供给单元的电力以使所述逆变器单元的输出端子短路。
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