CN107624215A - 功率转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于将例如供在具有发电机（206）的用于再生能量的功率装置（204）中使用的主变换器（200）连接至电网（212）的方法，主变换器（200）包含：电网断路器（214），提供在主变换器（200）的电网侧（210）处；和至少两个变换器路径（216），各自包含中心DC链路（218）、电网侧变换器（220）以及发电机侧变换器（222），电网侧变换器（220）和发电机侧变换器（222）两者都连接至DC链路（218）；以及预充电单元（232），连接至电网（212），且连接到至少两个变换器路径（216）中的至少一个，该方法包含以下的步骤：将来自预充电单元（232）的能量提供给至少两个变换器路径（216）中的至少一个；使用从预充电单元（232）提供的能量来对至少一个变换器路径（216）进行预充电；通过至少一个变换器路径（216）的电网侧变换器（220）和至少一个其它变换器路径（218）的电网侧变换器（220），经由至少一个变换器路径（216），使用从预充电单元（232）提供的能量来对至少两个变换器路径（216）中的至少一个其它变换器路径（216）进行预充电；以及通过将电网断路器（214）闭合来将主变换器（200）连接至电网（212）。本发明还提供适应于执行上面的方法的相应的主变换器（200）和用于对主变换器（200）进行升级以执行上面的方法的软件包。

Description

功率转换器
技术领域
本发明涉及至功率电网的例如供在具有发电机的用于再生能量的功率装置中使用的主转换器的领域，主转换器包含：电网断路器，提供在主转换器的功率电网侧处；和至少一个转换器路径，包含中心DC链路、电网侧转换器以及发电机侧转换器，电网侧转换器和发电机侧转换器两者都连接至DC链路。具体地，本发明涉及这样的主转换器的操作的领域。还更具体地，本发明涉及对这样的主转换器进行预充电的领域。
背景技术
用于再生能量的功率装置通常经由主转换器而连接至功率电网。用于再生能量的功率装置可以包含使用发电机以用于生成电能的风力涡轮装置（WTP）或潮汐式涡轮装置（TTP）。主转换器包含如下的设备：用于适配从功率装置提供的功率，使得能够将该功率引入到功率电网中。因此，主转换器能够执行功率装置的电压电平、频率和/或相位到功率电网的适配。
用于将用于再生能量的功率装置连接至功率电网的典型的主转换器包含：电网断路器，用于连接至功率电网和从功率电网断开；和至少一个转换器路径，包含中心DC链路。取决于主转换器的设计，能够并联地提供另外的转换器路径，由此，转换器路径可能具有类似或完全相同的设计。至少一个转换器路径中的每个路径包含中心DC链路、电网侧转换器以及发电机侧转换器，电网侧转换器和发电机侧转换器两者都连接至DC链路。在一些实施例中，主转换器还包含主变压器，主变压器用于将所提供的能量的电压电平适配于功率电网的电压电平。在一些实施例中，主变压器与主转换器分离地提供。
电网断路器（GRB）能够用来将主转换器与变压器一起从功率电网断开。当主变压器与主转换器分离地提供时，通过GRB而仅将具有转换器路径的主转换器断开。因此，如果应当将主转换器连接至电网，则必须对主转换器的DC链路进行充电。当主转换器包含主变压器时，在将主变压器连接至功率电网之前，也必须使主变压器磁化，因为主变压器是在连接至功率电网时的涌入电流的主要源。预充电将可能损害主转换器的涌入电流降低至最小值。此外，通过连接预充电的主转换器，而不是未充电的主转换器，也使涌入电流对功率电网电压电平的影响最小化。预充电还可以包括主转换器的任选的组件，例如，提供在电网侧转换器的功率电网侧处的高频电网滤波器。
现有技术的WTP或TTP可以具有拓扑结构，其中，当转换器断开时，在任何时候主变压器都不从电网断开。主变压器始终保持磁化。如果主转换器随后连接至电网，则所得到的涌入电流较小，因为该涌入电流仅起源于主转换器的DC链路的充电和另外的任选的组件（例如，高频电网滤波器）的磁化。该拓扑结构意味着，GRB定位于主变压器的次级侧处。
另一个所建立的解决方案是使用预充电单元（PCU）以用于通常经由辅助变压器而从功率电网对主转换器馈电。只要电网侧转换器使主变压器和例如任选的高频电网滤波器磁化，该PCU就以标称DC电压对主转换器的DC链路加载。直到将磁化结束，才将GRB闭合，即，意味着GRB的初级侧和次级侧上的电压振幅和相位是相同的。因此，避免或至少高度地降低涌入电流。通常，对所使用的PCU定尺寸，以便仅递送使主转换器磁化所需要的能量。这意味着，PCU的功率等级比WTP或TTP的功率等级低得多。
第三个所建立的解决方案是相位选择开关设备，在各相位电压振幅处于其最大值的时刻，该开关设备将GRB的单个相位闭合。这种类型的相位选择开关设备比普通的开关设备贵得多。
WO 2013/007268 A2公开了用于将尤其是供在具有发电机的用于再生能量的功率装置中使用的主转换器连接至功率电网的方法，主转换器包含：电网断路器，提供在主转换器的功率电网侧处；和至少一个转换器路径，各转换器路径包含DC链路、电网侧转换器以及发电机侧转换器，电网侧转换器和发电机侧转换器两者都连接至DC链路。
在2009年9月22日的美国新泽西州皮斯卡塔韦镇的电气与电子工程师协会的2009年CERMA '09的电子学、机器人学及汽车机械学会议的由R. Galindo del Valle等人发表的“On the Emulation of an Isolated Wind Energy Conversion System:Experimental Results”中，公开了隔离式风能转换系统，该系统由双馈感应发电机、背对背式转换器组成，背对背式转换器连接至其转子和LC滤波器。
DE 10 2007 021 930 A1示出用于接通转换器装置中的功率半导体的众所周知的并且通用方法。
WO 2012/163398 A1示出一种系统，该系统用于将电功率分配至电气网，由此，该系统包含：DC/AC逆变器，布置成将来自电功率发电机的 DC电压输出转变成AC电压；变压器，布置成接收所述AC电压，对所述AC电压进行变换，并且，将所变换的AC电压递送至电网；以及连接器，布置成选择性地将变压器与电网断开和连接。
发明公开
本发明的目标是要提供用于将例如供在具有发电机的用于再生能量的功率装置中使用的主转换器连接至功率电网的方法和用于应用该方法的主转换器，其以简单并且用来减少预充电所要求的附加硬件的量的方式实现主转换器的预充电。
由独立权利要求实现该目标。在从属权利要求中，给出有利的实施例。
通过用于将例如供在具有发电机的用于再生能量的功率装置中使用的主转换器连接至功率电网的方法而解决该目标，主转换器包含：电网断路器，提供在主转换器的功率电网侧处；和至少两个转换器路径，各自包含中心DC链路、电网侧转换器以及发电机侧转换器，电网侧转换器和发电机侧转换器两者都连接至DC链路；以及预充电单元，连接至功率电网，且连接到至少两个转换器路径中的至少一个，该方法包含以下的步骤：将来自预充电单元的能量提供给至少两个转换器路径中的至少一个；使用从预充电单元提供的能量来对至少一个转换器路径进行预充电；通过至少一个转换器路径的电网侧转换器和至少一个另外的转换器路径的电网侧转换器，经由至少一个转换器路径，使用从预充电单元提供的能量来对至少两个转换器路径中的至少一个另外的转换器路径进行预充电；以及通过将电网断路器闭合来将主转换器连接至功率电网。因此，一个或多个预充电单元用来对相应的数量的转换器路径进行预充电。仅仅通过来自由预充电单元预充电的那些转换器路径的能量而对剩余的转换器路径进行预充电。优选地，仅提供一个预充电单元来直接地对一个转换器路径进行预充电，并且，经由该单个预充电单元而对全部剩余的转换器路径和附加组件（例如，主变压器、高频电网滤波器或其他组件）进行充电。根据该实施例，通过仅仅提供至少一个预充电单元而降低硬件要求。
本发明还提供例如供在具有发电机的用于再生能量的功率装置中使用的主转换器，该主转换器连接至功率电网，主转换器包含：电网断路器，提供在主转换器的功率电网侧处；和至少一个转换器路径，包含DC链路、电网侧转换器以及发电机侧转换器，电网侧转换器和发电机侧转换器两者都连接至DC链路，由此，主转换器适应于执行上面的方法。
本发明还提供软件包，该软件包用于对连接至功率电网的例如供在具有发电机的用于再生能量的功率装置中使用的主转换器进行升级，主转换器包含：电网断路器，提供在主转换器的功率电网侧处；和至少一个转换器路径，包含DC链路、电网侧转换器以及发电机侧转换器，电网侧转换器和发电机侧转换器两者都连接至DC链路，由此，软件包含有用于控制主转换器来执行上面的方法的指令。
此外，一种用于将例如供在具有发电机的用于再生能量的功率装置中使用的主转换器连接至功率电网的并非本发明的一部分的方法，主转换器包含：电网断路器，提供在主转换器的功率电网侧处；和至少一个转换器路径，各转换器路径包含DC链路、电网侧转换器以及发电机侧转换器，电网侧转换器和发电机侧转换器两者都连接至DC链路，该方法包含以下的步骤：将来自功率装置的能量提供给至少一个转换器路径；使用从功率装置提供的能量来对至少一个转换器路径进行预充电；以及通过将电网断路器闭合来将主转换器连接至功率电网。
并非本发明的一部分的该方法的基本思路是要修改主转换器的控制以便使可从功率装置获得的能量可用于预充电。因此，当功率装置的发电机已经转向（例如，已经通过风力或潮汐力而对发电机进行驱动）时，所产生的能量能够用于对主转换器进行预充电。这降低对在现有技术中仅出于预充电的目的而必须提供的附加硬件的需要。仅仅要求修改主转换器，以实现来自功率装置的预充电。能够减少或甚至省略在现有技术中仅用于对主转换器进行预充电的硬件。由于用于这类预充电/磁化的能源的功率等级大于预充电单元的功率等级，因而有可能不仅仅对主转换器本身的组件进行预充电和磁化。而且在将电网断路器闭合之前，能够对通过同一电网断路器而从电网断开的其他变压器和转换器组件进行预充电和/或磁化，以便避免涌入电流。
至少一个转换器路径在主转换器的发电机侧与功率电网侧之间连接。有可能的是主转换器仅包含一个转换器路径。通常，多个转换器路径彼此并联连接，使得主转换器的总负载能够拆分到多个转换器路径。通常，在电网断路器之前，在电网侧上多个转换器路径连接在一起。如果主转换器包含主变压器，则通常在主变压器之前，在电网侧上多个转换器路径连接在一起。在任何情况下，多个转换器路径都直接地彼此连接。备选地，还可以通过在其主转换器侧上具有多个并联绕组的主变压器而将多个转换器路径彼此连接。
功率电网能够是任何种类的功率电网，通常为具有10至30 kV的电压的中等电压的功率电网。取决于功率电网的电压，能够要求主变压器将功率装置连接至功率电网。主变压器能够提供有主转换器，或单独地提供。通常，给电网侧转换器的输出提供高达10 kV的电压，更通常为1kV至5 kV的电压，例如，3kV的电压。
发电机侧转换器和电网侧转换器将AC转变成 DC，或反之亦然，通常，具有包括二极管的半导体组件。
根据并非本发明的一部分的修改的实施例，发电机是同步发电机，将来自功率装置的能量提供给主转换器的步骤包含使发电机以标称速度或接近于标称速度的速度水平（优选地，标称速度的至少50%的速度水平）操作，并且，使用从功率装置提供的能量来对至少一个转换器路径进行预充电的步骤包含使发电机侧转换器无源地操作。同步发电机的使用暗示着，所提供的电压与发电机速度成比例。因此，同步发电机的标称速度意味着标称AC电压。接近于标称AC电压的电压意味着，能够通过发电机侧的转换器的二极管而对主转换器无源地进行预充电。如果发电机的速度水平接近于其标称速度地保持恒定，则所得到的恒定的DC链路电压允许在将电网断路器闭合且将功率装置连接至功率电网之前，电网侧转换器使转换器路径及其他任选的组件（例如，主变压器或高频电网滤波器）磁化。这允许在将电网断路器闭合之前，电网侧转换器也使主变压器和主转换器的其他任选的组件（例如，高频电网滤波器）磁化。
根据并非本发明的一部分的修改的实施例，发电机是同步发电机，将来自功率装置的能量提供给主转换器的步骤包含使发电机以处于或低于标称速度的任何速度水平操作，并且，使用从功率装置提供的能量来对至少一个转换器路径进行预充电的步骤包含使发电机侧转换器有源地操作。同步发电机的使用暗示着，所提供的电压与发电机速度成比例。因此，同步发电机的标称速度意味着标称AC电压。不过，在发电机侧转换器的有源操作的情况下，较低的电压电平也能够用来对主转换器进行预充电。发电机侧转换器进行管理，以提高端电压电平，使得能够将DC链路电压控制于恒定电平下。这允许在将电网断路器闭合之前，电网侧转换器也使主变压器和主转换器的其他任选的组件（例如，高频电网滤波器）磁化。不过，在发电机的标称速度的情况下，也能够应用发电机侧转换器的有源控制。
根据并非本发明的一部分的修改的实施例，发电机是感应发电机，将来自功率装置的能量提供给主转换器的步骤包含利用基于发电机的剩磁的能量生成来使发电机以低于标称速度的任何速度水平操作，并且，使用从功率装置提供的能量来对至少一个转换器路径进行预充电的步骤包含使发电机侧转换器有源地操作。在发电机侧转换器的有源操作的情况下，基于剩磁而从发电机提供的能量能够用于对主转换器和另外的组件进行预充电。因此，当使用感应发电机时，也能够应用预充电。
根据并非本发明的一部分的修改的实施例，方法包含以下的附加步骤：对发电机和/或发电机侧转换器进行控制，以提高发电机的剩磁；和通过打开电网断路器而将主转换器从功率电网断开。在断开发电机之前提高剩磁促进随后的发电机启动。因此，通过在将感应发电机从功率电网或主转换器断开之前，提高感应发电机的剩磁来在启动时能够从发电机提供更多的能量。优选地，通过使用提供在主转换器的发电机侧处的发电机断路器来将感应发电机从主转换器断开。
根据并非本发明的一部分的修改的实施例，方法包含以下的附加步骤：在将电网断路器闭合之前，使用从功率装置提供的能量，来对至少一个另外的转换器路径进行预充电。因此，直接地从发电机（即，经由其发电机侧转换器）对各转换器路径进行预充电。因此，能够以相同的方式实现对所有的转换器路径的控制。
根据并非本发明的一部分的修改的实施例，方法包含以下的附加步骤：在将电网断路器闭合之前，经由至少一个转换器路径，使用从功率装置提供的能量来对至少一个另外的转换器路径进行预充电。因此，能够仅提供至少一个转换器路径，以便从发电机接收用于预充电的能量，并且，经由功率电网侧而将能量分配到至少一个另外的转换器路径。因此，至少一个转换器路径具有经由其发电机侧转换器而接收来自功率装置的能量的功能，然而，至少一个另外的转换器路径经由其功率电网侧转换器而接收能量。因此，在至少一个另外的转换器路径中，仅必须修改功率电网侧转换器的控制。
根据并非本发明的一部分的修改的实施例，随后执行以下的步骤：对至少一个转换器路径进行预充电，并且，对至少一个另外的转换器路径进行预充电。因此，直接地从发电机（即，经由其发电机侧转换器）仅对至少一个转换器路径进行预充电，然而，经由其电网侧转换器而对至少一个另外的转换器路径进行预充电。取决于主转换器和功率装置的设计，例如，取决于可从功率装置的发电机获得的功率，能够以合适的方式执行预充电，以便高效地使用从功率装置提供的能量。随后的预充电避免启动时的功率装置的超载状况。相同的原理适用于并联的转换器路径及其他任选的组件的预充电。
根据并非本发明的一部分的修改的实施例，至少一个转换器路径包含主变压器，方法包含以下的附加步骤：使用从功率装置提供的能量来对主变压器进行预充电。在其他实施例中，主变压器能够与主转换器分离地提供。不过，同样在其他实施例中，主转换器能够被控制以便对主变压器进行预充电。因此，在这两种情况下，都能够安全地降低基于主变压器的磁化的涌入电流。在主变压器形成主转换器的一部分的情况下，转换器能够直接地用来将功率装置连接至具有通常未通过转换器而实现的电压电平（例如，中压的功率电网的10至30 kV的电压电平）的功率电网。
根据并非本发明的一部分的修改的实施例，至少一个转换器路径包含布置于至少一个转换器路径的电网侧转换器与功率电网之间的高频电网滤波器，并且，方法包含以下的附加步骤：使用从功率装置提供的能量来对高频电网滤波器进行预充电。高频电网滤波器用来对电网侧转换器的输出电压的高频分量进行滤波，该高频分量可能导致功率电网中的问题。在对高频电网滤波器进行预充电的情况下，也能够避免或降低基于高频电网滤波器的可充电的组件的涌入电流。
根据并非本发明的一部分的修改的实施例，至少一个转换器路径包含用于限制转换速率的dV/dt滤波器，dV/dt滤波器布置于至少一个转换器路径的发电机侧转换器与发电机之间，并且，将来自功率装置的能量提供给至少一个转换器路径的步骤包含限制所提供的能量的电压的转换速率。dV/dt滤波器限制例如开关事件的情况下或正常操作中的电压的提高，这促进发电机侧转换器的操作。
根据并非本发明的一部分的修改的实施例，至少一个转换器路径包含发电机断路器，发电机断路器布置于至少一个转换器路径的发电机侧转换器与发电机之间，并且，将来自功率装置的能量提供给至少一个转换器路径的步骤包含将发电机断路器闭合。发电机断路器能够用来将功率装置的发电机连接或断开。在备选的实施例中，允许零电势切换的切断器用来将发电机侧转换器从发电机断开。
附图说明
根据在下文中描述的实施例，本发明的这些及其他方面将是显而易见的并参考在下文中描述的实施例将本发明的这些及其他方面阐明。
在附图中：
图1示出根据现有技术的主转换器的示意图，主转换器具有连接至再生功率装置的单个转换器路径，
图2示出根据现有技术的主转换器的示意图，主转换器具有连接至再生功率装置的两个转换器路径，
图3示出根据并非本发明的一部分的第一实施例的主转换器的示意图，主转换器具有连接至再生功率装置的单个转换器路径，
图4示出根据并非本发明的一部分的第二实施例的主转换器的示意图，主转换器具有连接至再生功率装置的两个转换器路径，
图5示出根据并非本发明的一部分的第三实施例的主转换器的示意图，主转换器具有连接至再生功率装置的两个转换器路径，以及
图6示出按照根据本发明的实施例的主转换器的示意图，主转换器具有两个转换器路径和预充电单元，转换器路径和预充电单元连接至再生功率装置。
发明详述
图1示出根据现有技术的主转换器100。在发电机侧102上，主转换器100连接至用于再生能量的功率装置104，功率装置104具有发电机106和风力涡轮108。在其功率电网侧110上，主转换器100连接至功率电网112。
主转换器100包含电网断路器114和一个转换器路径116，电网断路器114提供在主转换器100的功率电网侧110处。转换器路径116包含DC链路118、电网侧转换器120以及发电机侧转换器122，电网侧转换器120和发电机侧转换器122两者都连接至DC链路118。此外，转换器路径116包含高频电网滤波器126，高频电网滤波器126提供在电网侧转换器122的功率电网侧110处。在发电机侧102处，转换器路径116包含dV/dt滤波器128和发电机断路器130，dV/dt滤波器128用于限制转换速率。主变压器124提供在电网断路器114与转换器路径116之间。
现有技术的主转换器100还包含预充电单元132，预充电单元132经由预充电变压器134而连接至功率电网112。预充电单元132进一步连接至转换器路径116的DC链路118用于预充电。
预充电期间的能量流动由箭头136指示。因此，在将电网断路器114闭合之前，经由预充电变压器134和预充电单元132而将能量从功率电网112提供至转换器路径116的DC链路118。在对DC链路118进行预充电之后，经由电网侧转换器120而将能量从DC链路118提供至高频电网滤波器126和主变压器124用于预充电。这包括主变压器124的磁化。在完成预充电之后，将电网断路器114闭合，并且，功率装置104经由主转换器100而连接至功率电网112。
图2示出根据现有技术的另一主转换器100。主转换器100与图1的主转换器的不同之处在于，主转换器100包含具有相同的结构的两个转换器路径116。在连接至主变压器124之前，转换器路径116在功率电网侧110上彼此连接，或备选地，转换器路径116在其转换器侧上连接至主变压器的两个并联绕组；例如，一个绕组可以是星形连接式绕组，并且，另一个绕组可以是三角形连接式绕组。此外，主转换器100与图1的主转换器的不同之处在于，提供预充电单元132，以用于对各转换器路径116独立地进行预充电。预充电单元132经由单个预充电变压器134而连接至功率电网112。图2的主转换器100的剩余的细节与图1的主转换器100相对应，使得省略重复的描述。同样在图2中，由箭头136指示预充电期间的能量流动。因此，在将电网断路器114闭合之前，经由预充电变压器134和预充电单元132而将能量从功率电网112提供至两个转换器路径116的DC链路118。在对DC链路118进行预充电之后，经由电网侧转换器120而将能量从DC链路118提供至高频电网滤波器126和主变压器124，以用于预充电。这包括主变压器124的磁化。在完成预充电之后，将电网断路器114闭合，并且，经由主转换器100而将功率装置104连接至功率电网112。
图3示出根据第一实施例的主转换器200。主转换器200在其发电机侧202上连接至用于再生能量的功率装置204，功率装置204具有发电机206和风力涡轮208。在其功率电网侧210上，主转换器200连接至功率电网212。本实施例中的功率电网212是具有10至30 kV的电压的中等电压的功率电网。
第一实施例的主转换器200包含电网断路器214和一个转换器路径216，电网断路器214提供在主转换器200的功率电网侧210处。转换器路径216包含DC链路218、电网侧转换器220以及发电机侧转换器222，电网侧转换器220和发电机侧转换器222两者都连接至DC链路218。发电机侧转换器222将从功率装置的发电机206提供的AC转变成DC链路218的DC。电网侧转换器220将来自DC链路218的DC转变成AC。发电机侧转换器220和电网侧转换器222具有半导体组件，半导体组件包括二极管和半导体开关。
此外，转换器路径216包含高频电网滤波器226，高频电网滤波器226提供在电网侧转换器222的功率电网侧210处。在发电机侧202处，转换器路径216包含dV/dt滤波器228和发电机断路器230，dV/dt滤波器228用于限制转换速率。主变压器224提供在电网断路器214与转换器路径216之间。在本实施例中，给电网侧转换器220的输出提供3kV的电压。因此，主变压器224将该电压变换成功率电网212的电压。
由箭头236指示预充电期间的能量流动。因此，在将电网断路器214闭合之前，经由发电机侧转换器222而将能量从功率装置204提供至转换器路径216，以用于对转换器路径216的所有的组件（具体地，其DC链路218）进行预充电。此外，在对DC链路218进行预充电之后，将能量从DC链路218 经由电网侧转换器220而提供至高频电网滤波器226。更进一步，将能量从DC链路218提供至主变压器224，以用于预充电，包括主变压器224的磁化。在完成预充电之后，将电网断路器214闭合，并且，将主转换器200连接至功率电网212。由此，也将功率装置204连接至功率电网212。
通过仅仅控制主转换器200，以实现根据来自功率装置204的能量而预充电来执行如上面所指示的预充电。在下文中给出另外的细节。细节涉及所有的实施例，并且，经由示例而仅针对第一实施例而给出细节。
在一个实施例中，发电机206是同步发电机。当将能量从功率装置204提供至主转换器200时，使发电机206以标称速度或接近于标称速度的速度水平（优选地，标称速度的至少50%的速度水平）操作。因此，能够使发电机侧转换器222无源地操作，以便将能量提供至DC链路218。如上所述地执行主转换器200的预充电。
在另一实施例中，发电机206是同步发电机。当将能量从功率装置204提供至主转换器200时，使发电机206以处于或低于标称速度的任何速度水平操作。因此，使发电机侧转换器222有源地操作，以便将能量提供至DC链路218。因此，发电机侧转换器222提高发电机206的端电压电平，使得在恒定电平下获得DC链路218的电压。如上所述地执行主转换器200的预充电。
在又一实施例中，发电机206是感应发电机。当将能量从功率装置204提供至主转换器200时，使发电机206以处于或低于标称速度的任何速度水平操作，由此，发电机206的能量生成基于剩磁。此外，使发电机侧转换器222有源地操作，以便将能量提供至DC链路218。发电机侧转换器222提高发电机206的端电压电平，使得在恒定电平下获得DC链路218的电压。如上所述地执行主转换器200的预充电。
关于本实施例，用于将主转换器连接至功率电网的方法还包括在主转换器从功率电网断开之后，将主转换器重新连接至功率电网。在将电网断路器214断开之前，通过提高发电机206的剩磁而促进预充电。因此，发电机206和/或发电机侧转换器222被控制成提高发电机206的剩磁。随后，通过打开电网断路器214而将主转换器200从功率电网212断开。在本实施例中，能够通过使用发电机断路器230而将发电机206从主转换器200断开。如上所述地执行用于主转换器200的预充电的另外的过程步骤。
图4和图5分别示出根据第二实施例和第三实施例的主转换器200。根据第二实施例和第三实施例的主转换器200具有完全相同的结构，并且，仅关于它们被控制以实现预充电的方式而不同。因此，一起描述根据第二实施例和第三实施例的主转换器200。此外，根据第二实施例和第三实施例的主转换器200基于第一实施例的主转换器200，由此，未明确地描述的组件与第一实施例的主转换器200的那些组件完全相同。
根据第二实施例和第三实施例的主转换器200在其发电机侧202上连接至用于再生能量的功率装置204，功率装置204具有发电机206和风力涡轮208。在其功率电网侧210上，主转换器200连接至功率电网212。主转换器200还包含电网断路器214，电网断路器214提供在主转换器200的功率电网侧210处。
根据第二实施例和第三实施例的主转换器200包含两个转换器路径216。各转换器路径216包含DC链路218、电网侧转换器220以及发电机侧转换器222，电网侧转换器220和发电机侧转换器222两者都连接至DC链路218。此外，各转换器路径216包含高频电网滤波器226，高频电网滤波器226提供在电网侧转换器222的功率电网侧210处。在发电机侧202处，各转换器路径216包含dV/dt滤波器228和发电机断路器230，dV/dt滤波器228用于限制转换速率。
主变压器224提供在电网断路器214与两个转换器路径216之间。在连接至主变压器224之前，转换器路径116在功率电网侧210上彼此连接，或备选地，转换器路径116在其转换器侧上连接至主变压器的两个并联绕组；例如，一个绕组可以是星形连接式绕组，并且，另一个绕组可以是三角形连接式绕组。其他绕组对于本领域技术人员是众所周知的。具体地，绕组还可以是同一类型。在本实施例中，给电网侧转换器220的输出提供 3kV的电压。因此，主变压器224将该电压变换成功率电网212的电压。
由于对于第二实施例和第三实施例，用于对主转换器200进行预充电的操作是不同的，因而现在，将仅讨论第二实施例的主转换器200的操作。
首先，参考图4而描述第二实施例。由箭头236指示预充电期间的能量流动。在将电网断路器214闭合之前，将能量经由发电机侧转换器222而从功率装置204提供至两个转换器路径216，以用于对转换器路径216的所有的组件进行预充电。将能量从功率装置204直接地提供至两个转换器路径216的相应的发电机侧转换器222，使得对两个转换器路径216并行地进行预充电。这包括在两种情况下都对相应的DC链路218进行预充电，以及经由电网侧转换器220而将能量提供至高频电网滤波器226。最后，同样基于经由两个转换器路径216而提供的能量，对主变压器224进行预充电。在完成预充电之后，将电网断路器214闭合，并且，将主转换器200连接至功率电网212。由此，也将功率装置204连接至功率电网212。
现在，参考图5而描述第三实施例。由箭头236指示预充电期间的能量流动。
在将电网断路器214闭合之前，将能量从功率装置204提供至两个转换器路径216中的一个转换器路径216，在图5中所示出的实施例中，该转换器路径216是上转换器路径216。不过，在两个转换器路径216之间，不存在结构差异，并且，能够对两个转换器路径216的操作进行交换。两个转换器路径216中的另一个转换器路径216被命名为下转换器路径或另外的转换器路径。显然，代替一个另外的转换器路径，也可能存在多个另外的转换器路径。
因此，发电机侧转换器222接收来自功率装置204的能量，以用于对图5中所示出的实施例的整个上转换器路径216进行预充电。这包括：对DC链路218进行预充电；和经由电网侧转换器220而将能量提供至图5中所示出的实施例的上转换器路径216的高频电网滤波器226。
在对图5中所示出的实施例的上转换器路径216进行预充电之后，也基于经由上转换器路径216而提供的能量，对主变压器224进行预充电。此外，也对包括高频电网滤波器226的如图5中所示出的下转换器路径216进行预充电。具体地，利用从上转换器路径216提供的能量，经由电网侧转换器220而对如图5中所示出的下转换器路径216的DC链路218进行预充电。在完成预充电之后，将电网断路器214闭合，并且，将主转换器200连接至功率电网212。由此，也将功率装置204连接至功率电网212。对不同的组件进行预充电的顺序能够取决于具体的实现而变化。
图6示出按照根据本发明的实施例的主转换器200。根据图6的实施例的主转换器200基于第三实施例的主转换器200，由此，未明确地描述的组件与第三实施例的主转换器200的那些组件完全相同。
除了第三实施例的主转换器200之外，根据图6的主转换器200还包含预充电单元232和预充电变压器234，由此，预充电单元232经由预充电变压器234而连接至功率电网212。此外，预充电单元232连接至图6的上转换器路径216的DC链路218。在备选的实施例中，在主转换器200的发电机侧202处，例如，在发电机侧转换器222与发电机断路器230之间，连接预充电单元232。
根据图6的主转换器200的操作与第三实施例的主转换器200的操作类似。由箭头236指示预充电期间的能量流动。如在下文中更详细地讨论的，在提供用于预充电的能量的方式中存在差异。
在将电网断路器214闭合之前，将能量从功率电网212经由预充电变压器234和预充电单元232而提供至图6中所示出的实施例的上转换器路径216。在本实施例中，来自预充电单元232的能量直接地提供至DC链路218。在其中预充电单元232连接于主转换器200的发电机侧202处（例如，发电机侧转换器222与发电机断路器230之间）的备选实施例中，经由发电机侧转换器222而对DC链路218进行充电。因此，发电机侧转换器222从功率电网212接收能量，以用于对整个上转换器路径216进行预充电。
在对上转换器路径216的DC链路218进行预充电之后，经由电网侧转换器220而将能量进一步提供至上转换器路径216的高频电网滤波器226。此外，也基于经由上转换器路径216而提供的能量，对主变压器224进行预充电。更进一步，也利用从上转换器路径216提供的能量，经由其电网侧转换器220而对下转换器路径216（具体地，其DC链路218）进行预充电。具体地，经由其电网侧转换器220而对下转换器路径216的DC链路218进行预充电。在完成预充电之后，将电网断路器214闭合，并且，将主转换器200连接至功率电网212。由此，也将功率装置连接至功率电网212。对不同的组件进行预充电的顺序能够取决于具体的实现而变化。
虽然在附图和前文的描述中，详细地图示且描述了本发明，但这样的说明和描述被认为是说明性的或示范性的且非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。根据研究附图、公开以及所附权利要求通过实践要求保护的发明并且本领域熟练的人员能够理解且实施所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，单词“包含”不排除其他元件或步骤，并且，不定冠词“一”或“一个”不排除多个。仅仅在互不相同的从属权利要求中叙述某些措施的事实不指示这些措施的组合不能够有利地使用。权利要求中的任何参考符号都不应当被解释为限制范围。
参考符号列表
100 主转换器（现有技术）
102 发电机侧（现有技术）
104 功率装置（现有技术）
106 发电机（现有技术）
108 风力涡轮（现有技术）
110 功率电网侧（现有技术）
112 功率电网（现有技术）
114 电网断路器（现有技术）
116 转换器路径（现有技术）
118 DC链路（现有技术）
120 电网侧转换器（现有技术）
122 发电机侧转换器（现有技术）
124 主变压器（现有技术）
126 高频电网滤波器（现有技术）
128 dV/dt滤波器（现有技术）
130 发电机断路器（现有技术）
132 预充电单元（现有技术）
134 预充电变压器（现有技术）
136 预充电期间的能量流动（现有技术）
200 主转换器
202 发电机侧
204 功率装置
206 发电机
208 风力涡轮
210 功率电网侧
212 功率电网
214 电网断路器
216 转换器路径
218 DC链路
220 电网侧转换器
222 发电机侧转换器
224 主变压器
226 高频电网滤波器
228 dV/dt滤波器
230 发电机断路器
232 预充电单元
234 预充电变压器
236 预充电期间的能量流动
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于将例如供在具有发电机（206）的用于再生能量的功率装置（204）中使用的主转换器（200）连接至功率电网（212）的方法，所述主转换器（200）包含：电网断路器（214），提供在所述主转换器（200）的功率电网侧（210）处；和至少两个转换器路径（216），各自包含中心DC链路（218）、电网侧转换器（220）以及发电机侧转换器（222），所述电网侧转换器（220）和所述发电机侧转换器（222）两者都连接至所述DC链路（218）；以及预充电单元（232），连接至所述功率电网（212），且连接到所述至少两个转换器路径（216）中的至少一个，所述方法包含以下的步骤：
将来自所述预充电单元（232）的能量提供给所述至少两个转换器路径（216）中的至少一个，
使用从所述预充电单元（232）提供的能量来对所述至少一个转换器路径（216）进行预充电，
通过所述至少一个转换器路径（216）的所述电网侧转换器（220）和所述至少一个另外的转换器路径（218）的所述电网侧转换器（220），经由所述至少一个转换器路径（216），使用从所述预充电单元（232）提供的能量来对所述至少两个转换器路径（216）中的至少一个另外的转换器路径（216）进行预充电；以及
通过将所述电网断路器（214）闭合来将所述主转换器（200）连接至所述功率电网（212）。
2.一种主转换器（200），其例如供在具有发电机（206）的用于再生能量的功率装置（204）中使用，所述主转换器连接至功率电网（212），所述主转换器（200）包含：电网断路器（214），提供在所述主转换器（200）的功率电网侧（210）处；和至少两个转换器路径（216），各包含中心DC链路（218）、电网侧转换器（220）以及发电机侧转换器（222），所述电网侧转换器（220）和所述发电机侧转换器（222）两者都连接至所述DC链路（218），由此，所述主转换器（200）适应于执行如权利要求1所述的方法。
3.一种软件包，用于对主转换器（200）进行升级，所述主转换器（200）例如供在具有发电机（206）的用于再生能量的功率装置（204）中使用，所述主转换器（200）连接至功率电网（212），所述主转换器（200）包含：电网断路器（214），提供在所述主转换器（200）的功率电网侧（210）处；和至少两个转换器路径（216），各包含中心DC链路（218）、电网侧转换器（220）以及发电机侧转换器（222），所述电网侧转换器（220）和所述发电机侧转换器（222）两者都连接至所述DC链路（218），由此，所述软件包含用于控制所述主转换器（200）以执行如权利要求1所述的方法的指令。

Claims (3)

1.一种用于将例如供在具有发电机（206）的用于再生能量的功率装置（204）中使用的主转换器（200）连接至功率电网（212）的方法，所述主转换器（200）包含：电网断路器（214），提供在所述主转换器（200）的功率电网侧（210）处；和至少两个转换器路径（216），各自包含中心DC链路（218）、电网侧转换器（220）以及发电机侧转换器（222），所述电网侧转换器（220）和所述发电机侧转换器（222）两者都连接至所述DC链路（218）；以及预充电单元（232），连接至所述功率电网（212），且连接到所述至少两个转换器路径（216）中的至少一个，所述方法包含以下的步骤：
将来自所述预充电单元（232）的能量提供给所述至少两个转换器路径（216）中的至少一个，
使用从所述预充电单元（232）提供的能量来对所述至少一个转换器路径（216）进行预充电，
通过所述至少一个转换器路径（216）的所述电网侧转换器（220）和所述至少一个另外的转换器路径（218）的所述电网侧转换器（220），经由所述至少一个转换器路径（216），使用从所述预充电单元（232）提供的能量来对所述至少两个转换器路径（216）中的至少一个另外的转换器路径（216）进行预充电；以及
通过将所述电网断路器（214）闭合来将所述主转换器（200）连接至所述功率电网（212）。
2.一种主转换器（200），其例如供在具有发电机（206）的用于再生能量的功率装置（204）中使用，所述主转换器连接至功率电网（212），所述主转换器（200）包含：电网断路器（214），提供在所述主转换器（200）的功率电网侧（210）处；和至少一个转换器路径（216），包含中心DC链路（218）、电网侧转换器（220）以及发电机侧转换器（222），所述电网侧转换器（220）和所述发电机侧转换器（222）两者都连接至所述DC链路（218），由此，所述主转换器（200）适应于执行如权利要求1所述的方法。
3.一种软件包，用于对主转换器（200）进行升级，所述主转换器（200）例如供在具有发电机（206）的用于再生能量的功率装置（204）中使用，所述主转换器（200）连接至功率电网（212），所述主转换器（200）包含：电网断路器（214），提供在所述主转换器（200）的功率电网侧（210）处；和至少一个转换器路径（216），包含中心DC链路（218）、电网侧转换器（220）以及发电机侧转换器（222），所述电网侧转换器（220）和所述发电机侧转换器（222）两者都连接至所述DC链路（218），由此，所述软件包含用于控制所述主转换器（200）以执行如权利要求1所述的方法的指令。
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