CN109155582A - 具有ac/dc-变流器的换流器系统和用于运行换流器系统的方法 - Google Patents

具有ac/dc-变流器的换流器系统和用于运行换流器系统的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有AC/DC‑变流器的换流器系统和用于运行换流器系统的方法，其中该AC/DC‑变流器的直流电压侧的端子对具有制动电阻和可受控的转换开关的串联电路供电，尤其是其中所述串联电路与DC/AC‑变流器、尤其是逆变器的直流电压侧的端子并联连接，其中向分析处理单元传输电压检测机构的输出信号，该分析处理单元产生用于所述可受控的转换开关的操控信号，其中，所述分析处理单元具有用于确定输送至制动电阻的、尤其是来自中间电路的电功率的机构，尤其是由所述机构从电压检测机构的输出信号中确定所述电功率，其中将所述机构的输出信号传输给控制器，尤其是线性控制器，其中该控制器响应于所述机构的输出信号控制其设定值，尤其是其中所述控制器具有线性的控制元件，尤其是PI控制元件或积分控制元件，该控制器的设定值，即该控制器的输出信号，被输送给偏差生成器用于确定在设定值与电功率的值之间的偏差，其中所述设定值直接地或通过限幅器被输送给可参数化的滤波器，其输出信号被输送给开关元件，尤其是该开关元件根据超过或低于阈值产生输出信号来打开或闭合所述可受控的转换开关。

Description

具有AC/DC-变流器的换流器系统和用于运行换流器系统的 方法
技术领域
本发明涉及一种具有AC/DC-变流器的换流器系统和用于运行换流器系统的方法。
背景技术
换流器具有由电网供电的整流器，整流器对逆变器馈电，这是广泛已知的。
发明内容
因此本发明的任务是，改进一种换流器系统，旨在提高安全性。
根据本发明，该任务通过根据权利要求1中所述特征的换流器系统和根据权利要求8中所述特性的方法实现。
本发明的重要特征是，具有AC/DC-变流器、尤其是整流器的换流器系统，其直流电压侧的端子对具有制动电阻和可受控的转换开关馈电的串联电路，
尤其是其中该串联电路与DC/AC-变流器、尤其是逆变器的直流电压侧的端子并联连接，
其中将电压检测机构的输出信号输送给分析处理单元，该分析处理单元产生用于所述可受控的转换开关的操控信息，
其中该分析处理单元具有用于确定输送至制动电阻上、尤其是从中间电路输送至制动电阻上的电功率的机构，
尤其是由所述机构从电压检测机构的输出信号确定的电功率，
其中所述机构的输出信号被输送给控制器，尤其是线性控制器，其中该控制器响应于所述机构的输出信号控制其设定值，
尤其是其中所述控制器具有线性的控制元件，尤其是PI控制元件或积分控制元件，该控制器的设定值，即该控制器的输出信号，被输送给偏差生成器用于确定在设定值与电功率的值之间的偏差，
其中所述设定值直接地或通过限幅器被输送给可参数化的滤波器，所述滤波器的输出信号被输送给开关元件，
尤其是其根据超过或低于阈值产生输出信号来打开或闭合所述可受控的转换开关。
在此有利的是，提高了安全性，因为利用控制器以及后面连接的可参数化的滤波器模制了在制动电阻上的温度曲线。因此在超出温度阈值时能够实施切断。在此该模制的实施非常简单。将中间电路中的电流或中间电路中的电压的所检测的值求平方值且进行求积分，其中将该结果输送给可参数化的滤波器。因此这样实施建模：使得输出信号至少定性地遵循在制动电阻上的真正的温度值。以此方式，没有必要对制动电阻温度进行直接测量。所述积分仅在转换开关处于闭合状态的时段内进行。
在一种有利的实施方式中，AC/DC-变流器是可受控的整流器。在此有利的是，能够简单地阻止电功率的输入。
在有利的实施方案中，为了确定输送至制动电阻的电功率，在所述可受控的转换开关处于闭合状态的时间段内向求平方机构传输输出信号，所述求平方机构的输出信号被输送给用于与制动电阻的电阻值进行乘法运算的机构。在此有利的是，能够从所检测的电压简单确定电功率。
在一种有利的实施方案中，为了确定输送至制动电阻的电功率，在所述可受控的转换开关处于闭合状态的时间段内，将电压检测机构的输送信号、检测在中间电路中流过的电流的电流检测机构的输出信号输送至如下机构：该机构的输出信号相当于电压检测机构和电流检测机构的输出信号的乘积，即电功率。在此有利的是，电功率能够通过中间电路电压与中间电路电流的乘积来确定，或通过中间电路电流的求平方和将其与相应电阻值相乘来确定，或通过对中间电路电压求平方和将其除以相应电阻值来确定。
在有利的实施方案中，在所述可受控的转换开关处于打开状态的时间段内，代表电功率的信号消失，尤其是值为零。在此有利的是，功率的积分是输入制动电阻中的能量。
在有利的实施方案中，在串联电路中布置电解耦的电流检测机构，尤其是光电耦合器，
该电流检测机构的输出信号被输送给分析处理单元，其中分析处理单元的比较机构监控输出信号是否不允许地高度偏离于针对可受控的转换开关而规定的操控信号的时间曲线，且据此显示、通知或传递警报或故障状态。在此有利的是，能够通过将操控信号与所检测的电流信号相比较实现更高的安全性。通过反馈信号能够识别出是否存在内部的或外部的电阻。
在用于运行换流器系统的方法中的重要特征是，在AC/DC-变流器的直流电压侧的端子上连接具有可受控的转换开关和制动电阻的串联电路，将所述串联电路与DC/AC-变流器的直流电压侧的端子并联连接，
由在DC/AC-变流器或AC/DC-变流器的直流电压侧的端子处检测的电压确定在可受控的转换开关闭合时供应至制动电阻上的电功率，其中在可受控的转换开关打开时供应至制动电阻上的电功率消失，
其中输送至制动电阻上的电功率的时间曲线被输送给控制器、尤其是线性控制器，该控制器响应于输送至制动电阻的电功率的时间曲线控制其设定值、尤其是其输出信号，
其中控制器的设定值被直接地或通过限幅器输送至可参数化的滤波器，该滤波器的输出信号被输送至开关元件，尤其是根据设定值是超出还是低于阈值，该开关元件操控可受控的转换开关。
在此有利的是，通过模制温度曲线且无需直接检测，就能够实施对制动电阻的超温的简单监控。
在一种有利的实施方案中，比较由开关元件产生的操控信号是否不允许地高度偏离于在串联电路中、尤其是制动电阻中检测到的反馈信号。在此有利的是，能够简单地监控。例如因此能够识别内部或外部的电阻的损坏(由于劣化所引起的短路)或使用。
在一种有利的实施方案中，这样使滤波器参数化：即，使输出信号的时间曲线与真实的温度曲线相符合。在此有利的是，无需制动电阻上的直接温度检测就能够监控温度曲线。
由从属权利要求得出其它优点。本发明并不局限于权利要求的特征组合。对于本领域技术人员，能够得到权利要求和/或权利要求特征和/或说明书特征和/或附图的其它有意的组合方案，尤其是从提出的任务出发和/或从通过与现有技术比较提出的任务出发。
附图说明
下面根据附图详述本发明：
图1中示出根据本发明的用于对电动机8供电的第一种换流器系统，其中在换流器系统中布置有可受控的转换开关13和制动电阻(2、4)。
图2中示出根据本发明的第二种换流器系统，其具有可受控的转换开关13和制动电阻2。
图3中示意性绘制出制动电阻(2、4)的温度的建模。
图4中示出示例性的信号曲线以及对应的阈值。
图5中示出用于热传导的等效电路图，其构成了建模的基础。
图6中示出示例性的温度曲线，其中可受控的转换开关13在时间点t＝0被持续地接通切，因此制动电阻4的温度在连续运行中朝向温度值43趋近。
具体实施方式
如图1中所示的，换流器系统在其交流电压侧的端子处具有能够由交流电压供给网络14供电的AC/DC变流器1，尤其是可受控的整流器或逆变器。因此从交流电压供给网络14获得的电能能够作为直流电压、即中间电路电压在AC/DC变流器1的直流电压侧的端子处提供。
在该直流电压侧的端子上连接有电容6，尤其是中间电路电容器，且与之并联地连接着逆变器7、尤其是DC/AC变流器或DC/AC再生变流器，和具有可受控的转换开关13和制动电阻的串联电路。
所述AC/DC-变流器1以及所述逆变器7布置在一个共同的壳体内部且因此是换流器。
内部的制动电阻4、即布置在换流器的壳体内部的制动电阻在如下情况下起到制动电阻的作用：电桥3在换流器的端子上相应电连接，即电连接着换流器的两个触点，且因此使内部的制动电阻4以其第一端子与中间电路电压的电势连接，以内部制动电阻4的另一端子与可受控的转换开关13的端子连接。
与制动电路4并联地，外部的制动电阻2也利用其第一端子与中间电路电压的电势连接且利用其另一端子与内部的制动电阻4的另一端子连接。
与制动电阻并联地，利用可受控的转换开关操控光电耦合器的照明机构。该照明机构为了分离电势而控制光敏的转换开关，尤其是光电晶体管。由此造成的传感器信号被输送给分析处理单元11，该分析处理单元计算内部的或外部的制动电阻的温度模型，和/或该分析处理单元还产生或发出用于可受控的转换开关13的操控信号41。即由分析处理单元11对所述可受控的转换开关13传输了操控信号41，且传感器信号在规定的时间窗内未遵循/跟随操控信号41，则报告故障状态。
根据图1，此外向分析处理单元11传输由电压检测机构9检测的中间电路电压值以及由电流检测机构10检测的中间电路中流过的电流的值。因此在中间电路电压超出阈值时能够由分析处理单元11产生这种操控信号，使得转换开关13被闭合且因此从中间电路向制动电阻消散能量。以此方式能够阻止中间电路电压进一步可能出现的危险的升高。替代于此，在根据图2的实施方案中向分析处理单元11仅输送利用电压检测机构9检测到的值。
如在图1和图2中所示的，分析处理单元将由光电耦合器5反馈的信号与所产生的操控信号进行比较且在出现不允许的偏离时、尤其是在考虑到时间偏差的情况下，报告故障状态。例如能够识别出转换开关13的劣化所导致的熔断或电线的断开。
通过产生测试脉冲且然后监控和分析电流曲线，识别外部的制动电阻2是否被电连接。如果为此测试脉冲造成转换开关13在某一时段内闭合，则电流根据由制动电阻的值所决定的时间曲线升高。因此能够探测出外部的制动电阻的存在。
在分析处理单元11中此外还对制动电阻的温度的时间曲线进行建模。对于该建模，要么根据图1将检测的中间电路电压的值与检测的中间电路的电流值相乘以便获得在转换开关13打开的时间段内的相应的当前电功率P(t)，要么根据图2从所检测的在转换开关13闭合的时间段内在制动电阻上施加的中间电路电压中确定电功率P(t)＝U(t)*U(t)/R，其中电压U(t)是在该时间段的相应时间点t时施加在欧姆值为R的制动电阻上的中间电路电压。
通过根据图1或图2如此确定的电功率P(t)的时间积分，确定在制动电阻中产生的热量。
在图5中示出的热量等效电路图是分析处理单元11中的温度曲线的建模的基础。在此考虑到热容量51以及从制动电阻到环境的热阻50。
图6示出了在转换开关13闭合时的典型的温度曲线。
如图3中所示的，向线性控制器输送所确定的电功率P(t)，其中将线性控制元件30的设定值与当前确定的电功率P(t)之间的偏差输送给线性控制元件30。
线性控制元件具有至少一个含有积分器的控制元件。
线性控制元件30的设定值、即输出信号通过限幅器31被输送给可参数化的滤波器32，该滤波器模制热量向环境的消散。滤波器32的参数化这样实现：即使得滤波器32的输出信号的曲线与制动电阻上的温度曲线相符合/对应。根据超出或低于阈值，开关元件33产生用于转换开关13的操控信号。在此考虑到切换滞后现象。
如图4中所示，模制的温度信号42取决于用于可受控的转换开关13的操控信号41的走向。在转换开关闭合的时间段内，温度上升，否则则下降。
如果持续闭合转换开关13，则当输送至制动电阻的平均功率与用于连续运行的额定值、即标准规定值相符合时，会出现温度值43。
但如果在高功率消散时温度上升超过阈值44，则报告故障状态和/或由换流器系统显示故障状态。此外打开转换开关13以便保护制动电阻。
分析处理单元11可以利用通信接口12、尤其是HMI-接口参数化。因此能够简单输入参数，尤其是决定可参数化的滤波器32的时间常数τ的参数。优选滤波器32是PT1-滤波器，即低通滤波器。
附图标记列表
1AC/DC-变流器，尤其是可受控的整流器或逆变器
2外部的制动电阻
3电桥、尤其是短路电桥
4内部的制动电阻
5光电耦合器
6电容、尤其是中间电路电容器
7逆变器、尤其是DC/AC-变流器或的DC/AC再生变流器
8电动机
9电压检测机构
10电流检测机构
11分析处理单元
12通信接口，尤其是HMI-接口
13可受控的转换开关，尤其是断路器
14交流电压供给网络
20电流检测机构
30线性控制元件，尤其是具有积分器的控制元件
31限幅器
32可参数化的滤波器
33开关元件
41用于可受控的转换开关的操控信号
42温度信号
43在连续运行中的温度值
44用于温度信号的阈值
50热阻
51热容量
P功率
K_I比例常数
τ时间常数(tau)

Claims (9)

1.一种换流器系统，具有AC/DC-变流器、特别是整流器，该AC/DC-变流器的直流电压侧的端子对具有制动电阻和可受控的转换开关的串联电路供电，
尤其是其中所述串联电路与DC/AC-变流器、尤其是逆变器的直流电压侧的端子并联连接，
其特征在于，
向分析处理单元传输电压检测机构的输出信号，该分析处理单元产生用于所述可受控的转换开关的操控信号，
其中，所述分析处理单元具有用于确定输送至制动电阻的、尤其是来自中间电路的电功率的机构，
尤其是由所述机构从电压检测机构的输出信号中确定所述电功率，
其中将所述机构的输出信号传输给控制器，尤其是线性控制器，其中该控制器响应于所述机构的输出信号控制其设定值，
尤其是其中所述控制器具有线性控制元件，尤其是PI控制元件或积分控制元件，该控制器的设定值，即该控制器的输出信号，被输送给偏差生成器，用于确定在设定值与电功率的值之间的偏差，
其中所述设定值直接地或通过限幅器被输送给可参数化的滤波器，所述可参数化的滤波器的输出信号被输送给开关元件，尤其是所述开关元件根据超过或低于阈值产生输出信号来打开或闭合所述可受控的转换开关。
2.根据权利要求1所述的换流器系统，
其特征在于，
所述AC/DC-变流器是可受控的整流器。
3.根据上述权利要求中的至少一项所述的换流器系统，
其特征在于，
为了确定输送至制动电阻的电功率，在所述可受控的转换开关处于闭合状态的时间段内向求平方机构输送所述输出信号，所述求平方机构的输出信号被输送给用于与制动电阻的电阻值进行乘法运算的机构。
4.根据权利要求1或2所述的换流器系统，
其特征在于，
为了确定输送至制动电阻的电功率，在所述可受控的转换开关处于闭合状态的时间段内，将电压检测机构的输出信号、检测在中间电路中流过的电流的电流检测机构的输出信号输送至如下机构：该机构的输出信号相当于电压检测机构和电流检测机构的输出信号的乘积，即电功率。
5.根据上述权利要求中至少一项所述的换流器系统，
其特征在于，
在所述可受控的转换开关处于打开状态的时间段内，代表电功率的信号消失，尤其是值为零。
6.根据上述权利要求中至少一项所述的换流器系统，
其特征在于，
在串联电路中布置电解耦的电流检测机构，尤其是光电耦合器，
所述电流检测机构的输出信号被输送给分析处理单元，其中分析处理单元的比较机构监控所述电流检测机构的输出信号是否不允许地高度偏离于针对可受控的转换开关而规定的操控信号的时间曲线，且据此显示、通知或传递警报或故障状态。
7.一种用于运行换流器系统、尤其是根据上述权利要求中至少一项所述的换流器系统的方法，
在AC/DC-变流器的直流电压侧的端子上连接具有可受控的转换开关和制动电阻的串联电路，将所述串联电路与DC/AC-变流器的直流电压侧的端子并联连接，
其特征在于，
由在DC/AC-变流器或AC/DC-变流器的直流电压侧的端子处检测的电压确定在可受控的转换开关闭合时输送至制动电阻上的电功率，其中在可受控的转换开关打开时输送至制动电阻上的电功率消失，
其中输送至制动电阻上的电功率的时间曲线被输送给控制器、尤其是线性控制器，该控制器响应于输送至制动电阻的电功率的时间曲线控制其设定值、尤其是其输出信号，
其中控制器的设定值被直接地或通过限幅器输送至可参数化的滤波器，所述可参数化的滤波器的输出信号被输送至开关元件，尤其是根据设定值是超出还是低于阈值，该开关元件操控可受控的转换开关。
8.根据上述权利要求中至少一项所述的方法，
其特征在于，
比较由开关元件产生的操控信号是否不允许地高度偏离于在串联电路中、尤其是制动电阻中检测到的电流曲线。
9.根据上述权利要求中至少一项所述的方法，
其特征在于，
对滤波器这样参数化，使得输出信号的时间曲线相符于真实的温度曲线。
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