CN113196636A - 用于运行供电装置的方法以及供电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种用于运行供电装置(2)的方法，该供电装置在电网侧连接至供电电网(4)并具有变频器(8)以及电网滤波器(20)，该变频器具有电网侧变流器(10)和中间电路(12)，该电网滤波器连接在电网侧变流器(10)的上游。在脉冲阻塞运行状态期间检查是否对于电网滤波器(20)存在危险状态，并且仅在存在危险状态的情况中，仅驱控电网侧变流器(10)，使得至少衰减引起电网滤波器(20)的危险状态的电网扰动，使得保护电网滤波器(20)免受危险状态。此外，提出了一种供电装置。

Description

用于运行供电装置的方法以及供电装置
技术领域
本发明涉及一种用于运行供电装置的方法以及供电装置。
背景技术
使用非线性负载、例如连接至供电电网处的开关运行机构的后果是，电压降低、电压畸变和普遍附加的损耗(也称为电网扰动)会馈入到供电电网中。供电电网同样地用作在多个不同负载之间的耦合元件，多个不同的负载分别连接至供电电网，使得连接至供电电网的负载的电网扰动对于同样地连接至供电电网的其他负载产生(尤其消极的)影响。
为了使这种电网扰动保持尽可能小，通常在供电电网与非线性负载之间连接电网滤波器。由电网滤波器和非线性负载构成的单元在下面也被称为供电装置。
这种电网滤波器例如也连接在变频器的上游，以便将通过变频器的开关运行引起的电网扰动保持得尽可能小，并且优选完全削弱该电网扰动。
连接至变频器上游的电网滤波器通常设计为无源电网滤波器，即这些电网滤波器不具有有源能驱控的开关元件。确切地说，这种无源电网滤波器例如具有滤波电阻器和/或滤波电容器。
然而，根据变频器的运行状态，这种无源滤波器特别容易受到电网扰动的影响，该电网扰动例如由其他负载产生并且经由供电电网传导到电网滤波器。
发明内容
由此出发，本发明的目的在于，提出一种用于运行供电装置的方法以及一种供电装置，借助于该方法和装置充分保护电网滤波器免受电网扰动。
根据本发明，通过具有权利要求1的特征的用于运行供电装置的方法来实现针对该方法的目的。有利的设计方案、改进方案和变体方案是从属权利要求的内容。
供电装置在电网侧连接至供电电网。
供电电网优选是具有电压范围在300V至500V内的三相电网。
在此，供电装置具有变频器，该变频器具有在电网侧的变流器和中间电路。
此外，如在开头已经提及，供电装置具有电网滤波器，该电网滤波器在电网侧连接在变流器的上游。在此，连接在上游理解为，从供电电网出发，在变频器的方向上看，从供电电网流出的电流首先通过电网滤波器并且随后流入变频器。
在脉冲阻塞运行状态期间检查是否对于电网滤波器存在危险状态。脉冲阻塞运行状态也简称为脉冲阻塞，在此理解为变频器的运行状态，在该运行状态中，不将开关脉冲传输至典型地布置在变频器内的开关元件。
因此，脉冲阻塞运行状态尤其是“待机模式”。因此，变频器在脉冲阻塞运行状态中为不活跃的。
在此，危险状态尤其被理解为由开头已经提及的电网扰动引起的状态，在该状态中能够损坏电网滤波器。在此，在危险状态中的电网滤波器的潜在损坏是基于不允许的高电压和/或高电流，该高电压和/或高电流在危险状态中出现并且能够导致电网滤波器的损坏。
仅在危险状态存在的情况中才驱控电网侧变流器，使得至少衰减并且优选地完全减弱引起电网滤波器的危险状态的电网扰动。因此，保护了电网滤波器免受危险状态的影响。
这种设计方案尤其基于的思想为，由于变频器的“不活跃状态”，通常尤其在脉冲阻塞运行状态中不主动驱控变频器，使得衰减或者甚至完全减弱了引起危险状态的电网扰动。
然而，通过在存在危险状态时驱控电网侧变流器，在脉冲阻塞运行状态中也实现了保护电网滤波器免受危险状态的影响，而不完全取消脉冲阻塞运行状态。
此外，由此实现了电网滤波器的特别低损耗的保护。这就是说，通过仅在对于电网滤波器的危险状态出现时驱控并且因此激活电网侧变流器，变流器还仅在驱控状态中产生电损耗。如果在脉冲阻塞运行状态期间对于电网滤波器不存在危险状态，变频器将停留在不活跃运行状态中并且因此不消耗任何电能和/或不产生任何电损耗。
此外，能够在电网滤波器内省去成本高的和/或附加的保护元件，例如衰减电阻器。这种附加的保护元件通常不仅导致电网滤波器的高成本的设计方案，此外，这种附加的保护元件也产生不期望的高电损耗。
在存在危险状态时，优选自动地驱控电网侧变流器。这就是说在没有外部切换命令时独立地、即自主地驱控电网侧变流器。换句话说，因此不需要例如通过人为的主动驱控。由此，在存在危险状态时实现了电网侧变流器的特别简单和低成本实施的以及节省时间的驱控。
变频器有效地在负载侧连接至电负载。替代地，将变频器连接至多个电负载。在此，优选将电负载理解为一个或多个电机，例如电动机。
在脉冲阻塞运行状态期间，优选将负载侧连接的电负载以无功率的方式切换，使得例如保护构造为电动机的负载免于重新启动。
通过在危险状态存在时仅驱控电网侧变流器，由此，进一步有效地在脉冲阻塞运行状态期间确保电负载的无功率切换。
电网滤波器优选是具有至少一个滤波电容器的无源电网滤波器。在此，无源电网滤波器被理解为尤其不具有有源构件(例如开关元件)的电网滤波器。替代于滤波电容器，无源电网滤波器具有滤波电容器组，该滤波电容器组本身具有多个滤波电容器。
在没有电负载连接至变频器负载侧的情况中，该变频器和特别是供电装置也被称作有源滤波器，因为上面所述的、在无源滤波器中缺少的有源开关元件随后通过变频器的开关元件所实现。
根据一个优选的设计方案，通过检测在变频器的中间电路内的中间电路过电压来识别危险状态的存在。在此，检测单元尤其用于检测中间电路过电压。优选地，检测单元构造为电压测量元件，替代地，检测单元具有这种电压测量元件，或者还替代地，检测单元与这种电压测量元件电连接。因为通常在变频器的调节的范畴中检测在变频器的中间电路内的电压，危险状态的存在的识别的设计方案是特别优选的，并且因此，能够特别简单地实现在中间电路内部的中间电路过电压的检测。此外，在此省略附加的结构元件。
替代地或补充地，通过检测电网滤波器的滤波电容器处的电容器过电压来识别危险状态的存在。在此，替代地或补充地，检测单元构造用于检测滤波电容器处的电容器过电压并且为此具有电压测量元件，替代地，检测单元构造为这种电压测量元件或者进一步替代地与这种电压测量元件电连接。
此外，替代地或补充地，通过检测供电电网内的电网过电流来识别危险状态的存在。在此，同样地优选使用检测单元，该检测单元根据替代或补充的变体方案具有电流测量元件或构造为这种电流测量设备或者在此进一步替代地与这种电流测量元件电连接。
在此，将上述两个过电压以及上述过电流优选地理解为待得出的电压和/或待得出的电流的阈值，在超过该阈值时，则识别危险状态的存在。电压阈值例如优选比相应电负载的正常运行电压高10％，并且尤其高15％。
变频器优选附加地具有负载侧变流器。因此，负载侧变流器有效地布置在中间电路与例如在负载侧连接至变频器的负载之间并且尤其为电连接。在此，负载侧变流器优选用于为在负载侧连接的负载提供交流电流。
根据一个优选设计方案，变频器构造为有源前端。这种有源前端转换器在电网侧变流器中尤其具有开关元件，借助于开关元件，有源前端转换器被设计和设置用于抑制供电电网方面的和/或变频器方面的电压和/或电流波动，例如在供电电网中以能量回馈的形式。同样地，将电网滤波器设计为无源电网滤波器基于的考虑为，有源前端转换器通常产生这种电压和/或电流波动(例如以谐振形式)，该波动仅能够利用这种无源电网滤波器来抑制。
利用将变频器设计为有源前端转换器，因此实现了，在对于电网滤波器存在危险状态时，通过驱控电网侧变流器，特别简单地保护电网滤波器免受危险状态的影响。
变频器和电网滤波器有效地布置在共同的壳体中。在此，在供电装置的特别有利的实施方案中可以看出优点。
在对于电网滤波器存在危险状态时，借助于控制单元优选地实现了电网侧变流器的自动驱控。在此，优选使用控制单元，该控制单元还用于在正常运行中驱控变频器。在此，控制单元优选地是供电装置的一部分并且利用开关脉冲来驱控分别布置在电网侧变流器和负载侧变流器内的开关元件。
在此，另一个优点是，如已经提及地不需要附加的结构元件，特别是在存在危险状态时在驱控电网侧变流器方面。
根据本发明，通过具有权利要求11的特征的供电装置来实现针对供电装置的目的。
在此，供电装置构造用于连接至供电电网。此外，供电装置尤其构造用于执行上述方法。
对此，供电装置具有变频器，该变频器具有电网侧的变流器和中间电路。
此外，供电装置具有电网滤波器，该电网滤波器连接在电网侧变流器的上游。在此，将变频器设置用于在脉冲阻塞运行状态期间无功率地切换例如(在负载侧)连接的电负载。
此外，提供检测单元，该检测单元设置用于检查和识别是否存在危险状态。该检查通过检查电网滤波器的滤波电容器处的电压或通过监视供电电网的电网电流来实现。然而，特别地优选通过检查在变频器的中间电路内的电压来实现危险状态的检查。
此外，变频器被设置用于仅在存在危险状态的情况中仅驱控电网侧变流器，使得至少衰减引起电网滤波器的危险状态的电网扰动。在此，优选地，变频器被设置用于完全减弱电网扰动。
由此，实现了保护电网滤波器免受危险状态的影响。
变频器优选地具有负载侧变流器。
关于该方法列出的优点和优选设计方案在逻辑上能够转移到供电装置上，反之亦然。
附图说明
下面基于附图详细地阐述本发明的实施例。实施例以部分强烈简化的视图示出：
图1示出了供电装置的示意性电路图。
具体实施方式
图1示出了供电装置2的示意性电路图，该供电装置2在电网侧连接至供电电网4，以及在实施例中在负载侧连接至电负载6。然而，电负载6的(负载侧)连接不是强制性必需的，并且在实施例中仅用于更好地理解。
供电电网4优选是三相电网，该三相电网在图1中仅借助于矩形示意性地示出。在根据图1的实施例中，电负载6是电机，特别是电动机。
此外，供电装置2具有变频器8，该变频器具有电网侧变流器10、中间电路12以及负载侧变流器14。电网侧变流器10和负载侧变流器14分别具有六个开关元件16，该开关元件例如构造为半导体开关。
二极管18并联于每个开关元件16布置，二极管的流动方向与相应的开关元件16的流动方向相反。
在此，将不讨论变频器8的普遍功能原理。
此外，供电装置2具有电网滤波器20，该电网滤波器连接在电网侧变流器10的上游。
此外，电网滤波器20优选地具有滤波电容器22，在该实施例中具有三个滤波电容器22。在此，分别为三相供电电网4的每个相设置滤波电容器22。电网滤波器20还能够具有另外的无源结构元件，如扼流圈、电阻器或二极管。也能够替代地将例如接触器的机械开关设备布置在电网滤波器20中。
此外，在该实施例中，供电装置2具有控制单元24，该控制单元被设置为，利用开关脉冲经由控制导线26来驱控两个变流器10、14以及特别是它们的开关元件16。
控制单元24和变频器8均布置在共同的壳体28中。
供电装置2并且特别是变频器8被设置为，在脉冲阻塞运行状态中，由负载侧变流器14以无功率的方式切换在实施例中存在的电负载6。此外，变频器8被设置为，仅在对于电网滤波器20存在危险状态的情况中借助于控制单元24仅驱控电网侧变流器10，使得保护电网滤波器20免受危险状态。
在该实施例中，为了探测并且尤其识别危险状态，供电装置2具有检测单元30。借助于检测单元30，例如通过检测电网过电流IN来识别危险状态的存在。为此，在实施例中设置了电流测量元件32，该电流测量元件测量电网电流并将其值传输至检测单元30。当供电电网4的电网电流超过预定阈值时，在这种情况中存在危险状态。
此外，在该实施例中提出，识别对于电网滤波器20的危险状态，即在滤波器电容器22之一上检测电容器过电压UC，并将该电容器过电压传输至检测单元30。如果在滤波电容器22之一处的电压超过预定值，则对于电网滤波器20存在危险状态。为了检测电容器过电压UC，该电容器过电压在滤波电容器22之一处下降，在电网滤波器20内布置第一电压测量元件34。
在实施例中，作为用于识别对于电网滤波器20的危险状态的第三种和特别优选的变体方案设置为，检测中间电路12的中间电路过电压UZK。在此，第二电压测量元件36布置在中间电路12内，该第二电压测量元件与检测单元30连接。
作为特别优选的变体方案，对中间电路过电压UZK的检测基于这样的思想，即为了调节，在变频器8的正常运行中无论如何都检测这种电压，并且因此能够省略附加的构件。也就是说，因此除了基于中间电路过电压UZK识别危险状态之外，第二电压测量元件36没有布置在变频器8中。确切地说，将在中间电路12中符合规定布置的电压测量元件用作为第二电压测量元件36。
当存在危险状态时，检测单元30方面将信号传输至控制单元24，使得控制单元优选自动地、即独立地将控制信号传输至电网侧变流器10的开关元件16处，使得由此来驱控该变流器，即优选地衰减并且尤其完全补偿来自供电电网4的引起危险状态的电网扰动，使得保护电网滤波器20免受危险状态并因此而免于被破坏。
本发明不限于上述实施例。确切地说，本领域技术人员也能够从中推导出本发明的其他变体方案，而不脱离本发明的内容。特别地，此外，在不脱离本发明的内容的情况中，所有结合实施例描述的单个特征也能够以其他方式彼此组合。
特别地，本发明还能够应用于变频器，该变频器仅具有无源电网滤波器、(有源)电网侧变流器和中间电路。在这种情况中，变频器构造为用于直流电网(DC电网)的有源电网滤波器或供电装置。

Claims (12)

1.一种用于运行供电装置(2)的方法，所述供电装置在电网侧连接至供电电网(4)，并且所述供电装置具有：
-变频器(8)，所述变频器具有电网侧变流器(10)和中间电路(12)，以及
-电网滤波器(20)，所述电网滤波器连接在所述电网侧变流器(10)的上游，
其中，
-在脉冲阻塞运行状态期间检查是否对于所述电网滤波器(20)存在危险状态，并且
-仅在存在所述危险状态的情况下，仅驱控所述电网侧变流器(10)，使得至少衰减引起所述电网滤波器(20)的所述危险状态的电网扰动，从而保护所述电网滤波器(20)免受危险状态。
2.根据前述权利要求所述的方法，其中，在存在所述危险状态时，自动地驱控所述电网侧变流器(10)。
3.根据前两项权利要求中任一项所述的方法，其中，所述电网滤波器(20)是具有至少一个滤波电容器(22)的无源电网滤波器。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过借助于检测单元(30)检测在所述变频器(8)的所述中间电路(12)内的中间电路过电压(UZK)来识别所述危险状态的存在。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，通过借助于检测单元(30)检测在所述滤波电容器(22)处的电容器过电压(Uc)来识别所述危险状态的存在。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过借助于检测单元(30)检测在所述供电电网(4)内的过电流(IN)来识别所述危险状态的存在。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述变频器还具有负载侧变流器(14)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述变频器构造为有源前端。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述变频器(8)和所述电网滤波器(20)布置在共同的壳体(28)中。
10.根据前述权利要求中任一项和权利要求2所述的方法，其中，在存在所述危险状态时，借助于控制单元(24)实现所述电网侧变流器(10)的自动驱控。
11.一种用于连接至供电电网(4)的供电装置(2)，所述供电装置具有：
-变频器(8)，所述变频器具有电网侧变流器(10)和中间电路(12)，以及
-电网滤波器(20)，所述电网滤波器连接在所述电网侧变流器(10)的上游，
其中，
-设置有检测单元(30)，所述检测单元设置用于在脉冲阻塞运行状态期间检查是否对于所述电网滤波器(20)存在危险状态，并且
-所述变频器(8)还设置为，仅在出现所述危险状态的情况下，仅驱控电网侧变流器(10)，使得至少衰减引起所述电网滤波器(20)的所述危险状态的电网扰动，从而保护所述电网滤波器(20)免受所述危险状态。
12.根据前一项权利要求所述的供电装置(2)，其中，所述变频器(8)还具有负载侧变流器(14)。
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