CN209571964U - 包括至少一个有至少两个子模块和电感的串联电路的装置 - Google Patents

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M.皮耶舍尔
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Abstract

本实用新型涉及一种包括至少一个有至少两个子模块和电感的串联电路的装置。本实用新型涉及一种包括至少一个串联电路(200)的装置(10)，该串联电路具有至少两个串联连接的子模块(220)和电感(230)。根据本实用新型设置为，串联电路(200)中的一个或更多个的子模块(220)中的至少一个具有升压降压转换器(222)和存储模块(223)，并且在升压降压转换器(222)与存储模块(223)之间电连接具有至少一个执行器(A1，A2，A3)的保护模块(225)。

Description

包括至少一个有至少两个子模块和电感的串联电路的装置
技术领域
本实用新型涉及一种包括具有至少两个串联连接的子模块和电感的至少一个串联电路的装置。
背景技术
在国际专利申请WO 2012/156261 A2中描述了相应的装置。该装置是多级变换器。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是，改善开头提到的类型的装置的运行安全性。
根据本实用新型，上述技术问题通过具有根据本实用新型的特征的装置来解决。根据本实用新型的装置的优选的实施在说明书中给出。
对此，根据本实用新型设置为，提供一种包括至少一个具有至少两个子模块和电感的串联电路的装置，其中，所述至少两个子模块串联连接，
其特征在于，
-串联电路中的一个或更多个的子模块中的至少一个具有升压降压转换器和存储模块，并且
-在升压降压转换器与存储模块之间电连接具有至少一个执行器的保护模块。
可以看到根据本实用新型的装置的主要优点在于，在故障情况下，可以借助执行器将存储模块与升压降压转换器分离，由此可以防止向升压降压转换器中的故障位置或装置的布置在升压降压转换器之前的模块中的故障位置馈送存储在存储模块中的能量，以及可能导致装置的进一步损坏或完全被破坏。换言之，由于识别出了故障情况并且例如已经将装置与外部配电网分离，并且已经中断了配电网从外部向故障位置的馈电，因此保护模块可以保护装置免于由于存储模块的能量而在内部被破坏。也就是，保护模块禁止故障位置的内部馈电，并且可以辅助用于将装置与外部配电网分离并且用于禁止故障位置的外部馈电的安全装置。
装置优选是变换器装置，特别是多级变换器形式的变换器装置。
优选保护模块的执行器或执行器中的一个是电开关，其电布置为，使得其在接通状态下将用来将保护模块连接到升压降压转换器的第一和第二输入接头短路，和/或将用来将保护模块连接到存储模块的第一和第二输出接头短路。
根据装置的优选的构造方案设置为，保护模块具有用于连接到升压降压转换器的第一和第二输入接头以及至少两个执行器，其中一个执行器连接在保护模块的第一输入接头与保护模块的内部接头之间，并且一个执行器连接在保护模块的内部接头与第二输入接头之间。
根据装置的另外的优选的构造方案设置为，保护模块具有用于连接到存储模块的第一和第二输出接头以及至少两个执行器，其中一个执行器连接在保护模块的第一输出接头与保护模块的内部接头之间，并且一个执行器连接在保护模块的内部接头与第二输出接头之间。
视为特别具有优势的是，保护模块具有用于连接到升压降压转换器的第一和第二输入接头以及用于连接到存储模块的第一和第二输出接头，并且第二输入接头和第二输出接头彼此连接。
优选保护模块具有至少三个执行器，其中第一执行器连接在保护模块的内部接头与保护模块的第二输入接头之间，第二执行器连接在保护模块的第一输出接头与保护模块的内部接头之间，并且第三执行器连接在保护模块的第一输入接头与保护模块的内部接头之间。
优选第一执行器是开关。考虑到短的开关时间和可靠的接通或可靠的电闭合，视为具有优势的是，第一执行器是不可逆转地切换的开关，并且视为具有优势的是，第一执行器是烟火驱动开关。
第二和/或第三执行器优选具有保险丝或通过保险丝构成。
考虑到对装置的特别可靠的保护，视为具有优势的是，保护模块具有触发单元，当至少一个电参量显示故障情况时，该触发单元产生用于使执行器中的至少一个接通或电闭合的触发信号。执行器中的至少一个可以是第一执行器。至少一个电参量可以是测量值。至少一个电参量显示故障情况可以是至少一个电参量达到或超过预定的阈值。
优选触发单元构造为，当保护模块的第一或第二输入接头处的电流的绝对值达到或超过预定的第一电流阈值，保护模块的第一或第二输出接头处的电流的绝对值达到或超过预定的第二电流阈值，和/或保护模块的第一与第二输出接头之间的电压的绝对值达到或超过预定的电压阈值时，该触发单元产生触发信号。
还具有优势的是，触发单元构造为，当保护模块的第一或第二输入接头处的电流的绝对值达到或超过第一电流阈值时，该触发单元接通布置在上游的升压降压转换器中的至少一个开关。
附图说明
下面，根据实施例对本实用新型作进一步的说明；在此，
图1示例性地示出了根据本实用新型的装置的实施例，
图2示例性地示出了可以在按照图1的装置中使用并且具有三角连接的变换器装置的实施例，
图3示例性地示出了可以在按照图2的变换器装置中使用的、具有多个子模块的串联电路的实施例，
图4示例性地示出了可以在按照图3的串联电路中使用的子模块的实施例，
图5示例性地示出了可以在按照图4的子模块中使用的输入模块的实施例，
图6示例性地示出了可以在按照图4的子模块中使用的输入模块的另外的实施例，
图7示例性地示出了可以在按照图4的子模块中使用的升压降压转换器的实施例，
图8示例性地示出了可以在按照图4的子模块中使用的升压降压转换器的另外的实施例，
图9示例性地示出了可以在按照图4的子模块中使用的保护模块的实施例，
图10示例性地示出了用于按照图9的保护模块的触发单元的实施例，
图11示例性地示出了可以在按照图1的装置中使用并且具有星形连接的变换器装置的实施例，
图12示例性地示出了可以在按照图1的装置中使用并且具有桥式连接的变换器装置的实施例，和
图13示例性地示出了可以在单相装置中使用的单相变换器装置的实施例。
为清楚起见，在附图中对于相同或类似的部件始终使用相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了装置10，其具有变换器装置20、控制电路30、电流传感器 40以及电压传感器50。
变换器装置20具有三个输入交流电压接头E20a、E20b和E20c，其连接到三相电导线80。变换器装置20经由三相导线80与连接母线90和仅示意性表示的配电网100连接。
按照图1的装置10例如可以如下运行：
控制电路30借助电流传感器40测量在输入侧流入变换器装置20(或从该变换器装置流出)的三相输入交流电流Ie，并且利用电压传感器50测量施加在变换器装置20上的三相输入电压，并且利用这些测量值确定配电网100的状态。此外，其根据由未进一步示出的变换器装置20内的电流和/ 或电压传感器采集的测量值确定变换器装置20的工作状态。
控制电路30借助测量值确定对变换器装置20的最优控制，使得配电网 100呈现尽可能最优的电网状态并且变换器装置20处于在任何时候都可以提供或接收功率的有利工作状态。
图2示出了可以在按照图1的装置10中使用的变换器装置20的实施例。可以看到三个输入交流电压接头E20a、E20b和E20c，其连接到按照图1的三相导线80。三相导线80的三个相在图2中以附图标记L1、L2和L3表示。
变换器装置20具有三角连接的三个串联电路200，其串联连接的部件为了清楚起见在图2中没有详细示出。
图3示出了可以在按照图2的变换器装置20中使用的串联电路200的实施例。按照图3的串联电路200具有优选连接到按照图1的控制电路30 的电流传感器210、多个子模块220以及电感230。电流传感器210、子模块 220以及电感230串联电连接。子模块220的串联电路通过其输入接头E220a 和E220b实现。
图4示出了可以在按照图3的串联电路200中使用的子模块220的实施例。子模块220包括输入模块221、升压降压转换器222、存储模块223和连接在升压降压转换器222和存储模块223之间的保护模块225，该输入模块是用于进行AC/DC(交流电压/直流电压)转换的变换器模块。
输入模块221、升压降压转换器222、保护模块225和存储模块223先后级联地布置。这意味着，输入模块221的输出端A221a和A221b连接到升压降压转换器222的输入端E222a和E222b，并且升压降压转换器222的输出端A222a和A222b连接到保护模块225的输入端E225a和E225b，并且保护模块225的输出端A225a和A225b连接到存储模块223的输入端E223a和E223b。按照图4，输入模块221的输入端E221a和E221b形成子模块220的输入端E220a和E220b，其与在上游和下游布置的子模块220的输入模块221的输入端E221a和E221b串联连接(参见图3)，以形成子模块220的串联电路(参见图3)。
存储模块223优选具有一个或多个双层电容器作为能量存储器，其在图 4中为了清楚起见没有详细示出。
图5示出了可以在按照图4的子模块220中使用的输入模块221的实施例。输入模块221包括两个开关元件Sl和S2，其分别与二极管并联连接。开关元件Sl和S2例如可以是例如晶体管形式的半导体开关。输入模块221 的输出端在图4和图5中以附图标记A221a和A221b表示，并且连接到布置在下游的升压降压转换器222的输入端E222a和E222b。
优选通过按照图1的控制电路30依据控制电路30采集并分析的电流和电压值进行对输入模块221的开关元件Sl和S2的控制。
图6示出了可以在按照图4的子模块220中使用的输入模块221的另外的实施例。输入模块221包括四个开关元件S1、S2、S3和S4，其分别与二极管并联连接。四个开关元件S1至S4以H桥电路的形式连接并且优选由按照图1的控制电路30依据由两个传感器40和50以及其余已经提到、但没有详细示出的传感器提供的电流和电压值控制。输入模块221的输出端在图4至图6中以附图标记A221a和A221b表示，并且连接到布置在下游的升压降压转换器222的输入端E222a和E222b。
图7示出了可以在按照图4的子模块220中使用的升压降压转换器222 的实施例。按照图7的升压降压转换器222具有四个开关元件S5、S6、S7 和S8，其分别与二极管并联连接。四个开关元件S5、S6、S7和S8以H桥电路H222的形式连接，其外部接头形成升压降压转换器222的输入端E222a 和E222b。
电容器C与H桥电路H222并联连接，由此该电容器同样与升压降压转换器222的输入接头E222a和E222b处于并联。
H桥电路H222的中间接头M1和M2分别经由优选扼流圈形式的电感 L连接到升压降压转换器222的输出接头A222a和A222b。替换地，还可以仅H桥电路H222的两个中间接头中的一个中间接头Ml或M2经由优选扼流圈形式的电感L连接到升压降压转换器222的相应的输出接头A222a或A222b。
升压降压转换器222的输出接头A222a和A222b连接到连接在下游的保护模块225的输入接头E225a和E225b(参见图4)。
对四个开关元件S5、S6、S7和S8的控制优选通过按照图1的控制电路30依据由两个传感器40和50以及其余已经提到、但没有详细示出的传感器提供的测量值进行。
图8示出了可以在按照图4的子模块220中使用的升压降压转换器222 的另外的实施例。按照图7的升压降压转换器222具有两个开关元件S5和S6，其分别与二极管并联连接。两个开关元件S5和S6串联连接。
电容器C与开关元件S5和S6的串联电路并联连接，由此该电容器同样与升压降压转换器222的输入接头E222a和E222b处于并联。
该串联电路的中间接头M1经由优选扼流圈形式的电感L连接到升压降压转换器222的输出接头A222a。
升压降压转换器222的输出接头A222a和A222b连接到连接在下游的保护模块225的输入接头E225a和E225b(参见图4)。
对两个开关元件S5和S6的控制优选通过按照图1的控制电路30依据由两个传感器40和50以及其余已经提到、但没有详细示出的传感器提供的测量值进行。
图9示出了可以在按照图4的子模块220中使用的保护模块225的实施例。
保护模块225具有三个执行器A1、A2和A3，其中第一执行器A1连接在保护模块225的内部接头Q225与保护模块225的在图9下部的输入接头 E225b之间，第二执行器A2连接在保护模块225的在图9上部的输出接头 A225a与保护模块225的内部接头Q225之间，并且第三执行器A3连接在保护模块225的在图9上部的输入接头E225a与保护模块225的内部接头Q225之间。
第一执行器A1是开关，优选是不可逆转地切换的开关，特别是烟火驱动开关。
第二和第三执行器A2和A3优选是保险丝。
此外，保护模块225具有：电流传感器500，用于测量保护模块225的输入接头E225a处的电流I225e；电流传感器510，用于测量保护模块225 的输出接头E225a处的电流I225a；和电压传感器530，用于测量保护模块 225的输出接头A225a和A225b之间的电压U225。
此外，保护模块225配备有触发单元540，当电流传感器500、电流传感器510或电压传感器530的测量值中的至少一个显示故障情况、特别是达到或超过预定的阈值时，该触发单元产生触发信号ST1，以使第一执行器 A1接通或电闭合。
触发单元540优选构造为，当电流I225e的绝对值达到或超过预定的第一电流阈值，电流1225a的绝对值达到或超过预定的第二电流阈值，和/或保护模块225的第一和第二输出接头之间的电压U225的绝对值达到或超过预定的电压阈值时，触发单元540产生触发信号ST1。
此外，在按照图9的实施例中，触发单元540优选构造为，当电流I225e 的绝对值达到或超过预定的第一电流阈值时，触发单元540产生触发信号 ST2。触发单元540将触发信号ST2传输到布置在上游的升压降压转换器 222，由此在按照图8的升压降压转换器222的情况下接通其开关元件S6，或者在按照图7的升压降压转换器222的情况下接通其开关元件S6和S8。
图10进一步详细示出了按照图9的触发单元540的实施例。可以看到三个绝对值发生器(Betragsbildner)550、551和552，在其输入侧施加测量值Mw1、Mw2或Mw3。测量值Mw1由电流传感器500(参见图9)产生并且给出电流I225e的大小；测量值Mw2由电流传感器510产生并且给出电流1225a的大小；并且测量值Mw3由电压传感器530产生并且给出电压U225 的大小。
三个绝对值发生器550、551和552由测量值Mw1至Mw3形成绝对值并且将其传输到布置在下游的比较器560、561和562。当在输入侧施加的绝对值达到或超过预定的阈值时，比较器560、561和562在输出侧分别产生逻辑“1”，否则产生逻辑“0”。比较器560的输出信号直接形成上面提到的触发信号ST2，用于使布置在上游的升压降压转换器222的开关元件接通或电闭合。
在比较器560、561和562后面布置有“或”元件570，在其输入侧施加比较器560、561和562的逻辑输出信号。当在输入侧施加至少一个逻辑“1”时，也就是当电流传感器500、电流传感器510或电压传感器530的测量值中的至少一个显示故障情况、特别是达到或超过预定的阈值时，“或”元件570产生逻辑“1”，由此产生用于使第一执行器A1接通或电闭合的触发信号ST1。
图11示出了可以在按照图1的装置10中使用的变换器装置20的另外的实施例。与按照图2的实施例的区别在于，变换器装置20的串联电路200 不是三角连接，而是星形地互连，以形成星形连接。互连形成的星形点在图 11中以附图标记ST表示。在星形点ST上可以连接返回线N，例如按照图1 的三相导线80的返回线。
串联电路200的结构在图11中为了清楚起见没有详细示出。串联电路200例如可以相应于按照图2的变换器装置20的串联电路200或如结合图3 至图8在上面详细地示例性地解释的那样构造。关于按照图11的串联电路 200的结构，上面的描述由此相应地适用。
图12示出了变换器装置20的实施例，其中分别具有至少两个串联连接、且为了清楚起见在图12中未示出的子模块的串联电路200形成桥电路400。
变换器装置20的串联电路200的结构例如可以相应于如结合图2至图 8在上面详细解释的串联电路200的结构。
图13示出了单相变换器装置20的实施例，其包括具有多个串联连接、且在图13中为了清楚起见未进一步示出的子模块的串联电路200。按照图 13的装置20的串联电路200关于其结构可以相应于如结合图2至图8已经在上面详细解释的串联电路200。
变换器装置20或串联电路200可以连接到单相交流电网(如所示)或替换地连接到直流电网，例如连接到高压直流传输装置的直流电压回路。在后一种情况下，输入模块221优选是DC/DC变换器或直流电压/直流电压转换器。
虽然本实用新型在细节上通过优选的实施例详细阐述和描述，但是本实用新型不局限于所公开的示例并且专业人员可以从中导出其它变形，而不脱离本实用新型的保护范围。
附图标记列表
10 装置
20 变换器装置
30 控制电路
40 电流传感器
50 电压传感器
80 电导线
90 连接母线
100 配电网
110 直流电导线
200 串联电路
210 电流传感器
220 子模块
221 输入模块
222 升压降压转换器
223 存储模块
225 保护模块
230 电感
400 桥电路
500 电流传感器
510 电流传感器
530 电压传感器
540 触发单元
550 绝对值发生器
551 绝对值发生器
552 绝对值发生器
560 比较器
561 比较器
562 比较器
570 “或”元件
A1 执行器
A2 执行器
A3 执行器
A221a 输入模块的输出接头
A221b 输入模块的输出接头
A222a 升压降压转换器的输出接头
A222b 升压降压转换器的输出接头
A225a 保护模块的输出接头
A225b 保护模块的输出接头
C 电容器
E20a 输入交流电压接头
E20b 输入交流电压接头
E20c 输入交流电压接头
E220a 子模块的输入接头
E220b 子模块的输入接头
E221a 输入模块的输入接头
E221b 输入模块的输入接头
E222a 升压降压转换器的输入接头
E222b 升压降压转换器的输入接头
E223a 存储模块的输入接头
E223b 存储模块的输入接头
H222 H桥电路
E225a 保护模块的输入接头
E225b 保护模块的输入接头
I225e 电流
1225a 电流
Ie 输入交流电流
L 电感
L1 相
L2 相
L3 相
Ml 中间接头
M2 中间接头
Mwl 测量值
Mw2 测量值
Mw3 测量值
N 返回线
Q225 保护模块的内部接头
ST 星形点
ST1 触发信号
ST2 触发信号
S1 开关元件
S2 开关元件
S3 开关元件
S4 开关元件
S5 开关元件
S6 开关元件
S7 开关元件
S8 开关元件
U225 电压。

Claims (14)

1.一种包括至少一个具有至少两个子模块(220)和电感(230)的串联电路(200)的装置(10)，其中，所述至少两个子模块串联连接，
其特征在于，
-串联电路(200)中的一个或更多个的子模块(220)中的至少一个具有升压降压转换器(222)和存储模块(223)，并且
-在升压降压转换器(222)与存储模块(223)之间电连接具有至少一个执行器(A1，A2，A3)的保护模块(225)。
2.根据权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，保护模块(225)的执行器或执行器中的一个(A1)是电开关，其电布置为，其在接通状态下将用来将保护模块(225)连接到升压降压转换器(222)的第一和第二输入接头短路，和/或将用来将保护模块(225)连接到存储模块(223)的第一和第二输出接头短路。
3.根据权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，保护模块(225)具有用于连接到升压降压转换器(222)的第一和第二输入接头以及至少两个执行器(A1，A3)，其中一个执行器(A3)连接在保护模块(225)的第一输入接头与保护模块(225)的内部接头之间，并且一个执行器(A1)连接在保护模块(225)的内部接头与第二输入接头之间。
4.根据权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，保护模块(225)具有用于连接到存储模块(223)的第一和第二输出接头以及至少两个执行器(A1，A2)，其中一个执行器(A2)连接在保护模块(225)的第一输出接头与保护模块(225)的内部接头之间，并且一个执行器(A1)连接在保护模块(225)的内部接头与第二输出接头之间。
5.根据权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，
-保护模块(225)具有用于连接到升压降压转换器(222)的第一和第二输入接头以及用于连接到存储模块(223)的第一和第二输出接头，并且
-第二输入接头和第二输出接头彼此连接。
6.根据权利要求5所述的装置(10)，其特征在于，
保护模块(225)具有至少三个执行器(A1，A2，A3)，其中
-第一执行器(A1)连接在保护模块(225)的内部接头与保护模块(225) 的第二输入接头之间，
-第二执行器(A2)连接在保护模块(225)的第一输出接头与保护模块(225)的内部接头之间，并且
-第三执行器(A3)连接在保护模块(225)的第一输入接头与保护模块(225)的内部接头之间。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置(10)，其特征在于，第一执行器(A1)是开关。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的装置(10)，其特征在于，第一执行器(A1)是不可逆转地切换的开关。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的装置(10)，其特征在于，第一执行器(A1)是烟火驱动开关。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的装置(10)，其特征在于，第二执行器(A2)是保险丝。
11.根据权利要求1至6中任一项所述的装置(10)，其特征在于，第三执行器(A3)是保险丝。
12.根据权利要求1至6中任一项所述的装置(10)，其特征在于，保护模块(225)具有触发单元(540)，当至少一个电参量显示故障情况时，该触发单元产生用于使执行器(A1，A2，A3)中的至少一个接通或电闭合的触发信号(ST1)。
13.根据权利要求12所述的装置(10)，其特征在于，触发单元(540)构造为，当保护模块(225)的第一或第二输入接头处的电流的绝对值达到或超过预定的第一电流阈值，保护模块(225)的第一或第二输出接头处的电流的绝对值达到或超过预定的第二电流阈值，和/或保护模块(225)的第一与第二输出接头之间的电压的绝对值达到或超过预定的电压阈值时，该触发单元产生触发信号(ST1)。
14.根据权利要求12所述的装置(10)，其特征在于，触发单元(540)构造为，当保护模块(225)的第一或第二输入接头处的电流的绝对值达到或超过第一电流阈值时，该触发单元接通布置在上游的升压降压转换器(222)中的至少一个开关(S6，S6和S8)。
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