DE102012113130A1 - Adaptives Leistungsumwandlungssystem - Google Patents

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Abstract

Ein Leistungswandler weist mehrere Schalter auf, die elektrisch miteinander verbunden sind, um Eingangsleistung in Ausgangsleistung umzuwandeln. Jeder der Schalter ist ausreichend isoliert, um benachbarte Schalter beim Ausfall eines oder mehrerer Schalter zu schützen. Der Leistungswandler weist außerdem einen Controller auf, der den Betrieb von Schaltern neu konfigurieren kann, um nach einem Schalterausfall zumindest einen Teilbetriebsmodus zu ermöglichen.

Description

  • HINTERGRUND
  • Die Erfindung betrifft allgemein Leistungsumwandlungssysteme und insbesondere Leistungsumwandlungssysteme, die in der Lage sind, Ausfälle bestimmter Schalter zu bewältigen.
  • Aufgrund der Tatsache, dass herkömmliche Energiequellen immer teurer und knapper werden, und aufgrund des wachsenden Umweltbewusstseins nimmt das Interesse an alternativen Energiequellen, wie Solarenergie und Windenergie, ständig zu. Die alternativen Energiequellen werden verwendet, um unter Verwendung unterschiedlicher Leistungsumwandlungssysteme für unterschiedliche alternative Energiequellen Leistung zu erzeugen. Ein Leistungsumwandlungssystem weist allgemein mindestens einen Leistungswandler zum Umwandeln von Leistung, die von mindestens einer Leistungsquelle erzeugt wird, in nutzbare Leistung, die an ein Stromnetz geliefert werden kann, auf.
  • Das Leistungsumwandlungssystem weist eine oder mehrere Leistungsumwandlungsstufen auf, um die nutzbare Leistung bereitzustellen. Jede Stufe weist eine Mehrzahl von Schaltern auf, die die Leistung umwandeln, die von der Leistungsquelle eingegeben wird. Die Schalter sind anfällig für Beschädigungen aufgrund von verschiedenen Bedingungen, wie beispielsweise einer Stromüberlastung.
  • Der Ausfall eines der Schalter in einem herkömmlichen Leistungswandler führt zu einem vorübergehenden Betriebsausfall des ganzen Leistungswandlers, bis der ausgefallene Schalter ersetzt worden ist. Der vorübergehende Ausfall des Leistungswandlers führt zu Leistungsproduktionsausfällen und verkürzter Betriebszeit. Ferner wirkt sich der Ausfall auch negativ auf den Verfügbarkeitsfaktor des Leistungswandlers aus, wenn er immer noch weitgehend einsatzfähig ist, aber aufgrund des Ausfalls einer einzigen Komponente nicht arbeiten kann.
  • Der Ausfall eines Schalters kann auch zu einer Explosion führen, die bewirkt, dass unerwünschte Trümmergeschosse von dem explodierten Schalter ausgehen. Die unerwünschten Geschosse können die benachbarten Schalter beschädigen.
  • Somit besteht ein Bedarf an einem verbesserten System, um die geschilderten Probleme zu bewältigen.
  • KURZE BESCHREIBUNG
  • In einer Ausführungsform ist ein Leistungswandler geschaffen. Der Leistungswandler weist Schalter auf, die elektrisch miteinander verbunden und so konfiguriert sind, dass sie Eingangsleistung in Ausgangsleistung umwandeln können, wobei jeder der Schalter ausreichend isoliert ist, um beim Ausfall eines oder mehrerer von den Schaltern benachbarte Schalter zu schützen. Der Leistungswandler weist außerdem einen Controller (eine Steuereinrichtung) zum Neukonfigurieren des Schalterbetriebs auf, um nach Ausfall des einen oder der mehreren Schaltern zumindest einen Teilbetriebsmodus zu ermöglichen.
  • In einer anderen Ausführungsform ist ein Leistungsumwandlungssystem geschaffen. Das Leistungsumwandlungssystem weist einen Gleichspannungswandler bzw. Gleichstromsteller (DC-DC-Wandler) auf, der mindestens zwei parallel angeschlossene Zweige aufweist, wobei jeder Zweig mindestens zwei Schalter aufweist, die an einem Mittelpunkt an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen werden können und ausreichend isoliert sind, um benachbarte Schalter nach Ausfall des einen oder der mehreren von den Schaltern zu schützen. Das Leistungsumwandlungssystem weist außerdem einen Controller (eine Steuereinrichtung) auf, der eine Betriebsdauer der Schalter der mindestens zwei Zweige steuert, um eine kombinierte Gleichspannungs-Ausgangsleistung bereitzustellen, und der nach Ausfall mindestens eines der Schalter in mindestens einem der mindestens zwei Zweige die Betriebszeit von zumindest den Schaltern der übrigen von den mindestens zwei Schaltern anpasst, um eine verringerte kombinierte Gleichspannungs-Ausgangsleistung bereitzustellen.
  • In einer anderen Ausführungsform wird ein Leistungsumwandlungssystem geschaffen, das einen Wechselrichter bzw. DC-AC-Leistungswandler aufweist. Der DC-AC-Wandler weist mindestens zwei Phasenzweige auf, die parallel angeschlossen sind, wobei jeder Zweig mindestens zwei Gruppen von Schaltern aufweist, die in Reihe angeschlossen sind, wobei jede von den mindestens zwei Gruppen mehrere Schalter aufweist, die parallel zueinander angeschlossen sind und die ausreichend isoliert sind, um benachbarte Schalter nach Ausfall von einem oder mehreren der Schalter zu schützen. Das Leistungsumwandlungssystem weist außerdem einen Controller (eine Steuereinrichtung) auf, der eine kombinierte Wechselspannungs-Ausgangsleistung durch Anpassen der Wechselspannungs-Ausgangsleistung für jeden Phasenzweig steuert, sobald mindestens einer der Schalter in mindestens einer der beiden Schaltergruppen ausfällt.
  • ZEICHNUNGEN
  • Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden, wenn die folgende ausführliche Beschreibung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung gelesen wird, in der in sämtlichen Zeichnungen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile darstellen, worin zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Leistungswandlers mit mehreren ausreichend isolierten Schaltern gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine ausführlichere schematische Darstellung eines von einem Explosionsschirm ausreichend i-solierten Schalters in einem Leistungswandler gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 3 eine schematische Darstellung eines Leistungsumwandlungssystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist, das einen adaptiven DC-DC-Wandler mit genau zwei durch einen Explosionsschirm ausreichend geschützten Schaltern in jedem Zweig des adaptiven DC-DC-Wandlers aufweist;
  • 4 eine schematische Darstellung eines Leistungsumwandlungssystems ist, das einen adaptiven DC-DC-Wandler und einen adaptiven DC-AC-Wandler aufweist.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Solange nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist, haben hierin verwendete technische und wissenschaftliche Ausdrücke die gleiche Bedeutung, die ihnen von einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Offenbarung gehört, üblicherweise beigelegt wird. Die Ausdrücke „erster“, „zweiter“ und dergleichen, wie hierin verwendet, bezeichnen keine Reihenfolge, Menge o-der Bedeutung, sondern werden vielmehr verwendet, um ein Element von einem anderen zu unterscheiden. Außerdem bezeichnen die Ausdrücke „einer, eine, eines“ keine Beschränkung einer Menge, sondern bezeichnen vielmehr das Vorhandensein von mindestens einem der damit benannten Gegenstände. Der Ausdruck „oder“ ist inklusiv gemeint und bedeutet einen, einige oder alle von den aufgeführten Gegenständen. Die Verwendung von „beinhalten“, „umfassen“ oder „aufweisen“ und ihre Variationen sollen hierin die Gegenstände, auf die sich diese Ausdrücke beziehen, und deren Äquivalente sowohl weitere Gegenstände einschließen. Die Ausdrücke „verbunden“ und „angeschlossen“ sind nicht auf physische oder mechanische Verbindungen oder Anschlüsse beschränkt und können elektrische Verbindungen oder Anschlüsse beinhalten, seien sie nun direkt oder indirekt. Ferner können die Ausdrücke „Schaltung“ und „Schaltungsanordnung“ und „Controller“ bzw. „Steuereinrichtung“ entweder eine einzelne Komponente oder eine Mehrzahl von Komponenten beinhalten, die entweder aktiv und/oder passiv sind und miteinander verbunden oder anderweitig zusammengeschlossen sind, um die gewünschte Funktion bereitzustellen.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beinhalten einen adaptiven Leistungswandler, der Schalter aufweist, die elektrisch miteinander verbunden sind und so konfiguriert sind, dass sie Eingangsleistung in Ausgangsleistung umwandeln. Jeder der Schalter ist ausreichend isoliert, um angrenzende Schalter beim Ausfall einer oder mehrerer Schalter zu schützen. Der Leistungswandler weist außerdem einen Controller auf, der den Betrieb der Schalter neu konfigurieren kann, um nach Ausfall von einem oder mehreren Schaltern zumindest einen Teilbetriebsmodus zu ermöglichen.
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines Leistungsumwandlungssystems 10, das einen Leistungswandler 12 mit einer Mehrzahl von ausreichend isolierten Schaltern 14 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufweist. Die Schalter 14 sind elektrisch miteinander verbunden und wandeln Eingangsleistung in Ausgangsleistung um. Jeder der Schalter 14 ist ausreichend isoliert, um benachbarte Schalter bei Ausfall eines oder mehrerer von den Schaltern zu schützen. In einer Ausführungsform ist jeder von der Mehrzahl von Schaltern durch einen Explosionsschirm ausreichend isoliert. In anderen Ausführungsformen können die Schalter beispielsweise durch Kammern oder durch einen ausreichenden physischen Abstand voneinander getrennt sein. Anhand eines Beispiels wird die Erfindung nachstehend ausführlicher mit Bezug auf den Explosionsschirm erörtert.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung eines mit einem Explosionsschutzschirm umhüllten oder ummantelten Schalters 14. Der mit einem Explosionsschirm ummantelte Schalter 14 umfasst einen Leistungsschalter 18, der an einer Wärmesenke 20 montiert ist. Der Leistungsschalter 18 kann beispielsweise einen Halbleiterschalter umfassen. In einer spezielleren Ausführungsform umfasst der Schalter 18 einen bipolaren Transistor mit isolierter Gate-Elektrode. Der Schalter 18 ist ferner in einem Explosionsschirm 16 eingeschlossen oder eingekapselt, der die angrenzenden Schalter durch Eingrenzen etwaiger Explosionen, die bei einem Ausfall des eingeschlossenen Schalters verursacht werden, gegen eine Beschädigung schützt. In einer Ausführungsform umfasst der Explosionsschirm ein Fasermaterial, ein Verbundmaterial oder Kombinationen davon. In einer spezielleren Ausführungsform umfasst der Explosionsschirm 16 gewebte para-Aramid-Kunstfasern, wie Kevlar™-Fasern, Glasfasermaterial und andere hochfeste Verbundmaterialien oder Kombinationen davon.
  • Zurückkommend auf 1 wandeln die Schalter 14 die Eingangsleistung in die Ausgangsleistung um. In einem nicht-beschränkenden Beispiel kann die Eingangsleistung Gleichspannungsleistung (DC-Leistung) oder Wechselspannungsleistung (AC-Leistung) beinhalten, und die Ausgangsleistung beinhaltet Wechselspannungsleistung. In einer Ausführungsform sind die Schalter 14 auf solche Weise elektrisch verbunden, dass die Eingangsleistung in zwei Stufen in die Ausgangsleistung umgewandelt wird, nämlich in einer ersten Stufe 22, die entweder eine Gleichrichterstufe (AC-DC-Wandlerstufe) oder eine Gleichstromstellerstufe (DC-DC-Wandlerstufe) 24 beinhaltet, und in einer zweiten Stufe, die eine Wechselrichterstufe (DC-AC-Wandlerstufe) beinhaltet. In einer speziellen Ausführungsform umfasst die erste Stufe 22 in Windturbinenanwendungen eine AC-DC-Wandlerstufe, und in Solarkraftanwendungen umfasst die erste Stufe eine DC-DC-Wandlerstufe. In einem Ausführungsbeispiel weist jede Stufe drei Zweige auf.
  • Die erste Stufe 22 der Leistungsumwandlung im Leistungswandler 12 ist elektrisch mit einer Leistungsquelle 26 verbunden. In einer Ausführungsform kann die Leistungsquelle 26 eine Solarkraftquelle, eine Windkraftquelle, eine Batterie oder eine Brennstoffzelle umfassen. Die erste Stufe 22 empfängt die Eingangsleistung von der Leistungsquelle 26 und wandelt die Eingangsleistung in eine kombinierte Gleichspannungsleistung um. Die zweite Stufe 24 der Leistungsumwandlung im Leistungswandler 12 empfängt die kombinierte Gleichspannungsleistung und wandelt die kombinierte Gleichspannungsleistung in die Ausgangsleistung um, die in ein Stromnetz 28 eingespeist wird.
  • Der Leistungswandler 12 weist eine als Controller bezeichnete Steuereinrichtung 30 auf, die den Betrieb der Schalter 14 steuert, um die Eingangsleistung in die Ausgangsleistung umzuwandeln. Im Betrieb können einer oder mehrere von den Schaltern 14 beschädigt werden. Die Explosionsschirme 16 (in 2 dargestellt) schützen die angrenzenden Schalter gegen eine Beschädigung und grenzen die Explosion des bzw. der beschädigten Schalter(s) ein. Der Controller 30 konfiguriert den Betrieb der unbeschädigten Schalter um, um den Leistungswandler 12 zumindest in einem Teilbetriebsmodus zu betreiben, bis der ausgefallene Schalter ersetzt worden ist. In einer Ausführungsform weist der Leistungswandler einen Wechselrichter auf, der bei zumindest einem Megawatt arbeitet.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Leistungsumwandlungssystems 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, das einen adaptiven DC-DC-Wandler (Gleichspannungswandler) 32 aufweist, der zwei Schalter 14 umfasst, wobei jeder Schalter durch einen Explosionsschutzschirm in jedem Zweig des adaptiven DC-DC-Wandlers 32 ausreichend isoliert ist. Zum besseren Verständnis der Erfindung wird der Betrieb des oben beschriebenen Leistungswandlers 12 mit Bezug auf ein Solar-Leistungsumwandlungssystem 10 erörtert, das den DC-DC-Wandler 32 in der ersten Stufe 22 und einen DC-AC-Wandler 32 in der zweiten Stufe des Leistungswandlers 12 umfasst. Das Solar-Leistungsumwandlungssystem 10 weist eine Solar-Leistungsquelle 26 auf, die Gleichspannungs-Eingangsleistung erzeugt, die in den DC-DC-Wandler 32 im Leistungswandler 12 gespeist wird. In dem spezifischen Beispiel weist der DC-DC-Wandler 32 mindestens zwei Zweige auf (beispielhaft als drei Zweige 36, 38 und 40 dargestellt), die parallel angeschlossen sind. Jeder Zweig weist mindestens zwei Explosionsschirm-ummantelte Schalter 14 auf, die am Mittelpunkt mit der Solar-Leistungsquelle 26 verbunden werden können. In einer Ausführungsform weist jeder Zweig mindestens zwei Explosionsschirmummantelte Schalter 14 auf. In einer anderen Ausführungsform können mehr als zwei Schalter pro Zweig verwendet werden. Der DC-DC-Wandler 32 ist mit dem Controller 30 verbunden, der den Betrieb der Schalter 14 durch Verschränken bzw. Überlappen der Gleichspannungsleistung, die von jedem der drei Zweige 36, 38 und 40 erzeugt wird, steuert, um die kombinierte Gleichspannungs-Ausgangsleistung bereitzustellen.
  • Im Betrieb passt der Controller 30 nach einem Ausfall wenigstens eines der Schalter die Schaltzeit der übrigen Schalter an, um eine verringerte kombinierte Gleichspannungs-Ausgangsleistung bereitzustellen. Wenn in der spezifischen Ausführungsform, in der jeder Zweig genau zwei Schalter 14 aufweist, mindestens einer von den Schaltern 42 in dem mindestens einen Zweig 38 ausgefallen ist, wird der gesamte Zweig 38 unbrauchbar gemacht, und der Controller passt die Ansteuerung der übrigen Zweige 36 und 40 so an, dass eine reduzierte kombinierte Gleichspannungs-Ausgangsleistung bereitgestellt wird. Auch wenn einer der Zweige 38 ausgefallen ist, können die übrigen Zweige 36 und 40 in dieser Ausführungsform trotzdem noch bei voller Leistung arbeiten und die verringerte kombinierte Gleichspannungsleistung bereitstellen, die von den übrigen Zweigen 38 und 40 erzeugt wird. In dieser Ausführungsform betätigt der Controller 30 jeden der verbliebenen Schalter, um einen ausgeglichenen Gleichspannungs-Ausgangsleistungspegel von jedem der verbliebenen Zweige 36 und 40 bereitzustellen. Falls ein Zweig ganz ausfällt und außer Betrieb genommen werden muss, verteilt der Controller außerdem die Betriebszeit der verbliebenen
  • Schalter so, dass die verbliebenen Schalter in gleichmäßigen Zeitabständen arbeiten, ohne einen leeren Zeitschlitz des ausgefallenen Zweiges zu hinterlassen, um eine verringerte oder minimale Welligkeit (Gleichspannungsrippel) zu ermöglichen. In Fällen, in denen alle oder zu viele Zweige einen Schalterausfall erlitten haben, so dass es nicht möglich ist, ein ausgeglichenes Gleichspannungs-Ausgangsleistungsniveau bereitzustellen, kann es nötig sein, dass der Controller 30 den Betrieb des DC-DC-Wandlers 32 unterbrechen muss.
  • Die kombinierte Gleichspannungs-Ausgangsleistung von dem DC-DC-Wandler 32 wird dann auf den Wechselrichter (DC-AC-Wandler) 34 übertragen, um die kombinierte Gleichspannungs-Ausgangsleistung in die Ausgangsleistung umzuwandeln.
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung des Solar-Leistungsumwandlungssystems 10, das einen adaptiven DC-DC-Wandler 32 und einen adaptiven DC-AC-Wandler (Wechselrichter) 34 aufweist, wobei gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung redundante Schalter enthalten sind. In der Ausführungsform von 4 weisen der DC-DC-Wandler 32 und der DC-AC-Wandler 34 jeweils zwei Gruppen 44 und 46 von Schaltern, die elektrisch parallel angeschlossen sind, in jedem Zweig der jeweiligen Leistungswandler 32 und 34 auf.
  • Der DC-DC-Wandler 32 weist in jedem Zweig des DC-DC-Wandlers 32 zwei Gruppen 44 und 46 von Explosionsschirm-ummantelten Schaltern 14 auf, die elektrisch parallel angeschlossen sind, und wandelt die Gleichspannungs-Eingangsleistung in die kombinierte Gleichspannungs-Ausgangsleistung um. Der Controller 30 steuert den Betrieb der mehreren Explosionsschirm-ummantelten Schalter 14, um die Eingangsleistung in die kombinierte Gleichspannungsleistung umzuwandeln. Der Controller 30 konfiguriert den Schaltbetrieb der Schalter 14 um, um die kombinierte Gleichspannungsleistung nach Ausfall mindestens eines der Schalter 48 in mindestens einer der Gruppen 44 und 46 in einem oder mehreren Zweigen des DC-DC-Wandlers 32 anzupassen. Wenn nur ein einzelner Schalter, beispielsweise der Schalter 48 in 4, in einer bestimmten Gruppe ausfällt, dann muss in dieser Ausführungsform nicht der gesamte Zweig außer Betrieb genommen werden. Statt dessen kann eine Gate-Ansteuerung angepasst werden, um den Verlust des Schalters auszugleichen und um außerdem die Werte der erwarteten elektrischen Ströme, die in den Steuerungen des DC-DC-Wandlers 32 verwendet werden, anzupassen. Wenn in dieser Ausführungsform einer der Schalter, beispielsweise 48, ausgefallen ist, arbeitet der Zweig 36 (3) mit verringerter Leistung und die übrigen Zweige 36 (3) und 40 (3) können optional mit voller Leistung arbeiten, um die reduzierte kombinierte Gleichstromleitung zu liefern. Falls eine ganze Gruppe 44 oder 46 eines Zweigs des DC-DC-Wandlers 32 ausfällt, ist dieser Zweig nicht mehr brauchbar, und die mit Bezug auf 3 erörterten Anpassungen können angewendet werden. In Fällen, in denen alle oder zu viele Gruppen von Zweigen Schalterausfälle haben, so dass es nicht möglich ist, ein ausgeglichenes Gleichspannungs-Ausgangsleistungsniveau bereitzustellen, kann es nötig sein, dass der Controller 30 den Betrieb des DC-DC-Wandlers 32 unterbrechen muss.
  • Der DC-AC-Wandler 34 empfängt die kombinierte Gleichspannungsleistung von dem DC-DC-Wandler 32 und wandelt die kombinierte Gleichspannungsleistung in eine Wechselspannungsleistung um. Der DC-AC-Wandler 34 weist mindestens zwei Zweige auf, die parallel angeschlossen sind. Jeder Zweig weist mindestens zwei Gruppen 50 und 52 von Explosionsschirm-ummantelten Schaltern auf, die in Reihe angeschlossen sind. Jede von den mindestens zwei Gruppen 50 und 52 weist mehrere Explosionsschirmummantelte Schalter 14 auf, die elektrisch parallel zueinander angeschlossen sind. Der Controller 30 steuert die Schalter 14, um eine kombinierte Wechselspannungs-Ausgangsleistung bereitzustellen. Im Betrieb passt der Controller 30 beim Ausfall mindestens eines der Schalter 54 in mindestens einer der beiden Gruppen von Schaltern 52 die Wechselspannungs-Ausgangsleistung an, die von jedem Phasenzweig erzeugt wird, um eine reduzierte kombinierte Wechselspannungsleistung bereitzustellen. Da die Höhe der Spannung, die der betroffene Zweig erzeugen kann, verringert ist, kann der Controller 30 in einer Ausführungsform auch die übrigen Zweige bei verringerter Leistung betreiben, um eine besser ausgeglichene Wechselspannungs-Ausgangsleistung bereitzustellen. In einer speziellen Ausführungsform unterbricht der Controller 30 den Betrieb des DC-AC-Wandlers 34 nach Ausfall von jedem der Schalter von mindestens einer Gruppe von den beiden Gruppen 50 und 52. In Fällen, in denen alle oder zu viele Gruppen von Zweigen Ausfälle von einigen ihrer Schalter aufweisen, so dass es nicht möglich ist, einen ausgeglichenen Wechselspannungs-Ausgangsleistungspegel bereitzustellen, kann es vorkommen, dass der Controller den Betrieb des DC-AC-Wandlers 34 unterbrechen muss.
  • Die verschiedenen Ausführungsformen des oben beschriebenen Solar-Leistungserzeugungssystems schaffen ein effizienteres und zuverlässigeres Solar-Leistungserzeugungssystem. Das oben beschriebene System ermöglicht eine längere Betriebszeit des Leistungswandlers und verringert Schäden an dem Leistungswandler, was den Wartungsaufwand verringert.
  • Es ist zu verstehen, dass ein Fachmann die Austauschbarkeit verschiedener Merkmale aus unterschiedlichen Ausführungsformen erkennen wird, und dass die verschiedenen beschriebenen Merkmale, ebenso wie andere bekannte Äquivalente jedes Merkmals, von einem Durchschnittsfachmann kombiniert und aufeinander abgestimmt werden können, um zusätzliche Systeme und Verfahren gemäß Grundlagen der vorliegenden Offenbarung zu konstruieren. Daher ist es zu verstehen, dass die beigefügten Ansprüche all derartige Modifizierungen und Änderungen, die im wahren Rahmen der Erfindung enthalten sind, abdecken sollen.
  • Obwohl hierin nur bestimmte Merkmale der Erfindung dargestellt und beschrieben worden sind, werden sich für einen Fachmann zahlreiche Änderungen und Modifizierungen erschließen. Daher ist es zu verstehen, dass die beigefügten Ansprüche all diese Modifizierungen und Änderungen, die in dem wahren Rahmen der Erfindung enthalten sind, abdecken sollen.
  • Ein Leistungswandler weist mehrere Schalter auf, die elektrisch miteinander verbunden sind, um Eingangsleistung in Ausgangsleistung umzuwandeln. Jeder der Schalter ist ausreichend isoliert, um benachbarte Schalter beim Ausfall eines oder mehrerer Schalter zu schützen. Der Leistungswandler weist außerdem einen Controller auf, der den Betrieb von Schaltern neu konfigurieren kann, um nach einem Schalterausfall zumindest einen Teilbetriebsmodus zu ermöglichen.

Claims (19)

  1. Leistungswandler, aufweisend: mehrere Schalter, die elektrisch miteinander verbunden sind, um Eingangsleistung in Ausgangsleistung umzuwandeln, wobei jeder von der mehreren Schalter ausreichend isoliert ist, um benachbarte Schalter nach Ausfall eines oder mehrerer von den mehreren Schaltern zu schützen; und einen Controller zum Neukonfigurieren des Betriebs der mehreren Schalter, um nach Ausfall des einen oder der mehreren Schalter zumindest einen Teilbetriebsmodus zu ermöglichen.
  2. Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei die mehreren Schalter elektrisch verbunden sind, um einen zweistufigen Leistungswandler zu bilden.
  3. Leistungswandler nach Anspruch 2, wobei die beiden Stufen eine erste Stufe, die eine AC-DC-Wandlerstufe oder eine DC-DC-Wandlerstufe umfasst, und eine zweite Stufe, die eine DC-AC-Wandlerstufe umfasst, beinhalten.
  4. Leistungswandler nach Anspruch 2 oder 3, wobei jede Stufe des Leistungswandlers drei Zweige umfasst.
  5. Leistungswandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mehreren Schalter bipolare Transistoren mit isolierten Gate-Elektroden umfassen.
  6. Leistungswandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mehreren Schalter durch Einschließen jedes der mehreren Schalter in einem Explosionsschirm ausreichend isoliert sind.
  7. Leistungswandler nach Anspruch 6, wobei der Explosionsschirm ein Fasermaterial, ein Verbundmaterial oder Kombinationen davon umfasst.
  8. Leistungsumwandlungssystem, aufweisend: einen DC-DC-Leistungswandler, der mindestens zwei Zweige aufweist, die parallel angeschlossen sind, wobei jeder Zweig mindestens zwei Schalter aufweist, die an einem Mittelpunkt an eine Gleichspannungs-Leistungsquelle angeschlossen werden können und ausreichend isoliert sind, um benachbarte Schalter nach Ausfall von einem oder mehreren der Schalter zu schützen; und einen Controller zur Steuerung der Betriebszeit der Schalter von den mindestens zwei Zweigen, um eine kombinierte Gleichspannungs-Ausgangsleistung bereitzustellen, und zur Anpassung der Betriebszeit von mindestens den Schaltern der übrigen der mindestens zwei Zweige nach Ausfall mindestens eines der Schalter in einem von den mindestens zwei Zweigen, um eine reduzierte kombinierte Gleichspannungs-Ausgangsleistung bereitzustellen.
  9. System nach Anspruch 8, wobei jeder Zweig des Leistungswandlers genau zwei Schalter aufweist, und wobei der Controller so konfiguriert ist, dass er nach Ausfall von mindestens einem der Schalter in mindestens einem Zweig die Betriebszeit der übrigen Zweige anpasst, um die reduzierte kombinierte Gleichspannungsleistung bereitzustellen.
  10. System nach Anspruch 8 oder 9, wobei jeder Zweig des Leistungswandlers eine erste Gruppe von Schaltern, die parallel auf einer Seite von dem Mittelpunkt angeschlossen sind, und eine zweite Gruppe von Schaltern, die auf der anderen Seite von dem Mittelpunkt parallel angeschlossen sind, aufweist.
  11. System nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Controller ferner konfiguriert ist, um jeden von den übrigen Schaltern so zu betätigen, dass ein verringertes Maß an Welligkeit der Gleichspannungs-Ausgangsleistung erzielt wird.
  12. System nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei der DC-DC-Leistungswandler mit einer Solar-Leistungsquelle verbunden ist.
  13. System nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei jeder von den mindestens zwei Schaltern durch Einschließen jedes von den Schaltern in einem Explosionsschirm ausreichend isoliert ist.
  14. Leistungsumwandlungssystem, aufweisend: einen DC-AC-Wandler, der mindestens zwei Phasenzweige aufweist, die parallel angeschlossen sind, wobei jeder Zweig mindestens zwei Gruppen von Schaltern aufweist, die in Reihe angeschlossen sind, wobei jede von den mindestens zwei Gruppen mehrere Schalter aufweist, die elektrisch parallel zueinander angeschlossen sind und ausreichend isoliert sind, um benachbarte Schalter nach Ausfall von einem oder mehreren der Schalter zu schützen; und einen Controller zur Steuerung einer kombinierten Wechselspannungs-Ausgangsleistung durch Anpassen der Wechselspannungsleistung, die von jedem Phasenzweig erzeugt wird, nach Ausfall mindestens eines von den Schaltern in mindestens einer von den beiden Schaltergruppen.
  15. System nach Anspruch 14, wobei der Controller so konfiguriert ist, dass er den Zweig, der mindestens einen von den ausgefallenen Schaltern aufweist, betätigt, um eine reduzierte Wechselspannungs-Ausgangsleistung bereitzustellen.
  16. System nach Anspruch 14 oder 15, wobei der Controller ferner so konfiguriert ist, dass er die übrigen Schalter der mindestens einen Gruppe jedes Zweigs so steuert, dass eine ausgeglichene Wechselspannungs-Ausgangsleitung bereitgestellt wird, um eine reduzierte kombinierte Wechselspannungsleistung bereitzustellen.
  17. System nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei der Controller so konfiguriert ist, dass er den Betrieb des DC-AC-Wandlers unterbricht, wenn jeder von den mehreren Schaltern von mindestens einer Gruppe von den beiden Gruppen ausgefallen ist.
  18. System nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei der DC-AC-Wandler mit einer Quelle für erneuerbare Energie verbunden ist.
  19. System nach einem der Ansprüche 14 bis 18, das ferner Explosionsschutzschirme zum Isolieren jedes von den Schaltern aufweist.
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