本發(fā)明涉及用來保護功率轉(zhuǎn)換器布置的方法和具有保護裝置的功率轉(zhuǎn)換器布置，具體而言，涉及用來停用用于功率轉(zhuǎn)換器布置的基于晶閘管的保護裝置的方法和裝置。

背景技術(shù)：

功率轉(zhuǎn)換器布置在尤其用于發(fā)電機和馬達驅(qū)動的許多應(yīng)用中使用。功率轉(zhuǎn)換器布置通常包括其直流(dc)側(cè)連接到dc中間電路的功率轉(zhuǎn)換器，dc中間電路的交流(ac)側(cè)與諸如例如旋轉(zhuǎn)電機或變壓器的ac電壓電網(wǎng)和/或電氣負載連接，并且功率轉(zhuǎn)換器具有能夠在高頻率可控切換以將dc中間電路的dc電壓轉(zhuǎn)換成多相ac電壓以向ac側(cè)饋送的可控切換元件?？刂破饕赃m合應(yīng)用的方式控制功率轉(zhuǎn)換器的操作。

諸如例如雙饋感應(yīng)電機(dfim)的高功率可變速率異步機頻繁地從轉(zhuǎn)子側(cè)受到控制以降低電子功率轉(zhuǎn)換器的額定功率。功率轉(zhuǎn)換器通常用來間接通過轉(zhuǎn)子電流的控制來控制異步機的定子的有功功率和無功功率。與在定子側(cè)具有ac/dc/ac轉(zhuǎn)換器的所謂全功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)相比，此類系統(tǒng)具有大的優(yōu)勢，因為僅機器的轉(zhuǎn)差功率必須通過功率轉(zhuǎn)換器來操控。因此，取決于轉(zhuǎn)子速度范圍，對于僅機器的一部分額定功率，通常不到25%的額定功率,轉(zhuǎn)子側(cè)功率轉(zhuǎn)換器能夠被定尺寸。在例如由轉(zhuǎn)子電壓中強擾動造成的瞬變情況中，比如例如，如果存在線路電壓中的電壓突降、短路及諸如此類，與在給定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差率引起的正常轉(zhuǎn)子電壓相比，轉(zhuǎn)子中引起的電壓能夠達到極高值。相應(yīng)地，轉(zhuǎn)子側(cè)功率轉(zhuǎn)換器能夠暴露于極高浪涌轉(zhuǎn)子電流瞬變，該瞬變能夠大幅超過功率轉(zhuǎn)換器開關(guān)的穩(wěn)態(tài)值和標(biāo)稱負載容量。如果dc母線電壓或轉(zhuǎn)子電流超過某些安全限制，則必須阻止功率轉(zhuǎn)換器開關(guān)的切換，并且必須激活過電壓保護，所謂的短路器。保護短路器有效地使轉(zhuǎn)子端子短路，使得功率轉(zhuǎn)換器中的電流能夠快速地降為零。保護短路器頻繁使用三相晶閘管橋、具有反并聯(lián)晶閘管或二極管的開關(guān)或在dc側(cè)上的三相二極管橋和單晶閘管構(gòu)建。萬一過電壓保護被開啟，則它通常保持激活，直至轉(zhuǎn)子與電網(wǎng)分離。

為滿足今天的電網(wǎng)連接要求，有必要盡可能快地恢復(fù)正常功率轉(zhuǎn)換器操作。用于實現(xiàn)此操作的一個選擇是要暫時中斷正常功率轉(zhuǎn)換器切換如果高瞬變電流超過預(yù)確定的限制的話,并且允許轉(zhuǎn)子電流繼續(xù)流過續(xù)流二極管，并且為在dc母線上的中間電路電容器充電。然后通過將來自中間電路的過多能量耗散到在其中將能量變換成熱的制動電阻器的制動斬波器，能夠控制功率轉(zhuǎn)換器的dc中間電路電壓。這能夠阻止中間電路電壓上升到不允許值，并且損毀電路的中間電路電容器或其它組件。因此，附加電阻器被有效地插入到轉(zhuǎn)子電路中，這產(chǎn)生了各種優(yōu)勢，比如例如轉(zhuǎn)子瞬變電流的降低、轉(zhuǎn)子的改進功率因數(shù)（增大的扭矩產(chǎn)生）及轉(zhuǎn)子瞬變電流的非周期性分量的更快衰退（更小的轉(zhuǎn)子時間常數(shù)）。一旦轉(zhuǎn)子浪涌電流被降低，則關(guān)斷制動斬波器，并且能夠恢復(fù)功率轉(zhuǎn)換器的正常切換。這允許在瞬變事件后以極小延遲恢復(fù)轉(zhuǎn)子電流控制。

此解決方案的主要缺點是功率轉(zhuǎn)換器的續(xù)流二極管和制動斬波器必須大幅高估以處理瞬變轉(zhuǎn)子浪涌電流。續(xù)流二極管和制動斬波器必須頻繁并聯(lián)以提供必需的浪涌電流額定。不要求增大功率轉(zhuǎn)換器的浪涌電流額定的備選解決方案涉及在與功率轉(zhuǎn)換器的并聯(lián)中添加配有制動斬波器和電阻器的附加二極管橋。一旦功率轉(zhuǎn)換器的電流或dc總線電壓超過其限制，外部制動斬波器便能夠被激活以吸收部分的轉(zhuǎn)子電流，緩解功率轉(zhuǎn)換器。在功能上，在功率轉(zhuǎn)換器內(nèi)或外提供的制動斬波器之間不存在本質(zhì)差別。

將相對很少使用并聯(lián)外部橋，并且只在產(chǎn)生功率轉(zhuǎn)換器本身不能處理的過多轉(zhuǎn)子電流的定子側(cè)瞬變期間使用并聯(lián)外部橋考慮在內(nèi)，在高功率應(yīng)用中，將外部二極管橋和制動斬波器替換成晶閘管橋或二極管橋和晶閘管開關(guān)在技術(shù)上和經(jīng)濟上是無可非議的。在此情況下，通過點火外部橋的晶閘管或多個晶閘管來控制外部制動電阻器的接通。不幸地，一旦晶閘管被激活，在轉(zhuǎn)子電流自然或強制降到零前，它們便不能被關(guān)斷。由于轉(zhuǎn)子瞬變電流能夠包含dc和低頻分量兩者，因此，轉(zhuǎn)子電流可能在延長時間期內(nèi)沒有任何零交叉，并且晶閘管關(guān)斷時間不能被精確控制或保證。這能夠潛在成為問題，因為由于不能在轉(zhuǎn)子瞬變電流已降到足夠低，使得能夠恢復(fù)正常操作和機器電流控制后立即停用外部制動橋，恢復(fù)正常功率轉(zhuǎn)換器操作可能被延遲。因此，重要的是提供在能夠恢復(fù)正常功率轉(zhuǎn)換器操作時，將可靠地強制晶閘管關(guān)斷的方法。

利用功率轉(zhuǎn)換器橋的完全可控制開關(guān)幫助在外部整流器中關(guān)斷晶閘管是已知的。例如，wo2004/091085a1描述了用于具有若干可控開關(guān)的功率轉(zhuǎn)換器裝置的保護裝置和保護方法，保護裝置具有連接到功率轉(zhuǎn)換器的ac側(cè)并且包括通過二極管實現(xiàn)的三相整流器橋和保護開關(guān)與包括串聯(lián)耦合的多個二極管的輔助換向部件的串聯(lián)電路的外部保護電路。串聯(lián)電路連接在整流器橋的正極和負極之間，并且保護開關(guān)是晶閘管。在檢測到電路中超過某些條件的錯誤時，保護裝置打開功率轉(zhuǎn)換器開關(guān)，并且觸發(fā)晶閘管保護開關(guān)以便閉合它。這有效地使轉(zhuǎn)子電路短路，使得短路電流從轉(zhuǎn)子流過保護開關(guān)并且流到保護電路。一旦保護裝置檢測到錯誤條件已結(jié)束，它便閉合三相功率轉(zhuǎn)換器電路的所有三個更低開關(guān)，這將使ac電壓的所有三個相位短路，并且將它們與dc中間電路的負母線軌連接。在通常用于控制基于脈寬調(diào)制(pwm)來控制旋轉(zhuǎn)電機的空間矢量調(diào)制中，后一步驟對應(yīng)于由功率轉(zhuǎn)換器應(yīng)用零電壓矢量或無源電壓矢量，因為在ac電壓的相位之間不可測量的兩線間的電壓。這不同于在其它制動開關(guān)位置中輸出的有功電壓矢量或非零電壓矢量，其隨后導(dǎo)致在相位之間與零不同的兩線間的電壓。因此，由功率轉(zhuǎn)換器使用零電壓矢量基本上使外部整流器橋短路，其中，功率轉(zhuǎn)換器實際上接管整個轉(zhuǎn)子電流，在這之后，通過為并聯(lián)連接到輔助換向裝置的附加電容器放電來確保晶閘管保護開關(guān)的關(guān)斷。

wo2012/019834a2公開了用來操作轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)用于切換至少三個電壓電平的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)和方法，其中，提供了包括經(jīng)由晶閘管橋供應(yīng)的外部制動電阻器的旁路電路。在其中通過轉(zhuǎn)換器單元的電流超過預(yù)確定的閾值的故障的情況下，通過應(yīng)用接通信號來接通晶閘管，使得通過外部電阻器使轉(zhuǎn)換器單元的ac側(cè)旁路。外部晶閘管橋以兩步驟來關(guān)斷：首先，由轉(zhuǎn)換器應(yīng)用零電壓矢量，有效地使外部晶閘管橋短路，以重新引導(dǎo)電流到轉(zhuǎn)換器，并且實質(zhì)上降低晶閘管電流。然后，通過閉合兩個輔助功率開關(guān)，將晶閘管橋連接（經(jīng)由輔助電阻器）到dc中間電路，并且通過跨晶閘管應(yīng)用反向電壓，關(guān)斷晶閘管橋。

在現(xiàn)有技術(shù)中，在關(guān)斷晶閘管時，以無源方式使用功率轉(zhuǎn)換器以減輕外部整流器的電流，產(chǎn)生短路，同時通過附加的部件，比如例如通過附加的dc側(cè)電容器或輔助開關(guān)確保實際晶閘管開關(guān)關(guān)斷。這增大了用于保護裝置的電路系統(tǒng)及還用于保護方法的費用。存在用來降低此費用的需要。

本發(fā)明的目的是消除現(xiàn)有技術(shù)的缺點，并且提供用來保護功率轉(zhuǎn)換器布置的改進的方法和改進的裝置。具體而言，本發(fā)明的目的是提供用來保護功率轉(zhuǎn)換器布置的方法和具有保護裝置的功率轉(zhuǎn)換器布置，其允許以小的延遲并且以降低的費用來停用保護裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

這分別采用用來保護功率轉(zhuǎn)換器布置的方法并且采用具有獨立權(quán)利要求1和11的特征的功率轉(zhuǎn)換器布置而得以實現(xiàn)。特別是本發(fā)明的優(yōu)選實施例是從屬權(quán)利要求的主題。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用來保護功率轉(zhuǎn)換器布置的方法。功率轉(zhuǎn)換器裝置具有功率轉(zhuǎn)換器裝置,其具有與dc中間電路連接的dc側(cè)、交流(ac)側(cè)和能夠在較高頻率可控切換以將dc中間電路的dc電壓轉(zhuǎn)換成多相ac電壓以向ac側(cè)饋送的可控切換元件。方法提供保護裝置，其能夠被激活和停用，以通過將具有整流器元件（其至少之一由晶閘管形成）的整流器電路連接到功率轉(zhuǎn)換器裝置的ac側(cè)，并且將旁路分支連接到整流器電路的dc側(cè)來保護功率轉(zhuǎn)換器裝置免于過載，旁路分支具有在必需時用來將從功率轉(zhuǎn)換器裝置的ac側(cè)耗散的能量變換成熱能的制動電阻器。方法也規(guī)定，萬一檢測到預(yù)確定的錯誤情況，則觸發(fā)整流器電路的晶閘管以使其接通，激活保護裝置，借助于整流器電路，把來自功率轉(zhuǎn)換器裝置的ac側(cè)的ac電壓能量整流，并將它饋送到包含制動電阻器的旁路分支。方法也規(guī)定，如果檢測到預(yù)確定的錯誤情況消失，則通過結(jié)束晶閘管的觸發(fā)，并且主動控制功率轉(zhuǎn)換器裝置的切換元件產(chǎn)生適合的極性和幅度的電壓脈沖序列，以充當(dāng)應(yīng)用到保護裝置以便強制電流從保護裝置換向到功率轉(zhuǎn)換器裝置的晶閘管關(guān)斷序列來關(guān)斷整流器電路的晶閘管以停用保護裝置。

因此，根據(jù)本發(fā)明，通過輸出非零電壓矢量，由功率轉(zhuǎn)換器從ac電壓(ac)側(cè)主動關(guān)斷具有包含在其中的晶閘管和制動電阻器的外部整流器橋。在結(jié)束晶閘管柵電流的應(yīng)用后立即通過具有晶閘管開關(guān)的整流器橋應(yīng)用有源（非零）電壓脈沖的特殊序列能夠在所有操作條件下快速并且安全地強制晶閘管關(guān)斷，并且強制電流換向到功率轉(zhuǎn)換器。為此，本發(fā)明方法將功率轉(zhuǎn)換器拓撲和有關(guān)晶閘管的傳導(dǎo)狀態(tài)的知識考慮在內(nèi)，合成并且使用在優(yōu)化晶閘管關(guān)斷序列中的有源電壓矢量，以強制整流器橋中的晶閘管關(guān)斷，同時對其組件放置最小壓力。

特別是本發(fā)明方法的優(yōu)選實施例能夠具有下面的一項或多項：

方法能夠規(guī)定，如果檢測到預(yù)確定的錯誤情況，則控制功率轉(zhuǎn)換器裝置的閉合的切換元件打開，并且然后保持所有切換元件打開，直至檢測到預(yù)確定的錯誤情況消失或不存在。這在錯誤情況期間保護了切換元件，特別是諸如igbt、mosfet、晶閘管的半導(dǎo)體裝置或類似裝置。

晶閘管關(guān)斷序列具體而言能夠基于有關(guān)整流器電路的個別晶閘管的傳導(dǎo)或非傳導(dǎo)狀態(tài)的知識產(chǎn)生。為此，優(yōu)選是監(jiān)測（即，從功率轉(zhuǎn)換器布置和轉(zhuǎn)子的其它感測電流直接測量或推導(dǎo)）保護裝置中電流的極性和幅度，以確定具有用來關(guān)斷晶閘管的要求的極性和幅度的電壓脈沖的適合序列。所監(jiān)測的電流也能夠用來檢測預(yù)確定的錯誤情況的發(fā)生或出現(xiàn)和不存在或消失，比如例如，在例如在泵存儲系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電廠中在用于雙饋感應(yīng)電機的控制的優(yōu)選應(yīng)用中定子電壓的強擾動的情況下的極強瞬變浪涌電流。優(yōu)選地，能夠直接測量從ac側(cè)上相應(yīng)在相位線流到整流器橋的整流器分支的電流。

在本發(fā)明的有利實施例中，為提供浪涌保護，另外提供監(jiān)測功率轉(zhuǎn)換器裝置的中間dc電路電壓并且保護它的內(nèi)部制動斬波器裝置。制動斬波器裝置具有將dc中間電路中過多的能量變換成熱能的至少一個內(nèi)部制動電阻器和例如通過脈寬調(diào)制(pwm)控制的至少一個開關(guān)。在錯誤的情況下，如果太多電流被引入到dc母線中，并且不能饋送到電網(wǎng)中，例如使得中間電路電壓上升到不允許的電平，則開關(guān)能夠通過pwm進行控制，以選擇性地允許流過至少一個內(nèi)部制動電阻器的電流以便在制動電阻器中消耗過多的能量。一旦制動斬波器裝置的開關(guān)的占空比達到至少幾乎100%，即，開關(guān)基本上連續(xù)閉合，并且這不足以限制dc母線電壓中的上升，僅激活保護裝置。一旦保護裝置被激活，制動斬波器電路的內(nèi)部制動電阻器和保護裝置的外部制動電阻器便并聯(lián)工作供過多能量的有效地消耗。

為允許這個，功率轉(zhuǎn)換器裝置優(yōu)選也包括將ac側(cè)的ac電壓整流并且將它饋送到dc中間電路的部件。這些部件例如能夠是續(xù)流二極管，每個續(xù)流二極管反并聯(lián)連接到功率轉(zhuǎn)換器裝置的切換元件。此類續(xù)流二極管已經(jīng)在電壓源轉(zhuǎn)換器中與igbt開關(guān)集成。

在上面提及的任何方法的實施例中，電感器能夠進一步布置在功率轉(zhuǎn)換器裝置與保護裝置之間以限制換向電流的變化速率。這減輕了在反向恢復(fù)期間超出晶閘管的安全操作區(qū)域的可能強瞬變和過載。優(yōu)選地，在相位線中提供的適當(dāng)定尺寸的dv/dt濾波電感器能夠用作換向電感器以限制在晶閘管被關(guān)斷時晶閘管電流的變化速率（di/dt率）。

任何上面提及的方法的有利的進一步發(fā)展設(shè)計成以特別仔細的方式關(guān)斷晶閘管，從而對組件產(chǎn)生最小的壓力。這能夠使用各種量度來完成。例如，通過控制功率轉(zhuǎn)換器裝置的切換元件在保護裝置的端子處應(yīng)用具有降低的幅度的電壓脈沖，能夠限制在保護裝置的晶閘管被關(guān)斷時的電流換向速度di/dt。在特別優(yōu)選實施例中，應(yīng)用具有最小可能幅度vconv的電壓脈沖到保護裝置；此幅度通過下面等式控制：

。

在這里，vdc是dc中間電路的電壓，并且m是多電平功率轉(zhuǎn)換器的電壓電平的數(shù)量。在三電平功率轉(zhuǎn)換器(m=3)中，能夠應(yīng)用的最小電壓電平等于中間電路電壓的一半(vdc/2)，而在多于三電平的情況下，存在用來使用更小換向電壓的更大自由度。

在上面提及的實施例中，也有可能在主動關(guān)斷晶閘管前通過應(yīng)用具有降低的幅度的電壓脈沖，將通過旁路分支和具有電阻rdext的外部制動電阻器的電流限制到值i鉗位。這允許采用預(yù)定義的最大電流和最大di/dt速率，以可靠和仔細的方式關(guān)斷晶閘管。在特別優(yōu)選實施例中，應(yīng)用具有最小可能幅度vconv的電壓脈沖將通過外部整流器電路和旁路分支的電流限制成值：

。

在任何上面提及的方法的另一實施例中，應(yīng)用晶閘管關(guān)斷序列能夠涉及在整流器橋連接到的第一相位線與第二相位線之間應(yīng)用具有某個電壓幅度和極性的至少第一電壓脈沖，之后在這些相位線之間應(yīng)用具有反向極性的另一電壓脈沖，以及隨后在相互并聯(lián)連接的第一和第二相位線與整流器橋連接到的第三相位線之間應(yīng)用具有某個電壓幅度和極性的又一電壓脈沖。如果發(fā)現(xiàn)通過外部整流器裝置的電流仍是高的，這能夠后面是在這些相位線之間應(yīng)用最后但具有反向極性的電壓脈沖的又一步驟。應(yīng)用本發(fā)明晶閘管關(guān)斷序列的兩到四個電壓脈沖安全地關(guān)斷外部整流器電路的所有晶閘管。晶閘管關(guān)斷序列的每個應(yīng)用的電壓脈沖的持續(xù)時間優(yōu)選事先被選擇，并且等于至少電流換向時間和使用的晶閘管的阻斷電壓恢復(fù)時間之和。

在上面提及的本發(fā)明方法的任何實施例中，一旦結(jié)束錯誤情況，并且電流已從保護裝置換向到功率轉(zhuǎn)換器裝置，便可恢復(fù)正常操作狀態(tài)，其中，在高頻率優(yōu)選通過脈寬調(diào)制來控制功率轉(zhuǎn)換器裝置的可控切換部件，以轉(zhuǎn)化dc中間電路的直流電壓。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種功率轉(zhuǎn)換器布置，其包括功率轉(zhuǎn)換器裝置、能夠被激活和停用以保護功率轉(zhuǎn)換器裝置免于過載的保護裝置及控制裝置。功率轉(zhuǎn)換器裝置具有與直流(dc)中間電路連接的dc側(cè)、交流(ac)側(cè)和能夠在高頻率可控切換以將dc中間電路的直流電壓轉(zhuǎn)換成多相ac電壓以向ac側(cè)饋送的可控切換元件。保護裝置具有連接到功率轉(zhuǎn)換器裝置的ac側(cè)并且包括整流器元件（至少一些整流器元件是晶閘管）的整流器電路和連接到整流器電路的dc側(cè)的旁路分支，旁路分支具有在必需時用來將從功率轉(zhuǎn)換器裝置的ac側(cè)耗散的能量變換成熱能的制動電阻器?？刂蒲b置配置成控制整流器電路的晶閘管選擇性地接通和關(guān)斷晶閘管，以分別激活或停用保護裝置。在被激活狀態(tài)中，來自功率轉(zhuǎn)換器裝置的ac側(cè)的ac能量借助于整流器電路進行整流，并且被饋送到具有制動電阻器的旁路分支?？刂蒲b置配置成停用保護裝置以通過主動控制功率轉(zhuǎn)換器裝置的切換元件以產(chǎn)生適合的極性和幅度的電壓脈沖序列以便充當(dāng)應(yīng)用到保護裝置來強制電流從保護裝置換向到功率轉(zhuǎn)換器的晶閘管關(guān)斷序列，選擇性地關(guān)斷整流器電路的晶閘管?？刂破髂軌蛲ㄟ^將使用的功率轉(zhuǎn)換器拓撲和晶閘管的檢測到的傳導(dǎo)狀態(tài)考慮在內(nèi)而應(yīng)用非零電壓矢量，在從晶閘管去除柵控制脈沖后立即通過整流器電路應(yīng)用特殊有功電壓矢量以便強制晶閘管關(guān)斷，并且強制電流以輕度主動方式換向到功率轉(zhuǎn)換器，該方式在所有操作條件下對于功率轉(zhuǎn)換器布置的組件是仔細的。

本發(fā)明功率轉(zhuǎn)換器布置的實施例能夠包括根據(jù)本發(fā)明的第一方面的方法的那些實施例，使得上面提及的優(yōu)點也有益于功率轉(zhuǎn)換器布置。功率轉(zhuǎn)換器布置的特別優(yōu)選實施例能夠包括下面的一項或多項：

在一個實施例中，用于激活和停用晶閘管的控制裝置是用于功率轉(zhuǎn)換器裝置的正?？刂破鞯囊徊糠?，其在正常操作模式中在高頻率優(yōu)選通過脈寬調(diào)制控制切換元件以轉(zhuǎn)化dc中間電路的dc電壓。

上面提及的任何類型的控制裝置能夠配置成識別預(yù)確定的錯誤情況，比如例如,由于例如在用于雙饋感應(yīng)電機的轉(zhuǎn)子電路的優(yōu)選應(yīng)用中的強轉(zhuǎn)子電流瞬變并且超過可允許的中間電路dc電壓等而造成的大的浪涌電流，以及因此控制功率轉(zhuǎn)換器裝置的閉合的切換元件以將它們打開，其中，控制裝置然后保持所有切換元件打開，直至它檢測到錯誤情況已消失。

為檢測錯誤情況的發(fā)生和消失，并且為合成和應(yīng)用適合的晶閘管關(guān)斷序列，控制裝置優(yōu)選配置成監(jiān)測在功率轉(zhuǎn)換器布置中電流(包含保護裝置中的電流)的極性和幅度。能夠直接感測從功率轉(zhuǎn)換器裝置的ac側(cè)的相位線流到整流器裝置的整流器分支的電流，或者能夠從在功率轉(zhuǎn)換器布置中感測到的其它電流推導(dǎo)電流。

任何上面提及的功率轉(zhuǎn)換器布置的功率轉(zhuǎn)換器裝置也能夠具有用于將ac側(cè)的ac電壓整流，并且將它饋送到dc中間電路的部件。這些整流的部件能夠?qū)惒綑C的轉(zhuǎn)子電流饋送到dc中間電路中，并且然后進一步通過線路側(cè)功率轉(zhuǎn)換器到電網(wǎng)，或者在制動斬波器中消耗它是特別有效的。

在任何上面提及的功率轉(zhuǎn)換器布置的有利的另外變型中，功率轉(zhuǎn)換器裝置還包括監(jiān)測和保護中間電路電壓的內(nèi)部制動斬波器電路，制動斬波器電路包含將中間電路中的過多能量變換成熱能的至少一個內(nèi)部制動電阻器和選擇性地允許或阻止電流流過至少一個內(nèi)部制動電阻器的至少一個可控開關(guān)。在技術(shù)領(lǐng)域中，存在能夠在這里使用的制動斬波器電路的許多其它已知配置。

在優(yōu)選實施例中，功率轉(zhuǎn)換器布置具有m電平n相位功率轉(zhuǎn)換器，其中，m≥2，并且n≥3。能夠使用例如npc或npp功率轉(zhuǎn)換器的不同功率轉(zhuǎn)換器拓撲的不同修改。

在任何上面提及的功率轉(zhuǎn)換器布置中，電感器能夠布置在功率轉(zhuǎn)換器裝置與保護裝置之間，以限制某些變量的變化速率，比如例如電壓上升率和換向電流的變化速率。

外部整流器電路的至少一些整流器元件能夠是簡單的二極管。優(yōu)選地，整流器電路由多相晶閘管橋形成，其中，所有整流器元件是晶閘管，優(yōu)選是b6晶閘管橋。

在特別優(yōu)選應(yīng)用中，功率轉(zhuǎn)換器布置配置成控制可變速度的雙饋感應(yīng)電機，保護裝置保護感應(yīng)電機的轉(zhuǎn)子電路。

從附圖、描述或從屬權(quán)利要求的有關(guān)本發(fā)明的實施例、方面和優(yōu)點的另外細節(jié)。

本發(fā)明提供一組技術(shù)方案,如下:

1.一種用來保護具有功率轉(zhuǎn)換器裝置(7)的功率轉(zhuǎn)換器布置(3)的方法，所述功率轉(zhuǎn)換器裝置(7)具有與直流(dc)中間電路(11)連接的dc側(cè)(8)、交流(ac)側(cè)(9)和能夠在高頻率可控切換以將所述dc中間電路(11)的dc電壓轉(zhuǎn)換成多相ac電壓的可控切換元件(s1-s9)，所述方法包括：

提供能夠被激活和停用的保護裝置(34)以通過將具有整流器元件的整流器電路(36)連接到所述功率轉(zhuǎn)換器裝置(7)的所述ac側(cè)(9)，并且將旁路分支(45)連接到所述整流器電路(36)的dc側(cè)(8)來保護所述功率轉(zhuǎn)換器裝置(7)免于過載，所述整流器元件的至少一些是晶閘管(thy1-thy6),所述旁路分支具有在必需時用于將從所述功率轉(zhuǎn)換器裝置(7)的所述ac側(cè)(9)耗散的能量變換成熱能的制動電阻器(rbext)；以及

如果檢測到(51)預(yù)確定的錯誤情況，則觸發(fā)(52)所述整流器電路的所述晶閘管以使它們接通來激活所述保護裝置；并且

如果檢測到所述預(yù)確定的錯誤情況消失(53)，則通過結(jié)束(63)所述晶閘管的所述觸發(fā)，并且主動控制(66)所述功率轉(zhuǎn)換器切換元件產(chǎn)生適合的極性和幅度的電壓脈沖序列以充當(dāng)應(yīng)用到所述保護裝置以便強制電流從所述保護裝置換向到所述功率轉(zhuǎn)換器的晶閘管關(guān)斷序列來關(guān)斷(54)所述整流器電路的所述晶閘管以停用所述保護裝置。

2.如技術(shù)方案1所述的方法，其特征在于如果檢測到(53)所述預(yù)確定的錯誤情況，則控制閉合的切換元件打開，并且保持所有切換元件打開，直至檢測到所述預(yù)確定的錯誤情況已消失。

3.如技術(shù)方案1或2所述的方法，其特征在于為產(chǎn)生所述晶閘管關(guān)斷序列，監(jiān)測所述保護裝置中的所述電流的所述極性和幅度，以確定電壓脈沖的適合的序列和極性。

4.如前述技術(shù)方案中的任一項所述的方法，其特征在于還提供了內(nèi)部制動斬波器裝置（32，33），其監(jiān)測和保護中間電路電壓，所述制動斬波器裝置具有將所述中間電路中過多的能量變換成熱能的至少一個內(nèi)部制動電阻器（rb1，rb2）和通過脈寬調(diào)制可控制以允許或阻止電流流過所述至少一個內(nèi)部制動電阻器的至少一個開關(guān)（s10，s11），如果所述至少一個開關(guān)（s10，s11）的占空比達到至少幾乎100%，則所述保護裝置被激活。

5.如前述技術(shù)方案中的任一項所述的方法，其特征在于電感器還布置在所述功率轉(zhuǎn)換器裝置與所述保護裝置之間以限制所述換向電流的變化速率。

6.如前述技術(shù)方案中的任一項所述的方法，其特征在于為在所述保護裝置的所述晶閘管關(guān)斷時限制所述電流換向速度(di/dt)，所述功率轉(zhuǎn)換器裝置的所述切換元件根據(jù)下面等式，應(yīng)用具有降低的幅度，優(yōu)選是具有最小可能幅度vconv的電壓脈沖到所述保護裝置：

，

其中，vdc是所述dc中間電路的正電壓，并且m對應(yīng)于所述多電平功率轉(zhuǎn)換器的電平的數(shù)量。

7.如技術(shù)方案6所述的方法，其特征在于在主動觸發(fā)(66)所述功率轉(zhuǎn)換器裝置的所述切換元件以關(guān)斷所述晶閘管前，通過應(yīng)用具有降低的幅度的電壓脈沖，優(yōu)選是通過應(yīng)用具有最小可能幅度vconv的電壓脈沖，將通過包括所述外部制動電阻器rbext的所述旁路分支的所述電流限制到值i鉗位，使得：

。

8.如前述技術(shù)方案中的任一項所述的方法，其特征在于所述晶閘管關(guān)斷序列的應(yīng)用(66)包括下面步驟：在所述整流器橋連接到的第一相位線與第二相位線之間應(yīng)用具有某個電壓幅度和極性的第一電壓脈沖；在這些相位線之間可選地應(yīng)用具有相反極性的另一電壓脈沖，以及(iii)隨后在相互并聯(lián)連接的所述第一和第二相位線與所述整流器橋連接到的第三相位線之間應(yīng)用具有某個電壓幅度和極性的又一個電壓脈沖，可選地后面是在這些相位線之間的相反極性的電壓脈沖。

9.如前述技術(shù)方案中的任一項所述的方法，其特征在于將所述晶閘管關(guān)斷序列的每個應(yīng)用的電壓脈沖的持續(xù)時間預(yù)選擇成等于至少電流換向時間和使用的所述晶閘管的恢復(fù)時間之和。

10.如前述技術(shù)方案中的任一項所述的方法，其特征在于一旦所述錯誤情況過去，并且所述電流已從所述保護裝置換向到所述功率轉(zhuǎn)換器裝置，便恢復(fù)正常操作模式，其中在高頻率優(yōu)選通過脈寬調(diào)制來控制所述功率轉(zhuǎn)換器裝置的所述可控切換元件，以轉(zhuǎn)化所述dc中間電路的所述dc電壓。

11.一種功率轉(zhuǎn)換器布置，包括：

功率轉(zhuǎn)換器裝置(7)，其具有與直流(dc)中間電路(11)連接的dc側(cè)(8)、交流(ac)電壓側(cè)(9)和能夠在高頻率可控切換以將所述dc中間電路(11)的dc電壓轉(zhuǎn)換成多相ac電壓以向所述ac側(cè)(9)饋送的可控切換元件(s1-s9)；

能夠被激活和停用的保護裝置(34)，其用來保護所述功率轉(zhuǎn)換器裝置(7)免于過載，所述保護裝置(34)具有連接到所述功率轉(zhuǎn)換器裝置(7)的所述ac側(cè)(9)并且具有整流器元件的整流器電路(36)和連接到所述整流器電路(36)的dc側(cè)(8)的旁路分支(45)，所述整流器元件的至少一些是晶閘管(thy1-thy6),所述旁路分支具有在必需時用于將從所述功率轉(zhuǎn)換器裝置(7)的所述ac側(cè)(9)耗散的能量變換成熱能的制動電阻器(rbext)；以及

控制裝置(46)，用于控制所述整流器電路(36)的所述晶閘管(thy1-thy6)，以選擇地接通和關(guān)斷所述晶閘管以便分別激活或停用所述保護裝置(34)；

所述控制裝置(46)配置成通過主動控制所述功率轉(zhuǎn)換器裝置(7)的所述切換元件(s1-s9)以產(chǎn)生適合的極性和幅度的電壓脈沖序列來充當(dāng)應(yīng)用到所述保護裝置(34)來強制所述電流從所述保護裝置(34)換向到所述功率轉(zhuǎn)換器(7)的晶閘管關(guān)斷序列，選擇地關(guān)斷所述整流器電路(36)的所述晶閘管(thy1-thy6)以停用所述保護裝置。

12.如技術(shù)方案11所述的功率轉(zhuǎn)換器布置，其特征在于所述控制裝置(46)是用于所述功率轉(zhuǎn)換器裝置(7)的所述控制器的一部分，其在正常操作模式中在高頻率優(yōu)選通過脈寬調(diào)制控制所述切換元件(s1-s9)以轉(zhuǎn)化所述dc中間電路的所述dc電壓。

13.如技術(shù)方案11或12所述的功率轉(zhuǎn)換器布置，其特征在于所述控制裝置(46)配置成識別預(yù)確定的錯誤情況，并且因此配置成控制閉合的切換元件(s1-s9)以將它們打開，并且保持所有切換元件打開，直至它檢測到所述錯誤情況已消失。

14.如技術(shù)方案11-13中的任一項所述的功率轉(zhuǎn)換器布置，其特征在于所述控制裝置(46)配置成監(jiān)測所述保護裝置(34)中的所述電流的所述極性和幅度。

15.如技術(shù)方案11-14中的任一項所述的功率轉(zhuǎn)換器布置，其特征在于所述功率轉(zhuǎn)換器裝置(7)還包括用于將所述ac側(cè)(9)的所述ac電壓整流，并且將它饋送到所述dc中間電路(11)的部件(d1-d6)。

16.如技術(shù)方案11-15中的任一項所述的功率轉(zhuǎn)換器布置，其特征在于所述功率轉(zhuǎn)換器裝置(7)具有m電平n相位功率轉(zhuǎn)換器，其中，m>=2，并且n>=3。

17.如技術(shù)方案11-16中的任一項所述的功率轉(zhuǎn)換器布置，其特征在于所述功率轉(zhuǎn)換器裝置(7)具有監(jiān)測和保護中間電路電壓的內(nèi)部制動斬波器裝置（32，33），所述制動斬波器裝置（32，33）包括將所述dc中間電路(11)中的過多能量變換成熱能的至少一個內(nèi)部制動電阻器（rb1，rb2）和選擇地允許或阻止電流流過所述至少一個內(nèi)部制動電阻器的至少一個可控開關(guān)（s10，s11）。

18.如技術(shù)方案11-17中的任一項所述的功率轉(zhuǎn)換器布置，其特征在于電感器布置在所述功率轉(zhuǎn)換器裝置(7)與所述保護裝置(34)之間以限制所述換向電流的變化速率。

19.如技術(shù)方案11-18中的任一項所述的功率轉(zhuǎn)換器布置，其特征在于所述整流器電路(36)由多相晶閘管橋形成。

20.如前述技術(shù)方案中的任一項所述的功率轉(zhuǎn)換器布置，其特征在于它配置成控制雙饋感應(yīng)電機(2)的轉(zhuǎn)子電路中的轉(zhuǎn)子電流。

附圖說明

下面參照附圖，結(jié)合優(yōu)選實施例，更詳細地描述本發(fā)明。理解的是，附圖只為說明目的同時本發(fā)明的示范實施例，而不以任何方式限制本發(fā)明。在附圖中：

圖1是以大幅簡化表示的其中能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的具有功率轉(zhuǎn)換器布置和雙饋感應(yīng)電機的示范系統(tǒng)的框圖；

圖2是以簡化表示的根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于保護功率轉(zhuǎn)換器布置的方法的流程圖；

圖3是以簡化表示的更詳細圖示根據(jù)示范實現(xiàn)的用于保護圖2中示出的功率轉(zhuǎn)換器裝置的方法的個別步驟的流程圖；

圖4-6是以簡化表示的在圖2和3中示出的方法的個別階段中的圖1中示出的功率轉(zhuǎn)換器布置的框圖；以及

圖7是以簡化表示的示范系統(tǒng)的框圖，該系統(tǒng)具有雙饋感應(yīng)電機和為此的具有并聯(lián)連接的若干多電平功率轉(zhuǎn)換器的功率轉(zhuǎn)換器布置和具有用于本發(fā)明功率轉(zhuǎn)換器布置的保護裝置。

具體實施方式

圖1示出其中能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的示范驅(qū)動系統(tǒng)1的簡化框圖。圖示的系統(tǒng)1是具有雙饋感應(yīng)電機（雙饋感應(yīng)電機或發(fā)電機dfig）2的所謂的dfim系統(tǒng)，其轉(zhuǎn)子電流能夠通過功率轉(zhuǎn)換器布置3控制。雖然下面結(jié)合dfim系統(tǒng)描述本發(fā)明，但本發(fā)明同樣適用于功率轉(zhuǎn)換器布置在其中用來從其直流電壓(dc)輸入產(chǎn)生在其輸出的交流電壓或交流(ac)輸出的其它系統(tǒng)，在發(fā)生故障的情況下，如果負載能夠產(chǎn)生能夠損壞功率轉(zhuǎn)換器布置的浪涌電流或其它電流或電壓瞬變，則能夠向所連接的負載饋送該交流電壓或ac輸出。在此方面，本發(fā)明的應(yīng)用領(lǐng)域不限于只結(jié)合雙饋感應(yīng)電機的使用。

在異步機或發(fā)電機中，能夠把來自轉(zhuǎn)子電路的轉(zhuǎn)差功率通過功率轉(zhuǎn)換器反饋到電網(wǎng)中，或者將功率饋送到轉(zhuǎn)子。這能夠用于具有可變的有限旋轉(zhuǎn)速度范圍的大驅(qū)動裝置，例如風(fēng)力發(fā)電機泵或風(fēng)扇。異步機2通常具有例如能夠與電網(wǎng)或諸如此類直接連接的定子4和與功率轉(zhuǎn)換器布置3連接的轉(zhuǎn)子6。

功率轉(zhuǎn)換器布置3具有下文也稱為功率轉(zhuǎn)換器的功率轉(zhuǎn)換器裝置7，其在圖1中圖示的示范實施例中具有3電平功率轉(zhuǎn)換器拓撲。具體而言，在這里的功率轉(zhuǎn)換器裝置7是3電平3相位功率轉(zhuǎn)換器，其具有dc側(cè)8和ac側(cè)9，dc側(cè)與dc中間電路11連接。dc中間電路11由連接在dc母線14的正dc軌12與負dc軌13之間的中間電路電容器c1、c2的串聯(lián)連接形成。正dc軌12具有正直流電壓vdc+，而負dc軌13傳導(dǎo)負電壓vdc-。在中間電路電容器c1、c2之間也稱為電容器中點的連接點16傳導(dǎo)零電壓，并且也能夠接地,這取決于應(yīng)用。

功率轉(zhuǎn)換器裝置7具有三個半橋分支17、18、19，每個分支連接在正和負dc軌12、13之間。每個半橋分支17-19具有由兩個可控切換元件組成的串聯(lián)連接，兩個切換元件能夠在高頻率被門控以轉(zhuǎn)化dc側(cè)8的直流電壓。可控切換元件s1-s6特別由功率半導(dǎo)體比如例如絕緣柵雙極晶體管(igbt)、功率mosfet、柵極關(guān)斷晶閘管(gto)或集成柵極換向晶閘管(igct)形成。

第一對開關(guān)元件s1、s2布置在半橋分支17中，并且具有由開關(guān)元件s1、s2的連接點形成的橋接抽頭21。類似地，分別提供了第二對開關(guān)s3、s4和第三對開關(guān)s5、s6，每對相互串聯(lián)并且在dc軌12、13之間，其中橋接抽頭22、23在開關(guān)的連接點處。打開和閉合相應(yīng)開關(guān)s1-s6能夠應(yīng)用正電勢vdc+、負電勢vdc-或電容器中點電墊vdc0到每個相應(yīng)橋接抽頭21、22、23。

每個開關(guān)元件s1-s6具有在反并聯(lián)方向上連接的一個并聯(lián)整流器二極管d1-d6。如果通過功率轉(zhuǎn)換器把來自轉(zhuǎn)子電路的功率饋送到電網(wǎng)中，或者如果禁用功率轉(zhuǎn)換器裝置7的切換，則也稱為續(xù)流二極管的二極管d1-d6充當(dāng)二極管橋。

如從圖1中也能夠看到的，附加的開關(guān)s7、s8或s9在每個相應(yīng)橋接抽頭21、22、23與電容器中點連接點16之間插入。開關(guān)s7-s9使得選擇性地連接每個相應(yīng)橋接抽頭21-23到中點電勢vdc0或者將它們與中點電勢vdc0斷開成為可能。

橋接抽頭21-23形成功率轉(zhuǎn)換器裝置7的ac連接，或者與其連接。ac連接21、22、23使雙饋感應(yīng)電機2的轉(zhuǎn)子連接24、26、27通過相位線28、29、31與其連接。每個相位線28、29、31分別具有布置在其中的電感器l1、l2和l3。濾波電感器l1、l2、l3用來限制在相位線28-31中的電壓上升率。如已經(jīng)提及的，通過觸發(fā)開關(guān)s1-s9，由橋接抽頭21、22、23形成的功率轉(zhuǎn)換器7的ac側(cè)輸出能夠選擇性地與dc母線軌12、13和與電容器中點16連接，即，在圖示的示范三電平功率轉(zhuǎn)換器中，與三個電勢vdc+、vdc0和vdc-連接。以這種方式，取決于功率轉(zhuǎn)換器的電平的數(shù)量，功率轉(zhuǎn)換器有可能以若干步改變功率轉(zhuǎn)換器7的ac輸出相位線28、29、31的電勢；在示出的示例中，以三個電平（0、vdc+和vdc-）。在正常操作中，使用開關(guān)和使用脈寬調(diào)制(pwm)控制異步機2的轉(zhuǎn)子6的轉(zhuǎn)子電流以控制轉(zhuǎn)子電壓。在正常操作中，通過轉(zhuǎn)子6吸收或輸送的功率能夠通過附加的功率轉(zhuǎn)換器的輸送或吸收的能量進行平衡，附加的功率轉(zhuǎn)換器例如能夠通過在電網(wǎng)與轉(zhuǎn)子側(cè)功率轉(zhuǎn)換器7的公共dc母線或dc中間電路11之間連接的自換向的主動控制電網(wǎng)逆變器形成。為清晰，電網(wǎng)側(cè)功率轉(zhuǎn)換器在圖1中未示出。

如也從圖1中得出的，制動斬波器裝置32、33連接到在dc母線軌12、13之間的dc母線，并且用來監(jiān)測和保護中間電路電壓。第一制動斬波器電路32連接在正dc軌12與電容器中點連接16之間，并且具有與其串聯(lián)布置的制動電阻器rb1和開關(guān)s10。二極管d7與制動電阻器rb1并聯(lián)連接，其中其正向朝向正dc軌12。制動電阻器rb1在必需時用來把來自中間電路11的過多能量變換成熱能,能夠通過脈寬調(diào)制致動的開關(guān)s10例如備選地允許或阻止電流流經(jīng)內(nèi)部制動電阻器rb1。

第二制動斬波器裝置33連接在電容器中點16與負dc軌13之間，并且類似地配置有制動電阻器rb2、與其串聯(lián)布置的可控開關(guān)s11及與制動電阻器rb2并聯(lián)布置的二極管d8，二極管具有指向電容器中點連接16的其正向。

除制動斬波器裝置32、33外，還提供了另一保護裝置34以保護功率轉(zhuǎn)換器裝置7免于過載。在這里，保護裝置34具有外部晶閘管整流器橋36，其連接到與功率轉(zhuǎn)換器7并聯(lián)的轉(zhuǎn)子連接。具體而言，外部晶閘管整流器橋連接到相位線28、29、31，使得dv/dt濾波電感器l1、l2、l3定位在功率轉(zhuǎn)換器7與整流器橋36之間。也有可能在dv/dt濾波器l1、l2、l3與轉(zhuǎn)子連接24、26、27之間插入附加的電感器，或者將附加的電感器串聯(lián)插入到外部整流器橋（到連接42、43和44中）。

在這里，通過具有連接到以b6晶閘管電路形式的整流器橋的六個晶閘管thy1、thy2、thy3、thy4、thy5和thy6的三相晶閘管橋以正常方式形成整流器橋36。具體而言，圖1中的上部的三個晶閘管thy1、thy3、thy5使其陰極連接在一起以形成第一dc線路端子37，而圖1中的下部晶閘管thy2、thy4、thy6使其陽極連接在一起以形成整流器橋36的dc側(cè)39的第二dc線路端子38。在整流器橋36的ac側(cè)41上，每個串聯(lián)連接的晶閘管對thy1、thy2；thy3、thy4；和thy5、thy6的中點被分接，并且分別通過分支線路42、43、44與相應(yīng)相位線28、29和31連接。

在外部整流器橋36的dc側(cè)39上，外部制動電阻器rbext連接在端子37、38之間的旁路分支45中。

如從圖1中也能夠看到的，提供了控制器46,其用來控制功率轉(zhuǎn)換器布置。在正常操作模式中，控制器46在高頻率優(yōu)選通過脈寬調(diào)制(pwm)控制功率轉(zhuǎn)換器裝置7，以轉(zhuǎn)化dc中間電路的dc電壓，以向異步機2的轉(zhuǎn)子6饋送。為實現(xiàn)這個，控制器46與開關(guān)s1-s9的控制端子電連接，并且也與開關(guān)s10、s11的那些端子電連接，以通過應(yīng)用適合的控制信號到其控制端子來選擇性閉合或打開它們。為了清晰，個別的連接在圖1中未示出。控制器46的控制輸出僅以參考數(shù)字47指示。控制器46也通過控制輸出47與保護裝置34的外部整流器橋36的晶閘管thy1-thy6連接，以使其接通（點火它們），并且在適用的情況下，通過應(yīng)用適合的電流脈沖或信號到柵極端子以保持它們處于接通狀態(tài)中。

控制器46也具有多個控制輸入48，控制器46通過控制輸入接收由諸如電廠和電流傳感器的測量裝置在整個系統(tǒng)1中感測到的信號。為了清晰，從圖1中省略測量裝置和關(guān)聯(lián)傳送連接。有可能感測到在中間電路電容器c1、c2之上的中間電路電壓、相位線28、29、31中的相位電流、流過分支電路42、43、44到整流器橋36的電流或在整流器橋36的個別分支中的電流及其它參數(shù)。

除用于在正常操作中門控功率轉(zhuǎn)換器裝置7的切換元件s1-s9的控制邏輯，控制器46也具有附加的控制邏輯49?？刂七壿?9用來監(jiān)測操作條件，并且檢測能夠引起功率轉(zhuǎn)換器布置3的組件過載的預(yù)確定的錯誤情況，并且在此情況下，激活保護裝置34以保護功率轉(zhuǎn)換器布置3。為實現(xiàn)這個，控制邏輯49實現(xiàn)用來保護功率轉(zhuǎn)換器布置3的方法，其中，此方法結(jié)合圖2詳細解釋。

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的用來保護諸如例如圖1中示出的功率轉(zhuǎn)換器布置3的功率轉(zhuǎn)換器布置的方法的流程圖。方法在預(yù)確定的錯誤情況下例如由控制器46或另一個單獨控制裝置執(zhí)行。例如，在比如例如圖1中示出的系統(tǒng)1的dfim系統(tǒng)中定子電壓的突然擾動的情況下，在轉(zhuǎn)子中引起大電壓。由于功率轉(zhuǎn)換器只具有有限電壓范圍，其也受dc母線電壓vdc限制，因此，功率轉(zhuǎn)換器7不能保持轉(zhuǎn)子電流控制，并且大的浪涌電流從轉(zhuǎn)子側(cè)引入，使得轉(zhuǎn)子6在這些瞬變事件期間表現(xiàn)為電流源。首先，這些浪涌電流完全由功率轉(zhuǎn)換器吸收。然而，功率轉(zhuǎn)換器開關(guān)s1-s9的額定功率一被超過，其切換模式便必須中斷以保護開關(guān)免于損毀?？刂蒲b置基于通過控制輸入48饋送的測量的參數(shù)，識別可允許的工作范圍已超過，之后，控制器46觸發(fā)功率轉(zhuǎn)換器裝置7的所有開關(guān)s1-s9以促使它們打開。

轉(zhuǎn)子浪涌電流然后通過續(xù)流二極管橋d1-d6繼續(xù)流到功率轉(zhuǎn)換器中，其對電流進行整流并且為dc母線充電。電網(wǎng)側(cè)功率轉(zhuǎn)換器（圖1中未示出）通常不能將如此大量的浪涌電流傳導(dǎo)到電網(wǎng)，特別是如果電網(wǎng)電壓被擾動并且大幅降低的話。通常，電網(wǎng)電壓的突降是轉(zhuǎn)子側(cè)瞬變浪涌電流的主要來源。為防止dc母線電壓過度上升，控制器46激活第一和第二內(nèi)部制動斬波器32、33，使得饋送到功率轉(zhuǎn)換器7的dc母線中的功率能夠在內(nèi)部制動電阻器rb1、rb2中消耗。因此添加到轉(zhuǎn)子電路的制動電阻器有助于衰減轉(zhuǎn)子電流的非周期分量、其降低率被加速，并且恢復(fù)正常操作所必需的時間被減少。

如果轉(zhuǎn)子電流瞬變是極強的，則甚至功率轉(zhuǎn)換器7的續(xù)流二極管d1-d6和內(nèi)部制動斬波器裝置32、33能夠被過載。如在圖2中示出的流程圖中步驟51所指示，此種錯誤情況由控制器46識別。例如，控制器能夠識別制動斬波器裝置32、33幾乎最大化了其在內(nèi)部制動電阻器rb1、rb2中的功耗，使得例如以幾乎為100%或等于100%的脈沖占空比觸發(fā)開關(guān)s10、s11，即，它們是基本上連續(xù)閉合的。如果這不足以阻止dc母線電壓的進一步上升，則識別存在錯誤情況（步驟51），并且保護裝置34應(yīng)被激活（步驟52）。

為此，然后激活具有外部制動電阻器rbext的外部晶閘管整流器橋36。為實現(xiàn)這個，通過應(yīng)用電流脈沖或永久的電流信號到其柵極端子，點火或接通所有6個晶閘管thy1-thy6。在此狀態(tài)中，存在并聯(lián)工作的兩個整流器橋，一個由續(xù)流二極管d1-d6形成，并且另一個由與制動電阻器rb1、rb2或rbext并聯(lián)一起工作以將由轉(zhuǎn)子6供應(yīng)的過多能量變換成熱能的晶閘管thy1-thy6形成。由于相當(dāng)大部分的瞬變轉(zhuǎn)子電流流到外部整流器橋36中，因此，這保護了功率轉(zhuǎn)換器裝置7的續(xù)流二極管d1-d6和內(nèi)部dc制動斬波器裝置32、33。制動斬波器裝置32、33的開關(guān)s10、s11的脈沖占空比能夠?qū)嵸|(zhì)上降低。內(nèi)部制動斬波器裝置32、33現(xiàn)在能將跨功率轉(zhuǎn)換器7的dc母線的電壓控制到預(yù)確定的電平。

一旦轉(zhuǎn)子電壓和電流瞬變已被衰退，由轉(zhuǎn)換器橋d1-d6吸收的電流逐漸下降到0，并且所有轉(zhuǎn)子電流然后只流過外部整流器橋36。轉(zhuǎn)子電流一被充分降低，它便能夠轉(zhuǎn)移回功率轉(zhuǎn)換器7以盡可能快地恢復(fù)功率轉(zhuǎn)換器7的正常切換操作。如在圖2中步驟53所指示，錯誤狀態(tài)的不存在由控制器36識別。

在恢復(fù)正常功率轉(zhuǎn)換器操作前，必須先停用外部整流器橋36。只通過從外部橋晶閘管去除柵極點火脈沖并不能在預(yù)定義的時間范圍中可靠地關(guān)斷外部整流器橋36的晶閘管thy1-thy6。晶閘管電流必須自然跌落到零，或者被強制降到零以關(guān)斷晶閘管。由于轉(zhuǎn)子電流包含殘余非周期性和低頻率（轉(zhuǎn)差頻率）電流分量，因此，實際上不可能等待轉(zhuǎn)子電流的自然零交叉來關(guān)斷外部晶閘管橋36的晶閘管thy1-thy6。強制外部晶閘管thy1-thy6關(guān)斷的一種可能方式將是打開轉(zhuǎn)子電路。然而，這將要求附加的開關(guān)或轉(zhuǎn)子連接，并且接通和關(guān)斷它們將花費不可忽略的時間。因此，期望提供用于晶閘管橋36的強制關(guān)斷的部件。

根據(jù)圖2中示出的本發(fā)明方法50，在恢復(fù)功率轉(zhuǎn)換器7的正常操作前，使用功率轉(zhuǎn)換器開關(guān)s1-s9，通過主動控制它們產(chǎn)生電壓脈沖的序列，晶閘管關(guān)斷序列，通過橋ac側(cè)強制關(guān)斷例如圖1中的thy1-thy6的外部整流器橋的晶閘管。設(shè)計晶閘管關(guān)斷序列，使得通過功率轉(zhuǎn)換器開關(guān)s1-s9應(yīng)用適合的極性和幅度（適合的量值）的電壓脈沖到整流器橋36以便強制轉(zhuǎn)子電流從外部整流器橋34換向到功率轉(zhuǎn)換器7。因此，控制器一檢測到轉(zhuǎn)子瞬變已充分衰退，并且正常功率轉(zhuǎn)換器操作能夠安全恢復(fù)，對晶閘管的觸發(fā)以保持它們傳導(dǎo)便將結(jié)束，并且短路晶閘管關(guān)斷序列由功率轉(zhuǎn)換器7應(yīng)用。在那之后，實際上在沒有轉(zhuǎn)子電流的擾動的情況下,能夠恢復(fù)正常功率轉(zhuǎn)換器操作。

圖3中的流程圖中更詳細地示出如圖2中示出的根據(jù)本發(fā)明的方法的步驟54。如已經(jīng)提及的，在本方法的優(yōu)選實施例中，通過在預(yù)定義的時間內(nèi)應(yīng)用以特定幅度和極性的功率轉(zhuǎn)換器的電壓脈沖，以若干步順序地關(guān)斷外部整流器橋36的晶閘管（例如，thy1-thy6）?；诰чl管（例如，thy1-thy6）的傳導(dǎo)狀態(tài)的估計，合成晶閘管關(guān)斷序列（開關(guān)s1-s9的狀態(tài)）。通過監(jiān)測分支線路42、43、44中測量的外部整流器電流，能夠估計晶閘管的傳導(dǎo)和非傳導(dǎo)狀態(tài)，包含其電流的量值和流動方向。也能夠從轉(zhuǎn)子和功率轉(zhuǎn)換器電流的測量中間接推導(dǎo)外部整流器橋36中的電流。

在根據(jù)本發(fā)明的方法的實施例中，如圖3所圖示，通過主動控制功率轉(zhuǎn)換器功率開關(guān)以通過其ac端子提供電壓脈沖(也就是有源電壓矢量)，關(guān)斷外部整流器晶閘管。使用下面步驟，這個能夠以在功率轉(zhuǎn)換器布置的組件上的最小負載來進行：

首先，在第一可選步驟61中，在關(guān)斷晶閘管時進行測量以限制電流換向速度。重要的是最小化晶閘管電流的變化速率，以防止在反向恢復(fù)期間的強電流瞬變。此類電流瞬變能夠超過晶閘管的安全操作區(qū)域。通過在換向環(huán)路中插入所定義且足夠高的電感，能夠防止這個。例如，在功率轉(zhuǎn)換器7與外部整流器橋36之間插入電感，其影響或控制換向電流的變化速率。電感也能夠服務(wù)于另一目的。在此情況下，例如圖1中示出的濾波電感器l1、l2、l3（為了簡單，能夠假設(shè)l1=l2=l3）的dv/dt濾波電感器如果被適當(dāng)定尺寸，則能夠也充當(dāng)換向電感。也有可能使用其它換向扼流圈或電感器，甚至例如在并聯(lián)功率轉(zhuǎn)換器中使用公共電流的那些扼流圈或電感器。

在也能夠在步驟69之前執(zhí)行的下一步驟62中，選擇功率轉(zhuǎn)換器電壓脈沖的降低的幅度。為成功晶閘管換向，重要的是降低電壓幅度，因為電壓幅度確定電流的最大換向速度(di/dt)或在關(guān)斷期間晶閘管電流的變化速率。為確保外部晶閘管能夠被關(guān)斷，功率轉(zhuǎn)換器電壓應(yīng)恰好稍高于用于給定轉(zhuǎn)子電流的dv/dt電感器和功率轉(zhuǎn)換器開關(guān)中的電壓降。

在特別優(yōu)選實施例中，使用了多電平功率轉(zhuǎn)換器能夠被提供的最小電壓電平的最小可能幅度。如果功率轉(zhuǎn)換器是具有m個電平的多電平功率轉(zhuǎn)換器，則此最小電壓幅度為：

。

這使得在反向恢復(fù)期間降低晶閘管電流的變化速率di/dt和關(guān)聯(lián)瞬變成為可能。例如，在3電平逆變器(m=3)的情況下，有可能使用vconv=vdc/2的最小電壓電平。如果功率轉(zhuǎn)換器具有多于三個電平，則能夠選擇并應(yīng)用較低換向電壓。

一旦例如由控制器46檢測到轉(zhuǎn)子電流瞬變已充分降低，則在下一步驟63中，能夠停止外部晶閘管通過其柵極電極的觸發(fā)，并且能夠啟動用來關(guān)斷晶閘管整流器橋的方法。

在該操作之前，同時，或在該操作之后，評估有關(guān)外部整流器中電流的測量的或推導(dǎo)的信息，并且將其用來確定在外部整流器橋中晶閘管的傳導(dǎo)狀態(tài)，以及基于此信息，設(shè)置功率轉(zhuǎn)換器應(yīng)生成以強制晶閘管在該操作后可靠地關(guān)斷的電壓脈沖的必需序列和極性。這在圖3中示出為步驟64。

在步驟65中，在換向以降低晶閘管中存儲的電荷前，將外部整流器的電流降低或鉗位到固定值。具體而言，在晶閘管關(guān)斷前應(yīng)用最小電壓電平使得將外部整流器橋中的電流限制到下面的最大值成為可能：

設(shè)計晶閘管保護電路，使得能夠在預(yù)定義的最大電流和預(yù)定義的最大電流換向速度di/dt可靠地關(guān)斷晶閘管。

最后，在步驟66中，通過功率轉(zhuǎn)換器的主動控制，將設(shè)置的晶閘管關(guān)斷序列應(yīng)用到外部整流器以關(guān)斷其晶閘管。每個電壓脈沖的持續(xù)時間事先預(yù)設(shè)，并且不長于要求的電流換向時間加上晶閘管的阻斷電壓恢復(fù)時間(tqmin)之和。有關(guān)最小阻斷電壓恢復(fù)時間(tqmin)的信息能夠在使用的晶閘管的數(shù)據(jù)表中找到。

下面結(jié)合圖4-6，解釋特定示例，其圖示如果由三電平功率轉(zhuǎn)換器（例如，圖1中示出的功率轉(zhuǎn)換器裝置7）執(zhí)行晶閘管關(guān)斷序列，則能夠如何構(gòu)建該序列。圖4-6將在等效電路圖中的具有外部晶閘管整流器橋36和異步機2的轉(zhuǎn)子6的保護裝置34示出為電流源。

首先，根據(jù)其幅度和方向?qū)缭趫D1中示出的實施例中在分支線路42、43、44中直接測量，或者從功率轉(zhuǎn)換器和轉(zhuǎn)子電流的測量中推導(dǎo)轉(zhuǎn)子或外部整流器的電流進行分類，如下：遠離整流器6取向的外部整流器的最大電流被分類為max電流。導(dǎo)向外部整流器的最大電流被分類為min電流。剩余電流被分類為mid電流。它能夠具有任何方向。

圖4中圖示暫時電流方向及其分類的示例的表示。如已經(jīng)提及的，要由功率轉(zhuǎn)換器應(yīng)用的關(guān)斷序列優(yōu)選涉及應(yīng)用最小電壓電平（在3電平功率轉(zhuǎn)換器的情況下為±vdc/2），用來關(guān)斷晶閘管所要求的步聚數(shù)是從二到最多四步。一般來說，在例如如果電流是較小的，只能困難地識別晶閘管的電流符號和傳導(dǎo)狀態(tài)時，僅要求四個步驟。

如已經(jīng)解釋的，在第一步中，能夠通過功率轉(zhuǎn)換器饋送到外部整流器的電流降低到值i鉗位=vconv/rbext。為實現(xiàn)這個，跨已分類為max和min的相位應(yīng)用電壓-vconv（在圖1示出的3電平功率轉(zhuǎn)換器的示例中為-vdc/2）。mid端子保留在浮動狀態(tài)中。這在圖4中被圖示。由于步驟1，流過外部整流器的最大電流被限制到值i鉗位。

理解的是，通過使用各種有功電壓矢量，也就是說，通過不同開關(guān)組合的主動控制，能夠應(yīng)用諸如例如-vconv的任何電壓。例如，這能夠通過在步驟1中閉合開關(guān)s1、s9和圖1中顯示的示例來實現(xiàn)。備選地，也有可能選擇開關(guān)s7、s2或開關(guān)s5-s6實現(xiàn)相同電壓矢量。相應(yīng)的開關(guān)取決于在每種情況下使用的功率轉(zhuǎn)換器拓撲。

如果外部整流器的電流在步驟1前已經(jīng)低于最大電流電平i鉗位，則能夠省略步驟1，并且通過立即應(yīng)用在max與min相位之間的電壓+vconv，能夠強制關(guān)斷晶閘管中的一個。這在圖5中被圖示。

否則，如果電流限制或鉗位已在步驟1中執(zhí)行，則在步驟2中，通過應(yīng)用電壓+vconv（在圖1中的3電平功率轉(zhuǎn)換器的示例中為+vdc/2），強制在max與min相位之間的晶閘管中的一個的關(guān)斷（參見圖5）。在由電流換向環(huán)路的應(yīng)用的電壓脈沖的幅度和電感定義的時間間隔tf內(nèi)，將通過晶閘管中的至少一個的電流強制為零：tf=2l*(i鉗位/vconv)。對于已知系統(tǒng)，能夠事先預(yù)計算電壓脈沖的持續(xù)時間。實際應(yīng)用的電壓脈沖應(yīng)長于電流下降時間，以便提供已關(guān)斷的晶閘管的充分負極化tp=tf+tqmin。

在步驟3中，通過功率轉(zhuǎn)換器互連指定為min和max的轉(zhuǎn)子相位。在這些相位中傳導(dǎo)晶閘管中的一個已經(jīng)被關(guān)斷，使得此互連對于關(guān)斷過程不是絕對必需的。此互連的目的是要排除精確識別保持在傳導(dǎo)狀態(tài)的相位的需要。如果相應(yīng)相位中的殘余電流假定極低電平，則此種識別能夠是困難或幾乎不可能的。

在那之后，在步驟3中，在與其并聯(lián)連接的max和min相位與剩余mid相位之間應(yīng)用關(guān)斷電壓。應(yīng)用的電壓的極性取決于在mid相位中電流的符號。圖6中圖示步驟3的應(yīng)用。在應(yīng)用步驟3后，應(yīng)關(guān)斷所有晶閘管。然而，如果由于極低殘余電流而誤識別電流符號，則效果可能正好相反，即，外部整流器的電流上升到鉗位電平i鉗位。在此情況下，在后一步驟4中必須應(yīng)用反向電壓。

僅在步驟3中檢測到盡管應(yīng)用了步驟3，外部整流器電流仍是高的，步驟4才是必需的。然后，在max和min相位的并聯(lián)連接與mid相位之間應(yīng)用來自步驟3的以相反的極性的電壓。最遲在該步驟后，最終關(guān)斷所有晶閘管。

在每種情況下，步驟或電壓脈沖的應(yīng)用的持續(xù)時間應(yīng)長于通常為大約500微秒的使用的晶閘管的恢復(fù)時間，以確保在繼續(xù)下一步驟前關(guān)斷晶閘管的逆極化。

根據(jù)本發(fā)明的用來保護功率轉(zhuǎn)換器布置的方法和功率轉(zhuǎn)換器布置34允許對于系統(tǒng)1的功率轉(zhuǎn)換器布置3和其它組件的有效保護。具體而言，方法和功率轉(zhuǎn)換器布置允許在外部整流器橋中的晶閘管的改進關(guān)斷，其與制動電阻器一起用作外部旁路裝置用于針對強瞬變浪涌電流的保護。使用改進的合成并且通過應(yīng)用在優(yōu)化的晶閘管關(guān)斷序列中的功率轉(zhuǎn)換器的有功電壓矢量，關(guān)斷外部整流器橋的晶閘管。本發(fā)明將功率轉(zhuǎn)換器拓撲和確定的有關(guān)晶閘管的傳導(dǎo)狀態(tài)的信息考慮在內(nèi)，以強制晶閘管迅速但以仔細的方式關(guān)斷，從而最小化在系統(tǒng)組件上的負載。

許多修改在本發(fā)明的范圍內(nèi)是可能的。雖然本發(fā)明例如結(jié)合電壓源功率轉(zhuǎn)換器進行描述，在這里特別是3電平3相位npp功率轉(zhuǎn)換器，但也有可能使用具有至少兩個電壓電平和三個或更多個相位的其它功率轉(zhuǎn)換器拓撲，比如例如npc功率轉(zhuǎn)換器、基于半h或全h橋設(shè)計的模塊化多電平轉(zhuǎn)換器及其它多電平轉(zhuǎn)換器拓撲。雖然整流器橋36在這里進一步圖示為b6晶閘管橋，但也有可能例如將圖1中的下部（或上部）晶閘管thy2、thy4、thy6例如替換為二極管或其它整流器元件。本發(fā)明也適用于此種整流器橋。此外，代替雙饋感應(yīng)電機2,其它消耗裝置(consumer)也能夠連接到如在串聯(lián)電壓補償器或混合功率濾波器中的ac側(cè)9，并且本發(fā)明在其中電網(wǎng)電壓擾動能夠產(chǎn)生饋送到功率轉(zhuǎn)換器并且能夠引起功率轉(zhuǎn)換器組件的損壞的浪涌電流的所有這些系統(tǒng)中同樣適用。此外，理解的是，如圖2和3中所示，結(jié)合一系列的方法步驟描述根據(jù)本發(fā)明的方法，但也能夠選擇步驟的另一順序，并且可能也有可能省略個別的步驟。

圖7中圖示本發(fā)明的另一可能修改。如從此圖中能夠看到的，功率轉(zhuǎn)換器裝置7能夠由并聯(lián)連接的多個功率轉(zhuǎn)換器7a、7b、7c、…7n組成。在具有并聯(lián)的功率轉(zhuǎn)換器的此類系統(tǒng)中，功率轉(zhuǎn)換器的切換能夠交錯，使得有可能產(chǎn)生超過個別功率轉(zhuǎn)換器的電平的數(shù)量的對應(yīng)的多電平輸出電壓。并聯(lián)功率轉(zhuǎn)換器7a-7n與具有整流器橋和連接到整流器橋的dc電壓輸出的制動電阻器rbext的公共保護裝置34連接，整流器橋具有整流器元件，至少一些整流器元件由晶閘管形成。整流器橋能夠是例如圖1中示出的晶閘管橋36。本發(fā)明的方法能夠有利地在具有并聯(lián)功率轉(zhuǎn)換器的此種系統(tǒng)上使用，使用任何有功電壓矢量，有可能關(guān)斷整流器橋的晶閘管，有功電壓矢量能夠處于并聯(lián)轉(zhuǎn)換器7a-7n產(chǎn)生。

本文公開一種用來保護具有功率轉(zhuǎn)換器的功率轉(zhuǎn)換器布置的方法，功率轉(zhuǎn)換器具有連接到dc中間電路的dc側(cè)、ac側(cè)和能夠在高頻率可控切換以將dc中間電路的dc電壓轉(zhuǎn)化成ac電壓的可控開關(guān)。提供了一種能夠被激活和停用的保護裝置，以通過將具有制動電阻器rbext的外部晶閘管整流器橋連接到功率轉(zhuǎn)換器的ac側(cè)來保護功率轉(zhuǎn)換器免于過載。如果檢測到51預(yù)確定的錯誤情況，則觸發(fā)外部晶閘管接通以激活保護裝置52。如果檢測到預(yù)確定的錯誤情況已消失53，則通過結(jié)束晶閘管的觸發(fā)，并且主動控制功率轉(zhuǎn)換器開關(guān)產(chǎn)生適合的極性和幅度的電壓脈沖序列，以充當(dāng)應(yīng)用到保護裝置以便強制電流從保護裝置換向到功率轉(zhuǎn)換器的晶閘管關(guān)斷序列關(guān)斷54外部晶閘管以停用保護裝置。也公開了一種具有用來保護以免于過載的裝置的功率轉(zhuǎn)換器布置。