专利名称：在切换三个电压电平的转换器电路中进行故障处理的方法
技术领域：
本发明涉及转换器电路的起动方法的领域。本发明基于一种根据权利要求1的前序部分的在切换三个电压电平的转换器电路中进行故障处理的方法。
背景技术：
在转换器技术中并且特别是在用于切换三个电压电平的转换器电路中，正越来越多地使用功率半导体开关。该用于切换三个电压电平的转换器电路在DE 699 02 227 T2中详细说明。图1a示出了用于转换器电路的一相的传统转换器子系统，其中图1a示出的转换器子系统与DE 699 02 227T2的转换器子系统一致。如图1a中所示，转换器电路具有由两个串联连接的电容器构成的DC电压电路，该DC电压电路的第一主连接和第二主连接和副连接由这两个相邻并且互连的电容器构成。两个电容器的电容值通常被选择为相等。第一主连接和第二主连接之间施加有DC电压，其中该DC电压的一半UDC/2由此被施加在第一主连接和副连接之间，即施加到一个电容器，且该DC电压的一半同样地被施加在副连接和第二主连接之间，即施加到另一电容器。该DC电压由图1a中的UDC来表示。
DE 699 02 227 T2或图1a的转换器电路中的每个转换器子系统具有第一、第二、第三、第四、第五和第六功率半导体开关，第一、第二、第三、第四功率半导体开关串联连接，并且第一功率半导体开关连接到第一主连接且第四功率半导体开关连接到第二主连接。第二功率半导体开关和第三功率半导体开关之间的结构成相连接。另外，第五和第六功率半导体开关串联连接并且构成箝位开关组，第五功率半导体开关和第六功率半导体开关之间的结连接到副连接，第五功率半导体开关连接到第一功率半导体开关和第二功率半导体开关之间的结，且第六功率半导体开关连接到第三功率半导体开关和第四功率半导体开关之间的结。第一、第二、第三、第四功率半导体开关是可起动双向功率半导体开关，其每个由绝缘栅双极晶体管(IGBT)和与该双极晶体管背对背连接的二极管构成。DE 699 02 227 T2中的第五和第六功率半导体开关是不可起动单向功率半导体开关，其每个由二极管构成。在此情形中，第五和第六功率半导体开关构成无源箝位开关组。但是，也可以设想第五和第六功率半导体开关是可起动双向功率半导体开关，其每个由绝缘栅双极晶体管(IGBT)和与该双极晶体管背对背连接的二极管构成。在该情形中，第五和第六功率半导体开关构成有源箝位开关组。
DE 699 02 227 T2还详细说明了一种在切换三个电压电平的转换器电路中进行故障处理方法。首先，如果例如由于有故障的功率半导体开关而发生故障，则检测该故障是在转换器电路的顶故障电流路径中还是在底故障电流路径中。在此情形中，定义顶故障电流路径为通过第一、第二、第三和第六功率半导体开关的故障电流或者为通过第一和第五功率半导体开关的故障电流。另外，定义底故障电流路径为通过第二、第三、第四和第五功率半导体开关的故障电流或者为通过第四和第六功率半导体开关的故障电流。对于故障处理，在故障开关顺序之后，立即关断处于去饱和的功率半导体开关。这要求使用去饱和监视装置对每个功率半导体开关监视去饱和。功率半导体开关上、特别是IGBT上的这样的去饱和例如当主电流路径中(即阳极和阴极之间或IGBT的集电极和发射极之间)发生如短路的故障时发生。自然还可以考虑其他故障。在这样的故障情况下，主电流路径中的电流典型地很快上升到高电流幅度，这意味着电流随时间的积分所呈现的值不能容许地高。在出现的此过电流期间，IGBT被驱动成处于去饱和，IGBT上的阳极/阴极电压迅速上升，特别是上升到待连接的电压值。这达到了IGBT的非常临界的状态IGBT首先使高电流(过电流)流过主电流路径中的阳极和阴极。其次，高阳极/阴极电压同时被施加在IGBT的阳极和阴极之间。这导致可能毁坏IGBT的非常高的瞬时功率损失。当去饱和的功率半导体开关已被关断时，然后功率半导体开关基于故障开关顺序来被开关，使在每个转换器子系统中出现相短路，即然后转换器电路在其每个相上被短路。
DE 699 02 227 T2的转换器电路的所有相上的短路允许在被故障影响的转换器子系统以及其他转换器子系统中产生短路电流，但是，所述短路电流对功率半导体开关造成了负担。有这样的负担的功率半导体开关会因此更快地老化或者甚至会损坏，这意味着严重削弱或者在最坏情况下失去转换器电路的可用性。
另外，JP 11032426公开了一种在切换三个电压电平的转换器电路中进行故障处理的方法。为了避免功率半导体开关之一上的过电压，当检测到通过第一和第二功率半导体开关的过电流并且检测到通过第三和第四功率半导体开关的过电流时，立即关断第一和第四功率半导体开关并然后关断第二和第三功率半导体开关。
发明内容
因此，本发明的目的是说明一种在切换三个电压电平的转换器电路中进行故障处理的方法，其基本上不必要为了在故障情况下实现转换器电路的安全工作状态而将转换器电路的所有相进行相短路。此目的是通过权利要求1的特征而实现的。从属权利要求说明了本发明的有利展开。
在切换三个电压电平的转换器电路中进行故障处理的本发明方法的情形中，转换器电路具有为每相提供的转换器子系统并且包括由两个串联连接的电容器构成的DC电压电路，其中该DC电压电路包括由这两个相邻并且互连的电容器构成的第一主连接和第二主连接和副连接。另外，每个转换器子系统具有第一、第二、第三和第四可起动双向功率半导体开关，以及第五和第六功率半导体开关，第一、第二、第三、第四功率半导体开关串联连接。第一功率半导体开关连接到第一主连接且第四功率半导体开关连接到第二主连接。另外，第五和第六功率半导体开关串联连接，第五功率半导体开关和第六功率半导体开关之间的结连接到副连接，第五功率半导体开关连接到第一功率半导体开关和第二功率半导体开关之间的结，且第六功率半导体开关连接到第三功率半导体开关和第四功率半导体开关之间的结。该方法还涉及当转换器子系统中发生故障时检测转换器子系统中的顶故障电流路径或底故障电流路径，顶故障电流路径通过第一、第二、第三和第六功率半导体开关或者通过第一和第五功率半导体开关，而底故障电流路径通过第二、第三、第四和第五功率半导体开关或者通过第四和第六功率半导体开关。另外，功率半导体开关基于故障开关顺序来被开关。根据本发明，如果检测到顶故障电流路径或底故障电流路径，则在故障开关顺序之后，记录伴随检测到的每个可起动双向功率半导体开关的开关状态。由此得到的有利效果在于可起动双向功率半导体开关立即不再进一步起动，并且因此也不再进行开关动作。如果在转换部分系统中检测到顶故障电流路径，则本发明涉及将转换部分系统中的第一功率半导体开关关断并随后将第三功率半导体开关关断。如果在转换部分系统中检测到底故障电流路径，则本发明还涉及将转换部分系统中的第四功率半导体开关关断并随后将第二功率半导体开关关断。由此可得到的有利效果在于受故障影响的转换部分系统并因此整个转换器电路进入安全工作状态。优选地，关断不受故障影响的转换器电路的转换器系统中的功率半导体开关。这使得很大程度上避免了受故障影响的转换器子系统中的以及其他转换部分系统中的短路电流的形成，这意味着受故障影响的转换器子系统中的以及其他转换器子系统中的功率半导体开关经受较少的负担。可由此有利地减缓功率半导体开关的老化，并且可以很大程度上防止功率半导体开关的损坏。总体上，这提高了转换器电路的可用性。
另外，一旦检测到顶故障电流路径或底故障电流路径就关断相关的两个功率半导体开关有利地为在转换器电路正常工作时流动的负载电流产生了自由路径，将相关的两个功率半导体开关关断还有利地保护了DC电压电路不被短路。
本发明的其他目的、优点和特征将从后面结合附图的本发明优选实施例的详细描述中显而易见。
图1a示出公知的用于切换三个电压电平的转换器电路中的传统转换器子系统的第一实施例；图1b示出公知的用于切换三个电压电平的转换器电路中的传统转换器子系统的第二实施例；图2a示出在如图1b中所示的转换器子系统中的第一功率半导体开关出故障的情况下该转换器子系统中的电流形成的实例；图2b示出了根据用于故障处理的本发明方法的如图2a中所示故障的情况下的故障开关顺序之后的电流形成；图3a示出在如图1b中所示的转换器子系统中的第二功率半导体开关出故障的情况下该转换器子系统中的电流形成的实例；图3b示出了根据用于故障处理的本发明方法的如图3a中所示故障的情况下的故障开关顺序之后的电流形成；
图4a示出了用于对如图1a中所示的转换器子系统进行检测顶和底故障电流路径的逻辑电路的实例；以及图4b示出了用于对如图1b中所示的转换器子系统进行检测顶和底故障电流路径的逻辑电路的实例。
附图中使用的参考符号以及它们的意义以汇总形式列出在参考符号列表中。原则上，图中相同的部件被提供相同的参考符号。所描述的实施例是本发明主题的实例并且没有限制效果。
具体实施例方式
图1a示出了公知的用于切换三个电压电平的转换器电路中的传统转换器子系统1的实施例(已经在开始时详细描述)。转换器电路具有为每个相R、S、T提供的转换器子系统1，图1a仅示出了一个用于相R的转换器子系统1。转换器电路包括由两个串联连接的电容器构成的DC电压电路2，DC电压电路2的第一主连接3和第二主连接4和副连接5由两个相邻并且互连的电容器构成。另外，转换器子系统1具有第一、第二、第三和第四可起动双向功率半导体开关S1、S2、S3、S4以及第五和第六功率半导体开关S5、S6。特别地，各可起动双向功率半导体开关S1、S2、S3、S4由绝缘栅双极晶体管(IGBT)和与该双极晶体管背对背连接的二极管构成。但是，也可以设想上面提到的可起动双向功率半导体开关例如是具有附加地背对背连接的二极管的功率MOSFET的形式。根据图1a，第五和第六功率半导体开关S5、S6是不可起动单向功率半导体开关，其每个由二极管构成。在此情形中，第五和第六功率半导体开关构成无源箝位开关组。
如图1a中所示，第一、第二、第三和第四功率半导体开关S1、S2、S3、S4串联连接，并且第一功率半导体开关S1连接到第一主连接3且第四功率半导体开关S4连接到第二主连接4。另外，第五和第六功率半导体开关S5、S6串联连接，第五功率半导体开关S5和第六功率半导体开关S6之间的结连接到副连接5，第五功率半导体开关S5连接到第一功率半导体开关S1和第二功率半导体开关S2之间的结，且第六功率半导体开关S6连接到第三功率半导体开关S3和第四功率半导体开关S4之间的结。
图1b示出公知的用于切换三个电压电平的转换器电路中的传统转换器子系统1的第二实施例。与图1a中所示转换器子系统的第一实施例相比，第五和第六功率半导体开关S5、S6亦是可起动双向功率半导体开关，其每个由绝缘栅双极晶体管(IGBT)和与该双极晶体管背对背连接的二极管构成。如图1b所示，第五和第六功率半导体开关S5、S6然后构成有源箝位开关组。
在本发明的在切换三个电压电平的转换器电路中进行故障处理的方法的情形中，当转换器子系统1中发生故障时，立即检测转换器子系统1中的顶故障电流路径A或底故障电流路径B，顶故障电流路径A通过第一、第二、第三和第六功率半导体开关S1、S2、S3、S6或者通过第一和第五功率半导体开关S1、S5，而底故障电流路径B通过第二、第三、第四和第五功率半导体开关S2、S3、S4、S5或者通过第四和第六功率半导体开关S4、S6。另外，可起动双向功率半导体开关S1、S2、S3、S4、S5、S6，即根据图1a中所示实施例的功率半导体开关S1、S2、S3和S4以及根据图1b中所示实施例的功率半导体开关S1、S2、S3、S4、S5和S6基于故障开关顺序而被开关。图2a通过实例示出在如图1b中所示的转换器子系统中的第一功率半导体开关S1出故障的情况下该转换器子系统中的电流形成，其中有故障的第一功率半导体开关S1由星来标识。在此情形中，顶故障电流路径A之一例如通过第一、第二、第三和第六功率半导体开关S1、S2、S3、S6而构成，如上面已提到的那样。另外，为了完整起见，也在图2a中示出关于该相的负载电流C的在故障之前的原始电流路径。
根据本发明，如果检测到顶故障电流路径A或底故障电流路径B，则在故障开关顺序之后，记录伴随检测到的每个可起动双向功率半导体开关S1、S2、S3、S4的开关状态。由此得到的有利效果在于可起动双向功率半导体开关S1、S2、S3、S4立即不再进一步起动，并且因此也不再进行开关动作。另外，如果检测到顶故障电流路径A，则在故障开关顺序之后，将第一功率半导体开关S1关断并随后将第三功率半导体开关S3关断。另外，如果检测到底故障电流路径B，则在故障开关顺序之后，将第四功率半导体开关S4关断并随后将第二功率半导体开关S2关断。上述措施使得受该故障影响的转换器子系统1并因此整个转换器电路有利地进入安全工作状态。可由此几乎完全避免了受该故障影响的转换器子系统1中的以及其他转换器子系统1中的短路电流的形成，这意味着受该故障影响的转换器子系统1中的以及用于其他相R、S、T的其他转换器子系统1中的功率半导体开关S1、S2、S3、S4、S5、S6经受较少的负担。可由此有利地减缓功率半导体开关S1、S2、S3、S4、S5、S6的老化，或者可以很大程度上防止功率半导体开关S1、S2、S3、S4、S5、S6的损坏。总体上，这提高了转换器电路的可用性。另外，还简化了转换器电路的维护，因为，通常故障损坏较少的功率半导体开关S1、S2、S3、S4、S5、S6并因此也只需更换较少的功率半导体开关S1、S2、S3、S4、S5、S6。
另外，一旦检测到顶故障电流路径A或底故障电流路径B就关断相关的两个功率半导体开关S1、S3或S2、S4有利地为在转换器电路正常工作时流动的负载电流C产生了自由路径，将相关的两个功率半导体开关关断还有利地防止了DC电压电路的短路。对此，图2b通过实例示出根据本发明的故障处理方法的在上面较详细地描述的如图2a中所示故障的情况下的故障开关顺序之后的电流形成。在此图中，第一功率半导体开关S1和第三功率半导体开关S3被关断，则第四功率半导体开关S4无论如何也被关断，并且第三和第四功率半导体开关S3和S4上分别被施加DC电压电路的DC电压的一半UDC/2，并且负载电流C与第一功率半导体开关S1出故障之前一样流过有故障的第一和第二功率半导体开关S1、S2。因此，由此得到的总体效果是受该故障影响的转换器子系统1并因此整个转换器电路处于安全工作状态。
图3a通过实例示出在如图1b中所示的转换器子系统1的第二功率半导体开关S2出故障的情况下该转换器子系统1中的电流形成，所述有故障的第二功率半导体开关S2由星来标识。在此情形中，底故障电流路径B之一例如通过第二、第三、第四和第五功率半导体开关S2、S3、S4、S5而构成，如上面已经提到的那样。另外，为了完整起见，也在图3a中示出故障之前的关于该相的负载电流C的原始电流路径。最后，图3b通过实例示出了根据本发明的故障处理方法的在上面较详细地描述的如图3a中所示故障的情况下的故障开关顺序之后的电流形成。在此图中，第四功率半导体开关S4和第二功率半导体开关S2被关断，则第一功率半导体开关S1无论如何也被关断，第一和第四功率半导体开关S1、S4分别被施加DC电压电路的DC电压的一半UDC/2，并且负载电流C与第二功率半导体开关S2出故障之前一样流过第五和有故障的第二功率半导体开关S5、S2。由此得到的总体效果是甚至当存在底故障电流路径B的故障时，受故障影响的转换器子系统1并因此整个转换器电路处于安全工作状态。
在图1b中，如上面已经描述的，第五和第六功率半导体开关S5、S6分别是可起动双向功率半导体开关。在本发明方法的情形中，如果检测到顶故障电流路径A，则在故障开关顺序之后，在关断第一功率半导体开关S1之前接通第六功率半导体开关S6，特别是如果第六功率半导体开关S6先前没有被接通的话。如果检测到底故障电流路径B，则在故障开关顺序之后，在关断第四功率半导体开关S4之前接通第五功率半导体开关S5，特别是如果第五功率半导体开关S5先前没有被接通的话。这实现了上面提到的图1b中所示的转换器子系统并因此整个转换器电路的安全工作状态。
已经发现有利的是如果检测到顶故障电流路径A，则将第三功率半导体开关S3以相对于第一功率半导体开关S1的可选择延迟时间tv来关断；而如果检测到底故障电流路径B，则将第二功率半导体开关S2以相对于第四功率半导体开关S4的可选择延迟时间tv来关断。这保证了当第三功率半导体开关S3关断时第一功率半导体开关S1已经关断，且当第二功率半导体开关S2关断时第四功率半导体开关S4已经关断。优选地，延迟时间tv选择为1us到5us之间的量级。
根据本发明，关断没有受故障影响的转换器电路的转换器子系统1中的可起动双向功率半导体开关S1、S2、S3、S4、S5、S6，这意味着还可以保证在没有受故障影响的转换器子系统1中不产生短路电流，而短路电流在基于现有技术的通过将转换器电路的所有相R、S、T短路的方法中发生。因此与公知方法相比，未受故障影响的转换器子系统1中的功率半导体开关S1、S2、S3、S4、S5、S6承受较小的负担。优选地，当没有受故障影响的转换器电路的转换器子系统1中的可起动双向功率半导体开关S1、S2、S3、S4、S5、S6被关断时，“外部的”可起动双向功率半导体开关S1、S4(即第一或第四可起动双向功率半导体开关S1、S4)分别在相对应的“内部的”可起动双向功率半导体开关S2、S3(即第二或第三可起动双向功率半导体开关S2、S3)关断之前被关断。
下文更详细地讨论顶故障电流路径A和底故障电流路径B的检测的可选方案。为了检测顶故障电流路径A或底故障电流路径B，本发明涉及对用于相R、S、T的转换器子电路1中的每个可起动双向功率半导体开关S1、S2、S3、S4、S5、S6监视去饱和，并且还对通过每个转换器子电路1中的副连接5的电流监视其方向。为了监视通过副连接5的电流的方向，优选地对该电流监视阈值或者将该电流与阈值比较以保证即使当电流受噪声干扰时也能检测到电流的方向。当第一、第二、第三、第五或第六可起动双向功率半导体开关S1、S2、S3、S5、S6处于去饱和并且检测到通过副连接5的电流朝DC电压电路2的方向时，检测到顶故障电流路径A。相对比，当第二、第三、第四、第五或第六可起动双向功率半导体开关S2、S3、S4、S5、S6处于去饱和并且检测到通过副连接5的电流来自DC电压电路2的方向时，检测到底故障电流路径B。为了监视通过副连接5的电流的流动方向，副连接5优选地在其上提供有适当的传感器。
作为对上述的顶故障电流路径A或底故障电流路径B的检测的替选方案，亦对每个可起动双向功率半导体开关S1、S2、S3、S4、S5、S6监视去饱和，但监视通过第一主连接3的电流和通过第二主连接4的电流。为了分别监视通过第一主连接3的电流和通过第二主连接4的电流，优选地分别对上述电流监视阈值以保证即使当电流受噪声干扰时也能分别检测到上述电流的方向。当第一、第二、第三、第五或第六可起动双向功率半导体开关S1、S2、S3、S5、S6处于去饱和并且检测到通过第一主连接3的电流时，检测到顶故障电流路径A。相对比，当第二、第三、第四、第五或第六可起动双向功率半导体开关S2、S3、S4、S5、S6处于去饱和并且存在通过第二主连接4的电流时，检测到底故障电流路径B。为了监视顶故障电流路径A或底故障电流路径B中的电流，第一主连接3和第二主连接4优选地在其上提供有适当的传感器，该传感器需能够仅检测电流而不是电流的方向。这种电流传感器的设计是简单的并因此是强健的。
作为对上述的顶故障电流路径A或底故障电流路径B的检测的替选方案，首先对一般而言的每个可起动双向功率半导体开关S1、S2、S3、S4、S5、S6的阳极/阴极电压Uce监视阈值Uce，th。特别地，在图1a中所示的转换器子系统1的情形中，对可起动双向功率半导体开关S1、S2、S3和S4执行此阳极/阴极电压监视，而在图1b中所示的转换器子系统1的情形中，对可起动双向功率半导体开关S1、S2、S3、S4、S5和S6执行此阳极/阴极电压监视。图4a示出了用于如图1a中所示的转换器子系统1的检测顶故障电流路径A和底故障电流路径B的示范逻辑电路。另外，图4b示出了用于如图1b中所示的转换器子系统1的检测顶故障电流路径和底故障电流路径的示范逻辑电路。图4a中示出的可起动双向功率半导体开关S1、S2、S3和S4的开关状态信号SS1、SS2、SS3和SS4以及图4b中示出的可起动双向功率半导体开关S1、S2、S3、S4、S5和S6的开关状态信号SS1、SS2、SS3、SS4、SS5和SS6是逻辑变量，开关状态信号SS1、SS2、SS3、SS4、SS5和SS6对于关断的相关可起动双向功率半导体开关S1、S2、S3、S4、S5、S6为逻辑“0”，而对于接通的相关可起动双向功率半导体开关S1、S2、S3、S4、S5、S6为逻辑“1”。另外，图4a中所示的被监视相关阳极/阴极电压Uce的阈值Uce，th的可起动双向功率半导体开关S1、S2、S3和S4的阈值信号SUce1、SUce2、SUce3和SUce4以及图4b中所示的相关可起动双向功率半导体开关S1、S2、S3、S4、S5、S6的阈值信号SUce1、SUce2、SUce3、SUce4、SUce5和SUce6是逻辑变量，阈值信号SUce1、SUce2、SUce3、SUce4、SUce5和SUce6对于超过阈值SUce，th的相关功率半导体开关S1、S2、S3、S4、S5、S6的阳极/阴极电压Uce为逻辑“0”，而对于低于阈值Uce，th的相关功率半导体开关S1、S2、S3、S4、S5、S6的阳极/阴极电压Uce为逻辑“1”。
根据本发明，当一个或多个可起动双向功率半导体开关S1、S2、S3、S4、S5、S6接通并且超过阈值Uce，th，并且第四可起动双向功率半导体开关S4关断并且超过阈值Uce，th时；或者当一个或多个可起动双向功率半导体开关S1、S2、S3、S4、S5、S6接通并且超过阈值Uce，th，并且第一可起动双向功率半导体开关S1接通时，检测到顶故障电流路径A。另外，根据本发明，当一个或多个可起动双向功率半导体开关S1、S2、S3、S4关断并且低于阈值Uce，th，并且第四可起动双向功率半导体开关S4关断并且超过阈值Uce，th时；或者当一个或多个可起动双向功率半导体开关S1、S2、S3、S4关断并且低于阈值Uce，th，并且第一可起动双向功率半导体开关S1接通时，也检测到顶故障电流路径A。
相对比，根据本发明，当一个或多个可起动双向功率半导体开关S1、S2、S3、S4、S5、S6接通并且超过阈值Uce，th，并且第一可起动双向功率半导体开关S1关断并且超过阈值Uce，th时；或者当一个或多个可起动双向功率半导体开关S1、S2、S3、S4、S5、S6接通并且超过阈值Uce，th，并且第四可起动双向功率半导体开关S4接通时，检测到底故障电流路径B。另外，根据本发明，当一个或多个可起动双向功率半导体开关S1、S2、S3、S4关断并且低于阈值Uce，th，并且第一可起动双向功率半导体开关S1关断并且超过阈值Uce，th时；或者当一个或多个可起动双向功率半导体开关S1、S2、S3、S4关断并且低于阈值Uce，th，并且第四可起动双向功率半导体开关S4接通时，也检测到底故障电流路径B。有利地，此种类型的顶故障电流路径A和底故障电流路径B的检测使得可以完全免除用于检测的电流传感器，这意味着可以有利地减少所涉及的布线和材料并且因此转换器子系统的设计可以是简单且较不昂贵的。另外，有利地降低了转换器子系统1并因此整个转换器电路对干扰的敏感性，这导致整个转换器电路的可用性提高。
参考符号列表1 转换器子系统2 DC电压电路3 第一主连接4 第二主连接5 副连接S1 第一功率半导体开关S2 第二功率半导体开关S3 第三功率半导体开关S4 第四功率半导体开关S5 第五功率半导体开关S6 第六功率半导体开关A 顶故障电流路径B 底故障电流路径C 负载电流路径
权利要求
1.一种在切换三个电压电平的转换器电路中进行故障处理的方法，其中所述转换器电路具有为每个相(R，S，T)提供的转换器子系统(1)并且包括由两个串联连接的电容器构成的DC电压电路(2)，其中所述DC电压电路(2)包括由所述两个相邻并且互连的电容器构成的第一主连接(3)和第二主连接(4)和副连接(5)，并且该系统具有第一、第二、第三和第四可起动双向功率半导体开关(S1，S2，S3，S4)以及第五和第六功率半导体开关(S5，S6)，所述第一、第二、第三、第四功率半导体开关(S1，S2，S3，S4)串联连接，且所述第一功率半导体开关(S1)连接到所述第一主连接(3)且所述第四功率半导体开关(S4)连接到所述第二主连接(4)，并且其中所述第五和第六功率半导体开关(S5，S6)串联连接，所述第五功率半导体开关(S5)和所述第六功率半导体开关(S6)之间的结连接到所述副连接(5)，所述第五功率半导体开关(S6)连接到所述第一功率半导体开关(S1)和所述第二功率半导体开关(S2)之间的结，且所述第六功率半导体开关(S6)连接到所述第三功率半导体开关(S3)和所述第四功率半导体开关(S4)之间的结，其中，检测所述转换器子系统(1)中的顶故障电流路径(A)或底故障电流路径(B)，所述顶故障电流路径(A)通过所述第一、第二、第三和第六功率半导体开关(S1，S2，S3，S6)或者通过所述第一和第五功率半导体开关(S1，S5)，而所述底故障电流路径(B)通过所述第二、第三、第四和第五功率半导体开关(S2，S3，S4，S5)或者通过所述第四和第六功率半导体开关(S4，S6)，以及其中，所述可起动双向功率半导体开关(S1，S2，S3，S4)基于故障开关顺序来被开关，特征在于，如果检测到所述顶或底故障电流路径(A，B)，则在所述故障开关顺序之后，记录伴随检测到的每个可起动双向功率半导体开关(S1，S2，S3，S4)的开关状态，特征在于，如果检测到所述顶故障电流路径(A)，则关断所述第一功率半导体开关(S1)并然后关断所述第三功率半导体开关(S3)，以及特征在于，如果检测到所述底故障电流路径(B)，则关断所述第四功率半导体开关(S4)并然后关断所述第二功率半导体开关(S2)。
2.如权利要求1的方法，其特征在于，所述第五和第六功率半导体开关(S5，S6)是可起动双向功率半导体开关，并且如果检测到所述顶故障电流路径(A)，则在关断所述第一功率半导体开关(S1)之前接通所述第六功率半导体开关(S6)，而如果检测到所述底故障电流路径(B)，则在关断所述第四功率半导体开关(S4)之前接通所述第五功率半导体开关(SS)。
3.如权利要求1或2的方法，其特征在于，如果检测到所述顶故障电流路径(A)，则以相对于所述第一功率半导体开关(S1)的可选择延迟时间(tv)关断所述第三功率半导体开关(S3)，且特征在于，如果检测到所述底故障电流路径(B)，则以相对于所述第四功率半导体开关(S4)的可选择延迟时间(tv)关断所述第二功率半导体开关(S2)。
4.如权利要求3的方法，其特征在于，所述延迟时间(tv)选择为1μs到5μs之间的量级。
5.如前面权利要求之一的方法，其特征在于，关断未受所述故障影响的所述转换器子系统(1)中的所述可起动双向功率半导体开关(S1，S2，S3，S4、S5，S6)。
6.如权利要求1到5之一的方法，其特征在于，为了检测所述顶或底故障电流路径(A、B)，对每个可起动双向功率半导体开关(S1，S2，S3，S4，S5，S6)的去饱和进行监视，并且特征在于，对通过所述副连接(5)的电流的方向进行监视。
7.如权利要求6的方法，其特征在于当所述第一、第二、第三、第五或第六可起动双向功率半导体开关(S1，S2，S3，S5，S6)处于去饱和并且电流朝所述DC电压电路(5)的方向通过所述副连接(5)时，检测所述顶故障电流路径(A)，并且特征在于，当所述第二、第三、第四、第五或第六可起动双向功率半导体开关(S2，S3，S4，S5，S6)处于去饱和并且的电流在来自所述DC电压电路(5)的方向通过所述副连接(5)时，检测到所述底故障电流路径(B)。
8.如权利要求1到5之一的方法，其特征在于，为了检测所述顶或底故障电流路径(A，B)，对每个可起动双向功率半导体开关(S2，S3，S4，S5，S6)去饱和进行监视，并且特征在于，监视通过所述第一主连接(3)的电流和通过所述第二主连接(4)的电流。
9.如权利要求8的方法，其特征在于，当所述第一、第二、第三、第五或第六可起动双向功率半导体开关(S1，S2，S3，S5，S6)处于去饱和并且电流通过所述第一主连接(3)时，检测到所述顶故障电流路径(A)；且特征在于，当所述第二、第三、第四、第五或第六可起动双向功率半导体开关(S2，S3，S4，S5，S6)处于去饱和并且电流通过所述第二主连接(4)时，检测所述底故障电流路径(B)。
10.如权利要求1到5之一的方法，其特征在于，相对于阈值(Uce，th)来监视每个可起动双向功率半导体开关(S1，S2，S3，S4，S5，S6)的阳极/阴极电压(Uce)，特征在于，在下列情况下检测到所述顶故障电流路径(A)(a1)当超过所述阈值(Uce，th)而一个或多个可起动双向功率半导体开关(S1，S2，S3，S4，S5，S6)接通，并且当超过所述阈值(Uce，th)时所述第四可起动双向功率半导体开关(S4)关断；或者(b1)当超过所述阈值(Uce，th)而一个或多个可起动双向功率半导体开关(S1，S2，S3，S4，S5，S6)接通，并且所述第一可起动双向功率半导体开关(S1)接通；或者(c1)当低于所述阈值(Uce，th)而一个或多个可起动双向功率半导体开关(S1，S2，S3，S4)关断，并且当超过所述阈值(Uce，th)时所述第四可起动双向功率半导体开关(S4)关断；或者(d1)当低于所述阈值(Uce，th)而一个或多个可起动双向功率半导体开关(S1，S2，S3，S4)关断，并且所述第一可起动双向功率半导体开关(S1)接通，且特征在于，在下列情况下检测到所述底故障电流路径(B)(a2)当超过所述阈值(Uce，th)而一个或多个可起动双向功率半导体开关(S1，S2，S3，S4，S5，S6)接通并且当超过所述阈值(Uce，th)时所述第一可起动双向功率半导体开关(S1)关断；或者(b2)当超过所述阈值(Uce，th)而一个或多个可起动双向功率半导体开关(S1，S2，S3，S4，S5，S6)接通并且所述第四可起动双向功率半导体开关(S4)接通；或者(c2)当低于所述阈值(Uce，th)而一个或多个可起动双向功率半导体开关(S1，S2，S3，S4)关断并且当超过所述阈值(Uce，th)时所述第一可起动双向功率半导体开关(S1)关断；或者(d2)当低于所述阈值(Uce，th)而一个或多个可起动双向功率半导体开关(S1，S2，S3，S4)关断并且所述第四可起动双向功率半导体开关(S4)接通。
全文摘要
公开了一种在切换三个电压电平的转换器电路中进行故障处理的方法，由此所述转换器电路包括用于每个相(R，S，T)的部分转换器系统(1)，其中在所述部分转换器系统(1)中检测顶故障电流路径(A)或底故障电流路径(B)。所述顶故障电流路径(A)通过所述部分转换器系统(1)中的第一、第二、第三和第六功率半导体开关(S1，S2，S3，S6)或者通过所述部分转换器系统(1)中的第一和第五功率半导体开关(S1，S5)，而所述底故障电流路径(B)通过所述部分转换器系统(1)中的第二、第三、第四和第五功率半导体开关(S2，S3，S4，S5)或者通过所述部分转换器系统(1)中的第四和第六功率半导体开关(S4，S6)，并且，所述可起动双向功率半导体开关(S1，S2，S3，S4，S5，S6)基于故障开关顺序来被开关。根据本发明，可避免所述转换器电路的所有相的相侧短路，并因此可实现在故障情况下所述转换器电路处于安全工作状态，由此，如果检测到所述顶或底故障电流路径(A，B)，则在故障开关顺序之后，记录伴随检测到的每个功率半导体开关(S1，S2，S3，S4，S5，S6)的开关状态。另外，一旦检测到所述顶故障电流路径(A)，就关断所述第一功率半导体开关(S1)并然后关断所述第三功率半导体开关(S3)，而一旦检测到所述底故障电流路径(B)，就关断所述第四功率半导体开关(S4)并然后关断所述第二功率半导体开关(S2)。
文档编号H02P27/06GK1969437SQ200580019451
公开日2007年5月23日 申请日期2005年4月11日 优先权日2004年6月18日
发明者格罗尔德·克纳普, 格哈德·霍赫施图尔, 鲁道夫·维泽尔, 勒克·迈森奇 申请人:Abb瑞士有限公司