变流器系统和用于运行变流器系统的方法与流程

本发明涉及一种变流器系统和用于运行变流器系统的方法。

背景技术：

一般已知的是，在变流器系统中电机能够以转速可调节的方式运行。然而，当电机以发电机模式运行时，电功率从电机经由给电机供电的变流器系统的逆变器反馈到变流器系统的中间电路中。

由文献de102012002089a1作为最接近的现有技术已知带有蓄能器的驱动系统。

由文献de102014222475a1已知用于无接触传输能量给车辆的传输系统。

由文献de102011017601a1已知一种用于逆变器的驱控方法。

由文献de102015113632a1已知一种逆变器。

称为线电压的是在交流电网中两个相电压之间的差。称为相电压的是在电网相线与中性线之间的电压。

技术实现要素：

本发明基于的任务在于，进一步改进变流器系统和用于运行变流器系统的方法，其中应避免中间电路电压过高，其方法是应改善进入到交流供电网中的能量反馈。

按照本发明，该任务通过在根据权利要求1中的变流器系统中和在根据权利要求8的方法中给出的特征来解决。

在具有特别是方波能量反馈装置的变流器系统中，本发明的重要特征在于，该变流器系统至少具有：

-一个特别是能向交流供电网、特别是回馈逆变器(亦即第一逆变器)回馈再生能量的回馈整流器；

-带有驱控单元的直流/直流变换器；

-可由第二逆变器供电的电机，

其中，第二逆变器的直流电压侧的连接端与直流/直流变换器的第一连接端连接，

其中，用于检测从直流/直流变换器传输给回馈逆变器(或称为“再生能量逆变器”)的直流电压侧的连接端的电流的电流检测装置与驱控单元连接，

特别是从而将由电流检测装置检测的电流值提供给驱控单元，

其中，驱控单元向直流/直流变换器提供驱控信号，使得由直流/直流变换器向回馈逆变器提供的电压可将所检测的电流调节到期望值曲线，从而使得在相应的线电压的过零点时刻和/或在各相电压的相交点时刻，期望值曲线连续可微地经过零点位置。

在此有利的是，待被反馈的电流是可预定的，而且能量反馈可在交流供电网的线电压的过零点的范围内平滑地下降到零然后又重新上升。由于期望值的平滑减小和期望值的重新增大，可以减小系统的干扰电流和振荡趋势，亦即能以简单的方式实现稳定的运行性能。特别是利用方波(block-type)能量反馈装置能实现电网兼容的能量反馈。由此可不适用正弦形的能量反馈。

在一个有利的设计方案中，用于检测交流供电网的相电压的装置与驱控单元连接，

从而驱控单元适合地构成为用于确定线电压的过零点时刻和用于确定期望值曲线，

其中期望值曲线在过零点时刻消失，也就是达到零值，和/或在由驱控单元确定的过零点的范围内具有平滑的、特别是连续可微的走势/曲线特征，

特别是其中期望值曲线在过零点时刻消失，特别是达到零值，和/或在过零点时刻周围的相应时间范围内具有平滑的、特别是连续可微的走势。在此有利的是，电流的调节可以用简单的方式来实现。由于在所述范围内的平滑的走势，可实现特别好的电网兼容性能。

在一个有利的设计方案中，所述期望值曲线在过零点的范围内、特别是在过零点时刻周围的相应时间范围内呈现出电网同步式正弦函数的偶次幂或偶数阶的多项式的走势。在此有利的是，可实现特别好的电网兼容性能。

在一个有利的设计方案中，各范围之间的期望值曲线是恒定的。在此有利的是，针对待从中间电路反馈的电流可设定期望值。

在一个有利的设计方案中，每个范围正好包括一个唯一的时刻，在该时刻发生其中一个线电压的过零。在此有利的是，在电压的每个过零点处能实现反馈电流的平滑下降。由此可实现能量反馈中的较好的电网兼容性。

在一个有利的设计方案中，所述变流器系统具有整流器，其直流电压侧的连接端同样与第二逆变器的直流电压侧的连接端连接，而其交流电压侧的连接端与交流供电网连接。在此有利的是，现存的变流器可加装方波能量反馈装置，亦即由来自逆变器的中间电路的直流/直流变换器供电的回馈逆变器。

在一个有利的设计方案中，在相应的直流电压侧的连接端上设置有电容器，特别是用于对电压进行滤波。在此有利的是，可以实现更好的闭环控制，特别是可以实现更稳定的调节性能，因为调节的电压具有更少的波动。

用于运行变流器系统的方法的重要特征在于，借助于直流/直流变换器将提供给逆变器——其将能量回馈到交流供电网中——的电流调节到期望值曲线，所述期望值曲线在交流供电网的线电压的过零点时刻周围的相应时间范围内具有平滑的走势，特别是连续可微的走势。

在此有利的是，可实现电网兼容的能量反馈。因为平滑减小到零和随后的增大使得能够在过零点处不反馈电流。

用于运行变流器系统的方法的重要特征在于，借助于直流/直流变换器将由回馈整流器提供到交流供电网中的电流——特别是被提供给将能量回馈到交流供电网中的逆变器中的电流——调节到期望值曲线，

-所述期望值曲线在线电压的每个交点处经过连续可微的零点，和/或

-所述期望值曲线在相应的线电压的过零点时刻和/或在相电压的相应交点时刻连续可微地经过相应的零点；

-和/或所述期望值曲线在交流供电网的线电压的过零点时刻周围的相应时间范围内具有平滑的、也就是连续可微的走势。

在此有利的是，即使方波运行方式也能实现柔性/平滑的能量反馈。

在一个有利的设计方案中，所述期望值曲线不具有正值。在此有利的是，在交流电压源中不会持续发生线路漏电。

在一个有利的设计方案中，所述期望值曲线在过零点的各范围内具有平滑的走势，特别是连续可微的走势，

特别是其中，所述期望值曲线在过零点时刻周围的相应时间范围内各自平滑地、特别是连续可微地构成。在此有利的是，可实现较高的电网兼容性。

在一个有利的设计方案中，所述期望值曲线在过零点的各范围内、特别是在过零点时刻周围的各个时间范围内各自根据电网同步式正弦函数的偶次幂或偶数阶的多项式确定走势。在此有利的是，能够以简单的方式实现电网兼容的期望值曲线。

在一个有利的设计方案中，所述期望值曲线在所述各范围之间呈现出恒定的特征曲线。在此有利的是，出现稳定的调节性能。

在一个有利的设计方案中，每个范围包括仅一个出现线电压之一的过零的时刻。在此有利的是，电流期望值的平滑消失(以平滑方式变为零)是可实现的。

在一个有利的设计方案中，相应的时刻周围的相应范围的时间长度小于在该相应的时刻与紧接着的下一个时刻之间的时间间隔。在此有利的是，恒定的期望值具有最大的时间份额，且期望值下降到零只需要很短的时间周期。

另外的优点由从属权利要求产生。本发明不限于权利要求的特征组合。本领域内技术人员可根据本发明所提出的任务和/或根据与现有技术相比较的结果来获得权利要求和/或各个权利要求特征和/或说明和/或附图的特征的另外的有意义的组合。

附图说明

现在根据附图进一步阐明本发明：

在图1中示出带有设置在中间电路中的直流/直流变换器102的按照本发明的第一变流器；

在图2中示出电流和电压在时间上的曲线；

在图3中示出根据本发明的与变流器连接的能量反馈单元。

具体实施方式

如图1所示，由交流供电网100给第一逆变器101供电，所述第一逆变器101的直流电压侧的连接端给直流/直流变换器102(dc/dc变换器)的第二连接端供电，所述dc/dc变换器102的第一连接端与第二逆变器103的直流电压侧的连接端连接，所述第二逆变器103的交流电压侧的连接端与构成为三相电机的电机m连接。由此在电机m的电动机式运行中电机的转速是可调节的。在这种情况下不发生dc/dc变换器102的电压变换。

在dc/dc变换器102的连接端上各自设置有电容(c1、c2)，从而可实现对所施加的电压的平滑/滤波处理。

在电机m的发电机式运行中，在此产生的功率通过第二逆变器103整流且由此提供在其直流电压侧的连接端上。借助于dc/dc变换器102，朝第一逆变器101引导的电流i1是可调节的。

为此，在第一逆变器101的交流电压侧的连接端上获取电网侧的三个相电压(ul1,ul2,ul3)，且确定线电压的过零点时刻(t1,t2,t6)。由此提前计算出未来的时刻(t1,t2,t6)。

为了实现电网同步式的方波能量反馈，相应地驱控可控制的半导体开关s1,s2,s6。如图2所示，电网同步地驱控驱控信号。由此产生相电流il1,il2,il3。

按照本发明，对于dc/dc变换器102预先确定电流i1的期望值曲线/特性曲线，其不是恒定的，而是在确定的过零点时刻消失且在所述确定的过零点周围的时间范围内呈现出平滑的特性曲线，亦即连续可微的特性曲线。

换而言之，电流i1的期望值曲线以连续可微的方式跨越其过零点。应注意的是，在图2中期望值曲线基本上是负的，这是因为在此示出的是再生情况，亦即能量反馈情况。沿时间方向延伸的水平线表示零值，且其在时刻t1,t2,t3,t4,t5和t6与电流i1的期望值曲线相切。在这些时刻，电网侧的三个相电压(ul1,ul2,ul3)中的各两个彼此相同。换言之，在这些时刻三个线电压(亦即两线之间的电压差)中的一者具有过零点。

特别是已经证明特别有利的是如下曲线，该曲线对应于正弦形曲线的偶次幂。即，优选地，基于下式应用在所述确定的过零点周围的范围内的特性曲线：

a+b*(sin(n*t))^m,

其中a、b分别为恒定值，n与电网频率成比例，而m优选是6。而且带有m＝4或8的实施方案是有利的。在所述范围之外i1是受限的，因此在这种情况下呈现出恒定值。

dc/dc变换器102的驱控在此具有如下时钟频率，该时钟频率比逆变器103的脉宽调制频率高很多。由此相比于借助逆变器103的调节而言，可实现非常高特性的恢复时间常数。

如图3中所示，备选地向变流器105添加能量反馈功能。例如变流器105可加装能量反馈系统。

在此，变流器具有整流器104，其可由交流供电网100供电。整流器104的直流电压侧的输出端给电容c1供电以便对电压、特别是中间电路电压进行平滑处理，其中逆变器103的直流电压侧的输入端与整流器104的直流电压侧的输出端连接。构成为三相电机的电机m又可由逆变器103供电。由此电机m的转速可借助于变流器105调节。

此外，dc/dc变换器102的第一连接端、特别是直流电压侧的连接端与整流器104和/或逆变器103的直流电压侧的连接端连接。dc/dc变换器102的第二连接端与逆变器101的直流电压侧的连接端连接，逆变器101的可控的半导体开关——其设置在半桥电路中——以上述方式电网同步地被驱控。

在发电机式运行中，电功率从电机m经由逆变器103流回到中间电路中。从中间电路处，随后经由dc/dc变换器102给第一回馈逆变器101供电，所述第一回馈逆变器101电网同步地控制作为方波能量反馈的功率流。

为了调节dc/dc变换器，检测第一逆变器101的直流电压侧的电流i1，且通过输出电压uc2的适当设置而将电流i1调节至期望值。为了进行滤波处理，在dc/dc变换器102的第二输出端上设置有电容c2。

逆变器101优选构成为回馈整流器，从而方波控制电压足够且不再需更高频率的脉宽调制的控制电压。

在另一按照本发明的实施例中，代替正弦的偶数次幂，应用6或8阶多项式。

附图标记列表：

100交流供电网

101第一逆变器

102dc/dc变换器

103第二逆变器

104整流器

105变流器

ul1交流供电网的第一相电压

ul2交流供电网的第二相电压

ul3交流供电网的第三相电压

il1第一线电流

il2第二线电流

il3第三线电流

s1可控的半导体开关

s2可控的半导体开关

s3可控的半导体开关

s4可控的半导体开关

s5可控的半导体开关

s6可控的半导体开关

s7可控的半导体开关

i1第一逆变器101的直流电压侧的连接端上的输出电流

uc2第一逆变器101的直流电压侧的连接端上的输出电压

c1第一电容

c2第二电容

m电机

i2第二逆变器101的直流电压侧的连接端上的输出电流

uc1第二逆变器101的直流电压侧的连接端上的输出电压

t1过零点时刻

t2过零点时刻

t3过零点时刻

t4过零点时刻

t5过零点时刻

t6过零点时刻