专利名称：用以保护esp电源免受电力网上的瞬变过电压的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及例如用于运行诸如静电除尘器的装置的电源的领域。此外，本发明涉及运行这样的电源以及使用这样的电源的方法。
背景技术：
随着对环境污染的考虑越来越多，对于燃煤式发电厂来说，通过使用静电除尘器(ESP)来减少微粒排放是非常重要的问题。ESP是非常适合的集尘器。它们的设计非常健壮，而且它们非常可靠。此外，它们最高效。高于99.9%的分离度并非罕见。由于，当与织物过滤器比较时，它们的运行成本低，而且由于功能障碍而导致损伤和停工的风险相当小，所以它们在许多情况下是自然选择。在ESP中，污染气体在连接到ESP电源上的电极之间传导。通常，这是高电压变压器，其在一次侧上有晶闸管控制，而在二次侧上有整流桥。这个布置连接到普通的AC干线上，并且因而在50 Hz或60 Hz频率下对这个布置进行供电。通过改变晶闸管的触发延迟来实现功率控制。延迟角度越小，即，传导周期越长，供应到ESP的电流就越多，而且ESP的电极之间的电压越高。现代ESP分成若干母线区段，以提高收集效率。这些母线区段中的每个具有其本身的电源(PS)，该电源被单独地控制，并且具有10-200 kW的典型输出功率范围和30-150 kVDC的输出电压范围。现代ESP的电源常常基于谐振转换器，以便利用变压器的不理想性，以及在宽运行范围中进行软开关。从US 2009/0129124得知用于ESP的一个示例性电源。从DE 102007007922得知用于具有线路频率开关式整流器的转换器的过电压保护。另外，从US 2007/0121354得知使用电压的变化速率作为DC链路电压控制器的输入。
发明内容
ESP电源包含对于支持具有高电压的单个ESP母线区段而言必要的所有设备。ESP电源的主要电子块是转换器单元、高电压单元和控制器单元。转换器单元执行对进入功率的频率转换，该频率转换典型地基于所谓的H电桥中的绝缘栅双极晶体管(IGBT)。高电压单元是带有整流器的变压器。根据实际运行状况，控制器单元使功率通量适应母线区段。在电力网上有瞬变过电压的情况下，在这种电源中的DC链路上存在过电压的风险。因此，由于在处于阻塞状态的H电桥的一个晶体管两端的过电压的原因，可发生IGBT失效。与此影响相关联的问题由根据本发明的以及所附权利要求书中要求保护的装置和方法解决。特别地，本发明涉及一种特别地用于静电除尘器的电源转换器单元，其通过在整流器中将交流输入供电整流成直流电，该直流电然后又在具有由控制单元控制的开关的H电桥电路中的全桥逆变器中转换成交流电，来将交流输入供电的频率转换成高频交流输出。特别地，根据本发明，在整流器的输入侧上，以及/或者在直流电区段中，提供至少一个过电压保护电路。术语过电压保护电路不意于表示输入线路中的简单的保险丝，而是指相对于地线和/或输入的单独的相中间的线路的过电压保护。因此，根据第一优选实施例，过电压保护电路包括至少一个电压限制电路，其典型地基于变阻器(诸如金属氧化物变阻器)分别限制交流输入供电的单独的相之间或者直流电的电平之间的最大电压。根据又一个优选实施例，过电压保护电路包括至少一个另外的电压限制电路，其限制交流输入供电的单独的相和地线之间或者直流电的电平和地线之间的最大电压。另一个优选实施例的特征在于，过电压保护电路包括分别在交流输入供电的每个相中或者在直流电的线路中的至少一个电感器。择优地，在至少一个电感器的输入侧上提供至少一个电压限制电路，可选地与其相结合地在至少一个电感器的输入侧上提供至少一个另外的电压限制电路，并且在至少一个电感器的输出侧上提供至少一个电压限制电路，可选地与其相结合地在至少一个电感器的输出侧上提供至少一个另外的电压限制电路。在至少一个电感器的输出侧上提供的电压限制电路可能不足以在瞬变变化期间保护整流器。在至少一个电感器的输入侧上没有延迟的情况下，实现输入电压的迅速升高，而还可损害电感器。因此，在至少一个电感器的输入侧上提供的电压限制电路在快速瞬变期间更有效地进行保护。由于电压限制电路典型地不理想，以及为了安全地控制到达电桥的开关的电压/电流的最大变化速率，布置在电感器的两侧上的两个电压限制电路的此特定组合已被证明是非常有效的。典型地，H电桥的开关是至少四个开关元件，优选是由一个相同的控制单元控制的至少四个IGBT元件。 为了全面地保护开关元件免受过电压，根据又一个优选实施例，提供至少一个元件或传感器，用于检测在直流电区段的线路中的电压和/或电流，以及它们的瞬时行为(behaviour)(变化速率),所述元件的输出值在控制单元中用来控制开关,或者与控制单元操作性地链接，以控制开关。当达到电压和/或电流以及其瞬时行为的阈值时，控制单元适于使开关变成阻断状态。择优地，当检测值达到上限阈值或下限阈值时，或者通过达到值的变化速率，或者通过基于固定的上限阈值/下限阈值和值的当前变化速率而动态地计算出的阈值，控制单元启动关闭。在另一个实施例中，关闭由独立保护逻辑启动。这允许比使用电压控制器中的电压更快地响应电压中的危险变化。特别地，独立的保护逻辑比电压控制本身更快。电压控制与保护逻辑的组合允许在较高的电压下运行，从而改进性能，以及扩大装置的运行范围。通常，在交流输入供电上是三相输入，可选地，三相输入受到每个线路中的保险丝的保护。根据特定的优选实施例，过电压保护电路包括变阻器，优选金属氧化物变阻器，其中，另外优选地，至少一个电压限制电路和/或另一个电压限制电路主要独有地基于择优地连接成相应的三角形(delt a)电路的变阻器。
甚至更特别地，优选地，过电压保护电路包括基于变阻器的至少一个电压限制电路，该至少一个电压限制电路限制三相交流输入供电的单独的相之间的最大电压，其中，过电压保护电路进一步包括基于变阻器的至少一个另外的电压限制电路，该至少一个另外的电压限制电路限制三相交流输入供电的单独的相和地线之间的最大电压，其中，过电压保护电路进一步包括在三相交流输入供电的每个相中的至少一个电感器，以及其中，在至少一个电感器的输入侧上提供至少一个电压限制电路，与其相结合地在至少一个电感器的输入侧上提供至少一个另外的电压限制电路，并且在至少一个电感器的输出侧上提供至少一个电压限制电路，与其相结合地在至少一个电感器的输出侧上提供至少一个另外的电压限制电路。此外，本发明涉及用于运行上面描述的电源转换器单元的方法。根据此方法，优选地，提供至少一个元件或传感器，用于检测在直流电区段的线路中的电压和/或电流和/或其瞬时行为，并且这个元件的测量值在控制单元中用来控制开关。根据此方法的优选实施例，实现电源转换器单元的过电压保护，因为在检测/接收测得电压和/或电流和/或其瞬时行为的阈值时，控制单元使H电桥的所有开关变成阻断状态。优选地，通过达到上限阈值或下限阈值，或者通过达到值的最大变化速率，或者通过基于固定的上限阈值/下限阈值和值的测得速率变化而动态地计算出的阈值，来启动关闭。在后一种情况下，控制的目标是确保电压值/电流值绝对不会到达开关，其会损害这个结构元件。相应地，在例如电压的变化速率低的情况下，基本上在达到固定阈值时，关闭开关元件是安全的。但是，如果变化速率高，就必须修改阈值，以便考虑到系统将不会立即对关闭信号起反应，以及考虑到由于这个，刚刚在信号开关之后装置所经历的电压值仍然可就危险地升高。一般而言，因此可以这么说，检测到的变化速率越高，将越保守地设置阈值。所以，当接近临界值时，变化速率越高，必须选择的阈值就越低。可通过计算 作为直流电区段中的线路中的当前电压(DC链路电压)u(t)的函数的控制函数F(u(t))，来给出一个可行的控制方案，其中函数取决于当前测得的电压值u(t)及其一阶导数u’(t)。可选地，也可将二阶导数u〃(t)考虑在内。每个导数可乘以常数A和B，从而产生以下等式:
Fitifl)) = nil) + Λ u'(l> + B ti'Cli。优选地，控制不仅应当取决于F (u(t))的值控制，而且还应取决于u (t)的值控制，所以取决于当前DC链路测得的电压值来进行控制。换句话说，由于将U-看作DC-链路中的电压的最大允许值，当以下两个条件中的至少一个满足时，停止开关信号应当由控制单元启动:
权利要求
1.一种特别地用于静电除尘器的电源转换器单元，其通过在整流器(12)中将交流输入供电(I)整流成直流电(UdC)，所述直流电在具有由控制单元(23)控制的开关(48)的H电桥电路中的全桥逆变器(13)中转换成交流电，来将所述交流输入供电(I)的频率转换成高频交流输出(Ua，Ub)， 其中，在所述整流器(12)的输入侧上，以及/或者在直流电(Udc)区段中，提供至少一个过电压保护电路(34，35，37-39，45)， 其中，所述过电压保护电路(34，35，37-39，45)包括分别在所述交流输入供电(I)的相中的每个或所述直流电(Udc)的线路中的至少一个电感器(37，38，39)，以及 其中，在所述至少一个电感器(37-39)的输入侧上提供至少一个电压限制电路(36)。
2.根据权利要求1所述的电源转换器单元，其中，所述过电压保护电路(34，35，37-39,45)包括分别限制所述交流输入供电(I)的单独的相之间或者所述直流电(Udc)的电平之间的最大电压的至少一个电压限制电路(36)，其中，优选地，所述过电压保护电路(34，35，37-39，45)进一步包括限制所述交流输入供电(I)的单独的相和地线(32)之间或者所述直流电(Udc)的电平和地线(32)之间的最大电压的至少一个另外的电压限制电路(33)。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的电源转换器单元，其中，在所述至少一个电感器(37-39)的输入侧上提供至少一个电压限制电路(36)，与其相结合地在所述至少一个电感器(37-39)的输入侧上提供至少一个另外的电压限制电路(33)。
4.根据权利要求2以及权利要求3中任一项所述的电源转换器单元，其中，在所述至少一个电感器(37-39)的输出侧上提供至少一个电压限制电路(36)，可选地与其相结合地在所述至少一个电感器(37-39)的输出侧上提供至少一个另外的电压限制电路(33)。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的电源转换器单元，其中，所述H电桥的开关(48)是至少四个开关元件，优选为由一个相同的控制单元(23)控制的至少四个绝缘栅双极晶体管元件(48)。
6.根据权利要求5所述的电源转换器单元，其中，提供至少一个元件(41)，用于检测在所述直流电区段的线路中的电压(Udc)和/或电流以及它们的瞬时行为，所述元件(41)的输出值在所述控制单元(23)中被用来控制所述开关(48)。
7.根据权利要求6所述的电源转换器单元，其中，在达到所述电压(Udc)和/或所述电流以及它们的瞬时行为的阈值时，所述控制单元(23)适于使所述开关(48)变成阻断状态，其中，优选地，通过达到上限阈值或下限阈值，或者通过达到所述值的变化速率，或者通过基于固定的上限阈值/下限阈值和所述值的当前变化速率而动态地计算出的阈值，来启动关闭。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的电源转换器单元，其中，在所述交流输入供电(I)上是三相输入，所述三相输入可选地受到所述线路中的每个中的保险丝(31)保护。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的电源转换器单元，其中，所述过电压保护电路包括变阻器(45)，优选金属氧化物变阻器，其中，另外优选地，所述至少一个电压限制电路(36)和/或所述另外的电压限制电路(33)主要独有地基于变阻器(45)，所述变阻器择优地连接成相应的三角形电路。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的电源转换器单元，其中，所述过电压保护电路(34，35，37-39，45)包括基于变阻器(45)的至少一个电压限制电路(36)，所述至少一个电压限制电路(36)限制所述三相交流输入供电(I)的单独的相之间的最大电压，其中，所述过电压保护电路(34，35，37-39，45)进一步包括基于变阻器(45)的至少一个另外的电压限制电路(33)，所述至少一个另外的电压限制电路(33)限制所述三相交流输入供电(I)的单独的相和地线(32)之间的最大电压，其中，所述过电压保护电路(34，35，37-39，45)进一步包括在所述三相交流输入供电(I)的相中的每个中的至少一个电感器(37，38，39)，以及其中，在所述至少一个电感器(37-39)的输入侧上提供至少一个电压限制电路(36)，与其相结合地在所述至少一个电感器(37-39)的输入侧上提供至少一个另外的电压限制电路(33)，并且在所述至少一个电感器(37-39)的输出侧上提供至少一个电压限制电路(36)，与其相结合地在所述至少一个电感器(37-39)的输出侧上提供至少一个另外的电压限制电路(33)。
11.一种用于运行根据前述权利要求中的任一项所述的电源转换器单元的方法，其中，提供至少一个元件(41)，以检测在所述直流电区段的线路中的电压(Udc)和/或电流和/或它们的瞬时行为，以及其中，这个元件(41)的测量值在所述控制单元(23)中被用来控制所述开关(48)。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，因为在达到所测得电压(Udc)和/或所述电流和/或它们的瞬时行为的阈值时，所述控制单元(23)将所述H电桥的所有开关(48)变成所述阻断状态，实现所述电源转换器单元的过电压保护。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，优选地，通过达到上限阈值或下限阈值，或者通过达到所述值的最大变化速率，或者通过基于固定的上限阈值/下限阈值和所述值的测得变化速率而动态地计 算出的阈值，来启动关闭。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述值的最大变化速率在0.1-10 kV/ms的范围中，优选地在0.5-2 kV/ms的范围中，并且/或者，其中，所述上限阈值在(800 V)-(2000V)的范围中，优选在(900 V)-(1200 V)的范围中，并且/或者，所述下限阈值在(OV)-(700 V)的范围中，优选在(350 kV)-(550 kV)的范围中。
15.使用根据权利要求1至10中的任一项所述的电源来运行静电除尘器，其中，优选使用至少两个电源，所述至少两个电源中的每个用于所述静电除尘器的至少一个母线区段。
全文摘要
公开一种特别地用于静电除尘器的电源转换器单元，其通过在整流器(12)中将交流输入供电(1)整流成直流电(Udc)，该直流电(Udc)在具有由控制单元(23)控制的开关(48)的H电桥电路中的全桥逆变器(13)中转换成交流电，来将交流输入供电(1)的频率转换成高频交流输出(Ua，Ub)。根据本发明，在整流器(12)的输入侧上，以及/或者在直流电(Udc)区段中，提供至少一个过电压保护电路(34，35，37-39，45)。此外，本发明公开一种用于运行这种电源转换器单元，以及使用这种电源转换器单元的方法。
文档编号H02H7/12GK103229400SQ201180058835
公开日2013年7月31日 申请日期2011年9月30日 优先权日2010年10月6日
发明者P.兰斯塔德, J.林纳 申请人:阿尔斯通技术有限公司