用于控制直接变流器的方法，用于此的电子控制装置，直接变流器和计算机程序模块的制作方法

用于控制直接变流器的方法，用于此的电子控制装置，直接变流器和计算机程序模块的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于控制直接变流器（20）的方法，该直接变流器设置用于将第一三线网络（30）与第二三线网络（31）连接，其中直接变流器（20）具有六个串联的变流器支路（32，33，34，35，36，37），其中设置有电蓄能器（9，11），其中这个方法具有用于变流器运行控制（41）的方法，利用其或者相反地根据能量需求标准、能量供应标准和/或无功功率标准控制能量从第一三线网络（30）到第二三线网络（31）中和反向的能量传输，其中这个方法具有用于能量含量调节（42）的方法，利用其调节储存在每个变流器支路（32，33，34，35，36，37）中的相应的电能量，或将表征电能量的电参量调节到预定的给定范围上。直接变流器具有串联的带有蓄能器的变流器支路。此外本发明涉及一种用于这种直接变流器的电控制装置、一种直接变流器以及一种计算机程序模块。
【专利说明】用于控制直接变流器的方法，用于此的电子控制装置，直接变流器和计算机程序模块
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于控制直接变流器的方法，该直接变流器设置用于将第一三线网络与第二三线网络连接。根据权利要求1的前序部分的其他特征，直接变流器具有六个串联的具有蓄能器的变流器支路。此外本发明涉及一种根据权利要求13的、用于这种直接变流器的电子控制装置，一种根据权利要求14的直接变流器以及一种根据权利要求15和16的计算机程序模块。
【背景技术】
[0002]通常发明涉及对在所谓的六边形变换器实施方式中的直接变流器的控制，即在一个实施方式中，其中六个变流器支路串联，并且第一和第二三线网络的总共六个电路分别连接在两个变流器支路的连接点上。在非在先公开的申请DE102010013862中已经提出了模块化的直接变流器的这种结构。这种六边形变换器的优点在于，与传统的由九个变流器支路构成的矩阵布置相比，可以使需要的模块数量和进而硬件消耗减少了三分之一，但有效功率并没有损失。与具有12个变流器支路的Back-to-back (背靠背)布置(M2LC (模块化两级转换器)拓扑结构)相比，甚至可以使模块数量减半。
[0003]在此，各个变流器分支可以部分地或完全具有例如电容器或可充电池(蓄电池)形式的电蓄能器。变流器支路在此可以例如由一些所谓的桥模块构成，如接着根据实施例还详细地加以说明的。这些桥模块的串联电路有利于构成变流器支路，这是因为可以在调节可能性、冗余和输出电压和电流的高次谐波含量方面获得优点。因此概念“变流器支路”理解为单个的桥模块或多个桥模块的串联电路。
[0004]六边形变换器形式的所述直接变流器是新式的，从而存在尽可能有效地控制六边形变换器的期望。用于控制直接变流器的已知方法可以在另外的电路拓扑结构上被优化。

【发明内容】

[0005]因此本发明的目的在于，给出一种用于控制所述的六边形变换器形式的直接变流器的方法，该方法允许直接变流器尽可能有效地长期运行。此外应该给出适合的控制装置和直接变流器以及用于执行该方法的计算机程序模块。
[0006]该目的通过用于控制直接变流器的方法来实现，该直接变流器设置用于将第一三线网络与第二三线网络连接，其中直接变流器具有六个串联的变流器支路，在这些变流器支路中设置有电蓄能器，其中这种方法具有用于变流器运行控制的方法，利用其根据能量需求标准、能量供应标准和/或无功功率标准来控制能量从第一三线网络到第二三线网络中或者反向的能量传输，其中这种方法具有用于能量含量调节的方法，利用其将储存在每个变流器支路中的相应的电能量或表征电能量的电参量调节到在预定的给定范围上。
[0007]本发明的优点在于，在各个变流器支路中的能量在时间上是均衡的，并且由此变得平滑。这能使变流器系统有效率地长期运行。由此在已经储能器已满时，不但避免了储能器空转而且还避免了过压。通过避免过压，可以不损伤部件或防止破坏该部件。通过避免空转，确保在每个时间点持续准备调节在每个变流器支路中的各个桥模块，以使得直接变流器在每个时间点上可以提供期望的输出电压和电流。
[0008]本发明适用于例如将高于IOMW的大型风力发电设备连接在供电系统上。
[0009]本发明的另一个优点在于，对于在能量储存中的能量的均衡而言，无需附加的硬件部件。这种方法可以例如通过扩展存在的变流器控制模块的控制软件来实现。
[0010]第一三线网络和/或第二三线网络例如可以是三相电网。根据本发明的一个有利的改进方案，第一三线网络是供给网络，并且第二三线网络是连接有耗能设备的耗能网络。
[0011]根据本发明的一个有利的改进方案，用于能量含量调节的方法控制由直接变流器在第一三线网络中和/或在第二三线网络中产生的无功功率。这表明，通过这种无功功率控制能够以在调节技术上简单的方式可靠地实现在变流器支路的能量储存中的能量的可靠的均衡化。在此根据有利的改进方案这样控制无功功率，即在第一三线网络上输出的无功功率相应于在第二三线网络上输出的无功功率。在此通过控制在各个变流器支路中的桥模块来控制分别在第一或第二三线网络上由直接变流器输出的无功功率。在两个三线网络中将无功功率控制在相同数值上的优点是，可以使在分别两个可相邻的变流器支路之间产生的能量转移最小化。
[0012]根据本发明的一个有利的改进方案，这种用于能量含量调节的方法控制循环地流过六个变流器支路的全部串联电路的循环电流和/或在第一三线网络和第一三线网络的中性点之间产生的中性点差电压。这具有的优点是，根据本发明在能量储存中的能量的均衡化可以在这些应用情况下实现，在这些情况下三线网络中因为基于外部条件而预先确定或者不能任意改变无功功率，因此不能实行无功功率控制。在此有利的是，可以使用六边形变换器，其能够原则上自由调节循环电流以及中性点差电压，而与在两个三线网络之间的相应的能量转换情况无关。在此可以至少在这样的区域内自由选择中性点差电压，在所述区域内这种情况对于所连接的负载是允许的。
[0013]因此例如可以注入循环电流和/或中性点差电压作为直流电流或直流电压。这尤其在以下应用情况下是有利的:其中，例如在将直接变流器连接在变换器上或者在关于其线圈不接地的发电机上时、以及在其他的无电势的应用中，允许在中性点之间的恒定的电势差。
[0014]根据本发明的一个有利的改进方案，将循环电流设定为直流电流，并且将中性点差电压设定为直流电压。这具有的优点是，使得必要的循环电流与必要的中性点差电压的乘积是尽可能小的，以便在变流器支路之间产生的能量转移最小化。通过使各个变流器支路上的必要的最大电压或各个变流器支路上的必要的最大电流最小化，可以使用较少的或较小的部件，由此有利地可以降低成本。
[0015]同样有利的是，注入循环电流和/或中性点差电压作为交流电流或交流电压。当两个中性点不允许彼此具有持久的电势差时，例如在没有变换器的网络耦合时，这是特别有利的。
[0016]根据本发明的一个有利的改进方案，直接变流器通过变换器与两个三线网络中的一个相连接。这在并不引起共模电流的情况下实现了对中性点差电压的设定。以这种方式能够将中性点差电压和循环电流用作直流参量，由此可以使用于直接变流器的硬件费用最小化并且可以具有成本优势。
[0017]根据本发明的一个有利的改进方案，注入彼此是同相或反相的和同频率的循环电流和中性点差电压，其中这个频率不同于第一三线网络的和第一三线网络的两个频率。这具有的优点是，直接变流器的确定的部件、例如可能需要的共模滤波器的数量可以例如通过选择高频来减少。因此可以成本更低廉地构造直接变流器。
[0018]根据本发明的一个有利的改进方案，将在第一三线网络的电网频率中的电压分量与根据上述方法已经存在的中性点差电压叠加。根据本发明的另一个有利的改进方案，将第二三线网络的电网频率中的电压分量与根据上述方法已经存在的中性点差电压叠加。因此可以叠加具有仅仅一个频率的或具有两个频率的电压分量，即第一三线网络和第二三线网络的相应的电网频率。在第一三线电网频率中的在中性点差电压中的电压分量以及在第二三线电网频率中的电压分量与中性点差电压和循环电流的上述恒定的或非电网频率的分量的上述共同作用一起，实现在直接变流器的任意支路之间的能量交换。例如当除取决于工作点的能量转移之外在各个支路上产生不同的损耗时，这种情况可以是由于使用的部件的制造公差或者在运行直接变流器中异常的边界条件，这种能量交换是有意义的。因此能量含量调节可以特别灵活地适应实际上任意的应用情况。
[0019]根据本发明的一个有利的改进方案，将第一三线网络的电网频率中的电流分量与根据上述方法已经存在的循环电流叠加。根据本发明的一个有利的改进方案，将第二三线网络的电网频率中的电流分量与根据上述方法已经存在的循环电流叠加。在第一三线电网频率中的在循环电流中的电流分量以及在第二三线电网频率中的电流分量与中性点差电压和循环电流的上述恒定的或非电网频率的分量的上述共同作用一起，来实现在直接变流器的任意支路之间的能量交换。例如当除取决于工作点的能量转移之外在各个支路上产生不同的损耗时，这种情况可以是由于使用的部件的制造公差或者在运行直接变流器中异常的边界条件，这种能量交换是有意义的。因此能量含量调节可以特别灵活地适应实际上任意的应用情况。
[0020]上述方法的组合也是有利的。
[0021]此外在开头所述的目的通过用于直接变流器的电子控制装置来实现，该电子控制装置设置用于执行之前所述方式的方法。
[0022]此外该目的通过具有之前所述方式的控制装置的直接变流器来实现。
[0023]根据本发明的一个有利的改进方案，蓄能器设计为电容器或具有电容器。根据本发明的一个有利的改进方案，蓄能器设计为电池或者具有电池。电池根据有利的改进方案设计为可充电池。通过使用电池可以进一步提高直接变流器的蓄能能力，以便也可以长期
缓存能量。
[0024]根据本发明的一个有利的改进方案，直接变流器是用于借助具有电子半导体开关的桥模块将第一三线网络与第二三线网络连接的无变换器的直接变流器，其中直接变流器具有六个桥模块或者其串联电路，该直接变流器具有下述特征:
[0025]a)第一桥模块或桥模块的第一串联电路一方面接在第一电流供电系统的第一导线上并且另一方面接在第二电流供电系统的第一导线上，
[0026]b)第二桥模块或桥模块的第二串联电路一方面接在第一电流供电系统的第二导线上并且另一方面接在第二电流供电系统的第一导线上，[0027]c)第三桥模块或桥模块的第三串联电路一方面接在第一电流供电系统的第二导线上并且另一方面接在第二电流供电系统的第二导线上，
[0028]d)第四桥模块或桥模块的第四串联电路一方面接在第一电流供电系统的第三导线上并且另一方面接在第二电流供电系统的第二导线上，
[0029]e)第五桥模块或桥模块的第五串联电路一方面接在第一电流供电系统的第三导线上并且另一方面接在第二电流供电系统的第三导线上，
[0030]f)第六桥模块或桥模块的第六串联电路一方面接在第一电流供电系统的第一导线上并且另一方面接在第二电流供电系统的第三导线上。
[0031]直接变流器以巧妙的方式和以电路技术上的低消耗实现了在两个三线网络之间简单和成本低廉的耦合和直接变流。电部件或者电子部件经过三个引导供给电能的电路的每个电连接在此理解为三线网络，例如电动的驱动装置、供电系统或发电机。利用根据本发明的直接变流器，例如可以将电动的驱动装置与供电系统耦合，或者将发电机耦合在供电系统上。当然本发明也包括两个供电系统的彼此耦合。
[0032]利用所述的拓扑结构，相对于根据现有技术的直接变流器，可以实现简化和成本低廉的构造。在此处如提到的那样，需要至少新式的桥模块结构或其串联结构。通过在此提出的由六个桥模块或者桥模块的六个串联电路构成的拓扑结构，由此可以在功能相同时使硬件费用降低了至少三分之一。此外，在使用串联电路中的相应多个桥模块时，完全取消对于相应的输入滤波器和输出滤波器的需求。提出的拓扑结构的应用领域例如是速度调节的大型驱动装置、具有可变转速的发电机以及具有集成了无功功率补偿的网络耦合器的领域。
[0033]直接变流器可以具有多个桥I旲块的串联电路。使用多个桥I旲块的串联电路能够在设定输出电压方面提高灵活性。此外提高可靠性，因为多个桥模块包含一定的冗余。因此例如在串联电路的桥模块有内部故障、例如在中间电路电容器或电池上有故障时，通过全桥电路跨接这个桥模块。由此引起的电压故障可以通过串联电路的其余的桥模块来消除，即通过相应地控制桥模块的电半导体开关来设定每个桥模块的分别增高的输出电压。
[0034]在本发明的有利的实施方案中，在所有桥模块中使用相同的桥直流电压。在相应多个桥模块中可以精细地调节这些桥模块的串联电路的得出的输出电压。
[0035]根据本发明的一个有利的改进方案，可以使用具有不同的桥直流电压的桥模块。由此可以使用具有不同定电压的桥模块。给定电压这个概念描述了从部件方面最大允许的桥直流电压。这关于各个桥模块的可调节的输出电压允许不同的电压范围。由此得出关于桥模块的串联电路的离散的可设定的电压值。由此与在所有桥模块中使用相同的桥直流电压相比，在较少量的桥模块中已经能够精细地调节桥模块的串联电路的得出的输出电压。
[0036]由此根据逐次近似计算的数字模拟转换器的方式，可以有利地通过组合不同桥模块的不同电压值组合出串联电路的输出电压。例如可以逐个桥模块地使给定电压分别提高两倍，这样能够根据二进制系统来调节串联电路的输出电压。根据另一个实例，分别使用多个桥模块，这些桥模块中的桥直流电压或给定电压是彼此不同的，然而具有较小的差别。如果在串联电路中例如将600V和800V用作桥直流电压，那么最小的可设定电压级减小到800V - 600V=200Vo
[0037]根据的一个有利的改进方案，至少一个桥模块具有下述特征:[0038]a)桥模块具有用于与供电系统的电路连接的第一接头和第二接头或另一个桥模块的接头，
[0039]b)桥模块在全桥电路中具有四个电子半导体开关，
[0040]c)桥模块的第一接头和第二接头与全桥电路的彼此相对的连接点相连接，
[0041]d)桥模块具有电容器，该电容器与全桥电路的其他彼此相对的连接点相连接。
[0042]在此全桥电路能够可变地调节多个开关状态，例如直接连接在桥模块的第一接头与第二接头之间的电路(跨接桥模块)或者利用分别期望的、可通过半导体开关选择的极性使电容器充电或放电。通过例如输出脉宽调制的控制信号的控制装置相应地控制半导体开关，由此能够相对精细分级地使电容器充电和放电。
[0043]根据本发明的一个有利的改进方案，至少一个桥模块具有下述特征:
[0044]a )桥模块具有电池，
[0045]b)桥模块具有可控制的直流电压变换器，该直流电压变换器的一个连接侧与电容器并联，并且电池与该直流电压变换器的另一个连接侧连接。
[0046]这能够以巧妙的方式和在电路技术上的低消耗将电池连接在直接变流器中。利用电池或多个电池，在使用多个桥模块时，能够以低消耗来集成无中断的电源。因此在供电系统上使用直接变流器时，可以例如实现提供用于使网络稳定的瞬时存储。借助桥电路的电池可以根据电池的设计在较长的时间段内、例如在风力发电场产能较低的时间内也可以缓冲供电。以可比较的方式，可以将太阳能供电装置有利地与在三相电网的所述的装置耦合。有利地，可以通过电池实现在缺少阳光的时间或夜晚对能量进行缓存。
[0047]电池有利地设计为可充电池、例如镍金属氢化物蓄电池、铅蓄电池或锂聚合物蓄电池。当然也可以使用其他的蓄电池技术。
[0048]桥模块的这个实施方案实现的是，不取决于电池电压地保持桥模块的、借助电池产生的桥直流电压恒定，更确切地说是通过相应地控制直流电压变换器来实现。由此也可以在电池电压下降时保持恒定的输出电压。在这种情况下所述的部件的每个空间的和构造上的结构理解为桥模块，不取决于模块是否例如整合在壳体中或者分散地布置。例如电池可以在结构上与桥模块的其余的部件分开布置。在本发明的一个有利的改进方案中，电池在结构上集成在桥模块中。
[0049]另一个优点是，功率需求或流过桥模块的电流的波度基本上可以由电池来消除。通过电池可以实现基本恒定的电流，即可以由电池阻止在供电系统中的高频分量。这显著地提高了电池的可能的使用寿命。
[0050]有利地，可以使用桥模块的串联电路。由此可以避免多个电池直接串联。通过多个桥模块则可以集成多个电池，这些桥模块分别具有一个自有的电池。这避免了对于用于电池的特别的平衡电路或者充/放电电路的在电路技术上的消耗，并且由此降低了整个电路技术上的消耗。
[0051]有利地，考虑到相应桥模块的桥直流电压或给定电压而选择电池电压。由此避免直流电压变换器的高转换比，并且优化了效率。在变流器的桥模块的给定电压不同的情况下，使用的电池的电压则也彼此不同。
[0052]另一个优点是，通过全桥电路能够断开桥模块。因此例如在功率半导体损坏时，实现在桥模块的串联电路中将一个桥模块断开。尽管一个桥模块停止工作，通过其余的桥模块继续地保持串联电路的期望的输出电压恒定。
[0053]本发明的另一个优点是，桥模块的电池损坏时，桥模块仍可以保持运行。虽然在此时，具有损坏电池的模块不能提供电能，但是可以使用这个模块，以便在一部分网络周期内提高在桥模块的串联电路上的电压，并且因此有助于降低各个桥模块的对于故障安全地运行变流器所需的过大的给定电压。
[0054]通过这两个所述方法可以实现尤其是故障安全的无中断的电源或变流器系统。
[0055]本发明的另一个优点是，通过直流电压变换器可以补偿电池根据充电状态调节的不同电压水平。由此桥模块可以产生期望的恒定的输出电压。因此在串联电路中使用桥模块时，例如在变流器中，也可以在三线网络上保持恒定的电压。另一个优点是，不再需要在已知的变流器中关于模块数量或电池电压进行过度设置，因为在桥模块或桥模块的电池有故障时可以通过相应地提高输出电压并且必要时提高其余的桥模块的桥直流电压来补偿缺少的电压。
[0056]在直流电压变换器的相应的设计方案中，原则上与现有技术中的无中断的电源相比也能够以较少数量的桥模块或电池来构造该装置。由此可以实现特别成本低廉的无中断的电流源。
[0057]根据安全性要求和可靠性要求，可以在有利的设计方案中一开始就过大地设计桥模块的串联电路，即可以设置比用于达到期望的输出电压所需的桥模块和电池的数量更多的桥模块和电池。因此设置了冗余的桥模块。期望的输出电压可以通过其桥电路实现对各个桥模块的桥直流电压的降压转换。因为每个单个的模块必须提供很小的能量，由此一方面不损伤电池。此外在较多桥模块有故障时，也可以保持期望的输出电压。由此例如相对于电池的纯串联电路也可以继续提高整个装置的可靠性。
[0058]根据本发明的一个有利的改进方案，用于提供输出电压的直流电压变换器设置在电容器上，该输出电压根据对直流电压变换器运行和控制可以被设定高于、低于或者等于电池的电压。使用这种可控制的直流电压变换器能够在使用桥模块或多个桥模块以及控制其的输出电压时具有高灵活性。直流电压变换器可以设计为纯升压变换器(输出电压高于或等于电池电压)、纯降压变换器(输出电压低于或等于电池电压)或者组合的升压/降压变换器。有利的是使用升压变换器，因为一方面在此比对于组合的升压/降压变换器需要更少的部件，并且另一方面需要更低的电池电压，这降低了在平衡可能性上可能的需求。
[0059]根据本发明的一个有利的改进方案，直流电压变换器是双向的直流电压变换器。由此可以不仅仅在这一个方向上可变地提供用于在与电容器连接的、直流电压变换器输出端上的桥直流电压的能量，而且附加地也为具有从直流电压变换器与电容器连接的一侧输出的电压的电池以适合于相应的电池状态的充电电压来充电。例如出于组成电池的目的，附加地也可以通过双向的直流电压变换器来控制电池限定地放电。
[0060]根据本发明的一个有利的改进方案，直流电压变换器具有带有两个电半导体开关的半桥。有利地，可以如用于全桥电路那样地使用同种类型的半导体开关。这能够实现简单和成本廉价地构成由少量部件组成的直流电压变换器，并且由此能够实现成本廉价地构成整个桥模块。
[0061]在本发明的一个有利的改进方案中，电半导体开关以三相的IGBT模块的形式来设计。四层半导体元件称作IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor),其借助控制栅来控制。IGBT是功率MOSFET (金属氧化层半导体场效应管)的改进物。在输出端一侧IGBT具有P-N半导体结。因此IGBT是一种由场效应半导体元件和双极性半导体元件构成的组合。在供电技术中通常使用具有三个半桥、即六个IGBT半导体开关的模块形式的IGBT。因此这种模块可简单并且成本低廉地购买。本发明说明了一种巧妙的方法，有效率地为了构造桥模块使用在三相IGBT模块中存在的六个半导体开关或三个半桥。
[0062]根据本发明的一个有利的改进方案，将至少一个扼流圈串联于桥模块或者桥模块的串联电路。这个扼流圈通过其能量存储特性使得流过桥模块或流过桥模块的串联电路的电流曲线平整。
[0063]根据本发明的一个有利的改进方案，在桥模块的串联电路中设置控制单元以便断开识别为故障的桥模块。这种断开可以通过在桥模块的半导体开关上跨接桥模块的接头来实现。根据本发明的一个有利的改进方案，控制单元设置用于断开识别为故障的电池。这种断开可以例如通过直流电压变换器的半导体开关来实现。控制单元可以是配属于桥模块的控制单元、用于多个桥模块的上游控制单元或者用于整个直流变流器的中央控制单元。
[0064]此外该目的通过一种具有程序模块编码设备的计算机程序模块来实现，该计算机程序模块设置用于在计算机上执行计算机程序模块执行前述的种类的方法。计算机可以是例如微处理器或用于直接变流器的所述电子控制装置的微控制器，或者是变流器设备的控制计算机。
[0065]此外该目的通过一种具有程序模块编码设备的计算机程序模块来实现，该计算机程序模块存储在能机读的载体上，该计算机程序模块设置用于在计算机上执行计算机程序模块时执行前述的种类的方法。
【专利附图】

【附图说明】
[0066]下面根据实施例在使用附图的情况下详细说明本发明。图中示出:
[0067]图1是在第一实施方式中的桥模块，以及
[0068]图2是在第二实施方式中的桥模块，以及
[0069]图3是六边形变换器形式的直接变流器，以及
[0070]图4是根据图3具有控制装置的直接变流器，以及
[0071]图5和6是在示意图中的能量控制器。
[0072]在这些附图中对于彼此相应的部件使用相同的标号。
【具体实施方式】
[0073]六边形变换器不但可以利用无电池的桥模块也以有电池的桥模块来构成，其中也可以是混合桥模块。根据图1首先示出具有电池的桥模块。这个设计方案原则上也适用于根据图2示出的无电池的桥模块，其中在该处取消电池的缓冲功能。
[0074]图1示出桥模块1，其适合作为用于将至少一个电池接入供电系统中的装置。桥模块I具有作为外部接头的第一接头2和第二接头3。接头2，3是桥模块与供电系统、变流器支路的其他的桥模块或其他部件的外部连接。桥模块I具有带有四个电子半导体开关5，6，7,8的全桥电路4。在全桥电路4的两个相对设置的连接点16，17之间连接双极电容器9。全桥电路4的其余的两个相对设置的连接点18，19与外部接头2，3相连接。连接点16，17与可控制的、双向的直流电压变换器10相连接，该直流电压变换器设计为组合的升压/降压变换器。交流电压变换器与电容器9并联。在直流电压变换器10的相对设置的连接端上设置有与直流电压变换器10连接的电池11。此外桥模块I具有例如微处理器或逻辑电路形式的局部控制单元12。局部控制单元12与半导体开关5，6，7，8的控制接头以及与直流电压变换器10的控制输入端相连接。局部控制单元12运行控制程序模块，利用该控制程序模块控制直流电压变换器10的功能以及半导体开关5，6，7，8的开关状态。
[0075]全桥电路4的半导体开关5，6，7，8例如分别设计为IGBT。此外直流电压变换器10具有两个其他的电半导体开关13，14，该电半导体开关例如设计为IGBT。半导体开关13，14的门电路接头同样如同半导体开关5，6，7，8的门电路接头那样与局部控制单元12相连接。局部控制单元12为此通过相应地控制半导体开关13，14对直流电压变换器10进行控制。半导体开关13，14布置在半桥电路中。在此半导体开关13的集电极接头与全桥电路4的连接点16相连接。半导体开关14的发射极接头与全桥电路4的连接点17相连接。半导体开关13的发射极接头与半导体开关14的集电极接头以及与扼流圈15相连接。扼流圈15与电池11的接头、例如正极相连接。电池11的第二接头、例如负极与半导体开关14的发射极接头并且由此与全桥电路4的连接点17相连接。
[0076]使用半导体开关13，14以及扼流圈15能够实现简单和成本低廉地构造双向的、可控制的直流电压变换器，该直流电压变换器设计为升压变换器。此外可以使用已经具有六个IGBT的三相IGBT模块，这六个IGBT分别成对地在半桥电路中接通。在此IGBT模块的第一半桥用于布置半导体开关5，6，第二半桥用于半导体开关7，8并且第三半桥用于半导体开关13，14。
[0077]局部控制单元12通过线路16与中央电子控制装置40相连接，以后还说明它的构造和功能。线路16可以例如是数据总线、例如串行数据总线。局部控制单元12通过线路16获得给定值，其根据该给定值控制全桥电路4和直流电压变换器10。此外局部控制单元12通过线路16将特征值传输给中央电子控制装置40，例如电容器9和/或电池11的充电状态。
[0078]图2示出桥模块I的另一个实施方式。根据图3的桥模块I如根据图2的桥模块那样来相应地构造，然而没有直流电压变换器10和电池11。
[0079]图3示出直接变流器20，第一三线网络30、例如设计为三相电网的供电系统与该直接变流器以及与第二三线网络31相连接。第二三线网络31可以同样设计为三相电网。桥电路I的串联电路32，33，34，35，36，37分别用于连接，其中桥模块能够可选地设计具有或没有电池以及直流电压变换器。在此可以使用根据图1和2的桥模块，也以混合装配地来使用。各一个扼流圈320串联于相应的串联电路32，33，34，35，36，37地布置。这个装置构造如下:
[0080]桥模块I的第一串联电路32 —方面在连接点300与第一三线网络30的第一导线相连接，并且另一方面在连接点310处与第二三线网络31的第一导线相连接。桥模块I的第二串联电路33 —方面在连接点301处与在第一三线网络30的第二导线相连接，并且另一方面在连接点310处与第二三线网络31的第一导线相连接。桥模块I的第三串联电路34 一方面在连接点301处与第一三线网络30的第二导线相连接，并且另一方面在连接点311处与第二三线网络31的第二导线相连接。桥模块I的第四串联电路35 —方面在连接点302处与第一三线网络30的第三导线相连接，并且另一方面在连接点311处与第二三线网络31的第二导线相连接。桥模块I的第五串联电路36 —方面在连接点302处与第一三线网络30的第三导线相连接，并且另一方面在连接点312与第二三线网络31的第三导线相连接。桥模块I的第六串联电路37 —方面在连接点300处与在第一三线网络30的第一导线相连接，并且另一方面在连接点312处与第二三线网络31的第三导线相连接。每个串联电路32，33，34，35，36，37分别形成变流器支路。
[0081]此外图3示出第一三线网络30的中性点303以及第二三线网络31的中性点313。
[0082]在图3中示出的拓扑结构能够在相应地控制装有电池的桥模块I时实现在供电系统中无中断的供电。此外可以通过桥模块I实现无功功率补偿以及补偿能量需求的波动，或者是在用于将发电机连接在供电网络上时实现补偿所提供的电能的波动。为了协调对多个桥模块I的控制，设置中央电子控制装置40，其通过数据通讯与桥模块I的各个局部控制单元12连接。中央电子控制装置40控制各个桥模块的桥直流电压以及由各个桥模块输出的输出电压。
[0083]此外，图3示出在两个三线网络30，31以及直接变流器20中出现的电压和电流。
为了下面的观察定义如下:
[0084]
【权利要求】
1.一种用于控制直接变流器(20)的方法，所述直接变流器设置用于将第一三线网络(30)与第二三线网络(31)连接，其中所述直接变流器(20)具有六个串联的变流器支路(32，33，34，35，36，37)，在这些所述变流器支路中设置有电蓄能器(9，11 )，其中所述方法具有用于变流器运行控制(41)的方法，利用所述用于变流器运行控制的方法根据能量需求标准、能量供应标准和/或无功功率标准来控制从所述第一三线网络(30)到所述第二三线网络(31)中或者反向的能量传输，其特征在于，所述方法具有用于能量含量调节(42)的方法，利用所述用于能量含量调节的方法来将储存在每个所述变流器支路(32，33，34，35，36，37 )中的相应的电能量、或表征所述电能量的电参量调节到预定的给定范围上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用于所述能量含量调节(42)的方法控制由所述直接变流器(20)在所述第一三线网络(30)和/或所述第二三线网络(31)中产生的无功功率(Q1, Q2)ο
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述第一三线网络(30)上输出的所述无功功率(Q1)相应于在所述第二三线网络(31)上输出的所述无功功率(Q2)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的权利要求，其特征在于，所述用于能量含量调节(42)的方法控制循环流过六个所述变流器支路(32，33，34，35，36，37)的全部串联电路的循环电流(i&)和/或在所述第一三线网络和所述第一三线网络(30，31)的中性点(303，313)之间产生的中性点差电压(Vsto)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，注入所述中性点差电压(Vstm)作为直流电压，并且注入所述循环电流(i&)作为直流电流。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，注入彼此同相或反相的并且同频率的所述循环电流(U和所述中性点差电压(Vstm),其中所述频率不同于所述第一三线网络和所述第一三线网络(30，31)的两个频率(Q1, ω2)。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其特征在于，将所述第一三线网络(30)的电网频率((O1)中的电流分量和/或所述第二三线网络(31)的电网频率(ω2)中的电流分量与存在的所述循环电流(i&)叠加。
8.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其特征在于，将所述第一三线网络(30)的电网频率(Co1)中的电压分量和/或所述第二三线网络(31)的电网频率(ω2)中的电压分量与存在的所述中性点差电压(Vstm)叠加。
9.根据权利要求4至6中至少一项所述的方法，其特征在于， a)将所述第一三线网络(30)的电网频率(O1)中的电流分量和/或所述第二三线网络(31)的电网频率(ω2)中的电流分量与存在的所述循环电流(i&)叠加，并且 b)将所述第一三线网络(30)的电网频率(O1)中的电压分量和/或所述第二三线网络(31)的电网频率(ω2)中的电压分量与存在的所述中性点差电压(Vstm)叠加。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，存在用于调节所述直接变流器(20)的各种调节参量的多个调节器(56，58，59)，并且在所述调节器(59)中在相应的工作点调节所述直接变流器(20)的总能量含量。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，存在用于调节所述直接变流器(20)的各种调节参量的多个调节器(56，58，59)，并且在所述调节器(58)中调节在能相邻的所述变流器支路(32，33，34，35，36，37)之间的能量转移。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，存在用于调节所述直接变流器(20)的各种调节参量的多个调节器(56，58，59)，并且在四个所述调节器(56)中调节在仅仅不能相邻的所述变流器支路(32，33，34，35，36，37)之间的能量平衡。
13.一种用于所述直接变流器(20)的电子控制装置(40)，所述电控制装置设置用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
14.一种具有根据权利要求13所述的电子控制装置(40)的直接变流器(20)，所述电子控制装置用于所述直接变流器。
15.一种具有程序模块编码设备的计算机程序模块，所述计算机程序模块设置用于当在计算机上执行所述计算机程序模块时实施根据权利要求1至12中任一项所述的方法。
16.一种具有程序模块编码设备的计算机程序模块，所述计算机程序模块存储在能机读的载体上，所述计算机程序模块设置用于当在计算机上执行所述计算机程序模块时实施根据权 利要求1至12中任一项所述的方法。
【文档编号】H02M7/49GK103733494SQ201280034657
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2012年7月16日 优先权日:2011年7月14日
【发明者】伦纳特·巴鲁施卡 申请人:西门子公司