專利名稱：用于運(yùn)行轉(zhuǎn)換器的方法以及開關(guān)單元和轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)換器，尤其是模塊化的多電平換流器。此外，本發(fā)明涉及用于識別轉(zhuǎn)換器中的故障的措施。
背景技術(shù)：
如今在現(xiàn)有技術(shù)中以多種方式使用轉(zhuǎn)換器電路。尤其對于運(yùn)行驅(qū)動器，直接轉(zhuǎn)換器具有優(yōu)點(diǎn)，這是因?yàn)樵谝恍?yīng)用領(lǐng)域中，在相同開銷的情況下，相比間接轉(zhuǎn)換器，直接轉(zhuǎn)換器能夠驅(qū)動更高的電流。尤其是模塊化的多電平轉(zhuǎn)換器{英語=modular multilevel co/ Ferter,縮寫=MMC，MMLC或M2LC)被用作直接轉(zhuǎn)換器。這種轉(zhuǎn)換器具有轉(zhuǎn)換器分支，所述轉(zhuǎn)換器分支將輸入側(cè)的每個相線與輸出側(cè)的相線連接。這種轉(zhuǎn)換器也可以被用作彼此串聯(lián)的部分轉(zhuǎn)換器。每個所述轉(zhuǎn)換器分支具有包括扼流圈和一個或者多個被構(gòu)成為雙極的開關(guān)單元的串聯(lián)電路。能以半橋電路或者全橋電路構(gòu)成所述開關(guān)單元并且所述開關(guān)單元具有蓄能器，例如開關(guān)單元電容器。通過合適的布線，可以連接所述轉(zhuǎn)換器分支，使得所述蓄能器接入到所述轉(zhuǎn)換器分支中或者與所述轉(zhuǎn)換器分支分開。對所述直接轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動通常是對于每個開關(guān)單元單獨(dú)進(jìn)行的，使得在相應(yīng)開關(guān)單元的端子處沒有施加電壓并且所述相應(yīng)開關(guān)單元僅僅允許無源電流經(jīng)過續(xù)流二極管或者所述蓄能器的電壓(也即在半橋布線的情況下開關(guān)單元電容器的電壓或者在全橋布線的情況下開關(guān)單元電容器的非反相電壓或者反相電壓)落在相應(yīng)開關(guān)單元的這些端子上。這種直接轉(zhuǎn)換器例如從文檔WO 03/090331或者 US2011/0075 465 Al 中公知。在直接轉(zhuǎn)換器中可能出現(xiàn)故障。如果出現(xiàn)故障，通常需要立刻反應(yīng)，以便避免損壞元件。`從文檔US2008/0232 145 Al中例如公知一種多電平變換器，在所述多電平變換器中所述轉(zhuǎn)換器分支具有多個開關(guān)單元。如果在所述開關(guān)單元的一個開關(guān)單元中出現(xiàn)錯誤(這例如能夠通過比較測得的輸出電壓與預(yù)期的電壓而被識別)，則橋接相關(guān)開關(guān)單元。在文檔Maharjan, L 等人的，"Fault-Tolerant Operation of aBattery-Energy-Storage System Based on a Multilevel Cascade PWM Converter withStar Configuration", IEEE Transactions on powerelectronics,第 25 卷,第 9 號，2010年9月，第2386-2396頁中建議，在識別所述轉(zhuǎn)換器的開關(guān)單元中的故障之后短接所述開關(guān)單元，使得可以繼續(xù)運(yùn)行具有其余開關(guān)單元的轉(zhuǎn)換器。例如可以借助輸出電壓曲線和/或電容器電壓曲線的改變確定有故障的開關(guān)單元。在所述開關(guān)單元中的全橋電路或者半橋電路通常具有IGBT，作為用于開關(guān)電流的功率半導(dǎo)體元件。在IGBT功率半導(dǎo)體開關(guān)的情況下，從引導(dǎo)的一定電流強(qiáng)度起，內(nèi)阻突然增大，這一般稱作IGBT退飽和(IGBT-Entsaettigung)。如果在IGBT中出現(xiàn)退飽和，則必須立即切斷所述IGBT，這是因?yàn)樵谒鯥GBT中轉(zhuǎn)換的功率由于電阻增大導(dǎo)致的電壓增大可能迅速超過允許的最大功率。例如如今，如果中間電路沒有過大的漏電感，IGBT能夠經(jīng)受住過電流斷開與退飽和的出現(xiàn)預(yù)定持續(xù)時間(例如最高達(dá)10 μ S)。為了在確定出現(xiàn)IGBT退飽和之后可以實(shí)現(xiàn)快速的斷開，直接在各個開關(guān)單元中設(shè)置為此所必需的、用于監(jiān)控所述開關(guān)單元并且用于斷開IGBT的開關(guān)單元控制單元。在由所述開關(guān)單元控制單元識別退飽和并且斷開IGBT之后，才通知中央控制單元關(guān)于相關(guān)開關(guān)單元的斷開。為了開關(guān)單元能夠快速響應(yīng)已識別的故障情況，各個開關(guān)單元可以配備有橋接元件，使得能夠可靠地短接有故障的開關(guān)單元。晶閘管電路、機(jī)電開關(guān)、煙火開關(guān)或者擊穿的(durchlegierend)半導(dǎo)體被公知為橋接元件。然而，許多建議的橋接元件僅僅可以被短接一次并且不可以再被容易地打開。現(xiàn)在，在導(dǎo)致退飽和的IGBT中的過電流不僅能夠由所述開關(guān)單元本身中的故障引起，而且能夠由出現(xiàn)在換流器之外或者在開關(guān)單元之外的其它故障情況引起。因此，只要可靠地識別在開關(guān)單元中存在故障(在所述開關(guān)單元中橋接元件閉合)，那么就沒必要打開所述橋接元件。然而，因?yàn)樵谏厦婷枋龅臉?gòu)造中，處于相關(guān)開關(guān)單元之外的故障也被錯誤地分配給開關(guān)單元，所以可能發(fā)生如下情況:正常起作用的開關(guān)單元被橋接，由此使所述開關(guān)單元持久地未正常起作用，這是因?yàn)榭缭介_關(guān)單元的短路不能再以簡單的措施被取消。然而，至今認(rèn)為:其中識別故障的每個開關(guān)單元有缺陷或者在所述開關(guān)單元之外所述開關(guān)單元的故障被識別并且所述故障通過昂貴的分析方法被分配給所述開關(guān)單元。在W02011/116816 Al中同樣說明一種具有開關(guān)單元的多電平轉(zhuǎn)換器，其中在兩個開關(guān)單元(W02011/116816 Al，圖5，參考標(biāo)記6a，6b)之間設(shè)置用于短接開關(guān)單元接頭的觸發(fā)元件(W02011/116816 Al，圖5，參考標(biāo)記18)，其中所述觸發(fā)信號(triggering signal)由中央調(diào)節(jié)單元(主控制器)直接地或者經(jīng)由單元驅(qū)動單元(Zellenansteuereinheit)(W02011/116816 Al，圖5，參考標(biāo)記34)以相對于所出現(xiàn)的故障有時延地產(chǎn)生并且被發(fā)送到所述觸發(fā)元件。在“Prospectsof Multilevel VSC Technologies for Power Transmission”，(B.Gemmell 等人，Transmission and Distribution Conference and Exposition(輸配電會議和博覽會)，2008，T&D IEEE/PES，皮斯卡塔韋，NJ, USA，2008年4月20日)中同樣公開一種這種類型的具有開關(guān)單元的多電平轉(zhuǎn)換器。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務(wù)是確保:在具有開關(guān)單元的采用模塊化構(gòu)造方式的直接轉(zhuǎn)換器中，沒有開關(guān)單元由于在所述開關(guān)單元內(nèi)錯誤識別的故障而被持久地短接。所述任務(wù)通過根據(jù)權(quán)利要求1的用于運(yùn)行轉(zhuǎn)換器的方法以及通過用于轉(zhuǎn)換器的開關(guān)單元和根據(jù)并列權(quán)利要求的轉(zhuǎn)換器解決。本發(fā)明其它有利的擴(kuò)展方案在從屬權(quán)利要求中說明。根據(jù)第一方面，設(shè)置一種用于運(yùn)行轉(zhuǎn)換器的方法，其中所述轉(zhuǎn)換器包含多個橋臂，所述橋臂具有一個或者多個串聯(lián)的開關(guān)單元，其中每個橋臂將轉(zhuǎn)換器的多個輸入端之一與多個輸出端之一連接，該方法具有以下步驟:
-監(jiān)控所述開關(guān)單元的每個開關(guān)單元，以便確定故障情況；
-在所述開關(guān)單元的一個開關(guān)單元中識別故障時，如果在所述開關(guān)單元中已識別的故障情況之后沒有在所述開關(guān)單元的另一個開關(guān)單元中識別故障情況，則觸發(fā)用于短接所述開關(guān)單元接頭的所述觸發(fā)元件之一，其中在所述一個開關(guān)單元中故障情況的識別被傳遞到中央監(jiān)控設(shè)備，其中啟動在所述中央監(jiān)控設(shè)備中的定時器，其中在所述中央監(jiān)控設(shè)備中驗(yàn)證是否在預(yù)定持續(xù)時間到期之前傳遞另一個開關(guān)單元中故障情況的發(fā)生，其中如果在預(yù)定持續(xù)時間期間未發(fā)生在另一個開關(guān)單元中的故障情況的傳遞，則通過中央監(jiān)控設(shè)備觸發(fā)所述一個開關(guān)單元的相關(guān)觸發(fā)元件。上面的方法優(yōu)點(diǎn)是:只要存在故障可能處于所述相關(guān)開關(guān)單元之外的可能性，就沒有開關(guān)單元由于先前所識別的故障被橋接。由此尤其可以避免:當(dāng)在所述開關(guān)單元中使用持久地短接開關(guān)單元的觸發(fā)元件時，通過該短接使所述相關(guān)開關(guān)單元不可用(盡管所述相關(guān)開關(guān)單元具有適當(dāng)?shù)墓δ?。上面的轉(zhuǎn)換器包含監(jiān)控裝置，使用所述監(jiān)控裝置，如果所述故障情況僅僅出現(xiàn)在相關(guān)開關(guān)單元中，在一個開關(guān)單元中確定的故障情況被認(rèn)為是所述開關(guān)單元的故障，而如果在多個開關(guān)單元中同時或者時間上稍微錯開地識別故障情況，則推斷出其它故障。換言之，如果在多個開關(guān)單元中識別故障，則認(rèn)為是外部對轉(zhuǎn)換器的影響。可以規(guī)定:監(jiān)控所述開關(guān)單元，使得所述開關(guān)單元中使用的IGBT的退飽和被識別為在所述開關(guān)單元的一個開關(guān)單元中的故障情況。此外，可以監(jiān)控所述開關(guān)單元，使得在開關(guān)時間窗之外的電壓改變、尤其是超出預(yù)定的電壓幅度的電壓改變被識別為在所述開關(guān)單元的一個開關(guān)單元中的故障情況，在所述開關(guān)時間窗期間驅(qū)動一個或者多個功率半導(dǎo)體開關(guān)用于開關(guān)。根據(jù)另一實(shí)施形式，如果在預(yù)定持續(xù)時間期間，沒有與在所述開關(guān)單元中識別的故障情況同時地或者時間上稍微錯開地識別在所述開關(guān)單元的另一個開關(guān)單元中的故障情況，則可以觸發(fā)所述觸發(fā)元件之一以便短接開關(guān)單元接頭?？梢砸?guī)定:當(dāng)對于所述開關(guān)單元的特定開關(guān)單元多次出現(xiàn)所述特定開關(guān)單元中的故障情況識別(在預(yù)定持續(xù)時間期間，沒有與在所述特定開關(guān)單元中的故障情況識別同時地或者時間上稍微錯開地識別所述開關(guān)單元的另一個開關(guān)單元中的故障情況)時，才觸發(fā)所述觸發(fā)元件之一以便短接開關(guān)單元接頭。此外，在所述開關(guān)單元的一個開關(guān)單元中識別故障情況之后可以抑制對所述相關(guān)開關(guān)單元的功率半導(dǎo)體開關(guān)的驅(qū)動，尤其可以關(guān)斷所述功率半導(dǎo)體開關(guān)。根據(jù)一個實(shí)施形式，如果在所述開關(guān)單元的一個開關(guān)單元中識別故障之后在另一個開關(guān)單元中識別故障情況，則關(guān)斷多個或者所有開關(guān)單元的功率半導(dǎo)體開關(guān)。根據(jù)另一方面，設(shè)置用于轉(zhuǎn)換器的開關(guān)單元，所述開關(guān)單元具有一個或者多個半橋電路和蓄能器，其中監(jiān)控單元被設(shè)置用于:
-監(jiān)控所述開關(guān)單元，以便確定故障情況；
-在識別故障情況時，向外部向中央監(jiān)控設(shè)備提供關(guān)于所述故障情況出現(xiàn)的說明，以
及
-如果從所述中央監(jiān)控設(shè)備接收觸發(fā)信號作為對向外部向中央監(jiān)控設(shè)備提供的關(guān)于所述故障情況出現(xiàn)的說明的響應(yīng)，則觸發(fā)觸發(fā)元件以便短接開關(guān)單元接頭。根據(jù)另一方面，設(shè)置具有多個輸入端和多個輸出端的、用于將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓的轉(zhuǎn)換器，所述轉(zhuǎn)換器包含:-具有一個或者多個串聯(lián)的開關(guān)單元的多個橋臂，其中每個橋臂將所述輸入端之一與所述輸出端之一連接；
-在所述開關(guān)單元的每個開關(guān)單元中的相應(yīng)監(jiān)控單元，所述監(jiān)控單元被構(gòu)成以便確定故障情況；
-在所述開關(guān)單元的每個開關(guān)單元中的相應(yīng)觸發(fā)元件，所述觸發(fā)元件被構(gòu)成以便短接開關(guān)單元接頭；
-中央監(jiān)控設(shè)備，所述中央監(jiān)控設(shè)備與所述監(jiān)控單元的每個監(jiān)控單元處于通信連接并且所述中央監(jiān)控設(shè)備被構(gòu)成用于:
接收關(guān)于在所述監(jiān)控單元之一中識別的故障的說明；以及 ■如果在一個開關(guān)單元中識別的故障情況之后沒有在所述開關(guān)單元的另一個開關(guān)單元中識別故障情況，則觸發(fā)所述觸發(fā)元件之一。


接下來根據(jù)附圖進(jìn)一步解說本發(fā)明有利的實(shí)施形式。圖1示出模塊化的多電平轉(zhuǎn)換器的示意性圖示；
圖2a和2b示出用于構(gòu)造圖1的模塊化的多電平轉(zhuǎn)換器的開關(guān)單元的示意性圖示；
圖3示出用于識別在轉(zhuǎn)換器的開關(guān)單元中的IGBT半導(dǎo)體元件的退飽和的圖示。參考標(biāo)記列表 I轉(zhuǎn)換器
2轉(zhuǎn)換器分支 3開關(guān)單元 4扼流圈 10控制單元 11中央監(jiān)控設(shè)備 12故障信號通道 13觸發(fā)信號通道 32，36功率半導(dǎo)體開關(guān) 33，37續(xù)流二極管 34，38蓄能器 39監(jiān)控單元 41觸發(fā)單元 42電壓檢測單元 43 “與”門。
具體實(shí)施例方式圖1示出轉(zhuǎn)換器I的示意性圖示，轉(zhuǎn)換器I以模塊化的多電平轉(zhuǎn)換器(MMC，MMLC或者M(jìn)2LC)的形式構(gòu)成。轉(zhuǎn)換器I具有輸入線作為輸入端E，在本實(shí)施例中即第一輸入端El和第二輸入端E2。此外,轉(zhuǎn)換器I具有輸出端L,在本實(shí)施例中即第一輸出端LI,第二輸出端L2和第三輸出端L3。每個輸入端El，E2經(jīng)由橋臂2與每個輸出端LI，L2，L3連接。優(yōu)選地，橋臂2被同樣地構(gòu)成，然而提供橋臂2的不同拓?fù)湟彩强赡艿?。根?jù)驅(qū)動可以雙向地應(yīng)用轉(zhuǎn)換器1，使得能量流可以從輸入端El，E2被引向輸出端LI，L2，L3以及從輸出端LI，L2，L3被引向輸入端El，E2。每個橋臂2具有一個或者多個串聯(lián)的開關(guān)單元3。在本實(shí)施例中，每個橋臂2具有4個串聯(lián)的開關(guān)單元3。此外，與每個橋臂2的串聯(lián)開關(guān)單元3串聯(lián)地設(shè)置作為電感的扼流圈4。在圖2a和圖2b中示出開關(guān)單元3的例子。圖2a的開關(guān)單元3基本上包含半橋電路，尤其是僅僅包含具有兩個串聯(lián)的功率半導(dǎo)體開關(guān)32的半橋電路，功率半導(dǎo)體開關(guān)32分別具有與功率半導(dǎo)體開關(guān)32并聯(lián)的續(xù)流二極管33。續(xù)流二極管33可以被實(shí)施為分立元件或者與功率半導(dǎo)體開關(guān)32集成在一起。電容形式的蓄能器34與所述兩個功率半導(dǎo)體開關(guān)32的串聯(lián)電路并聯(lián)。所述功率半導(dǎo)體開關(guān)32 —般能夠被構(gòu)成為IGBT，IGCT, MOSFET或者其它可控制的功率晶體管。在功率半導(dǎo)體開關(guān)32和蓄能器34的一個接頭之間的節(jié)點(diǎn)N處設(shè)置開關(guān)單元3的外部開關(guān)單元接頭S，以便連接所述轉(zhuǎn)換器I的相應(yīng)橋臂2中的開關(guān)單元3。對于功率半導(dǎo)體開關(guān)32，基本上使用它們的開關(guān)功能，也就是說導(dǎo)電連接的關(guān)和開。尤其對于中電壓應(yīng)用，IGBT通常被用作功率半導(dǎo)體開關(guān)32。圖2b中示出開關(guān)單元3的另一實(shí)施形式。圖2b的開關(guān)單元3被構(gòu)成為H橋電路并且具有功率半導(dǎo)體開關(guān)36的兩個相互并聯(lián)的串聯(lián)電路。每個功率半導(dǎo)體開關(guān)36配備有與所述功率半導(dǎo)體開關(guān)并聯(lián)的續(xù)流二極管37，所述續(xù)流二極管可以或者被構(gòu)成為分立元件，或者被構(gòu)成為與所述功率半導(dǎo)體開關(guān)36集成在一起。通常相對于功率半導(dǎo)體開關(guān)36的通電方向，在阻塞方向上布置所述續(xù)流二極管37。在這些串聯(lián)電路的兩個功率半導(dǎo)體開關(guān)36之間的節(jié)點(diǎn)N處設(shè)置外部開關(guān)單元接頭S，用于連接轉(zhuǎn)換器I的相應(yīng)橋臂2中的開關(guān)單元3。這兩個串聯(lián)電路彼此并聯(lián)并且與以存儲電容器形式的蓄能器38并聯(lián)。所述開關(guān)單元3由控制單元10驅(qū)動，以便將輸入電壓(或者是直流電壓或者是交流電壓)轉(zhuǎn)換為期望輸出電壓(或者是直流電壓或者是交流電壓)?？梢钥刂泼總€所述開關(guān)單元3，使得每個所述開關(guān)單元可以采取不同狀態(tài)。在第一狀態(tài)中，可以連接開關(guān)單元3，使得它的接頭與蓄能器34，38連接。以這種方式可以給蓄能器34，38充電或者使蓄能器34，38放電，也就是說，電荷可以自由地流到所述蓄能器34，38或者流出所述蓄能器34，38。此外，在第一狀態(tài)中，蓄能器電壓基本上被施加在開關(guān)單元接頭S處，使得通過在分配給橋臂2的輸入端處的電壓電勢與在對應(yīng)的橋臂中被開關(guān)成第一狀態(tài)的開關(guān)單元3處的電壓電勢的電壓平衡，產(chǎn)生在分配給橋臂2的輸出端處的電壓電勢。在另一狀態(tài)中，開關(guān)單元3的輸出電壓取決于通過橋臂2的電流方向，取決于是否允許電流通過續(xù)流二極管33，37。然后，開關(guān)單元3 —直提供與流過開關(guān)單元3的電流相反地定向的開關(guān)單元電壓，使得蓄能器34，38可以吸收能量。通過受控地開關(guān)在轉(zhuǎn)換器分支2中的開關(guān)單元3，可以根據(jù)對輸出側(cè)電氣變量的規(guī)定，根據(jù)輸入電壓和輸入電流結(jié)合被對應(yīng)開關(guān)的開關(guān)單元3的蓄能器電壓，為每個輸出端LI，L2，L3產(chǎn)生在輸出端LI，L2，L3處的期望電壓或者相電壓。除了提供期望輸出電壓和輸出電流，目前為止的通過控制單元10運(yùn)行的用于轉(zhuǎn)換器I的驅(qū)動方法還遵循一種策略:將開關(guān)單元3中的蓄能器34，38盡可能地保持在恒定的能量水平或者電壓水平，也就是說分別存儲在蓄能器34，38中的能量恒定地保持在平均值或者跨越相應(yīng)容性蓄能器34，38的調(diào)整的蓄能器電壓基本上在預(yù)先給定的波動范圍內(nèi)改變。在這種情況下，控制單元10應(yīng)用本身已知的策略中的一種，通過所述策略容性蓄能器34，38以變換的極性連接到轉(zhuǎn)換器分支2中。這基本上以如下方式實(shí)現(xiàn):通過每個所述開關(guān)單元3的電流基本上被交替地變換極性或者在與跨越相關(guān)橋臂的電壓差的方向相反的方向上被極化，以便因此影響容性蓄能器34，38的充電和放電周期。在圖1中示出的轉(zhuǎn)換器I的拓?fù)鋬H僅是示例性的。上面示出的構(gòu)造可以以任意的方式被縮放到任意數(shù)量的輸入端E和任意數(shù)量的輸出端L。基本的特征是，在每個輸入端和輸出端之間布置橋臂2，所述橋臂2由一個或者多個串聯(lián)的開關(guān)單元3構(gòu)成。優(yōu)選地，每個橋臂2具有多個開關(guān)單元3，所述開關(guān)單元3尤其適合于中電壓應(yīng)用，這是因?yàn)樵诖嗣總€開關(guān)單元3的電壓負(fù)荷相對于輸入電壓和輸出電壓減小。此外，每個開關(guān)單元3具有監(jiān)控單元39，監(jiān)控單元39可以檢測有故障的行為。例如，尤其在使用IGBT-功率半導(dǎo)體開關(guān)時可能出現(xiàn)IGBT退飽和，在IGBT退飽和的情況下，在導(dǎo)電開關(guān)狀態(tài)中，從一定的電流強(qiáng)度起，IGBT功率半導(dǎo)體開關(guān)的電阻突然增大。如果出現(xiàn)這種退飽和，則必須立即切斷相關(guān)IGBT，以便避免IGBT或者其它電路部分的損壞。IGBT通常能夠經(jīng)受住退飽和出現(xiàn)數(shù)個微秒的短暫持續(xù)時間。因此，有必要確保在IGBT退飽和出現(xiàn)時足夠快地實(shí)現(xiàn)斷開。因此在開關(guān)單元3中設(shè)置監(jiān)控單元39，監(jiān)控單元39在退飽和方面監(jiān)控所述開關(guān)單元。為此，控制單元39可以監(jiān)控施加在開關(guān)單元接頭處的電壓并且如果在時間窗(在所述時間窗內(nèi)開關(guān)一個或者多個功率半導(dǎo)體開關(guān))之外出現(xiàn)電壓改變或者出現(xiàn)超過特定電壓差的電壓改變，則確定故障?？梢栽O(shè)想:如果所述功率半導(dǎo)體開關(guān)32，36之一進(jìn)入退飽和，則在一個或者多個所述功率半導(dǎo)體開關(guān)32，36的開關(guān)過程之外出現(xiàn)開關(guān)單元3處的輸出電壓改變。然而，也可能的是:在開關(guān)單元3之外的故障能夠?qū)е麻_關(guān)單元電壓的突然改變或者IGBT退飽和。所述故障尤其可以是輸入端處的短路和/或輸出端處的短路和/或在輸入端和輸出端之間的短路。傳統(tǒng)地借助于觸發(fā)元件41 (例如以晶閘管電路、機(jī)電開關(guān)、煙火開關(guān)或者擊穿的半導(dǎo)體元件的形式)引起其中已經(jīng)確定故障的開關(guān)單元3的開關(guān)單元接頭S的短接。它們的共同點(diǎn)是:如果在觸發(fā)之后確定在開關(guān)單元3中識別的故障已經(jīng)被錯誤地解釋為開關(guān)單元3的故障并且外部的故障原因作為替代對觸發(fā)所述監(jiān)控單元39負(fù)責(zé)，則所述觸發(fā)元件41不再能夠被各易地打開。圖3更詳細(xì)地示出開關(guān)單元3的監(jiān)控單元39以及可以被布置在中央控制單元10中的監(jiān)控設(shè)備11。監(jiān)控設(shè)備11與多個開關(guān)單元3的監(jiān)控單元39、優(yōu)選地與每個開關(guān)單元3的監(jiān)控單元39處于通信連接并且能夠經(jīng)由故障信號通道12接收故障信號并且經(jīng)由觸發(fā)信號通道13向已尋址的開關(guān)單元3的監(jiān)控單元40的觸發(fā)元件41傳輸觸發(fā)信號，以便引起觸發(fā)元件41的觸發(fā)或者實(shí)現(xiàn)相關(guān)開關(guān)單元3的開關(guān)單元接頭S的短接。故障信號和觸發(fā)信號可以與多個其它的控制信號和通知信號一起經(jīng)由電氣數(shù)字通信鏈路或者光纖數(shù)字通信鏈路被傳送。監(jiān)控單元39具有電壓檢測單元42，電壓檢測單元42監(jiān)控在開關(guān)單元3的輸出線處的電壓。電壓檢測單元42輸出邏輯“I”到為每個控制信號Gl，G2設(shè)置的”與”門43的第一接頭。在”與”門43的第二接頭處施加控制信號Gl，G2，用于通過控制單元10驅(qū)動所述功率半導(dǎo)體開關(guān)32，36。此外，電壓檢測單元42從控制單元10接收控制信號Gl，G2并且屏蔽電壓檢測，使得在開關(guān)時間窗(在所述開關(guān)時間窗期間實(shí)現(xiàn)IGBT的開關(guān))之內(nèi)的電壓檢測被抑制。在其間相關(guān)開關(guān)單元3內(nèi)的功率半導(dǎo)體開關(guān)32，36沒有被開關(guān)或者處于開關(guān)時間窗內(nèi)的時間間隔期間，電壓檢測單元42識別電壓改變，所述電壓改變例如由于或者在相關(guān)開關(guān)單元3內(nèi)的故障或者由于外部的故障原因而出現(xiàn)。如果在功率半導(dǎo)體開關(guān)32, 36的開關(guān)時間窗之外確定電壓改變、尤其是超出預(yù)定幅度的電壓改變的電壓改變，則電壓檢測單元42生成邏輯“0”，所述邏輯“O”被分別施加在”與”門43的第一輸入端。由此阻塞所述控制信號G1，G2并且在相關(guān)開關(guān)單元3的功率半導(dǎo)體開關(guān)32，36處施加邏輯0，由此斷開、也就是關(guān)斷所述開關(guān)單元3。同時經(jīng)由故障信號通道12發(fā)送故障信號到中央監(jiān)控設(shè)備11。在此，以接收第一故障信號F啟動定時器14并且監(jiān)控在預(yù)定持續(xù)時間期間來自于另一開關(guān)單元3的另一故障信號F是否到達(dá)。如果來自于另一開關(guān)單元3的另一故障信號F到達(dá)，則推斷出外部故障并且指示控制單元10將轉(zhuǎn)換器I帶到可靠的狀態(tài)、尤其通過借助提供合適的控制信號G1，G2切斷在開關(guān)單元3中的所有功率半導(dǎo)體開關(guān)32，36。在這種情況下不傳送說明應(yīng)該觸發(fā)所述觸發(fā)元件41的觸發(fā)信號A。如果在第一次接收故障信號F之后預(yù)定持續(xù)時間期間沒有從其余開關(guān)單元3之一接收其它的故障信號，則可以認(rèn)為其監(jiān)控單元39已經(jīng)傳送故障信號F的開關(guān)單元3具有故障功能，并且所述觸發(fā)信號A被發(fā)送給相關(guān)開關(guān)單元3的觸發(fā)單元41，所述觸發(fā)信號短接相關(guān)開關(guān)單元3的開關(guān)單元接頭S。作為替代，如果在第一次接收故障信號F之后預(yù)定持續(xù)時間期間從其它的開關(guān)單元3之一接收故障信號，則可以認(rèn)為，故障功能處于已發(fā)送第一故障信號的開關(guān)單元3之夕卜。在這種情況下，作為響應(yīng)，可以關(guān)斷已發(fā)送第一故障信號的開關(guān)單元3的功率半導(dǎo)體開關(guān)32，36、多個開關(guān)單元3的或者所有開關(guān)單元3的功率半導(dǎo)體開關(guān)32，36。根據(jù)一個備選實(shí)施形式，在從所述開關(guān)單元的一個開關(guān)單元第一次接收故障信號F之后沒有在預(yù)定持續(xù)時間內(nèi)接收另一故障信號的情況下，可以規(guī)定:首先經(jīng)由合適的通信鏈路(未示出)重置電壓檢測單元42，使得控制信號Gl，G2又被施加在相關(guān)開關(guān)單元3的功率半導(dǎo)體開關(guān)32，36處，以便再次將開關(guān)單元3恢復(fù)到正常的運(yùn)行。由此可以避免暫時的僅僅出現(xiàn)一次或者很少次數(shù)的干擾導(dǎo)致完全斷開相關(guān)開關(guān)單元3。當(dāng)在已經(jīng)產(chǎn)生故障信號F的開關(guān)單元3中的一次性故障通過相關(guān)開關(guān)單元3的監(jiān)控單元39被重新確定或者以預(yù)定的次數(shù)確定，才能傳送觸發(fā)信號A到相關(guān)開關(guān)單元3的觸發(fā)元件41。
權(quán)利要求
1.一種用于運(yùn)行轉(zhuǎn)換器(I)的方法，其中所述轉(zhuǎn)換器(I)包含多個橋臂(2)，所述橋臂(2)具有一個或者多個串聯(lián)的開關(guān)單元(3)，其中每個橋臂(2)將所述轉(zhuǎn)換器(I)的多個輸入端之一與多個輸出端之一連接，所述方法具有以下步驟: -監(jiān)控所述開關(guān)單元(3)的每個開關(guān)單元，以便確定故障情況； -在所述開關(guān)單元(3)的一個開關(guān)單元中識別故障時，如果在所述開關(guān)單元(3)中識別的故障情況之 后、尤其是在預(yù)定持續(xù)時間內(nèi)沒有在所述開關(guān)單元(3)的另一個開關(guān)單元中識別故障情況，則觸發(fā)所述觸發(fā)元件(41)之一用于短接所述開關(guān)單元接頭，其中在所述一個開關(guān)單元(3)中的故障情況的識別被傳遞到中央監(jiān)控設(shè)備(11)，其中啟動在所述中央監(jiān)控設(shè)備(11)中的定時器，其中在所述中央監(jiān)控設(shè)備(11)中驗(yàn)證是否在預(yù)定持續(xù)時間到期之前傳遞在所述開關(guān)單元(3)的另一個開關(guān)單元中的故障情況的發(fā)生，其中如果在所述預(yù)定持續(xù)時間內(nèi)未發(fā)生在另一開關(guān)單元(3)中的故障情況的傳遞，則通過所述中央監(jiān)控設(shè)備(11)觸發(fā)所述一個開關(guān)單元(3)的相關(guān)觸發(fā)元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中監(jiān)控所述開關(guān)單元(3)使得在開關(guān)時間窗之外在所述開關(guān)單元(3)中使用的IGBT的退飽和被識別為在所述開關(guān)單元(3)的一個開關(guān)單元中的故障情況，在所述開關(guān)時間窗期間驅(qū)動一個或者多個功率半導(dǎo)體開關(guān)(32，36)用于開關(guān)。
3.按照權(quán)利要求1或者2的方法，其中監(jiān)控所述開關(guān)單元(3)使得在開關(guān)時間窗之外的電壓改變、尤其是超出預(yù)定的電壓幅度的電壓改變被識別為在所述開關(guān)單元(3)的一個開關(guān)單元中的故障情況，在所述開關(guān)時間窗期間驅(qū)動一個或者多個功率半導(dǎo)體開關(guān)(32，36)用于開關(guān)。
4.按照權(quán)利要求1到3之一的方法，其中，當(dāng)所述開關(guān)單元(3)的一個特定開關(guān)單元中的故障情況的識別對于所述特定開關(guān)單元(3)多次出現(xiàn)并且在所述特定開關(guān)單元中的故障情況的識別之后預(yù)定持續(xù)時間期間沒有識別所述開關(guān)單元(3)的另一個開關(guān)單元中的故障情況時，才觸發(fā)所述觸發(fā)元件(41)之一以便短接開關(guān)單元接頭。
5.按照所述權(quán)利要求1到4之一的方法，其中，在識別所述開關(guān)單元(3)的一個開關(guān)單元中的故障情況之后，抑制對所述相關(guān)開關(guān)單元(3)的功率半導(dǎo)體開關(guān)(32，36)的驅(qū)動，尤其是關(guān)斷所述功率半導(dǎo)體開關(guān)(32，36)。
6.按照所述權(quán)利要求1到5之一的方法，其中，如果在識別所述開關(guān)單元(3)的一個開關(guān)單元中的故障之后，識別另一個開關(guān)單元(3)中的故障情況，則關(guān)斷多個或者所有開關(guān)單元(3)的功率半導(dǎo)體開關(guān)(32，36)。
7.用于轉(zhuǎn)換器(I)的開關(guān)單元(3)，所述開關(guān)單元(3)具有一個或者多個半橋電路和蓄能器，監(jiān)控單元(39)被設(shè)置用于: -監(jiān)控所述開關(guān)單元(3)，以便確定故障情況； -在識別故障情況時，向外部向中央監(jiān)控設(shè)備(11)提供關(guān)于所述故障情況出現(xiàn)的說明，以及 -如果從所述中央監(jiān)控設(shè)備(11)接收觸發(fā)信號作為對向外部向所述中央監(jiān)控設(shè)備(11)提供的關(guān)于所述故障情況出現(xiàn)的說明的響應(yīng)時，則觸發(fā)觸發(fā)元件(41)用于短接所述開關(guān)單元接頭。
8.具有多個輸入端和多個輸出端的用于將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓的轉(zhuǎn)換器(1)，包含:-具有一個或者多個串聯(lián)的開關(guān)單元(3)的多個橋臂(2)，其中每個橋臂將所述輸入端之一與所述輸出端之一連接； -在所述開關(guān)單元(3)的每個開關(guān)單元中的相應(yīng)監(jiān)控單元(39)，所述監(jiān)控單元被構(gòu)成以便確定故障情況； -在所述開關(guān)單元(3)的每個開關(guān)單元中的相應(yīng)觸發(fā)元件(41)，所述觸發(fā)元件被構(gòu)成以便短接開關(guān)單元接頭； -中央監(jiān)控設(shè)備(11)，所述中央監(jiān)控設(shè)備(11)與所述監(jiān)控單元(39)的每個監(jiān)控單元處于通信連接并且所述中央監(jiān)控設(shè)備(11)被構(gòu)成用于: 接收關(guān)于在所述監(jiān)控單元(39)之一中識別的故障的說明；以及 如果在一個開關(guān)單元(3)中識別的故障情況之后沒有識別所述開關(guān)單元(3)的另一個開關(guān)單元中的故障 情況，則觸發(fā)所述觸發(fā)元件(41)之一。
全文摘要
本發(fā)明的名稱為用于運(yùn)行轉(zhuǎn)換器的方法以及開關(guān)單元和轉(zhuǎn)換器，涉及一種用于運(yùn)行轉(zhuǎn)換器(1)的方法，其中所述轉(zhuǎn)換器(1)包含多個橋臂(2)，所述橋臂(2)具有一個或者多個串聯(lián)的開關(guān)單元(3)，其中每個橋臂(2)將轉(zhuǎn)換器(1)的多個輸入端之一與多個輸出端之一連接，所述方法具有以下步驟監(jiān)控所述開關(guān)單元(3)的每個開關(guān)單元，以便確定故障情況；以及在所述開關(guān)單元(3)的一個開關(guān)單元中識別出故障時，如果在所述開關(guān)單元(3)中識別的故障情況后、尤其是在預(yù)定持續(xù)時間內(nèi)沒有在所述開關(guān)單元(3)中的另一個開關(guān)單元中識別故障情況，則觸發(fā)所述觸發(fā)元件(41)之一用于短接所述開關(guān)單元接頭。
文檔編號H02M3/337GK103138589SQ20121047712
公開日2013年6月5日 申請日期2012年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月22日
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