CN103887767A - 防止开关支路过电流的装置、及相关转换***、控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种防止电转换***的至少一个电子开关支路过电流的保护装置，支路或每个支路包括在中间端子处串联的两个开关半支路，至少一个半支路包括至少一个开关构件，每个开关构件包括第一可控电子开关和与第一电子开关反向并联的二极管，对于开关支路或每个开关支路，保护装置包至少一个第二可控电子开关，每个第二可控电子开关连接至中间端子或者连接至与第一电子开关反向并联的二极管的电极，每个第二可控电子开关能在控制器的作用下从导通状态切换至截止状态，以防止二极管过电流；测量工具，测量与能在支路的二极管或每个二极管中流动的电流相关的至少一个幅值控制工具，基于通过测量工具测量的幅值，控制第二可控电子开关或者每个第二可控电子开关。

Description

防止开关支路过电流的装置、及相关转换***、控制方法
技术领域
本发明涉及用于电转换***的至少一个电子开关支路的防止过电流的装置，该支路或者每个支路都包括串联地连接在中间端子处的两个开关半支路，至少一个半支路包括至少一个开关构件（member），该开关构件或每个开关构件都包括第一可控电子开关和反向并联地连接至该第一电子开关的二极管。 
本发明还涉及包括这种保护装置的将第一电压转换为第二电压的***。 
本发明还涉及这种保护装置的控制方法。 
本发明的领域是电功率转换***。本发明尤其涉及包括至少一个电转换***的发电设备，尤其涉及用于通过光伏模块发电的***。 
背景技术
已知前述类型的保护装置。这种保护装置用于连接在提供直流电流光伏模块和三相交流网络之间的电压逆变器中。电压逆变器包括三个开关支路，每个支路都包括两个电子开关和两个二极管。每个二极管都与电子开关反向并联地连接。保护装置包括几个电接触器和/或几个断路器，每个接触器和/或断路器都串联地连接在逆变器的相输出和电网络之间。 
在额定值操作中，逆变器在光伏模块侧的输入电压的值大于逆变器在网络侧的输出电压的值。在这种情况下，电流经由逆变器从光伏模块流向网络。 
当在光伏模块侧发生诸如电短路的故障时，或者当逆变器的输入处的电功率突然降低时，逆变器的输入突然降低并且降至低于网络的峰值电压。在这种情况下，电流从网络经由逆变器流向光伏模块。如果在逆变器的每个二极管中流动的电流强度超过其额定工作强度，则二极管会损坏。然而，如果在通常小于逆变器的特征时间常数的非常短的时间段内发生逆变器的输入电压降低，则逆变器太慢以至于不能断开电路，从而不能防止二极管损坏。 
为了避免这种现象，已知的第一解决方案包括将阻抗串联地连接在逆变 器的每相输出和电网络之间。对该阻抗值进行选择以限制推测的网络的短路电流。然而，该第一解决方案导致逆变器的相输出处的在线压降，从而还需要超出逆变器的视在功率的大小（overdimension）的功率。因此，该解决方案导致转换***的总输出的劣化和额外的生产成本。 
已知的第二解决方案将二极管串联在光伏模块的输出和逆变器的输入之间。尽管该解决方案满足保护二极管需要的响应时间，然而，该解决方案在其生成的输出的损耗方面不符合要求。实际上，在逆变器的输入端处存在二极管会导致输入电压降落，因此，转换***的总输出劣化。 
已知的第三解决方案包括在保护装置内使用熔丝。然后，每个熔丝都串联地连接在逆变器的相输出和电网络之间。至于第二解决方案，第三解决方案在输出方面也不符合要求，为了准确地起作用，熔丝必须达到相当高的温度。此外，熔丝的使用会导致操作成本大幅增加。 
发明内容
因此，本发明的一个目的是提出用于保护至少一个电子开关支路的装置，以能够防止支路的每个二极管过电流，同时具有改进的激活速度并且基本保持支路的输出。 
为此，本发明涉及前述类型的保护装置，其中，对于所述开关支路或者每个开关支路，所述装置包括： 
至少一个第二电子开关，所述第二电子开关或每个第二电子开关连接至所述中间端子或者连接至与第一电子开关反向并联地连接的所述二极管的电极，所述第二电子开关或者每个第二电子开关能够在控制器的作用下，而从导通状态切换至截止状态，以防止所述二极管过电流， 
测量工具，用于测量与能够在所述支路的所述二极管或每个二极管中流动的电流相关的至少一个幅值（magnitude），以及 
控制工具，用于基于通过所述测量工具所测量的幅值，而控制所述第二可控电子开关或者每个第二可控电子开关。 
根据本发明的其他有利方面，保护装置包括单独地或者根据所有技术上的可能组合而考虑的以下特征中的一个或多个： 
所述第二可控电子开关或者每个第二可控电子开关与相应的二极管串联连接，并且与相应的第一电子开关反向并联地连接； 
对于所述开关支路或每个开关支路，所述第二可控电子开关一方面连接至所述开关支路的中间端子，所述第二电子开关另一方面能够连接至所述电转换***的输出端子。 
所述第二开关或者每个第二开关包括诸如晶体管的半导体电子开关元件和与所述半导体开关元件并联地连接的非线性电元件。 
所述第二电子开关或者每个第二电子开关包括非线性电元件和均与所述非线性电元件并联地连接的两个臂，每个臂都包括诸如晶体管的半导体电子开关元件和与所述半导体开关元件串联地连接的二极管。 
所述第二电子开关或者每个第二电子开关包括两个臂，第一臂包括通过它们相应的阴极串联地连接在第一连接点处的两个二极管，第二臂包括通过它们相应的阳极串联地连接在第二连接点处的两个二极管，并且所述第二电子开关或者每个第二电子开关进一步包括连接在所述第一连接点和所述第二连接点之间的非线性电元件、与非线性电子元件并联连接的机械接触器、和诸如晶体管的半导体电子开关元件，所述半导体电子开关元件与所述非线性电元件并联地连接。 
所述第二电子开关或者每个第二电子开关包括两个臂，第一臂包括通过它们相应的阴极串联地连接在第一连接点处的两个二极管，第二臂包括通过它们相应的阳极串联地连接在第二连接点处的两个二极管，并且所述第二电子开关或者每个第二电子开关进一步包括：连接在所述第一连接点和所述第二连接点之间的非线性电元件和诸如晶体管的半导体电子开关元件，半导体电子开关元件与所述非线性电元件并联地连接。 
本发明还涉及一种用于将第一电压转换为第二电压的***，包括： 
转换器，用于将第一电压转换为第二电压，所述转换器包括至少两个输入端子、至少两个输出端子、和连接在所述两个输入端子之间的至少一个电子开关支路，所述支路或者每个支路包括在中间端子处串联地连接的两个开关半支路，至少一个半支路包括至少一个开关构件，所述开关构件或每个开关构件包括第一可控电子开关和与所述第一可控电子开关反向并联地连接的二极管， 
控制装置，用于控制所述支路或每个支路的所述第一电子开关或者每个第一电子开关，以及 
保护装置，用于防止所述支路或每个支路的过电流，其中，所述保护装 置是以上所限定的保护装置。 
本发明还涉及一种用于控制保护装置的方法，所述保护装置能够防止电转换***的至少一个电子开关支路的过电流，所述支路或每个支路包括在中间端子处串联地连接的两个开关半支路，至少一个半支路包括至少一个开关构件，所述开关构件或每个开关构件包括第一可控电子开关和与所述第一电子开关反向并联地连接的二极管，对于所述开关支路或者每个开关支路，所述保护装置包括连接至中间端子或者连接至与第一电子开关反向并联地连接的所述二极管的电极的至少一个第二电子开关，所述第二电子开关或者每个第二电子开关能够在命令的作用下，而从导通状态切换为截止状态，以防止所述二极管过电流， 
其中，对于所述第二电子开关或者每个第二电子开关，所述方法包括以下步骤： 
对于能够通过所述第二开关进行保护的所述二极管或每个二极管，测量与在所述二极管中流动的电流相关的至少一个幅值， 
基于通过所述测量工具（means）所测量的幅值，控制所述第二电子开关或者每个第二电子开关。 
根据本发明的其他有利特征，所述方法包括单独地或者根据所有技术上可能的组合而考虑的以下特征中的一个或多个： 
用于控制所述第二电子开关或每个电子开关的步骤包括： 
将所述接收的测量值或者每个接收的测量值与预定基准幅值或者另一接收的测量值进行比较，以及 
基于比较结果，发出断开或闭合控制信号，以使所述第二电子开关或者第二电子开关之一断开或闭合。 
在所述测量步骤期间，所述测量值是在所述支路或每个支路的所述二极管或每个二极管中流动的电流强度的直接测量值，比较步骤包括：在能够通过所述第二开关而保护的至少一个二极管中流动的电流的测量强度的值和基准强度的值之间进行比较，并且在发出控制信号的步骤期间，当所述至少一个二极管中流动的电流的测量强度和基准强度之间的偏差（deviation）大于预定偏差（gap）时，所述控制信号是断开控制信号。 
在所述测量步骤期间，通过包括所述二极管中流动的电流的主电流的强度的测量值，所述测量值是在所述支路或每个支路的所述二极管或每个二极 管中流动的电流强度的测量值，并且所述比较步骤包括：在测量的主电流的强度值和零值之间进行比较。 
在所述测量步骤期间，所述测量值是在所述支路或每个支路的所述二极管或每个二极管中流动的电流强度的测量值和在所述支路或每个支路的所述二极管或每个二极管中流动的电流强度的导数，所述比较步骤包括：在能够通过所述第二开关而保护的至少一个二极管中流动的电流强度的值的符号和在该二极管中流动的电流强度的导数的值的符号之间进行比较，并且在发出控制信号的步骤期间，当在所述至少一个二极管中流动的电流强度的值和该强度的导数的值具有相同符号时，所述控制信号为断开控制信号。 
将所述断开控制信号发送至所述第二电子开关或者每个第二电子开关，并且能够控制所述转换***的所有的第二电子开关同时断开。 
当所述第二电子开关或所述第二电子开关之一的所述控制信号是断开控制信号时，所述控制步骤进一步包括发出所述第一电子开关或者所述第一电子开关之一的强迫性断开控制信号。 
附图说明
在阅读仅作为非限定性示例而提供的并且结合附图而进行的以下描述时，本发明的这些特征和优点将更明显，其中： 
图1是在提供第一电压的电源和在其端子之间具有第二电压的负载之间而连接的根据本发明的转换***的示意图； 
图2是根据第一实施例，包括含有三个开关支路的三相逆变器和根据本发明的保护装置的图1的转换***的电路图，该装置保护每个开关支路并且包括6个电子开关； 
图3是图2的保护装置的一个电子开关的一个可选实施例的电路图； 
图4是根据本发明示出用于控制保护装置的方法的流程图； 
图5是根据本发明的第二实施例，与图2的转换***类似的示图，转换***包括含有三相开关支路的三相逆变器和根据本发明的保护装置，该装置保护每个开关支路并包括三个电子开关、用于检测过电流的三个电流传感器和三个模块； 
图6是根据图5的保护装置中的一个电子开关的一个可选实施例的电路图； 
图7是示出图4的控制方法的一个步骤的流程图；以及 
图8是根据本发明的第三实施例，与图2的转换***类似的示图。 
具体实施方式
图1示出了用于将第一电压转换为第二电压的***10。转换***10一方面连接至提供第一电压的电源12，并且另一方面连接至负载14，负载14在其端子之间消耗（debit）第二电压。 
转换***10包括用于将第一电压转换为第二电压的转换器16。该转换器16连接在电源12和负载14之间。 
转换***10还包括用于控制转换器16的装置18、用于测量与转换器16内流动的至少一个电流相关的幅值的装置20、以及用于防止转换器16过电流的装置21。 
例如，电源12是直流电源。在图2的示例性实施例中，直流电源12由连接至正向DC电压总线24A和负向DC电压总线24B的光伏模块的设备22而形成。例如，该电源的额定电压介于600Vcc和80Vcc之间。例如，可选地，直流电源12由诸如电池的电存储装置而形成。 
例如，负载14是多相电网。在图2的示例性实施例中，电网络14是中性相电压等于240V或者相间电压等于380Vac的3相交流网络。根据该示例性实施例，转换器16是电压逆变器，能够将直流输入电压转换为三相交流输出电压，并且转换***10是用于将直流输入电压转换为三相交流输出电压的***。 
转换器16包括至少两个输入端子26A、26B和至少两个输出端子28U、28V、28W。在图2的示例性实施例中，电压逆变器16包括正输入端子26A,、负输入端子26B、和三个输出端子28U、28V、28W。每个输出端子28U、28V、28W都对应于由逆变器16提供的三相交流输出电压的相应相U、V、W，开关支路30连接在两个输入端子26A、26B之间。 
对于与各相U、V、W对应的每个输出端子28U、28V、28W，电压逆变器16包括在两个输出端子26A、26B之间连接的开关支路30。 
每个开关支路30都包括在相应的中间端子34U、34V、34W处而串联地连接的两个开关半支路32A、32B。因此，电压转换器16包括三个中间输出端子34U、34V、34W。每个中间输出端子34U、34V、34W都对应于可 以通过转换器16而传送的三相交流输出电压的相应相。在图2的示例性实施例中，每个中间输出端子34U、34V、34W都经由有线连接件35U、35V、35W而连接至相应的输出端子28U、28V、28W。 
每个第一半支路32A都连接在正向输入端子26A和相应的中间输出端子34U、34V、34W之间。每个第二半支路32B都连接在负向输入端子26B和相应的中间输出端子34U、34V、34W之间。 
每个半支路32A、32B都包括开关构件36。在未示出的一个可选实施例中，每个半支路32A、32B都包括N1个开关构件36，N1为大于或者等于2的整数。例如，该可选实施例对应于“降压”转换器16。 
此外，可选地，对于每个开关支路30，仅一个半支路32A、32B包括N2个开关构件，N2为大于或等于1的整数。例如，该可选实施例对应于具有多级结构的转换器16。 
如本身已知的，每个开关构件36都具有双向电流和单相电压。每个开关构件36都包括反向并联地连接的第一可控电子开关37和二极管38，从而确保双向电流流通路径。 
例如，每个第一开关37都由绝缘栅双极晶体管（IGBT）而形成。例如，所有的IGBT晶体管37都是完全相同的。每个IGBT37的栅极都连接至控制装置18，以接收相应的控制信号。 
可选地，IGBT37被包括控制电极和两个导电电极的任何半导体电子元件而代替，诸如，双极晶体管、场效应晶体管、晶闸管、栅极可关断晶闸管、IGCT（绝缘栅换流晶闸管）、或者MCT（MOS控制晶闸管）。 
控制装置18连接至如先前所述的第一电子开关37中的每一个，并且能够将控制信号发送给该第一开关37。 
测量工具20被布置在保护装置21内。在图2的示例性实施例中，测量工具20包括测量构件44。有利地，测量构件44在正DC电压总线24A上布置在设备22和正输入端子26A之间。 
可选地，在图2的左下部以虚线所示的测量构件44在负DC电压总线24B上布置在设备22和负输入端子26B之间。 
此外，可选地，测量工具20包括在图2的右边以虚线所示的三个测量构件44。每个测量构件44在相应的导线连线（wired link）35U、35V、35W上都布置在相应的中间输出端子34U、34V、34W和相关联的输出端子28U、 28V、28W之间。根据该可选实施例，如下文所概述的，每个测量构件44都能够测量在导线连线35U、35V、35W上流动的电流的强度。 
在以上所述的三个示例性实施例中，优选地，测量构件44是默认地集成在电压逆变器16中的电流传感器。可选地，测量构件44是附加电流传感器，例如，“分流（shunt）”型传感器或者霍尔传感器或者罗格夫斯基（Rogowski）传感器，这些传感器是已知的。 
此外，可选地，测量工具20包括在图2的中心处以虚线所示的6个测量构件44。每个测量构件44在开关半支路32A、32B处都被布置在相应二极管38的反向并联连接件上。根据该可选实施例，如以下所概述的，每个测量构件44都能够测量在相关联的二极管38中流动的电流强度。根据该可选实施例，例如，该测量构件44是前述类型的附加电流传感器或者集成在相关联的半支路32A、32B的IGBT37中的电流传感器。 
在图2的示例性实施例中，测量构件44能够测量在正DC电压总线24A中流动的电流强度，并且提供该测量值的视频信号Imes+。 
对于每个开关支路30，测量工具20能够测量关于能够在支路30的每个二极管38中流动的电流的至少一个幅值，并且将该测量值发送给控制装置18。在图2的示例性实施例中，被测量的幅值是在正DC电压总线24A中流动的电流强度。在给定时刻测量的在正总线24A中流动的电流强度与能够在逆变器16的每个二极管38中流动的电流相关。实际上，在给定时刻在正总线24A中流动的电流由此时在三个开关支路30中流动的电流之和而形成。因此，如果在给定时刻二极管38导通，则在该给定时刻，在正总线24A中流动的电流可具有在开关支路30的一个二极管38内流动的电流作为分量。因此，测量工具20能够间接测量在每个支路30的每个二极管38中流动的电流。 
除了测量工具20之外，保护装置21还包括与第一开关37一样多的第二电子开关46。更具体地，保护装置21包括用于每个开关支路30的两个第二电子开关46，每个第二电子开关46都与相应的开关半支路32A、32B的二极管38串联地连接。 
在未示出的一个可选实施例中，保护装置21包括三个第二电子开关46。更具体地，根据该可选实施例，对于每个开关支路30，保护装置21都包括第二电子开关46。例如，每个第二电子开关46与一个第一开关半支路32A 的二极管38串联地连接，并且与第一电子开关37并联地连接，该第一电子开关37与二极管38相关联。可选地，第二电子开关46中的每个都与一个第二开关半支路32B的第一电子开关37并联地连接。 
保护装置21还包括用于控制每个第二电子开关46的工具48。 
在图2的示例性实施例中，每个第二电子开关46都包括单元49。单元49包括IGBT50、与IGBT50并联地连接的变阻器52，第一连接端子53A连接至IGBT50的发射极，并且第二连接端子53B连接至IGBT50的集电极。 
每个单元49都布置在开关半支路32A、32B中，使得其第一连接端子53A连接至相关联的二极管38的阳极，或者其第二连接端子53B连接至相关联的二极管38的阴极。在图2的示例性实施例中，三个单元49被布置在第一半支路32A中，使得它们的第一连接端子53A连接至相关联的二极管38的阳极，并且三个单元49被布置在第二半支路32B中，使得它们的第二连接端子53B连接至相关联的二极管38的阴极。 
可选地，IGBT50被包括控制电极和两个导电电极的任何半导体电子元件而代替，例如，双极晶体管、场效应晶体管、晶闸管、栅极可关断晶闸管、IGCT（绝缘栅换流晶闸管）、或者MCT（MOS控制晶闸管）。 
可选地或另外地，变阻器52被诸如trisil二极管、transil二极管、低电流管径熔丝（low current caliber fuse）、非线性金属电阻、具有正温度系数的电阻、或者通过这些元件的组合所形成的元件的任何非线性电元件而代替。此外，可选地，变阻器52被由前述类型的非线性电元件和与该元件并联地连接的开关辅助电容器所形成的单元而代替。 
根据图3中所示的一个可选实施例，每个单元49都被如在文献US4,700,256A中所述的混合辅助关断开关54而代替。这种混合辅助关断开关可能减小传导损失，从而改善逆变器16的输出。 
如本身已知的，混合辅助关断开关54包括两个臂56A、56B、IGBT58、变阻器60和机械式接触器62。 
两个臂56A、56B在两个连接端子63A、63B处彼此连接。开关54的第一连接端子63A类似于单元49的第一连接端子53A。开关54的第二连接端子63B类似于单元49的第二连接端子53B。 
第一臂56A包括通过相应的阴极串联地连接在第一连接点66处的两个第一二极管64。第二臂56B包括通过它们相应的阳极串联地连接在第二连 接点70处的两个第二二极管68。 
分别地，IGBT58的集电极、发射极分别连接至第一连接点66、第二连接点70。变阻器60与IGBT58并联连接。机械式接触器62与IGBT48和变阻器60并联连接。 
可选地，IGBT58被包括控制二极管和两个导电电极的任何半导体电子元件而代替，例如，双极晶体管、场效应晶体管、晶闸管、栅极可关断晶闸管、IGCT（绝缘栅换流晶闸管）、或者MCT（MOS控制晶闸管）。 
可选地或者另外地，变阻器60被诸如trisil二极管、transil二极管、低电流管径熔丝、非线性金属电阻、具有正温度系数的电阻、或者通过这些元件的组合所形成的元件的任何非线性电元件而代替。此外，可选地，变阻器60被由前述类型的非线性电元件和与该元件并联地连接的开关辅助电容器所形成的单元而代替。 
在控制工具48的作用下，每个第二电子开关46都能够从闭合状态切换至断开状态。 
如图2所示，控制工具48有利地被布置在控制装置18的内部并且连接至测量工具20。控制工具48进一步连接至每个第二电子开关46，并且能够将控制信号发送给该第二电子开关46。更具体地，每个第二电子开关46的控制电极都连接至控制工具48，以接收相应的控制信号。 
控制工具48包括例如由与存储器76相关联的数据处理器74所形成的信息处理单元。控制工具48进一步包括连接至处理器74的至少一个控制构件。在图2的示例性实施例中，控制工具48包括能够将控制信号发送给6个第二电子开关46的单个控制构件78。在该示例性实施例中，控制信号能够控制6个电子开关46同时断开或闭合。 
例如，控制构件78是默认地集成在电压逆变器16的控制装置18内的控制卡。可选地，控制构件78是专门用于控制第二电子开关46的附加控制卡。 
此外，可选地，控制工具48包括6个控制构件，每个控制构件都能够将控制信号发送给第二电子开关46之一并且由特定控制卡组成。每个控制信号都能够控制相关联的第二电子开关46的断开或者闭合。该可选实施例可能改进控制工具48的可配置性。 
处理器74能够将信号Imes+的值与基准值进行比较并将控制命令发送给 控制构件78。在图2的示例性实施例中，处理器74能够将信号Imes+的值与零值相比较，并且如果信号Imes+为负值，则将断开控制命令发送给控制构件78。 
存储器76能够存储基准值。在图2的示例性实施例中，存储器76能够存储零值。 
在图2的示例性实施例中，在这种情况下，基于通过测量工具20而测量的正DC电压总线24A中流动的电流强度的幅值，控制工具48能够控制每个第二电子开关46的通路，以从闭合状态改变为断开状态。 
保护装置21能够防止每个开关支路30过电流。更具体地，在图2的示例性实施例中，每个第二电子开关46都能够通过从闭合状态至断开状态而防止二极管38过电流。 
现在将解释根据本发明的保护装置21的运行。 
在正常操作中，逆变器16的输入电压值大于逆变器16的输出电压值。然后，光伏模块的设备22经由逆变器16为电网络14供电。第一电子开关37的运行本身是已知的，下文中没有更详细地对其进行描述。 
假设在第一给定时刻，在设备22现场发生故障，诸如电短路类型的故障。逆变器16的输入电压值突然下降并且降低到低于网络14的峰值电压。从该第一时刻开始，故障电流在属于两个不同的开关支路30的至少两个二极管38中流动，第一二极管38属于开关支路30的第一半支路32A，而第二二极管38属于另一开关支路30的第二半支路32B。此外，由于存在电故障，在两个二极管38中流动的故障电流强度的绝对值随着时间的推移而增大。由于绝对值逐渐增大的电流强度在两个二极管38中的流动，截止第二时刻（as of a second moment），在正总线24A中流动的电流强度具有负值。 
图4示出了通过保护装置21所实现的控制保护装置21的方法的步骤。 
在初始步骤84期间，构件44测量在正DC电压总线24A中流动的电流强度。 
在随后的步骤86期间，测量构件44将信号Imes+发送给控制工具48。信号Imes+具有负值。 
在随后的步骤期间，基于信号Imes+的值，控制工具48控制所有的第二电子开关46。 
更具体地，在控制步骤的第一子步骤88期间，处理器74将信号Imes+ 的值与存储在存储器76中的基准值进行比较。更具体地，处理器74将信号Imes+的值与零值进行比较。信号Imes+具有负值，然后处理器74将用于第二开关46的断开控制命令发送给控制构件78。 
在控制步骤的第二子步骤90期间，控制构件78发出用于每个第二电子开关78的断开控制信号。在控制信号的作用下，然后，所有的第二电子开关46都同时从其闭合状态改变为断开状态。更具体地，在控制信号的作用下，每个第二开关46的IGBT50都从导通状态进入截止状态。然后，第二开关46的变阻器52生成低于IGBT50的击穿电压的电压，从而阻止在相关联的二极管38中流动的任何电流的通路。具体地，然后，故障电流不再在逆变器16的任何二极管38中流动。 
此外，在该相同的第二子步骤90期间，控制构件78向每个第一电子开关37发出强迫性断开信号。 
在可选实施例中，根据由混合关断开关54所形成的第二开关46，在第二子步骤90期间，将断开控制信号应用于每个第二电子开关46包括：控制机械式接触器62断开的第一步骤，然后，当机械式接触器62断开时，控制IGBT58断开的第二步骤。相对于单元49，因为存在机械式接触器62，从而降低了开关54的端子之间的电压降，所以混合式关断开关54可能改善逆变器16的总输出。 
在可选实施例中，根据将测量构件44布置在负DC电压总线24B上，截止第二时刻，在负总线24A中流动的电流强度具有正值。此外，根据该可选实施例，如果在负总线24A中流动的电流强度的视频信号具有正值时，则处理器74能够将断开控制命令发送给控制构件78。该信号截止第二时刻具有正值，然后，处理器74在第一子步骤88期间将用于第二开关46的断开控制命令发送给控制构件78。 
因此，根据转换***10的该第一实施例，一旦在二极管38中流动的故障电流强度的绝对值随着时间的推移而增大，就通过同时断开装置21的第二电子开关46来保护逆变器16的所有二极管38。此外，第二开关46的断开通过控制工具48进行控制，保护装置21的总激活时间仅取决于测量工具20和控制工具48的反应时间、保护装置21的反应时间、以及第二电子开关46的切换时间。在任何情况下，该激活时间比现有技术的接触器、断路器以及熔丝的特征时间常数短的多。实际上，总持续时间是确定性的并且不取决 于作为现有技术的装置的情况的当前水平。 
此外，根据该实施例，每个第二电子开关46都与相应的第一开关37并联连接。因此，不管在开关46处的固有电压降如何，都不会影响转换***10的总输出。实际上，在开关46的切换期间，通过交流网络14来供电。 
可见根据本发明的保护装置21能够防止每个支路30中的每个二极管38过电流，同时具有改进的激活速度并且基本保持支路30的输出。 
图5示出了本发明的第二实施例，其中，使用相同的标号来指示类似于先前描述的第一实施例的元件，因此，没有重复对其进行描述。 
测量工具20包括三个测量构件44。每个测量构件44在相应的导线连线35U、35V、35W上都布置在相应的中间输出端子34U、34V、34W和相关联的输出端子28U、28V、28W之间。每个测量构件44都能够测量在导线连线35U、35V、35W中流动的电流强度，并且提供该测量值的视频信号ImesU、ImesV、ImesW。另外地，每个测量构件44都进一步有利地能够测量在导线连线35U、35V、35W中流动的电流强度的导数，并且提供该测量值的视频信号DmesU、DmesV、DmesW。分别地，信号DmesU、DmesV、DmesW分别对应于信号ImesU、ImesV、ImesW的导数。 
根据该第二实施例，通过测量工具20所测量的幅值是在导线连线35U、35V、35W中流动的电流强度。在给定时刻测量的导线连线35U、35V、35W中流动的电流强度与能够在与该导线连线相关联的开关支路30的每个二极管38中流动的电流有关。实际上，在给定时刻，导线连线35U、35V、35W中流动的电流是在该时刻与导线连线相关联的开关支路30中流动的电流。因此，如果二极管38在给点时刻导通，则在该时刻，在导线连线35U、35V、35W中流动的电流能够具有在相关联的开关支路30的一个二极管38内流动的电流作为分量。因此，测量工具20能够间接测量在每个支路30的每个二极管38中流动的电流。 
保护装置21包括三个第二电子开关96。更具体地，对于每个开关支路30，保护装置21包括连接在该支路30的中间输出端子35U、35V、35W和相关联的输出端子28U、28V、28W之间的第二电子开关96。每个第二电子开关96通过从闭合状态改变为断开状态，都能够防止相关联的支路30的两个二极管38过电流。 
在图5的示例性实施例中，每个第二电子开关96都包括单元98。单元 98包括变阻器100、均与变阻器100并联的两个臂102A、102B。两个臂102A、102B在连接至中间输出端子34U、34V、34W的第一连接端子104A处和连接至输出端子28U、28V、28W的第二连接端子104B处彼此连接。 
第一臂102A包括串联地连接的第一二极管106和第一IGBT108。在图5的示例性实施例中，第一IGBT108的发射极连接至第一连接端子104A，第一二极管106的阴极连接至第一IGBT108的集电极，并且第一二极管106的阳极连接至第二连接端子104B。在未示出的可选实施例中，第一二极管106的阴极连接至第一连接端子104A，第一IGBT108的发射极连接至第一二极管106的阳极，并且第一IGBT108的集电极连接至第二连接端子104B。 
第二臂102B包括串联地连接的第二二极管110和第二IGBT112。在图5的示例性实施例中，第二IGBT112的发射极连接至第二连接端子104B，第二二极管110的阴极连接至第二IGBT112的集电极，并且第二二极管110的阳极连接至第一连接端子104A。在未示出的可选实施例中，第二二极管110的阴极连接至第二连接端子104B，第二IGBT112的发射极连接至第二二极管110的阳极，并且第二IGBT112的集电极连接至第一连接端子104A。 
根据图6中所示的一个可选实施例，每个单元98都被构件114代替。构件114包括两个臂116A、116B、IGBT118、和变阻器120。 
两个臂116A、116B在两个连接端子122A、122B处彼此连接。 
构件114的第一连接端子122A类似于单元98的第一连接端子104A。构件114的第二连接端子122B类似于单元98的第二连接端子104B。 
第一臂116A包括通过它们相应的阴极串联地连接在第一连接点126处的两个第一二极管124。第二臂116B包括通过它们相应的阳极串联地连接在第二连接点130处的两个第二二极管128。 
分别地，IGBT118的集电极、发射器分别连接在第一连接点126、第二连接点130处。变阻器120与IGBT118并联地连接。 
可选地或另外地，每个变阻器100、120都被诸如trisil二极管、transil二极管、低电流管径熔丝、非线性金属电阻、具有正温度系数的电阻、或者通过这些元件的组合所形成的元件的任何非线性电元件而代替。此外，可选地，每个变阻器100、120都被通过前述类型的非线性电元件和与该元件并联地连接的辅助开关的电容器所形成的单元而代替。 
可选地或另外地，IGBT108、112、118中的每个都被包括控制电极和两 个导电电极的任何半导体电子元件而代替，例如，双极晶体管、场效应晶体管、晶闸管、栅极可关断晶闸管、IGCT（绝缘栅换流晶闸管）、或者MCT（MOS控制晶闸管）。 
可选地，每个单元98都被混合辅助关断开关54而代替。根据该可选实施例，开关54的第一连接端子63A类似于单元98的第一连接端子104A，并且开关54的第二连接端子63B类似于单元98的第二连接端子104B。 
根据第二实施例，控制工具48进一步有利地包括用于检测过电流的三个模块134。如图5中所示，每个模块134都一方面连接至处理器74，而另一方面连接至测量构件44。 
每个模块134都能够确定通过相关联的测量构件44所提供的信号ImesU、ImesV、ImesW、DmesU、DmesV、DmesW的符号。每个模块134进一步能够将通过相关联的测量构件44所提供的信号ImesU、ImesV、ImesW的符号与通过该相同的测量构件44所提供的信号DmesU、DmesV、DmesW的符号进行比较。每个模块134还能够获取相关联的开关支路30的第一开关37的瞬时状态。每个模块134还能够将能够假设两个不同值的信号IdétecU、IdétecV、IdétecW提供给处理器74。每个信号IdétecU、IdétecV、IdétecW中的两个值之一表示相关联的开关支路30的正常操作。每个信号IdétecU、IdétecV、IdétecW中的另一个值表示检测在相关联的开关支路30的至少一个二极管38中流动的电流的过电流。 
例如，每个模块134都由可编程和/或模拟模块形成并且能够实施如下文中所概述的图7的流程图中所示的操作。 
处理器74能够将控制命令发送给控制构件78，控制命令能够假设两个不同值。通过将“或（OR）”逻辑功能应用于三个信号IdétecU、IdétecV、IdétecW而确定控制命令的值。例如，控制命令的第一值对应于第二电子开关96之一的断开命令，第二值对应于所有的第二电子开关96的闭合命令。可选地，控制命令的第一值对应于三个电子开关96的同时断开命令。 
控制构件78能够将控制信号发送给每个第二电子开关96。 
现在，将解释根据第二实施例的保护装置21的操作。 
下文中将考虑有线连接35U，以及与有线连接35U相关联的开关支路、第二开关96、测量构件44以及模块134。 
在初始步骤84期间，测量构件44测量在导线连线35U中流动的电流强度、以及该强度的导数。 
在随后步骤86期间，测量构件44将信号ImesU和信号DmesU发送给模块134。 
在随后步骤期间，基于信号ImesU和信号DmesU的值，控制工具48控制第二电子开关96。 
更具体地，在图7中所示的第一子步骤88期间，模块134确定信号ImesU的符号和信号DmesU的符号。模块134进一步获取开关支路30的第一开关37的瞬时状态。 
在图7中，第一半支路32A的第一开关37被称为“开关T1”，第二半支路32B的第一开关37被称为“开关T2”，第一半支路32A的二极管38被称为“二极管DRL1”，并且第二半支路32B的二极管38被称为“二极管DRL2”。此外，在附图中，信号ImesU被称为“I”，并且信号DmesU被称为“dI/dt”。 
如果信号ImesU的符号是正号，并且如果开关T1处于断开状态，则模块134将信号ImesU的符号和信号DmesU的符号进行比较。如果信号ImesU和信号DmesU具有相同符号，换句话说，如果信号DmesU具有正号，则模块134将信号IdétecU发送给处理器74，该信号IdétecU的值表示检测到的至少在二极管DRL2中流动的电流的过电流。然后，处理器74将用于第二开关96的断开控制命令发送给控制构件78。 
如果信号ImesU的符号为正号并且开关T1处于闭合状态，或者如果信号ImesU的符号为正号，开关T1处于断开状态并且信号ImesU和DmesU具有相反符号，则模块134将信号IdétecU发送给处理器74，该信号IdétecU的值表示开关支路30的正常操作。 
如果信号ImesU的符号为负号，并且如果开关T2处于断开状态，则模块134将信号ImesU的符号与信号DmesU的符号进行比较。如果信号ImesU和DmesU具有相同符号，换句话说，如果信号DmesU为负，则模块134将信号IdétecU发送给处理器74，该信号IdétecU的值表示检测到的至少在二极管DRL1中流动的电流的过电流。然后，处理器74将第二开关96的断开控制命令发送给控制构件78。 
如果信号ImesU的符号为负号并且开关T2处于闭合状态，或者如果信号ImesU的符号为负号，开关T2处于断开状态并且信号ImesU和DmesU具有相反符号，则模块134将信号IdétecU发送给处理器74，该信号IdétecU的值表示开关支路30的正常操作。 
在第二子步骤90期间，如果信号IdétecU的值表示检测到的电流的过电流，则控制构件78发出用于第二开关96的断开控制信号。在控制信号的作用下，然后，第二开关96从闭合状态改变为断开状态。然后，故障电流不再在支路30的两个二极管38的任一个中流动。此外，在相同的第二子步骤90中，控制构件78将强迫性断开信号发送给开关支路30的第一电子开关37。 
在可选实施例中，根据控制命令的第一值对应于三个第二电子开关96的瞬时断开命令，在第二子步骤90期间，控制构件78向三个第二电子开关96中的每一个都发送断开控制信号。在控制信号的作用下，三个第二电子开关96然后同时从闭合状态改变为断开状态。然后，故障电流不再在逆变器16的任一二极管38中流动。此外，在相同的第二子步骤90期间，控制构件78向逆变器16的每一个第一电子开关37发送强迫性断开信号。 
在未示出的可选实施例中，控制工具48不包括检测模块134并且测量构件44直接连接至处理器74。根据该可选实施例，存储器76能够存储基准强度值，例如，强度值基本等于能够在每个第一开关37中流动的额定电流的强度的峰值。此外，处理器74能够将每个信号ImesU、ImesV、ImesW的值与基准强度值进行比较并且将控制命令发送给控制构件78。通过每个信号ImesU、ImesV、ImesW和基准强度之间的比较结果来确定控制命令的值。例如，如果信号ImesU、ImesV、ImesW之一的值大于基准强度的值，则控制命令的值等于第一值。在操作期间，在第一子步骤88期间，处理器74将信号ImesU的值与存储在存储器76中的基准值进行比较。如果信号ImesU的值大于基准强度的值，则处理器74向控制构件78发送与导线连线35U相关联的第二开关96的断开控制命令。根据该可选实施例的保护装置21的其余操作类似于根据先前描述的第二实施例的示例性实施例的保护装置21的操作。 
在以上所述的第二实施例的不同的可选实施例中，逆变器16的输出电流的每相仅需要一个测量构件44。这可减小尤其与以下所述的第三实施例相关的生产成本。此外，经由每个测量构件44提供的测量信号，对于相关联的支路30的每个二极管38，每个测量构件44都允许检测在该二极管38内流动的电流的任何过电流。此外，与以下所述的第三实施例不同，信号DmesU、DmesV、DmesW不会通过二极管38前面的开关而断开。 
可选地，测量工具20包括N3个测量构件44，其中，N3是开关半支路32A、32B的数量。在图5中以虚线示出了N3个测量构件44。每个测量构 件44在开关半支路32A、32B处都被布置在相应的二极管38的反向并联连接上。根据该可选实施例，每个测量构件44都能够测量在相关联的二极管38中流动的电流强度。另外地，每个测量构件44都进一步有利地能够测量在相关联的二极管38中流动的电流强度的导数。测量工具20因此能够直接测量每个支路30的每个二极管38中流动的电流。根据该可选实施例，控制工具48有利地包括用于检测过电流的N3个检测模块134，每个模块134都一方面连接至处理器74，而另一方面连接至测量构件44。每个模块134都能够向处理器74提供能够假设两个不同值的信号。每个信号的两个值之一表示相关联的开关半支路32A、32B的正常操作。每个信号的另一个值表示检测到的相关联的二极管38中流动的电流的过电流。根据该可选实施例的保护装置21的操作类似于根据前述的第二实施例的示例性实施例的保护装置21的操作。 
可选地，测量工具20包括与第一实施例类似的并且在图5中以虚线示出的单个测量构件44。根据该可选实施例，控制工具48不包括模块134。先前已经描述了测量构件44和相关联的控制工具48的操作，对于该可选实施例，不会更详细地对其进行描述。 
关于保护装置21，转换***10的第二实施例的优点与第一实施例的优点相同，因此，不会重复对其进行描述。 
图8示出了本发明的第三实施例，其中，使用相同的参考标号来表示与先前描述的第一实施例类似的元件，因此，不会重复对其进行描述。 
与第一实施例和第二实施例不同，负载14是DC电动机。此外，根据该示例性实施例，转换器16是能够将输入DC电压转换为输出DC电压的电压斩波器，并且转换***10是用于将输入DC电压转换为输出DC电压的***。更具体地，根据该示例性实施例，转换器16是本身已知的四象限全桥控制电压斩波器。 
电压斩波器16包括正输入端子26A、负输入端子26B、第一输出端子144A和第二输出端子144B。 
以已知方式，对于每个输出端子144A、144B，电压斩波器包括连接在输入端子26A、26B之间的开关支路30。每个开关支路30都包括在相应的中间端子146A、146B处串联连接的两个开关半支路32A、32B。因此，电压斩波器16包括两个中间输出端子146A、146B。 
测量工具20包括四个测量构件44。每个测量构件44在开关半支路32A、32B处都布置在相应的二极管38的反向并联连接上。 
每个测量构件44都能够测量在相关联的二极管38中流动的电流强度。另外地，每个测量构件44都进一步有利地能够测量在相关联的二极管38中流动的电流强度的导数。 
可选地，测量工具20包括在图8中的左面以虚线示出的测量构件44。测量构件44在正DC电压总线24A上布置在DC电源12和正输入端子26A之间。在未示出的可选实施例中，测量构件44在负DC电压总线24B上布置在DC电源12和负输入端子26B之间。 
此外，可选地，测量工具20包括在图8的中心处以虚线示出的两个测量构件44。每个测量构件44都布置在相应的中间输出端子146A、146B和相关联的输出端子144A、144B之间。 
保护装置21包括四个第二电子开关46。更具体地，对于每个开关支路30，保护装置21包括两个第二电子开关46、每个第二电子开关46都与相应的开关半支路32A、32B的二极管38串联连接。 
在未示出的可选实施例中，保护装置21包括两个独立的电子开关。更具体地，根据该可选实施例，对于每个开关支路30，保护装置21包括第二电子开关46。例如，每个第二电子开关46都与第一开关半支路32A之一的二极管38串连地连接。可选地，每个第二电子开关46都与第二开关半支路32B之一的二极管38串联地连接。 
在图8的示例性实施例中，控制工具48有利地包括用于检测过电流的四个模块134，每个模块134都一方面连接至处理器74，而另一方面连接至测量工具44。每个模块134都能够向处理器74提供能够假设两个不同值的信号。每个信号中的两个值之一都表示相关联的开关半支路32A、32B的正常操作。每个信号的另一个值都表示检测到的相关联的二极管38中流动的电流的过电流。 
在未示出的一个可选实施例中，控制工具48不包括检测模块134并且测量构件44直接连接至如先前所述的处理器74。 
保护装置21的该第三实施例的操作类似于关于测量工具20和控制工具48的第二实施例的操作，并且类似于关于第二电子开关46的第一实施例的操作。因此，没有更详细地对该第三实施例的操作进行描述。 
关于保护***21，转换***10的第三实施例的优点与第一实施例的优点相同，因此没有重复对其进行描述。 
可见根据本发明的保护装置能够防止每个支路的每个二极管过电流，同时具有改进的激活速度并且基本上保持支路的输出。 
根据本发明的保护装置进一步地可能有利地代替在光伏能量转换***中的电网络侧所使用的所谓的“昼夜”传统接触器，当输入DC电压低于网络的峰值电压时，这些接触器是为了保护电压逆变器。这可能降低与现有的这种接触器相关的生产成本并且还可能提高操作持续时间。 
此外，根据本发明的保护装置可能有利于地用作电压逆变器的负载屏蔽（load shedding）工具。换句话说，在电网络侧所实现的负载屏蔽保护的背景下，保护装置可以用作电源供给链的断开构件，从而可能将电源与网络断开。 
使用根据本发明的保护***进一步能够使用断路器来保护电源供给链。在断开断路器之前，根据本发明的保护装置能够有利地去除通过电压逆变器所检测到的任何故障电流，而没有使断路器劣化。 
在先前描述的三个实施例中，测量工具20能够测量在DC电压总线24A、24B之一中流动的电流强度，或者在每条导线连线35U、35V、35W中流动的电流强度和/或电流强度的导数，或者在每个二极管38中流动的电流强度和/或电流强度的导数。可选地，测量工具20能够测量DC电压总线24A、24B的电压和负载14的峰值电压之间的电势差。该测量值是能够在每个支路30的每个二极管38中流动的电流的间接测量值。实际上，如果与转换器16的输入电压相对应的总线24A、24B的电压低于负载14的峰值电压，则这表示故障电流在属于两个不同开关支路30的至少两个二极管38中流动。 
此外可选地，没有通过测量工具20来测量前述电流强度的每个导数，而是由处理器74通过相关联的电流强度的测量值来确定该导数。 
参考“单级”逆变器而提供第一两个实施例的描述。然而，应该理解，本发明以相同的方式应用于“多级”逆变器，例如，具有中性点可操控（neutral point piloted NPP）拓扑结构或者中性点箝位（NPC）拓扑结构的逆变器。 
更普遍地，本发明应用于将第一电压转换为“逐步下降”型的第二电压的任何***，即，在额定操作中，***的输入电压大于***的输出电压。 

Claims (15)

1.一种用于电转换***（10）的至少一个电子开关支路（30）的防止过电流的装置（21），所述支路或每个支路（30）包括在中间端子（34U、34V、34W；146A、146B）处串联地连接的两个开关半支路（32A、32B），至少一个开关半支路（32A、32B）包括至少一个开关构件（36），所述开关构件或者每个开关构件（36）包括第一可控电子开关（37）和与所述第一电子开关（37）反向并联地连接的二极管（38），
其特征在于，对于所述开关支路或每个开关支路（30），所述装置包括：
至少一个第二可控电子开关（46；96），所述第二可控电子开关或每个第二可控电子开关（46；96）连接至所述中间端子（34U、34V、34W；146A、146B）或者连接至与第一电子开关（37）反向并联地连接的所述二极管（38）的电极，所述第二可控电子开关或者每个第二可控电子开关（46；96）能够在控制器的作用下而从导通状态切换至截止状态，以防止所述二极管（38）过电流，
测量工具（20），用于测量与能够在所述支路（30）的所述二极管或每个二极管（38）中流动的电流相关的至少一个幅值，以及
控制工具（48），用于基于通过所述测量工具（20）所测量的幅值，而控制所述第二可控电子开关或者每个第二可控电子开关（46；96）。
2.根据权利要求1所述的装置（21），其特征在于，所述第二可控电子开关或者每个第二可控电子开关（46）与相应的二极管（38）串联连接，并且与相应的第一电子开关（37）反向并联地连接。
3.根据权利要求1所述的装置（21），其特征在于，对于所述开关支路或每个开关支路（30），所述第二可控电子开关（96）一方面连接至所述开关支路（30）的中间端子（34U、34V、34W），所述第二电子开关（96）另一方面能够连接至所述电转换***（10）的输出端子（28U、28V、28W）。
4.根据权利要求1或2所述的装置（21），其特征在于，所述第二可控电子开关或者每个第二可控电子开关（46）包括诸如晶体管的半导体电子开关元件（50）和与所述半导体开关元件（50）并联地连接的非线性电元件（52）。
5.根据权利要求1或3所述的装置（21），其特征在于，所述第二可控电子开关或者每个第二可控电子开关（96）包括非线性电元件(100)和均与所述非线性电元件(100)并联地连接的两个臂（102A、102B），每个臂（102A、102B）都包括诸如晶体管的半导体电子开关元件（108、112）和与所述半导体开关元件（108、112）串联地连接的二极管（106、110）。
6.根据权利要求1或3所述的装置（21），其特征在于，所述第二可控电子开关或者每个第二可控电子开关（96）包括两个臂（116A、116B），第一臂（116A）包括通过它们相应的阴极串联地连接在第一连接点（126）处的两个二极管（124），第二臂（116B）包括通过它们相应的阳极串联地连接在第二连接点（130）处的两个二极管（128），并且其特征在于，所述第二可控电子开关或者每个第二可控电子开关（96）进一步包括连接在所述第一连接点和所述第二连接点（126、130）之间的非线性电元件（120）和诸如晶体管的半导体电子开关元件（118），所述半导体电子开关元件（118）与所述非线性电元件（120）并联地连接。
7.根据权利要求1至3中的任一项所述的装置（21），其特征在于，所述第二可控电子开关或者每个第二可控电子开关（46、96）包括两个臂（56A、56B），第一臂（56A）包括通过它们相应的阴极串联地连接在第一连接点（66）处的两个二极管（64），第二臂（56B）包括通过它们相应的阳极串联地连接在第二连接点（70）处的两个二极管（68），并且其特征在于，所述第二电子开关或者每个第二电子开关（46、96）进一步包括：连接在所述第一连接点和所述第二连接点（66、70）之间的非线性电元件（60）、与所述非线性电元件（60）并联地连接的机械式接触器（60）、和与所述非线性电元件（60）并联地连接的诸如晶体管的半导体电子开关元件（58）。
8.一种用于将第一电压转换为第二电压的***（10），包括：
转换器（16），用于将第一电压转换为第二电压，所述转换器（16）包括至少两个输入端子（26A、26B）、至少两个输出端子（28U、28V、28W；144A、144B）、和连接在所述两个输入端子（26A、26B）之间的至少一个电子开关支路（30），所述支路或者每个支路（30）包括在中间端子（34U、34V、34W；146A、146B）处串联地连接的两个开关半支路（32A、32B），至少一个开关半支路（32A、32B）包括至少一个开关构件（36），所述开关构件或者每个开关构件（36）包括第一可控电子开关（37）和与所述第一可控电子开关（37）反向并联地连接的二极管（38），
控制装置（18），用于控制所述支路或每个支路（30）的所述第一电子开关或者每个第一电子开关（37），以及
保护装置（21），用于防止所述支路或每个支路（30）过电流，
其特征在于，所述保护装置（21）是根据上述权利要求中的任一项所述的保护装置。
9.一种用于控制保护装置（21）的方法，所述保护装置（21）能够防止电转换***（10）的至少一个电子开关支路（30）过电流，所述支路或每个支路（30）包括在中间端子（34U、34V、34W；146A、146B）处串联地连接的两个开关半支路（32A、32B），至少一个半支路（32A、32B）包括至少一个开关构件（36），所述开关构件或每个开关构件（36）包括第一可控电子开关（37）和与所述第一电子开关（37）反向并联地连接的二极管（38），对于所述开关支路或者每个开关支路（30），所述保护装置（21）包括连接至中间端子（34U、34V、34W；146A、146B）或者连接至与第一电子开关（37）反向并联地连接的所述二极管（38）的电极的至少一个第二电子开关（46；96），所述第二可控电子开关或者每个第二可控电子开关（46；96）能够在命令的作用下，而从导通状态切换为截止状态，以防止所述二极管（38）过电流，
所述方法的特征在于，对于所述第二可控电子开关或者每个第二可控电子开关（46；96），包括以下步骤：
对于能够通过所述第二可控电子开关（46；96）进行保护的所述二极管或每个二极管（38），测量（84）与在所述二极管（38）中流动的电流相关的至少一个幅值，
基于通过所述测量工具（20）所测量的幅值，控制所述第二可控电子开关或者每个第二可控电子开关（46；96）。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，用于控制所述第二可控电子开关或者每个第二可控电子开关（46；96）的步骤包括：
将所述接收的测量值或者每个接收的测量值（Imes+；ImesU、ImesV、ImesW、DmesU、DmesV、DmesW）与预定基准幅值或者另一接收的测量值（Imes+；ImesU、ImesV、ImesW、DmesU、DmesV、DmesW）进行比较，以及
基于比较结果，发出（90）断开或闭合控制信号，以使所述第二可控电子开关或者第二可控电子开关（46；96）之一断开或闭合。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在所述测量步骤（84）期间，所述测量值是在所述支路或每个支路（30）的所述二极管或每个二极管（38）中流动的电流强度的直接测量值，其特征在于，比较步骤包括：在能够通过所述第二可控开关（46；96）而保护的至少一个二极管中流动的电流的测量强度的值和基准强度的值之间进行比较，并且在发出控制信号的步骤（90）期间，当所述至少一个二极管（38）中流动的电流的测量强度和基准强度之间的偏差大于预定偏差时，所述控制信号是断开控制信号。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在所述测量步骤（84）期间，所述测量值是经由包括所述二极管（38）中流动的电流的主电流的强度的测量值，在所述支路或每个支路（30）的所述二极管或每个二极管（38）中流动的电流强度的测量值，并且其特征在于，所述比较步骤包括：在测量的主电流的强度值和零值之间进行比较。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，在所述测量步骤（84）期间，所述测量值是在所述支路或每个支路（30）的所述二极管或每个二极管（38）中流动的电流强度的测量值和在所述支路或每个支路（30）的所述二极管或每个二极管（38）中流动的电流强度的导数，其特征在于，所述比较步骤包括：在能够通过所述第二可控开关（46；96）而保护的至少一个二极管（38）中流动的电流强度的值的符号和在该二极管（38）中流动的电流强度的导数的值的符号之间进行比较，并且其特征在于，在发出控制信号的步骤（90）期间，当在所述至少一个二极管（38）中流动的电流强度的值和该强度的导数的值具有相同符号时，所述控制信号为断开控制信号。
14.根据权利要求10至13中的任一项所述的方法，其特征在于，将所述断开控制信号发送至所述第二可控电子开关或者每个第二可控电子开关（46；96），并且能够控制所述转换***（10）的所有的第二电子开关（46；96）同时断开。
15.根据权利要求10至14中的任一项所述的方法，其特征在于，当所述第二可控电子开关或所述第二可控电子开关（46；96）之一的所述控制信号是断开控制信号时，所述控制步骤进一步包括发出所述第一电子开关或者所述第一电子开关（37）之一的强迫性断开控制信号。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9627957B2 (en) * 2013-05-22 2017-04-18 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Power conversion device
JP7043071B2 (ja) * 2016-03-04 2022-03-29 国立大学法人九州工業大学 電流測定装置およびインバータ
KR20180024169A (ko) * 2016-08-29 2018-03-08 엘에스산전 주식회사 태양광 인버터
US11121542B2 (en) * 2018-10-29 2021-09-14 Rolls-Royce North American Technologies, Inc. Protection coordination technique for power converters
CN113131770A (zh) * 2021-05-27 2021-07-16 天津大学 一种具有故障自清除能力的两电平电压源型换流器装置
CN113541672B (zh) * 2021-07-02 2024-04-23 浙江中控技术股份有限公司 风险降级装置和风险降级方法
GB202115513D0 (en) * 2021-10-28 2021-12-15 Rolls Royce Plc Electrical power system

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5375028A (en) * 1992-01-23 1994-12-20 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Overcurrent protective device and device for detecting overcurrent
US5710508A (en) * 1995-05-16 1998-01-20 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor apparatus
US5903448A (en) * 1997-08-20 1999-05-11 Lucent Technologies Inc. Four quadrant flyback converter, method of operation thereof and power plant employing the same
US20030137858A1 (en) * 2002-01-23 2003-07-24 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Inverter for alternating current generator-motor
CN101997461A (zh) * 2009-08-20 2011-03-30 富士电机***株式会社 变换装置
US20110133817A1 (en) * 2008-08-27 2011-06-09 Oliver Brueckl Tap switch with semiconductor switching elements
CN102138264A (zh) * 2008-09-05 2011-07-27 西门子公司 具有变流器的装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4700256A (en) 1984-05-16 1987-10-13 General Electric Company Solid state current limiting circuit interrupter
US6288881B1 (en) * 1999-08-17 2001-09-11 John A. Melvin Battery voltage regulator protection circuits
CN201039049Y (zh) * 2007-04-28 2008-03-19 许云波 全频率交交变频起动器

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5375028A (en) * 1992-01-23 1994-12-20 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Overcurrent protective device and device for detecting overcurrent
US5710508A (en) * 1995-05-16 1998-01-20 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor apparatus
US5903448A (en) * 1997-08-20 1999-05-11 Lucent Technologies Inc. Four quadrant flyback converter, method of operation thereof and power plant employing the same
US20030137858A1 (en) * 2002-01-23 2003-07-24 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Inverter for alternating current generator-motor
US20110133817A1 (en) * 2008-08-27 2011-06-09 Oliver Brueckl Tap switch with semiconductor switching elements
CN102138264A (zh) * 2008-09-05 2011-07-27 西门子公司 具有变流器的装置
CN101997461A (zh) * 2009-08-20 2011-03-30 富士电机***株式会社 变换装置

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