CN116438723A - Ac/dc转换器到dc电网的接入 - Google Patents

Ac/dc转换器到dc电网的接入 Download PDF

Info

Publication number
CN116438723A
CN116438723A CN202180076222.XA CN202180076222A CN116438723A CN 116438723 A CN116438723 A CN 116438723A CN 202180076222 A CN202180076222 A CN 202180076222A CN 116438723 A CN116438723 A CN 116438723A
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
converter
regulator
output voltage
electrical system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202180076222.XA
Other languages
English (en)
Inventor
亚历山大·昂鲁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SMA Solar Technology AG
Original Assignee
SMA Solar Technology AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SMA Solar Technology AG filed Critical SMA Solar Technology AG
Publication of CN116438723A publication Critical patent/CN116438723A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/007—Plural converter units in cascade
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/10—Parallel operation of dc sources
    • H02J1/102—Parallel operation of dc sources being switching converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J5/00—Circuit arrangements for transfer of electric power between ac networks and dc networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0009—Devices or circuits for detecting current in a converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/66—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal
    • H02M7/68—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters
    • H02M7/72—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/79—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/797—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

本申请描述了一种电气***，具有变流器(10)和DC/DC调节器(40)，其中变流器(10)被配置用于在变流器(10)的AC侧(16)与变流器(10)的DC侧(18)之间进行功率传输，其中变流器(10)的AC侧(16)可连接到接地的三相AC供电网(12)，并且变流器(10)的DC侧可连接到不接地的DC电网(14)。变流器(10)具有桥式电路(20)，该桥式电路的AC端子(ACL1、ACL2、ACL3)可经由AC继电器(22)与变流器(10)的AC侧(16)连接，并且该桥式电路的DC端子(DCL+、DCL‑)可经由断路开关(26.1、26.2)与变流器(10)的DC侧连接。DC/DC调节器(40)具有输出侧(24)，该输出侧面向变流器(10)的DC侧(18)，并且电气***具有测量装置(38)，该测量装置被配置成测量DC变流器电压(UDCS)和施加在DC/DC调节器(40)的输出侧(24)上的DC/DC输出电压(USym)，其中DC变流器电压(UDCS)和DC/DC输出电压(USym)施加在断路开关(26.1、26.2)的相对两侧上。电气***具有控制单元(30)，该控制单元被配置成驱动DC/DC调节器(40)，使得在DC/DC调节器(40)的输出侧(24)上设定DC/DC输出电压(USym)，该DC/DC输出电压的量值对应于DC变流器电压(UDCS)。本申请还描述了一种用于操作电气***的方法。

Description

AC/DC转换器到DC电网的接入
发明技术领域
DC能源***包括至少一个能量源和至少一个负载以及这些电气部件之间的连接，该至少一个能量源提供优选作为直流电的电功率(即，DC源，例如电池、PV发电机或燃料电池)，该至少一个负载消耗优选作为直流电的电功率(即，DC吸收端(Senke)，例如用电器)。DC能源***可以包括DC电网或DC总线(在此处连接有电气部件)并且可以包括其他源、储存器和/或用电器。具有少量连接的部件(例如，只有一个源和一个吸收端)的DC总线与具有大量此类部件的DC电网之间的过渡是流畅的。在本申请中，术语DC电网也被理解为DC总线。
这样的DC电网可以在接地或不接地的情况下运行。根据具体的运行模式，在发生接地故障的情况下，根据标准可能需要不同的监控和保护机制。
不接地的DC电网(其中相应的DC线路DCL+和DCL-的电位DC+和DC-不具有对地电位的固定参考)的优点在于，DC电网中可能出现的第一次接地故障(例如，沿着其中一条DC线路的绝缘故障)还不会造成任何损坏。然而，需要进行绝缘监控以探测任何故障的出现，并在必要时能够在第一次接地故障时就启动应对措施，例如切断能量源或使能量源和/或故障点与DC电网断开。
在接地的DC电网中，电位DC+和DC-具有对地电位的定义参考。这种接地参考例如可以借助于地电位与DC电位中的一个(DC+或DC-)之间的电阻性连接简单地实现。
DC电网可以经由变流器与另外的能源网(例如，另外的DC电网或AC电网，例如AC供电网)连接，并且与该另外的能源网交换电功率，特别地以对DC电网中的DC源加以支持或对其进行再充电。原则上，DC电网也可以通过变流器从另外的能源网永久地或偶尔完全地供应能量，其中，DC电网的能量源可以在必要时用于缓冲功率波动。
如果另外的能源网有一个接地(例如，以接地的中性线的形式接地)且变流器被构造成没有变压器(即，AC侧与DC侧之间没有电隔离)，则DC电网经由变流器自动提供有固定的接地参考，即接地。在此，DC电网的电位相对于接地参考的具体水平由具体使用的变流器拓扑结构决定。例如，变流器在直流侧可以具有分开的中间电路，该中间电路的中点(即，中间电位)与具有固定的接地参考的中性线连接，因此中间电路上的DC电位设定为基本上关于地电位对称。
就这一点而言，本身不接地的DC电网也通过无变压器的变流器与接地的能源网连接，成为接地的电网。因此，对于这样的DC电网可以产生两种运行状态：不接地的“独立”运行和与接地的能源网连接的接地运行。在***设计中要注意这一点。
然而，如果接地的DC电网与接地的AC电网例如经由变流器连接，那么在这些电网之间可能会出现如此高的、不受控制的电流流量，以至于会损坏变流器的部件或电网的部件。这也适用于假设不接地的DC电网中存在绝缘故障的情况。
在本申请中，缩写DC(英语：direct current)代表直流电流或直流电压，而AC(英语：alternating current)代表交流电流或交流电压。
发明任务
本发明基于以下任务，即给出能够实现DC能源***安全运行的电气***和方法。
解决方案
该任务通过具有独立权利要求1的特征的电气***得以实现。该任务通过具有独立权利要求13的特征的方法得以实现。在从属权利要求中要求保护该方法的有利实施方式。
发明描述
电气***具有变流器和DC/DC调节器，其中，变流器被配置用于在变流器的AC侧与变流器的DC侧之间进行功率传输。变流器的AC侧可以连接到接地的三相AC供电网，并且变流器的DC侧可以连接到不接地的DC电网。变流器具有桥式电路，该桥式电路的AC端子可以经由AC继电器与变流器的AC侧连接，并且该桥式电路的DC端子可以经由断路开关与变流器的DC侧连接，其中，DC/DC调节器具有输出侧，该输出侧面向变流器的DC侧。电气***具有测量装置，该测量装置被配置成测量DC变流器电压和施加在DC/DC调节器的输出侧上的DC/DC输出电压，其中，DC变流器电压和DC/DC输出电压施加在断路开关的相对两侧上。电气***具有控制单元，该控制单元被配置成驱动DC/DC调节器，使得DC/DC输出电压在DC/DC调节器的输出侧上进行设定，DC/DC输出电压的量值对应于DC变流器电压。
这使得DC电压能够在断路开关闭合之前相适配(angleichen)，并且因此有助于防止在断路开关闭合时或之后流动过大的补偿电流。此外，还可以支持运行安全性。
特别地，这使得不接地的DC电网例如经由无变压器的变流器能够与接地的AC供电网进行可变连接，而无需改变DC侧的保护方案。
这相比于自身具有接地参考的DC电网可以具有优势。例如，如果DC能源***是DC接地的，则一方面为变流器的桥式电路选择合适的拓扑结构将受到限制，另一方面对DC+电位上的线路绝缘必须针对相对于接地的整个***电压进行设计，反之亦然。在***电压高的情况下，这可能导致相当大的成本。此外，如果DC能源***自身具有接地参考，经由无变压器的变流器与接地的AC供电网的连接会产生第二接地参考。由此，可能会产生高的补偿电流，特别是在闭合断路开关时或之后，并且保护装置(例如，差动电流传感器)可能会跳闸。
DC/DC调节器的输出侧是面向变流器的DC侧的一侧。DC/DC调节器的输入侧上的电压最初特别是由变流器的DC中间电路或DC电网中的其他DC源(例如，电池)提供的。DC/DC调节器的输出侧上的电压是DC/DC输出电压。输出侧是可以由DC/DC调节器相对于DC/DC调节器的输入侧上的给定电压来设定电压的一侧。
例如，电压量值的适配可以通过以下方式进行，即将DC/DC调节器布置在变流器内，并且DC/DC输出电压由DC/DC调节器设定，该DC/DC调节器在断路开关的、桥式电路也位于的一侧。电压量值的适配例如也可以通过以下方式进行，即将DC/DC调节器布置在DC电网中，并且DC/DC输出电压由DC/DC调节器设定，该DC/DC调节器位于断路开关的、与桥式电路相对的一侧。
电压的量值是DC电网的DC线路之间的电压或断路开关的变流器侧的端子之间的电压。这对应于DC电网的两条DC线路或断路开关的变流器侧的端子的电位差。DC/DC输出电压被设定为电压的这个量值。
在电气***的实施方式中，DC/DC调节器的输出侧与变流器的DC侧连接。在此，DC/DC调节器可以特别地在变流器内布置在桥式电路与断路开关之间。在该实施方式中，DC/DC调节器通过适当的时钟控制从变流器的中间电路电压产生DC/DC输出电压。于是，DC/DC调节器的输出侧可以经由断路开关与变流器的DC侧连接，其中断路开关布置在变流器以外。
在DC/DC调节器的输出侧与变流器的DC侧连接的电气***的可替代的实施方式中，DC/DC调节器特别地还可以在变流器以外布置在DC电网中。在该实施方式中，DC/DC调节器可以例如通过适当的时钟控制从DC电网中的DC能量储存器中(例如，从电池中)产生DC/DC输出电压。于是，DC/DC调节器的输出侧与变流器的DC侧连接，并且断路开关布置在DC/DC调节器与桥式电路之间。断路开关可以选择性地在变流器以内或以外布置在桥式电路与变流器的DC侧之间。
DC/DC输出电压可以是可在DC/DC调节器的输出侧上设定的，并且DC变流器电压施加在断路开关的、与DC/DC调节器相对的一侧。
在电气***的实施方式中，测量装置被配置成通过测量相应的DC线路或端子上相对于地电位的电压来测定出DC变流器电压和DC/DC输出电压，其中，相应的DC线路可以经由断路开关与相应的DC端子连接。因此，可以对相对于地电位的每条DC线路进行单独测量。
在电气***的实施方式中，控制单元被配置成驱动DC/DC调节器，使得DC变流器电压和DC/DC输出电压各自相对于地电位的电压相互适配。在该实施方式中，除了电压的量值之外，还使电压的水平(Lage)相适配，即，除了量值之外还使DC线路或DC端子彼此间的电位水平以及相对于第三点(例如，相对于地电位)的水平相适配。
在电气***的实施方式中，控制单元被配置成当DC/DC输出电压对应于DC变流器电压时闭合断路开关。这使得电压能够在连接DC电网之前相适配，并且可以避免在闭合断路开关时和之后的补偿电流过大。
在电气***的实施方式中，DC/DC输出电压对应于DC变流器电压，并且当断路开关闭合时DC/DC输出电压与DC变流器电压一起形成DC电网的DC总线电压。DC电网本身是不接地的，但在断路开关闭合且AC继电器也闭合时，经由变流器和接地的AC供电网接地。在此，变流器能够精确地影响和控制DC电压以及必要时其相对于地电位的水平。这可以提高运行安全性。
在电气***的实施方式中，控制单元被配置成驱动DC/DC调节器，使得DC总线电压对称，其中特别地，对称是关于作为中间电位的地电位执行的。如果变流器与DC电网连接，则变流器可以影响DC电网中的电压。在此，关于地电位进行对称提供了优势，因为DC电网中DC线路相对于地电位的相应最大电压可以保持低于DC中DC线路之间的电压，并且这一点简化了设计并有助于提高安全性。
在电气***的实施方式中，控制单元被配置成通过对对称的直流电压变换器进行时钟控制来在DC/DC调节器的输出侧上设定DC/DC输出电压。在该实施方式中，DC/DC调节器被设计成对称的直流电压变换器。
在电气***的实施方式中，控制单元被配置成经由AC继电器将桥式电路的AC端子与变流器的AC侧连接，并随后设定DC/DC输出电压。在该实施方式中，变流器在DC/DC调节器设定其DC/DC输出电压之前与AC供电网连接。
在电气***的实施方式中，桥式电路的AC端子和DC端子电耦合，并且变流器的AC侧与DC侧之间的功率传输路径特别地被设计成无变压器的。在具有接地参考的AC供电网(例如，接地的TN电网或TT电网)中，这种无变压器的并在这方面电耦合的变流器的中间电路电压在与AC供电网连接之后近似地关于地电位对称。在将这个变流器的DC侧与不对称的DC总线连接时，会产生高的补偿电流，特别是如果不对称性是由DC电网中的绝缘故障引起的。电气***可以通过使DC总线电压关于地电位对称来避免或甚至还补偿这种补偿电流或故障电流。
在DC电网中操作具有变流器和DC/DC调节器的电气***的方法，其中，变流器被配置用于在变流器的AC侧与变流器的DC侧之间进行功率传输，该方法具有以下步骤：
测量DC变流器电压，
在DC/DC调节器的输出侧上设定DC/DC输出电压，其中，DC变流器电压和DC/DC输出电压施加在断路开关的相对两侧上，并且其中，设定的DC/DC输出电压的量值对应于所测量的DC变流器电压。
可选地，在测量DC变流器电压的步骤中，还可以测量DC/DC输出电压。
电压的量值是DC电网的DC线路之间的电压或断路开关的变流器侧的端子之间的电压。这对应于DC电网的两条DC线路或断路开关的变流器侧的端子的电位差。将DC/DC输出电压设定为电压的这个量值。
在该方法的实施方式中，通过测量相应的DC线路或端子上相对于地电位的电压来测定出DC变流器电压和DC/DC输出电压，其中，相应的DC线路可以经由断路开关与相应的DC端子连接。因此，可以对相对于地电位的每条DC线路进行单独测量。
在该方法的实施方式中，使DC变流器电压和DC/DC输出电压各自相对于地电位的电压相互适配。在该实施方式中，除了电压的量值之外，还使电压的水平相适配，即，除了量值之外还使DC线路或DC端子彼此间的电位水平以及相对于第三点(例如，相对于地电位)的水平相适配。
该方法的实施方式包括以下步骤：在设定DC/DC输出电压之后，通过闭合断路开关将DC/DC调节器的输出侧与变流器连接。
该方法的实施方式包括以下步骤：在设定DC/DC输出电压之前，通过AC继电器将桥式电路的AC端子与变流器的AC侧连接。
该方法的实施方式包括以下步骤：在闭合断路开关之后，DC/DC调节器执行DC总线电压的对称，其中，DC/DC输出电压对应于DC变流器电压，并且在断路开关闭合时，DC/DC输出电压与DC变流器电压一起形成DC电网的DC总线电压。DC电网本身是不接地的，但在断路开关闭合且AC继电器也闭合时，经由AC供电网接地。特别地，关于作为中间电位的地电位执行对称。
附图简述
下面将借助于附图对本发明进行详细阐述。
图1示意性地示出了电气***的实施例；
图2示意性地示出了电气***的另一实施例；
图3示意性地示出了方法的实施例；
图4示意性地示出了可能的电压曲线。
附图描述
在图1中，示意性地示出了电气***的实施方式。变流器10具有AC侧16和DC侧18。在地电位PE接地的三相AC供电网12连接到AC侧16。电池42可以经由DC开关46与DC电网14连接。负载44可以经由DC开关48与DC电网连接。负载44特别地可以包括一个或更多个用电器，例如机器、工业设备或电解装置。电池42和负载44经由DC线路DC+、DC-与变流器10连接。
变流器10具有桥式电路20，该桥式电路20被设计成将AC端子ACL1、ACL2、ACL3上的交流电流或交流电压转换成DC端子DCL+、DCL+上的直流电流或直流电压。桥式电路20还被设计成将DC端子DCL+、DCL+上的直流电流或直流电压转换成AC端子ACL1、ACL2、ACL3上的交流电流或交流电压。在所示的实施例中，通过控制单元30适当地驱动桥式电路20的半导体开关来完成转换。具有半导体开关的桥式电路20通常被设计成无变压器的，即这种桥式电路的AC端子ACL1、ACL2、ACL3和DC端子DCL+、DCL-电耦合。如果AC供电网具有接地参考(例如，通过在PE接地的中性线)，则DC端子DCL+、DCL-因此在变流器10的常规运行中经由桥式电路20自动接地。
DC线路DC+、DC-与DC端子DCL+、DCL-连接。在此，DC线路的电位相对于接地参考的具体水平(相对于PE的DC+/DC-)由具体使用的桥式电路20的拓扑结构决定。例如，桥式电路20可以在DC侧具有分开的DC中间电路，该DC中间电路的中点与以固定的接地参考PE作为中间电位的AC供电网12的中性线连接，使得DC中间电路上并因此DC端子DCL+、DCL-上的DC电位设定为关于地电位PE基本上对称。在这方面，本身不接地的DC电网14也通过经由无变压器的变流器10与接地的AC供电网12连接而变成接地的DC电网14。因此，可以得出DC电网14的两种运行状态：由电池42供电的不接地的“独立运行”，以及与接地的AC供电网12连接时的接地运行。
经由AC继电器22，AC端子ACL1、ACL2、ACL3可以与AC侧16连接，并且因此桥式电路20可以与AC电网12连接。变流器10在AC端子ACL1、ACL2、ACL3处还具有故障电流测量32，该故障电流测量32基于三个AC端子ACL1、ACL2、ACL3的电流差测量。
变流器10具有DC/DC调节器40，该DC/DC调节器40的输入侧与桥式电路20的DC端子DCL+、DCL-连接。借助于DC/DC调节器40可以相对于DC端子DCL+、DCL-上的电压在DC/DC调节器40的输出侧24上设定DC/DC输出电压USym。例如，DC/DC输出电压USym的设定可以通过控制单元30驱动DC/DC调节器40的半导体开关来实现。
DC/DC调节器40的输出侧24可以经由断路开关26.1、26.2与DC侧18连接。DC电网14的正DC线路DC+与断路开关26.1连接，并且DC电网14的负DC线路DC-与断路开关26.2连接。测量装置38被配置成测量DC/DC输出电压USym和/或变流器电压UDCS。变流器电压UDCS施加在变流器10的DC侧18上，即施加在断路开关26.1、26.2的、与DC/DC调节器40相对的一侧上。
在图2中，示意性地示出了电气***的另一实施方式。变流器10具有AC侧16和DC侧18。在地电位PE接地的三相AC供电网12连接到AC侧16。电池42可以经由DC开关46与DC电网14连接。负载44可以经由DC开关48与DC电网连接。负载44特别地可以包括一个或更多个用电器，例如机器、工业设备或电解装置。电池42和负载44经由DC线路DC+、DC-与变流器10连接。
变流器10具有桥式电路20，该桥式电路20被设计成将AC端子ACL1、ACL2、ACL3上的交流电流或交流电压转换成DC端子DCL+、DCL+上的直流电流或直流电压。桥式电路20还被设计成将DC端子DCL+、DCL+上的直流电流或直流电压转换成AC端子ACL1、ACL2、ACL3上的交流电流或交流电压。在所示的实施例中，通过控制单元30适当地驱动桥式电路20的半导体开关来完成转换。具有半导体开关的桥式电路20通常被设计成无变压器的，即这种桥式电路的AC端子ACL1、ACL2、ACL3和DC端子DCL+、DCL-电耦合。如果AC供电网具有接地参考(例如，通过在PE接地的中性线)，则DC端子DCL+、DCL-因此在变流器10的常规运行中经由桥式电路20自动接地。
DC线路DC+、DC-与DC端子DCL+、DCL-连接。在此，DC线路的电位相对于接地参考的具体水平(相对于PE的DC+/DC-)由具体使用的桥式电路20的拓扑结构决定。例如，桥式电路20可以在DC侧具有在DC侧分开的DC中间电路，该DC中间电路的中点与以固定的接地参考PE作为中间电位的AC供电网12的中性线连接，使得DC中间电路上并因此DC端子DCL+、DCL-上的DC电位设定为关于地电位PE基本上对称。在这方面，本身不接地的DC电网14也通过经由无变压器的变流器10与接地的AC供电网12连接而变成接地的DC电网14。因此，可以得出DC电网14的两种运行状态：由电池42供电的不接地的“独立运行”，以及与接地的AC供电网12连接时的接地运行。
经由AC继电器22，AC端子ACL1、ACL2、ACL3可以与AC侧16连接，并且因此桥式电路20可以与AC电网12连接。变流器10在AC端子ACL1、ACL2、ACL3处还具有故障电流测量32，该故障电流测量32基于三个AC端子ACL1、ACL2、ACL3的电流差测量。
DC/DC调节器40布置在DC电网14中，并且就该方面而言布置在变流器10之外。DC/DC调节器40的输入侧与电池42连接。在DC/DC调节器40的输出侧24上，DC/DC输出电压USym可以相对于电池42的电压进行设定。例如，DC/DC输出电压USym的设定可以通过控制单元30驱动DC/DC调节器40的半导体开关来实现。
桥式电路20的DC端子DCL+、DCL-可以经由断路开关26.1、26.2与DC侧18连接。正DC线路DC+可以经由断路开关26.1与DC侧18连接，并且负DC线路DC-可以经由断路开关26.2与DC侧连接。测量装置38被配置成测量DC/DC输出电压USym和/或变流器电压UDCS。变流器电压UDCS施加在桥式电路20的DC侧18上，即施加在断路开关26.1、26.2的、与DC/DC调节器40相对的一侧上。在所示实施例中，变流器电压UDCS因此施加在变流器10的桥式电路20的DC端子DCL+、DCL-上。
在图3中示意性地示出了用于操作电气***的方法的实施例。
在步骤S1中，经由AC继电器22将桥式电路20的AC端子ACL1、ACL2、ACL3与变流器10的AC侧16连接。
在步骤S2中，测量DC变流器电压USym。可选地，在步骤S2中还可以测量DC/DC输出电压USym。DC/DC输出电压USym可以在DC/DC调节器40的输出侧24上设定，其中DC变流器电压UDCS和DC/DC输出电压USym施加在断路开关26.1、26.2的相对的两侧上。DC变流器电压UDCS和/或DC/DC输出电压USym可以通过测量相应的DC线路DC+、DC-或DC端子DCL+、DCL+相对于地电位PE的电压来测定。因此，可以对每条DC线路DC+、DC-或每个DC端子DCL+、DCL+单独相对于地电位PE进行测量。
在步骤S3中，在DC/DC调节器40的输出侧24上设定DC/DC输出电压USym，使得设定的DC/DC输出电压USym与测量到的DC变流器电压UDCS相适配。在此，DC变流器电压UDCS和DC/DC输出电压USym各自相对于地电位PE的电压可以相互适配。在此，电压在量值和水平方面相互适配。重复步骤S3，直到两个电压相互适配。
当电压适配成功时，执行步骤S4。在步骤S4中，在设定DC/DC输出电压USym之后，通过在时间点ts(图4)闭合断路开关26.1、26.2来将DC/DC调节器40的输出侧24与变流器10的DC侧18连接。
在步骤S5中，在闭合断路开关26.1、26.2之后，DC/DC调节器40执行DC总线电压的对称，其中特别地关于作为中间电位的地电位执行对称。
在图4中，示意性地示出了DC变流器电压UDCS和DC/DC输出电压USym的示例性曲线。这两个电压都是相对于地电位PE示出的。图中上方的线示出了正DC线路DC+或正DC端子DCL+相对于地电位PE的电位，下方的线示出了负DC线路DC-或负DC端子DCL-相对于地电位PE的电位。
首先，DC变流器电压UDCS和DC/DC输出电压USym是彼此独立的，并且值不同。然后，将DC/DC输出电压USym相对于地电位PE的量值和水平与DC变流器电压UDCS相适配。这优选地在闭合AC继电器22之后通过驱动DC/DC调节器40的半导体开关来完成。驱动优选地由控制单元30进行。
在时间点ts，闭合断路开关26.1和26.2。当断路开关26.1、26.2闭合时，DC/DC输出电压USym对应于DC变流器电压UDCS，并且它们一起形成DC电网14的DC总线电压。DC电网14本身不接地，但当断路开关26.1、26.2闭合且AC继电器22也闭合时，DC电网14经由变流器10和AC供电网12接地。
在闭合断路开关26.1、26.2之后，DC总线电压通过DC/DC调节器40或通过变流器10在控制单元30的驱动下进行对称。在此，将上电压值引向目标正DC总线电压UBus+，并且将下电压值引向目标负DC总线电压UBus-。在此优选地，目标正DC总线电压UBus+和目标负DC总线电压UBus-相对于地电位PE的量值和水平是相等的并且因此关于地电位PE对称。因此，DC总线电压关于地电位PE是对称的。
参考标记列表
10 变流器
12 AC供电网
14 DC电网
16 AC侧
18 DC侧
20 桥式电路
22 AC继电器
24 DC/DC调节器的输出侧
26.1、26.2 断路开关
30 控制单元
32 故障电流测量
38 电压测量仪
40 DC/DC调节器
42 电池
44 负载
46 DC开关
48 DC开关
ACL1、ACL2、ACL3 AC端子
DCL+、DCL- DC端子
DC+、DC- DC线路
PE 地电位
S1、S2、S3、S4、S5 方法步骤
t 时间
ts 时间点：闭合断路开关
USym DC/DC输出电压
UDCS DC变流器电压
UBus+ 目标正DC总线电压
UBus- 目标负DC总线电压。

Claims (18)

1.一种电气***，具有变流器(10)和DC/DC调节器(40)，其中，所述变流器(10)被配置用于在所述变流器(10)的AC侧(16)与所述变流器(10)的DC侧(18)之间进行功率传输，其中，所述变流器(10)的AC侧(16)能够连接到接地的三相AC供电网(12)，并且所述变流器(10)的DC侧(18)能够连接到不接地的DC电网(14)，其中，所述变流器(10)具有桥式电路(20)，所述桥式电路的AC端子(ACL1、ACL2、ACL3)经由AC继电器(22)能够与所述变流器(10)的AC侧(16)连接，并且所述桥式电路的DC端子(DCL+、DCL-)经由断路开关(26.1、26.2)能够与所述变流器(10)的DC侧(18)连接，
其中，所述DC/DC调节器(40)具有输出侧(24)，所述输出侧面向所述变流器(10)的DC侧(18)，并且其中，所述电气***具有测量装置(38)，所述测量装置被配置成测量DC变流器电压(UDCS)和施加在所述DC/DC调节器(40)的输出侧(24)上的DC/DC输出电压(USym)，其中，所述DC变流器电压(UDCS)和所述DC/DC输出电压(USym)施加在所述断路开关(26.1、26.2)的相对两侧上，其中，所述电气***具有控制单元(30)，所述控制单元被配置成驱动所述DC/DC调节器(40)，使得DC/DC输出电压(USym)在所述DC/DC调节器(40)的输出侧(24)上进行设定，所述DC/DC输出电压的量值对应于所述DC变流器电压(UDCS)。
2.根据权利要求1所述的电气***，其中，所述DC/DC调节器(40)的输出侧(24)与所述变流器(10)的DC侧(18)连接。
3.根据权利要求1或2所述的电气***，其中，所述DC/DC调节器(40)布置在所述桥式电路(20)与所述断路开关(26.1、26.2)之间。
4.根据权利要求1或2所述的电气***，其中，所述断路开关(26.1、26.2)布置在所述DC/DC调节器(40)与所述桥式电路(20)之间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电气***，其中，所述测量装置(38)被配置成通过测量相应的DC线路(DC+、DC-)相对于地电位(PE)的电压来测定出所述DC变流器电压(UDCS)和/或所述DC/DC输出电压(USym)，其中，相应的DC线路(DC+、DC-)与相应的DC端子(DCL+、DCL-)连接。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电气***，其中，所述控制单元(30)被配置成驱动所述DC/DC调节器(40)，使得所述DC变流器电压(UDCS)和所述DC/DC输出电压(USym)各自相对于地电位(PE)的电压相互适配。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电气***，其中，所述控制单元(30)被配置成当所述DC/DC输出电压(USym)对应于所述DC变流器电压(UDCS)时闭合所述断路开关(26.1、26.2)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电气***，其中，所述DC/DC输出电压(USym)对应于所述DC变流器电压(UDCS)，并且当所述断路开关(26.1、26.2)闭合时所述DC/DC输出电压和所述DC变流器电压一起形成所述DC电网(14)的DC总线电压。
9.根据权利要求8所述的电气***，其中，所述控制单元(30)被配置成驱动所述DC/DC调节器(40)，使得所述DC总线电压对称，其中特别地，所述对称是关于作为中间电位的所述地电位执行的。
10.根据前述权利要求中任一项所述的电气***，其中，所述控制单元(30)被配置成通过对对称的直流电压变换器进行时钟控制来在所述DC/DC调节器(40)的输出侧(24)上设定所述DC/DC输出电压(USym)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的电气***，其中，所述控制单元(30)被配置成经由AC继电器(22)将所述桥式电路(20)的AC端子(ACL1、ACL2、ACL3)与所述变流器(10)的AC侧(16)连接，并随后设定所述DC/DC输出电压(USym)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的电气***，其中，所述桥式电路(20)的AC端子(ACL1、ACL2、ACL3)和所述DC端子(DCL+、DCL-)电耦合，并且所述变流器(10)的AC侧(16)与DC侧(18)之间的功率传输路径特别地被设计成无变压器的。
13.一种用于操作根据前述权利要求中任一项所述的电气***的方法，所述方法具有以下步骤：
测量DC变流器电压(UDCS)，
在所述DC/DC调节器(40)的输出侧(24)上设定DC/DC输出电压(USym)，其中，所述DC变流器电压(UDCS)和所述DC/DC输出电压(USym)施加在所述断路开关(26.1、26.2)的相对两侧上，并且其中，所设定的DC/DC输出电压(USym)的量值对应于所测量的DC变流器电压(UDCS)。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，通过测量相应的DC线路(DC+、DC-)上相对于地电位(PE)的电压来测定出所述DC变流器电压(UDCS)和所述DC/DC输出电压(USym)，其中，相应的DC线路(DC+、DC-)与相应的DC端子(DCL+、DCL-)连接。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，使所述DC变流器电压(UDCS)和所述DC/DC输出电压(USym)各自相对于地电位(PE)的电压相互适配。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，所述方法包括以下步骤：在设定所述DC/DC输出电压(USym)之后，通过闭合所述断路开关(26.1、26.2)将所述DC/DC调节器(40)的输出侧(24)与所述变流器(10)连接。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的方法，所述方法包括以下步骤：在设定所述DC/DC输出电压(USym)之前，通过AC继电器(22)将所述桥式电路(20)的AC端子(ACL1、ACL2、ACL3)与所述变流器(10)的AC侧(16)连接。
18.根据权利要求13至17中任一项所述的方法，所述方法包括以下步骤：在闭合所述断路开关(26.1、26.2)之后，所述DC/DC调节器(40)执行DC总线电压的对称，其中特别地，关于作为中间电位的所述地电位执行所述对称。
CN202180076222.XA 2020-11-12 2021-11-12 Ac/dc转换器到dc电网的接入 Pending CN116438723A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020129917.6A DE102020129917A1 (de) 2020-11-12 2020-11-12 Verfahren zum Betrieb eines Gleichspannungsnetzes und Stromrichter zur Verbindung eines Gleichspannungsnetzes mit einem Wechselspannungsnetz
DE102020129917.6 2020-11-12
PCT/EP2021/081547 WO2022101420A1 (de) 2020-11-12 2021-11-12 Zuschalten eines ac/dc umrichters auf ein dc netz

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116438723A true CN116438723A (zh) 2023-07-14

Family

ID=78725473

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180076222.XA Pending CN116438723A (zh) 2020-11-12 2021-11-12 Ac/dc转换器到dc电网的接入

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230283069A1 (zh)
EP (1) EP4244965A1 (zh)
JP (1) JP2023549105A (zh)
CN (1) CN116438723A (zh)
DE (1) DE102020129917A1 (zh)
WO (1) WO2022101420A1 (zh)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006014780A1 (de) 2006-03-29 2007-10-18 Schekulin, Ulrich Gleichstromsteller und Wechselrichter-Schaltungsanordnung
DE102009012928A1 (de) 2009-03-12 2010-09-16 Kostal Industrie Elektrik Gmbh Energiewandleranlage
DE102013111075B4 (de) 2013-10-07 2016-08-04 Sma Solar Technology Ag Verfahren und Wechselrichter zum Ermitteln eines Betriebszustands einer Photovoltaikanlage
JP2019129675A (ja) * 2018-01-26 2019-08-01 富士電機株式会社 無停電電源装置
DE102018116013B4 (de) 2018-07-02 2023-12-28 Sma Solar Technology Ag Energieerzeugungsanlage, Wechselrichter und Verfahren zur Vorladung von Gleichspannungs-Zwischenkreisen von Wechselrichtern
CN109149549A (zh) * 2018-08-21 2019-01-04 上海交通大学 一种采用多电压均衡器并联的双极直流***分层结构及控制方法
DE102019213067A1 (de) 2019-08-30 2021-03-04 Robert Bosch Gmbh Gleichspannungswandler und Verfahren zur Überprüfung eines Zwischenkreiskondensators an einem Gleichspannungswandler

Also Published As

Publication number Publication date
US20230283069A1 (en) 2023-09-07
JP2023549105A (ja) 2023-11-22
WO2022101420A1 (de) 2022-05-19
EP4244965A1 (de) 2023-09-20
DE102020129917A1 (de) 2022-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10554148B2 (en) Device and method for premagnetization of a power transformer in a converter system
US11355957B2 (en) Isolated parallel UPS system with choke bypass switch
US8467160B2 (en) Bipolar DC to AC power converter with DC ground fault interrupt
US10284008B2 (en) Isolated parallel ups system with fault location detection
US10734944B2 (en) Inverter having grid disconnection point and insulation resistance measurement and method for measuring an insulation resistance
US20210091660A1 (en) Power conversion device
WO2010116806A1 (ja) 電力変換装置
JP4588623B2 (ja) 電源装置
US8897040B2 (en) Power converter systems and methods of operating a power converter system
CN107925365B (zh) 操作逆变器的方法和逆变器
US20150171766A1 (en) Control of Leakage Currents in Systems with a Plurality of Parallel Inverters
CN113489046B (zh) 一种光伏***、直流汇流箱及接线错误检测方法
CN109119980A (zh) 用于在配电***中限制电流的***和方法
Lazzari et al. Selectivity and security of DC microgrid under line-to-ground fault
JP6662551B2 (ja) 電力変換装置
ES2906176T3 (es) Sistema de compensación de fases
Ramamurthy et al. Mitigation of motor starting voltage sags using distribution-class statcom
JP2014185907A (ja) パワーコンディショナ、および直流給電システムの絶縁抵抗測定方法
US11428748B2 (en) System and method for testing power conversion device
CN116438723A (zh) Ac/dc转换器到dc电网的接入
CN116547892A (zh) 用于使dc电网中的电压对称的方法和电路
US11148545B2 (en) Vehicle ground fault detection
US10680439B2 (en) Phase compensation system
JP6248716B2 (ja) 故障対処装置、および電源システム
US20230291303A1 (en) Power converter for transferring power between an ac side and a dc side, and power supply method

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination