[发明专利]将第一频率AC电压转换成第二频率AC电压的AC到AC转换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种AC到AC转换器以及一种用于将第一频率（特别是可变频率）的AC电压（或者电流或功率）转换成第二频率（特别是至少近似固定的频率）的AC电压的方法，其中所述转换器可以特别在风力涡轮机中被利用。

背景技术

传统的AC到AC功率转换器（其也被简单地称作功率转换器或转换器）可以被用来将电力信号的频率适配到公用电网的频率，以便允许消费者使用AC电信号来驱动需要固定频率的消费设备。

在传统上，针对用于风力涡轮机的满刻度转换器和部分转换器（DFIG）的需求已经通过按照对于任何动态制动任务所需要的那样将两个单独的3相逆变器模块和另外的单独模块连接在一起而得到解决，从而形成具有适当额定值的总体功率转换器。在这方面有许多商用实例：

Converteam MV3000 DELTA Module系统允许将多达12个模块关联到1个完整的功率转换器方案中，其中多达6个并联模块用于发电机（或电动机）逆变器功能，并且多达6个并联模块用于网络逆变器功能。ABB ACS800 Modular功率转换器系统也提供这种类型的结构。

通常来说，当被应用于其额定功率高于1个模块的额定值的系统时，这样的产品通过把多个模块连接在一起成为一个并联阵列而获得更高的额定值。还知道可以通过把总体功率处理分解成多个分开通道而实现更高额定功率的系统，从而可以在1个逆变器模块发生故障的情况下实现更高级别的可用性，尽管在部分操作模式下最大功率吞吐量能力会有所降低。通过按照这种方式将单独的3相逆变器模块连接起来，必须将dc电流从一个逆变器模块载送到另一个逆变器模块。对于满刻度转换器来说，标称dc电流是将涡轮机额定功率除以额定或标称操作dc链路电压的结果。

以前，Converteam提供一种集成逆变器封装“Alspa GD4000”，其将机器（发电机或电动机）3相逆变器和3相网络逆变器包括到具有高达160A额定值的1个封装内。这些集成逆变器封装未被配置成用于并联配置并且未被销售用于这样的并联布置。Converteam还提供了将3个单独的3相逆变器部分集成到1个液体冷却模块中的液体冷却产品。该产品使用1个冷却剂系统（其等效于1个散热器）和1个dc链路层叠板（laminate）。

可能存在对其构造得到简化并且具有更高成本效益的功率转换器的需要。可能存在对特别针对风力涡轮机应用的需求的功率转换器模块的结构的需要：4Q AC到AC功率转换器，其中，中间的“dc”接口不是除了形成总体功能的两个逆变器部分之外的任何其他部分需要与之接合的主要端口。在用于风力涡轮机的满刻度转换器系统中，总体功率转换器实质上是频率改变器，其接收来自发电机的可变频率可变电压并且将其施加到第一逆变器级（其一般操作在（活动）整流模式下）的ac相端子，第一逆变器级的dc端口（输出）连接到第二逆变器级（其一般操作在逆变模式下）的dc端口（输入），该第二逆变器级的ac相（输出）端子按照需要通过滤波部件连接以产生标称固定频率和固定电压输出以便与公用电网相匹配。对于用在风力涡轮机应用中的典型发电机（例如永磁体直接驱动发电机），当由于网络损耗（例如电网故障）而必须缩减功率吞吐量时，则必须在功率转换器中包括用以允许保持连接以便提供诸如无功功率支持之类的次要服务的装置。其结果是，必须包括用以限制dc链路电容器的过电压并且从而保持在保护电路的过电压跳闸阈值以下的装置。可以提供这项功能的一种已知电路是动态制动单元。在传统的驱动器中，其尺度被标注成用以应对存储在系统的机件中的能量，但是在本申请中，尺度标注由用以应对在将功率从现行功率减小到零的时间期间从发电机释放的能量所必要的情况确定。这正是我们将其描述为“dc链路过电压箝位电路”而不是动态制动的原因。从电路的角度来看二者是等效的，只尺度标注有相关联的功率部件以及特别地不同的能量耗散电阻器元件。

本发明的目的可以是在任何可能的地方最小化或消除材料成分、部件和部件过额定，所有这些的目的都是降低所得到的功率转换器模块或功率转换器系统的成本。

发明内容

该需要可以通过根据独立权利要求的主题来实现。本发明的有利实施例由从属权利要求描述。

根据一个实施例，提供一种用于将第一频率的AC电压转换成第二频率的AC电压的AC到AC转换器，其中所述转换器包括第一转换器部分、第二转换器部分、DC链路过电压箝位电路以及电容器系统，其中所述第一转换器部分、第二转换器部分、DC链路过电压箝位电路和电容器系统被集成为一个组件。