用于隔离型逆变器组块的冗余的保护
阅读：51发布：2020-05-13
专利汇可以提供用于隔离型逆变器组块的冗余的保护专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供了用于保护逆变器组 块 的冗余的系统和方法。在一个示例性实施方式中，该系统可包括多个逆变器组块。各逆变器组块可包括配置成使DC功率转换成AC功率的第一转换实体、配置成使AC功率转换成DC功率的第二转换实体和配置成使DC功率转换成AC功率的第三转换实体。隔离 变压器 可耦合在第一转换实体与第二转换实体之间。该系统包括耦合到各逆变器组块的输出端的逆变器组块 开关 元件。保护元件设置在各逆变器组块中。该系统包括一个或多个控制装置，其配置成至少部分地基于设置在逆变器组块中的保护元件的状态来使多个逆变器组块中的至少一个隔离。，下面是用于隔离型逆变器组块的冗余的保护专利的具体信息内容。
1.一种功率转换器系统，所述功率转换器包括：
多个逆变器组块，各逆变器组块包括多个转换实体，各转换实体具有多个桥式电路，各桥式电路包括串联耦合的多个半导体开关元件，其中，所述多个转换实体包括配置成使DC功率转换成AC功率的第一转换实体、配置成使AC功率转换成DC功率的第二转换实体和配置成使DC功率转换成AC功率的第三转换实体，其中，隔离变压器耦合在所述第一转换实体与所述第二转换实体之间；
逆变器组块开关元件，其耦合到各逆变器组块的输出端；
至少一个保护元件，其设置在各逆变器组块中；
一个或多个控制装置，其配置成至少部分地基于设置在所述逆变器组块中的所述至少一个保护元件的状态来使所述多个逆变器组块中的至少一个隔离。
2.根据权利要求1所述的功率转换器系统，其特征在于，所述一个或多个控制装置配置成通过断开耦合到至少一个所述逆变器组块的所述输出端的所述逆变器组块开关元件来使所述多个逆变器组块中的至少一个隔离。
3.根据权利要求1所述的功率转换器系统，其特征在于，各逆变器组块包括与所述逆变器组块的第一DC总线输入端串联耦合的第一保护元件和与来自所述逆变器组块的第二DC总线输入端串联耦合的第二保护元件。
4.根据权利要求3所述的功率转换器系统，其特征在于，所述一个或多个控制装置配置成至少部分地基于设置在所述逆变器组块中的所述第一保护元件的状态或所述第二保护元件的所述状态而使用与至少一个所述逆变器组块相关联的所述逆变器组块开关元件来使所述多个逆变器组块中的至少一个隔离。
5.根据权利要求3所述的功率转换器系统，其特征在于，各逆变器组块包括与所述逆变器组块的第一AC输出端串联耦合的第三保护元件和与所述逆变器组块的第二AC输出端串联耦合的第四保护元件。
6.根据权利要求5所述的功率转换器系统，其特征在于，所述一个或多个控制装置配置成至少部分地基于设置在所述逆变器组块中的所述第一保护元件的状态、所述第二保护元件的所述状态、所述第三保护元件的所述状态或所述第四保护元件的所述状态而使用与至少一个所述逆变器组块相关联的所述逆变器组块开关元件来使所述多个逆变器组块中的至少一个隔离。
7.根据权利要求1所述的功率转换器系统，其特征在于，各桥式电路中的所述多个半导体开关元件中的各个包括碳化硅MOSFET。
8.根据权利要求1所述的功率转换器系统，其特征在于，各桥式电路中的所述多个半导体开关元件中的各个包括绝缘栅双极型晶体管。
9.根据权利要求1所述的功率转换器系统，其特征在于，所述逆变器组块开关包括继电器。
10.根据权利要求1所述的功率转换器系统，其特征在于，所述逆变器组块开关包括功率半导体开关。
11.根据权利要求1所述的功率转换器系统，其特征在于，所述至少一个保护元件包括熔断器。
12.根据权利要求1所述的功率转换器系统，其特征在于，所述多个逆变器组块是在风驱动式双馈感应发电机系统中使用的两级式功率转换器的线路转换器的部分。
13.根据权利要求1所述的功率转换器系统，其特征在于，所述隔离变压器包括多个次级绕组，其中，各逆变器组块包括成对的第二转换实体，各第二转换实体耦合到所述多个次级绕组中的一个。
14.根据权利要求1所述的功率转换器系统，其特征在于，各逆变器组块进一步包括输入转换实体，所述输入转换实体具有多个桥式电路，各桥式电路包括串联耦合的多个半导体开关元件，所述输入转换实体配置成使AC功率转换成DC功率，其中，所述至少一个保护元件与所述输入转换实体的AC输入端串联耦合。
15.根据权利要求1所述的功率转换器系统，其特征在于，所述多个逆变器组块的DC输入端并联耦合。
16.一种用于使功率转换器系统中的逆变器组块隔离的方法，所述功率转换器系统包括多个逆变器组块，各逆变器组块包括多个转换实体，各转换实体具有多个桥式电路，各桥式电路包括串联耦合的多个碳化硅MOSFET开关元件，其中，所述多个转换实体包括配置成使DC功率转换成AC功率的第一转换实体、配置成使AC功率转换成DC功率的第二转换实体和配置成使DC功率转换成AC功率的第三转换实体，其中，隔离变压器耦合在所述第一转换实体与所述第二转换实体之间，所述方法包括：
通过一个或多个控制装置来获得与设置在所述逆变器组块中的保护元件相关联的来自一个或多个传感器的信号；
通过所述一个或多个控制装置而至少部分地基于来自所述一个或多个传感器的所述信号来确定所述保护元件的状态；
至少部分地基于所述保护元件的所述状态来控制逆变器组块开关元件以使所述多个逆变器组块中的一个隔离。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，当确定所述保护元件的所述状态为断开时，控制逆变器组块开关元件包括断开所述逆变器组块开关元件。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述逆变器组块开关元件是常闭式的。
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述多个逆变组块的DC输入端并联耦合。
20.一种风驱动式发电机系统，所述系统包括：
风驱动式发电机；
功率转换器，其包括：
多个逆变器组块，各逆变器组块包括多个转换实体，各转换实体具有多个桥式电路，各桥式电路包括串联耦合的多个半导体开关元件，其中，所述多个转换实体包括配置成使DC功率转换成AC功率的第一转换实体、配置成使AC功率转换成DC功率的第二转换实体和配置成使DC功率转换成AC功率的第三转换实体，其中，隔离变压器耦合在所述第一转换实体与所述第二转换实体之间；
逆变器组块开关元件，其耦合到各逆变器组块的输出端；
至少一个熔断器，其设置在各逆变器组块中；
一个或多个控制装置，其配置成至少部分地基于设置在所述逆变器组块中的所述至少一个熔断器的状态而使用与至少一个所述逆变器组块相关联的所述逆变器组块开关元件来使所述多个逆变器组块中的至少一个隔离。
用于隔离型逆变器组块的冗余的保护
技术领域
背景技术
[0002] 发电系统可使用功率转换器来使功率转换成适合于电网的功率形式。在典型的功率转换器中，多个开关装置(诸如，绝缘栅双极型晶体管(“IGBT”)或金属氧化物半导体场效应晶体管(“MOSFET”))可用于电子电路(诸如，半桥或全桥式电路)中以转换功率。开关装置技术上的最新发展已允许在功率转换器中使用碳化硅(“SiC”)MOSFET。与常规的IGBT相比，使用SiC MOSFET允许在高得多的开关频率下操作功率转换器。发明内容
[0003] 本公开的实施例的方面和优点将在以下描述中得到部分阐述，或可根据描述而认识到，或可通过实践实施例而认识到。
[0004] 本公开的一个示例性方面涉及一种功率转换器系统。该系统可包括多个逆变器组块(block)。各逆变器组块可包括多个转换实体。各转换实体具有多个桥式电路。各桥式电路包括串联耦合的多个半导体开关元件。多个转换实体包括配置成使DC功率转换成AC功率的第一转换实体、配置成使AC功率转换成DC功率的第二转换实体和配置成使DC功率转换成AC功率的第三转换实体。隔离变压器可耦合在第一转换实体与第二转换实体之间。该系统包括耦合到各逆变器组块的输出端的逆变器组块开关元件。至少一个保护元件设置在各逆变器组块中。该系统包括一个或多个控制装置，其配置成至少部分地基于设置在逆变器组块中的至少一个保护元件的状态来使多个逆变器组块中的至少一个隔离。
[0005] 本公开的另一示例性方面涉及一种用于使功率转换器系统中的逆变器组块隔离的方法。功率转换器系统包括多个逆变器组块。各逆变器组块包括多个转换实体。各转换实体具有多个桥式电路。各桥式电路包括串联耦合的多个碳化硅MOSFET开关元件。多个转换实体包括配置成使DC功率转换成AC功率的第一转换实体、配置成使AC功率转换成DC功率的第二转换实体和配置成使DC功率转换成AC功率的第三转换实体。隔离变压器可耦合在第一转换实体与第二转换实体之间。该方法包括：通过一个或多个控制装置来获得与设置在逆变器组块中的保护元件相关联的来自一个或多个传感器的信号；通过一个或多个控制装置而至少部分地基于来自一个或多个传感器的信号来确定保护元件的状态；以及至少部分地基于保护元件的状态来控制逆变器组块开关元件以使多个逆变器组块中的一个隔离。
[0006] 本公开的又一示例性方面涉及一种风驱动式发电机系统。该系统包括风驱动式发电机。该系统包括功率转换器。功率转换器包括多个逆变器组块。各逆变器组块包括多个转换实体。各转换实体具有多个桥式电路。各桥式电路包括串联耦合的多个碳化硅MOSFET开关元件。多个转换实体包括配置成使DC功率转换成AC功率的第一转换实体、配置成使AC功率转换成DC功率的第二转换实体和配置成使DC功率转换成AC功率的第三转换实体。隔离变压器可耦合在第一转换实体与第二转换实体之间。该系统包括一个或多个控制装置，其配置成至少部分地基于设置在逆变器组块中的至少一个熔断器的状态来使多个逆变器组块中的至少一个隔离。
附图说明
[0009] 在参考附图的说明书中阐述了实施例的针对本领域普通技术人员的详细讨论，在附图中：图1描绘了根据本公开的示例性实施例的示例性发电系统；
图2描绘了根据本公开的示例性方面的示例性逆变器组块的示例性拓扑结构；
图3描绘了根据本公开的示例性实施例的多相功率转换器的相的耦合在一起以用于形成功率转换器的多个逆变器组块；
图4描绘了根据本公开的示例性实施例的包括用于多个相的多个逆变器组块的多相功率转换器；
图5描绘了根据本公开的示例性实施例的示例性逆变器组块；
图6描绘了根据本公开的示例性实施例的示例性逆变器组块的电路图；
图7描绘了根据本公开的示例性实施例的示例性逆变器组块；
图8描绘了根据本公开的示例性实施例的示例性逆变器组块；
图9描绘了根据本公开的示例性实施例的示例性逆变器组块；以及
图10描绘了根据本公开的示例性实施例的示例性方法的流程图。
图2描绘了根据本公开的示例性方面的示例性逆变器组块的示例性拓扑结构；
图3描绘了根据本公开的示例性实施例的多相功率转换器的相的耦合在一起以用于形成功率转换器的多个逆变器组块；
图4描绘了根据本公开的示例性实施例的包括用于多个相的多个逆变器组块的多相功率转换器；
图5描绘了根据本公开的示例性实施例的示例性逆变器组块；
图6描绘了根据本公开的示例性实施例的示例性逆变器组块的电路图；
图7描绘了根据本公开的示例性实施例的示例性逆变器组块；
图8描绘了根据本公开的示例性实施例的示例性逆变器组块；
图9描绘了根据本公开的示例性实施例的示例性逆变器组块；以及
图10描绘了根据本公开的示例性实施例的示例性方法的流程图。
具体实施方式
[0010] 现在将详细地参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。各示例作为本发明的阐释而非本发明的限制来提供。实际上，对本领域技术人员将显而易见的是，可在本发明中作出多种修改和变型，而不脱离本发明的范围或精神。例如，示出或描述为一个实施例的部分的特征可与另一实施例一起用于产生另外的其它实施例。因此，意图的是，本发明涵盖如归入所附权利要求书及其等同体的范围内的这样的修改和变型。
[0011] 本公开的示例性方面涉及用于保护隔离型功率转换器的冗余的系统和方法。例如，发电系统(诸如，使用双馈感应发电机(“DFIG”)的系统或其它发电系统)可使用一个或多个功率转换器来使功率转换成适合于电网的多相交流功率。在一些配置中，发电系统可包括多个功率转换器，诸如第一AC-DC转换器和包括隔离变压器的第二DC-DC-AC转换器。AC-DC转换器和DC-DC-AC转换器可使来自发电机(诸如，DFIG)的功率从低压转换成适合于电网的中压。该配置可允许消除电网互连部处的三绕组式变压器，从而降低功率系统的成本。
[0012] 在一些实施方式中，DC-DC-AC转换器可包括多个冗余的逆变器组块。逆变器组块中的各个可包括例如碳化硅MOSFET，碳化硅MOSFET作为功率开关元件，以提供具有隔离变压器的高开关频率的DC-DC转换器。这些逆变器组块可组合在一起，以形成低压DC至中压AC的转换器。当冗余的逆变器组块中的一个或多个已失效时，可能期望继续操作功率转换器。
[0013] 本公开的示例性方面涉及用于在单独的逆变器组块失效时允许单独的逆变器组块在功率转换器中隔离的系统和方法。在一些实施例中，逆变器组块可包括设置在逆变器组块中的至少一个保护元件(例如，熔断器)。各逆变器组块可进一步包括耦合到各逆变器组块的输出端的逆变器组块开关元件。一个或多个控制装置可接收来自多种传感器(例如，电压传感器和/或电流传感器)的信号，且可处理信号以确定至少一个保护元件的状态。当至少一个保护元件断开(例如，熔断器已烧断)时，一个或多个控制装置可控制逆变器组块开关元件，以使逆变器组块与功率转换器中的剩余逆变器组块隔离。以此方式，根据本公开的示例性实施例的系统和方法可具有在冗余的逆变器组块中的一个或多个已失效时允许继续操作功率转换器的技术效果。另外，可限制对失效的逆变器组块的损坏。
[0014] 现在参考附图，将更详细地讨论本公开的示例性方面。图1描绘了根据本公开的示例性方面的发电系统100，其包括双馈感应发电机(DFIG) 120。出于说明和讨论的目的，将参考图1的示例性发电系统100来讨论本公开。使用本文中提供的公开的本领域普通技术人员应当理解，本公开的方面也可适用于其它系统(诸如，全功率转换式风力涡轮系统、太阳能功率系统、能量存储系统和其它功率系统)中。
[0015] 在示例性发电系统100中，转子106包括多个转子叶片108，这些转子叶片108联接到旋转毂110且一起限定旋转构件。旋转构件联接到任选的齿轮箱118，齿轮箱118继而联接到发电机120。根据本公开的方面，发电机120是双馈感应发电机(DFIG) 120。
[0016] DFIG 120典型地耦合到定子总线154，并且经由转子总线156来耦合到功率转换器162。定子总线提供来自DFIG 120的定子的输出多相功率(例如，三相功率)，并且转子总线
156提供DFIG 120的输出多相功率(例如，三相功率)。功率转换器162可为配置成将输出功率提供给电网184和/或从电网184接收功率的双向功率转换器。如显示的那样，DFIG 120经由转子总线156来耦合到转子侧转换器166。转子侧转换器166耦合到线路侧转换器168，线路侧转换器168继而耦合到线路侧总线188。辅助功率馈送装置(未显示)可耦合到线路侧总线188，以为在风力涡轮系统中使用的构件(诸如，风力涡轮系统的风扇、泵、电动机和其它构件)提供功率。
156提供DFIG 120的输出多相功率(例如，三相功率)。功率转换器162可为配置成将输出功率提供给电网184和/或从电网184接收功率的双向功率转换器。如显示的那样，DFIG 120经由转子总线156来耦合到转子侧转换器166。转子侧转换器166耦合到线路侧转换器168，线路侧转换器168继而耦合到线路侧总线188。辅助功率馈送装置(未显示)可耦合到线路侧总线188，以为在风力涡轮系统中使用的构件(诸如，风力涡轮系统的风扇、泵、电动机和其它构件)提供功率。
[0017] 在示例性配置中，转子侧转换器166和/或线路侧转换器168配置成用于将SiC MOSFET和/或IGBt用作开关装置的三相脉冲宽度调制(PWM)布置中的正常操作模式。与常规的IGBT或MOSFET相比，SiC MOSFET可在非常高的频率下开关。例如，SiC MOSFET可在从大致0.01 Hz至10 MHz的频率下开关，其中典型的开关频率为1 KHz至400 KHz，而IGBT可在从大致0.01 Hz至200 KHz的频率下开关。另外，当在一些电压范围中操作时，SiC MOSFET可提供相对于普通MOSFET的优点。例如，在在LV侧上在1200V-1700V下操作的功率转换器中，SiC MOSFET具有比普通MOSFET更低的开关和/或传导损耗。在一些实施方式中，如将关于图2和图3而更详细地讨论的那样，转子侧转换器166和/或线路侧转换器168可包括多个转换模块，其各自与多相功率的输出相相关联。转子侧转换器166和线路侧转换器168可经由DC链路126来耦合，DC链路电容器138可跨过DC链路126。在一些实施例中，DC链路126可包括动态制动器(未显示)。动态制动器可包括与耗能元件(例如，电阻器)串联耦合的开关元件(例如，IGBT)。可经由一个或多个控制装置(例如，控制器174或控制系统176)使用脉冲宽度调制技术来控制开关元件，以控制DC链路126上的电压。
[0019] 在操作中，在DFIG 120处通过使转子106旋转而产生的功率经由双路径来提供给电网184。双路径由定子总线154和转子总线156限定。在定子总线侧154上，将正弦多相(例如，三相)提供给电网。特别地，经由定子总线154来提供的AC功率可为中压(“MV”)AC功率。如本文中所使用的那样，MV AC功率可为大于大约1.0千伏且小于大约100千伏(诸如，大于大约1.5千伏且小于大约100千伏)的交流功率。如本文中使用的那样，用语“大约”可表示在所陈述的值的20％内。在转子总线侧156上，将正弦多相(例如，三相)AC功率提供给功率转换器162。特别地，经由转子总线156来提供给功率转换器162的AC功率可为低压(“LV”)AC功率。如本文中使用的那样，LV AC功率可为小于或等于1.5千伏(诸如，小于大约1.0千伏)的交流功率。转子侧功率转换器166使从转子总线156提供的LV AC功率转换成DC功率且将DC功率提供给DC链路126，或反过来。在转子侧功率转换器166的并联桥式电路中使用的开关装置(例如，SiC MOSFET和/或IGBT)可被调制，以使从转子总线156提供的AC功率转换成适合于DC链路126的DC功率。这样的DC功率可为LV DC功率。
[0020] 在发电系统100中，功率转换器162可配置成使LV功率转换成MV AC功率(通过使用隔离变压器)。例如，线路侧转换器168使DC链路126上的LV DC功率转换成适合于电网184的MV AC功率。特别地，在线路侧功率转换器168的桥式电路中使用的SiC MOSFET可被调制，以使DC链路126上的DC功率转换成线路侧总线188上的AC功率。SiC MOSFET可在比常规的IGBT更高的开关频率下操作。另外，耦合到桥式电路中的一个或多个的一个或多个隔离变压器可配置成如需要的那样使来自DC链路的电压升高或降低。另外，多个逆变器组块可在MV侧上串联连接，以共同使DC链路126上的功率的电压升高至MV AC功率。来自功率转换器162的MV AC功率可与来自DFIG 120的定子的MV功率组合，以提供具有基本上维持于电网184的频率(例如，50Hz/60Hz)下的频率的多相功率(例如，三相功率)。以此方式，MV线路侧总线188可耦合到MV定子总线154以提供这样的多相功率。
[0021] 多种电路断路器和开关(诸如，电网断路器182、定子同步开关158等)可被包括在发电系统100中，以用于在连接到电网184和从电网184断开的期间如对于DFIG 120的正常操作而言必要的那样使多种构件隔离。以此方式，这样的构件可配置成例如当电流过大并且可损坏发电系统100的构件时或出于其它操作考虑而使对应的总线连接或断开。额外的保护构件也可被包括在发电系统100中。例如，如图1中描绘的那样，可包括多相撬棒(crowbar)电路190，以防止损坏发电系统100的电路的过电压状况。
[0022] 功率转换器162可经由控制器174来从例如控制系统176接收控制信号。控制信号可尤其基于发电系统100的感测到的状况或操作特性。典型地，控制信号提供对功率转换器162的操作的控制。例如，呈DFIG 120的感测到的速度的形式的反馈可用于控制来自转子总线156的输出功率的转换，以维持适当并且平衡的多相(例如，三相)功率供应。来自其它传感器的其它反馈(包括例如定子和转子总线电压和电流反馈)也可被控制器174用于控制功率转换器162。可使用多种形式的反馈信息来产生开关控制信号(例如，针对开关装置的栅极定时命令)、定子同步控制信号以及电路断路器信号。
[0023] 现在参考图2，描绘了DC-DC-AC转换器中的构件的拓扑结构。图2描绘了示例性DC-DC-AC构建组块206，如图4中描绘的那样，DC-DC-AC构建组块206可被包括在线路侧转换器168的转换模块200中。各构建组块206可包括多个转换实体。例如，构建组块206可包括第一转换实体212、第二转换实体214和第三转换实体216。各转换实体212-216可包括多个桥式电路。例如，转换实体216包括桥式电路218和桥式电路220。如指示的那样，各桥式电路可包括串联耦合的多个半导体开关装置。例如，桥式电路220包括上部开关装置222和下部开关装置224。开关装置可为SiC MOSFET。在一些实施例中，开关装置可为IGBT。如显示的那样，构建组块206进一步包括隔离变压器226。隔离变压器226可耦合在第一转换实体212与第二转换实体214之间。如显示的那样，逆变器组块206可进一步包括电容器228和230。
[0024] 第一转换实体212、隔离变压器226和第二转换实体214可一起限定内部转换器240。可操作内部转换器240以使来自DC链路126的LV DC功率转换成MV DC功率。在实施例中，内部转换器240可为高频谐振转换器。在谐振转换器配置中，谐振电容器232可被包括在隔离变压器226的LV侧上(如图2中描绘的那样)、在隔离变压器226的MV侧上(未描绘)，或在隔离变压器226的LV侧和MV侧二者上。在另一实施例中，通过移除谐振电容器232，内部转换器240可为硬开关型转换器。第三转换实体216也可被称为外部转换器216。外部转换器216可使来自内部转换器的LV DC功率转换成适合于在电网184上使用的LV AC功率。多个逆变器组块可串联连接，以构建适合于在MV AC电网上使用的MV AC电压。在典型的应用中，外部转换器216可为硬开关型转换器，并因此不包括谐振电容器。
[0025] 参考图3，多个逆变器组块206、208、210可耦合在一起，以提供功率转换的冗余且用于其它目的。出于说明和讨论的目的，在图3中描绘了三个逆变器组块206、208和210。使用本文中提供的公开的本领域普通技术人员将理解，任何数量的逆变器组块可耦合在一起，而不脱离本公开的范围。逆变器组块206、208和210中的各个可具有在图2中描绘的DC-DC-AC逆变器组块206的拓扑结构。
[0026] 如在图3中显示的那样，多个逆变器组块206、208和210可并联耦合到DC总线(例如，图1的DC链路168)。逆变器组块的AC输出端可如在图3中显示的那样串联耦合在一起，以在节点AC 1与 AC 6之间提供总体AC输出。例如，逆变器组块206可具有AC输出端AC 1和AC 2。逆变器组块206可具有AC输出端AC 3和AC 4。逆变器组块210可具有AC输出端AC 5和AC
6。如下文将详细地讨论的那样，用于逆变器组块的隔离的逆变器组块开关元件可耦合到各逆变器组块的AC输出端(例如，在输出端之间)。如在图3中显示的那样，输出端AC 2可耦合到输出端AC 3。输出端AC 4可耦合到输出端AC 5。
6。如下文将详细地讨论的那样，用于逆变器组块的隔离的逆变器组块开关元件可耦合到各逆变器组块的AC输出端(例如，在输出端之间)。如在图3中显示的那样，输出端AC 2可耦合到输出端AC 3。输出端AC 4可耦合到输出端AC 5。
[0027] 图4描绘了根据本公开的示例性实施例的示例性线路侧转换器168。如显示的那样，线路侧转换器168包括转换模块200、转换模块202和转换模块204。转换模块200-204可配置成从转子侧转换器166接收LV DC功率并且使LV DC功率转换成MV AC功率以用于馈送到电网184。各转换模块200-204与三相输出AC功率的单相相关联。特别地，转换模块200与三相输出功率的A相输出相关联，转换模块202与三相输出功率的B相输出相关联，并且转换模块204与三相输出功率的C相输出相关联。
[0028] 各转换模块200-204包括如图3中示出的那样耦合在一起的多个逆变器组块206-210。例如，如显示的那样，转换模块200包括构建组块206、构建组块208和构建组块210。线路侧转换器168可为双向功率转换器。线路侧转换器168可配置成使LV DC功率转换成MV AC功率以及反过来。例如，当将功率提供给电网184时，线路侧转换器168可配置成在线路侧转换器168的LV侧上从DC链路126接收LV DC功率并且在线路侧转换器168的MV侧上输出MV AC功率。逆变器组块206-210可在LV侧上并联耦合在一起，并且可在MV侧上串联耦合在一起。
[0029] 在一个特定的示例性实施方式中，当将功率提供给电网184时，转换实体212可配置成使DC链路126上的LV DC转换成LV AC功率。隔离变压器226可配置成提供隔离。转换实体214可配置成使LV AC功率转换成LV DC功率。转换实体216可配置成使LV DC功率转换成适合于提供给电网184的LV AC功率。多个逆变器组块可串联连接以构建适合于在MV AC电网上使用的MV AC电压。
[0030] 构建组块206-210可配置成促成由转换模块200提供的总体MV AC功率。以此方式，任何适合的数量的构建组块都可被包括在构建组块206-210内。如指示的那样，各转换模块200-204与输出功率的单相相关联。以此方式，可使用适合的栅极定时命令(例如，其由一个或多个适合的驱动器电路提供)来控制转换模块200-204的开关装置，以产生将提供给电网的输出功率的适当的相。例如，控制器174可将适合的栅极定时命令提供给桥式电路的开关装置的栅极。栅极定时命令可控制SiC MOSFET和/或IGBT的脉冲宽度调制，以提供期望的输出。
[0031] 将认识到，尽管图4仅描绘了线路侧转换器168，但图1中描绘的转子侧转换器166可包括相同或类似的拓扑结构。特别地，转子侧转换器166可包括如参考线路侧转换器168而描述的具有一个或多个模块分支的多个转换模块。此外，将认识到，线路侧转换器168和转子侧转换器166可包括SiC MOSFET、IGBT开关装置和/或其它适合的开关装置。在其中使用SiC MOSFET来实施转子侧转换器166的实施方式中，转子侧转换器166可耦合到撬棒电路(例如，多相撬棒电路190)，以在某些故障状况期间保护SiC MOSFET免受高转子电流的影响。
[0032] 图5-6描绘了根据本公开的示例性实施例的包括用于逆变器组块的隔离的保护方案的示例性逆变器组块206。更特别地，图5描绘了示例性逆变器组块206的框图，而图6描绘了根据本公开的示例性实施例的逆变器组块206的示例性电路图。
[0033] 如上文讨论的那样，逆变器组块206可包括配置成使DC功率转换成AC功率的第一转换实体212、配置成使AC功率转换成DC功率的第二转换实体214和配置成使DC功率转换成AC功率的第三转换实体216。隔离变压器226可耦合在第一转换实体212与第二转换实体214之间。
[0034] 如在图6中显示的那样，第一转换实体212可包括具有碳化硅MOSFET开关元件Q1、Q2、Q3和Q4的桥式电路。第二转换实体214可包括具有碳化硅MOSFET开关元件Q5、Q6、Q7和Q8的桥式电路。第三转换实体216可包括具有碳化硅MOSFET Q9、Q10、Q11和Q12的桥式电路。在一些实施例中，开关元件Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10、Q11和/或Q12可为其它功率半导体开关元件(诸如IGBT)。
[0035] 逆变器组块206包括至少一个保护元件。保护元件可为配置成保护逆变器组块206免于电涌状况、过电压状况或其它不正常状况的任何装置，诸如熔断器或其它保护元件(例如，金属氧化物变阻器(MOV)、齐纳二极管等)。熔断器的目的是如果逆变器组块失效断开(fail open)则断开逆变器组块206。其它保护装置(例如，MOV、齐纳二极管等)可用于限制峰值电压。在图5和图6的实施例中，逆变器组块206包括至少第一熔断器302。第一熔断器302可与第一DC总线输入端322串联耦合。第二熔断器304可与第二DC总线输入端324串联耦合。任选地，逆变器组块206可包括与第一AC输出端332串联耦合的第三熔断器306和与第二AC输出端334串联耦合的第四熔断器308。
[0036] 逆变器组块206可进一步包括耦合到逆变器组块310的AC输出端334的逆变器组块开关310。逆变器组块开关310可具有断开位置，在断开位置中，逆变器组块206作为功率转换器的部分来提供功率转换。逆变器组块开关310可具有闭合位置，闭合位置可使逆变器组块206与功率转换器中的剩余逆变器组块隔离。当逆变器组块开关310在闭合位置中时，在功率转换器的AC侧上位于下游的其它逆变器组块仍可在功率系统中提供AC功率。
[0037] 在一些实施例中，逆变器组块开关310可为继电器(例如，闭锁式继电器或常规的常开继电器)。闭锁继电器在一些实施例中的使用可允许有控制功率的损耗而不影响保护操作。在一些实施例中，逆变器组块开关310可为功率半导体开关元件(例如，IGBT、MOSFET)或其它开关元件。
[0038] 逆变器组块206可将信号提供给一个或多个控制装置350且从其接收信号。(一个或多个)控制装置350可为任何适合的控制装置，诸如微型控制器、具有一个或多个存储装置的处理器、一个或多个逻辑装置、一个或多个专用集成电路或配置成执行本文中讨论的控制方法的其它装置。一个或多个控制装置350可包括控制器174和/或控制系统176或可为控制器174和/或控制系统176的部分。
[0039] (一个或多个)控制装置350可基于从转换实体212、214和216接收的反馈信号354而将栅极定时命令352提供给多种转换实体212、214和216。(一个或多个)控制装置350还可接收与多种保护元件(例如，熔断器302、304、306和308)相关联的信号，且处理信号以确定保护元件的状态。例如，(一个或多个)控制装置350可接收指示熔断器302、304、306和/或308中的一个或多个的两端的电压和/或与一个或多个熔断器302、304、306和/或308串联而流动的电流的信号。如果熔断器两端的电压为大约0V或标称电压，则可确定熔断器为闭合的。如果熔断器两端的电压大于0V或标称电压，则可确定熔断器为断开的。如果存在流过熔断器的电流，则可确定熔断器为闭合的。在一些实施例中，熔断器可包括可用作用以确定熔断器的状态的信号(例如，电子数据信号)的熔断器烧断指示物。
[0040] 与保护元件相关联的其它信号可用于确定保护元件的状态。例如，指示输入DC电容器两端的电压的信号362、指示变压器226的初级绕组中的电流的信号364和(一个或多个)信号366中的一个或多个。(一个或多个)信号366可指示变压器226的次级绕组中的电流、DC电容器两端的电压、输出电流等中的一个或多个。
[0041] 仍参考图6，控制装置350可接收其它信号，诸如指示逆变器组块开关元件310的状态的信号。例如，参考图5，指示电压的信号370和/或指示电流的信号372可用于确定逆变器组块开关元件310的状态。可接收和/或处理其它信号，而不脱离本公开的范围。
[0042] (一个或多个)控制装置350可处理信号，以确定一个或多个保护元件的状态。如果保护元件(例如，熔断器302、304、306和308)中的一个或多个被确定为断开的，则(一个或多个)控制装置350可发送控制信号380以闭合逆变器组块开关310，以使逆变器组块206与功率系统隔离。否则，逆变器组块开关310可维持为断开的。在一些实施例中，当确定保护元件中的一个或多个断开时，(一个或多个)控制装置350可发送控制信号382以断开开关312。
[0043] 图7描绘了根据本公开的示例性实施例的逆变器组块206。图7的逆变器组块206与图5和图6的逆变器组块206类似，除了隔离变压器226包括多个次级绕组227和229。可使用任何数量的次级绕组，而不脱离本公开的范围。
[0044] 各次级绕组可耦合到其自身的AC-DC转换实体和DC-AC转换实体。例如，如在图7中显示的那样，第二转换实体214a和第三转换实体216a耦合到第一次级绕组227。第二转换实体214b和第三转换实体216b耦合到第二次级绕组229。
[0045] 与图5和图6的逆变器组块类似，逆变器组块206可包括保护元件(例如，熔断器)。例如，如在图7中显示的那样，第一熔断器302可与第一DC总线输入端322串联耦合。第二熔断器304可与第二DC总线输入端324串联耦合。任选地，逆变器组块206可包括与第一AC输出端(其与第三转换实体216a相关联)串联耦合的第三熔断器306a和与第二AC输出端(其与第三转换实体216a相关联)串联耦合的第四熔断器308a。另外，逆变器组块206可包括与第一AC输出端(其与第三转换实体216b相关联)串联耦合的第五熔断器306b和与第二AC输出端(其与第三转换实体216b相关联)串联耦合的第四熔断器308b。
[0046] 图7的逆变器组块206可包括多个逆变器组块开关元件。更特别地，逆变器组块206包括耦合到第三转换组块216a的AC输出端的第一逆变器组块开关元件310a。逆变器组块206包括耦合到第三转换组块216b的AC输出端的第二逆变器组块开关元件310b。
[0047] (一个或多个)控制装置350可配置成控制第一逆变器组块开关元件310a和第二逆变器组块开关元件310b中的一个或多个，以使逆变器组块206(或逆变器组块206的至少部分)与功率系统隔离。例如，如果熔断器302或304中的一个被(一个或多个)控制装置350确定为断开的，则(一个或多个)控制装置350可闭合逆变器组块开关元件310a和逆变器组块开关元件310b二者，以使逆变器组块206与功率系统隔离。如果熔断器306a和308a中的一个被(一个或多个)控制装置350确定为断开的，则(一个或多个)控制装置350可闭合逆变器组块开关元件310a。在一些实施例中，逆变器组块开关元件310b可维持为断开的。如果熔断器306b和308b中的一个被(一个或多个)控制装置350确定为断开的，则(一个或多个)控制装置350可闭合逆变器组块开关元件310b。在一些实施例中，逆变器组块开关元件310可维持为断开的。
[0048] 图8和图9描绘了根据本公开的示例性实施例的示例性转换器组块206。图8和图9的逆变器组块206与图5-6的逆变器组块206类似，除了逆变器组块各自具有配置成使AC功率转换成DC功率的输入转换实体280。于是，DC功率通过如上文讨论的第一转换实体212、隔离变压器226、第二转换实体214和第三转换实体216而转换成AC功率。
[0049] 图8和图9的逆变器组块206包括多种保护元件，多种保护元件包括耦合到逆变器组块的AC输出端的熔断器306和308。然而，因为图8和图9的逆变器组块206配置成接收AC输入功率，故输入保护元件设置在逆变器组块的AC输入端中，这与如在图5和图6中示出的DC输入端形成对照。更特别地，图8的逆变器组块206包括耦合到第一AC输入端282的第一熔断器302和耦合到第二AC输入端284的第二熔断器304。图9的逆变器组块206包括耦合到逆变器组块206的三相AC输入端的A相输入端292的第一熔断器302、耦合到逆变器组块206的三相AC输入端的B相输入端294的第二熔断器304，以及耦合到逆变器组块206的三相AC输入端的C相输入端296的第三熔断器305。
[0050] 图8和图9的(一个或多个)控制装置350可配置成至少部分地基于如本文中公开的保护元件的状态来使逆变器组块隔离。例如，当确定熔断器302、304、306和/或308中的一个或多个断开时，(一个或多个)控制装置350可控制图8的逆变器组块206的逆变器组块开关元件310。当确定熔断器302、304、305、306和/或308中的一个或多个断开时，(一个或多个)控制装置350可控制图9的逆变器组块206的逆变器组块开关元件310。
[0051] 图10描绘了根据本公开的示例性实施例的使功率转换器系统中的逆变器组块隔离的示例性方法(400)的流程图。可通过一个或多个控制装置(诸如，图5-9的控制装置中的一个或多个)来实施方法(400)。另外，出于说明和讨论的目的，图10描绘了以特定顺序执行的步骤。使用本文中提供的公开的本领域普通技术人员将理解，可以以多种方式来改造、扩展、重新布置和/或省略本文中描述的任何方法的多种步骤，而不脱离本公开的范围。
[0052] 在(402)处，该方法包括获得与逆变器组块中的一个或多个保护元件相关联的信号。例如，如上文讨论的那样，图5和图6的示例性实施例的(一个或多个)控制装置350可接收指示熔断器302、304、306和/或308中的一个或多个的两端的电压和/或与一个或多个熔断器302、304、306和/或308串联而流动的电流的信号。
[0053] 与保护元件相关联的其它信号可用于确定保护元件的状态。例如，指示输入DC电容器两端的电压的信号362、指示变压器226的初级绕组中的电流的信号364、指示变压器226的次级绕组中的电流的信号366、指示DC电容器两端的电压的信号366、指示输出电流的信号366中的一个或多个。在一些实施例中，熔断器可包括可用作用以确定熔断器的状态的信号(例如，电子数据信号)的熔断器烧断指示物。
[0054] 在图10的(404)处，该方法可包括处理信号以基于信号来确定保护元件的状态。例如，设置在逆变器组块中的一个或多个熔断器可被确定为断开或闭合的。作为一个示例，如果熔断器两端的电压为大约0V或标称电压，则熔断器可被确定为闭合的。如果熔断器两端的电压大于0V或标称电压，则熔断器可被确定为断开的。如果存在流过熔断器的电流，则熔断器可被确定为闭合的。如果没有电流流过熔断器，则熔断器可被确定为断开的。
[0055] 在(406)处，确定保护元件中的一个或多个是否为断开的。当确定没有用于逆变器组块的保护元件断开时，与逆变器组块相关联的逆变器组块开关可如在(408)处显示的那样维持为断开的。可重复方法(400)，直至确定保护元件中的一个或多个为断开的。
[0056] 当确定保护元件中的一个或多个断开时，该方法可包括如在(410)处显示的那样闭合与逆变器组块相关联的逆变器组块开关，以使逆变器组块与功率系统隔离。例如，在图5和图6中显示的示例性逆变器组块206的(一个或多个)控制装置350可发送控制信号，以闭合逆变器组块开关310。以此方式，当多个逆变器组块中的一个失效时，可保持通过将多个逆变器组块耦合在功率转换器中而提供的冗余。
[0057] 出于说明和讨论的目的，参考包括利用碳化硅MOSFET和隔离变压器的功率转换器的DFIG发电系统来讨论本公开。使用本文中提供的公开的本领域普通技术人员将理解，其它发电系统和/或拓扑结构可受益于本公开的示例性方面。例如，本文中公开的接地和保护方案可用于风力发电系统、太阳能发电系统、燃气涡轮发电系统或其它适合的发电系统中。尽管多种实施例的具体特征可在一些附图中显示而不在其它附图中显示，但这仅是为了方便起见。根据本公开的原理，附图的任何特征都可与任何其它附图的任何特征组合来引用和/或要求保护。
[0058] 本书面描述使用示例来公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域中的任何技术人员能够实践本发明(包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法)。本发明的可专利性范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例包括不异于权利要求书的字面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质性区别的等同结构元件，则这样的其它示例旨在处于权利要求书的范围内。
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