(57)【要約】      （修正有）【課題】変換器回路に接続された交流電圧ネットワークの中で非対称の相電圧が発生した場合に、変換器回路を保護する。【解決手段】  変換器回路は、複数の制御可能な電力半導体スイッチを備えた変換器ユニット１を有し、この変換器ユニット１は、交流電圧側で交流電圧ネットワーク２に接続され、制御信号Ｓにより制御される。変換器回路を保護するため、変換器回路に接続された交流電圧ネットワークの中で非対称の相電圧が生じた場合、交流電圧ネットワークの中の相電圧（ＵNa ，ＵNb ，ＵNc ）が決定され；相電圧のネガティブ・シーケンス強度が計算され；相電圧のパーク・クラーク変換強度が計算され；もし、相電圧のネガティブ・シーケンス強度が、設定可能な値を超えた場合、または、相電圧のパーク・クラーク変換強度が、設定可能な値を下回った場合に、前記制御可能な電力半導体スイッチが、制御信号によりロックされる。【選択図】      図１
2008005694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変換器回路の運転方法であって、
この変換器回路は、複数の制御可能な電力半導体スイッチを備えた変換器ユニット（１）を有しており、この変換器ユニット（１）は、交流電圧側で交流電圧ネットワーク（２）に接続されており、
また、前記制御可能な電力半導体スイッチは、制御信号（Ｓ）により制御される、
変換器回路の運転方法において、
前記交流電圧ネットワーク（２）の相電圧（ＵNa ，ＵNb ，ＵNc ）が決定され、
相電圧のネガティブ・シーケンス強度（ＵNn,A）が計算され、
相電圧のパーク・クラーク変換強度（ＵNdq,A）が計算され、
相電圧のネガティブ・シーケンス強度（ＵNn,A）が、設定可能な値で監視され、
相電圧のパーク・クラーク変換強度（ＵNdq,A）が、設定可能な値で監視され、
もし、相電圧のネガティブ・シーケンス強度（ＵNn,A）が、前記設定可能な値を超えた場合、またはもし、相電圧のパーク・クラーク変換強度（ＵNdq,A）が、前記設定可能な値を下回った場合に、前記制御可能な電力半導体スイッチが、前記制御信号（Ｓ）によりロックされる。
【請求項２】
下記特徴を備えた請求項１に記載の方法：
もし、相電圧のネガティブ・シーケンス強度（ＵNn,A）が、前記設定可能な値をもう一度下回った場合、且つ、もし、相電圧のパーク・クラーク変換強度（ＵNdq,A）が、前記設定可能な値をもう一度超えた場合に、前記制御可能な電力半導体スイッチが、制御信号（Ｓ）によりロックされる。
【請求項３】
下記特徴を備えた請求項１または２に記載の方法：
交流電圧ネットワーク（２）の相電圧（ＵNa ，ＵNb ，ＵNc ）の決定は、連続的である。
【請求項４】
下記特徴を備えた請求項１から３のいずれか１項に記載の方法：
相電圧の前記ネガティブ・シーケンス強度（ＵNn,A）の計算も、同様に連続的である。
【請求項５】
下記特徴を備えた請求項１から４のいずれか１項に記載の方法：
相電圧の前記パーク・クラーク変換強度（ＵNdq,A）の計算は、連続的である。
【請求項６】
下記特徴を備えた請求項１から５のいずれか１項に記載の方法：
前記設定可能な値に基づく相電圧のネガティブ・シーケンス強度（ＵNn,A）の監視は、連続的である。
【請求項７】
下記特徴を備えた請求項１から６のいずれか１項に記載の方法：
前記設定可能な値に基づく相電圧のパーク・クラーク変換強度（ＵNdq,A）の監視は、連続的である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワー・エレクトロニクスの分野に係る。本発明は、独立請求項の特徴部分の基づく変換器回路の運転方法に基づく。
【背景技術】
【０００２】
従来の変換器回路は、複数の制御可能な電力半導体スイッチを備えた変換器ユニットを有し、これらの電力半導体スイッチは、既知の方法により、少なくとも二つのスイッチング電圧レベルの回路に接続される。このタイプの変換器回路が、図１の中に示されている。交流電圧側で、変換器ユニット１は、交流電圧ネットワーク２に接続される。それに加えて、容量性エネルギー貯蔵部３が、変換器ユニット１に接続され、その変換器ユニットは、一般に、一つまたはそれ以上のキャパシタで構成されている。
【０００３】
変換器回路を運転するため、典型的には、コントロール装置４が設けられ、このコントロール装置は、変換器回路の運転の間、制御可能な電力半導体スイッチを、方法に基づき、制御信号Ｓにより制御する。ここで、上記制御信号Ｓは、ルック・アップ・テーブル（look-up table）により生成され、この場合、制御信号は、対応する基準値に恒久的に割り当てられる。あるいは、特に変換器回路が通常モードで運転されるとき、制御信号Ｓは、パルス幅変調に基づく変調器により生成される。
【０００４】
このタイプの変換器回路における問題は、交流電圧ネットワーク２の中に非対称の相電圧ＵNa ，ＵNb ，ＵNc がある場合、即ち、相電圧ＵNa ，ＵNb ，ＵNc の互いに対する異なる位相角度、および／または、相電圧ＵNa ，ＵNb ，ＵNc の互いに異なる強度、および／または、相電圧ＵNa ，ＵNb ，ＵNc の互いに異なる周波数がある場合に、変換器ユニットの電力半導体スイッチが、損傷されまた場合によれば破壊されることもあることである。その理由は、この種の非対称性によって、例えば、好ましくない電流が電力半導体の中を流れるからである。このことは、変換器回路の稼働率が大幅に低下し、且つ、変換器回路のメインテナンスが大幅に増大することを意味している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、それ故に、変換器回路の運転方法を規定することにあり、この方法により、変換器回路に接続された交流電圧ネットワークの中で非対称の相電圧が発生した場合に、変換器回路が保護されることが可能になる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に基づく変換器回路の運転方法において、変換器回路は、複数の制御可能な電力半導体スイッチを備えた変換器ユニットを有している。ここで、この変換器ユニットは、交流電圧側で交流電圧ネットワークに接続され、そして、前記制御可能な電力半導体スイッチは、制御信号により制御される。本発明によれば、交流電圧ネットワークの相電圧が、先ず最初に、特に測定により、決定され、その後で、相電圧のネガティブ・シーケンス強度（negative sequence amplitude）及び相電圧のパーク・クラーク変換強度（Park-Clarke transformation amplitude）が計算される。更に、相電圧のネガティブ・シーケンス強度が、設定可能な値で監視され、そして、相電圧のパーク・クラーク変換強度が、設定可能な値で監視される。もし、相電圧のネガティブ・シーケンス強度が、前記設定可能な値を超えた場合、あるいはもし、相電圧のパーク・クラーク変換強度が、前記設定可能な値を下回った場合、前記制御可能な電力半導体スイッチが、制御信号によりロックされる。
【０００７】
相電圧のネガティブ・シーケンス強度及び相電圧のパーク・クラーク変換強度をモニターすることにより、個々の相電圧が、その強度、位相角度および／または周波数について監視される必要無く、相電圧のいかなる非対称性も、非常に容易に検知されることが可能になる。このことは、たった二つの変数、即ち、相電圧のネガティブ・シーケンス強度及び相電圧のパーク・クラーク変換強度のみが監視されることが要求されるので、監視のコストが非常に低く抑えられることが可能になることを意味している。
【０００８】
更に、先に述べた場合に、変換器回路が、変換器ユニットの前記制御可能な電力半導体スイッチをロックすることにより、好ましくも安全な状態にシフトされることが可能であり、それによって、変換器ユニットの電力半導体スイッチが、損傷から保護される。このことは、交流電圧ネットワークの中で発生する非対称の相電圧に曝されたときに、変換器回路を非常に頑丈なものにする。それに加えて、このことは、変換器回路の高い稼働率が、低いメインテナンスのコストとともに、好ましくも実現されることが可能になることを意味している。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の上記の及びその他の目的、利点及び特徴は、図面を参照しての本発明の好ましい実施形態の、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００１０】
図１は、変換器回路の一般的な実施形態を示し、この変換器回路は、本発明に基づく方法を用いて運転される。図面の中で使用される参照符号及びそれらの意味は、参照符号のリストの中にまとめられている。原則として、図面の中で同一の部分には同一の参照符号が付されている。記載された実施形態は、例として理解されるべきであり、本発明を限定する効果を有していない。
【００１１】
変換器回路の一般的な実施形態が、図１に示されている。この変換器回路は、少なくとも二つのスイッチング電圧レベルスイッチングのための変換器ユニット１を有している。交流電圧側で、変換器ユニット１は、交流電圧ネットワーク２に接続される。更に、容量性エネルギー貯蔵部３は、変換器ユニット１に接続され、この変換器ユニットは、典型的には一つまたはそれ以上のキャパシタにより構成される。変換器回路を運転するために、コントロール装置４が設けられ、このコントロール装置は、変換器回路の運転の間、本発明の方法に基づいて、制御信号Ｓにより制御可能な電力半導体スイッチを制御する。ここで、上記制御信号Ｓは、ルック・アップ・テーブル（look-up table）により生成され、その場合、制御信号は、対応する基準値に恒久的に割り当てられる。あるいは、制御信号Ｓは、パルス幅変調に基づく変調器によりにより生成される。
【００１２】
本発明に基づくこの種の変換器回路の運転方法に関して、交流電圧ネットワーク２の相電圧ＵNa ，ＵNb ，ＵNc が、好ましくは測定により、先ず最初に決定される。それに加えて、相電圧のネガティブ・シーケンス強度ＵNn,A 、及び相電圧のパーク・クラーク変換強度ＵNdq,A が計算される。相電圧のネガティブ・シーケンス強度ＵNn,A 及び相電圧のパーク・クラーク変換強度ＵNdq,A の計算については、以下において詳細に説明される。
【００１３】
更に、相電圧のネガティブ・シーケンス強度ＵNn,A が、設定可能な値で監視され、同時に、相電圧のパーク・クラーク変換強度ＵNdq,A が、設定可能な値で同様に監視される。もし、相電圧のネガティブ・シーケンス強度ＵNn,A が、上記設定可能な値を超えた場合、あるいは、相電圧のパーク・クラーク変換強度ＵNdq,A が、上記設定可能な値を下回った場合、上記制御可能な電力半導体スイッチが、制御信号Ｓによりロックされる。
【００１４】
相電圧のネガティブ・シーケンス強度ＵNn,A 及び相電圧のパーク・クラーク変換強度ＵNdq,A をモニターすることにより、例えば、個々の相電圧ＵNa ，ＵNb ，ＵNc が、それらの強度、位相角度および／または周波数について監視される必要無く、相電圧ＵNa ，ＵNb ，ＵNc の非対称性が、容易に検知されることが可能になる。このことは、たった二つの変数、即ち、相電圧のネガティブ・シーケンス強度ＵNn,A 及び相電圧のパーク・クラーク変換強度ＵNdq,A が監視されることが要求されるので、監視のコストが非常に低く抑えられることが可能になることを意味している。
【００１５】
更に、変換器回路は、先に述べた場合に、変換器ユニット１の上記制御可能な電力半導体スイッチをロックすることにより、好ましくも安全な状態にシフトされることが可能であり、それによって、変換器ユニット１の電力半導体スイッチが、損傷または破壊から保護されることになる。このことは、交流電圧ネットワークの中で発生する非対称の相電圧に曝されたとき、変換器回路を非常に頑丈なものする。それに加えて、このことは、変換器回路の高い稼働率が、低いメインテナンスのコストとともに、好ましくも実現されることが可能になることを意味している。
【００１６】
相電圧ＵNa ，ＵNb ，ＵNc は、以下のように規定される：
【数１】
2008005694.tif 000003
【００１７】
ここで、  ω＝２πＦnom  で、Ｆnom  は、交流電圧ネットワーク２の公称周波数である；  
例えば、一般的な電気的複合交流電圧ネットワークにおいては、Ｆnom ＝５０Ｈｚ  であり、あるいは、電気的トラクション交流電圧ネットワークでは、Ｆnom ＝１６・２／３Ｈｚ  である；  
位相角度ωｔを決定するため、制御機構４は、好ましくは、位相ロックされたループ（phase locked loop）を有している。
【００１８】
相電圧のパーク・クラーク変換のｄ成分ＵNd 、及び相電圧のパーク・クラーク変換のｑ成分ＵNq は、次式で与えられる：
【数２】
2008005694.tif 000004
【００１９】
●  相電圧のパーク・クラーク変換強度ＵNdq,A は、先に述べた式を用いて、次式のように計算される：
【数３】
2008005694.tif 000005
【００２０】
●  非対称の相電圧ＵNa ，ＵNb ，ＵNc の場合には、これらの非対称の相電圧ＵNa ，ＵNb ，ＵNc は、相電圧のポジティブ・シーケンスＵNP と相電圧のネガティブ・シーケンスＵNn に、分解されることが可能である。それらは、一般的に、次式で与えられる：
【数４】
2008005694.tif 000006
【００２１】
なお：
【数５】
2008005694.tif 000007
【００２２】
ここで、ＵNdt1 は、期間ｔ１により遅延された相電圧のパーク・クラーク変換のｄ成分ＵNd であり、ＵNqt1 は、期間ｔ１により遅延された相電圧のパーク・クラーク変換のｑ成分ＵNq である。
【００２３】
上記の期間ｔ１は、好ましくは、次式のオーダーである：
ｔ１＝（１／４）＊（１／Ｆnom ）
相電圧のネガティブ・シーケンスＵNn を用いて、これは特に、角速度  −ω  のパーク・クラーク・リファレンス・システム（ｄｑ−リファレンス・システム）における概算値である。
【００２４】
相電圧のネガティブ・シーケンス強度ＵNn,A は、先に述べた式を用いて、以下のように計算される：
【数６】
2008005694.tif 000008
【００２５】
●  相電圧のネガティブ・シーケンス強度ＵNn,A を計算するため、且つまた相電圧のパーク・クラーク変換強度ＵNdq,A を計算するため、好ましくは、制御機構４は、演算ユニットを有している。その演算ユニットは、対応する計算を、以上に示された式に基づいて実行する。
【００２６】
交流電圧ネットワーク２の相電圧ＵNa ，ＵNb ，ＵNc の決定は、好ましくは、連続的に行われ、それによって、計算が、常に最新の値を用いて実行されることが可能になる。更に、相電圧のネガティブ・シーケンス強度ＵNn,A 及び相電圧のパーク・クラーク変換強度ＵNdq,A の計算も、同様に連続的に行われる。そのことは、相電圧に対するネガティブ・シーケンスの強度ＵNn,A 及び相電圧に対するパーク・クラーク変換強度ＵNdq,A の最新の値が、常に入手可能であることを意味している。
【００２７】
対応する設定可能な値に基づく相電圧のネガティブ・シーケンス強度ＵNn,A の監視、及び対応する設定可能な値に基づく相電圧のパーク・クラーク変換強度ＵNdq,A の監視もまた、好ましくは連続的に行われる。それによって、本発明に基づく方法によれば、相電圧ＵNa , ＵNb , UNc の中で発生するいかなる非対称性も、速やかにまたは先に述べた手段に基づき、常に対処されることが可能になる。同様に、本発明に基づく方法によれば、相電圧ＵNa ，ＵNb ，ＵNc の非対称性の低下も、以下に詳細に記載された手段に基づき、対処されることが可能になる。
【００２８】
もし、相電圧ＵNa ，ＵNb ，ＵNc の非対称性が低下した場合、あるいはもし、無視可能な程度の非対称性のみが存在する場合、相電圧ＵNa , ＵNb , ＵNc 非対称性のこのような低下、あるいはさもなくは、相電圧ＵNa ，ＵNb ，ＵNc の準対称状態は、対応する設定可能な値に基づいて相電圧のネガティブ・シーケンス強度ＵNn,A をモニターすることにより、及び対応する設定可能な値に基づいて相電圧のパーク・クラーク変換強度ＵNdq,A をモニターすることにより、非常に容易に、且つそれ故にシンプルに、検知されることが可能である。
【００２９】
もし、相電圧のネガティブ・シーケンス強度ＵNn,A が、その後、前記設定可能な値をもう一度下回った場合、且つもし、相電圧のパーク・クラーク変換強度ＵNdq,A が、前記設定可能な値をもう一度超えた場合には、変換器ユニット１の制御可能な電力半導体スイッチが、制御信号Ｓによりもう一度ロックされ、それによって、変換器回路は、通常モードでもう一度動作することが可能になる。このことは、変換器回路が、交流電圧ネットワーク２で、可能な限り速やかに、再び使用されることが可能になり、そのために、更に改善された稼働率が実現されることを意味している。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、変換器回路の一般的な実施形態を示し、この変換器回路は、本発明に基づく方法を用いて運転される。
【符号の説明】
【００３１】
１…変換器ユニット、２…交流電圧ネットワーク、３…容量性エネルギー貯蔵部、４…制御機構。
【図１】
2008005694.tif 000009