用于向预充电单元提供热保护的方法以及用于执行该方法的电力转换系统与流程

本发明涉及一种用于向预充电单元提供热保护的方法以及一种用于执行该方法的电力转换系统。

背景技术：

1、用于为电力转换系统的预充电单元提供热保护的方法是本领域已知的。现有技术的解决方案通常需要专用且通常昂贵的电流传感器以及能够以至少几千赫兹的采样频率获取电流传感器输出波形并对其进行采样的关联电子硬件。现有技术的解决方案还需要能够以至少每几百微秒处理采样电流的快速数字信号处理硬件。因此，已知的现有技术解决方案的硬件的问题在于它包括昂贵的组件，这导致总体上昂贵的电力转换系统。

技术实现思路

1、本发明涉及一种用于向具有dc链路的电力转换系统(例如，具有例如3300v或4160v输出电压和1mw至10mw之间的典型额定功率的中间电压可调速驱动器)的预充电单元(prc)提供热保护的方法，该prc包括升压变压器。该方法包括以下步骤：

2、-执行参数标识块，标识电力转换系统的prc的电学参数和热学参数；

3、-执行电流估计块，基于电压输入来估计流经prc的升压变压器的电流；

4、-执行热水平估计块，基于所估计的流经prc的升压变压器的电流来估计在prc的升压变压器处的热水平；

5、-执行保护逻辑块，将所估计的热水平与预定跳闸阈值进行比较，以确定是否已发生热过载；以及

6、-如果已超过跳闸阈值，则输出跳闸信号。

7、本发明还涉及一种具有包括升压变压器预充电单元(prc)和dc链路的电力转换系统，诸如中间电压可调速驱动器之类，电力转换系统用于执行对应方法。

8、本发明的目的在于提供一种克服该问题的用于向电力转换系统的预充电单元提供热保护的改进的方法和改进的电力转换系统。

9、该目的通过根据本发明的实施例所述的方法和根据本发明的实施例所述的设备来实现。优选实施例受从属权利要求的约束。

10、根据本发明的实施例，提供了一种用于向电力转换系统的预充电单元(prc)提供热保护的方法，该prc包括升压变压器。电力转换系统可以是具有dc链路的中间电压可调速驱动器。该方法包括以下步骤：

11、-执行参数标识块，标识prc的电学参数和热学参数；

12、-执行电流估计块，基于电压输入来估计流经prc的升压变压器的电流；

13、-执行热水平估计块，基于所估计的流经prc的升压变压器的电流来估计在prc的升压变压器处的热水平；

14、-执行保护逻辑块，将所估计的热水平与预定跳闸阈值进行比较，以确定是否已发生热过载；以及

15、-如果已超过跳闸阈值，则输出跳闸信号。

16、本发明以新颖且经济高效的方式使用现有电压传感器来估计流经prc的电流。所估计的电流用于提供热过载保护以防止过热。与依赖于专用电流感测和快速数字信号处理的常规热过载保护相比，本发明消除了对潜在昂贵的电流传感器和快速数字信号处理器的需要。本发明将数字信号处理带宽要求降低了若干数量级。

17、在本发明的优选实施例中，参数标识块采用电压选择板额定值vsb、低电压ac电源的标称电压v1(以均方根伏特为单位)、和/或低电压ac电源的标称频率fe(以hz为单位)作为其输入。由于可以使用不同的电压输入来执行该方法，因此该方法提供了不同方式来提供热保护。

18、在本发明的另一优选实施例中，参数标识块产生升压变压器的比率n2/n1、升压变压器的低电压绕组电阻r1(以ω为单位)、升压变压器的中间电压绕组电阻r2(以ω为单位)、升压变压器的加热热时间常数τth，h(以秒为单位)、和/或升压变压器的冷却热时间常数τth，c(以秒为单位)作为其输出。

19、在本发明的另一优选实施例中，执行一次参数标识块，和/或以固定的时间间隔、以不同的时间间隔和/或以变化的时间间隔执行电流估计块和/或热水平估计块和/或保护逻辑块。

20、在本发明的另一优选实施例中，以比供电频率的时间周期长的时间间隔，优选地，以25ms、50ms、100ms、200ms或500ms的时间间隔执行电流估计块和/或热水平估计块和/或保护逻辑块。时间间隔不限于该示例，而还可以是其他间隔。该时间间隔可以是电力转换系统的控制单元的已经存在的更新速率。

21、在本发明的另一优选实施例中，电流估计块基于dc链路处的vdc电压测量来估计流经prc的升压变压器的电流。

22、在本发明的另一优选实施例中，电流估计块根据测量的vdc和最高峰值电压vp来计算幅度调制比率ma。

23、在本发明的另一优选实施例中，电流估计块根据等式(14)来计算rms电流。

24、

25、其中，imq，rms是从等式(13)导出的流经prc二极管整流器组件的二极管d5和d6的rms电流：

26、

27、其中，vmq，rms是从等式(12)导出的prc二极管整流器组件的二极管d5和d6两端的rms电压：

28、

29、其中，二极管的导通角α和转换比率η是从将α和η与幅度调制比率ma进行关联的查找表中导出的。

30、在本发明的另一优选实施例中，用于执行该方法的唯一传感器是电压传感器。唯一传感器可以被理解为是指一个或多个电压传感器。电压传感器可以是用于读取精确电压电平的电子电路。

31、在本发明的另一优选实施例中，在执行所述方法之前预先确定跳闸阈值，和/或在所述方法开始时执行一次参数标识块。

32、本发明还涉及一种具有包括升压变压器的预充电单元(prc)和dc链路的电力转换系统，诸如中间电压可调速驱动器，电力转换系统用于执行当前描述的方法。

技术特征：

1.一种用于向具有dc链路的电力转换系统的预充电单元prc提供热保护的方法，所述prc包括升压变压器，所述电力转换系统诸如中间电压可调速驱动器，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参数标识块采用电压选择板额定值vsb、低电压ac电源的以均方根伏特为单位的标称电压v1、和/或低电压ac电源的以hz为单位的标称频率fe作为其输入。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述参数标识块产生所述升压变压器的比率n2/n1、所述升压变压器的以ω为单位的低电压绕组电阻r1、所述升压变压器的以ω为单位的中间电压绕组电阻r2、所述升压变压器的以秒为单位的加热热时间常数τth，h、和/或所述升压变压器的以秒为单位的冷却热时间常数τth，c作为其输出。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，执行一次所述参数标识块，和/或以固定的时间间隔、以不同的时间间隔和/或以变化的时间间隔执行所述电流估计块和/或所述热水平估计块和/或所述保护逻辑块。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，以比供电频率的时间周期长的时间间隔执行所述电流估计块和/或所述热水平估计块和/或所述保护逻辑块，优选地，以25ms、50ms、100ms、200ms或500ms的时间间隔。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述电流估计块基于所述dc链路处的vdc电压测量来估计流经所述prc的升压变压器的电流。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述电流估计块根据测量的vdc和最高峰值电压vp来计算幅度调制比率ma。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述电流估计块根据下式来计算rms电流：

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，用于执行所述方法的唯一传感器是电压传感器。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在执行所述方法之前预先确定所述跳闸阈值，和/或在所述方法开始时执行一次所述参数标识块。

11.一种具有预充电单元prc和dc链路的电力转换系统，所述电力转换系统诸如中间电压可调速驱动器，所述prc包括升压变压器，所述电力转换系统用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。

技术总结本发明涉及一种用于向诸如中间电压可调速驱动器之类的电力转换系统的预充电单元(PRC)提供热保护的方法，电力转换系统具有升压变压器和DC链路。该方法包括以下步骤：‑执行参数标识块，标识电力转换系统的PRC的电学参数和热学参数；‑执行电流估计块，基于电压输入来估计流经PRC的升压变压器的电流；‑执行热水平估计块，基于估计的流经PRC的升压变压器的电流来估计在PRC的升压变压器处的热水平；‑执行保护逻辑块，将所估计的热水平与预定跳闸阈值进行比较，以确定是否已发生热过载；以及‑如果已超过跳闸阈值，则输出跳闸信号。本发明还涉及一种具有升压变压器和DC链路的电力转换系统，例如中间电压可调速驱动器，电力转换系统用于执行对应方法。技术研发人员：高智,斯蒂芬·施罗德,马库斯·乔布洛姆,肯尼思·迪恩受保护的技术使用者：丹佛斯电力电子有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29