Способ для управления прямым преобразователем переменного тока, электронное устройство управления для этого, прямой преобразователь переменного тока и компьютерная программа

Способ для управления прямым преобразователем переменного тока, электронное устройство управления для этого, прямой преобразователь переменного тока и компьютерная программа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к способу управления преобразователем переменного тока, который выполнен с возможностью соединения первой трехпроводной сети с второй трехпроводной сетью. Прямой преобразователь имеет шесть последовательно соединенных ветвей преобразователя с накопителями энергии, согласно дополнительным признакам родового понятия п. 1 формулы изобретения. Кроме того, изобретение относится к электронному устройству управления для такого преобразователя переменного тока согласно п. 13 формулы изобретения, к преобразователю переменного тока согласно п. 14 формулы изобретения, а также к компьютерной программе согласно п. 15 и 16 формулы изобретения.

В общем, изобретение относится к управлению прямым преобразователем переменного тока (инвертором), выполненным в форме так называемого гекса-инвертора, то есть в форме выполнения, в которой шесть ветвей преобразователя включены последовательно, и всего шесть проводов первой и второй трехпроводной сети соответственно подключены к точкам соединения между двумя ветвями преобразователя. Такое выполнение модульного прямого преобразователя переменного тока уже было предложено в неопубликованной заявке DE 10 2010 013 862. Такой гекса-инвертор имеет преимущество, заключающееся в том, что по сравнению с обычными матричными компоновками их девяти ветвей преобразователя требуемое количество модулей и тем самым затраты на аппаратные средства снижаются на треть, не оказывая негативного влияния на производительность. По сравнению с последовательными компоновками (M²LC-топология) с 12 ветвями преобразователя количество модулей может быть уменьшено наполовину.

Отдельные ветви преобразователя могут при этом, частично или полностью, иметь накопители энергии, например, в форме конденсаторов или перезаряжаемых батарей (аккумуляторов). Ветвь преобразователя может при этом выполняться, например, из одного единственного так называемого мостового модуля, как поясняется ниже более подробно на примерах выполнения. Предпочтительны также последовательные соединения таких мостовых модулей, чтобы образовать ветвь преобразователя, так как достигаются преимущества в отношении возможностей регулирования, избыточности и содержания высших гармоник в выходных напряжениях и токах. Поэтому понятие «ветвь преобразователя» охватывает отдельный мостовой модуль или последовательное соединение нескольких мостовых модулей.

Обсуждаемый прямой преобразователь переменного тока в форме гекса-инвертора является новой конструкцией, так что существует потребность в возможно более эффективном управлении гекса-инвертором. Известные способы для управления прямыми преобразователями переменного тока оптимизированы на другие схемные топологии.

Поэтому задачей изобретения является предложить способ для управления прямым преобразователем переменного тока в форме обсуждаемого гекса-инвертора, который обеспечивает возможность максимально эффективного долговременного функционирования прямого преобразователя переменного тока. Кроме того, должно быть предложено подходящее устройство управления и прямой преобразователь переменного тока, а также компьютерная программа для выполнения способа.

Эта задача решается способом управления прямым преобразователем переменного тока, который выполнен с возможностью соединения первой трехпроводной сети с второй трехпроводной сетью, причем прямой преобразователь переменного тока имеет шесть последовательно соединенных ветвей преобразователя переменного тока, в которых предусмотрены накопители энергии, причем этот способ включает в себя способ управления работой преобразователя переменного тока, посредством которого управляется перенос энергии от первой трехпроводной сети к второй трехпроводной сети и обратно согласно критериям потребляемой энергии, предложения энергии и/или реактивной мощности, причем этот способ содержит способ регулирования содержания энергии, с помощью которого соответствующая электрическая энергия, накопленная в соответствующей ветви преобразователя переменного тока, или электрический параметр, характеризующий электрическую величину энергии, регулируется в заданный номинальный диапазон.

Изобретение имеет преимущество, состоящее в том, что содержание энергии в отдельных ветвях преобразователя переменного тока выравнивается и тем самым сглаживается. Это обеспечивает возможность эффективного долговременного функционирования системы преобразователя переменного тока. За счет этого исключаются вхолостую работающие накопители энергии, а также перенапряжения в случае уже заполненных накопителей энергии. За счет предотвращения перенапряжений компоненты могут работать в щадящем режиме или предотвращается их разрушение. За счет исключения работы вхолостую обеспечивается непрерывная готовность к регулированию отдельных мостовых модулей в каждой ветви преобразователя в любой момент времени, так что прямой преобразователь переменного тока в любой момент времени может предоставлять желательные выходные напряжения и токи.

Изобретение пригодно, например, для связывания крупных ветроэнергетических установок с мощностью более 10 МВт с сетью энергоснабжения.

Другое преимущество изобретения заключается в том, что для выравнивания содержания энергии в накопителях энергии не требуются никакие дополнительные элементы аппаратных средств. Способ может, например, быть реализован путем расширения управляющего программного обеспечения имеющегося модуля управления преобразователя переменного тока.

Первая и/или вторая трехпроводная сеть может быть, например, сетью трехфазного тока. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения первая трехпроводная сеть является питающей сетью, а вторая трехпроводная сеть - энергопотребляющей сетью, к которой могут подключаться потребители энергии.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения способ для регулирования содержания энергии осуществляет регулирование реактивной энергии, генерируемой прямым преобразователем переменного тока в первой трехпроводной сети и/или второй трехпроводной сети. Оказалось, что посредством такого управления реактивной мощностью технически простым способом регулирования может быть реализовано надежное выравнивание содержания энергии в накопителях энергии ветвей преобразователя переменного тока. При этом согласно предпочтительному варианту осуществления реактивная мощность регулируется таким образом, что реактивная мощность, отдаваемая в первую трехпроводную сеть, соответствует реактивной мощности, отдаваемой во вторую трехпроводную сеть. Реактивная мощность, отдаваемая в первую или вторую трехпроводную сеть, регулируется посредством средства управления мостовых модулей в отдельных ветвях преобразователя переменного тока. Регулирование реактивной мощности на идентичные значения в обеих трехпроводных сетях имеет преимущество, заключающееся в том, что сдвиги энергии, возникающие между соответственно двумя соседними ветвями преобразователя переменного тока, могут минимизироваться.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения способ регулирования энергии управляет контурным током, который протекает в круговой форме по всему последовательному соединению шести ветвей преобразователя переменного тока, и/или разностным напряжением нулевой точки в соединении звездой, которое возникает между нулевыми точками в соединении звездой первой и второй трехпроводной сети. Это имеет преимущество, заключающееся в том, что соответствующее изобретению выравнивание количества энергии в накопителях энергии также может быть реализовано в случаях применения, в которых регулирование реактивной мощности в трехпроводных сетях является непрактичным, так как реактивные мощности ввиду внешних условий заданы и не могут произвольно изменяться. При этом с выгодой могут использоваться особые свойства гекса-инвертора, который позволяет в принципе свободную установку контурного тока и разностного напряжения нулевой точки в соединении звездой независимо от соответствующей ситуации переноса энергии между двумя трехпроводными сетями. Разностное напряжение нулевой точки в соединении звездой может при этом свободно выбираться по меньшей мере в том диапазоне, в котором это допустимо для подключенных нагрузок.

Так, может, например, контурный ток и/или разностное напряжение нулевой точки в соединении звездой запоминаются как постоянный ток или постоянное напряжение. Это особенно предпочтительно в случаях применения, в которых постоянная разность потенциалов допустима между нулевыми точками в соединении звездой, например, при подключении прямого преобразователя переменного тока к трансформатору или незаземленному относительно его обмоток генератору и в других свободных от потенциала применениях.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения контурный ток устанавливается как постоянный ток, и разностное напряжение нулевой точки в соединении звездой как постоянное напряжение. Это имеет преимущество, заключающееся в том, что произведение из требуемого контурного тока и требуемого разностного напряжения нулевой точки в соединении звездой настолько мало, насколько возможно, чтобы минимизировать возникающий сдвиг в энергии между ветвями преобразователя переменного тока. За счет минимизации требуемого максимального напряжения на отдельных ветвях преобразователя переменного тока или требуемого тока в отдельных ветвях преобразователя переменного тока может применяться меньше компонентов или могут применяться меньшие компоненты, за счет чего затраты могут быть выгодным образом снижены.

Также является предпочтительным запоминать контурный ток и/или разностное напряжение нулевой точки в соединении звездой как переменный ток или переменное напряжение. Это особенно предпочтительно, если обе нулевые точки в соединении звездой не могут продолжительно иметь разность потенциалов относительно друг друга, как, например, при связи с сетью без трансформатора.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения прямой преобразователь переменного тока соединен с одной из обеих трехпроводных сетей через трансформатор. Это обеспечивает возможность установки разностного напряжения нулевой точки в соединении звездой, не вызывая синфазного тока. Таким способом обеспечивается возможность применения разностного напряжения нулевой точки в соединении звездой и контурного тока как постоянных величин, благодаря чему можно минимизировать затраты на аппаратные средства для прямого преобразователя переменного тока и достичь преимуществ по стоимости.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения запоминаются контурный ток и разностное напряжение нулевой точки в соединении звездой, которые синфазны или противофазны и совпадают по частоте друг с другом, причем частота отличается от обеих частот первой и второй трехпроводной сети. Это имеет преимущество, заключающееся в том, что определенные компоненты прямого преобразователя переменного тока, как, например, величина возможно требуемого синфазного фильтра, например, может быть уменьшена посредством выбора высокой частоты. Тем самым прямой преобразователь переменного тока может быть создан более экономичным образом.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения на уже существующее согласно вышеописанному способу напряжение разностного напряжения нулевой точки в соединении звездой накладываются составляющие напряжения в сетевой частоте первой трехпроводной сети. Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения на уже существующее согласно вышеописанному способу напряжение разностного напряжения нулевой точки в соединении звездой накладываются составляющие напряжения в сетевой частоте второй трехпроводной сети. Тем самым составляющие напряжения могут накладываться только с одной частотой или двумя частотами, а именно соответствующей сетевой частотой первой и второй трехпроводной сети. Составляющие напряжения в разностном напряжении нулевой точки в соединении звездой на частоте первой трехпроводной сети и составляющие напряжения на частоте второй трехпроводной сети обеспечивают возможность, вместе с вышеописанным взаимодействием вышеописанных постоянных или отличных от сетевой частоты составляющих разностного напряжения нулевой точки в соединении звездой и контурного тока, обмена энергией между любыми ветвями прямого преобразователя переменного тока. Это, например, целесообразно, если, наряду с зависимым от рабочей точки сдвигом энергии, в отдельных ветвях возникают различные потери, что может иметь место на основе допусков изготовления применяемых компонентов или отклоняющихся краевых условий при работе прямого преобразователя переменного тока. Таким образом, возможно особенно гибкое согласование регулирования энергии с практически любыми случаями применения.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения на уже существующий согласно вышеописанному способу контурный ток накладываются токовые составляющие в сетевой частоте первой трехпроводной сети. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения на уже существующий согласно вышеописанному способу контурный ток накладываются составляющие тока в сетевой частоте второй трехпроводной сети. Составляющие тока в контурном токе на частоте первой трехпроводной сети и составляющие тока на частоте второй трехпроводной сети обеспечивают возможность, вместе с вышеописанным взаимодействием или вышеописанными постоянными или отличающимися от сетевой частоты составляющими разностного напряжения нулевой точки в соединении звездой и контурного тока, обмена энергией между любыми ветвями прямого преобразователя переменного тока. Это, например, целесообразно, если, наряду с зависимым от рабочей точки сдвигом энергии, в отдельных ветвях возникают различные потери, что может иметь место на основе допусков изготовления применяемых компонентов или отклоняющихся краевых условий при работе прямого преобразователя переменного тока. Таким образом, возможно особенно гибкое согласование регулирования энергии с практически любыми случаями применения.

Также является предпочтительной комбинация названных способов.

Вышеуказанная задача, кроме того, решается посредством электронного устройства управления для прямого преобразователя переменного тока, которое выполнено с возможностью осуществления способа вышеописанного типа.

Указанная задача решается, кроме того, с помощью прямого преобразователя переменного тока с устройством управления вышеописанного типа.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения накопитель энергии выполнен как конденсатор или имеет конденсатор. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения накопитель энергии выполнен как батарея или имеет батарею. Батарея согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения выполнена как перезаряжаемая батарея. Посредством применения батареи, способность к накоплению энергии прямого преобразователя переменного тока дополнительно повышается, так что долговременно энергия может накапливаться промежуточным образом.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения прямой преобразователь переменного тока является бестрансформаторным прямым преобразователем переменного тока для соединения первой трехпроводной сети с второй трехпроводной сетью посредством имеющих электронные полупроводниковые переключатели мостовых модулей, причем прямой преобразователь переменного тока имеет шесть мостовых модулей или их последовательные соединения, со следующими признаками:

а) первый мостовой модуль или первое последовательное соединение мостовых модулей подключено, с одной стороны, к первому проводу первой сети электропитания, а с другой стороны, к первому проводу второй сети электропитания,

b) второй мостовой модуль или второе последовательное соединение мостовых модулей подключено, с одной стороны, к второму проводу первой сети электропитания, а с другой стороны, к второму проводу второй сети электропитания,

с) третий мостовой модуль или третье последовательное соединение мостовых модулей подключено, с одной стороны, к второму проводу первой сети электропитания, а с другой стороны, к второму проводу второй сети электропитания,

d) четвертый мостовой модуль или четвертое последовательное соединение мостовых модулей подключено, с одной стороны, к третьему проводу первой сети электропитания, а с другой стороны, к второму проводу второй сети электропитания,

е) пятый мостовой модуль или пятое последовательное соединение мостовых модулей подключено, с одной стороны, к третьему проводу первой сети электропитания, а с другой стороны, к третьему проводу второй сети электропитания,

f) шестой мостовой модуль или шестое последовательное соединение мостовых модулей подключено, с одной стороны, к первому проводу первой сети электропитания, а с другой стороны, к третьему проводу второй сети электропитания.

Прямой преобразователь переменного тока обеспечивает изящным образом и с низкими схемно-техническими затратами простую и экономичную связь и прямое преобразование переменного тока между двумя трехпроводными сетями. В качестве трехпроводной сети при этом понимается любое электрическое соединение электрического или электронного компонента через три линии энергоснабжения, как, например, электродвигательный привод, сеть энергоснабжения или электрический генератор. С помощью соответствующего изобретению прямого преобразователя переменного тока, например, возможна связь электродвигательного привода с сетью энергоснабжения или электрического генератора с сетью энергоснабжения. Разумеется, изобретение также охватывает связь двух сетей энергоснабжения друг с другом.

С помощью описываемой топологии можно, по сравнению с прямым преобразователем переменного тока согласно уровню техники, достичь более простой и более экономичной структуры. Там, как упоминалось, требуется компоновка из по меньшей мере девяти мостовых модулей или их последовательных соединений. Посредством предложенной топологии из шести мостовых модулей или их последовательных соединений возможно, таким образом, уменьшение затрат на аппаратные средства по меньшей мере на треть при тех же функциональных возможностях. При применении соответственного большего числа мостовых модулей в последовательном соединении к тому же полностью отпадает потребность в соответствующих входных и выходных фильтрах. Областями применения предложенной топологии являются, например, большие регулируемые по скорости приводы, генераторы с переменным числом оборотов, а также область сетевых соединений с встроенной компенсацией реактивной мощности.

Прямой преобразователь переменного тока может иметь последовательное соединение множества мостовых модулей. Применение последовательного соединения множества мостовых модулей обеспечивает возможность повышенной гибкости относительно установки выходного напряжения. К тому же повышается отказоустойчивость, так как множество мостовых модулей имеют определенную избыточность. Так, можно, например, при внутреннем дефекте мостового модуля последовательного соединения, например дефекте в конденсаторе промежуточного контура или батарее, этот мостовой модуль полностью шунтировать посредством полномостовой схемы. Обусловленная этим потеря мощности может быть скомпенсирована остальными мостовыми модулями последовательного соединения за счет того, что посредством соответствующего управления электронными полупроводниковыми переключателями мостовых модулей на каждый мостовой модуль устанавливается соответственно повышенное выходное напряжение.

В предпочтительном выполнении изобретения применяются идентичные мостовые постоянные напряжения на всех мостовых модулях. При соответственно большом количестве мостовых модулей возможна точная установка результирующего выходного напряжения последовательного соединения таких мостовых модулей.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения могут применяться мостовые модули с различными мостовыми постоянными напряжениями. Тем самым могут применяться мостовые модули с различными номинальными напряжениями. Понятие «номинальное напряжение» описывает максимально допустимое со стороны компонентов мостовое постоянное напряжение. Это допускает относительно устанавливаемых выходных напряжений отдельных мостовых модулей различные диапазоны напряжений. За счет этого получается улучшенная гибкость относительно дискретных устанавливаемых значений напряжения последовательного соединения множества мостовых модулей. По сравнению с применением идентичных мостовых постоянных напряжений во всех мостовых модулях, тем самым при меньшем количестве мостовых модулей уже возможна точная установка результирующего выходного напряжения последовательного соединения мостовых модулей.

За счет этого можно предпочтительным образом по типу последовательно аппроксимирующего цифро-аналогового преобразователя комбинировать выходное напряжение последовательного соединения посредством комбинации различных значений напряжения различных мостовых модулей. Например, можно повышать номинальные напряжения от мостового модуля к мостовому модулю, соответственно, в коэффициент 2, что обеспечивает возможность регулируемости выходного напряжения последовательного соединения согласно двоичной системе. Согласно другому примеру применяется, соответственно, несколько мостовых модулей, в которых мостовые постоянные напряжения или номинальные напряжения различаются относительно друг друга, во всяком случае, с малыми различиями. Если используются мостовые постоянные напряжения, например, 600 В и 800 В в последовательном соединении, то наименьшая регулируемая ступень напряжения снижается до 800 В-600 В=200 В.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения по меньшей мере один мостовой модуль имеет следующие признаки:

а) мостовой модуль имеет первый и второй выводы для соединения с проводом сети энергоснабжения или выводом другого мостового модуля,

b) мостовой модуль имеет четыре полупроводниковых переключателя в полномостовой схеме,

с) первый и второй выводы мостового модуля соединены с противолежащими точками подключения полномостовой схемы,

d) мостовой модуль имеет конденсатор, который соединен с другими противолежащими друг другу точками подключения полномостовой схемы.

При этом полномостовая схема допускает переменным образом множество регулируемых схемных состояний, например схему прямого соединения между первым и вторым выводом мостового модуля (шунтирование мостового модуля) или заряд или разряд конденсатора с соответственно желательной полярностью, выбираемой посредством полупроводникового переключателя. Посредством соответствующего управления полупроводниковым переключателем с помощью устройства управления, которое, например, выдает модулированные по длительности импульса выходные сигналы, возможен заряд или разряд конденсатора с относительно точной градацией.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения по меньшей мере один мостовой модуль имеет следующие признаки:

а) мостовой модуль имеет батарею,

b) мостовой модуль имеет управляемый преобразователь постоянного напряжения, одна сторона подключения которого подключена параллельно конденсатору, а к второй стороне подключения которого подключена батарея.

Это позволяет изящным способом и с малыми схемно-техническими затратами подсоединять батарею в прямой преобразователь переменного тока. С помощью батареи или множества батарей при применении множества мостовых модулей может интегрироваться бесперебойное электропитание при малых затратах. При использовании прямого преобразователя переменного тока в сети электропитания можно таким образом реализовать, например, предоставление минутного резерва для стабилизации сети. Посредством батарей мостовых модулей возможна буферизация энергоснабжения в зависимости от выполнения батарей также для более длительного промежутка времени, например, в течение времени пониженной генерации энергии ветроэнергоцентра. Сопоставимым образом можно устройство энергоснабжения на солнечных батареях предпочтительно связать с помощью упомянутого устройства с трехфазной сетью. Предпочтительным образом можно посредством батарей осуществлять промежуточное накопление энергии для промежутков времени с недостаточным солнечным светом или ночью.

Батареи предпочтительно выполнены как заряжаемые батареи, например как никель-металлгидридные аккумуляторы, свинцовые аккумуляторы или литий-полимерные аккумуляторы. Разумеется, могут также использоваться и другие типы аккумуляторов.

Такое выполнение мостовых модулей позволяет мостовое постоянное напряжение мостового модуля, выработанное с помощью батареи, поддерживать постоянным независимо от напряжения батареи, а именно посредством соответствующего управления преобразователем постоянного напряжения. Тем самым также можно при падающем напряжении батареи поддерживать постоянное выходное напряжение. В качестве мостового модуля в этой связи должна пониматься любая пространственная и конструктивная компоновка названных элементов, независимо от того, собраны ли элементы, например, в одном корпусе или расположены распределенным образом. Например, батарея может располагаться отдельно от остальных элементов мостового модуля. В предпочтительном варианте осуществления изобретения батарея конструктивно встроена в мостовой модуль.

Дополнительным преимуществом является то, что пульсация потребляемой мощности или протекающего через мостовой модуль тока может, по существу, развязываться относительно батареи. Возможно, по существу, постоянное протекание тока через батарею, то есть высокочастотные составляющие в сети энергоснабжения могут быть удалены. Это повышает потенциальный срок службы батарей.

Предпочтительным образом может использоваться последовательное соединение мостовых модулей. Тем самым можно избегать прямого последовательного соединения большого числа батарей. Интеграция множества батарей возможна тогда через множество мостовых модулей, которые, соответственно, имеют свою собственную батарею. Это исключает схемно-технические затраты на отдельные схемы балансировки или заряда/разряда для батарей и снижает тем самым общие схемно-технические затраты.

Предпочтительным образом напряжение батарей выбирается с учетом мостового постоянного напряжения или номинального напряжения соответствующего мостового модуля. Тем самым можно избегать больших коэффициентов преобразования преобразователя постоянного напряжения, и кпд оптимизируется. В случае различных номинальных напряжений в мостовых модулях преобразователя переменного тока различаются между собой тогда также напряжения применяемых батарей.

Дополнительным преимуществом является то, что возможно отключение мостового модуля посредством полной мостовой схемы. Так, можно, например, при дефектном силовом полупроводнике осуществлять отключение мостового модуля в последовательном соединении мостовых модулей. Посредством оставшихся мостовых модулей можно, несмотря на отказ мостового модуля, продолжать поддерживать постоянным выходное напряжение последовательного соединения.

Другое преимущество изобретения состоит в том, что мостовой модуль, батарея которого дефектна, может далее оставаться в работе. Во временном среднем модуль с дефектной батареей хотя и не поставляет энергию, однако он может использоваться, чтобы повышать напряжение через последовательное соединение мостовых модулей во время части сетевого периода, и помогает, таким образом, снижать требуемый для отказоустойчивого режима работы преобразователя переменного тока расчет с запасом номинального напряжения отдельных мостовых модулей.

Посредством обоих названных мер могут создаваться особенно отказоустойчивые системы бесперебойного электропитания или системы преобразователей переменного тока.

Другое преимущество изобретения состоит в том, что посредством преобразователя постоянного напряжения могут компенсироваться различные уровни напряжения батареи, которые устанавливаются в зависимости от состояния заряда. Тем самым мостовой модуль может генерировать желательное постоянное выходное напряжение. За счет этого даже при применении мостовых модулей в схеме последовательного соединения, например в преобразователе переменного тока, может поддерживаться постоянное напряжение в трехпроводной сети. Дополнительное преимущество состоит в том, что предусматриваемый в известных преобразователях переменного тока расчет с запасом относительно количества модулей или напряжения батареи более не требуется, так как при отказе одного мостового модуля или батареи мостового модуля отсутствующее напряжение может компенсироваться соответствующим повышением выходных напряжений и, при необходимости, мостовых постоянных напряжений остальных мостовых модулей.

При соответствующем расчете преобразователя постоянного напряжения можно в принципе также создать устройство при меньшем количестве мостовых модулей или батарей по сравнению с бесперебойным электропитанием согласно уровню техники. Тем самым можно реализовать особенно экономичные бесперебойные системы электропитания.

В зависимости от требований безопасности и надежности, в предпочтительном выполнении последовательное соединение мостовых модулей может проектироваться с самого начала с запасом, то есть может предусматриваться большее количество мостовых модулей или батарей, чем было бы необходимо для достижения желательного выходного напряжения. Таким образом, предусматриваются избыточные мостовые модули. Желательное выходное напряжение может осуществляться посредством понижающего преобразования мостовых постоянных напряжений отдельных мостовых модулей посредством их мостовых схем. Так как каждый отдельный модуль должен предоставлять, таким образом, меньше энергии, за счет этого, с одной стороны, батареи используются щадящим образом. К тому же при отказе большого количества мостовых модулей может поддерживаться желательное выходное напряжение. За счет этого может также повышаться отказобезопасность всего устройства, например, по отношению к чисто последовательному соединению батарей.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения преобразователь постоянного напряжения выполнен с возможностью обеспечения выходного напряжения на конденсаторе, которое, в зависимости от выполнения и управления преобразователем постоянного напряжения, может регулироваться для установки выше, ниже или равным напряжению батареи. Применение такого управляемого преобразователя постоянного напряжения обеспечивает большую гибкость при применении мостового модуля или множества мостовых модулей и управления их выходным напряжением. Преобразователь постоянного напряжения может быть выполнен как чисто повышающий преобразователь (выходное напряжение выше или равно напряжению батареи), чисто понижающий преобразователь (выходное напряжение ниже или равно напряжению батареи) или как комбинированный повышающе-понижающий преобразователь. Предпочтительным является использование повышающего преобразователя, так как для этого, с одной стороны, требуется меньше компонентов, чем для комбинированного повышающе-понижающего преобразователя, а с другой стороны, требуется меньшее напряжение батареи, что снижает потенциальную потребность в возможностях балансировки.

Согласно предпочтительному дальнейшему варианту осуществления изобретения преобразователь постоянного напряжения является двунаправленным преобразователем постоянного напряжения. Тем самым можно не только в одном направлении предоставлять энергию для мостового постоянного напряжения на связанном с конденсатором выходе преобразователя постоянного напряжения, но и дополнительно также батарею с напряжением, выведенным от связанной с конденсатором стороны преобразователя постоянного напряжения, заряжать напряжением заряда, подходящим для соответствующего состояния батареи. Дополнительно также определенный разряд батареи через двунаправленный преобразователь постоянного напряжения является управляемым, например, с целью формования батареи.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения преобразователь постоянного напряжения имеет полумост с двумя электронными полупроводниковыми переключателями. Предпочтительным образом могут применяться полупроводниковые переключатели того же типа, что и для полномостовой схемы. Это обеспечивает возможность простой и экономичной структуры преобразователя постоянного напряжения из малого количества компонентов и тем самым экономичной структуры всего мостового модуля.

В предпочтительном дальнейшем варианте осуществления изобретения предусмотрены электронные полупроводниковые переключатели в форме трехфазного IGBT-модуля. В качестве IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором) обозначают четырехслойный полупроводниковый компонент, который управляется посредством затвора. IGBT являются дальнейшим развитием мощных MOSFET (полевой транзистор со структурой металл-окисел-полупроводник). На стороне выхода IGBT имеют P-N-полупроводниковые переходы. Таким образом, IGBT является комбинацией из полупроводникового компонента на полевом эффекте и биполярного полупроводникового компонента. IGBT в технике энергоснабжения часто применяются в форме модулей с тремя полумостами, то есть шестью IGBT-полупроводниковыми переключателями. Поэтому такие модули могут быть получены простым и экономичным способом. Изобретение показывает изящный способ, как эффективным образом использовать имеющиеся в трехфазном IGBT-модуле шесть полупроводниковых переключателей или три полумоста для построения мостового модуля.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения последовательно с мостовым модулем или последовательным соединением мостовых модулей включен по меньшей мере один дроссель. Дроссель осуществляет за счет его свойства накопления энергии сглаживание характеристики тока, протекающего через мостовой модуль или последовательное соединение мостовых модулей.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения в последовательном соединении мостовых модулей предусмотрен блок управления, чтобы отключать распознанный как дефектный мостовой модуль. Отключение может осуществляться посредством шунтирования выводов мостового модуля посредством его полупроводникового переключателя. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения блок управления выполнен с возможностью отключать распознанную в качестве дефектной батарею мостового модуля. Отключение может осуществляться, например, посредством полупроводникового переключателя преобразователя постоянного напряжения. Блок управления может представлять собой ассоциированный с мостовым модулем блок управления, вышестоящий блок управления для множества мостовых модулей или центральный блок управления для всего прямого преобразователя переменного тока.

Вышеуказанная задача, кроме того, решается компьютерной программой со средствами программного кода, которая выполнена с возможностью осуществления способа вышеописанного типа, когда компьютерная программа выполняется на вычислителе. Вычислитель может быть, например, микропроцессором или микроконтроллером упомянутого электронного устройства управления для прямого преобразователя переменного тока или упра