EP-4738673-A1 - INVERTER FOR WIND TURBINE WITH REDUCED SWITCHING SLOPES DURING DC-LINK OVERVOLTAGE CAUSED BY GRID OVERVOLTAGE

Abstract

Vorgestellt wird einen Stromrichter mit einem Gleichrichtermodul dessen Ausgang mit einem Gleichspannungszwischenkreis verbunden ist, mit einem Wechselrichtermodul, dessen Eingang mit dem Gleichspannungszwischenkreis verbunden ist und dessen Ausgang mit einem mehrphasigen Wechselspannungsnetz verbunden ist, wobei das Wechselrichtermodul aus einer Mehrzahl von Halbbrückenanordnungen mit jeweils einem oberen und einem unteren Halbleiterschalter, zu dem jeweils eine Freilaufdiode parallel geschaltet oder intrinsisch vorhanden ist, wobei der jeweilige Steuereingang der jeweiligen Halbleiterschalter mit einer Steuereinrichtung verbunden ist, wobei diese Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass bei einer ersten Spannungserhöhung der Spannung in mindestens einer Phase des Wechselspannungsnetzes, die zu einer zweiten Spannungserhöhung der Spannung des Gleichspannungszwischenkreises führt in einem zweiten Betriebszustand mindestens einen der Halbleiterschalter derart verändert ansteuert, dass dieser ein gegenüber einem ersten Betriebszustand derart langsameres Schaltverhalten zeigt, dass eine dynamische Überspannung an diesem Halbleiterschalter derart reduziert wird, dass die an diesem Halbleiterschalter anliegende Spannung die Soll-Sperrspannung des Halbleiterschalters nicht überschreitet.

Inventors

• Puukko, Joonas

Assignees

• SEMIKRON Elektronik GmbH & Co. KG

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20251023

Claims (14)

1. Stromrichteranordnung, insbesondere für eine Windkraftanlage, mit einem Gleichrichtermodul 3 dessen Ausgang 32 mit einem Gleichspannungszwischenkreis 4 verbunden ist, mit einem Wechselrichtermodul 5, dessen Eingang 50 mit dem Gleichspannungszwischenkreis 4 verbunden ist und dessen Ausgang 52 mit einem mehrphasigen Wechselspannungsnetz 6 verbunden ist, wobei das Wechselrichtermodul 5 aus einer Mehrzahl von Halbbrückenanordnungen mit jeweils einem oberen und einem unteren Halbleiterschalter 50,52, zu dem jeweils eine Freilaufdiode 544 parallel geschaltet oder intrinsisch vorhanden ist, wobei der jeweilige Steuereingang 508,528 der jeweiligen Halbleiterschalter 50,52 mit einer Steuereinrichtung 800 verbunden ist, wobei diese Steuereinrichtung 800 derart ausgebildet ist, dass bei einer ersten Spannungserhöhung der Spannung 600 in mindestens einer Phase des Wechselspannungsnetzes 6, die zu einer zweiten Spannungserhöhung der Spannung 400 des Gleichspannungszwischenkreises 4 führt in einem zweiten Betriebszustand mindestens einen der Halbleiterschalter 50,52 derart verändert ansteuert, dass dieser ein gegenüber einem ersten Betriebszustand derart langsameres Schaltverhalten zeigt, dass eine dynamische Überspannung an diesem Halbleiterschalter 50,52 derart reduziert wird, dass die an diesem Halbleiterschalter 50,52 anliegende Spannung die Soll-Sperrspannung des Halbleiterschalters 50,52 nicht überschreitet.
2. Stromrichteranordnung nach Anspruch 1, wobei der Gleichspannungszwischenkreis 4 bei einem ersten Betriebszustand eine zulässige erste Maximalspannung (Umax1) aufweist, die signifikant kleiner ist als eine zweite Maximalspannung (Umax2) im zweiten Betriebszustand.
3. Stromrichteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung 800 eine den jeweiligen Halbleiterschalter 50,52 ansteuernde Spannungsquelle 810,820,830 enthält, die den Steuereingang in den unterschiedlichen Betriebszuständen mit unterschiedliche Schaltspannungen und/oder Schaltströmen beaufschlagen kann.
4. Stromrichteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen der Steuereinrichtung 800 und dem zugeordneten Steuereingang 508,528 in den unterschiedlichen Betriebszuständen mit unterschiedlichen elektrischen Widerständen 812,822,832 unterschiedlichen Widerstandswerten ausgewählt werden können.
5. Stromrichteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die jeweilige Halbbrückenanordnung als eine Zwei-Level-Halbbrückenanordnung oder als eine Drei-Level-Brückenanordnung, vorzugsweise vom T-Type, oder als eine Mehr-Level-Brückenanordnung ausgebildet ist.
6. Stromrichteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine der folgenden Erfassungseinrichtungen vorgesehen sind: • eine eine Betriebstemperatur des Stromrichters 5 überwachenden ersten Erfassungseinrichtung 74; • eine eine Spannung im Gleichspannungszwischenkreis überwachenden zweiten Erfassungseinrichtung 76; • eine eine Spannung im Wechselspannungsnetz überwachenden dritten Erfassungseinrichtung 78; • eine eine Betriebsdauer des zweiten Betriebszustand überwachenden vierten Erfassungseinrichtung.
7. Verfahren zum Betreiben einer Stromrichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Steuereinrichtung 800 in einem zweiten Betriebszustand der Stromrichteranordnung mindestens einen der Halbleiterschalter 50,52 derart verändert ansteuert, dass dieser ein gegenüber dem ersten Betriebszustand derart langsameres Schaltverhalten zeigt, dass eine dynamische Überspannung an diesem Halbleiterschalter 50,52 derart reduziert wird, dass eine am Halbleiterschalter 50,52 anliegende Spannung die Soll-Sperrspannung des Halbleiterschalters 50,52 nicht überschreitet.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Wert der dem Schalteingang 508,528 zugeführten Schaltspannungen 810,820,830 und/oder Schaltströme ausgewählt oder verändert wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei der zwischen der Steuereinrichtung 800 und dem zugeordneten Steuereingang 508,528 angeordnete elektrische Widerstand 812,822,832 ausgewählt oder verändert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei zwischen elektrischen Widerständen 812,822,832 mit unterschiedlichen Widerstandswerten ausgewählt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei eine erste Erfassungseinrichtung 74 eine Betriebstemperatur des Stromrichters 6 überwacht und abhängig davon Steuereinrichtung 800 zwischen den beiden Betriebszuständen wechselt oder den Wechselrichter 5 vollständig abschaltet.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei eine zweite Erfassungseinrichtung 76 die Spannung im Gleichspannungszwischenkreis überwacht und abhängig davon Steuereinrichtung 800 zwischen den beiden Betriebszuständen wechselt oder den Wechselrichter 5 vollständig abschaltet.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei eine dritte Erfassungseinrichtung 78 die Spannung im Wechselspannungsnetz 6 überwacht und abhängig davon Steuereinrichtung 800 zwischen den beiden Betriebszuständen wechselt oder den Wechselrichter 5 vollständig abschaltet.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, wobei eine vierte Erfassungseinrichtung mit einer eine Betriebsdauer des zweiten Betriebszustands überwacht und abhängig davon Steuereinrichtung 800 zwischen den beiden Betriebszuständen wechselt oder den Wechselrichter 5 vollständig abschaltet.

Description

Die Erfindung beschreibt eine Stromrichteranordnung für eine Windkraftanlage mit einem Gleichrichtermodul dessen Ausgang mit einem Gleichspannungszwischenkreis verbunden ist, mit einem Wechselrichtermodul, dessen Eingang mit dem Gleichspannungszwischenkreis verbunden ist und dessen Ausgang mit einem mehrphasigen Wechselspannungsnetz verbunden ist, wobei das Wechselrichtermodul aus einer Mehrzahl von Halbbrückenanordnungen mit jeweils einem oberen und einem unteren Halbleiterschalter, zu dem jeweils eine Freilaufdiode parallel geschaltet oder intrinsisch vorhanden ist. Die Erfindung beschreibt weiterhin ein Verfahren zur Ansteuerung, insbesondere des Wechselrichtermoduls der Stromrichteranordnung. Die DE 10 2011 077 160 A1 offenbart einen Stromrichter, der die Gleichspannung eines Solarmoduls mit einer eine Gleichspannung erzeugenden Solarzelle, und mit einem die in seinen Eingang eingespeiste wandelt, wobei der Stromrichter mindestens einen Halbleiterschalter und eine einen Schalteingang des Halbleiterschalters ansteuernde Steuerung enthält, ist die Steuerung derart ausgebildet, dass sie in einem Übergangsbetrieb des Solarmoduls mindestens einen der Halbleiterschalter derart verändert ansteuert, dass dieser ein gegenüber einem Normalbetrieb derart langsameres Schaltverhalten zeigt, dass eine dynamische Überspannung am Halbleiterschalter derart reduziert wird, dass die am Halbleiterschalter anliegende Spannung die Sperrspannung des Halbleiterschalters nicht überschreitet. Bei einem Verfahren zum Betreiben eines Solarmoduls steuert die Steuerung in einem Übergangsbetrieb des Solarmoduls den Halbleiterschalter derart verändert an, dass dieser ein gegenüber einem Normalbetrieb derart langsameres Schaltverhalten zeigt, dass eine dynamische Überspannung am Halbleiterschalter derart reduziert wird, dass die am Halbleiterschalter anliegende Spannung die Sperrspannung des Halbleiterschalters nicht überschreitet. In Kenntnis der genannten Gegebenheiten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese Erkenntnisse auf andere Anwendungs- und Aufgabengebiete insbesondere im Bereich der Windkraftanlagen zu transferieren und hierbei an die geänderten Anforderungen anzupassen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Stromrichter, insbesondere für eine Windkraftanlage, mit einem Gleichrichtermodul dessen Ausgang mit einem Gleichspannungszwischenkreis verbunden ist, mit einem Wechselrichtermodul, dessen Eingang mit dem Gleichspannungszwischenkreis verbunden ist und dessen Ausgang mit einem mehrphasigen Wechselspannungsnetz verbunden ist, wobei das Wechselrichtermodul aus einer Mehrzahl von Halbbrückenanordnungen mit jeweils einem oberen und einem unteren Halbleiterschalter, zu dem jeweils eine Freilaufdiode parallel geschaltet oder intrinsisch vorhanden ist, wobei der jeweilige Steuereingang der jeweiligen Halbleiterschalter mit einer Steuereinrichtung verbunden ist, wobei diese Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass bei einer ersten Spannungserhöhung der Spannung in mindestens einer Phase des Wechselspannungsnetzes, die zu einer zweiten Spannungserhöhung der Spannung des Gleichspannungszwischenkreises führt in einem zweiten Betriebszustand mindestens einen der Halbleiterschalter derart verändert ansteuert, dass dieser ein gegenüber einem ersten Betriebszustand derart langsameres Schaltverhalten zeigt, dass eine dynamische Überspannung an diesem Halbleiterschalter derart reduziert wird, dass die an diesem Halbleiterschalter anliegende Spannung die Soll-Sperrspannung des Halbleiterschalters nicht überschreitet. Eine intrinsische Freilaufdiode liegt bauartbedingt beispielhaft bei MOSFET Bauelementen vor. Es ist bevorzugt, wenn der Gleichspannungszwischenkreis bei einem ersten Betriebszustand eine zulässige erste Maximalspannung aufweist, die signifikant kleiner ist als eine zweite Maximalspannung im zweiten Betriebszustand. Es kann vorteilhaft sein, wenn die Steuereinrichtung eine den jeweiligen Halbleiterschalter ansteuernde Spannungsquelle enthält, die den Steuereingang in den unterschiedlichen Betriebszuständen mit unterschiedliche Schaltspannungen und/oder Schaltströmen beaufschlagen kann. Es kann weiterhin vorteilhaft sein, wenn zwischen der Steuereinrichtung und dem zugeordneten Steuereingang in den unterschiedlichen Betriebszuständen mit unterschiedlichen elektrischen Widerständen unterschiedlichen Widerstandswerten ausgewählt werden können Zudem kann es vorteilhaft sein, wenn die jeweilige Halbbrückenanordnung als eine Zwei-Level-Halbbrückenanordnung oder als eine Drei-Level-Brückenanordnung, vorzugsweise vom T-Type, oder als eine Mehr-Level-Brückenanordnung ausgebildet ist. Grundsätzlich kann es bevorzugt sein, wenn mindestens eine der folgenden Erfassungseinrichtungen vorgesehen sind: eine eine Betriebstemperatur des Stromrichters überwachenden ersten Erfassungseinrichtung;eine eine Spannung im Gleichspannungszwischenkreis überwachenden zweiten Erfassungseinrichtung;eine eine Spannung im Wechsels