【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种被配置为提供电功率转换的功率转换系统以及一种操作功率转换系统的方法。它进一步涉及包括这样的功率转换系统的风力涡轮机电功率系统。
技术介绍
1、功率转换系统被用于各种各样的应用。一个突出的示例是风力涡轮机，其在全转换器拓扑中采用连接在风力涡轮发电机和电网之间并且为基本上所有所生成的电功率提供功率转换的功率转换器。在双馈感应发电机(dfig)拓扑中，功率转换器被连接在dfig转子和电网之间，并且例如大约30％的所生成的电功率可以由这样的拓扑中的功率转换器来转换。
2、相应的功率转换器可以例如包括全桥拓扑，并且可以将脉宽调制(pwm)方案用于功率转换。然而，如在这样的功率转换器中使用的功率电子开关确实遭受开关和传导损耗。一种用于改进这样的功率转换器的效率的方法是利用更高效的半导体(诸如宽带隙器件)替代常规的半导体开关。然而，这样的替代导致转换器成本的显著增加。因此，平准化能源成本(lcoe)可能并不利用这样的替代来被改进。
3、为了解决这个问题，例如可以采用混合拓扑。例如，可以使用三电平有源中性点箝位(3l-anpc)拓扑。图1提供了这样的混合拓扑的相应示例。图1的三相混合3l-anpc转换器300每相采用四个硅基绝缘栅双极晶体管(si-igbt)(311-314)和两个碳化硅mosfet(sic-mosfet)(321，322)。然而，这样的拓扑也可能不导致期望的效率增加和成本降低。此外，用于对这样的功率转换器的输出进行滤波的滤波器要求相对大的电感l，这增加了相应功率转换器的体积和重量。因此
4、文件——“2-level si igbt converter with parallel part-rated sicconverter providing partial power transfer and active filtering”，paul d.judge等人，201920th workshop on control and modeling for power electronics(compel)，ieee，17，2019年6月——描述了一种功率转换器，所述转换器采用低频igbt转换器和高频mosfet转换器，其从公共dc总线提供dc到ac转换。高频转换器可以提供有源滤波。
5、文件——“review ofsolid-state transformer technologies and theirapplication in power distribution systems”，xu she等人，ieee journal ofemerging and selected topics in power electronics 1(3)，第186-198页，2013年9月——描述了固态变压器(sst)的多个不同拓扑及其应用，特别是用于功率分配。提供了用于hvac、lvac、hvdc和lvdc传输系统之间的转换的拓扑。
技术实现思路
1、因此，存在如下需要：减轻上面提及的缺点中的至少一些，并且以节省成本的方式提供一种具有改进的效率的功率转换器。
2、由独立权利要求的特征满足了这个需求。从属权利要求描述了本专利技术的实施例和/或示例。
3、根据第一方面，提供了一种被配置为提供电功率转换的功率转换系统。该功率转换系统包括：第一功率转换器，包括可切换以提供电功率转换的第一类型的功率电子开关；以及与第一功率转换器并联连接的第二功率转换器，其中所述第二功率转换器包括可切换以提供电功率转换的第二类型的功率电子开关，其中所述第二类型不同于所述第一类型，并且其中所述第二类型的功率电子开关包括宽带隙半导体开关。所述功率转换系统进一步包括控制器，所述控制器被配置为在第一操作模式中和在第二操作模式中操作功率转换系统，在第一操作模式中，第二功率转换器在功率电子开关的第一开关频率下操作以提供功率转换，在第二操作模式中，第二功率转换器在功率电子开关的第二开关频率下操作，并且第一功率转换器操作以提供功率转换。第二开关频率高于第一开关频率。
4、这样的功率转换系统可以提供更高的转换效率。例如，在更低功率下，可以使用第一操作模式，其中功率转换由宽带隙半导体开关来执行，这可以减少开关损耗。在更高功率下，可以使用第二操作模式，这可以例如允许第一功率转换器在更低频率下的操作，并且可以进一步允许通过第二功率转换器在更高的第二开关频率下操作来补偿任何所得到的更高失真。进一步地，因为第一功率转换器可以包括常规的半导体开关，所以特别是与使用宽带隙半导体开关的常规转换器相比，可以降低整体系统成本。此外，这样的功率转换系统在其中仅使用功率转换系统的容量中的一些的情况下可以特别有益。风速可以例如利用威布尔分布来近似，使得从风力涡轮发电机的功率生产可以频繁地仅使用可用功率转换容量的一部分。这样的部分功率可以由第二功率转换器在第一操作模式中转换，这可以导致高度高效的转换，而不需要提供针对全功率容量额定的宽带隙半导体开关。功率转换系统可以相应地提供若干益处。
5、术语“开关频率”可以特别地指代功率电子开关被切换以例如使用脉宽调制(pwm)来提供功率转换所处的频率。功率转换系统可以是ac-ac转换系统，但是其他实现(诸如ac-dc或dc-ac转换系统)也是可设想的。
6、在示例中，在第二操作模式中，第二功率转换器可以被操作来提供由第一功率转换器转换的电功率的有源滤波。因此，第二功率转换器可以被操作为第一功率转换器的输出的有源滤波器。这可以允许第一功率转换器在其功率电子开关的更低开关频率下操作，由此增加功率转换的效率。它可以进一步提供转换的电功率的改进的质量，并且因此可以降低滤波要求。因此，可以减小(无源)输出滤波器的大小，例如滤波电感器的大小。这可以减小相应的滤波器的体积和重量，并且因此减小转换系统的体积和重量。
7、例如，在第二操作模式中，第一功率转换器可以在第三开关频率下操作其功率电子开关，以提供功率转换。第三开关频率可以低于第二功率转换器的第二开关频率，并且它可以优选地低于第二功率转换器的第一开关频率。在第二操作模式中，第一功率转换器因此可以在显著降低的开关频率下操作，从而造成更高的效率，同时第二功率转换器可以在更高的第二开关频率下操作，并且由此可以提供高效的有源滤波。
8、第三开关频率可以例如低于第一功率转换器的标称开关频率。作为示例，第一功率转换器的额定开关频率可以位于2和4khz之间，例如在大约3khz下，并且第三开关频率可以位于额定频率的20％和70％之间的范围中，特别是额定频率的40％到60％，例如在1.5khz下。通过仅在频率的一半下进行开关，开关损耗可以显著降低。
9、第二开关频率可以位于5khz到100khz的范围内。第一开关频率可以位于0.1到5khz的范围内，例如0.5或1到5khz。第二功率转换器可以例本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种被配置为提供电功率转换的功率转换系统，包括：
2.根据权利要求1所述的功率转换系统，其中所述第一功率转换器具有高于所述第二功率转换器的功率转换容量的功率转换容量。
3.根据权利要求1或2所述的功率转换系统，其中在第二操作模式中，第一功率转换器(10)的功率电子开关在第三开关频率下操作以提供所述功率转换，其中第三开关频率低于所述第二开关频率，并且优选地低于所述第一开关频率。
4.根据前述权利要求中任一项所述的功率转换系统，其中第三开关频率低于第一功率转换器(10)的标称开关频率。
5.根据前述权利要求中任一项所述的功率转换系统，其中第二开关频率位于5kHz至100kHz的范围内，和/或其中所述第一开关频率位于0.5至5kHz的范围内。
6.根据前述权利要求中任一项所述的功率转换系统，其中在第一操作模式中，由功率转换系统(100)执行的所有功率转换由第二功率转换器(20)提供。
7.根据前述权利要求中任一项所述的功率转换系统，其中第二功率转换器(20)包括两个或更多并联连接的转换器模块(24)，其中在所述
8.根据权利要求7所述的功率转换系统，其中在第二操作模式中提供有源滤波的转换器模块(24)在所述第二开关频率下操作，并且其中在第二操作模式中提供功率转换的转换器模块在所述第一开关频率下操作。
9.根据权利要求8所述的功率转换系统，其中所述控制器(30)被配置为当从所述第一操作模式改变到所述第二操作模式中时，将所述第二功率转换器(20)的至少一个转换器模块(24)的操作从所述第一开关频率下的功率转换改变为所述第二开关频率下的有源滤波。
10.根据前述权利要求中任一项所述的功率转换系统，其中第一功率转换器(10)的第一DC总线(13)独立于第二功率转换器(20)的第二DC总线(23)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的功率转换系统，其中第二功率转换器(20)具有功率转换容量，其中控制器(30)被配置为如果由所述功率转换系统(100)的功率转换的需求或设定点不高于所述功率转换容量，则在第一操作模式中操作所述功率转换系统(100)，并且如果由功率转换系统(100)的功率转换的需求或设定点高于所述功率转换容量，则在第二操作模式中操作所述功率转换系统(100)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的功率转换系统，其中所述第一类型的功率电子开关是Si基功率电子开关，和/或其中所述第二类型的功率电子开关是SiC基、GaN基、A1N基、BN基或ZnO基功率电子开关。
13.一种风力涡轮机电功率系统，包括根据前述权利要求中任一项所述的功率转换系统(100)，其中所述功率转换系统(100)被配置为提供由风力涡轮机电功率系统的发电机生成的电功率的转换。
14.一种操作功率转换系统的方法，其中功率转换系统(100)包括第一功率转换器(10)，所述第一功率转换器(10)包括可切换以提供电功率转换的第一类型的功率电子开关，其中所述第一功率转换器(10)包括第一背对背转换器，所述第一背对背转换器包括第一中间DC总线(13)；以及与第一功率转换器(10)并联连接的第二功率转换器(20)，其中所述第二功率转换器(20)包括可切换以提供电功率转换的第二类型的功率电子开关，其中所述第二类型不同于所述第一类型，其中第二类型的功率电子开关包括宽带隙半导体开关，并且其中第二功率转换器(20)包括第二背对背转换器，所述第二背对背转换器包括第二中间DC总线(23)，其中所述方法包括：
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种被配置为提供电功率转换的功率转换系统，包括：
2.根据权利要求1所述的功率转换系统，其中所述第一功率转换器具有高于所述第二功率转换器的功率转换容量的功率转换容量。
3.根据权利要求1或2所述的功率转换系统，其中在第二操作模式中，第一功率转换器(10)的功率电子开关在第三开关频率下操作以提供所述功率转换，其中第三开关频率低于所述第二开关频率，并且优选地低于所述第一开关频率。
4.根据前述权利要求中任一项所述的功率转换系统，其中第三开关频率低于第一功率转换器(10)的标称开关频率。
5.根据前述权利要求中任一项所述的功率转换系统，其中第二开关频率位于5khz至100khz的范围内，和/或其中所述第一开关频率位于0.5至5khz的范围内。
6.根据前述权利要求中任一项所述的功率转换系统，其中在第一操作模式中，由功率转换系统(100)执行的所有功率转换由第二功率转换器(20)提供。
7.根据前述权利要求中任一项所述的功率转换系统，其中第二功率转换器(20)包括两个或更多并联连接的转换器模块(24)，其中在所述第二操作模式中，所述第二功率转换器(20)的至少一个转换器模块(24)被操作以提供由所述第一功率转换器(10)转换的电功率的有源滤波，并且所述第二功率转换器(20)的至少一个转换器模块被操作以提供电功率转换。
8.根据权利要求7所述的功率转换系统，其中在第二操作模式中提供有源滤波的转换器模块(24)在所述第二开关频率下操作，并且其中在第二操作模式中提供功率转换的转换器模块在所述第一开关频率下操作。
9.根据权利要求8所述的功率转换系统，其中所述控制器(30)被配置为当从所述第一操作模式改变到所述第二操作模式中时，将所述第二功率转换器(20)的至少一个转换器模块(24)的操作从所述第一开关频率下的功率转换改...
【专利技术属性】
技术研发人员：I·阿利萨尔，E·D·雷博洛洛佩斯，J·L·罗德里格斯伊扎尔，
申请(专利权)人：西门子歌美飒可再生能源创新与技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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