CN101682194A - 用于将电能馈送到电网的设备和用于这种设备的dc电压转换器 - Google Patents

用于将电能馈送到电网的设备和用于这种设备的dc电压转换器 Download PDF

Info

Publication number
CN101682194A
CN101682194A CN200880020307A CN200880020307A CN101682194A CN 101682194 A CN101682194 A CN 101682194A CN 200880020307 A CN200880020307 A CN 200880020307A CN 200880020307 A CN200880020307 A CN 200880020307A CN 101682194 A CN101682194 A CN 101682194A
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit
voltage
equipment
converter
coil
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN200880020307A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101682194B (zh
Inventor
P·扎查里阿斯
B·沙汉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SMA Solar Technology AG
Original Assignee
SMA Solar Technology AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SMA Solar Technology AG filed Critical SMA Solar Technology AG
Publication of CN101682194A publication Critical patent/CN101682194A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101682194B publication Critical patent/CN101682194B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/10—The dispersed energy generation being of fossil origin, e.g. diesel generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22—The renewable source being solar energy
    • H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/007—Plural converter units in cascade
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/487—Neutral point clamped inverters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于向供能系统(8)馈送电能的设备，其具有：DC电压变换器(2)，用于连接到DC电压发生器(1)；变换器(3)，连接到所述DC电压变换器(2)，用于连接到供能系统，并具有双极电压中间电路。DC电压变换器(2)根据本发明以这样的方式构建：DC电压发生器(1)可以在其负、正或任何中间输出上接地。为此目的，设置存储电感器(16)，其以这样的方式在充电周期和放电周期中切换：使得在正常运行过程中，没有电流流经接地线(19)。

Description

用于将电能馈送到电网的设备和用于这种设备的DC电压转换器
技术领域
本发明涉及权利要求1前序部分所述类型的设备，以及适用于其的DC电压转换器。
背景技术
多种类型的变换器用于将由例如光电或燃料电池发电器等的DC电压发生器所产生的电能馈送到AC电网，特别是到市电网(50/60Hz)。在DC电压发生器和变换器之间，大多提供DC电压转换器(DC-DC斩波器)，其用于将由DC电压发生器供给的DC电压转换为变换器需要的DC电压或对之进行适应。
出于不同的原因，希望将DC电压发生器的输出之一接地。希望接地的原因在于，一方面，某些国家要求这种接地。另一方面，当缺少接地时，在运行中产生不同的缺点。一个问题在于高频泄漏电流。由于DC电压发生器和接地之间的不可避免的寄生电容，产生不能接受的安全风险的较大的均衡电流可能在电位波动的情况下发生，使得需要使用故障电流传感器等的复杂监视措施来进行接触保护或用于建立电磁兼容(EMC)，且所述均衡电流仅能通过接地来安全地避免。另外，已经知道，光电发电器在劣化方面的特性非常不同，取决于制造它们所用的技术。具有晶体和多晶单元或某些薄膜模块的发电器优选为用负端子接地，同时，后部接触的单元优选为在正端子上接地。
使用具有使得DC电压侧和AC电压侧电气分离的变压器的DC电压转换器，所介绍的类型的接地是容易地可行的，可通过其避免所提到的缺点。无论使用电网变压器还是高频变压器，变压器一般导致效率的降低，某种程度上较大的重量和尺寸和/或附加的控制成本，这成为无变压器电压转换器在原则上优选的原因。然而，无变压器DC电压转换器的常用拓扑使得不可能实现希望的接地，因为这种接地将导致所需开关、电容等中的短路，或者，其导致增大的电路成本及其其他缺点。
因此，已经以另外的方式为避免所提到的缺点作出了多种努力。特别地，用于减小不希望的泄漏电流的电路是已知的(例如DE 10 2004 037 466A1，DE 102 21 592 A1，DE 10 2004 030 912 B3)。在这些电路中，例如，太阳能发电器在内部电能传输的某些相与电网隔离地运行。当太阳能发电器周期性地重新电气连接到电网时，其寄生电容仅仅轻微地重新转换，使得太阳能发电器的电位以电网频率正弦地并以对应于电网电压一半的电压幅度变化。于是，高频电流由于仅仅两个开关周期之间的太阳能发电器的低电压差以及开关期间的不对称而形成。因此，可强有力地使电容性泄漏电流最小化，但在原理上不能完全避免。
进一步地，已经知道了一种使用中心点接地的分割太阳能发电器的电路布置(DE 102 25 020 A1)。结果，太阳能发电器的所有部件具有固定的电位，电容性泄漏电流在原理上不能流动。由于两个直流源具有不同的产出(yield)，另外提供用于补偿电力差和电压的电路。在这种建议的电路中，缺点在于开关上和太阳能发电器中的高电压差、补偿电路中的附加损耗以及需要至少四个高频脉冲开关。
除此之外，已经知道这样的电路布置：借助该电路布置，太阳能发电器可在一侧接地，尽管没有变压器。原理上，电容性泄漏电流因此得以避免。然而，这些电路布置中的一个(DE 196 42 522 C1)需要五个有源开关，一个或两个开关必须以高频同步开关并提供平均输出电流。采用也被称为“飞行电感器(flying inductor)”的这种电路，效率因此受到串联在电流中的同时参与的大量部件的影响。这种电路的另一缺点也在于不连续的电流脉冲被施加在电网上，这需要电容性干线滤波器，由于其自身对空闲功率(idle power)的需求，其原理上固有地使得功率因数劣化并使部分负载范围内电路的效率劣化。尽管这样的电容性干线滤波器可使用另一已知电路来避免(DE 197 32 218 C1)，为此需要九个有源开关，其中的至少两个必须以高频同时开关，使得构造成本甚至进一步增大，整个设备的鲁棒性和效率受到负面影响。飞行电感器的拓扑进一步具有开关的电压负载依赖于干线电压且对干线电力故障敏感的缺点，并具有仅能在三个变换器的帮助下通过三倍使用(three-fold use)以三相运行模式运行的缺点。不论这些，需要具有电流源特性的变换器，其在许多情况下是不希望的。
最后，这样的设备是已知的(US 2007/0047277 A1)：其用于具有双极电压中间电路的变换器，该电路包含在接地端子上连接在一起的两个串联连接的电容器。这种类型的变换器目前主要用于文中的目的，其可被配置为3电平电路中的半桥变换器，以及根据需要，配置为用于一相或三相电网电源的变换器。在所有这些情况下，两个电容器之间的连接节点构成接地端子，接地端子与相应的电网的零或中性导体相关联并与之相连接。
这种已知设备的DC电压转换器包含一个扼流器(choke)、两个二极管和一个开关。在这种情况下，变换器的接地端子可被连接到DC电压发生器的负输出。这通过使用存储扼流器(storage choke)而变为可能，其由两个磁耦合线圈构成。这种存储扼流器的两个线圈通过这样的方式在一端电气连接在一起：一方面，当开关闭合时，两个线圈中的一个由DC电压发生器充电，另一个线圈借助磁耦合经由第一个线圈充电，另一方面，当开关断开时，两个线圈通过两个电容器中相关联的相应的一个并通过属于其的二极管来放电。
该设备使得可以将DC电压发生器以相对较为简单的装置接地、特别是没有变压器并仅仅具有一个开关的优点受到以下缺点的抵消：接地端子仅仅能被连接到DC电压转换器的负输出。另外，此设备不允许关于故障电流对从接地端子引到DC电压发生器的接地导线进行监视，因为在原理上，运行电流也在此接地导线中流动。
发明内容
鉴于现有技术，本发明的技术问题在于以这样的方式对上面提到的类型的设备、特别是适应于其的DC电压转换器进行配置：可以在任何端子将DC电压发生器接地，且这可用相对较为简单的构造装置来实现。
根据本发明，对此问题的解决方案用权利要求1和16的特征实现。
本发明允许通过使用DC电压转换器的DC电压发生器的接地运行，其在最简单的情况下仅仅需要一个存储扼流器、两个二极管和两个开关。结果，尽管成本仅仅轻微增加，获得了DC电压发生器几乎可在任何地方接地的优点。
本发明的进一步的优点将由从属权利要求明了。
附图说明
参照附图阅读示例性说明将更好地理解本发明，在附图中：
图1-3示出了本发明用于将电能馈送到供能系统的设备的第一示例性实施例，对于DC电压发生器，其具有三种不同的接地可能；
图4示出了对图1-3所示设备的两个开关进行控制的信号以及结果得到的电流曲线；
图5示出了图1-3所示的设备，但具有轻微修改的DC电压转换器；
图6-7示出了本发明的设备的第二示例性实施例，对于DC电压发生器，其具有两种不同的接地可能；
图8-10原理性地示出了图6-7所示的DC电压转换器，其作为具有可通过插头接点选择的结构的部件；以及
图11-13为不同类型的变换器，其可与本发明的DC电压转换器运行，作为对图1-3所示变换器的替代方式。
具体实施方式
根据图1，用于产生电能的设备包含DC电压发生器1、DC电压转换器2、变换器3。DC电压产生器1包含例如光电池或燃料电池发电器，并包含在两个输出4(+)和5(-)上与之并联连接的电容器C。
在本申请的范围内，优选的变换器3包含两个输出6、7，其在这里用于电能向电网8的单相供给，电网8的相线L被连接到输出6，零或中性导体N连接到输出7。变换器3另外包含三个输入E1、E2、E3。在输入E1与E2之间，布置两个串联连接的电容器C1与C2，其连接点位于输入E3上。电容器C1与C2构成变换器3的常见的双极电压中间电路。如图1所示，变换器3被配置为半桥变换器，并为此目的具有两个开关S1和S2，其一个端子分别连接到输入E1与E2中相应的一个，另一个端子引到公共的连接节点9，并由此经由平滑或电网扼流器L1引到输出6。另外，二极管D1、D2与两个开关S1、S2中相应的一个并联连接，由此可使二极管D1从连接点9向着输入E1的连接点E1导通，并使二极管D2从输入E3向着连接点9导通，所述二极管分别以相反的方向关闭。最后，输入E3直接连接到输出7，另一方面接地，作为其结果，被配置为接地端子。
变换器3基本上如下运行：如果开关S1、S2交替开通和断开，电容器C1的相对于E3为正的一侧(输入E1)经由连接节点9和电网扼流器L1被连接到相线L，例如，在开关信号的正半波中(开关S1首先闭合，开关S2断开)。当开关S1接下来断开时，电流可继续流经电网扼流器L1、电容器C2和二极管D2。在电网8的负半波期间(开关S1断开，开关S2首先闭合)，电容器C2的相对于E3为负的一侧(输入E2)经由连接节点9和扼流器L1被连接到相线L，允许电流在开关S2已闭合后继续流经二极管D1和电容器C1。两个电容器C1、C2交替放电，作为其结果，它们以已知的方式在任何合适的DC电压转换器的协助下被重新充电。
所介绍的类型的设备是公知的(例如US 2007/0047277 A1，图10)，因此不需要对本领域技术人员详细介绍。
参照图1，本发明的DC电压转换器2具有：两个输入10，11，它们被连接到DC电压发生器1的两个输出4和5；三个输出12、13、14，它们被连接到变换器3的输入E1、E2、E3。在输入10上连接开关S3，其引向连接节点15。存储扼流器16的一个端子连接到此连接节点15，所述存储扼流器的另一端子位于连接节点17上，连接节点17与输入11经由第二开关S4连接。另外，连接节点17经由第一二极管D3连接到输出12，同时，输出13经由第二二极管D4引向连接节点15。可以以输出12的方向使得二极管D3导通，以连接节点15的方向使二极管D4导通，两个均以相应的相反方向关闭。结果，DC电压转换器的运行原理如下：
当开关S3和S4同时闭合时，存储扼流器16由DC电压发生器1或由其电容器C重新充电。开关S3、存储扼流器16和开关S4构成第一串联电路，其用于在存储扼流器16中存储电能。此时，二极管D3和D4防止电流流入电容器C1和C2或从电容器C1和C2流出。相反，如果两个开关S3和S4同时断开，存储扼流器16经由二极管D3、串联连接的电容器C1与C2、二极管D4放电。在这一阶段，存储扼流器16与部件D3、C1、C2、D4一起形成第二串联电路，用于对存储扼流器16放电，或者用于相应地对电容器C1、C2重新充电。如果两个电容器C1、C2具有同样的电容，它们被充电到同样的电压UC1＝UC2。
在其断开情况下，开关S3、S4的电压负载相对较小。当二极管D3、D4导通时，开关S3上的电压最大为US3＝UC+UC2，其中，UC为DC电压发生器1的输出电压。相反，开关S4上的电压最大为US4＝UC1。
不论这些，所介绍的DC电压转换器2提供了这样的优点：DC电压发生器1可用相对较大的输出电压范围运行。如果缺少DC电压转换器2，应当确定，即使在不利的条件下，DC电压发生器1总是向输入E1和E2供给电容器C1和C2被充电到高于电网幅度(通常大约±325V)的电压的高输出电压。相反，如果设置升压DC电压转换器2，即使DC电压发生器1的输出电压低于转换器3(或电网8)最小需要的电压，电容器C1、C2上的电压可通过选择开关S3和S4运行的脉冲占空比被设置为希望的高度。
另外，所介绍的设备在使用中非常灵活的。这是因为，取决于为S3和S4选择的脉冲占空比，C1和C2上的电压可均相比于电容器C上的输入电压较高和较低。如果脉冲占空比大于0.5，DC电压转换器运行在升压运行模式。如果脉冲占空比小于0.5，DC电压转换器2运行在降压运行模式。特别地，0.5的脉冲占空比导致施加到DC电压发生器1的输出上的电压被直接馈送。变换器开关S1和S2的最大电压负载为大约2·UC1，其中，UC1为电容器C1上的最大电压。在最简单的情况下，也可总是使得这些开关中的仅仅一个对于各个半干线周期以高频开关，同时，另一个保持关断。另外，进入电网8的连续电流在变换器侧是可能的。
最终获得本发明的主要优点，其中，接地点E3可以视情况可选地与DC电压转换器2的输入11且结果用负输出5(图1)、DC电压转换器2的输入10且结果与正输出5(图2)或与DC电压发生器1的任何其他端子18(图3)连接，这也对于电网8的中性导体N适用。在正常运行期间，没有电流流过接地导线19(图1)或20(图2)或21(图3)，其分别用虚线示出，且其将接地点E3与DC电压转换器2的对应的输入或DC电压发生器1的对应输出连接。这特别是由于，存储扼流器16与部件E3、C1、C2、D4一起构成电路，其自身闭合且不包含线19、20或21。结果，可以做出结论，如果电流仍然在线19、20或21中流动，发电器中存在故障。根据本发明，采用断路器等形式的监视元件优选为布置在线19、20或21中，用于在超过预选的可容忍电流峰值时自动关断发电器。该功能不依赖于接地端子E3连接到DC电压转换器2的哪个输入或是DC电压发生器1的哪个输出。
以已知的方式，开关S1-S4实际被配置为半导体开关，其可在用这里未示出的控制单元(微控制器、PWM控制器等)操作时周期性地开通以及关断，开关频率例如为16kHz或更大。
用于致动开关S3和S4的信号以及存储扼流器16的电流路径以举例的方式在图4中示出，由此可见，两个开关S3、S4总是同时开通和关断。
图5示出了在图1-3上修改的示例性实施例，存储扼流器16通过中心端子或线圈抽头23被分为两个线圈部分W11和W12。在这种情况下，进行布置，使得连接节点15连接到抽头23，作为其结果，由抽头23固定的存储扼流器16的仅仅部分W11在用于对存储扼流器16进行充电的第一电路中，而第二电路包含位于二极管D4和D3之间的整个存储扼流器16或其部分W11+W12。结果，对于输入电压和输出电压之间的关系、开关S3和二极管D3与D4的负载，可以分接本发明的布置的另一最优化电位。如果传送比较高，除S3和S4的脉冲占空比以外，可以经由关系(W12+W11)：W11来影响部件的有效电流和电压负载。原理上，抽头23的位置可被任意选择。抽头23的特殊优点在于，在断开条件下，开关S3上的最大电压负载仅仅由电压US3＝UC+[-n/(n+1)]·UC1+UC2给出，其中，n＝W12/W11，W11和W12同时指线圈W11和W12的绕组匝数。开关S4上的电压负载为US4＝UC1。或者，还可以将抽头23以类似的方式与开关S4连接。对于其余部分，图5所示的设备对应于图1-3所示的，这是DC电压转换器2的输出14可视情况可选地与输出4或5或与DC电压发生器1的任何其他输出连接的原因。
本发明的另一示例性实施例在图6和7中示出。此实施例与图1-5中所示的不同，特别在于所介绍的优点在这里用耦合存储扼流器24获得，其自身是已知的但其以迄今为止未知的方式电气连接。存储扼流器24包含第一线圈W1和第二线圈W2，其磁耦合在一起，例如为此目的而绕卷在共有的芯25上。
类似于图1中的扼流器16，第一线圈W1电气插入在两个开关S3、S3之间或在两个连接节点15、17之间。另外，像图1中那样，连接节点17经由二极管D3被连接到输出12。相反，DC电压转换器2的输入13经由二极管D5被连接到线圈W2的端子，其另一端子经由连接节点26和二极管D6引向连接节点15。另外，连接节点26连接到输出14。采用这种设置，功能如下：
存储扼流器24的第一线圈W1与两个开关S3、S4一起构成第一串联电路，其与DC电压发生器1的输出4、5并联放置，并用于在开关S3、S4闭合时用电能对线圈W1充电。由于两个线圈W1、W2磁耦合，线圈W2在这一阶段经由线圈W1也被充电。两个线圈W1、W2的绕卷方向由此被选择为获得端子上相同的电压极性，其在图6中用点示出。
在开关S3、S4断开的条件下，两个线圈W1、W2位于第二串联电路中，其从线圈W1的端子之一(连接节点17)经由二极管D3、串联安装的电容器C1和C2、二极管D5、线圈W2、连接节点26、二极管D6回到线圈W1的另一端子(连接节点15)。类似于图1所示的情况，此第二电路为自己闭合的电路，用于联合地对线圈W1、W2放电或联合地对电容器C1、C2充电。另外，两个线圈W1、W2通过此电路电气连接在一起。
作为这种布置的结果，可以视情况可选地通过线19(图6)或线20(图7)将DC电压转换器2的输出14或变换器3的输出E3连接到DC电压转换器2的输入11或10，且作为其结果也视情况可选地连接到DC电压发生器1的输出5或4，以便在正输出4(图7)或负输出5(图6)上将之接地。另外，类似于图3，输入E3可被连接到DC电压发生器1的任何中间输出。在所有所介绍的情况下，这些线19、20——如果适用的话，以及21——不在正常运行中使用，因为在对存储扼流器16的充电或是放电过程中均不允许电流流经这些线19-21。结果，如同图1-5示出的情况那样，在这些线19-21中或在接地点E3和端子4、5、18中的一个之间仍然测得的电流可为DC电压转换器2或发电器中的故障的表示，并可用于关断发电器。
图6所示的设备超越图1-3所示设备的优点由于开关S3的较低电压负载产生。由于二极管D6在开关S3和S4的阻塞阶段导通，施加在开关S3上的最大电压为电压UC，而电压UC1被施加在S4上，因为二极管D3也导通，在图7所示的设备中，相反，开关S3上的电压负载等于零，开关S4上的电压负载等于UC+UC1。
根据未单独示出的本发明另一示例性实施例，扼流器线圈16的线圈W1可被抽头分为两部分，以类似于图5的方式。像在图5中一样，由此，可以将抽头连接到连接节点15、17中的一个，同时，将两个线圈部分布置在第二电路中。在需要时，图6、7所示的示例性实施例的开关S3的电压负载作为其结果进一步减小。
图6、7中线圈W1、W2的磁耦合优选为通过将它们绕卷在一个共有的芯上来获得，其根据需要彼此相叠。优选为，在图6、7所原理性地示出的布置中，它们具有相同的绕组匝数，实际上以相反的绕卷方向绕在芯25上，以便在充电和放电期间获得正确的电流方向。
图8-10示出了如何能将DC电压转换器2、这里特别地为图6和7中所示的DC电压转换器2配置为具有多个端子的部件27，端子被配置为插头接点等。如图8所示，与图6和7中不同，除了输入10、11和输出12、13以外，DC电压转换器2具有四个附加输出28、29、30、31，且没有输出14。端子28被直接连接到输入10。端子31被连接到输入11。另外，端子29被连接到线圈W2的远离二极管D5的端子，端子30被连接到连接端子26，此端子不与图8中的点26连通。通过适当的连接，DC电压发生器1的接地现在可视情况可选地设置在负端子5(图9)或正端子4(图10)上。
如果接地希望在负输出5上发生，端子31如图9所示地接地，并连接到变换器3的输入E3，结果，经由监视元件32连接到电网8的中性导体N。另外，端子29和30连接在一起。结果，获得图6所示的布置，如果使用部件27的话，将DC电压发生器1的输出4、5连接到其输入10、11，其输出12、13到变换器3的输入E1、E2，其端子29、30结合地到变换器3的输入E3。
相反，如果希望接地在DC电压发生器1的正输出上发生，端子28如图10所示地接地，并经由监视元件32连接到变换器3的输入E3。其他的连接如图9那样发生。通过仅仅重新插接位于那里的DC电压转换器2或部件27的端子28、31，具有选择在正还是负输出4、5上对DC电压发生器1进行接地的选择。部件27的其他输出可用于将DC电压发生器1的中间端子接地。
当使用图1-5所示的DC电压转换器时，接下来同样的过程。
尽管上面仅仅参照被配置为半桥变换器的变换器3进行了介绍，本领域技术人员将会明了，具有双极电压中间电路的其他变换器可被连接到本发明的DC电压转换器2。这在图11至图13中原理性地示出。图11示出了三电平电路中的半桥变换器，图12示出了具有中间点的三点电路(各自在一相实施中)中的另一变换器，图13示出了用于三相电网8电源的变换器。所有三个变换器具有双极电压中间电路，输入E1到E3以及输出6、7对应于上面进行的介绍。由于这种类型的变换器本身是已知的，不需要对之进一步进行讨论。
本发明不限于所介绍的示例性实施例，其可以以多种方式变化。这特别适用于，如图中可见，变换器3和DC电压转换器2优选为制造和发售为完整结构单元，但它们也可制造和发售为分立的部件。参照图8-10所介绍的实施例对之特别适用，因为它们使得大规模制造不依赖于特定情况下希望的DC电压转换器1的接地类型的通用DC电压转换器成为可能。因此，本发明不仅涉及DC电压转换器2和变换器3的组合，还涉及单独的DC电压转换器。还应明了，在上面给出的介绍中，仅仅介绍了理解本发明所必需的部件，特别地，可附加提供需要且已知的控制元件、MPP控制器等。另外，将会明了，多种特征可以以与所介绍和示出的不同的其他组合使用。

Claims (19)

1.一种用于向电网(8)馈入电能的设备，具有用于连接到DC电压发生器(1)的DC电压转换器(2)以及连接于其上的用于连接到所述电网(8)的变换器(3)，所述变换器(3)包含具有两个电容器(C1，C2)的双极电压中间电路，所述电容器串联放置且在用于连接到所述DC电压发生器(1)的一端子的接地端子(E3)上连接在一起，所述DC电压转换器(2)包含至少两个二极管(D3，D4)、一个开关和一个存储扼流器(16)，存储扼流器(16)在开关闭合时由DC电压发生器(1)充电并在开关断开时经由电容器(C1，C2)和二极管(D3，D4)放电，其特征在于：
一方面，存储扼流器(16)与两个开关(S3，S4)一起构成第一电路，用于对所述存储扼流器(16)充电，所述电路适用于通过闭合开关(S3，S4)连接到所述DC电压发生器(1)，另一方面，其与两个二极管(D3，D4)以及两个电容器(C1，C2)一起位于第二电路中，用于经由两个电容器(C1，C2)以及二极管(D3，D4)同时对存储扼流器(16)放电，所述第二电路通过断开开关(S3，S4)而运行。
2.根据权利要求1的设备，其特征在于，第一电路为串联电路，其中，存储扼流器(16)电气插入在两个开关(S3，S4)之间。
3.根据权利要求1或2的设备，其特征在于，第二电路为串联电路，其从存储扼流器(16)的第一端子经由第一二极管(D3)、两个电容器(C1，C2)、第二二极管(D4)引到存储扼流器(16)的第二端子。
4.根据权利要求1-3中任意一项的设备，其特征在于，存储扼流器(16)被分割并包含线圈抽头(23)，线圈抽头(23)被连接到两个开关(S3，S4)中的一个，使得存储扼流器(16)的由所述抽头(23)固定的仅仅一个第一部分(W11)位于第一电路，而存储扼流器(16)的第二部分(W1+W2)位于第二电路。
5.根据权利要求1的设备，其特征在于，存储扼流器(16)包含第一线圈(W1)和第二线圈(W2)，所述两个线圈(W1，W2)磁耦合在一起并电连接在一起，所述第一线圈(W1)与两个开关(S3，S4)一起构成第一电路，两个线圈(W1，W2)一起位于第二电路中。
6.根据权利要求5的设备，其特征在于，第二电路为串联电路，其从第一线圈(W1)的第一端子经由第一二极管(D3)、两个电容器(C1，C2)、第二二极管(D5)、第二线圈(W2)以及第三二极管(D6)回到第一线圈(W1)的第二端子。
7.根据权利要求5或6的设备，其特征在于，第一线圈(W1)被分割并包含连接到两个开关(S3，S4)中的一个的线圈抽头，使得由所述抽头固定的第一线圈的仅仅一个第一部分位于第一电路，而第一线圈的第二部分被布置在第二电路中。
8.根据权利要求5-7中任意一项的设备，其特征在于，两个线圈(W1，W2)绕卷在一个共有的芯(16)上。
9.根据权利要求8的设备，其特征在于，线圈(W1，W2)以相反的绕卷方向绕卷在芯(16)上。
10.根据权利要求5-9中任意一项的设备，其特征在于，两个线圈(W1，W2)具有相同的绕卷数。
11.根据权利要求1-10中任意一项的设备，其特征在于，DC电压转换器(2)被配置为包含多个端子(12，13，28-31)的部件(27)，端子被配置为插头接点，借助插头接点，依赖于对于DC电压发生器(1)所希望的接地，DC电压转换器(2)可被连接到变换器(3)的相关联的输入。
12.根据权利要求1-11中任意一项的设备，其特征在于，DC电压转换器(2)具有接地导线(19，20，21)，其将将被连接到DC电压发生器(1)的输入(10，11)连接到将被连接到变换器(3)的接地端子(E3)的输出(14)。
13.根据权利要求12的设备，其特征在于，用于检测故障电流的监视元件(32)被连接在接地导线(19，20，21)中。
14.根据权利要求1-13中任意一项的设备，其特征在于，变换器(3)被配置为包含半桥的变换器。
15.根据权利要求1-13中任意一项的设备，其特征在于，变换器(3)被配置为3电平电路中具有半桥的变换器(图7)。
16.根据权利要求1-13中任意一项的设备，其特征在于，变换器(3)被配置为具有中心点的3电平电路中具有半桥的变换器(图8)。
17.根据权利要求1-13中任意一项的设备，其特征在于，变换器(3)被配置为到电网(8)的电能的单相或三相电源(图2到6或7)。
18.一种DC电压转换器，其用于向电网(8)馈送电能的设备，并用于DC电压发生器(1)和具有双极电压中间电路(C1，C2)的变换器(3)之间的布置，其特征在于，其被配置为如权利要求1-13中的至少一项所述。
19.根据权利要求18的DC电压转换器，其特征在于，其与变换器(3)相结合，以形成结构单元。
CN2008800203070A 2007-06-15 2008-04-12 用于向电网馈入电能的设备 Expired - Fee Related CN101682194B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007028078A DE102007028078B4 (de) 2007-06-15 2007-06-15 Vorrichtung zur Einspeisung elektrischer Energie in ein Energieversorgungsnetz und Gleichspannungswandler für eine solche Vorrichtung
DE102007028078.7 2007-06-15
PCT/DE2008/000620 WO2009010025A1 (de) 2007-06-15 2008-04-12 Vorrichtung zur einspeisung elektrischer energie in ein energieversorgungsnetz und gleichspannungswandler für eine solche vorrichtung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101682194A true CN101682194A (zh) 2010-03-24
CN101682194B CN101682194B (zh) 2013-05-22

Family

ID=39753492

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2008800203070A Expired - Fee Related CN101682194B (zh) 2007-06-15 2008-04-12 用于向电网馈入电能的设备

Country Status (9)

Country Link
US (1) US7944091B2 (zh)
EP (1) EP2067230B1 (zh)
JP (1) JP5127001B2 (zh)
KR (1) KR101029198B1 (zh)
CN (1) CN101682194B (zh)
AT (1) ATE482507T1 (zh)
DE (2) DE102007028078B4 (zh)
ES (1) ES2349394T3 (zh)
WO (1) WO2009010025A1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103296713A (zh) * 2012-02-24 2013-09-11 罗伯特·博世有限公司 用于储能装置的充电电路和为储能装置充电的方法
CN103296910A (zh) * 2012-02-24 2013-09-11 罗伯特·博世有限公司 储能装置的直流电压截取装置和由储能装置生成直流电压的方法
CN103329419A (zh) * 2010-12-17 2013-09-25 高通股份有限公司 双级功率转换
CN112425025A (zh) * 2018-07-26 2021-02-26 纬湃科技有限责任公司 车辆侧充电电路

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007029767B3 (de) * 2007-06-22 2008-12-24 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Wechselrichter
EP2148417B1 (de) * 2008-07-22 2018-01-10 SMA Solar Technology AG Wechselrichterschaltungsanordnung für einen Photovoltaikgenerator mit mehreren eingangs seriell geschalteten Stromrichtern
DE102008048841B8 (de) * 2008-09-25 2010-06-10 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Trennschaltung für Wechselrichter
DE102008063201A1 (de) * 2008-12-29 2010-07-22 Martin Weinmann Verfahren und Schaltungsanordnung zur Speisung des Spannungszwischenkreises eines Wechselrichters
JP2011078290A (ja) * 2009-10-02 2011-04-14 Tabuchi Electric Co Ltd 電力変換装置および太陽光発電システム
EP2317635A1 (en) * 2009-11-02 2011-05-04 ABB Research Ltd Non-isolated DC-DC converter assembly
US8433528B2 (en) * 2009-12-18 2013-04-30 Rockwell Automation Technologies, Inc. Ground fault detection system and method
EP2367275B2 (en) 2010-03-18 2020-12-23 MARICI Holdings The Netherlands B.V. Non-isolated DC - DC converter for solar power plant
DE102010060463B4 (de) * 2010-11-09 2013-04-25 Sma Solar Technology Ag Schaltungsanordnung zur Potentialeinstellung eines Photovoltaikgenerators und Photovoltaikanlage
JP5282855B2 (ja) * 2010-11-17 2013-09-04 富士電機株式会社 交流−交流変換装置
US8929114B2 (en) * 2011-02-24 2015-01-06 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Three-level active neutral point clamped zero voltage switching converter
EP2730018B1 (en) * 2011-07-08 2019-11-20 SMA Solar Technology AG Integrated boost / 3-level inverter for grid coupling of dc sources, power generation plant and operating method
DE102011052768A1 (de) 2011-08-17 2013-02-21 Sma Solar Technology Ag Wechselrichter mit gekoppelten Induktivitäten
DE102012101340B4 (de) 2012-02-20 2015-11-19 Sma Solar Technology Ag Schutz von Photovoltaikmodulen eines Photovoltaikgenerators vor Überspannungen gegenüber Erde
CN103718447B (zh) * 2012-04-10 2017-06-23 富士电机株式会社 功率转换设备
UA104964C2 (uk) * 2013-03-18 2014-03-25 Володимир Олексійович Кльосов Джерело живлення системи електричного опалювання
CN103259433B (zh) * 2013-05-20 2015-05-13 南京理工大学 基于正激变换器的高频隔离式三电平逆变器
EP2874303B1 (en) * 2013-11-15 2019-01-02 Mitsubishi Electric R & D Centre Europe B.V. DC/AC inverter
FR3027151B1 (fr) 2014-10-08 2016-12-09 Schneider Electric Ind Sas Circuit electrique transformateur et installation comportant un tel circuit
DE102014225288A1 (de) * 2014-12-09 2016-06-09 Zf Friedrichshafen Ag Wankstabilisierungssystem für ein Kraftfahrzeug
DE102015105889A1 (de) * 2015-04-17 2016-10-20 Ge Energy Power Conversion Technology Limited Schaltmodul und Umrichter mit wenigstens einem Schaltmodul
US9812867B2 (en) * 2015-06-12 2017-11-07 Black Night Enterprises, Inc. Capacitor enhanced multi-element photovoltaic cell
US10381917B2 (en) * 2017-03-23 2019-08-13 Eaton Intelligent Power Limited Power converter apparatus and methods using adaptive node balancing
US10097109B1 (en) * 2017-07-19 2018-10-09 Futurewei Technologies, Inc. Three-level voltage bus apparatus and method
JP7021478B2 (ja) * 2017-09-04 2022-02-17 オムロン株式会社 太陽光発電システム及び変換器
DE102018201925A1 (de) * 2018-02-07 2019-08-08 Würth Elektronik eiSos Gmbh & Co. KG Vorrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie und Energieerzeuger mit einer derartigen Vorrichtung
GB201805517D0 (en) * 2018-04-04 2018-05-16 Rolls Royce Plc Dc-ac converter and method of dc-ac conversion
US10976762B2 (en) * 2018-10-26 2021-04-13 Rolls-Royce North American Technologies, Inc. Control of an electrical power system responsive to sensing a ground fault
CN113904576B (zh) * 2021-10-26 2023-08-08 南京信息工程大学 一种集成升压光伏并网逆变器及其控制方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2630221B2 (ja) * 1993-10-08 1997-07-16 日本電気株式会社 Ｄｃ−ｄｃコンバータ
DE19642522C1 (de) 1996-10-15 1998-04-23 Dietrich Karschny Wechselrichter
DE19732218C1 (de) 1997-07-26 1999-03-18 Dirk Schekulin Transformatorlose Wechselrichter-Schaltungsanordnung
JP3520961B2 (ja) * 1998-02-09 2004-04-19 山洋電気株式会社 インバータ装置
JP2000287441A (ja) * 1999-03-31 2000-10-13 Shindengen Electric Mfg Co Ltd 二出力チョッパ回路
US6275392B1 (en) * 2000-09-27 2001-08-14 Rockwell Technologies, Llc Method and apparatus for pre-charge control of VSI
JP3888895B2 (ja) * 2001-12-21 2007-03-07 富士通株式会社 正負電源発生装置および半導体装置
DE10221592A1 (de) 2002-05-15 2003-12-04 Fraunhofer Ges Forschung Wechselrichter sowie Verfahren zum Umwandeln einer elektrischen Gleichspannung in einen Wechselstrom
DE10225020A1 (de) 2002-06-06 2003-12-24 Sma Regelsysteme Gmbh Schaltungsanordnung, Verfahren zur Wechselstromerzeugung
DE10312921A1 (de) * 2003-03-22 2004-10-14 Sma Regelsysteme Gmbh Schaltungsanordnung, Zusatzmodul und Solaranlagen-System
DE102004030912B3 (de) * 2004-06-25 2006-01-19 Sma Technologie Ag Verfahren zum Umwandeln einer elektrischen Gleichspannung einer Gleichspannungsquelle, insbesondere einer Photovoltaik-Gleichspannungsquelle in eine Wechselspannung
DE102004037446B4 (de) * 2004-08-02 2006-11-02 Conergy Ag Trafoloser Wechselrichter für solare Netzeinspeisung
JP4657760B2 (ja) * 2005-02-28 2011-03-23 セイコーインスツル株式会社 スイッチングレギュレータ
TW200709544A (en) 2005-08-29 2007-03-01 Ind Tech Res Inst Transformer-free power conversion circuit for parallel connection with commercial electricity system
WO2007048420A1 (en) * 2005-10-24 2007-05-03 Conergy Ag Inverter

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103329419A (zh) * 2010-12-17 2013-09-25 高通股份有限公司 双级功率转换
CN105186871A (zh) * 2010-12-17 2015-12-23 高通股份有限公司 双级功率转换
CN105186871B (zh) * 2010-12-17 2018-09-28 高通股份有限公司 双级功率转换
CN103296713A (zh) * 2012-02-24 2013-09-11 罗伯特·博世有限公司 用于储能装置的充电电路和为储能装置充电的方法
CN103296910A (zh) * 2012-02-24 2013-09-11 罗伯特·博世有限公司 储能装置的直流电压截取装置和由储能装置生成直流电压的方法
CN103296910B (zh) * 2012-02-24 2017-04-26 罗伯特·博世有限公司 储能装置的直流电压截取装置和由储能装置生成直流电压的方法
CN103296713B (zh) * 2012-02-24 2017-04-26 罗伯特·博世有限公司 用于储能装置的充电电路和为储能装置充电的方法
CN112425025A (zh) * 2018-07-26 2021-02-26 纬湃科技有限责任公司 车辆侧充电电路
CN112425025B (zh) * 2018-07-26 2024-05-14 纬湃科技有限责任公司 车辆侧充电电路

Also Published As

Publication number Publication date
EP2067230A1 (de) 2009-06-10
ATE482507T1 (de) 2010-10-15
US7944091B2 (en) 2011-05-17
WO2009010025A1 (de) 2009-01-22
EP2067230B1 (de) 2010-09-22
DE102007028078A1 (de) 2008-12-24
WO2009010025A8 (de) 2009-04-23
CN101682194B (zh) 2013-05-22
KR20090052376A (ko) 2009-05-25
DE502008001379D1 (de) 2010-11-04
ES2349394T3 (es) 2010-12-30
JP5127001B2 (ja) 2013-01-23
KR101029198B1 (ko) 2011-04-12
DE102007028078B4 (de) 2009-04-16
US20090201706A1 (en) 2009-08-13
JP2010530206A (ja) 2010-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101682194B (zh) 用于向电网馈入电能的设备
CN101682260B (zh) 用于将电能馈送到电网的装置
CN101689760B (zh) 用于将电能馈送到供电系统的变换器
US11201476B2 (en) Photovoltaic power device and wiring
CN105308824B (zh) 具有直流电压供给线路的蓄能装置以及用于由蓄能装置提供直流电的方法
CN101657946B (zh) 三相大功率不间断电源
KR101030048B1 (ko) 파워 컨버터 회로
US8928176B2 (en) Energy storage system
US11292352B1 (en) Systems, apparatus and methods for electric vehicle charging via a power conversion system
CN101878587A (zh) 具有多个功率变换器的开关模式脉宽调制的dc-dc转换器
CN102545671A (zh) 发电系统、电力转换器系统和转换电力的方法
CN104218805B (zh) 一种单双极性转换直流变换器
CN103178703A (zh) 电源模块和具有该电源模块的多重供电装置
KR20090017426A (ko) 인버터
CN110474359A (zh) 增加光伏（pv）模块的可靠性和使用寿命的系统和方法
JP4494562B2 (ja) 太陽光発電用電力変換装置
KR20090017427A (ko) 인버터
CN112005460A (zh) 供电设备
US11949342B2 (en) Multiple port power converter device
JPH1014111A (ja) 系統連系電源システム
CN217115924U (zh) 一种单相三线式逆变电路及单相三线逆变器
US20180166983A1 (en) Column-Switched Multi-Module DC-to-DC Power Transformation System
JP2022164539A (ja) 充電装置
US10700597B1 (en) Distribution transformer power flow controller
KR20180106389A (ko) 인버터시스템

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20130522

Termination date: 20160412