CN103166245A - 使逆变器投入运行的方法以及逆变器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使逆变器（10）投入运行的方法，该逆变器具有一个含有连接第一发电机的第一输入端口（117）的第一升压转换器（110）和一个含有连接第二发电机的第二输入端口（127）的第二升压转换器（120），该方法中第一升压转换器（110）的第一升压转换器开关（112）以第一测试开关模式（200、300）进行控制。在以第一测试开关模式（200、300）进行控制的过程中确定在第一输入端口（117）的功率特征值，并且，一旦该功率特征值超过第一阈值，就使第一升压转换器（110）投入运行。否则，通过第一升压转换器开关（112）使第一输入端口（117）发生短路。

Description

使逆变器投入运行的方法以及逆变器

技术领域

本发明涉及一种使逆变器投入运行的方法，其中该逆变器具有一个含有连接第一串列的第一输入端口的第一升压转换器和一个含有连接第二串列的第二输入端口的第二升压转换器。本发明还涉及具有控制单元的逆变器，其用于实施本方法。

背景技术

以可再生的能源形式获取能源具有越来越重要的意义。通过光伏（PV-）设备进行发电在这方面起重要的作用。这类设备具有多个PV-模块，这些模块彼此连接成所谓的串列以产生能量。为了能够制造出灵活且高效的设备结构，与PV-模块相连的逆变器需要提供一种可能，可将若干个串列连接到逆变器的彼此分开的输入端口上。在此期望的是，彼此独立地调整各个连接的串列的工作点，以达到各个串列的功率输出的最大值。由此为了将连接上的串列的发电机电压形式的工作点增益到中间电路（若干个升压转换器连接到该中间电路上）的电压值，逆变器通常具有多个升压转换器。这里不一定要在每个升压转换器上连接一个串列以保证逆变器的运行。为了运行每一个真正连接有串列的升压转换器，在启动过程中的投入运行的逆变器需要验证，在升压转换器的相应输入端是否连接有串列形式的发电机。一旦确定了没有发电机，相应的升压转换器在逆变器的运行期间不工作。

对于应用了多个升压转换器的逆变器，例如由于通过多个不工作的升压转换器的漏电升压转换器，随着时间的推移对设置在相应的升压转换器的输入端口的触点之间的输入端电容充电，充电电压可达到整个中间电路的电压值，即几百伏。该电压在下文中被称为幻象电压。前述效应一方面可以引起，在逆变器的运行过程中在相应的输入端口的输入电压的监控导致了这样的结果，即在输入端口对已连接的发电机发生错误识别。这有可能引起，逆变器的通讯设备输出或者示出错误的状态量，然而也有可能导致，逆变器由于安全理由从电网断开或者在逆变器的启动过程中运行的测试程序中阻止了逆变器连接到电网的过程。所有这些后果都不能被接收。

由现有技术已知，可控地将逆变器的输入端电容通过并联电阻持续放电，或者该放电通过所谓的电阻斩波器受控制地进行，该斩波器由具有由逆变器控制的开关的电阻的串联电路形成。第一种情况的代价是，长时间的放电电流导致逆变器的增益损失，而第二种情况下由于额外的组件会提高逆变器的造价。

发明内容

由此本发明的目的是，提供一种方法，该方法实现了，不在逆变器中添加额外的组件却能够运行逆变器，其中一方面，没有与发电机相连接的输入端口在投入运行时可靠地被识别出，另一方面，该输入端口在运行过程中保持没有电压。

为实现该目的，公开了根据本发明的具有权利要求1的特征的方法。本发明的实施方式在从属权利要求中给出。此外在并列权利要求12中提到一种具有控制单元的逆变器，该控制单元设置用于实施根据本发明的方法。

根据本发明的逆变器具有一个含有连接第一串列的第一输入端口的第一升压转换器和一个含有连接第二串列的第二输入端口的第二升压转换器，该逆变器的投入运行的方法包含以下步骤：

第一升压转换器的第一升压转换器开关以第一测试开关模式进行控制，其中在以第一测试开关模式进行控制的过程中测定一个在第一升压转换器的输入端口的功率特征值。该特征值可以包含流过输入端口的电流值，或者该特征值可以为由该电流值确定或者计算出的值。同样该特征值可以包含输入端口的电压值或者为由该电压值确定的值。一旦该功率特征值超过第一阈值，第一升压转换器在正常情况下就投入运行，否则，由第一升压转换器开关使输入端口发生短路。

该阈值这样选择，通过与功率特征值进行比较可以可靠地区分出，是否确实有一个能量源、特别是一个串列或者特征为多个串列并联的PV-发电机连接到输入端口。投入运行只能通过经认可的能量源的接入进行。功率特征值的确定可以通过单个测量或者多个测量进行。可以取多个测量的中值，或者功率特征值可以确定为包含单个测量值的差值的测量值大小的随时间变化的趋势。原则上功率特征值的每一种确定方式都适用，其实现了对充电状态或者安装于输入端口的触点之间的输入端电容的可放电性的判断。

测试开关模式可以具有一系列的导通阶段，其中导通阶段的用时优选地选择为足够的短，以避免由于输入端电容的放电或者由于能量源的额外的电流导致的第一升压转换器开关的过载。特别可以使用一个电流传感器来限定流过开关即流过输入端口的电流强度小于最大电流值，其中开关时长由该电流传感器进行调节或者限界。这里的导通阶段的时长可以是常数，但也可以在导通阶段内增加。在各种情况下的测试开关模式这样进行选择，输入端电容不能完全通过输入端连接的串列进行放电。对于测试开关模式的控制可以在时间区间内进行重复。以这种方式可以在升压转换器开关没有超载的情况下尝试将逆变器的输入端口的触点之间的输入端电容放电。一旦放电完成，可以确信，输入端口没有接通任何能量源，并且通过升压转换器开关的短路可以完全避免幻象电压的产生。

以根据本发明的方法可以检查是否有能量源连接到第一升压转换器。该方法可以紧接着或者同时地、以适当的形式实施在第二或者其它升压转换器上，用来检查输入端口和对应的能量源之间的电子连接。测试开关模式或者应用于其它升压转换器的过程中的阈值可以不同于应用于第一升压转换器的过程，特别是当变压器额定功率不同的时候。各个过程的运行结果可以存储在逆变器中，例如以状态报告或者错误信号的形式，并通过逆变器的通讯设备传递或者示出。

在有利的实施方式中将本方法中得到的结果值与以前的方法的结果值进行比较以推导出具有能量源的输入端口的连接状态的变化。对于有偏差的结果值可以生成错误报告或者将逆变器置于安全运行状态。通过在一定的时间间隔后重复进行的测量以及将当前的结果值与早先的结果值进行比较，能够实现一种特别简单的串列的或者由串列形成的单个PV模块的偷盗识别方法。此外，还可以简单地识别出接触错误，该接触错误在串列内安装PV装置之后出现。

一旦由于实施根据本发明的方法导致了升压转换器开关的短路，在有利的实施例中可以考虑连续的或者以单个测量方式监测输入端口的电流。如果稍后有能量源连接到端口，那么输入端口的电流将增加。如果电流值超过为能量源连接到输入端口特别设定的阈值，那么升压转换器开关将再次断开。然后可以考虑重新实施根据本发明的方法。同样可以考虑，逆变器生成一个错误报告，或者干脆关闭。在升压转换器的投入运行过程中还可能将能量源提供的能量输送到逆变器的共同中间电路中。最后这种设计具有优势，由于不良的电连接一开始不能识别为连接的发电机稍后还可以应用于能量的获取。由此避免额外的增益损失。

综上所述，本发明包括一个逆变器，该逆变器具有一个含有连接第一串列的第一输入端口的第一升压转换器和一个含有连接第二串列的第二输入端口的第二升压转换器。此外逆变器具有控制单元，该控制单元用于实现根据本发明的方法。

附图说明

下面将根据附图详细阐述本发明，其中附图以非限制性的方法示出了不同的设计方案。其中

图1为具有多个升压转换器的逆变器，

图2为测试开关模式的时间曲线和与之相对应的逆变器的输入端电容的扼流电流曲线和电压曲线，其中图2a是未连接发电机情况下的示图，图2b是连接发电机情况下的示图，

图3为另一个测试开关模式的时间曲线和与之相对应的逆变器的输入端电容的扼流电流曲线和电压曲线，并且

图4为根据本发明的方法的流程图。

附图标记说明

10                         逆变器

100                        发电机

110                        升压转换器

111                        扼流器

112                        升压转换器开关

113                        电流传感器

115                        二极管

116                        输入端电容

117                        输入端口

120                        升压转换器

121                        扼流器

122                        升压转换器开关

123                        电流传感器

125                        二极管

126                        输入端电容

127                        输入端口

130                        中间电路电容

140                        桥式转换器

150                        电网接口

160                        控制单元

200                        测试开关模式

201-203,201’-203’        导通阶段

204                        短路阶段

210                        电压曲线

211-213,211’              电压值

220                        扼流电流曲线

221-224,221’-223’        放电电流峰值

300                        测试开关模式

301-303                    导通阶段

304                        短路阶段

310                电压曲线

311-313            电压值

320                扼流电流曲线

321-323            放电电流峰值

330                峰值

400-460            方法的步骤

具体实施方式

图1示出了具有第一升压转换器110和第二升压转换器120的逆变器10。第一升压转换器110通过第一输入端口117与发电机100相连。安放在输入端口117的触点之间的输入端电容116作用为稳定发电机电压。第二升压转换器120同样与用于连接发电机的输入端口127连带输入端电容126相连，然而在这里没有连接发电机。两个升压转换器110、120输出端口一侧与总的中间电路电容130并联且与桥式转换器140相连。桥式转换器140输入端口一侧具有电网接口150，逆变器10可通过该电网接口与电网相连接。

第一升压转换器110具有传统的结构构造且具有扼流器111、第一升压转换器开关112以及一个二极管115。第一升压转换器开关112以可开关的形式通过扼流器111连接两个输入端口117。电流传感器113作用为测定第一升压转换器110内的输入端电流I₁。第二升压转换器120以相应的方式构造，并且同样含有扼流器121、二极管125、第二升压转换器开关122以及电流传感器123。控制单元160作用为控制两个升压转换器110、120并且适用于，以操控信号开关第一升压转换器开关112以及第二升压转换器开关122。

此外可选地与第一输入端口117和第二输入端口127各连接一个电压传感器（未示出），该电压传感器适用于测定连接到端口的发电机100的发电机电压。

对于该技术领域内的技术人员来说很明显，下面描述的方法不一定要以图1所示的简图的形式实施，而是同样适用于，与其它DC/DC转换器相连的使用。为了便于理解，本方法的实施根据图1所示的简图详述。

图4示出了根据本发明的方法的流程图。为了投入运行具有第一升压转换器110和第二升压转换器120的逆变器10，在第一步骤400中以第一测试开关模式400控制升压转换器开关112。该控制导致第一输入端电容116通过第一升压转换器110的扼流器111放电。

在以第一测试开关模式400控制第一升压转换器开关112的过程中，在第二个步骤410中测定第一升压转换器110的输入端口117的功率特征值。该功率特征值可以是以电流传感器113确定的放电电流的电流值或者输入端口117的电压值。任何其他表示出输入端电容116的放电的变化的度量的特征变量都可以作为功率特征值得到采用。

确定出的功率特征值在第三个步骤420中与第一阈值相比较。第一阈值可以是预先给定的固定值，例如配置参数或者通过数学计算确定的值。阈值可以由此确定，在以第一测试开关模式进行控制的过程中始终能够测得的功率特征值，并且各个确定出的功率特征值可以用来计算阈值。例如阈值可以通过先前确定的功率特征值的差分计算出。

如果功率特征值超过第一阈值，那么可以确定，有一个连接到端口的电流源（例如发电机100）阻止第一输入端电容116的有效放电，并且借助以第一测试开关模式对第一升压转换器开关112进行控制终止该放电过程。换言之，在第四个步骤430中开始运行第一升压转换器110。

如果功率特征值没有超过第一阈值，也有可能使第一输入端电容116放电，那么在第五个步骤440中借助第一升压转换器开关112使第一输入端口117短路。也有可能一直以第一测试开关模式对第一升压转换器开关112进行控制，直到第一输入端电容116的放电程度足以防止第一升压转换器开关112或第一扼流器111由短路引起的过载。在某一时间点是否存在不产生第一升压转换器开关112或第一扼流器111的过载而使第一输入端口117安全地短路的可能，也可以由功率特征值确定。在本发明中原则上要限定另一阈值。一旦在第一输入端口117的当前的功率特征值低于该另一阈值，可以将第一输入端口117安全地发生短路。

功率特征值与第一阈值的比较结果可以由逆变器10进行存储并且有可能通过逆变器的通讯设备传送到外部数据接收器上。

可选地在第六个步骤452中，在逆变器的运行过程中继续检测第一输入端口117，其中首先观察到一个情况，即第一输入端口117上没有连接发电机并且第一输入端口117通过第一升压转换器开关112发生短路。此处特别关心的是，可能发现额外有一个电流源（例如发电机100）与第一输入端口117相连接。这对于避免由于输入端口117与额外的发电机相连导致的第一升压转换器开关112或者第一扼流器111在该瞬间由其自身产生的短路电流而遭到损坏或者毁坏特别有意义。为此可以持续地测定在第一输入端口117的功率特征值，例如由第一电流传感器113测定的输入端电流I₁，并且当功率特征值超过预先给定的阈值时，通过断开第一升压转换器开关112结束第一输入端口117的短路。这种情况下可由对功率特征值的持续的监控得知，当前的测试结果值（功率特征值大于第一阈值）突然不同于之前的某个测试结果值（功率特征值小于第一阈值）。在将第一升压转换器开关112断开后可以考虑，对应的第一升压转换器110开始投入运行，并将探测到的电流源的功率传送到总中间电路130，这就对应另一个指向第四个步骤430的分支。同样可以考虑，通过另一个指向第一个步骤400的分支通过以第一测试开关模式对第一升压转换器开关112的重新控制验证了以本发明的方法的步骤进行发电机100的电学连接。还可以考虑，在第七个步骤460中生成错误报告，有可能在该情况下将逆变器10调整为保险状态，例如通过使逆变器10与连接上的电网断开。

在第二种情况下，在第一输入端口117上连接有发电机100并且第一升压转换器110已经投入运行。这里在逆变器10的运行过程中有必要设置第一输入端口117的另一个监控451。为了该监控451可以持续地测定在第一输入端口117的功率特征值，例如由第一电流传感器113测定的输入端电流I₁。此处关心的是发电机100的后来的接触问题或者发电机100的串列或者PV-模块的偷盗识别。两种情况都会导致发电机100与第一输入端口117的连接的断开然后功率特征值突然降到阈值之下。由此当前的测试结果值（功率特征值小于第一阈值）突然不同于之前给定的测试结果值（功率特征值大于第一阈值）。类似于第一种情况可以考虑，以不同选项对这种测试结果值的不同作出反应。一方面可能是第一升压转换器开关112导致第一输入端口117短路，也可能指向第五个步骤440的分支。也有可能一直以第一测试开关模式对第一升压转换器开关112进行控制，直到第一输入端电容116的发生充分放电，从而通过短路防止第一升压转换器开关112或第一扼流器111的过载。另一方面可以通过另一个指向第一个步骤400的分支通过以第一测试开关模式对第一升压转换器开关112的控制再一次验证了结果值。此外可以考虑，在第七个步骤460中生成错误报告，有可能在该情况下将逆变器10调整为保险状态，例如通过将逆变器10与连接上的电网断开。

对于该领域内的技术人员来说很明显，该方法可以通过逆变器10的中央控制单元160实施并且可将前述方法应用于第二升压转换器120和现有的其它的逆变器10的升压转换器，用来确定相应的输入端口与发电机是否连接。

图2示出了两个测试开关模式的例子，和对应的升压转换器的相对于时间的电流曲线和电压曲线。图2a中的情况下，以测试开关模式200控制相应的升压转换器开关，周期性出现的导通阶段201、202、203具有基本相同的开关时长。每个导通阶段201、202、203在扼流电流曲线220中产生一个对应的放电电流峰值221、222、223。由于第一个放电电流峰值221，输入端电容的电压值211由第一个电压值211降到第二个电压值212，由于第二个放电电流峰值222降到第三个电压值213，如此类推。当一个功率特征值（例如放电电流峰值的大小或者输入端电容的电压值）足够低时，并且低于第一阈值，那么断定没有发电机连接到输入端口，测试开关模式进入短路阶段204，在该状态下的升压转换器开关始终闭合，从而通过扼流器短路连接输入端口。

图2b示出了在输入端口连接有能量源（例如发电机）的示意图。测试开关模式200同样具有等长的、周期性的导通阶段201’、202’、203’。第一个导通阶段201’同样对应于放电电流峰值221’，输入端电容210的电压在此处示出了一个不再重要的、程度很小的降低，其中在放电电流峰值221’后的电压值恢复到基本上相同的电压值211’，该电压值在放电电流峰值221’出现之前就已经存在于输入端电容之上。具有第二放电电流峰值222’（其高度基本上相当于放电电流峰值221’的高度）的第二导通阶段202’同样没有引起输入端电容的电压值的明显的降低，第三个导通阶段203’也是一样。此处相应的功率特征值（例如输入端电容的电压值或者放电电流峰值的大小）没有降至给出的阈值之下，因此可以肯定有发电机连接到端口。由此可以将升压转换器按规定投入运行。

另一个测试开关模式300和扼流电流相对于时间的变化曲线320以及输入端电容的电压相对于时间的变化曲线310示于图3中。这种情况下升压转换器开关的导通时长不是常量，而是根据这个要求变化，即扼流电流不允许超过临界峰值330。第一个导通阶段301引起到达峰值330的第一放电电流峰值321。其结果是电压曲线从第一电压值311降到第二个较低的电压值312。第二个导通阶段302相对于第一个导通阶段301很明显地变长，然后与其相对应的放电电流峰值322再次达到峰值330。其结果是输入端电容放电直至达到第三个电压值313，该电压值与图2a所示的所有导通阶段具有相等的导通时长的情况相比有所降低。相应地，第三导通阶段303相对于第二导通阶段302有所延长，其中相对应的放电电流峰值323完全不能再达到峰值330。通过延长各个导通阶段可以显著地降低输入端电容的完全放电的时长，而不会造成升压转换器的过载。相应地，由于更快速地放电，适当选择的功率特征值更快地降到预先给定的阈值之下，由此可以更早地确定没有发电机连接到相应的输入端口这个事实。其结果是测试开关模式300进入到短路阶段304，在该阶段内输入端口通过升压转换器开关短路。

在没有示出的情况（即端口连接有发电机）中，在达到峰值330之前的导通阶段的时长不能连续地上升，输入端电容不能借助测试开关模式进行放电或者至少不能放电完全。因此可以在这里替代功率特征值应用导通阶段的时长作为检测发电机是否连接到端口的的标准。

本发明不限于已述的实施例，而是可以具有多种形式的变形并且通过本领域的技术人员进行完善。特别是有可能将所述特征进行结合实施，以完善现有方法或者组成部分和变换发明理念。

Claims (12)

1.一种使逆变器（10）投入运行的方法，其中所述逆变器（10）具有一个含有连接第一发电机的第一输入端口（117）的第一升压转换器（110）和一个含有连接第二发电机的第二输入端口（127）的第二升压转换器（120），所述方法包含以下步骤：

-以第一测试开关模式（200、300）控制所述第一升压转换器（110）的第一升压转换器开关（112），

-在以所述第一测试开关模式（200、300）进行控制的过程中测定在所述第一输入端口（117）的功率特征值，

-一旦所述功率特征值超过第一阈值，就使所述第一升压转换器（110）投入运行，或者，当所述功率特征值未超过第一阈值时，通过所述第一升压转换器开关（112）使所述第一输入端口（117）短路。

2.根据权利要求1所述的方法，还包含以下步骤：

-以第二测试开关模式（200、300）控制所述第二升压转换器（120）的第二升压转换器开关（122），

-在以所述第二测试开关模式（200、300）进行控制的过程中测定在所述第二输入端口（127）的功率特征值，

-一旦所述功率特征值超过第二阈值，就使所述第二升压转换器（120）投入运行，或者，当所述功率特征值未超过第二阈值时，通过所述第二升压转换器开关（122）使所述第二输入端口（127）短路。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述对第一升压转换器开关（112）和/或第二升压转换器开关（122）进行控制的步骤在时间间隔内重复。

4.根据前述权利要求的任意一项所述的方法，其中所述功率特征值通过参考输入端口（117、127）的电压来确定。

5.根据前述权利要求的任意一项所述的方法，其中所述功率特征值通过参考输入端口（117、127）的电流（I₁、I₂）来确定。

6.根据前述权利要求的任意一项所述的方法，其中在所述输入端口(117、127）短路过程中额外地测定所述输入端口的电流（I₁、I₂），并且当所述输入端口的电流（I₁、I₂）超过电流阈值时，断开对应于所述输入端口（117、127）的升压转换器开关（112、122）。

7.根据前述权利要求的任意一项所述的方法，其中，在以所述第一测试开关模式（200、300）对第一升压转换器开关（112）进行控制之后，以所述第二测试开关模式（200、300）对第二升压转换器开关（122）进行控制升压转换器。

8.根据前述权利要求的任意一项所述的方法，其中一旦所述第一输入端口（117）的功率特征值和/或所述第二输入端口（127）的功率特征值低于相应的阈值，所述逆变器（10）生成一个错误信号。

9.根据前述权利要求的任意一项所述的方法，其中在所述输入端口（117、127）短路前，在所述功率特征值没超过所述相应的阈值的情况下，一直以所述测试开关模式（200、300）对升压转换器开关（112、122）进行控制，直到输入端口（117、127）的电压低于另一个电压阈值。

10.根据前述权利要求的任意一项所述的方法，其中这样选择所述第一测试开关模式（300）内的第一升压转换器开关（112）的导通时长，即，保证预先给定的输入端口（117）的电流峰值（330）未被超过。

11.根据前述权利要求的任意一项所述的方法，其中所述升压转换器（110、120）的投入运行和相应的输入端口（117、127）的短路存储为检测结果，当所述检测结果不同于早先实施使逆变器投入运行的方法时的检测结果时，生成错误信号。

12.一种逆变器（10），其具有

-一个含有连接第一发电机的第一输入端口（117）的第一升压转换器（110）和

-一个含有连接第二发电机的第二输入端口（127）的第二升压转换器（120），

其特征在于，所述逆变器（10）具有控制单元（160），所述控制单元设置用于实施根据前述权利要求的任意一项所述的方法。

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