CN105830324A - 具有前置dc/dc转换器和功率半导体温度调节的光伏逆变器 - Google Patents

具有前置dc/dc转换器和功率半导体温度调节的光伏逆变器 Download PDF

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Abstract

在用于操作逆变器(12)的方法中通过输入侧的直流电压转换器(14)和/或输出侧的逆变桥(16)调节逆变器(12)的输入电压(UPV)，其中输入电压(UPV)对应于MPP电压(UMPP)，能够连接在输入侧的发电机(11)在MPP电压输出最大电功率，在该方法中确定直流电压转换器(14)中的第一温度值(TDCDC)和逆变桥(16)中的第二温度值(TDCAC)，并且相对于MPP电压(UMPP)改变逆变器(12)的输入电压(UPV)，前提是确定的温度值(TDCDC、TDCAC)中的至少一个超过分配给其的极限值(Tmax,DCDC、Tmax,DCAC)。在该方法中相对于MPP电压(UMPP)升高输入电压(UPV)，条件是确定超过了直流电压转换器(14)中第一温度值(TDCDC)的极限值(Tmax,DCDC)，或者确定超过了第二温度值(TDCAC)的极限值并且MPP电压(UMPP)低于预定的极限电压(U极限)。否则输入电压(UPV)相对于MPP电压(UMPP)降低。一种用于发电设备(10)的逆变器(12)具有输入侧的直流电压转换器(14)、输出侧的逆变桥(16)、用于以控制信号(18)控制直流电压转换器(14)和逆变桥(16)的控制装置(17)以及各自分配给直流电压转换器(14)和逆变桥(16)的温度传感器(19)。逆变器(12)的控制装置(17)被设置用于实施上述方法。

Description

具有前置DC/DC转换器和功率半导体温度调节的光伏逆变器
技术领域
本发明涉及一种用于操作逆变器，特别是作为发电设备部件的逆变器的方法，以及用于执行所述方法的逆变器。
逆变器用于将由发电机，例如由直电流形式的光伏发电机产生的电功率转换成用于馈入交流电压网的交流电流。为此，逆变器具有输入侧的直流电压转换器和输出侧的逆变桥，以借助其中使用的功率半导体来调节逆变器的输入电压，使得通过在发电机的最大功率时刻(“最大功率点”，MPP)操作发电机这种方式从发电机获取最大可能的功率，其中使输入电压追随MPP可能出现的变化(MPP跟踪，简称MPPT)。在这种情况下，由于逆变桥组件中产生的损耗，特别是由于功率半导体中的开关损耗、其他组件中的欧姆损耗以及特别在电抗器中出现的反复磁化损耗在逆变器内会导致逆变器组件被加热，特别是加热功率半导体和电抗器，其中组件可能由于过度加热而被损坏。
因此，有必要在逆变器内监控温度以及在超过分配给温度的极限值时降低组件中产生的损耗功率，特别是通过降低发电机的电功率并从而也降低由逆变器转换的电功率这种方式来进行。
现有技术
从DE102011007929A1中公知一种调节逆变器的方法，在该方法中记录了第一测量值、第二测量值和其他测量值，该第一测量值对逆变桥内的温度是有代表性的，该第二测量值对馈入交流电压网中的电功率是有代表性的，其中其他测量值可包括在逆变器的发电机接口上的电压，即逆变器的输入电压。根据这些测量值确定降低的功率值，将馈入交流电压网中的电功率降低到该功率值，特别是通过将由发电机产生的直流电流降低到最大的发电机电流值这种方法来进行；如果是光伏发电机，则通过升高逆变器的输入电压来实现降低由发电机产生的直流电流。
从EP0827254A1已知一种用于控制光伏发电机逆变器功率的方法，在该方法中这样调节逆变器的输入电压，使得从光伏发电机获取最大可能的电功率，只要该电功率低于由逆变器处理的电功率的极限值。当光伏发电机的最大可能的电功率超过极限值时，升高逆变器的输入电压并接着这样来调节它，使得由光伏发电机提供的功率与极限值对应。由此保护逆变器防止过热。
从US20130077372A1中已知一种方法用于在具有降低的功率的工作时刻借助输入侧直流电压转换器来操作光伏发电机逆变器，在该方法中当光伏发电机的MPP功率超出逆变器规定的最大允许电功率时，则调节具有降低的功率的工作时刻，方式是借助直流电压转换器调节逆变器的输入电压，该输入电压低于或高于光伏发电机的MPP电压。在此选择输入电压低于MPP电压的工作时刻，条件是光伏发电机的空载电压高于逆变器的最大允许输入电压并且光伏发电机的短路电流低于输入侧的最大允许直流电流；否则选择输入电压高于MPP电压的工作时刻。用该方法可特别地阻止由于过高输入电压和/或由于过高直流电流而造成的逆变器过载并且同时切断逆变器。
从US20090285998中已知一种用于操作逆变器的方法，其中逆变器在输入侧经过直流电压转换器连接在电动发电机上，并且逆变器的输入电压借助MPP跟踪与MPP电压一致，在该输入电压处发电机输出最大电功率，其中在直流电压转换器中确定温度值并且开始MPP跟踪，条件是直流电压转换器中的温度值超过最大允许的极限值。
发明目的
本发明以该任务为基础，即通过相对于MPP电压改变逆变器的输入电压保护逆变器免于热过载，其中一方面恰好足以降低逆变器组件中产生的损耗并且另一方面仅最少地降低输入侧连接的发电机的电功率并从而也最少地降低逆变器的输出功率。
解决方案
该任务通过具有独立权利要求1特征的用于操作逆变器的方法以及通过具有权利要求13特征的逆变器得以实现。优选的实施形式在从属权利要求中进行说明。
发明内容
在用于操作逆变器的本发明所述方法中，通过输入侧直流电压转换器和/或输出侧逆变桥调节逆变器的输入电压。输入电压在正常运行条件下对应于MPP电压，在MPP电压下输入侧可连接的发电机输出最大电功率。在直流电压转换器中的第一温度值且在逆变桥中的第二温度值被确定。逆变器的输入电压相对于MPP电压改变，条件是确定的温度值中的至少一个超过分配给它的极限值。
在本发明所述方法中，输入电压相对于MPP电压升高，条件是在直流电压转换器中确定超过第一温度值的极限值和/或MPP电压低于预定的极限电压。否则输入电压相对于MPP电压降低。
本发明基于该认识，即在产生和馈入的电功率同时最大化时用于最佳降低逆变器各个组件中产生的损耗功率的逆变器中过热温度的情况下不足以总体上降低发电机输出的电功率。更确切地说，在进一步最大化逆变器的输出功率方面最佳的操作方法必须考虑到的是，过热温度具体位于逆变器的哪个组件中。当断定过热温度在直流电压转换器中时，可在任何情况下降低输入电压。相反，当断定过热温度仅在直流电压转换器外部时，即特别是在逆变桥中时，输入电压改变的方向取决于，MPP电压与极限电压是何种关系，其中极限电压在逆变器的允许输入电压范围内并且特别是在可由逆变器调节的MPP电压范围内。
这一点具体意思例如是，当逆变器的直流电压转换器中存在过热温度并且定时操作直流电压转换器时，降低输入电压不是有利的，因为这样一来由发电机产生的直流电流以及由此特别是直流电压转换器内的开关损耗和欧姆损耗可能升高；更确切地说，在这种情况下输入电压的升高导致最佳降低直流电压转换器内的损耗功率。另一方面例如在逆变桥内有过高温度时，不利的是，升高输入侧逆变桥上施加的电压，因为逆变桥内的开关损耗依赖于输入侧逆变桥上施加的电压并且也可升高；在这种情况下，通过降低输入电压降低输入侧逆变桥上施加的电压导致最佳降低损耗功率。
因此本发明的观点为，一方面在直流电压转换器内有过高温度时升高输入电压且另一方面在逆变桥内有过高温度时考虑到MPP电压相对于极限电压的情况来决定，在具体的操作情况下升高或降低输入电压是否会导致最佳降低损耗功率。
在本发明的实施形式中，极限电压介于逆变器直流电压中间电路的最小电压的50％和150％之间，优选介于80％和120％之间。在此直流电压中间电路的最小电压相当于将交流电流馈入交流电压网最少所需的中间电路电压。
极限电压可预先给定或可选地根据在正常运行状态下以最大可能的电功率确定的温度值来确定。通过这样可以实现的是，特别是在直流电压转换器中的第一温度值和在逆变桥中的第二温度值位于其各自的极限值附近或超过其各自的极限值这样的情况下，通过改变其中一个或另一个方向的输入电压不会产生反向的作用。
例如在MPP电压低于极限电压期间，由于逆变桥内的过高温度进行的输入电压的降低导致由发电机产生的直流电流升高并且由此导致直流电压转换器内的损耗功率升高，特别是当定时操作直流电压转换器时。直流电压转换器内损耗功率的升高在这方面可导致直流电压转换器内产生过高温度。因此，直流电压转换器内第一温度值越接近分配给其的极限值，则优选越高的极限电压。极限电压在此可特别高于所需的最小中间电路电压。
另一方面可接受通过降低输入电压引起的直流电压转换器内损耗功率的升高，条件是直流电压转换器内的第一温度值明显低于分配给其的极限值。因此，直流电压转换器内的温度值越低，优选越低的极限电压。为此极限电压可低于所需的最小中间电路电压。
总的来说，极限电压可根据直流电压转换器内的温度值来进行调节，使得逆变桥内有过高温度时无论如何都执行优选降低输入电压，条件是可以接受直流电压转换器内的与此降低有关的损耗功率的升高。
在本发明的实施形式中，温度值各自被重复确定并且与各自分配给其的极限值进行比较。通过这样可连续地关于出现过高温度对逆变器的组件进行监控。当断定有过高温度时，可根据由此引起的相对于MPP电压改变输入电压来增加输入电压和MPP电压之间的差值，条件是接下来确定的温度值中的至少一个进一步超过各自分配给其的极限值。通过这样可进一步降低组件中产生的损耗功率，以确保组件不会由于持久的过高温度而被损坏。特别是可重复增加输入电压和MPP电压之间的差值，直至达到输入电压，在该输入电压中发电机不再提供电功率并且因而在逆变器内不再产生损耗功率。
在本发明的进一步实施形式中，在正常运行情况下根据MPP跟踪方法调节逆变器的输入电压，条件是所有确定的温度值低于各自分配给其的极限值。当确定的温度值中的一个超过分配给其的极限值时，即当断定逆变器中有过高温度时，根据直流电压转换器内的第一温度值和/或根据逆变桥内的第二温度值调节逆变器的输入电压。特别是为了调节依赖于温度值的逆变器的输入电压可激活依赖温度的调节，条件是确定的温度值中的一个超过分配给其的极限值，其中再次使依赖温度的调节禁用，条件是所有确定的温度值低于各自分配给其的极限值。通过这种依赖温度的调节确保的是，一方面由于改变输入电压引起的组件中产生的损耗功率降低足以降低或限制温度值，使得它们不会持久地超过各自分配给其的极限值，其中另一方面，最小化输入电压和MPP电压之间的差值并从而也最小化发电机的瞬间和最大可能的功率之间的差值，以便在考虑到逆变器的热运行参数情况下最大化发电机的电功率。很显然，在该实施形式中预定对策，阻止交替高于和低于其中一个分配给温度值的极限值中时在MPP跟踪和依赖温度的调节之间来回切换，例如通过使用温度值的相应过滤或滞后带代替固定不变的极限值。
在本发明的实施形式中，可将输入电压降低为零，特别通过借助直流电压转换器或借助外部开关元件使发电机短路这种方式来进行，条件是输入电压由于确定的温度值中的一个超过其中一个极限值而得以升高并且输入电压超过逆变器输入电压的极限值和/或超过中间电路电压的极限值。由此得以实现的是，超过逆变器兼容的量升高输入电压，其中同时保护逆变器的组件不会因持久的过高温度而被损坏。
在本发明的另一实施形式中，输入电压可升高为发电机的空载电压，条件是确定超过直流电压转换器中第一温度值的极限值，而输入电压由于超过逆变桥中第二温度值的极限值而降低并且低于所需的最小中间电路电压。这对于这种情况特别有利，即首先断定逆变桥中有过高温度并且输入电压降低。特别是通过降低输入电压并且与此相关地激活直流电压转换器和/或升高由发机产生的直流电流可导致逆变桥中有另外的过高温度。可合理地抵消该过高温度，方法是将输入电压升高为空载电压，原因在于输入电压的进一步降低由于与此相关地升高发电机产生的直流电流可能会较早地进一步升高直流电压转换器中产生的损耗功率。另外，输入电压可降低为零，特别通过借助直流电压转换器使发电机短路来实现，条件是发电机的空载电压高于逆变器输入电压的极限值和/或高于中间电路电压的极限值。
在本发明的一个实施形式中，可借助温度模型确定直流电压转换器和/或逆变桥中的温度值。在此温度模型可处理温度传感器的测量值，该温度传感器被分配给直流电压转换器和/或逆变桥。温度值在此优选代表直流电压转换器和/或逆变桥的半导体开关上或其中的温度。该半导体开关通常不仅是在其上产生最高损耗功率的组件而且也是逆变器的温度关键组件，并且因此必须特别监控。
用于发电设备的本发明所述逆变器具有输入侧直流电压转换器、输出侧逆变桥以及用于借助控制信号控制直流电压转换器和逆变桥的控制装置。此外，逆变器还具有温度传感器，该温度传感器被分别分配给直流电压转换器和逆变桥。本发明所述逆变器的特征在于，将控制器布置为与温度传感器连接，以实施本发明所述方法用于在出现过高温度时改变逆变器的输入电压。
在本发明所述逆变器的优选实施形式中，可连接在逆变器上的发电机是光伏发电机和/或直流电压转换器是升压调节器。升压调节器特别得益于本发明的优点，因为升压调节器通常仅在下列条件下才可激活，即才被定时操作，即在发电机的MPP电压低于所需的最小中间电路电压这种条件下。在此直流电压转换器可具有至少一个半导体开关并且逆变桥可具有至少两个半导体开关。此外，逆变桥可具有在输出侧布置的过滤电感，根据温度模型为其确定过滤电感的温度值，其中过滤电感的温度值对于过滤电感中的温度是特定的，并且因而可就过高温度通过比较过滤电感的温度值和分配给其的极限值对过滤电感进行监控。就本发明所述选择输入电压改变的方向而言，过滤电感中的过高温度在此相当于逆变桥中的过高温度。
附图简述
下面将根据在附图中说明的优选实施例进一步解释和描述本发明。
图1示出了具有逆变器的发电设备，
图2示出了光伏发电机的电流电压特征曲线和功率电压特征曲线的简化说明，
图3以流程图的形式示出了本发明所述方法的实施形式，
图4a和4b借助图2所示曲线的简化示例性说明描述了图3所示方法的实施，
图5以流程图的形式示出了本发明所述方法的另一实施形式，以及
图6示出了图1所示发电设备中的温度和电压的示例性时间分布。
附图描述
图1示出了发电设备10，在该发电设备中将由光伏发电机11(PV发电机)提供的电功率从逆变器12馈入交流电压网13。逆变器12具有直流电压转换器14(DC/DC转换器)、直流电压中间电路15(中间电路)、逆变桥16(DC/AC桥)并且在输出侧具有滤波电感、滤波电容以及分离装置。直流电压转换器14具有至少一个开关元件，特别是半导体开关，该开关元件可定时操作并且特别同直流电压转换器14中布置的电感一起，产生在输入电压UPV和中间电路15上的中间电路电压UZWK之间的电压变换比，该输入电压UPV对应于PV发电机11上的电压UPV。逆变桥具有至少两个开关元件，特别是半导体开关，该开关元件可定时操作并且致使中间电路15上施加的直流电压UZWK变换成输出侧的交流电压UAC，使得输入侧由PV发电机11产生的直流电流IDC转换成输出侧的交流电流IAC。
直流电压转换器14和逆变桥16的开关元件由控制装置17以开关脉冲18控制，使得输入侧由PV发电机11产生的直流电流IDC以最佳方式转换成输出侧的可馈入交流电压网13的交流电流IAC。为此，控制装置17特别对中间电路电压UZWK和由PV发电机11产生的电功率PPV＝UPV×IDC进行评估并且根据开关脉冲18这样调节直流电压转换器14的开关元件的定时并从而调节UPV和UZWK之间的电压变换比，使得一方面足够用于将电功率馈入交流电压网13的中间电路电压UZWK施加在中间电路15上，并且另一方面在PV发电机11上施加的输入电压UPV对应于相应的电压UMPP，在该电压处PV发电机11提供最大可能的电功率PMPP，即在该电压处在PV发电机11上的电压UPV和由PV发电机11产生的直流电流IDC的乘积最大。这样调节的工作时刻通常称为最大功率点(MPP)并且可由于如照射和环境温度的自变化环境条件而随时间改变。因此，控制装置17包括合适的MPP跟踪方法，以便将输入电压UPV调节为PV发电机11的MPP电压UMPP，特别是进行跟踪(所谓的MPP跟踪，简称MPPT)。
逆变器12还具有温度传感器19用于获取直流电压转换器14、逆变桥16中的温度以及可选地获取其他组件，如输出侧的滤波电感中的温度。在此可借助温度模型从获取的温度确定直流电压转换器14和/或逆变桥16各个组件的其他温度值T，特别是那里使用的开关元件上或开关元件中的温度值T，方式是在考虑到开关元件的其他参数，如测量的电压、测量的电流和/或控制信号的预定特性的情况下，通过温度模型评估在不与开关元件位置一致的位置上获取的这种温度并由此计算温度值，该温度值对于在开关元件上或开关元件中的温度有代表性的。但是温度传感器19原则上也可以这样布置，使得获取的温度自身可作为相关的温度值T使用，特别是通过将温度传感器19直接布置在开关元件上或甚至布置在开关元件中这种方式。
对确定的温度值T进行监控，例如由控制装置17进行监控，并且与各自分配给其的极限值比较，以避免由于过热造成逆变器组件的损坏。当确定的温度值T中的一个超过分配给其的极限值时，即当逆变器12的其中一个组件中存在过热温度时，必须采取合适的对策，以减少在有关组件中产生的损耗功率，或者当它不足以至少暂时调节逆变器的操作时采取对策。
组件中产生的损耗功率可取决于各种因素。当定时半导体开关作为直流电压转换器14或逆变桥16中的开关元件时，损耗功率共同由开关损耗和通电损耗确定，该开关损耗即开关过程期间的损耗，该通电损耗即将电流引导通过开关期间的损耗。开关损耗与在阻断状态下越过开关下降的电压和在导通状态下流经开关的电流基本上成比例。在导通状态下的通电损耗与越过开关下降的电压(剩余电压或通电电压)和流经开关的电流基本上成比例。
直流电压转换器14中的至少一个开关元件，特别如果是降压调节器(Tiefsetzsteller)，可串联布置在PV发电机11的接口和中间电路15的接口之间，或者特别如果是升压调节器(Hochsetzsteller)，可与PV发电机11和中间电路15各自的接口并联布置。特别如果升压调节器作为直流电压转换器14，它具有开关元件与中间电路15并联的线路，在阻断状态下越过开关元件下降的电压相当于中间电路电压UZWK。
在阻断状态下，电压越过逆变桥的开关元件，特别是越过单相H桥和三相B6桥或NPC桥的开关元件下降，该电压对应于中间电路15其中一个接口中的电势和其中一个接口在交流电压网13上的电势之间的瞬间差值。在此中间电路15的电压必须高于网联电压(Netzkuppenspannung)或高于交流电压网13各相的电势之间的最大差值，以便逆变器12可将电功率馈入交流电压网13中。
图2在左图和右图中分别示出了PV发电机11的电流电压特征曲线20和功率电压特征曲线21的简化示例性说明。PV发电机11产生最大短路电流IK的条件是，其接口短路，即当UPV等于零时，例如由于升压调节器的持久导通开关元件，其中PV发电机11的功率PPV继而等于零。在PV发电机11的功率PPV升高期间，随着电压UPV升高，电流IPV首先降低。当电压UPV＝UMPP时电流IMPP流动，其中电压UPV和电流IPV的乘积在此工作时刻最大，即PV发电机在最大功率时刻，即所谓的最大功率点(MPP)上被操作。当电压UPV相当于PV发电机的空载电压U0时，如果电压UPV继续升高，那么电流IPV继续降低并且将等于零，其中PV发电机11的功率PPV然后同样等于零。
基本上这样操作逆变器12用于最佳使用在PV发电机11上射入的照射功率，使得在该逆变器输入端上并从而在PV发电机11上施加输入电压UPV，该输入电压对应于发电机的MPP电压UMPP。因此PV发电机11的最大可能电功率流入逆变器12，被逆变器12转换成交流电流并且扣除在逆变器12中产生的损耗馈入交流电流网13中。在每个其他关于输入电压UPV向左或向右从MPP偏移的工作时刻，PV发电机11产生降低的电功率。从现有技术已知，在逆变器12组件迫近过热时调节在输入电压UPV方面偏移MPP的工作时刻，其中前提是，由于由逆变器12转换的电功率降低的缘故逆变器12组件中的损耗功率也降低。
图3示出了本发明所述方法的实施形式，特别用于以流程图的形式示出图1所示逆变器12的操作。首先在步骤S1中测量逆变器12中的温度和电压。在此例如借助温度传感器19检测温度。测量的电压特别包括中间电路15的电压UZWK和输入电压UPV，其中输入电压UPV首先对应于MPP电压UMPP，只要逆变器12处于正常运行状态，在该状态下执行MPP跟踪。在步骤S2中，从步骤S1中测量的温度确定温度值T，该温度值对于逆变器12各个组件中的温度是有代表性的，并且特别包括直流电压转换器14的温度值TDCDC和逆变桥16的温度值TDCAC。为了确定这些温度值可使用温度模型，在该温度模型中除了步骤S1中获取的数据外还对其他测量值进行处理。
在步骤S3中将在步骤S2中确定的温度值T与各自分配给其的极限值Tmax进行比较，即检查逆变器12中是否存在过热温度。在此各种确定的温度值T且从而逆变器12各种组件的极限值Tmax可以不同，特别是当逆变器中使用不同类型的开关元件时，例如在直流电压转换器14中使用IGBT和在逆变桥16中使用MOSFET或反过来。也可对逆变桥16的开关元件使用不同的极限值Tmax，特别是当逆变桥16的各个电桥支路中使用不同构型的开关元件时。
在步骤S3中判定，是否有任何一个确定的温度值T超过各自分配给其的极限值Tmax。如果不是这种情况，则方法分支至步骤S4并且逆变器继续在正常运行状态下并在MPP下操作PV发电机11，其中PV发电机的输入电压UPV继续相当于MPP电压UMPP。紧接着通过步骤S1继续该方法，即方法循环或准连续地经过步骤S1、S2、S3和S4，只要在步骤S3中断定没有过热温度。
但是如果在步骤S3中断定，有一个确定的温度值T超过各自分配给其的极限值Tmax，则方法分支至步骤S5。在步骤S5中，检查分配给直流电压转换器14的温度值TDCDC是否超过分配给其的极限值Tmax,DCDC，该温度值特别对于在直流电压转换器14的开关元件上或开关元件中的温度有代表性。如果是这种情况，则方法分支至步骤S6。在步骤S6中调节输入电压UPV，该输入电压UPV相对于MPP电压UMPP升高了ΔUPV。为此可特别借助控制装置17例如这样操作逆变器12，使得直流电压转换器14得到修正过的控制信号18，该控制信号18导致UZWK和UPV之间的降压比。可选或另外地，可升高中间电路15的电压UZWK并从而特别在直流电压转换器14无效时也可升高输入电压UPV，例如通过逆变桥16将降低的电功率馈入交流电流网13这种方式来实现。
但是如果在步骤S5中断定，分配给直流电压转换器14的温度值TDCDC没有超过分配给其的极限值Tmax,DCDC，这反过来意味着，另一温度值T，特别是分配给逆变桥16的温度值TDCAC，该温度值对于逆变桥16开关元件中或开关元件上的温度有代表性，超过各自分配给其的极限值Tmax，则方法分支至步骤S7。
在步骤S7中检查MPP电压UMPP是否低于极限电压U极限。如果是这种情况，则方法分支至步骤S6，在该步骤中输入电压UPV相对于MPP电压UMPP升高了ΔUPV。但是如果在步骤S7中断定，MPP电压UMPP高于极限电压U极限，则方法分支至步骤S8。在步骤S8中调节输入电压UPV，该输入电压相对于MPP电压UMPP降低了ΔUPV。为此，可特别借助控制装置17例如这样操作逆变器12，使得直流电压转换器14得到修正过的控制信号18，该控制信号导致UZWK和UPV之间的升压比。可选或另外地，逆变桥16可将短期升高的电功率馈入交流电流网13中，由此中间电路15的电压UZWK下降以及因而特别是直流电压转换器14无效时输入电压UPV也降低，其中逆变桥16在中间电路15的电压UZWK充分下降后将相对于MPP功率降低的电功率馈入交流电流网13中，该电功率相当于由PV发电机11产生的降低的电功率。
分别在步骤S6和S8之后通过步骤S1继续该方法，即方法循环或准连续地经过步骤S1、S2、S3并且如有必要经过步骤S5以及S7。当输入电压UPV在步骤S4或S6中相对于MPP电压UMPP进行的改变并且因此致使逆变器12组件中产生的损失功率的降低足以将温度值T降低到这样的程度，使得该温度值T不再超过分配给其的极限值T极限时，方法将再从步骤S3分支到步骤S4，以便操作在正常运行状况下的逆变器以及操作在MPP下具有相当于输入电压UPV的MPP电压UMPP的PV发电机11。因此有利的是，将曾经因断定的过热温度而选取的输入电压UPV的变化方向向上或向下保持，只要逆变器12中存在过热温度。
图4a和4b借助图2的简化示例性说明描述了图3所示方法的实施。
在图4a中示出了按照图3的步骤S6的实施。在逆变器12的正常运行状态下，在输入电压UPV处操作PV发电机11，该输入电压UPV相当于MPP电压UMPP，其中MPP电压UMPP低于极限电压U极限。如果现在在步骤S3中断定过热温度，则由于在步骤S5中在直流电压转换器14中确定的过热温度或由于在步骤S7中断定的UMPP的和U极限之间的关系，将输入电压UPV相对于MPP电压UMPP升高ΔUPV。
在图4b中示出了PV发电机11的特征曲线，在该特征曲线中MPP电压UMPP高于极限电压U极限。在出现过热温度这种情况下实施图3所示步骤S6或S8中的哪一个取决于，在逆变器12内的哪里出现过热温度。当在直流电压转换器14中出现过热温度时(TDCDC>Tmax,DCDC)，则方法按照图3从步骤S5分支至S6，并且输入电压UPV相对于MPP电压UMPP升高ΔUPV。但是如果在直流电压转换器14内并从而特别在逆变桥16内没有出现过热温度，则方法按照图3从步骤S6经过对相对于极限电压U极限的MPP电压UMPP情况进行检查的步骤S7分支至步骤S8，并且将输入电压UPV相对于MPP电压UMPP降低ΔUPV。
图5以流程图的形式示出了本发明所示的方法的另一种实施形式。相对于图3所示实施形式，用步骤S4’、S6’和S8’代替步骤S4、S6和S8。在此在步骤S4’中将MPP跟踪在逆变器中激活，只要断定逆变器12中没有过高温度。在此还提出，在如MPP跟踪相同的时间段内运行步骤S1至S3，即在每个新的MPP跟踪步骤之前将温度值T与各自分配给其的极限值Tmax按照步骤S3进行比较，并且紧接着运行下一个MPP跟踪步骤(步骤S4’)或分支至步骤S5，前提是断定有过高温度。
当在步骤S3中断定有过高温度并且方法因满足步骤S5或步骤S7所述条件而分支至步骤S6’时，激活TDCDC调节而不是MPP跟踪。在此输入电压UPV相对于MPP电压降低，并从而降低逆变器12中产生的损耗功率。使用分配给直流电压转换器14的温度值TDCDC作为被调节量在步骤S6’中这样调节输入电压UPV，使得将直流电压转换器14中各自的当前温度值TDCDC作为实际值调节为理论值Tmax,DCDC。该调节被阻断，以便它保持激活，只要在步骤S3中断定有过高温度激活，其中通过在步骤S3中使用滞后，避免了在仅短期低于温度值T的所有极限值Tmax时在按照S4’的MPP跟踪和按照步骤S6’的TDCDC调节之间反复切换。
当在步骤S3中断定有过高温度并且没有满足步骤S5或S7所述条件，使得方法分支至步骤S8’时，激活TDCAC调节而不是MPP跟踪。在这种情况下输入电压UPV相对于MPP电压UMPP升高，从而降低由PV发电机11产生的电功率并因此也降低逆变器12中产生的损耗功率。在使用分配给逆变器16的温度值TDCAC作为调节量的情况下在步骤S6’中这样调节PV发电机11上的电压UPV，使得将在逆变桥16中各自的当前温度值TDCAC作为实际值调节为理论值Tmax,DCAC。该调节被阻断，以便它保持激活，只要在步骤S3中断定有过高温度即可，其中通过在步骤S3中使用滞后，避免了在仅短期低于温度值T的所有极限值Tmax时在按照S4’的MPP跟踪和按照步骤S6’的TDCDC调节之间反复切换。
图6在上图示出了直流电压转换器14中温度值TDCDC的示例性时间分布60，并且在下图示出了图1所示发电设备的逆变器12的输入电压UPV的示例性时间分布61。在时段t＝0至t＝t1，温度值TDCDC低于分配给其的极限值Tmax,DCDC，以便在图3或图5所示步骤S3中断定没有另外的过高温度这种前提下，借助MPP跟踪将输入电压UPV调节为MPP电压UMPP。逆变器12在正常运行模式下工作。
在t1时刻温度值TDCDC超过分配给其的极限值Tmax,DCDC，例如由于逆变器12外部在白天的时间中环境温度升高和/或由于由PV发电机11转换进入逆变器12的电功率升高所致，结构在图3所示步骤S6中或在图5所示步骤S6’中输入电压UPV相对于MPP电压UMPP升高并且如有必要激活TDCDC调节。由此降低直流电压转换器14中产生的损耗功率并且温度TDCDC的升高放缓。只要温度值TDCDC高于Tmax,DCDC，则电压UPV特别在按照步骤S6’的TDCDC调节范围内继续升高，直至直流电压转换器14中产生的损耗功率降低到这种程度，即温度值TDCDC再下降到极限值Tmax,DCDC。在调节电路中通过以分配给直流电压转换器14的温度值TDCDC作为调节量、以电压UPV作为调节量以及极限值Tmax,DCDC作为理论值，现在这样调节电压UPV，使得直流电压转换器14中各自的当前温度值TDCDC基本上相当于极限值Tmax,DCDC，其中在阴影示出的滞后带中允许稍微超过极限值Tmax,DCDC，并且由于TDCDC调节导致例如成比例地降低输入电压UPV。在按照图5的流程图中可实施滞后带，方式是在在步骤S6’中激活TDCDC调节之后将步骤S3中的极限值Tmax或步骤S5中的极限值Tmax,DCDC替代为降低了滞后带宽度的极限值Tmax’。
从t2时刻起将温度值TDCDC降低到低于极限值Tmax,DCDC并且向下离开滞后带，例如由于逆变器外部的环境温度所致，环境温度下降到这种程度，使得通过热照射保证足够地移除逆变器12组件中产生的损耗功率。因此在步骤S3中断定不再有过热温度，并且在图3所示步骤S4中调节相当于MPP电压UMPP的输入电压UPV或将图5所示方法分支至步骤S4’，以便再激活MPP跟踪。因此，再次在最大电功率的方向引导输入电压UPV，即例如按照图4a下降。一旦达到MPP电压UMPP，逆变器12再次在正常运行模式下工作。
专利权利要求、说明书和附图给出了本发明的有利实施方式。在说明书引言中提到的特征优点和多个特征的组合仅仅是示例性的，它们能够替换或叠加地起作用，且本发明所述实施形式不必非得实现所述优点。进一步的特征从附图中获悉。本发明不同实施方式的特征组合或者不同专利权利要求特征的组合同样有可能偏离专利权利要求所选的反向引用，并由此受到启发。这还涉及到如下特征，这些特征在单独的附图中进行介绍或在其说明中提及。这些特征也能够与不同专利权利要求的特征组合。同样在专利权利要求中列举的特征对本发明的其他实施方式来说可以省略。
参考标记列表
10发电设备
11光伏发电机
12逆变器
13交流电压网
14直流电压转换器
15直流电压中间电路
16逆变桥
17控制装置
18控制信号
19温度传感器
20电流电压特征曲线
21功率电压特征曲线
60,61时间分布
S1–S8方法步骤
S4’,S6’,S8’方法步骤

Claims (17)

1.一种用于操作逆变器(12)的方法，其中所述逆变器(12)的输入电压(UPV)通过输入侧直流电压转换器(14)和/或输出侧逆变桥(16)调节，其中所述输入电压(UPV)对应于MPP电压(UMPP)，能够连接在输入侧的发电机(11)在所述MPP电压(UMPP)输出最大电功率，其中在所述直流电压转换器(14)中的第一温度值(TDCDC)和在所述逆变桥(16)中的第二温度值(TDCAC)被确定，并且所述逆变器(12)的所述输入电压(UPV)相对于所述MPP电压(UMPP)被改变，条件是所确定的温度值(TDCDC、TDCAC)中的至少一个超过分配给其的极限值(Tmax,DCDC、Tmax,DCAC)，其特征在于，所述输入电压(UPV)相对于所述MPP电压(UMPP)升高，条件是确定超过了所述直流电压转换器(14)中的所述第一温度值(TDCDC)的极限值(Tmax,DCDC)和/或所述MPP电压(UMPP)低于预定的极限电压(U极限)，否则所述输入电压(UPV)相对于所述MPP电压(UMPP)降低。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述极限电压(U极限)介于所述逆变器(12)直流电压中间电路(15)的最小电压的50％和150％之间，优选介于80％和120％之间。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述直流电压中间电路(15)的所述最小电压相当于将交流电流(IAC)馈入交流电压网(13)所需的最小中间电路电压(UZWK,min)。
4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据利用最大可能的电功率的操作中确定的温度值(TDCDC、TDCAC)来确定所述极限电压(U极限)。
5.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述温度值(TDCDC、TDCAC)分别被反复确定并且与分别分配给其的极限值(Tmax,DCDC、Tmax,DCAC)进行比较。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述输入电压(UPV)相对于所述MPP电压(UMPP)改变之后，输入电压(UPV)和MPP电压(UMPP)之间的差值增大，条件是所确定的温度值(TDCDC、TDCAC)中的至少一个仍旧超过分别分配给其的极限值(Tmax,DCDC、Tmax,DCAC)。
7.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述逆变器(12)的所述输入电压(UPV)根据MPP跟踪方法进行调节，条件是所有所确定的温度值(TDCDC、TDCAC)低于各自分配给其的极限值(Tmax,DCDC、Tmax,DCAC)，以及根据所述直流电压转换器(14)中的所述第一温度值(TDCDC)和/或根据所述逆变桥(16)中的所述第二温度值(TDCAC)来调节所述逆变器(12)的所述输入电压(UPV)，条件是所确定的温度值(TDCDC、TDCAC)中的一个超过分配给其的极限值(Tmax,DCDC、Tmax,DCAC)。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，依赖于温度的调节被激活用于根据温度值(TDCDC、TDCAC)调节所述逆变器(12)的所述输入电压(UPV)，条件是所确定的温度值(TDCDC、TDCAC)中的一个超过分配给其的极限值(Tmax,DCDC、Tmax,DCAC)，其中如果所有所确定的温度值(TDCDC、TDCAC)低于各自分配给其的极限值(Tmax,DCDC、Tmax,DCAC)，则所述依赖于温度的调节被禁用。
9.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，将所述输入电压(UPV)降低为零，特别通过借助所述直流电压转换器(14)将所述发电机(11)短路这种方式来进行，条件是由于所确定的温度值(TDCDC、TDCAC)中的一个超过所述极限值(Tmax,DCDC、Tmax,DCAC)中的一个的缘故而将所述输入电压(UPV)升高，并且所述输入电压(UPV)超过所述逆变器(12)的所述输入电压(UPV)的极限值(UPV,max)和/或超过所述中间电路电压(UZWK)的极限值(UZWK,max)。
10.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，将所述输入电压(UPV)升高到所述发电机(11)的空载电压(U0)，条件是确定超过所述直流电压转换器(14)中的所述第一温度值(TDCDC)的极限值(Tmax,DCDC)，而由于超过了所述逆变桥(16)中的所述第二温度值(TDCAC)的极限值(Tmax,DCAC)的缘故降低所述输入电压(UPV)并且该输入电压(UPV)低于所需的最小中间电路电压(UZWK,min)。
11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，将所述输入电压(UPV)降低到零，特别通过借助所述直流电压转换器(14)将所述发电机(11)短路的方式来进行，条件是所述发电机(11)的所述空载电压(U0)高于所述逆变器(12)的所述输入电压(UPV)的极限值(UPV,max)和/或高于所述中间电路电压(UZWK)的极限值(UZWK,max)。
12.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，在所述直流电压转换器(14)中和/或在所述逆变桥(16)中的温度值(TDCDC、TDCAC)借助温度模型来确定，其中所述温度模型处理温度传感器(19)的测量值，所述温度传感器(19)被分配给所述直流电压转换器(14)和/或所述逆变桥(16)，并且其中所述温度值(TDCDC、TDCAC)代表所述直流电压转换器(14)和/或所述逆变桥(16)的半导体开关上的温度或该半导体开关中的温度。
13.一种用于发电设备(10)的逆变器(12)，其中所述逆变器(12)具有输入侧的直流电压转换器(14)、输出侧的逆变桥(16)、用于以控制信号(18)控制所述直流电压转换器(14)和所述逆变桥(16)的控制装置(17)以及各自分配给所述直流电压转换器(14)和所述逆变桥(16)的温度传感器(19)，其特征在于，所述控制装置(17)被设置用于实施根据权利要求1至12中的任一项所述的方法。
14.如权利要求13所述的逆变器(12)，其特征在于，发电机(11)，特别是光伏发电机在输入侧能够连接到所述逆变器(12)。
15.如权利要求13和14中的任一项所述的逆变器，其特征在于，所述直流电压转换器(14)是升压调节器。
16.如权利要求13至15中的任一项所述的逆变器，其特征在于，所述直流电压转换器(14)包括至少一个半导体开关并且所述逆变桥(16)包括至少两个半导体开关。
17.如权利要求13和16中的任一项所述的逆变器，其特征在于，所述逆变桥(16)具有布置在输出侧的滤波电感。
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