CN106463970A

CN106463970A - 逆变器系统

Info

Publication number: CN106463970A
Application number: CN201580010728.5A
Authority: CN
Inventors: A.库卡; K.博伊森
Original assignee: Eltek AS
Current assignee: Delta Electronics Norway AS
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2015-02-25
Publication date: 2017-02-22
Also published as: GB201403560D0; US10284115B2; US20170063254A1; EP3111529A1; WO2015128359A1

Abstract

已公开了例如供在太阳能电源中使用的逆变器系统（100）。逆变器系统（100）包括输入逆变器（120），其包括正DC输入端子（121）和负DC输入端子（122）及第一AC输出端子（123）和第二AC输出端子（124）；以及双向逆变器设备（130），其包括第一双向子逆变器（138）和第二双向子逆变器（139）。第一双向子逆变器（138）和第二双向子逆变器（139）具有与DC功率储存设备（131）并行互连的DC端子（132、133）。第一双向子逆变器（138）具有第一AC端子（134）和第二AC端子（135）。第一AC端子（134）被连接到输入逆变器（120）的第一AC输出端子（123）。第二双向子逆变器（139）具有第一AC端子（136）和第二AC端子（137）。第一AC端子（136）被连接到输入逆变器（120）的第二AC输出端子（124）。第一双向子逆变器（138）的第二AC端子（135）和第二双向子逆变器（139）的第二AC端子（137）互连。

Description

逆变器系统

技术领域

本发明涉及电功率的转换，并且特别地涉及逆变器系统。

背景技术

存在对电功率的全世界范围的不断增加的需求。由于气候和环境问题及自然资源的不足，特别地需要用于在电功率的生产中利用可再生能源的新的且改进的解决方案。

光伏发电机（诸如太阳能电池板）以时变的量值提供DC功率，该时变的量值取决于位置、当日时间、天气条件等。一般地需要将此类发电机的时变输出转换成适合于将被正常功率消耗设备消耗且将被连接到公共AC电网的规则的稳定AC功率的改进技术。

另一目的是提供一种可被用来增加具有不对称负载的网络中的对称性的逆变器系统。

存在针对此类应用的逆变器系统。通常，此类现有逆变器系统出于隔离和/或平衡的目的利用变压器，特别是自耦变压器。变压器的使用涉及到降低的功率效率及增加的尺寸和成本。

因此，需要一种改进的逆变器系统。

发明内容

由如在所附独立权利要求1中阐述的逆变器系统提供了相比于背景技术的优点。

在从属权利要求中阐述了有利实施例。

根据以下详细描述将认识到本发明的附加特征、原理和优点。要理解的是前文的一般描述和随后的详细描述两者都仅仅是示例性和说明性的，并且并不限制所要求保护的本发明。

附图说明

图1是图示出逆变器系统的原理的示意性框图。

图2a—2c是图示出双向逆变器设备的操作的各种功能的示意性框图。

具体实施方式

参考附图，在以下详细描述中将通过示例性实施例来描述本发明。

图1是图示出逆变器系统100的原理的示意性框图。

在110处已图示出DC发电设备。DC发电设备110可有利地是可再生电功率的源。为此，DC发电设备110可包括光伏发电机。作为示例，DC发电设备110可以是一个太阳能板或一组太阳能板。

DC发电设备110包括被分别地连接到输入逆变器120的相应正DC输入端子121和负DC输入端子122的正DC输出端子和负DC输出端子。逆变器120还具有第一AC输出端子123和第二AC输出端子124。输入逆变器120可以是适合于将在其DC输入端子121、122处的DC功率变换成在其输出端子123、124处的AC功率的任何电路。输入逆变器120可以是电流控制的，即在电流控制模式下操作。

有利地，输入逆变器还提供有通信总线接口CAN，其使得能够在输入逆变器120与被配置通过相应通信总线接口进行操作的其他单元互连时实现输入逆变器120的通信和控制。作为示例，通信总线接口可以是基于消息的串行总线（诸如CAN总线）的接口，但存在替换方案。例如，通信可使用无线连接，并且该通信可借助于适当的（一个或多个）桥接器、（一个或多个）交换机、（一个或多个）路由器和/或类似网络设备被可选地扩展至外部网络，包括因特网。

逆变器系统100还包括双向逆变器设备130。双向逆变器设备130包括第一双向子逆变器138和第二双向子逆变器139。

双向子逆变器设备130能够在任一方向上转移能量；从DC侧（在图1中的左侧）至AC侧（在图1中的右侧），或者从AC侧至DC侧。双向逆变器设备130可被可选择地配置成在电压控制模式或电流控制模式下操作。

第一双向子逆变器138和第二双向子逆变器139具有与DC功率储存设备131并行互连的DC端子132、133。双向子逆变器138、139的正端子和DC功率储存设备131的正端子在132处互连。双向子逆变器138、139的负端子和DC功率储存设备131的负端子在133处互连。

每个双向子逆变器138、139还可提供有通信总线接口CAN，其使得能够实现与被配置成通过相应通信总线接口进行操作的其他互连单元的通信。作为示例，通信总线接口可以是基于消息的串行总线（诸如CAN总线）的接口，但存在替换方案。如已提及的，通信可被进一步扩展至外部网络，包括因特网。

DC功率储存设备131可包括可再充电电化学蓄电池，例如可再充电电池。可使用许多类型的可再充电电池。

第一双向子逆变器138具有第一AC端子134和第二AC端子135。第一AC端子134被连接到输入逆变器120的第一AC输出端子123。

第二双向子逆变器139具有第一AC端子136和第二AC端子137。第一AC端子136被连接到输入逆变器120的第二AC输出端子124。

第一双向子逆变器138的第二AC端子135和第二双向子逆变器139的第二AC端子137互连。

在逆变器系统100的有利方面，第一双向子逆变器138的第一AC端子134与输入逆变器120的第一AC输出端子123之间的连接可形成第一AC线路连接L1。

此外，第二双向子逆变器139的第一AC端子136与输入逆变器120的第二AC输出端子124之间的连接可形成第二AC线路连接L2。

并且，第一双向子逆变器138的第二AC端子135和第二双向子逆变器139的第二AC端子137之间的连接可形成AC中性连接N。

在逆变器系统100的另一有利方面，输入逆变器120可具有标称操作AC输出电压，其是第一和第二双向子逆变器中的每一个的标称操作AC电压的基本上2倍或√3倍。更具体地，输入逆变器120的标称操作AC输出电压可有利地在200至420 Vrms范围内、优选地在220至250 V rms范围内，例如240 V rms，并且第一双向子逆变器138和第二双向子逆变器139中的每一个的标称操作AC电压可在100至240 V rms范围内、优选地在110至125 V rms范围内，例如120 V rms。

在逆变器系统100的任何公开方面，输入逆变器120、第一双向子逆变器138和第二双向子逆变器139可有利地通过通信总线CAN通信互连。

在逆变器系统100的任何公开方面，第一AC线路连接L1和第二AC线路连接L2 可被有利地连接到转移开关设备150中的相应开关。此配置允许将第一AC线路连接L1和第二AC线路连接L2可切换地连接到外部AC电网160。并且，AC中性连接N可被有利地连接到外部AC电网160。

当在逆变器系统100中提供转移开关150时，转移开关150还可被配置成通过通信总线CAN进行通信。在这种情况下，通信总线CAN可将输入逆变器120、第一双向子逆变器138、第二双向子逆变器139和转移开关设备150通信互连。

在逆变器系统100的任何公开方面，第一AC线路连接L1和第二AC线路连接L2 和AC中性连接N可被连接到局部功率负载140。

在逆变器系统100的任何公开方面，第一子逆变器138和第二子逆变器139可以以相反的相位（即，移位180°）操作。替换地，可根据AC系统配置控制第一子逆变器138和第二子逆变器139以另一相位位移操作，相位可例如移位120°。

太阳能电源系统可包括如在上述公开的任何方面中指定的逆变器系统100。太阳能电源系统还可包括光伏发电机阵列110（诸如太阳能板）以及DC功率储存设备（或可再充电电池）131。

双向子逆变器138、139中的每一个可被配置成当通过转移开关设备150连接到AC电网160时在电流控制模式下操作。

双向子逆变器138、139中的每一个可被配置成当借助于转移开关设备150从AC电网160断开连接时在电压控制模式下操作。

逆变器系统100可在并网（on-grid）模式和岛模式中的任一者下操作。并网模式指的是当逆变器系统100被连接到AC电网160时的平常情况，而岛模式指的是逆变器系统100从AC电网160断开连接时的情况。

在并网模式下，转移开关150被闭合，并提供逆变器的AC侧互连与AC电网160之间的直接连接。此外，在并网模式下，输入逆变器120在并网电流控制模式下操作。其经由输入逆变器120将来自DC电源110的能量馈送并转换到AC电网160。由DC源经由输入逆变器120提供的能量还可被馈送到局部功率负载140和/或经由双向逆变器设备130馈送到DC功率储存设备131。此外，在并网模式下，双向逆变器设备130在并网电流控制模式下被连接到AC电网160。双向逆变器设备130可将来自DC功率储存设备131的能量转移并转换到AC电网160和/或局部功率负载140。

在岛模式下，转移开关150被打开，将AC电网160从逆变器的AC侧互连隔离。输入逆变器120可在转移事件期间断开连接。替换地，输入逆变器120可在转移事件期间不断开连接。

此外，在岛模式下，将在电压控制模式下配置包括在双向逆变器设备130中的双向子逆变器138、139两者。每个双向子逆变器138、139然后将产生分离相电压，导致岛电网电压，其是第一和第二双向子逆变器中的每一个的标称操作AC电压的2倍或√3倍。因此，当第一双向子逆变器138和第二双向子逆变器139中的每一个的标称操作AC电压在100-240 Vrms范围内、优选地在110至125 V rms范围内（例如，120 V rms）时，岛电网电压可在200—420 V rms范围内、优选地在220至250 V rms范围内，例如240 V rms。

此外，在岛模式下，输入逆变器120仍可在电流控制模式下操作，并且仍被连接到双向逆变器设备130，因此继续从DC电源110向岛电网提供能量。

此外，在岛模式下，双向逆变器设备130可通过使用下垂控制来控制由输入逆变器110提供的能量。

双向逆变器设备130或转移开关150可提供经由通信总线接口CAN传送到输入逆变器110的信号，向输入逆变器110通知逆变器系统100进入了局部岛模式。

在其中输入逆变器产生与连接负载相比过大的功率时，双向逆变器设备130可能能够向DC功率储存设备131提供DC功率，即对电池充电。

并网模式与岛模式之间的转移的各方面可取决于通信总线接口CAN上的通信。可基于当地的规章要求修改此类方面。

图2a图示出平衡功能。在图2a中的左侧图示出其中由双向逆变器设备130（特别地第一双向子逆变器138）向DC功率储存设备131提供功率的情况。因此，用一相电源对电池进行充电。由第二双向子逆变器139提供的另一相电源指向AC电网160或局部负载140或者负载140与电网AC电网160的任何组合。

图2a（左）中的情况可以例如在其中连接在家庭负载140的N与L1之间负载比连接在家庭负载140的N与L2之间的负载高得多（即家庭负载140中的负载是不对称的）的情况中使用。电源系统1在这里可以被用来通过经由控制第二子逆变器139从L2吸取AC功率并将其转换成DC且另外经由控制第一子逆变器138向L1供应更多功率来增加连接在L2与N之间的负载而补偿此不对称性。

在图2a中的右侧图示出其中由双向逆变器设备130（特别地第二双向子逆变器139）向DC功率储存设备131提供功率的情况。因此，用一相电源对电池进行充电。由第一双向子逆变器138提供的另一相电源指向AC电网160或局部负载140或者负载140与电网AC电网160的任何组合。

图2b图示出充电功能。由双向逆变器设备130特别地从双向逆变器138和第二双向逆变器139两者向DC功率储存设备131提供功率。因此，用两个相电源对电池充电。

图2c图示出供电功能。由DC功率储存设备131向双向逆变器设备130、特别是向双向子逆变器138和第二双向子逆变器139二者提供功率，并且其指向AC电网160或局部负载140或者负载140与电网AC电网160的任何组合。

Claims

1.逆变器系统（100），包括

输入逆变器（120），其包括正DC输入端子（121）和负DC输入端子（122）及第一AC输出端子（123）和第二AC输出端子（124）；

双向逆变器设备（130），其包括第一双向子逆变器（138）和第二双向子逆变器（139）；

第一双向子逆变器（138）和第二双向子逆变器（139）具有与DC功率储存设备（131）并行互连的DC端子（123、133）；

第一双向子逆变器（138）具有第一AC端子（134）和第二AC端子（135），第一AC端子（134）被连接到输入逆变器（120）的第一AC输出端子（123）；

第二双向子逆变器（139）具有第一AC端子（136）和第二AC端子（137），第一AC端子（136）被连接到输入逆变器（120）的第二AC输出端子（124）；

第一双向子逆变器（138）的第二AC端子（135）和第二双向子逆变器（139）的第二AC端子（137）互连。

2.根据权利要求1所述的逆变器系统，

其中，第一双向子逆变器（138）的第一AC端子（134）与输入逆变器（120）的第一AC输出端子（123）之间的连接形成第一AC线路连接（L1）；

其中，第二双向子逆变器（139）的第一AC端子（136）与输入逆变器（120）的第二AC输出端子（124）之间的连接形成第二AC线路连接（L2）；以及

其中，第一双向子逆变器（138）的第二AC端子（135）和第二双向子逆变器（139）的第二AC端子（137）之间的连接形成AC中性连接（N）。

3.根据权利要求1—2中的任一项所述的逆变器系统，

其中，输入逆变器（120）具有标称操作AC输出电压，其是第一和第二双向子逆变器中的每一个的标称操作AC电压的基本上2倍或√3倍。

4.根据权利要求3所述的逆变器系统，

其中，输入逆变器（120）的标称操作AC输出电压在200—420 V rms范围内、优选地在220至250 V rms范围内，并且第一双向子逆变器（138）和第二双向子逆变器（139）中的每一个的标称操作AC电压在100—240 V rms范围内、优选地在110至125 V rms范围内。

5.根据权利要求1—4中的任一项所述的逆变器系统，

其中，所述输入逆变器（120）、所述第一双向子逆变器（138）和所述第二双向子逆变器（139）通过通信总线（CAN）通信互连。

6.根据权利要求2所述的逆变器系统，

其中，所述第一AC线路连接（L1）和第二AC线路连接（L2）被连接到转移开关设备（150）中的相应开关，允许第一AC线路连接（L1）和第二AC线路连接（L2）被可切换地连接到外部AC电网（160）。

7.根据权利要求6所述的逆变器系统，

其中，所述AC中性连接（N）被连接到外部AC电网（160）。

8.根据权利要求6或7中的任一项所述的逆变器系统，

其中，所述输入逆变器（120）、所述第一双向子逆变器（138）、所述第二双向子逆变器（139）和所述转移开关设备（150）通过通信总线（CAN）通信互连。

9.根据权利要求2所述的逆变器系统，

其中，所述第一AC线路连接（L1）和第二AC线路连接（L2）和AC中性连接（N）被连接到局部功率负载（140）。

10.根据权利要求1—9中的任一项所述的逆变器系统，

其中，所述输入逆变器的正DC输入端子（121）和负DC输入端子（122）被连接到DC发电设备。

11.根据权利要求10所述的逆变器系统，

其中，所述DC发电设备（110）是可再生电功率的源。

12.根据权利要求11所述的逆变器系统，

其中，所述DC发电设备（110）包括光伏发电机。

13.根据权利要求1—12中的任一项所述的逆变器系统，

其中，所述DC功率储存设备（131）包括可再充电电化学蓄电池。

14.根据权利要求1—13中的任一项所述的逆变器系统，

其中，所述第一子逆变器（138）和所述第二子逆变器（139）以不同相位操作。

15.太阳能电源系统，

包括如在权利要求1—15中的任一项中阐述的逆变器系统（100）。