CN108207118A - 电力变换装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

此电力变换装置经由多个DC电源与AC电网之间的中间母线执行电力变换，且包含：多个DC/DC转换器，其分别被提供在所述中间母线与所述多个DC电源之间；连接到所述中间母线的中间电容器；被提供在所述中间母线与所述AC电网之间的DC/AC转换器；以及控制单元，其被配置成控制所述多个DC/DC转换器和DC/AC转换器，所述控制单元执行以下控制：将要从DC/AC转换器输出的有功功率分配给所述多个DC/DC转换器，以及使用与用于有功功率的分配系数不同的分配系数，将要从DC/AC转换器和中间电容器输出的无功功率的总和分配给多个DC/DC转换器。

Description

电力变换装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及电力变换装置及其控制方法。
本申请要求2015年10月19日提交的日本专利申请号2015-205364的优先权，其全部内容通过引用的方式并入本文中。
背景技术
为了将DC电源的电压转换为单相AC电压，例如使用包含升压转换器(DC/DC转换器)和反相器电路的电力变换装置。在传统电力变换装置中，通过升压转换器将DC电源的电压升压至比AC侧的峰值电压高的特定电压，且其后通过反相器电路将所得电压转换为AC电压。在此情况下，升压转换器和反相器电路总是执行高速开关操作。因此，在每一开关元件中发生开关损耗，并且在电抗器中发生铁损。这些损耗成为阻碍转换效率提高的一个因素。
同时，提出以下控制：虽然DC电源的电压和AC侧的瞬时电压的绝对值总是相互比较，仅在需要升压操作的时段期间使升压转换器执行开关操作，并且仅在需要降压操作的时段期间使反相器电路执行开关操作(例如，参见专利文献1)。在此类控制下，将开关操作停止的时段被提供给升压转换器和反相器电路。如果被提供停止时段，那么开关损耗和电抗器铁损相应降低，从而导致转换效率的提高。
此外，在被提供多个DC电源并且包含对应于相应DC电源的多个DC/DC转换器的电力变换装置中，也能够同样地提高转换效率(例如，参照专利文献2)。
引文列表
[专利文献]
专利文献1：日本早期公开专利公告号2014-241714
专利文献2：日本早期公开专利公告号2014-241715
发明内容
本发明是一种电力变换装置，其经由多个DC电源与AC电网之间的中间母线执行电力变换，所述电力变换装置包含：多个DC/DC转换器，其分别被提供在中间母线与多个DC电源之间；连接到中间母线的中间电容器；被提供在中间母线与AC电网之间的DC/AC转换器；以及控制单元，其被配置成控制所述多个DC/DC转换器和DC/AC转换器，所述控制单元执行以下控制：将要从DC/AC转换器输出的有功功率分配给所述多个DC/DC转换器，以及使用与用于有功功率的分配系数不同的分配系数，将要从DC/AC转换器和中间电容器输出的无功功率的总和分配给多个DC/DC转换器。
控制方法方面是一种用于电力变换装置的控制方法，所述电力变换装置包含：分别被提供在中间母线与多个DC电源之间的多个DC/DC转换器；连接到中间母线的中间电容器；被提供在中间母线与AC电网之间的DC/AC转换器；以及控制单元，其被配置成控制多个DC/DC转换器和DC/AC转换器，所述电力变换装置被配置成经由多个DC电源与AC电网之间的中间母线执行电力变换，所述控制方法由所述控制单元执行并且包含：将要从DC/AC转换器输出的有功功率分配给所述多个DC/DC转换器，以及使用与有功功率的分配系数不同的分配系数，将要从DC/AC转换器和中间电容器输出的无功功率的总和分配给所述多个DC/DC转换器。
附图说明
图1是示出被提供在多个DC电源与AC电网之间的电力变换装置的示意性配置的单线连接图。
图2是图1中示出的电力变换装置的电路图的实例。
图3是在第一DC/DC转换器和第二DC/DC转换器的输出被设置为2067W并且第三DC/DC转换器和第四DC/DC转换器的输出被设置为1033W的情况下，为了方便起见而以(1/20)的比例示出DC/DC转换器的峰值电流Ipeak(Ipeak_1至Ipeak_4)的结果及其电流的平方和的条形图。
图4是示出在蓄电池的充电/放电停止且用于太阳能电池的其他三个DC/DC转换器以最大输出操作的情况下流经相应DC/DC转换器的电流的峰值以及所有DC/DC转换器的电流的平方和的条形图。
图5是示出在用于太阳能电池的第一至第三DC/DC转换器的输出为2067W且用于蓄电池的第四DC/DC转换器的输出(用于充电)变为0W、-2067W、-3100W和-4133W的情况下相应DC/DC转换器的电流峰值和所有DC/DC转换器的电流的平方和的条形图。
图6是示出在与光伏发电同时执行蓄电池的放电的情况下相应DC/DC转换器的电流峰值和所有DC/DC转换器的电流的平方和的条形图。
图7是示出在光伏面板解除并联且在停止发电时仅一个DC/DC转换器供应无功电流的情况下电流峰值和平方和的计算结果的条形图。
具体实施方式
[本公开要解决的问题]
在上文所描述的专利文献1、2的电力变换装置中，执行开关控制以便DC/DC转换器将与从电力变换装置输出的电力一致的电力输出到AC电网。因此，DC/DC转换器向中间母线提供有功电流和无功电流。另外，在如专利文献2那样被提供多个DC/DC转换器的情况下，执行电流的分配。表示此电流分配要点的表达式如下。应注意，在下文中，字符字体(直立/斜体)的差别没有意义，并且相同的字符表示相同的值(以下同样适用)。
首先，符号定义如下。
I* a：用于从电力变换装置到AC电网的输出电流的命令值
Ca：AC侧电容器的电容
Va：AC电网电压
I* inv：在电流流向AC侧电容器之前的阶段的反相器电路的电流命令值
La：AC电抗器的电感
V* inv：在通过AC电抗器之前的阶段的反相器电路的电压命令值
V* o：在中间母线上产生的电压的命令值(V* g.i和V* inv的最大值中的较大值)
Co：中间电容器的电容
V* g.i：DC输入电压值(i是数字1、2、…，用于指定多个DC电源和DC/DC转换器)
I* g.i：DC输入电流命令值
s：拉普拉斯算子(Laplace operator)
符号“<>”指示括号中的值的平均值。
上式(1)右边的括号内的部分是从DC/DC转换器输出的电力，且含有有功功率和无功功率。在通过变形表达式(1)获得的表达式(2)中，通过分配从DC/DC转换器输出的电力以便与从DC电源供应的有功功率I* g.i×V* g.i成比例，且接着将所得值除以DC电源的电压V* g.i来获得电流命令值I* in.i。也就是说，在此情况下，分配将要从DC/DC转换器输出的有功功率和无功功率两者，以便与从DC电源输出的有功功率成比例。
此处，例如，在DC电源是光伏面板的情况下，控制从DC/DC转换器输出的有功功率以便实现在其处使光伏面板的输出最大化的最佳操作点。
然而，在专利文献2的电力变换装置中，较多的无功功率被分配给输出较大有功功率的光伏面板所连接到的DC/DC转换器，且因此电流可能集中在特定的DC/DC转换器上，使得在此DC/DC转换器中发生的电力损耗增加。
鉴于上述问题，本公开的目的是进一步降低电力变换装置中的电力损耗。
[本公开的效应]
本公开的电力变换装置及其控制方法可以进一步降低电力损耗。
[实施例的概要]
本发明的实施例的概要至少包含以下内容。
(1)这是一种电力变换装置，其经由多个DC电源与AC电网之间的中间母线执行电力变换，所述电力变换装置包含：多个DC/DC转换器，其分别被提供在中间母线与多个DC电源之间；连接到中间母线的中间电容器；被提供在中间母线与AC电网之间的DC/AC转换器；以及控制单元，其被配置成控制所述多个DC/DC转换器和DC/AC转换器，所述控制单元执行以下控制：将要从DC/AC转换器输出的有功功率分配给所述多个DC/DC转换器，以及使用与用于有功功率的分配系数不同的分配系数，将要从DC/AC转换器和中间电容器输出的无功功率的总和分配给多个DC/DC转换器。
在如上所述配置的电力变换装置中，有可能使用与用于有功功率的分配系数不同的分配系数来最佳地分配无功功率。因此，例如，通过设置分配系数以便均等相应DC/DC转换器的电力的峰值，使得有可能执行此类分配以便使流经相应DC/DC转换器的电流的峰值最小化。另外，例如，着眼于在DC/DC转换器中发生的电力损耗，还可能设置分配系数以便使电力损耗最小化。
应注意，从以上所述，控制单元也可以如下表达，尽管这也与下面的(2)相关。也就是说，可以这样叙述：“控制单元执行以下控制：将要从DC/AC转换器输出的有功功率分配给多个DC/DC转换器，并且使用与用于有功功率的分配系数不同的分配系数，将要从DC/AC转换器和中间电容器输出的无功功率的总和分配给多个DC/DC转换器，从而均等DC/DC转换器的电力的峰值。
(2)在(1)的电力变换装置中，控制单元可以执行将无功功率的总和分配给多个DC/DC转换器的控制，以便均等多个DC/DC转换器的电力或电流的峰值。
在此情况下，有可能最小化流经相应DC/DC转换器的电流的峰值。
(3)在(1)的电力变换装置中，当多个DC/DC转换器的最大输出彼此相同时，控制单元可以执行将无功功率的总和分配给多个DC/DC转换器的控制，以便均等多个DC/DC转换器的无功功率或无功电流。
在此情况下，有可能最小化流经相应DC/DC转换器的电流的峰值。
(4)在(1)的电力变换装置中，控制单元可以与多个DC/DC转换器中的每一个DC/DC转换器的输入电压的平方成比例地设置用于无功电流的分配系数。
在此情况下，有可能最小化发生在每一DC/DC转换器中的电力损耗。
(5)在(1)至(4)中的任一者中的电力变换装置中，控制单元可以从无功功率分配的目标中排除多个DC/DC转换器中的与蓄电池连接的DC/DC转换器。
在此情况下，有可能防止由于无功电流流经蓄电池而发生电力损耗。
(6)控制方法方面是一种用于电力变换装置的控制方法，所述电力变换装置包括：分别被提供在中间母线与多个DC电源之间的多个DC/DC转换器；连接到中间母线的中间电容器；被提供在中间母线与AC电网之间的DC/AC转换器；以及控制单元，其被配置成控制所述多个DC/DC转换器和DC/AC转换器，所述电力变换装置被配置成经由多个DC电源与AC电网之间的中间母线执行电力变换，所述控制方法由控制单元执行并且包含：将要从DC/AC转换器输出的有功功率分配给所述多个DC/DC转换器，以及使用与用于有功功率的分配系数不同的分配系数，将要从DC/AC转换器和中间电容器输出的无功功率的总和分配给多个DC/DC转换器。
在如上所述的电力变换装置的控制方法中，有可能使用与用于有功功率的分配系数不同的分配系数来最佳地分配无功功率。因此，例如，通过设置分配系数以便均等相应DC/DC转换器的电力的峰值，使得有可能执行此类分配以便使流经相应DC/DC转换器的电流的峰值最小化。另外，例如，着眼于在DC/DC转换器中发生的电力损耗，还可能设置分配系数以便使电力损耗最小化。
[实施例的细节]
在下文中，将参考附图来描述本发明的实施例的细节。
<<电路配置实例>>
图1是示出被提供在多个DC电源3与AC电网之间的电力变换装置1的示意性配置的单线连接图。在图1中，电力变换装置1执行DC至AC电力变换，并且包含作为升压转换器的多个DC/DC转换器2以及作为经由中间母线(DC母线)6连接的反相器电路的DC/AC转换器8。在此实例中，示出四对DC电源3和DC/DC转换器2，但“四对”仅仅是复数的实例。
每一DC/DC转换器2被提供在相应的DC电源3与中间母线6之间。提供每一DC/DC转换器2，其中DC侧电容器4和开关5被提供在DC/DC转换器2与DC电源3之间。此处，示出对于所有DC电源3相应地提供开关5的实例。然而，可以仅针对必要的DC电源3来提供开关5。中间电容器7连接到中间母线6。经由中间母线6与AC电网之间的AC侧电容器9来提供DC/AC转换器8。应注意，DC电源3例如是光伏面板或蓄电池。
电力变换装置1根据最小开关转换方法执行控制，其中，虽然每一DC电源3的电压和AC侧的瞬时电压的绝对值总是相互比较，DC/DC转换器2仅在需要升压操作的时段期间使DC/DC转换器2执行开关操作，且仅在需要降压操作的时段期间使DC/AC转换器8执行开关操作。在此类控制下，将开关操作停止的时段提供给DC/DC转换器2和DC/AC转换器8中的每一者。如果提供停止时段，那么开关损耗和电抗器铁损相应降低，从而提高转换效率。应注意，在DC电源3的电压不同的情况下，使用最高电压值为基准来执行控制。
图2是图1中示出的电力变换装置1的电路图的实例。为了便于说明，仅示出了四对DC电源3和DC/DC转换器2中的两对，但是另外两对也以相同的方式并联连接到中间母线6。
与图1中那些相对应的部分通过相同的参考字符来表示。在图2中，电力变换装置1包含过滤器电路14、控制单元20和稍后描述的测量传感器，以及上文所描述的DC侧电容器4、DC/DC转换器2、中间电容器7和DC/AC转换器8。
每一DC/DC转换器2是包含DC电抗器11和一对开关元件Q11、Q12的升压斩波器(降压也是可能的)。由于开关元件Q11、Q12，例如使用IGBT(绝缘栅双极晶体管)。二极管d11、d12分别与开关元件Q11、Q12在极性相反的方向上并联连接。应注意，除上述以外，可以使用FET(场效应晶体管)作为开关元件Q11、Q12。
DC/AC转换器8包含形成全桥的四个开关元件Q81、Q82、Q83、Q84。开关元件Q81至Q84例如是FET。
过滤器电路14包括AC电抗器13和AC侧电容器9，且防止含在DC/AC转换器8的AC输出中的高频分量泄露到AC电网17。应注意，AC电网17包含AC负载15和商业电网16。
作为上述传感器，被提供有：用于检测DC侧电容器4的两端之间的电压(Vg)的电压传感器31；用于检测流经每一DC/DC转换器2的电流(Iin)的电流传感器32；用于检测中间电容器7的两端之间的电压的电压传感器33，即中间母线6的两条线之间的电压(Vo)；用于检测在DC/AC转换器8的AC侧上流动的电流(Iinv)的电流传感器34；以及用于检测AC侧电容器9的两端之间的电压的电压传感器35。来自所有传感器的测量输出信号被发送到控制单元20。控制单元20执行用于DC/DC转换器2和DC/AC转换器8的开关控制。
控制单元20例如包含CPU，且通过计算机来执行软件(计算机程序)，从而实现必要的控制功能。所述软件存储在控制单元20的存储装置(未图示)中。应注意，控制单元20可以由仅使用不包含CPU的硬件的电路来配置。
<<控制理论>>
接着，将描述如上所述配置的电力变换装置1的控制理论。首先，将如下定义多个值。
Va：通过电压传感器35检测的AC电网电压
I* a：用于流到AC电网17的AC电流的命令值
Iinv：通过电流传感器34检测的AC电流
Ca：AC侧电容器9的电容
I* inv：用于从DC/AC转换器8流到AC电抗器13的电流的命令值
V* inv：用于DC/AC转换器8的AC侧的电压命令值
Rinv：DC/AC转换器8的电阻分量
Linv：AC电抗器13的电感
I* in：用于流到DC/DC转换器2的DC电抗器11的电流的命令值
Iin：通过电流传感器32检测的DC电流
Co：中间电容器7的电容
V* o：用于中间电容器7的两端之间产生的电压的命令值
Vo：通过电压传感器33检测的中间电压
Vg：通过电压传感器31检测的DC电压
Rin：DC/DC转换器2的电阻分量
Linv：DC电抗器11的电感
中间母线6处的瞬时电力的等式由以下表达式(5)表示。应注意，(t)指示时间的函数。
表达式(5)的左边表示从多个DC/DC转换器2供应的电力的总和。在右边，第一项表示供应到DC/AC转换器8的电力，且第二项表示用于中间电容器7的无功功率。
从这里，表达式将被分析如下。
如表达式(9)和表达式(13)所示，如果I* inv(t)和V* inv(t)被近似以使得它们可以表示为彼此同步的正弦波，那么表达式的右边(5)如表达式(17)所示那样配置。此外，右边以线性组合的形式被重写，以对应于从相应DC/DC转换器2供应的电力，由此获得表达式(18)。
此处，gi和wi是代表从每一DC/DC转换器供应的有功功率与无功功率之间的比率的分配系数，且从DC电源传输到AC侧的电力的正负号被定义为正。当执行蓄电池的光伏发电或放电时gi的正负号是正，且当蓄电池充电时是负。
如表达式(19)所示出，当电力流方向整体是从DC到AC时，满足以下条件。
当电力流方向整体是从AC到DC时，满足以下条件。
这里，作为参考，例如，如果满足gi＝wi，那么将无功功率与有功功率(有功功率比例分配)成比例地分配。然而，在此分配的情况下，如果gi的正负号彼此不同，即，同时执行蓄电池的光伏发电和充电，从蓄电池供应抵消从光伏面板供应的无功功率的无功功率，且因此从相应DC/DC转换器2供应比所需更多的无功功率。在此情况下，将gi的绝对值设置为等于wi时，可以执行比例分配，使得从相应DC/DC转换器2供应的无功功率的正负号，即无功电流的相位彼此一致。
另一方面，如果wi被确定为使得gi(I* inv·V* inv/2)+wi{-(I* inv·V* inv/2)cos(2ωt)+F(2ωt)}的值变为恒定时，分配无功功率而使得从相应DC/DC转换器2供应的电力均等(电力均等分配)。在此分配方法中，将较多的无功功率分配给具有较少供应量的有功功率的DC/DC转换器2。
另外，与上述方法类似，也可以设想执行分配以使表达式(20)的电流均等(电流均等分配)的方法。如果电流被均等分配，那么流经每一DC/DC转换器2的电流的峰值得以最小化。因此，DC电抗器11和开关元件Q11、Q12的电流容量可以被最小化。
在表达式(20)中，代表分母后半部分的电压降的部分Vg_i-(Rin_iI* in_i(t)+Lin_i(dI* in_i(t)/dt)含有时间变化分量，且因此严格地说，第一项也含有无功电流分量。然而，与约200V的电源电压相比，变化分量小到几个V，且因此在以下分析中忽略。另外，流经中间电容器7的无功功率F(2ωt)也较小，且因此忽略。因此，获得表达式(21)。此外，通过计算表达式(21)的均方根的平方根，获得表示流经DC/DC转换器2的电流的有效值的表达式(22)。
如果设置wi而使得表达式(22)中的(gi 2+(wi 2/2))1/2变为恒定，那么电力可以被均等分配。另外，如果设置wi而使得(gi 2+(wi 2/2))1/2/Vg_i变为恒定，那么电流可以被均等分配。
例如，在连接到光伏面板的三个DC/DC转换器2均等地执行输出且蓄电池停止的情况下，针对用于光伏面板的DC/DC转换器2来说，gi的值是1/3，且针对用于蓄电池的DC/DC转换器2来说，gi的值是0。此时，如果针对用于光伏面板的DC/DC转换器2将wi设置为1/6且针对用于蓄电池的DC/DC转换器2设置为1/2，那么表达式(22)中的根部分的值针对用于光伏面板的DC/DC转换器2和用于蓄电池的DC/DC转换器2两者变为(√2)/4，且因此电力得以均等。
另一方面，为了使由DC/DC转换器的电阻引起的电力损耗最小化，可以用wi设置来执行分配以使表达式(24)最小化。在表达式(24)中，由于gi和wi彼此正交，所以可以用wi设置来执行分配，以使得下面所示的第二项最小化。
在所有DC/DC转换器2相同并且它们的电阻分量Ri彼此相等的情况下，通过根据表达式(25)用wi设置来执行分配，使电力损耗最小化。此外，在连接到相应DC/DC转换器2的DC电源的电压全部相同的情况下，通过根据DC/DC转换器2的数量简单地均等分配wi，使损耗最小化，如表达式(26)所示。因此，除非gi的所有值相等，否则使电流峰值最小化的wi分配设置与使电力损耗最小化的条件不一致。
在用于上述无功电流的分配方法中，假定从所有的DC/DC转换器2供应无功电流。在此情况下，无功电流流经蓄电池，且因此存在归因于蓄电池的内部电阻的损耗增加的问题。在光伏面板的情况下，由于输出阻抗相当大，如果具有大电容的电容器被提供在DC/DC转换器2与光伏面板之间，那么无功电流由此电容器吸收，且因此无功电流几乎不流经光伏面板。
然而，在蓄电池的情况下，由于其阻抗较小，即使电容器被提供在蓄电池与DC/DC转换器2之间，其效应较小且无功电流几乎直接流到蓄电池。因此，优选的是仅使用用于光伏面板的DC/DC转换器2来分配无功电流，同时排除用于蓄电池的DC/DC转换器2。然而，当蓄电池的充电/放电停止时，如果被提供在蓄电池与DC/DC转换器2之间的开关5断开，那么电流不流到蓄电池，且因此无功电流也可以被分配给用于蓄电池的DC/DC转换器2。
<<实例1>>
(所有DC电源是光伏面板的情况)
将通过示出具体实例来进一步讨论无功电流的最佳分配，而为了简化计算，将DC电源的所有电压设置为200V，并且将AC电网的电压设置为200V(有效值)。
在光伏面板连接到所有四个DC/DC转换器的情况下，已经计算了流经每一DC/DC转换器的电流的峰值以及这些电流的平方和，同时无功电流的分配方法被改变。在下文中，四个DC/DC转换器被称作第一DC/DC转换器、第二DC/DC转换器、第三DC/DC转换器和第四DC/DC转换器。
图3用条形图示出，在第一所述DC/DC转换器和第二DC/DC转换器的输出被设置为2067W并且第三DC/DC转换器和第四DC/DC转换器的输出被设置为1033W的情况下，为了方便起见而在(1/20)的比例下的DC/DC转换器的峰值电流Ipeak(Ipeak_1至Ipeak_4)的结果及其电流的平方和。在条形图中，阴影条指示有功电流比例分配，填充条指示无功电流均等分配，且轮廓条指示电流均等分配。
如图表中所示，在有功电流比例分配的情况下，第一DC/DC转换器和第二DC/DC转换器的峰值电流变为最大，即20.7A。在无功电流均等分配的情况下，第一DC/DC转换器和第二DC/DC转换器的峰值电流减小为17.1A。在电流均等分配的情况下，峰值电流进一步减小为15.5A。至于电流的平方和，无功电流均等分配的值是最小的。与用于电流均等分配的电流的平方和相比，其差值是-3.3％。
如在此实例中那样，如果DC/DC转换器中的最大输出不同，那么也可以设想采用电流均等分配来均等所有DC/DC转换器的电流，并且具有相同额定值的元件被用于诸如DC电抗器和开关元件的组件。如果所有DC/DC转换器的最大输出相同，那么认为采用无功电流均等分配以最小化损耗。
<<实例2>>
(用于太阳能电池的三个DC/DC转换器和用于蓄电池的一个DC/DC转换器的情况)
(出售光伏发电剩余电力的情况)
接着，将描述存在用于太阳能电池的三个(第一至第三)DC/DC转换器和用于蓄电池的一个(第四)DC/DC转换器的情况。首先，将描述蓄电池的充电/放电停止且用于太阳能电池的其他三个DC/DC转换器以最大输出操作的情况。在此情况下，假定蓄电池与DC/DC转换器解除并联，且用于蓄电池的DC/DC转换器可以仅供应无功电流。图4示出流经相应DC/DC转换器的电流的峰值以及在此情况下所有DC/DC转换器的电流的平方和。
用于第一至第三DC/DC转换器的电流峰值Ipeak_1、Ipeak_2、Ipeak_3针对有功电流比例分配是20.7A，针对无功电流均等分配是18.1A，且针对电流均等分配是15.5A。关于电流的平方和，有功电流比例分配和电流均等分配指示相同的值，且用于无功电流比例分配的值与另两个分配相比小8.3％。因此，当光伏面板正在产生电力时，如果蓄电池停止并且同时通过无功电流均等分配从用于蓄电池的DC/DC转换器供应无功电流，那么可以提高转换效率。或者，如果使用电流均等分配，那么效率未改变，但流经用于太阳能电池的DC/DC转换器的电流的峰值可以降低，且因此诸如DC电抗器的组件的额定值可以降低。此类方法在不执行所谓的双重发电的情况下是有效的，在所述双重发电中，出售光伏发电的剩余电力并且执行通过蓄电池进行的升压。
(使用光伏发电的剩余电力对蓄电池充电的情况)
从现在开始，剩余电力的购买价格进一步下降，且因此销售电力的优势将会减小。因此，在不销售光伏发电的剩余电力的情况下，剩余电力将被充电入蓄电池中以供自耗。在此情况下，当正在执行光伏发电时，蓄电池正在充电，且因此不可能从用于蓄电池的DC/DC转换器供应无功电流。因此，将仅从用于太阳能电池的DC/DC转换器供应无功电流。然而，随着自耗减少并且蓄电池的充电比例增加，反相器的输出降低，且因此必要的无功电流量也减小。
图5示出在用于太阳能电池的第一至第三DC/DC转换器的输出为2067W且用于蓄电池的第四DC/DC转换器的输出(用于充电)变为0W、-2067W、-3100W和-4133W的情况下相应DC/DC转换器的电流峰值和所有DC/DC转换器的电流的平方和。无功电流仅均等分配给第一至第三DC/DC转换器，而不会导致无功电流流经用于蓄电池的第四DC/DC转换器。
当蓄电池的充电为零时，太阳能电池的DC/DC转换器的电流峰值最大为20.7A，但随着蓄电池的充电量增加，要承载的无功电流减小，且因此电流峰值减小。另一方面，当充电量是4133W时，由于流经用于蓄电池的DC/DC转换器的电流仅是有功电流，电流值变为与用于太阳能电池的DC/DC转换器的电流峰值相同的值20.7A。
因此，只要可以执行必要的冷却，就有可能使用与用于太阳能电池的DC/DC转换器的DC电抗器和半导体装置相同的DC电抗器和半导体装置来执行高达4kW的充电。在白天可能没有人存在而耗电少的家庭中，光伏发电中存在大量的剩余电力，且因此希望充电容量较大。如果使用于蓄电池的DC/DC转换器仅仅承受有功电流并由此使其可能供应更多的有功电流，那么充电容量可以相应地增加，且这对于剩余电流的自耗是有利的。
(同时执行蓄电池的光伏发电和放电的情况)
在自耗大于发电的情况下，与发电同时执行蓄电池的放电。图6示出相应DC/DC转换器的电流峰值以及在此情况下所有DC/DC转换器的电流的平方和。对于用于太阳能电池的第一至第三DC/DC转换器的输出，通过从电力变换装置的最大输出6200W减去用于蓄电池的第四DC/DC转换器的输出而获得的电力被均等分配，而第四DC/DC转换器的输出改变为0W、2067W、3100W和4133W。
无功电流仅被均等分配用于太阳能电池的第一至第三DC/DC转换器。当用于蓄电池的第四DC/DC转换器的输出为0W时的结果与图5相同。在图5中，随着蓄电池的充电增加，用于太阳能电池的第四DC/DC转换器将要承载的无功电流减小。然而，在图6中，用于太阳能电池的第四DC/DC转换器将要承载的无功电流不更改，且随着蓄电池的放电增加，有功电流减小。当蓄电池的放电在4133W时，电流的平方和变为最大。
(当光伏发电正停止时执行蓄电池的充电/放电的情况)
在光伏发电正停止时执行蓄电池的充电或放电的情况下，为了不使无功电流流到蓄电池，用于太阳能电池的DC/DC转换器需要供应无功电流。如果在未正执行光伏发电时操作用于太阳能电池的DC/DC转换器，那么存在于DC/DC转换器的太阳能电池侧上的电容器通过从中间母线流动的电流来充电，且因此电容器的电压增加。此时，从外部向太阳能电池的每一P-N结施加正向电压，从而建立导通状态，且因此DC/DC转换器的电池侧短路。
在此状态下，不可能从用于太阳能电池的DC/DC转换器的电容器供应无功功率。因此，为了在太阳能电池未产生电力时从DC/DC转换器供应无功电流，有必要通过在太阳能电池与DC/DC转换器之间被提供将由控制单元20控制来断开/闭合的开关5来使光伏面板解除并联。为了尽可能地抑制成本增加，当发电停止时仅使用一个DC/DC转换器来供应无功电流。在此条件下，已计算了电流峰值和平方和。图7是示出此计算的结果的条形图。
第一DC/DC转换器用于供应无功电流，而第二DC/DC转换器和第三DC/DC转换器停止。在用于蓄电池的第四DC/DC转换器仅供应有功电流时，已对于输出为2067W、3100W、4133W的情况执行了计算。当蓄电池的放电在4133W时，流经第四DC/DC转换器的有功电流的峰值和流经第一DC/DC转换器的无功电流均是10.7A。图7示出不仅执行蓄电池的放电而且在执行充电时的情况，获得了除了电流的方向改变之外的相同结果。
<<补充>>
应注意，本文所公开的实施例在所有方面仅仅是说明性的，且不应被辨识为是限制性的。本发明的范围通过权利要求的范围来限定，且意图包含与权利要求的范围等效的含义以及所述范围内的所有修改。
附图标记列表
1 电力变换装置
2 DC/DC转换器
3 DC电源
4 DC侧电容器
5 开关
6 中间母线
7 中间电容器
8 DC/AC转换器
9 AC侧电容器
11 DC电抗器
13 AC电抗器
14 过滤器电路
15 AC负载
16 商业电网
17 AC电网
20 控制单元
31 电压传感器
32 电流传感器
33 电压传感器
34 电流传感器
35 电压传感器
Q11、Q12、Q81、Q82、Q83、Q84 开关元件
d11、d12 二极管

Claims (7)

1.一种在多个DC电源与AC电网之间经由中间母线来执行电力变换的电力变换装置，所述电力变换装置包括：
多个DC/DC转换器，其分别被提供在所述中间母线与所述多个DC电源之间；
中间电容器，其被连接到所述中间母线；
DC/AC转换器，其被提供在所述中间母线与所述AC电网之间；以及
控制单元，其被配置成控制所述多个DC/DC转换器和所述DC/AC转换器，所述控制单元执行以下控制：
将要从所述DC/AC转换器输出的有功功率分配给所述多个DC/DC转换器，以及
使用与用于所述有功功率的分配系数不同的分配系数，将要从所述DC/AC转换器和所述中间电容器输出的无功功率的总和分配给所述多个DC/DC转换器。
2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其中
所述控制单元执行将所述无功功率的所述总和分配给所述多个DC/DC转换器的控制，以使得所述多个DC/DC转换器的电力或电流的峰值均等。
3.根据权利要求1所述的电力变换装置，其中
当所述多个DC/DC转换器的最大输出彼此相同时，所述控制单元执行将所述无功功率的所述总和分配给所述多个DC/DC转换器的控制，以使得所述多个DC/DC转换器的无功功率或无功电流均等。
4.根据权利要求1所述的电力变换装置，其中
所述控制单元以与所述多个DC/DC转换器中的每一个DC/DC转换器的输入电压的平方成比例的方式来设置用于所述无功电流的所述分配系数。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的电力变换装置，其中
所述控制单元从无功功率分配的目标中排除掉在所述多个DC/DC转换器之中的连接有蓄电池的所述DC/DC转换器。
6.一种用于电力变换装置的控制方法，所述电力变换装置包含：
多个DC/DC转换器，其分别被提供在中间母线与多个DC电源之间；
中间电容器，其被连接到所述中间母线；
DC/AC转换器，其被提供在所述中间母线与AC电网之间；以及
控制单元，其被配置成控制所述多个DC/DC转换器和所述DC/AC转换器，
所述电力变换装置被配置成在所述多个DC电源与所述AC电网之间经由所述中间母线来执行电力变换，
所述控制方法由所述控制单元执行并且包括：
将要从所述DC/AC转换器输出的有功功率分配给所述多个DC/DC转换器，以及
使用与用于所述有功功率的分配系数不同的分配系数，将要从所述DC/AC转换器和所述中间电容器输出的无功功率的总和分配给所述多个DC/DC转换器。
7.一种在多个DC电源与AC电网之间经由中间母线来执行电力变换的电力变换装置，所述电力变换装置包括：
多个DC/DC转换器，其分别被提供在所述中间母线与所述多个DC电源之间；
中间电容器，其被连接到所述中间母线；
DC/AC转换器，其被提供在所述中间母线与所述AC电网之间；以及
控制单元，其被配置成控制所述多个DC/DC转换器和所述DC/AC转换器，所述控制单元执行以下控制：
将要从所述DC/AC转换器输出的有功功率分配给所述多个DC/DC转换器，以及
使用与用于所述有功功率的分配系数不同的分配系数，将要从所述DC/AC转换器和所述中间电容器输出的无功功率的总和分配给所述多个DC/DC转换器，从而使得所述DC/DC转换器的电力的峰值均等。
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