CN201966628U - 逆变器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种逆变器(1)。本实用新型利用电网监控单元(11)对电网(6)进行监控，并依据所述电网(6)的状况，逆变器(1)通过控制设备(8)的控制在与电网连接运行模式和隔离运行模式之间进行切换。在所述与电网连接运行模式下，至少输入DC/DC变换器(2)和输出DC/AC变换器(4)被开启，以向电网(6)提供逆变器产生的交流电压，在所述隔离运行模式下，所述输入DC/DC变换器(2)和/或可连接至备用能量存储装置(10)的附加的储能DC/DC变换器(9)以及所述输出DC/AC变换器(4)被开启，以将逆变器产生的交流电压提供给用户设备(7)。

Description

逆变器
技术领域
本发明涉及一种控制逆变器的方法，该逆变器通过至少一个输入DC/DC变换器、中间电路和输出DC/AC变换器将由能量源产生的直流电压变换为交流电压，为用户设备提供电力和/或向电网输入电力，其中，通过控制设备来控制所述逆变器的各个部件。
同样地，本发明涉及一种逆变器，该逆变器通过至少一个输入DC/DC变换器、中间电路和输出DC/AC变换器将由能量源产生的直流电压变换为交流电压，为用户设备提供电力和/或向电网输入电力，其中所述输入DC/DC变换器连接至控制设备。更理想的是，该逆变器由高频(HF)逆变器组成。
背景技术
本发明的目的是对与电网连接的逆变器进行改进，以使得即使在发生电网故障后，仍能对用户设备提供电力。
JP2005-137124A示出了一种带有能量存储装置的太阳能设备，其中能量存储装置被并联设置，并通过一个节能电路适当地控制以达到最佳运行效率，从而能够以一种最佳且无故障的方式为用户设备提供电能。
JP2005-117871A描述了一种充电电池设备，当将要被充电的电池被连接上时，该设备能够对其进行检测，为此，该设备相应地控制电荷脉冲发生器。
US6239579B1涉及一种管理电池组的设备，其中的控制设备适当地开启开关，从而检测负荷状态下的单个电池单元，而不会损害整个电池组的充电能力。
JP2006-320099A示出了一种用于存储电能的系统，当检测到电网出现电压骤降后，该系统通过电池至少能保证为最重要的用户设备提供电力。
JP08-223816A描述了一种包含电池的逆变器系统，并对其中的电池的充电状况进行监控，以实现逆变器的最佳运行。
JP10-031525A公开了一种包含储能电池的太阳能制造系统，通过储能电池可以平衡入射的太阳辐射的变化。
US6081104A描述了一种为电池供电的系统，同时也描述了一种带有电能的照明系统。在此，负载以一种最佳的方式运行，而其中的电池被保持在一种尽可能高的充电水平。
最后，JP2001-095179A描述了一种甚至在电网出现故障的情况下，可通过电池为负载提供电能的装置。
发明内容
根据本发明的方法，能够实现本发明的目的。因为本发明采用电网监控单元对电网进行监控，并且根据所述电网的状况，控制设备控制所述逆变器在与电网连接运行模式和隔离运行模式之间切换。在所述与电网连接运行模式下，至少输入DC/DC变换器和输出DC/AC变换器被开启，以向所述电网输入逆变器所产生的交流电压，在所述隔离运行模式下，输入DC/DC变换器和/或可连接至备用能量存储装置的附加的储能DC/DC变换器以及输出DC/AC变换器被开启，以向用户设备提供逆变器产生的交流电压。在此具有优势的是，所述逆变器既可工作于所述与电网连接运行模式，也可工作于所述隔离运行模式，特别地，其中在所述隔离运行模式下需要的附加部件不会影响到所述逆变器在所述与电网连接运行模式下运行的高效率。同样的优势在于，能够保持与电网连接的逆变器具有一个宽范围的输入电压。更具有优势的是，通过切换至所述隔离运行模式，在发生电力故障时仍可以允许为至少一部分用户设备提供电力。同样具有优势的是，在与电网连接运行模式下，不需要所述备用能量存储装置也可进行电力供应。因此，可以仅在需要的情况下才重新安装上费用昂贵的能量存储装置。最后，在运行过程中能量存储装置可方便地进行调换或升级，而能量存储装置将不会对中间电路提供电能。通过采用电网监控单元监控电网的措施，可随时获得关于是否有电网接入的信息。
具有优势的是，通过例如，加载到所述储能DC/DC变换器的输入电压，可自动检测到可选择性地连接至所述储能DC/DC变换器的能量存储装置。因此，当所述能量存储装置被连接入后，用户将不需耗费额外的努力。
根据本发明的更进一步的特性是对所述能量存储装置的充电状况进行检测。这可通过持续性的或者周期性的请求来实现。
具有优势的是，在所述与电网连接运行模式下，所述输入DC/DC变换器对所述逆变器的中间电路供电，而且中间电路至少对所述输出DC/AC变换器进行供电。
具有优势的是，所述能量源或者电网根据检测到的所述能量存储装置的充电状况对能量存储装置进行充电。获取所述充电状况和可选择性地对所述能量存储装置进行再充电保证了在隔离运行模式下能量存储装置总是处于被冲满电状态。具有优势的是，储能DC/DC变换器根据能量存储装置的充电状况被开启，以通过所述中间电路和所述储能DC/DC变换器对所述能量存储装置充电。由于所述储能DC/DC变换器只是根据所述能量存储装置的充电状态而被开启，也就是说只是临时性地开启所述储能DC/DC变换器，所述逆变器的中间电路将以最小程度施加负载，如此可补偿所述存储装置的自放电。因而，不会对该高频逆变器在与电网连接的运行模式下的高效率有实质性影响。这一点特别归因于所述中间电路继续无任何中断地向所述输出DC/AC变换器提供电力的措施。
在能量存储装置满负荷的情形下，很方便地再次停止所述储能DC/DC变换器的工作。
在所述逆变器工作于隔离运行模式下时，所述中间电路根据所述能量源的电力状况方便地从所述输入DC/DC变换器和/或储能DC/DC变换器获取电力，所述中间电路对所述输出DC/AC变换器提供电力。这样可确保对用户设备的电力供应，即使在夜晚能量源例如太阳能电池不能提供能量或者不能提供足够的能量时。因此，所述备用的能量存储装置能够通过所述储能DC/DC变换器和所述输出DC/AC变换器为用户设备提供电力。
根据所述能量源传送的电能状况，可方便地使所述储能DC/DC变换器再次停止工作。
最后，根据该能量存储装置的充电状况和所述能量源提供的电能，该储能DC/DC变换器可完全被开启，从而可对所述能量存储装置充电。这对于所述能量存储装置是有利的而且可对该能量存储装置可选择性地再充电。如此，可延长所述能量存储装置的使用寿命，同时可增加从所述能量存储装置向所述用户设备提供电力的时间。更进一步地，这样也可随时得到一个稳定的输出电压。
当检测到所述电网出现故障时，所述逆变器将很方便地从所述与电网连接运行模式自动切换到所述隔离运行模式。这样可保证至少一段有限时间的无中断的电力供应。
根据本发明的进一步特性，在检测到所述电网出现故障后，所述逆变器将从所述电网断开。这种措施允许整个能量都会提供给用户设备，而且所述电网不会消耗能量。
当再次检测到所述电网时，所述逆变器将很方便地从所述隔离运行模式自动切换到与电网连接运行模式。一旦再次连接至电网，所述逆变器产生的能量将馈送给所述电网。通常，电网的运营者会对所提供的能量进行财政补偿，这也是为什么本发明的逆变器的运行方式对用户来说会更经济。
如果所述逆变器被连接至所述电网，同时检测到电网的存在，相应地将能够对所述电网和用户设备提供电力。
所述逆变器的各个部件之间通过数据线通讯，可实现能量管理的最优化和/或在两种运行模式下的能量流动，也就是所述与电网连接运行模式和所述隔离运行模式。
当前能量存储装置的信息通过数据线进行传递，这样可允许该逆变器切换至所述隔离运行模式，同时对所述能量存储装置进行充电。
本发明的目的同样是通过上述提到的逆变器来实现的，其中所述逆变器具有储能DC/DC变换器，一方面，该储能DC/DC变换器连接至所述中间电路，另一方面，其也可连接至备用能量存储装置，所述储能DC/DC变换器还连接至所述控制设备。并且，该逆变器还进一步具有连 接至所述控制设备的电网监控单元，以对电网进行监控和在与电网连接运行模式和隔离运行模式之间进行切换。在与电网连接运行模式下，至少所述输入DC/DC变换器和所述输出DC/AC变换器被开启，以将该逆变器产生的交流电压馈送给所述电网，在隔离运行模式下，所述输入DC/DC变换器和/或附加的储能DC/DC变换器以及所述输出DC/AC变换器被开启，以根据被监测的电网的状况，将该逆变器产生的交流电压分配给用户设备。由此带来的优势可从根据上述方法步骤列举出的优点中得知，同时也可从下面的详细描述中得知。
附图说明
本发明将通过所附的示意图进行更详细的描述，其中：
图1示出了一种传统逆变器的原理示意图。
图2示出了本发明的逆变器的原理示意图。
具体实施方式
首先指出，本发明的典型的示例性的实施方式中的相同部件采用相同的数字表示。
图1以示意图的方式示出了一种传统逆变器1的结构。由于逆变器1的各个单个部件和单元及其功能已经从现有技术中得知，因此在此将不再对其详细描述。
更理想的是，逆变器1由高频逆变器1组成，其中至少包括一个输入DC/DC变换器2、中间电路3以及输出DC/AC变换器4。能量源5或者能量产生装置连接至所述输入DC/DC变换器2，更佳的是，前者由一个或者一些以并联和/或串联方式连接的太阳能电池组件形成。逆变器1的输出和/或该DC/AC变换器4的输出连接至电网6，例如公共或者私有的交流电网或者多相电网，或者连接至形成负载的一个或一些用户设备7。用户设备7例如由发动机、电冰箱、无线接收设备等等组成。用户设备7同样也可以是一个家庭供电系统。而且，逆变器1的各单个部件，例如输入DC/DC变换器2等，通过数据线12连接至控制设备8。
在此所谓的与电网连接的逆变器1的能量管理被最优化，因为将尽 可能多的能量馈送到电网6中。从现有技术中可知，用户设备7是通过电网6获得电能的。同样，举例来说，当然也可以将多个逆变器1并联连接，这样就允许向用户设备7的运行提供更多的能量。
控制设备8或者逆变器1的控制器包含例如微处理器、微控制器或者计算机。各单个部件，例如输入DC/DC变换器2或者输出DC/AC变换器4，尤其是设置在其中的开关元件，通过控制设备8可以被适当地控制。为此，各控制程序以适当的软件程序和/或数据以及特性曲线的方式被存储在控制设备8中。
图2示出了本发明的带有一个储能DC/DC变换器9的改进的逆变器1，能量存储装置10可选择性地连接至DC/DC变换器9。这使得逆变器1不仅具有作为与电网连接的逆变器1的功能，而且还具有所谓的电气隔离的逆变器的功能。
一般来说，将具有这些功能的逆变器1称作混合型逆变器。但是，重要的是，本发明的逆变器1将这些功能完全独立开来了。也就是说，它们可相互独立存在，由此能够最大程度地发挥各单个功能的效率，而且能量的流动能够与每个功能实现最佳匹配。
这尤其是通过连接至中间电路3的储能DC/DC变换器9来实现的。因而，输入DC/DC变换器2和/或储能DC/DC变换器9能够向中间电路3提供电力，其中储能DC/DC变换器9从能量存储装置10种获取所需的能量。较好的是，储能DC/DC变换器9连接至集成在逆变器1的外壳中的连接接口14，以实现与外部的能量存储装置10连接。这样，用户可根据需要选择性地连接能量存储装置10。能量存储装置10由例如电池等组成。不论在所述与电网连接运行模式中还是在所述的隔离运行模式中，逆变器1都可以脱离能量存储装置10运行。这就为在隔离运行模式下向用户设备7供电提供了可能性，也使得在与电网连接运行模式或者隔离运行模式下对能量存储装置10进行充电成为可能。
本发明的逆变器1主要工作于所述与电网连接运行模式下。在此，输入DC/DC变换器2将例如太阳能电池组的能量源5传递的电压变换为一个更高的且稳定的中间电路电压，以使得输出DC/AC变换器4能够向电网6馈送一个与电网兼容的电压，并同时向用户设备7提供该电 压。然而，更合适的是，用户设备7是从电网6获取电力。因此，逆变器的运行模式并不取决于能量存储装置10是否连接至所述储能DC/DC变换器9。
更进一步地，电网监控单元11可被结合到该逆变器1中，以在逆变器1的运行过程中监控电网6的有效性。如果电网6出现故障，用户设备7的电力供应也因此而中断，电网监控单元11将通过控制设备8的数据线12告知上述事实，以使得该逆变器1切换到隔离运行模式。在这里，用户设备7将如同在与电网连接运行模式中一样获得电力。
为了实现稳定的隔离运行模式，需要满足一定的要求。一方面，如果能源5向用户设备7提供足够的电力，则可以保证一个稳定的隔离运行模式。如果能保证足够的电力供应，就没有必要开启储能DC/DC变换器9，因为逆变器1如在与电网连接运行模式下那样工作。但是，如果能量源5不能够为稳定的隔离运行模式提供充分的电力或者不能够提供电力，储能DC/DC变换器9就不得不提供补偿以向用户设备7提供足够的电能。因此，此时可以预见的是备用的能量存储装置10被连接到储能DC/DC变换器9。
更佳的是，对能量存储装置10是否连接至所述储能DC/DC变换器9的检测是自动完成的，例如，由于能量存储装置10连接至储能DC/DC变换器9，至少会激活加载到储能DC/DC变换器9的输入电压，以使得控制设备8能够感测到能量存储装置10的存在。在这种情况下，也就是说，在隔离运行模式下，如果除了来自能量源5的能量外，还需要额外的能量，储能DC/DC变换器9就从能量存储装置10中获取能量，当然应对能量存储装置10尽量充满电，以过渡出现的尽可能长时间的电网6的故障。
能量存储装置10主要是通过储能DC/DC变换器9进行充电，储能DC/DC变换器9连接至设置在逆变器1外部的能量存储装置10。在与电网连接运行模式中可对能量存储装置10进行充电。在这种运行模式中，储能DC/DC变换器9停止工作。通过这种方式，控制设备8通过数据线12适当地开启储能DC/DC变换器9，以更好地周期性取得能量存储装置10的充电状况和/或测量储能DC/DC变换器9的与能量存储装 置10的电压相对应的输入电压。如果需要对能量存储装置10进行充电，储能DC/DC变换器9将会被完全开启，并从中间电路3接收向能量存储装置10充电而需要的电流，该电流由例如太阳能电池组的能量源5提供或者输入DC/DC变换器2提供。通过这种措施，中间电路3将以最小程度被施加负载，这对在与电网连接运行模式中的效率没有大的影响。在能量存储装置10完全被满负荷后，储能DC/DC变换器9将会再次停止工作。在此，如果必要的话，仍可对能量存储装置10进行持续性地或周期性地监控和充电。
如果能量源5或者太阳能电池组能够向用户设备7供电，并且额外地还能向中间电路3提供足够的电力，以通过储能DC/DC变换器9向能量存储装置10充电，在隔离式运行模式中能量存储装置10也可以几乎相同的方式被充电。控制设备8通过数据线12从逆变器1的各单个部件中接收必要的数据而实现能量管理。
对能量存储装置10进行充电的进一步的可能方式是从电网6中获取电流。在此，将通过输出DC/AC变换器4向中间电路3供电，以使储能DC/DC变换器9能够对能量存储装置10充电。尤其是在能量源5或者太阳能电池组例如在一个更长的期间内不能分配足够的能量或不能提供电力的情况下，需采用这种方式对能量存储装置10进行充电。
这样，能够保证能量存储装置10总能够被充电，以在电网6随时出现故障的情况下，允许逆变器1切换至所述隔离运行模式。
如果电网监控单元11检测到电网6的故障，将通过开关元件13中断电网6与输出DC/AC变换器4之间的连接。因此，在这种情形下，能够确保用户7只通过能量源5和太阳能电池组中的一个电源供电。同样需要满足安全性要求，以使例如对电网6进行的维修工作是安全的。电网监控单元11进一步确保了在隔离运行模式中电网6不会加载至逆变器1，并且不会影响其运行效率。
如果能量源5采取太阳能电池组的实现方式，那么在白天就可以从这些太阳能电池组中接收需要的能量。如果所接收的能量够充足，将没有必要开启储能DC/DC变换器9。但是，如果太阳能电池组通过输入DC/DC变换器2、中间电路3和输出DC/AC变换器4只能够向用户设 备7提供一部分所需求的能量，能量存储装置10将补偿所缺少的能量。为此，储能DC/DC变换器9将会被开启，并向中间电路3传送所必需的额外能量，以使得DC/AC变换器4向用户设备7提供适当的能量。如果用户设备7被关闭或者太阳能电池组能提供更多的能量，储能DC/DC变换器9将再次被停止工作。这时，太阳能电池组向用户设备7持续地提供电能。这对于能量存储装置10是有利的，能延长其使用寿命，也容许一个需要更长时间才能修复的电网故障。如果，例如用户设备7被接入，将从能量存储装置10中获取能量。
如果电网6在夜晚出现故障，用户设备7必须完全从能量存储装置10中获取电能。在这种情况下，输入DC/DC变换器2将停止工作，并且储能DC/DC变换器9将向中间电路3供电，同时输出DC/AC变换器4将向用户设备7提供电能。
若从能量存储装置10中获取能量，也可对其充电状态进行监控。这样能够保证能量存储装置10不会完全被放电，并保证了对其再充电的可能性。这将有利于能量存储装置10并能延长其使用寿命。
如果电网监控单元11再次检测到电网6，开关13将会再次闭合以使用户设备7能从电网6中获取电能。控制设备8将使逆变器1从隔离运行模式切换到与电网连接运行模式。能量存储装置10能够被再充电，以使得能够在被充电充分的状况下进行下一次的向隔离运行模式的切换。如此，将能量存储装置10保持在一定的充电电压水平，可延长其使用寿命。
从上述描述的内容可知，储能DC/DC变换器9被特定地设置为双向的，也就是说，既允许电流从中间电路3流向能量存储装置10，也允许电流从能量存储装置10流向中间电路3。
输出DC/AC变换器4同样具有这种功能，如果需要的话，能够从电网6中获取电能并向中间电路3供电，以能够通过储能DC/DC变换器9对能量存储装置10充电。
同样，也可以将多个本发明的逆变器1相互并联连接，并且能在所述与电网连接运行模式和所述隔离运行模式之间切换。

Claims (5)

1.一种高频逆变器(1)，其通过至少一个输入DC/DC变换器(2)、中间电路(3)和输出DC/AC变换器(4)将由至少一个太阳能电池组件(5)产生的直流电压变换为交流电压，以向用户设备(7)提供电力和/或向电网(6)输入电力，其中所述输入DC/DC变换器(2)被连接至控制设备(8)，其特征在于：提供有储能DC/DC变换器(9)，一方面，该储能DC/DC变换器(9)与所述中间电路(3)连接，另一方面，该储能DC/DC变换器(9)可与备用能量存储装置(10)连接，所述储能DC/DC变换器(9)还连接至所述控制设备(8)，并且还进一步提供有连接至所述控制设备(8)的电网监控单元(11)，用来监控所述电网(6)并且用来实现在与电网连接运行模式和隔离运行模式之间进行切换，在所述与电网连接运行模式下，至少所述输入DC/DC变换器(2)和所述输出DC/AC变换器(4)被开启，所述输入DC/DC变换器(2)对所述中间电路(3)供电，而所述中间电路(3)至少向所述输出DC/AC变换器(4)供电，以向电网(6)输入该高频逆变器产生的交流电压，在所述隔离运行模式下，所述输入DC/DC变换器(2)和/或附加的储能DC/DC变换器(9)以及所述DC/AC变换器(4)被开启，取决于由所述至少一个太阳能电池组件(5)传送的电力状况而由所述输入DC/DC变换器(2)和/或储能DC/DC变换器(9)向所述中间电路(3)提供电力，并且所述中间电路(3)对所述输出DC/AC变换器(4)供电，以根据被监控的电网(6)的状态向所述用户设备(7)提供该高频逆变器产生的交流电压，并且该高频逆变器还具有用来检测所述能量存储装置(10)的充电状况的设备。
2.根据权利要求1所述的高频逆变器(1)，其特征在于所述能量存储装置(10)被外置，并通过连接接口(14)可连接至所述储能DC/DC变换器(9)。
3.根据权利要求1或2所述的高频逆变器(1)，其特征在于，提供有用于检测所述能量存储装置(10)和所述储能DC/DC变换器(9)之间的连接的设备。 
4.根据权利要求1或2所述的高频逆变器(1)，其特征在于，提供有由所述电网监控单元(11)控制的用来将所述高频逆变器(1)从所述电网(6)中分离的开关(13)，使得当检测到所述电网(6)中出现故障时，所述电网(6)将与所述高频逆变器(1)断开连接。
5.根据权利要求1或2所述的高频逆变器(1)，其特征在于，提供有数据线(12)，其与所述输入DC/DC变换器(2)、所述输出DC/AC变换器(4)、所述储能DC/DC变换器(9)连接，并可选择性地连接所述控制设备(8)和所述电网监控单元(11)。 
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