CN203325913U

CN203325913U - 逆变器

Info

Publication number: CN203325913U
Application number: CN2012900002285U
Authority: CN
Inventors: M·维克托; F·格赖泽; G·贝藤沃特; J·弗里贝
Original assignee: SMA Solar Technology AG
Current assignee: SMA Solar Technology AG
Priority date: 2011-02-02
Filing date: 2012-02-01
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2022-02-01
Also published as: DE102011010172A1; WO2012104335A1; DE112012000262A5

Abstract

本实用新型涉及一种逆变器，目的在于使相应设立的发电机或发电机和逆变器之间的电连接装置在安全状态和用于将功率馈送到交流电网中的运行状态之间有针对性地转变。该逆变器用于将由直流电源经由直流电连接装置提供的功率馈送到交流电网中，该逆变器具有用于识别该逆变器的正常状态和特殊状态的状态单元以及与该状态单元耦合的信号发生器，该信号发生器用于生成在直流电连接装置上的活动信号，其中，该逆变器被设置为使得仅在正常状态下生成在直流电连接装置上的活动信号。有益效果在于：能够由没有电压或仅有不危险的电压施加到发电设备的直流电连接装置的线路上的安全状态转变到用于将功率馈送到交流电网中所需的运行状态。

Description

逆变器

技术领域

本实用新型涉及一种逆变器，其尤其是作为发电设备的部件。

背景技术

逆变器尤其是应用在分散式发电设备、尤其是太阳能设备中，以便将在其中由发电机提供的直流电转换为符合电网的交流电，该交流电被馈送到公共供电网络中或独立供电网络中。随着这样的分散式发电设备的逐渐普及，其发电机不仅仅被独立式安装，而且在太阳能设备中优选也安装在私人的、公共的或工业用途的建筑物上，人们越来越意识到，由发电机提供的直流电压由于电击或电弧而对人构成潜在的危险。所述危险尤其对于消防队员而言在灭火和营救工作时在建筑物上或建筑物中通过发电机本身以及通过在建筑物中由发电机延伸到逆变器的直流线路产生，这是因为即使在火灾情况中通常在交变电压侧切断建筑物供电的情况下，在直流线路上仍施加有由发电机提供的直流电压。出于相同的原因，对于装修工人而言在发电设备的直流电压侧进行安装、维护和修理工作时也产生所述危险。因此，用于使发电设备的带电部件可靠地转入安全状态中的保险装置是值得期望的。

文献DE102006060815A1公开了一种太阳能发电设备，其发电机由多个相互接通的PV模块构建，并且该太阳能发电设备经由逆变器馈送到低压电网中。在此，为每个模块配设有开关元件，借助所述开关元件将相应的模块在没有释放信号的情况下无电地接通。调制到直流线路上的载波信号用作释放信号，其中，所述释放应通过后面连接的运行机构实现。因此，通过DE102006060815A1首先仅仅提供一种可靠的发电机，然而在该文献中缺少关于后面连接的运行机构用何种方式和通过何种触发的结果允许这样的释放的具体说明。

对于在PV模块处的开关操作可替代地，DE102005018173B4说明了一种具有发电机场的光伏设备，所述发电机场借助于直流电缆与逆变器连接，其中所述发电机场能够通过开关装置在发电机场上接入到安全的工作点中。在这种情况下，包含在开关装置中的保护装置的触发通过控制信号经由单独的控制线路实现，其中，作为触发装置仅设有如手动开关或传感器的解决方案。因此，通过DE102005018173B4也提供了一种可靠的发电机，对于该发电机而言存在有效和可靠地生成控制信号的要求。

实用新型内容

在这个背景下，本实用新型的目的在于：提供一种逆变器，该逆变器能够生成可通过配设的开关元件借助接收单元接收的信号，从而相应设立的发电机或发电机和逆变器之间的电连接装置在安全状态和用于将功率馈送到交流电网中的运行状态之间有针对性地转变。

根据本实用新型，提出一种逆变器，用于将由直流电源经由直流电连接装置提供的功率馈送到交流电网中，其特征在于，该逆变器具有用于识别该逆变器的正常状态和特殊状态的状态单元以及与该状态单元耦合的信号发生器，该信号发生器用于生成在直流电连接装置上的活动信号，其中，该逆变器被设置为使得仅在正常状态下生成在直流电连接装置上的活动信号。作为发电设备的部件、用于将由直流电源经由直流电连接装置提供的功率馈送到交流电网中的逆变器具有用于识别正常状态和特殊状态的或者用于区分逆变器的这些状态的状态单元。该状态单元与用于生成在直流电连接装置上的活动信号的信号发生器耦合，使得仅在逆变器的正常状态下生成活动信号。相应地，该逆变器被设置为使得仅在正常状态下生成在直流电连接装置上的活动信号。因此，本实用新型的有益效果在于：活动信号能够例如由相应设立的接收器接收，所述接收器与发电机或发电机的部件（例如模块）相关联，以便将其由没有电压或仅有不危险的电压施加到发电设备的直流电连接装置的线路上的安全状态转变到用于将功率馈送到交流电网中所需的运行状态。相应地，当在逆变器的特殊状态的情况下不生成或不再生成活动信号时，这样的发电机留在安全状态或转变到该安全状态。

在火灾情况中，但是也在安装、维护和修理工作中常见的措施是，在交变电压侧断开建筑物或建筑物的相关部分的供电装置。因此优选地，该逆变器被设置为使得状态单元在交流电网断电时识别出所述特殊状态。

在一个可能的实施形式中，信号发生器设计成生成超出电网频率多倍的高频交流电信号作为活动信号。所述交流电信号能够例如借助于与信号发生器连接的耦合线圈电感地耦合输入到直流电连接装置中。也就是，信号发生器与耦合线圈连接，该耦合线圈用于将活动信号电感地耦合输入到直流电连接装置中。逆变器常常在将直流电转换成交流电的转换器电路的上游具有附加的直流电转换器，例如升压变换器、降压变换器或电分离的谐振转换器，在其结构中均应用线圈。因此，在一个有利的实施形式中，耦合线圈可以是逆变器的直流电转换器的部件。

将通过信号发生器生成的活动信号耦合输入到直流电连接装置中的一个替选的实施形式可以通过如下方式实现，即，信号发生器经由耦合电容器与直流电连接装置连接，该耦合电容器用于电容地耦合输入所述活动信号。

代替将由信号发生器生成的活动信号电感地或电容地耦合输入到直流电连接装置中，信号发生器也能够借助于可时控的开关生成在直流电压连接装置上的活动信号，该可时控的开关的操控装置与信号发生器连接。也就是，信号发生器与可时控的开关的操控装置连接，该可时控的开关用于生成在直流电连接装置上的活动信号。例如，信号发生器能够借助于该可时控的开关生成在直流电连接装置上的与开关的时控相对应的电流信号或电压信号。所述开关例如能够设置在直流电线路之一中或者也能够设置在各直流电线路之间。为了生成信号也能够应用多个用于生成信号的开关。尤其是也能够应用在逆变器的转换器电路中、例如在升压变换器或降压变换器中已有的用于生成信号的开关。在这种情况下，生成信号的任务能够与在转换器电路内的一个或多个开关的任务结合。

逆变器通常具有最大功率点跟踪单元（MPP跟踪器），所述最大功率点跟踪单元用于通过改变直流电源的电压而将直流电源的功率设定到最大值。这样的MPP跟踪器同样能够用作信号发生器并且生成在直流电压连接装置上的活动信号，其中，活动信号对应于通过MPP跟踪器产生的改变的电压的特征变量，尤其是电压的转换频率、阶跃高度或变化率、或上述变量的组合。也就是，该逆变器具有作为信号发生器的最大功率点跟踪器，所述最大功率点跟踪器设计成通过改变直流电源的电压而将直流电源的功率设定为最大值，活动信号对应于改变的所述电压的特征变量。优选地，所述特征变量是电压的转换频率、阶跃高度或变化率。

在根据本实用新型的逆变器的另一实施形式中，通过信号发生器不仅能够在正常状态下生成活动信号，而且也能够在特殊状态下生成在直流电连接装置上的与活动信号不同的第二信号。也就是，信号发生器在所述特殊状态下生成在直流电连接装置上的与活动信号不同的第二信号。

同样可能的是，信号发生器在所述特殊状态下被去激活。

为了防止活动信号或在特殊状态下生成的信号例如由于与存在于直流电连接装置上的干扰信号叠加而引起失真，但是也为了防止例如存在于直流电连接装置上的干扰信号与活动信号或在特殊状态下生成的信号在一些情况下可能发生的混淆，能够有利的是，活动信号和/或在特殊状态下生成的信号包括具有冗余功能的复杂信号形式，例如代码序列。也就是，活动信号和/或第二信号包括提供冗余功能的复杂信号形式。

根据本实用新型，在一种用于运行具有用于连接直流电源的直流电连接装置和用于连接到交流电网上的交流电连接装置的逆变器的方法中，首先确定逆变器的运行状态，其中，至少区分正常状态和特殊状态。仅在已确定逆变器的正常状态的情况下，逆变器生成在直流电连接装置上的活动信号。所述活动信号能够如上所述用于转变直流电源的保险功能。

运行状态的确定能够有利地以在交流电连接装置上监控交流电网的形式实现，因此，转换到特殊状态能够通过使逆变器或者逆变器所在的建筑物绝缘由供电网有针对性地引起，这是消防队员在火灾情况中的标准措施。

活动信号的生成可以通过如下方式实现，即，以与在特殊状态下应用逆变器的前面提到的组件的第二运行方式不同的第一运行方式运行逆变器的直流电变换器或MPP跟踪器。两种运行方式通过在直流电连接装置上的电流和/或电压的时间特性曲线进行区分，其区分对活动信号是重要的。

本实用新型的有利的改进由各权利要求、说明书及附图给出。多个特征和多个特征的组合的在说明书中所述的优点仅仅是示例性的并且可以备选地或累积地产生作用，而无需强制地实现按照本实用新型的实施形式的优点。另外的优点从附图获得。本实用新型的不同的实施形式的特征的组合或不同的权利要求的特征的组合同样可以不同于所选择引用的权利要求并且由其产生。这还涉及在单独的附图中示出或者在其描述中提到的特征。这些特征也可以与不同的权利要求的特征组合。

不言而喻，同样可能的是，逆变器设置为多相的、尤其是三相的逆变器，但是为了便于理解，下面仅借助单相逆变器的示例阐述本实用新型。本实用新型的构思转移到多相系统对于本领域技术人员而言是常见的。

附图说明

下面借助于附图图解说明本实用新型。在附图中示出：

图1根据本实用新型的发电设备的方框图；

图2具有将活动信号电感地耦合输入到直流电连接装置中的逆变器；

图3具有将活动信号电容地耦合输入到直流电连接装置中的逆变器；

图4其中电感式耦合输入经由作为直流电转换器的部件的耦合线圈实现的逆变器；并且

图5其中借助于可时控的开关生成活动信号的逆变器。

具体实施方式

在图1中示出的发电设备1具有直流电源10、例如光伏发电机，该直流电源经由直流电连接装置60与逆变器20连接，以便传输功率。作为直流电传输的功率由逆变器20借助于转换器电路50转换为交流电并且经由交流电连接装置90馈送到交流电网30中。根据本实用新型，逆变器20具有状态单元25，所述状态单元监控逆变器的运行状态并且能够区分逆变器20的正常状态和特殊状态。

通常，当由逆变器检测到要求直流电源10或直流电连接装置60的安全状态的事件时，特殊状态才至少被采用。例如，这可以是逆变器例如经由其电流或电压传感器或其程序设计检测到的电气性质的事件。此外，安全相关的事件（如应急开关的操纵、烟警报、火灾警报、气体警报或水警报）或逆变器20经由其通信装置作为数据信号接收到的事件可以触发状态单元25向特殊状态的转换。特别是，向特殊状态的过渡可以在相互处于数据连接的各逆变器之间传递，从而在危险情况下能够共同断开多个逆变器。也可以利用逆变器20的功能的自测试，以便引起逆变器各状态之间的过渡。

关于状态的信息传送给耦合到状态单元25上的信号发生器40，只有当逆变器20位于正常状态下时，所述信号发生器才生成活动信号70并将其引入到直流电连接装置60中。活动信号70经由直流电连接装置60传递到接收器80上，所述接收器用于确定在直流电连接装置60上存在活动信号70。

接收器80可位于直流电源10附近并且根据在直流电连接装置60上存在活动信号70而监控直流电源10。例如可以想到，接收器80在直流电连接装置60上没有活动信号70的情况下中断馈送直流电源10的功率，例如，其方式为，该接收器断开在直流电源10和逆变器20之间的直流电连接装置60或者使直流电源10短路。以这种方式，在需要时，直流电连接装置60可以听命于逆变器20而转入到安全状态。

此外，逆变器20能够经由直流电连接装置60检测到直流电源10成功地过渡到安全状态并向外发出信号或经由已有的通信通道传递，例如其方式是，确定在直流电连接装置60上的电流或电压，或者其方式是，接收器80经由另一传输路径（带电缆的或无电缆的）将直流电源10成功地转入到安全状态报告给逆变器20或自身的信号装置。在逆变器20 方面，成功地过渡到安全状态与以下措施相结合，即仅在这种情况下直流电连接装置60能够被断开，其方式例如是撤销相应的插接连接器的电磁安全锁定装置。

在此，从正常状态过渡到特殊状态能够由于多个事件而引起。例如，识别到电网断电能够导致逆变器20采用特殊状态，接着信号发生器40结束生成在直流电连接装置60上的活动信号70。为此，在图2中示出的逆变器20具有用于监控交流电网30的电网监控装置110，所述交流电网在此连接到交流电接口91、92上，其中，电网监控装置110与状态单元25连接并且在交流电网30断电时传递相应的信号。在这种情况下典型地，还借助于断路器130将在接口91、92上的交流电连接装置90同时断开。

此外，图2中的逆变器示出耦合线圈100，所述耦合线圈允许将由信号发生器40生成的活动信号70电感地耦合输入到直流电连接装置60中，该直流电连接装置由直流电接口61、62构成。在电感地耦合输入的情况下，活动信号70优选包括频率范围在10kHz和300kHz之间的高频交流电信号。

替选地，耦合输入高频的活动信号70也能够以电容的方式进行，其中频率范围是类似的。在这种情况下，如在图3中示出的，在信号发生器40和直流电连接装置60之间设置有耦合电容器140。在根据图2的电感式耦合输入中和在根据图3的电容式耦合输入中，信号发生器40都与直流电连接装置60电分离。

在一个特别低成本的变形方案中，电感式耦合输入也借助于电感器实现，所述电感器是直流电压转换器120（例如升压变换器）的部件。在图4中示出逆变器20的相应的结构。替选地，也能够使用其它已知类型的直流电压转换器。

代替电感式或电容式耦合输入，活动信号70的生成也能够通过如下方式完成，即经由信号发生器40操控与直流电连接装置60连接的、可时控的开关150。可以想到，经由对可时控的开关150的操控，电压源或电流源被时控地与直流电连接装置60的接口61、62中的一个连接，并且因此生成呈与开关的时控相对应的电流信号或电压信号形式的活动信号70。可时控的开关150能够专门为了这个目的集成到逆变器20中，或者信号发生器40与已有的可时控的开关的操控相关联，使得其时控被改变为将活动信号70调制到直流电连接装置60上，其中，该开关也满足逆变器20内的另外的功能。对于已有的可时控的开关的一个示例是图4中的直流电转换器120的开关。在这种情况下，活动信号70例如能够在于选择开关的工作频率或在于选择特征的时控模式。

在没有附加组件的情况下生成活动信号70的另一可能性是利用所谓的MPP（最大功率点）跟踪器，其目的在于设定直流电源10的电压，使得该电压发出最大功率。为此，MPP跟踪器以规则的间隔改变直流电源10的电压并且检查是否可通过改变电压实现更高的功率。信号发生器40能够与MPP跟踪器共同作用，使得根据由状态单元25预先给定的状态来改变用于运行MPP跟踪器的特征变量。作为用于被改变的特征变量的可能性例如考虑电压发生改变的时间间隔或电压变化的大小或电压发生改变的速度或者这些变量的组合。那么在这种情况下，活动信号70在于选择用于相应特征变量的值。

因此，在使用直流电转换器120的情况下以及在使用用于生成活动信号70的MPP跟踪器的情况下，逆变器20在正常状态下以第一运行方式应用并且在特殊状态下以第二运行方式应用，其中，两种运行方式导致在直流电连接装置60上的电流和/或电压的可相互区分的时间特性曲线。

通常，信号发生器40在逆变器20处于特殊状态的情况下将与活动信号70不同的第二信号调制到直流电连接装置60上，或者信号发生器40能够在这种情况下被去激活并且不发出信号。还可设想到，活动信号70和/或第二信号包括具有冗余功能的复杂信号形式，从而能够通过接收器80将错误地识别一个或另一信号形式最小化或排除。

逆变器20从特殊状态向正常状态的返回能够通过如下方式触发，即，导致逆变器20从正常状态转换到特殊状态的事件不再继续存在。例如，当交流电网30在之前的断电之后再次恢复时（这可由电网监控装置110 检测到），逆变器20能够自动地再次返回到正常状态。但是常常也值得期望的是，逆变器20不自动地返回正常状态。例如，当触发向特殊状态的转换的事件是安全相关的事件时，例如消防队员由于火灾而切断电网时，就是这种情况。在所述情况下值得期待的是，从特殊状态转换到正常状态仅能够通过在逆变器20上手动接合进行。

如果期望在直流电源10不经由逆变器20馈送功率的时间期间依然保持正常状态，那么在光伏设备的情况下例如在夜间，在所述时间期间依然必须继续生成活动信号。为了提供为此所需的能量，有利的是，在所述时间期间依然将逆变器20与交流电网30连接，并且不是如否则所常见的那样经由断路器130与交流电网退耦。这包括下述替选方案，即断开用于将功率馈送到相连接的交流电网30中的交流电连接装置90，但是保持用于向逆变器20的车载供电网络供电的另一交流电连接装置。在后一种情况下，交流电网30的断电也经由车载供电网络的监控电路完成。不言而喻，也可设想到使用蓄能器、例如可再充电电池，以便在所述时间段期间确保保持活动信号的生成或状态的监控，在此不提供其它能量源。

本实用新型不局限于所说明的实施例，其可以多种方式修改并可由本领域技术人员补充。特别是，所述的特征也可以不同于所述组合地实施。还能够借助活动信号触发发电设备内的其它的或附加的动作。

附图标记列表

2 发电设备

11 直流电源

21 逆变器

31 交流电网

41 信号发生器

51 转换器电路

61 直流电连接装置

61、63 直流电接口

71 活动信号

81 接收器

91 交流电连接装置

91、93 交流电接口

101 耦合线圈

111 电网监控装置

121 直流电转换器

131 断路器

141 耦合电容器

150 可时控的开关

Claims

1.一种逆变器（20），用于将由直流电源（10）经由直流电连接装置（60）提供的功率馈送到交流电网（30）中，其特征在于，该逆变器（20）具有用于识别该逆变器（20）的正常状态和特殊状态的状态单元（25）以及与该状态单元（25）耦合的信号发生器（40），该信号发生器用于生成在直流电连接装置（60）上的活动信号（70），其中，该逆变器被设置为使得仅在正常状态下生成在直流电连接装置（60）上的活动信号（70）。

2.如权利要求1所述的逆变器，其特征在于，该逆变器被设置为使得状态单元（25）在交流电网（30）断电时识别出所述特殊状态。

3.如权利要求1或2所述的逆变器，其特征在于，信号发生器（40）设计成生成高频交流电信号作为活动信号（70）。

4.如权利要求3所述的逆变器，其特征在于，信号发生器（40）与耦合线圈（100）连接，该耦合线圈用于将活动信号（70）电感地耦合输入到直流电连接装置（60）中。

5.如权利要求4所述的逆变器，其特征在于，耦合线圈（100）是该逆变器（20）的直流电转换器（120）的部件。

6.如权利要求3所述的逆变器，其特征在于，信号发生器（40）经由耦合电容器（140）与直流电连接装置（60）连接，该耦合电容器用于电容地耦合输入所述活动信号（70）。

7.如权利要求1或2所述的逆变器，其特征在于，信号发生器（40）与可时控的开关（150）的操控装置连接，该可时控的开关用于生成在直流电连接装置（60）上的活动信号（70）。

8.如权利要求7所述的逆变器，其特征在于，信号发生器（40）借助于所述可时控的开关（150）生成在直流电连接装置（60）上的与开关的时控相对应的电流信号或电压信号。

9.如权利要求1或2所述的逆变器，其特征在于，该逆变器（20）具有作为信号发生器（40）的最大功率点跟踪器，所述最大功率点跟踪器设计成通过改变直流电源（10）的电压而将直流电源（10）的功率设定为最大值，活动信号（70）对应于改变的所述电压的特征变量。

10.如权利要求1或2所述的逆变器，其特征在于，信号发生器（40）在所述特殊状态下生成在直流电连接装置（60）上的与活动信号（70）不同的第二信号。

11.如权利要求1或2所述的逆变器，其特征在于，信号发生器（40）在所述特殊状态下被去激活。

12.如权利要求1或2所述的逆变器，其特征在于，活动信号（70）包括提供冗余功能的复杂信号形式。

13.如权利要求10所述的逆变器，其特征在于，活动信号（70）和/或第二信号包括提供冗余功能的复杂信号形式。

14.如权利要求9所述的逆变器，其特征在于，所述特征变量是电压的转换频率、阶跃高度或变化率。