DE102014106162A1

DE102014106162A1 - Hochleistungsspannungskompensation

Info

Publication number: DE102014106162A1
Application number: DE201410106162
Authority: DE
Inventors: Colin c/o Control Techniques Ltd. Hargis; Mark c/o Control Techniques Ltd Towers; Oleksandr c/o Control Techniques Ltd Melnyk
Original assignee: Nidec Control Techniques Ltd
Current assignee: Nidec Control Techniques Ltd
Priority date: 2013-05-07
Filing date: 2014-05-02
Publication date: 2014-11-13
Also published as: IN2014MU01344A; CN104143916A; CN204119035U; US20140333135A1; GB2513868A; GB201308190D0

Abstract

Ein Gerät zum Erzeugen einer kompensierten Spannungsausgabe mit: einer ersten Stromquelle oder Stromableitung, die zwischen einem ersten Knoten und einem Referenzknoten gekoppelt ist; einer zweiten Stromquelle oder Stromableitung, die zwischen einem zweiten Knoten und dem Referenzknoten gekoppelt ist; einem Vorspannungsmittel mit einem Abschnitt, der zwischen dem ersten Knoten und dem Referenzknoten gekoppelt ist, und einem anderen Abschnitt, der zwischen dem ersten Knoten und dem zweiten Knoten gekoppelt ist. Das Vorspannungsmittel ist betriebsbereit, um eine steuerbare Vorspannung beider Polaritäten zwischen den ersten und zweiten Knoten zu erzeugen, um die kompensierte Spannungsausgabe zu produzieren.

Description

Diese Erfindung betrifft eine Spannungskompensation. Ausführungsformen betreffen das Bereitstellen von Spannungskompensation innerhalb Feldern von Elementen, welche einen gemeinsamen Gleichstromumrichter versorgen. Sie kann auch angewendet werden, ist aber nicht darauf beschränkt, mit photovoltaischen Generatorsystemen verwendet zu werden.
Hintergrund
Mit der momentanen Tendenz „grüne” Energie bereitzustellen, wird die Verwendung von photovoltaischen (PV) Feldern gebräuchlicher. Die Verwendung dieser Felder entwickelt sich jedoch immer noch. Folglich sind die Einheitskosten pro Feld relativ hoch. Verbunden mit der Tendenz um Energieeffizienz bereitzustellen, ist es klarerweise wünschenswert, die PV-Felder anzuordnen, um so effizient wie möglich betrieben zu werden.
PV-Felder werden typischerweise in Reihensträngen verbunden und erzeugen eine geeignete Gleichstromspannung, die typisch ist für eine Umwandlung in Wechselstrom in einem begleitenden Umrichter oder anderen elektrischen Umwandlern, welche in einem verbundenen Stromverarbeitungssystem laufen.
Für ein gegebenes Strahlungsniveau (Aussetzung der Sonne) weist jedes PV-Feld eine optimale Gleichstrombetriebsspannung auf, welche typischerweise unter Verwendung eines automatischen Maximum-Power-Point (MPP) Verfolgungsalgorithmus gefunden und verfolgt wird, welches in dem begleitenden Stromverarbeitungssystem läuft. Der MPP-Algorithmus sucht das Maximum der Felder P-V-(Strom-Spannungs)-Kennlinie.
Die Energieleistung, die in dem Energie-/Stromverarbeitungssystem verlorengeht, ist ein großer Faktor in dem kosteneffektiven Betrieb von PV-Feldern. Eine spezifische Schwierigkeit in derartigen Systemen ist, dass aufgrund der natürlichen Veränderung der Strahlung die mittlere Leistung, welche durch das Feld erzeugt wird, wesentlich niedriger ist als die maximale Bewertung des Feldes. Die feststehenden Leistungsverluste in dem begleitenden Stromverarbeitungssystem, welches eine Funktion der maximalen Bewertung ist, sind daher relativ hoch und haben einen nicht-proportionalen Effekt auf den gesamten Wirkungsgrad der Energieumwandlung.
Mit einem großen Feld an PV-Tafeln, einer Anzahl von Strängen – mit in Reihe geschalteten Zellen – sind häufig in einer parallelen Anordnung verbunden. Typischerweise ist ein großer gemeinsamer Umrichter quer über die parallel verbundenen Stränge verbunden. Der große gemeinsame Umrichter kann kosteneffektiv ausgestaltet sein mit mehrfach stromversorgenden Vorrichtungen (Halbleitern), die gesteuert werden können, so dass lediglich diejenigen welche für das vorherrschende Niveau von Stromerzeugung erforderlich sind, aktiv sind. Die Verluste, und insbesondere die feststehenden Verluste der individuellen Vorrichtungen sind daher an das Niveau der Stromerzeugung angepasst.
Der Nachteil dieser Anordnung ist, dass der MPP-Verfolgungsalgorithmus in dem Umrichter lediglich die Spannung über alle die Reihenstränge gemeinsam einstellen kann. Unterschiede in den Spannungen, welche durch jeden PV-Strang in dem Feld erzeugt sind, wie die welche durch verschiedene Temperatur, Sonneneinstrahlwinkel, Beschattung und einem nicht-gleichmäßigen Alterungsprozess in jeder Zelle verursacht sind usw. können nicht berücksichtigt werden.
Alternativ kann jeder Reihenstrang von PV-Zellen mit seinem eigenen kleineren Umrichter verbunden werden. Der Vorteil der Verwendung eines Umrichters, welcher mit jedem Reihenstrang verbunden ist, ist dass jeder Reihenstrang mit einem unabhängigen MPP-Verfolgungsalgorithmus und Steuerungssystem versehen werden kann. Die Kosten von individuellen Umrichtern sind hoch. Diese Anordnung zeigt einen reduzierten Wirkungsgrad bei anderen als denjenigen von maximal bewerteten Leistungen, da der Umrichter nicht kosteneffizient an den Leistungsbedarf angepasst werden kann. Die feststehenden Verluste von jedem Umrichter verbrauchen einen höheren Anteil von Strom, welcher durch jeden Strang erzeugt wird.
Daher ist es ein Erfordernis, die Anpassungsfähigkeit von spannungserzeugenden Elementfeldern in einer effizienten und kosteneffizienten Weise zu verbessern. Ein herkömmlicher Ansatz zu diesem Problem wäre es, eine Form von Gleichstrom/Gleichstromumwandlern zwischen den Strängen und dem Eingang des gemeinsamen Umrichters zu verwenden. Dies hat den Nachteil, dass der gesamte Leistungsdurchsatz des Umrichters durch diese zusätzliche Stufe der Stromumwandlung hindurchlaufen würde und zusätzliche Verluste auftreten, welche proportional zu diesem Leistungsdurchsatz sind.
Zusammenfassung
Die Erfindung ist in den Ansprüchen dargestellt. Fakultative Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Gerät zum Erzeugen einer kompensierten Spannungsausgabe wie in Anspruch 1 der beigefügten Ansprüche bereitgestellt.
Es wird somit ein Gerät bereitgestellt mit einer ersten Stromquelle oder Stromabnahme, welche zwischen einem ersten Koten und einem Referenzknoten gekoppelt sind, einer zweiten Stromquelle oder Stromabnahme, welche zwischen einem zweiten Knoten und dem Referenzknoten gekoppelt sind, einem Vorspannungsmittel mit einem Abschnitt, welcher zwischen dem ersten Knoten und dem Referenzknoten gekoppelt ist, und einem anderen Abschnitt, der zwischen dem ersten Knoten und dem zweiten Knoten gekoppelt ist, wobei das Vorspannungsmittel betriebsbereit ist, um eine steuerbare Vorspannung von beiden Polaritäten zwischen dem ersten und zweiten Knoten zu erzeugen, um die kompensierte Spannungsausgabe zu erzeugen.
Wahlweise sind die zwei Abschnitte des Vorspannungsmittels über einen Umwandler gekoppelt.
Wahlweise sind beide Abschnitte des Vorspannungsmittels aktiv.
Wahlweise ist das Vorspannungsmittel derart angeordnet, dass der Leistungsdurchsatz des Vorspannungsmittels lediglich zu der Vorspannung proportional ist, welche durch das Vorspannungsmittel erzeugt wird.
Wahlweise weist eines der ersten und zweiten Stromquellen oder Abnahmen ein photovoltaisches Modul oder photovoltaische Zelle auf.
Wahlweise weist das Gerät ferner eine Mehrzahl von photovoltaischen Modulen oder Zellen auf, die zusammen in Reihe geschaltet sind und wobei das Vorspannungsmittel und die photovoltaischen Module einen kompensierbaren Reihenstrang mit Spannungsausgabeanschlüssen bilden.
Wahlweise weist das Gerät eine Mehrzahl von Reihensträngen auf, die parallel gekoppelt sind, so dass die Ausgabeanschlüsse der Reihenstränge eine gemeinsame photovoltaische Modulfeldausgabe bereitstellen.
Wahlweise wird ein Abschnitt des Vorspannungsmittels für zumindest die maximale Spannung von einer der Stromquellen oder Stromabnahmen bewertet, und der andere Abschnitt wird für zumindest die maximale Strombewertung von einer der Stromquellen oder Stromabnahmen bewertet.
Wahlweise ist das Gerät ferner angeordnet, um die Richtung des Stromflusses in dem Abschnitt des Vorspannungsmittels zu ermöglichen, welches zwischen dem ersten und zweiten Knoten, die umzukehren sind, gekoppelt ist.
Wahlweise ist das Gerät derart angeordnet, dass Energie von beiden Seiten des Umwandlers des Vorspannungsmittels zu der anderen Seite des Umwandlers überführt werden kann.
Wahlweise ist das Gerät ferner angeordnet, so dass das Vorspannungsmittel umgangen werden kann, um direkt den ersten und den zweiten Knoten zu verbinden.
Wahlweise weist zumindest ein Abschnitt des Vorspannungsmittels MOSFET und/oder IGBT-Schalter auf.
Wahlweise sind die Schalter angeordnet, um die Wirkung von parasitären Dioden der Schalter zunichte zu machen.
Wahlweise werden die parasitären Dioden eines Schalters zunichte gemacht durch Anordnen eines zweiten Schalters in Reihe, so dass die Verbindung zwischen den Schaltern die Anoden von beiden parasitären Dioden oder die Kathoden von beiden parasitären Dioden verbindet.
Wahlweise ist das Gerät ferner angeordnet, so dass der Abschnitt des Vorspannungsmittels, welches zwischen dem ersten Knoten und dem Referenzknoten gekoppelt ist, selektiv gewechselt werden kann, um alternativ zwischen dem zweiten Knoten und dem Referenzknoten gekoppelt zu werden.
Wahlweise weist zumindest ein Abschnitt des Vorspannungsmittels eine Gegentaktanordnung auf.
Wahlweise weist zumindest ein Abschnitt des Vorspannungsmittels eine Halbbrückenanordnung auf.
Wahlweise weist zumindest ein Abschnitt des Vorspannungsmittels eine Vollbrückenanordnung auf.
Wahlweise weist zumindest ein Abschnitt des Vorspannungsmittels eine NPC-Halbbrückenanordnung auf.
Wahlweise weist zumindest ein Abschnitt des Vorspannungsmittels eine NPC-Vollbrückenanordnung auf.
Wahlweise weis das Vorspannungsmittel ferner eine Steuerungsvorrichtung, erste Knoten- und zweite Knotenspannungsmessmittel auf und ist derart angeordnet, dass die Steuervorrichtung betriebsbereit ist, um die Vorspannung zu steuern, welche zwischen dem ersten und zweiten Knoten angelegt wird, um die kompensierte Spannungsausgabe zu erzeugen.
Wahlweise ist die Steuerungsvorrichtung angeordnet, um den Strom zu steuern, welcher in dem Vorspannungsmittel fließt.
Wahlweise weist die Steuerungsvorrichtung einen Eingang auf zum Empfangen eines Steuerungssignals, so dass die Vorspannung durch das empfangene Steuerungssignal steuerbar ist.
Wahlweise weist die Steuerungsvorrichtung ferner Datenkommunikationsmittel auf zum Bereitstellen einer Stromabnahme oder Quellenbetriebsdaten, zu einer Beobachtungsvorrichtung bereitzustellen, so dass Betriebsparameter der Stromabnahme oder Quelle von Fernem verfolgt werden können.
Wahlweise ist die Steuerungsvorrichtung ferner angeordnet, um die Polarität der Vorspannung zwischen den ersten und den zweiten Knoten auszuwählen.
Wahlweise ist die Steuerungsvorrichtung ferner angeordnet, um das Vorspannungsmittel zu umgehen, durch direktes Verbinden der ersten und zweiten Knoten.
Wahlweise weist der andere der ersten und zweiten Stromquellen oder Abnehmer einen PV-Umrichter auf.
Wahlweise weist eine oder beide der ersten und zweiten Stromquellen oder Ableitungen einen Gleichstromverbinder eines Umrichters auf.
Wahlweise ist der Wechselstromausgang des Umrichters mit dem Elektrizitätsnetz verbunden.
Wahlweise ist die Polarität der Vorspannung auswählbar.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren bereitgestellt zum Bereitstellen eines kompensierten Spannungsausgangs wie in Anspruch 17 definiert. Somit wird dort ein Verfahren bereitgestellt mit den Schritten des Modulierens einer ersten Spannung mit einer Vorspannung, welche durch das Vorspannungsmittel erzeugt wird, so dass die erste Spannung selektiv durch eine steuerbare Vorspannung beider Polaritäten moduliert wird, um die kompensierte Spannung zu erzeugen.
Wahlweise weist das Verfahren ferner die Schritte des Messens der Leistung auf, welche in beiden, der ersten oder zweiten Energiequelle oder Energiesenke erzeugt oder verbraucht wird, Eingeben der Messungen zu einem Maximum-Power Point-Algorithmus einer Steuerungsvorrichtung des Vorspannungsmittels, Bereitstellen eines Steuerungsausgangs von der Steuerungsvorrichtung zum Steuern der Vorspannung, welche dem Vorspannungsmittel zwischen den ersten und zweiten Knoten auferlegt wird.
Wahlweise weist das Verfahren ferner die Schritte auf, an der Steuerungsvorrichtung ein Eingangssignal von einer externen Vorrichtung zu empfangen, welche extern zu dem Schaltkreis ist, wo das Vorspannungsmittel angeordnet ist und Einstellen der Steuerungsausgabe, so dass die Vorspannung durch die externe Vorrichtung steuerbar ist.
Wahlweise weist das Verfahren ferner den Schritt des Bereitstellens einer Stromabnahme oder Quellenbetriebsdaten zu einer Beobachtungsvorrichtung auf, so dass Betriebsparameter von zumindest einer Stromabnahme oder Quelle von entfernt verfolgt werden kann.
Wahlweise weist das Verfahren den Schritt auf, zumindest ein photovoltaisches Modul oder photovoltaische Zelle Licht auszusetzen, so dass die erste Spannung durch das photovoltaische Modul oder Zelle erzeugt wird.
Wahlweise weist das Verfahren ferner den Schritt auf, einen Hochsetz- oder Tiefsetzbetriebsmodus des Vorspannungsmittels auszuwählen, um die kompensierte Spannung zu erzeugen.
Mit all diesen Aspekten werden bevorzugte und fakultative Merkmale in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Der Begriff „doppeltgerichtet” in Bezug auf eine Umwandlungsaktion ist bezogen auf die in den hier beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen und soll einen Umwandler bezeichnen, der in der Lage ist, Strom in beiden Richtungen zu überführen. In einem Vorspannungsumrichter, der mit einem System verbunden ist, wo die Stromrichtung feststeht (wie ein PV-System), wird dies erlauben, eine Vorspannung von beiden Polaritäten aus der gleichen Geräteanordnung zu erzeugen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen werden jetzt beschrieben, lediglich beispielhaft und mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen:
1A systematisch eine Umwandleranordnung gemäß den hierin beschriebenen Ausführungsformen darstellt;
1B ein Spannungskompensationssystem für photovoltaische Zellen gemäß den hierin beschriebenen Ausführungsformen darstellt;
2 systematisch einen Umwandler darstellt, der in Bezug auf zwei Stromquellen angeordnet ist;
3 stellt eine Ausführungsform dar, mit doppeltgerichteter Spannungskompensation mit Gegentaktanordnung;
4 stellt eine Ausführungsform dar mit doppeltgerichteter Spannungskompensation mit Halbbrücken-Gegentaktanordnung;
5 stellt eine Ausführungsform dar mit doppeltgerichteter Spannungskompensation mit Halbbrücken-Halbbrückenanordnung;
6 stellt eine Ausführungsform dar mit doppeltgerichteter Spannungskompensation mit Vollbrücken-Gegentaktanordnung;
7 stellt eine Ausführungsform dar mit doppeltgerichteter Spannungskompensation mit einer Halbbrücken-Vollbrückenanordnung;
8 stellt eine Ausführungsform dar mit doppeltgerichteter Spannungskompensation mit einer Vollbrücken-Vollbrückenanordnung;
9 stellt eine Ausführungsform dar mit doppeltgerichteter Spannungskompensation mit einer NPC-(Neutralpunkt-geklemmt)-Halbbrückengegentaktanordnung;
10 stellt eine Ausführungsform dar mit einer doppeltgerichteten Spannungskompensation mit einer NPC-Halbbrücken-Halbbrückenanordung;
11 stellt eine Ausführungsform dar mit doppeltgerichteter Spannungskompensation mit einer NPC-Halbbrücken-Vollbrückenanordnung;
12 stellt eine Ausführungsform dar mit doppeltgerichteter Spannungskompensation mit einer NPC-Halbbrücken-Halbbrückenanordnung;
13 stellt eine Ausführungsform dar mit doppeltgerichteter Spannungskompensation mit einer NPC-Vollbrücken-Gegentaktanordnung;
14 stellt eine Ausführungsform dar mit doppeltgerichteter Spannungskompensation mit einer NPC-Vollbrücken-Halbbrückenanordnung;
15 stellt eine Ausführungsform dar mit einer doppeltgerichteten Spannungskompensation mit einer NPC-Vollbrücken-Vollbrückenanordnung;
16 stellt eine Ausführungsform dar mit doppeltgerichteter Spannungskompensation mit einer NPC-Vollbrücken-NPC-Halbbrückenanordnung;
17 stellt eine Ausführungsform dar mit doppeltgerichteter Spannungskompensation mit einer NPC-Vollbrücken-NPC-Vollbrückenanordnung;
18 stellt eine Ausführungsform dar, wo die parasitären Dioden der Halbleiterschaltungen so angeordnet sind, um einander gegenüberzuliegen;
19 stellt eine Ausführungsform dar mit einem zusätzlichen „transparenten” Modus;
20 stellt eine Ausführungsform dar mit einem sekundären Schaltkreis, um dem Strom zu erlauben, durch die strombewertete Seite zu strömen, wenn keine Vorspannung erzeugt wird;
21 stellt eine Ausführungsform wie in 3 gezeigt dar, mit einer Maximum-Power-Point-Trackingsteuerung und damit verbundenen Unterstützungskomponenten;
22 stellt ein Flussdiagramm eines Steuerungsbetriebs dar, wenn MPP nachverfolgt wird; und
23 stellt eine Ausführungsform dar, wo eine Rezirkulation von Energie vermieden werden kann.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente.
Überblick
Mittels eines Überblicks in einem Spannungskompensationssystem werden Serienstränge von PV-Modulen oder parallele Gruppen von Seriensträngen jeweils mit einem verbundenen Gleichstrom/Gleichstromumwandler versehen, welche in dem Strang in Reihe gekoppelt sind. Wenn die PV-Module Sonnenlicht ausgesetzt sind und somit eine Gleichstromspannung erzeugen, legt der Umwandler eine Vorspannung auf die Gleichstromspannung der Reihenstränge an. Dies resultiert in einer Strangspannung quer über den Strang, der nicht allein von der Arbeitsspannung des Reihenstranges von PV-Modulen für ein gegebenes Sonnenlichtniveau abhängig ist.
Ein MPP-Verfolgungsalgorithmus steuert den Gleichstrom/Gleichstromumwandler derart, dass der maximale Leistungsausgabepunkt (oder so nahe dran wie möglich) von jedem Strang und Umwandler aufrecht erhalten werden kann.
Wenn Mehrfachreihenstränge parallel verbunden sind, so dass sie eine gemeinsame Feldausgabe bereitstellen, kann ein gemeinsamer Umrichter mit dem Feld gekoppelt werden. Der Umrichter wird auf eine Weise gesteuert, um die Gleichstromspannung zu ermitteln, und somit die Spannung des gesamten PV-Feldes. Dies beeinträchtigt andererseits die Spannung, wobei die PV-Reihenstränge arbeiten.
In herkömmlichen Anordnungen von Gleichstrom/Gleichstromumwandlern, die mit einer oder mehreren PV-Zellen verwendet werden, welche möglicherweise als Reihenstränge angeordnet sind, die parallel verbunden sind, läuft der gesamte Strom von der PV-Zelle (oder Strang) durch den Gleichstrom/Gleichstromumwandler. Die Leistungsbewertung für den Umwandler muss die gleiche sein wie für die Zelle oder den Strang. Dies führt zu einem reduzierten Wirkungsgrad des Gleichstrom/Gleichstromumwandlers.
1A stellt eine Anordnung dar, wobei die PV-Zellen oder Strang 2 in Kombination mit dem Gleichstrom/Gleichstromumwandler 4 angeordnet sind, so dass die Ausgabe 8 des Schaltkreises aus einer Kombination der Zellen oder Strang 2 kommt und der Gleichstrom/Gleichstromumwandler 4, eher als allein von dem Umwandler 4. Aufgrund dieser Anordnung kann der Umwandler 4 in 1A betrieben werden, um eine Vorspannung zu der Spannung quer über die Zellen oder den Strang 2 beizutragen, so dass die Gesamtausgabe 8 des Schaltkreises mit einer Zielspannung zusammenpasst. Die Vorspannung kann hinzugefügt werden oder abgezogen werden von der Spannung, welche zu den Zellen oder dem Strang 2 hinzugefügt wird, abhängig von der Zielspannung, die zu erreichen ist. Dies ist dargestellt durch den doppeltgerichteten Pfeil in 1A, der die Alternativen „Hochsetz-” und „Tiefsetz”-Anordnungen bezeichnet, welche mit den hierin beschriebenen Anordnungen erhältlich sind.
Da der Umwandler 4 in 1A lediglich eine Vorspannung beiträgt, die verwendet wird, um eine relativ kleine Änderung zu der Spannung oder dem Strom der PV-Zellen oder Strang 2 zu erzeugen, ist der Strom, der innerhalb des Umwandlers 4 übertragen wird, lediglich eine Funktion der Menge der Vorspannung selbst, und nicht der gesamten Ausgabe 8 des Stranges 2 und des Umwandlers 4 in Kombination. Wie der fachmännische Leser zu würdigen weiß, sind die Verluste eines Gleichstrom/Gleichstromumwandlers unvermeidlicherweise eine Funktion von dessen Leistung durch dessen Betrieb hinweg.
Daher sind in der in 1A gezeigten Anordnung die Verluste des Gleichstrom/Gleichstromumwandlers 4 proportional lediglich zu der Menge der Vorspannung, zu welcher sie beiträgt. Die Umwandlerleistungsbewertung muss daher lediglich gleich sein zur maximalen Vorspannungsleistung oder diese übertreffen. Sie muss nicht gleich sein der maximalen Leistung für die Zellen oder den Strang 2.
Zusätzlich kann ein individueller Gleichstrom/Gleichstromumwandler für jeden Strang in Reihe hierin bereitgestellt werden. Mit einem verbundenen Umwandler in Reihe mit jedem Reihenstrang können die optimalen Spannungsausgabebedingungen von jedem PV-Modul und somit der maximale Leistungsausgabepunkt von jedem Strang als ganzer beibehalten werden, unabhängig von irgendwelchen Umrichterparameteränderungen. Ferner kann jeder Strang eine unterschiedliche optimale Gleichstromspannung zu den anderen Strängen in einem Feld ausgeben, wenn der entsprechende Umwandler jeden Strang von den anderen Strängen in dem Feld abdämpft.
Detaillierte Beschreibung
1B zeigt eine derartige Anordnung. Wie hierin gezeigt, sind mehrere PV-Module 10 zusammen in einem Reihenstrang 11 gekoppelt oder in Gruppen von Reihensträngen 11. Ein Reihenstrang kann auch ein einzelnes PV-Modul oder eine einzelne PV-Zelle aufweisen. Jeder Reihenstrang 11 weist Ausgabeanschlüsse 12A, 12B auf. Die Reihenstränge 11 können parallel gekoppelt sein mit anderen Reihensträngen 11, um ein paralleles Feld 13 von PV-Modulen zu bilden. Die parallele Anordnung des Feldes 13 ermöglicht den PV-Reihensträngen 11 derart ausgestaltet zu sein, dass das Feld 13 gemeinsame Feldausgabeanschlüsse 14A, 14B aufweist. Diese gemeinsamen Anschlüsse 14A, 14B können mit einem gemeinsamen Gleichstromschaltkreis verbunden sein, wie einem Stromverarbeitungssystem, zum Beispiel einem Umrichter 16.
Zusätzlich können Reihenstränge 11 und Unterfelder (nicht gezeigt) gemeinsam in anderen Kombinationen kopiert werden, wenn es die Betriebsbedingungen erfordern.
Ein Inline-Gleichstrom/Gleichstromumwandler 15 oder andere Spannungsregulatoren sind in Serie gekoppelt mit den PV-Modulen für jeden Reihenstrang 11. Der Umwandler kann an einem beliebigen Punkt in dem Reihenstrang angeordnet sein. Dessen Position kann ausgewählt werden, um physikalischen Beschränkungen zu genügen, der Anordnung zur Erdung (Grundberührung) aufgrund von verschiedenen Herstellern von PV-Zellen mit verschiedenen Erdungsanforderungen, oder für das Ermöglichen einer angenehmen gemeinsamen Verbindung mit anderen Reihensträngen 11 mittels Ausgabeanschlüssen 12A, 12B. Die Stromzufuhr des Umwandlers kann durch das PV-Feld bereitgestellt werden, um zusätzliches Verkabeln, Kosten und Verluste zu minimieren, die durch das Bereitstellen einer externen Versorgung verbunden sind, wie durch die Verbindung 17 in 1B gezeigt. Wie in 21 gezeigt, weist jeder Umwandler 15 ein verbundenes Vorspannungssteuerungssystem auf mit Unterstützungskomponenten und einem Maximum-Power-Point-(MPP)-Verfolgungsalgorithmus innerhalb einer Steuerung.
Wie in dem Hintergrundabschnitt oben diskutiert weist für ein gegebenes Niveau von Strahlung und Temperatur jede PV-Zelle oder Modul eine optimale Gleichstrombetriebsspannung auf. Ein Ignorieren von irgendwelchen anderen Schaltkreiseinflüssen wird somit für jeden Reihenstrang 11 eine optimale Gleichstromstrangspannung zu dem Umwandler 15 anlegen, die gemäß den Bedingungen variabel ist.
Im Betrieb, wenn ein Reihenstrang 11, wie in 1B gezeigt, Sonnenlicht ausgesetzt ist, stellt der MPP-Algorithmus gemeinsam mit dem Steuerungssystem den Umwandler 15 ein, um eine geeignete Vorspannung bereitzustellen, die mit der Spannung über den Reihenstrang von PV-Modulen zu kombinieren ist, um eine Zielspannung über den Strangausgabeanschlüssen 12A und 12B bereitzustellen. Daher kann unter Verwendung des Inline-Umwandlers 15 die Spannung über dem Reihenstrang von PV-Modulen unabhängig von der Gleichstromspannung an den Ausgabeanschlüssen 12A, 12B eingestellt werden.
Die Spannung an den Anschlüssen 12A, 12B wird typischerweise durch den Umrichter 16 gesteuert, entweder bei einer konstanten Spannung oder dynamisch eingestellt, um die Leistungsausgabe des Systems zu optimieren. Jeder Umwandler 15 kann eine Vorspannung auf dessen verbundenen Strang auferlegen, so dass jeder Strang 11 von der Spannung 12A, 12B entkoppelt ist. Dies erlaubt den Umwandlern 16 gesteuert zu werden, so dass jeder Strang 11 bei seiner optimalen Gleichstromspannung arbeiten kann, solange die Differenz zwischen dieser optimalen Spannung und der Spannung 12A, 12B nicht die maximale Vorspannung des verbundenen Umwandlers 15 übersteigt.
Der Nettoeffekt dieser zwei Niveausteuerungssysteme ist, dass die Steuerung innerhalb jedes Umwandlers 15 arbeitet, um jede Ausgabeleistung des Umwandlers zu maximieren durch Einstellen der Umwandlervorspannungsausgabe, innerhalb der Grenzen von dessen Vorspannungsbewertung. Zur gleichen Zeit optimiert die Umrichtersteuerung das Niveau der Gleichstrom-Busspannung bei Anschluss 14A, 14B, um die maximale Systemleistungsausgabe sicherzustellen, die erreicht wird.
Somit stellt im Endeffekt der Umwandler 15 einen „Puffer” zwischen der optimalen Spannung über den PV-Modulen eines Reihenstrangs und der Spannungsausgabe über den Anschlüssen 12A, 12B des Reihenstrangs als Ganzes dar. Es stellt auch eine Kompensation von externen Schaltkreiseinflüssen auf die Reihenstrangausgabeanschlüsse bereit, welche andererseits die Gleichstromspannung der PV-Module des Reihenstrangs 11 beeinflussen würden, welche von ihrer optimalen Niveauausgabespannung wegtendieren.
In der Anordnung eines PV-Feldes mit einer Vorspannungsvorrichtung in jedem Strang wie in 1B dargestellt, kann ein gemeinsamer Umrichter 16 mit dem PV-Feld mittels den gemeinsamen Feldausgaben 14A, 14B gekoppelt sein. Der Umrichter 16 kann dadurch die Gleichstromausgabe des Feldes 14A, 14B zu einer Wechselstromausgabe 19 umwandeln, die geeignet ist zur Verbindung mit dem elektrischen Verteilungsnetzwerk des Ortes. Dies kann verwendet werden zum Rückübertragen von Leistung zu dem Verteilungsnetzwerk.
Selbst wenn ein Umrichter 16 mit den gemeinsamen Ausgangsanschlüssen 14A, 14B eines Feldes verbunden ist, können die Inline-Umwandler 15 durch Anlegen einer Vorspannung auf die Gleichstromvorspannung, die in dem Reihenstrang erzeugt wird, gesteuert werden, um Einstellungen für die lokalen Betriebsbedingungen für jeden Reihenstrang 11 durchzuführen, unabhängig von den anderen Reihensträngen und somit unabhängig von einem beliebigen Einfluss des gemeinsamen Umrichters 16, der mit dem gemeinsamen Feldausgang 14A, 14B gekoppelt ist. Der gemeinsame Umrichter 16 kann gemäß einem Gesamt-MPP-Algorithmus eingestellt werden oder optimiert werden im Einklang mit zum Beispiel den Parametern von einer beliebigen Stromverteilung, an die er gekoppelt ist, ohne den Wirkungsgrad von jedem individuellen Reihenstrang 11 zu beeinflussen. Einige beliebige Änderungen in den Parametern des Umrichters 16, welche die Eigenschaften des Umrichtereingangs 16 beeinflussen, beeinträchtigt nicht die optimale Gleichstromspannungsausgabe von jedem Reihenstrang 11, als eine beliebige Änderung in der Spannung an den Ausgangsanschlüssen 12A, 12B von jedem Reihenstrang 11 durch die Inline-Umwandler 15 kompensiert wird. Somit erlaubt die Einstellung, welche durch den Umwandler 15 in jedem Reihenstrang 11 ermöglicht wird, dem Umrichter 16 quer über das Feld 13 gekoppelt zu werden, um für einen optimalen Betriebswirkungsgrad angepasst zu sein, basierend auf im Wesentlichen stabilen Ausgaben von jedem der Reihenstränge 11.
Zum Beispiel kann der Umrichter 16 durch eine der unten genannten Strategien gesteuert werden:

1) Der Umrichter 16 kann eingestellt sein, um bei einer bestimmten Gleichstromspannung zu arbeiten, um dessen Verluste zu minimieren, zum Beispiel dessen minimalem erlaubtem Gleichstrom-Busniveau. In diesem Fall sollte der Umwandler 15 die Fähigkeit besitzen, den vollen Maximum-Power-Point-Verfolgungsbereich des Systems aufzuweisen, wie der Umwandler eine Vorspannung aufweisen kann, um von dem maximalen Spannungsausgang eines Reihenstrangs 11 abwärts zu dem minimalen erlaubten Gleichstrom-Busniveaus des Umrichters 16 zu kompensieren.
2) Der Umrichter 16 kann eingestellt sein, um bei einem MPP-Verfolgungsalgorithmus zu arbeiten, welcher langsamer reagiert als der MPP-Verfolgungsalgorithmus des Umwandlers 15 (zum Beispiel um eine Größenordnung langsamer), so dass die zwei Algorithmen nicht im Konflikt zueinander sind.

Strategie 2 hat die folgenden Vorteile:

i. Die Umwandlerspannung und Leistungsbewertung kann minimiert werden, wenn der Umwandler nur eine Vorspannung bereitstellen würde, um das Ungleichgewicht zwischen Strängen zu berücksichtigen und dadurch geringere Kosten anfallen würden. Dies wird kontrastiert durch das Bereitstellen des vollen System-Maximal-Power-Point-Verfolgungsbereichs von Strategie 1.
ii. Innerhalb des Betriebsbereiches von jedem Umwandler würde der MPP-Verfolgungsalgorithmus des Umrichters operieren, um das optimale Gleichgewicht zwischen Systemverlusten einschließlich eines Nichtpassens des Strang-MPPs zu finden, und von Umwandlerverlusten und Umrichterverlusten), welche helfen würden, um die Leistungsausgabe an den Umrichteranschlüssen zu maximieren.

Wo es gewünscht ist, sowohl positive und negative Vorspannung (doppeltgerichtet) von dem gleichen Gerät bereitzustellen, zum Beispiel um selektiv im Hochsetz- und im Tiefsetzmodus zu arbeiten, kann die Ausgabespannung des Vorspannungsumwandlers halbiert werden, um einen gegebenen MPP-Verfolgungsbereich bereitzustellen. Zum Beispiel könnte ein 200 V-MPP-Verfolgungssystem (in einer Richtung) durch ein 100 V-doppeltgerichteten Umwandler bereitgestellt werden. Da der Strom durch den strombewerteten Abschnitt des Umwandlers unverändert ist, erlaubt dies die Leistungsbewertung der Komponenten, die verwendet werden, um wesentlich reduziert zu werden (bis zur Hälfte) und somit reduzierte Kosten bereitstellen.
Ferner ist eine verstärkte Leistungsbewertung bevorzugt, da es auch wünschenswert ist für ein Spannungskompensationssystem eine Vorspannung so hoch wie möglich bereitzustellen, wie es für eine verbesserte Flexibilität des Betriebes in Bezug auf veränderbare Bedingungen wie Strahlung und PV-Zellenverschlechterung praktikabel ist. Ferner kann es vorteilhaft sein, PV-Feldsegmente vorzuspannen, welche eine höhere Anzahl von Zellen enthalten, welche eine höhere Strombewertung erfordern würden. Eine typische Leistungsbewertung eines Vorspannungsumwandlers 15 würde 10–20% der Systemleistung betragen, obwohl eine Leistungsbewertung von bis zu 100% gewünscht sein könnte.
Die Ausgestaltung kann unter Verwendung einer Anzahl von Schalttechnologien implementiert sein, zum Beispiel IGBTs und MOSFETs. Die Verwendung von MOSFETs würde dem Umwandler erlauben, bei wesentlich höherer Schaltfrequenz von sagen wir 100 kHz betrieben zu werden, was andererseits die Größe (und Kosten) von magnetischen und Filterkomponenten erlauben würde, minimiert zu werden.
Entsprechend und Bezug nehmend auf 2 wird ein Vorspannungsumwandler 15 gezeigt, der eine „strombewertete Seite” 20 und eine „spannungsbewertete Seite” 22 aufweist. Die Seiten 20, 22 sind durch einen isolierenden Umwandler 26 getrennt und sind kombiniert, um eine Vorspannungsumwandlertopologie zu erzeugen, die zu der Leistungsbewertung und der Spannungsbewertung der zwei Hälften maßgeschneidert ist. Der Umwandler 26 weist Windungen 26A und 26B auf, wie zu verstehen ist. Verbindungen zu dem Umwandler 26 werden durch T1, T2 und T3 bezeichnet, wie verstanden werden wird. Abhängig von den Schaltkreisen, die in den Seiten 20, 22 verwendet werden, kann es nicht notwendig sein, alle der Verbindungen zu dem Umwandler 26 zu verwenden. Eine Umwandlergestalt 26 ist optimiert für die Schaltkreise, die in den Seiten 20, 22 implementiert werden, was beinhalten kann, nicht verwendete Windungen des Umwandlers nicht zu implementieren. Stromquelle/Ableitung 28 ist parallel gekoppelt zur spannungsbewerteten Seite 22 quer über V1 und V2 am Knoten 23 und 25. Stromquelle/Ableitung 29 ist in Reihe gekoppelt mit strombewerteter Seite 20 mittels I1 und I2 und parallel mit Knoten 27 und 23. Knoten 23 kann angesehen werden als ein gemeinsamer Referenzknoten zu sein.
Eine der Stromquellen/Ableitung 28 und Stromquelle/Ableitung 29 kann eine photovoltaische Quelle aufweisen, zum Beispiel eine PV-Zelle, Strang oder Feld und die andere der Stromquelle/Ableitung 28 und Stromquelle/Ableitung 29 kann einen PV-Umrichter 16 aufweisen.
Beide „Seiten” sollten aktive Anordnungen sein eher als passive Anordnungen, um ein doppeltgerichtetes System zu erzeugen (wo sowohl eine Tiefsetzvorspannung, wo die Umrichtereingangsspannung niedriger ist als die Zellen- oder Strangausgabespannung) und eine Hochsetzvorspannung (wo die Umrichtereingangsspannung größer ist als die Zellen- oder Strangausgabespannung) kann in einer auswählbaren Tiefsetz- oder Hochsetzanordnung bereitgestellt werden, sollte das Erfordernis auftreten.
In doppeltgerichteten Ausgestaltungen, insbesondere den „Seiten”-Anordnung von 2, stellt ein optimales Verfahren für eine Systemausgestaltung dar. Herkömmliche Vollleistungs-doppeltgerichtete Gleichstrom/Gleichstromumwandler sind typischerweise symmetrisch. In einer Vorspannungsumwandleranwendung können die Eingangs- und „Vorspannungen” dramatisch voneinander abweichen.
Mit der obigen Kombination von verschiedenen Topologien, optimierten „strombewerteten” und „spannungsbewerteten” Seiten können bereitgestellt werden, welche eine Effizienz und Kostenoptimierungen erlauben, zum Beispiel durch Erlauben von beiden Seiten effizient die gleichen Schalter innerhalb des Umwandlers zu verwenden.
Dementsprechend wird eine verbesserte Spannungskompensation bereitgestellt.
Implementierung

Verschiedene Topologien können eingesetzt werden, um die Spannung und strombewerteten Seiten gemäß 2 bereitzustellen. Wenden wir uns 3 bis 17 zu, in denen die Spannung A die Spannung der Stromquelle/Ableitung 28 quer über die Knoten 25 und 23 bezeichnet, und Spannung B, die Spannung der Stromquelle/Ableitung 29 über die Knoten 27 und 23 bezeichnet, wobei die folgenden Kombinationen dargestellt sind:

Figur	Topologie der spannungsbewerteten Seite	Topologie der strombewerteten Seite
3	Gegentakt	Gegentakt
4	Halbbrücke	Gegentakt
5	Halbbrücke	Halbbrücke
6	Vollbrücke	Gegentakt
7	Vollbrücke	Halbbrücke
8	Vollbrücke	Vollbrücke
9	NPC-Halbbrücke	Gegentakt
10	NPC-Halbbrücke	Halbbrücke
11	NPC-Halbbrücke	Vollbrücke
12	NPC-Halbbrücke	NPC-Halbbrücke
13	NPC-Vollbrücke	Gegentakt
14	NPC-Vollbrücke	Halbbrücke
15	NPC-Vollbrücke	Vollbrücke
16	NPC-Vollbrücke	NPC-Halbbrücke
17	NPC-Vollbrücke	NPC-Vollbrücke

Zur Klarheit sind Hilfskomponenten der 3 bis 17 typischerweise nicht gezeigt. Andere Vorrichtungen einschließlich IGBTs können an Stelle der MOSFET-Schaltvorrichtungen verwendet werden.
Der doppeltgerichtete Umwandler der 3 bis 17 stellt Anordnungen dar, welche betriebsbereit sind, um sowohl Hochsetz-Tiefsetz-Vorspannungen von einem einzelnen Umwandler zu erzeugen. In diesen Umwandlern werden die Seiten des Umwandlers entweder als primäre oder sekundäre Seiten behandelt (wie ein Fachmann verstehen wird), abhängig von dem Betriebsmodus, wie folgt:
Um Zweifel zu vermeiden, wird die primäre Seite betrachtet als die Seite, auf der der Eingang eines herkömmlichen Umwandlers mit den aktiven Schaltern vorliegt, die sekundäre Seite ist der Ausgang, welcher typischerweise passiv ist (obwohl er bei niedrigeren Verlusten aktiv sein kann).
In Systemen, wo die Richtung des Stromflusses feststeht, wie photovoltaischen Systemen, und wo Schalter 5 zusammengesetzt sind aus Vorrichtungen, welche parasitäre Dioden, wie MOSFETs enthalten, ist es notwendig, die Richtung des Vorspannungsabschnitts des Systems abhängig von dem Hochsetz-Tiefsetz-Betrieb umzukehren. Dies kann erreicht werden durch Verwendung einer Kombination von Niederfrequenzschaltvorrichtungen. Zwei einzelne Stelldoppelpolkontaktschaltungen 3 sind detailliert in 3 bis 17 zu Darstellungszwecken dargestellt, wobei jedoch eine Anzahl von einzelnen Poleinzelstellkontaktschaltungen, Halbleiterkontaktschaltungen oder andere Vorrichtungen mit ähnlichen Eigenschaften ebenfalls verwendet werden könnten.
Im Hochsetzmodus ist der Abschnitt des Umwandlers, welcher parallel ist mit der Systemspannung (der spannungsbewerteten Seite) behandelt als eine herkömmliche Primärseite und über Schalter 6 auf eine entsprechende Weise gesteuert, so dass Energie von dieser Seite zu der sekundären Seite übertragen wird. Der Umwandlerabschnitt, der in Reihe geschaltet ist mit den Systemspannungen wird behandelt als eine herkömmliche Sekundärseite und kann aktive oder passive Gleichrichtung aufweisen, um die Energie als eine Vorspannung zu übertragen. Um im Hochsetzmodus zu arbeiten, sind die Schalter 3 in Position A eingestellt. Die aktiven Schalter 6 auf der spannungsbewerteten Seite sind moduliert, um den Strom durch den Umwandler zu steuern, wie zu verstehen ist. Auf der strombewerteten Seite können die Schalter 5 betrieben werden, um als ein aktiver Gleichrichter zu agieren, um Verluste zu reduzieren. Der Induktor 34 reguliert den Strom, der die Kapazität 35 zu der Vorspannung auflädt. Sobald die gewünschte Spannung erreicht ist, kann die Modulation der spannungsbewerteten Schalter 6 eingestellt werden, um die Hochsetzspannung bei dem gewünschten Niveau beizubehalten.
Im Tiefsetzmodus wird der Abschnitt, der die Vorspannung erzeugt, in der Weise einer herkömmlichen primären Seite gesteuert, so dass er Energie von diesem in Reihe geschalteten Abschnitt zu dem Abschnitt des Umwandlers, der parallel mit der Systemspannung ist, überträgt. Auf diese Weise wird eine Vorspannung erzeugt. Der Abschnitt des Umwandlers, der parallel ist mit der Systemspannung (der spannungsbewerteten Seite) verwendet dann entweder passive oder aktive Gleichrichtung, gemeinsam mit Ausgabefilterung, um diese Energie zu dem System zu übertragen. Um im Tiefsetzmodus zu arbeiten, sind die Schalter 3 auf Position B gesetzt. Die strombewerteten Seitenschalter 5 sind deaktiviert. Dies verhindert einen Stromfluss von dem PV-Feld (Spannung A) zu dem Umrichter (Spannung B). Dies wird bewirken, dass das PV-Feld sich in Richtung seiner offenen Schaltkreisspannung bewegt, wenn sich die strombewertete Seitenkapazität 35 auflädt. Die strombewerteten Seitenschalter 5 werden dann moduliert, um die erforderliche Spannung über die Kapazität 35 beizubehalten. Während dieses Betriebsmodus wird die spannungsbewertete Seite als ein Gleichrichter mittels der Schalter 6 betrieben. Dies kann ein aktiver oder ein aktiver Gleichrichter sein.
Ob die Umwandlerseite primär oder sekundär agiert, wie in einem herkömmlichen Gleichstrom/Gleichstromumwandler ist abhängig von dem Betriebsmodus (Hochsetz oder Tiefsetz) des Umwandlers. In einer PV-Anwendung ist die Richtung des Stromflusses von der PV-Zelle zu dem Umrichter. Somit wird die Richtung der Vorspannung bestimmen, welche Seite Strom absorbiert oder überträgt. Wenn der Umwandler erfordert, die Spannung in der Zelle zu reduzieren, dann muss die strombewertete in Reihe verbundene Seite Strom absorbieren, wobei diese Seite Strom ausgeben muss, um die Zellspannung zu erhöhen. Eine herkömmliche Primärseite ist die geschaltete Seite, welche Strom absorbiert. In dem Vorspannungsumwandler ist beabsichtigt, dass die Seite, welche den Strom absorbiert, aktiv geschaltet wird, um den Strom zu steuern (Agieren als eine herkömmliche Primärseite), wobei die andere Seite als ein aktiver Gleichrichter gesteuert werden wird (herkömmliche Sekundärseite). Aus diesem Grund ist es angenehmer, sich auf die strombewerteten und spannungsbewerteten Seiten wie in 2 zu beziehen. Die strombewertete Seite, welche in Reihe ist mit sowohl dem Umrichter 16 und dem PV-Feld (oder Zelle oder Stränge 11) und die spannungsbewertete Seite, die parallel ist mit entweder dem Umrichter oder dem PV-Feld (oder Zelle, oder Strängen 11), ist abhängig von dem Betriebsmodus und der Umrichtertopologieanordnung.
Im Hochsetzmodus kann die strombewertete Seite ausgestaltet sein als ein aktiver Gleichstrom/Gleichstromumwandler vom Sekundärtyp. Im Tiefsetzmodus muss jedoch das System in der Lage sein, den Strom durch den Umwandler zu treiben, so dass er als der Primärtyp einer herkömmlichen geschalteten Strommodusversorgung (SMPS) agiert, wie der Fachmann verstehen wird.
Vorteile der Topologien von 3 bis 17 beinhalten oder erlauben einen optimierteren Umwandler bei einer höheren Leistung. In abnehmender Reihenfolge der Leistungsfähigkeit:

• Gegentakt
• Halbbrücke
• Vollbrücke
• NPC-Halbbrücke
• NPC-Vollbrücke

Spannungsstress auf individuelle Schaltvorrichtungen in abnehmender Reihenfolge der Liste (auf Kosten der Verwendung von zusätzlichen Schaltern). Dies erlaubt die Verwendung von niedrigerer Spannung, weniger verlustreichen Schaltvorrichtungen und Verlustströmen in einer größeren Anzahl von Vorrichtungen.
Im Allgemeinen stellen die obigen Topologien die folgenden Eigenschaften bereit:
Ein Übergang von der Halbbrücke zu der Vollbrücke und von der NPC-Halbbrücke zur NPC-Vollbrücke halbiert den Strom, der in den Umwandlerwindungen erforderlich ist, aber verdoppelt die Anzahl von Schaltvorrichtungen, die auf dieser Seite der Schalttopologie erforderlich sind.
Ein Übergang von der Vollbrücke zu NPC verdoppelt den Strom in dem Umwandler, aber halbiert die Spannungsbewertung der Schalter.
Ein Übergang vom Gegentakt zur Halbbrücke erlaubt eine effizientere Verwendung des Umwandlers als eine Umwandlerwindung vollständig verwendet wird, eher als aufgesplittet zu sein, und halbiert auch die Spannung über die Schalter.
Wenn sich das gewünschte Leistungsniveau des Systems erhöht, ist es im Allgemeinen kosteneffizienter, eine Topologie von dem unteren Ende der Liste für eine beliebige gegebene Systemspezifikation zu verwenden.
Die neuen Umwandlertopologien von 3 bis 17 sind in der Lage, die Spannungskompensation zu erzeugen, die notwendig ist für einen effektiven Solarausgleich (einer PV-Zelle) bei akzeptablen Kosten und Wirkungsgrad.
Sollte die strombewertete Seite MOSFETs 5 aufweisen (oder andere Schaltvorrichtungen mit einer parasitären Diode 7), die in 3 dargestellt sind, aber auch in den 4 bis 17 vorliegen, dann sollten die parasitären Dioden angeordnet sein, um die Vorspannung zu blockieren, da andererseits die maximale Vorspannung, die erzeugt werden könnte, einen Diodenabfall von beispielsweise etwa 0,6 V sein würde.
3 bis 17 stellen eine Lösung dar, die geeignet ist für die meisten Anordnungen der strombewerteten Seite (Gegentakt, Halbbrücke, Vollbrücke, NPC-Halbbrücke, NPC-Vollbrücke). Hierbei kann die gesamte strombewertete Seite elektrisch umgekehrt sein. Dies erlaubt dem System ausgestaltet zu sein, so dass die parasitären Dioden nicht mit dem Schaltkreisbetrieb wechselwirken. Dies ist dargestellt unter Verwendung eines DPDT-Kontaktschalters 3, jedoch in einer Anordnung von Halbleiterschaltern, SPST-Kontaktschaltern oder anderen Anordnungen, die alternativ verwendet werden können.
Wenn Kontaktschalter verwendet werden, können die normalerweise geschlossenen (NC)-Kontakte angeordnet sein, so dass ein transparenter Versagensmodus in Betrieb sein kann, wenn der Vorspannungsumwandler 15 ohne Stromversorgung ist. Dies erlaubt es der Spannung A und Spannung B gekoppelt zu sein, ohne eine beliebige Vorspannungssteuerung. Dies erhöht die Versagenswiderstandsfähigkeit, da eine Feldunterbrechung vermieden wird mittels Feld 11, das in der Lage verbleibt, Strom zu einem Umrichter 16 bereitzustellen (wenngleich möglicherweise in einem sub-optimalen Modus), wenn der Vorspannungsumwandler nicht in Betrieb ist. Dies wird erreicht durch Anordnen der Kontakte, so dass entweder Leitung 30 oder 31 den Schaltkreis zwischen Spannung A und Spannung B vervollständigt, wie in den 3 gesehen werden kann, und gleichermaßen für 4 bis 17 gilt, wie verstanden werden würde.
Eine alternative Lösung, die in 18 gezeigt ist, um parasitäre Dioden 7 abzumildern, ist es die MOSFETs als Halbleiterschalter umzugestalten, durch parallel schalten von zwei MOSFETs, die in entgegengesetzten Richtungen verbunden sind, so dass die parasitären Dioden einander gegenüber liegen und dadurch eine Spannung von beiden Polaritäten blockieren können. Mit dieser Anordnung sind die Kontaktschalter 3, die in 3–17 gezeigt sind, nicht erforderlich für einen doppeltgerichteten Betrieb auf der strombewerteten Seite, jedoch müssen die Schalter der strombewerteten Seite gesteuert werden als ein aktiver Gleichrichter, wenn er im Hochsetzmodus verwendet wird. Dies ist darin begründet, dass die parasitären Dioden blockiert sind, so dass kein Weg für den Strom vorliegt, wenn diese Schalter offen sind. Diese Anordnung stellt jedoch nicht inhärent einen transparenten Versagensmodus, wie oben beschrieben, bereit.
19 zeigt einen Hilfsschaltkreis 190, der die transparente Versagensmodusfunktion bereitstellen kann, wenn einer inhärent nicht vorliegen sollte. Ein derartiger Schaltkreis könnte auch dazu dienen, um „transparente” Modusverluste in Umwandlern zu reduzieren, welche einen inhärenten transparenten Modus aufweisen. Hilfsschaltkreis 190 kann einen NC-Kontaktschalter 191 oder anderen Schalter aufweisen, um die strombewertete Seite kurzzuschließen, wenn der Vorspannungsumwandler nicht aktiv eine Vorspannung erzeugt, und einen entsprechenden Steuerungsschaltkreis 192. Der Hilfsschaltkreis kann deaktiviert werden (Position 193) durch Steuerungsschaltkreis 192, wenn eine Vorspannung erwünscht ist, um die Fehlertoleranz des Systems weiter zu erhöhen.
Alternativ und wie in 20 gezeigt, können ein Sekundärschaltkreis 200 mit einem transparenten Anschaltkreis 201 und einem Steuerschaltkreis 202 vorgesehen sein. Der Sekundärschaltkreis ist angeordnet, um eine oder mehrere der Schaltvorrichtungen 5 in der strombewerteten Seite mittels Eingangsantriebssignale 203 von transparentem Anschaltschaltkreis 201 zu schalten. Als ein Ergebnis wird ein Stromweg zugänglich zwischen der Spannung A und Spannung B, wenn keine Vorspannung erzeugt wird, und somit wird ein transparenter Versagensmodus bereitgestellt.
Wenden wir uns 23 zu, um die Effizienz zu maximieren ist es wünschenswert, eine Rezirkulation von Energie innerhalb des Umwandlers zu vermeiden, wie der Fachmann verstehen würde. Wenn der Umwandler als ein Hochsetzumwandler arbeitet, ist es effizienter, wenn die spannungsbewertete Seite über die PV-Zelle verbunden ist, wenn der Energiefluss durch den Umwandler von der Form ist PV-Zelle 13 – spannungsbewertete Seite 232 – strombewertete Seite 231 – Umrichter 16. Wenn der Umrichter betrieben wird als ein Tiefsetzumrichter, dann ist es effizienter, wenn die spannungsbewertete Seite über den Umrichter verbunden ist, so dass der Energiefluss durch den Umwandler von der Form ist, die PV-Zelle 13 – strombewertete Seite 231 – spannungsbewertete Seite 232 – Umrichter 16. Der Energieübergang zwischen den zwei Seiten des Umwandlers tritt durch den Umwandler 26 (2) auf, wie durch den Fachmann verstanden werden würde.
Wahlweise kann die Umformtopologie umgestaltet sein mittels des Schalters 230. Dies würde typischerweise auftreten, wenn ein doppelt-gerichteter Umformer seinen Betriebsmodus von Hochsetz zu Tiefsetz oder umgekehrt schaltet. Der Schalter kann ein beliebig geeignetes Schaltmittel sein, wie ein MOSFET, IGBT oder andere Anordnungen von Halbleiterschaltern oder mechanischen Kontaktschaltern.
Alternativ ist es auch möglich, wie obige Umgestaltung zu erreichen durch Bewegen der strombewerteten Seite, welche eine komplexere Schaltanordnung als die von 23 erfordern würde.
Steuerung
Wenden wir uns 21 zu, in der eine Ausführungsform dargestellt ist, die einen Gegentakt-Gegentaktumformer wie in 3 dargestellt zeigt, der als ein Teil eines Vorspannungssteuerungssystems angeordnet ist.
Eine Steuerung 210 ist verbunden mit jedem Umformer 15. Die Steuerung enthält sowohl einen Schaltmodussteuerer, um die Schalter zu modulieren und einen MPP-Verfolgungsalgorithmus. Der MPP wird am effektivsten verfolgt als der Ausgang des Umformers, so dass die Umformerverluste berücksichtigt werden. Der Algorithmus kann bereitgestellt werden mittels eines Softwaredownloads zu einer programmierbaren Steuerungsvorrichtung 210 wie, aber nicht beschränkt auf einen Mikrokontroller oder kann fest verdrahtet sein in die Steuerung mittels anderer Mittel, wie eines anwendungsspezifischen Schaltkreises (ASIC), feldprogrammierbaren Gate-Feldes (FPGA) oder herkömmlichen digitalen oder analogen Schaltkreisen. Die Unterstützungskomponenten können, wie gesehen werden kann, Widerstandskomponenten mit niedrigen Kosten sein, welche Messpunkte des Reihenstrangs bereitstellen und die Steuerung 210 befähigen, mit der Information versorgt zu werden, auf welche der darin enthaltene MPP-Algorithmus angewandt werden kann.
Die Steuerung 210 empfängt Reihenstrangeingaben, die eine Spannung A 211 und eingestellte Strangausgabespannung (Spannung B) 214 anzeigen. Die Steuerung kann auch Signale empfangen, welche einen Strangstrom 212 und/oder einen Umformerstrom 213 anzeigen. Optional kann ein Signal, das einen Strangstrom 212 anzeigt, entweder als die positive oder negative Seite des Stranges genommen werden. Wahlweise kann ein Signal, das einen Umformerstrom 213 anzeigt, auf beiden der spannungsbewerteten Seiten des Umformers, wie gezeigt, oder in Reihe mit der Kapazität 35 in der Stromseite genommen werden. Die Vorspannung kann errechnet werden aus einem Signal, welches diese am Punkt 215 anzeigt, oder kann aus der Differenz zwischen Spannung A und Spannung B abgeleitet werden. Wie vorhergehend beschrieben, enthält sich der Umformer 15 selbst und erfordert keine externe Kopplung an irgendwelche anderen Reihenstränge. Die Steuerung 210 kann angeordnet sein, um Schalter 5 und/oder 6 mittels Ausgabe oder Ausgaben 55 und 66 entsprechend zu modulieren, um eine Pulsweitemodulation bereitzustellen oder ein anderes gemeinsames Schaltschema zu dem Stromfluss in dem Umformer 15, um auf die Spannungsanforderung von dem MPP-Verfolgungsalgorithmus, wie vorhergehend beschrieben, zu antworten. Ausgaben 55 und 66 können individuelle Ausgaben für jeden Schalter 5, 6 aufweisen. Diese Aktion legt eine entsprechende Vorspannung auf die optimale Gleichstromspannungsausgabe des Reihenstrangs der PV-Module auf und resultiert in einer unabhängig steuerbaren Gleichstromstrangausgabespannung quer über die Anschlüsse 12A und 13B.
Die Vorspannung kann unter Verwendung eines beliebigen der Steuerungsschemata, wie vorhergehend beschrieben, gesteuert werden.
Der Umformer 15 ist typischerweise unabhängig und selbst enthaltend. Die Steuerung 210 kann jedoch mit Datenkommunikationsfahigkeiten ausgestattet sein. Eine getrennte Steuerungseingabe 216 zu der Steuerung 210 kann durch ein externes System verwendet werden, um ein Steuerungssignal an die Steuerung 210 zu senden. Dies könnte zum Beispiel die Aktion des Umformers 15 derart einstellen, dass die Vorspannung, die an den Reihenstrang 11 angelegt ist, eingestellt werden kann aus externen Gründen dem Umformer 15, eher als zum Beibehalten der optimalen Spannung quer über die Reihenstränge. Die lokalen Messungen, welche durch die Eingänge 211 bis 215 bereitgestellt werden, könnten daher durch den getrennten Steuerungseingang 216 überschrieben werden, falls gewünscht. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuerung 210 mit Bedingungsbeobachtungsfähigkeiten ausgestattet sein, um Beobachtungsdaten wie Reihenstrangbetriebsparameter einer entfernten Beobachtungsvorrichtung zu kommunizieren, zum Beispiel um Fehler mit dem Strang zu ermitteln.
Die in 21 dargestellte Ausführungsform beinhaltet eine Steuerung 210 für deren entsprechenden Umformer in jedem Strang. Dennoch kann eine einzelne Steuerung auch angeordnet sein, um zwei oder mehrere Umformer in ihren jeweiligen Strängen zu beobachten und zu steuern. Dies erfordert eine Steuerung mit ausreichender Verarbeitungsgeschwindigkeit und Leistung, um eine Multiplexverarbeitung zu ermöglichen, ohne die Steuerungsleistung zu beeinträchtigen.
Wie früher beschrieben, werden Schalter 3 manipuliert, abhängig davon, ob ein Tiefsetz- oder Hochsetzmodus des Betriebes durch den MPP-Verfolgungsalgorithmus gewünscht ist. Die Steuerung 210 kann programmiert werden, um eine Ausgabe oder Ausgaben 33 bereitzustellen, um die Schalter zu der gewünschten Position einzustellen für einen Tiefsetz- oder Hochsetzbetrieb basierend auf dem Nullpunkt der bereitgestellten Vorspannung, wie zu verstehen ist. Die Steuerung kann ferner programmiert werden, um die Leistungsstufe des Umformers an dem Punkt zu deaktivieren, bei dem der Betriebsmodus geändert wird, zum Beispiel falls Schalter 3 Kontaktschalter (mechanisch) aufweisen.
Die Steuerung 210 kann programmiert werden, um den Umformer zu deaktivieren (zum Beispiel durch Einstellen der Schalter 3 auf den Transparentmodus, wie früher diskutiert), wenn an die PV-Zelle kein Strom angelegt ist. Sollten die Steuerung und der Umformer von der Zelle selbst mit Strom versorgt werden (Verbindung 17 in 1B), dann würde dies implizit sein.
Die Steuerung kann auch programmiert werden, um in der folgenden Weise, wie in 22 gezeigt, zu fungieren, um wahlweise zu ermitteln, ob der Vorspannungsumformer von einem Vorteil des Systems profitiert. Zum Beispiel können bei sehr niedrigen Werten der Vorspannung die Verluste, welche durch das MPP-Verfolgungssystem konsumiert werden, einschließlich des Vorspannungsumformers die zusätzliche Ausbeute aus dem Verfolgen eines MPP-Stranges übersteigen. Dies kann ermittelt werden durch periodisches Deaktivieren des Umformers und Vergleichen der Ausgabeleistung mit und ohne der aktivierten Leistungsstufe. Somit wird bei Schritt 220, wenn Strom aus der Zelle erhältlich ist, oder wenn die Steuerung eine externe Stromversorgung aufweist, die Steuerung mit Strom versorgt. Bei Schritt 221 ist die Umformleistungsstufe aktiviert und die Steuerung beginnt das MPP des Systems zu verfolgen. Der Fluss wartet dann eine Zeit bei Schritt 222. Bei Schritt 223 wird der Ausgabestromwert oder ein Wert, der diesen anzeigt, bei eingeschalteter MPP-Verfolgung (P_mpp) gemessen und in einem Speicher der Steuerung gespeichert oder einem Speicher, der mit der Steuerung verbunden ist. Bei Schritt 224 wird die Umformleistungsstufe deaktiviert, so dass kein MPP-Verfolgen aktiviert ist. Bei Schritt 225 ist der Ausgabestromwert oder ein Wert, der diesen anzeigt, bei nicht aktivierter MPP-Verfolgung (P_nompp) gemessen und in einem Speicher der Steuerung oder einem mit der Steuerung verbundenen Speicher gespeichert. Bei Schritt 226 wird der Stromwert oder ein Signal, das diesen anzeigt, bei aktivierter MPP-Verfolgung verglichen mit dem Stromwert oder Signal, das diesen anzeigt, bei nicht aktiviertem MPP-Verfolgen. Falls P_mpp größer ist als P_nompp, dann kehrt der Fluss zum Schritt 221 zurück und die MPP-Verfolgung fährt fort. Wenn jedoch P_mpp nicht größer ist als P_nompp, dann wartet der Fluss eine Zeit bei Schritt 227. Nachdem der Wartezeitraum verstrichen ist, kehrt der Fluss zu Schritt 221 zurück, wo MPP-Verfolgung reaktiviert wird und die Steuerung die obigen Schritte einmal mehr ausführt.
Wahlweise kann die Länge des „Warte”-Blocks (222, 227) in 22 programmartig an die Betriebsbedingungen angepasst werden, zum Beispiel Wartezeit = f (Feldleistung, Vorspannung bei dem MPP, Leistungsstufenverlustkennlinie). Eine Implementierung davon würde die Länge des Wartezyklus 222 erhöhen (wenn MPP-Verfolgung aktiviert ist), und die Länge des Wartezyklus 227 reduzieren (wenn MPP nicht aktiviert ist) im Verhältnis zu der Vorspannung bei MPP. Auf diese Weise würden bei niedrigen Vorspannungen der Vorteil oder Nutzen des Umformers regelmäßig überprüft werden.
Die Steuerung kann auch programmiert werden, um Signale den Schaltern 5 über Ausgänge oder Ausgänge 55 bereitzustellen zum Aktivieren einer aktiven Gleichrichtung während des Hochsitzmodus und/oder Schalter 6 über den Ausgang oder Ausgänge 66 während des Tiefsetzmodus.
Ferner kann die Steuerung auch programmiert werden, um alle oder einige der Funktionalitäten und Signale des Hilfsschaltkreises 190 und/oder sekundären Schaltkreises 200, wie in Bezug auf die 19 und 20 beschrieben, bereitzustellen.
Die Steuerung von 21 kann auch verwendet werden mit einer der Ausführungsformen der 4 bis 20 und 23 auf eine ähnliche Weise.
In einer anderen Ausführungsform wird hier ein Umformer angeordnet, der eine hohe Vorspannung zwischen zwei niederen Spannungsquellen erzeugt. Diese Anordnung könnte eine einfachere Topologie verwenden, wie die Vollbrücke, parallel mit einer Quelle und einer komplexeren Topologie, zum Beispiel einer NPC-Topologie in Reihe mit der Quelle, um die Vorspannungsausgabe zu erzeugen. Dies kann vorteilhaft sein in einigen Anwendungen, die Gewinne, die damit jedoch gemacht werden könnten aus der Verwendung dieser Anordnung, sind verglichen zur Verwendung eines Vollleistungsumformers in einer typischen Anwendung wahrscheinlich sehr klein. Diese Ausführungsform ist daher angeordnet, um eine Vorspannung zwischen zwei Quellen zu erzeugen, welche bei verschiedenen nominalen Spannungen betrieben wird, um zu erlauben, dass Strom zwischen den beiden übertragen wird. Alternativ können die zwei Quellen bei zwei nominalen ähnlichen Spannungen arbeiten und eine kleine Vorspannung wird erzeugt, um zu ermöglichen, dass das System bei maximalem Wirkungsgrad arbeitet.
In den 3 bis 17 zeigen die NPC-Topologien eine Diodenklemmanordnung. Alternative Spannungsausgleichsanordnungen sind auch möglich, ohne die Natur der Ausgestaltung zu ändern, einschließlich Anlaufkondensator, Anlaufkondensator mit Diodenklemmung oder anderer spannungsausgleichende Anordnung, wie durch den Fachmann verstanden werden würde.
Somit ist es möglich, einen doppelt-gerichteten Vorspannungsumformer unter Verwendung von zwei Primärseiten aus einer Vielzahl von Gleichstrom/Gleichstromumformertopologien zu erzeugen, und diese in einer Vorspannungsanordnung zu verbinden. Dies ist vorteilhaft, da verschiedene Topologien bei verschiedenen Spannungen kosteneffektiver zu verwenden sind. Die „spannungsbewerteten” und „strombewerteten” Seiten eines Vorspannungsumformers können bei zwei verschiedenen Spannungen arbeiten. Somit kann abhängig von der Systemspannung, Vorspannung (Trimspannung) und Leistungserfordernissen eine optimierte doppeltgerichtete Lösung erzeugt werden.
Die hier beschriebenen Ausführungsformen können erreicht werden durch Rückanpassung eines Gleichstrom/Gleichstromumformers innerhalb eines existierenden Reihenstrangs von PV-Modulen. Dies könnte existierende Umformer ersetzen, welche angeordnet sind, um die gesamte Ausgabe eines Reihenstrangs oder -feldes umzuformen, und somit wesentliche Energieeinsparungen bereitzustellen. Die hierin beschriebenen Ausführungsformen können auch an Systeme angepasst werden, welche ohne Umformer arbeiten und somit aufgrund von Spannungsungleichgewicht eine reduzierte Ausbeute zeigen.

Claims

Gerät zum Erzeugen einer kompensierten Spannungsausgabe mit: einer ersten Stromquelle oder Stromableitung, die zwischen einem ersten Knoten und einem Referenzknoten gekoppelt ist; einer zweiten Stromquelle oder Stromableitung, die zwischen einem zweiten Knoten und dem Referenzknoten gekoppelt ist; einem Vorspannungsmittel mit einem Abschnitt, der zwischen dem ersten Knoten und dem Referenzknoten gekoppelt ist, und einem anderen Abschnitt, der zwischen dem ersten Knoten und dem zweiten Knoten gekoppelt ist; wobei das Vorspannungsmittel betriebsbereit ist, um eine steuerbare Vorspannung beider Polaritäten zwischen den ersten und zweiten Knoten zu erzeugen, um die kompensierte Spannungsausgabe zu produzieren.
Gerät nach Anspruch 1, wobei die zwei Abschnitte des Vorspannungsmittels über einen Umwandler gekoppelt sind, und wobei wahlweise beide Abschnitte des Vorspannungsmittels aktiv sind.
Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Vorspannungsmittel angeordnet ist, so dass der Leistungsdurchsatz des Vorspannungsmittels lediglich proportional ist zu der Vorspannung, die durch das Vorspannungsmittel erzeugt ist.
Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine der ersten und zweiten Stromquellen oder Ableitungen ein photovoltaisches Modul oder photovoltaische Zelle aufweist, und wahlweise ferner mit einer Mehrzahl von photovoltaischen Modulen oder Zellen, die zusammen in Reihe gekoppelt sind, und wobei das Vorspannungsmittel und die photovoltaischen Module einen kompensierbaren Reihenstrang mit Spannungsausgabeanschlüssen bilden, und ferner wahlweise mit einer Mehrzahl der Reihenstränge, die derart parallel gekoppelt sind, so dass die Ausgabeanschlüsse der Reihenstränge eine gemeinsame photovoltaische Modulfeldausgabe bereitstellen.
Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Abschnitt des Vorspannungsmittels für zumindest die maximale Spannung von einer der Stromquellen oder Stromableitungen bewertet wird und der andere Abschnitt zumindest für die maximale Strombewertung von einer der Stromquellen oder Stromableitungen bewertet wird.
Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, das ferner angeordnet ist, um die Richtung des Stromflusses in dem Abschnitt des Vorspannungsmittels zu ermöglichen, welches zwischen den ersten und zweiten umzukehrenden Knoten gekoppelt ist.
Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, das derart angeordnet ist, dass das Vorspannungsmittel umgangen oder direkt mit den ersten und den zweiten Knoten verbunden werden kann.
Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Abschnitt des Vorspannungsmittels MOSFET- und/oder IGBT-Schalter aufweist, und wobei wahlweise die Schalter angeordnet sind, um die Wirkungen von parasitären Dioden der Schalter zu negieren, und wobei ferner wahlweise die parasitären Dioden eines Schalters negiert sind durch Anordnen eines zweiten Schalters in Reihe, so dass die Verbindung zwischen den Schaltern die Anoden von beiden parasitären Dioden oder die Kathoden von beiden parasitären Dioden verbindet.
Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, das derart angeordnet ist, dass der Abschnitt des Vorspannungsmittels, der zwischen dem ersten Knoten und dem Referenzknoten gekoppelt ist, selektiv gewechselt werden kann, um alternativ zwischen dem zweiten Knoten und dem Referenzknoten gekoppelt zu sein.
Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Vorspannungsmittel ferner aufweist: eine Steuerungsvorrichtung; erste Knoten und zweite Knotenspannungsmessmittel; und es derart angeordnet ist, dass die Steuerungsvorrichtung betriebsbereit ist, um die Vorspannung zu steuern, welche zwischen den ersten und zweiten Knoten angelegt ist, um die kompensierte Spannungsausgabe zu erzeugen, und wobei wahlweise die Steuerungsvorrichtung angeordnet ist, um den Strom zu steuern, der in dem Vorspannungsmittel fließt.
Gerät nach Anspruch 10, wobei die Steuerungsvorrichtung eine Eingabe aufweist zum Empfangen eines Steuerungssignals, so dass die Vorspannung durch das empfangene Steuerungssignal steuerbar ist.
Gerät nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Steuerungsvorrichtung ferner Datenkommunikationsmittel zum Bereitstellen von Stromableitungs- oder Quellenbetriebsdaten zu einer Beobachtungsvorrichtung aufweist, so dass Betriebsparameter von zumindest einer der Stromableitung oder -quelle von Ferne beobachtet werden kann.
Gerät nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Steuerungsvorrichtung ferner angeordnet ist, um die Polarität der Vorspannung zwischen den ersten und zweiten Knoten zu wählen.
Gerät nach Anspruch 10 bis 13, wobei die Steuerungsvorrichtung ferner angeordnet ist, um das Vorspannungsmittel durch Verbinden der ersten und zweiten Knoten direkt zu umgehen.
Gerät nach einem der Ansprüche 4 bis 14, wobei das andere der ersten und zweiten Stromquellen oder -ableitung einen PV-Umrichter aufweist.
Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei einer oder beide der ersten und zweiten Stromquellen oder -ableitungen eine Gleichstromverbindung eines Umrichters aufweist und wobei wahlweise der Wechselstromausgang des Umrichters mit dem Stromnetz verbunden ist.
Verfahren zum Bereitstellen einer kompensierten Spannungsausgabe von einem Gerät nach Anspruch 1, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Modulieren einer ersten Spannung mit einer Vorspannung, die durch das Vorspannungsmittel erzeugt wird, so dass die erste Spannung selektiv durch eine steuerbare Vorspannung beider Polaritäten moduliert wird, um die kompensierte Spannung zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner mit den Schritten: Messen der erzeugten oder verloren gegangenen Leistung in beiden, der ersten oder zweiten Stromquellen oder Stromableitungen; Eingeben der Messungen einem Maximum-Power-Point-Algorithmus einer Steuerungsvorrichtung des Vorspannungsmittels; Bereitstellen einer Steuerungsausgabe von der Steuerungsvorrichtung, um die Vorspannung zu steuern, die dem Vorspannungsmittel zwischen dem ersten und zweiten Knoten auferlegt wird.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, ferner mit den Schritten: Empfangen eines Eingabesignals an der Steuerungsvorrichtung von einer externen Vorrichtung, die extern ist zu dem Schaltkreis, wo das Vorspannungsmittel angeordnet ist; und Einstellen der Steuerungsausgabe, so dass die Vorspannung durch die externe Vorrichtung steuerbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, ferner mit dem Schritt: Bereitstellen von Stromableitungs- oder -quellenbetriebsdaten zu einer Beobachtungsvorrichtung, so dass Betriebsparameter der Stromableitung oder -quelle von Ferne beobachtet werden können.