逆變器的制造方法
【專利摘要】在此披露了一種逆變器，包括多個用于與多個光伏發(fā)電機(2)相連的發(fā)電機接線(100a-f)和一個直流電壓接線(120a)，該多個發(fā)電機接線(100a-f)以組為單位與多個集體接線(105a，105b)電連接。這些集體接線(105a，105b)各自通過該逆變器中所集成的多個反向電流二極管(130a，130b)與該直流電壓接線(120a)連接，一個可開關式橋接元件(140a，140b)與這些反向電流二極管(130a，130b)并聯(lián)連接。
【專利說明】逆變器

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種帶有可橋接的反向電流保護裝置的逆變器。

【背景技術】
[0002]逆變器用于借助光伏(PV)發(fā)電機生成能量，從而將這些發(fā)電機生成的直流電流轉(zhuǎn)換成電網(wǎng)兼容的交流電流并將其饋入一個連接的電網(wǎng)。在這種情況下，PV設備內(nèi)的逆變器執(zhí)行多種任務，具體地，它們還執(zhí)行必要的保護功能以避免可能由這些發(fā)電機引起的損害。
[0003]這些發(fā)電機可以通過其造成損害(例如引發(fā)火災)的效應是所謂的反向電流效應。這可能發(fā)生在多個發(fā)電機彼此并聯(lián)連接的時候。如果這些并聯(lián)連接的發(fā)電機具有明顯不同的功率輸出，可能出現(xiàn)并聯(lián)連接的發(fā)電機子組生成的電流流過另一發(fā)電機而不是流過該逆變器。在這種情況下，可能出現(xiàn)如下情形:受影響的發(fā)電機負載有該組中的所有其他發(fā)電機的電流，這可能造成將這個受影響的發(fā)電機加熱到高達熱破壞。造成這種反向電流事件的一種可能性是這些發(fā)電機之一的部分或完全短路。
[0004]在本實用新型的背景中，術語“發(fā)電機”表示一個包括多種光伏元件(比如單獨的太陽能電池或甚至太陽能電池模塊)的串聯(lián)電路，并且并不旨在排除該發(fā)電機內(nèi)的光伏元件的并聯(lián)電路的可能性。
[0005]為了避免出現(xiàn)反向電流情況下的損害，在電流路徑中提供反向電流二極管是已知的，但是這些反向電流二極管具有如下缺點:在PV設備運行期間跨這些二極管具有一個恒定的電壓降，這會導致該PV設備內(nèi)一個恒定的功率損耗。進一步已知的是代替或除了反向電流二極管之外提供保險絲，這會觸發(fā)在超過一個電流值足夠高的情況下會導致破壞發(fā)電機。然而，這些保險絲具有一旦觸發(fā)過一次后需要被替換的缺點，從而導致PV設備或至少受影響的發(fā)電機暫時不工作。
實用新型內(nèi)容
[0006]因此，本實用新型的一個目的是提供一種克服了已知現(xiàn)有技術的缺點的逆變器。
[0007]這個目的是通過一個根據(jù)本實用新型的特征的逆變器實現(xiàn)的。
[0008]本實用新型公開了一種逆變器，其包括多個用于與多個光伏發(fā)電機連接的發(fā)電機接線和一個直流電壓接線，其中，該多個發(fā)電機接線以組為單位與多個集體接線電連接，
[0009]其特征在于，
[0010]這些集體接線各自通過該逆變器中所集成的多個反向電流二極管與該直流電壓接線連接，一個可開關式橋接元件與這些反向電流二極管并聯(lián)連接。
[0011]在下面描述了根據(jù)本實用新型的逆變器的有利實施例。
[0012]每個集體接線可以與一組三個發(fā)電機接線連接。
[0013]該橋接元件可以包括一個可插入的導線橋或一個機械開關。
[0014]該橋接元件可以包括一個機電式開關或一個半導體開關。
[0015]該逆變器可以進一步包括一個極性反轉(zhuǎn)保護裝置，該保護裝置可以被安排成用于短路一個以不正確極性連接的發(fā)電機。
[0016]該逆變器可以進一步包括一個用于控制該可開關式橋接元件的控制裝置，所述控制裝置可以被配置成用于當該逆變器處在一種工作狀態(tài)時橋接該反向電流二極管，在該工作狀態(tài)下，在出現(xiàn)一個反向電流的情況下，一個流過一個與這些發(fā)電機接線連接的獨立發(fā)電機的電流可以被限制為該獨立發(fā)電機的一個最大允許電流值。
[0017]該控制裝置可以與多個用于在這些發(fā)電機接線進行電流監(jiān)測的電流傳感器連接。
[0018]該控制裝置可以與多個用于監(jiān)測發(fā)電機接線之間的電壓的電壓傳感器連接。
[0019]該控制裝置可以與多個用于監(jiān)測跨這些反向電流二極管的電壓的電壓傳感器連接。
[0020]根據(jù)本實用新型的逆變器包括多個用于連接光伏發(fā)電機的發(fā)電機接線。該多個發(fā)電機接線以組為單位與多個集體接線(collective connect1n)電連接。這些集體接線連接通過多個反向電流二極管與一個直流電壓接線連接，其中，可以借助一個并聯(lián)連接的可開關式橋接元件橋接這些反向電流二極管。橋接的結果是，避免了由于跨這些反向電流二極管的電壓降而引起的功率損耗。包括這些反向電流二極管的該反向電流保護裝置以及相關聯(lián)的可開關式橋接元件在這種情況下優(yōu)選地被集成在該逆變器中，其結果是，實現(xiàn)了該保護裝置的簡單安裝和簡單配置以及可靠運行。
[0021]優(yōu)選地，只有當(由于運行狀態(tài)或安裝配置)保證了超過最大允許電流負荷容量的反向電流在任何情況下都不可能流過一個單獨連接的發(fā)電機時，橋接才會被激活。
[0022]如果已經(jīng)選定了安裝配置，例如基于發(fā)電機的數(shù)量及其在可獲得的發(fā)電機接線處的分布，其方式為使得不可能超過該最大允許電流負荷容量，安裝者可以通過相應的橋接元件執(zhí)行單獨的或甚至所有反向電流二極管的永久橋接。這可以借助于導線橋或另外用機械開關進行。同樣可以想象的是就設備軟件而言提供多個適當參數(shù)，通過這些參數(shù)可以管理相應的橋接元件的永久激活。
[0023]在一個可替代實施例中，這些可開關式橋接元件具有多個機電式開關，比如繼電器或半導體開關(例如IGBT、或場效應晶體管(比如MOSFET或JFET))。
[0024]在一個有利實施例中，可以由該逆變器中所集成的一個控制裝置處理這些可開關式橋接元件。在這種情況下，當保證單獨的發(fā)電機沒有在過大的反向電流下過載時，此控制裝置執(zhí)行激活這些橋接元件的功能。例如，當逆變器處于一種工作狀態(tài)時，該控制裝置可以橋接該反向電流二極管，在該工作狀態(tài)下，在出現(xiàn)一個反向電流的情況下，一個流過一個與這些發(fā)電機接線連接的獨立發(fā)電機的電流被限制為該獨立發(fā)電機的一個最大允許電流值，并因此不能超過這個值
[0025]出于此目的，該控制裝置可以與多個電流傳感器連接，這些電流傳感器監(jiān)測單獨的發(fā)電機或發(fā)電機組的電流值。該控制裝置基于所測量的電流值決定是否能夠在沒有任何風險的情況下橋接該反向電流二極管。如果例如這些電流傳感器之一檢測到一個反向電流，該控制裝置可以將反向電流二極管的橋接去激活并從而抑制反向電流或至少將其減小到一個亞臨界值。
[0026]作為一種替代方案，或除了這些電流傳感器之外，該控制裝置可以與多個電壓傳感器連接。這些電壓傳感器可以確定例如兩個發(fā)電機接線或不同極性的集體接線之間的電壓，并且可以被安排在這些反向電流二極管的上游或下游。類似地，可以監(jiān)測跨該反向電流二極管的電壓降。在后一種情況下，控制裝置在測量期間可以將該橋接臨時去激活，從而實現(xiàn)一次有意義的測量。
[0027]在本實用新型的一種進一步有利的配置中，該逆變器還具有一個極性反轉(zhuǎn)保護裝置，例如二極管，該保護裝置被安排在不同極性的發(fā)電機接線之間，其方式為使得一個以不正確極性連接的發(fā)電機被該極性反轉(zhuǎn)保護裝置短路。這保證了即使在以不正確極性連接的發(fā)電機的情況下，仍然不會存在源自該PV設備的風險。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]下面將以附圖的形式對本實用新型的實施例進行展示并對其進行解釋。在這些附圖中:
[0029]圖1示出了一個逆變器，具有一種組件安排，
[0030]圖2示出了本實用新型的一個第一實施例，
[0031]圖3示出了本實用新型的一個第二實施例，具有極性反轉(zhuǎn)保護裝置，
[0032]圖4示出了本實用新型的一個第三實施例，具有一個用于控制該反向電流保護裝置的橋接元件的控制裝置，以及
[0033]圖5示出了本實用新型的一個第四實施例，具有一個用于控制該反向電流保護裝置的橋接元件的控制裝置。
[0034]這些附圖旨在對本實用新型進行說明。元件的類型、形式和安排僅為本實用新型概念的實施方式的一個示例，并且并不旨在限制所示出的實施例的主題。根據(jù)本實用新型的主題僅受權利要求書的措辭的限制。
[0035]參考符號列表
[0036]I 逆變器
[0037]2 發(fā)電機
[0038]10 DC接觸器/濾波元件
[0039]20 反向電流保護裝置
[0040]30 中間電路
[0041]40 逆變橋
[0042]50 交流濾波器
[0043]60 交流接觸器
[0044]70 電網(wǎng)
[0045]80 電網(wǎng)接線
[0046]100U00a-f 發(fā)電機接線
[0047]105a、105b 集體接線
[0048]100a-f 發(fā)電機接線
[0049]120a、130b直流電壓接線
[0050]130a、130b反向電流二極管
[0051]140a、140b 橋接元件
[0052]150a、150b極性反轉(zhuǎn)保護裝置
[0053]160a、160b 控制裝置
[0054]170 電流傳感器
[0055]180a、180b 控制線
[0056]190 電壓傳感器

【具體實施方式】
[0057]圖1示出了逆變器I的設計，多個發(fā)電機2在一個連接區(qū)域100與該逆變器連接，從而向該逆變器中饋送能量。在這種情況下，發(fā)電機2被分成兩組(在每種情況下)三個發(fā)電機。每個組在該逆變器內(nèi)與一個元件10連接，該元件具有多個直流接觸器(如果需要的話，這些直流接觸器可以使這些發(fā)電機與逆變器隔離)、和/或多個直流濾波元件。每個組生成的功率然后通過一個反向電流保護裝置20傳遞給一個公共中間電路30。此中間電路30可以進一步具有一個用于與電壓水平匹配的DC/DC變換器(未獨立示出)。同樣可以想象的是這兩組發(fā)電機2各自具有一個相關聯(lián)的、專用的用于匹配對應組的直流電壓與該公共中間電路30的電壓水平的DC/DC變換器。
[0058]該公共中間電路30進一步與逆變橋40連接，該逆變橋?qū)⑦@些發(fā)電機的直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓，并通過多個交流濾波器50和一個交流接觸器60在一個電網(wǎng)接線80提供該交流電壓。通過該電網(wǎng)接線80連接一個電網(wǎng)70(例如公共供電電網(wǎng))是可能的。該逆變器可以為單相或多相逆變器的形式，而不失任何一般性。
[0059]圖2更詳細地示出了逆變器I的一個實施例。為了簡化圖示，圖1中所示的逆變器的許多組件已經(jīng)被省略。在各種情況下，一組三個發(fā)電機接線100a、100b、10c和100d、100e、100f共同連接于一個集體接線105a、105b上。這保證了流過一個所連接的發(fā)電機的最大電流在出現(xiàn)反向電流的情況下是與同一集體接線連接的其他兩個發(fā)電機所生成的電流。通常，現(xiàn)在市場上提供的發(fā)電機能夠在沒有任何損害的情況下永久地導通兩倍額定電流作為反向電流。因此以內(nèi)在安全的方式連接一組三個發(fā)電機是可能的。如果一個發(fā)電機可以永久地導通大于兩倍額定電流，例如η倍額定電流，對于在一個集體接線組合超過三個發(fā)電機(在這種情況下多達η+1個發(fā)電機)也是可以想象的。
[0060]該集體接線105a、105b通過一個相關聯(lián)的反向電流二極管130a、130b與一個直流電壓接線120a連接。兩個反向電流二極管130a、130b的使用避免了下列情形:在出現(xiàn)反向電流的情況下，受影響的發(fā)電機額外地被另一組發(fā)電機生成的電流負載作為反向電流。
[0061]在各種情況下，一個可開關式橋接元件140a、140b與反向電流二極管130a、130b并聯(lián)安排，并且在閉合的開關狀態(tài)橋接分別關聯(lián)的反向電流二極管。在這種情況下，該橋接元件140a、140b可以是安裝者可以依賴于PV設備的配置使用或可以例如在設備軟件內(nèi)參數(shù)化的簡單導線橋或另一個永久性開關元件的形式。然而，該橋接元件140a、140b還可以為由逆變器主動開關的開關元件的形式，例如機電式開關元件(比如繼電器)，或為半導體開關元件的形式(例如IGBT或場效應晶體管的形式)。即使圖2示出了每個反向電流二極管130a、130b都具有一個橋接元件140a、140b，對于只有部分反向電流二極管130a、130b配備有對應的橋接元件同樣是可以想象的。
[0062]在這種情況下，只有常見極性的發(fā)電機接線(例如發(fā)電機的負接線)配備有這些反向電流二極管130a、130b作為保護元件是足夠的。另一種對應極性的發(fā)電機接線110a、IlObUlOc和110d、110e、110f不需要專用的反向電流二極管并且可以與一個相關聯(lián)的直流電壓接線120b共同地或直接地連接。
[0063]如圖3中所示，極性反轉(zhuǎn)保護裝置150a、150b可以被安排在不同極性的多個發(fā)電機接線組之間，其中此極性反轉(zhuǎn)保護裝置150a、150b可以是如所示的二極管的形式。
[0064]因此，如果例如一個具有反向極性的發(fā)電機連接在一個第一發(fā)電機接線10b與一個第二發(fā)電機接線IlOb之間，則該發(fā)電機將自動通過該極性反轉(zhuǎn)保護裝置150b被短路，結果是不會存在源自于以不正確的極性連接的發(fā)電機的風險。
[0065]另外，圖4示出了橋接元件140a、140b可以怎樣通過控制線180a、180b被分別相關聯(lián)的控制裝置160a、160b主動地開關。為此目的，控制裝置160a、160b各自與相關聯(lián)的電流傳感器170有連接，這些電流傳感器測量流過對應的發(fā)電機接線100a、100b、10c和100d、100e、100f的電流。每當通過這些電流傳感器170而確定的發(fā)電機的饋送狀態(tài)指示反向電流事件的可能性或甚至反向電流事件的出現(xiàn)時，以此方式打開這些相關聯(lián)的橋接元件140a、140b并因此激活對應的反向電流二極管130a、130b的保護效應是可能的。否則，該橋接元件140a、140b被控制裝置160a、160b閉合，結果是避免了跨這些反向電流二極管130a、130b的電壓降所引起的功率損耗。
[0066]圖5示出了一個實施例，在該實施例中，控制裝置160b通過電壓傳感器190而不是電流傳感器監(jiān)測逆變器的狀態(tài)，并通過控制線180b相應地驅(qū)動橋接元件140b。在這種情況下，這些電壓傳感器可以被安排在反向電流二極管130b的上游或下游的不同極性的集體接線之間，或者它們可以確定跨該反向電流二極管130b的電壓降。如果確定了跨反向電流二極管130b的電壓降，則控制裝置160b會保證當橋接元件140b打開時確定此電壓降，并相應地驅(qū)動所述橋接元件。
[0067]上述實施例僅是示例的方式，并不限制本實用新型。可以在權利要求書的范圍內(nèi)以各種方式對其進行修改。
【權利要求】
1.一種逆變器，包括多個用于與多個光伏發(fā)電機(2)連接的發(fā)電機接線(100a-f)和一個直流電壓接線(120a)，其中，該多個發(fā)電機接線(100a-f)以組為單位與多個集體接線(105a, 105b)電連接， 其特征在于， 這些集體接線(105a，105b)各自通過該逆變器中所集成的多個反向電流二極管(130a, 130b)與該直流電壓接線(120a)連接，一個可開關式橋接元件(140a，140b)與這些反向電流二極管(130a，130b)并聯(lián)連接。
2.如權利要求1所述的逆變器，其中，每個集體接線(105a，105b)與一組三個發(fā)電機接線(100a-c,100d-f)連接。
3.如權利要求1或2所述的逆變器，其中，該橋接元件(140a，140b)包括一個可插入的導線橋或一個機械開關。
4.如權利要求1或2所述的逆變器，其中，該橋接元件(140a，140b)包括一個機電式開關或一個半導體開關。
5.如權利要求1或2所述的逆變器，其中，該逆變器進一步包括一個極性反轉(zhuǎn)保護裝置(150a, 150b)，該保護裝置被安排成用于短路一個以不正確極性連接的發(fā)電機(2)。
6.如權利要求1或2所述的逆變器，其中，該逆變器進一步包括一個用于控制該可開關式橋接元件(140a，140b)的控制裝置(160a，160b)，所述控制裝置被配置成用于當該逆變器處在一種工作狀態(tài)時橋接該反向電流二極管(130a，130b)，在該工作狀態(tài)下，在出現(xiàn)一個反向電流的情況下，一個流過一個與這些發(fā)電機接線連接的獨立發(fā)電機的電流被限制為該獨立發(fā)電機的一個最大允許電流值。
7.如權利要求6所述的逆變器，其中，該控制裝置(160a，160b)與多個用于在這些發(fā)電機接線(100a-f)進行電流監(jiān)測的電流傳感器(170)連接。
8.如權利要求6所述的逆變器，其中，該控制裝置(160a，160b)與多個用于監(jiān)測發(fā)電機接線之間的電壓的電壓傳感器(190)連接。
9.如權利要求6所述的逆變器，其中，該控制裝置與多個用于監(jiān)測跨這些反向電流二極管(130a，130b)的電壓的電壓傳感器(190)連接。
【文檔編號】H01L31/02GK204045601SQ201290000927
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2012年10月16日 優(yōu)先權日:2011年10月28日
【發(fā)明者】F·格雷澤, 斯特凡·布赫霍爾德, S·布雷米克 申請人:艾思瑪太陽能技術股份公司