并網(wǎng)的逆變器、逆變器裝置和逆變器裝置的運(yùn)行方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種并網(wǎng)的逆變器(2)，用于通過(guò)變壓器(4)向能量供給網(wǎng)絡(luò)(5)中供應(yīng)電流，該逆變器具有輸出橋裝置，所述輸出橋裝置通過(guò)脈沖寬度調(diào)制器(241)控制，其中為了確定輸出橋裝置的接通時(shí)間點(diǎn)使用周期性的輔助信號(hào)。此外逆變器(2)具有一個(gè)同步單元(241)，用于使輔助信號(hào)與能量供給網(wǎng)絡(luò)(5)同步。逆變器(2)的特征在于，構(gòu)造同步單元(241)用于相對(duì)于能量供給網(wǎng)絡(luò)(5)的相位將周期性的輔助信號(hào)調(diào)整到預(yù)先規(guī)定的相位偏移(ΔΦ0)。本發(fā)明還涉及一種具有至少兩個(gè)這樣的并網(wǎng)的逆變器(2)的逆變器裝置，這兩個(gè)逆變器在交流側(cè)彼此以電感方式耦合，本發(fā)明還涉及一種用于該逆變器裝置的運(yùn)行方法。
【專(zhuān)利說(shuō)明】并網(wǎng)的逆變器、逆變器裝置和逆變器裝置的運(yùn)行方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種并網(wǎng)的逆變器，用于通過(guò)變壓器向能量供給網(wǎng)絡(luò)供給電流，其中該逆變器具有輸出橋電路，所述輸出橋電路通過(guò)脈沖寬度調(diào)制器控制，其中為了確定該輸出橋設(shè)備的接通時(shí)間點(diǎn)使用周期性的輔助信號(hào)。此外本發(fā)明涉及ー種具有至少兩個(gè)所述類(lèi)型的逆變器的逆變器裝置，以及ー種用于運(yùn)行這種逆變器裝置的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]并網(wǎng)的逆變器在能量供給設(shè)備，例如光伏設(shè)備和風(fēng)能設(shè)備中使用。對(duì)于并網(wǎng)的逆變器，在該逆變器的輸出端上輸出的電壓或者電流曲線(xiàn)與能量供給網(wǎng)絡(luò)中相應(yīng)的曲線(xiàn)相符。在能量供給設(shè)備中，發(fā)電機(jī)、例如串聯(lián)和/或并聯(lián)電路中的光伏模塊產(chǎn)生直流電壓，該直流電壓必要時(shí)在通過(guò)升壓變壓器改變電壓后被供給ー個(gè)直流電中間電路。來(lái)自直流電中間電路的直流電由逆變器轉(zhuǎn)換為在其頻率和電壓上適于向能量供給網(wǎng)絡(luò)中供給(einspeisen)的交流電。這里所述轉(zhuǎn)換可以實(shí)現(xiàn)為轉(zhuǎn)換為單相或者多相的、特別是三相的交流電。這里逆變器具有輸出橋電路，該輸出橋電路根據(jù)應(yīng)得到供電的能量供給網(wǎng)絡(luò)的相的數(shù)量而具有一個(gè)或者多個(gè)開(kāi)關(guān)橋，這些開(kāi)關(guān)橋通常裝備有功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。
[0003]這里這些功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)按確定的調(diào)制方式被控制，使得與設(shè)置在逆變器和能量供給網(wǎng)絡(luò)之間的濾波器相結(jié)合而產(chǎn)生盡可能為正弦波形的輸出電流。在常用的脈沖寬度調(diào)制法中(PWM-Puls Width Modulation)，以顯著高于能量供給網(wǎng)絡(luò)中的交流電的頻率的開(kāi)關(guān)頻率(例如相對(duì)于50或者60Hz的電網(wǎng)頻率，開(kāi)關(guān)頻率為3到30kHz)接通和關(guān)斷功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。在電網(wǎng)頻率的周期性的變化進(jìn)程中，在ー個(gè)開(kāi)關(guān)頻率周期之內(nèi)的接通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間之間的、被稱(chēng)為填充系數(shù)的比例如此變化，使得盡可能得到輸出電流的正弦形曲線(xiàn)。已知的用于確定填充系數(shù)或者開(kāi)關(guān)時(shí)間點(diǎn)的方案例如是“正弦波三角波調(diào)制法”、“空間矢量調(diào)制法(SVM-Space Vector Modulation) ”或者修改的正弦波三角波調(diào)制法，例如所謂的“具有三次諧波的正弦波三角波調(diào)制法”。在這些PWM法中，使用周期性的輔助信號(hào)來(lái)確定開(kāi)關(guān)時(shí)間點(diǎn)，例如在“正弦波三角波調(diào)制法”中，使用三角波信號(hào)或者在“SVM法”中使用時(shí)鐘信號(hào)。
[0004]然而即使在復(fù)雜的調(diào)制方法中通常所產(chǎn)生的交流電也不是純粹的正弦波信號(hào)，而是例如具有在該調(diào)制方法的開(kāi)關(guān)頻率處的頻率分量，所述頻率分量被稱(chēng)為電壓紋波。
[0005]為實(shí)現(xiàn)更大的輸出電流或者功率，特別在較大的光伏設(shè)備中經(jīng)常并列使用兩個(gè)或者更多個(gè)逆變器。當(dāng)這些逆變器在輸出電壓側(cè)彼此不完全分開(kāi)時(shí)，則在這些逆變器之間能夠出現(xiàn)補(bǔ)償電流，所述補(bǔ)償電流引起逆變器的輸出電路的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的不希望的附加的電流負(fù)荷。例如當(dāng)逆變器既在直流電壓側(cè)通過(guò)共同的中間電路彼此連接，也在交流電壓側(cè)例如因?yàn)闆](méi)有變壓器的中間電路而直接與能量供給網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)，出現(xiàn)這樣的補(bǔ)償電流。即使當(dāng)不使用共同的中間電路，但是模塊或者串(模塊的串聯(lián)電路)分別以ー個(gè)端子接地時(shí)，在直流電壓側(cè)也可以存在耦合。在交流電壓側(cè)還可能由于感應(yīng)耦合存在兩個(gè)逆變器的導(dǎo)致問(wèn)題的相互影響。在兩個(gè)逆變器感應(yīng)耦合時(shí)，雖然沒(méi)有直流補(bǔ)償電流流過(guò)，但是在頻率較高是可能有具有交流成分的補(bǔ)償電流流過(guò)，特別在逆轉(zhuǎn)時(shí)通過(guò)上面說(shuō)明的不能完全避免的電壓紋波引起。在變壓器設(shè)置在逆變器和能量供給網(wǎng)絡(luò)之間的設(shè)備中也能夠觀察到這樣的耦合。
[0006]在文獻(xiàn)DE102008056256A1中介紹了ー種具有多個(gè)并聯(lián)的逆變器的逆變器裝置，其中這樣避免逆變器之間的補(bǔ)償電流，即同時(shí)控制啟動(dòng)各個(gè)逆變器的相應(yīng)的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。這是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即其中一個(gè)稱(chēng)為主逆變器的逆變器產(chǎn)生用于功率半導(dǎo)體的控制信號(hào)，該控制信號(hào)通過(guò)相應(yīng)的線(xiàn)路傳輸給稱(chēng)為從逆變器的每個(gè)另外的逆變器。然而該方法僅對(duì)于空間上彼此接近設(shè)置的逆變器才是實(shí)用的。
[0007]文獻(xiàn)US2008 / 0265680A1說(shuō)明了多個(gè)逆變器的ー種布局，這些逆變器以其輸出端直接耦合。這些逆變器通過(guò)PWM法控制，這里使用的輔助信號(hào)根據(jù)電網(wǎng)電壓同歩。由此不需要為逆變器的輸出橋裝置傳輸控制信號(hào)。能量供給網(wǎng)絡(luò)用作同步連接。該方法非常適合直接互聯(lián)的逆變器。然而對(duì)于感應(yīng)地、例如通過(guò)變壓器耦合的逆變器，已經(jīng)證明，不能完全抑制補(bǔ)償電流。
[0008]發(fā)明目的
[0009]因此本發(fā)明的任務(wù)在于，提供逆變器的ー種布置結(jié)構(gòu)和一種用于運(yùn)行逆變器的布置結(jié)構(gòu)的方法，其中，能夠使在交流側(cè)感應(yīng)地通過(guò)變壓器彼此耦合的逆變器運(yùn)行，而不會(huì)出現(xiàn)成問(wèn)題的補(bǔ)償電流，并且不需要為逆變器的輸出橋裝置傳輸控制信號(hào)。另ー個(gè)任務(wù)是提供ー種適合于此的并網(wǎng)的逆變器。
[0010]該任務(wù)通過(guò)具有各獨(dú)立權(quán)利要求的相應(yīng)特征的逆變器裝置和用于運(yùn)行逆變器排列的方法解決。有利的實(shí)施形式和擴(kuò)展方案在相應(yīng)的從屬權(quán)利要求中說(shuō)明。
[0011]根據(jù)第一方面，該任務(wù)通過(guò)ー種用于通過(guò)變壓器向能量供給網(wǎng)絡(luò)中供給電流的并網(wǎng)的逆變器解決，所述逆變器具有輸出橋裝置，所述輸出橋裝置通過(guò)脈沖寬度調(diào)制器控制，其中為了確定輸出橋裝置的接通時(shí)間點(diǎn)使用周期性的輔助信號(hào)。逆變器還具有同步單元，用于使輔助信號(hào)與能量供給網(wǎng)絡(luò)同歩。該逆變器的特征在干，同步單元設(shè)置成用于將周期性的輔助信號(hào)相對(duì)于能量供給網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)相調(diào)整至預(yù)先規(guī)定的相位偏移。
[0012]通過(guò)使輔助信號(hào)與能量供給網(wǎng)絡(luò)相位同步，能夠使兩個(gè)逆變器的開(kāi)關(guān)時(shí)間點(diǎn)彼此協(xié)調(diào)，從而沒(méi)有補(bǔ)償電流，其中相位偏移使得能夠補(bǔ)償在變壓器內(nèi)部出現(xiàn)的相移。由此即使在逆變器感應(yīng)耦合的情況下也能夠在不通過(guò)能量供給網(wǎng)絡(luò)為逆變器的輸出橋裝置傳輸控制信號(hào)的情況下實(shí)現(xiàn)同歩。
[0013]在逆變器的ー個(gè)有利實(shí)施形式中，同步單元包括ー個(gè)PLL(Phase Lock Loop(鎖相回路))電路。以這種方式能夠以簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)輔助信號(hào)與能量供給網(wǎng)絡(luò)的同歩，盡管輔助信號(hào)通常具有比能量供給網(wǎng)絡(luò)高多倍的頻率。
[0014]根據(jù)第二方面，該任務(wù)通過(guò)具有至少兩個(gè)這種在交流側(cè)彼此耦合的并網(wǎng)的逆變器的逆變器裝置解決。由此得到和第一方面相同的優(yōu)點(diǎn)。
[0015]在逆變器裝置的ー個(gè)有利的實(shí)施形式中，各逆變器在交流側(cè)通過(guò)一個(gè)三繞組變壓器彼此感應(yīng)耦合。三繞組變壓器比常見(jiàn)的四繞組變壓器明顯更為簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)。在三繞組變壓器中通常不利的、兩個(gè)初級(jí)繞組之間的較小的阻抗由于使用了根據(jù)第一方面的逆變器而變得不成問(wèn)題。這里初級(jí)繞組的阻抗也可以是不同的，因?yàn)橥ㄟ^(guò)使用的方法能夠補(bǔ)償不對(duì)稱(chēng)。[0016]根據(jù)第三方面，該任務(wù)通過(guò)ー種用于逆變器裝置的運(yùn)行方法解決，所述逆變器裝置用于給能量供給網(wǎng)絡(luò)供給電流并具有至少兩個(gè)并網(wǎng)的逆變器，其中這些逆變器在交流側(cè)通過(guò)至少一個(gè)變壓器彼此耦合，并且分別具有ー個(gè)輸出橋裝置，所述輸出橋裝置在使用周期性的輔助信號(hào)的情況下以脈沖寬度調(diào)制的方式被控制，其中使相應(yīng)周期性的輔助信號(hào)與能量供給網(wǎng)絡(luò)相位同歩。該運(yùn)行方法的特征在干，兩個(gè)耦合的逆變器的周期性的輔助信號(hào)彼此相對(duì)具有預(yù)先給定的并且不等于零的相位偏移。其優(yōu)點(diǎn)也對(duì)應(yīng)于第一和第二方面的優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]下面根據(jù)七個(gè)附圖在實(shí)施例中示出本發(fā)明。其中:
[0018]圖1示出具有兩個(gè)逆變器的能量供給裝置的示意性框圖，
[0019]圖2示出圖1的實(shí)施例的兩個(gè)逆變器在非同步的情況下取決于時(shí)間的輸出電壓，
[0020]圖3以用示意性框圖表示的示意性概略圖示出逆變器的一部分，
[0021]圖4描述非感應(yīng)耦合的逆變器在同步情況下的取決于時(shí)間的輸出電壓，
[0022]圖5以示意性框圖示出也可為感應(yīng)耦合的逆變器使用的用于逆變器的同步裝置，
[0023]圖6示出三繞組變壓器的簡(jiǎn)化的替代電路圖，以及
[0024]圖7示出對(duì)于在圖6中示出的替代電路圖的矢量圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]圖1以示意性的框圖示出作為能量供給設(shè)備的光伏設(shè)備。該光伏設(shè)備ー下面簡(jiǎn)稱(chēng)PV設(shè)備一具有兩個(gè)光伏發(fā)電機(jī)(PV發(fā)電機(jī))la、lb，它們分別與ー個(gè)逆變器2a、2b連接。逆變器的輸出端分別通過(guò)一個(gè)濾波器3a、3b與變壓器4連接。為此目的，變壓器4具有兩個(gè)分開(kāi)的初級(jí)繞組41a、41b。變壓器4的ー個(gè)公共的次級(jí)繞組42與能量供給網(wǎng)絡(luò)5連接，以便將由PV發(fā)電機(jī)la、lb產(chǎn)生的并且在逆變器2a、2b中轉(zhuǎn)換的電功率供應(yīng)到能量供給網(wǎng)絡(luò)中。
[0026]在該圖中PV發(fā)電機(jī)la、Ib象征性地各僅通過(guò)各個(gè)光伏電池的開(kāi)關(guān)符號(hào)示出。應(yīng)該理解，PV發(fā)電機(jī)la、lb在所示的PV設(shè)備中可以分別由多個(gè)串聯(lián)和/或并聯(lián)的光伏模塊(PV模塊)構(gòu)成。此外，為了清楚起見(jiàn)，PV設(shè)備的其他元件,例如直流側(cè)的(DC-Direct Current)開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)或交流側(cè)的(AC-Alternating Current)開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu),例如設(shè)備分離器或者保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)，在該圖中未示出。
[0027]各逆變器2a、2b在所示實(shí)施例中分別包括ー個(gè)輸入側(cè)的直流/直流轉(zhuǎn)換器21a、21b (DC / DC轉(zhuǎn)換器)，它們分部通過(guò)中間電路22a、22b與ー個(gè)直流/交流轉(zhuǎn)換器23a、23b (DC / AC轉(zhuǎn)換器)連接。應(yīng)該指出，根據(jù)本申請(qǐng)的逆變器也可以構(gòu)造成沒(méi)有輸入側(cè)的DC / DC轉(zhuǎn)換器。在中間電路內(nèi)分部設(shè)置ー個(gè)電容器221a、221b，它們用于平整中間電路電壓Uz并且使得能夠在不出現(xiàn)中間電路電壓Uz的電壓暫降的情況下由DC / AC轉(zhuǎn)換器23a、23b實(shí)現(xiàn)脈沖式的電流提取。逆變器2a、2b分別具有一個(gè)控制裝置24a、24b，用于控制DC /DC轉(zhuǎn)換器21a、21b和DC / AC轉(zhuǎn)換器23a、23b。對(duì)DC / DC轉(zhuǎn)換器21a、21b的控制在這里例如也可以包括所謂的MPP (Maximum Power Point (最大功率點(diǎn)))跟蹤法,該方法用于使PV發(fā)電機(jī)la、Ib在最大的功率的工作點(diǎn)運(yùn)行。[0028]PV設(shè)備設(shè)計(jì)成用于在三相上向能量供給網(wǎng)絡(luò)5中供電。相應(yīng)地逆變器2a、2b具有三相的輸出端，而濾波器3a和3b和變壓器4構(gòu)造成三相的。三個(gè)相的數(shù)目?jī)H應(yīng)理解為示例性的；根據(jù)本申請(qǐng)的逆變器和利用該逆變器構(gòu)成的逆變器裝置能夠同樣適于以任意相數(shù)運(yùn)行、特別是単相的運(yùn)行。
[0029]逆變器2a、2b在其DC / AC轉(zhuǎn)換器23a、23b中具有帶半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)的輸出橋電路，其以PWM法控制。因此DC / AC轉(zhuǎn)換器23a、23b的輸出信號(hào)是節(jié)拍式的直流信號(hào)，其中節(jié)拍頻率，即每秒開(kāi)關(guān)周期的數(shù)量，可以在I千赫茲到數(shù)10千赫茲的范圍內(nèi)。包括電感元件和電容元件的組合的濾波器3a、3b用于將逆變器2a、2b的輸出信號(hào)平整為盡可能正弦形的電壓曲線(xiàn)。所述濾波器由于這個(gè)原因通常也稱(chēng)為正弦波濾波器。
[0030]圖2在其上部作為時(shí)間t的函數(shù)示出濾波器3a、3b的輸出端上的、對(duì)于振幅電壓UO標(biāo)準(zhǔn)化的電壓Ua和Ub。其中示出了能量供給網(wǎng)絡(luò)5的一個(gè)相的周期長(zhǎng)度為to的ー個(gè)周期性的曲線(xiàn)。圖2示出逆變器2a、2b的未同步的運(yùn)行。電壓Ua、Ub的曲線(xiàn)都示出在疊加在純正弦形曲線(xiàn)的具有較高頻率的分量。這些分量在其幅值上為幅值電壓Utl的幾個(gè)百分點(diǎn)。這些具有較高頻率的分量也稱(chēng)為電壓紋波。
[0031]在圖2的下部，在和該圖的上部中相同的時(shí)間軸上示出電壓差A(yù)U = Ub-Ua0關(guān)于電壓軸，該圖的下部相對(duì)于上部放大示出。電壓差A(yù)U在零點(diǎn)附近波動(dòng)的曲線(xiàn)示出，兩個(gè)逆變器2a、2b關(guān)于正弦波基本振蕩一致地追隨能量供給網(wǎng)絡(luò)5的電壓曲線(xiàn)。然而在電壓紋波中觀察到不等于零的電壓差A(yù)U。在PV設(shè)備運(yùn)行時(shí)該電壓差A(yù)U由于變壓器4的初級(jí)繞組41a、41b內(nèi)的電流的感應(yīng)耦合在電壓紋波的頻率處導(dǎo)致補(bǔ)償電流，所述補(bǔ)償電流在濾波器3a、3b的電容器之間往復(fù)流動(dòng)。這特別在以下情況下能夠觀察到，即，使用所謂的三繞組變壓器作為變壓器4，所述變壓器在兩個(gè)初級(jí)繞組之間具有比其他適合的變壓器、例如所謂的四繞組變壓器小的阻杭。
[0032]圖3同樣以框圖示出圖1的其中一個(gè)逆變器2a、2b的細(xì)部圖。下面的敘述涉及兩個(gè)逆變器2a、2b，它們?cè)谒緦?shí)施例中具有同樣的構(gòu)造。因此在附圖標(biāo)記中省略通過(guò)下標(biāo)
a、b進(jìn)行的區(qū)分。
[0033]逆變器2的DC / AC轉(zhuǎn)換器23具有輸出橋裝置，其中用符號(hào)示出一個(gè)橋分支。在逆變器2的三相結(jié)構(gòu)中，通常存在三個(gè)這樣的橋分支，這些橋分支在圖中用省略號(hào)表示。每一個(gè)橋分支具有兩個(gè)半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)231、232。舉例示出了 IGBT (Insulated Gate BipolarTransistor(絕緣柵雙極晶體管))開(kāi)關(guān)，它們分別設(shè)有一個(gè)反并聯(lián)的保護(hù)ニ極管。然而也可以使用其他適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體開(kāi)關(guān)，例如MOSFET(Metalloxid Semiconductor Field-Effecttransistor (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管))。開(kāi)關(guān)231、232由控制裝置24控制。所述控制裝置包括脈沖寬度調(diào)制器241、參考電壓發(fā)生器242、同步單元243和控制單元244。
[0034]脈沖寬度調(diào)制器241如此產(chǎn)生用于開(kāi)關(guān)元件231、232的控制信號(hào)，使得再現(xiàn)參考電壓Uref的為它預(yù)先規(guī)定的曲線(xiàn)。參考電壓Uref由參考電壓發(fā)生器242通過(guò)能量供給網(wǎng)絡(luò)5的供應(yīng)給參考電壓發(fā)生器的電網(wǎng)電壓曲線(xiàn)構(gòu)成。由此在逆變器2的輸出端上輸出的電壓曲線(xiàn)跟隨電網(wǎng)電壓的電壓曲線(xiàn)；該逆變器是電網(wǎng)耦合的。參考電壓發(fā)生器242為了提供參考電壓UMf可以直接將能量供給網(wǎng)絡(luò)的ー個(gè)相的電壓-下面稱(chēng)為電網(wǎng)電壓UNetz-映射到參考電壓Uref的一個(gè)較小的電壓水平上，或者也可以操作參考電壓正弦波發(fā)生器的中間電路，所述參考電壓正弦波發(fā)生器通過(guò)相同步電路(PLL-Phase Lock Loop (鎖相回路))與預(yù)先給定的電網(wǎng)電壓隊(duì)ぬ同步。
[0035]脈沖寬度調(diào)制器241在所示實(shí)施例中是三角波正弦波調(diào)制器。在這種調(diào)制方式中，為確定開(kāi)關(guān)231、232的開(kāi)關(guān)點(diǎn)使用三角波信號(hào)Ua作為周期性的輔助信號(hào)。該三角波信號(hào)Ua的頻率為電網(wǎng)電壓UNrtz的頻率も的多倍。在所示實(shí)施例中作為周期性的輔助信號(hào)使用的三角波信號(hào)Ua由同步單元243產(chǎn)生。
[0036]圖4以和圖2同樣的方式示出兩個(gè)逆變器的輸出電壓Ua和Ub，這兩個(gè)輸出電壓各自的輔助信號(hào)相對(duì)于能量供給網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)相的電壓曲線(xiàn)已調(diào)整到相同的相位上。在圖4的上部中可以看到，電壓曲線(xiàn)比和Ub在所示的刻度上全等地延伸。這由在該圖的下部中的電壓差A(yù)U = Ub-Ua的圖形得到證實(shí)，其中可以?xún)H看到相對(duì)于零線(xiàn)的極小的偏差。因此在輸出端直接耦合時(shí)出現(xiàn)的不利的補(bǔ)償電流在將三角波信號(hào)Ua同步到相同的相位的情況下不再或者幾乎不再存在。
[0037]然而當(dāng)逆變器不是直接地、而是如在圖1的實(shí)施例中那樣感應(yīng)地耦合時(shí)，這樣同步到在能量供給網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的一個(gè)相上的ー個(gè)公共的相位上也不能防止出現(xiàn)平衡交流電流。
[0038]根據(jù)按本申請(qǐng)的用于運(yùn)行逆變器裝置的方法，對(duì)于逆變器裝置的逆變器，這樣調(diào)整周期性的輔助信號(hào)、這里是三角波信號(hào)Ua與用參考電壓UMf代表的電網(wǎng)電HUN6tz之間的預(yù)先給定的相位關(guān)系，使得兩個(gè)耦合的逆變器的輔助信號(hào)彼此能夠具有預(yù)先給定的不等于零的相位偏移Aの。。在當(dāng)前說(shuō)明的實(shí)施例中，這通過(guò)同步單元243進(jìn)行。
[0039]圖5以框圖詳細(xì)示出圖4的同步單元243的結(jié)構(gòu)。這里應(yīng)事先指出，在圖5中示出一個(gè)同步単元，該同步單元對(duì)于用于PWM的輔助信號(hào)的相位具有模擬的調(diào)節(jié)回路。應(yīng)該理解，該同步単元同樣可以具有以數(shù)字方式工作的調(diào)節(jié)器。
[0040]同步單元具有ー個(gè)三角波電壓發(fā)生器200，它構(gòu)造成電壓控制的頻率發(fā)生器，所述頻率發(fā)生器的頻率f通過(guò)輸入電壓信號(hào)Uf控制。由三角波電壓發(fā)生器200在輸出端上輸出的電壓信號(hào)作為三角波信號(hào)Ua提供給脈沖寬度調(diào)制器241。
[0041]在同步單元的內(nèi)部該三角波信號(hào)Ua被供應(yīng)給頻率轉(zhuǎn)換器201。三角波信號(hào)Ua的頻率f通常為能量供給網(wǎng)絡(luò)5的電網(wǎng)頻率ち的整數(shù)倍。兩個(gè)頻率之間的頻率比f(wàn)/ち優(yōu)選在約10到100的范圍內(nèi)。為執(zhí)行三角波信號(hào)Ua的相位和低頻的電網(wǎng)電壓曲線(xiàn)的相位的比較，頻率轉(zhuǎn)換器201以上述因子對(duì)三角波信號(hào)Ua進(jìn)行分頻以及進(jìn)行向正弦波信號(hào)的波形轉(zhuǎn)換。這種轉(zhuǎn)換的ー種可能性在于，建造一個(gè)循環(huán)的計(jì)數(shù)器，每經(jīng)過(guò)三角波信號(hào)Ua的ー個(gè)周期所述計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值就增加值I。當(dāng)該計(jì)數(shù)器達(dá)到相應(yīng)于頻率比f(wàn)/も的計(jì)數(shù)器讀數(shù)吋，該計(jì)數(shù)器被復(fù)位到初始值I。這樣該計(jì)數(shù)器循環(huán)地遍歷f/も個(gè)不同的值，其中毎次循環(huán)遍歷都相應(yīng)于電網(wǎng)電壓UNetz的正弦波信號(hào)的周期時(shí)長(zhǎng)。在頻率轉(zhuǎn)換器201中存儲(chǔ)有轉(zhuǎn)換表，在所述轉(zhuǎn)換表中為每ー個(gè)計(jì)數(shù)器讀數(shù)存儲(chǔ)具有電網(wǎng)頻率も的周期時(shí)長(zhǎng)的正弦波電壓的一個(gè)對(duì)應(yīng)的值。在頻率轉(zhuǎn)換器201的輸出端上根據(jù)該轉(zhuǎn)換表的值輸出通過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電壓信號(hào)。因此頻率轉(zhuǎn)換器201在它的輸出端上提供正弦形的電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)相位不變地與三角波電壓發(fā)生器200的三角波信號(hào)Ua耦合并且在其頻率上對(duì)應(yīng)于電網(wǎng)電壓UNetz。與由參考發(fā)生器242提供的、相對(duì)于電網(wǎng)電壓相位不變的參考信號(hào)Uref相同，該信號(hào)也被供應(yīng)給相位比較器202。在相位比較器202的輸出端上輸出信號(hào)Ua4i,該信號(hào)正比于兩個(gè)輸入信號(hào)的相位差。在加法器203中該信號(hào)還與由偏移調(diào)節(jié)器204產(chǎn)生的電壓相加，該電壓對(duì)應(yīng)于要調(diào)整的相位位移△のO。和信號(hào)作為控制量供應(yīng)給調(diào)節(jié)模塊205，該調(diào)節(jié)模塊例如可以設(shè)計(jì)成比例/積分調(diào)節(jié)器(PI調(diào)節(jié)器)。調(diào)節(jié)模塊205的輸出在另ー個(gè)加法器206中累加到由基本頻率調(diào)節(jié)器207輸出的基本頻率電壓Ufo上，以便產(chǎn)生控制電壓Uf，所述控制電壓如開(kāi)始時(shí)所述那樣控制三角波電壓發(fā)生器200的頻率f。
[0042]這樣同步單元243包括相位調(diào)節(jié)回路(PLL)，通過(guò)所述相位調(diào)節(jié)回路經(jīng)由調(diào)節(jié)模塊205不斷地這樣補(bǔ)充調(diào)整三角波電壓發(fā)生器200的頻率f，使得在三角波信號(hào)Ua和參考電壓Uref之間存在固定的相位關(guān)系。這里該相位關(guān)系可以通過(guò)偏移調(diào)節(jié)器204調(diào)節(jié)或者也可以由控制裝置預(yù)先規(guī)定。三角波信號(hào)Ua和電網(wǎng)電壓UNetz之間的頻率比f(wàn)/ち通過(guò)分頻器201和存儲(chǔ)在分頻器中的轉(zhuǎn)換表確定。這里基本頻率電壓Uf0的規(guī)定值應(yīng)該通過(guò)基本頻率調(diào)節(jié)器相應(yīng)地適配，使得在接通調(diào)節(jié)回路時(shí)基本頻率就已經(jīng)盡可能接近三角波電壓發(fā)生器200的運(yùn)行頻率。
[0043]下面根據(jù)圖6和7說(shuō)明ー種用于確定相位偏移A O0的方法,該相位偏移阻止在兩個(gè)逆變器感應(yīng)耦合時(shí)由于逆變器的輸出電壓上的電壓紋波產(chǎn)生補(bǔ)償電流。
[0044]為此圖6給出了圖1的實(shí)施例的三繞組變壓器4的簡(jiǎn)化的替代電路圖。在該簡(jiǎn)化的替代電路圖中既不考慮初級(jí)繞組41a、41b和次級(jí)繞組42的歐姆電阻，也不考慮變壓器4的主電感。
[0045]這里給出了與感應(yīng)耦合相關(guān)的初級(jí)繞組41a或41b的雜散電感43a、43b和次級(jí)繞組42的雜散電感44。在變壓器4的與雜散電感43a、43b連接的輸入端上施加電壓Ua或Ub。在雜散電感44上相應(yīng)施加電網(wǎng)電壓UNetz。此外在圖6中標(biāo)出在輸入端上流動(dòng)的電流I a和Ib以及對(duì)雜散電感43a、43b和44之間的節(jié)點(diǎn)施加的電壓Uabo
[0046]在所示變壓器4運(yùn)行吋，電流Ia、Ib與雜散阻抗43a、43b的電抗(Blindwiderstand)相結(jié)合導(dǎo)致在雜散阻抗43a、43b上的電壓降Uxa或者Uxb。
[0047]逆變器之間的補(bǔ)償電流在那時(shí)被阻止，即當(dāng)在從變壓器4的輸入端到上述節(jié)點(diǎn)的每個(gè)分支中相應(yīng)的輸入電壓Ua或者Ub和相應(yīng)的電壓降Uxa或者Uxb累加為相同的節(jié)點(diǎn)電壓Uab吋，也就是說(shuō)成立Ua-Uxa = Ub-Uxb時(shí)，此時(shí)要考慮，輸入電壓和在雜散阻抗43a、43b上下降的電壓在用復(fù)數(shù)表示時(shí)彼此垂直。
[0048]圖7中以矢量圖的形式示出這種狀態(tài)。電壓降Uxa或者Uxb導(dǎo)致輸入電壓Ua和Ub相對(duì)于節(jié)點(diǎn)電壓Uab的相位差A(yù) CDa和AO)b。相位差A(yù) 0)a、A CDb通常是不同的，因?yàn)殡妷航礥xa或Uxb的量也是不同的。所述量作為電流Ia或Ib和雜散電感43a或43b的電抗的乘積得到。該電抗對(duì)于預(yù)先給定的電網(wǎng)頻率又正比于雜散電感43a、43b的大小?？傊@意味著，一方面是由逆變器供給的功率對(duì)于相位差△のa和△のb負(fù)責(zé)，因?yàn)樗龉β蕸Q定了量Ia、Ib，另ー方面變壓器4的特征對(duì)于相位差A(yù)Oa和AOb負(fù)責(zé)。關(guān)于變壓器4，特別配設(shè)給逆變器的各個(gè)繞組41a、41b的特征的差別是重要的。當(dāng)在輸出電壓Ua和Ub之間調(diào)整出Aの。=A Oa-A Ob的相位偏移吋，則實(shí)現(xiàn)了在逆變器之間補(bǔ)償電流流動(dòng)的情況下供電。
[0049]這里可以規(guī)定，除變壓器的特征外，逆變器和變壓器之間的連接線(xiàn)路的電特征也要考慮，以便補(bǔ)償它對(duì)相位差的影響。在這種情況下上，必要時(shí)連接線(xiàn)路的相關(guān)的特征例如是連線(xiàn)和/或中間接入的濾波器的阻杭。
[0050]大型光伏電站通常由多個(gè)根據(jù)圖1的PV設(shè)備構(gòu)成。如上所述，每個(gè)PV設(shè)備的逆變器2都被同歩，以避免補(bǔ)償電流。但在能量供給網(wǎng)絡(luò)5的ー個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接點(diǎn)上把多個(gè)PV設(shè)備連接在一起時(shí)，有利的是，PV設(shè)備分別成對(duì)地同步，使得它們各自的電壓紋波盡可能反相地運(yùn)行(相位差180° )并且由此消除電壓紋波。在根據(jù)圖5的同步單元243中，這也可以通過(guò)偏移調(diào)節(jié)器204實(shí)現(xiàn)。使第一 PV設(shè)備的逆變器相對(duì)于其三角波電壓Ua以確定的相位偏移A Otl同相地運(yùn)行，并且使第二PV設(shè)備的逆變器相對(duì)于其三角波電壓Ua也以確定的相位偏移Aの’ ^運(yùn)行，但其中在第一和第二 PV設(shè)備的逆變器之間存在約180°的相位偏移。
[0051]在一個(gè)可選的實(shí)施形式中，在具有多個(gè)PV設(shè)備的光伏電站中，如上所述，這樣來(lái)同步每個(gè)PV設(shè)備的逆變器2，使得它們的輸出端具有相同變化的電壓紋波。但使各個(gè)PV設(shè)備以預(yù)先給定的、不等于零的相位偏移△の0運(yùn)行，所述相位偏移優(yōu)選是不同的并且盡可能均勻地在整個(gè)相位空間(0到2 31或者0-180° )上分布。這種實(shí)施形式特別適合于包括奇數(shù)個(gè)PV設(shè)備的光伏電站。
[0052]附圖標(biāo)記列表
[0053]I光伏發(fā)電機(jī)(PV發(fā)電機(jī))
[0054]2逆變器
[0055]21DC / DC 轉(zhuǎn)換器
[0056]22中間電路
[0057]221電容器[0058]23DC / AC 轉(zhuǎn)換器
[0059]231、232功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)
[0060]24控制裝置
[0061]241相位調(diào)制器
[0062]242參考電壓發(fā)生器
[0063]243同步單元
[0064]244控制單元
[0065]3濾波器
[0066]4變壓器
[0067]41初級(jí)繞組
[0068]42次級(jí)繞組
[0069]5能量供給網(wǎng)絡(luò)
[0070]200三角波電壓發(fā)生器
[0071]201分頻器
[0072]202相位比較器
[0073]203加法器
[0074]204偏移調(diào)節(jié)器
[0075]205PI 調(diào)節(jié)器
[0076]206加法器
[0077]207基本頻率調(diào)節(jié)器
【權(quán)利要求】
1.一種并網(wǎng)的逆變器(2)，用于通過(guò)變壓器⑷向能量供給網(wǎng)絡(luò)(5)中供給電流，所述逆變器具有: -輸出橋裝置，所述輸出橋裝置通過(guò)脈沖寬度調(diào)制器(241)控制，其中為了確定輸出橋裝置的接通時(shí)間點(diǎn)使用周期性的輔助信號(hào)，和 -同步單元(241)，用于使輔助信號(hào)與能量供給網(wǎng)絡(luò)(5)同歩， 其特征在干， 同步單元(241)設(shè)置成用于將周期性的輔助信號(hào)相對(duì)于能量供給網(wǎng)絡(luò)(5)的相位調(diào)整到預(yù)先規(guī)定的相位偏移(A O)。)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并網(wǎng)的逆變器，其中，脈沖寬度調(diào)制器(241)是正弦波三角波調(diào)制器，周期性的輔助信號(hào)是三角波信號(hào)(Ua)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的并網(wǎng)的逆變器，其中，脈沖寬度調(diào)制器(241)包括PLL電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的并網(wǎng)的逆變器，其中，PLL電路包括具有變換表的頻率轉(zhuǎn)換器(201)和DA轉(zhuǎn)換器，用于將周期性的輔助電壓轉(zhuǎn)換為較低頻率的相位不變的正弦波電壓。
5.一種逆變器裝置，所述逆變器裝置具有至少兩個(gè)并網(wǎng)的逆變器(2)，這些逆變器在交流側(cè)感應(yīng)地彼此耦合，其特征在于，所述逆變器(2)根據(jù)權(quán)利要求1到4之ー構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的逆變器裝置，其中，各逆變器(2)在交流側(cè)通過(guò)三繞組變壓器(4)彼此耦合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的逆變器`裝置，其中，所述三繞組變壓器(4)具有兩個(gè)具有不同阻抗的初級(jí)繞組。
8.一種用于逆變器裝置的運(yùn)行方法，所述逆變器裝置用于向能量供給網(wǎng)絡(luò)(5)中供給功率，所述逆變器裝置具有至少兩個(gè)并網(wǎng)的逆變器(2)，這些逆變器在交流側(cè)通過(guò)至少ー個(gè)變壓器(4)彼此耦合并且分別具有ー個(gè)輸出橋裝置，所述輸出橋裝置在使用周期性的輔助信號(hào)的情況下以脈沖寬度調(diào)制的方式被控制，其中各周期性的輔助信號(hào)與能量供給網(wǎng)絡(luò)(5)相位同步，其特征在干，兩個(gè)耦合的逆變器(2)的周期性的輔助信號(hào)相對(duì)于彼此具有預(yù)先規(guī)定的、不等于零的相位偏移(A Oci)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的運(yùn)行方法，其中，相位偏移(ACDtl)取決于由逆變器(2)供應(yīng)到能量供給網(wǎng)絡(luò)(5)中的功率。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的運(yùn)行方法，其中，相位偏移(AOci)取決于變壓器(4)的與逆變器連接的繞組(41)的電感和/或電阻的大小。
11.根據(jù)權(quán)利要求8到10之一所述的運(yùn)行方法，其中，相位偏移(A(Dci)取決于逆變器和變壓器(4)之間的連接線(xiàn)路的電感和/或電阻的大小。
12.根據(jù)權(quán)利要求8到11之一所述的運(yùn)行方法，其中，設(shè)有至少四個(gè)并網(wǎng)的逆變器(2)，它們成對(duì)地在交流側(cè)彼此耦合，其中，對(duì)于分別成對(duì)地在交流側(cè)彼此耦合的逆變器(2)和彼此不耦合的逆變器，周期性的輔助信號(hào)的預(yù)先規(guī)定的、不等于零的相位偏移(AcDci)是不同的。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的運(yùn)行方法，其中，各彼此不耦合的逆變器(2)的周期性的輔助信號(hào)是反相的。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的運(yùn)行方法，其中，所有彼此不耦合的逆變器(2)的周期性的輔助信號(hào)具有不同的相位偏移(A Oci) 。
【文檔編號(hào)】H02M7/493GK103597695SQ201280013706
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2012年3月15日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月16日
【發(fā)明者】T·埃伯哈特, J·佩申卡, C·克勞澤, C·蘭道 申請(qǐng)人:Sma太陽(yáng)能技術(shù)股份公司