本發(fā)明涉及電功率的轉(zhuǎn)換，并且特別地涉及逆變器系統(tǒng)。

背景技術：

存在對電功率的全世界范圍的不斷增加的需求。由于氣候和環(huán)境問題及自然資源的不足，特別地需要用于在電功率的生產(chǎn)中利用可再生能源的新的且改進的解決方案。

光伏發(fā)電機（諸如太陽能電池板）以時變的量值提供DC功率，該時變的量值取決于位置、當日時間、天氣條件等。一般地需要將此類發(fā)電機的時變輸出轉(zhuǎn)換成適合于將被正常功率消耗設備消耗且將被連接到公共AC電網(wǎng)的規(guī)則的穩(wěn)定AC功率的改進技術。

另一目的是提供一種可被用來增加具有不對稱負載的網(wǎng)絡中的對稱性的逆變器系統(tǒng)。

存在針對此類應用的逆變器系統(tǒng)。通常，此類現(xiàn)有逆變器系統(tǒng)出于隔離和/或平衡的目的利用變壓器，特別是自耦變壓器。變壓器的使用涉及到降低的功率效率及增加的尺寸和成本。

因此，需要一種改進的逆變器系統(tǒng)。

技術實現(xiàn)要素：

由如在所附獨立權(quán)利要求1中闡述的逆變器系統(tǒng)提供了相比于背景技術的優(yōu)點。

在從屬權(quán)利要求中闡述了有利實施例。

根據(jù)以下詳細描述將認識到本發(fā)明的附加特征、原理和優(yōu)點。要理解的是前文的一般描述和隨后的詳細描述兩者都僅僅是示例性和說明性的，并且并不限制所要求保護的本發(fā)明。

附圖說明

圖1是圖示出逆變器系統(tǒng)的原理的示意性框圖。

圖2a—2c是圖示出雙向逆變器設備的操作的各種功能的示意性框圖。

具體實施方式

參考附圖，在以下詳細描述中將通過示例性實施例來描述本發(fā)明。

圖1是圖示出逆變器系統(tǒng)100的原理的示意性框圖。

在110處已圖示出DC發(fā)電設備。DC發(fā)電設備110可有利地是可再生電功率的源。為此，DC發(fā)電設備110可包括光伏發(fā)電機。作為示例，DC發(fā)電設備110可以是一個太陽能板或一組太陽能板。

DC發(fā)電設備110包括被分別地連接到輸入逆變器120的相應正DC輸入端子121和負DC輸入端子122的正DC輸出端子和負DC輸出端子。逆變器120還具有第一AC輸出端子123和第二AC輸出端子124。輸入逆變器120可以是適合于將在其DC輸入端子121、122處的DC功率變換成在其輸出端子123、124處的AC功率的任何電路。輸入逆變器120可以是電流控制的，即在電流控制模式下操作。

有利地，輸入逆變器還提供有通信總線接口CAN，其使得能夠在輸入逆變器120與被配置通過相應通信總線接口進行操作的其他單元互連時實現(xiàn)輸入逆變器120的通信和控制。作為示例，通信總線接口可以是基于消息的串行總線（諸如CAN總線）的接口，但存在替換方案。例如，通信可使用無線連接，并且該通信可借助于適當?shù)模ㄒ粋€或多個）橋接器、（一個或多個）交換機、（一個或多個）路由器和/或類似網(wǎng)絡設備被可選地擴展至外部網(wǎng)絡，包括因特網(wǎng)。

逆變器系統(tǒng)100還包括雙向逆變器設備130。雙向逆變器設備130包括第一雙向子逆變器138和第二雙向子逆變器139。

雙向子逆變器設備130能夠在任一方向上轉(zhuǎn)移能量；從DC側(cè)（在圖1中的左側(cè)）至AC側(cè)（在圖1中的右側(cè)），或者從AC側(cè)至DC側(cè)。雙向逆變器設備130可被可選擇地配置成在電壓控制模式或電流控制模式下操作。

第一雙向子逆變器138和第二雙向子逆變器139具有與DC功率儲存設備131并行互連的DC端子132、133。雙向子逆變器138、139的正端子和DC功率儲存設備131的正端子在132處互連。雙向子逆變器138、139的負端子和DC功率儲存設備131的負端子在133處互連。

每個雙向子逆變器138、139還可提供有通信總線接口CAN，其使得能夠?qū)崿F(xiàn)與被配置成通過相應通信總線接口進行操作的其他互連單元的通信。作為示例，通信總線接口可以是基于消息的串行總線（諸如CAN總線）的接口，但存在替換方案。如已提及的，通信可被進一步擴展至外部網(wǎng)絡，包括因特網(wǎng)。

DC功率儲存設備131可包括可再充電電化學蓄電池，例如可再充電電池?？墒褂迷S多類型的可再充電電池。

第一雙向子逆變器138具有第一AC端子134和第二AC端子135。第一AC端子134被連接到輸入逆變器120的第一AC輸出端子123。

第二雙向子逆變器139具有第一AC端子136和第二AC端子137。第一AC端子136被連接到輸入逆變器120的第二AC輸出端子124。

第一雙向子逆變器138的第二AC端子135和第二雙向子逆變器139的第二AC端子137互連。

在逆變器系統(tǒng)100的有利方面，第一雙向子逆變器138的第一AC端子134與輸入逆變器120的第一AC輸出端子123之間的連接可形成第一AC線路連接L1。

此外，第二雙向子逆變器139的第一AC端子136與輸入逆變器120的第二AC輸出端子124之間的連接可形成第二AC線路連接L2。

并且，第一雙向子逆變器138的第二AC端子135和第二雙向子逆變器139的第二AC端子137之間的連接可形成AC中性連接N。

在逆變器系統(tǒng)100的另一有利方面，輸入逆變器120可具有標稱操作AC輸出電壓，其是第一和第二雙向子逆變器中的每一個的標稱操作AC電壓的基本上2倍或√3倍。更具體地，輸入逆變器120的標稱操作AC輸出電壓可有利地在200至420 Vrms范圍內(nèi)、優(yōu)選地在220至250 V rms范圍內(nèi)，例如240 V rms，并且第一雙向子逆變器138和第二雙向子逆變器139中的每一個的標稱操作AC電壓可在100至240 V rms范圍內(nèi)、優(yōu)選地在110至125 V rms范圍內(nèi)，例如120 V rms。

在逆變器系統(tǒng)100的任何公開方面，輸入逆變器120、第一雙向子逆變器138和第二雙向子逆變器139可有利地通過通信總線CAN通信互連。

在逆變器系統(tǒng)100的任何公開方面，第一AC線路連接L1和第二AC線路連接L2 可被有利地連接到轉(zhuǎn)移開關設備150中的相應開關。此配置允許將第一AC線路連接L1和第二AC線路連接L2可切換地連接到外部AC電網(wǎng)160。并且，AC中性連接N可被有利地連接到外部AC電網(wǎng)160。

當在逆變器系統(tǒng)100中提供轉(zhuǎn)移開關150時，轉(zhuǎn)移開關150還可被配置成通過通信總線CAN進行通信。在這種情況下，通信總線CAN可將輸入逆變器120、第一雙向子逆變器138、第二雙向子逆變器139和轉(zhuǎn)移開關設備150通信互連。

在逆變器系統(tǒng)100的任何公開方面，第一AC線路連接L1和第二AC線路連接L2 和AC中性連接N可被連接到局部功率負載140。

在逆變器系統(tǒng)100的任何公開方面，第一子逆變器138和第二子逆變器139可以以相反的相位（即，移位180°）操作。替換地，可根據(jù)AC系統(tǒng)配置控制第一子逆變器138和第二子逆變器139以另一相位位移操作，相位可例如移位120°。

太陽能電源系統(tǒng)可包括如在上述公開的任何方面中指定的逆變器系統(tǒng)100。太陽能電源系統(tǒng)還可包括光伏發(fā)電機陣列110（諸如太陽能板）以及DC功率儲存設備（或可再充電電池）131。

雙向子逆變器138、139中的每一個可被配置成當通過轉(zhuǎn)移開關設備150連接到AC電網(wǎng)160時在電流控制模式下操作。

雙向子逆變器138、139中的每一個可被配置成當借助于轉(zhuǎn)移開關設備150從AC電網(wǎng)160斷開連接時在電壓控制模式下操作。

逆變器系統(tǒng)100可在并網(wǎng)（on-grid）模式和島模式中的任一者下操作。并網(wǎng)模式指的是當逆變器系統(tǒng)100被連接到AC電網(wǎng)160時的平常情況，而島模式指的是逆變器系統(tǒng)100從AC電網(wǎng)160斷開連接時的情況。

在并網(wǎng)模式下，轉(zhuǎn)移開關150被閉合，并提供逆變器的AC側(cè)互連與AC電網(wǎng)160之間的直接連接。此外，在并網(wǎng)模式下，輸入逆變器120在并網(wǎng)電流控制模式下操作。其經(jīng)由輸入逆變器120將來自DC電源110的能量饋送并轉(zhuǎn)換到AC電網(wǎng)160。由DC源經(jīng)由輸入逆變器120提供的能量還可被饋送到局部功率負載140和/或經(jīng)由雙向逆變器設備130饋送到DC功率儲存設備131。此外，在并網(wǎng)模式下，雙向逆變器設備130在并網(wǎng)電流控制模式下被連接到AC電網(wǎng)160。雙向逆變器設備130可將來自DC功率儲存設備131的能量轉(zhuǎn)移并轉(zhuǎn)換到AC電網(wǎng)160和/或局部功率負載140。

在島模式下，轉(zhuǎn)移開關150被打開，將AC電網(wǎng)160從逆變器的AC側(cè)互連隔離。輸入逆變器120可在轉(zhuǎn)移事件期間斷開連接。替換地，輸入逆變器120可在轉(zhuǎn)移事件期間不斷開連接。

此外，在島模式下，將在電壓控制模式下配置包括在雙向逆變器設備130中的雙向子逆變器138、139兩者。每個雙向子逆變器138、139然后將產(chǎn)生分離相電壓，導致島電網(wǎng)電壓，其是第一和第二雙向子逆變器中的每一個的標稱操作AC電壓的2倍或√3倍。因此，當?shù)谝浑p向子逆變器138和第二雙向子逆變器139中的每一個的標稱操作AC電壓在100-240 V rms范圍內(nèi)、優(yōu)選地在110至125 V rms范圍內(nèi)（例如，120 V rms）時，島電網(wǎng)電壓可在200—420 V rms范圍內(nèi)、優(yōu)選地在220至250 V rms范圍內(nèi)，例如240 V rms。

此外，在島模式下，輸入逆變器120仍可在電流控制模式下操作，并且仍被連接到雙向逆變器設備130，因此繼續(xù)從DC電源110向島電網(wǎng)提供能量。

此外，在島模式下，雙向逆變器設備130可通過使用下垂控制來控制由輸入逆變器110提供的能量。

雙向逆變器設備130或轉(zhuǎn)移開關150可提供經(jīng)由通信總線接口CAN傳送到輸入逆變器110的信號，向輸入逆變器110通知逆變器系統(tǒng)100進入了局部島模式。

在其中輸入逆變器產(chǎn)生與連接負載相比過大的功率時，雙向逆變器設備130可能能夠向DC功率儲存設備131提供DC功率，即對電池充電。

并網(wǎng)模式與島模式之間的轉(zhuǎn)移的各方面可取決于通信總線接口CAN上的通信?？苫诋?shù)氐囊?guī)章要求修改此類方面。

圖2a—2c是圖示出雙向逆變器設備的操作的各種功能的示意性框圖。

圖2a圖示出平衡功能。在圖2a中的左側(cè)圖示出其中由雙向逆變器設備130（特別地第一雙向子逆變器138）向DC功率儲存設備131提供功率的情況。因此，用一相電源對電池進行充電。由第二雙向子逆變器139提供的另一相電源指向AC電網(wǎng)160或局部負載140或者負載140與電網(wǎng)AC電網(wǎng)160的任何組合。

圖2a（左）中的情況可以例如在其中連接在家庭負載140的N與L1之間負載比連接在家庭負載140的N與L2之間的負載高得多（即家庭負載140中的負載是不對稱的）的情況中使用。電源系統(tǒng)1在這里可以被用來通過經(jīng)由控制第二子逆變器139從L2吸取AC功率并將其轉(zhuǎn)換成DC且另外經(jīng)由控制第一子逆變器138向L1供應更多功率來增加連接在L2與N之間的負載而補償此不對稱性。

在圖2a中的右側(cè)圖示出其中由雙向逆變器設備130（特別地第二雙向子逆變器139）向DC功率儲存設備131提供功率的情況。因此，用一相電源對電池進行充電。由第一雙向子逆變器138提供的另一相電源指向AC電網(wǎng)160或局部負載140或者負載140與電網(wǎng)AC電網(wǎng)160的任何組合。

圖2b圖示出充電功能。由雙向逆變器設備130特別地從雙向逆變器138和第二雙向逆變器139兩者向DC功率儲存設備131提供功率。因此，用兩個相電源對電池充電。

圖2c圖示出供電功能。由DC功率儲存設備131向雙向逆變器設備130、特別是向雙向子逆變器138和第二雙向子逆變器139二者提供功率，并且其指向AC電網(wǎng)160或局部負載140或者負載140與電網(wǎng)AC電網(wǎng)160的任何組合。