專利名稱：太陽能發(fā)電設(shè)備的轉(zhuǎn)換器裝置和該轉(zhuǎn)換器裝置的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一 種控制方法和 一 種轉(zhuǎn)換器裝置 (Stromrichteranordnung)，該裝置帶有直流電壓輸入端以及交流電壓 輸出端，所述直流電壓輸入端的電壓值是時變性的，該裝置優(yōu)選由太 陽能電池裝置饋電。此類轉(zhuǎn)換器裝置基本上適用于具有在時間上不恒 定的輸入端直流電壓的所有應(yīng)用。
背景技術(shù)：
公知的太陽能電池裝置被以如下方式構(gòu)造使得單板被以二維矩 陣的方式來布置，并且在此該矩陣的單列或單行的單板相互串聯(lián)并因 此形成太陽能電池板鏈。此外，已知的是，將此類太陽能電池板鏈并 聯(lián)起來，并且在此借助逆變器將該連接的輸出極與電網(wǎng)相連，以將電 流饋入所連接的電網(wǎng)中。此類的太陽能發(fā)電設(shè)備具有如下優(yōu)點，艮P， 在電路技術(shù)上的花費很少以及功能電子元件的數(shù)目很少。
但是，對于太陽能電池板主要不利在于，太陽能電池板的輸出電 壓及其輸出功率隨著有效的光照強度而強烈變化。在所提及的太陽能 發(fā)電設(shè)備中特別不利的是，單板的遮暗已導(dǎo)致太陽能電池板鏈輸出功 率強烈超比例地減少。因此在給定光照強度的情況下，此類太陽能發(fā) 電設(shè)備的真實效率遠小于理論上最大的效率。
同樣已知的是，單個的太陽能電池板鏈被直接與所配屬的逆變器 連接，并且這些單個的逆變器的交流電壓輸出端與待饋電的電網(wǎng)連接。 在此，針對太陽能發(fā)電設(shè)備的該構(gòu)造方案，電路技術(shù)上的花費、特別 是功率電子元件的數(shù)目明顯高于所提及的第一構(gòu)造方案。但是，該花 費也有利地實現(xiàn)了較高的真實效率。為每個單板配一個逆變器的太陽能發(fā)電設(shè)備在花費最高的同時將 會實現(xiàn)最佳效率。但由于花費很高，該方案在經(jīng)濟角度看來意義不大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于介紹一種轉(zhuǎn)換器裝置，所述轉(zhuǎn)換器裝置用于在 真實效率與電路技術(shù)上的花費之間的比例得到改善的同時，對太陽能 發(fā)電設(shè)備進行改進。
該任務(wù)依照本發(fā)明通過具有權(quán)利要求1的特征的主題以及通過如 權(quán)利要求6所述的方法來解決。優(yōu)選的實施方式在從屬權(quán)利要求中加 以描述。
優(yōu)選具有多個太陽能屯池板鏈的太陽能發(fā)電設(shè)備構(gòu)成本發(fā)明的出 發(fā)點，每個太陽能電池板鏈具有時變直流電壓輸出端，將所述直流電 壓輸出端串聯(lián)并因此具有時變直流電壓總輸出端。這個具有已定義的 溢大值的直流電壓總輸出端形成根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器裝置的直流電壓 輸入端。
此外，該轉(zhuǎn)換器裝置具有至少一個電平變換器和至少一個可與電 網(wǎng)連接的逆變器。直流電壓輸入端的正的輸入極與第 -開關(guān)和第一二 極管的正極相連接。此外，直流電壓輸入端的負的輸入極與第二開關(guān) 和第二二極管的負極相連接。第一二極管的負極與第一電容器相連接， 第二二極管的正極與第二電容器相連接。同樣地，兩個開關(guān)與兩個電 容器分別相互連接，并且它們的中間分接頭(Mittelzapfungen)相互連 接并優(yōu)選同樣與地電勢相連接。因而這個裝置構(gòu)成電平變換器。
優(yōu)選地，第一逆變器可以與第一電容器相連接，第二逆變器可以 與第二電容器相連接，由此第-一逆變器的第 一輸入端與電平變換器的 第一輸出端相連接，而所述逆變器的第二輸入端與開關(guān)的及電容器的中間分接頭相連接。因而第二逆變器以其第一輸入端與開關(guān)的及電容 器的中間分接頭相連接，并以其第二輸入端與電平變換器的第二輸出 端相連接。同樣地，逆變器的輸入端優(yōu)選可以與電平變換器的所述兩 個輸出端相連接。
此外，直流電壓輸入端的至少一個輸入極優(yōu)選可以與線圈相連接。 可替代地，可連接的直流電壓輸入線路的寄生電感可以在所配屬的方 法的范圍內(nèi)承擔其功能。
依照本發(fā)明的、用于控制所提及的轉(zhuǎn)換器裝置的方法認知兩種主 要的工作狀態(tài)。只要在直流電壓輸入端存在大于等于額定中間電路電 壓的電壓，電平變換器就不被控制。如果在直流電壓輸入端存在小于 額定中間電路電壓的電壓，則電平變換器被以如下方式來控制，即獲 得為1的調(diào)制系數(shù)并由此分別以額定中間電路電壓(VdcS)的半值給 第一電容器和第二電容器充電。調(diào)制系數(shù)是交流電壓值(更確切地說 在輸出端的相電壓)與中間電路電壓的加權(quán)比。對此，還給出三種子 工作狀態(tài)
當輸入端直流電壓小于額定中間電路電壓的半值時，電平變換 器的第一開關(guān)和第二開關(guān)被以如下方式控制，即兩個開關(guān)的接通吋間 重疊，亦即總有至少一個開關(guān)是接通的，其中，交替地選擇接通相位。
當輸入端直流電壓等于額定中間電路電壓的半值時，電平變換 器的第 一 開關(guān)和第二開關(guān)被以如下方式控制，即兩個開關(guān)的接通時間 分別為開關(guān)周期的一半長，其中，交替地選擇接通相位。
當輸入端直流電壓大于額定中間電路電壓的半值時，電平變換 器的第一開關(guān)和第二開關(guān)被以如下方式控制，即兩個開關(guān)的接通時間 小于開關(guān)周期的一半，亦即存在沒有開關(guān)被接通的時間，其中，同樣 交替地選擇接通相位。
在第二工作狀態(tài)中，至少一個接在電平變換器之后的逆變器總是 不依賴于輸入端直流電壓在每個工作時刻以幾乎恒定為額定中間電路
6電壓的中間電路電壓(所述中間電路電壓在這里是兩個電容器電壓之 和)工作。由此保證，調(diào)制系數(shù)幾乎是1,并且逆變器以最佳效率工作。
與根據(jù)本發(fā)明方法相聯(lián)系地，轉(zhuǎn)換器裝置的依照本發(fā)明的構(gòu)造方 案具有以下優(yōu)點，即利用該轉(zhuǎn)換器裝置制造的太陽能發(fā)電設(shè)備具有真
實效率與電路技術(shù)上花費之間改善的比例。
根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器裝置以及所配屬的方法附加地允許對電網(wǎng)電 壓波動起反應(yīng)，使得該電網(wǎng)電壓波動得以測量，由此額定中間電路電 壓得以匹配，并且由此對電平變換器的控制以如下方式變化，即，可 以在很窄的界限內(nèi)達到幾乎為1的調(diào)制系數(shù)。


該電路裝胃的特別優(yōu)選的改進方案以及對該裝置的控制方法在對 實施例的相應(yīng)描述中有所提及。此外，本發(fā)明的解決方案根據(jù)圖1至 圖3的實施例進一歩被闡明。
圖1以太陽能發(fā)電設(shè)備的第一構(gòu)造方案示出依照本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器裝置。
圖2以太陽能發(fā)電設(shè)備的第二構(gòu)造方案示出依照本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器裝置。
圖3示出在應(yīng)用本發(fā)明方法時不同的電壓變化走向。
具體實施例方式
圖1示出了在太陽能發(fā)電設(shè)備的第一構(gòu)造方案中的依照本發(fā)明的 轉(zhuǎn)換器裝置1。該太陽能發(fā)電設(shè)備具有太陽能電池裝置以作為電壓源 10，太陽能電池裝置以太陽能電池板鏈裝置的形式來構(gòu)造，所述太陽 能電池板鏈以如下方式相互連接，即，該太陽能電池裝置具有時變的、 在0V '刁1200V之間或在300V與1200V之間的輸出電壓。
轉(zhuǎn)換器裝置1的電平變換器2具有直流電壓輸入端。該直流電壓輸入端的正的輸入極與第一開關(guān)30和第一二極管40的正極相連接。
此外，直流電壓輸入端的負的輸入極與第二開關(guān)32和第二二極管42 的負極相連接。第一二極管40的陰極與第一電容器50連接，第二二 極管42的正極與第二電容器52連接。同樣地，兩個開關(guān)30、 32與兩 個電容器50、 52分別相互連接，并且它們的中間分接頭相互連接并與 地電勢200相連接。第一和第二開關(guān)30、 32是公知的功率半導(dǎo)體器件， 例如為分別帶有反并聯(lián)接入的續(xù)流二極管的絕緣柵雙極晶體管 (IGBT)。
作為依照本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器裝置1的逆變器60設(shè)置有由電壓等級為 1200V的功率半導(dǎo)體器件所構(gòu)建的三相逆變器。該逆變器60具有連至 輸入電壓為3x400V的變壓器70的輸出端，并且電網(wǎng)80經(jīng)由該變壓器 70饋電。如果中間電路電壓僅僅輕微地波動(不多于必需值650V的 10%)，則逆變器60就具有直至99%的高效率。
與之相對地，轉(zhuǎn)換器裝置1的輸入電壓還有輸入電流可能由于遮 暗而快速地在上面提及的范圍內(nèi)波動，并由于在每日過程中不同的光 照強度而緩慢地在上面提及的范圍內(nèi)波動。依照本發(fā)明的、用于控制 該轉(zhuǎn)換器裝置1的方法做以下考慮，即，為了使逆變器60的電容器50、 52的和電壓在輸入電壓低于額定中間電路電壓的那個工作時間段內(nèi)恰 好相應(yīng)于該額定中間電路電壓，而給電容器50、 52充電。
圖2示出了在太陽能發(fā)電設(shè)備的第二構(gòu)造方案中的依照本發(fā)明的 轉(zhuǎn)換器裝置1。在此，替代圖1中描述的構(gòu)造方案，兩個逆變器2與太 陽能電池裝置10串聯(lián)，并且共同給合適的變壓器72饋電，以饋電到 電網(wǎng)80中。在此，在轉(zhuǎn)換器裝置1的構(gòu)造方案相同的情況下，太陽能 電池裝置的輸出電壓可以具有雙倍的最大電壓值。
圖3示出了在直流電壓輸入端上存在小于額定中間電路電壓的電 壓的條件下，在應(yīng)用依照本發(fā)明的用于控制電平變換器的方法時的不同的電壓變化走向。分別示出了流過第一和第二開關(guān)30、 32的電流13()
和132的變化走向，亦即在第一開關(guān)和第二開關(guān)處的開關(guān)狀態(tài)。數(shù)值是
關(guān)于前面提及的額定中間電路電壓為650V的示例，所述數(shù)值由目標值 為1的調(diào)制系數(shù)和3x400V的輸出交流電壓而得出。
在圖3a中，圖示基于250V的輸入電壓Um。按照依據(jù)本發(fā)明方法， 在額定中間電路電壓為650V的情況下得到各為325V的電容器電壓的 額定值。這通過以下方式來實現(xiàn)，即接通持續(xù)時長對于每個開關(guān)共計 220°。持久接通的開關(guān)可具有360。的接通持續(xù)時長。此外，兩個開關(guān) 相對錯開180°，也即交替地進行開關(guān)。可以看出，兩個開關(guān)的各接通 持續(xù)時長重疊。
在圖3b中，圖示基于325V的輸入電壓Uin。按照依據(jù)本發(fā)明方法， 在額定中間電路電壓為650V的情況下得到各為325V的電容器電壓的 額定值。這通過以下方式來實現(xiàn)，即接通持續(xù)時長對于每個開關(guān)共計 180°。此外，兩個開關(guān)相對錯開180°,也即交替地進行開關(guān)，由此兩 個開關(guān)中總有一個是被接通的。
在圖3c中，圖示基于500V的輸入電壓Uin。按照依據(jù)本發(fā)明方法， 在額定中間電路電壓為650V的情況下得到各為325V的電容器電壓的 額定值。這通過以下方式來實現(xiàn)，即接通持續(xù)時長對于每個開關(guān)共計 80°。此外，兩個開關(guān)相對錯開180°，也即交替地進行開關(guān)，由此存在 如下的相位，在所述相位中兩個開關(guān)中沒有一個是接通的。
圖3 d在圖中示出了兩個開關(guān)之 一 的接通時間與輸入電壓Uin之間 的聯(lián)系?？梢钥闯?，借助于依據(jù)本發(fā)明方法，在200V與650V之間的 輸入電壓Uj,]的所有電壓值都導(dǎo)致額定中間電路電壓。當輸入電壓Uin 的值高于650V時，兩個開關(guān)持久地斷開，由此中間電路電壓也高于 650V，并且調(diào)制因數(shù)為1的逆變器的運行不再是可能的。因此，太陽 能電池裝置應(yīng)被這樣設(shè)定尺寸，使得其空載電壓、也即轉(zhuǎn)換器裝置的 最大輸入電壓在低外部溫度下具有為額定中間電路電壓的110%的值。
權(quán)利要求
1.轉(zhuǎn)換器裝置(1)，優(yōu)選來自太陽能電池裝置(10)的轉(zhuǎn)換器裝置(1)，所述轉(zhuǎn)換器裝置(1)帶有具有最大電壓的時變直流電壓輸入端，所述轉(zhuǎn)換器裝置(1)帶有電平變換器(2)并且?guī)в兄辽僖粋€能與電網(wǎng)(80)相連接的逆變器(60)，其中，所述直流電壓輸入端的正的輸入極與第一開關(guān)(30)和第一二極管(40)的正極相連接，所述直流電壓輸入端的負的輸入極與第二開關(guān)(32)和第二二極管(42)的負極相連接，所述第一二極管(40)的所述負極與第一電容器(50)相連接，所述第二二極管(42)的正極與第二電容器(52)相連接，并且所述兩個開關(guān)(30、32)與所述兩個電容器(50、52)分別相互連接且它們的中間分接頭相互連接，而且這個裝置構(gòu)成所述電平變換器(2)，所述電平變換器(2)與至少一個接在后面的所述逆變器(60)相連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器裝置，其中，所述直流電壓輸入端的至少一個輸入極能夠與線圈(20、22)相連接。
3. 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器裝置，其中，所述兩個開關(guān)(30、 32)的和所述兩個電容器的所述中間分接頭與地電勢(200)相連接。
4. 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器裝置，其中，所述第一逆變器與所述第一電容器相連接，而所述第二逆變器與所述第二電容器相連接。
5. 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器裝置，其中，逆變器與所述電平變換器相連接。
6.用于控制如權(quán)利要求1至5之一所述的轉(zhuǎn)換器裝置(1)的方 法，其中，只要在直流電壓輸入端處存在等于或大于額定中間電路電 壓的電壓Uin，就不對電平變換器進行控制，而如果在所述直流電壓輸 入端處存在小于所述額定中間電路電壓的電壓，則對所述電平變換器 進行這樣地控制，即得到為1的調(diào)制系數(shù)，由此分別以所述額定中間電路電壓(VdcS)的半值給所述第一電容器(50)和所述第二電容器 (52)充電，而且對此 當輸入端直流電壓小于所述額定中間電路電壓(VdcS)的半值 時，對所述電平變換器(2)的所述第一開關(guān)(30)和所述第二開關(guān)(32) 進行這樣地控制，即，所述兩個開關(guān)(30、 32)的接通時間重疊并且 是交替的； 當輸入端直流電壓等于所述額定中間電路電壓(VdcS)的半值 時，對所述電平變換器(2)的所述第一開關(guān)(30)和所述第二開關(guān)(32) 進行這樣地控制，即，所述兩個開關(guān)(30、 32)的接通時間分別為開 關(guān)周期的 -半長并且是交替的； 當輸入端直流電壓大于所述額定中間電路電壓(VdcS)的半值 時，對所述電平變換器(2)的所述第 一開關(guān)(30)和所述第二開關(guān)(32) 進行這樣地控制，即，所述兩個開關(guān)(30、 32)的接通時間小于開關(guān) 周期的一半并且是交替的。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種優(yōu)選來自太陽能電池裝置的轉(zhuǎn)換器裝置，所述轉(zhuǎn)換器裝置帶有具有最大電壓的時變直流電壓輸入端、電平變換器以及至少一個可與電網(wǎng)相連接的逆變器。在此，直流電壓輸入端的正的輸入極與第一開關(guān)和第一二極管的正極相連接。直流電壓輸入端的負的輸入極與第二開關(guān)和第二二極管的負極相連接。第一二極管的負極與第一電容器相連接，第二二極管的正極與第二電容器相連接。此外，兩個開關(guān)與兩個電容器分別相互連接，并且它們的中間分接頭相互連接。這個裝置構(gòu)成所述電平變換器，所述電平變換器與至少一個接在后面的逆變器相連接。依照本發(fā)明的控制方法不依賴于輸入電壓地分別以額定中間電路電壓的半值給第一電容器和第二電容器充電。
文檔編號H02M7/44GK101635527SQ20091016092
公開日2010年1月27日 申請日期2009年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月26日
發(fā)明者德?lián)P·施賴伯 申請人:賽米控電子股份有限公司