用于两个直流电源的逆变器以及用于运行该逆变器的方法

专利名称：用于两个直流电源的逆变器以及用于运行该逆变器的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于将来自具有共同的参考电位的第一和第二直 流电源的电能馈入到交流网络中的逆变器，其中该逆变器在输出侧与 交流网络的中性导线和导线相连接。此外，本发明还涉及一种用于运 4亍该逆变器的方法。
背景技术：
为了将直流电源的能量馈入到交流网络中，已知具有不同拓朴的 逆变器。直流电源、诸如光电电池、燃料电池、蓄电池等等通常具有
依赖于提取电流(Entnahmestrom)的电压特性曲线。此外，由于外部 影响、例如在光电电池的情况下变化的光比率，最大提取功率(也称 为最大功率点(MPP))持续改变。逆变器的调节必须考虑这种动态的 工作状态。
此外，交流网络运营商要求逆变器将正弦形电流馈入到交流网络 中，而不依赖于是否涉及联合网络或者所谓的独立网络(Inselnetz)。
在专利文献US 6 914 418 B2中说明了 一种用于调节逆变器的简 单的可能性。描述了所谓的MPP跟踪，其中提取电流持续地略微被改 变，并且与直流电源的所测量的电压相乘。将这样得到的提取功率与 之前直接所测量的提取功率进行比较。同样将电压与之前直接所测量 的电压进行比较。根据提取功率和电压的变化，在接下来的步骤中预 先给定更高的或者更低的提取电流。
替代于此，在专利文献US 4 390 940 Al中说明了一种逆变器，
利用该逆变器可以以最大的提取功率驱动光电电池。
针对确定的应用情况选择已知的逆变器拓朴尤其取决于所连接的 直流电源的电压水平。如果直流电源的电压水平处于被馈电的交流网 络的峰值电压之下，则逆变器通常包括升压器级(Hochsetzerstufe) 和逆变器级。专利文献US 2004/0165408 Al描述了这种逆变器，其中 在此两个具有共同的参考电位的直流电源相连接。
因为升压器级并非无损耗并且因此降低逆变器的效率，因此也知 道仅仅包括逆变器级的逆变器。于是，所连接的直流电源的电压必须总是处于交流网络的峰值电压之上。根据现有技术，因此直流电源被
组合成所谓的串(String)，由此得到各个直流电源的电压的倍数作 为串输出电压。
特别是，替代的直流电源、例如光电装置或者燃料电池为了其经 济的使用而要求逆变器的高效率。

发明内容
因此本发明的任务是，给出一种相对于现有技术改进的具有高效 率的逆变器。
根据本发明，该任务通过用于将来自具有共同的参考电位的第一 和第二直流电源的电能馈入到交流网络中的逆变器来解决，其中该逆 变器在输出侧与交流网络的导线和中性导线相连接，并且其中
-第一直流电源具有相对于参考电位的正电位，
-第二直流电源具有相对于参考电位的负电位，
-两个直流电源的参考电位与中性导线相连接，
-逆变器包括第一降压转换器，正电位利用该第一降压转换器被 连接到交流网络的导线上，
-逆变器包括第二降压转换器，负电位利用该第二降压转换器被 连接到交流网络的导线上。
该装置将必需的部件降低到最少，由此相对于已知的逆变器电路 降低损耗功率并且优化效率。在此情况下，直流电源的电压至少等于 或者高于交流网络的反复的、最大可期待的峰值电压。
特别是当笫一和第二直流电源被构造为所谓的光电装置串时，这 种装置是有利的。在此，每个串都提供高于交流电压网络的峰值电压 的电压。因为光电装置通常被安装在建筑物的屋顶上，所以两个串的 参考电位与中性导线的连接导致，在建筑物中不存在相对于地的可能 产生干扰的、网络频率的电交变场(Wechselfeld)。
一种有利的实施方案规定，笫一降压转换器包括第一电容器、第 一开关元件、与第一辅助开关元件串联的第一二极管以及扼流电路 (Drosselschaltung )，并且在输入侧与第一直流电源的正电位和参 考电位相连接，并且在输出侧通过滤波电容器连接到交流网络的导线 上，并且第二降压转换器包括第二电容器、第二开关元件、与第二辅 助开关元件串联的第二二极管以及扼流电路，并且在输入侧与第二直流电源的负电位和参考电位相连接，并且在输出侧通过滤波电容器连 接到交流网络的导线上，并且中性导线持续地与第一和第二直流电源 的参考电位相连接。这种拓朴以特别简单的方式形成两个用于将两个 直流电源连接到交流网络上的降压转换器，。
在此情况下有利的是，将扼流电路划分为第一扼流元件和第二扼 流元件，第一降压转换器包括第一扼流元件，并且第二降压转换器包 括第二扼流元件。由此明显降低开关元件的负载。
当第一直流电源的正电位和第二直流电源的负电位通过平衡转换 器彼此相连接时，实现效率的进一步提高。这在被馈入到交流网络中 的电流不允许具有直流分量时是尤其重要的。两个直流电源的最大可 能的功率输出的差别可以通过以下方式被平衡，即一个直流电源的过 剩功率借助平衡转换器被传输到功率路径中并且因此被传输到另 一直 流电源的电位上。
此外， 一种有利的装置规定，平衡转换器包括第三开关元件和串 联的第四开关元件，并且第三开关元件和第四开关元件之间的连接点 通过第三扼流圈以及用于电流测量的装置与参考电位相连接。由此，
得到具有少量部件和高效率的平衡转换器的简单拓朴。
在此情况下有利的是，用于电流测量的装置包括分流电阻。于是， 电流能够以筒单的方式被测量。电流测量的其它方式、例如借助直流 补偿的磁转换器同样是可能的。
此外有利的是，与第一开关元件反向并联地布置笫三二极管，并 且与第二开关元件反向并联地布置第四二极管。通过这些二极管，于
是可以在将逆变器从交流网络分离时降低存储在扼流电路中的能量。 此外，这些二极管形成用于保护逆变器不受交流网络中的电压峰值影 响的保护电路的元件。
为了保护逆变器中的部件不受交流网络中的电压峰值影响，此外 有利的是，将第二开关元件和第二扼流元件之间的连接点通过第五二 极管以及由第一电阻和第三电容器构成的并联电路与参考电位相连 接，并且将第一开关元件和第一扼流元件之间的连接点通过第六二极 管以及由笫二电阻和第四电容器构成的并联电路与参考电位相连接。 通过该布置以及与第一和第二开关元件反向并联地布置的二极管，于 是在交流网络中的电压峰值的情况下建立至电容器的电流路径，由此扼流电路上的短时间的过压降低并且由此不对开关元件加载。因此， 开关元件不必尺寸过大，并且无需附加的昂贵的滤波器。
此外有利的是，逆变器包括控制单元，该控制单元具有用于控制 开关元件和辅助开关元件的合适的装置。于是，控制信号在逆变器本 身中生成，由此可以实现逆变器的集成的结构。
通过以下方式来运行根据本发明的逆变器，即交替地控制两个降 压转换器，使得得到完整的正弦波形式的馈入电流，并且正的正弦半 波借助第一降压转换器由在输入侧施加的正电位形成，并且负的正弦 半波借助第二降压转换器由在输入侧施加的负电位形成。由此，以简 单的方式将来自两个直流电源的能量馈入到交流网络中。
在此情况下有利的是，连续地测量第一直流电源的电压以及提取 电流，并且控制第一降压转换器，使得第一直流电源的提取电流和电 压的乘积连续地接近第一直流电源的目前最大可输出的功率，并且连 续地测量第二直流电源的电压以及提取电流，并且控制第二降压转换 器，使得第二直流电源的提取电流和电压的乘积连续地接近第二直流 电源的目前最大可输出的功率。于是，总是从两个直流电源中提取最 大可输出的功率，并且由此优化总效率。
为了防止馈入电流的直流分量，有利的是，连续地测量馈入电流 的直流分量，并且在正直流分量的情况下为第一降压转换器预先给定 更小的馈入功率，并且在负直流分量的情况下为第二降压转换器预先 给定更小的馈入功率。
在此情况下， 一种有利的实施形式规定，从降压转换器的馈入功 率的预先给定的减小开始，借助平衡转换器将该降压转换器所连接的 电位的能量传输到另一电位上。第一降压转换器所连接的电位在此情 况下对应于第一直流电源的正端子。第二降压转换器所连接的电位对 应于第二直流电源的负端子。此外，然后可以预先给定降压转换器的 提取电流，使得从直流电源提取最大可能的功率。
有利地，在通过MPP跟踪进行功率预定值(Leistungsvorgaben ) 的匹配之前，控制单元还为连接在电位上的降压转换器预先给定更高 的馈入功率，其中平衡转换器将能量传输到该电位上。


以下以示例性的方式参照附图对本发明进行阐述。在示意图中图1示出基本电路的拓朴；
图2示出具有两个扼流元件的电路；
图3示出具有平衡转换器的电路；
图4示出具有平衡转换器和针对电压峰值的保护电路的电路。
具体实施例方式
在图1中示出了具有两个并联布置的降压转换器的本发明逆变器 的示例性电路拓朴。在输入侧第一直流电源以其作为正电位1的正端 子并且以其作为参考电位0的负端子连接到第一降压转换器 (Tiefsetzsteller)上，其中该第一降压转换器由第一电容器Cl、笫 一开关元件Sl (例如晶体管)、第一二极管Dl以及作为扼流电路L的 扼流團构成。第二直流电源以其作为参考电位0的正端子并且以其作 为负电位2的负端子连接到第二降压转换器上，其中该第二降压转换 器由第二电容器C2、第二开关元件S2、第二二极管D2以及作为扼流 电路L的扼流圏构成。
为了不产生网络短路，布置有两个另外的辅助开关元件HS1和 HS2。在此，第一辅助开关元件HS1与笫一降压转换器的第一二极管Dl 串联布置。当第二降压转换器工作时，该第一辅助开关元件被断开。 第二辅助开关元件HS2与第二降压转换器的第二二极管D2串联布置， 并且当第一降压转换器工作时，该第二辅助开关元件被断开。
图2中所示的电路与图1中所示的电路的区别仅在于，作为扼流 电路布置有两个扼流元件Ll和L2,其中第一降压转换器包括第一扼流 元件L1，而第二降压转换器包括第二扼流元件L2。该布置使开关元件 Sl和S2的负栽更小。
在输出侧，逆变器连接到交流网络上，其中参考电位0持续地与 中性导线N,相连接，而扼流电路L的输出端与交流网络的导线L1网络 相连接。在输出侧，此外在中性导线N,和导线L1瞎之间布置有滤波 电容器CF。
针对开关元件Sl和S2布置有反向并联的二极管D3和D4,这些二 极管在使逆变器从交流网络分离时将用于扼流电路L的去磁的电流路 径保持开路。
两个直流电源例如通过两个光电装置串形成。随后，当串电压高 于最大可期待的交流电压的峰值(例如230V+10%*1. 414=358V)时，逆变器将来自串的能量馈送到所连接的交流网络中。
此外，两个串应当由相同大小的板面构成，因为第一板面仅仅提 供在正网络半波时馈入能量的第一降压转换器，而第二板面仅仅提供 在负网络半波时馈入能量的第二降压转换器。为了不将直流分量馈入 交流网络中，因此从两个板面中提取相同大小的能量数量
(Energiemengen)。
两个电容器Cl和C2的尺寸必须被确定为足够大，因为两个降压 转换器中的每一个都仅仅在被分配给其的网络半波期间将能量馈入到 交流网络中并且在此之间不输出能量。但是，电容器Cl和C2在没有 能量输出的周期中也继续由直流电源进行充电，其中不允许达到针对 该电路所规定的电压极限。
逆变器如下来描述在输出侧，测量被馈送到交流网络中的电流 的直流分量。这例如可以借助具有霍尔互感器的电流互感器来实现。 这样所测量的剩余直流电流形成用于调节两个降压转换器的输入量。
降压转换器借助电流额定值预先给定来调节。交流网络运营商要 求被馈送到交流网络中的电流必须是正弦形的，即没有电流谐波。为 了实现这一点，存在两种用于形成基本额定电流的可能性
a) 借助分压器从网络电压导出正弦半波并且将其用作电流形状的 原型(Vorbild)。
b) 在存储器(例如EPR0M)中将正弦半波作为表格存储，并且在 以50Hz节拍读出时由DA转换器转换为模拟信号。这种解决方案要求 根据网络电压生成同步脉冲，以表明相应的半波的开始，并且启动存 储器的读出过程。虽然这种解决方案比解决方案a)花费更大，但是允 许利用表格的匹配对电流的由电路引起的失真作出反应并且补偿该失 真。
在两种情况中，结果都是正弦半波的序列。在此，为第一降压转 换器生成基本额定电流信号，该基本额定电流信号由正的正弦半波构 成，并且为笫二降压转换器生成由负的正弦半波构成的基本额定电流 信号。因此，两个基本额定电流信号的相加得到完整的正弦波信号。
在接下来的步骤中，为两个直流电源中的每一个生成负载值。在 此，应该分别确定该值，在该值的情况下每个直流电源输出最大功率 (最大功率点MPP)。对于光电装置的板面，可以说明电流的依赖于太阳辐射的特性曲线，其中在该电流的情况下最大功率被馈入到网络中。 于是可以测量太阳辐射并且预先给定相应的电流值。然而，在此情况 下，干扰因素、例如部分遮蔽或者板面的污染仍然未被考虑。因此更适当的是，进行所谓的MPP跟踪，其中持续地测量从串中 提取的电流以及相应的串电压并且将其彼此相乘。由于负载的微小的 变化，随后可以确定是否在趋势上可能出现功率升高或者是否已经达 到最大值.作为MPP跟踪的结果，存在输出信号，该输出信号描述来自串的 额定电流或者描述额定电压。在预先给定额定电压的情况下，逆变器 必须一直增大电流，直到串电压下降到预先给定的值。在根据本发明 的情况下，额定电压作为调节预定值(Regelungsvorgabe)更为适当。 由于所连接的电容器C1和C2，该额定电压不会如此快速地变化，并且 由此调节比在电流额定值的情况下更稳定。因此，针对两个直流电源中的每一个，借助MPP跟踪将额定电压 作为额定值预先给定。在此情况下，针对每个直流电源借助差分放大 器将电容器Cl或C2上的电压与相应的额定值进行比较。在此情况下， 调节特性需要积分分量(例如PI调节器)，以便緩慢地起作用并且将 调节偏差保持为较小。为了限制每个降压转换器的功率以保护功率部件，适当的是，为两个差分放大器中的每一个的输出信号都设置最大值。由此可以限制 额定电流，而不会产生电流失真以及交流网络电流中的谐波。用于控制每个降压转换器的额定电流形成通过将差分放大器的输 出信号与相应的基本额定电流信号相乘来实现。第一降压转换器的差 分放大器的输出信号在此情况下与由正的正弦半波的序列形成的基本 额定电流信号相乘。第二降压转换器的差分放大器的输出信号在此情 况下与由负的正弦半波的序列形成的基本额定电流信号相乘。适当的是，在所谓的电流模式中控制降压转换器。在此情况下由 时钟发生器确定开关元件Sl和S2的开关频率(例如30kHz )。于是，针对图2中所示的变型方案，各个开关过程如下(在此情 况下首先考虑第一降压转换器)开关元件Sl在某一周期开始时被接通。由此，电流流入扼流元件 Ll中，并且根据以下关系增大AI (电流增大)=[U (电压)/L (电感L1) ] xAt (接通时间) 借助比较器将当前流过扼流元件Ll的电流与额定电流值进行比 较。如果扼流圏电流达到额定电流值，则比较器断开开关元件Sl，并 且扼流圈电流换向到第一二极管Dl和串联的辅助开关元件SH1上。为了防止(由于网络电压脉冲、外部电子设备的干扰等等所引起 的)快速增大的过电流，适当的是，采用具有固定的极限值的、用于 电流测量的比较器，该比较器在电流超过时立即将开关元件Sl和S2 断开。在此情况下，最好借助分流电阻或者具有直流能力的(被补偿的) 电流互感器在第一开关元件Sl的漏极线中测量电流。通过单侧连接到 第一电容器C1上，所测量的电流信号相对无干扰。还存在以下可能性，即在第 一扼流元件Ll的去磁阶段中测量电流。 在此情况下，最有利的测量点在第一辅助开关元件HS1的漏极线中。 然后，使该电流相对于通过第一开关元件Sl的电流相移。也可以仅仅 测量最后流过第一开关元件Sl的电流。扼流元件Ll防止突然的电流 变化，使得在第一开关元件Sl被断开以及扼流圈电流换向到第一二极 管Dl和第一辅助开关元件HS1上之后，在第一时刻，最后流过第一开 关元件Sl的电流还继续流动。根据所检测的电流值，然后必须通过影 响时钟发生器来干预第一开关元件Sl的接通时间。于是，第一开关元件Sl的控制不再按照已知的电流模式进行，因 为增大的扼流圏电流不是直接导致开关元件Sl的断开，而是考虑在稍 后的时刻所检测到的电流值。具有电容器C2、第二开关元件S2、第二扼流元件L2、第二二极管 D2以及第二辅助开关元件HS2的第二降压转换器在负的网络半波期间 以相应的方式工作。因为涉及用于两个直流电源的逆变器，所以有意义的是，禁止未 处于运行中的降压转换器的控制级。这特别是在从正的网络半波向负 的网络半波过渡时是重要的。在网络零点周围，在交流网络中(例如 由于循环控制脉冲、开关操作)可能容易出现干扰。如果随后两个降 压转换器都被激活，则电流在两个降压转换器之间流动并且导致明显 的损耗。如上面已经阐述的那样，在馈入规则中由交流网络运营商调节，不允许将直流分量或者只允许将很少的直流分量馈入到交流网络中。为了符合这种要求，以下是适当的在逆变器的网络馈入线中的电流传感器(互感器或者分流电阻) 测量所馈入的交流电流。通过在最简单的情况下由具有明显超过50Hz 网络频率的时间常数的RC元件构成的积分器可以检测流入网络中的直 流电流。替代于此，可以将每个正弦半波的电流数字化，在处理器中 积分，并且彼此相减。从直流电流信号导出校正信号。该校正信号作为附加的信号干预 降压转换器的电流调节，并且对将直流分量馈送到交流网络中的那个 降压转换器起限制功率的作用。总是只能减小降压转换器的馈入功率， 因为已经在MPP工作点中运行的用于对馈入电流的不同进行补偿的直 流电源不再能够输出功率。因此，减少从具有较高的可能的馈入功率的那个直流电源(例如 具有较高效率的燃料电池，在光电装置的情况下较大的板面或者不同 的顶部倾斜，不同的线路损耗，等等)中的电流提取，以便不馈入直 流电流。由此，该直流电源的电压升高，因此该直流电源不再运行于 最佳的工作点中。因此重要的是，采用两个具有相同最大功率输出的 相同的直流电源。如果对两个具有相同最大功率输出的直流电源的要求不能被满 足，则电路被补充平衡转换器AW，用于第一和第二电容器C1和C2之 间的能量传输。于是，两个直流电源可以提供最大可能的功率。在第 一直流电源的功率过剩的情况下，于是过剩量的一半从第一电容器Cl 被传输到第二降压转换器的第二电容器C2上。在第二直流电源的功率 过剩的情况下，相应地相反地进行传输。图3示出该电路，其中具有以下元件的扼流变换器 (Drossel-Inverter )被示例性地添加到图2中所示的基本电路中该扼流变换器包括第三扼流圈L3，其以第一端子通过用于电流测 量的分流电阻RS连接到中性导线N ,上。第三扼流圈L3的第二端子 通过第三开关元件S3与第一开关元件Sl的漏极线相连接，并且通过 第四开关元件S4与第二开关元件S2的漏极线相连接。必要时，与变 换器的两个开关元件S2和S4反向并联地布置空转二极管(例如M0SFET 或IGBT与空转二极管)。替代于此，双向转换器(例如禁止转换器(Sperrwandler))也 可以用作平衡转换器AW。适当的是，平衡转换器AW的调节独立于其余的调节而工作，以便 不使调节环太复杂。针对每个降压转换器，除了限定馈入电流的差分放大器之外，还 布置分离的差分放大器，该差分放大器确定MPP额定电压和实际电压 之间的调节偏差。如果该差值达到可预先给定的最大值(例如MPP额 定电压的2%),则启动平衡转换器AW。该平衡转换器AW随后将一个 电容器的过剩能量移置到另外的电容器。在此情况下，对于平衡转换 器AW,该差值信号用作额定电流预定值。平衡转换器AW的调节反作用于直流调节装置。如果直流调节装置 在馈入电流中检测到直流分量，则这首先引起从功率较强的直流电源 中的电流提取的降低。由此，具有升高的电压的直流电源远离MPP工 作点，由此平衡转换器的调节产生反应并且又提高电流提取。于是借 助平衡转换器AW为另外的降压转换器供电，由此在功率增大的同时， 馈入电流中的直流分量降低。在此情况下存在两种引起附加地被供电的降压转换器的所传输的 功率增大的可能性。在不附加地干预控制的情况下，这借助MPP跟踪 来进行，然而在相对大的时间常数之后才进行，因为MPP跟踪器通常 具有緩慢的调节动态特性。为了引起附加地被供电的降压转换器的馈入电流更快地升高，适 当的是，使降压转换器的额定电流直接依赖于平衡转换器AW的功率。因为平衡转换器AW可以在两个方向上传输能量，所以其控制装置 必须在逆变器起动时或者在直流电源(例如在极为多变的云层密度情 况下光电板)的功率输出剧烈波动时检验另外的标准。如果两个降压 转换器要求将能量传输到分别另一个降压转换器上，则该控制装置必 须禁止平衡转换器AW。在这种情况下，不存在稳定的状态，并且两个 降压转换器必须首先提高馈入功率，直到一个降压转换器达到了 MPP 工作点。对于具有由技术引起的两个直流电源的差别的装置，数字控制的 采用导致进一步改进调节动态特性。例如当在光电装置的情况下由串 形成的直流电源具有较小的板面时，情况如此。数字控制于是能够检测两个直流电源超过多个小时的功率差并且形成平均值，该平均值在该装置的下一次接通时从开始就马上预先给定要由平衡转换器AW传输 的平衡功率。以这种方式，需要更少的时间来达到调节平衡。在图4中示出了具有平衡转换器和附加的用于导出在交流网络中 出现的电压峰值的电路元件的基本电路。电压峰值例如通过开关操作 而触发，并且在230V/400V线路上达到高达数千伏的脉冲电压水平。 为了保护逆变器的电子设备免受这种电压峰值影响，通常需要电路元 件的超尺寸(tjberdimensionierung)。此外，需要昂贵的滤波器。在本电路中，设置有具有两个附加的电容器C3和C4的附加电流 径。由此通过以下方式保证，电路元件的电压负载不会明显上升超过 有关运行的最大负栽，即电流通过扼流元件Ll和L2被引导到四个电 容器C1、 C2、 C3和C4中。在此要注意的是，由扼流元件L1或L2与 电容器C1、 C2、 C3、 C4所形成的LC元件的时间常数比网络过压脉冲 的最大可期待的持续时间更大。在此，附加的电路元件被设置，使得第二开关元件S2和第二扼流 元件L2之间的连接点通过笫五二极管D5和由笫一电阻R1和第三电容 器C3构成的并联电路与参考电位0相连接。此外，参考电位O通过由 第四电容器C4和第二电阻R2构成的并联电路以及进一步通过第六二 极管D6与在第一开关元件Sl和第一扼流元件Ll之间的连接点相连接。此外必需的是，布置与降压转换器的开关元件Sl和S2反向并联 的二极管D3和D4，例如通过具有集成的二极管的MOSFET。在来自交流网络的正电压脉冲的情况下，通过该电路装置发生以 下情况第一电容器Cl通过前面的网络周期被充电到网络电压的峰值 (因为电容器Cl具有高欧姆的放电电阻，所以在正常运行中导致几乎 不补充充电，并且由此导致正弦电流的谐波失真)。然后，通过正电 压脉冲，电流通过第一扼流元件Ll以及与第一开关元件Sl反向并联 地布置的第三二极管D3流入第一电容器Cl中，由此在第一开关元件 Sl和第一二极管Dl之间的电路连接点上的电压被限制于第一电容器 Cl的电压加上第三二极管D3的二极管阈值的电压。同时，电流通过第 二扼流元件L2、通过第五二极管D5流入第三电容器C3中，由此在第 二开关元件S2和第二二极管D2之间的电路连接点上的电压被限制于 第三电容器C3的电压加上第五二极管D5的二极管阈值的电压。如果网络电压峰值又降低，则两个扼流元件Ll和L2继续去磁到电容器CI 和C3中，并且最后变成没有电流。如果来自交流网络的电压脉冲是负的，则相同的过程在第四二极 管D4和第二电容器C2以及第六二极管D6和第四电容器C4上进行。在此要注意的是，电容器Cl、 C2、 C3和C4被测定，使得其在具 有最大可期待的持续时间的最大可期待的网络过压的情况下不被充电 到不允许的高。在由于过压而导致的电流消耗之后，第三和第四电容 器C3和C4通过分别并联的第一和第二电阻Rl和R2又被放电。这种设计的主要优点在于，该保护电路的功能并不依赖于监控装 置的开关速度并且必要时不依赖于功率开关元件的开关速度，因为扼 流元件Ll和L2像电流源那样工作，并且能够在非常短的时间(几十 纳秒)内建立任意的电压。此外，在去磁之后可能由于寄生电容(例 如线團电容)而导致振荡，由此可以在有效的保护电路的情况下苛求 对功率开关元件的控制。在该保护电路的情况下，因此仅仅设置二极 管作为限制元件。代替上面所描述的保护电路的布置，也可以设置一种装置，其中 电容器C1、 C2、 C3和C4可以通过附加的开关元件连接低欧姆的放电 电阻。借助比较器，随后可以监视电容器C1、 C2、 C3和C4上的电压， 并且在达到上限值时连接放电电阻。在另一种保护电路变型方案中，设置有限制电压的变阻器，其中 扼流元件Ll和L2通过二极管与这些变阻器相连接。在此，要注意变 阻器或者抑制二极管(Suppressordioden)的差分内阻，由此可能实 现大电流，这些大电流随后将明显提高限制电压。第一开关元件Sl和第二开关元件S2的控制应被调节，使得在出 现过压的情况下(当网络电压超过最大出现的峰值电压时；例如[240V +10%]*峰值因子=373V)，开关元件Sl和S2在正向和反向上都在所 规定的时间内保持被断开，以便为扼流元件Ll和L2中的脉冲电压和 电流给定用于衰减的时间(例如500 ys)。
权利要求
1.用于将来自具有共同的参考电位(0)的第一和第二直流电源的电能馈入到交流网络中的逆变器，其中所述逆变器在输出侧与所述交流网络的导线(L1网络)和中性导线(N网络)相连接，其特征在于-所述第一直流电源具有相对于所述参考电位(0)的正电位(1)，-所述第二直流电源具有相对于所述参考电位(0)的负电位(2)，-两个直流电源的所述参考电位(0)与所述中性导线(N网络)相连接，-所述逆变器包括第一降压转换器，所述正电位(1)利用该第一降压转换器被连接到所述交流网络的导线(L1网络)上，-所述逆变器包括第二降压转换器，所述负电位(2)利用该第二降压转换器被连接到所述交流网络的导线(L1网络)上。
2. 根据权利要求1所述的逆变器，其特征在于，所述第一和第二 直流电源被构造为所谓的光电装置串。
3. 根据权利要求1或2所述的逆变器，其特征在于，所述第一降 压转换器包括第一电容器(Cl)、第一开关元件(Sl)、与第一辅助开 关元件(SH1)串联的笫一二极管(Dl)以及扼流电路(L),并且在输 入侧与所述第一直流电源的正电位(1)和参考电位(0)相连接，并且 在输出侧通过滤波电容器(CF)被连接到所述交流网络的导线(Ll网络) 上，并且所述第二降压转换器包括第二电容器(C2)、第二开关元件(S2)、与第二辅助开关元件(HS2)串联的第二二极管(D2)以及扼 流电路(L),并且在输入侧与所述第二直流电源的负电位(2)和参 考电位(0)相连接并且在输出侧通过滤波电容器(CF)被连接到所述 交流网络的导线(Ll ,)上，并且所述中性导线(N ,)持续地与所 述第一和第二直流电源的参考电位(0)相连接。
4. 根据权利要求3所述的逆变器，其特征在于，所述扼流电路(L) 被划分为第一扼流元件(Ll)和第二扼流元件(L2)，所述第一降压 转换器包括该第一扼流元件(Ll),并且所述第二降压转换器包括该 第二扼流元件(L2 )。
5. 根据权利要求1至4之一所述的逆变器，其特征在于，所述第 一直流电源的正电位(1)和所述第二直流电源的负电位(2)通过平衡转换器(AW)彼此连接。
6. 根据权利要求5所述的逆变器，其特征在于，所述平衡转换器 (AW)包括第三开关元件(S3)和串联的第四开关元件(S4)，并且所述第三开关元件(S3)和所述第四开关元件(S4)之间的连接点通 过第三扼流圏(L3)以及用于电流测量的装置与所述参考电位(O)相 连接。
7. 根据权利要求6所述的逆变器，其特征在于，所述用于电流测 量的装置包括分流电阻(RS)。
8. 根据权利要求3至7之一所述的逆变器，其特征在于，与所述 第一开关元件(Sl)反向并联地布置第三二极管(D3)，并且与所述 第二开关元件(S2)反向并联地布置第四二极管(D4)。
9. 根据权利要求8所述的逆变器，其特征在于，所述第二开关元 件(S2)和第二扼流元件(L2)之间的连接点通过第五二极管(D5) 以及由第一电阻(Rl)和第三电容器(C3)构成的并联电路与所述参 考电位(O)相连接，并且所述第一开关元件(S1)和第一扼流元件(L1 ) 之间的连接点通过笫六二极管(D6)以及由第二电阻(R2)和第四电 容器((M)构成的并联电路与所述参考电位(0)相连接。
10. 根据权利要求1至9之一所述的逆变器，其特征在于，所述 逆变器包括控制单元，该控制单元具有用于控制开关元件(Sl， S2， S3, S4)和辅助开关元件(HS1， HS2)的合适的装置。
11. 用于运行根据权利要求1至IO之一所述的逆变器的方法，其 特征在于，交替地控制两个降压转换器，使得得到完整的正弦波形式 的馈入电流，并且正的正弦半波借助第一降压转换器由在输入侧施加 的正电位(1)形成，并且负的正弦半波借助第二降压转换器由在输入 侧施加的负电位(2)形成。
12. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，连续地测量第一 直流电源的电压以及提取电流，并且控制第一降压转换器，使得第一 直流电源的提取电流和电压的乘积连续地接近第一直流电源的目前最 大可输出的功率，并且连续地测量第二直流电源的电压以及提取电流， 并且控制笫二降压转换器，使得第二直流电源的提取电流和电压的乘 积连续地接近第二直流电源的目前最大可输出的功率。
13. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，连续地测量馈入电流的直流分量，并且在正直流分量的情况下为第一降压转换器预先 给定更小的馈入功率，并且在负直流分量的情况下为第二降压转换器 预先给定更小的馈入功率。
14. 用于运行根据权利要求5至IO之一所述的逆变器的方法，其 特征在于，从降压转换器的馈入功率的预先给定的减小开始，借助平 衡转换器(AW)将该降压转换器所连接的电位(l或2)的能量传输到 另一电位(2或1)上。
15. 根据权利要求14所述的方法，其特征在于，为连接在电位(l 或2)上的降压转换器预先给定更高的馈入功率，其中所述平衡转换器(AW)将能量传输到该电位上。
全文摘要
本发明涉及一种用于将来自具有共同的参考电位(0)的第一和第二直流电源的电能馈入到交流网络中的逆变器，其中逆变器在输出侧与交流网络的导线(L1_网络)和中性导线(N_网络)相连接，并且其中第一直流电源具有相对于参考电位(0)的正电位(1)，第二直流电源具有相对于参考电位(0)的负电位(2)，两个直流电源的参考电位(0)与中性导线(N_网络)相连接，逆变器包括第一降压转换器，正电位(1)利用该第一降压转换器被连接到交流网络的导线(L1_网络)上，并且逆变器包括第二降压转换器，负电位(2)利用该第二降压转换器被连接到交流网络的导线(L1_网络)上。该装置将必需的部件降低到最少，由此最小化损耗功率并且提高效率。
文档编号H02M7/48GK101278471SQ200680036250
公开日2008年10月1日 申请日期2006年7月14日 优先权日2005年9月28日
发明者H·施韦格特 申请人:奥地利西门子公司