本發(fā)明涉及電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，具體地，但不唯一地，本發(fā)明涉及光伏面板系統(tǒng)生成的電能的和適于直接被連接至電網(wǎng)的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。

現(xiàn)有技術(shù)

適于從所生成的電能，例如，從一個(gè)或多個(gè)再生能源，如光伏發(fā)電廠和風(fēng)力發(fā)電廠開始產(chǎn)生用于直接引入到電網(wǎng)上的電能的電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是已知的。

上述的電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)通常包括逆變器裝置(通常稱為逆變器)，其適于將DC(直流)輸入電壓轉(zhuǎn)換為具有電網(wǎng)要求的幅度和頻率特征的AC(交流)輸出電壓。這些逆變器裝置適于被直接連接至電網(wǎng)從而提供不同設(shè)備——例如，家中存在的家用電器所需的電能，或者將所生成的電能傳送至電網(wǎng)。

這種類型的系統(tǒng)受到與出現(xiàn)在電網(wǎng)上、可以即刻改變電網(wǎng)電壓的特征的可能瞬態(tài)現(xiàn)象有關(guān)的問(wèn)題。

實(shí)際上，在被連接至電網(wǎng)的、轉(zhuǎn)換由一個(gè)或多個(gè)光伏、風(fēng)力發(fā)電源等生成的能量的常用逆變器內(nèi)，例如由電網(wǎng)上的過(guò)電壓導(dǎo)致的瞬態(tài)電流與逆變器的切換設(shè)備反向平行地自由傳輸通過(guò)再循環(huán)二極管。通常，這些再循環(huán)二極管對(duì)抵抗可以達(dá)到數(shù)百或甚至上千安培的幅度的水平的高循環(huán)瞬態(tài)電流來(lái)說(shuō)是不夠穩(wěn)健的，因此這對(duì)于上述的再循環(huán)二極管是致命的。

此外，切換設(shè)備自身可能需要切換這些帶有隨之而來(lái)的高應(yīng)力的瞬態(tài)電流，高應(yīng)力經(jīng)常導(dǎo)致與所述瞬態(tài)有關(guān)的設(shè)備的損壞。

附圖1和2顯示了所述情況的例子。

圖1和2顯示用于直接連接至電網(wǎng)的單級(jí)和雙級(jí)類型的逆變器。通常，雙級(jí)逆變器可以被提供給一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的輸入通道。當(dāng)瞬態(tài)過(guò)電壓11發(fā)生在電網(wǎng)10，比電網(wǎng)頻率更高的頻率的瞬態(tài)電流12自由地橫跨逆變器的再循環(huán)二極管13和來(lái)自光伏組件的直流電壓上的濾波電容器。這個(gè)電流在通常非常低的阻抗的電路內(nèi)流動(dòng)并且甚至可以達(dá)到上千安培的峰值。

明顯的是，這個(gè)電流對(duì)于存在于逆變器內(nèi)的半導(dǎo)體設(shè)備，特別是開關(guān)和再循環(huán)二極管是非常危險(xiǎn)的。

因此本發(fā)明的目的是提出適于解決上述技術(shù)問(wèn)題，并且從而允許逆變器的半導(dǎo)體設(shè)備，進(jìn)而逆變器自身，幸免于在電網(wǎng)上出現(xiàn)的瞬態(tài)現(xiàn)象的設(shè)備。

本發(fā)明的另外的特征和優(yōu)勢(shì)將在下面的參照附圖中各圖的非限定性實(shí)施例的描述中變得明顯，附圖是圖解的并示出適于根據(jù)實(shí)踐中不同電路解決方案實(shí)現(xiàn)的功能模塊。具體地：

圖1顯示了與出現(xiàn)在電網(wǎng)上的瞬態(tài)現(xiàn)象以及隨之而來(lái)的瞬態(tài)電流的路徑有關(guān)的單級(jí)逆變器的圖解電路；

圖2顯示了與出現(xiàn)在電網(wǎng)上的瞬態(tài)現(xiàn)象以及隨之而來(lái)的瞬態(tài)電流的路徑有關(guān)的雙級(jí)逆變器的圖解電路；

圖3顯示了包括根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的第一優(yōu)選實(shí)施例的、與出現(xiàn)在電網(wǎng)上的瞬態(tài)現(xiàn)象以及隨之而來(lái)的瞬態(tài)電流的路徑有關(guān)的單級(jí)逆變器的圖解電路；

圖4顯示了包括根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的第一優(yōu)選實(shí)施例的、與出現(xiàn)在電網(wǎng)上的瞬態(tài)現(xiàn)象以及隨之而來(lái)的瞬態(tài)電流的路徑有關(guān)的雙級(jí)逆變器的圖解電路；

圖5顯示了包括根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的第一優(yōu)選實(shí)施例的、與出現(xiàn)在電網(wǎng)上的瞬態(tài)現(xiàn)象以及隨之而來(lái)的瞬態(tài)電流的路徑有關(guān)的單級(jí)逆變器的圖解電路，第一優(yōu)選實(shí)施例包括共模渦流消減濾波器；

圖6顯示了包括根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的第二優(yōu)選實(shí)施例的、與出現(xiàn)在電網(wǎng)上的瞬態(tài)現(xiàn)象和隨之而來(lái)的瞬態(tài)電流的路徑有關(guān)的單級(jí)逆變器的圖解電路；

圖7顯示了包括根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的第二優(yōu)選實(shí)施例、與出現(xiàn)在電網(wǎng)上的瞬態(tài)現(xiàn)象和隨之而來(lái)的瞬態(tài)電流的路徑有關(guān)的雙級(jí)逆變器的圖解電路；

圖8顯示了包括根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的第二優(yōu)選實(shí)施例的、與出現(xiàn)在電網(wǎng)上的瞬態(tài)現(xiàn)象和隨之而來(lái)的瞬態(tài)電流的路徑有關(guān)的單級(jí)逆變器的圖解電路，第二優(yōu)選實(shí)施例包括共模渦流消減濾波器；

圖9顯示了包括根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的第三優(yōu)選實(shí)施例的、與出現(xiàn)在電網(wǎng)上的瞬態(tài)現(xiàn)象和隨之而來(lái)的瞬態(tài)電流的路徑有關(guān)的單級(jí)逆變器的圖解電路；

圖10顯示了包括根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的第三優(yōu)選實(shí)施例的、與出現(xiàn)在電網(wǎng)上的瞬態(tài)現(xiàn)象和隨之而來(lái)的瞬態(tài)電流的路徑有關(guān)的雙級(jí)逆變器的圖解電路；

圖11顯示了包括根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的第三優(yōu)選實(shí)施例的、與出現(xiàn)在電網(wǎng)上的瞬態(tài)現(xiàn)象和隨之而來(lái)的瞬態(tài)電流的路徑有關(guān)的單級(jí)逆變器的圖解電路，第三優(yōu)選實(shí)施例包括共模渦流消減濾波器。

發(fā)明概述

本發(fā)明涉及用于連接至電網(wǎng)的電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的瞬態(tài)電流保護(hù)設(shè)備，包括在主濾波電感器的上游連接在電網(wǎng)和所述逆變器的電源部分之間的二極管電橋。

發(fā)明的詳細(xì)描述

本發(fā)明的主要目的在于提出用于逆變器裝置，特別是用于待被直接連接至電網(wǎng)的逆變器裝置的附加保護(hù)設(shè)備，其適于在主濾波電感器的上游被布置在電網(wǎng)和所述逆變器的電源部分之間，從而建立用于可能的瞬態(tài)電流的可選路徑，可能的瞬態(tài)電流因此可不再橫跨切換設(shè)備的再循環(huán)二極管或切換設(shè)備。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提出新的逆變器裝置，特別是配備了所述附加設(shè)備的、待被直接連接至電網(wǎng)的逆變器裝置。

本發(fā)明的目的的設(shè)備15的優(yōu)選實(shí)施例包括被連接在所述逆變器的電源部分和電網(wǎng)10之間的、在通常包括至少兩個(gè)濾波電感器16、17的輸出濾波器23的下游的二極管電橋或Graetz橋。陰極18在濾波電容器的下游通過(guò)直接電連接的方法或者通過(guò)另一中間元件被耦合至逆變器直流電壓輸入的正端子；逆變器直流電壓輸入的負(fù)端子的陽(yáng)極19在濾波電容器的下游，以及兩個(gè)中間端子20、21被電連接至逆變器輸出端子，即，被連接至電網(wǎng)的兩個(gè)端子。

附圖3和4顯示了在用于直接連接至電網(wǎng)的單級(jí)和雙級(jí)類型的逆變器的情況下的、根據(jù)本發(fā)明的逆變器的設(shè)備15的第一優(yōu)選實(shí)施例應(yīng)用的兩個(gè)例子。

當(dāng)瞬態(tài)過(guò)電壓11發(fā)生在電網(wǎng)10，比來(lái)自電網(wǎng)的電流更高頻率的瞬態(tài)電流12從電網(wǎng)流至逆變器但是被Graetz橋的二極管“攔截”，Graetz橋二極管充當(dāng)對(duì)于逆變器的再循環(huán)二極管13的旁路，并且使所述電流循環(huán)通過(guò)例如被布置在來(lái)自光伏組件14的直流電壓上的濾波電容器。

提出在主濾波電感器的上游在電網(wǎng)和逆變器的級(jí)電源之間的、根據(jù)本發(fā)明的二極管電橋電路，從而建立用于瞬態(tài)電流的可選路徑，瞬態(tài)電流將不再橫跨切換設(shè)備的再循環(huán)二極管，從而保護(hù)它們。

帶有對(duì)電流瞬態(tài)的特定阻抗特征的組件可以被選擇來(lái)制造根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備15，而不考慮切換速度要求，而切換速度要求在對(duì)用于逆變器的電源級(jí)的半導(dǎo)體切換設(shè)備的選擇中最重要。

根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備15可以使用尺寸適合的常用、價(jià)格劃算的關(guān)于瞬態(tài)電流的橋式整流模塊被有利地制造。

參照附圖5，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備15的所述第一優(yōu)選實(shí)施例可以包括通過(guò)一對(duì)相互耦合的電感器制造的至少一個(gè)共模渦流阻斷濾波器22。

所述濾波器22優(yōu)選地是由上面纏繞了兩個(gè)電導(dǎo)體的鐵磁芯制成。鐵磁芯必須具有在相關(guān)頻率范圍內(nèi)，例如在150kHZ-30kHZ范圍中，必須保持盡可能恒定的高導(dǎo)磁率值。這樣高導(dǎo)磁率值允許獲得與電感值L盡可能相似的互感系數(shù)M。

所述濾波器22可以被電連接至所述二極管電橋的上游、所述二極管電橋的下游，或者甚至所述二極管電橋的上游和下游。例如，當(dāng)其被連接至所述二極管電橋的上游，所述濾波器是由兩個(gè)電導(dǎo)體纏繞在其上的合適的鐵磁芯制成：第一導(dǎo)體，其在濾波電容器的下游將逆變器直流電壓輸入的正端子連接至所述二極管電橋的陰極18；第二導(dǎo)體，其在濾波電容器的下游將所述二極管電橋的陽(yáng)極19電連接至逆變器直流電壓輸入的負(fù)端子。

例如，當(dāng)所述濾波器22被連接在所述二極管電橋的下游，其是由兩個(gè)電導(dǎo)體纏繞在其上的合適的鐵磁芯制成，兩個(gè)電導(dǎo)體將所述二極管電橋的兩個(gè)中間端子20、21連接至逆變器的輸出端子。

附圖6、7和8顯示了在用于直接連接至電網(wǎng)的單級(jí)和雙級(jí)類型的逆變器的情況下，根據(jù)本發(fā)明的逆變器的設(shè)備15的第二優(yōu)選實(shí)施例應(yīng)用的兩個(gè)例子。

第二優(yōu)選實(shí)施例適用于下列情況：對(duì)逆變器的開關(guān)的特定類型的PWM調(diào)制——例如，其中逆變器的上部開關(guān)保持整半個(gè)周期導(dǎo)通的調(diào)制——可以在正常操作期間引起所述二極管電橋的不希望的導(dǎo)通。所述二極管電橋的二極管的這個(gè)不希望的情況可以產(chǎn)生逆變器輸出電流的畸變，這也因?yàn)闄M跨所述二極管電橋的二極管的電流不涉及調(diào)節(jié)逆變器操作的控制回路。

為了解決上述缺點(diǎn)，本發(fā)明的所述第二優(yōu)選實(shí)施例使用在濾波電容器的下游，陰極連接至所述二極管電橋的陰極18和陽(yáng)極連接至逆變器直流電壓輸入的正端子的瞬態(tài)電壓抑制器60(也被縮寫TVS表示)。

所述TVS 60操作成使得引入關(guān)于所述二極管電橋的某種激活閾值，避免沒(méi)有在電網(wǎng)電壓上的瞬態(tài)過(guò)電壓時(shí)偏置到所述二極管電橋的二極管的導(dǎo)通模式。

所述TVS 60的擊穿電壓的選擇值必須足夠低以避免在電網(wǎng)上出現(xiàn)瞬態(tài)現(xiàn)象時(shí)完全抑制所述二極管電橋的操作。所述TVS 60的擊穿電壓小于或等于10V，其對(duì)保證系統(tǒng)在大部分應(yīng)用中的正確操作是足夠的。

最后，附圖9、10和11顯示了在用于直接連接至電網(wǎng)的單級(jí)和雙級(jí)類型的逆變器的情況下，根據(jù)本發(fā)明的逆變器的設(shè)備15的第三優(yōu)選實(shí)施例應(yīng)用的兩個(gè)例子。

本發(fā)明的第三優(yōu)選實(shí)施例使用在濾波電容器的下游，陽(yáng)極連接至所述二極管電橋的陰極18和與陰極連接至直流電壓逆變器輸入的正端子的一系列二極管80，以代替所述TVS 60。一系列二極管80以相似于上述TVS 60的方式操作，引入關(guān)于所述二極管電橋的某種激活閾值，從而避免在沒(méi)有電網(wǎng)電壓上的瞬態(tài)過(guò)電壓時(shí)偏置所述二極管電橋的二極管至導(dǎo)通模式。

同樣在本發(fā)明的這個(gè)第三優(yōu)選實(shí)施例中，所述一系列二極管80的擊穿電壓的選擇值必須足夠低以在電網(wǎng)上出現(xiàn)瞬態(tài)現(xiàn)象時(shí)完全抑制所述二極管電橋的操作。所述二極管電橋80的擊穿電壓小于或等于10V，其對(duì)保證在大部分應(yīng)用中的正確系統(tǒng)操作是足夠的。

本發(fā)明并不僅適用于如出于簡(jiǎn)化目的在附圖中示出的單相逆變器，而且還不同地適用于三相系統(tǒng)，并且，更一般地，適用于多相系統(tǒng)，僅僅通過(guò)使用包括等于待被保護(hù)的線路的數(shù)量的適合數(shù)目的支路的二極管電橋。