用于转换电功率的设备和方法与流程

本技术涉及一种用于转换电功率的设备和方法，所述电功率尤其从pv发电机中提取并且被供应给电解装置。

背景技术：

1、pv发电机(pv：photovoltaik，光伏)具有pv特性曲线，该pv特性曲线示出由pv发电机所产生的电流与施加到pv发电机上的电压的相关性。在功率转换器上、尤其是在逆变器上运行pv发电机时，功率转换器可以预给定在pv发电机上的电压并且在相对大的电压范围内变化。pv特性曲线具有最大功率点，即具有如下电压：在该电压的情况下，由电流和电压组成的乘积是最大的。最大功率也被称为mpp功率(mpp：maximum power point，最大功率点)。通常，功率转换器包括调节装置，该调节装置力争调设最大功率点，其方式是，电压以适合的方式变化并且观察功率的相对应的变化。为此，尤其可以根据所调设的电压使用电流的测量。

2、电解装置具有电解特性曲线，该电解特性曲线示出由电解装置所产生的电流与施加到电解装置上的电压的相关性。在功率转换器上、尤其是在有源整流器上运行电解装置时，功率转换器可以预给定在电解装置上的电压并且在电压范围内变化。电流的电解特性曲线具有空转范围和起始电压，其中，电解装置在小于起始电压时处在空转中，并且在大于起始电压时可以在电解运行中运行。起始电压与电解装置的各个电解槽的所谓的分解电压相对应。在电解运行中，由电解装置消耗的电流和因此所消耗的功率随着在电解装置上的电压的增加而单调增加，直至电解装置的最大功率。

3、在de3150758a1中描述一种设备，该设备将由pv发电机产生的电功率经由切换机构供应给电解装置。为了改进在不同运行条件下pv发电机与电解装置的适配，切换机构根据运行条件将由pv发电机所产生的电能的一部分供应给电池或者将电能供应给电解装置，该电能部分地从电池中提取。

技术实现思路

1、本技术所基于的任务在于，阐明一种改进的用于转换电功率的设备，该设备设立为用于，从pv发电机提取电功率并且将其供应给电解装置。此外，本发明所基于的任务在于，阐明一种改进的用于转换电功率的方法，其中，从pv发电机提取电功率并且将其供应给电解装置。

2、该任务通过具有权利要求1的特征的设备或通过具有独立权利要求9的特征的方法以及根据权利要求19的能量转换系统来解决。在从属权利要求中给出优选的实施方式。

3、设置一种用于在pv发电机与电解装置之间转换电功率的设备，其中，所述设备具有用于附接pv发电机的第一侧和用于附接电解装置的第二侧。该设备具有逆变器和有源整流器。逆变器布置在该设备的第一侧与变压器之间。有源整流器布置在变压器与该设备的第二侧之间。因此，整流器的ac侧经由变压器与逆变器的ac侧连接。

4、逆变器设立为用于，将在逆变器的dc侧上的第一dc电压转换为在逆变器的ac侧上的第一ac电压。第一dc电压可以尤其相应于附接的pv发电机的pv电压。整流器设立为用于，将在整流器的ac侧上的第二ac电压转换为在整流器的dc侧上的第二dc电压。第二dc电压可以尤其相应于附接的电解装置的电解电压。

5、所述设备具有控制装置，该控制装置设立为用于，通过调设整流器的在第二ac电压与第二dc电压之间的ac/dc转换比，影响在设备的第一侧与第二侧之间的从附接的pv发电机到附接的电解装置的功率流动。在此，ac/dc转换比相应于由在整流器的ac侧上的第二ac电压和在整流器的dc侧上的第二dc电压组成的商。视转换比的具体待使用的定义而定地，该商由dc电压和ac电压的不同参数形成，其中，尤其可以使用相应的电压的最大幅度或者有效值。通过调设ac/dc转换比，可以调设在pv发电机与电解装置之间的电功率的流动，使得由该设备转换的功率可以例如适配于pv发电机的和电解装置的分别存在的运行条件。如此，可以例如使功率流动动态地适配于运行条件。这可以例如包括，经由调设ac/dc转换比力争如下功率流动：该功率流动相应于在电解装置的和/或pv发电机的相应的特性曲线上的最佳点，尤其是pv发电机的最大功率的工作点。在此，该调设可以逐步地和/或逐渐地进行。优选地，该设备的控制装置布置在有源整流器中。

6、在一种实施方式中，有源整流器具有半导体开关，所述半导体开关尤其在桥式组件中实施并且形成有源整流器桥。在该实施方式中，有源整流器的ac/dc转换比的调设通过半导体开关的适合的时钟进行。在此，该时钟通过对半导体开关的时钟操控实现。在此，时钟操控可以例如通过该设备的控制装置或者通过有源整流器的控制装置进行。在此，在第二dc电压与第二ac电压的关系与有源整流器的ac/dc转换比相关。尤其是，如果该转换比具有值一，例如如果半导体开关没有时钟控制(getaktet)，则dc电压基本上可以相应于ac电压的最大幅度。

7、在该设备的一种实施方式中，在逆变器的dc侧上的第一dc电压和在有源整流器的dc侧上的第二dc电压与有源整流器的ac/dc转换比相关。即，在该实施方式中，通过调设第一和第二dc电压，经由整流器的ac/dc转换比，影响该设备的第一与第二侧之间的功率流动。尤其是，在给定的ac/dc转换比的情况下，第一dc电压和第二dc电压可以如此出现，使得在附接的pv发电机的和附接的电解装置的特性曲线上的工作点基本上具有带有相反的符号的相同功率，其中，它们的dc电压相应于ac/dc转换比彼此间隔开。

8、尤其是，有源整流器可以从其ac侧向其dc侧根据该ac/dc转换比用作降压斩波器。第二ac电压，更准确地说，在整流器的ac侧上的第二ac电压的导体-导体电压，在此通过第二dc电压与该ac/dc转换比相乘得出。即，在用作降压斩波器的有源整流器的情况下，该ac/dc转换比小于或者最大等于1。由此，可以还更好地调设功率流动，并且可以将工作点优化为相应的特性曲线。替代地或者附加地，逆变器可以从其dc侧向其ac侧用作具有dc/ac转换比的降压斩波器。在此，dc/ac转换比相应于由在逆变器的dc侧上的第一dc电压和在逆变器的ac侧上的第一ac电压组成的商。第一ac电压，更准确地说，第一ac电压的导体-导体电压，在此通过第一dc电压与该dc/ac转换比相乘得出。即，在用作降压斩波器的逆变器的情况下，该dc/ac转换比大于或者至少等于1。由此，可以还更好地调设功率流动，并且可以将工作点优化为相应的特性曲线。

9、在该设备的一种实施方式中，变压器以ac/ac转换比将第一ac电压转换为第二ac电压，并且实现在设备的第一侧与第二侧之间的电隔离。在此，ac/ac转换比相应于由在变压器的一侧上的第一ac电压和在变压器的另一侧上的第二ac电压组成的商。因此，施加在逆变器的ac侧上的第一ac电压尤其与第二ac电压耦合，该第二ac电压施加在整流器的ac侧上，其方式是，变压器以该ac/ac转换比将第一ac电压转换为第二ac电压。因此，在逆变器的dc侧上的第一dc电压可以通过第一ac电压和变压器同样与第二ac电压相关，并且通过有源整流器的当前的转换比与第二dc电压耦合。

10、在一种实施方式中，所述设备设立为用于，通过调设逆变器的dc/ac转换比和/或变压器的ac/ac转换比影响其第一侧与其第二侧之间的功率流动。因此，除了通过整流器的ac/dc转换比的影响之外，还实现该影响。由此，产生用于设计能量转换系统的、尤其是用于能够附接的pv发电机的和电解装置的尺寸确定的另外的自由度，其中，通过相应的系统设计和转换比的动态适配，可以实现功率流动的优化，而无需强制改变该设备的硬件。

11、在该设备的一种实施方式中，逆变器如此实施，使得逆变器在适合的操控的情况下能够实施有源整流器的功能，反之亦然，有源整流器能够实施逆变器的功能。为此，逆变器和有源整流器尤其具有相同的壳体并且尤其具有相同的功率电子电路。在一种实施方式中，有源整流器和逆变器可以具有相同的硬件配备并且仅通过对半导体开关的操控区分开，该操控限定功能“有源整流器”和“逆变器”。这尤其具有下述优点：现有的硬件可以灵活地用于不同目的。

12、在一种实施方式中，逆变器经由ac网络与变压器连接，并且至少一个另外的逆变器与ac网络连接，其中，另外的逆变器能够在其dc侧上与另外的pv发电机或者电储能器连接。通过这样的尤其局部限制的并且优选不与能量供给网络连接的ac网络，可能的是，将由另外的dc单元、例如另外的pv发电机或者例如电池产生或储备的电功率馈入到电解装置中。

13、用于在pv发电机与电解装置之间转换电功率的方法具有下述步骤：

14、·通过逆变器将通过pv发电机在第一dc电压的情况下产生的pv功率转换为具有第一ac电压的ac功率。

15、·通过变压器将ac功率变换为具有第二ac电压的ac功率。

16、·通过有源整流器将ac功率转换为dc功率。

17、在此，将在第二dc电压的情况下的dc功率馈入到电解装置中。通过有源整流器影响pv发电机与电解装置之间的功率流动，其方式是，该有源整流器调设第二ac电压与第二dc电压之间的ac/dc转换比。该方法可以例如在上述设备中的一个设备上实施。通过有源整流器进行的调设可以通过控制装置来控制，该控制装置可以例如布置在有源整流器中。

18、在该方法的一种实施方式中，第一dc电压施加在逆变器的dc侧上并且因此施加在附接的pv发电机上。第一ac电压在逆变器的ac侧上施加在变压器上。第二ac电压在有源整流器的ac侧上施加在有源整流器上。第二dc电压在整流器的dc侧上施加在电解装置上。不仅第一dc电压，而且第二dc电压，与有源整流器的经调设的ac/dc转换比相关。

19、在该方法的一种实施方式中，从相应于pv发电机的空转电压的第一dc电压和相应于电解装置的静态电压的第二dc电压出发的功率流动这样增大，使得如此调设有源整流器的ac/dc转换比，使得第一dc电压减小并且第二dc电压增加，其中，pv功率沿着pv发电机的pv特性曲线在mpp功率的方向上升高，并且由电解装置消耗的dc功率沿着电解装置的电解特性曲线在额定功率的方向上升高。由此，同时在电解装置的和pv发电机的特性曲线上使相应的工作点在较高的功率的方向上移动，其中，该功率自相应的工作点起在很大程度上是相同的。

20、在该方法的一种实施方式中，将有源整流器的ac/dc转换比如此调设为初始状态，使得第一dc电压相应于pv发电机的空转电压并且第二dc电压相应于电解装置的静态电压。在此，pv发电机的空转电压是在一个时间点给定的参量，而电解装置的静态电压可以定位在小于起始电压的电压范围内。在所述初始状态中，第一dc电压与第二dc电压的比例可以基本上相应于由变压器的ac/ac转换比和逆变器的确定的dc/ac转换比组成的乘积。

21、在该方法的一种实施方式中，逆变器的dc/ac转换比被确定为在1与2之间的值、优选被确定为在1.3与1.7之间的值，例如被确定为1.5。该值尤其是有利的，以便如此调设该设备的和该方法的初始状态，使得可以优化该设备的第一与第二侧之间的功率流动并且尤其可以在pv发电机的和电解装置的特性曲线上实现适合的工作点。此外，dc/ac转换比的具体的值的选择能够在选择能够附接的pv发电机和电解装置方面实现较大的自由性，并且该方法可以最佳地根据在运行时特性曲线的可预见的变化的带宽来调设，即可以尤其适配于pv发电机的pv特性曲线的由于天气和辐照所引起的移动。

22、在该方法的一种实施方式中，可以逐级地改变变压器的ac/ac转换比，以便实现初始状态，在所述初始状态中，逆变器的dc/ac转换比具有为此所确定的值，并且整流器的ac/dc转换比基本上具有值一。该状态尤其是有利的，以便如此调设该设备的和该方法的初始状态，使得可以优化该设备的第一与第二侧之间的功率流动并且尤其可以在pv发电机的和电解装置的特性曲线上实现适合的工作点。此外，ac/ac转换比和该ac/ac转换比的变化范围的选择可以用作用于设计总系统的自由度，并且可以根据pv发电机的和电解装置的特性曲线的具体的相对位置被优化。

23、dc/ac转换比和ac/ac转换比可以被一次地或者重复地改变，例如每天在早上启动该能量供给系统时被改变和/或每天相应于特性曲线的变化地、例如相应于pv发电机的pv特性曲线的由于天气和辐照所引起的移动地多次地被改变。

24、在该方法的一种实施方式中，通过根据从pv发电机到电解装置中的功率流动的检测到的功率来改变有源整流器的调制程度，调设整流器的ac/dc转换比。ac/dc转换比，即有源整流器的转换比，在此与有源整流器的调制程度相关，尤其与有源整流器的半导体开关的调制程度相关。

25、在该方法的一种实施方式中，逐步地如此改变整流器的ac/dc转换比，使得pv发电机的功率输出、即pv功率逐步地被增大，其中，功率输出优选从初始状态或者从零增大为pv发电机的最大功率。从pv发电机的空转出发，这相应于第一dc电压从pv发电机的空转电压沿着pv特性曲线在朝向较大功率的方向上的减小，该第一dc电压相应于pv电压。pv功率可以作为电功率的功率流动的一部分从pv发电机流动到电解装置。

26、在该方法的一种实施方式中，重复地改变整流器的ac/dc转换比并且观察功率流动的由此引起的变化。在此，在每次改变之后，如此调设整流器的ac/dc转换比，使得pv发电机的pv功率接近mpp功率。这可以例如相应于mpp追踪调节装置。即，在该实施方式中，有源整流器实施pv发电机的mpp追踪。

27、在该方法的一种实施方式中，该设备具有另外的逆变器，该另外的逆变器在其dc侧上与电储能器连接并且在其ac侧上与变压器连接，其中，另外的逆变器与储能器交换能够调设的dc存储器功率。

28、能量转换系统可以具有pv发电机、电解装置和上文描述的用于转换电功率的设备中的一个或者多个设备。这样的能量转换系统可以设立为用于实施上述方法中的一个或者多个方法。