用于操作逆变器组件的方法以及用于执行该方法的逆变器组件与流程

本发明涉及一种用于操作逆变器组件的方法，该逆变器组件具有至少一个逆变器，分别将直流电压转换成具有市电频率的交流电压，其中，在每个逆变器中，与直流输入端相连的直流电源的直流电压通过dc/dc转换器转换成中间电路电压，所述中间电路电压在具有两个功率单元的dc/ac转换器中转换成交流电压并在交流输出端输出，所述功率单元的每一个均与交流输出端相连并且通过控制装置相互调制，所述交流电压被馈入与所述交流输出端相连的供电网络中。此外，本发明涉及一种逆变器组件，该逆变器组件具有至少一个逆变器，用于分别将直流电压转换成具有市电频率的交流电压，其中，每个逆变器具有dc/dc转换器和dc/ac转换器，所述dc/dc转换器将连接到直流输入端的直流电源的直流电压转换成中间电路电压，所述dc/ac转换器具有两个功率单元，用于将中间电路电压转换成交流电压，其中，设置控制装置，用于调制每个逆变器的功率单元。术语“逆变器组件”包括由一个或多个逆变器构成的组件，每个逆变器的输入端都连接到相应的直流电源，特别是光伏模块或光伏模块上的串，而输出端连接到供电网络。在逆变器组件具有多个逆变器的情况下，所有逆变器都可以彼此独立地被控制，或者它们可以通过通信线路彼此连接，从而它们的功能能够被协调。特别地，本发明涉及没有变压器的先进的单相逆变器(无变压器逆变器)，该逆变器通过dc/dc转换器将直流电压源(例如光伏模块)的直流电压转换成中间电路电压，并在dc/ac转换器中将中间电路电压转换成所需的交流电压，从而将直流电压转换成具有市电频率的交流电压，所述交流电压用于操作负载或馈入供电网络中。所述dc/ac转换器具有两个带半导体开关的功率单元，所述功率单元通过控制装置被相应地调制。与带变压器的逆变器相比，无变压器逆变器的效率要高得多。

背景技术：

1、由于直流电源(特别是光伏发电机)的调制(脉宽调制pwm)，没有变压器和电绝缘的逆变器会产生与电网相关的电位变化。由于逆变器组件的部件(特别是光伏模块)与地之间不可避免的寄生电容和绝缘电阻，这种电位变化会产生对地泄漏电流。当逆变器连接到供电网络时，不允许的高泄漏电流会导致强制性剩余电流电路断路器(接地故障电路断路器)被触发。触发接地故障电路断路器也可能无意中断开其他设备与供电网络的连接。接地故障电路断路器的接通需要人工操作，因此需要有人在场。因此，通常需要确定泄漏电流或造成泄漏电流的泄漏电容，并且必要时还要确定绝缘电阻，如果超过最大允许泄漏电流，则要阻止逆变器连接到供电网络。只有在消除了造成高泄漏电流的原因并再次关闭接地故障电路断路器后，逆变器中产生的交流电压才能重新用于向负载提供电能或用于馈入供电网络。在此之前，转换后的能量无法使用，这导致能量平衡恶化。因此，逆变器组件的操作者会损失宝贵的馈入时间、馈入功率和馈入能量，从而损失了金钱。馈入时间、馈入功率和馈入能量的损失会随着逆变器组件的尺寸成比例地增加。在高性能系统中，可能会出现非常高的收益损失。

2、ep 3 465 897 b1描述了一种用于操作单个无变压器逆变器的方法，其中，当超过泄漏电流的极限值时，要对该逆变器进行相应的控制，或者采用特殊的时钟方法操作该逆变器，藉此能够减小泄漏电流。尽管这使得可以连接逆变器(否则这是不允许的)，但是最终的能量平衡还是会降低，并且操作者不得不接受相应的收益损失。此外，泄漏电流的确定也需要一定的工作量。

3、cn 110323959 a描述了一种用于操作逆变器的方法以及这种逆变器，其中，市电频率的谐波通过逆变器输出端的滤波电路来降低，泄漏电流通过附加的电容器和附加的补偿电路来降低。

4、ep 1 229 629 a2描述了一种可以检测泄漏电流的逆变器。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供前文提及的用于操作逆变器组件的方法以及用于执行该方法的逆变器组件，其旨在确保所述逆变器组件即使在预期较高泄漏电流的情况下也能连接到供电网络，并且还确保转换后的能量能够被利用以实现更好的能量平衡。所述方法和逆变器组件的实施应当尽可能简单并且具有成本效益，而且不会给操作者带来任何显著的额外成本。应避免或至少减少以往方法或装置的缺点。

2、关于该方法，根据本发明的目的是这样实现的：在将交流电压馈入供电网络之前，确定每个逆变器的直流输入端的对地泄漏电容，确定哪个交流输出端连接到供电网络的哪条线路，并考虑到泄漏电容和规定的最大泄漏电流以及所确定的交流输出端的连接情况，对每个逆变器的功率单元进行非对称调制，使得各功率单元的交流输出端的电压幅值不同，即：通过调制与供电网络的相连接相连的dc/ac转换器的功率单元，使该功率单元的交流输出端产生幅值较大的电压，以及通过调制与供电网络的中性导体相连的dc/ac转换器的功率单元，使该功率单元的交流输出端产生幅值较小的电压。根据本发明的方法提供了在不测量实际泄漏电流的情况下确定每个逆变器的直流输入端的泄漏电容，并且由此在知晓最大泄漏电流和逆变器在供电网络线路上的连接情况时相应地调整每个逆变器的功率单元的调制，并且相应地改变功率单元输出端通常相等的电压幅值，或将其非对称布置。迄今为止，每个逆变器的两个功率单元都是以产生具有相同幅值的相反交流电压的方式进行调制的，而现在则是以非对称的方式进行控制，在功率单元的交流输出端产生不同幅值的电压。因此，泄漏电流得以最小化或最优化，从而也可以在没有超过最大泄漏电流和触发接地故障电路断路器的风险的情况下连接逆变器。因此，各个逆变器也可以对所产生的能量平衡做出积极贡献，而根据现有技术，逆变器必须保持停用状态。由于电容泄漏电流通常明显大于欧姆泄漏电流，因此主要确定和考虑的是泄漏电容，即复合绝缘电阻的电容比，而不是欧姆分量，即绝缘电阻。泄漏电容或系统电容可以例如根据ep 3 879283a1中描述的方法来确定。

3、逆变器在供电网络线路上的相应连接情况(即，逆变器的哪个交流输出端与中性导体相连，以及逆变器的哪个交流连接端与供电网络的相连接相连)，可以通过在逆变器上的手动输入进行设置，或者在某些情况下也可以自动确定。例如，可以在逆变器的安装过程中就已经确定连接情况，并以适当的方式进行归档或存储。然后，本发明的方法访问这些已归档或存储的数据，从而了解连接情况。自动确定连接情况的一种方式是，例如，测量任何可用测量单元中的电压以确定绝缘电阻，然后仅将一个功率单元连接到供电网络，并第二次测量测量单元中的电压。如果在第二次测量中的交流电压分量与第一次测量相比已经增加，则可以得出结论：与供电网络相连的功率单元连接到供电网络的相连接(l)，另一个功率单元因此连接到中性导体(n)。随后，可以使用另一个功率单元进行控制实验，即，只有另一个功率单元可以连接到供电网络。然后，再次比较两次测量中电压的交流电压比。

4、根据本发明的方法可以特别应用于具有多个逆变器的逆变器组件，即更强大的系统。

5、通常，每个逆变器的功率单元以预定的开关频率交替地进行脉宽调制。也可以设想其他调制方法，其相应地控制两个功率单元，从而产生期望的输出交流电压。

6、如果在达到最大泄漏电流的情况下，等待预定的时间段，并且在将交流电压馈入供电网络之前，再次确定每个逆变器的直流输入端对地的泄漏电容，并再次检查是否超过了规定的最大泄漏电流，则可以在该预定的时间段之后再次检查是否可以连接逆变器组件的各个逆变器，而没有触发接地故障电路断路器的风险。例如，预定的时间段可以在几分钟的范围内，例如5分钟。在此期间，可能会发生泄漏电容的变化，这就需要进行新的检查。作为所测量泄漏电容的函数，每个逆变器的功率单元的调制优选在预定限度内线性变化。例如，通过泄漏电容的极值来确定所述限度，极值可能表明逆变器组件的确定不正确或硬件有缺陷。

7、如果在预定限度考虑了储备，那么除了逆变器组件的泄漏电流之外，还可以考虑其他设备的泄漏电流，例如作为负载连接到供电网络的洗衣机。

8、当达到每个逆变器的所测量泄漏电容的预定上限值时，优选各逆变器保持停用，或者各逆变器被停用。泄漏电容的限值是基于经验进行选择和设置的。

9、有利的是，在至少一个逆变器的馈入操作之前，还可以测量每个逆变器的直流输入端的对地欧姆绝缘电阻，并在调制功率单元时除了考虑泄漏电容之外还将其考虑在内。如上所述，与泄漏电容的影响相比，欧姆绝缘电阻的影响通常非常小，甚至可以忽略不计。然而，如果还考虑复合绝缘电阻的欧姆分量，则可以实现逆变器组件的更有效的操作。欧姆绝缘电阻例如可以根据ep 3 879 277 a1中描述的方法来确定。

10、根据本发明的另一特征，可以确定直流电源与地连接的位置，并且在调制逆变器的功率单元时也可以考虑所确定的位置。例如，接地泄漏是发生在逆变器的直流输入端的正连接还是负连接区域中，还是发生在各个直流电源(特别是光伏模块等)之间，这可能与调制有关。确定欧姆绝缘电阻与直流电源连接的位置，例如可以与确定欧姆绝缘电阻一起进行。

11、有利的是，当中间电路电压达到预定的上限值时将停用逆变器。在根据本发明的方法中，可能需要更高的中间电路电压，其结果是逆变器组件的整体效率降低。当超过一定的中间电路电压(例如500v)时，出于安全原因和效率降低的原因，停用逆变器是有用的。

12、在至少一个逆变器的馈入操作之前和/或期间，还可以确定交流输出端的交流电压的谐波，并在对逆变器的功率单元进行调制时将其考虑在内。由于谐波在实践中会发生，并影响电网状况以及导致泄漏电流，因此当将谐波考虑在内时，可以更好地利用逆变器组件的逆变器，从而改善整体能量平衡。输出交流电压中的谐波可以例如通过选择性滤波器或傅立叶变换来确定。

13、例如，可以通过调制每个逆变器的功率单元(该功率单元连接到交流输出端，而该交流输出端连接到供电网络的中性导体)来衰减所确定的谐波，并且可以通过调制每个逆变器的功率单元(该功率单元连接到交流输出端，而该交流输出端连接到供电网络的相连接)来相应地校正该衰减。这代表了一种考虑谐波的方法。

14、根据本发明的另一个特征，当调制每个逆变器的功率单元时，可以测量并考虑每个逆变器的直流输入端的直流电压。考虑直流电源的直流电压(特别是光伏模块的直流电压)可以带来进一步的优点，特别是在具有多个逆变器的逆变器组件中，因为各个逆变器的控制也可以配置为各个输入电压的函数。然而，即使只有一个逆变器，在调制期间考虑逆变器的直流输入端的直流电压也是有利的，并且有助于进一步提高效率。

15、如果在至少一个逆变器的馈入操作过程中也确定交流电压的幅值，并且在调制每个逆变器的功率单元时将其考虑在内，那么在逆变器组件的操作期间就可以将例如谐波考虑在内，并且调制能以最佳方式适应任何变化的情况。

16、在多个逆变器的情况下，优选地作为所测量的每个逆变器的系统电容的函数来调制每个逆变器的功率单元。在这种情况下，每个逆变器的控制或调制都独立于其它逆变器，这样每个逆变器就不会出现按比例确定的最大泄漏电流，并且因此各逆变器能够有助于能量平衡。

17、在最简单的情况下，在具有多个逆变器的逆变器组件中，所确定的最大泄漏电流可以除以逆变器组件中的所有逆变器的数量。

18、优选地，逆变器组件中的逆变器数量可以通过逆变器之间的通信线路自动确定。如果除了逆变器的数量之外，还测量并考虑每个逆变器的输入端的直流电压，则可以实现本发明的收益特别优化的变型。

19、根据本发明的目的同样通过上述逆变器组件来实现，该逆变器组件被配置成用于执行上述方法。逆变器组件的功能可以通过软件在逆变器的控制装置中比较容易地实现。关于可实现的优点，请参考上述方法描述。