直流dc到交流ac的變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及功率轉(zhuǎn)換領(lǐng)域。具體而言，本實(shí)用新型涉及用于將大量DC電源的直流變換成三相電網(wǎng)的三相交流的三相DC到AC變換器。更具體而言，本實(shí)用新型涉及一種用于將可再生能量發(fā)生器互連于三相電網(wǎng)的三相無(wú)變壓器DC到AC變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]功率變換器用于將第一功率網(wǎng)絡(luò)互連于第二功率網(wǎng)絡(luò)，并且用于將第一功率網(wǎng)絡(luò)的電壓和/或電流值變換成第二功率網(wǎng)絡(luò)的期望值。此外，電流的頻率可變換或轉(zhuǎn)換。例如，由光伏電源提供的DC功率轉(zhuǎn)換用于將功率給送到功率電網(wǎng)，具體是三相AC功率電網(wǎng)中。
[0003]用于該目的的可用解決方案可主要?dú)w類(lèi)成模塊化或非模塊化的變換器系統(tǒng)。模塊化途徑為使用多于一個(gè)的完整的功率轉(zhuǎn)換級(jí)(即，模塊)，以使整個(gè)高功率系統(tǒng)公式化(formulate)。模塊中的各個(gè)具有功率轉(zhuǎn)換的能力，并且能夠獨(dú)立地工作。
[0004]具有模塊化途徑的系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)為較高靈活性和冗余。例如，操作下的模塊的數(shù)量可基于負(fù)載情況優(yōu)化或減小，以便實(shí)現(xiàn)最大的效率。如果模塊中的一個(gè)失效，則系統(tǒng)仍以減小的功率工作。具有模塊化途徑的系統(tǒng)的關(guān)鍵缺點(diǎn)可為較高成本。其由于一定數(shù)量的構(gòu)件如控制器、半導(dǎo)體、磁性元件、電容器、繼電器、金屬外殼、用于互連的線纜等而為可共用或可減少的。
[0005]非模塊化途徑使用一個(gè)或一組功率轉(zhuǎn)換器/變換器來(lái)使整個(gè)系統(tǒng)公式化。不存在用以增大功率額定值和形成整個(gè)系統(tǒng)的平行連接的等同模塊。功率級(jí)拓?fù)浒l(fā)展為提高性能的關(guān)鍵主題，包括效率和功能性，以及用于該途徑的成本減少。
[0006]六開(kāi)關(guān)電壓源變換器(VSI)由于電路拓?fù)浜蛯?duì)應(yīng)控制方法為簡(jiǎn)單、在效率和成本上合理地良好、低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)且穩(wěn)健的事實(shí)而為非常常規(guī)的拓?fù)浜蛷V泛使用的技術(shù)。其由于半導(dǎo)體的進(jìn)步和可用性而大體上對(duì)于低壓(低于lkV)應(yīng)用而言為非常適合且流行的。這些拓?fù)涞娜秉c(diǎn)可為相對(duì)大的電感器尺寸，并且因此系統(tǒng)的重量為相對(duì)重的。此類(lèi)開(kāi)關(guān)的實(shí)例在US 7, 710, 752 B2中描述。
[0007]W0 2012/123559 A2描述了一種具有兩個(gè)單相系統(tǒng)和線頻率變壓器的三相變換器。
[0008]2002 年1月 /2 月的 38 期 1 號(hào)的 IEEE Trans.0n Industry Applicat1ns 的 J.Hahn, P.Enjeti 和 1.Pitel 的〃A new three - phase power - factor correct1n (PFC)scheme using two single - phase PFC modules〃描述了一種用于將三相 AC 轉(zhuǎn)變成兩相DC的變壓器。
[0009]功率變換器和相關(guān)途徑的另外的技術(shù)在以下中描述:
[0010]US 4, 135, 235 ；
[0011]A.Nabae, 1.Takahashi 和H.Akagi，〃 A New Neutral - Point - Clamped PWMInverter"，IEEE Trans.1ndustry Electron，1981 年 9 月/10 月，17 期，5 號(hào)，第 518 - 523頁(yè)；
[0012]CN 101197547 B ；
[0013]M.schweizer 和 J.ff.Kolar，"Design and Implementat1n of a HighEfficient Three-Level T-type Converter for Low Voltage Applicat1ns"， IEEETrans.Power Electron，2013 年 3 月，28 期，2 號(hào)，第 899 - 907 頁(yè)；
[0014]CN 102882411 A；
[0015]J.Rodriguez、J.S.Lai 和 F.Z.Peng，〃 Multilevel Inverters: A Surveyof Topologies, Controls and Applicat1ns"，IEEE Trans.1ndustrial Electron，2002年8月，49期，4號(hào)，第724 - 738頁(yè)；
[0016]Photon，PHOTON Publishing GmbH, Jillicher Str.376, 52070 Aachen,Germany, 2011 年 12 月，第 141 和 145 頁(yè)；2012 年 10 月，第 176-181 頁(yè)；
[0017]CN 102769401 A ；
[0018]CN 102118035 A ;以及
[0019]US 8，218，344 B20
[0020]功率平衡單元用于平衡由多個(gè)DC電源提供的間歇DC功率輸出。
[0021]EP 1 047 179 A1描述了一種經(jīng)由開(kāi)關(guān)布置操作并聯(lián)的光伏變換器的系統(tǒng)及方法。在描述的系統(tǒng)中，并聯(lián)的變換器的數(shù)量取決于由光伏發(fā)電機(jī)生成的實(shí)際功率。如果生成的功率低，則將減少活動(dòng)變換器的數(shù)量。
[0022]US 6, 800964 B2、US 8, 334617 B2、US 2010/253151 A1 和 TO 01/69769 A2 中描述了另外的功率平衡途徑。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0023]本實(shí)用新型的目的在于提供一種可連接電網(wǎng)的DC到AC變換器，其具有帶減小尺寸和較低重量的濾波器電感器。
[0024]該目的通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求的主題來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外的示例性實(shí)施例從從屬權(quán)利要求和以下描述為明顯的。
[0025]根據(jù)第一方面，提供了一種用于將大量DC電源的直流變換成三相電網(wǎng)的三相交流的直流(DC)到交流(AC)變換器。DC到AC的變換器包括具有第一子變換器和第二子變換器的變換單元。第一子變換器和第二子變換器中的各個(gè)構(gòu)造成經(jīng)由變換單元的主側(cè)提供DC電流。第一子變換器構(gòu)造成將第一 AC電流提供至三相電網(wǎng)的第一 AC輸出相，而第二子變換器構(gòu)造成將第二 AC電流提供至三相電網(wǎng)的第二 AC輸出相。變換單元構(gòu)造成使得第一AC電流的大小和第二 AC電流的大小大致相等并且對(duì)于彼此轉(zhuǎn)移120°。第一子變換器和第二子變換器連接成使得第三AC電流提供至三相電網(wǎng)的第三AC輸出相作為第一 AC電流和第二 AC電流的負(fù)總和。
[0026]具體而言，第一子變換器構(gòu)造成提供第一 AC電流至第一 AC輸出相，并且將第一 AC電流的負(fù)值提供至第三AC輸出相。第二子變換器構(gòu)造成提供第二 AC電流至第二 AC輸出相，并且將第二 AC電流的負(fù)值提供至第三AC輸出相。因此，第三AC電流由負(fù)的第一 AC電流和第二 AC電流產(chǎn)生，并且為這些電流的負(fù)總和。
[0027]如上文和下文中所述的變換器使用兩個(gè)高性能子變換器來(lái)使三相變換器公式化，該三相變換器實(shí)現(xiàn)小輸出濾波器電感器尺寸、小電網(wǎng)側(cè)電流漣波、低高頻接地高頻泄漏、完全有效和反應(yīng)功率輸送能力、低切換頻率，以及因此低切換損失。其為用于電網(wǎng)連接應(yīng)用的成本有效且高性能的dc/ac變換器電路，如但不限于太陽(yáng)能或光伏DC電源和不間斷電源(UPS)單元。
[0028]三階輸出濾波器結(jié)構(gòu)可在不添加附加電網(wǎng)側(cè)電感器的情況下獲得。因此，高輸出電流質(zhì)量可以以減少數(shù)量的電感器實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，如上文和下文中所述的變換器還可抑制高頻率普通模式(CM)電流，其可為特別是太陽(yáng)能變換器拓?fù)湓O(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題。
[0029]大磁性構(gòu)件如變換器電路的濾波器電感器可將高重量強(qiáng)加于連接于電網(wǎng)的功率電子變換器?？珊虾跣枰氖窃诓唤档托阅苋缧?、電流質(zhì)量、動(dòng)態(tài)響應(yīng)等的情況下縮小濾波器電感器的尺寸和重量。這通過(guò)由兩個(gè)高性能變換器構(gòu)成的變換器獲得，其使用了三相電流的總和對(duì)于具有三相連接的變換器等于零的構(gòu)想?；緲?gòu)思在于經(jīng)由電容元件和切換元件主動(dòng)地構(gòu)造輸出濾波器結(jié)構(gòu)，以最大化濾波器衰減能力，其導(dǎo)致低差動(dòng)模式(DM)和普通模式(CM)電流漣波，并且因此可實(shí)現(xiàn)濾波器電感器尺寸減小的目標(biāo)。此外，切換損失可減小，因?yàn)樽儞Q器使用單極切換方案，并且由于強(qiáng)濾波衰減而允許相對(duì)低的切換頻率。
[0030]根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，變換單元的主側(cè)構(gòu)造成設(shè)有第一電源的第一 DC功率和第二電源的第二 DC功率。
[0031]因此，變換器實(shí)現(xiàn)變換多于一個(gè)的DC電源的DC電流，并且將所述大量DC電源的電流給送至三相電網(wǎng)。
[0032]根據(jù)本實(shí)用新型的又一個(gè)實(shí)施例，變換器還包括功率平衡單元，其適于將第一電源和第二電源的功率均勻地分配至第一子變換器和第二子變換器。
[0033]因此，給送到三相電網(wǎng)中的功率平衡。當(dāng)大量獨(dú)立DC電源提供間歇功率輸出時(shí)，功率平衡可特別為必要的，如，例如，多個(gè)光伏發(fā)電機(jī)或其它可再生能量DC發(fā)電機(jī)。
[0034]根據(jù)本實(shí)用新型的又一個(gè)實(shí)施例，功率平衡單元包括第一級(jí)功率分配單元和第二級(jí)功率分配單元。
[0035]因此，在第一級(jí)中，完成粗功率分配，并且在第二級(jí)中，執(zhí)行精平衡。在兩級(jí)中執(zhí)行功率分配可特別地提高功率平衡的準(zhǔn)確性，并且因此提高用于將DC到AC轉(zhuǎn)換功率給送到三相電網(wǎng)中的變換器的效率。
[0036]根據(jù)本實(shí)用新型的又一個(gè)實(shí)施例，第一級(jí)功率分配單元為開(kāi)關(guān)布置，其容許將大量DC電源的DC源功率線配給至變換器單元的主側(cè)的連接