用于逆变器的开关布置以及逆变器制造技术

一种用于逆变器的方法以及开关布置，所述逆变器包括直流正极(UDC,P)、直流负极(UDC,N)和直流中性极(M)，所述布置包括：第一可控开关(SX)，所述第一可控开关(SX)连接在所述逆变器的直流中性极(M)与由所述逆变器供电的交流网络的虚拟中性点之间；和/或第二可控开关(SY)，所述第二可控开关(SY)连接在所述逆变器的直流中性极(M)与由所述逆变器供电的交流网络的地电位之间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于逆变器的开关布置、一种逆变器以及一种用于控制逆变器的方法。
技术介绍
一些转换器(如逆变器或整流器)可以具有三个DC(Direct Current)极。除了DC正极和DC负极之外，它们还具有DC中性极。例如，三电平转换器具有三个DC极。在T.Brückner,S.Bernet和H.Güldner,\The Active NPC Converter and Its Loss-Balancing Control\,IEEE Transactions on Industrial Electronics,Vol.52,No.3,June2005中给出了三电平转换器的示例。特别地，给出了三电平中性点钳位(NPC)转换器的示例。图1示出了三电平逆变器的主电路的示例。如该示例所示出的，逆变器可以由连接在其直流正极UDC,P与其直流负极UDC,N之间的一个或更多个光伏板10供电。该逆变器进一步对与其交流极AC1、AC2、AC3连接的三相功率系统进行供电。与三电平逆变器的使用相关的可能问题在于：在正常操作下，在DC电路与地之间形成高频电压，即，共模电压ucm包括高频分量。该高频分量可以例如在光伏应用的情况下对光伏板的绝缘施加压力，并且进一步在光伏板的支撑结构附近引起有害的高频电流。下式适用于图1的系统：UDC>Ug6+Umargin---(1)]]>其中Ug＝由逆变器供电的三相功率系统的相电压Umargin＝取决于系统控制和分量值的电压值如图2所示，可以通过使逆变器DC电路的直流中性极M接地来防止共模电压ucm的形成。此方案完全消除了共模电压ucm，并且因而直流正极UDC,P对地的电压和直流负极UDC,N对地的电压也是纯DC电压，在此情况下分别为UPM和UMN。与此方案相关的可能问题在于：DC电路的电压UDC必须相当高。下式适用于图2的系统：UDC>Ug8+Umargin---(2)]]>由于通常仅共模电压ucm的高频分量引起问题，所以可能仅除去这些分量就足够了。这可以通过将逆变器DC电路的直流中性极M连接至由逆变器供电的功率系统的虚拟中性点来实行。三相功率系统的虚拟中性点通常是指三相功率系统中的三个星形连接阻抗的星点。如图3所示，这样的虚拟中性点的示例是逆变器的AC输出滤波器的星形连接电容器的星点。该过程也被称为虚拟接地。与接地系统的情况(如图2中)相比，虚拟接地使得以DC电路的较低电压UDC进行操作变为可能。然而，在与图1的系统相比较时，关于该方案的可能问题在于：例如，半导体开关的电流应力较大并且操作需要DC电路的较高电压UDC。下式适用于图3的系统：UDC>Ug6+Umargin+-Uadd---(3)]]>其中Uadd＝取决于系统控制和调制方法以及分量值的另外的电压实际上，Uadd可以为约20V至50V，其在逆变器的最大功率点跟踪的期望电压变化为400V的情况下是该期望电压变化的5％至12％。上述在DC电压范围内的5％至12％可以是估计该系统的可能操作环境时的重要量。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种方法以及一种设备，以解决或至少减轻以上问题。本专利技术的目的是通过以独立权利要求中所陈述的内容为特征的开关布置、逆变器、方法和计算机程序产品来实现的。在从属权利要求中描述了本专利技术的优选实施方式。本专利技术基于提供如下可控开关的构思：该可控开关连接在逆变器的直流中性极与由该逆变器供电的交流网络的虚拟中性点之间。对此可替代地或另外地，本专利技术是基于提供如下可控开关的构思：该可控开关连接在逆变器的直流中性极与由该逆变器供电的交流网络的地电位之间。本专利技术的方案提供的优点在于：根据操作点和所涉及应用的最佳操作模式为何种情况，逆变器的直流中性极可以与由逆变器供电的交流网络的虚拟中性点和/或由逆变器供电的交流网络的地电位连接或断开。本专利技术使得能够将发电最大化并且通常使得能够优化逆变器应用的效率。附图说明现在将结合优选实施方式并参照附图来较详细地说明本专利技术，在该附图中：图1示出了根据实施方式的三相三电平逆变器的电路图；图2示出了根据实施方式的三相三电平逆变器的电路图；图3示出了根据实施方式的三相三电平逆变器的电路图；图4示出了根据实施方式的三相三电平逆变器的电路图；图5示出了根据实施方式的三相三电平逆变器的电路图；以及图6示出了根据实施方式的三相三电平逆变器的电路图。具体实施方式本专利技术的应用不限于任何特定系统，而其可以应用于各种电气系统。另外，本专利技术的使用不限于利用特定基频的任何系统或者不限于任何特定的电压电平。尽管以下示例涉及三相三电平逆变器，但是本专利技术可以应用于具有三个DC极——即直流正极、直流负极和直流中性极——的任何逆变器，如二电平逆变器。另外，本专利技术还可以应用于例如二相逆变器或具有多于三个相的逆变器。图4示出了根据实施方式的三相三电平逆变器的电路图。应当注意，该图仅呈现了对理解本专利技术必要的元件。三相三电平逆变器包括直流正极UDC,P、直流负极UDC,N、直流中性极M和三个开关分支，每个开关分支包括串联地连接在直流正极与直流负极之间的四个可控半导体开关。更具体地，三相三电平逆变器的每个开关分支包括：交流极AC1、AC2、AC3；以及串联地连接在直流正极UDC,P与开关分支的交流极AC1、AC2、AC3之间的第一可控半导体开关S1、S5、S9和第二可控半导体开关S2、S6、S10，其中第一可控半导体开关S1、S5、S9连接至直流正极UDC,P。第一二极管D1、D5、D9可以与第一可控半导体开关S1、S5、S9并联连接，并且第二二极管D2、D6、D10可以与第二可控半导体开关S2、S6、S10并联连接。此外，每个开关分支包括串联地连接在直流负极UDC,N与开关分支的交流极AC1、AC2、AC3之间的第三可控半导体开关S3、S7、S11和第四可控半导体开关S4、S8、S12，其中第四可控半导体开关S4、S8、S12连接至直流负极UDC,N。第三二极管D3、D7、D11可以与第三可控半导体开关S3、S7、S11并联连接，并且第四二极管D4、D8、D12可以与第四可控半导体开关S4、S8、S12并联连接。此外，每个开关分支包括：第五二极管D13、D15、D17，该第五二极管D13、D15、D17连接在直流中性极M与第一可控半导体开关S1、S5、S9和第二可控半导体开关S2、S6、S10之间的连接点之间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于逆变器的开关布置，所述逆变器包括直流正极(UDC,P)、直流负极(UDC,N)和直流中性极(M)，其特征在于，所述布置包括：a)第一可控开关(SX)，所述第一可控开关(SX)连接在所述逆变器的所述直流中性极(M)与由所述逆变器供电的交流网络的虚拟中性点之间；和/或b)第二可控开关(SY)，所述第二可控开关(SY)连接在所述逆变器的所述直流中性极(M)与由所述逆变器供电的交流网络的地电位之间。

【技术特征摘要】
2013.05.08 EP 13166951.71.一种用于逆变器的开关布置，所述逆变器包括直流正极(UDC,P)、
直流负极(UDC,N)和直流中性极(M)，其特征在于，所述布置包括：
a)第一可控开关(SX)，所述第一可控开关(SX)连接在所述逆变器
的所述直流中性极(M)与由所述逆变器供电的交流网络的虚拟中性点之
间；
和/或
b)第二可控开关(SY)，所述第二可控开关(SY)连接在所述逆变器
的所述直流中性极(M)与由所述逆变器供电的交流网络的地电位之间。
2.根据权利要求1所述的布置，其特征在于，按照替选方案a)，由
所述逆变器供电的所述交流网络的所述虚拟中性点是所述交流网络中的
三个星形连接阻抗的星点。
3.根据权利要求1或2所述的布置，其特征在于，按照替选方案a)，
所述布置包括用于控制所述第一可控开关(SX)的装置(20)，所述用于
控制所述第一可控开关的装置被配置成根据一个或更多个预定参数来控
制所述第一可控开关；
和/或
按照备选方案b)，所述布置包括用于控制所述第二可控开关(SY)
的装置(20)，所述用于控制所述第二可控开关的装置被配置成根据一个
或更多个预定参数来控制所述第二可控开关。
4.根据权利要求3所述的布置，其特征在于，所述一个或更多个预
定参数包括一个或更多个电压参数和/或一个或更多个阻抗参数和/或一个
或更多个电流参数和/或一个或更多个功率参数。
5.根据权利要求4所述的布置，其特征在于，在所述布置包括仅所
述第一可控开关(SX)的情况下，所述用于控制所述第一可控开关的装置
被配置成：
在所述直流正极(UDC,P)与所述直流负极(UDC,N)之间的电压低于
预定阈值时，控制所述第一可控开关(SX)不导通；以及
在所述直流正极(UDC,P)与所述直流负极(UDC,N)之间的所述电压
高于所述预定阈值时，控制所述第一可控开关(SX)导通。
6.根据权利要求4所述的布置，其特征在于，在所述布置包括仅所
述第二可控开关(SY)的情况下，所述用于控制所述第二可控开关的装置
被配置成：
在所述直流正极(UDC,P)与所述直流负极(UDC,N)之间的电压低于
预定阈值时，控制所述第二可控开关(SY)不导通；以及
在所述直流正极(UDC,P)与所述直流负极(UDC,N)之间的所述电压
高于所述预定阈值时，控制所述第二可控开关(SY)导通。
7.根据权利要求4所述的布置，其特征在于，在所述布置包括所述
第一可控开关(SX)和所述第二可控开关(SY)二者的情况下，
所述用于控制所述第一可控开关(SX)的装置被配置成：
在所述直流正极(UDC,P)与所述直流负极(UDC,N)之间的电压低于
第一预定阈值或高于第二预定阈值时，控制所述第一可控开关(SX)不导
通；和
在所述直流正极(UDC,P)与所述直流负极(UDC,N)之间的所述电压
高于所述第一预定阈值并且低于所述第二预定阈值时，控制所述第一可控
开关(SX)导通；以及
所述用于控制所述第二可控开关(SY)的装置被配置成：
在所述直流正极(UDC,P)与所述直流负极(UDC,N)之间的所述电压
低于所述第二预定阈值时，控制所述第二可控开关(SY)不导通；和
在所述直流正极(UDC,P)与所述直流负极(UDC,N)之间的所述电压
高于所述第二预定阈值时，控制所述第二可控开关(SY)导通。
8.根据权利要求4所述的布置，其特征在于，在所述布置包括仅...

【专利技术属性】
技术研发人员：马蒂·T·尤西拉，亚尔诺·尤哈尼·阿拉胡赫塔拉，维莱·科伊武拉，
申请(专利权)人：ABB公司，
类型：发明
国别省市：芬兰;FI