直流dc到交流ac的變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及功率轉(zhuǎn)換領(lǐng)域。具體而言，本實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)絡互連于第二功率網(wǎng)絡，并且用于將第一功率網(wǎng)絡的電壓和/或電流值變換成第二功率網(wǎng)絡的期望值。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歸類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的完整的功率轉(zhuǎn)換級(即，模塊)，以使整個高功率系統(tǒng)公式化(formulate)。模塊中的各個具有功率轉(zhuǎn)換的能力，并且能夠獨立地工作。
[0004]具有模塊化途徑的系統(tǒng)的優(yōu)點為較高靈活性和冗余。例如，操作下的模塊的數(shù)量可基于負載情況優(yōu)化或減小，以便實現(xiàn)最大的效率。如果模塊中的一個失效，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)鍵缺點可為較高成本。其由于一定數(shù)量的構(gòu)件如控制器、半導體、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或一組功率轉(zhuǎn)換器/變換器來使整個系統(tǒng)公式化。不存在用以增大功率額定值和形成整個系統(tǒng)的平行連接的等同模塊。功率級拓撲發(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]六開關(guān)電壓源變換器(VSI)由于電路拓撲和對應控制方法為簡單、在效率和成本上合理地良好、低技術(shù)風險且穩(wěn)健的事實而為非常常規(guī)的拓撲和廣泛使用的技術(shù)。其由于半導體的進步和可用性而大體上對于低壓(低于lkV)應用而言為非常適合且流行的。這些拓撲的缺點可為相對大的電感器尺寸，并且因此系統(tǒng)的重量為相對重的。此類開關(guān)的實例在US 7, 710, 752 B2中描述。
[0007]W0 2012/123559 A2描述了一種具有兩個單相系統(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，第 518 - 523頁；
[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，第 899 - 907 頁；
[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，第724 - 738頁；
[0016]Photon，PHOTON Publishing GmbH, Jillicher Str.376, 52070 Aachen,Germany, 2011 年 12 月，第 141 和 145 頁；2012 年 10 月，第 176-181 頁；
[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)電機生成的實際功率。如果生成的功率低，則將減少活動變換器的數(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。
【實用新型內(nèi)容】
[0023]本實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]該目的通過獨立權(quán)利要求的主題來實現(xiàn)。另外的示例性實施例從從屬權(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電流的負值提供至第三AC輸出相。因此，第三AC電流由負的第一 AC電流和第二 AC電流產(chǎn)生，并且為這些電流的負總和。
[0027]如上文和下文中所述的變換器使用兩個高性能子變換器來使三相變換器公式化，該三相變換器實現(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)量的電感器實現(xiàn)。同時，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，其可為特別是太陽能變換器拓撲設(shè)計中的關(guān)鍵問題。
[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、動態(tài)響應等的情況下縮小濾波器電感器的尺寸和重量。這通過由兩個高性能變換器構(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，其導致低差動模式(DM)和普通模式(CM)電流漣波，并且因此可實現(xiàn)濾波器電感器尺寸減小的目標。此外，切換損失可減小，因為變換器使用單極切換方案，并且由于強濾波衰減而允許相對低的切換頻率。
[0030]根據(jù)本實用新型的實施例，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，變換器實現(xiàn)變換多于一個的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)本實用新型的又一個實施例，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。當大量獨立DC電源提供間歇功率輸出時，功率平衡可特別為必要的，如，例如，多個光伏發(fā)電機或其它可再生能量DC發(fā)電機。
[0034]根據(jù)本實用新型的又一個實施例，功率平衡單元包括第一級功率分配單元和第二級功率分配單元。
[0035]因此，在第一級中，完成粗功率分配，并且在第二級中，執(zhí)行精平衡。在兩級中執(zhí)行功率分配可特別地提高功率平衡的準確性，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)本實用新型的又一個實施例，第一級功率分配單元為開關(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