專利名稱：用于將電能饋送到電網(wǎng)的設(shè)備和用于這種設(shè)備的dc電壓轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及權(quán)利要求1前序部分所述類型的設(shè)備，以及適用于其的DC 電壓轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
多種類型的變換器用于將由例如光電或燃料電池發(fā)電器等的DC電壓 發(fā)生器所產(chǎn)生的電能饋送到AC電網(wǎng)，特別是到市電網(wǎng)(50/60Hz)。在 DC電壓發(fā)生器和變換器之間，大多提供DC電壓轉(zhuǎn)換器(DC-DC斬波器)， 其用于將由DC電壓發(fā)生器供給的DC電壓轉(zhuǎn)換為變換器需要的DC電壓 或?qū)χM(jìn)行適應(yīng)。
出于不同的原因，希望將DC電壓發(fā)生器的輸出之一接地。希望接地 的原因在于， 一方面，某些國(guó)家要求這種接地。另一方面，當(dāng)缺少接地時(shí)， 在運(yùn)行中產(chǎn)生不同的缺點(diǎn)。 一個(gè)問(wèn)題在于高頻泄漏電流。由于DC電壓發(fā) 生器和接地之間的不可避免的寄生電容，產(chǎn)生不能接受的安全風(fēng)險(xiǎn)的較大 的均衡電流可能在電位波動(dòng)的情況下發(fā)生，使得需要使用故障電流傳感器 等的復(fù)雜監(jiān)4見(jiàn)措施來(lái)進(jìn)行接觸保護(hù)或用于建立電磁兼容(EMC)，且所述 均衡電流僅能通過(guò)接地來(lái)安全地避免。另外，已經(jīng)知道，光電發(fā)電器在劣 化方面的特性非常不同，取決于制造它們所用的技術(shù)。具有晶體和多晶單 元或某些薄膜模塊的發(fā)電器優(yōu)選為用負(fù)端子接地，同時(shí)，后部接觸的單元 優(yōu)選為在正端子上接地。
4吏用具有4吏得DC電壓側(cè)和AC電壓側(cè)電氣分離的變壓器的DC電壓 轉(zhuǎn)換器，所介紹的類型的接地是容易地可行的，可通過(guò)其避免所提到的缺 點(diǎn)。無(wú)論使用電網(wǎng)變壓器還是高頻變壓器，變壓器一般導(dǎo)致效率的降低， 某種程度上較大的重量和尺寸和/或附加的控制成本，這成為無(wú)變壓器電壓
5轉(zhuǎn)換器在原則上優(yōu)選的原因。然而，無(wú)變壓器DC電壓轉(zhuǎn)換器的常用拓樸 使得不可能實(shí)現(xiàn)希望的接地，因?yàn)檫@種接地將導(dǎo)致所需開關(guān)、電容等中的 短路，或者，其導(dǎo)致增大的電路成本及其其他缺點(diǎn)。
因此，已經(jīng)以另外的方式為避免所提到的缺點(diǎn)作出了多種努力。特別 地，用于減小不希望的泄漏電流的電路是已知的(例如DE 10 2004 037 466 Al， DE 102 21 592A1， DE 10 2004 030 912 B3 )。在這些電路中，例如， 太陽(yáng)能發(fā)電器在內(nèi)部電能傳輸?shù)哪承┫嗯c電網(wǎng)隔離地運(yùn)行。當(dāng)太陽(yáng)能發(fā)電 器周期性地重新電氣連接到電網(wǎng)時(shí)，其寄生電容僅僅輕樣i:地重新轉(zhuǎn)換，使 得太陽(yáng)能發(fā)電器的電位以電網(wǎng)頻率正弦地并以對(duì)應(yīng)于電網(wǎng)電壓一半的電壓 幅度變化。于是，高頻電流由于僅僅兩個(gè)開關(guān)周期之間的太陽(yáng)能發(fā)電器的 低電壓差以及開關(guān)期間的不對(duì)稱而形成。因此，可強(qiáng)有力地使電容性泄漏 電流最小化，但在原理上不能完全避免。
進(jìn)一步地，已經(jīng)知道了一種使用中心點(diǎn)接地的分割太陽(yáng)能發(fā)電器的電 路布置(DE 102 25 020 Al)。結(jié)果，太陽(yáng)能發(fā)電器的所有部件具有固定 的電位，電容性泄漏電流在原理上不能流動(dòng)。由于兩個(gè)直流源具有不同的 產(chǎn)出(yield)，另外提供用于補(bǔ)償電力差和電壓的電路。在這種建議的電 路中，缺點(diǎn)在于開關(guān)上和太陽(yáng)能發(fā)電器中的高電壓差、補(bǔ)償電路中的附加 損耗以及需要至少四個(gè)高頻脈沖開關(guān)。
除此之外，已經(jīng)知道這樣的電路布置借助該電路布置，太陽(yáng)能發(fā)fe 器可在一側(cè)接地，盡管沒(méi)有變壓器。原理上，電容性泄漏電流因此得以避 免。然而，這些電路布置中的一個(gè)(DE 196 42 522 Cl)需要五個(gè)有源開 關(guān)， 一個(gè)或兩個(gè)開關(guān)必須以高頻同步開關(guān)并提供平均輸出電流。采用也^皮 稱為"飛行電感器(flyinginductor)"的這種電路，效率因此受到串聯(lián)在 電流中的同時(shí)參與的大量部件的影響。這種電路的另 一缺點(diǎn)也在于不連續(xù) 的電流脈沖被施加在電網(wǎng)上，這需要電容性干線濾波器，由于其自身對(duì)空 閑功率(idle power)的需求，其原理上固有地4吏得功率因數(shù)劣化并4吏部分 負(fù)載范圍內(nèi)電路的效率劣化。盡管這樣的電容性干線濾波器可使用另一￡ 知電路來(lái)避免(DE 197 32 218 Cl),為此需要九個(gè)有源開關(guān)，其中的至少兩個(gè)必須以高頻同時(shí)開關(guān)，使得構(gòu)造成本甚至進(jìn)一步增大，整個(gè)設(shè)備的 魯棒性和效率受到負(fù)面影響。飛行電感器的拓樸進(jìn)一步具有開關(guān)的電壓負(fù) 栽依賴于千線電壓且對(duì)干線電力故障敏感的缺點(diǎn)，并具有僅能在三個(gè)變換
器的幫助下通過(guò)三倍使用(three-fold use)以三相運(yùn)行模式運(yùn)行的缺點(diǎn)。 不論這些，需要具有電流源特性的變換器，其在許多情況下是不希望的。
最后，這樣的設(shè)備是已知的(US 2007/0047277 Al):其用于具有艱 極電壓中間電路的變換器，該電路包含在接地端子上連接在一起的兩個(gè)舉 聯(lián)連接的電容器。這種類型的變換器目前主要用于文中的目的，其可被配 置為3電平電路中的半橋變換器，以及根據(jù)需要，配置為用于一相或三相 電網(wǎng)電源的變換器。在所有這些情況下，兩個(gè)電容器之間的連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)成 接地端子，接地端子與相應(yīng)的電網(wǎng)的零或中性導(dǎo)體相關(guān)聯(lián)并與W目連接。
這種已知設(shè)備的DC電壓轉(zhuǎn)換器包含一個(gè)扼流器(choke)、兩個(gè)二極 管和一個(gè)開關(guān)。在這種情況下，變換器的接地端子可纟皮連接到DC電壓發(fā) 生器的負(fù)輸出。這通過(guò)使用存儲(chǔ)扼流器(storage choke)而變?yōu)榭赡?，?由兩個(gè)磁耦合線圈構(gòu)成。這種存儲(chǔ)扼流器的兩個(gè)線圏通過(guò)這樣的方式在一 端電氣連接在一起 一方面，當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，兩個(gè)線圏中的一個(gè)由DC電 壓發(fā)生器充電，另一個(gè)線圈借助磁耦合經(jīng)由第一個(gè)線圈充電，另一方面， 當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，兩個(gè)線團(tuán)通過(guò)兩個(gè)電容器中相關(guān)聯(lián)的相應(yīng)的一個(gè)并通過(guò)屬 于其的二極管來(lái)方文電。
該設(shè)備使得可以將DC電壓發(fā)生器以相對(duì)較為簡(jiǎn)單的裝置接地、特別 是沒(méi)有變壓器并僅僅具有一個(gè)開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)受到以下缺點(diǎn)的抵消接地端牛 僅僅能被連接到DC電壓轉(zhuǎn)換器的負(fù)輸出。另外，此設(shè)備不允許關(guān)于故障 電流對(duì)從接地端子引到DC電壓發(fā)生器的接地導(dǎo)線進(jìn)行監(jiān)視，因?yàn)樵谠?上，運(yùn)行電流也在此接地導(dǎo)線中流動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題在于以這樣的方式對(duì)上面提到的類 型的i殳備、特別是適應(yīng)于其的DC電壓轉(zhuǎn)換器進(jìn)行配置可以在任何端子將DC電壓發(fā)生器接地，且這可用相對(duì)較為簡(jiǎn)單的構(gòu)造裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。 根據(jù)本發(fā)明，對(duì)此問(wèn)題的解決方案用權(quán)利要求1和16的特征實(shí)現(xiàn)。 本發(fā)明允許通過(guò)使用DC電壓轉(zhuǎn)換器的DC電壓發(fā)生器的接地運(yùn)行，
其在最簡(jiǎn)單的情況下僅僅需要一個(gè)存儲(chǔ)扼流器、兩個(gè)二極管和兩個(gè)開關(guān)。
結(jié)果，盡管成本僅僅輕微增加，獲得了 DC電壓發(fā)生器幾乎可在任何地方
接地的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)將由從屬權(quán)利要求明了 。
附圖i兌明
參照附圖閱讀示例性說(shuō)明將更好地理解本發(fā)明，在附圖中


圖1-3示出了本發(fā)明用于將電能饋送到供能系統(tǒng)的設(shè)備的第一示例性
實(shí)施例，對(duì)于DC電壓發(fā)生器，其具有三種不同的接地可能；
圖4示出了對(duì)圖1-3所示設(shè)備的兩個(gè)開關(guān)進(jìn)行控制的信號(hào)以及結(jié)果得
到的電流曲線；
圖5示出了圖1-3所示的設(shè)備，但具有輕微修改的DC電壓轉(zhuǎn)換器；
圖6-7示出了本發(fā)明的設(shè)備的第二示例性實(shí)施例，對(duì)于DC電壓發(fā)生 器，其具有兩種不同的接地可能；
圖8-10原理性地示出了圖6-7所示的DC電壓轉(zhuǎn)換器，其作為具有可 通過(guò)插頭接點(diǎn)選擇的結(jié)構(gòu)的部件；以及
圖11-13為不同類型的變換器，其可與本發(fā)明的DC電壓轉(zhuǎn)換器運(yùn)行， 作為對(duì)圖1-3所示變換器的替代方式。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)圖1，用于產(chǎn)生電能的設(shè)備包含DC電壓發(fā)生器l、 DC電壓轉(zhuǎn)換 器2、變換器3。 DC電壓產(chǎn)生器1包含例如光電池或燃料電池發(fā)電器，并 包含在兩個(gè)輸出4 ( + )和5 (-)上與之并聯(lián)連接的電容器C。
在本申請(qǐng)的范圍內(nèi)，優(yōu)選的變換器3包含兩個(gè)輸出6、 7，其在這里用 于電能向電網(wǎng)8的單相供給，電網(wǎng)8的相線L被連接到輸出6，零或中性導(dǎo)體N連接到輸出7。變換器3另外包含三個(gè)輸入E1、 E2、 E3。在輸入 E1與E2之間，布置兩個(gè)串聯(lián)連接的電容器C1與C2，其連接點(diǎn)位于輸入 E3上。電容器C1與C2構(gòu)成變換器3的常見(jiàn)的雙極電壓中間電路。如圖 1所示，變換器3被配置為半橋變換器，并為此目的具有兩個(gè)開關(guān)Sl和 S2，其一個(gè)端子分別連接到輸入E1與E2中相應(yīng)的一個(gè)，另一個(gè)端子引到 公共的連接節(jié)點(diǎn)9，并由此經(jīng)由平滑或電網(wǎng)扼流器L1引到輸出6。另外， 二極管D1、 D2與兩個(gè)開關(guān)S1、 S2中相應(yīng)的一個(gè)并聯(lián)連接，由此可使二極 管Dl從連接點(diǎn)9向著輸入El的連接點(diǎn)El導(dǎo)通，并使二極管D2從輸入 E3向著連接點(diǎn)9導(dǎo)通，所述二極管分別以相反的方向關(guān)閉。最后，輸入 E3直接連接到輸出7，另一方面接地，作為其結(jié)果，被配置為接地端子。
變換器3基本上如下運(yùn)行如果開關(guān)Sl、 S2交替開通和斷開，電容 器Cl的相對(duì)于E3為正的一側(cè)(輸入E1)經(jīng)由連接節(jié)點(diǎn)9和電網(wǎng)扼流器 L1被連接到相線L，例如，在開關(guān)信號(hào)的正半波中(開關(guān)S1首先閉合， 開關(guān)S2斷開)。當(dāng)開關(guān)S1接下來(lái)斷開時(shí)，電流可繼續(xù)流經(jīng)電網(wǎng)扼流器L1、 電容器C2和二極管D2。在電網(wǎng)8的負(fù)半波期間(開關(guān)S1斷開，開關(guān)S2 首先閉合)，電容器C2的相對(duì)于E3為負(fù)的一側(cè)(輸入E2)經(jīng)由連接節(jié) 點(diǎn)9和扼流器Ll被連接到相線L，允許電流在開關(guān)S2已閉合后繼續(xù)流經(jīng) 二極管D1和電容器C1。兩個(gè)電容器C1、 C2交替放電，作為其結(jié)果，它 們以已知的方式在任何合適的DC電壓轉(zhuǎn)換器的協(xié)助下^^皮重新充電。
所介紹的類型的設(shè)備是公知的(例如US 2007/0047277 Al，圖10 )， 因此不需要對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員詳細(xì)介紹。
參照?qǐng)D1，本發(fā)明的DC電壓轉(zhuǎn)換器2具有兩個(gè)輸入IO， 11，它們 被連接到DC電壓發(fā)生器1的兩個(gè)輸出4和5;三個(gè)輸出12、 13、 14，它 們4皮連接到變換器3的輸入E1、 E2、 E3。在輸入10上連接開關(guān)S3，其引 向連接節(jié)點(diǎn)15。存儲(chǔ)扼流器16的一個(gè)端子連接到此連接節(jié)點(diǎn)15，所述存 儲(chǔ)扼流器的另一端子位于連接節(jié)點(diǎn)17上，連接節(jié)點(diǎn)17與輸入11經(jīng)由第二 開關(guān)S4連接。另外，連接節(jié)點(diǎn)17經(jīng)由笫一二極管D3連接到輸出12，同 時(shí)，輸出13經(jīng)由第二二極管D4引向連接節(jié)點(diǎn)15?？梢砸暂敵?2的方向使得二極管D3導(dǎo)通，以連接節(jié)點(diǎn)15的方向使二極管D4導(dǎo)通，兩個(gè)均以相應(yīng)的相反方向關(guān)閉。結(jié)果，DC電壓轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行原理如下
當(dāng)開關(guān)S3和S4同時(shí)閉合時(shí)，存儲(chǔ)扼流器16由DC電壓發(fā)生器1或由其電容器C重新充電。開關(guān)S3、存儲(chǔ)扼流器16和開關(guān)S4構(gòu)成第一串聯(lián)電路，其用于在存儲(chǔ)扼流器16中存儲(chǔ)電能。此時(shí)，二極管D3和D4防止電流流入電容器C1和C2或從電容器C1和C2流出。相反，如果兩個(gè)開關(guān)S3和S4同時(shí)斷開，存儲(chǔ)扼流器16經(jīng)由二極管D3、串聯(lián)連接的電容器C1與C2、 二極管D4放電。在這一階段，存儲(chǔ)扼流器16與部件D3、 Cl、C2、 D4—起形成第二串聯(lián)電路，用于對(duì)存儲(chǔ)扼流器16放電，或者用于相應(yīng)地對(duì)電容器C1、 C2重新充電。如果兩個(gè)電容器C1、 C2具有同樣的電容，它們被充電到同樣的電壓UC1-UC2。
在其斷開情況下，開關(guān)S3、 S4的電壓負(fù)載相對(duì)較小。當(dāng)二極管D3、D4導(dǎo)通時(shí)，開關(guān)S3上的電壓最大為US3=UC+UC2，其中，UC為DC電壓發(fā)生器l的輸出電壓。相反，開關(guān)S4上的電壓最大為US4-UC1。
不論這些，所介紹的DC電壓轉(zhuǎn)換器2提供了這樣的優(yōu)點(diǎn)DC電壓發(fā)生器1可用相對(duì)較大的輸出電壓范圍運(yùn)行。如果缺少DC電壓轉(zhuǎn)換器2，應(yīng)當(dāng)確定，即使在不利的條件下，DC電壓發(fā)生器1總是向輸入E1和E2供給電容器Cl和C2被充電到高于電網(wǎng)幅度(通常大約土325V)的電壓的高輸出電壓。相反，如果設(shè)置升壓DC電壓轉(zhuǎn)換器2,即使DC電壓發(fā)生器l的輸出電壓低于轉(zhuǎn)換器3 (或電網(wǎng)8)最小需要的電壓，電容器C1、C2上的電壓可通過(guò)選擇開關(guān)S3和S4運(yùn)行的脈沖占空比被i殳置為希望的高度。
另外，所介紹的設(shè)備在使用中非常靈活的。這是因?yàn)?，取決于為S3和S4選擇的脈沖占空比，Cl和C2上的電壓可均相比于電容器C上的輸入電壓較高和較#<。如果脈沖占空比大于0.5， DC電壓轉(zhuǎn)換器運(yùn)行在升壓運(yùn)行模式。如果脈沖占空比小于0.5， DC電壓轉(zhuǎn)換器2運(yùn)行在降壓運(yùn)行模式。特別地，0.5的脈沖占空比導(dǎo)致施加到DC電壓發(fā)生器1的輸出上的電壓被直接饋送。變換器開關(guān)S1和S2的最大電壓負(fù)載為大約2'UC1，其中，UC1為電容器C1上的最大電壓。在最簡(jiǎn)單的情況下，也可總是使得
這些開關(guān)中的僅僅一個(gè)對(duì)于各個(gè)半干線周期以高頻開關(guān)，同時(shí)，另一個(gè)保
持關(guān)斷。另外，進(jìn)入電網(wǎng)8的連續(xù)電流在變換器側(cè)是可能的。
最終獲得本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)，其中，接地點(diǎn)E3可以視情況可選地與DC電壓轉(zhuǎn)換器2的輸入11且結(jié)果用負(fù)輸出5 (圖1) 、 DC電壓轉(zhuǎn)換器2的輸入10且結(jié)果與正輸出5 (圖2 )或與DC電壓發(fā)生器1的任何其他端子18 (圖3 )連接，這也對(duì)于電網(wǎng)8的中性導(dǎo)體N適用。在正常運(yùn)行期間，沒(méi)有電流流過(guò)接地導(dǎo)線19 (圖1)或20 (圖2 )或21 (圖3 ),其分別用虛線示出，且其將接地點(diǎn)E3與DC電壓轉(zhuǎn)換器2的對(duì)應(yīng)的輸入或DC電壓發(fā)生器1的對(duì)應(yīng)輸出連接。這特別是由于，存儲(chǔ)扼流器16與部件E3、 Cl、C2、 D4—起構(gòu)成電路，其自身閉合且不包含線19、 20或21。結(jié)果，可以做出結(jié)論，如果電流仍然在線19、 20或21中流動(dòng)，發(fā)電器中存在故障。根據(jù)本發(fā)明，采用斷路器等形式的監(jiān)視元件優(yōu)選為布置在線19、 20或21中，用于在超過(guò)預(yù)選的可容忍電流峰值時(shí)自動(dòng)關(guān)斷發(fā)電器。該功能不依賴于接地端子E3連接到DC電壓轉(zhuǎn)換器2的哪個(gè)輸入或是DC電壓發(fā)生器1的哪個(gè)輸出。
以已知的方式，開關(guān)Sl-S4實(shí)際;故配置為半導(dǎo)體開關(guān)，其可在用這里未示出的控制單元(微控制器、PWM控制器等)操作時(shí)周期性地開通以及關(guān)斷，開關(guān)頻率例如為16kHz或更大。
用于致動(dòng)開關(guān)S3和S4的信號(hào)以及存儲(chǔ)扼流器16的電流路徑以舉例的方式在圖4中示出，由此可見(jiàn)，兩個(gè)開關(guān)S3、 S4總是同時(shí)開通和關(guān)斷。
圖5示出了在圖1-3上修改的示例性實(shí)施例，存儲(chǔ)扼流器16通過(guò)中心端子或線圏抽頭23被分為兩個(gè)線圏部分W11和W12。在這種情況下，進(jìn)行布置，使得連接節(jié)點(diǎn)15連接到抽頭23，作為其結(jié)果，由抽頭23固定^J存儲(chǔ)扼流器16的僅僅部分Wll在用于對(duì)存儲(chǔ)扼流器16進(jìn)行充電的第一電路中，而第二電路包含位于二極管D4和D3之間的整個(gè)存儲(chǔ)扼流器16或其部分W11+W12。結(jié)果，對(duì)于輸入電壓和輸出電壓之間的關(guān)系、開關(guān)S3和二極管D3與D4的負(fù)載，可以分接本發(fā)明的布置的另一最優(yōu)化電位。如果傳送比較高，除S3和S4的脈沖占空比以外，可以經(jīng)由關(guān)系(W12+W11):Wll來(lái)影響部件的有效電流和電壓負(fù)載。原理上，抽頭23的位置可4皮任意選擇。抽頭23的特殊優(yōu)點(diǎn)在于，在斷開條件下，開關(guān)S3上的最大電壓負(fù)載僅僅由電壓US3=UC+[-n/( n+l )'UC1+UC2給出，其中，n=W12/Wll,W11和W12同時(shí)指線圏Wll和W12的繞組壓數(shù)。開關(guān)S4上的電壓負(fù)載為US4-UC1?；蛘撸€可以將抽頭23以類似的方式與開關(guān)S4連接。對(duì)于其余部分，圖5所示的設(shè)備對(duì)應(yīng)于圖1-3所示的，這是DC電壓轉(zhuǎn)換器2的輸出14可視情況可選地與輸出4或5或與DC電壓發(fā)生器1的任何其他輸出連接的原因。
本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例在圖6和7中示出。此實(shí)施例與圖1-5中所示的不同，特別在于所介紹的優(yōu)點(diǎn)在這里用耦合存儲(chǔ)扼流器24獲得，其自身是已知的但其以迄今為止未知的方式電氣連接。存儲(chǔ)扼流器24包含第一線圏Wl和笫二線圈W2，其磁耦合在一起，例如為此目的而繞巻在共有的芯25上。
類似于圖1中的扼流器16，第一線圈Wl電氣插入在兩個(gè)開關(guān)S3、S3之間或在兩個(gè)連接節(jié)點(diǎn)15、 17之間。另外，像圖1中那樣，連接節(jié)點(diǎn)17經(jīng)由二極管D3被連接到輸出12。相反，DC電壓轉(zhuǎn)換器2的輸入13經(jīng)由二極管D5被連接到線圈W2的端子，其另一端子經(jīng)由連接節(jié)點(diǎn)26和二極管D6引向連接節(jié)點(diǎn)15。另外，連接節(jié)點(diǎn)26連接到輸出14。采用這種設(shè)置，功能如下
存儲(chǔ)扼流器24的第一線圏Wl與兩個(gè)開關(guān)S3、 S4 —起構(gòu)成第一串聯(lián)電路，其與DC電壓發(fā)生器1的輸出4、 5并耽故置，并用于在開關(guān)S3VS4閉合時(shí)用電能對(duì)線圏Wl充電。由于兩個(gè)線圈Wl、 W2磁耦合，線圏W2在這一階段經(jīng)由線圈Wl也被充電。兩個(gè)線圈W1、 W2的繞巻方向由此被選擇為獲得端子上相同的電壓極性，其在圖6中用點(diǎn)示出。
在開關(guān)S3、 S4斷開的條件下，兩個(gè)線圏W1、 W2位于笫二串聯(lián)電路中，其從線圏Wl的端子之一 (連接節(jié)點(diǎn)17)經(jīng)由二極管D3、串聯(lián)安裝的電容器C1和C2、 二極管D5、線圏W2、連接節(jié)點(diǎn)26、 二極管D6回到線圏Wl的另一端子(連接節(jié)點(diǎn)15)。類似于圖1所示的情況，此第二電路為自己閉合的電路，用于聯(lián)合地對(duì)線圏Wl、 W2放電或聯(lián)合地對(duì)電容器Cl、 C2充電。另外，兩個(gè)線圏W1、 W2通過(guò)此電路電氣連接在一起。
作為這種布置的結(jié)果，可以視情況可選地通過(guò)線19(圖6)或線20(圖7 )將DC電壓轉(zhuǎn)換器2的輸出14或變換器3的輸出E3連接到DC電壓轉(zhuǎn)換器2的輸入11或10，且作為其結(jié)果也視情況可選地連接到DC電壓發(fā)生器1的輸出5或4,以便在正輸出4 (圖7)或負(fù)輸出5 (圖6)上將之接地。另外，類似于圖3，輸入E3可被連接到DC電壓發(fā)生器1的任何中間輸出。在所有所介紹的情況下，這些線19、 20——如果適用的話，以及21——不在正常運(yùn)行中使用，因?yàn)樵趯?duì)存儲(chǔ)扼流器16的充電或是放電過(guò)程中均不允許電流流經(jīng)這些線19-21。結(jié)果，如同圖l-5示出的情況那樣，在這些線19-21中或在接地點(diǎn)E3和端子4、 5、 18中的一個(gè)之間仍然測(cè)得的電流可為DC電壓轉(zhuǎn)換器2或發(fā)電器中的故障的表示，并可用于關(guān)斷發(fā)電器。
圖6所示的設(shè)備皿圖1-3所示設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)由于開關(guān)S3的較低電壓負(fù)栽產(chǎn)生。由于二極管D6在開關(guān)S3和S4的阻塞階段導(dǎo)通，施加在開關(guān)S3上的最大電壓為電壓UC，而電壓UC1被施加在S4上，因?yàn)槎O管D3也導(dǎo)通，在圖7所示的設(shè)備中，相反，開關(guān)S3上的電壓負(fù)載等于零，開關(guān)S4上的電壓負(fù)載等于UC+UC1。
根據(jù)未單獨(dú)示出的本發(fā)明另一示例性實(shí)施例，扼流器線圏16的線圏Wl可^皮抽頭分為兩部分，以類似于圖5的方式。4象在圖5中一樣，由此，可以將抽頭連接到連接節(jié)點(diǎn)15、 17中的一個(gè)，同時(shí)，將兩個(gè)線圏部分布置在第二電路中。在需要時(shí)，圖6、 7所示的示例性實(shí)施例的開關(guān)S3的電壓負(fù)載作為其結(jié)果進(jìn)一步減小。
圖6、 7中線圏Wl、 W2的磁耦合優(yōu)選為通過(guò)將它們繞巻在一個(gè)共有的芯上來(lái)獲得，其根據(jù)需要彼此相疊。優(yōu)選為，在圖6、 7所原理性地示fe的布置中，它們具有相同的繞組匝數(shù)，實(shí)際上以相反的繞巻方向繞在芯25上，以便在充電和;^文電期間獲得正確的電流方向。圖8-10示出了如何能將DC電壓轉(zhuǎn)換器2、這里特別地為圖6和7中 所示的DC電壓轉(zhuǎn)換器2配置為具有多個(gè)端子的部件27，端子被配置為插 頭接點(diǎn)等。如圖8所示，與圖6和7中不同，除了輸入IO、 11和輸出12、 13以外，DC電壓轉(zhuǎn)換器2具有四個(gè)附加輸出28、 29、 30、 31，且沒(méi)有輸 出14。端子28被直接連接到輸入10。端子31被連接到輸入11。另外， 端子29被連接到線圏W2的遠(yuǎn)離二極管D5的端子，端子30被連接到連 接端子26，此端子不與圖8中的點(diǎn)26連通。通過(guò)適當(dāng)?shù)倪B接，DC電壓發(fā) 生器1的接地現(xiàn)在可視情況可選地設(shè)置在負(fù)端子5 (圖9 )或正端子4 (圖 10)上。
如果接地希望在負(fù)輸出5上發(fā)生，端子31如圖9所示地接地，并連接 到變換器3的輸入E3，結(jié)果，經(jīng)由監(jiān)視元件32連接到電網(wǎng)8的中性導(dǎo)體 N。另外，端子29和30連接在一起。結(jié)果，獲得圖6所示的布置，如果 使用部件27的話，將DC電壓發(fā)生器1的輸出4、 5連接到其輸入10、 11， 其輸出12、 13到變換器3的輸入E1、 E2，其端子29、 30結(jié)合地到變換器 3的輸入E3。
相反，如果希望接地在DC電壓發(fā)生器1的正輸出上發(fā)生，端子28如 圖IO所示地接地，并經(jīng)由監(jiān)視元件32連接到變換器3的輸入E3。其他的 連接如圖9那樣發(fā)生。通過(guò)僅僅重新插接位于那里的DC電壓轉(zhuǎn)換器2或 部件27的端子28、 31，具有選擇在正還是負(fù)輸出4、 5上對(duì)DC電壓發(fā)生 器1進(jìn)行接地的選擇。部件27的其他輸出可用于將DC電壓發(fā)生器1的中 間端子接地。
當(dāng)使用圖1-5所示的DC電壓轉(zhuǎn)換器時(shí)，接下來(lái)同樣的過(guò)程。 盡管上面僅僅參照被配置為半橋變換器的變換器3進(jìn)行了介紹，本領(lǐng) 域技術(shù)人員將會(huì)明了 ，具有雙極電壓中間電路的其他變換器可被連接到本 發(fā)明的DC電壓轉(zhuǎn)換器2。這在圖ll至圖13中原理性地示出。圖ll示出 了三電平電路中的半橋變換器，圖12示出了具有中間點(diǎn)的三點(diǎn)電路(各自 在一相實(shí)施中)中的另一變換器，圖13示出了用于三相電網(wǎng)8電源的變換 器。所有三個(gè)變換器具有雙極電壓中間電路，輸入E1到E3以及輸出6、 7
14對(duì)應(yīng)于上面進(jìn)行的介紹。由于這種類型的變換器本身是已知的，不需要對(duì) 之進(jìn)一步進(jìn)行討論。
本發(fā)明不限于所介紹的示例性實(shí)施例，其可以以多種方式變化。這特
別適用于，如圖中可見(jiàn)，變換器3和DC電壓轉(zhuǎn)換器2優(yōu)選為制造和發(fā)售 為完整結(jié)構(gòu)單元，但它們也可制造和發(fā)售為分立的部件。參照?qǐng)D8-10所介 紹的實(shí)施例對(duì)之特別適用，因?yàn)樗鼈兪沟么笠?guī)模制造不依賴于特定情況+ 希望的DC電壓轉(zhuǎn)換器1的接地類型的通用DC電壓轉(zhuǎn)換器成為可能。因 此，本發(fā)明不僅涉及DC電壓轉(zhuǎn)換器2和變換器3的組合，還涉及單獨(dú)的 DC電壓轉(zhuǎn)換器。還應(yīng)明了，在上面給出的介紹中，僅僅介紹了理解本發(fā) 明所必需的部件，特別地，可附加提供需要且已知的控制元件、MPP控制 器等。另外，將會(huì)明了，多種特征可以以與所介紹和示出的不同的其他組 合使用。
權(quán)利要求
1.一種用于向電網(wǎng)(8)饋入電能的設(shè)備，具有用于連接到DC電壓發(fā)生器(1)的DC電壓轉(zhuǎn)換器(2)以及連接于其上的用于連接到所述電網(wǎng)(8)的變換器(3)，所述變換器(3)包含具有兩個(gè)電容器(C1，C2)的雙極電壓中間電路，所述電容器串聯(lián)放置且在用于連接到所述DC電壓發(fā)生器(1)的一端子的接地端子(E3)上連接在一起，所述DC電壓轉(zhuǎn)換器(2)包含至少兩個(gè)二極管(D3，D4)、一個(gè)開關(guān)和一個(gè)存儲(chǔ)扼流器(16)，存儲(chǔ)扼流器(16)在開關(guān)閉合時(shí)由DC電壓發(fā)生器(1)充電并在開關(guān)斷開時(shí)經(jīng)由電容器(C1，C2)和二極管(D3，D4)放電，其特征在于一方面，存儲(chǔ)扼流器(16)與兩個(gè)開關(guān)(S3，S4)一起構(gòu)成第一電路，用于對(duì)所述存儲(chǔ)扼流器(16)充電，所述電路適用于通過(guò)閉合開關(guān)(S3，S4)連接到所述DC電壓發(fā)生器(1)，另一方面，其與兩個(gè)二極管(D3，D4)以及兩個(gè)電容器(C1，C2)一起位于第二電路中，用于經(jīng)由兩個(gè)電容器(C1，C2)以及二極管(D3，D4)同時(shí)對(duì)存儲(chǔ)扼流器(16)放電，所述第二電路通過(guò)斷開開關(guān)(S3，S4)而運(yùn)行。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的設(shè)備，其特征在于，第一電路為串聯(lián)電路，其中， 存儲(chǔ)扼流器(16)電氣插入在兩個(gè)開關(guān)(S3， S4)之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的設(shè)備，其特征在于，第二電路為串聯(lián)電路， 其從存儲(chǔ)扼流器(16)的第一端子經(jīng)由第一二極管(D3)、兩個(gè)電容器(C1， C2)、第二二極管(D4)引到存儲(chǔ)扼流器(16)的第二端子。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l-3中任意一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于，存儲(chǔ)扼流器(16) 被分割并包含線圈抽頭(23)，線圏抽頭(23)被連接到兩個(gè)開關(guān)(S3， S4)中的一個(gè)，使得存儲(chǔ)扼流器(16)的由所迷抽頭(23)固定的僅僅一 個(gè)第一部刺Wll Ki于第一電路，而存儲(chǔ)扼流器(16 )的第二部刺Wl+W2 ) 位于第二電路。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l的設(shè)備，其特征在于，存儲(chǔ)扼流器(16)包含第一線圏(Wl)和第二線圏(W2)，所述兩個(gè)線圏(Wl， W2)磁耦合在一 起并電連接在一起，所迷第一線圏(Wl)與兩個(gè)開關(guān)(S3, S4) —起構(gòu) 成第一電路，兩個(gè)線圏(Wl， W2) —起位于第二電路中。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的設(shè)備，其特征在于，第二電路為串聯(lián)電路，其從 第一線圏(Wl)的第一端子經(jīng)由第一二極管(D3)、兩個(gè)電容器(Cl， C2)、第二二極管(D5)、第二線團(tuán)(W2)以及第三二極管(D6)回到 第一線圈(Wl)的第二端子。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6的設(shè)備，其特征在于，第一線圏(Wl)被分 割并包含連接到兩個(gè)開關(guān)(S3， S4)中的一個(gè)的線圏抽頭，使得由所述抽 頭固定的第一線圏的僅僅一個(gè)第一部分位于第一電路，而第一線圈的第二 部分> 皮布置在第二電路中。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5-7中任意一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于，兩個(gè)線圈(Wl， W2)繞巻在一個(gè)共有的芯(16)上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的設(shè)備，其特征在于，線圏(Wl， W2)以相反的 繞巻方向繞巻在芯(16)上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5-9中任意一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于，兩個(gè)線圏(Wl, W2)具有相同的繞巻數(shù)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1-10中任意一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于，DC電壓轉(zhuǎn) 換器(2)被配置為包含多個(gè)端子(12， 13， 28-31)的部件(27)，端子 被配置為插頭接點(diǎn)，借助插頭接點(diǎn)，依賴于對(duì)于DC電壓發(fā)生器(1)所希 望的接地，DC電壓轉(zhuǎn)換器(2)可被連接到變換器(3)的相關(guān)聯(lián)的輸入。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1-11中任意一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于，DC電壓轉(zhuǎn) 換器(2)具有接地導(dǎo)線(19， 20, 21)，其將將被連接到DC電壓發(fā)生器(1)的輸入(10， 11)連接到將被連接到變換器(3)的接地端子(E3) 的輸出(14)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的設(shè)備，其特征在于，用于檢測(cè)故障電流的監(jiān)視 元件(32)被連接在接地導(dǎo)線(19， 20， 21)中。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1-13中任意一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于，變換器(3)被配置為包含半橋的變換器。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1-13中任意一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于，變換器(3) 被配置為3電平電路中具有半橋的變換器(圖7)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1-13中任意一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于，變換器(3) 被配置為具有中心點(diǎn)的3電平電路中具有半橋的變換器(圖8)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1-13中任意一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于，變換器(3) -故配置為到電網(wǎng)(8)的電能的單相或三相電源(圖2到6或7)。
18. —種DC電壓轉(zhuǎn)換器，其用于向電網(wǎng)(8)饋送電能的設(shè)備，并用 于DC電壓發(fā)生器(1)和具有雙極電壓中間電路(C1， C2)的變換器(3) 之間的布置，其特征在于，其被配置為如權(quán)利要求1-13中的至少一項(xiàng)所述。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18的DC電壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于，其與變換器(3) 相結(jié)合，以形成結(jié)構(gòu)單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于向供能系統(tǒng)(8)饋送電能的設(shè)備，其具有DC電壓變換器(2)，用于連接到DC電壓發(fā)生器(1)；變換器(3)，連接到所述DC電壓變換器(2)，用于連接到供能系統(tǒng)，并具有雙極電壓中間電路。DC電壓變換器(2)根據(jù)本發(fā)明以這樣的方式構(gòu)建DC電壓發(fā)生器(1)可以在其負(fù)、正或任何中間輸出上接地。為此目的，設(shè)置存儲(chǔ)電感器(16)，其以這樣的方式在充電周期和放電周期中切換使得在正常運(yùn)行過(guò)程中，沒(méi)有電流流經(jīng)接地線(19)。
文檔編號(hào)H02J3/38GK101682194SQ200880020307
公開日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月15日
發(fā)明者B·沙漢, P·扎查里阿斯 申請(qǐng)人:艾思瑪太陽(yáng)能技術(shù)股份公司