[发明专利]用于将电能馈送到电网的设备和用于这种设备的DC电压转换器

说明书

技术领域

本发明涉及用于向电网馈送电能的设备，以及适用于其的DC电压转 换器。

背景技术

多种类型的变换器用于将由例如光电或燃料电池发电器等的DC电压 发生器所产生的电能馈送到AC电网，特别是到市电网(50/60Hz)。在 DC电压发生器和变换器之间，大多提供DC电压转换器(DC-DC斩波器)， 其用于将由DC电压发生器供给的DC电压转换为变换器需要的DC电压 或对之进行适应。

出于不同的原因，希望将DC电压发生器的输出之一接地。希望接地 的原因在于，一方面，某些国家要求这种接地。另一方面，当缺少接地时， 在运行中产生不同的缺点。一个问题在于高频泄漏电流。由于DC电压发 生器和接地之间的不可避免的寄生电容，产生不能接受的安全风险的较大 的均衡电流可能在电位波动的情况下发生，使得需要使用故障电流传感器 等的复杂监视措施来进行接触保护或用于建立电磁兼容(EMC)，且所述 均衡电流仅能通过接地来安全地避免。另外，已经知道，光电发电器在劣 化方面的特性非常不同，取决于制造它们所用的技术。具有晶体和多晶单 元或某些薄膜模块的发电器优选为用负端子接地，同时，后部接触的单元 优选为在正端子上接地。

使用具有使得DC电压侧和AC电压侧电气分离的变压器的DC电压 转换器，所介绍的类型的接地是容易地可行的，可通过其避免所提到的缺 点。无论使用电网变压器还是高频变压器，变压器一般导致效率的降低， 某种程度上较大的重量和尺寸和/或附加的控制成本，这成为无变压器电压 转换器在原则上优选的原因。然而，无变压器DC电压转换器的常用拓扑 使得不可能实现希望的接地，因为这种接地将导致所需开关、电容等中的 短路，或者，其导致增大的电路成本及其其他缺点。

因此，已经以另外的方式为避免所提到的缺点作出了多种努力。特别 地，用于减小不希望的泄漏电流的电路是已知的(例如DE 102004037466 A1，DE 10221592A1，DE 102004030912B3)。在这些电路中，例如， 太阳能发电器在内部电能传输的某些相与电网隔离地运行。当太阳能发电 器周期性地重新电气连接到电网时，其寄生电容仅仅轻微地重新转换，使 得太阳能发电器的电位以电网频率正弦地并以对应于电网电压一半的电压 幅度变化。于是，高频电流由于仅仅两个开关周期之间的太阳能发电器的 低电压差以及开关期间的不对称而形成。因此，可强有力地使电容性泄漏 电流最小化，但在原理上不能完全避免。

进一步地，已经知道了一种使用中心点接地的分割太阳能发电器的电 路布置(DE 10225020A1)。结果，太阳能发电器的所有部件具有固定 的电位，电容性泄漏电流在原理上不能流动。由于两个直流源具有不同的 产出(yield)，另外提供用于补偿电力差和电压的电路。在这种建议的电 路中，缺点在于开关上和太阳能发电器中的高电压差、补偿电路中的附加 损耗以及需要至少四个高频脉冲开关。

除此之外，已经知道这样的电路布置：借助该电路布置，太阳能发电 器可在一侧接地，尽管没有变压器。原理上，电容性泄漏电流因此得以避 免。然而，这些电路布置中的一个(DE 19642522C1)需要五个有源开 关，一个或两个开关必须以高频同步开关并提供平均输出电流。采用也被 称为“飞行电感器(flying inductor)”的这种电路，效率因此受到串联在 电流中的同时参与的大量部件的影响。这种电路的另一缺点也在于不连续 的电流脉冲被施加在电网上，这需要电容性干线滤波器，由于其自身对空 闲功率(idle power)的需求，其原理上固有地使得功率因数劣化并使部分 负载范围内电路的效率劣化。尽管这样的电容性干线滤波器可使用另一已 知电路来避免(DE 19732218C1)，为此需要九个有源开关，其中的至 少两个必须以高频同时开关，使得构造成本甚至进一步增大，整个设备的 鲁棒性和效率受到负面影响。飞行电感器的拓扑进一步具有开关的电压负 载依赖于干线电压且对干线电力故障敏感的缺点，并具有仅能在三个变换 器的帮助下通过三倍使用(three-fold use)以三相运行模式运行的缺点。 不论这些，需要具有电流源特性的变换器，其在许多情况下是不希望的。