[发明专利]逆变器装置和用于逆变器装置的操控方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种逆变器装置和一种用于运行逆变器装置的操控方法。

背景技术

从直流电压中产生单相或多相交流电压的电逆变器是已知的。例如，使用这样的逆变器来将来自可再生能源（例如光伏设备）的电能馈入电能量供应网络中。此外逆变器还例如在无中断的电流供应设备（USV）中使用。此外逆变器装置还被用于控制电驱动设备，例如在电动车辆中。

在构建逆变器电路时，要将两点或两级电路与三点或三级电路区分开来。图1示出单相逆变器的两级电路的例子。在该逆变器的输入端上，在点U+与U-之间施加中间电路电压U_ZK。通过有针对性地操控两个半导体开关V₁₀和V₂₀，在输出端A上要么施加正电压U+要么施加负电压U-。在此，与两个半导体开关V₁₀和V₂₀并联地分别布置空转二极管D10和D20，这些空转二极管在空转情况下接管电流引导。

此外三级电路能够调节在输出端上的3个电压级。在此，除了正电压U+和负电压U-之外还可以在逆变器的输出端上施加中性的平均电压。在此通过采用三级电路可以减小逆变器中的开关损耗。此外这样的三级电路与二级电路相比即使在小开关频率的情况下也具有更小的输出电压谐波含量。由于常规的三级电路需要负载电流经过至少两个半导体阀门的电流流动，因此具有空转的电桥支路的拓扑（第二级NPC，NPC-T结构）被证明是有建设性的。该电路装置例如由文献DE102010008426A1已知。该文献公开了一种具有卸载网络的NPC逆变器（Neutral-Point-Clamped Wechselrichter，中点钳位型逆变器）。

在此，三级逆变器电路在高的输出电压和cos(Φ)的绝对值接近1的情况下在半导体开关元件的负荷方面优于二级电路，因为在这种情况下电路的空转路径仅被相对较小地加载。相反，如果应当展示相对较小的输出电压和/或如果必须通过逆变器提供大份额的视在功率，这对应于绝对值小的cos(Φ)，则逆变器的空转路径中的半导体器件强烈地参与电流引导。由此在此情况下需要大的半导体结，尤其是因为在空转中两个半导体以串联电路起作用。在此，在小输出电压和/或cos(Φ)的绝对值相对较小的情况下逆变器的损耗非常强地提高。所述损耗除了导致恶化的效率之外还导致逆变器的热负荷，这需要加大冷却并且也对逆变器的寿命产生负面作用。

因此存在对以下逆变器装置的需要，该逆变器装置对所有运行情况都具有尽可能小的损耗并且由此尽可能少地使半导体器件加载。

发明内容

本发明根据一个方面实现了一种用于具有至少两个不同运行模式的逆变器的操控方法，其中该操控方法在第一运行模式中以二级运行来操控该逆变器并且在第二运行模式中以三级运行来操控该逆变器。

根据另一方面，本发明实现了一种逆变器装置，该逆变器装置具有被设计为输出交流电压的逆变器；以及控制设备，该控制设备被设计为在第一运行模式中以二级运行来操控该逆变器并且在第二运行模式中以三级运行来操控该逆变器。

本发明的想法是，动态地匹配逆变器的运行模式。尤其是在此在逆变器的运行期间在二级运行和三级运行之间变换。由此可以根据相应的框架条件最佳地运行该逆变器。

一个优点在于，通过本发明匹配逆变器中的运行模式可以分别匹配该运行模式，使得逆变器的半导体器件被尽可能小地加载。在此，尤其是可以分别选择这样的运行模式，在该运行模式情况下空转运行中的电流也引起对半导体器件的尽可能小的加载。

另一个优点在于，通过本发明匹配运行模式可以减小逆变器内的开关损耗。由此提高逆变器的效率。此外逆变器内的损耗的减小还导致较小的热负荷。由此保护了半导体器件并提高了半导体器件的寿命。

根据本发明的操控方法的实施方式，依据参数——输出电压、输出电流、待提供的视在功率、输出电压的谐波含量和逆变器的热负荷——中的至少一个来选择运行模式。尤其是在输出电压相对较小的情况下，三级运行导致比二级运行更高的半导体负荷，而随着输出电压的升高该效应倒过来。由此通过依据输出电压来选择运行模式，可以为逆变器电路选择分别最佳的运行模式。通过考虑逆变器内的热负荷，可以通过有针对性地选择对应的运行模式避免对各个器件的过度的热负荷。因此在最有利的情况下，对所有器件可以调节出几乎相同的运行温度。这尤其是导致逆变器的寿命的提高。同样可以通过有针对性地考虑输出电流、待提供的视在功率和输出电压的容许的谐波含量进行运行参数的最优化。