JP4705682B2 - Inverter for two direct current sources and driving method of the inverter - Google Patents

Inverter for two direct current sources and driving method of the inverter Download PDF

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Description

本発明は、共通の基準電位を有する第1の直流電流源および第2の直流電流源からの電気エネルギを変換して交流電流源の導体および中性導体へ供給するために、第1の直流電流源は基準電位に対する正の電位を有し、第2の直流電流源は基準電位に対する負の電位を有し、2つの直流電流源の共通の基準電位は中性導体へ接続されており、インバータは正の電位を交流電流源の導体へ接続する第1のダウンコンバータと負の電位を交流電流源の導体へ接続する第2のダウンコンバータとを含むインバータに関する。さらに本発明はこうしたインバータの駆動方法に関する。 The present invention provides a first direct current for converting electrical energy from a first direct current source and a second direct current source having a common reference potential to be supplied to a conductor and a neutral conductor of the alternating current source. The current source has a positive potential with respect to the reference potential, the second DC current source has a negative potential with respect to the reference potential, and the common reference potential of the two DC current sources is connected to the neutral conductor; The inverter relates to an inverter including a first down converter that connects a positive potential to the conductor of the alternating current source and a second down converter that connects a negative potential to the conductor of the alternating current source . The present invention further relates to a method for driving such an inverter.

直流電流源から交流電流源への給電に対して種々のトポロジを有するインバータが知られている。例えば光起電性装置のセル、燃料電池、バッテリなどの直流電流源は、ふつう、取り出される電流(導出電流)に関連する電圧特性曲線を有する。外部の影響、例えば光起電性セルの場合は可変の光特性によって、取り出される電流の最大出力、いわゆるマックスパワーポイントMPPは変化する。インバータを制御する際にはこの種のダイナミックな動作状態を考慮しなければならない。   Inverters having various topologies for feeding power from a direct current source to an alternating current source are known. For example, direct current sources, such as cells of photovoltaic devices, fuel cells, batteries, etc., usually have a voltage characteristic curve related to the current drawn (derived current). Due to external influences, for example in the case of photovoltaic cells, the maximum output of the extracted current, the so-called max power point MPP, changes due to the variable light characteristics. This kind of dynamic operating state must be taken into account when controlling the inverter.

付加的に交流電源のドライバ回路によって、合同網であるかいわゆる孤立網であるかに関係なく、インバータは正弦波状の電流を交流電流源へ供給するように駆動される。   In addition, the inverter is driven by a driver circuit of an AC power source so as to supply a sinusoidal current to an AC current source regardless of whether it is a joint network or a so-called isolated network.

インバータを制御する簡単な手段が米国特許第6914418号明細書に挙げられている。これはいわゆるMPPトラッキング装置と称されるものであって、ここでは連続的に取り出される電流がわずかに変更され、直流電流源の測定電圧と乗算される。このようにして得られた電力は直前に測定された電力と比較される。また得られた電圧も直前に測定された電圧と比較される。取り出される電力および電圧の変化分に応じて、次のステップで相応に増大された電流または相応に低減された電流が設定される。   A simple means of controlling the inverter is given in US Pat. No. 6,914,418. This is called a so-called MPP tracking device, in which the continuously extracted current is slightly changed and multiplied by the measured voltage of the DC current source. The power thus obtained is compared with the power measured immediately before. The obtained voltage is also compared with the voltage measured immediately before. Depending on the power and voltage changes taken, a correspondingly increased current or a correspondingly reduced current is set in the next step.

これに代えて、米国特許第4390940号明細書には、光起電性セルを最大出力で駆動することのできるインバータが記載されている。   Instead, U.S. Pat. No. 4,390,940 describes an inverter that can drive a photovoltaic cell at maximum power.

公知のインバータのトポロジは、特定の適用事例に対して、接続された直流電流源の電圧レベルに基づいて選択される。直流電流源の電圧レベルが給電すべき交流電流源のピーク電圧を下回る場合には、インバータはふつうアップコンバータ段とインバータ段とを有する。米国出願第2004/0165408号明細書には、2つの直流電流源が共通の基準電位に接続されたインバータが記載されている。   Known inverter topologies are selected based on the voltage level of the connected DC current source for a particular application. When the voltage level of the direct current source is below the peak voltage of the alternating current source to be fed, the inverter usually has an upconverter stage and an inverter stage. US application 2004/0165408 describes an inverter in which two DC current sources are connected to a common reference potential.

アップコンバータ段は無損失ではなくインバータ段の効率を低下させるので、インバータ段のみを有するインバータも知られている。その場合、接続された直流電流源の電圧はつねに交流電流源のピーク電圧を上回らなくてはならない。従来技術によれば、直流電流源はいわゆるストリングとしてまとめられ、ストリングの出力電圧は個々の直流電流源の電圧の複数倍となる。   Inverters having only an inverter stage are also known because the upconverter stage is not lossless and reduces the efficiency of the inverter stage. In that case, the voltage of the connected direct current source must always exceed the peak voltage of the alternating current source. According to the prior art, the direct current sources are grouped as so-called strings, and the output voltage of the strings is a multiple of the voltage of the individual direct current sources.

とりわけ、光起電性セルまたは燃料電池などの代替的な直流電流源は、有利なコストで利用するには、インバータの高い効率を必要とする。   In particular, alternative direct current sources such as photovoltaic cells or fuel cells require the high efficiency of the inverter to be used at an advantageous cost.

したがって、本発明の課題は、従来技術に比べて効率の良いインバータを提供することである。   Therefore, an object of the present invention is to provide an inverter that is more efficient than the prior art.

この課題は、共通の基準電位を有する第1の直流電流源および第2の直流電流源からの電気エネルギを変換して交流電流源の導体および中性導体へ供給するインバータにおいて、第1の直流電流源は基準電位に対する正の電位を有し、第2の直流電流源は基準電位に対する負の電位を有し、2つの直流電流源の共通の基準電位は中性導体へ接続されており、インバータは正の電位を交流電流源の導体へ接続する第1のダウンコンバータと負の電位を交流電流源の導体へ接続する第2のダウンコンバータとを含むインバータの駆動方法において、一方のダウンコンバータの供給電力の低減が設定されてから、当該のダウンコンバータの接続されているほうの電位のエネルギを補償変換器により他方の電位へ伝送し、補償変換器からエネルギの伝送される電位に接続されているほうのダウンコンバータに対して高い供給電力を設定する構成により、解決される。 This problem is solved in the inverter that converts the electrical energy from the first DC current source and the second DC current source having a common reference potential and supplies them to the conductor and the neutral conductor of the AC current source. The current source has a positive potential with respect to the reference potential, the second DC current source has a negative potential with respect to the reference potential, and the common reference potential of the two DC current sources is connected to the neutral conductor; In the inverter driving method, the inverter includes a first down converter that connects a positive potential to the conductor of the alternating current source and a second down converter that connects a negative potential to the conductor of the alternating current source. After the reduction of the power supplied to the power converter is set, the energy of the potential connected to the down converter is transmitted to the other potential by the compensation converter, and the energy is transmitted from the compensation converter. The arrangement for setting the high supply power to more down-converter connected to a potential that is, Ru is resolved.

第1のダウンコンバータの接続されているほうの電位は第1の直流電流源の正の端子に相当する。第2のダウンコンバータの接続されているほうの電位は第2の直流電流源の負の端子に相当する。ダウンコンバータで取り出される電流は、直流電流源から最大出力が取り出されるように設定される The potential to which the first down converter is connected corresponds to the positive terminal of the first DC current source. The potential to which the second down converter is connected corresponds to the negative terminal of the second DC current source. The current extracted by the down converter is set so that the maximum output is extracted from the direct current source .

有利には、2つのダウンコンバータを交互に駆動して完全な正弦波の形状の供給電流を生じさせる。この駆動は、第1のダウンコンバータにより入力側に印加される正の電位から正の正弦半波が形成され、第2のダウンコンバータにより入力側に印加される負の電位から負の正弦半波が形成されるように行われる。これにより2つの直流電流源からのエネルギを1つの交流電流源へ給電することができる Advantageously, the two downconverters are driven alternately to produce a supply current in the form of a complete sine wave. In this driving, a positive sine half wave is formed from the positive potential applied to the input side by the first down converter, and a negative sine half wave is formed from the negative potential applied to the input side by the second down converter. Is performed. Thereby, the energy from two direct current sources can be supplied to one alternating current source .

また有利には、第1の直流電流源の電圧およびそこから取り出される電流が連続的に測定され、第1のダウンコンバータの駆動により第1の直流電流源の電圧と電流との積が連続的に第1の直流電流源の瞬時最大出力へ近似され、また、第2の直流電流源の電圧およびそこから取り出される電流が連続的に測定され、第2のダウンコンバータの駆動により第2の直流電流源の電圧と電流との積が連続的に第2の直流電流源の瞬時最大出力へ近似される。このようにすれば2つの直流電流源からつねに最大出力が取り出され、全体の効率が最適化される Also advantageously, the voltage of the first DC current source and the current drawn therefrom are continuously measured and the product of the voltage and current of the first DC current source is continuously driven by driving the first down converter. To the instantaneous maximum output of the first DC current source, and the voltage of the second DC current source and the current drawn therefrom are continuously measured, and the second DC is driven by driving the second down converter. The product of the voltage and current of the current source is continuously approximated to the instantaneous maximum output of the second DC current source. In this way, the maximum output is always taken from the two DC current sources, and the overall efficiency is optimized .

供給電流に直流成分が発生することを阻止するために、供給電流の直流成分が連続的に測定され、正の直流成分が存在するときには第1のダウンコンバータに対して低い供給電力が設定され、負の直流成分が存在するときには第2のダウンコンバータに対して低い供給電力が設定される In order to prevent a DC component from being generated in the supply current, the DC component of the supply current is continuously measured, and when a positive DC component is present, a low supply power is set for the first down converter, When a negative DC component is present, a low supply power is set for the second down converter .

本発明はさらに、共通の基準電位を有する第1の直流電流源および第2の直流電流源からの電気エネルギを変換して交流電流源の導体および中性導体へ供給するために、第1の直流電流源は基準電位に対する正の電位を有し、第2の直流電流源は基準電位に対する負の電位を有し、2つの直流電流源の共通の基準電位は中性導体へ接続されており、インバータは正の電位を交流電流源の導体へ接続する第1のダウンコンバータと負の電位を交流電流源の導体へ接続する第2のダウンコンバータとを含むインバータに関する。ここで、第1の直流電流源の正の電位と第2の直流電流源の負の電位とが補償変換器を介して相互に接続されている。このことは、交流電流源へ供給される電流が直流電流を有してはならないケースにおいて特に重要である。2つの直流電流源の最大出力の差は、補償変換器を介して一方の直流電流源の電力の過剰分を他方の直流電流源へ伝送することによって補償される The present invention further includes a first direct current source for converting electrical energy from a first direct current source and a second direct current source having a common reference potential to be supplied to a conductor and a neutral conductor of the alternating current source. The DC current source has a positive potential with respect to the reference potential, the second DC current source has a negative potential with respect to the reference potential, and the common reference potential of the two DC current sources is connected to the neutral conductor. The inverter relates to an inverter including a first down converter that connects a positive potential to the conductor of the alternating current source and a second down converter that connects a negative potential to the conductor of the alternating current source. Here, the positive potential of the first DC current source and the negative potential of the second DC current source are connected to each other via the compensation converter. This is particularly important in the case where the current supplied to the alternating current source must not have a direct current. The difference between the maximum outputs of the two DC current sources is compensated by transmitting the excess power of one DC current source to the other DC current source via the compensation converter .

さらに、本発明のインバータは、各ダウンコンバータおよび補償変換器を制御する適切な手段を備えた制御ユニットを有しており、該制御ユニットは請求項1から4までのいずれか1項記載のインバータの駆動方法の各ステップを実行するように構成されている。制御信号はインバータそのものにおいて形成されるので、インバータを集積することも可能である。制御ユニットは補償変換器からエネルギの伝送される電位に接続されているほうのダウンコンバータに対して高い供給電力を設定する Furthermore, the inverter of this invention has a control unit provided with the suitable means which controls each down converter and compensation converter, This control unit is an inverter of any one of Claim 1 to 4 Each step of the driving method is configured to be executed. Since the control signal is formed in the inverter itself, the inverter can be integrated. The control unit sets a high supply power for the downconverter connected to the potential at which energy is transferred from the compensation converter .

本発明のインバータにより必要な素子の数ひいては損失電力は最小限まで低減され、公知のインバータに比べて効率が最適化される。ここで、直流電流源の電圧は交流電流源で予測される最大ピーク電圧と少なくとも同程度かそれ以上となる。The inverter of the present invention reduces the number of required elements and thus the power loss to a minimum, optimizing efficiency compared to known inverters. Here, the voltage of the direct current source is at least equal to or higher than the maximum peak voltage predicted by the alternating current source.

有利には、第1の直流電流源および第2の直流電流源は光起電性装置のいわゆるストリングとして構成されている。この場合、各ストリングは交流電流源のピーク電圧を上回る電圧を送出する。光起電性装置のセルは通常は建物の屋根に取り付けられるので、建物のなかに、アースに対して電源周波数を有する交流電界が発生して障害を起こさないよう、2つのストリングの基準電位は中性導体へ接続される。 Advantageously, the first DC current source and the second DC current source are configured as so-called strings of photovoltaic devices. In this case, each string delivers a voltage that exceeds the peak voltage of the alternating current source. Since the photovoltaic device cell is usually mounted on the roof of a building, the reference potentials of the two strings are such that an AC electric field having a power frequency with respect to earth is generated in the building and does not cause a failure. Connected to neutral conductor.

本発明の有利な実施形態によれば、第1のダウンコンバータは第1のコンデンサ、第1のスイッチング素子、第1の補助スイッチング素子およびこれに直列に接続された第1のダイオードならびにチョーク回路を含み、入力側で第1の直流電流源の正の電位および基準電位に、出力側でフィルタコンデンサを介して交流電流源の導体へ接続されており、第2のダウンコンバータは第2のコンデンサ、第2のスイッチング素子、第2の補助スイッチング素子およびこれに直列に接続された第2のダイオードならびにチョーク回路を含み、入力側で第2の直流電流源の負の電位および基準電位に、出力側でフィルタコンデンサを介して交流電流源の導体へ接続されており、中性導体は第1の直流電流源および第2の直流電流源の共通の基準電位へ接続されている。こうしたトポロジにより2つの直流電流源を1つの交流電流源へ接続する2つのダウンコンバータが特に簡単に形成される。   According to an advantageous embodiment of the invention, the first downconverter comprises a first capacitor, a first switching element, a first auxiliary switching element and a first diode and a choke circuit connected in series therewith. Including a positive potential and a reference potential of the first DC current source on the input side, and connected to a conductor of the AC current source via a filter capacitor on the output side, and the second down converter includes a second capacitor, A second switching element, a second auxiliary switching element, a second diode connected in series to the second switching element, and a choke circuit; the input side has a negative potential and a reference potential of the second DC current source; Is connected to the conductor of the AC current source via the filter capacitor, and the neutral conductor is connected to the common reference potential of the first DC current source and the second DC current source. It has been continued. With such a topology, two down converters that connect two DC current sources to one AC current source are particularly easily formed.

有利には、チョーク回路は第1のチョーク素子と第2のチョーク素子とに分割されており、第1のダウンコンバータは第1のチョーク素子を含み、第2のダウンコンバータは第2のチョーク素子を含む。このようにすればスイッチング素子の負荷が著しく低減される。 Advantageously, the choke circuit is divided into a first choke element and a second choke element, the first down converter comprising a first choke element, and the second down converter being a second choke element. including. The If such load switching elements Ru is significantly reduced.

また有利には、補償変換器は第3のスイッチング素子およびこれに直列に接続された第4のスイッチング素子を含み、第3のスイッチング素子と第4のスイッチング素子とのあいだの接続点は第3のチョーク素子および電流測定手段を介して基準電位へ接続されている。これにより、僅かな数の素子を備えた補償変換器の簡単なトポロジが実現され、高い効率が達成される。 Also advantageously, the compensation converter includes a third switching element and a fourth switching element connected in series with the third switching element, and the connection point between the third switching element and the fourth switching element is the third switching element. Are connected to a reference potential via a choke element and current measuring means. This realizes a simple topology of the compensation converter with a small number of elements and achieves high efficiency.

ここで、電流測定手段がシャント抵抗を有すると有利である。このようにすると電流を簡単に測定できる。ただし、直流電流を補償する磁気変換器などの他のタイプの電流測定手段を用いることも可能である。   Here, it is advantageous if the current measuring means has a shunt resistance. In this way, the current can be easily measured. However, it is also possible to use other types of current measuring means such as a magnetic transducer that compensates for direct current.

さらに有利には、第1のスイッチング素子に反平行に第3のダイオードが配置され、第2のスイッチング素子に反平行に第4のダイオードが配置される。これらのダイオードを介して、インバータを交流電流源から分離する際にチョーク回路に蓄積されたエネルギを低減することができる。また、各ダイオードは交流電流源における電圧ピークに対するインバータの保護回路の保護素子を形成する。   More advantageously, a third diode is arranged antiparallel to the first switching element and a fourth diode is arranged antiparallel to the second switching element. Through these diodes, the energy stored in the choke circuit when the inverter is separated from the alternating current source can be reduced. Each diode also forms a protection element of the inverter protection circuit against a voltage peak in the alternating current source.

交流電流源における電圧ピークに対してインバータの素子を保護するために、第2のスイッチング素子と第2のチョーク素子とのあいだの接続点は第5のダイオードならびに第1の抵抗および第3のコンデンサから成る並列回路を介して基準電位に接続され、第1のスイッチング素子と第1のチョーク素子とのあいだの接続点は第6のダイオードならびに第2の抵抗および第4のコンデンサから成る並列回路を介して基準電位に接続される。第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子に反平行に接続された各ダイオードにより、交流電流源からの電圧ピークが生じた場合にも、コンデンサへ通じる電流路が形成される。これにより、短時間の過電圧はチョーク回路で低減され、スイッチング素子は負荷されない。したがってスイッチング素子を大きめに設計する必要はなく、煩雑な付加的なフィルタも必要ない。 In order to protect the inverter element against voltage peaks in the alternating current source, the connection point between the second switching element and the second choke element is the fifth diode and the first resistor and third capacitor. And a connection point between the first switching element and the first choke element is connected to the parallel circuit consisting of the sixth diode and the second resistor and the fourth capacitor. To the reference potential. Each diode connected antiparallel to the first switching element and the second switching element forms a current path that leads to the capacitor even when a voltage peak from the AC current source occurs. Thereby, the short-time overvoltage is reduced by the choke circuit, and the switching element is not loaded. Therefore, it is not necessary to design the switching element to be large, and a complicated additional filter is not necessary .

以下に添付した図を参照しながら本発明の実施例を詳細に説明する。図1には基本回路の回路図が示されている。図2には2つのチョーク素子を有する回路の回路図が示されている。図3には補償変換器を有する回路の回路図が示されている。図4には補償変換器と電圧ピークに対する保護回路を有する回路の回路図が示されている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a circuit diagram of a basic circuit. FIG. 2 shows a circuit diagram of a circuit having two choke elements. FIG. 3 shows a circuit diagram of a circuit having a compensation converter. FIG. 4 shows a circuit diagram of a circuit having a compensation converter and a protection circuit against voltage peaks.

図1には本発明の並列に配置された2つのダウンコンバータを備えたインバータの実施例の回路図が示されている。第1のコンデンサC1,第1のスイッチング素子S1(例えばトランジスタ),第1のダイオードD1およびチョーク回路Lとしてのチョークから成る第1のダウンコンバータの入力側には、第1の直流電流源の正の端子すなわち正の電位1と負の端子すなわち基準電位0とが接続されている。第2の直流電流源の正の端子すなわち基準電位0と負の端子すなわち負の電位2とは第2のダウンコンバータに接続されている。第2のダウンコンバータは第2のコンデンサC2,第2のスイッチング素子S2(例えばトランジスタ),第2のダイオードD2およびチョーク回路Lとしてのチョークから成る。   FIG. 1 shows a circuit diagram of an embodiment of an inverter having two down converters arranged in parallel according to the present invention. The input of the first down-converter comprising the first capacitor C1, the first switching element S1 (eg, transistor), the first diode D1, and the choke as the choke circuit L is connected to the positive terminal of the first DC current source. Terminal, that is, positive potential 1, and negative terminal, that is, reference potential 0 are connected. The positive terminal, that is, the reference potential 0 and the negative terminal, that is, the negative potential 2 of the second DC current source are connected to the second down converter. The second down converter includes a second capacitor C2, a second switching element S2 (for example, a transistor), a second diode D2, and a choke as a choke circuit L.

電源の短絡が発生しないように、さらに2つの補助スイッチング素子SH1,SH2が配置されている。ここで、第1のダウンコンバータの第1の補助スイッチング素子SH1は第1のダイオードD1に直列に配置されている。第1の補助スイッチング素子SH1は第2のダウンコンバータが動作するときには遮断される。第2のダウンコンバータの第2の補助スイッチング素子SH2は第2のダイオードD2に直列に配置されており、第1のダウンコンバータが動作するとき遮断される。   Two auxiliary switching elements SH1 and SH2 are further arranged so that a short circuit of the power supply does not occur. Here, the first auxiliary switching element SH1 of the first down converter is arranged in series with the first diode D1. The first auxiliary switching element SH1 is cut off when the second down converter operates. The second auxiliary switching element SH2 of the second down converter is arranged in series with the second diode D2, and is cut off when the first down converter operates.

図2に示されている回路では、図1に示されている回路と異なって、チョーク回路Lとして2つのチョーク素子L1,L2が配置されている。ここで第1のダウンコンバータは第1のチョーク素子L1を含み、第2のダウンコンバータは第2のチョーク素子L2を含む。この装置ではスイッチング素子S1,S2の負荷を小さくすることができる。   In the circuit shown in FIG. 2, unlike the circuit shown in FIG. 1, two choke elements L1 and L2 are arranged as the choke circuit L. Here, the first down converter includes a first choke element L1, and the second down converter includes a second choke element L2. In this device, the load on the switching elements S1 and S2 can be reduced.

出力側ではインバータは交流電流源に接続されている。ここで基準電位0は一貫して中性導体NNetzに接続されており、チョーク回路Lの出力側は交流電流源の導体L1Netzに接続されている。出力側では中性導体NNetzと導体L1NetzとのあいだにフィルタコンデンサCFが配置されている。 On the output side, the inverter is connected to an alternating current source. Here, the reference potential 0 is consistently connected to the neutral conductor N Netz , and the output side of the choke circuit L is connected to the conductor L1Netz of the alternating current source. On the output side, a filter capacitor CF is arranged between the neutral conductor N Netz and the conductor L 1 Netz .

第1のスイッチング素子S1に対して反平行に第3のダイオードD3が、第2のスイッチング素子S2に対して反平行に第4のダイオードD4が配置されている。これらのダイオードはインバータを交流電流源から分離する際にチョーク回路Lの磁化エネルギを戻すため、電流路を開放したまま維持する。   A third diode D3 is arranged antiparallel to the first switching element S1, and a fourth diode D4 is arranged antiparallel to the second switching element S2. These diodes keep the current path open to return the magnetizing energy of the choke circuit L when the inverter is separated from the alternating current source.

2つの直流電流源は例えば光起電性装置の2つのストリングにより形成される。インバータは、ストリングの電圧が交流電圧で予測される最大ピーク値(例えば230V×10%×1.414=358V)より高い場合には、ストリングからのエネルギを接続された交流電流源へ供給する。   The two direct current sources are formed, for example, by two strings of photovoltaic devices. The inverter supplies the energy from the string to the connected AC current source if the string voltage is higher than the maximum peak value predicted by the AC voltage (eg 230V × 10% × 1.414 = 358V).

また、ストリングは同じ大きさのパネル面から成り、ここで第1のパネル面は正の電源半波によってエネルギが供給される場合に第1のダウンコンバータのみに給電し、第2のパネル面は負の電源半波によってエネルギが供給される場合に第2のダウンコンバータのみに給電する。直流成分が交流電流源へ供給されないようにするために、2つのパネル面は同じ大きさのエネルギを引き受ける。   The string is composed of panel surfaces of the same size, where the first panel surface supplies power only to the first down converter when energy is supplied by the positive power half wave, and the second panel surface is When energy is supplied by the negative half-power wave, only the second down converter is fed. In order to prevent the direct current component from being supplied to the alternating current source, the two panel surfaces assume the same amount of energy.

2つのコンデンサC1,C2は充分な大きさを有するように設計されている。なぜなら各ダウンコンバータは対応する電源半波のあいだだけエネルギを交流電流源へ供給し、そのあいだエネルギの出力は行われないからである。コンデンサC1,C2はエネルギの出力が行われない期間にも直流電流源から充電を受けるが、スイッチングに対して定められた電圧限界値に達してはならない。   The two capacitors C1 and C2 are designed to have a sufficient size. This is because each down converter supplies energy to the AC current source during the corresponding half of the power supply, and no energy is output during that time. Capacitors C1 and C2 are charged from a direct current source during periods when energy is not output, but must not reach a voltage limit set for switching.

インバータは次のように駆動される。すなわち、まず、交流電流源へ供給される電流の直流成分が測定される。これは例えばホールセンサを備えた電流変換器により行われる。このようにして得られた残留直流電流は2つのダウンコンバータの制御のための入力量として用いられる。   The inverter is driven as follows. That is, first, the direct current component of the current supplied to the alternating current source is measured. This is done, for example, by a current transducer with a Hall sensor. The residual DC current obtained in this way is used as an input quantity for controlling the two down converters.

ダウンコンバータは電流目標値設定部によって閉ループ制御される。交流電流源のドライバ回路により、交流電流源へ供給される電流は正弦波状、つまり電流の高調波のない状態でなければならない。これを達成するために、基本電流目標値を形成する2つの手段が存在する。すなわち、a)分圧器により電源電圧から正弦半波を導出してこれを電流形状の模範として用いること、および、b)メモリ(例えばEPROM)に正弦半波をテーブルとして格納し、50Hzの周期で読み出してDA変換器によりアナログ信号へ変換すること、である。後者の手段では、各半波の開始を表示するためかつメモリからの読み出し過程を開始するために、電源電圧から同期パルスを形成する必要がある。この手段はa)の手段よりも複雑であるが、テーブルを回路に起因する電流歪みに応じて適合化することにより、この電流歪みを補償することができる。2つのケースのいずれにおいても正弦半波の列が生じる。ここで、第1のダウンコンバータに対して正の正弦半波から成る基本電流目標値の信号が形成され、第2のダウンコンバータに対して負の正弦半波から成る基本電流目標値の信号が形成される。2つの基本電流目標値の信号を加算することにより完全な正弦波信号が得られる。   The down converter is closed-loop controlled by the current target value setting unit. The current supplied to the alternating current source by the alternating current source driver circuit must be sinusoidal, that is, free of harmonics of the current. To achieve this, there are two means of forming the basic current target value. That is, a) Deriving a sine half-wave from a power supply voltage by a voltage divider and using it as a model of current shape; b) Storing the sine half-wave as a table in a memory (for example, EPROM), and a period of 50 Hz The data is read and converted into an analog signal by a DA converter. In the latter means, it is necessary to form a synchronization pulse from the power supply voltage in order to indicate the start of each half wave and to start the reading process from the memory. This means is more complicated than the means a), but this current distortion can be compensated by adapting the table according to the current distortion caused by the circuit. In either of the two cases, a sinusoidal half-wave train occurs. Here, a basic current target value signal consisting of a positive sine half wave is formed for the first down converter, and a basic current target value signal consisting of a negative sine half wave for the second down converter. It is formed. A complete sine wave signal is obtained by adding the signals of the two basic current target values.

次のステップでは2つの直流電流源のそれぞれに対する負荷値が形成される。各直流電流源が最大出力を送出するとき、すなわち各直流電流源がマキシマムパワーポイントMPPで動作するとき、各負荷値が求められる。光起電性装置のパネル面に対しては、電流特性曲線は太陽光の照射に基づいて出力され、最大出力が電源へ供給される。この場合、太陽光の照射が測定され、相応の電流値が設定される。ただし、パネル面の部分的な影または汚れなどの障害係数は考慮されないままである。   In the next step, a load value for each of the two DC current sources is formed. When each DC current source delivers the maximum output, that is, when each DC current source operates at the maximum power point MPP, each load value is determined. For the panel surface of the photovoltaic device, the current characteristic curve is output based on the irradiation of sunlight, and the maximum output is supplied to the power source. In this case, the irradiation of sunlight is measured and a corresponding current value is set. However, obstacle factors such as partial shadows or dirt on the panel surface remain unconsidered.

したがって、いわゆるMPPトラッキング装置は、連続的にストリングから取り出される電流および相応のストリング電圧を測定し、これらを相互に乗算する。負荷のわずかな変化により、出力が上昇する傾向にあるか否か、または出力が最大値に達したか否かが検出される。   The so-called MPP tracking device thus measures the current continuously drawn from the string and the corresponding string voltage and multiplies them together. A slight change in the load detects whether the output tends to increase or whether the output has reached a maximum value.

MPPトラッキング装置の出力として、一方のストリングからの目標電流または目標電圧を記述する出力信号が生じる。目標電圧を設定する際に、インバータはストリング電圧が設定値へ低下するまでのあいだ電流を高めなければならない。本発明の実施例では、目標電圧は制御設定値として用いられる。接続されているコンデンサC1,C2により目標電圧はさほど迅速には変化せず、これにより電圧値の閉ループ制御は電流値の閉ループ制御よりも安定に行われる。   As an output of the MPP tracking device, an output signal describing the target current or target voltage from one string is generated. In setting the target voltage, the inverter must increase the current until the string voltage drops to the set value. In the embodiment of the present invention, the target voltage is used as a control set value. The target voltage does not change so quickly due to the connected capacitors C1 and C2, so that the closed loop control of the voltage value is performed more stably than the closed loop control of the current value.

2つの直流電流源のそれぞれに対して、MPPトラッキング装置により、目標電圧が目標値として設定される。ここで、各直流電流源に対して差動増幅器によりコンデンサC1,C2のいずれかでの電圧が目標値と比較される。制御特性は、緩慢な応答を行うために、また制御偏差を小さく保つために、積分成分、例えばPI制御回路を要する。   A target voltage is set as a target value for each of the two DC current sources by the MPP tracking device. Here, the voltage at one of the capacitors C1 and C2 is compared with the target value by the differential amplifier for each DC current source. The control characteristic requires an integral component, for example, a PI control circuit, to provide a slow response and to keep the control deviation small.

各ダウンコンバータの出力を制限して出力段の構成素子を保護するために、有利には、各差動増幅器の出力信号に対して最大値を設定する。これにより目標電流は制限され、交流電流における電流歪みおよび高調波は発生しない。   In order to limit the output of each down converter and protect the components of the output stage, a maximum value is advantageously set for the output signal of each differential amplifier. Thereby, the target current is limited, and current distortion and harmonics in the alternating current are not generated.

各ダウンコンバータを駆動するための目標電流は、差動増幅器の出力信号とそれぞれの基本電流目標値の信号とを乗算することにより形成される。ここで、第1のダウンコンバータの差動増幅器の出力信号は正の正弦半波の導出値から形成された基本電流目標値の信号と乗算される。第2のダウンコンバータの差動増幅器の出力信号は負の正弦半波の導出値から形成された基本電流目標値の信号と乗算される。   A target current for driving each down-converter is formed by multiplying the output signal of the differential amplifier by the signal of each basic current target value. Here, the output signal of the differential amplifier of the first down converter is multiplied by the signal of the basic current target value formed from the derived value of the positive sine half wave. The output signal of the differential amplifier of the second downconverter is multiplied by the basic current target value signal formed from the negative half sine wave derived value.

有利には、ダウンコンバータはいわゆるカレントモードで駆動される。ここで、クロック発生器によりスイッチング素子S1,S1のスイッチング周波数、例えば30kHzが定められる。   Advantageously, the downconverter is driven in a so-called current mode. Here, the switching frequency of the switching elements S1 and S1, for example, 30 kHz, is determined by the clock generator.

個々のスイッチング過程は図2に示されている変形例にしたがう。ここではまず第1のダウンコンバータから考察する。第1のスイッチング素子S1は期間の開始時にスイッチオンされる。これによりチョーク素子L1に電流が流れ、電流上昇分ΔI=[電圧U/インダクタンスL1]×スイッチオン時間Atの式にしたがって電流が増大する。   The individual switching processes follow the variant shown in FIG. Here, the first down converter is considered first. The first switching element S1 is switched on at the start of the period. As a result, a current flows through the choke element L1, and the current increases in accordance with the equation: current increase ΔI = [voltage U / inductance L1] × switch on time At.

比較器により、第1のチョーク素子L1を通って流れる電流と電流目標値とが比較される。チョーク電流が電流目標値に達すると、比較器は第1のスイッチング素子S1を遮断する。これによりチョーク電流は第1のダイオードD1およびこれに直列に接続された補助スイッチング素子SH1で整流される。   The comparator compares the current flowing through the first choke element L1 with the current target value. When the choke current reaches the current target value, the comparator cuts off the first switching element S1. As a result, the choke current is rectified by the first diode D1 and the auxiliary switching element SH1 connected in series therewith.

電源電圧のインパルスや電子回路の外部障害などに起因して迅速に上昇する過電流を防止するため、電流測定を行う比較器に対して固定の限界値を設け、電流が設定値を上回ったときにはただちにスイッチング素子S1,S2を遮断するようにすることができる。   In order to prevent an overcurrent that rises rapidly due to an impulse of the power supply voltage or an external failure of the electronic circuit, a fixed limit value is set for the comparator that measures current, and when the current exceeds the set value The switching elements S1 and S2 can be shut off immediately.

電流は第1のスイッチング素子S1のドレイン区間でシャント抵抗または直流電流補償型の電流センサにより最良に測定される。第1のコンデンサC1へ通じる一方の端子により、測定された電流信号には障害はほとんどない。   The current is best measured by a shunt resistor or a direct current compensation type current sensor in the drain section of the first switching element S1. With one terminal leading to the first capacitor C1, the measured current signal is hardly disturbed.

また、第1のチョーク素子L1の磁化エネルギの戻し期間の電流を測定する手段も存在する。有利な測定点は第1の補助スイッチング素子SH1のドレイン区間に存在する。当該の電流は第1のスイッチング素子S1を通る電流に対して位相ずれしている。最終的には第1のスイッチング素子S1を通って流れる電流が測定される。チョーク素子L1は急激な電流変化を阻止するので、第1のスイッチング素子S1が遮断され、チョーク電流が第1のダイオードD1および第1の補助スイッチング素子SH1で整流された後も、きわめて短い時間だけ第1のスイッチング素子S1を通って電流がさらに流れる。検出された電流値に基づいて、第1のスイッチング素子S1のスイッチオン時間に介入がなされ、クロック発生器の制御が行われる。   There is also means for measuring the current during the return period of the magnetization energy of the first choke element L1. An advantageous measuring point exists in the drain section of the first auxiliary switching element SH1. The current is out of phase with the current passing through the first switching element S1. Finally, the current flowing through the first switching element S1 is measured. Since the choke element L1 prevents an abrupt current change, the first switching element S1 is cut off and the choke current is rectified by the first diode D1 and the first auxiliary switching element SH1 for only a very short time. A current further flows through the first switching element S1. Based on the detected current value, an intervention is made in the switch-on time of the first switching element S1, and the clock generator is controlled.

第1のスイッチング素子S1の駆動はもはや周知のカレントモードでは行われない。なぜなら上昇するチョーク電流によって直接に第1のスイッチング素子S1の遮断が行われるのでなく、後の時点で検出される電流値を利用して遮断が行われるからである。   The first switching element S1 is no longer driven in the known current mode. This is because the first switching element S1 is not directly cut off by the rising choke current, but is cut off using a current value detected at a later time.

第2のコンデンサC2,第2のスイッチング素子S2,第2のチョーク素子L2,第2のダイオードD2および第2の補助スイッチング素子SH2を備えた第2のダウンコンバータは、負の電源半波のあいだ、相応に動作する。   The second down-converter including the second capacitor C2, the second switching element S2, the second choke element L2, the second diode D2, and the second auxiliary switching element SH2 is in a negative power supply half-wave. Works accordingly.

本発明の装置は2つの直流電流源に対するインバータであるので、駆動モードにないダウンコンバータの駆動段は阻止しておくと有意義である。このことは特に正の電源半波から負の電源半波への移行の際に重要となる。電源のゼロ点の周囲では、ラウンド制御インパルス、切り換え処理などによって交流電流源に障害が起こりやすい。このときに2つのダウンコンバータが作動されていると、2つのダウンコンバータのあいだに電流が流れ、著しい損失が発生してしまう。   Since the device of the present invention is an inverter for two DC current sources, it is meaningful to prevent the downconverter drive stage that is not in the drive mode. This is particularly important during the transition from a positive half-wave to a negative half-wave. Around the zero point of the power supply, the AC current source is likely to fail due to round control impulses and switching processing. If two down converters are operated at this time, a current flows between the two down converters, and a significant loss occurs.

前述したように、交流電流源のドライバ回路による供給プロトコルにおいては、電流の直流成分がなるべく交流電流源に供給されないように制御される。この要求を満足するために、次のような手段が採用される。まず、インバータの電源給電線路の電流センサ(変換器またはシャント抵抗)が供給される交流電流を測定する。簡単なケースでは、50Hzの電源周波数をはるかに上回る時定数を有するRC素子から成る積分器を介して、電源へ流れ込む直流電流が検出される。これに代えて、各正弦半波の電流をディジタル化し、プロセッサにおいて積分して、相互に減算してもよい。   As described above, in the supply protocol by the driver circuit of the alternating current source, control is performed so that the direct current component of the current is not supplied to the alternating current source as much as possible. In order to satisfy this requirement, the following means are adopted. First, the alternating current supplied to the current sensor (converter or shunt resistor) of the power supply line of the inverter is measured. In a simple case, a direct current flowing into the power supply is detected via an integrator consisting of RC elements having a time constant far exceeding the power supply frequency of 50 Hz. Alternatively, the current of each half-sine wave may be digitized, integrated in the processor, and subtracted from each other.

直流電流信号から補正信号が導出される。この補正信号は付加的な信号としてダウンコンバータによる電流制御において用いられ、交流電流源へ直流成分を供給してしまっているダウンコンバータの出力を制限する。つねに一方のダウンコンバータの供給電力のみが低減される。これは、MPP動作点で動作している直流電流源は供給電流の不均一性を補償するためにそれ以上の電力を送出できないからである。   A correction signal is derived from the direct current signal. This correction signal is used as an additional signal in the current control by the down converter, and limits the output of the down converter that has supplied the direct current component to the alternating current source. Only the power supplied to one downconverter is always reduced. This is because a DC current source operating at the MPP operating point cannot deliver any more power to compensate for non-uniformities in the supply current.

より高い電力を供給している直流電流源(例えばより効率の高い燃料電池セル、タイルごとにそれぞれパネル面積、電力損失または屋根に対する傾きの異なる大型の光起電性装置のセルなど)から取り出される電流が低減され、直流電流は供給されない。このようにすることにより、当該の直流電流源の電圧は増大し、もはや最適な動作点では動作しない。したがって、等しい最大出力を有する同一の2つの直流電流源を使用することが重要である。   Taken from a DC current source providing higher power (eg, more efficient fuel cells, large photovoltaic cells with different panel area, power loss, or roof tilt for each tile, etc.) The current is reduced and no direct current is supplied. By doing so, the voltage of the direct current source increases and no longer operates at the optimum operating point. It is therefore important to use the same two DC current sources with equal maximum power.

等しい最大出力を有する2つの直流電流源を用いるという要求が満足されない場合、本発明の回路には第1のコンデンサC1と第2のコンデンサC2とのあいだのエネルギ伝送のために補償変換器AWが補充される。このようにすると2つの直流電流源は最大電力を送出することができる。第1の直流電流源の出力に余剰があるときには、当該の余剰の1/2が第1のコンデンサC1から第2のダウンコンバータの第2のコンデンサC2へ伝送される。同様に第2の直流電流源の出力に余剰があるときには当該の余剰の1/2が第2のコンデンサC2から第1のダウンコンバータの第1のコンデンサC1へ伝送される。   If the requirement to use two DC current sources with equal maximum power is not met, the circuit of the present invention includes a compensation converter AW for energy transfer between the first capacitor C1 and the second capacitor C2. To be replenished. In this way, the two direct current sources can deliver maximum power. When there is a surplus in the output of the first DC current source, a half of the surplus is transmitted from the first capacitor C1 to the second capacitor C2 of the second down converter. Similarly, when there is a surplus in the output of the second DC current source, a half of the surplus is transmitted from the second capacitor C2 to the first capacitor C1 of the first down converter.

図3には図2に示されている基本回路に次のような素子を加えたチョークインバータが示されている。チョークインバータは第3のチョーク素子L3を含む。この第3のチョーク素子L3の第1の端子は電流を測定するためにシャント抵抗RSを介して中性導体NNetzへ接続されている。第3のチョーク素子L3の第2の端子は第3のスイッチング素子S3を介して第1のスイッチング素子S1のドレイン区間へ接続されており、さらに第4のスイッチング素子S4を介して第2のスイッチング素子S2のドレイン区間へ接続されている。場合によっては、インバータの2つのスイッチング素子S3,S4に対して反平行にフリーホイールダイオード、例えばフリーホイールダイオードを備えたMOSFETまたはIGBTが配置される。 FIG. 3 shows a choke inverter in which the following elements are added to the basic circuit shown in FIG. The choke inverter includes a third choke element L3. The first terminal of the third choke element L3 is connected to the neutral conductor N Netz via the shunt resistor RS in order to measure current. The second terminal of the third choke element L3 is connected to the drain section of the first switching element S1 via the third switching element S3, and further to the second switching via the fourth switching element S4. It is connected to the drain section of the element S2. In some cases, a freewheel diode, for example a MOSFET or IGBT with a freewheel diode, is arranged antiparallel to the two switching elements S3, S4 of the inverter.

これに代えて、補償変換器AWとして双方向の変換器、例えば阻止変換器を用いてもよい。   Instead, a bidirectional converter, for example, a blocking converter, may be used as the compensation converter AW.

有利には、補償変換器AWの制御は残りの部分の制御には依存せずに動作するので、閉ループは複雑化しない。   Advantageously, the closed loop is not complicated because the control of the compensation converter AW operates independently of the rest of the control.

ダウンコンバータごとに、供給電流を定義する差動増幅器に加えて、MPP目標電圧と実際電圧との制御偏差を求める個別の差動増幅器が配置される。制御偏差が設定可能な最大値、例えばMPP目標電圧の2%に達すると、補償変換器AWが開始される。補償変換器AWはエネルギの余剰分を一方のコンデンサから他方のコンデンサへ移し替える。差信号は目標電流設定値として補償変換器AWへ供給される。   For each down-converter, in addition to the differential amplifier that defines the supply current, a separate differential amplifier that determines the control deviation between the MPP target voltage and the actual voltage is arranged. When the control deviation reaches a settable maximum value, for example, 2% of the MPP target voltage, the compensation converter AW is started. The compensation converter AW transfers the surplus energy from one capacitor to the other. The difference signal is supplied as a target current set value to the compensation converter AW.

補償変換器AWの制御は前述した直流電流の制御に対抗する。直流電流の制御部が供給電流において直流成分を検出した場合、まず強い出力を送出しているほうの直流電流源から取り出される電流が低減される。こうして高い電圧を有するほうの直流電流源がMPP動作点から遠ざかり、これに応じて補償変換器の制御が要求され、電流の取り出しが再び増大される。補償変換器AWにより他方のダウンコンバータが給電を行い、出力が等しくなれば供給電流における直流成分が低下する。   The control of the compensation converter AW opposes the control of the direct current described above. When the direct current controller detects a direct current component in the supply current, the current drawn from the direct current source that is sending a strong output is first reduced. Thus, the higher DC current source moves away from the MPP operating point, and in response, control of the compensation converter is required, and current extraction is again increased. If the other down converter feeds power by the compensation converter AW and the outputs become equal, the direct current component in the supply current decreases.

付加的に給電を行うダウンコンバータの伝送する出力を増大する手段には2つのものがある。制御部への付加的な介入なしに、MPPトラッキング装置による制御が大きな時定数の後に行われる。なぜならMPPトラッキング装置は一般に緩慢な制御ダイナミクスを有するからである。   There are two means for increasing the power transmitted by the down converter that additionally supplies power. Control by the MPP tracking device takes place after a large time constant without additional intervention in the control unit. This is because MPP tracking devices generally have slow control dynamics.

付加的に給電を行うダウンコンバータの供給電流を迅速に増大させるには、当該のダウンコンバータの目標電流を直接に補償変換器AWの出力に基づいて形成すると有利である。   In order to quickly increase the supply current of the additionally supplied down converter, it is advantageous to form the target current of the down converter directly on the basis of the output of the compensation converter AW.

補償変換器AWは2つの方向でエネルギを伝送できるので、インバータが高速で回転しているときまたは直流電流源の出力が強く変動するとき(例えば雲の動きがきわめてはやいときの光起電性装置のパネル)には別の基準を適用してその駆動を検査すべきである。双方のダウンコンバータからそれぞれ他方のダウンコンバータへエネルギを伝送せよとの要求が生じた場合、制御部は補償変換器AWを阻止しなければならない。この場合、安定したステータスは生じず、2つのダウンコンバータの給電電力はMPP動作点に達するまで高められなければならない。   Since the compensation converter AW can transmit energy in two directions, a photovoltaic device when the inverter is rotating at high speed or when the output of the DC current source fluctuates strongly (eg when the movement of the cloud is very fast) The panel should be tested for drive by applying different criteria. If there is a request to transfer energy from both downconverters to the other downconverter, the controller must block the compensation converter AW. In this case, a stable status does not occur and the feed power of the two down converters must be increased until the MPP operating point is reached.

2つの直流電流源について製造技術に起因する構造差を有する装置が用いられる場合、ディジタル制御部を使用して制御ダイナミクスを改善することができる。これは例えば光起電性装置において1つのストリングによって形成される直流電流源が小さなパネル面積しか有さないケースに当てはまる。ディジタル制御部により2つの直流電流源の出力差が数時間にわたって検出され、平均値が形成される。この平均値により、装置の次のスイッチオンの際にただちに補償変換器AWから伝送すべき補償出力が設定される。制御の均等な重みづけはこの手段により短時間で達成される。   If devices with structural differences due to manufacturing techniques are used for the two DC current sources, the digital control can be used to improve the control dynamics. This is the case, for example, in the case of a photovoltaic device in which the direct current source formed by one string has only a small panel area. The digital controller detects the output difference between the two DC current sources over several hours and forms an average value. This average value sets the compensation output to be transmitted from the compensation converter AW immediately upon the next switch-on of the device. Even weighting of the control is achieved in a short time by this means.

図4には補償変換器および交流電流源で発生する電圧ピークを逃がすための付加的な回路素子を備えた回路の基本図が示されている。電圧ピークは例えば切り換え処理によってトリガされるが、そのパルス電圧のレベルは230V/400V線において数キロボルトにまで達する。インバータの電子回路をこうした電圧ピークから保護するには、ふつう回路素子を大きめに設計することが要求される。また、煩雑なフィルタも必要となる。   FIG. 4 shows a basic diagram of a circuit with additional circuit elements for escaping voltage peaks generated in the compensation converter and the alternating current source. The voltage peak is triggered, for example, by a switching process, but its pulse voltage level reaches several kilovolts on the 230V / 400V line. In order to protect the electronic circuit of the inverter from such a voltage peak, it is usually required to design a circuit element larger. Moreover, a complicated filter is also required.

本発明の回路には2つの付加的なコンデンサC3,C4を有する付加的な電流路が設けられる。電流がチョーク素子L1,L2を介して4つのコンデンサC1〜C4へ導通されることにより、回路素子への電圧負荷が動作モードに応じた最大負荷をほとんど上回らないことが保証される。ここで注意しなければならないのは、チョーク素子L1,L2およびコンデンサC1〜C4から成るLC回路の時定数が電源の過電圧のインパルスに予測される最大時定数よりも大きいことである。   The circuit of the present invention is provided with an additional current path having two additional capacitors C3 and C4. Since the current is conducted to the four capacitors C1 to C4 via the choke elements L1 and L2, it is guaranteed that the voltage load on the circuit element hardly exceeds the maximum load corresponding to the operation mode. It should be noted here that the time constant of the LC circuit composed of the choke elements L1 and L2 and the capacitors C1 to C4 is larger than the maximum time constant expected for the overvoltage impulse of the power supply.

付加的な回路素子は、第2のスイッチング素子S2と第2のチョーク素子L2とのあいだの接続点が第5のダイオードD5、ならびに第1の抵抗R1と第3のコンデンサC3とから成る並列回路を介して、基準電位0に接続されるように配置される。また、基準電位0は、第4のコンデンサC4と第2の抵抗R2とから成る並列回路、ならびに第6のダイオードを介して、第1のスイッチング素子S1と第1のチョーク素子L1とのあいだの接続点へ接続される。   The additional circuit element includes a parallel circuit in which the connection point between the second switching element S2 and the second choke element L2 is the fifth diode D5, and the first resistor R1 and the third capacitor C3. And is arranged to be connected to the reference potential 0 via Further, the reference potential 0 is between the first switching element S1 and the first choke element L1 via the parallel circuit including the fourth capacitor C4 and the second resistor R2 and the sixth diode. Connected to the connection point.

このとき、ダウンコンバータのスイッチング素子S1,S2に対して反平行にダイオードD3,D4、例えばダイオードを組み込んだ複数のMOSFETを設けることが必要となる。   At this time, it is necessary to provide a plurality of MOSFETs incorporating diodes D3 and D4, for example, diodes, in antiparallel to the switching elements S1 and S2 of the down converter.

交流電流源から正の電圧のインパルスが生じる場合には、回路装置は次のように動作する。このとき第1のコンデンサC1は先行する電源期間を通して電源電圧のピーク値まで充電されている。第1のコンデンサC1は高オーム性の放電抵抗を有するので、通常動作モードではほとんど事後充電は生じず、正弦波電流の高調波歪みも生じない。正の電圧のインパルスにより、第1のチョーク素子L1と第1のスイッチング素子S1に対して反平行に配置された第3のダイオードD3とを介して、電流が第1のコンデンサC1へ流れる。このため、第1のスイッチング素子S1と第1のダイオードD1とのあいだの接続点の電圧は第1のコンデンサC1の電圧に第3のダイオードD3のダイオード閾値を加えた値までに制限される。同時に、第2のチョーク素子L2および第5のダイオードD5を介して第3のコンデンサC3へ電流が流れる。これにより、第2のスイッチング素子S2と第2のダイオードD2とのあいだの接続点の電圧は第3のコンデンサC3の電圧に第5のダイオードD5のダイオード閾値を加えた値までに制限される。電源の電圧ピークが減衰すると、2つのチョーク素子L1,L2の磁化エネルギは戻され、最終的にはコンデンサC1,C3へ電流が流れなくなる。   When a positive voltage impulse is generated from the AC current source, the circuit device operates as follows. At this time, the first capacitor C1 is charged to the peak value of the power supply voltage through the preceding power supply period. Since the first capacitor C1 has a high ohmic discharge resistance, almost no post-charging occurs in the normal operation mode, and no harmonic distortion of the sine wave current occurs. A positive voltage impulse causes a current to flow to the first capacitor C1 via the first choke element L1 and the third diode D3 disposed antiparallel to the first switching element S1. For this reason, the voltage at the connection point between the first switching element S1 and the first diode D1 is limited to a value obtained by adding the diode threshold value of the third diode D3 to the voltage of the first capacitor C1. At the same time, a current flows to the third capacitor C3 via the second choke element L2 and the fifth diode D5. As a result, the voltage at the connection point between the second switching element S2 and the second diode D2 is limited to a value obtained by adding the diode threshold value of the fifth diode D5 to the voltage of the third capacitor C3. When the voltage peak of the power supply is attenuated, the magnetizing energy of the two choke elements L1 and L2 is returned, and finally no current flows to the capacitors C1 and C3.

交流電流源から負の電圧のインパルスが生じる場合には、第4のダイオードD4および第2のコンデンサを介した特性と第6のダイオードD6および第4のダイオードC4を介した特性とが等しくなるように制御される。   When an impulse of negative voltage is generated from the AC current source, the characteristics through the fourth diode D4 and the second capacitor are equal to the characteristics through the sixth diode D6 and the fourth diode C4. Controlled.

コンデンサC1〜C4は電源で予測される最大過電圧が予測される最大期間続いたとしても許容不能な高さまで充電されないように選定される。過電圧による電流が収容された後、第3のコンデンサC3および第4のコンデンサC4は並列接続された第1の抵抗R1および第2の抵抗R2を介して再び放電される。   Capacitors C1-C4 are selected so that they are not charged to unacceptable heights even if the maximum overvoltage predicted by the power source continues for the maximum time expected. After the current due to the overvoltage is accommodated, the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4 are discharged again via the first resistor R1 and the second resistor R2 connected in parallel.

こうした設計の重要な利点は保護回路の機能が監視部および場合によりパワースイッチング素子のスイッチング速度に依存しないということである。これはチョーク素子L1,L2が電流源と同様にふるまい、きわめて短時間、例えば数10nsで任意の電圧を増大させることができるからである。さらに、磁化エネルギを戻した後、寄生容量、例えばコイル容量により発振が生じ、これにより保護回路がアクティブとなっているときにパワースイッチング素子の制御に過負荷がかかることがある。したがって本発明の保護回路には制限素子としてダイオードのみが設けられる。   An important advantage of such a design is that the function of the protection circuit does not depend on the switching speed of the monitoring part and possibly the power switching element. This is because the choke elements L1 and L2 behave like a current source, and an arbitrary voltage can be increased in a very short time, for example, several tens of ns. Furthermore, after returning the magnetization energy, oscillation may occur due to a parasitic capacitance, for example, a coil capacitance, which may overload the control of the power switching element when the protection circuit is active. Therefore, only the diode is provided as the limiting element in the protection circuit of the present invention.

上述した保護回路の構成に代えて、コンデンサC1〜C4に付加的なスイッチング素子を介して低オーム性の放電抵抗を接続する構成を採用することもできる。このようにすると比較器によりコンデンサC1〜C4にかかる電圧が監視され、当該の電圧が上方限界値に達したとき放電抵抗がオンとなる。   Instead of the configuration of the protection circuit described above, a configuration in which a low ohmic discharge resistor is connected to the capacitors C1 to C4 via an additional switching element may be employed. In this way, the voltage applied to the capacitors C1 to C4 is monitored by the comparator, and the discharge resistor is turned on when the voltage reaches the upper limit value.

保護回路の別の構成として、電圧を制限するバリスタを設け、ダイオードを介してこれにチョーク素子L1,L2を接続してもよい。この場合、バリスタまたはサプレッサダイオードの内部差分抵抗に注意すべきである。これにより制限電圧を著しく上昇させる高電流が発生するおそれがあるからである。   As another configuration of the protection circuit, a varistor for limiting the voltage may be provided, and the choke elements L1 and L2 may be connected to the varistor via a diode. In this case, attention should be paid to the internal differential resistance of the varistor or suppressor diode. This is because a high current that significantly increases the limit voltage may be generated.

第1のスイッチング素子S1および第2のスイッチング素子S2は、過電圧の発生時、すなわち、電源電圧が予測される最大のピーク電圧、例えば[240V+10%]×ピーク係数=373Vを上回ったときに、正負の両方向でスイッチング素子S1,S2が定められた時間だけ遮断されるように制御される。これによりパルス電圧およびチョーク素子L1,L2の内の電流を減衰させる時間、例えば500nsを得ることができる。   The first switching element S1 and the second switching element S2 are positive or negative when an overvoltage occurs, that is, when the power supply voltage exceeds a predicted maximum peak voltage, for example, [240V + 10%] × peak coefficient = 373V. The switching elements S1 and S2 are controlled to be cut off for a predetermined time in both directions. As a result, a time for attenuating the pulse voltage and the current in the choke elements L1 and L2, for example, 500 ns can be obtained.

基本回路の回路図である。It is a circuit diagram of a basic circuit. 2つのチョーク素子を有する回路の回路図である。It is a circuit diagram of a circuit having two choke elements. 補償変換器を有する回路の回路図である。It is a circuit diagram of a circuit having a compensation converter. 補償変換器と電圧ピークに対する保護回路を有する回路の回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of a circuit having a compensation converter and a protection circuit against voltage peaks.

Claims (12)

共通の基準電位(0)を有する第1の直流電流源および第2の直流電流源からの電気エネルギを変換して交流電流源の導体(L1Netz)および中性導体(NNetz)へ供給するために、
第1の直流電流源は基準電位(0)に対する正の電位(1)を有し、第2の直流電流源は基準電位(0)に対する負の電位(2)を有し、2つの直流電流源の共通の基準電位(0)は中性導体(NNetz)へ接続されており、
インバータは正の電位を交流電流源の導体(L1Netz)へ接続する第1のダウンコンバータと負の電位(2)を交流電流源の導体(L1Netz)へ接続する第2のダウンコンバータとを含む
インバータの駆動方法において、
直流電流を制御することにより一方のダウンコンバータの供給電力の低減を設定し、
一方のダウンコンバータの供給電力の低減が設定されてから、当該のダウンコンバータの接続されているほうの電位(1;2)のエネルギを補償変換器(AW)により他方の電位(2;1)へ伝送し、
補償変換器(AW)からエネルギの伝送される電位(2;1)に接続されているほうのダウンコンバータに対して高い供給電力を設定する
ことを特徴とするインバータの駆動方法。
The electric energy from the first DC current source and the second DC current source having a common reference potential (0) is converted and supplied to the conductor (L1 Netz ) and the neutral conductor (N Netz ) of the AC current source. for,
The first DC current source has a positive potential (1) with respect to the reference potential (0), the second DC current source has a negative potential (2) with respect to the reference potential (0), and two DC currents The common reference potential (0) of the source is connected to the neutral conductor (N Netz ),
The inverter includes a first down converter that connects a positive potential to the conductor of the alternating current source (L1 Netz ) and a second down converter that connects a negative potential (2) to the conductor of the alternating current source (L1 Netz ). Inverter driving method including:
Set the reduction of the power supply of one down converter by controlling the direct current,
After the reduction of the power supplied to one of the down converters is set, the energy of the potential (1; 2) to which the down converter is connected is transferred to the other potential (2; 1 ) by the compensation converter (AW). )
A driving method of an inverter, characterized in that a high supply power is set for a down converter connected to a potential (2; 1 ) to which energy is transmitted from an compensation converter (AW).
2つのダウンコンバータを交互に駆動して完全な正弦波の形状の供給電流を生じさせ、ここで第1のダウンコンバータにより入力側に印加される正の電位(1)から正の正弦半波を形成し、第2のダウンコンバータにより入力側に印加される負の電位(2)から負の正弦半波を形成する、請求項1記載の方法。  The two down converters are driven alternately to produce a supply current in the form of a complete sine wave, where a positive sine half wave is generated from the positive potential (1) applied to the input side by the first down converter. The method according to claim 1, wherein a negative sine half wave is formed from a negative potential (2) applied and applied to the input side by a second down converter. 第1の直流電流源の電圧およびそこから取り出される電流を連続的に測定し、第1のダウンコンバータを駆動して第1の直流電流源の電圧と電流との積を連続的に第1の直流電流源の瞬時最大出力へ近似させ、第2の直流電流源の電圧およびそこから取り出される電流を連続的に測定し、第2のダウンコンバータを駆動して第2の直流電流源の電圧と電流との積を連続的に第2の直流電流源の瞬時最大出力へ近似させる、請求項1または2記載の方法。  The voltage of the first DC current source and the current extracted therefrom are continuously measured, and the first down converter is driven to continuously calculate the product of the voltage and current of the first DC current source. Approximate the instantaneous maximum output of the DC current source, continuously measure the voltage of the second DC current source and the current drawn from it, and drive the second down converter to obtain the voltage of the second DC current source 3. A method according to claim 1 or 2, wherein the product of current is continuously approximated to the instantaneous maximum output of the second direct current source. 供給電流の直流成分を連続的に測定し、正の直流成分が存在するときには第1のダウンコンバータに対して低い供給電力を設定し、負の直流成分が存在するときには第2のダウンコンバータに対して低い供給電力を設定する、請求項3記載の方法。  The DC component of the supply current is continuously measured. When a positive DC component is present, a low supply power is set for the first down converter, and when a negative DC component is present, the second down converter is set. 4. The method of claim 3, wherein a low supply power is set. 共通の基準電位(0)を有する第1の直流電流源および第2の直流電流源からの電気エネルギを変換して交流電流源の導体(L1Netz)および中性導体(NNetz)へ供給するために、
第1の直流電流源は基準電位(0)に対する正の電位(1)を有し、第2の直流電流源は基準電位(0)に対する負の電位(2)を有し、2つの直流電流源の共通の基準電位(0)は中性導体(NNetz)へ接続されており、
インバータは正の電位を交流電流源の導体(L1Netz)へ接続する第1のダウンコンバータと負の電位(2)を交流電流源の導体(L1Netz)へ接続する第2のダウンコンバータとを含む、
インバータにおいて、
第1の直流電流源の正の電位(1)と第2の直流電流源の負の電位(2)とが補償変換器(AW)を介して相互に接続されており、
インバータは各ダウンコンバータおよび補償変換器を制御する適切な手段を備えた制御ユニットを有しており、
該制御ユニットは、直流電流を制御することにより一方のダウンコンバータの供給電力の低減を設定し、該一方のダウンコンバータの供給電力の低減が設定されてから、当該のダウンコンバータの接続されているほうの電位(1;2)のエネルギを補償変換器(AW)により他方の電位(2;1)へ伝送し、補償変換器(AW)からエネルギの伝送される電位(2;1)に接続されているほうのダウンコンバータに対して高い供給電力を設定するように構成されている
ことを特徴とするインバータ。
The electric energy from the first DC current source and the second DC current source having a common reference potential (0) is converted and supplied to the conductor (L1 Netz ) and the neutral conductor (N Netz ) of the AC current source. for,
The first DC current source has a positive potential (1) with respect to the reference potential (0), the second DC current source has a negative potential (2) with respect to the reference potential (0), and two DC currents The common reference potential (0) of the source is connected to the neutral conductor (N Netz ),
The inverter includes a first down converter that connects a positive potential to the conductor of the alternating current source (L1 Netz ) and a second down converter that connects a negative potential (2) to the conductor of the alternating current source (L1 Netz ). Including,
In the inverter,
The positive potential (1) of the first direct current source and the negative potential (2) of the second direct current source are connected to each other via a compensation converter (AW),
The inverter has a control unit with suitable means to control each downconverter and compensation converter,
The control unit sets a reduction in the supply power of one down converter by controlling a direct current, and is connected to the down converter after the reduction in the supply power of the one down converter is set. The energy of the other potential (1; 2) is transmitted to the other potential (2; 1) by the compensation converter (AW) and connected to the potential (2; 1) to which energy is transmitted from the compensation converter (AW). An inverter characterized in that it is configured to set a high power supply to the downconverter that is being used.
第1の直流電流源および第2の直流電流源は光起電性装置のいわゆるストリングとして構成されている、請求項5記載のインバータ。  6. The inverter according to claim 5, wherein the first direct current source and the second direct current source are configured as so-called strings of photovoltaic devices. 第1のダウンコンバータは第1のコンデンサ(C1)、第1のスイッチング素子(S1)、第1の補助スイッチング素子(SH1)およびこれに直列に接続された第1のダイオード(D1)ならびにチョーク回路(L)を含み、入力側で第1の直流電流源の正の電位(1)および基準電位(0)に、出力側でフィルタコンデンサ(CF)を介して交流電流源の導体(L1Netz)へ接続されており、第2のダウンコンバータは第2のコンデンサ(C2)、第2のスイッチング素子(S2)、第2の補助スイッチング素子(SH2)およびこれに直列に接続された第2のダイオード(D2)ならびにチョーク回路(L)を含み、入力側で第2の直流電流源の負の電位(2)および基準電位(0)に、出力側でフィルタコンデンサ(CF)を介して交流電流源の導体(L1Netz)へ接続されており、中性導体(NNetz)は第1の直流電流源および第2の直流電流源の共通の基準電位(0)へ接続されている、請求項5または6記載のインバータ。The first down-converter includes a first capacitor (C1), a first switching element (S1), a first auxiliary switching element (SH1), a first diode (D1) connected in series to the first down-converter (SH1), and a choke circuit. (L), the positive potential (1) and reference potential (0) of the first DC current source on the input side, and the conductor (L1 Netz ) of the AC current source via the filter capacitor (CF) on the output side The second down converter includes a second capacitor (C2), a second switching element (S2), a second auxiliary switching element (SH2), and a second diode connected in series to the second capacitor (C2). (D2) and a choke circuit (L), the negative potential (2) and reference potential (0) of the second DC current source on the input side, and the filter capacitor (CF) on the output side And it is connected to the AC current source conductor (L1 Netz), a neutral (N Netz) is connected to the common reference potential of the first direct current source and the second direct current source (0) The inverter according to claim 5 or 6. チョーク回路(L)は第1のチョーク素子(L1)と第2のチョーク素子(L2)とに分割されており、第1のダウンコンバータは第1のチョーク素子(L1)を含み、第2のダウンコンバータは第2のチョーク素子(L2)を含む、請求項7記載のインバータ。  The choke circuit (L) is divided into a first choke element (L1) and a second choke element (L2), and the first down converter includes a first choke element (L1), The inverter according to claim 7, wherein the down converter includes a second choke element (L2). 補償変換器(AW)は第3のスイッチング素子(S3)およびこれに直列に接続された第4のスイッチング素子(S4)を含み、第3のスイッチング素子(S3)と第4のスイッチング素子(S4)とのあいだの接続点は第3のチョーク素子(L3)および電流測定手段を介して基準電位(0)へ接続されている、請求項5から8までのいずれか1項記載のインバータ。  The compensation converter (AW) includes a third switching element (S3) and a fourth switching element (S4) connected in series to the third switching element (S3) and the fourth switching element (S4). 9. The inverter according to claim 5, wherein the connection point is connected to the reference potential (0) via the third choke element (L 3) and the current measuring means. 電流測定手段はシャント抵抗(RS)を含む、請求項9記載のインバータ。  The inverter according to claim 9, wherein the current measuring means includes a shunt resistor (RS). 第1のスイッチング素子(S1)に反平行に第3のダイオード(D3)が配置されており、第2のスイッチング素子(S2)に反平行に第4のダイオード(D4)が配置されている、請求項5から10までのいずれか1項記載のインバータ。  A third diode (D3) is disposed antiparallel to the first switching element (S1), and a fourth diode (D4) is disposed antiparallel to the second switching element (S2). The inverter according to any one of claims 5 to 10. 第2のスイッチング素子(S2)と第2のチョーク素子(L2)とのあいだの接続点は第5のダイオード(D5)ならびに第1の抵抗(R1)および第3のコンデンサ(C3)から成る並列回路を介して基準電位(0)に接続されており、第1のスイッチング素子(S1)と第1のチョーク素子(L1)とのあいだの接続点は第6のダイオード(6)ならびに第2の抵抗(R2)および第4のコンデンサ(C4)から成る並列回路を介して基準電位(0)に接続されている、請求項11記載のインバータ。  The connection point between the second switching element (S2) and the second choke element (L2) is a parallel composed of a fifth diode (D5), a first resistor (R1), and a third capacitor (C3). The connection point between the first switching element (S1) and the first choke element (L1) is connected to the reference potential (0) through the circuit, and the sixth diode (6) and the second 12. Inverter according to claim 11, connected to a reference potential (0) via a parallel circuit consisting of a resistor (R2) and a fourth capacitor (C4).
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