KR20080016520A - Inverter - Google Patents

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KR20080016520A
KR20080016520A KR1020077006916A KR20077006916A KR20080016520A KR 20080016520 A KR20080016520 A KR 20080016520A KR 1020077006916 A KR1020077006916 A KR 1020077006916A KR 20077006916 A KR20077006916 A KR 20077006916A KR 20080016520 A KR20080016520 A KR 20080016520A
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KR1020077006916A
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Inventor
페테르 크나우프
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코네르지 악티엔게젤샤프트
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Abstract

An inverter (1,1') having one or more phases, comprising:-a first and a second DC capacitor (Cl, C2), which may be supplied by a photovoltaic generator (30), constituting an intermediate DC circuit (2,2'), whereby the common connection point of the DC capacitors represents a common earth connection (8), and-at least one subcircuit (12) for generating one phase of an AC voltage at an AC node (16), each subcircuit comprising:-a series connection of a first and second power switch (Sl, S2),-a series connection of a first and second auxiliary switch (S3,S4). In case of a three-phase AC voltage, a star-star connected transformer (32) is attached to the output of the inverter (1'), the inverter being configured to produce phase voltages, comprising each a wave of fundamental frequency and a wave of third harmonic frequency, across the secondary coil of the transformer.

Description

인버터{INVERTER}Inverter {INVERTER}

본 발명은 DC 전압을 하나 이상의 위상을 갖는 AC 전압으로 변환하는 인버터에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 인버터 및 태양광 발전기를 포함하는 태양 에너지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an inverter for converting a DC voltage into an AC voltage having one or more phases. The invention also relates to a solar energy system comprising an inverter and a solar generator.

인버터는 통상 잘 알려져 있다. 인버터는 예를 들면, 광전 발전기(photovoltaic generator)에 의해 발생되어 직류 전류 및 전압의 형태로 사용할 수 있는 에너지를, 유러피언 전력 그리드(European power grid)와 같은 AC 그리드나 교류 전류 및 전압의 형태의 독립(stand-alone) 그리드에 급전하는 데 사용된다. 이러한 그리드 급전은 단상이나 다상 특히, 3상일 수 있다. 이러한 목적으로 설계된 인버터는, 그리드에 급전될 에너지가 DC 전압의 형태로 공급되는 중간 DC 회로를 갖는다.Inverters are generally well known. Inverters, for example, are energy generated by a photovoltaic generator and can be used in the form of direct current and voltage, independent of an AC grid such as the European power grid or in the form of alternating current and voltage. Used to feed a stand-alone grid. Such grid feeding may be single phase or multiphase, in particular three phase. Inverters designed for this purpose have an intermediate DC circuit in which energy to be fed to the grid is supplied in the form of a DC voltage.

중간 DC 회로에는 생성되는 AC 전압의 각 위상에 대해 하나의 서브회로가 접속된다. "풀 브리지"에서, 각 서브회로는 중간 회로의 전압이 상이한 펄스폭 및 가변 극성을 갖고 공급되는 제1 및 제2 AC 단자를 갖는다. 그 결과, 제1 및 제2 AC 단자 사이에 펄스화된 전압 신호가 존재한다. 하나 또는 복수의 코일을 접속함으로써, 적절한 펄스가 선택되면 펄스화된 AC 전압 신호로부터 대략 정현파 전류가 생성된다. 펄스화된 전압의 주파수는 일반적으로 대략 정현파 전류의 주파수보다 수(數)배 높다.One intermediate circuit is connected to the intermediate DC circuit for each phase of the generated AC voltage. In a "full bridge", each subcircuit has first and second AC terminals to which the voltage of the intermediate circuit is supplied with different pulse widths and variable polarities. As a result, there is a pulsed voltage signal between the first and second AC terminals. By connecting one or more coils, approximately sinusoidal current is generated from the pulsed AC voltage signal when the appropriate pulse is selected. The frequency of the pulsed voltage is generally several times higher than the frequency of the sinusoidal current.

그러한 종래 기술의 하나의 결점은 전류의 양의 반파 동안에 음의 전압 펄스가 발생하는 것과, 전류의 음의 위상 중에 양의 전압 펄스가 발생하며, 따라서 인버터에서의 전력 손실을 초래하는 무효 전력(reactive power)을 생성한다. 다른 결점은 AC 접속 단자들 간에 제공되는 초크(choke)에 인가되는 맥동 전압 및 공급되는 전력 그리드가 중간 DC 회로에서의 전압까지의 범위의 레벨에 있다는 것이다. 초크는 설계 시에 상당히 커져야 한다. "풀 브리지"에서, 특히 인버터가 광전 발전기용으로 사용되고 있을 때, 전압 펄스를 생성하는 데 필요한 스위칭으로 인해 또한 비정상적인 접지로의 전위 시프트가 생긴다. 광전 발전기는 통상적으로 그 대면적으로 인해 접지에 대한 고용량 결합을 갖는다. 전술한 전위 시프트, 특히 전위 점프의 결과, 표유(stray) 전류가 용량성 결합에 의해 접지로 누설된다.One drawback of such prior art is the generation of negative voltage pulses during the positive half-wave of the current and positive voltage pulses during the negative phase of the current and thus reactive power which results in power loss in the inverter. power) Another drawback is that the pulsation voltage applied to the choke provided between the AC connection terminals and the power grid supplied are at levels in the range up to the voltage in the intermediate DC circuit. The choke must be quite large at design time. In a "full bridge", especially when the inverter is being used for a photovoltaic generator, the switching necessary to generate a voltage pulse also results in a potential shift to an abnormal ground. Photoelectric generators typically have high capacity coupling to ground due to their large area. As a result of the aforementioned potential shifts, in particular potential jumps, stray currents leak to ground by capacitive coupling.

전술한 문제점들을 제거하거나 적어도 완화시키기 위해, 도 1에 도시된 바와 같은 접지된 중점 및 3점 회로로 중간 DC 회로가 분할된 공지된 인버터가 존재한다. 중간 회로의 직류 전압(UDC)은 2개의 반분(半分)으로 분할되어, 즉 접지하도록 하나의 반분은 양의 전압을 갖고 나머지 반분은 음의 전압을 갖는다(+½UDC 및 -½UDC). 또한 접지하는 펄스화된 전압이 생성되는 하나의 AC 노드만이 제공되어 있다. 양의 반파에 대해 설정된 설정값에 대해, 중간 DC 회로의 양의 전압은 스위치 SA 및 SB에 의해 스위치들 SB와 SC 사이에 배치된 AC 노드 A로 펄스화된다. 대응 하여, 중간 DC 회로의 음의 전압은 스위치 SC 및 SD에 의해 음의 반파용의 AC 노드 A로 펄스화된다.In order to eliminate or at least mitigate the aforementioned problems, there is a known inverter in which an intermediate DC circuit is divided into grounded midpoint and three point circuits as shown in FIG. The DC voltage (U DC ) of the intermediate circuit is divided into two halves, i.e. one half has a positive voltage and the other half has a negative voltage (+ ½U DC and -½U DC ) to ground. In addition, only one AC node is provided which generates a pulsed voltage to ground. For the set value set for the positive half wave, the positive voltage of the intermediate DC circuit is pulsed by the switches SA and SB to the AC node A disposed between the switches SB and SC. Correspondingly, the negative voltage of the intermediate DC circuit is pulsed to the AC node A for negative half wave by the switches SC and SD.

양의 반파에 대해, 이것은 상세하게는 양의 중간 회로 전압이 스위치 SA에 의해 AC 노드 A로 펄스화되는 것을 의미한다. 이것이 발생할 때, 스위치 SB는 폐쇄 위치에 있게 된다. 펄스화된 전압 신호는 초크 DRA에 연속적인 부분적으로 양의 전류를 유도하고, 그러한 양의 전류는 중간 회로의 양의 측으로부터 AC 노드 A를 통과하여 스위치 SA 및 SB를 통해, 그리고 초크 D를 통해 그리드로 흐른다. 그러나, 이 전류 경로는 펄스화를 위한 개방 스위치 SA에 의해 차단된다. 현재, 초크 D를 통해 여전히 구동되고 있는 전류가 다이오드 DE 및 스위치 SB를 통과하여 공통 접지 접속 E로부터 계속 흐르게 하는 것이 가능하다. 음의 전압 반파를 생성하기 위해, 양 스위치 SA 및 SB가 개방되고, 중간 DC 회로의 음의 전압은 스위치 SC 및 SD에 의해 AC 노드 A로 펄스화된다. 스위치 SB는 후자의 경우에는, AC 노드 A에서의 음의 전압으로 인해 단락 전류가 중간 회로 E용의 공통 접지 접속으로부터 다이오드 DE 및 스위치 SB를 통해 AC 노드 A로 흐르기 때문에, 개방되어야 한다.For a positive half wave, this specifically means that the positive intermediate circuit voltage is pulsed to AC node A by switch SA. When this occurs, the switch SB is in the closed position. The pulsed voltage signal induces a continuous, partially positive current in the choke DRA, and that positive current passes through the AC node A from the positive side of the intermediate circuit, through the switches SA and SB, and through the choke D. Flow into the grid. However, this current path is interrupted by an open switch SA for pulsed. At present, it is possible for the current still being driven through the choke D to continue to flow from the common ground connection E through the diode DE and the switch SB. To generate a negative voltage halfwave, positive switches SA and SB are open, and the negative voltage of the intermediate DC circuit is pulsed to AC node A by switches SC and SD. In the latter case, the switch SB must be open since the short-circuit current flows from the common ground connection for the intermediate circuit E to the AC node A through the diode DE and the switch SB in the latter case.

공지된 3점 회로의 결점은, 전류가 중간 회로의 양의 단자로부터 2개의 스위치(SA 및 SB)를 통해 AC 노드 A로 흐르거나, AC 노드 A로부터 2개의 스위치(SC 및 SD)를 통해 중간 DC 회로의 음의 단자로 흘러야 한다는 것이다. 스위치 SA 내지 SD는 종래 기술에서는 IGBTs와 같은 고체 스위치로서 구성되어 있기 때문에, 상당한 전력 손실이 상기 스위치에서 발생한다. 또한, 하프 브리지에 대해 6개의 다이오드를 사용해야 하는 것은 회로를 매우 복잡하고 고가로 되게 한다.A known drawback of three-point circuits is that current flows from the positive terminal of the intermediate circuit to AC node A through two switches SA and SB, or from AC node A to two switches SC and SD. To the negative terminal of the DC circuit. Since the switches SA to SD are conventionally configured as solid switches such as IGBTs, significant power loss occurs in the switches. In addition, the use of six diodes for the half bridge makes the circuit very complex and expensive.

광전 발전기로부터 그리드로 에너지를 공급할 때 일어나는 특히 하나의 문제점은 이들 발전기가 종종 약한 직류 전압만을 공급할 수 있다는 것이다. 따라서, 전력 그리드, 특히 유러피안 그리드 네트워크로 전류를 공급하기 위해 인버터를 사용하면, 그리드 급전 이전에 인버터의 중간 DC 회로에 광전 발전기로부터의 직류 전압을 상승시키는 것이 필요하다. 다른 옵션은 중간 DC 회로에서 더 낮은 전압을 사용하지만, 생성된 교류 전압을 변압기에 의해 원하는 전압 레벨, 특히 전력이 공급되는 그리드의 전압으로 변환하는 것이다. 양(兩) 경우에 부가적인 장치가 필요하게 되어, 인버터의 구매 및/또는 운용을 더욱 고가로 만들어 재정적으로 무익하게 만든다.One particular problem that arises when supplying energy from the photoelectric generators to the grid is that these generators can often only supply a weak DC voltage. Thus, using the inverter to supply current to the power grid, in particular the European grid network, it is necessary to raise the DC voltage from the photoelectric generator to the intermediate DC circuit of the inverter before grid feeding. Another option is to use a lower voltage in the intermediate DC circuit, but convert the generated alternating voltage to the desired voltage level by the transformer, in particular the voltage of the powered grid. In both cases, additional equipment is needed, making the purchase and / or operation of the inverter more expensive and financially useless.

따라서, 본 발명의 목적은 적어도 전술한 문제점을 줄여, 공지된 하프 브리지와 비교하여 전력 손실이 덜하게 하고 특히 더 적은 수의 부품을 필요로 하는 인버터를 제공한다.It is therefore an object of the present invention to at least reduce the aforementioned problems, to provide an inverter with less power loss compared to known half bridges and in particular requiring fewer components.

본 발명은 청구항 1에 한정된 바와 같은 인버터를 제안한다. 본 발명은 또한 청구항 11에 따르는 인버터, 및 청구항 14에 따른 태양 에너지 시스템 및 청구항 16에 따르는 DC 전압을 AC 전압으로 변환하는 방법을 제안한다.The invention proposes an inverter as defined in claim 1. The invention also proposes an inverter according to claim 11, a solar energy system according to claim 14 and a method for converting a DC voltage according to claim 16 to an AC voltage.

인버터는 바람직하게는 청구항 2에 나타내는 바와 같이 구성되며, 그에 따라 인버터는 중간 DC 회로의 제1 및 제2 단자 사이에 직렬로 접속되는 제1 및 제2 DC 커패시터 유닛을 갖는 중간 DC 회로와, 중간 회로의 공통 접지 접속을 갖는다. DC 커패시터 유닛으로서는 단일의 커패시터가 사용될 수 있다. DC 전압이 중간 DC 회로의 제1 및 제2 단자에 인가되고, 작동 시에 직류 전류가 예컨대, 광전 발전기로부터 회로에 공급된다. 2개의 DC 커패시터 사이에는, 상기 2개의 DC 커패시터 유닛이 또한 서로 접속되어 있는 접지 단자가 배치되어 있다. 중간 DC 회로에 인가되는 DC 전압은 그 결과 2개의 반분으로 분할되어, 반분인 양의 중간 회로 전압은 중간 DC 회로의 제1 단자에 인가되고, 반분인 접지로의 음의 중간 회로 전압은 중간 DC 회로의 제2 단자에 인가된다.The inverter is preferably configured as shown in claim 2, whereby the inverter is an intermediate DC circuit having first and second DC capacitor units connected in series between the first and second terminals of the intermediate DC circuit, and It has a common ground connection of the circuit. As the DC capacitor unit, a single capacitor can be used. DC voltage is applied to the first and second terminals of the intermediate DC circuit, and in operation a direct current is supplied to the circuit, for example from a photoelectric generator. Between the two DC capacitors, a ground terminal is arranged in which the two DC capacitor units are also connected to each other. The DC voltage applied to the intermediate DC circuit is consequently divided into two halves, so that half the positive intermediate circuit voltage is applied to the first terminal of the intermediate DC circuit, and the negative intermediate circuit voltage to half the ground is the intermediate DC. Is applied to the second terminal of the circuit.

중간 DC 회로에는 적어도 하나의 서브회로가 접속되고, 그러한 각 서브회로는 단상(one phase)의 교류 전압을 발생한다. 다이오드와 각각 병렬로 접속되어 있는 제1 및 제2 보조 스위치는 중간 회로의 공통 접지 접속부에 직렬로 접속된다. 2개의 보조 스위치를 갖는 이 직렬 회로의 타 단자는, 인버터가 작동될 때 펄스화된 전압이 공급되는 AC 노드에 접속된다. 보조 스위치의 다이오드는 서로 반대의 순방향으로 접속되어, 양(兩) 보조 스위치가 개방되어 있을 때마다 공통 접지 접속과 AC 노드 사이에 전류가 흐를 수 없다. 하나의 보조 스위치가 폐쇄되어 있으면, 나머지 개방된 스위치에 병렬로 접속된 다이오드에 의해 허용되는 방향으로만 전류가 흐를 수 있다. 양 보조 스위치가 폐쇄되어 있는 경우에만, 전류가 양방향으로 흐를 수 있다.At least one subcircuit is connected to the intermediate DC circuit, and each such subcircuit generates an one-phase alternating voltage. The first and second auxiliary switches, which are connected in parallel with the diodes respectively, are connected in series with the common ground connection of the intermediate circuit. The other terminal of this series circuit having two auxiliary switches is connected to an AC node to which a pulsed voltage is supplied when the inverter is operated. The diodes of the auxiliary switches are connected in opposite directions to each other so that current cannot flow between the common ground connection and the AC node whenever both auxiliary switches are open. If one auxiliary switch is closed, current can only flow in the direction allowed by a diode connected in parallel to the other open switch. Only when both auxiliary switches are closed can current flow in both directions.

펄스화된 전압을 공급하기 위해, 병렬로 접속된 다이오드를 각각 갖는 2개의 전력 스위치는 중간 DC 회로의 제1 및 제2 단자 사이에 직렬로 접속된다. 2개의 전력 스위치의, 그에 따라서 전력 스위치의 병렬로 접속된 2개의 다이오드의 접속점이 AC 노드에 접속된다. 상기 전력 스위치의 다이오드들은 서로 동일한 순방향으로 접속되어, 그 다이오드들이 중간 DC 회로의 제1 단자에서 중간 DC 회로의 제2 단자로 전류가 흐르는 것을 차단한다.To supply the pulsed voltage, two power switches, each having a diode connected in parallel, are connected in series between the first and second terminals of the intermediate DC circuit. The connection point of the two power switches, and thus two diodes connected in parallel of the power switch, is connected to the AC node. The diodes of the power switch are connected in the same forward direction to each other, preventing the diodes from flowing current from the first terminal of the intermediate DC circuit to the second terminal of the intermediate DC circuit.

이러한 회로 구성에 의해, 펄스화된 전압이 각 서브회로의 AC 노드에서 발생될 수 있다. 양의 전압 반파를 생성하기 위해, 중간 회로 전압의 양의 반분이 제1 전력 스위치 및 제1 보조 스위치에 의해 AC 노드로 펄스화된다. 음의 전압 반파에 대해서는, 중간 회로 전압의 음의 반분이 유사하게 제2 전력 스위치 및 제2 보조 스위치에 의해 AC 노드로 펄스화된다.By this circuit configuration, a pulsed voltage can be generated at the AC node of each subcircuit. To generate a positive voltage half wave, a positive half of the intermediate circuit voltage is pulsed to the AC node by the first power switch and the first auxiliary switch. For negative voltage halfwaves, the negative half of the intermediate circuit voltage is similarly pulsed to the AC node by the second power switch and the second auxiliary switch.

전류는 유도성 부하가 AC 노드와 접지 예컨대, 초크나 변압기 사이에 접속될 때 생성된다. 양의 전압 반파 및 양의 전류를 발생할 때, 상기 전류는, 제1 전력 스위치가 폐쇄된 경우, 중간 DC 회로의 제1 단자로부터 제1 전력 스위치를 통해 AC 노드에 흐른다. 따라서, 전류는 하나의 전력 스위치만을 통해 흐르므로, 전력 손실의 저감을 가능하게 한다. 양의 전압 반파를 발생할 때, 제1 전력 스위치가 개방되는 경우, 전류는 공통 접지 접속으로부터 2개의 직렬 접속 보조 스위치를 통해 AC 노드에 계속 흐를 수 있지만, 이것은, 공통 접지 접속으로부터 AC 노드 방향으로 임의의 전류 흐름을 차단하는 병렬 접속된 다이오드를 갖는 보조 스위치가 폐쇄되어 있는 것을 조건으로 한다.Current is generated when an inductive load is connected between the AC node and ground, such as a choke or a transformer. When generating a positive voltage half wave and a positive current, the current flows from the first terminal of the intermediate DC circuit through the first power switch to the AC node when the first power switch is closed. Thus, the current flows through only one power switch, thereby making it possible to reduce power loss. When a positive voltage half wave occurs, when the first power switch is opened, current can continue to flow from the common ground connection to the AC node through the two series connected auxiliary switches, but this is arbitrary from the common ground connection toward the AC node. It is subject to the fact that the auxiliary switch with a parallel-connected diode which blocks the current flow of is closed.

특히 전류 및 설정된 전압값의 양자가 양 또는 음일 때 스위칭 사이클에서의 0 상태를 사용함으로써, 본 발명은 전력 스위치 및 다이오드를 통해, 그리고 접속되는 임의의 필터 초크를 통해 무효 전력이 생성되어 전송되는 것이 거의 또는 전혀 가능하지 않게 만든다. 전력 손실은 0 상태를 제외하고 언제든지 하나의 전력 스위치만이 도전성이 되게 함으로써 종래의 3점 회로에서의 전력 손실과 비교해서 또한 저감될 수 있다.By using the zero state in the switching cycle, in particular when both the current and the set voltage value are positive or negative, the invention provides that reactive power is generated and transmitted through the power switch and diode and through any filter choke connected. Makes little or no possible. Power loss can also be reduced compared to power loss in conventional three point circuits by making only one power switch conductive at any time except the zero state.

이런 방식으로, 인버터의 전체 효율이 향상될 수 있다. 이것은 그 효율의 정도를 향상시키는 것, 더욱 컴팩트한 구성을 달성하는 것 및/또는 무게 절감을 포함하는데, 그 이유는 적어도 공지된 풀 브리지에 필요한 것에 비해 더 작은 펄스 레벨로 인해 필터 초크가 감소될 수 있고, 풀 브리지에서의 것에 비해 최소의 동작적으로 유도된 표유 전류만이 발생하기 때문이다. 또한, 본 발명은 종래의 하프 브리지에 비해 적은 2개의 다이오드를 필요로 한다.In this way, the overall efficiency of the inverter can be improved. This may include improving the degree of efficiency, achieving a more compact configuration, and / or saving weight, because at least the filter choke will be reduced due to smaller pulse levels compared to those required for known full bridges. This is because only minimally operatively induced stray currents occur as compared to that at full bridge. In addition, the present invention requires fewer diodes than conventional half bridges.

2개의 DC 커패시터 유닛은 바람직하게는 동일한 커패시턴스를 갖고, 중간 DC 회로는 대칭형이다. DC 전압이 중간 DC 회로의 제1 및 제2 단자 사이에 인가될 때, 중간 회로의 공통 접지 접속은 중간 DC 회로의 제1 및 제2 단자 사이에 중간 전압을 유지한다.The two DC capacitor units preferably have the same capacitance and the intermediate DC circuit is symmetrical. When a DC voltage is applied between the first and second terminals of the intermediate DC circuit, the common ground connection of the intermediate circuit maintains the intermediate voltage between the first and second terminals of the intermediate DC circuit.

본 발명의 다른 실시예에서는, 하나의 순방향으로만 전류를 도통시킬 수 있는 보조 및/또는 전력 스위치들이 사용되고, 상기 스위치들은 반대의 순방향으로 각각의 다이오드에 병렬로 접속되어 있다. 그러한 스위치들에 대한 순방향은 트랜지스터나 사이리스터와 같은 고체 상태 스위치가 사용될 때의 결과이다. 특히 IGBTs, MOSFETs 및 GTOs가 사용될 수 있다.In another embodiment of the invention, auxiliary and / or power switches are used which can conduct current in only one forward direction, which are connected in parallel to each diode in the opposite forward direction. The forward direction for such switches is the result of using solid state switches such as transistors or thyristors. In particular IGBTs, MOSFETs and GTOs can be used.

각각의 서브회로는 AC 출력과 초크를 포함하며, 상기 초크는 AC 노드와 AC 출력 사이에 접속되어 있는 것이 유리하다. 초크에 의해, 전압을 적절히 펄스화함으로써, AC 노드에서 정현파 전류를 얻거나, 다른 유도성 성분이 존재할 때 그러한 전류를 유지하는 것이 가능하다. 초크는 특히 인버터가 변압기 없이 작동될 때 제공된다. 본 발명에 따르는 인버터에서, 그러한 초크는 예를 들면, 최대로 펄스화된 중간 회로 전압의 반분만이 초크에 인가되기 때문에, 풀 브리지를 구비한 종래기술의 인버터에서 보다 치수가 더 작을 수 있다.Each subcircuit includes an AC output and a choke, which choke is advantageously connected between the AC node and the AC output. By choking the voltage appropriately, it is possible to obtain a sinusoidal current at the AC node or to maintain such current when other inductive components are present. Chokes are provided especially when the inverter is operated without a transformer. In the inverter according to the invention, such a choke can be smaller in size than in a prior art inverter with a full bridge, for example because only half of the maximum pulsed intermediate circuit voltage is applied to the choke.

각 서브회로의 AC 출력에는 바람직하게는 부가적인 커패시터가 접속되며, 특히 단일 커패시터가 접지에 접속된다. 전력이 공급되는 전력 그리드의 2개의 접속점이 그러한 커패시터에 병렬로 접속된다. 이러한 부가적인 커패시터 유닛에 걸리는 전압은 따라서 각각의 위상의 그리드 전압과 일치한다. 따라서, 이러한 부가적인 커패시터 유닛은 전압을 평활화시키며, 그 결과 그리드 급전에 유리한 시간-전압 파형이 획득될 수 있다. 전술한 초크와 부가적인 커패시터 유닛을 조합하여 LC 평활 회로를 생성한다.An additional capacitor is preferably connected to the AC output of each subcircuit, in particular a single capacitor connected to ground. Two connection points of the powered power grid are connected in parallel to such a capacitor. The voltage across this additional capacitor unit thus matches the grid voltage of each phase. Thus, this additional capacitor unit smoothes the voltage, so that a time-voltage waveform advantageous for grid feeding can be obtained. The above-described choke and additional capacitor units are combined to create an LC smoothing circuit.

바람직한 실시예에 따르면, 보조 및/또는 전력 스위치를 제어하는 제어기가 제공된다. 인버터는 AC 전압을 발생하기 위해, 각각의 서브회로의 AC 노드에서 펄스 변조 전압 신호를 생성하도록 구성되는 것이 유리하다. 본 발명의 인버터 토폴로지(topology)는 하나 이상의 대응하는 위상을 갖는 교류 전압을 발생하는 하나 이상의 펄스 변조 전압 신호를 생성하는 데 사용될 수 있다. 보조 및 전력 스위치는 펄스화된 전압을 발생하는 스위칭 시퀀스를 획득하기 위해 제어기에 의해 제어된다. 특정 펄스 패턴을 정하는 상호작용 및 그에 따라 원하는 전류 또는 전압 파형에 무관하게 스위칭 상태가 이미 인버터에 예를 들면, 적절한 소프트웨어 형태로 포함되어 있다. 전압 진폭, 주파수 및 위상은 외부적으로 정해질 수 있고/있거나 전력이 공급되는 그리드에 의존한다.According to a preferred embodiment, a controller is provided for controlling the auxiliary and / or power switches. The inverter is advantageously configured to generate a pulse modulated voltage signal at an AC node of each subcircuit to generate an AC voltage. The inverter topology of the present invention can be used to generate one or more pulse modulated voltage signals that generate an alternating voltage having one or more corresponding phases. The auxiliary and power switches are controlled by a controller to obtain a switching sequence that generates a pulsed voltage. Regardless of the interaction that defines the particular pulse pattern and hence the desired current or voltage waveform, the switching state is already included in the inverter, for example in the form of suitable software. Voltage amplitude, frequency and phase can be externally determined and / or depend on the grid to which it is powered.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 각 서브회로의 AC 출력이나 AC 노드가 변압기에 접속된다. 본 발명에 따르는 인버터는 변압기가 없더라도 그리드로 전력을 공급하는 데 기본적으로 적합하지만, 변압기가 출력측의 인버터에 접속되는 경우가 실제로 발생할 수 있다. 그러한 경우는 예를 들면, 소형의 광전 발전기가 입력측에 사용되고 소형의 중간 회로 전압만 사용 가능할 때, 및/또는 변압기가 필요한 높은 전압에서 전력이 그리드에 공급될 때이다. 특수한 애플리케이션에 의존하여, 변압기가 사용될 때 초크와 부가적인 커패시터 유닛을 생략하는 것이 가능하다.According to another embodiment of the invention, the AC output or AC node of each subcircuit is connected to a transformer. The inverter according to the invention is basically suitable for supplying power to the grid even without a transformer, but it may actually happen that the transformer is connected to the inverter on the output side. Such a case is, for example, when a small photoelectric generator is used at the input side and only a small intermediate circuit voltage is available, and / or when power is supplied to the grid at the high voltage at which the transformer is required. Depending on the particular application, it is possible to omit the choke and additional capacitor units when the transformer is used.

그 토폴로지로 인해, 특히 본 발명에 따르는 인버터는 단상 그리드 급전에 기본적으로 적절하다. 하나의 서브회로가 그러한 경우에 충분하다. 또 다른 실시예에 따르면, 인버터는 3상 전력 그리드에 급전하는 3개의 서브회로를 갖고 구성된다. 이것은 별개의 서브회로가 발생될 교류 전압의 각 위상에 대해 제공되는 것을 의미한다. 각각의 서브회로는 그 AC 노드나 그 AC 출력에 단상의 전력 그리드에 급전하는 전압을 제공한다. 바람직하게는, 모든 서브회로는 하나의 단일 중간 DC 회로에 접속된다.Due to its topology, the inverter, in particular according to the invention, is basically suitable for single phase grid feeding. One subcircuit is sufficient in such a case. According to yet another embodiment, the inverter is configured with three subcircuits feeding a three phase power grid. This means that a separate subcircuit is provided for each phase of the alternating voltage to be generated. Each subcircuit provides its AC node or its AC output with a voltage that feeds a single phase power grid. Preferably, all subcircuits are connected to one single intermediate DC circuit.

청구항 11에 따르는 인버터가 또한 제안된다. 상기 인버터는 3개의 서브회로가 사용될 때 AC 노드에 대응할 수 있는 3개의 AC 단자를 갖는다. 1차 및 2차의 양측에 스타 접속을 갖는 3상 변압기가 AC 단자에 접속된다. 1차 코일측은 AC 단자에 접속되고, 1차측의 중립점은 인버터의 중간 DC 회로의 공통 접지 단자에 접속될 수 있다. 3개의 AC 단자의 각각에 및 변압기의 1차측 상의 각 라인에 전압 신호가 현재 공급된다. 이로 인해, 변압기의 2차측 상의 각 대응 라인에 전압 신호, 즉 3상 전압이 발생된다. 그에 따라 인버터를 펄스화함으로써, 상기 3상 전압은 기본 주파수의 3배의 주파수를 갖는 3차 고조파에 의해 중첩되는 기본 주파수를 갖는 정현파인 기본파를 갖는다. 펄스화로 인해, 관련있는 것으로 생각되지 않지만, 부가적인 더 작은 신호 특히 고조파도 중첩될 수 있다. 기본파가 3차 고조파와 동상이면 바람직하며, 기본파의 각 상승 에지의 0 크로스오버(zero crossover)가 3차 고조파의 상승 에지의 0 크로스오버와 시간이 일치한다. 상 전압의 기본파는 또한 서로 120° 편이된다. 변압기의 2차측의 스타 접속으로 인해, 제1 및 제2 라인 사이에 생기는 라인 전압은 제1 및 제2 라인 상의 상 전압간의 차이다. 제1 및 제2 상 전압의 2개의 기본파가 서로 120° 위상 편이되는데 대해, 각각의 중첩된 고조파는 기본파의 주파수의 3배를 갖기 때문에 서로 위상 편이되지 않는다. 그 결과, 3차 고조파가 감산에 의해 삭제되기 때문에, 중첩된 3차 고조파로 인해 정현파가 아닌 2개의 상 전압간의 전압차는 그럼에도 불구하고 각 라인 전압에 대해 정현파이다.An inverter according to claim 11 is also proposed. The inverter has three AC terminals which can correspond to an AC node when three subcircuits are used. Three-phase transformers with star connections on both sides of the primary and secondary are connected to the AC terminal. The primary coil side may be connected to the AC terminal, and the neutral point on the primary side may be connected to the common ground terminal of the intermediate DC circuit of the inverter. A voltage signal is currently supplied to each of the three AC terminals and to each line on the primary side of the transformer. As a result, a voltage signal, that is, a three-phase voltage, is generated in each corresponding line on the secondary side of the transformer. By pulsing the inverter accordingly, the three-phase voltage has a fundamental wave which is a sinusoidal wave having a fundamental frequency superimposed by a third harmonic having a frequency three times the fundamental frequency. Due to the pulsed, although not considered relevant, additional smaller signals, especially harmonics, can also overlap. It is preferable that the fundamental wave is in phase with the third harmonic, and the zero crossover of each rising edge of the fundamental wave coincides with the zero crossover of the rising edge of the third harmonic. The fundamental waves of the phase voltages are also shifted by 120 ° from each other. Due to the star connection on the secondary side of the transformer, the line voltage occurring between the first and second lines is the difference between the phase voltages on the first and second lines. While the two fundamental waves of the first and second phase voltages are 120 ° out of phase with each other, each superimposed harmonic has three times the frequency of the fundamental wave so that they are not phase shifted from each other. As a result, since the third harmonic is eliminated by subtraction, the voltage difference between the two phase voltages that are not sinusoidal due to the superimposed third harmonics is nevertheless sinusoidal for each line voltage.

이것은, 높게 왜곡된 신호가 1차측에 공급 및 전송되더라도, 2차측에 정현파 3상 시스템이 발생될 수 있다는 것을 의미한다. 기본파 상의 3차 고조파의 중첩으로 인해, 3차 고조파가 동상인 상태로, 기본파의 왜곡이 그 최대값이 감소하도록 달성된다. 이러한 종류의 왜곡 신호는 따라서 더 낮은 중간 회로 전압에 의해 중간 DC 회로를 갖는 인버터에서 발생될 수 있다. 따라서, 3차 고조파를 부가함으로써, 중간 회로 전압이 감소될 때에도 여전히 변압기의 2차측에 충분한 진폭의 정현파 3상 AC 전압을 발생할 수 있다.This means that even if a highly distorted signal is supplied and transmitted to the primary side, a sinusoidal three-phase system can be generated on the secondary side. Due to the superposition of the 3rd harmonics on the fundamental wave, with the 3rd harmonic in phase, the distortion of the fundamental wave is achieved so that its maximum value is reduced. This kind of distortion signal can thus be generated in inverters with intermediate DC circuits by lower intermediate circuit voltages. Thus, by adding third harmonics, a sinusoidal three-phase AC voltage of sufficient amplitude can still be generated on the secondary side of the transformer even when the intermediate circuit voltage is reduced.

부가된 3차 고조파는 기본적으로 어떠한 진폭도 가질 수 있으나, 진폭은 사용 가능한 중간 회로 전압 및 사용되는 변압기와 같은 특히 그 포화 작용(saturation behaviour)과 같은 경계 조건에 따라 설정되어야 한다. 3차 고조파의 진폭의 바람직한 값은 기본파 진폭의 1/4과 1/8 사이의 범위에 있다. 3차 고조파의 진폭은 바람직하게는 기본파 진폭의 1/6이고, 그것은 중간 회로 전압을 최소화하는데 대하여 최적의 값이다.The added third harmonic can basically have any amplitude, but the amplitude should be set according to the boundary conditions such as the saturation behavior, in particular the available intermediate circuit voltage and the transformer used. The preferred value of the amplitude of the third harmonic is in the range between 1/4 and 1/8 of the fundamental wave amplitude. The amplitude of the third harmonic is preferably 1/6 of the fundamental wave amplitude, which is the optimal value for minimizing the intermediate circuit voltage.

태양 에너지 시스템이 본 발명에 따르는 인버터와 광전 발전기를 포함하는 것이 바람직하다. 그러한 구성에서, 광전 발전기는 인버터의 중간 DC 회로에 직접 또는 부스트 컨버터를 사용하여 공급되는 DC 전압을 공급한다. 인버터는 그 후 중간 회로 전압으로부터 단상 또는 다상 교류 전압을 발생한다. 인버터와 전체로서의 태양 에너지 시스템은 전력 그리드에 전류를 공급하도록 구성된다. 이를 달성하기 위해, 태양 에너지 시스템은 전력 그리드에 접속 가능해야 하고, 특히 공급되는 전압의 사이즈와 위상을 전력 그리드와 동기화시킬 수 있어야 한다.It is preferred that the solar energy system comprises an inverter and a photoelectric generator according to the invention. In such a configuration, the photoelectric generator supplies the DC voltage supplied to the intermediate DC circuit of the inverter directly or using a boost converter. The inverter then generates a single phase or polyphase alternating voltage from the intermediate circuit voltage. The inverter and the solar energy system as a whole are configured to supply current to the power grid. To achieve this, the solar energy system must be accessible to the power grid, and in particular be able to synchronize the magnitude and phase of the voltage supplied.

본 발명은 이하 아래의 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명할 것이다.The invention will be described in more detail with reference to the drawings below.

도 1은 하프 브리지와 접속된 그리드를 구비하는 종래 기술의 인버터 회로를 도시한다.1 shows a prior art inverter circuit with a grid connected to a half bridge.

도 2는 전력 그리드에 단상 전압을 공급하는 본 발명에 따르는 인버터 회로를 도시한다.2 shows an inverter circuit according to the invention for supplying a single phase voltage to a power grid.

도 3은 스타 접속에 의해 접속되는 변압기를 구비하는 인버터의 개략도를 도시한다.3 shows a schematic diagram of an inverter with a transformer connected by a star connection.

도 4는 변압기에서의 어떤 시간-전압 파형을 도시한다.4 shows some time-voltage waveforms in a transformer.

도 1의 종래 기술의 하프 브리지는 안티-패러럴(anti-parallel) 접속된 다이오드(DA∼DD)를 각각 갖는 4개의 고체 상태 스위치(SA∼SD)를 구비한다. 이들 스위치의 도움으로, 전압 ½UDC 및 -½UDC가 노드 A에서 펄스화된다. 전압 펄스들이 양일 때, 다시 말하면 스위치(SA 및 SB)가 폐쇄되고 스위치(SC 및 SD)가 개방되며, 양의 전류가 초크(DRA)를 통해 흐를 때, 상기 전류는 또한 스위치(SA 및 SB)를 통해 흐르는 것을 알 수 있다. 따라서, 초크(DRA)를 통해 흐르는 음의 전류가 존재할 때, 그 전류는, 스위치(SA 및 SB)가 개방되고 스위치(SC 및 SD)가 폐쇄될 때, 전력 스위치(SC 및 SD)를 통해 흐른다.The prior art half bridge of FIG. 1 has four solid state switches SA-SD, each having anti-parallel connected diodes DA-DD. With the help of these switches, voltages ½U DC and -½U DC are pulsed at node A. When the voltage pulses are positive, that is, the switches SA and SB are closed and the switches SC and SD are open, and when the positive current flows through the choke DRA, the current is also switched by the switches SA and SB. You can see that flowing through. Thus, when there is a negative current flowing through choke DRA, the current flows through power switches SC and SD when switches SA and SB are open and switches SC and SD are closed. .

본 발명에 따르는 인버터가 어떻게 동작하는지를 이해하기 위해, 회로 동작을 이하 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.In order to understand how the inverter according to the invention works, the circuit operation is described in detail with reference to FIG.

인버터(1)는 중간 DC 회로(2)를 구비하고, 상기 회로는 제1 및 제2 단자(4, 6)와 공통 접지 접속(8)을 구비한다. 공통 접지 접속(8)은 단자(10)를 통해 접지된다. 중간 DC 회로(2)는 2개의 직렬 접속된 커패시터(C1 및 C2)를 포함한다.The inverter 1 has an intermediate DC circuit 2, which has first and second terminals 4, 6 and a common ground connection 8. The common ground connection 8 is grounded through terminal 10. The intermediate DC circuit 2 comprises two series connected capacitors C1 and C2.

서브회로(12)는 전력 그리드(14)로의 단상 급전을 위해 중간 DC 회로(2)에 접속된다. 서브회로(12)는 펄스화된 전압이 제공되는 AC 노드(16)를 구비한다. 이것을 달성하기 위해, 제1 및 제2 전력 스위치(S1 및 S2)가 중간 DC 회로(2)의 각 제1 및 제2 단자(4 및 6)와 AC 노드(16) 사이에 접속된다. 제1 및 제2 보조 스위치(S3 및 S4)를 포함하는 직렬 회로가 공통 접지 접속(8)과 AC 노드(16) 사이에 접속된다. 모든 전원 및 보조 스위치는 고체 상태 스위치로서 구성되고, 하나의 순방향으로만 전류를 도통시킬 수 있다. 전원 및 보조 스위치(S1∼S4)의 각각에 안티-패러럴 접속, 즉 병렬이지만 반대의 순방향으로 다이오드(D1∼D4)가 접속되어 있다. 초크(20) 및 부가의 커패시터(C3)를 갖는 LC 평활 회로(18)가 AC 노드(16)에 접속된다. 커패시터(C3)는 전력 그리드(14)에 병렬로 접속된다. 커패시터(C3) 및 전력 그리드(14)는 AC 출력(22)과 부가의 접지 단자(24) 사이에 접속된다.The subcircuit 12 is connected to the intermediate DC circuit 2 for single phase feeding to the power grid 14. The subcircuit 12 has an AC node 16 provided with a pulsed voltage. To achieve this, first and second power switches S1 and S2 are connected between the respective first and second terminals 4 and 6 of the intermediate DC circuit 2 and the AC node 16. A series circuit comprising first and second auxiliary switches S3 and S4 is connected between the common ground connection 8 and the AC node 16. All power and auxiliary switches are configured as solid state switches and can only conduct current in one forward direction. The diodes D1 to D4 are connected to each of the power source and the auxiliary switches S1 to S4 in an anti-parallel connection, that is, in parallel but in the opposite forward direction. An LC smoothing circuit 18 having a choke 20 and an additional capacitor C3 is connected to the AC node 16. Capacitor C3 is connected in parallel to power grid 14. Capacitor C3 and power grid 14 are connected between AC output 22 and an additional ground terminal 24.

커패시터(C3)에서 정현파 교류 전압을 그리고 초크(20)에서 정현파 교류 전류를 생성하기 위해, 이하의 회로 동작이 실행된다. 아래의 네가지 동작 기간 사이에는 기본적인 구별이 이루어져야 한다. 이들은 전류(i1)가 양의 반파인지 음의 반파인지와, 전류가 전압보다 지체될 때 양 또는 음의 전압이 AC 노드(16)에서 펄스화되는지(+½UDC 또는 -½UDC)에 의존한다.In order to generate a sinusoidal alternating current voltage in the capacitor C3 and sinusoidal alternating current in the choke 20, the following circuit operation is performed. There should be a basic distinction between the four operating periods below. They depend on whether the current i1 is a positive half wave or a negative half wave and whether the positive or negative voltage is pulsed at the AC node 16 (+ ½U DC or -½U DC ) when the current is delayed above the voltage. .

제1 동작 기간에는, 초크(20)를 통해 전류(i1)의 양의 반파와 AC 노드(16)에서의 양의 펄스화 전압이 존재한다. AC 노드(16)에서 양의 전압값을 생성하기 위해, 전력 스위치(S1)가 폐쇄되고, 전류가 중간 회로의 제1 단자(4)로부터 전력 스위치(S1)를 통해 초크(20)에 흐른다. 보조 스위치(S3)는 제1 동작 기간 동안 폐쇄된다. 전력 스위치(S1)가 현재 개방될 때, AC 노드(16)에서의 전압은 대략 0볼트로 강하한다. 그러나, 초크(20)로 인해, 전류(i1)는 실질적으로 유지되고, 현재 접지 접속(8)으로부터 다이오드(D4) 및 보조 스위치(S3)를 통해 초크(20)에 흐른 다.In the first operating period, there is a positive half wave of current i1 and a positive pulsed voltage at AC node 16 through choke 20. In order to generate a positive voltage value at the AC node 16, the power switch S1 is closed and a current flows from the first terminal 4 of the intermediate circuit through the power switch S1 to the choke 20. The auxiliary switch S3 is closed during the first operation period. When power switch S1 is currently open, the voltage at AC node 16 drops to approximately zero volts. However, due to the choke 20, the current i1 is substantially maintained and flows from the current ground connection 8 to the choke 20 through the diode D4 and the auxiliary switch S3.

인버터의 스위칭 동작을 위해 미리 정해진 공칭 전압이 제1 동작 기간의 종료 시에 0으로 강하할 때, 인버터는 제2 동작 기간에 진입하여, 전류(i1)는 여전히 양이지만 음의 전압이 AC 노드(16)에서 펄스화된다. 제1에서 제2 동작 기간으로의 전이 중에, 양(兩) 전력 스위치(S1 및 S2)가 초기에 개방된다. 보조 스위치(S3)가 폐쇄되는 한, 전류는 공통 접지 접속(8)으로부터 다이오드(D4) 및 폐쇄된 보조 스위치(S3)를 통해 AC 노드(16)에 계속 흐르고, 여기에서 전압은 대략 0이다. 보조 스위치(S3)가 현재 오픈될 때, 상기 전류는 중단되고, 그 때 여전히 양인 전류(i1)만이 제2 단자(6)로부터 D2를 통해 초크(20)에 흐를 수 있다. 따라서 AC 노드(16)에서의 전압은 중간 회로 전압의 음의 값 -½UDC와 대략 동일한 값으로 강하한다. AC 노드(16)에서의 그러한 음의 전압 펄스를 종결하기 위해, 보조 스위치(S3)이 다시 폐쇄되어, 펄스화가 보조 스위치(S3)에 의해 영향을 받게 된다.When the predetermined nominal voltage drops to zero at the end of the first operating period for the switching operation of the inverter, the inverter enters the second operating period so that the current i1 is still positive but the negative voltage is equal to the AC node ( In 16). During the transition from the first to the second operating period, both power switches S1 and S2 are initially opened. As long as the auxiliary switch S3 is closed, current continues to flow from the common ground connection 8 to the AC node 16 through the diode D4 and the closed auxiliary switch S3, where the voltage is approximately zero. When the auxiliary switch S3 is currently open, the current is interrupted, at which time only positive current i1 can flow from the second terminal 6 to the choke 20 through D2. Thus, the voltage at AC node 16 drops to a value approximately equal to the negative value -½U DC of the intermediate circuit voltage. In order to terminate such a negative voltage pulse at the AC node 16, the auxiliary switch S3 is closed again, so that the pulsed is affected by the auxiliary switch S3.

제3 동작 기간에, 초크(20)를 통과한 전류(i1)가 0으로 강하한 후 극성을 변화시킨다. 그 후 보조 스위치(S3)가 개방되고 보조 스위치(S4)가 폐쇄되며, 양 스위치는 제3 동작 기간 동안 이 상태를 유지한다. 음의 전압은 이제 전력 스위치(S2)에 의해 AC 노드(16)에 펄스화된다. 전력 스위치(S2)가 폐쇄되면, 음의 전압이 AC 노드에 인가되고, 전류(i1)가 그 후 초크(20)로부터 AC 노드(16) 및 전력 스위치(S2)를 통해 중간 DC 회로(2)의 제2 단자(6)에 실질적으로 흐른다. 스위치(S2)를 개방함으로써, 음의 전압 펄스가 종결되고, AC 노드(16)가 대략 0볼트의 전압을 획득한다. 전류(i1)는 다이오드(D3)와 거기에 접속된 보조 스위치(S4)를 통 해 공통 접지 접속(8)에, 그리고 거기로부터 접지 단자(10)에 흐를 수 있다. 전력 스위치(S2) 및 보조 스위치(S4)의 스위칭 동작은 따라서 제1 동작 기간 동안 전력 스위치(S1) 및 보조 스위치(S3)의 스위칭 동작과 유사하게 이 제3 동작 기간에 일어난다.In the third operating period, the current i1 passing through the choke 20 drops to zero and then changes its polarity. The auxiliary switch S3 is then opened and the auxiliary switch S4 is closed, and both switches remain in this state for a third period of operation. Negative voltage is now pulsed to AC node 16 by power switch S2. When the power switch S2 is closed, a negative voltage is applied to the AC node, and the current i1 is then from the choke 20 through the AC node 16 and the power switch S2 to the intermediate DC circuit 2. Substantially flows into the second terminal 6. By opening switch S2, the negative voltage pulse is terminated and AC node 16 obtains a voltage of approximately 0 volts. The current i1 can flow to the common ground connection 8 and from there to the ground terminal 10 via the diode D3 and the auxiliary switch S4 connected thereto. The switching operation of the power switch S2 and the auxiliary switch S4 thus takes place in this third operation period similar to the switching operation of the power switch S1 and the auxiliary switch S3 during the first operation period.

AC 노드(16)에서의 시간-전압 파형의 설정점이 0을 향해 강하하여 음이 될 때, 바꿔 말하면, 양의 전압이 AC 노드(16)에서 펄스화되지만 전류(i1)가 여전히 음일 때, 제4 동작 기간이 개시하며, 여기에서 전력 스위치(S1 및 S2) 및 보조 스위치(S3)이 개방되고, 양의 전압이 제2 동작 기간 동안 보조 스위치(S3)의 스위칭 동작과 유사한 방식으로 보조 스위치(S4)에 의해 AC 노드에 펄스화된다. 전류(i1)가 0을 향해 상승하여 제4 동작 기간의 종료를 향해 양이 될 때, 제1 동작 기간이 재개한다.When the set point of the time-voltage waveform at AC node 16 drops toward zero and becomes negative, in other words, when the positive voltage is pulsed at AC node 16 but current i1 is still negative, Four operating periods are disclosed, wherein the power switches S1 and S2 and the auxiliary switch S3 are opened and the positive voltage is controlled in a manner similar to the switching operation of the auxiliary switch S3 during the second operation period. Pulsed to the AC node by S4). When the current i1 rises toward zero and becomes positive toward the end of the fourth operating period, the first operating period resumes.

도 3에 개략적인 형태로 도시된 인버터(1')는 중심(8')을 갖는 중간 DC 회로(2')를 구비한다. 중간 DC 회로(2')는 DC 전압을 공급하는 태양광 시스템(30)에 접속된다. 그 출력측에, 3상 인버터(1')가 변압기(32)에 접속된다. 변압기(32)는 인버터(1')에 접속되는 그 1차측과 전력 그리드(38)에 접속되는 그 2차측(36)의 양측 상에 스타 접속을 갖는다.The inverter 1 ′ shown in schematic form in FIG. 3 has an intermediate DC circuit 2 ′ having a center 8 ′. The intermediate DC circuit 2 'is connected to a solar system 30 that supplies a DC voltage. On its output side, a three-phase inverter 1 'is connected to the transformer 32. Transformer 32 has a star connection on both its primary side connected to inverter 1 'and its secondary side 36 connected to power grid 38.

인버터(1')는 변압기(32)의 1차측(34)에 상 전압(u1'∼u3')를 출력하고, 상기 상 전압은 2차측에서 상 전압(u1∼u3)에 귀착한다. 선 전압은 각각의 상 전압간의 차에서 기인한다. 선 전압(u12)은 상 전압(u2 및 u1)간의 차이고, 즉, u12=u2-u1이다.The inverter 1 'outputs the phase voltages u1' to u3 'on the primary side 34 of the transformer 32, and the phase voltage results in the phase voltages u1 to u3 on the secondary side. The line voltage results from the difference between each phase voltage. The line voltage u12 is the difference between the phase voltages u2 and u1, that is, u12 = u2-u1.

도 4는 상 전압(u2) 및 선 전압(u12)의 제1 고조파(u0)를 도시한다. 상 전압(u1)은 도시되지 않지만, 상 전압(u2)과는 120° 앞서는 사실만 상이하다. 상 전압(u1 및 u2)은 기본파를 포함하고, 동일한 위상의 중첩되는 제3 고조파를 갖는다. 상 전압(u2) 및 그 기본파(u0)의 비교는 제3 고조파와의 중첩이 각 반파의 평탄화를 야기하는 것을 나타낸다. 2개의 상 전압(u2 및 u1)간의 차가 형성될 대, 2개의 상 전압에 중첩되는 제3 고조파가 제거되고, 그 결과 어떠한 추가의 중첩 없이 정현파 파형이 선 전압(u12)의 파형으로 도시된 바와 같이 생성된다.4 shows the first harmonic u0 of the phase voltage u2 and the line voltage u12. Although the phase voltage u1 is not shown, only the fact that it is 120 ° ahead of the phase voltage u2 is different. Phase voltages u1 and u2 comprise fundamental waves and have overlapping third harmonics of the same phase. The comparison of the phase voltage u2 and its fundamental wave u0 indicates that superposition with the third harmonic causes flattening of each half wave. When the difference between the two phase voltages u2 and u1 is formed, the third harmonic overlapping the two phase voltages is eliminated, so that the sinusoidal waveform is shown as the waveform of the line voltage u12 without any further overlap. Is generated together.

Claims (16)

하나 이상의 위상을 갖는 AC 전압으로 DC 전압을 변환하는 인버터로서,An inverter that converts a DC voltage into an AC voltage having one or more phases, - 중간 DC 회로의 제1 및 제2 단자와 공통 접지 접속 사이에 직렬로 접속되는 제1 및 제2 DC 커패시터 유닛을 갖는 중간 DC 회로, 및An intermediate DC circuit having first and second DC capacitor units connected in series between the first and second terminals of the intermediate DC circuit and a common ground connection, and - 상기 교류 전압의 하나의 상을 생성하는 적어도 하나의 서브회로를 포함하고, 각 서브회로는:At least one subcircuit generating one phase of said alternating voltage, each subcircuit comprising: - 각각 병렬로 접속되는 다이오드를 갖는 제1 및 제2 보조 스위치, 및First and second auxiliary switches, each having a diode connected in parallel, and - 펄스화 전압을 공급하는 AC 노드를 포함하며,An AC node for supplying a pulsed voltage, - 상기 제1 및 제2 보조 스위치는 상기 중간 회로의 상기 공통 접지 단자와 상기 AC 노드 사이에 직렬로 접속되고,The first and second auxiliary switches are connected in series between the common ground terminal of the intermediate circuit and the AC node, - 상기 전력 스위치의 상기 다이오드들은 서로 반대의 순방향으로 접속되는, 인버터.The diodes of the power switch are connected in opposite forward directions. 청구항 1에 있어서, 상기 서브회로의 각각은The method of claim 1, wherein each of the subcircuits - 각각 병렬로 접속되는 다이오드를 갖는 제1 및 제2 전력 스위치를 포함하고, 상기 2개의 전력 스위치는A first and a second power switch each having a diode connected in parallel, said two power switches - 상기 중간 DC 회로의 상기 제1 및 제2 단자 사이에 직렬로 접속되며,In series between the first and second terminals of the intermediate DC circuit, - 상기 AC 노드에서 공통 접속점에 접속되고,Is connected to a common connection point at the AC node, - 상기 전력 스위치의 상기 다이오드는 서로 동일한 순방향으로 접속되는 것을 특징으로 하는 인버터.The diodes of the power switch are connected in the same forward direction to each other. 청구항 1 또는 2에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 2개의 DC 커패시터 유닛은 동일한 커패시턴스를 갖는 것을 특징으로 하는 인버터.And the two DC capacitor units have the same capacitance. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 보조 및/또는 전력 스위치는 하나의 순방향으로만 전류를 도통할 수 있고, 상기 스위치들은 반대의 순방향으로 각각의 다이오드에 병렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 인버터.The auxiliary and / or power switch can conduct current in only one forward direction and the switches are connected in parallel to each diode in the opposite forward direction. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 서브회로의 각각은Each of the subcircuits - AC 출력 및AC output and - 상기 AC 노드와 상기 AC 출력 사이에 접속되는 초크를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터.An choke connected between said AC node and said AC output. 청구항 5에 있어서,The method according to claim 5, 상기 서브회로의 각각은 상기 AC 출력과 접지 사이에 접속되는 부가적인 커 패시터 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 인버터.Each of said subcircuits having an additional capacitor unit connected between said AC output and ground. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 6, 상기 보조 및/또는 전력 스위치를 제어하는 제어기가 제공되는 것을 특징으로 하는 인버터.And a controller for controlling said auxiliary and / or power switch. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 7, 상기 인버터는 각 서브회로에서 AC 전압을 생성하기 위해 각 서브회로의 상기 AC 노드에서 펄스 변조된 전압 신호를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 인버터.The inverter is configured to generate a pulse modulated voltage signal at the AC node of each subcircuit to generate an AC voltage in each subcircuit. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 8, 상기 서브회로의 각각의 상기 AC 노드 또는 AC 출력은 변압기에 접속되는 것을 특징으로 하는 인버터.The AC node or the AC output of each of the subcircuits is connected to a transformer. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 9, 상기 출력을 3상 그리드에 공급하는 3개의 서브회로가 제공되는 것을 특징으로 하는 인버터.And three subcircuits for supplying said output to a three-phase grid. 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 따르는 3상 AC 전압을 생성하는 인버터로 서,As an inverter for generating a three-phase AC voltage according to any one of claims 1 to 10, - 3개의 AC 단자,3 AC terminals - 1차측 코일에 의해 상기 AC 단자에 스타 접속으로 접속되고, 2차측 코일에 의해 스타 접속으로 접속되는 3상 변압기를 포함하고, 상기 인버터는,A three-phase transformer connected in star connection to said AC terminal by a primary side coil and in star connection by a secondary side coil, said inverter comprising: - 상기 AC 단자의 각각에서 펄스화 전압 신호를 생성하여, 기본 주파수의 정현 기본파 및 상기 기본 주파수의 3배의 제3 고조파를 각각 갖는 상 전압이 상기 변압기의 상기 2차측 코일에서 생성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 인버터.Generating a pulsed voltage signal at each of the AC terminals such that a phase voltage having a sinusoidal fundamental wave of the fundamental frequency and a third harmonic of three times the fundamental frequency is generated in the secondary coil of the transformer Inverter characterized in that. 청구항 11에 있어서,The method according to claim 11, - 상기 기본파는 상기 제3 고조파와 동상이고The fundamental is in phase with the third harmonic - 상기 상 전압의 상기 기본파는 서로 120° 편이된 것을 특징으로 하는 인버터.The fundamental waves of the phase voltage are shifted by 120 ° from each other. 청구항 11 또는 12에 있어서,The method according to claim 11 or 12, 각 상 전압에서의 상기 기본파의 진폭은 상기 제3 고조파의 진폭의 4∼8배 특히 6배인 것을 특징으로 하는 인버터.The amplitude of the fundamental wave at each phase voltage is 4 to 8 times, in particular 6 times, the amplitude of the third harmonic. - 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 따르는 인버터 및An inverter according to any of claims 1 to 13 and - 광전 발전기를 포함하는, 태양 에너지 시스템.A solar energy system, including a photoelectric generator. 청구항 14에 있어서,The method according to claim 14, - 상기 광전 발전기에 의해 생성된 전압이 상기 중간 DC 회로에 공급되고,The voltage generated by the photoelectric generator is supplied to the intermediate DC circuit, - 상기 태양 에너지 시스템은 전류를 상기 그리드에 공급하기 위해 전력 그리드에 접속하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 태양 에너지 시스템.The solar energy system is configured to connect to a power grid to supply current to the grid. 청구항 1 내지 13 중 한 항에 따르는 인버터가 이용되는 것을 특징으로 하는 DC 전압을 적어도 하나의 AC 노드에 펄스화함으로써 DC 전압을 AC 전압으로 변환하는 방법.A method for converting a DC voltage to an AC voltage by pulsing the DC voltage to at least one AC node, characterized in that an inverter according to any of the preceding claims is used.
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WO2015018439A1 (en) * 2013-08-06 2015-02-12 Robert Bosch Gmbh Inverter
KR20170103024A (en) * 2013-03-15 2017-09-12 실리콘 스토리지 테크놀로지 인크 Inverter Circuit

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