专利名称：用于运行具有前置升压器的逆变器的方法
技术领域：
本发明涉及用于运行具有经过中间电路前置的升压器(Hochsetzer)的逆变器的方法，该升压器可以连接到具有可变的引 出电流预定值的直流电源，其中逆变器和升压器分别具有一个特有的 效率最佳的工作范围。此外本发明还涉及一种用于实施该方法的装 置。
背景技术：
在将较低的直流电压转换为较高的交流电压的情况下使用具有逆 变器和前置升压器的方法。在此升压器调节直流电源的输出电流并且 提供一个直流电压作为中间电路电压，由逆变器把该直流电压转变为 交流电压并且输出给负载或交流网络。在此通过逆变器调节中间电路 电压。这种方法例如用于把光电电池、燃料电池和类似的、具有可变引 出电流预定值的直流电源连接到负载或交流网络。在此引出电流预定 值理解为这样的引出电流，其例如由直流电源的内部调节器预先确 定，以便输出由直流电源提供的能量。这样的直流电源通常具有依赖 电流的电压特征曲线。通过外部的影响、例如在光电电池的情况下改 变光照条件，可以改变引出电流。逆变器和升压器的调节必须考虑这 样的动态运行状态。按照现有技术存在不同类型；例如在US 2004/0207366或US 2004/0165408中的类型。对此中间电路电压保持 在几乎恒定的值。对于该值的确定直流电源的最大允许输出电压起决 定作用，因为在包括该值之前不允许达到升压器的最大占空因数。否 则升压器的电流调节不再能够调节引出电流或造成由电压引起的电流 降低。从恒定中间电路电压的预先给定中得出包括升压器和逆变器的单 元的总效率的缺点。如果升压器运行于最大占空因数，则升压器具有 最高的效率。可是在直流电源的稳定运行状态下占空因数明显低于最
大占空因数，因为为了动态的引出电流升高还要设置足够的余地。 发明内容因此本发明的任务是给出一种与现有技术相比改善的、用于运行 具有前置升压器的逆变器的方法。根据本发明，通过具有在权利要求1中提到的特征的方法解决该 任务。因此得到这样的优点，即在直流电源的稳定运行状态下不仅逆 变器而且升压器都在各自特有的效率最佳的工作范围内运行。如果预先规定升压器的输入电压乘以升压器的变压比减去等于逆变器的平均输入电压范围值的大约30%的可靠值作为最佳的中间电路 电压，如果逆变器(W)的最高输入电压范围值预先确定为中间电路电 压(U爾)的上限值并且逆变器(W)的最低输入电压范围值预先确定 为中间电路电压(U则)的下限制，则特别有益地形成本发明。此外如果中间电路电压的当前值高于这样的阈值一其为逆变器的 效率最佳工作区域的电压上限值的90%，直流电源的引出电流预定值高 于当前引出电流的125%并且当前的引出电流接近确定为直流电源内部 电流限制的最大引出电流，则中间电路电压下降到当前值的大约90% 是有益的。由此实现，尽管引出电流显著升高升压器仍然保持其调节 动态性并且不会进入最大占空因数的状态。如果通过升压器的再调节使得当前的引出电流重新与直流电源的 引出电流预定值一致，则逐步地接近最佳的中间电路电压，在该电压 下升压器工作在效率最佳的范围内。在此在每个近似步骤之后检查是 否已经达到最佳的中间电路电压，以及是否不再因为还是动态的引出 电流预定值而存在重新降低中间电路电压的上述条件。为了实施用于调节中间电路电压的方法设置一个装置，在该装置 中逆变器的输出端可以连接到负载或交流电压网络，并且其输入端经 过一个升压器连接到直流电源。该装置的一个有益结构是实施为电位分离的升压器，该升压器例 如具有一个平面变压器。该升压器非常有益地适合于在输入电压和输 出电压之间的高变压比。该方法特别适合于将燃料电池、光电电池、电池组、蓄电池、直 流发电机或类似电源连接到一个负载或交流电网。在该直流电源中引
出电流可能变化很大并且在引出电流和电压之间存在明显的依赖关 系。通过中间电路电压的根据本发明的调节，尽管在直流电源中存在 这种动态变化过程仍然实现升压器-逆变器单元的较高效率。此外推荐在该装置中集成一个控制单元，其用于调节逆变器和升压器，其中该控制单元具有一个微处理。对此例如使用一个DSP (Digital Signal Prozessor，数字信号处理器)，其从当前的电流 和电压值中计算出用于调节升压器和逆变器的额定值。
根据附图和实施例详细阐述本发明。附图例如示出 图1:所述装置的示意2:关于直流电源G的电压的最佳中间电路电压曲线图3:关于直流电源G的电压的最大额定电流值Is。h—^的曲线图4:燃料电池仿真器的特性曲线具体实施方式
在图1中示出了包括升压器H、具有控制单元S的逆变器W的本发 明装置和连接的直流电源G。直流电源G例如是燃料电池，在其输出端 上存在直流电压Udch。升压器H优选以电位分离的结构存在并且在输出 端上提供中间电路电压U固，该中间电路电压由直流电源的电压U固乘 以在升压器H中作用的平面变压器的变压比N (例如恥14)得出。在启动时对逆变器W预先给定，应当由该逆变器W把中间电路电 压U曙保持在逆变器W的效率最佳工作区域的上限值。在图2中该值例 如在480V的情况下作为平行于横坐标的直线绘出。在此图2是关于燃 料电池的电压U,的最佳中间电路电压Um s。h的示范预定值。直到大 约25V的燃料电池电压U则为止，中间电路电压都恒定保持在下限值 U则s。u』"-240V。然后线性升高到上限制U,s。h』a产480V。在此极限值 U。cu。,,』"和ILku。h，限定逆变器W运行效率最佳的范围并且通过这种 结构形式和逆变器W的元件确定。升压器H工作在电流调节的区域。在升压器H升高电流的情况下 直流电源G的电压U刚同时降低。由此升压器H的占空系数T增大。从 确定的引出电压U^起升压器H部分达到完全封锁运行，并且电流调节不再得到保证。在图2中示出例如该值为42V。为了能让升压器H的电流调节器进一步调节电流，降低逆变器W 的中间电路电压U則。然后从以下公式中得出中间电路电压的额定值UdCW — So， i :Udcw —s。i i=Udch*N_Su ( 1 )其中N是升压器H的变压比并且Su是一个安全值，其例如处在逆 变器W的平均输入电压范围的大约30%的数量级。在图2中该输入电压 范围值相当于中间电路电压的最佳额定值U固s。n并且例如处在极限值 U固—s。u』i"240V和lWSoll，=480V之间。由此平均输入电压范围值在 360V，从而可以采用大约100V的安全值Su。由于逆变器W的电压调节器的哑时和调节备用而减去该安全值 Su，因为由于AC侧的功率波动电压调节器调节非常緩慢。在启动之后为中间电路电压的额定值IWu。h确定一个阈值 该阈值低于上限值U DCW — SoH —max 大约10% (例如430V)。在如 下条件下降低中间电路电压的额定值Ud化s。h:-中间电路电压的当前额定值IWu。"高于阈值U DCW-Schwe， ， e 9-由直流电源G (例如由燃料电池调节装置)预先确定的引出电流预定值Iv。rga"升高大于加上安全值S"的当前引出电流IS。H的25%。其中当前引出电流Is。，'是这样的值，其当前在升压器H的电流调节中预 先规定为额定值并且随着确定的动态变化(例如直到2200W功率范围 为止的10A/s和高于2200W功率范围时的3. 3A/s )跟踪引出电流预定 值Iv。rgabe。已测量的当前引出电流值是I,，其与调节器中的额定值Is。h 一致。安全值Sn考虑具有较低电流值的运行状态，在该运行状态下百分比差值的比较引起调节的过晚响应。安全值Sn的数量级为直流电源G的最大可能引出电流的1. 2% (在图4中示出的、仿真燃料电池的特 性曲线中直流电源G的最大可能引出电流为大约100A，安全值Sn为大 约1. 2A)-当前引出电流Is出比最大引出电流Is。H』"小一个安全值S"。其 中最大引出电流Is。H,依赖于直流电源G的当前电压U腦并且确定为 直流电源G的内部电流限制。在图3中示出了燃料电池的最大引出电流Is。H-,的示范曲线。Is。H』a,直到大约26V的燃料电池电压U,为止都等于零，然后直到大约29V的燃料电池电压U则为止陡峭地升高到大
约81A，然后直到大约63V的燃料电池电压U则为止再度几乎连续地下 降到零。安全值S12引起在达到直流电源G的内部电流限制之前降低中 间电路电压的额定值U目s。h。安全值可以采用最高额定电流值 Iscm，的2. 5%，在该实例情况中大约为2. 1A。 因此按照下面的条件实施电压降低Udcw > Udcw —Schwelle 并且Ivorgabe>l. 25*Is"i+Sii并且Isoll〈Iso11 —max-Sl2 (2)按照下面的公式降低电压U固—Soll=(UDCH*N-Su) *0. 9 (3) 如果引出电流值Is。n达到引出电流预定值Iv。w"，则接下来才再度 实施电压升高。例如按照下面的步骤实现升高 对于至少1. 5秒适用U曙< (UdcN-Su) *0. 9+25V (4) 然后中间电路电压额定值IWu。n提高到94%:IWSom= ( U则本N-Su) *0. 94 (5) 对于至少1. 5秒适用U羅< (IWN - Su) * 0. 94+2 5 V (6) 然后中间电路电压额定值U雨s。"提高到98%:lWSou=(UDCH*N-SO *0. 98 (7) 对于至少1. 5秒适用U,< (Udc一N-Su) *0. 98+25V (8) 然后中间电路电压额定值U则s。u提高到100%,并且再度适用公式 (1)。如果在步骤(4)至(8)内满足条件(2)，则跳回到步骤(3)。
权利要求
1.一种用于运行一个具有经过中间电路前置的升压器(H)的逆变器(W)的方法，该升压器可以连接到一个具有可变引出电流预定值(IVorgabe)的直流电源(G)，其中逆变器(W)和升压器(H)分别具有一个特有的、效率最佳的工作区域，其特征在于，在引出电流预定值(IVorgabe)升高并且升压器(H)接近占空因数(T)的最大值的情况下降低中间电路电压(UDCW)，并且在引出电流预定值(IVorgabe)稳定的情况下再度升高中间电路电压(UDCW)。
2. 按照权利要求1的方法，其特征在于，将所述升压器(H)的 输入电压(IWh)乘以升压器的变压比减去等于逆变器(W)的平均输 入电压范围值的大约30%的安全值预先规定为最佳的中间电路电压，将逆变器(W)的最高输出电压范围值预先规定为中间电路电压(Udcw)的上限值，并且将逆变器(W)的最低输入电压范围值预先规定为中间 电路电压(U隨)的下限值。
3. 按照权利要求1或2的方法，其特征在于，如果满足下面的条 件，则中间电路电压(U,)降低到当前值的大约90%:-中间电路电压(IWw)的当前值高于一个这样的阈值，其为逆变 器(W)的效率最佳的工作范围的电压上限值的大约90%，以及-直流电源的引出电流预定值(Iv。""a)高于当前引出电流(Is。u) 的125%，以及-当前引出电流(Is。h)接近确定为直流电源(G)的内部电流限制 的最大引出电流， 并且如果-中间电路电压(UdcO的当前值低于最佳的中间电路电压，-当前引出电流(Is。u)等于引出电流预定值(Iv。^be)，-如果不能满足上面给出的、降低中间电路电压(U^)的条件， 则再度逐步地升高中间电路电压(UmO 。
4. 一种用于实施按照权利要求1至3之一的方法的装置，其特征 在于，设置一个逆变器(W)，其输出端连接到负载或交流网络，并且 输入端经过一个升压器(H)连接到直流电源(G)。
5. 按照权利要求4的装置，其特征在于，以电位分离的结构形成 所述升压器(H)。
6. 按照权利要求4或5的装置，其特征在于，所述直流电源(G) 是燃料电池、光电电池、电池组、蓄电池、直流发电机或类似电源。
7. 按照权利要求4至6之一的装置，其特征在于，该装置包含一 个用于调节逆变器(W)和升压器(H)的控制单元(S)。
8. 按照权利要求7的装置，其特征在于，所述控制单元(S)具 有一个微处理器。
全文摘要
本发明涉及一种用于运行具有经过中间电路前置的升压器(H)的逆变器(W)的方法，该升压器可以连接到一个具有可变引出电流预定值(I<sub>Vorgabe</sub>)的直流电源(G)，其中逆变器(W)和升压器(H)分别具有一个特有的、效率最佳的工作区域。在引出电流预定值(I<sub>Vorgabe</sub>)升高并且升压器(H)接近占空因数(T)的最大值的情况下降低中间电路电压(U<sub>DCW</sub>)，并且在引出电流预定值(I<sub>Vorgabe</sub>)稳定的情况下再度升高中间电路电压(U<sub>DCW</sub>)。由此得到这样的优点，即在直流电源(G)的稳定运行状态下不仅逆变器(W)而且升压器(H)都工作在各自特有的、效率最佳的工作范围。
文档编号H02M7/537GK101164223SQ200680013042
公开日2008年4月16日 申请日期2006年1月30日 优先权日2005年4月21日
发明者H·柯恩斯托克, L·塞斯纳克, M·科加德 申请人:奥地利西门子公司