專利名稱：：采用光伏逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及采用光伏(PV)電池的發(fā)電，并且尤其涉及將光伏電池*流電(AC)
背景技術(shù)：
：光伏電池被布置在例如平板陣列的陣列(稱為"光伏陣列")中。陣列中由電池生成的直流電(DC)電力通過(guò)陣列的公共電源出口從陣列中放電。每個(gè)光伏陣列具有最大功率點(diǎn)(MPP)和在其處陣列產(chǎn)生最大功率的相應(yīng)的電壓點(diǎn)(Vmpp)。MPP和Vmpp隨著陽(yáng)光到達(dá)光伏陣列的量而變化。例如，由于日升和日落，MPP和Vmpp可能在一天中緩慢變化。當(dāng)云使到達(dá)光伏陣列的陽(yáng)光減少了，MPP和Vmpp可快速變化。以它們的MPP和Vmpp運(yùn)行光伏陣列提高了陣列的運(yùn)行效率并且保證了陣列的最大輸出。然而，陣列的輸出功率和輸出電壓必須^L定期調(diào)整以跟蹤到達(dá)陣列的陽(yáng)光變化引起的MPP和Vmpp的改變。采用包括光伏逆變器(PVinverter)和/或靜態(tài)功率轉(zhuǎn)換器(staticpowerconverter)的DC至AC(DC-AC)逆變器，將光伏陣列生成的DC電力轉(zhuǎn)換成AC電力。光伏陣列電連接至DC-AC逆變器的光伏逆變器。每個(gè)光伏逆變器可從一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立光伏陣列中接收DC電力。開發(fā)了多輸入光伏逆變器，容納朝向不同方向的光伏陣列，例如，對(duì)于光伏陣列的東向和西向屋頂朝向二者來(lái)說(shuō)。商業(yè)光伏逆變器可實(shí)現(xiàn)超過(guò)94%的DC至AC轉(zhuǎn)換效率并且容納多個(gè)光伏陣列。為了實(shí)現(xiàn)高的效率，光伏逆變器優(yōu)選地以光伏陣列的Vmpp來(lái)運(yùn)行光伏陣列。光伏逆變器跟蹤它們各自光伏陣列的改變Vmpp并且將每個(gè)陣列的輸出電壓調(diào)節(jié)至優(yōu)選為每個(gè)陣列的Vmpp。光伏逆變器還將源自光伏陣列的輸入電壓(incomingvoltage)升壓至適合于生成預(yù)定AC電壓所需要的逆變(inversion)的更高電壓水平。將光伏陣列的電壓升壓導(dǎo)致功率損失和光伏逆變器效率降低。一直需要提高光伏陣列的DC-AC逆變器的效率并且尤其是使由對(duì)光伏陣列升壓引起的效率損失最小化。
發(fā)明內(nèi)容開發(fā)了一種方法以便通過(guò)禁用DC-DC升壓(光伏輸出電壓到光伏逆變器DC鏈電壓(LinkVoltage))來(lái)提高光伏逆變器效率。方法包括將光伏陣列生成的DC電力施加到光伏逆變器；將源自光伏陣列的DC電力從預(yù)定電壓水平(Vmpp)升壓至預(yù)定DC鏈電壓(連接至AC電網(wǎng)所需要的電壓)，其中通過(guò)升壓來(lái)調(diào)節(jié)光伏陣列以輸出處于預(yù)定電壓水平的電壓；將經(jīng)升壓的DC電力轉(zhuǎn)換成AC電力，并且在陣列具有至少與連接至AC電網(wǎng)所需要的DC鏈電壓一樣大的預(yù)定電壓水平(Vmpp)之后，禁止光伏陣列生成的電力的升壓。一種采用具有用于光伏陣列中的每一個(gè)的DC升壓電路和DC至AC逆變器的光伏逆變器將由多個(gè)光伏(PV)陣列生成的直流(DC)電力轉(zhuǎn)換成交流(AC)電力的方法，該方法包括將每個(gè)光伏陣列生成的DC電力施加到光伏逆變器的各自輸入；以與陣列的最大功率輸出相對(duì)應(yīng)的最大功率電壓運(yùn)行光伏陣列以產(chǎn)生DC電力；確定每個(gè)光伏陣列輸入的工作周期(dutycycle)，該工作周期調(diào)節(jié)每個(gè)光伏陣列以輸出陣列的最大功率電壓并且將最大功率電壓升壓到至少最小DC鏈電壓；將工從pi列^最大功率電壓升壓到至^最小DC鏈電壓；將經(jīng)升壓的DC電力轉(zhuǎn)換成AC電力，并且禁用連接至具有至少與最小DC鏈電壓一樣大的最大功率電壓的光伏陣列的升壓電路。開發(fā)了光伏逆變器，包括多個(gè)輸入連接，每個(gè)都適合于從光伏陣列中接收直流(DC)電力；單獨(dú)的DC升壓電路，電連接至輸入連接中的每一個(gè)，其中升壓電路包括依照工作周期運(yùn)行的至少一開關(guān)；DC鏈電路，電連接至源自DC升壓電路中的每一個(gè)的DC輸出，其中DC鏈電路包括DC至交流電(AC)逆變器和適合于將AC電力輸送給AC電網(wǎng)的AC電力輸出，執(zhí)行過(guò)程的控制器，用于確定電壓，在該電壓處連接至輸入連接的光伏陣列中的每一個(gè)產(chǎn)生最大功率輸出；生成每個(gè)升壓電路的工作周期以控制至少一開關(guān)以便使得光伏陣列產(chǎn)生最大功率以及升壓電路輸出預(yù)定DC鏈電壓，并且禁用耦合至光伏陣列的升壓電路中的一個(gè)，該光伏陣列生成等于或大于預(yù)定DC鏈電壓的電壓。在正進(jìn)行的基礎(chǔ)上，開發(fā)一種方法以確定光伏陣列的最大功率點(diǎn)，該方法包括跨陣列電壓的運(yùn)行范圍改變光伏陣列的電壓輸出；當(dāng)對(duì)運(yùn)行的陣列改變電壓輸出時(shí)，測(cè)量輸出自光伏陣列的電流；對(duì)于運(yùn)行范圍中的各種電壓中的每一個(gè)來(lái)說(shuō)，采用經(jīng)測(cè)量的電流和與經(jīng)測(cè)量的電流相對(duì)應(yīng)的電壓以確定陣列的功率輸出；從運(yùn)行范圍內(nèi)的功率輸出中選擇最大功率輸出并且將相應(yīng)電壓指定為在陣列的最大功率點(diǎn)(Vmpp)處的電壓；周期性地重復(fù)先前步驟以更新Vmpp;以Vmpp運(yùn)4亍光伏陣列；通過(guò)將陣列的電壓從Vmpp略微移開來(lái)抖動(dòng)(dither)Vmpp，并且如果在經(jīng)移動(dòng)的電壓處的陣列的功率輸出高于在Vmpp處的功率輸出，將經(jīng)移動(dòng)的電壓指定為Vmpp。圖l是光伏(PV)逆變器的示意圖。圖2至5是光伏逆變器的運(yùn)行流程圖。具體實(shí)施例方式圖1是也可稱為靜態(tài)功率轉(zhuǎn)換器的光伏(PV)逆變器IO的示意圖。通過(guò)光伏逆變器將光伏(PV)陣列12生成的直流電(DC)電力轉(zhuǎn)換成交流電(AC)電力。光伏逆變器接收由一個(gè)或多個(gè)光伏陣列12生成的直流電(DC)電力。光伏逆變器IO將DC電力轉(zhuǎn)換成輸出至市電(AC電網(wǎng)14)并且局部用于具有逆變器和陣列的家庭中的電力設(shè)備的交流電(AC)電力。孤島是指只為局部生成電力并且不把電力提供給AC電網(wǎng)。從DC到AC電力的轉(zhuǎn)換由包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和用于執(zhí)行各種算法和處理程序的軟件的控制器16監(jiān)測(cè)和控制。光伏逆變器通過(guò)以下實(shí)現(xiàn)DC到AC電力的高效轉(zhuǎn)換(i)定期更新Vmpp并用經(jīng)更新的Vmpp運(yùn)行光伏陣列；(ii)通過(guò)計(jì)算DC-AC逆變器所需要的最小DC鏈電壓(DClinkvoltage)以生成AC電網(wǎng)的AC電力并且調(diào)整DC鏈電壓來(lái)使光伏陣列電壓的升壓最小化，以及(iii)禁用一陣列的升壓電路(所提供的Vmpp等于或大于所需要的最小經(jīng)計(jì)算的DC鏈電壓)。光伏逆變器10可以從每個(gè)都耦合至逆變器的DC輸入部18的一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立光伏陣列12中接收DC電力。逆變器的DC輸入部18確定與光伏陣列中的每一個(gè)的最大功率輸出對(duì)應(yīng)的電壓(Vmpp),在Vmpp處從每個(gè)陣列中吸收(draw)電力并且當(dāng)需要時(shí)，將源自每個(gè)光伏陣列的輸入電壓(incomingvoltage)升壓至對(duì)于適合于AC電網(wǎng)14的AC電壓的逆變來(lái)說(shuō)所需要的更高電壓。通過(guò)將AC電力輸出給AC電網(wǎng)14的DC鏈電路19將DC電力轉(zhuǎn)換成AC電力。DC輸入部18可包括用于光伏陣列12的每個(gè)連接的輸入連接開關(guān)20。連接開關(guān)20受控于光伏逆變器的系統(tǒng)控制器16。由每個(gè)光伏陣列輸出至光伏逆變器的DC電力被測(cè)量跨每個(gè)連接開關(guān)的電壓差的測(cè)量系統(tǒng)44監(jiān)測(cè)。采用了接地故障(GF)傳感器24的測(cè)量系統(tǒng)還可以監(jiān)測(cè)在光伏陣列和連接開關(guān)中的接地故障。在DC輸入部中提供了例如一組晶體管開關(guān)28的每個(gè)光伏陣列的單獨(dú)升壓電路26。光伏逆變器可被連接至多個(gè)(N)光伏陣列。N個(gè)光伏陣列中的每一個(gè)都被連接至獨(dú)立升壓電路。用于光伏陣列的升壓電路允許陣列以其MPP和Vmpp被操作。升壓電路將DC輸出電壓提高至光伏陣列提供的電壓水平以上。當(dāng)DC鏈電路19需要的DC電壓比源自光伏陣列的DC輸出電壓高時(shí)，使用升壓電路。當(dāng)光伏陣列以處于或高于DC鏈電路需要的DC輸入電壓的電壓水平產(chǎn)生DC電力時(shí)，禁用升壓電路。當(dāng)Vmpp(最大功率電壓點(diǎn))比最小允許DC鏈電壓小時(shí)，將陣列輸入升壓至最小DC鏈電壓。當(dāng)提供足以使DC-AC逆變器能生成分配給AC電網(wǎng)的AC電力的DC鏈電路電壓時(shí)，這允許以Vmpp設(shè)置升壓電路輸入以從光伏陣列中獲得最大功率。升壓電路26可被配置成包括晶體管開關(guān)28的降壓-升壓(升壓)電路，該晶體管開關(guān)28基于脈沖發(fā)生器30提供的脈沖工作周期(dutycycle)從每個(gè)光伏陣列中接通-斷開DC電力。工作周期由系統(tǒng)控制器16中的升壓控制軟件程序31確定。在工作周期的OFF部分期間，通過(guò)在電感器32中積累能量來(lái)增大電流(boostcurrent)并且在周期的ON部分期間，將能量從光伏陣列和電感器二者施加到光伏逆變器的剩余部分。當(dāng)開關(guān)28閉合時(shí)(與工作周期的OFF部分相對(duì)應(yīng))，源自光伏陣列的能量在電感器32中積累^E沒有施加到DC鏈電路19。當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)(與工作周期的ON部分相對(duì)應(yīng))，源自光伏陣列和電感器的DC電力被施加至'l電容器34和DC鏈電路19。二極管33阻止源自電容器34的電流的反向流動(dòng)。源自升壓電路26的結(jié)杲輸出DC電壓水平(跨電路點(diǎn)36)比源自光伏陣列的DC電壓高。升壓電路26輸出的DC電壓水平和輸入到升壓電路26的DC電壓水平的比值與整個(gè)工作周期除以周期的ON部分的比值成比例。通常，電壓的最大有效升壓采用在其中開關(guān)斷開半個(gè)周期(50-50周期)的工作周期來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于在工作周期期間DC電壓的ON和OFF的切換，源自光伏陣列輸出的光伏電壓水平的上升降低了DC功率。功率降低使光伏逆變器10的效率下降。升壓控制系統(tǒng)31通過(guò)以P陣列的Vmpp來(lái)運(yùn)行P陣列并路來(lái)使功率和效率損失最小化。禁用升壓電路而不將光伏陣列的運(yùn)行點(diǎn)(operationpoint)從陣列的Vmpp移開。禁用升壓電路中的一個(gè)或多個(gè)減少了否則由升壓電路引起的切換損失并且從而改善了逆變器的總效率。DC鏈電路19包括使源自升壓電路的DC電力"驟變(chop)"以形成AC電力的逆變器電路37。逆變器電路37可以被布置成具有每個(gè)都用與二極管并聯(lián)來(lái)布置的晶體管開關(guān)38的"H-Bridge"逆變器電路。脈沖發(fā)生器30依照工作周期調(diào)諧開關(guān)38。工作周期由基于源自升壓電路的DC電力配置工作周期以產(chǎn)生AC電網(wǎng)14的充足電壓和電流的AC電力的逆變器控制軟件程序40來(lái)確定。逆變器電路的工作周期通常交替地將四個(gè)開關(guān)30中的一對(duì)閉合并且將開關(guān)中的其它對(duì)斷開。在四個(gè)開關(guān)的H模式中，開關(guān)對(duì)相互成對(duì)角線。通過(guò)交替地將開關(guān)對(duì)接通和斷開，DC鏈電路19將由DC輸入部18輸出給光伏逆變器的DC電壓的極性逆變。DC電壓的順序逆變產(chǎn)生作為AC電力輸出的AC電壓。DC鏈電路包括AC線路濾波器42以在由DC鏈電路輸出的AC電力中去除噪聲和其它外部信號(hào)。AC電力還與采用PLL和反孤島(anti-islanding)程序56的電網(wǎng)14中的AC電力同步。同步可以通過(guò)將逆變器的工作周期同步到電網(wǎng)中的AC電力來(lái)實(shí)現(xiàn)。測(cè)量系統(tǒng)44監(jiān)測(cè)AC輸出功率、光伏逆變器10是否被連接至AC公用市電網(wǎng)(utilitygrid)14和由光伏陣列輸入的DC電力。系統(tǒng)控制50操作將光伏逆變器10連接至AC電網(wǎng)14的繼電器43和將光伏陣列耦合至光伏逆變器的連接開關(guān)20中的繼電器。DC總線控制算法54對(duì)光伏陣列至光伏逆變器的連接進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外，測(cè)量系統(tǒng)44生成輸入給故障檢測(cè)系統(tǒng)46的狀態(tài)信號(hào)，該故障檢測(cè)系統(tǒng)46也監(jiān)測(cè)接地故障中斷電路24。故障檢測(cè)器46生成被引導(dǎo)至保護(hù)和系統(tǒng)功能監(jiān)測(cè)軟件程序48的輸出信號(hào)。在某些實(shí)例中，保護(hù)和系統(tǒng)功能監(jiān)測(cè)軟件可生成至系統(tǒng)控制裝置50的命令以將光伏逆變器與光伏陣列12和AC電網(wǎng)14中的一個(gè)或光伏陣列12和AC電網(wǎng)14二者斷開?？刂葡到y(tǒng)16優(yōu)選地以其最大功率點(diǎn)(MPP)運(yùn)行光伏逆變器。為了確定光伏陣列的MPP,控制系統(tǒng)16執(zhí)行最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)軟件程序52以周期性地識(shí)別連接至光伏逆變器的每個(gè)光伏陣列12的Vmpp?？刂葡到y(tǒng)采用經(jīng)識(shí)別的Vmpp調(diào)節(jié)例如升壓電路和DC-AC逆變器的光伏逆變器以將每個(gè)光伏陣列保持在其Vmpp。對(duì)于每個(gè)光伏陣列來(lái)說(shuō)，在一天期間，Vmpp改變。在日照時(shí)數(shù)期間,每個(gè)光伏陣列的最大功率點(diǎn)和相應(yīng)的Vmpp隨著陣列接收的陽(yáng)光的量的改變而變化。由于日升和日落，Vmpp在白天期間緩慢變化并且當(dāng)云經(jīng)過(guò)太陽(yáng)前時(shí)快速變化。采用優(yōu)化過(guò)程周期性地更新每個(gè)光伏陣列的Vmpp,該優(yōu)化過(guò)程幾乎連續(xù)地微調(diào)Vmpp，例如每0.1秒，并且周期性地檢查Vmpp的大的改變，例如，每30分鐘。為改善DC輸入部18的效率，當(dāng)陣列的電壓水平(Vm卯)至少處于DC鏈電路19需要的最小DC電壓水平時(shí)，禁用光伏陣列的升壓電路26。禁用升壓電路中的一個(gè)或多個(gè)減少了當(dāng)運(yùn)行升壓電路時(shí)內(nèi)在發(fā)生的效率損失。當(dāng)升壓電路被禁用時(shí)，相應(yīng)的光伏陣列的電壓輸出被DC-AC逆變器調(diào)節(jié)。此外，周期性地重計(jì)算DC鏈電壓以確定是否可以從缺省DC鏈電壓中減小電壓。將DC鏈電壓最小化減小了從光伏陣列中需要的DV電壓的水平。通過(guò)減小所需要的DC鏈電壓，光伏陣列中的一個(gè)或多個(gè)的Vmpp更可能處于或高于所需要的最小DC鏈電壓。如果陣列的Vmpp處于或高于最小DC鏈電壓，可禁用光伏陣列的升壓電路。周期性地確定最小DC鏈電壓允許更經(jīng)常地禁用升壓電路。圖2至5是示出光伏逆變器10的一些運(yùn)行步驟的流程圖。步驟100僅發(fā)生在當(dāng)沒有或最少的陽(yáng)光照射在光伏陣列上時(shí)的黎明前。DC鏈電路斷開并且DC鏈電壓被設(shè)置成零。當(dāng)太陽(yáng)開始升起，在步驟102中，光伏陣列開始生成DC電力。源自光伏陣列的初始DC電力是最小的。隨著更多的陽(yáng)光到達(dá)陣列，DC電力的增加被測(cè)量系統(tǒng)44監(jiān)測(cè)?？刂破?6可以處于重置、休眠或其它待機(jī)才莫式直到光伏陣列開始生成DC電力或比電力的最小量要大。在步驟104中，當(dāng)光伏陣列生成的DC電力增加到超過(guò)例如180伏特的閾值電壓或電力水平時(shí)，測(cè)量電路44可促使控制器16變得活躍并從待機(jī)模式中出來(lái)。閾值電壓或電力水平可以是最小DC鏈電壓的初始設(shè)置。當(dāng)光伏逆變器IO被加電并且準(zhǔn)備好產(chǎn)生電網(wǎng)14的AC電力時(shí)，4吏用這種初始DC電力i殳置。初始i殳置處于比DC鏈電路提供AC電力給AC電網(wǎng)所需的DC電壓水平低的DC電壓水平。在步驟106中，源自光伏陣列的現(xiàn)在高于閾值的DC電力被施加到DC輸入電路18并且尤其施加到升壓電路26。在步驟108中，控制器16中的升壓控制程序31調(diào)整升壓電路，例如工作周期，以從光伏陣列中吸收(draw)電力并且將源自光伏陣列的DC電力提升至更高的DC電壓水平。在這個(gè)啟動(dòng)階段期間，不控制光伏陣列以最大功率輸出運(yùn)行。在步驟110中，當(dāng)經(jīng)升壓的DC電壓水平達(dá)到例如425伏特的預(yù)定義DC鏈電壓時(shí)，通過(guò)系統(tǒng)控制50來(lái)閉合繼電器43以將光伏逆變器10連接至AC電網(wǎng)14。一旦繼電器43被閉合，進(jìn)行檢查以確定光伏逆變器被電連接到AC電網(wǎng)并且逆變器沒有僅提供電力給例如孤島的局部區(qū)域。在步驟112中，受鎖相環(huán)(PLL)和反孤島程序56支配的反孤島定時(shí)器的到期確定光伏逆變器^f皮連接到AC電網(wǎng)。同樣在步驟112中，升壓電路被完全啟動(dòng)并且DC輸入電路開始執(zhí)行MPPT程序52以確定光伏陣列的最大電壓輸出。不以光伏陣列的Vmpp初始運(yùn)行光伏陣列而是以它們的最大輸出電壓運(yùn)行光伏陣列。在步驟116中，通過(guò)升壓控制程序31減少升壓電路的工作周期以達(dá)到輸出自升壓電路的最大DC電壓。最大DC電壓用于快速達(dá)到生成AC電網(wǎng)的AC電力所需的DC鏈電壓。最大DC電壓不必然與光伏陣列的最大功率輸出或Vmpp對(duì)應(yīng)。隨著太陽(yáng)的上升，達(dá)到光伏陣列的陽(yáng)光量增加并且光伏陣列增加了它們的DC輸出電力。在步驟118中，升壓電路繼續(xù)提升DC電壓直到經(jīng)升壓的DC電壓達(dá)到例如500伏特的閾值DC鏈電壓。在步驟120中，當(dāng)升壓電路輸出給DC鏈電路的DC電壓達(dá)到閾值水平時(shí)，啟動(dòng)AC逆變器。在步驟122中，由于AC逆變器^L啟動(dòng)，逆變器將DC鏈輸入電壓轉(zhuǎn)換成例如在220到240AC伏特之間和15安培的適合電網(wǎng)的AC電力。在步驟124中，AC逆變器還使經(jīng)生成AC電力和電網(wǎng)中的AC電力同步。在步驟126中，由于升壓電路，光伏逆變器的效率被降低。為優(yōu)化效率，當(dāng)一個(gè)或多個(gè)光伏陣列的Vmpp達(dá)到最小DC鏈電壓時(shí)，光伏逆變器禁用升壓電路中的一個(gè)或多個(gè)。禁用升壓電路消除了當(dāng)啟動(dòng)升壓電路和切換損失發(fā)生時(shí)發(fā)生的低效率。改善光伏逆變器的效率的另一技術(shù)是減小DC鏈電壓。逆變器的切換損失與DC鏈電壓的大小直接相關(guān)。對(duì)于一組給定運(yùn)行條件來(lái)說(shuō)，DC鏈電壓的最小化減少了切換損失并且提高了逆變器的效率。為提高光伏逆變器的效率，MPPT程序周期性地確定每個(gè)陣列的最大功率點(diǎn)和Vmpp。為確定Vmpp,MPPT程序使得源自陣列的電壓輸出從低值掃描(sweep)到高值并且監(jiān)測(cè)源自陣列的結(jié)果電流。由電壓和電流的乘積來(lái)確定功率。MPPT程序確定陣列的大電壓范圍內(nèi)的最大功率點(diǎn)(MPP)。與最大功率相對(duì)應(yīng)的陣列電壓是Vmpp并且被設(shè)置成陣列的運(yùn)4亍點(diǎn)。一般，最大功率點(diǎn)由周期性地掃描光伏陣列的完整電壓范圍和識(shí)別與陣列的最大功率點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的電壓(Vmpp)來(lái)確定。在通過(guò)對(duì)電壓水平進(jìn)行掃描的Vmpp的周期性確定中，通過(guò)抖動(dòng)(dithering),例如通過(guò)將陣列電壓從Vm卯移動(dòng)例如0.1伏特來(lái)調(diào)整Vmpp，并且將由電壓移動(dòng)導(dǎo)致的結(jié)果功率與在Vmpp處的陣列功率相比較。如果在經(jīng)移動(dòng)的電壓處的光伏陣列產(chǎn)生了比在Vmpp處更高的功率，經(jīng)移動(dòng)的電壓水平被設(shè)置為Vmpp并且陣列以新的Vmpp運(yùn)行。可以經(jīng)常執(zhí)行Vmpp的抖動(dòng)，例如每O.l秒。步驟128。具體講，MPP和升壓控制邏輯控制脈沖生成器以通過(guò)運(yùn)行電壓的掃描來(lái)改變每個(gè)光伏陣列的電壓。在步驟130中，為初始化掃描操作，例如升壓電路的輸出電壓的DC鏈電壓被設(shè)置成例如500伏特的常量。在步驟132中，控制器隨后停止應(yīng)用到升壓電路的工作周期以便施加光伏陣列輸出電壓而不對(duì)DC鏈電壓輸出升壓。光伏陣列的功率輸出由測(cè)量源自光伏陣列的電流來(lái)確定。如步驟134所示，功率是光伏陣列的經(jīng)測(cè)量電流和電壓輸出的乘積。在步驟136中，為了跨電壓的運(yùn)行范圍掃描光伏陣列的電壓輸出，控制器使得脈沖生成器跨工作周期的范圍改變被升壓電路應(yīng)用的工作周期，例如從在其中晶體管一直是OFF的周期到在其中晶體管每個(gè)接通了每個(gè)周期的一半(50-50工作周期)的周期。在步驟138中，隨著工作周期從一直O(jiān)FF變化到50-50周期，測(cè)量系統(tǒng)44和控制器16監(jiān)測(cè)光伏陣列輸出的電流和電壓。由于工作周期增加了光伏陣列被最小DC鏈電路加載(load)的時(shí)間量，光伏陣列的輸出電壓下降。通過(guò)增加工作周期，可以貫穿光伏陣列的電壓運(yùn)行范圍掃描光伏陣列的電壓輸出。在步驟138中，隨著對(duì)光伏陣列的電壓輸出進(jìn)行掃描，測(cè)量單元測(cè)量電流并且控制器確定作為輸出單元和相應(yīng)電流的乘積的光伏陣列功率輸出?；诠夥嚵械钠潆妷哼\(yùn)行范圍的經(jīng)確定功率輸出，控制器確定陣列的最大功率輸出(MPP)和相應(yīng)電壓(Vmpp)。此外，在步驟140中，控制器確定與MPP和Vmpp相對(duì)應(yīng)的升壓電路的工作周期。在步驟142中，上述確定MPP的過(guò)程，例如每30分鐘周期性地重:電路并且最小化DC鏈4壓。除了周期性地掃描光伏電壓的整個(gè)范圍以確定MPP和Vmpp之外，控制器可以在幾乎連續(xù)的基礎(chǔ)上微調(diào)Vmpp。通過(guò)給光伏陣列電壓制造小的改變并且檢查陣列功率是否增加來(lái)微調(diào)Vmpp。具體講，在步驟144中，在Vmpp附近抖動(dòng)光伏電壓，例如通過(guò)加和減(+/-)0.1到0.05伏特圍繞Vmpp移動(dòng)陣列電壓。在制造小的電壓改變之后，控制器監(jiān)測(cè)輸出自光伏陣列的功率。將在經(jīng)移動(dòng)的電壓處的光伏陣列功率與在Vmpp處的陣列功率相比較。在步驟146中，如果在經(jīng)移動(dòng)的電壓處的光伏陣列的功率比在Vmpp處更高，經(jīng)移動(dòng)的電壓水平就被設(shè)置為Vmpp并且陣列以新的Vmpp運(yùn)行。在步驟128中，可以經(jīng)常執(zhí)行Vmpp的抖動(dòng)，例如每0.1或0.05秒。當(dāng)光伏陣列的Vmpp比最小允許DC鏈電壓小時(shí)，通過(guò)應(yīng)用與Vmpp相應(yīng)的經(jīng)確定的工作周期來(lái)對(duì)陣列的電壓輸出升壓。在步驟142中，將電壓輸出升壓至DC鏈電壓。在步驟142中，通過(guò)設(shè)置與Vmpp和最小DC鏈電壓相應(yīng)的陣列工作周期，升壓電路可以從光伏陣列中吸收最大功率(MPP)并且提供對(duì)于DC鏈電路來(lái)說(shuō)足夠的經(jīng)升壓的DC電壓。通過(guò)連續(xù)更新每個(gè)陣列的Vmpp(通過(guò)周期性地掃描光伏陣列的電壓范圍以及連續(xù)抖動(dòng)Vmpp)，可以以光伏陣列的當(dāng)前Vmpp運(yùn)行光伏陣列。通過(guò)以光伏陣列的當(dāng)前Vmpp運(yùn)行光伏陣列來(lái)提高光伏逆變器的效率。還可以通過(guò)禁用升壓電路來(lái)提高光伏逆變器的效率。在步驟144中，如果光伏陣列的Vmpp比最小允許DC鏈電壓大，則禁用該光伏陣列的升壓電路?？刂破魍ㄟ^(guò)將晶體管開關(guān)28保持在斷開位置來(lái)禁用升壓電路以便將源自光伏陣列的DC電力直接施加到DC鏈電路并且有效地繞過(guò)了升壓電路。在步驟146中，當(dāng)升壓電路被禁用時(shí)，通過(guò)DC鏈電路的DC-AC逆變器37來(lái)調(diào)節(jié)光伏陣列的Vmpp。逆變器調(diào)整作為逆變器DC輸入的DC鏈電壓以匹配光伏陣列的Vmpp。對(duì)于具有比經(jīng)減小的DC鏈電壓小的Vmpp的那些光伏陣列來(lái)說(shuō)，它們各自的升壓電路繼續(xù)增大電壓。如果不止一個(gè)光伏陣列具有比最小DC鏈電壓大的Vmpp,逆變器電路將DC鏈電壓設(shè)置成最大Vmpp值。對(duì)于具有最大Vmpp的光伏陣列來(lái)說(shuō)，升壓電路被禁用。啟用其它光伏陣列的升壓電路并且將它們各自陣列的電壓升壓至最大Vmpp值。此外，調(diào)整應(yīng)用到DC-AC逆變器的工作周期以適應(yīng)作為新的DC鏈電壓的最大Vmpp。如果需要，為了限制源自具有比DC鏈電壓高的Vmpp和具有經(jīng)禁用的升壓電路的光伏陣列的輸入功率，MPPT可以將該陣列的電壓輸出升高或降低至大于或小于Vmpp的基準(zhǔn)電壓(Vref)。如果Vref大于最小允許DC鏈電壓，由光伏陣列輸出的Vref被施加為直流鏈電壓。MPPT可調(diào)整被逆變器應(yīng)用的工作周期以限制將光伏陣列調(diào)節(jié)至Vref。改善光伏逆變器效率的另一技術(shù)是減小DC鏈電壓。逆變器的切換損失與DC鏈電壓的大小直接相關(guān)。對(duì)于一組給定運(yùn)行條件來(lái)說(shuō)，DC鏈電壓的最小化減少了切換損失并且提高了效率。在步驟148中，在減小DC鏈電壓之前，控制器確定電網(wǎng)中AC電力的例如50赫茲(Hz)或60Hz的每個(gè)周期的最小允許DC鏈電壓。為確定最小允許DC鏈電壓，采用矢量分析，光伏逆變器的AC輸出電壓被測(cè)量并被加到跨濾波電感器42的電壓的輸出上。矢量分析的結(jié)果除以DC-AC逆變器的最大切換工作周期。逆變器中的切換裝置具有最小OFF時(shí)間規(guī)范(timespecification)?；谇袚Q頻率以及最小OFF時(shí)間，可以計(jì)算出最大工作周期。矢量分析和最大切換工作周期的除的結(jié)果產(chǎn)生經(jīng)計(jì)算的最小DC鏈電壓。對(duì)于每個(gè)AC周期，最大測(cè)量AC電壓被控制器記錄并且測(cè)量和記錄DC-AC逆變器的最大監(jiān)測(cè)開通(firing)工作周期。從這兩個(gè)記錄值，計(jì)算并連續(xù)調(diào)整最小DC鏈電壓。在步驟150中，最小DC鏈電壓隨后用于確定陣列中的任何陣列是否具有足夠高的Vmpp以禁用其升壓電路。在此公開的光伏逆變器被認(rèn)為對(duì)于光伏陣列生成的DC電力到適合于電力并網(wǎng)的AC電力的轉(zhuǎn)換提供了幾個(gè)技術(shù)效果優(yōu)點(diǎn)(效果)。一技術(shù)效果優(yōu)點(diǎn)是在所有輸入上維持MPPT能力的同時(shí)N輸入光伏靜止功率變換器(SPC)的功率損失減少。另一技術(shù)效果優(yōu)點(diǎn)是在使用逆變器的N輸入SPC中提供MPPT以便在一輸入上提供MPPT并在使用輸入升壓或轉(zhuǎn)換階段的其它輸入上提供MPPT。進(jìn)一步的技術(shù)效果優(yōu)點(diǎn)是基于運(yùn)行條件通過(guò)連續(xù)調(diào)整DC鏈電壓來(lái)提高DC至AC的轉(zhuǎn)換效率。盡管連同目前認(rèn)為是最實(shí)際和優(yōu)選的實(shí)施例一起來(lái)描述本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并不局限于所公開的實(shí)施例，并且相反，本發(fā)明意在覆蓋包括在所附權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等效電路結(jié)構(gòu)。<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>138當(dāng)掃描工作周期時(shí)，控制器監(jiān)測(cè)電流和電壓并確定與源自升壓電路的最高功率輸出相對(duì)應(yīng)的工作周期(隨工作周期上升，電壓將下降)140控制器通過(guò)應(yīng)用相應(yīng)的工作周期來(lái)操作升壓電路以便維持處于最高功率輸出的光伏陣列(電壓最大功率點(diǎn)Vmpp)142周期性地重復(fù)步驟130-140144在MPP步驟之間的時(shí)期，控制器抖動(dòng)光伏電壓(通過(guò)例如每0.10秒+/-0.05伏特來(lái)調(diào)節(jié)所期望的電壓)(通過(guò)工作周期的小的改變來(lái)調(diào)節(jié)電壓)146控制器監(jiān)測(cè)由小的電壓調(diào)整引起的功率輸出并且如果得到了更高的功率點(diǎn)則重置Vmpp148為了以最高功率輸出維持光伏陣列，控制器通過(guò)調(diào)整升壓電路工作周期來(lái)調(diào)整光伏陣列輸出電壓150如果光伏陣列的Vmpp超過(guò)了(經(jīng)計(jì)算的最小)DC鏈電壓，控制器禁用升壓電路152AC逆變器通過(guò)將電力從DC鏈傳送到AC電網(wǎng)來(lái)調(diào)節(jié)DC鏈電壓以匹配Vmpp154每個(gè)線周期控制器計(jì)算最小DC鏈電壓156如果所需要的最小DC鏈電壓小于Vmpp，則禁用升壓權(quán)利要求1.一種通過(guò)禁用DC-DC升壓來(lái)提高光伏逆變器(10)效率的方法，包括將光伏陣列(12)生成的DC電力施加到光伏逆變器；將源自光伏陣列的DC電力從預(yù)定電壓水平升壓(26，118)至預(yù)定DC鏈電壓，其中通過(guò)升壓來(lái)調(diào)節(jié)光伏陣列以輸出處于預(yù)定電壓水平的電壓；將經(jīng)升壓的DC電力轉(zhuǎn)換(122)成AC電力，并且在陣列具有至少與DC鏈電壓一樣大的預(yù)定電壓水平之后，禁止(150)光伏陣列生成的電力的升壓。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中AC電力與公用電力網(wǎng)中的AC電力兼容。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中光伏陣列的預(yù)定電壓水平與光伏陣列的最大功率輸出相對(duì)應(yīng)并且方法還包括周期性地確定(142)光伏陣列的最大功率輸出。4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過(guò)具有至少一開關(guān)晶體管的DC升壓電路(26)來(lái)升壓并且該開關(guān)晶體管(28)受控于工作周期，5.如權(quán)利要求l所述的方法，其中經(jīng)升壓的DC電力到AC電力的轉(zhuǎn)換包括調(diào)節(jié)(152)具有經(jīng)禁用的升壓的陣列以輸出與陣列的最大功率相對(duì)應(yīng)的最大功率電壓。6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中陣列是第一光伏陣列并且將源自附加光伏陣列的電力輸入到光伏逆變器并且當(dāng)通過(guò)第一光伏陣列來(lái)禁用(150，156)升壓時(shí)單獨(dú)對(duì)源自每個(gè)附加光伏陣列的電力進(jìn)行升壓，其中預(yù)定DC鏈電壓是第一光伏陣列的最大功率電壓。7.—種采用具有用于光伏陣列中的每一個(gè)的DC升壓電路(26)和DC至AC逆變器(37)的光伏逆變器(10)將由多個(gè)光伏(PV)陣列(12)生成的直流電力轉(zhuǎn)換成交流電力的方法，該方法包括將每個(gè)光伏陣列生成的DC電力施加U06)到光伏逆變器的各自輸入；以與陣列的最大功率輸出相對(duì)應(yīng)的最大功率電壓運(yùn)行(140)每個(gè)光伏陣列以產(chǎn)生DC電力；確定(136，138,148)每個(gè)光伏陣列的工作周期，該工作周期調(diào)節(jié)光伏陣列以輸出陣列的最大功率電壓并且將最大功率電壓升壓到至少最小DC鏈電壓；將工作周期應(yīng)用(140)到每個(gè)升壓電路以將源自連接至升壓電路的陣列的DC電力從陣列的最大功率電壓升壓到至少最小DC鏈電壓；將經(jīng)升壓的DC電力轉(zhuǎn)換(122,152)成AC電力，并且禁用(156)連接至具有至少與最小DC鏈電壓一樣大的最大功率電壓的光伏陣列的升壓電路。8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中AC電力與公用電力網(wǎng)中的AC電力兼容。9.如權(quán)利要求8所迷的方法，還基于公用電力網(wǎng)中的AC電力周期性地計(jì)算(152，154)最小DC鏈。10.如權(quán)利要求7所迷的方法，還包括周期性地更新(128)最大功率電壓并且確定經(jīng)更新的最大功率電壓的工作周期。全文摘要本方法涉及采用光伏逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的方法和系統(tǒng)。一種通過(guò)禁用DC-DC升壓來(lái)提高光伏(PV)逆變器(10)效率的方法，包括將光伏陣列(12)生成的DC電力施加到光伏逆變器；將源自光伏陣列的DC電力從預(yù)定電壓水平升壓(26，118)至預(yù)定DC鏈電壓，其中通過(guò)升壓來(lái)調(diào)節(jié)光伏陣列以輸出處于預(yù)定電壓水平的電壓；將經(jīng)升壓的DC電力轉(zhuǎn)換(122)成AC電力，并且在陣列具有至少與DC鏈電壓一樣大的預(yù)定電壓水平之后，禁止(150)光伏陣列生成的電力的升壓。文檔編號(hào)G05F1/67GK101436833SQ20081017619公開日2009年5月20日申請(qǐng)日期2008年11月14日優(yōu)先權(quán)日2007年11月14日發(fā)明者J·A·倫納德申請(qǐng)人:通用電氣公司