專利名稱：功率產(chǎn)生裝置分布式逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大致涉及一種分布式功率產(chǎn)生裝置系統(tǒng)，并且更具體地涉及一種太陽能陣 列構(gòu)造，其利用在與相關(guān)聯(lián)的太陽能模塊串(String)相鄰的陣列中分布的多個(gè)電壓放大
ο
背景技術(shù)：
太陽能(或光伏)陣列是太陽能模塊的連結(jié)式集合，太陽能模塊又由多個(gè)互相連 接的太陽能電池制成。電池通過光電作用將太陽能轉(zhuǎn)換成直流(DC)電。模塊被連結(jié)在一 起以形成陣列。太陽能陣列中的模塊通常首先被串聯(lián)連接以獲得希望的電壓，并且然后各 個(gè)串被并聯(lián)連接以允許系統(tǒng)產(chǎn)生更多電流。在線路上的某一點(diǎn)，在所有模塊在單個(gè)線路中 被聯(lián)接在一起之后，利用逆變器將模塊所產(chǎn)生的DC功率轉(zhuǎn)換成交流電(AC)。圖1示出了太陽能陣列系統(tǒng)10的典型構(gòu)造。太陽能陣列系統(tǒng)10包括由多個(gè)太陽 能模塊12組成的太陽能陣列。太陽能陣列系統(tǒng)10包括并聯(lián)聯(lián)接成組的串16的多個(gè)組合 器盒(combiner box) 14A、14B、14C、14D。各組合器盒通常還包括用于各系列模塊串的一組 熔斷器17。如已提到，并聯(lián)連接增加了各相關(guān)聯(lián)的輸出線路15A、15B、15C、15D上的電流。 第二級組合器盒18可同樣用來進(jìn)一步將線路組合為單個(gè)DC線路26。在許多應(yīng)用中，離開 裝有熔斷器的組合器盒16、18的DC線路在長度上可為數(shù)百或數(shù)千米，以將電流從太陽能模 塊(通常占地?cái)?shù)英畝)輸送至終端點(diǎn)。位于終端點(diǎn)附近的是逆變器組件20、22，其接收單個(gè)DC線路26并將DC轉(zhuǎn)換為AC， 提供與AC開關(guān)設(shè)備24互相連接所需的所有必要的安全功能。逆變器組件20、22包括兩個(gè) 級，第一級20包括DC斷開器28和DC-DC轉(zhuǎn)換器30，而第二級22包括隔離變壓器32和AC 斷開器34。DC斷開器28和AC斷開器34實(shí)現(xiàn)為安全特征。第一級20利用DC-DC轉(zhuǎn)換器 30來放大線路26上的輸入陣列電壓以供應(yīng)DC連接電壓。第二級24將DC連接電壓轉(zhuǎn)換成 AC。在此情況下，逆變器組件20、22直接設(shè)置在現(xiàn)有的AC開關(guān)設(shè)備24中。這通常通過位 于民用電表(utility meter)與民用主體(utility main)之間的供應(yīng)側(cè)接頭完成。大規(guī) 模應(yīng)用中這種構(gòu)造的缺點(diǎn)之一是將組合器盒14A、14B、14C、14D、18與逆變器組件連接所需 導(dǎo)線(通常為銅)的量。

發(fā)明內(nèi)容
本公開的第一方面提供一種分布式功率產(chǎn)生裝置系統(tǒng)，包括多個(gè)功率產(chǎn)生裝置 模塊，其串聯(lián)聯(lián)接在一起以形成串；多個(gè)組合器盒，其中各組合器盒將多串并聯(lián)聯(lián)接在一 起；以及多個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器，其中各DC-DC轉(zhuǎn)換器增加相關(guān)聯(lián)的組合器盒的直流(DC)電壓 輸出。本公開的第二方面提供一種分布式功率產(chǎn)生裝置基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置在多個(gè)串 中的多個(gè)模塊，其中各串包括串聯(lián)聯(lián)接在一起的模塊子組；多個(gè)組合器盒，其中各組合器盒 以并聯(lián)構(gòu)造將一組串聯(lián)接在一起并提供輸出線路，并且其中各組合器盒提供用于組中各串
3的熔斷器；多個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器，其中各DC轉(zhuǎn)換器聯(lián)接至相關(guān)聯(lián)的組合器盒的輸出線路，以放 大輸出線路的電壓；以及多個(gè)最大功率點(diǎn)跟蹤器(MPPT)控制器，其中各MPPT控制器調(diào)節(jié)， 以應(yīng)對在相關(guān)聯(lián)的組合器盒處的變化的輸出。本公開的第三方面提供一種系統(tǒng)，包括用于從多個(gè)功率產(chǎn)生模塊獲得直流(DC) 功率的裝置；用于通過將多個(gè)功率產(chǎn)生模塊的組串聯(lián)組合而形成串的裝置；用于在太陽能 陣列中不同位置將成組的串并聯(lián)聯(lián)接在一起的裝置；用于在各聯(lián)接的串組的輸出線路處放 大DC電壓的裝置；用于將輸出線路合并為單個(gè)DC線路的裝置；以及用于將單個(gè)DC線路轉(zhuǎn) 換成交流電(AC)的裝置。


圖1顯示了現(xiàn)有的太陽能陣列系統(tǒng)。圖2顯示了具有按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的分布式逆變器的太陽能陣列系統(tǒng)。圖3示出流程圖，顯示了按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例實(shí)現(xiàn)太陽能陣列的方法。標(biāo)號列表11，T3 太陽能陣列系統(tǒng)；14A, 14B, 14C，14D 組合器盒；15A, 15B, 15C，15D 輸出；16， T2 串；20，22，42 逆變器組件；28DC 斷開器；40A, 40B, 40C, 40D DC-DC 轉(zhuǎn)換器；42A, 42B, 42C, 42D，T5最大功率點(diǎn)跟蹤器(MPPT) ；TlDC功率；T4DC電壓；T6輸出線路；T7單個(gè)DC線路
具體實(shí)施例方式圖2示出利用分布式逆變器構(gòu)造的太陽能陣列系統(tǒng)11。特別地，DC-DC轉(zhuǎn)換器電 路已從逆變器組件(圖1的20，22)被移去并分布至陣列內(nèi)的組合器盒14A、14B、14C、14D。 相應(yīng)地，各組合器盒，其連接一組串16，具有相關(guān)聯(lián)的DC-DC轉(zhuǎn)換器40A、40B、40C、40D，這些 轉(zhuǎn)換器放大相關(guān)聯(lián)的組合器盒14A、14B、14C、14D的電壓輸出。放大電壓還導(dǎo)致電流下降。 DC-DC轉(zhuǎn)換器可集成在組合器盒中或沿著離開各組合器盒14A、14B、14C、14D的輸出15A、 15B、15C、15D單獨(dú)實(shí)現(xiàn)?；诒竟_的目的，用語“組合器盒”是指用于連接陣列模塊的串 的任何類型的電路或?qū)Ь€。另外，雖然在文中描述為用于太陽能陣列系統(tǒng)11，但分布式逆變 器構(gòu)造可用于任何其它具有DC電力輸出的分布式功率產(chǎn)生裝置，例如分布式風(fēng)力發(fā)電機(jī)。如圖所示，圖2中的逆變器組件(42，22)的第一級42不再提供DC-DC轉(zhuǎn)換器，而是 僅包括DC斷開器28。相反，如已提到，已使用貫穿陣列分布的多個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器40A、40B、 40C、40D代替單個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器。在本實(shí)施例中，DC-DC轉(zhuǎn)換器與各組聯(lián)接的串16相關(guān)聯(lián)。 通過在逆變器組件(42，22)之前在組合器盒14A、14B、14C、14D放大電壓輸出，獲得各種優(yōu) 勢。一個(gè)此類優(yōu)勢在于，較高的電壓損失更少，從而允許在組合器盒14A、14B、14C、14D與逆 變器組件(42，22)之間使用更小直徑的導(dǎo)線。給定大陣列應(yīng)用中的延伸長度和銅的成本， 可實(shí)現(xiàn)明顯的節(jié)省。在典型的系統(tǒng)中，各組合器盒/DC-DC轉(zhuǎn)換器定位為接近相關(guān)聯(lián)的太陽 能模塊，例如，小于10米。相反地，從組合器盒/DC-DC轉(zhuǎn)換器至逆變器組件(42，22)的延 伸長度可為例如數(shù)百米。沿著更長的延伸長度的更高電壓意味著更少的電流和損失，從而 允許使用更小直徑的導(dǎo)線。另外，最大功率點(diǎn)跟蹤器(MPPT)控制器42A、42B、42C、42D也可在組合器盒14A、 14B、14C、14D使用DC-DC轉(zhuǎn)換器40A、40B、40C、40D以分布方式實(shí)現(xiàn)，以提供更加精確的控
4制。最大功率點(diǎn)跟蹤器(或MPPT)用來提供用于功率產(chǎn)生裝置模塊的最佳電力負(fù)荷，例如 光伏(PV)電池或風(fēng)力渦輪。MPPT將功率轉(zhuǎn)換成更適合系統(tǒng)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)的任何負(fù)荷的電壓或 電流級別。通過將MPPT控制器42A、42B、42C、42D定位在組合器盒中，可提供更加細(xì)化水平 的調(diào)節(jié)以應(yīng)對太陽能陣列中分散的串組的變化的輸出。因而，例如，經(jīng)過的云對陣列的一段 的沖擊將僅影響整個(gè)陣列的一小部分。圖3示出流程圖，顯示了本發(fā)明的示例性方法。在Si，從多個(gè)太陽能模塊獲得DC 功率，在S2，通過串聯(lián)組合模塊而形成串。接下來，在S3，在太陽能陣列中不同位置將成組 的串并聯(lián)聯(lián)接在一起，而在S4，放大各聯(lián)接的輸出線路上的DC電壓。這種電壓的增加致使 電流減小。在S5，在各輸出線路利用MPPT控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)以應(yīng)對在相關(guān)聯(lián)的串組的改變 的狀態(tài)。接下來，在S6，將來自各組聯(lián)接的串的輸出線路合并為單個(gè)DC線路，在S7，將單個(gè) DC線路從DC轉(zhuǎn)換成AC。用語“第一”、“第二”等在文中不表示任何次序、數(shù)量或重要性，而是用來將一個(gè)元 件與另一個(gè)元件進(jìn)行區(qū)分，且用語“一”和“一個(gè)”在文中不表示數(shù)量的限制，而是表示存在 至少一個(gè)引用項(xiàng)。結(jié)合數(shù)量使用的修飾語“約”包含了述及的值并且具有上下文指定的含 義，(例如，包括與具體數(shù)量的測量相關(guān)的誤差程度)。如文中所用的后綴“(s)”意圖包括 其修飾的術(shù)語的單數(shù)或復(fù)數(shù)，從而包括一個(gè)或多個(gè)該項(xiàng)(例如，Hietal(S)包括一種或多種 金屬)。文中公開的范圍是包括性的并且可獨(dú)立地結(jié)合(例如，“高達(dá)約25wt%，或更具體 而言，約5wt%至約20wt%”包括了端點(diǎn)以及“約5wt%至約25wt%”的范圍的所有中間值
寸J ο雖然文中描述了各種實(shí)施例，但從說明書應(yīng)該理解的是，本發(fā)明中的元件的各種 結(jié)合、變型或改進(jìn)可由本領(lǐng)域技術(shù)人員作出，且它們在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。另外，可對本 發(fā)明的教導(dǎo)作出許多修改以適應(yīng)具體情形或材料而不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍。因此，本發(fā) 明并非想要局限于作為為實(shí)施本發(fā)明而預(yù)期的最佳模式公開的特定實(shí)施方式，而是將包括 落在權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實(shí)施方式。
權(quán)利要求
一種分布式功率產(chǎn)生裝置系統(tǒng)(11)，包括串聯(lián)聯(lián)接在一起以形成串(16)的多個(gè)功率產(chǎn)生裝置模塊(12)；多個(gè)組合器盒(14A，14B，14C，14D)，其中，各組合器盒將多個(gè)串(16，T2)并聯(lián)聯(lián)接在一起；以及多個(gè)DC DC轉(zhuǎn)換器(40A，40B，40C，40D)，其中，各DC DC轉(zhuǎn)換器(40A，40B，40C，40D)增加相關(guān)聯(lián)的組合器盒的直流(DC)電壓輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式功率產(chǎn)生裝置系統(tǒng)，其特征在于，各DC-DC轉(zhuǎn)換器 (40A，40B，40C，40D)包括最大功率點(diǎn)跟蹤器(MPPT) (42A,42B,42C,42D)控制器，用于調(diào)節(jié) 以應(yīng)對在組合器盒級別的變化的輸出(15A，15B, 15C，15D)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式功率產(chǎn)生裝置系統(tǒng)，其特征在于，所述分布式功率產(chǎn) 生裝置系統(tǒng)還包括第二級組合器盒(18)，用于將所述多個(gè)組合器盒(14A，14B，14C，14D)的 輸出(15A，15B，15C，15D)聯(lián)接為單個(gè)DC輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分布式功率產(chǎn)生裝置系統(tǒng)，其特征在于，所述分布式功率產(chǎn) 生裝置系統(tǒng)還包括逆變器組件(42)，用于將單個(gè)DC輸出轉(zhuǎn)換成AC輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式功率產(chǎn)生裝置系統(tǒng)，其特征在于，各DC-DC轉(zhuǎn)換器 (40A, 40B, 40C, 40D)定位為接近相關(guān)聯(lián)的組合器盒的輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式功率產(chǎn)生裝置系統(tǒng)，其特征在于，各DC-DC轉(zhuǎn)換器 (40A, 40B, 40C, 40D)被集成在所述相關(guān)聯(lián)的組合器盒中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式功率產(chǎn)生裝置系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)功率產(chǎn)生 裝置模塊(12)選自由太陽能陣列(T3)和風(fēng)力渦輪組成的組。
8.一種分布式功率產(chǎn)生裝置系統(tǒng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(11)，包括設(shè)置在多個(gè)串(16，T2)中的多個(gè)模塊(12)，其中，各串包括串聯(lián)聯(lián)接在一起的模塊子組；多個(gè)組合器盒(14A，14B，14C，14D)，其中，各組合器盒以并聯(lián)構(gòu)造將一組串(16，T2)聯(lián) 接在一起并提供輸出線路(15Α，15Β, 15C，15D)，并且其中，各組合器盒提供用于所述組中的 各串的熔斷器(17)；多個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器(40Α，40Β, 40C, 40D)，其中，各DC轉(zhuǎn)換器聯(lián)接至相關(guān)聯(lián)的組合器盒的 輸出線路以放大所述輸出線路的電壓；以及多個(gè)最大功率點(diǎn)跟蹤器(MPPT) (42A，42B，42C，42D)控制器，其中，各MPPT(42A，42B， 42C，42D)控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)以應(yīng)對在相關(guān)聯(lián)的組合器盒處的變化的輸出。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的分布式功率產(chǎn)生裝置基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其特征在于，各DC-DC轉(zhuǎn)換器 (40A，40B，40C，40D)被集成在相關(guān)聯(lián)的組合器盒(14A，14B，14C，14D)中。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的分布式功率產(chǎn)生裝置基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其特征在于，各DC-DC轉(zhuǎn)換 器(40A，40B，40C，40D)被沿著相關(guān)聯(lián)的組合器盒(14A，14B, 14C，14D)的所述輸出線路(T6) 放置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有分布式逆變器的功率產(chǎn)生裝置構(gòu)造。描述了系統(tǒng)(11)，其包括多個(gè)太陽能模塊(12)，其串聯(lián)聯(lián)接在一起以形成串(16，T2)；多個(gè)組合器盒(14A，14B，14C，14D)，其中各組合器盒(14A，14B，14C，14D)將多個(gè)串(16，T2)并聯(lián)聯(lián)接在一起；以及多個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器(40A，40B，40C，40D)，其中各DC-DC轉(zhuǎn)換器(40A，40B，40C，40D)增加相關(guān)聯(lián)的組合器盒的直流(DC)電壓(T4)輸出。本發(fā)明還涉及分布式最大功率點(diǎn)跟蹤器(MPPT)(42A，42B，42C，42D)控制器，其進(jìn)行調(diào)節(jié)以應(yīng)對在各串(16，T2)組處的變化的狀態(tài)。
文檔編號H02M7/44GK101895127SQ20101019376
公開日2010年11月24日 申請日期2010年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月20日
發(fā)明者S·G·皮斯克拉克, S·奧利弗, V·索克 申請人:通用電氣公司