專利名稱：用于光伏直流輸入源的電力系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及用于光伏直流輸入源的電力系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
本部分提供關(guān)于本公開的背景信息，該背景信息不一定是現(xiàn)有技術(shù)。光伏(PV)裝置將陽光轉(zhuǎn)換為電。PV裝置可以由單個(gè)板、多個(gè)板、剛性板、柔性板、 串聯(lián)板、并聯(lián)板等構(gòu)成。PV裝置的輸出通常是未穩(wěn)壓的(即，輸出端根據(jù)陽光強(qiáng)度、溫度等的改變而變化)。此外，由于制造變化、不同工作溫度、不平等老化、不同定位和/或安裝角度、來自樹木、結(jié)構(gòu)或云的不同遮蔽、各個(gè)PV裝置上的不同數(shù)量的灰塵或碎片等，一個(gè)PV裝置的輸出可能不同于另一個(gè)PV裝置的輸出。在美利堅(jiān)合眾國(guó)，并網(wǎng)光伏(PV)逆變器系統(tǒng)的安全要求通常將開路PV串電壓限制到600VDC并要求PV板與電網(wǎng)電流隔離。PV系統(tǒng)通常將PV串電壓最大化以將工作電流水平保持得盡可能低。在通常的安裝中，PV串電壓通常被限制到550V以維持充足的降額容限。因此，在許多能源生產(chǎn)日，典型安裝中的開路PV串電壓接近550V。對(duì)于大多數(shù)可用的PV板或模塊，最大功率點(diǎn)(MPP)電壓在開路電壓的75%到 85%的范圍內(nèi)。因而，工作MPP電壓通常在420V到460V的范圍內(nèi)。MPP電壓隨著工作溫度升高而降低。當(dāng)傳送相對(duì)高的功率水平時(shí)，PV板的溫度升高而工作MPP電壓降得低得多， 通常達(dá)到大約350V。在非常高的溫度和/或PV板上部分遮蔽的一些情況下，MPP電壓可以低至250V。這在炎熱天氣的夏天是常見的。因而，設(shè)計(jì)了許多商業(yè)并網(wǎng)逆變器以在250V至 500V的MPP電壓范圍上工作。然而，并網(wǎng)PV系統(tǒng)連接的額定電網(wǎng)電壓通常是230V+/_15%。許多逆變器采用降壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)洳⑶倚枰斎腚妷焊哂陔娋W(wǎng)電壓的峰值。因而，并網(wǎng)系統(tǒng)的DC至AC逆變器塊通常需要大約400V的DC總線作為電壓輸入。然而，如上所述，MPP電壓通常在250V到 550V變化，并需要被轉(zhuǎn)換至大約400V的總線電壓。圖1示出了一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的并網(wǎng)PV逆變器系統(tǒng)。如所示出的，PV串電壓被升壓至一個(gè)稍高于最大期望MPP電壓的水平，該示例中是500V。然后以電網(wǎng)頻率將該500V轉(zhuǎn)換為正弦AC電流，且饋入電網(wǎng)。因?yàn)槊绹?guó)應(yīng)用通常要求電流隔離，所以以公用線路頻率工作的隔離變壓器被用于隔離。圖1中示出的拓?fù)渫ǔ３叽绾椭亓枯^大。此外，其效率可能低于一些其它拓?fù)洹?當(dāng)在較小占空比下運(yùn)行時(shí)，升壓轉(zhuǎn)換器通常以更高效率工作。因?yàn)镸PP電壓大多在350V到 400的范圍內(nèi)，所以圖1中系統(tǒng)的升壓比相對(duì)高，并且相應(yīng)地占空比相對(duì)高，且操作效率可能相對(duì)低。以高于需要的輸入電壓來工作可能降低逆變器效率。
在圖2中示出的現(xiàn)有技術(shù)的并網(wǎng)PV逆變器系統(tǒng)中，PV串電壓被升壓至大約500V 的水平。通過使用高頻開關(guān)轉(zhuǎn)換器的隔離將DC總線逐漸減低到大約400VDC水平，且饋入并網(wǎng)DC至AC逆變器。這消除了低頻隔離變壓器。圖2中的系統(tǒng)在350至450V的通常工作MPP電壓范圍中保留了相對(duì)大的升壓比和占空比。圖3示出了另一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)并網(wǎng)PV逆變器系統(tǒng)，其中用降壓轉(zhuǎn)換器將PV串電壓降低至稍低于最低額定MPP電壓的水平。PV串電壓被逐漸減低至大約MOV DC。然后使用高頻隔離開關(guān)逆變器級(jí)將MOV逐漸升至400V DC。該400V DC總線被饋入DC至AC并網(wǎng)逆變器級(jí)。和升壓轉(zhuǎn)換器不同，降壓轉(zhuǎn)換器以更大的占空比以更高的效率工作。圖3的系統(tǒng)的效率一定程度上受到將通常350V至450V MPP電壓降低到MOV所需要的相對(duì)小的占空比的限制。由于需要在隔離級(jí)中逐漸增加電壓，可能使得圖3中的系統(tǒng)的隔離級(jí)復(fù)雜化。

發(fā)明內(nèi)容
本部分提供本公開的大體概要，并且該部分并不是其全部范圍或其全部特征的全面公開。根據(jù)本公開的一個(gè)方面，用于光伏(PV)電源的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括用于將第一 DC 電壓轉(zhuǎn)換為第二 DC電壓的DC/DC轉(zhuǎn)換器、隔離變壓器、用于將DC電力轉(zhuǎn)換為AC電力的逆變器、以及至少一個(gè)用于控制DC/DC轉(zhuǎn)換器和逆變器的控制器?？刂破鞅慌渲脼橹辽俨糠只诘谝?DC電壓是低于還是高于基準(zhǔn)電壓來將DC/DC轉(zhuǎn)換器操作為降壓轉(zhuǎn)換器或升壓轉(zhuǎn)換器。根據(jù)本公開的另一方面，電力系統(tǒng)包括用于從可變DC輸入源接收輸入電壓的輸入、用于提供輸出電壓的輸出、降壓-升壓轉(zhuǎn)換器以及至少一個(gè)控制器，該控制器被配置為至少部分基于輸入電壓是大于還是小于基準(zhǔn)電壓來將降壓-升壓轉(zhuǎn)換器操作為降壓轉(zhuǎn)換器或升壓轉(zhuǎn)換器，并根據(jù)最大功率點(diǎn)跟蹤算法操作轉(zhuǎn)換器。還根據(jù)本公開的另一方面，電力系統(tǒng)包括用于從可變DC輸入源接收輸入電壓的輸入、用于提供輸出電壓的輸出、包括用于接收DC電壓的輸入和用于提供AC電壓的輸出的逆變器，以及至少一個(gè)控制器，該控制器被配置為操作逆變器以根據(jù)逆變器輸出處的AC電壓控制逆變器輸入處的DC電壓。下面描述結(jié)合這些方面中的一個(gè)或更多個(gè)的電力系統(tǒng)、DC/DC轉(zhuǎn)換器、DC/AC逆變器和相關(guān)方法的示例實(shí)施例。根據(jù)如下描述，另外的方面和可應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒆兊妹黠@。應(yīng)當(dāng)理解，可以單獨(dú)實(shí)施或結(jié)合一個(gè)或更多個(gè)其它方面來實(shí)施本公開的各個(gè)方面。也應(yīng)當(dāng)理解， 本文提供的描述和具體示例只為了說明的目的，而不旨在限定本公開的范圍。


本文中描述的附圖僅為了示出所選擇的實(shí)施例而不是所有可能的實(shí)施，且不旨在限定本公開的范圍。圖1是使用升壓前端和逐漸減低隔離級(jí)的已知并網(wǎng)PV電力系統(tǒng)。圖2是使用升壓前端和逐漸減低隔離級(jí)的另一已知并網(wǎng)PV電力系統(tǒng)。圖3是使用降壓前端和逐漸增加隔離級(jí)的已知并網(wǎng)PV電力系統(tǒng)。圖4是根據(jù)本公開一個(gè)示例實(shí)施例的電力系統(tǒng)的框圖。
圖5是與光伏輸入電源使用的圖4的電力系統(tǒng)的框圖。圖6示出圖4的電力系統(tǒng)的示例構(gòu)造。圖7是具有用于部分基于AC電網(wǎng)電壓來控制逆變器的誤差放大器的圖6的電力系統(tǒng)的框圖。圖8是根據(jù)本公開另一示例實(shí)施例的簡(jiǎn)化電路圖。相應(yīng)參考標(biāo)記指示附圖的幾個(gè)視圖中的相應(yīng)部分。
具體實(shí)施例方式下面將參考附圖更加全面地描述示例實(shí)施例。提供了示例實(shí)施例以使得本公開向本領(lǐng)域技術(shù)人員透徹且全面地傳達(dá)范圍。描述了許多具體細(xì)節(jié)，諸如具體部件、裝置以及方法的示例，以提供本公開的實(shí)施例的全面的理解。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，不需要采用具體細(xì)節(jié)、可以以許多不同形式實(shí)施示例實(shí)施例以及它們不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制本公開的范圍。在一些示例實(shí)施例中，沒有詳細(xì)描述已知過程、已知裝置結(jié)構(gòu)以及已知技術(shù)。本文使用的術(shù)語只是為了描述特定示例實(shí)施例，而不旨在限制。如本文所使用的， 單數(shù)形式“一個(gè)”也可以旨在包括復(fù)數(shù)形式，除非文中另外明確示出。術(shù)語“包括”、“包含” 以及“具有”是包括式的，因此指定所敘述的特征、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個(gè)或更多個(gè)其它特征、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其組合的存在或加入。本文描述的方法步驟、處理以及操作不被解釋為必須要求按照討論或示出的順序而執(zhí)行，除非具體指明為執(zhí)行順序。也應(yīng)當(dāng)理解，可以采用額外或替代步驟。當(dāng)提及一個(gè)元件或?qū)釉诹硪粋€(gè)元件或?qū)印吧稀?、“嚙合至”、“連接至”或“耦合至” 另一個(gè)元件或?qū)訒r(shí)，其可以直接在其它元件或?qū)由?、直接嚙合至、連接至或耦合至其它元件或?qū)?，或可以存在介入中間的元件或?qū)?。相反，?dāng)提及一個(gè)元件“直接在”另一個(gè)元件或?qū)?“上”、“直接嚙合至”、“直接連接至”或“直接耦合至”另一個(gè)元件或?qū)訒r(shí)，可能不存在介于中間的元件或?qū)?。?yīng)該以相似的方式解釋描述元件之間的關(guān)系的其它詞語(例如，“之間”對(duì) “直接之間”、“鄰近”對(duì)“直接相鄰”等)。如本文所使用的，術(shù)語“和/或”包含一個(gè)或更多個(gè)相關(guān)列出項(xiàng)目的任意或全部組合。盡管本文可能使用術(shù)語第一、第二、第三等來描述各種元件、部件、區(qū)域、層和/或部分，但是這些術(shù)語不應(yīng)當(dāng)限制這些元件、部件、區(qū)域、層和/或部分。這些術(shù)語只能用于區(qū)分一個(gè)元件、部件、區(qū)域、層或部分與另一個(gè)區(qū)域、層或部分。本文使用的術(shù)語諸如“第一”、 “第二”和其它數(shù)字術(shù)語不暗示次序或順序，除非文中明確示出。因此，下面討論的第一元件、部件、區(qū)域、層或部分可以在不偏離示例實(shí)施例的教導(dǎo)的情況下而被稱為第二元件、部件、區(qū)域、層或部分。圖4示出根據(jù)本公開的一個(gè)示例實(shí)施例的系統(tǒng)，且該系統(tǒng)由附圖標(biāo)記400總體表示。如圖4所示，系統(tǒng)400包含DC/DC轉(zhuǎn)換器402、隔離變壓器404、DC/AC逆變器406以及控制器408。系統(tǒng)400具有用于連接至輸入電源的輸入410。系統(tǒng)400還包括用于提供輸出電力的輸出412。轉(zhuǎn)換器402是能夠進(jìn)行操作以將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓的DC/DC轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器402可以是降壓-升壓轉(zhuǎn)換器或任何其它能夠進(jìn)行操作以將輸入電壓轉(zhuǎn)換為大于或小于輸入電壓的輸出電壓的轉(zhuǎn)換器。隔離變壓器至少將輸入410與輸出412隔離。盡管隔離變壓器404被示出為系統(tǒng) 400的單獨(dú)部件，但是隔離變壓器可以被結(jié)合于轉(zhuǎn)換器402和/或逆變器406中。在一些實(shí)施例中，隔離變壓器404具有大約1 1的匝數(shù)比。在這樣的實(shí)施例中，隔離變壓器輸出大約等于其DC輸入電壓的DC電壓。逆變器406是用于根據(jù)DC輸入電壓生成AC輸出電壓的DC/AC逆變器。逆變器406 可以包括任何適當(dāng)?shù)哪孀兤魍負(fù)?。在下文討論的?shí)施例中，逆變器406是降壓衍生(buck derived)逆變器。此外，逆變器406可以是并網(wǎng)逆變器(S卩，被構(gòu)造為用于將其輸出端連接至公用電網(wǎng))或非并網(wǎng)逆變器(例如，住宅逆變器)?？刂破?08控制轉(zhuǎn)換器402、隔離變壓器404和逆變器406的操作。控制器408可以是模擬控制器、數(shù)字控制器和/或模擬和數(shù)字控制器的組合?？刂破?08可以包括用于轉(zhuǎn)換器402、隔離變壓器404以及逆變器406中的一個(gè)或更多個(gè)的單獨(dú)控制器。在一些實(shí)施例中，通過單獨(dú)控制器(文中有時(shí)單獨(dú)稱為控制器408或統(tǒng)稱為多個(gè)控制器408)控制轉(zhuǎn)換器402、隔離變壓器404和逆變器406中的每個(gè)?？刂破?08可以被結(jié)合在轉(zhuǎn)換器402、隔離變壓器404和逆變器406中的一個(gè)或更多個(gè)中?？刂破?08被配置為當(dāng)轉(zhuǎn)換器402的輸入處的電壓大于基準(zhǔn)電壓時(shí)將轉(zhuǎn)換器402 操作為降壓轉(zhuǎn)換器，而當(dāng)轉(zhuǎn)換器的輸入處的電壓小于基準(zhǔn)電壓時(shí)將轉(zhuǎn)換器402操作為升壓轉(zhuǎn)換器?？刂破?08也被配置為根據(jù)最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)算法操作轉(zhuǎn)換器402。MPPT 算法可以是力圖從其輸入電源收獲最大功率的任何適當(dāng)?shù)腗PPT算法，例如包括擾動(dòng)和觀察(“P&0”)、恒流調(diào)節(jié)、恒壓調(diào)節(jié)、使用輸入電源的定義特征的預(yù)測(cè)最大功率點(diǎn)跟蹤等?？梢栽谟布蜍浖袑?shí)施MPPT算法。當(dāng)轉(zhuǎn)換器402的輸出電壓(例如通過負(fù)載)被拉到低于閾值水平時(shí)，可以將控制器408(例如通過軟件)配置為運(yùn)行其MPPT算法。例如，控制器408可以最初運(yùn)行輸出電壓(或電流)調(diào)節(jié)模式。隨后，當(dāng)輸出電壓被拉至低于電壓調(diào)節(jié)水平(例如，指示負(fù)載的存在)時(shí)，控制器408可以從電壓調(diào)節(jié)模式切換到MPPT模式。另外(或可選地)，可以將控制器408配置為當(dāng)例如轉(zhuǎn)換器402的輸出電壓回到 (即上升至)電壓調(diào)節(jié)水平時(shí)停止運(yùn)行MPPT算法。在那種情況下，控制器408可以回到電壓調(diào)節(jié)模式。以該方式，如果負(fù)載(例如逆變器406)停止接受來自轉(zhuǎn)換器402的最大功率時(shí)，轉(zhuǎn)換器402可以停止供應(yīng)最大功率。另外(或可選地)，可以將控制器408配置為當(dāng)轉(zhuǎn)換器402的輸出電壓(或電流) 達(dá)到閾值水平(諸如低電壓閾值)時(shí)停止運(yùn)行MPPT算法。在MPPT模式期間，輸出電流通常隨著輸出電壓降低而增加。當(dāng)轉(zhuǎn)換器402的輸出電壓降為低于所限定的電壓時(shí)控制器408 將優(yōu)選地停止運(yùn)行MPPT算法以阻止高電流對(duì)轉(zhuǎn)換器402的損害。控制器408被配置為操作逆變器406從DC輸入電壓產(chǎn)生AC輸出電壓。優(yōu)選地， 控制器408被配置為控制逆變器406以控制提供給逆變器輸入的電壓。例如，控制器408 可以控制逆變器406從轉(zhuǎn)換器402獲得的電流的量以控制逆變器輸入處的電壓。優(yōu)選地， 控制器408被配置為控制逆變器406來根據(jù)逆變器406的輸出處的AC電壓來控制提供給逆變器輸入的電壓。盡管在圖4中轉(zhuǎn)換器402、隔離變壓器404以及逆變器406被示出為以特定順序耦合在一起，但是應(yīng)理解，在本公開的其它實(shí)施例中可以以不同的順序排列轉(zhuǎn)換器402、隔離變壓器404以及逆變器406。此外，應(yīng)當(dāng)理解，在不偏離本公開的范圍的情況下，可以在除逆變器406和/或隔離變壓器404之外的其它系統(tǒng)中使用轉(zhuǎn)換器402和被配置為用于其操作的控制器408，也可以在除轉(zhuǎn)換器402和/或隔離變壓器404之外的其它系統(tǒng)中使用逆變器 406和被配置為用于其操作的控制器408。如圖5所示，圖4的系統(tǒng)400可以用于光伏(PV)輸入電源。更具體地，輸入端410 可以耦合至光伏(PV)源502。PV源502可以是單個(gè)PV板或包括多于一個(gè)PV板的PV陣列。 PV陣列可以包含串聯(lián)和/或并聯(lián)耦合的兩個(gè)或更多個(gè)PV板。例如，PV陣列可以包含相互串聯(lián)連接以形成PV串的兩個(gè)或更多個(gè)板、并聯(lián)耦合的兩個(gè)或多個(gè)PV板、并聯(lián)耦合的兩個(gè)或各更多個(gè)PV串等。串聯(lián)連接的PV電池的數(shù)量確定PV串的開路輸出電壓。并聯(lián)連接的PV 板和/或PV串的數(shù)量確定PV陣列所能夠產(chǎn)生的最大電流。PV源502可以包含PV電池的任何適當(dāng)配置以產(chǎn)生期望的輸出電壓和電流。通過圖6和圖7的電力系統(tǒng)600示出電力系統(tǒng)400的示例構(gòu)造。在該示例實(shí)施例中，電壓系統(tǒng)600被配置為向230V AC電網(wǎng)提供AC電壓。電力系統(tǒng)600中的DC/DC轉(zhuǎn)換器402是降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。降壓-升壓轉(zhuǎn)換器能夠作為升壓轉(zhuǎn)換器操作以生成大于其輸入電壓的輸出電壓或作為降壓轉(zhuǎn)換器操作以生成小于其輸入電壓的輸出電壓。當(dāng)轉(zhuǎn)換器402的輸入電壓接近其輸出電壓時(shí)，轉(zhuǎn)換器可以在降壓-升壓模式中同時(shí)作為降壓轉(zhuǎn)換器和升壓轉(zhuǎn)換器操作?？刂瓢l(fā)送至轉(zhuǎn)換器402的開關(guān)的控制信號(hào)的占空比的組合以實(shí)現(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié)。電力系統(tǒng)600所要耦合到的PV源被設(shè)計(jì)為具有最大大約550V的開路電壓，以允許從最大允許600V的充足的降額容限。憑借大約550V的最大開路電壓，PV源的最大功率點(diǎn)電壓(MPPV)從低至250V DC到高至500V DC變化。DC/DC轉(zhuǎn)換器402將PV源的輸出轉(zhuǎn)換為DC總線電壓。隔離變壓器404接收DC總線電壓并將其輸出至逆變器406。逆變器根據(jù)從隔離逆變器404接收的DC總線電壓生成 AC輸出電壓并將其輸出至AC電網(wǎng)。在此示例中，期望大約400V的DC總線。通過DC/DC轉(zhuǎn)換器402將PV源電壓轉(zhuǎn)換至400VDC總線。如果PV串電壓高于400V，那么包括Ql、Dl和Ll的DC/DC轉(zhuǎn)換器的降壓部分作為降壓轉(zhuǎn)換器操作并逐漸減低輸入電壓至大于輸出電容器C2兩端的400V。在這種情況下，延緩升壓開關(guān)Q2，且整個(gè)負(fù)載電流通過D2。如果PV源電壓低于400V，那么DC/DC 轉(zhuǎn)換器402在升壓模式中工作。開關(guān)Ql持續(xù)保持開啟，而開關(guān)Q2作為升壓開關(guān)操作以將輸入電壓逐漸增加至400VDC水平。未涉及降壓續(xù)流二極管D1，而二極管D2作為升壓續(xù)流二極管操作。利用該配置，當(dāng)在任一模式下操作時(shí)，有源電力轉(zhuǎn)換器的占空比在其有利的范圍內(nèi)。例如，在通常的350V至450V MPPV范圍以外，降壓轉(zhuǎn)換器的占空比在450V操作下相對(duì)較高，而升壓轉(zhuǎn)換器的占空比在350V操作下相對(duì)較低。因此，在任一情況下，轉(zhuǎn)換器402在有利的工作條件下工作以提供相對(duì)高的效率。根據(jù)最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)算法操作降壓-升壓轉(zhuǎn)換器?？梢杂糜陔娏ο到y(tǒng)600 的一個(gè)示例MPPT技術(shù)是一種控制被饋入至DC/DC轉(zhuǎn)換器402的PV源電流或電壓的技術(shù)。 因?yàn)镈C/DC轉(zhuǎn)換器402的輸入能量被控制，所以使其成為功率極限受MPPT支配的軟電源。當(dāng)按比例增加電流以保持功率恒定時(shí)，DC/DC轉(zhuǎn)換器402允許輸出電壓降至400V的初始調(diào)節(jié)水平以下。逆變器406將400V DC總線加載到DC總線退出電壓調(diào)節(jié)的點(diǎn)，以保證在MPPT 電路所設(shè)置的工作點(diǎn)工作。因?yàn)镈C/DC轉(zhuǎn)換器402輸出大約400V的DC總線，且逆變器需要大約400V的輸入電壓，所以隔離變壓器404可以1增益工作。隔離級(jí)將400V DC總線轉(zhuǎn)換為隔離的400V DC 總線。這允許變壓器TXl中的1 1的匝數(shù)比，并導(dǎo)致相對(duì)簡(jiǎn)單的磁構(gòu)造。在其它實(shí)施例中，隔離變壓器404可以以除了 1以外的增益操作。隔離變壓器404 (其在本文中有時(shí)仍被稱為DC總線電壓)的輸出被輸入至逆變器 406。在工作中，逆變器的輸出端被連接至AC電網(wǎng)(有時(shí)也被稱為公用電網(wǎng)(utility grid) 或公用線路(utility line))。逆變器406基于降壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)?。?dāng)以高占空比工作時(shí)降壓轉(zhuǎn)換器通常以高效率工作。逆變器406可以在接近95%的最大占空比工作。大多數(shù)時(shí)間，公用線路以325V的峰值電壓在230V額定RMS水平工作。因此，逆變器406會(huì)需要大約 342V DC輸入以成功生成用于230V電網(wǎng)連接的低失真正弦電流。然而，需要針對(duì)DC總線上的低頻波紋考慮一些容限。通常，通過選擇適當(dāng)?shù)慕祲弘娙輥韺⑦@些波紋控制為低于30V 峰至峰或給定平均值的+/-15V。利用該考慮，當(dāng)電網(wǎng)電壓為230V時(shí)，360V的總線電壓能夠成功驅(qū)動(dòng)逆變器406。較寬的占空比工作也允許使用較小的輸出電感器，或者當(dāng)用于針對(duì) 400V DC總線操作而設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)電感器時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)較低的總諧波電流失真水平。如圖7所示，可以是控制器408的一部分的線路感測(cè)電路檢測(cè)穩(wěn)定狀態(tài)電網(wǎng)電壓和其峰值。逆變器406迫使DC總線為低于400V但充分高于峰值線路電壓的DC水平以在控制下適當(dāng)且完全地操作逆變器406。例如，可以是控制器408的一部分的誤差放大器可以比較DC總線電壓和可編程基準(zhǔn)電壓。當(dāng)可編程基準(zhǔn)電壓是例如360V時(shí)，誤差放大器輸出將導(dǎo)致逆變器增加逆變器電流，直到DC總線電壓降到360V為止，然后調(diào)節(jié)逆變器電流以在穩(wěn)定狀態(tài)條件下將DC總線電壓保持在360V。當(dāng)AC電網(wǎng)電壓改變時(shí)，感測(cè)電路檢測(cè)改變并迫使逆變器406相應(yīng)地改變DC總線電壓。例如，如果AC線路電壓是230V RMS而DC總線是360VDC且AC線路電壓改變至250V 時(shí)，那么感測(cè)電路檢測(cè)該改變且操作該逆變器406以導(dǎo)致DC總線電壓增加至大約370V。如果線路電壓突然改變，那么可能有些DC總線電壓調(diào)節(jié)的延遲。在該時(shí)間期間，可能短時(shí)間經(jīng)歷一些電流失真，一旦DC總線電壓變到適當(dāng)水平，該失真恢復(fù)。根據(jù)AC電網(wǎng)電壓的變化而改變對(duì)誤差放大器的參考，保持其略微高于峰電網(wǎng)電壓以在最大化效率的同時(shí)允許完全控制。忽略AC電網(wǎng)電壓中的較小和/或快速的變化?？梢院雎缘淖兓拇笮】梢曰诰唧w逆變器能夠?qū)崿F(xiàn)的最大占空比和/或具體應(yīng)用的DC總線電壓上的可允許低頻波紋。圖8示出電力系統(tǒng)800的另一示例實(shí)施例，其中隔離變壓器404耦合至PV輸入源而其輸出提供對(duì)DC/DC轉(zhuǎn)換器402的輸入。電力系統(tǒng)800以與本文公開的其它電力系統(tǒng) (例如，400、600)大致相同的方式工作。盡管本文所描述的用于光伏系統(tǒng)，但是本公開的電力系統(tǒng)可以用于包括例如風(fēng)車的其它電源。本文描述的各個(gè)部件(例如，轉(zhuǎn)換器402、隔離變壓器404、逆變器406等)可以單獨(dú)使用或與(包括本文未示出或描述的)一個(gè)或更多個(gè)其它部件一起使用。此外，本公開的方面可以單獨(dú)地使用或以與本公開的其它方面的各種組合方式使用。
為了說明和描述的目的，已經(jīng)提供了對(duì)實(shí)施例的上述描述。上述描述不旨在是窮盡的或限制本公開。具體實(shí)施例的單獨(dú)元件或特征一般不限于該具體實(shí)施例，但是，當(dāng)可應(yīng)用時(shí)是可交換的并且能夠在所選擇的實(shí)施例中使用，即使沒有具體示出或說明。這也可以以多種方式變化。這樣的變化不被認(rèn)為偏離本公開，且本公開的范圍旨在包括這些修改。
權(quán)利要求
1.一種用于光伏(PV)電源的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括直流DC/DC轉(zhuǎn)換器，用于將第一 DC電壓轉(zhuǎn)換為第二 DC電壓；隔離變壓器；逆變器，用于將DC電力轉(zhuǎn)換為交流AC電力；以及至少一個(gè)控制器，用于控制所述DC/DC轉(zhuǎn)換器和所述逆變器，所述控制器被配置為至少部分基于所述第一 DC電壓是小于還是大于基準(zhǔn)電壓來將所述DC/DC轉(zhuǎn)換器操作為降壓轉(zhuǎn)換器或升壓轉(zhuǎn)換器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置為根據(jù)最大功率點(diǎn)跟蹤MPPT算法來操作所述DC/DC轉(zhuǎn)換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述逆變器是并網(wǎng)逆變器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述隔離變壓器具有近似1 1的匝數(shù)比。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述逆變器包括用于接收DC電壓的輸入和用于提供AC電壓的輸出，而所述控制器被配置為操作所述逆變器以根據(jù)所述逆變器的輸出處的所述AC電壓來控制所述逆變器的輸入處的所述DC電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述DC/DC轉(zhuǎn)換器包括經(jīng)由所述隔離變壓器耦合至所述逆變器的輸入的輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述逆變器的輸出耦合至AC公用電網(wǎng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述DC/DC轉(zhuǎn)換器包括耦合至PV電源的輸入。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述第二DC電壓至少在所述控制器根據(jù)所述 MPPT算法操作所述DC/DC轉(zhuǎn)換器時(shí)是所述基準(zhǔn)電壓。
10.一種電力系統(tǒng)，包括輸入，用于從可變直流DC輸入源接收輸入電壓；輸出，用于提供輸出電壓；降壓-升壓轉(zhuǎn)換器；以及至少一個(gè)控制器，被配置為至少部分基于所述輸入電壓是大于還是小于基準(zhǔn)電壓來將所述降壓-升壓轉(zhuǎn)換器操作為降壓轉(zhuǎn)換器或升壓轉(zhuǎn)換器，以及根據(jù)最大功率點(diǎn)跟蹤MPPT算法來操作所述轉(zhuǎn)換器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述轉(zhuǎn)換器能夠進(jìn)行操作以將第一DC電壓轉(zhuǎn)化為第二 DC電壓，并且其中所述第二 DC電壓至少在所述控制器根據(jù)所述MPPT算法操作所述 DC/DC轉(zhuǎn)換器時(shí)是所述基準(zhǔn)電壓。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，還包括逆變器，所述逆變器包括用于接收DC電壓的輸入和用于提供交流AC電壓的輸出。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，還包括隔離變壓器，所述降壓-升壓轉(zhuǎn)換器包括經(jīng)由所述隔離變壓器耦合至所述逆變器的輸入的輸出。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述隔離變壓器具有近似1 1的匝數(shù)比。
15.一種電力系統(tǒng)，包括輸入，用于從可變直流DC輸入源接收輸入電壓；輸出，用于提供輸出電壓；逆變器，包括用于接收DC電壓的輸入和用于提供交流AC電壓的輸出；以及至少一個(gè)控制器，被配置為操作所述逆變器以根據(jù)所述逆變器的輸出處的所述AC電壓來控制所述逆變器的輸入處的所述DC電壓。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述逆變器是并網(wǎng)逆變器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，還包括DC/DC轉(zhuǎn)換器，所述DC/DC轉(zhuǎn)換器包括用于接收第一 DC電壓的輸入和用于輸出第二 DC電壓的輸出。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，還包括隔離變壓器，所述DC/DC轉(zhuǎn)換器輸出經(jīng)由所述隔離變壓器耦合至所述逆變器的輸入。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置為操作所述逆變器以根據(jù)所述逆變器的輸出處的所述AC電壓來控制所述逆變器的輸入處的所述DC電壓，以將所述逆變器的輸入處的所述DC電壓維持在所述逆變器的輸出處的所述AC電壓的峰值以上的限定范圍內(nèi)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置為至少部分基于所述輸入電壓是大于還是小于基準(zhǔn)電壓來將所述DC/DC轉(zhuǎn)換器操作為降壓轉(zhuǎn)換器或升壓轉(zhuǎn)換器。
全文摘要
一種用于光伏直流輸入源的電力系統(tǒng)，包括DC/DC轉(zhuǎn)換器，用于將第一DC電壓轉(zhuǎn)換為第二DC電壓；隔離變壓器；逆變器，用于將DC電力轉(zhuǎn)換為AC電力；以及至少一個(gè)控制器，用于控制DC/DC轉(zhuǎn)換器和逆變器，控制器被配置為至少部分基于第一DC電壓是小于還是大于基準(zhǔn)電壓來將DC/DC轉(zhuǎn)換器操作為降壓轉(zhuǎn)換器或升壓轉(zhuǎn)換器。
文檔編號(hào)H02J3/38GK102480133SQ20111037197
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
發(fā)明者維賈伊·G·帕德克, 詹姆斯·西加馬尼 申請(qǐng)人:雅達(dá)電子國(guó)際有限公司