具有優(yōu)先電力供應(yīng)的受控轉(zhuǎn)換器架構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種以最大功率轉(zhuǎn)換效率將來(lái)自本地直流電電力源以及交流電(AC)市電兩者的受控直流電壓供應(yīng)給電負(fù)載的功率轉(zhuǎn)換器架構(gòu)及其操作原理。對(duì)于所述本地電力源不能夠?qū)⒆銐虻碾娏μ峁┙o本地負(fù)載的情況，它附加地供應(yīng)有來(lái)自所述AC市電的電力。在其它情況下，當(dāng)本地源能夠提供比供應(yīng)本地負(fù)載所需的更多電力時(shí)，電力還被饋送到所述AC電網(wǎng)中。
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有優(yōu)先電力供應(yīng)的受控轉(zhuǎn)換器架構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于控制轉(zhuǎn)換器的操作以便實(shí)現(xiàn)優(yōu)先電力供應(yīng)的設(shè)備和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著對(duì)“綠色”能量的不斷增長(zhǎng)的需求，太陽(yáng)能動(dòng)力近年來(lái)已經(jīng)因其快速增長(zhǎng)而吸引了很多的關(guān)注。為了將來(lái)自太陽(yáng)能模塊的波動(dòng)直流電(DC)輸出電壓轉(zhuǎn)換成很有規(guī)律的正弦交流電(AC)電壓，典型的太陽(yáng)能動(dòng)力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的架構(gòu)是兩級(jí)或單級(jí)的，其具有或不具有DC/DC轉(zhuǎn)換器。DC/DC級(jí)的存在能夠?qū)⒆儞Q器的輸入電壓維持在恒定和受控水平，并且能夠解耦電壓和功率流的控制。變換器將來(lái)自光伏陣列(PV)的DC電源變換為電網(wǎng)特性(grid-quality)的AC電源。取決于系統(tǒng)架構(gòu)，變換器還可以對(duì)能量存儲(chǔ)裝置進(jìn)行充電和放電，并且可以控制特別是在住宅系統(tǒng)中的智能負(fù)載，例如智能家電。變換器/控制器如果包含自適應(yīng)邏輯，則還可以確定多余能量何時(shí)被調(diào)度到電網(wǎng)或者被存儲(chǔ)。
[0003]針對(duì)變換器拓?fù)涞囊恍┰O(shè)計(jì)目標(biāo)是太陽(yáng)能面板的最大功率點(diǎn)(MPP)追蹤以用于檢測(cè)具有最大輸入功率的輸入電壓以及變換器的最大能量效率。為了在MPP處運(yùn)行變換器，電路必須能夠根據(jù)當(dāng)前光條件調(diào)整輸入電壓。MPP通常是在開(kāi)路電壓的約70%處，但這還依賴(lài)于所選擇的面板技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)，輸入電壓例如能夠用升壓電路動(dòng)態(tài)地被調(diào)整。在第二級(jí)中，DC電壓能夠被轉(zhuǎn)化成正弦電網(wǎng)相容的電壓。升壓器將輸入電壓調(diào)整到MPP。輸出變換器將正弦輸出電流注入到電網(wǎng)中。
[0004]Florent Boico等人的:“Solar battery chargers for NiMH batteries”，IEEEtransactions on power electronics, Vol.22, N0.5, Sept.2007 公開(kāi)了新的基于電壓和溫度的充電控制技術(shù)。為了提高充電速度，MPP追蹤器(MPPT)被實(shí)施在使用Sepic轉(zhuǎn)換器和旁路開(kāi)關(guān)的微控制器內(nèi)。Sepic拓?fù)浔皇褂茫驗(yàn)樗谳斎攵伺c輸出端之間提供公共地并且在輸入端處提供連續(xù)電流。旁路開(kāi)關(guān)由微控制器進(jìn)行控制。MPP通過(guò)調(diào)整DC/DC轉(zhuǎn)換器控制回路而被實(shí)現(xiàn)，當(dāng)算法已穩(wěn)定在MPP附近時(shí)，微控制器評(píng)估MPPT是否增加輸送的功率。這個(gè)通過(guò)切換到直接連接并且比較輸送到電池的充電電流而被實(shí)行。最好的解決方案將被保留。在預(yù)定的時(shí)間周期之后，假如太陽(yáng)能面板的MPP由于光強(qiáng)度或溫度而改變了，則兩種可能性(直接連接或MPPT)被再次嘗試。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種能夠以最大功率轉(zhuǎn)換效率將來(lái)自本地DC源以及AC市電兩者的受控DC電壓供應(yīng)給電氣負(fù)載的改進(jìn)的功率轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)。
[0006]這個(gè)目標(biāo)通過(guò)如權(quán)利要求1中所要求保護(hù)的設(shè)備、通過(guò)如權(quán)利要求9中所要求保護(hù)的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)、通過(guò)如權(quán)利要求10或11中所要求保護(hù)的芯片器件、通過(guò)如權(quán)利要求12中所要求保護(hù)的方法、以及通過(guò)如權(quán)利要求13中所要求保護(hù)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品而被實(shí)現(xiàn)。
[0007]因此，所提出的功率轉(zhuǎn)換解決方案包括由AC市電供應(yīng)的雙向AC/DC轉(zhuǎn)換/轉(zhuǎn)換器以及由本地(非線(xiàn)性)DC源供應(yīng)的DC/DC上轉(zhuǎn)換/轉(zhuǎn)換器，所述AC市電和所述本地(非線(xiàn)性)DC源共同供應(yīng)連接到負(fù)載的DC/DC下轉(zhuǎn)換/轉(zhuǎn)換器。這三個(gè)功率轉(zhuǎn)換/轉(zhuǎn)換器的操作根據(jù)預(yù)定的測(cè)量的電氣參數(shù)而被控制。優(yōu)先級(jí)將是從在其最大功率點(diǎn)上操作的本地(非線(xiàn)性)DC源供應(yīng)負(fù)載，其中所述兩個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換/轉(zhuǎn)換器中的一個(gè)將被控制以便在沒(méi)有能量轉(zhuǎn)換的情況下將其輸入直接地提供給其輸出以便使所提出的功率轉(zhuǎn)換的能量效率最大化。此外，所述雙向AC/DC轉(zhuǎn)換/轉(zhuǎn)換器因此可以被控制以便使在市電處的諧波失真保持為低值。
[0008]根據(jù)第一方面，所述控制器可以適應(yīng)于控制第一和第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器以及AC/DC轉(zhuǎn)換器以便提供以下控制功能中的至少一個(gè):
-所述DC電力源在其最大功率點(diǎn)上的操作；
-穩(wěn)定電壓的控制以便給電負(fù)載供應(yīng)直流電；以及 -到AC電源的輸入電流的正弦時(shí)間函數(shù)的產(chǎn)生。
[0009]從而，所提出的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)和方法能夠被用來(lái)提供為附加的負(fù)載供應(yīng)穩(wěn)定的DC電壓并且取決于非線(xiàn)性DC電力源的可用功率來(lái)作為整流器或者作為變換器操作AC/DC轉(zhuǎn)換器的組合的功能性。
[0010]根據(jù)能夠與上述第一方面進(jìn)行組合的第二方面，所述控制器可以適應(yīng)于如果它基于所測(cè)量的電氣參數(shù)檢測(cè)到在第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出端處的功率水平高于在第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸入端處的功率水平并且第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓基本上等于在電負(fù)載處的輸出電壓則將功率轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)設(shè)置成第一操作模式，并且其中在第一操作模式期間所述控制器適應(yīng)于控制第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器以便加載DC電力源來(lái)產(chǎn)生最大輸出功率,適應(yīng)于控制第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器以便在沒(méi)有能量轉(zhuǎn)換的情況下將其輸入直接地傳導(dǎo)到其輸出，以及適應(yīng)于控制AC/DC轉(zhuǎn)換器以便作為變換器操作。因此，兩個(gè)電力負(fù)載能夠供應(yīng)有來(lái)自一個(gè)電力源的能量。
[0011]根據(jù)能夠與上述第一和第二方面中的至少一個(gè)進(jìn)行組合的第三方面，所述控制器可以適應(yīng)于如果它基于所測(cè)量的電氣參數(shù)檢測(cè)到在第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出端處的功率水平高于在第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸入端處的功率水平并且第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓高于在電負(fù)載處的輸出電壓則將功率轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)設(shè)置成第二操作模式，并且其中在第二操作模式期間所述控制器適應(yīng)于控制第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器以便在沒(méi)有能量轉(zhuǎn)換的情況下將其輸入直接地傳導(dǎo)到其輸出，適應(yīng)于控制第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器以便將DC電力源的輸出電壓下轉(zhuǎn)換成在電負(fù)載處的輸出電壓，以及適應(yīng)于控制AC/DC轉(zhuǎn)換器以便作為變換器操作。因此，再次，兩個(gè)電力負(fù)載能夠供應(yīng)有來(lái)自一個(gè)電力源的能量。
[0012]根據(jù)能夠與上述第一至第三方面中的至少一個(gè)進(jìn)行組合的第四方面，所述控制器可以適應(yīng)于如果它基于所測(cè)量的電氣參數(shù)檢測(cè)到在第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出端處的功率水平低于在第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸入端處的功率水平并且第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓基本上等于在電負(fù)載處的輸出電壓則將功率轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)設(shè)置成第三操作模式，并且其中在第三操作模式期間所述控制器適應(yīng)于控制第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器以便加載DC電力源來(lái)產(chǎn)生最大輸出功率，適應(yīng)于控制第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器以便在沒(méi)有能量轉(zhuǎn)換的情況下將其輸入直接地傳導(dǎo)到其輸出，以及適應(yīng)于控制AC/DC轉(zhuǎn)換器以便作為整流器操作。因此，在這里，一個(gè)電力負(fù)載能夠供應(yīng)有來(lái)自?xún)蓚€(gè)電力源的能量。
[0013]根據(jù)能夠與上述第一至第四方面中的至少一個(gè)進(jìn)行組合的第五方面，所述控制器可以適應(yīng)于如果它基于所測(cè)量的電氣參數(shù)檢測(cè)到由DC電力源所供應(yīng)的功率水平低于在電負(fù)載處要求的功率水平并且第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓高于在電負(fù)載處的輸出電壓則將功率轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)設(shè)置成第四操作模式，并且其中在第四操作模式期間所述控制器適應(yīng)于控制第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器以便在沒(méi)有能量轉(zhuǎn)換的情況下將其輸入直接地傳導(dǎo)到其輸出，適應(yīng)于控制第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器以便在電負(fù)載處產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出電壓，以及適應(yīng)于控制AC/DC轉(zhuǎn)換器以便作為整流器操作。因此，再次，一個(gè)電力負(fù)載能夠供應(yīng)有來(lái)自?xún)蓚€(gè)電力源的能量。
[0014]根據(jù)能夠與上述第一至第五方面中的至少一個(gè)進(jìn)行組合的第六方面，所測(cè)量的電氣參數(shù)可以包括第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓和輸出電流、第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸入電流和輸出電壓、以及AC/DC轉(zhuǎn)換器的輸入電流。從而，上述控制功能能夠通過(guò)所述轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的連接內(nèi)的簡(jiǎn)單測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0015]根據(jù)能夠與上述第一至第六方面中的至少一個(gè)進(jìn)行組合的第七方面，所述電負(fù)載可以包括發(fā)光二極管、有機(jī)發(fā)光二極管以及建筑物內(nèi)的電器中的至少一個(gè)。因此，具有優(yōu)先電力供應(yīng)的改進(jìn)的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)能夠被提供。
[0016]在本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種用于控制功率轉(zhuǎn)換的計(jì)算機(jī)程序，其中，所述計(jì)算機(jī)程序包括用于當(dāng)計(jì)算機(jī)程序在控制負(fù)載監(jiān)控設(shè)備的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)使功率轉(zhuǎn)換設(shè)備執(zhí)行上述方法的步驟的代碼裝置。
[0017]上述設(shè)備和轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)可以被實(shí)施為能夠被安裝到電路板的硬件電路、單個(gè)芯片或芯片組。所述芯片或芯片組可以包括被程序或軟件例程控制的處理器。
[0018]應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的實(shí)施例還可以是從屬權(quán)利要求與相應(yīng)的獨(dú)立權(quán)利要求的任意組合。
[0019]本發(fā)明的這些和其它方面從在下文中所描述的實(shí)施例將是明顯的，并且將參考在下文中所描述的實(shí)施例而被闡明。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]在以下圖中:
圖1示出了常規(guī)太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的示意框圖；
圖2示出了作為輸出電壓的函數(shù)的、光伏模塊的輸出功率的非線(xiàn)性特性；
圖3示出了指示常規(guī)太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的狀態(tài)平面中的兩個(gè)操作模式的圖；
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的轉(zhuǎn)換器設(shè)備的示意框圖；以及 圖5示出了指示狀態(tài)平面中的、根據(jù)實(shí)施例的轉(zhuǎn)換器設(shè)備的四個(gè)操作模式的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下實(shí)施例涉及用于控制轉(zhuǎn)換器的操作以便以最大效率實(shí)現(xiàn)優(yōu)先電力供應(yīng)的改進(jìn)的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
[0022]描述從如圖1中所描繪的并網(wǎng)太陽(yáng)能系統(tǒng)的常規(guī)轉(zhuǎn)換器架構(gòu)開(kāi)始，所述常規(guī)轉(zhuǎn)換器架構(gòu)通過(guò)如稍后描述的所提出的架構(gòu)而被改進(jìn)。一串光伏模塊形成非線(xiàn)性電力源并且產(chǎn)生被連接到DC/DC轉(zhuǎn)換器10的輸入端的DC電壓％。DC/DC轉(zhuǎn)換器10被控制使得非線(xiàn)性電力源在其最大功率點(diǎn)(MPP)上操作并且因此產(chǎn)生最大輸出功率P1 = V1 X I10 DC/DC轉(zhuǎn)換器10產(chǎn)生DC輸出電壓V2，所述DC輸出電壓V2是DC/AC轉(zhuǎn)換器(或DC/AC變換器)12的輸入電壓，所述DC/AC轉(zhuǎn)換器12將電力饋送到具有AC電壓V3的AC市電或電網(wǎng)中。DC/DC轉(zhuǎn)換器10的拓?fù)淇梢詾樯龎恨D(zhuǎn)換器。DC/AC變換器12可以為與單相市電電壓連接的全橋式變換器或與三相市電電壓連接的B6橋式變換器。
[0023]圖2示出了作為輸出電壓V1的函數(shù)的、PV電池或模塊的輸出功率的非線(xiàn)性特性。例如，其它非線(xiàn)性電力源是風(fēng)能系統(tǒng)和燃料電池。PV模塊可以在一系列電壓和電流上被操作。通過(guò)將負(fù)載電阻從零(即短路)改變?yōu)闊o(wú)限大(即開(kāi)路)，最高效率能夠被確定為在其處模塊輸送最大功率的點(diǎn)。這個(gè)MPP發(fā)生在電流乘電壓的乘積是在其最大值處的地方。在無(wú)電壓的短路電流下或者在無(wú)電流的開(kāi)路電壓處無(wú)功率產(chǎn)生。因此，所產(chǎn)生的最大功率被預(yù)計(jì)在這兩個(gè)點(diǎn)之間的某處，其在功率曲線(xiàn)上的僅一個(gè)地方，在1-V曲線(xiàn)(未示出)的“拐點(diǎn)”附近。這個(gè)點(diǎn)表示PV模塊在將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換成電力下的最大效率。
[0024]圖3在常規(guī)太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的狀態(tài)平面中示出了指示圖1的常規(guī)轉(zhuǎn)換器的兩個(gè)操作模式的圖。該操作可以被分成第一操作模式(OMl)和第二操作模式(0M2)以便使功率轉(zhuǎn)換效率最大化。如果V1低于DC/AC轉(zhuǎn)換器12的所要求的標(biāo)稱(chēng)輸入電壓V2.標(biāo)稱(chēng)則DC/DC (升壓)轉(zhuǎn)換器10將能量從其 輸入電壓V1升壓到較高的輸出電壓V2，這對(duì)應(yīng)于圖3中的第一操作模式。
[0025]在第二操作模式下，DC/DC轉(zhuǎn)換器10將其輸入電壓直接地傳導(dǎo)到其輸出，即V1 =V2，而不用任何能量轉(zhuǎn)換來(lái)使功率轉(zhuǎn)換效率最大化。如果在最大功率點(diǎn)(MPP)上的V1大于DC/AC變換器12的最小要求的DC輸入電壓，即V1≥V2._，則第二操作模式被使用。
[0026]轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)具有兩個(gè)控制功能。首先，MPP控制在第二操作模式中被用DC/AC轉(zhuǎn)換器12實(shí)現(xiàn)。或者M(jìn)PP控制在第一操作模式中被用DC/DC轉(zhuǎn)換器10實(shí)現(xiàn)。其次，DC/AC轉(zhuǎn)換器12將其DC輸入電流I2轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的AC輸出電流13。
[0027]在下文中，根據(jù)本實(shí)施例的所提出的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)或架構(gòu)被描述。
[0028]圖4示出了根據(jù)本實(shí)施例的轉(zhuǎn)換器設(shè)備的示意框圖。轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)可以被實(shí)施為電路板上的單個(gè)芯片或者芯片組或分立硬件電路。轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)具有專(zhuān)用控制器模塊或控制器24，其測(cè)量在第一DC/DC轉(zhuǎn)換器(DC/DC I) 20_1的輸出端處的DC電壓V2，所述第一DC/DC轉(zhuǎn)換器(DC/DC I) 20-1被連接到具有DC輸出電SV1的非線(xiàn)性電力源的輸出端。第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器20-1從非線(xiàn)性電力源汲取輸出電流I”此外，控制器24測(cè)量第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器20-1的DC輸出電流I2.1并且得到作為結(jié)果的第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器20-1的輸出功率P1 = 12」X V2。附加地，控制器24測(cè)量被連接到負(fù)載的第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器(DC/DC 2) 20_2的DC輸入電流12.4，并且得到作為結(jié)果的第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器20-2的輸入功率P4 = I2.4 X V2。此外，控制器24測(cè)量第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器20-2跨越負(fù)載R 的輸出電壓V4。而且，控制器24測(cè)量被連接到具有電壓V3的AC市電的雙向AC/DC轉(zhuǎn)換器22的DC輸入電流12.3并且得到作為結(jié)果的AC/DC轉(zhuǎn)換器22的輸入功率P3 = I2.3 X V2。第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器20_1的輸出端子被并行連接到AC/DC轉(zhuǎn)換器22和第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器20_2的輸入端子。測(cè)量通過(guò)使用適當(dāng)?shù)臏y(cè)量元件或電路得到要被控制器24處理的模擬或數(shù)字測(cè)量值而被執(zhí)行。
[0029]基于所測(cè)量的值，控制器24產(chǎn)生三個(gè)控制信號(hào)C1-C3來(lái)使用上述輸入變量以及控制功能操作轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)以便基于第一控制信號(hào)C1控制第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器20-1的操作，以便基于第二控制信號(hào)C2控制第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器20-2的操作，以及以便基于第三控制信號(hào)C3控制雙向AC/DC轉(zhuǎn)換器22的操作。[0030]與上述常規(guī)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)相反，根據(jù)本實(shí)施例的所提出的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)向附加的負(fù)載 供應(yīng)穩(wěn)定的DC電壓V4,如果P4 > P1則作為整流器操作AC/DC轉(zhuǎn)換器22，或者如果P4 <
P1則作為變換器操作AC/DC轉(zhuǎn)換器22。
[0031]為了實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例中的這個(gè)功能性，專(zhuān)用控制器24適應(yīng)于提供三個(gè)控制功能:在其最大功率點(diǎn)上操作電壓V1的非線(xiàn)性電力源、控制穩(wěn)定的電壓V4以便向本地負(fù)載供應(yīng)直流電、以及以低諧波失真產(chǎn)生I3的正弦時(shí)間函數(shù)。這些控制功能被用圖4的轉(zhuǎn)換器架構(gòu)的不同功率轉(zhuǎn)換器20-1、20-2以及22實(shí)現(xiàn)以便根據(jù)在下面被描述并且在表I中被概述的四個(gè)操作模式來(lái)使功率轉(zhuǎn)換效率最大化。
[0032]如果控制器24基于上述測(cè)量的值檢測(cè)到P1 >匕且％〈 V2 = V4，則控制器24將轉(zhuǎn)換器架構(gòu)設(shè)置成第一操作模式(OMl)。在這里，第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器20-1被第一控制信號(hào)C1控制以便加載非線(xiàn)性電力源使得它產(chǎn)生最大輸出功率P”這個(gè)受控MPP操作是第一控制功能。因此，第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器20-1將其輸入電壓V1升壓到穩(wěn)定的輸出電壓V2，所述穩(wěn)定的輸出電壓V2是DC/AC轉(zhuǎn)換器22以及DC電壓V4的所要求的輸入電壓。那實(shí)現(xiàn)第二控制功能。第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器20-2被第二控制信號(hào)C2控制以便在沒(méi)有任何能量轉(zhuǎn)換的情況下將其輸入電壓直接地傳導(dǎo)到其輸出來(lái)提高能量效率。非線(xiàn)性電力源V1產(chǎn)生高于功率水平P4的功率水平P1以便對(duì)在第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器20-2的輸出端處的DC負(fù)載Riis進(jìn)行供應(yīng)。因此，AC/DC轉(zhuǎn)換器22被第三控制信號(hào)C3控制以便作為具有受控輸入功率P3 = P1 - P4的變換器操作，其產(chǎn)生被供應(yīng)給具有電壓V3的正弦電壓源(AC裝置)的穩(wěn)定的正弦電流I3 >
O。那是第二控制功能。
[0033]如果控制器24基于上述測(cè)量的值檢測(cè)到P1 >匕且％ = V2 > V4，則控制器24將轉(zhuǎn)換器架構(gòu)設(shè)置成第二操作模式(0M2)。在這里,第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器20-1被第一控制信號(hào)C1控制以便在沒(méi)有任何能量轉(zhuǎn)換的情況下將其輸入電壓V1直接傳導(dǎo)到其輸出V2來(lái)提高能量效率。第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器20-2被第二控制信號(hào)C2控制以便將輸入電壓V1下轉(zhuǎn)換成到較低的受控輸出電壓V4。那是第一控制功能。在電壓V1處的非線(xiàn)性電力源產(chǎn)生高于功率水平P4的功率水平P1以便供應(yīng)在第二轉(zhuǎn)換器20-2的輸出端處的DC負(fù)載因此，AC/DC轉(zhuǎn)換器被第三控制信號(hào)C3控制以便作為變換器操作，所述變換器以將穩(wěn)定的正弦電流I3 >O產(chǎn)生到在電壓V3下的正弦電壓源(AC市電)中的受控輸入功率P3= P1 - P4進(jìn)行操作。I3的正弦時(shí)間函數(shù)的控制是第二控制功能。饋送到具有電壓V3的AC電網(wǎng)中的功率水平P3=P1 - P4的控制是第三控制功能。這個(gè)第三控制功能還實(shí)現(xiàn)非線(xiàn)性電力源在電壓V1下的MPP操作。
[0034]如果控制器24基于上述測(cè)量的值檢測(cè)到P1 > P4且V1〈 V2 = V4,則控制器24將轉(zhuǎn)換器架構(gòu)設(shè)置成第三操作模式(0M3)。在這里，AC/DC轉(zhuǎn)換器22被第三控制信號(hào)C3控制以便作為整流器來(lái)操作，所述整流器以正弦電流I3 < O產(chǎn)生受控的DC電壓V2 = V4。那是第一控制功能和第二控制功能。第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器20-2被第二控制信號(hào)C2控制以便在沒(méi)有任何能量轉(zhuǎn)換的情況下將其輸入電壓傳導(dǎo)到其輸出V2 = V4來(lái)提高能量效率。第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器20-1被第一控制信號(hào)C1控制以便加載非線(xiàn)性電力源V1使得它產(chǎn)生最大輸出功率Plt=輸入電壓V1因此被升壓到較高的DC電壓V2。用來(lái)使功率水平P1最大化的這個(gè)穩(wěn)定MPP操作是第三控制功能。
[0035]如果控制器24基于上述測(cè)量的值檢測(cè)到P1〈匕且％ = V2 > V4，則控制器24將轉(zhuǎn)換器架構(gòu)設(shè)置成第四操作模式(0M4)。在這里，AC/DC轉(zhuǎn)換器22被第三控制信號(hào)C3控制以便作為以正弦電流I3 < O產(chǎn)生受控的DC電壓V2 = V1的整流器來(lái)操作。I3的正弦時(shí)間函數(shù)是第一控制功能。I3的幅度被調(diào)節(jié)使得整流器添加了不能夠由非線(xiàn)性電壓源在電壓V1下提供的功率水平P3 = P4 - P10這個(gè)控制功能是迫使非線(xiàn)性電力源在最大功率點(diǎn)處進(jìn)行操作的第二控制功能。第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器20-1被第一控制信號(hào)C1控制以便在沒(méi)有任何能量轉(zhuǎn)換的情況下將其輸入電壓傳導(dǎo)到其輸出V1 = V2來(lái)提高能量效率。因此，電壓V1是受作為整流器操作的AC/DC控制器22的操作控制的非線(xiàn)性電力源的MPP的函數(shù)。第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器20-2被第二控制信號(hào)C2控制以便從較高的DC輸入電壓V1 = V2產(chǎn)生穩(wěn)定的DC電壓V4。那是第三控制功能。
[0036]上述第一至第四操作模式能夠被概述在下面的表1中:
【權(quán)利要求】
1.一種用于控制功率轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的設(shè)備，所述功率轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)具有連接到AC電源的雙向AC/DC轉(zhuǎn)換器(22)、連接到DC電力源并且具有電壓上轉(zhuǎn)換功能的第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器(20-1)、以及連接到電負(fù)載(Riis)并且具有電壓下轉(zhuǎn)換功能的第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器(20-2)，所述設(shè)備包括:控制器(24)，其適應(yīng)于根據(jù)測(cè)量的電氣參數(shù)來(lái)控制所述AC/DC轉(zhuǎn)換器(22)以及所述第一和第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器(20-1，20-2)功率的操作以便以高優(yōu)先級(jí)經(jīng)由所述第一和第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器(20-1，20-2)給所述電負(fù)載(R負(fù)載)供應(yīng)來(lái)自所述直流電電力源的受控DC電壓和功率，而以較低優(yōu)先級(jí)經(jīng)由所述AC/DC轉(zhuǎn)換器(22)和所述第二轉(zhuǎn)換器(20-2)供應(yīng)來(lái)自所述AC電源的電力，其中所述兩個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器(20_1，20-2)中的一個(gè)被控制以便在沒(méi)有能量轉(zhuǎn)換的情況下將其輸入直接地傳導(dǎo)到其輸出來(lái)使所述轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的能量效率最大化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述控制器(24)適應(yīng)于控制所述第一和第二DC/DC轉(zhuǎn)換器(20-1，20-2)以及所述AC/DC轉(zhuǎn)換器(22)以便提供以下控制功能中的至少一個(gè): -所述DC電力源在其最大功率點(diǎn)上的操作； -穩(wěn)定電壓的控制以便給所述電負(fù)載(Riis)供應(yīng)直流電；以及 -到AC電源的輸入電流的正弦時(shí)間函數(shù)的產(chǎn)生。
3.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的設(shè)備，其中，所述控制器(24)適應(yīng)于如果它基于所述測(cè)量的電氣參數(shù)檢測(cè)到在所述第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器(20-1)的輸出端處的功率水平(P1)高于在所述第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器(20-2)的輸入端處的功率水平(P4)并且所述第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器(20_1)的輸出電壓(V2)基本上等于在所述電負(fù)載(Riis)處的所述輸出電壓(V4)則將所述功率轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)設(shè)置成第一操作模式，并且其中在所述第一操作模式期間所述控制器(24)適應(yīng)于控制所述第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器(20-1)以便加載所述DC電力源來(lái)產(chǎn)生最大輸出功率，適應(yīng)于控制所述第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器(20-2)以便在沒(méi)有能量轉(zhuǎn)換的情況下將其輸入直接地傳導(dǎo)到其輸出，以及適應(yīng)于控制所述AC/DC轉(zhuǎn)換器(22)以便作為變換器操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述控制器適應(yīng)于如果它基于所述測(cè)量的電氣參數(shù)檢測(cè)到在所述第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器(20-1)的輸出端處的功率水平(P1)高于在所述第二DC/DC轉(zhuǎn)換器(20-2)的輸入端處的功率水平(P4)并且所述第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器(20_1)的輸出電壓(V2)高于在所述電負(fù)載(Ri^)處的輸出電壓(V4)則將所述功率轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)設(shè)置成第二操作模式，并且其中在所述第二操作模式期間所述控制器(24)適應(yīng)于控制所述第一DC/DC轉(zhuǎn)換器(20-1)以便在沒(méi)有能量轉(zhuǎn)換的情況下將其輸入直接地傳導(dǎo)到其輸出，適應(yīng)于控制所述第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器(20-2)以便將所述DC電力源的輸出電壓(V1)下轉(zhuǎn)換成在所述電負(fù)載(Ri^)處的所述輸出電壓(V4),以及適應(yīng)于控制所述AC/DC轉(zhuǎn)換器(22)以便作為變換器操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述控制器適應(yīng)于如果它基于所述測(cè)量的電氣參數(shù)檢測(cè)到在所述第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器(20-1)的輸出端處的功率水平(P1)低于在所述第二DC/DC轉(zhuǎn)換器(20-2)的輸入端處的功率水平(P4)并且所述第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器(20_1)的輸出電壓(V2)基本上等于在所述電負(fù)載(Riis)處的輸出電壓(V4)則將所述功率轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)設(shè)置成第三操作模式，并且其中在所述第三操作模式期間所述控制器(24)適應(yīng)于控制所述第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器(20-1)以便加載所述DC電力源來(lái)產(chǎn)生最大輸出功率，適應(yīng)于控制所述第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器(20-2)以便在沒(méi)有能量轉(zhuǎn)換的情況下將其輸入直接地傳導(dǎo)到其輸出，以及適應(yīng)于控制所述AC/DC轉(zhuǎn)換器(22)以便作為整流器操作。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述控制器適應(yīng)于如果它基于所述測(cè)量的電氣參數(shù)檢測(cè)到由所述DC電力源所供應(yīng)的功率水平(P1)低于在所述電負(fù)載(Riis)處要求的功率水平(P4)并且所述第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器(20-1)的輸出電壓(V2)高于在所述電負(fù)載(R負(fù)載)處的所述輸出電壓(V4)則將所述功率轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)設(shè)置成第四操作模式，并且其中在所述第四操作模式期間所述控制器(24)適應(yīng)于控制所述第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器(20-1)以便在沒(méi)有能量轉(zhuǎn)換的情況下將其輸入直接地傳導(dǎo)到其輸出，適應(yīng)于控制所述第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器(20-2)以便在所述電負(fù)載(Riis)處產(chǎn)生穩(wěn)定輸出電壓(V4),以及適應(yīng)于控制所述AC/DC轉(zhuǎn)換器(22)以便作為整流器操作。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述測(cè)量的電氣參數(shù)包括所述第一DC/DC轉(zhuǎn)換器(20-1)的輸出電壓(V2)和輸出電流(12」)、所述第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器(20-2)的輸入電流(I2.4)和輸出電壓(V4)、以及所述AC/DC轉(zhuǎn)換器(22)的輸入電流(12.3)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述電負(fù)載(Riis)包括發(fā)光二極管、有機(jī)發(fā)光二極管以及建筑物中的電器中的至少一個(gè)。
9.一種功率轉(zhuǎn)換器系統(tǒng),其包括: -連接到AC電源的雙向AC/DC轉(zhuǎn)換器(22)； -連接到DC電力源并且具有電壓上轉(zhuǎn)換功能的第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器(20-1)；-連接到電負(fù)載(--)并且具有電壓下轉(zhuǎn)換功能的第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器(20-2);以及 -根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備。
10.一種芯片器件，其包括根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備。
11.一種芯片器件，其包括根據(jù)權(quán)利要求9的功率轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)。
12.—種控制功率轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的方法，所述功率轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)具有連接到AC電源的雙向AC/DC轉(zhuǎn)換器(22)、連接到DC電力源并且具有電壓上轉(zhuǎn)換功能的第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器(20-1)、以及連接到電負(fù)載(Riis)并且具有電壓下轉(zhuǎn)換功能的第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器(20-2)，所述方法包括:根據(jù)測(cè)量的電氣參數(shù)控制所述AC/DC轉(zhuǎn)換器(22)以及所述第一和第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器(20-1，20-2)功率的操作以便以高優(yōu)先級(jí)經(jīng)由所述第一和第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器(20-1，20-2)給所述電負(fù)載(Ri^)供應(yīng)來(lái)自所述直流電電力源的受控DC電壓和功率，而以較低優(yōu)先級(jí)經(jīng)由所述AC/DC轉(zhuǎn)換器(22)和所述第二轉(zhuǎn)換器(20-2)供應(yīng)來(lái)自所述AC電源的電力，其中所述兩個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器(20-1，20-2)中的一個(gè)被控制以便在沒(méi)有能量轉(zhuǎn)換的情況下將其輸入直接地傳導(dǎo)到其輸出來(lái)使所述轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的能量效率最大化。
13.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括用于當(dāng)在計(jì)算器件上運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生方法權(quán)利要求12的步驟的代碼裝置。
【文檔編號(hào)】H02J1/10GK103477525SQ201280019116
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月20日
【發(fā)明者】U.博伊科 申請(qǐng)人:皇家飛利浦有限公司