專利名稱：用于發(fā)電裝置的電力轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
這項發(fā)明涉及用來轉(zhuǎn)換從發(fā)電裝置獲得的電力的電路、系統(tǒng)和方法。在此描述的電路、系統(tǒng)和方法可以用來將發(fā)電裝置與配電網(wǎng)對接。
背景技術(shù)：
并網(wǎng)連接的發(fā)電系統(tǒng)通常包括兩個主要部分生產(chǎn)電力的發(fā)電裝置和接受、調(diào)整而后將電力注入配電網(wǎng)的轉(zhuǎn)換器。發(fā)電裝置包括，舉例來說，光電(PV)電池、燃料電池和風(fēng)力渦輪機。為了在不同的環(huán)境下提高發(fā)電裝置的總效率，例如，PV電池的部分遮蔽或PV電池或風(fēng)力渦輪機之間的配合不當(dāng)，對于發(fā)電的風(fēng)車，獨立的控制和電力提取是每個發(fā)電裝置·所需要的。這需要將獨立的轉(zhuǎn)換器用于每個發(fā)電裝置。這可以被稱為微逆變器技術(shù)。在單相的并網(wǎng)連接的發(fā)電系統(tǒng)中，瞬時輸出電力以兩倍電網(wǎng)頻率振蕩。在發(fā)電裝置是PV電池的系統(tǒng)中，產(chǎn)生的輸入電力是DC的，因此在轉(zhuǎn)換器輸出端瞬時功率的振蕩如果在輸入中反映則導(dǎo)致輸入操作點偏離DC。如果在PV電池一邊有任何的功率振蕩，那么最大功率只可能在振蕩的頂峰達到，這轉(zhuǎn)變?yōu)樘崛”瓤傻玫淖畲蠊β实偷钠骄β蔥1，2]。這是降低PV電池系統(tǒng)效率的電力損失。所以，功率波動是這樣的系統(tǒng)的主要問題，而且PV電池轉(zhuǎn)換器應(yīng)該將輸出功率波動與輸入DC發(fā)電分離以使效率最大化。如上所述，如果在單相逆變器中沒有電源解耦，發(fā)電裝置在PV電池末端將包含導(dǎo)致偏離最佳點的振蕩。電路的能量儲備可能供應(yīng)振蕩的功率并減少PV電池末端的功率波動。解耦問題通常是通過使用大的電解電容器(例如，毫法拉第的范圍)將輸出功率波動對輸入操作點的影響減到最小解決的。然而，這是非常不受歡迎的，因為它減少逆變器的壽命和增加逆變器的體積、重量和成本。依照拓?fù)洌瑑Υ婺芰康奈恢每赡苁遣煌?。舉例來說，就單級拓?fù)涠?，能量儲存可能是在PV電池末端實現(xiàn)的。就多級拓?fù)涠裕?dāng)電壓源逆變器被用在輸出端的時候，電源解耦電容器可能放在輸入端和/或DC總線(例如，在各級DC-DC轉(zhuǎn)換器和DC-AC逆變器之間)。在DC總線上有大部分解耦電容是有益的，因為該電壓水平較高，而且同樣數(shù)量的能量儲備能用較小的電容器實現(xiàn)。高DC電壓的產(chǎn)生不是有效的，而且它在逆變器和第一級的輸出上引起過度的電壓應(yīng)力。此外，總線上的高電壓使輸出電流上的高頻脈動增大，這需要用大的無源濾波器來抵償。再者，在這樣的方法中，為了除去PV電池輸入端的任何振蕩，仍然需要在輸入端有相對較大的電解電容器。電壓源逆變器在輸出端的使用需要龐大的感應(yīng)線圈與電網(wǎng)連接。為了避免這種情況，微逆變器可能在最后一級使用伸展的電力網(wǎng)。然而，采用這種方式，仍然需要在PV電池末端有大的電解電容器組，因為該電壓水平非常低而且，所以必需的電容容量變大。一般地說，以變壓器作為能量緩沖的拓?fù)浒堰@樣的配置用于電源解耦[1，2，5]。為了減少所需的輸入電容器的數(shù)量，可能與在文獻[3]中一樣使用多級的方法處理全部輸出電力。然而，這將降低效率和增加轉(zhuǎn)換器的尺寸和重量。此外，因為DC總線電壓非常高，在各轉(zhuǎn)換器級的開關(guān)上應(yīng)力非常高，另外用于電流整形的濾波器也變得比較大。在其它的方法[5-10]中，引進輔助的電源電路，該電路吸收電力并且在需要時提供能量。結(jié)果是不需要大的電解電容器。輔助的電源電路通常在高電壓下操作以減少能量儲備元件。這樣的方法通常效率低而且電力處理級的數(shù)目大。

發(fā)明內(nèi)容
在此描述的是連同發(fā)電裝置一起使用的電力轉(zhuǎn)換器，其中包括接收來自發(fā)電裝置的實質(zhì)上DC的電力的高邊輸入點和低邊輸入點；跨接高邊和低邊輸入點的電容器；接收電容器兩端之間的電壓并且把該電壓轉(zhuǎn)換成高頻AC電壓同時刪除或最大限度地減少接收電壓中的振蕩的第一裝置；把高頻AC電壓轉(zhuǎn)換成實質(zhì)上呈正弦曲線的AC電壓或電流的第二裝置；接收實質(zhì)上呈正弦曲線的AC電壓或電流的隔離變壓器；把來自變壓器的實質(zhì)上呈正弦曲線的高頻AC電壓或電流轉(zhuǎn)換成(i)實質(zhì)上呈正弦曲線的低頻AC輸出電壓或電流和 DC輸出電壓或電流的第三裝置；以及用來輸出輸出電壓或電流的高邊輸出點和低邊輸出點。在一個實施方案中，高頻AC電壓可能是在與配電網(wǎng)頻率有關(guān)的頻率下用實質(zhì)上呈正弦曲線的電壓調(diào)制的振幅。第一裝置可能包括斬波電路。斬波電路的開關(guān)可能是使用脈寬調(diào)制控制的。第二裝置可能包括諧振電路。諧振電路可能是串聯(lián)諧振電路。第三裝置可能包括整流器和可選擇的濾波器，其中輸出的是DC電壓或電流。第三裝置可能包括整流器和逆變器，輸出的是AC電壓或電流。在此還描述了用于分布式發(fā)電裝置的微逆變器，其中包括上述的電力轉(zhuǎn)換器；以及為了將電容器兩端的電壓波動減到最小通過將橫跨電容器的電壓與基準(zhǔn)電壓進行比較控制第一裝置中的開關(guān)的操作的控制器。控制器可能包括一個或多個改進的脈寬調(diào)節(jié)器、占空比控制器和最大功率點跟蹤器。占空比控制器可能包括比例積分-微分補償器。在此還描述了一種發(fā)電系統(tǒng)，其中包括至少一個上述的微逆變器；以及至少一個發(fā)電裝置。每個發(fā)電裝置可能與微逆變器連接。在此描述還了一種用來從發(fā)電裝置獲得電力的方法，該方法包括在刪除或最大限度地減少發(fā)電裝置輸出功率中的振蕩的同時，把來自發(fā)電裝置的實質(zhì)上的DC的輸出電力轉(zhuǎn)換成高頻AC電壓；把該高頻AC電壓轉(zhuǎn)換成實質(zhì)上呈正弦曲線的高頻電壓或電流；以及把該實質(zhì)上呈正弦曲線的高頻AC電壓或電流轉(zhuǎn)換成(i)DC電壓或電流，和(ii)實質(zhì)上呈正弦曲線的低頻AC電壓或電流；其中實質(zhì)上呈正弦曲線的高頻AC電壓或電流是與DC電壓或電流或?qū)嵸|(zhì)上呈正弦曲線的低頻AC電壓或電流隔離的。在一個實施方案中，該方法可能包括在與配電網(wǎng)頻率有關(guān)頻率下用實質(zhì)上呈正弦曲線的電壓對高頻AC電壓進行振幅調(diào)制。該方法可能包括使用斬波器把發(fā)電裝置的輸出電力轉(zhuǎn)換成高頻AC電壓。該方法可能包括使用脈寬調(diào)制控制斬波電路的一個或多個開關(guān)。該方法可能包括把發(fā)電裝置的輸出電壓與基準(zhǔn)電壓作比較將發(fā)電裝置的電壓波動減到最少。該方法可能包括使用諧振電路把高頻AC電壓轉(zhuǎn)換成實質(zhì)上呈正弦曲線的高頻AC電壓或電流。諧振電路可能由串聯(lián)諧振電路組成。該方法可能包括把實質(zhì)上呈正弦曲線的低頻輸出電壓或電流接到配電網(wǎng)上。在上述的電路、系統(tǒng)和方法中，發(fā)電裝置可能是光電(PV)電池或燃料電池。


為了較好地理解本發(fā)明和更清楚地展示它是如何實現(xiàn)的，現(xiàn)在將參照附圖通過舉例說明描述不同的實施方案，其中圖I是微逆變器的廣義方框圖。圖2是依照一個實施方案微逆變器的方框圖。圖3(a)是依照一個實施方案有最大功率點跟蹤的微逆變器的電路圖。
圖3(b)是依照另一個實施方案有最大功率點跟蹤的微逆變器的電路圖。圖3(c)是展示圖3(b)所示電路的工作波形的曲線圖。圖4(a)是展示PV電池的典型的電流_電壓和功率_電壓的特性以及最大功率點的曲線圖，而圖4(b)是展示特性怎樣隨照射劑量改變的曲線圖。圖5是展示圖2的實施方案的典型的穩(wěn)態(tài)工作波形的曲線圖。圖6 (a)到(f)展示圖3(a)所示實施方案的等價電路的示意圖，適用于圖5所示曲線圖的每個間隔。圖7是展示圖2所示電路的第k階調(diào)諧等價電路的電路圖。圖8 (a)和(b)是展示從模擬獲得的圖3 (a)所示的開關(guān)Ml (a)和M2 (b)的零電壓切換的曲線圖。圖9是展示圖3(a)所示實施方案使用在此描述的改進的脈寬調(diào)制時總線和電網(wǎng)的電壓波形以及門信號的曲線圖。圖10是展示采用傳統(tǒng)的脈寬調(diào)制和采用改進的脈寬調(diào)制的情況下輸出柵極電流波形的曲線圖。圖11是展示以圖3(a)所示電路為基礎(chǔ)模擬的零電壓切換的曲線圖。圖12是展示以圖3(a)的電路為基礎(chǔ)模擬的總線電壓和諧振回路電流和電壓的曲線圖。
具體實施例方式在此描述的是用來從發(fā)電裝置獲得電力的系統(tǒng)、電路和方法。發(fā)電裝置可能是，舉例來說，風(fēng)力渦輪機、燃料電池或光電池。發(fā)電裝置可能是分布式發(fā)電裝置。在此描述的系統(tǒng)、電路和方法的實施方案主要與光電池有關(guān)，然而，人們將會領(lǐng)會到這些系統(tǒng)、電路和方法不局限于此。在此描述的系統(tǒng)、電路和方法可能被用于適合發(fā)電裝置的微逆變器。如同在此使用的那樣，術(shù)語“微逆變器”指的是使發(fā)電裝置和諸如配電網(wǎng)之類的負(fù)荷對接的裝置。包括微逆變器的系統(tǒng)展示在圖I所示的廣義方框圖中。微逆變器20接受來自發(fā)電裝置10的電力并且把電力輸出給負(fù)荷30。微逆變器20可能包括電力部分200，該部分可能包括一級或多級并且實現(xiàn)一種或多種功能，舉例來說，DC-DC變換、DC-AC變換或其組合。微逆變器可能包括控制部分300，該部分可能實現(xiàn)一種或多種功能，舉例來說，跟蹤發(fā)電裝置的最大功率點和/或把選通信號提供給電力部分200。選通信號可能是通過測知發(fā)電裝置的電壓和/或電流和/或負(fù)荷的電壓和/或電流確定的。在此描述的微逆變器在不同的環(huán)境和條件下提高電力生產(chǎn)的總效率。舉例來說，在PV電池的情況下，PV電池的局部陰影遮蔽或各PV電池之間的錯配都會降低系統(tǒng)的總效率。然而，將微逆變器用于每個PV電池或PV電池串或組件允許獨立地控制和提取來自每個PV電池或PV電池串或組件的電力，從而不管個別PV電池的條件改變都使從PV電池提取的電力達到最大值。在此描述的微逆變器是緊湊的，以便附著到PV電池上(舉例來說，附著到PV電池的背面)。因為微逆變器暴露在各式各樣的環(huán)境條件下，例如，極端的溫度和濕度，它的可靠性和維護是主要問題。這樣的暴露也對逆變器的平均壽命和性能產(chǎn)生不利的影響。這些因素要求強健的設(shè)計和結(jié)構(gòu)，而且可能需要更昂貴的元器件，從而導(dǎo)致較高的制造成本。結(jié)果，微逆變器設(shè)計面臨的挑戰(zhàn)包括實現(xiàn)緊湊性和低成本，例如，通過減少電路元器件的數(shù)目和大小。有利地是在此描述的微逆變器不需要昂貴的高壓元器件和配線。 在一個實施方案中，微逆變器可能包括一個或多個特征，舉例來說，通信、反演(即，DC-AC轉(zhuǎn)換)，峰值功率跟蹤、孤島效應(yīng)，等等。這樣的微逆變器可能被整合到PV模塊之內(nèi)。術(shù)語“PV模塊”指的是為了產(chǎn)生所需要的電力輸出按串聯(lián)、并聯(lián)和/或串聯(lián)-并聯(lián)連接的一個或多個PV電池。舉例來說，PV模塊可能是提供(例如，賣)給光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的最終用戶的最小的離散單元。通常，PV模塊是連同連接器或其它適合從該組件提取DC輸出的硬件一起提供的。然而，如同在此描述的那樣，微逆變器可能被整合到PV模塊之內(nèi)，其中這樣的連接器或其它適合提取DC輸出的硬件是以微逆變器代替的，以便獲得一個或多個電特征，例如，上面描述的那些。此外，微逆變器和PV模塊的這種整合可能包括微逆變器的包裝要么實質(zhì)上與組件一起、要么合并到組件包裝之中，或者以實質(zhì)上使微逆變器與組件包裝統(tǒng)一的方式。PV模塊包裝可能是現(xiàn)有的，也可能是為適應(yīng)微逆變器設(shè)計的。人們將領(lǐng)會到微逆變器的反演部分可能采用任何設(shè)計，舉例來說，但不限于，電流源、電壓源、諧振，等等，而且可能包括單個或多個功率級。在此描述的微逆變器的控制部分300可能包括最大功率點跟蹤(MPPT)。因此，MPPT可以對每個發(fā)電裝置獨立地完成。在PV電池的情況下，局部陰影不能避免時，這是有用的，因為MPPT允許在任何瞬間條件下從每個PV電池提取最大的電力。MPPT除去系統(tǒng)中PV電池之間的任何錯配損失。此外，在此描述的微逆變器將模塊性提供給個別的發(fā)電裝置，從而允許在分布式發(fā)電系統(tǒng)中實現(xiàn)“即插即用”?？刂撇糠挚赡苁侨炕虿糠值厥褂梅至⒃骷?、使用數(shù)字技術(shù)(例如，數(shù)字信號處理器(DSP)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、專用集成電路(ASIC)器件)或使用其組合實現(xiàn)的。舉例來說，控制部分的一個或多個組成部分可能是以使用適當(dāng)?shù)挠布Z言(例如，超高速集成電路(VHSIC)的硬件描述語言(VHDL)、寄存器傳送語言(RTL)或Verilog(仿真模型))的算法實現(xiàn)的。這樣的算法可以在，舉例來說，F(xiàn)PGA或ASIC裝置或其它適當(dāng)?shù)倪壿嬔b置中實現(xiàn)。數(shù)字技術(shù)的運用提供緊湊而強健的控制器。如同在此所用的那樣，術(shù)語“最大功率點跟蹤(MPPT) ”和“最大功率點跟蹤器(MPP跟蹤器)”是有區(qū)別的?！癕PPT”指的是算法，而“MPP跟蹤器”指的是硬件(S卩，電路)。MPPT計算分布式發(fā)電裝置(例如，光電池)的最佳工作點，并且為MPP跟蹤器準(zhǔn)備參考點以便將系統(tǒng)引導(dǎo)到最佳工作點。如同在此所用的那樣，術(shù)語“光電池(PV電池)”指的是任何有光吸收材料吸收光子并借助光電效應(yīng)產(chǎn)生電子的電池。光電池的非限制性例子是太陽能電池。光吸收材料可以吸收任何波長或波長組合的光，包括，舉例來說，到達地球表面的陽光的波長和/或地球大氣之外的陽光的波長。兩種以上有特定的光吸收波長的光吸收材料可能被組合使用以便利用不同的光吸收和電荷分離機制。光吸收材料可能被配置為，舉例來說，散裝材料、薄膜(例如，無機層、有機染料和有機聚合物)和/或納米晶體。光電池可能被組合成陣列、串、組件或面板。舉例來說，光伏電池串可能包括按串聯(lián)、并聯(lián)、串聯(lián)-并聯(lián)或其它配置連接在一起的眾多光電池。為了簡單，術(shù)語“PV電池”如同在此使用的那樣指的是單一的電池或任何這樣的電池組合?，F(xiàn)有的微逆變器拓?fù)渚C述揭示了把電解電容器、非常高的總線電壓或輔助電力電路用于電源解耦。前者有壽命、大小和維護問題而后面的方法主要呈現(xiàn)危及性能的效率低、級數(shù)聞和/或聞電壓應(yīng)力。在此描述的微逆變器拓?fù)浣鉀Q了上述問題。圖2展示電力電路200與控制部分300在一起的實施方案的方框圖。參照圖2，電容器Cpvi跨接在發(fā)電裝置10和電壓斬波器210的輸入端。電壓斬波器拓?fù)淇赡苁?，舉例來說，半橋或全橋的。從電壓斬波器開始，該·電路包括諧振電路220、隔離變壓器230、第一轉(zhuǎn)換器240、電容器Cbus、第二轉(zhuǎn)換器250和輸出濾波器260。轉(zhuǎn)換器可能是電壓源轉(zhuǎn)換器。半橋或全橋整流器可能是在隔離變壓器的輸出端提供的?？刂撇糠?00把選通信號提供給電壓斬波器210而且可能還提供最大功率點跟蹤?？刂撇糠诌€提供電壓斬波級210的解耦和高的切換頻率，以保證當(dāng)在PV末端只使用小的電容器Cpvi的時候，主要的功率波動取自總線電容器Cbus而且輸入功率提取是不變的。解耦方法先在中段轉(zhuǎn)換器240產(chǎn)生DC+AC電壓，而后使用改進的脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)把倍頻諧波從輸出電流中除去。所以，功率波動對輸入功率提取或輸出功率注入有最小的影響。通過接受總線上的大的AC振蕩和控制平均的總線電壓，總線電容器的數(shù)值和逆變器上的電壓應(yīng)力都可以被優(yōu)化。舉例來說，輸入電容和總線電容都可以減少到小于20微法，相對于先前的設(shè)計有二或三個數(shù)量級的進步。因此，在此描述的拓?fù)浜涂刂葡到y(tǒng)得到適合微逆變器應(yīng)用的緊湊設(shè)計。在此描述的微逆變器使用采用高切換頻率的孤立的諧振模式拓?fù)?。高切換頻率(例如，IOkHz以上)相對于較低的切換頻率允許使用小的電路元器件，從而導(dǎo)致高功率密度。一般地說，隨著切換頻率增加，與有源器件的開關(guān)相關(guān)聯(lián)切換損失也增加，通常導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率低。然而，在本文描述的實施方案中，高切換頻率的度不影響電路的效率，因為使用的是軟切換技術(shù)。軟切換指的是器件的切換(即，開或關(guān)器件)發(fā)生在器件兩端的電壓為零(即，零電壓切換(ZVS))或通過器件的電流為零(即，零電流轉(zhuǎn)變(ZCS))的時候。換句話說，在諧振模式拓?fù)渲?，切換損失低，從而允許諧振轉(zhuǎn)換器以高切換頻率在低切換損失下工作。在一個實施方案中，孤立的諧振模式轉(zhuǎn)換器是串聯(lián)的諧振轉(zhuǎn)換器。這個實施方案以非常高的恒定頻率(例如，IOOkHz以上)運行的時候呈現(xiàn)切換損失在零附近。元件計數(shù)是低的，從而使它對于微逆變器應(yīng)用來說是可行的。圖2的實施方案適合從發(fā)電裝置獲得電力和使電源與AC負(fù)荷(例如，配電系統(tǒng))對接。圖3(a)展示沒有轉(zhuǎn)換器級250(見圖2)但是有負(fù)荷&的實施方案的可仿效的電路圖，其中輸出可能是DC。這個實施方案也使用串聯(lián)的諧振DC-DC轉(zhuǎn)換器。如圖3(a)所示，該實施方案可能包括控制部分300，其中可能使用最大功率點跟蹤(MPPT)。發(fā)電裝置10可能是PV電池。電路包括斬波器(Mp M2,以它們的體兩極管Dmi和Dm2表示)、串聯(lián)諧振回路(Cs，Ls)、高頻隔離變壓器(T)、整流電路(DpD2)和輸出濾波器(Cf)。斬波器的功能是將DC輸入電壓(Vg)轉(zhuǎn)換成高頻AC電壓。串聯(lián)諧振回路把這個AC電壓轉(zhuǎn)換成振蕩的(即，實質(zhì)上呈正弦曲線的)電流(i)，有低頻電壓成份。這個特征是有用的，舉例來說，當(dāng)負(fù)荷是把電力注入配電網(wǎng)的逆變器的時候。逆變器所產(chǎn)生的低頻率漣波可能實質(zhì)上被諧振回路阻斷，從而阻止它出現(xiàn)在輸入端，并且允許使用小的儲能電容器。高頻變壓器為輸出電壓提供匹配和隔離。整流電路和輸出濾波器把高頻諧振電流轉(zhuǎn)換成DC輸出電壓。負(fù)荷&可能是DC負(fù)荷、轉(zhuǎn)換器級或轉(zhuǎn)換器和/或逆變器級，如圖2所示。舉例來說，負(fù)荷可能是產(chǎn)生適合注入配電網(wǎng)的AC輸出電力的逆變器。如同在此所用的那樣，術(shù)語“低頻”指的是從AC電網(wǎng)頻率派生的諧振頻率。如同在此所用的那樣，術(shù)語“高頻”指的是轉(zhuǎn)換器的切換頻率及其一個或多個諧·波。可替換的實施方案展示在圖3(b)中。這個實施方案以有串聯(lián)諧振回路的全橋諧振轉(zhuǎn)換器為基礎(chǔ)。全橋可能是使用改進的相移調(diào)制技術(shù)控制的。電力MOSFET開關(guān)M1-M4的軟切換可以通過調(diào)整低于諧振逆變器工作頻率的串聯(lián)諧振電路Cs-Ls的諧振頻率來實現(xiàn)。這是感應(yīng)模式，其中從諧振回路Zin的輸入口看的阻抗變成感應(yīng)性的。諧振電路滯后于基本電壓，作為結(jié)果Θ變成正的。開關(guān)MjPM3在負(fù)電流期間接通，所以，它們在零電壓接通，因為電流總是從調(diào)壓二極管轉(zhuǎn)移到M0SFET。對于開關(guān)M2和M4情況是相同的。在非零諧振電流條件下，所有的開關(guān)都關(guān)閉。緩沖電容器可以用來減少關(guān)閉開關(guān)的損失。圖3(b)所示實施方案的原則操作波形展示在圖3(c)中。就圖3(c)中的Ml和M3而言，轉(zhuǎn)換器的輸出電壓(Vab)是通過兩個脈沖之間相移α的變化調(diào)整的。當(dāng)輸入電容器電壓下降的時候，相移的角度增加，而當(dāng)輸入電容器電壓增加的時候，相移的角度減少。這樣，不管用下一級或PV模塊的環(huán)境條件規(guī)定的輸出負(fù)荷(RL)，輸入電壓都能得到調(diào)整，以便除去、減少或最大限度地減少來自輸入端口的振蕩和實質(zhì)上避免偏離最大功率點。現(xiàn)在將詳細(xì)地描述圖2和3 (a)的實施方案。逆變器輸出電流控制器迫使電流與電網(wǎng)電壓同相。因為從發(fā)電裝置提取的輸入電力是DC，功率振蕩將來自總線電容器Cbus和諧振回路的無源元件。作為結(jié)果，無源元件可能很小。通過一些簡化，總線電壓振蕩可以從下式導(dǎo)出
' ,尸‘H=
山Wime Vbm<孤)這個方程式表示對于給定的DC總線電壓和輸入功率，如果總線電壓變化大，可以選擇較小的總線電容器。舉例來說，在傳統(tǒng)的方法中，總線電壓變化可能是I伏特，然而在本文描述的實施方案中，電壓變化可能是20伏特，所以，電容器可以小20倍?？偩€電壓可以這樣估算V—W =+
V—(2)作為結(jié)果，該實施方案的等價阻抗可以這樣計算
權(quán)利要求
1.一種連同發(fā)電裝置一起使用的電力轉(zhuǎn)換器，其中包括 用來接收來自發(fā)電裝置的實質(zhì)上為DC的電力的高邊輸入點和低邊輸入點； 跨接高邊和低邊輸入點的電容器； 接收電容器兩端的電壓并且把該電壓轉(zhuǎn)換成高頻AC電壓同時刪除或最大限度地減少接收電壓中的振蕩的第一裝置； 把高頻AC電壓轉(zhuǎn)換成實質(zhì)上呈正弦曲線的AC電壓或電流的第二裝置； 接收實質(zhì)上呈正弦曲線的AC電壓或電流的隔離變壓器； 第三裝置，其用于把來自變壓器的實質(zhì)上呈正弦曲線的高頻AC電壓或電流轉(zhuǎn)換成(i)實質(zhì)上呈正弦曲線的低頻AC輸出電壓或電流和(ii) DC輸出電壓或電流；以及用來輸出輸出電壓或電流的高邊輸出點和低邊輸出點。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的電力轉(zhuǎn)換器，其中第一裝置包括斬波電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的電力轉(zhuǎn)換器，其中斬波電路的開關(guān)是用脈寬調(diào)制控制的。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的電力轉(zhuǎn)換器，其中第二裝置包括諧振電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的電力轉(zhuǎn)換器，其中諧振電路是串聯(lián)諧振電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求I的電力轉(zhuǎn)換器，其中第三裝置包括整流器和可選擇的濾波器，并且輸出的是DC電壓或電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求I的電力轉(zhuǎn)換器，其中第三裝置包括整流器和使用改進的脈寬調(diào)制控制的逆變器，并且輸出的是AC電壓或電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求I的電力轉(zhuǎn)換器，其中發(fā)電裝置是光電(PV)電池或燃料電池。
9.根據(jù)權(quán)利要求I的電力轉(zhuǎn)換器，其中發(fā)電裝置是至少一個PV電池。
10.一種用于分布式發(fā)電裝置的微逆變器，其中包括 權(quán)利要求I中的電力轉(zhuǎn)換器；以及 為了將橫跨電容器的電壓波動減到最小通過將電容器兩端的電壓與基準(zhǔn)電壓進行比較從而控制第一裝置中開關(guān)的操作的控制器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的微逆變器，其中控制器包括一個或多個改進的脈寬調(diào)制器、占空比控制器和最大功率點跟蹤器。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的微逆變器，其中占空比控制器包括比例積分-微分補償器。
13.—種發(fā)電系統(tǒng),其中包括 至少一個根據(jù)權(quán)利要求10的微逆變器；以及 至少一個發(fā)電裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中每個發(fā)電裝置都被接到微逆變器上。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中發(fā)電裝置是光電(PV)電池或燃料電池。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中發(fā)電裝置是至少一個PV電池。
17.一種從發(fā)電裝置獲得電力的方法，其中包括 把來自發(fā)電裝置的實質(zhì)上的DC輸出轉(zhuǎn)換成高頻AC電壓同時刪除或最大限度地減少發(fā)電裝置輸出電力中的振蕩； 把高頻AC電壓轉(zhuǎn)換成實質(zhì)上呈正弦曲線的高頻電壓或電流；以及把實質(zhì)上呈正弦曲線的高頻AC電壓或電流轉(zhuǎn)換成(i)DC電壓或電流和(ii)實質(zhì)上呈正弦曲線的低頻AC電壓或電流；其中實質(zhì)上呈正弦曲線的高頻AC電壓或電流是與DC電壓或電流或?qū)嵸|(zhì)上呈正弦曲線的低頻AC電壓或電流隔離的。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，包括使用斬波器把來自發(fā)電裝置的輸出電力轉(zhuǎn)換成高頻AC電壓。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，包括使用脈寬調(diào)制控制斬波電路的一個或多個開關(guān)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，包括將發(fā)電裝置與基準(zhǔn)電壓進行比較以便將發(fā)電裝置的電壓波動減到最小。
21.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，包括使用諧振電路把高頻AC電壓轉(zhuǎn)換成實質(zhì)上呈正弦曲線的高頻AC電壓或電流。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，包括使用串聯(lián)諧振電路。
23.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中發(fā)電裝置是光電池或燃料電池。
24.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中發(fā)電裝置是至少一個PV電池。
25.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，進一步包括把實質(zhì)上呈正弦曲線的低頻輸出電壓或電流接到配電網(wǎng)上。
26.集成到PV電池或模塊之中的根據(jù)權(quán)利要求I的微逆變器。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的微逆變器，其中微逆變器包括一個或多個選自通信、反演(DC-AC轉(zhuǎn)換)、峰值電力跟蹤和孤島效應(yīng)的特征。
28.根據(jù)權(quán)利要求26的微逆變器，其中微逆變器和PV電池或模塊的集成包括實質(zhì)上一起或合并到組件包裝中或者以實質(zhì)上使微逆變器和組件包裝統(tǒng)一的方式包裝微逆變器。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的微逆變器，其中PV電池或模塊包裝是先前存在的或是為適應(yīng)微逆變器設(shè)計的。
30.根據(jù)權(quán)利要求27的微逆變器，其中微逆變器的逆變部分屬于選自電流源、電壓源、諧振的設(shè)計，而且可能包括單一的或多樣的功率級。
全文摘要
本發(fā)明提供用來從發(fā)電裝置中，例如，光電池或燃料電池，獲得電力的方法、電路和系統(tǒng)。這些方法、電路和系統(tǒng)包括實質(zhì)上將來自發(fā)電裝置的DC輸出電力轉(zhuǎn)換成高頻AC電壓同時刪除或最大限度地減少發(fā)電裝置輸出電力的振蕩；把高頻AC電壓轉(zhuǎn)換成實質(zhì)上呈正弦曲線的高頻電壓或電流；以及把實質(zhì)上呈正弦曲線的高頻AC電壓或電流轉(zhuǎn)換成(i)DC電壓或電流和(ii)實質(zhì)上呈正弦曲線的低頻AC電壓或電流；其中把實質(zhì)上呈正弦曲線的高頻AC電壓或電流與DC電壓或電流或?qū)嵸|(zhì)上呈正弦曲線的低頻AC電壓或電流隔離。
文檔編號H02M3/24GK102918760SQ201180025536
公開日2013年2月6日 申請日期2011年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月26日
發(fā)明者潘尚智, 賽義德阿里·哈杰霍丹, 普拉文·K·簡恩, 阿里利薩·巴赫沙恩 申請人:金斯頓女王大學(xué)