提供交流電的系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】提供交流電的系統(tǒng)
[0001]本案是申請?zhí)?201210273445.8，申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研宄院，發(fā)明名稱《提供交流電的系統(tǒng)及其裝置與方法》的申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及用于提供交流電(alternating current，AC)的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]并網(wǎng)式電氣系統(tǒng)(Grid-tied Electrical System)，也被稱為并到網(wǎng)(tied-to-grid)系統(tǒng)或并網(wǎng)(grid-tie)系統(tǒng)，是一種產(chǎn)生電能并饋入電網(wǎng)的系統(tǒng)。傳統(tǒng)上，并網(wǎng)式電氣系統(tǒng)應用于類似太陽或風等可再生能源。舉例來說，并網(wǎng)式電氣系統(tǒng)可利用光伏效應(photovoltaic effect)而將太陽能轉(zhuǎn)換為電。
[0004]圖1為表示將單相(single-phase)交流電(AC)提供給輸出AC電壓(在本文中被稱為電網(wǎng)電壓Vg,id)的電網(wǎng)101的傳統(tǒng)并網(wǎng)式電氣系統(tǒng)100的方塊圖。參考圖1，系統(tǒng)100被并到(tied to)電網(wǎng)101，且包括光伏(photovoltaic，PV)陣列102、最大功率點跟蹤(maximum power point tracking，MPPT)模組 104、第一電容器 106、第一開關(guān) 108 以及變壓器(transformer) 110。系統(tǒng)100更包含整流器(rectifier) 112、第二電容器114以及多個開關(guān)，所述多個開關(guān)包含(例如)開關(guān)116-1、116-2、116-3以及116-4。
[0005]更明確地說，PV陣列102利用光伏效應而將太陽能轉(zhuǎn)換為直流(direct current，DC)電。MPPT模組104耦合到PV陣列102，用以跟蹤PV陣列102的一個最大功率點(MPP)，并將MPP電壓輸入至變壓器110相對低電壓位準的一側(cè)。變壓器110的第一側(cè)(primaryside)通過開關(guān)108而耦合到MPPT模組104，用以在開關(guān)108在預定控制信號Sa’的控制下開啟和閉合時，根據(jù)變壓器匝數(shù)比(turns rat1)將處于相對低的電壓位準的MPP電壓轉(zhuǎn)換至相對高的電壓位準的轉(zhuǎn)換后電壓VTO。當開關(guān)108開啟時，變壓器110的第一側(cè)也開啟。當開關(guān)108閉合時，變壓器110的第一側(cè)通過接地(ground)而連接到電容器106。通過此開啟/閉合機制，開關(guān)108執(zhí)行脈沖寬度調(diào)制(pulse width modulat1n，PWM)，并將能量從變壓器110的第一側(cè)傳送到變壓器110的第二側(cè)。
[0006]整流器112耦接到變壓器110的第二側(cè)，用以將電壓Vto (其通常為AC電壓)轉(zhuǎn)換為DC電壓Vd。。電容器114更使DC電壓Vde平滑化。在開關(guān)116-1和116-2分別在預定控制信號SI’和S2’的控制下交替閉合，以及開關(guān)116-3和116-4分別在預定控制信號S3’和S4’的控制下交替閉合之下，開關(guān)116-1、116-2、116-3以及116-4可操作以產(chǎn)生與電網(wǎng)電壓V#id相等的AC電壓。
[0007]圖2繪示了模擬結(jié)果，模擬結(jié)果包括施加到傳統(tǒng)系統(tǒng)100(圖1)的預定控制信號Sa’、SI’、S2’、S3’以及S4’和上文所述的電壓VTO、Vd。以及V _的波形。每一個預定控制信號Sa’、SI’、S2’、S3’以及S4’中皆有相對高的頻率的周期性脈沖信號?？刂菩盘朣a’、S1’、S2’、S3’以及S4’分別在不同的時序(timings)下接通/切斷開關(guān)108、116-1、116-2、116-3以及116-4。另外，如圖2中所示，電壓Vto為具有相對高的頻率和相對高的電壓位準的AC電壓，且電壓Vde為DC電壓。
[0008]參照圖1和圖2，開關(guān)116-1、116-2、116-3以及116-4分別在預定控制信號SI’、S2’、S3’以及S4’的控制下在相對高的頻率下操作。此外，電容器114在相對高的電壓位準下操作。因此，由于較高的系統(tǒng)損耗(system wear)的緣故，系統(tǒng)100的使用壽命可能會減少。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]依據(jù)本發(fā)明一實施例，提供了一用于從一直流(DC)電壓源轉(zhuǎn)換成一交流電(AC)提供電能給一電網(wǎng)的系統(tǒng)，系統(tǒng)包括:一變壓器，通過受一第一控制信號控制的一第一開關(guān)而耦接到DC電壓源，且根據(jù)一 DC電壓而提供一轉(zhuǎn)換后電壓；一整流器，耦接到變壓器，用以產(chǎn)生轉(zhuǎn)換后電壓的一包絡電壓(envelope voltage);多個開關(guān)，親合到整流器以接收轉(zhuǎn)換后電壓所產(chǎn)生的包絡電壓，分別受多個控制信號控制，且從轉(zhuǎn)換后電壓產(chǎn)生的包絡電壓產(chǎn)生AC ;以及一控制裝置，耦接到第一開關(guān)和多個開關(guān)，且根據(jù)一電網(wǎng)電壓而提供第一控制信號和多個控制信號?？刂蒲b置包括脈沖調(diào)制器、比較器以及模式控制器。脈沖調(diào)制器根據(jù)電網(wǎng)電壓而產(chǎn)生脈沖調(diào)制信號。比較器將電網(wǎng)電壓與轉(zhuǎn)換后電壓的包絡電壓進行比較，并根據(jù)該比較而產(chǎn)生模式控制信號。模式控制器耦接到脈沖調(diào)制器和比較器。模式控制器根據(jù)模式控制信號而產(chǎn)生該些控制信號。
[0010]可理解的是，前述概括描述和以下詳細描述兩者僅為示范性和解釋性的，不限制發(fā)明申請的保護范圍。
[0011]并入到本發(fā)明中并構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖連同描述一起說明與本
【發(fā)明內(nèi)容】
相一致的實施例，用于闡釋本發(fā)明的原理。
【附圖說明】
[0012]圖1為將單相交流(AC)提供給電網(wǎng)的傳統(tǒng)并網(wǎng)式電氣系統(tǒng)的方塊圖。
[0013]圖2為包括施加到圖1中所說明的傳統(tǒng)并網(wǎng)式電氣系統(tǒng)的預定控制信號的波形和電壓的波形的模擬結(jié)果。
[0014]圖3為依據(jù)本發(fā)明的一實施例，將單相AC提供給電網(wǎng)的并網(wǎng)式電氣系統(tǒng)的方塊圖。
[0015]圖4為依據(jù)本發(fā)明的一實施例，包括由控制裝置提供的控制信號的波形，以及電壓的波形的模擬結(jié)果。
[0016]圖5為依據(jù)本發(fā)明的一實施例，將三相AC提供給電網(wǎng)的并網(wǎng)式電氣系統(tǒng)的方塊圖。
[0017]圖6為依據(jù)本發(fā)明的一實施例，包括由控制裝置提供的控制信號的波形，以及電壓的波形的模擬結(jié)果。
[0018]附圖標記說明
[0019]100:傳統(tǒng)并網(wǎng)式電氣系統(tǒng)
[0020]101:電網(wǎng)
[0021]102:光伏陣列
[0022]104:最大功率點跟蹤模組
[0023]106:第一電容器
[0024]108:第一開關(guān)
[0025]110:變壓器
[0026]112:整流器
[0027]114:第二電容器
[0028]116-1:開關(guān)
[0029]116-2:開關(guān)
[0030]116-3:開關(guān)
[0031]116-4:開關(guān)
[0032]300:并網(wǎng)式電氣系統(tǒng)
[0033]301:電網(wǎng)
[0034]302:直流電壓源
[0035]304:電容器
[0036]306:第一開關(guān)
[0037]308:變壓器
[0038]310:整流器
[0039]312-1:開關(guān)
[0040]312-2:開關(guān)
[0041]312-3:開關(guān)
[0042]312-4:開關(guān)
[0043]320:控制裝置
[0044]322:輸入功率感測器
[0045]324輸出功率感測器
[0046]326:第一脈沖調(diào)制器
[0047]328:第二脈沖調(diào)制器
[0048]330:第一比較器
[0049]332:第二比較器
[0050]334:模式控制器
[0051]336:包絡提取器
[0052]338:可變增益放大器
[0053]500:并網(wǎng)式電氣系統(tǒng)
[0054]501:電網(wǎng)
[0055]502:直流電壓源
[0056]504:電容器
[0057]506:第一開關(guān)
[0058]508:變壓器
[0059]510:整流器
[0060]512-1:開關(guān)
[0061]512-2:開關(guān)
[0062]512-3:開關(guān)
[0063]512-4:開關(guān)
[0064]512-5:開關(guān)
[0065]512-6:開關(guān)
[0066]520:控制裝置
[0067]522:輸入功率感測器
[0068]524輸出功率感測器
[0069]526:第一脈沖調(diào)制器
[0070]528:第二脈沖調(diào)制器
[0071]530:第一比較器
[0072]532:第二比較器
[0073]534:模式控制器
[0074]536:包絡提取器
[0075]538:可變增益放大器
【具體實施方式】
[0076]接下來將會以實施方式的描寫配合附圖來說明本發(fā)明的實施范例。以下的描述引用的元件符號，除非另外說明，否則不同附圖出現(xiàn)相同的元件符號將視為相同或相似的元件。以下的實施方式的描寫僅是范例，不代表所有本發(fā)明的應用。有少數(shù)的范例會在專利請求范圍中說明。
[0077]圖3為依據(jù)本發(fā)明一實施例，將單相交流電(AC)提供給輸出單相AC電壓(此后稱為電網(wǎng)電