本發(fā)明專利技術提供用來從發(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)包括實質上將來自發(fā)電裝置的DC輸出電力轉換成高頻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電壓轉換成實質上呈正弦曲線的高頻電壓或電流；以及把實質上呈正弦曲線的高頻AC電壓或電流轉換成(i)DC電壓或電流和(ii)實質上呈正弦曲線的低頻AC電壓或電流；其中把實質上呈正弦曲線的高頻AC電壓或電流與DC電壓或電流或實質上呈正弦曲線的低頻AC電壓或電流隔離。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術】
這項專利技術涉及用來轉換從發(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。
技術介紹
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)的轉換器。發(fā)電裝置包括，舉例來說，光電(PV)電池、燃料電池和風力渦輪機。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電池或風力渦輪機之間的配合不當，對于發(fā)電的風車，獨立的控制和電力提取是每個發(fā)電裝置·所需要的。這需要將獨立的轉換器用于每個發(fā)電裝置。這可以被稱為微逆變器技術。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，因此在轉換器輸出端瞬時功率的振蕩如果在輸入中反映則導致輸入操作點偏離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，這轉變?yōu)樘崛”瓤傻玫淖畲蠊β实偷钠骄β省＿@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電池轉換器應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電池末端將包含導致偏離最佳點的振蕩。電路的能量儲備可能供應振蕩的功率并減少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。依照拓撲，儲存能量的位置可能是不同的。舉例來說，就單級拓撲而言，能量儲存可能是在PV電池末端實現(xiàn)的。就多級拓撲而言，當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撲把這樣的配置用于電源解耦。為了減少所需的輸入電容器的數(shù)量，可能與在文獻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換器的尺寸和重量。此外，因為DC總線電壓非常高，在各轉換器級的開關上應力非常高，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。
技術實現(xiàn)思路
在此描述的是連同發(fā)電裝置一起使用的電力轉換器，其中包括接收來自發(fā)電裝置的實質上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電壓轉換成實質上呈正弦曲線的AC電壓或電流的第二裝置；接收實質上呈正弦曲線的AC電壓或電流的隔離變壓器；把來自變壓器的實質上呈正弦曲線的高頻AC電壓或電流轉換成(i)實質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)頻率有關的頻率下用實質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電壓進行比較控制第一裝置中的開關的操作的控制器。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)電裝置的實質上的DC的輸出電力轉換成高頻AC電壓；把該高頻AC電壓轉換成實質上呈正弦曲線的高頻電壓或電流；以及把該實質上呈正弦曲線的高頻AC電壓或電流轉換成(i)DC電壓或電流，和(ii)實質上呈正弦曲線的低頻AC電壓或電流；其中實質上呈正弦曲線的高頻AC電壓或電流是與DC電壓或電流或實質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)頻率有關頻率下用實質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。該方法可能包括把發(fā)電裝置的輸出電壓與基準電壓作比較將發(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電壓轉換成實質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。附圖說明為了較好地理解本專利技術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)所示電路為基礎模擬的零電壓切換的曲本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：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(專利權)人：金斯頓女王大學，
類型：
國別省市：
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