[發(fā)明專利]帶有功率控制的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980155811.6
• 申請日: 2009-12-18
• 公開（公告）號: CN102301578A
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: R·D·巴滕;T·T·利;V·迪湯姆馬索;R·奈克納威爾;T·S·菲澤
• 申請（專利權(quán)）人: 阿祖雷科技有限公司
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48;H02J3/38
• 代理公司: 北京北翔知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11285
• 代理人: 楊勇;鄭建暉

相關(guān)申請的相互參引

本申請是于2008年12月20日提交的序列號為12/340,715的美國專利申請的部分繼續(xù)，所述美國專利申請通過引用方式納入本文。本申請要求于2009年2月2日提交的序列號為61/149,305的美國臨時(shí)專利申請的優(yōu)先權(quán)，所述美國臨時(shí)專利申請通過引用方式納入本文。

背景技術(shù)

功率轉(zhuǎn)換器用于將電功率從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式，例如將直流(DC)功率轉(zhuǎn)換為交流(AC)功率。功率轉(zhuǎn)換器的一種重要應(yīng)用是將來自能量源(例如太陽能板、電池、燃料電池等)的功率傳遞至配電系統(tǒng)(例如本地電網(wǎng)和區(qū)域電網(wǎng))。大多數(shù)電網(wǎng)運(yùn)行在50或60周期每秒(赫茲或Hz)的線路(或干線)頻率的AC電流上。AC電網(wǎng)中的功率以脈動方式(pulsating?manner)流動，其中功率峰值出現(xiàn)的頻率為線路頻率的兩倍，即100Hz或120Hz。相反，許多能量源以平穩(wěn)的方式供應(yīng)DC功率。因而，用于將功率從DC源傳遞至AC電網(wǎng)的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)通常包括某種形式的能量存儲，以使平穩(wěn)的輸入功率與脈動的輸出功率相平衡。

參考圖1能夠更好地理解上述內(nèi)容，圖1示出了DC功率源與60HzAC負(fù)載之間的失配(mismatch)。從該DC源可得的功率的最大量被示為恒定值。相反，必須被傳遞至該AC負(fù)載的功率的量每8.33毫秒(ms)發(fā)生一次從零至最大值然后回落至最小值的波動。在時(shí)間T1內(nèi)，從該DC源可得的功率超過該AC負(fù)載要求的瞬時(shí)功率。然而，在時(shí)間T2內(nèi)，從該DC源可得的最大功率小于該負(fù)載要求的瞬時(shí)功率。因而，為了有效地將功率從該DC源傳遞至該AC負(fù)載，該功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)必須在時(shí)間T1內(nèi)存儲來自該功率源的過剩能量(被示為陰影區(qū)域S)，并且在時(shí)間T2內(nèi)將所存儲的能量(被示為陰影區(qū)域D)釋放至該負(fù)載。

用于功率轉(zhuǎn)換器的能量存儲器件(energy?storage?device)往往昂貴、體積大、不可靠且低效。這些因素一直是大規(guī)模采用以DC功率形式發(fā)電的替代能源(例如太陽能電池和燃料電池)的障礙。它們也一直是為計(jì)算機(jī)、住宅、學(xué)校、企業(yè)等大規(guī)模采用備用功率系統(tǒng)的障礙。

對于太陽能系統(tǒng)，這些成本和可靠性因素一直尤為關(guān)鍵。太陽能板制造商已經(jīng)將其產(chǎn)品的可靠性提高到了普遍20年的保證期。然而，功率轉(zhuǎn)換器制造商尚不能提供與太陽能板相媲美的保證期。

附圖說明

圖1示出了功率轉(zhuǎn)換器中的DC功率源與60Hz?AC負(fù)載之間的失配。

圖2示出了用于將來自光伏(PV)板的DC功率轉(zhuǎn)換為AC功率的一個(gè)傳統(tǒng)系統(tǒng)。

圖3示出了PV板中的功率損失與紋波電壓的關(guān)系。

圖4示出了電容器的成本與電容的關(guān)系。

圖5示出了一個(gè)PV功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的工作。

圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一些創(chuàng)新原理的具有恒定功率控制的一個(gè)功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的工作。

圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一些創(chuàng)新原理的具有恒定功率控制的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案。

圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的一些創(chuàng)新原理的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的另一實(shí)施方案。

圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的一些創(chuàng)新原理的具有恒定功率控制的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的另一實(shí)施方案。

圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的一些創(chuàng)新原理的用于實(shí)現(xiàn)恒定功率控制的控制器的一個(gè)實(shí)施方案。

圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的一些創(chuàng)新原理的功率轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案。

圖12是根據(jù)本發(fā)明的一些創(chuàng)新原理的適于實(shí)現(xiàn)圖11的逆變器系統(tǒng)的主功率路徑(main?power?path)的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖。

圖13至圖16示出了根據(jù)本發(fā)明的一些創(chuàng)新原理的PV板的一些實(shí)施方案。

圖17示出了來自半橋型DC/AC逆變器的瞬時(shí)電壓需求與從DC鏈路電容器可得的電壓——其保持在固定電壓——的比較。

圖18示出了來自半橋型DC/AC逆變器的瞬時(shí)電壓需求與從DC鏈路電容器可得的電壓——其因根據(jù)本發(fā)明的一些創(chuàng)新原理的恒定功率控制特征而具有大的AC電壓擺動——的比較。

圖19示出了根據(jù)本發(fā)明的一些創(chuàng)新原理的具有諧波失真緩解(harmonic?distortion?mitigation)的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案。

圖20示出了根據(jù)本發(fā)明的一些創(chuàng)新原理的失真緩解系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案。

圖21示出了根據(jù)本發(fā)明的一些創(chuàng)新原理的失真緩解系統(tǒng)的另一實(shí)施方案，其中示出了一些示例性實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。

圖22示出了根據(jù)本發(fā)明的一些創(chuàng)新原理的具有諧波失真緩解的控制器的另一實(shí)施方案。