[發明專利]利用單個變壓器在獨立功率端口之間的功率傳遞

無效

• 申請號: 201110315128.3
• 申請日: 2011-10-17
• 公開（公告）號: CN102457197A
• 公開（公告）日: 2012-05-16
• 發明（設計）人: I·A·納尼亞;C·納尼亞
• 申請（專利權）人: 電力集成公司
• 主分類號: H02M7/00
• 分類號: H02M7/00;H02M7/797;H02M3/335
• 代理公司: 北京北翔知識產權代理有限公司 11285
• 代理人: 楊勇;鄭建暉

技術領域

本發明總體涉及功率端口，更具體地涉及多個功率端口之間的功率傳遞。

背景技術

功率輸送系統通常向多個位置以及從多個位置傳遞功率。這樣的示例系統是太陽能輸送系統和汽車功率處理系統。太陽能輸送系統的一個實例是用于家庭消費的太陽能輸送系統。光伏(PV)電池將來自所接收的太陽光的能量轉變為電能。然后所述功率輸送系統將該電能傳遞至家中的各個位置。功率可從PV電池(PV?cell)傳遞至用于功率存儲的蓄電池(battery)。此外，功率可被轉換為用于常規壁式插座的高壓ac，以向電子設備供電。通常，電流系統使用至少兩個獨立的設備，它們用于在太陽能輸送系統中傳遞功率。一個設備——其被稱為最大功率點跟蹤器(MPPT)——將功率從PV電池傳遞至蓄電池。MPPT是一種dc至dc功率轉換器，其從所述PV電池中提取最佳功率。所述太陽能輸送系統還利用另一設備，即功率逆變器(inverter)，其將來自所述蓄電池的能量轉換為用于電網的高壓ac。功率逆變器是一種dc至ac功率轉換器，并且通常也是雙向功率轉換器。

所述功率逆變器可具有多個高壓ac或dc輸出和輸入，它們每個可具有一個不同的相位、幅度和/或頻率(50Hz、60Hz、100Hz，單相、雙相(slit-phase)或三相(tri-phase))。所述功率逆變器在內部對于每個高壓隔離ac輸出使用獨個變壓器。上面提及的MPPT也在內部使用能量傳遞元件，例如電感器或變壓器。對于一個典型的具有PV電池、獨個蓄電池和獨個高壓ac輸出的太陽能輸送系統，將使用兩個分立的產品，每個產品都具有它自己的變壓器。此外，對于所述功率逆變器的每個附加的(additional)輸出，將使用另一個變壓器。兩個分立的產品增加了附加的成本，并且導致所述功率輸送系統的尺寸和重量更大。附加的變壓器也使所述功率輸送系統增加了附加的成本、尺寸和重量。

其他人已經試圖將MPPT、多個功率逆變器或其他功率轉換系統組合為具有單個能量傳遞元件——例如變壓器——的單個產品，以降低設備的成本和尺寸。具有向多個位置以及從多個位置傳遞能量的單個能量傳遞元件的功率輸送系統在此被稱作多功率端口轉換(MPPC)。然而，針對功率輸送系統實施MPPC具有許多挑戰和阻礙，比如，針對連接至所述單個能量傳遞元件的不同位置實施控制環(control?loops)。例如，具有3個位置(也稱為端口)的在第一位置和第二位置之間傳遞功率的一個MPPC系統將需要考慮該功率傳遞對第三位置的影響，因為這些位置共享通過所述能量傳遞元件的共同路徑。這樣，控制著去往或來自所述第三位置的功率的控制信號將偏置(offset)所述第一位置和所述第二位置之間的功率傳遞的作用。對于所述第一位置和所述第三位置之間的功率傳遞以及對所述第二位置的作用，也是如此。這樣，當更多個功率端口被連接至該能量傳遞元件時，針對每個個體(individual)功率端口的控制技術可以變得非常復雜。這樣，由于針對每個端口形成的復雜控制環，可連接至該能量傳遞元件的功率端口的數目是有限的。因此，一個典型的MPPC系統限于不多于三個功率端口。

發明內容

本發明的一個方面提供了一種用于在多個功率端口之間傳遞功率的功率輸送網絡，所述功率輸送網絡包括：

能量傳遞元件，其具有第一繞組、第二繞組和第三繞組，其中第一功率轉換器待被連接以在第一功率端口和所述第一繞組之間傳遞功率，并且其中第二功率轉換器待被連接以在所述第二繞組和第二功率端口之間傳遞功率；

主功率端口，其待被連接至dc電壓；以及

主端口接口，其被連接在所述主功率端口和所述第三繞組之間，以循環地反轉所述dc電壓，并且以固定占空比向所述第三繞組提供循環地反轉的電壓，其中所述第一功率轉換器獨立于所述第二繞組和所述第二功率端口之間的功率傳遞來控制所述第一功率端口和所述第一繞組之間的功率傳遞，并且其中所述主功率端口的有效阻抗小于所述第一功率端口的有效阻抗且小于所述第二功率端口的有效阻抗。

在一個實施方案中，所述主功率端口是雙向功率端口，并且其中所述主功率端口被連接以從所述第三繞組接收功率并向所述第三繞組傳遞功率。

在一個實施方案中，所述主端口接口包括橋，所述橋具有連接在所述主功率端口和所述第三繞組之間的多個開關，以響應于主控制信號來循環地反轉所述dc電壓，其中所述主控制信號具有所述固定占空比。

在一個實施方案中，所述能量傳遞元件包括單個磁芯，并且其中所述第一繞組、所述第二繞組以及所述第三繞組經由所述單個磁芯相互磁連接。