[发明专利]带有功率控制的能量转换系统

说明书

相关申请的相互参引

本申请是于2008年12月20日提交的序列号为12/340,715的美国专利申请的部分继续，所述美国专利申请通过引用方式纳入本文。本申请要求于2009年2月2日提交的序列号为61/149,305的美国临时专利申请的优先权，所述美国临时专利申请通过引用方式纳入本文。

背景技术

功率转换器用于将电功率从一种形式转换为另一种形式，例如将直流(DC)功率转换为交流(AC)功率。功率转换器的一种重要应用是将来自能量源(例如太阳能板、电池、燃料电池等)的功率传递至配电系统(例如本地电网和区域电网)。大多数电网运行在50或60周期每秒(赫兹或Hz)的线路(或干线)频率的AC电流上。AC电网中的功率以脉动方式(pulsating manner)流动，其中功率峰值出现的频率为线路频率的两倍，即100Hz或120Hz。相反，许多能量源以平稳的方式供应DC功率。因而，用于将功率从DC源传递至AC电网的功率转换系统通常包括某种形式的能量存储，以使平稳的输入功率与脉动的输出功率相平衡。

参考图1能够更好地理解上述内容，图1示出了DC功率源与60HzAC负载之间的失配(mismatch)。从该DC源可得的功率的最大量被示为恒定值。相反，必须被传递至该AC负载的功率的量每8.33毫秒(ms)发生一次从零至最大值然后回落至最小值的波动。在时间T1内，从该DC源可得的功率超过该AC负载要求的瞬时功率。然而，在时间T2内，从该DC源可得的最大功率小于该负载要求的瞬时功率。因而，为了有效地将功率从该DC源传递至该AC负载，该功率转换系统必须在时间T1内存储来自该功率源的过剩能量(被示为阴影区域S)，并且在时间T2内将所存储的能量(被示为阴影区域D)释放至该负载。

用于功率转换器的能量存储器件(energy storage device)往往昂贵、体积大、不可靠且低效。这些因素一直是大规模采用以DC功率形式发电的替代能源(例如太阳能电池和燃料电池)的障碍。它们也一直是为计算机、住宅、学校、企业等大规模采用备用功率系统的障碍。

对于太阳能系统，这些成本和可靠性因素一直尤为关键。太阳能板制造商已经将其产品的可靠性提高到了普遍20年的保证期。然而，功率转换器制造商尚不能提供与太阳能板相媲美的保证期。

附图说明

图1示出了功率转换器中的DC功率源与60Hz AC负载之间的失配。

图2示出了用于将来自光伏(PV)板的DC功率转换为AC功率的一个传统系统。

图3示出了PV板中的功率损失与纹波电压的关系。

图4示出了电容器的成本与电容的关系。

图5示出了一个PV功率转换系统的工作。

图6示出了根据本发明的一些创新原理的具有恒定功率控制的一个功率转换系统的工作。

图7示出了根据本发明的一些创新原理的具有恒定功率控制的功率转换系统的一个实施方案。

图8示出了根据本发明的一些创新原理的功率转换系统的另一实施方案。

图9示出了根据本发明的一些创新原理的具有恒定功率控制的功率转换系统的另一实施方案。

图10示出了根据本发明的一些创新原理的用于实现恒定功率控制的控制器的一个实施方案。

图11示出了根据本发明的一些创新原理的功率转换器系统的一个实施方案。

图12是根据本发明的一些创新原理的适于实现图11的逆变器系统的主功率路径(main power path)的一个实施方案的示意图。

图13至图16示出了根据本发明的一些创新原理的PV板的一些实施方案。

图17示出了来自半桥型DC/AC逆变器的瞬时电压需求与从DC链路电容器可得的电压——其保持在固定电压——的比较。

图18示出了来自半桥型DC/AC逆变器的瞬时电压需求与从DC链路电容器可得的电压——其因根据本发明的一些创新原理的恒定功率控制特征而具有大的AC电压摆动——的比较。

图19示出了根据本发明的一些创新原理的具有谐波失真缓解(harmonic distortion mitigation)的功率转换系统的一个实施方案。

图20示出了根据本发明的一些创新原理的失真缓解系统的一个实施方案。

图21示出了根据本发明的一些创新原理的失真缓解系统的另一实施方案，其中示出了一些示例性实现细节。

图22示出了根据本发明的一些创新原理的具有谐波失真缓解的控制器的另一实施方案。