[发明专利]利用在直流电源的分布式电能收集系统

说明书

一种集成直流电源电能的系统和方法。每种电源都与一个变换器偶联。每种变换器将通过监测和保持最大电流值的方式将输入电能转换成输出的电能。事实上，所有输入电能转换成输出电能时，是通过转换装置输出电压的变化来控制。各个转换装置相互串联。另一逆变器与串联的转换装置并联，将从变换器中输入到逆变器中的电流转换成交流电输出。逆变器可通过改变变换器输出的串联电流数量来控制输入逆变器中的电流电压。串联电流和变换开关的输出电量决定各变换器的输出电压。

相关申请对照索引

本申请权项对以下美国临时申请专利具有优先权：题为《分布式太阳能电池帆板的监测、管理与维护》(序列号60/868,851，2006年12月6日提交)、题为《分布式电源分布式电能收集系统》(序号60/868,893，2006年12月6日提交)、题为《化学独立电池控制的系统、方法与装置》(序号60/868,962，2006年12月7日)、题为《分布式电源电能收集系统和方法》(序号60/908,095，2007年3月26日)、题为《自直流电源收集电能》(序号60/916,815，2007年5月9日提交)。上述专利的整个内容通过参考纳入本专利申请中。而且，本专利申请与普通美国专利申请序号为11/950,224，2007年12月4日提交的题为《采用直流电源分布式电能收集系统的电流旁路》、专利申请序号为11/950,271、2007年12月4日提交的题为《采用直流电分布式电能收集系统》、专利申请序号为11/950,307，2007年12月4日提交的题为《利用直流电分布式电能收集系统的方法》，这些专利申请的整个内容也通过参考纳入本申请之中。

技术领域

本发明的领域通常与分布式直流电源发电有关，更为特别的是与串联安装的分布式直流电源的管理有关。

背景技术

近来，人们对可再生能源的兴趣日益增加导致了分布式能源生成系统的研究也增多，比如光电池(PV)、燃料电池、化学电池(例如，用于混合动力汽车的电池)等等。现已提出各种拓扑学理论将这些电源连接到负载上，并考虑各种参数，比如电压/电流条件、操作条件、可靠性、安全性、成本等等。例如，大多数这种电源输出的电压较低(一般一块电池只有几伏或串联的电池只有几十伏)，如此许多这样的电池需要串联以实现所需要的操作电压。而反之，串联不能提供所要求的电流，所以几组串联的电池需要并联提供所需的电流。

另外，众所周知的是靠这些电源发电取决于生产、操作和环境等方面的条件。例如，在生产过程中的各种冲突可能导致两个相同的电源具有不同的电能输出特点。类似地，两个相同的电源可能对操作和/环境条件产生不同的反应，比如负载、温度等。实际装配中，不同电源也可能遇到不同的环境条件，比如太阳能装置的一些帆板可能暴露于整个阳光之中，而其他可能被遮挡，因此输出的电量不同。多电池装置中，其中的一些电池可能不同程度老化，因此也会导致输出的电量不同。当这些问题和本发明所提供的解决方案适用于分布式电源系统时，以下讨论则转向太阳能，以便通过具体例子更好地被理解。

传统太阳能发电系统10的装置如图1中所示。由于每个太阳能帆板101提供的电压较低，几块帆板串联形成一串帆板103。对于大型装置，要求更高电流时，几串103可以并联组成一个完整的系统10。太阳能帆板安装在户外，它们导线连接成一个最大功率点跟踪(MPPT)模块107和一个逆变器104。MPPT107一般作为逆变器104的组成部分。从直流电源收集的电能输送到逆变器104，由其将波动的直流(DC)电转换成一定电压和频率的交流(AC)电，通常是110V或220V，60Hz或220V，50Hz(有趣的是，在美国许多逆变器首先产生220V电压，然后在配电箱中再分成两个110V输出端口)。逆变器104输出的交流电然后可能用于使电器设备运转或输入供电网络。此外，该装置还可以不与电网连接，从逆变器输出的电能可以直接输入到转换和充电/放电电路，以储存过剩电能，如给电池充电。若与电池相连，逆变阶段可以忽略，MPPT阶段107输出的直流电可以直接供给充电/放电电路。