[发明专利]用于管理替代能量源与存储设备之间的功率流的方法和装置

说明书

公开了一种有效捕获和利用替代能量源的最大发电容量的系统。在替代能量源与负载之间提供了第一功率转换器。第一功率转换器被选择为使得该功率转换器的容量小于替代能量源的发电容量。第二功率转换器被选择为使得第二转换器的容量至少等于替代能量源和第一功率转换器的容量之间的差。提供电池以存储由替代能量源产生的附加能量，并且第二功率转换器连接在替代能量源的输出与电池之间。利用从第一功率转换器输出的功率来控制第二功率转换器的运行。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年12月31日提交的并且名称为“Method and Apparatus forManaging Power Flow Between an Alternate Energy Source and a Storage Device”的美国临时申请序列号62/273,592的优先权，该美国临时申请的全部内容通过引用并入本文。

本发明的背景

本文公开的主题涉及用于管理替代能量源与存储设备之间的功率流的系统。更具体地说，第一功率转换器连接在替代能量源的输出与负载之间，第二功率转换器连接在替代能量源的输出与存储设备之间，并且功率转换器的操作被控制以向负载提供一致且可预测的功率。

如本领域的技术人员所知，替代能量源通常具有可变的发电容量(powergeneration capacity，功率产生容量、功率产生能力)并产生具有可变幅度和/或频率的电压。例如，光伏(PV)阵列产生幅度随着入射到PV板上的光变化的DC电压和电流。由于太阳的角度在空中变化，或者由于云在太阳与PV板之间经过，入射到PV板上的光的量和强度发生变化，从而改变由PV板产生的能量。类似地，风力涡轮机根据经过风力涡轮机的叶片的风速而旋转。因此，由旋转叶片驱动的交流发电机根据风速产生具有可变频率和/或幅度的电压。

期望将由替代能量源产生的可变电压转换成幅度和/或频率保持大体恒定或保持在可接受的变化范围内的电压，以便将该电压提供给负载或提供回公用电力网。历史上，已知的是在替代能量源的输出与负载或公用电网之间提供第一功率转换器，以便将由替代能量源产生的可变功率转换为可提供给负载或公用电力网的恒定功率。

由于能量产生的可变性质，可能会存在替代能量源产生的能量比连接到系统的负载所需的能量多的时段。期望提供能量储存装置来捕获在这些时段期间产生的能量。随后可以在发电容量小于负载所需的能量的时段期间将在过剩的(excess，超额的、过量的)发电容量的时段期间存储的能量提供给负载。历史上，已经提供了第二台功率转换器来调节去往和来自能量存储设备的能量传递。在过剩的能量产生的时段期间，当功率传递到能量存储设备时，能量存储设备和功率转换器作为替代能量源的负载运行。与其他负载类似，期望将功率转换器连接到递送恒定电压的能量源。因此，第二功率转换器通常连接在第一功率转换器的输出处。

如本领域所理解的，第一功率转换器可以利用最大功率点跟踪(MPPT)例程来控制从替代能量源到负载的功率传递。MPPT例程控制能量从替代能量源传递到负载的速率，并且，顾名思义，其根据所产生的功率的量保持第一功率转换器运行在其中第一功率转换器以最大效率传递功率的点。

然而，在MPPT例程下的第一功率转换器的运行不一定导致从替代能量源传递的最大功率可用。由于功率转换设备的尺寸和成本随着设备的功率额定值(power rating，额定功率)的增加而增加，并且由于替代能源产生源可能无法经常以其峰值容量发电，因此提供能够传递替代能源在以其峰值发电容量运行时所产生的全部能量的功率转换器可能不具成本效益。提供能够传递由替代能量源可能输出的峰值能量的功率转换器将导致该功率转换器经常以低于其额定容量运行。功率转换器的这种过剩的容量导致更昂贵的功率转换器，这也需要更多的安装空间。因此，在替代能量源的输出与额定值小于替代能量源的峰值容量的负载之间提供功率转换器可能更为经济。安装功率转换器所需的成本和尺寸可以减小，同时允许功率转换器更经常地以其额定容量运行。