具有AC輸出的電力轉(zhuǎn)換電路制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及具有AC輸出的電力轉(zhuǎn)換電路。其公開了一種電力轉(zhuǎn)換電路、供電系統(tǒng)、電力轉(zhuǎn)換單元以及用于操作電力轉(zhuǎn)換電路的方法。電力轉(zhuǎn)換電路包括：輸出端（11、12）；多個(gè)轉(zhuǎn)換單元（2），其各自包括被配置為與DC電源（3）耦接的輸入端（21、22），以及用于提供AC輸出電壓（v2）和AC輸出電流（i1）的輸出端（23、24），多個(gè)轉(zhuǎn)換單元（2）在電力轉(zhuǎn)換電路的輸出端（11、12）之間串聯(lián)連接，其中，至少一個(gè)轉(zhuǎn)換單元（2）被配置為檢測(cè)其AC輸出電壓（v2）和其AC輸出電流（i1），以及被配置為調(diào)節(jié)AC輸出電流（i1）的生成，使得AC輸出電流（i1）和AC輸出電壓（v2）之間的相位差呈現(xiàn)給定的設(shè)定值。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)的實(shí)施方式涉及一種電力轉(zhuǎn)換電路、具有電力轉(zhuǎn)換電路的供電系統(tǒng)、以及用于操作電力轉(zhuǎn)換電路的方法。
技術(shù)介紹
隨著對(duì)可持續(xù)能源生產(chǎn)的越來越多的興趣，存在對(duì)使用光伏組件來生產(chǎn)電力的關(guān)注。光伏(PV)組件包括多個(gè)光伏(PV)電池，這些光伏電池也被稱為太陽(yáng)能電池。由于一個(gè)電池的輸出電壓相對(duì)很低，所以PV組件通常包括具有多個(gè)串聯(lián)連接的太陽(yáng)能電池(諸如串聯(lián)連接的50至100個(gè)之前的電池)的電池串，或甚至幾個(gè)并聯(lián)連接的這樣的電池串。PV組件提供DC供電電壓，而電網(wǎng)(諸如國(guó)家電網(wǎng))具有AC供電電壓。為向電網(wǎng)提供由PV組件提供的能量，因此有必要將PV組件的DC電壓轉(zhuǎn)換為與電網(wǎng)的AC供電電壓一致的AC電壓。用于將PV組件的DC電壓轉(zhuǎn)換為電網(wǎng)AC電壓的第一方法包括串聯(lián)連接幾個(gè)PV組件，以獲得比電網(wǎng)AC電壓的峰值電壓高的DC電壓，并利用DC/AC轉(zhuǎn)換器將DC電壓轉(zhuǎn)換為AC電壓。DC電壓的幅值通常在200V與1000V之間。然而，高DC電壓在電弧生成方面至關(guān)重要。根據(jù)第二方法，配置了多個(gè)DC/AC轉(zhuǎn)換器，其中，這些轉(zhuǎn)換器中的每一個(gè)連接至PV組件。單個(gè)轉(zhuǎn)換器具有并聯(lián)連接的AC電壓輸出，且這些轉(zhuǎn)換器中的每一個(gè)利用太陽(yáng)能電池串提供的DC電壓生成與電網(wǎng)AC供電電壓一致的AC電壓。由一個(gè)PV組件提供的DC電壓通常具有20V與100V之間范圍的幅值，這取決于在一個(gè)組件內(nèi)串聯(lián)連接的電池?cái)?shù)量以及取決于用于實(shí)施太陽(yáng)能電池的技術(shù)，而電網(wǎng)AC電壓的峰值電壓約為155V或325V (根據(jù)國(guó)家)。然而，由于輸入與輸出電壓之間的很大差異，這些轉(zhuǎn)換器在效率方面存在不足。根據(jù)另一方法，幾個(gè)DC/AC轉(zhuǎn)換器串聯(lián)連接，其中，這些轉(zhuǎn)換器中的每一個(gè)從PV組件接收DC供電電壓。在該系統(tǒng)中，采用中心控制單元來同步多級(jí)切換模式(multi-levelswitching pattern)下的每個(gè)DC/AC轉(zhuǎn)換器。該系統(tǒng)需要對(duì)所有單獨(dú)單元進(jìn)行恒定的同步控制。本專利技術(shù)的基本問題是提供一種電力轉(zhuǎn)換電路和能夠有效地將相對(duì)很低的DC供電電壓變換為與電網(wǎng)電壓一致的AC供電電壓的供電系統(tǒng)，提供一種適于在該電力轉(zhuǎn)換電路和該供電系統(tǒng)中實(shí)施的電力轉(zhuǎn)換單元，以及提供一種用于驅(qū)動(dòng)電力轉(zhuǎn)換電路的方法。利用權(quán)利要求I所述的電力轉(zhuǎn)換電路、權(quán)利要求12所述的供電系統(tǒng)、權(quán)利要求17所述的電力轉(zhuǎn)換單元、以及權(quán)利要求20所述的方法來解決該問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的第一方面涉及一種電力轉(zhuǎn)換電路。該電力轉(zhuǎn)換電路包括輸出端和多個(gè)轉(zhuǎn)換單元，每個(gè)轉(zhuǎn)換單元包括輸入端，其被配置為與DC電源耦接；以及輸出端，其用于提供AC輸出電壓和AC輸出電流。多個(gè)轉(zhuǎn)換單元在電力轉(zhuǎn)換電路的輸出端之間串聯(lián)連接。至少一個(gè)轉(zhuǎn)換單元被配置為檢測(cè)其AC輸出電壓和其AC輸出電流，且被配置為調(diào)節(jié)AC輸出電流的生成，使得AC輸出電壓與AC輸出電流之間的相位差相當(dāng)于給定的設(shè)定值。本專利技術(shù)的第二方面涉及一種供電系統(tǒng)。該供電系統(tǒng)包括輸出端和多個(gè)轉(zhuǎn)換單元，每個(gè)轉(zhuǎn)換單元包括輸入端，其被配置為與DC電源耦接；以及輸出端，其用于提供AC輸出電壓和AC輸出電流。多個(gè)轉(zhuǎn)換單元在電力轉(zhuǎn)換電路的輸出端之間串聯(lián)連接。該供電系統(tǒng)還包括多個(gè)DC電壓源，其中，每個(gè)DC電壓源與一個(gè)轉(zhuǎn)換單元的輸入端耦接。此外，至少一個(gè)轉(zhuǎn)換單元被配置為檢測(cè)其AC輸出電壓和其AC輸出電流，且被配置為調(diào)節(jié)AC輸出電流的生成，使得AC輸出電壓與AC輸出電流之間的相位差相當(dāng)于給定的設(shè)定值。本專利技術(shù)的第三方面涉及一種電力轉(zhuǎn)換單元。該電力轉(zhuǎn)換單元包括輸入端，其被配置為與DC電源耦接；以及輸出端，其用于提供AC輸出電壓和AC輸出電流。該轉(zhuǎn)換單元被配置為檢測(cè)其AC輸出電壓和其AC輸出電流，且被配置為調(diào)節(jié)AC輸出電流的生成，使得AC輸出電壓與AC輸出電流之間的相位差相當(dāng)于給定的設(shè)定值。 本專利技術(shù)的第四方面涉及一種用于操作電力轉(zhuǎn)換電路的方法，該電力轉(zhuǎn)換電路包括輸出端和多個(gè)轉(zhuǎn)換單元，每個(gè)轉(zhuǎn)換單元包括輸入端，其被配置為與DC電源耦接；以及輸出端，其用于提供AC輸出電壓和AC輸出電流，其中，多個(gè)轉(zhuǎn)換單元在電力轉(zhuǎn)換電路的輸出端之間串聯(lián)連接。該方法包括檢測(cè)至少一個(gè)轉(zhuǎn)換單元的AC輸出電壓和AC輸出電流，以及調(diào)節(jié)AC輸出電流的生成，使得AC輸出電壓與AC輸出電流之間的相位差最小化。附圖說明現(xiàn)將參照附圖來說明實(shí)例。附圖用于說明基本原理，因此僅說明了理解基本原理所需的方面。附圖未按比例繪制。在附圖中，相同附圖標(biāo)記表示類似信號(hào)和電路部件。圖I示意性示出了包括串聯(lián)連接的多個(gè)DC/AC轉(zhuǎn)換單元的電力轉(zhuǎn)換電路；圖2包括圖2A至圖2C，圖2示出了光伏陣列的不同實(shí)施方式，每個(gè)光伏陣列包括至少一個(gè)太陽(yáng)能電池；圖3示出了說明包括DC/AC轉(zhuǎn)換器及控制電路的一個(gè)DC/AC轉(zhuǎn)換單元的第一實(shí)施方式的框圖；圖4詳細(xì)示出了圖3的DC/AC轉(zhuǎn)換器的實(shí)施方式；圖5包括圖5A和圖5B，圖5示出了可用于圖4的DC/AC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)的不同實(shí)施方式；圖6示出了一個(gè)DC/AC轉(zhuǎn)換單元的控制電路的第一實(shí)施方式；圖7詳細(xì)示出了圖6的控制電路的第一支路；圖8詳細(xì)示出了圖6的控制電路的第二支路；圖9示出了說明包括DC/DC轉(zhuǎn)換器、最大功率點(diǎn)跟蹤器、DC/AC轉(zhuǎn)換器以及控制電路的一個(gè)DC/AC轉(zhuǎn)換單元的第二實(shí)施方式的框圖；圖10示出了 DC/DC轉(zhuǎn)換器的第一實(shí)施方式；圖11示意性示出了圖10的DC/DC轉(zhuǎn)換器的控制電路；圖12示出了 DC/DC轉(zhuǎn)換器的第二實(shí)施方式；圖13示出了控制電路的另一實(shí)施方式；圖14示出了 DC/AC轉(zhuǎn)換單元的另一實(shí)施方式；圖15示出了說明圖13的DC/AC轉(zhuǎn)換單元的工作原理的時(shí)序圖；圖16示出了在圖13的DC/AC轉(zhuǎn)換單元中實(shí)施的控制器的實(shí)施方式；圖17示出了電力轉(zhuǎn)換電路的另一實(shí)施方式；圖18示出了圖16的電力轉(zhuǎn)換電路的一個(gè)DC/AC電力轉(zhuǎn)換單元的控制電路的實(shí)施方式；圖19示出了圖16的電力轉(zhuǎn)換電路的連接電路的實(shí)施方式。具體實(shí)施方式 下文將在具體環(huán)境中，即在將多個(gè)光伏陣列提供的電力或電壓轉(zhuǎn)換為AC電壓(具體地，AC電網(wǎng)供電電壓)的環(huán)境中，說明本專利技術(shù)的實(shí)施方式。然而，這僅是一個(gè)實(shí)例，本專利技術(shù)的實(shí)施方式可在需要將DC電壓轉(zhuǎn)換為AC電壓的廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域中實(shí)施。可使用任何類型的DC電源(諸如燃料電池)來替代光伏陣列。甚至可以在一種應(yīng)用中采用不同類型的DC電源，諸如光伏陣列和燃料電池。圖I示出了用于將n個(gè)DC輸入電壓V3i、V32、…、V3n轉(zhuǎn)換為一個(gè)AC輸出電壓Vl的電力轉(zhuǎn)換電路4的第一實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)注意，在這種遍及附圖的連接中，DC電壓和電流將使用大寫字母“V”和“I”來表示，而AC電壓和電流將使用小寫字母“v”和“i”來表示。該電力轉(zhuǎn)換電路包括n個(gè)轉(zhuǎn)換單元2p22、…、2n。這些轉(zhuǎn)換單元中的每一個(gè)包括輸入端21p22: ;212、222 ;和21n、22n，它們被配置為與DC電源3^32、…、3n耦接。圖I中，除具有轉(zhuǎn)換單元2”22、…、2 的電力轉(zhuǎn)換電路I之外，還示出了 DC電源3p32、…、3n。這些DC電源3工、32、…、3 與電力轉(zhuǎn)換電路I 一起構(gòu)成AC供電系統(tǒng)或AC電流供應(yīng)系統(tǒng)。在圖I所示實(shí)施方式中，DC電源3p32、…、3 作為光伏(PV)組件而被實(shí)施。然而，采用PV組件作為DC電源僅是一個(gè)實(shí)例。也可使用任何其他類型的DC電源，諸如包括燃料電池的電源。甚本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種電力轉(zhuǎn)換電路，包括：輸出端（11、12）；多個(gè)轉(zhuǎn)換單元（2），其各自包括被配置為與DC電源（3）耦接的輸入端（21、22），以及用于提供AC輸出電壓（v2）和AC輸出電流（i1）的輸出端（23、24），所述多個(gè)轉(zhuǎn)換單元（2）在所述電力轉(zhuǎn)換電路的所述輸出端（11、12）之間串聯(lián)連接，其中，所述轉(zhuǎn)換單元（2）中的至少一個(gè)被配置為檢測(cè)它的AC輸出電壓（v2）和它的AC輸出電流（i1），以及被配置為調(diào)節(jié)所述AC輸出電流（i1）的生成，使得所述AC輸出電流（i1）與所述AC輸出電壓（v2）之間的相位差呈現(xiàn)給定的設(shè)定值。

【技術(shù)特征摘要】
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：菲利佩·安德倫，羅蘭·布倫德林格爾，熱拉爾德·德博伊，費(fèi)利克斯·萊福斯，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：英飛凌科技股份有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：