CN102270850A - 太阳能光伏*** - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种光伏功率发生***，该***包括：至少两块光伏板，每一块光伏板具有DC功率输出；功率调节单元，其具有DC功率输入和AC干线电源功率输出，用于提供AC干线供电；其中所述至少两块光伏板的所述DC功率输出彼此并联连接至所述功率调节单元的所述DC功率输入；其中所述功率调节单元包括具有耦合至所述DC功率输入的输入以及具有耦合至所述功率调节单元的DC链接的输出的DC至DC转换器、具有耦合至所述DC链接的输入以及具有耦合至所述AC干线电源输出的输出的DC至AC转换器、以及耦合至所述DC链接的储能电容器；以及其中所述功率调节单元配置以响应于流入所述DC功率输入的功率水平而执行最大功率点追踪(MPPT)，并且其中在所述DC链接处感测流入所述DC功率输入的所述功率水平。

Description

太阳能光伏***
技术领域
本发明涉及使用最大功率点追踪(MPPT)产生光伏功率的改进技术。
发明背景
涉及太阳能转换器和MPPT的背景技术，大体上可以在如下文献中找到：EP0780750A；JP2000020150A；US2005/0068012；JP05003678A；GB2415841A；EP0947905A；WO2006/011071；EP1,235,339A；WO2004/006342；DE10064039A；US2005/030772；WO96/07130；US6,657,419；US2004/117676；US2006/232220；WO2004/001942；GB2419968A；US7,319,313；US7,450,401；US7,414,870；US7,064,967；P.T. Kerin和R.S.Balog的技术论文“Cost-Effective Hundred-YearLife for Single-Phase Inverters and Rectifiers in Solar and LED Lighting ApplicationsBased on Minimum CapACitance Requirements and a Ripple Power Port”：US2009/0097283；C.Rodriguez和G.A.J.Amaratunga在2008年的IEEE Trans IE的55(7)第2593页的“Long-Lifetime Power Inverter for Photovoltaic AC Modules”；以及US2008/097655。
我们已经描述了用于太阳能转换器的最大功率点追踪(MPPT)的改进技术(参见我们于2010年3月19日提交的英国专利申请号No.1004621.7以及2010年5月27日提交的US 12/789,154。已经认可的是，这些技术有助于可行地使用新的太阳能光伏***构造。
发明内容
因而，根据本发明第一方面，提供了一种光伏功率产生***，该***包括：至少两块光伏板，每一块光伏板具有DC功率输出；功率调节单元，其具有DC功率输入和AC干线电源功率输出，用于提供AC干线供电；其中所述至少两块光伏板的所述DC功率输出彼此并联连接至所述功率调节单元的所述DC功率输入；其中所述功率调节单元包括具有耦合至所述DC功率输入的输入以及具有耦合至所述功率调节单元的DC链接的输出的DC至DC转换器、具有耦合至所述DC链接的输入以及具有耦合至所述AC干线电源输出的输出的DC至AC转换器、以及耦合至所述DC链接的储能电容器；其中所述功率调节单元配置以响应于流入所述DC功率输入的功率水平而执行最大功率点追踪(MPPT)，并且其中在所述DC链接处感测流入所述DC功率输入的所述功率水平。
在一个相关方面，本发明提供了一种光伏功率产生***，该***包括：至少两块光伏板，每一块光伏板具有DC功率输出；功率调节单元，其具有DC功率输入和AC干线电源功率输出，用于提供AC干线供电；其中所述至少两块光伏板的所述DC功率输出彼此并联连接至所述功率调节单元的所述DC功率输入；其中所述功率调节单元包括用于存储来自所述光伏板的能量的储能电容器，以及具有耦合至所述储能电容器的DC输入、以及耦合至所述AC干线电源输出的AC输出的DC至AC转换器；其中所述功率调节单元包括控制器，该控制器耦合以控制所述DC至AC转换器以执行最大功率点追踪(MPPT)；其中所述控制器具有感测输入，其耦合至所述储能电容器，以响应于流入所述功率调节单元的所述DC功率输入的功率水平而在所述该储能电容器处感测信号，其中所述控制器被配置以通过响应于在所述储能电容器处感测得的流入所述功率调节单元的所述DC输入的所述功率水平，控制所述DC至AC转换器以控制注入所述AC干线电源的功率，而执行所述MPPT。
广泛地说，发明者已经认识到，通过在DC链接上使用储能电容器，并且通过基于在该链接处感测得的功率流而执行最大功率点追踪(MPPT)，可以采用两块或多块并联连接(即正极对正极连接，而负极对负极连接)的太阳能光伏板，而仍然实现从板对(或更多)中几乎获得最优功率：试验已经示出，根据本发明的实施例，对于一对并联的板而言，在对于每块板分别进行MPPT和组合的MPPT追踪之间的性能差别通常仅在1％的数量级，甚至在阴影效应等等存在的时候。
本发明实施例的其他优点是，由于通常仅需要转换器的相对小的扩容(up-rating)，例如通过增加储能电容器的值约30％，对于高达约350瓦的AC功率输出而高达比如36μF，几乎使每瓦的近似AC干线功率产生成本减半。而且一般地，使用更大的输入功率，功率调节单元(转换器)运行会更有效，这部分由于内部电路所需的功率的固定制造费用(这对于微转换器尤为显著)。鉴于此，从两块或多块并联的板中提供输入，趋向于在不清楚的状况下维持输入功率平均，举例而言，维持转换器处于更有效的运行模式。
在一些优选实施例中，功率调节单元追踪MPPT，而无需从板直接测量DC电压或电流—在实施例中作为替代地，在DC链接感测电压(而非电流)，储能电容器连接至所述DC链接。在一些实施例中，如下文更详细所述的，控制器感测该链接处的脉动电压的水平，以感测流过DC链接的中间功率流，在不存在损耗的情况下，其测量从光伏板流至功率调节单元的组合DC输入功率流。在实施例中，控制器控制DC至AC转换器以最大化脉动电压以及因而该中间功率流，从而最大化来自该对太阳能光伏板的组合DC输入功率。在优选实施例中，将基本上幅度基本固定的DC至DC转换器连接在功率调节单元的输入和DC链接之间，以提供基本上固定的放大因子，将板的输入DC电压增加至中间DC电压，通常大于100伏、200伏、300伏、400伏或500伏。
对于一些构造，通过如上所述在DC链接处感测，即使未执行MPPT，采用两块或多块并联板也是有利的。这尤其是对于微转换器，其是专用于一块或一少部分PV板的转换器。
因而，在本发明又一方面，提供了一种光伏功率产生***，该***包括：至少两块光伏板，每块光伏板具有DC功率输出；功率调节单元，其具有DC功率输入以及用于提供AC干线电源的AC干线电源输出；其中所述至少两块光伏板的所述DC功率输出彼此并联，连接至所述功率调节单元的所述DC功率输入；其中所述功率调节单元包括DC至DC转换器，以及位于所述功率调节单元的所述DC功率输入和所述DC至DC转换器的输入之间的DC链接，其中所述DC至AC转换器具有耦合至所述AC干线电源输出的输出，并且其中所述功率调节单元还包括耦合至所述DC链接的储能电容器；其中所述储能电容器是非电解电容；并且其中所述功率调节单元被配置以响应于流入所述DC功率输入的功率水平，而执行最大功率点追踪(MPPT)。
由于成分值随着功率变化的方式，上述功率调节***的实施例可以提供产生每瓦特功率的有效成本的节省。尤其地，由于储能电容器位于DC链接处，还可以采用相对较小的非电解电容(同样参见我们的WO2007/080429，所述文献在此引入作为参考)。在DC链接处具有储能电容，即使当两块或多块PV板并联时，所需的能量存储仍然较低。而且，即使MPPT不是最优化的，由于微转换器可以物理地定位靠近其连接至的PV板，仍然可以减少连接电缆上的压降(这非常重要)，并且这有助于减轻MPPT中的任何不足。
上述***的一些优选实施例采用控制器以控制注入AC干线的AC电流幅度，从而其基本上是线性地，取决于或正比于储能电容上的脉动电压的正弦成分的幅度(干线频率的两倍)。更特别地，通过控制DC至AC转换器，控制注入干线的AC电流，并且在一些优选实施例中，相同的控制器执行MPPT，通过感测储能电容上的电压，而控制注入的电流。可能地，可以采用无变压器功率控制单元(转换器)，但是在优选实施例中，功率调节单元在前端包括DC至DC转换器，如前所述。对于其中基于感测得DC链接处的脉动电压水平而控制注入AC干线的电流的实施例，使用位于功率调节单元的DC输入和DC链接之间的DC至DC转换器，提供了便捷的方式，以在功率调节单元的DC输入处不存在脉动电压时允许在储能电容上存在脉动电压。
在相关方面中，本发明提供了从多块光伏板产生AC干线电源的方法，该方法包括：将来自所述光伏板的DC功率输出并联连接至功率调节单元的输入；使用所述功率调节单元、使用所述电源而将所述DC功率流转换成所述AC干线电源，其中所述转换包括将DC功率单元的所述输入流转换成耦合至储能电容的所述功率调节单元的DC链接处的DC功率中间流，并且将DC功率的所述中间流转换成所述干线电流；并且基本上追踪DC功率的所述公共输入流的最大功率点。
如前所述，在通过感测中间功率流而非在功率调节单元的前端采用MPPT追踪的实施例中，本发明的实施例基本上最大化了来自并联连接的太阳能光伏板的对(或更多)的组合DC输入功率流。
本发明还提供了用于从多块光伏板产生AC干线电源的***，该***包括：用于将来自所述光伏板的DC功率输出并联连接至功率调节单元的输入以提供DC功率的公共流的装置；用于使用所述功率调节单元将所述DC功率流转换至成所述AC干线电源的装置，其中所述转换包括将DC功率的所述输入流转换成耦合至储能电容的所述功率调节单元的DC链接上的DC功率中间流；用于将DC功率的所述中间流转换成所述AC干线电源的装置；以及用于追踪基本上DC功率的所述公共输入流的最大功率点的装置。
在上述***的实施例中，优选地，一块光伏板直接地并联连接到另一块光伏板，其不具有中间串联板。板的并联连接可以在功率调节单元内部或外部。然而可能的是，虽然比较不优选地，可以串联连接两对光伏板，而后并联连接板对。然而，这比较不优选，因为如果一块板显著地被遮蔽或者出现故障而导致电压漂移，MPPT不能正确运行。
如前所述，我们描述的技术的实施例尤为适于所谓的微转换器。微转换器可以定义为额定功率适于连接至少于10块或少于5块板的转换器和/或DC输入电压小于AC干线的峰峰电压的一半、更通常小于100伏特DC或小于60伏特DC的转换器。
***的优选实施例提供了单相AC，而我们描述的技术不局限于用于单相AC干线电源，并且还可以应用于提供三相AC干线电源的光伏功率产生***。在后者的情况下，优选采用每个相位一个DC至AC转换器。
最大功率点追踪
为了帮助理解本发明实施例的运行，现在我们将首先以广义术语、而后用详细术语描述用于上述太阳能光伏***构造的MPPT的优选实施方式。
因此，以广义的术语而言，用于从DC能源提供功率至AC干线电源输出的具有最大功率点追踪(MPPT)的优选功率调节单元，包括：输入，用于从所述DC能源接收功率；输出，用于将AC功率递送至所述AC干线电源；储能电容，用于存储来自所述DC能源的能量，用于递送至所述AC干线电源输出；DC至AC转换器，耦合至所述输出，用于将存储在所述储能电容中的能量转换成用于所述AC干线电源输出的AC功率；功率注入控制模块，具有耦合至所述储能电容的感测输入，并且具有耦合至所述DC至AC转换器的输出，以控制所述DC至AC转换器以控制注入所述AC干线电源的功率；并且其中所述功率注入控制模块配置以追踪所述DC能源的最大功率点，而无需测量从所述DC能源提供的DC电压或DC电流。
在实施例中，储能电容上的电压具有正弦电压成分(AC干线频率的两倍)，而功率注入控制模块配置以控制提供至AC干线电源输出的AC电流的幅度，从而传输至输出的功率量取决于储能电容上的正弦电压成分的幅度。在实施例中，已传输的平均能量线性地取决于、更特别地为正比于正弦电压成分的平方值。在实施例中，正弦电压成分叠加在DC链接电压上(输入至DC-至-AC转换器)，并且该链接电压相对较高，例如小于200、300、400或500伏。在这样的实施例中，已传输的平均功率正比于平方的峰值(最大)电容电压和平方的谷值(最小)电容电压之间的差(但是作为选择地，功率调节单元可以设置从而平均起来，在储能电容上为零DC电压。在实施例中，传输至AC干线电源输出的瞬时功率取决于或正比于储能电容上的电压的瞬时值。
因而，我们还描述也具有最大功率点追踪(MPPT)的功率调节单元，用于将功率从DC能源递送至AC干线电源输出，该功率调节单元包括：输入，用于从所述DC能源接收功率；输出，用于将AC功率递送至所述AC干线电源；储能电容，用于存储来自所述DC能源的能量，用于递送至所述AC干线电源输出；DC至AC转换器，耦合至所述输出，用于将存储在所述储能电容中的能量转换成用于所述AC干线电源输出的AC功率；功率注入控制模块，具有耦合至所述储能电容的感测输入，并且具有耦合至所述DC至AC转换器的输出，以控制所述DC至AC转换器以控制注入所述AC干线电源的功率；并且其中，在操作中，所述储能电容上的电压具有所述AC干线的频率两倍的正弦电压成分；其中所述功率注入控制模块配置以控制提供至所述AC干线电源输出的AC电流的幅度，从而传输至所述AC干线电源输出的功率量取决于所述储能电容上的所述正弦电压成分的幅度，并且其中所述功率注入控制模块配置以通过控制所述DC至AC转换器而追踪所述DC能源的最大功率点。
在上述功率调节单元中，从DC能源流至储能电容的能量基本上正比于储能电容中的能量改变量(这将在下文进一步解释)。而且，从储能电容提取并且提供至AC干线输出的能量的量，由功率注入控制模块进行控制，从而递送至AC干线电源的AC功率量取决于存储在储能电容中的能量的量。在这种设置中，功率设置控制模块由此能够通过控制DC至AC转换器而控制递送至AC干线电源的AC功率而追踪DC能源的最大功率点，而无需在功率调节单元的前端使用MPP追踪，其通常包括DC至DC转换器。以广义的术语而言，在第一种情况下，功率注入回路从DC能源获得功率，并且将其递送至储能电容。在第二种情况下，功率注入回路从储能电容获取能量，并且将其递送至AC输出。将AC功率递送至输出的需求在储能电容上形成正弦电压成分，并且这是该控制回路的固有部分；通常在操作中，储能电容上的(通常为DC)电压的该波动正弦部分具有至少10伏特、20伏特、30伏特、40伏特、50伏特、60伏特或100伏特的峰值幅度。该正弦电压成分的峰值幅度取决于注入AC干线输出的电流。
如果在功率控制单元的DC输入端将实施MPPT，例如借助于位于前端DC至DC转换器的控制回路，MPPT追踪算法将基本上在DC输入电压上施加波动度至功率调节单元，以便于DC能源的运作点能够改变，因而以确定最大功率运作点。操作点根据储能电容中的能量改变而自动调整。相反地，在实施例中，我们采用了“提取”设置，其中功率在要求时有效地从DC能源流至储能电容，该要求受控于第二功率注入控制回路。
更详细地，DC链接上的波动度，尤其是波动幅度，是从DC输入提取的功率量的有效测量。如果波动减少了，这意味着从DC输入提供了较少的功率，并且广义而言，功率注入控制模块随后通过减少注入输电网(grid)的电流，也就是说通过调整功率注入而响应。在实施例中，通过调整输出DC至AC转换器的转换速度调节电流。当***追踪最大功率点时，如果来自DC输入的功率减少，那么波动减少，并且向下调节转换器的转换速度，以将更少地电流注入输电网中。这将操作点带回至最大功率点，并且使得DC能源提供的功率量与已注入输电网的功率量平衡。控制模块随后周期性地增加功率注入模块的转换速度，以便于增加流入输电网的电流量。其效果是在由DC源提供的能量的量大于正获得的量时，增加波动，并且因而控制回路有效地运作以使得波动以及因此已收获的能量最大化。根据典型的I-V特征曲线(参见图9，稍后)，这对应于最大功率点附近的伺服，尤其是沿着特征曲线移动，在减少电流和增加电压的(正如刚才提及的范例)的方向或者朝向最大功率点增加电流和减少电压的方向。
在实施例中，功率注入控制模块产生注入干线的AC电流模板。尤其，该模板包括与输电网干线同相位的正弦或半正弦电压，并且该模板的幅度根据测得的DC链接脉动电压而调整，更特别地，根据其先前是否上升或下降。因而，该模板信号的幅度响应于储能电容/DC链接上的脉动电压。取决于测得的已注入输电网干线的AC电流和该模板之间的差别的错误信号被用于控制功率注入控制模块的转换速度。在实施例中，如果模板幅度大于已经注入AC干线的电流的幅度，错误信号用于增加转换速度。这样以来，注入的电流被控制以便于使储能电容/DC链接的波动最大化。
如前所述，在一些优选实施方式中，使用在储能电容/DC链接处的波动幅度，以有效地测量从DC源(光伏板)提供的功率。然而原则上，可以采用其他技术以测量储能电容/DC链接处、从DC能源提供的功率。例如，不存在损耗的情况下，可以假设电源提供的功率，由电压和流过DC链接而向DC至AC转换器提供输入的电流的乘积所给出。但是，由于我们的功率调节单元的优选实施方式具有正比于输入功率(假设输入和输出功率基本上相同)的波动，测量波动是获得所需功率信息的有利技术。
因而我们描述在用于将功率从DC能源递送至AC干线电源输出的功率调节单元中进行最大功率点追踪(MPPT)的相关方法，该功率调节单元包括储能电容，用于存储来自所述DC能源的能量，用于递送至所述AC干线电源输出，该方法包括：通过控制DC至AC转换器将存储在所述储能电容中的能量转换成用于所述AC干线电源输出的AC功率，而追踪所述DC能源的最大功率点；在耦合至所述储能电容的电流节点处，感测响应于从所述DC能源获得的功率水平的信号；并且控制所述DC-至-AC转换器，以调整AC输出的幅度，以基本上最大化所述已感测信号。
在实施例中，测得储能电容/DC链接上的信号，并且用于获得控制(模板)信号，其幅度取决于从DC能源获得的功率水平，尤其取决于该已感测得的功率水平的改变。随后，基于已感测得的AC电流和该控制信号之间的差别，控制DC至AC转换器的转换速度，尤其当控制信号(模板)大于已感测得的AC电流信号时，增加输出转换器的转换速度，反之亦然。
优选地，在DC功率输入和AC干线输出之间包括DC电压放大级，该级具有基本上恒定的放大因子——即其不受执行MPPT的控制回路而改变，但是在实施例中，恒定的放大因子可例如根据运作环境而被选择。在实施例中，可以提供电压放大控制模块，但不是为了提供可变电压放大控制回路，而是有效地作用为电源开关，以打开或关闭功率从输入流至DC-至-DC转换器的通路。可选地，取决于电压放大级的实施方式，电压放大控制模块可以提供(基本上恒定的占空因素)脉冲宽度调节控制信号至DC电压放大器。
上述类型的设置有助于DC输入和AC干线电源输出之间的绝缘，因为可以执行MPPT追踪，而无需直接连接至DC输入，用于测量来自DC能源的电压和/或电流。
在一个范例实施方式中，DC至AC转换器可以包括降压级(buck stage)转换器，或者作为选择地，例如可以采用与一对电源开关设备和输出电感组合的“伸展桥”(“unfolding bridge”)，如在我们的US7626834中所述(在此全文引入作为参考)。在实施例中，功率注入控制模块可以被配置以感测(DC链接)储能电容上的电压，使其按比例减小，并且将其乘以(合适相位的)正弦波，以创建模板信号，用于与从输电网干线获得的已感测信号比较，以便于控制DC至AC转换器的输出电流。在实施例中，无需执行DC电流感测。在实施例中，功率调节单元可以包括抗孤立功能，例如如我们的共同未决美国申请10/555803(WO2004/100348)中所述(在此全文引入作为参考)。在一些优选实施例中，储能电容是非电解电容，例如薄膜、聚酯或聚丙烯电容；电容可以具有小于50μF、40μF、30μF、20μF或10μF的值。
我们还描述一种在用于将功率从DC能源递送至AC干线电源输出的功率调节单元中的最大功率点追踪(MPPT)的方法，该功率调节单元包括储能电容，用于存储来自所述DC能源的能量，用于递送至所述AC干线电源输出，该方法包括：通过控制DC至AC转换器将存储在所述储能电容汇总的能量转换成用于所述AC干线电源输入的AC功率，而追踪所述DC能源的最大功率点，其中执行所述追踪，而无需测量从所述DC能源提供的DC电压或DC电流。
我们还描述了一种在用于将功率从DC能源递送至AC干线电源输出的功率调节单元中的最大功率点追踪(MPPT)的方法，该功率调节单元包括储能电容，用于存储来自所述DC能源的能量，用于递送至所述AC干线电源输出，其中在操作中，所述储能电容上的电压具有所述AC干线的两倍频率的正弦电压成分，该方法包括：控制提供至AC干线电源输出的AC电流的幅度，从而传输至所述AC干线电源输出的功率量取决于所述储能电容上所述正弦电压成分的幅度，其中，通过控制DC至AC转换器将存储在所述储能电容汇总的能量转换成用于所述AC干线电源输入的AC功率而执行所述控制，并且通过控制所述DC至AC转换器而追踪所述DC源的最大功率点。
广义而言，在这些方法的实施例中，改变(DC链接)储能电容上的电压波动正弦成分会改变来自DC能源的输入处的电压，并且迫使电流(来自DC能源)跟随电压而改变，以符合DC能源的电流-电压特征曲线。如果从DC链接获得功率，并且提供至AC干线输出，储能电容上的DC电压下降，并且DC输入电压随之下降(反之亦然)。因而，在方法实施例中，可以采用(仅)感测储能电容上的电压，以控制功率调节单元处的电流和电压。
可以使用用于控制处理器以实施这些方法的处理器控制代码实施这些方法，代码可以存储在诸如非易失存贮器的载体上。
附图说明
现在将仅作为范例参考随附附图进一步描述本发明的这些和其他方面，其中：
图1示出了根据本发明一个实施例的适于实施MPPT追踪***的范例功率调节单元。
图2示出了图1中合适的功率调节单元的细节。
图3示出了图1的功率调节单元中的DC电容电压。
图4示出了图1的功率调节单元中的控制模块A。
图5示出了本领域中已知的光伏板阵列的范例特征曲线。
图6示出了图1的功率调节单元中的控制模块B。
图7示出了用于图1的功率调节单元的控制模块A和B的范例的细节。
图8示出了用于图1的功率调节单元的输出和输入功率。
图9示出了指示最大输出功率点的位置(X)的光伏板的范例输出电流-电压特征曲线。
图10示出了根据本发明一个实施例的包括MPPT追踪***的光伏功率调节单元的范例DC输入部分的结构图。
图11示出了根据本发明一个实施例的包括MPPT追踪***的光伏功率调节单元的范例AC输出部分的结构图。
图12示出了根据本发明一个实施例的包括MPPT追踪***的光伏功率调节单元的范例DC输入部分的电路图。
图13示出了根据本发明一个实施例的包括MPPT追踪***的光伏功率调节单元的范例AC输出部分的细节。
图14示出了根据本发明一个实施例的包括MPPT追踪***的光伏功率调节单元的DC链接电容电压上的电压，示出了电压的正弦成分。
图15示出了根据本发明一个实施例的具有最大功率点追踪的功率调节单元的功率注入控制模块的范例控制程序。
图16a和16b示出了根据本发明实施例的太阳能光伏功率产生***构造的第一和第二范例。
图17示出了光伏板的一组输出电流-电压特征曲线，指示在变化的情况下最大输出功率操作点的位置(X)的改变。
图18a和18b分别示出了PV板的范例内部电路以及太阳能光伏功率产生***的又一较不优选构造。
图19示出了根据本发明一个实施例的太阳能光伏功率产生***的三相位实例。
具体实施方式
功率调节单元
我们首先描述光伏功率调节单元的实例，在其实施例中，可以有利地采用我们所述的MPPT(最大功率点追踪)技术。
因而，我们将首先描述一种控制直流电电源的方法，尤其是一种控制使用功率电子转换器而将输入功率调节成提供至干线的交流电电力的直流电源的方法。这种功率电子转换器包括多块转换级，以及采取电容形式的储能器。所述方法允许使用长寿命的聚酯或聚丙烯电容，而非短寿命的电解电容。该方法使用两种控制算法：一种算法控制从电源提取的功率，其将提供至储能器；而另一算法控制将功率从储能器传输至电力干线。
在一种设置中，提供了一种功率调节单元，用于将功率从DC能源递送至AC干线电源输出，该功率调节单元包括：功率调节单元输入，用于从所述DC能源接收功率；功率调节单元输出用于递送AC功率；储能电容器；DC至DC转换器，其具有耦合至所述功率调节单元输入的输入连接以及耦合至所述功率调节单元输出的输出连接；DC至AC转换器，其具有耦合至所述储能电容器的输入连接和耦合到所述功率调节单元输出的输出连接；其中所述储能电容为非电解电容；以及其中所述功率调节单元包括两块控制模块，第一功率提取控制模块用于控制所述DC至DC转换器以控制从所述DC能源提取并且提供至所述储能电容的功率，而第二功率注入控制模块用于控制所述DC至AC转换器以控制从所述储能电容注入所述AC干线电源的功率；并且其中所述功率提取控制模块具有输入，其耦合至所述功率调节单元输入，用于从所述DC能源接收功率，并且还具有输出以控制所述DC-至-DC转换器，并且所述功率提取控制模块配置以调节所述DC能源上的电压，以控制从所述DC能源提取至所述储能电容的功率。
AC干线电源输出可以连接至万用输电网，从而功率调节单元将功率递送至输电网内，或者其可以是独立的电源输出，用于将功率提供至电气设备。
DC至AC转换器可以配置以将基本上正弦的电流或电压递送至AC干线电源输出，而不考虑储能电容上的电压。这可以通过将递送至电源输出的电流或电压基本上维持在参考正弦电流或电压而实现。这可以包括响应于来自储能电容的电压或电流或递送至电源输出的电流或电压，而控制DC至AC转换器中的晶体管。
储能电容可以包括非电解电容，诸如薄膜型电容(例如聚酯或聚丙烯)。电容值可以直接正比于最大功率传输能力，即装置的额定功率。该值可以低于具有相同额定功率的常规功率调节单元中的电容值。例如，小于20微法拉，小于15微法拉，小于10微法拉，小于5微法拉或者非电解电容可实现的另一数据。
我们还将描述一种DC至DC转换器，用于将功率从DC能源递送至DC输出，该转换器配置以维持DC能源上的电压基本上在一定范围的输出电压上恒定，转换器包括用于从所述DC能源接收功率的输入、用于递送DC功率的输出、用于将功率从输入传输至输出的至少一个功率设备、用于感测所述输入上电压的感测电路，以及用于响应于所述感测而驱动所述至少一个功率设备以控制所述功率传输的驱动电路。
我们还将描述一种用于将功率从DC能源递送至AC输出的转换器，该转换器配置以在一定范围的DC能源电压上维持基本上正弦的输出电压或电流，该转换器包括用于从所述DC能源接收功率的输入、用于递送DC功率的输出、用于将功率从输入传输至输出的至少一个功率设备、耦合至所述输入的低通滤波器、用于感测来自低通滤波器的输出并且与参考值比较的感测电路，以及用于响应于所述感测以驱动所述至少一个功率设备以控制所述功率传输的驱动电路。
我们还将描述一种用于将功率从DC能源递送至AC干线电源输出的功率调节单元，其中功率调节单元的链接电容并联连接在所述功率调节单元的DC至DC转换器的输出以及所述功率调节单元的DC至AC转换器的输入之间，其并非电解电容。
我们还将描述一种控制功率调节单元的方法，其用于将功率从DC源递送至AC电力供应，该功率调节包括：用于连接DC能源的输入；用于连接电力供应的输出；第一DC至DC功率转换级，用于对DC能源进行电压调节；第二功率转换级，用于将功率注入AC电力供应；以及DC链接储能电容，用于从DC能源至电力供应进行能量缓冲；其中该方法包括控制所述第二功率转换级以控制提供至所述AC电力供应的AC电流的幅度，从而传输至所述AC干线电源输出的功率量取决于所述储能电容行DC电压的波动正弦成分的峰值幅度。
因而，范例功率调节单元使用一种用于控制将功率从DC能源传输至电力干线供电的***，所述DC能源诸如太阳能电池板、燃料电池、DC风力涡轮机等，并且尤其允许用长寿命聚酯或聚丙烯电容而替换短寿命储能器。
我们描述的能量控制和MPPT技术可以用于如图1中所示的任何功率电子转换器设备1。该装置1包括三个主要元件：功率转换器级A3、一个储能电容Cdc4以及一个功率转换器级B 5。装置1具有连接至直流(DC)源的多块输入，诸如包括串联和/或并联连接的一个或多块DC源的太阳能或光伏板阵列2。装置1还连接至电力供应6，从而将从DC源1提取的能量传输进入干线6。
功率转换器级A 3可以具有不同类型：其可以是下降转换器，其中使用一些功率电子拓扑而降低输入处的电压；其可以是上升转换器，其中使用不同类型的功率电子电路而放大输入电压；或者其可以同时放大和衰减输入电压。此外，其可以借助于变压器或已耦合的电感，而提供电绝缘。无论哪种情况，输入电压的电子调节应当使得电容上Cdc4的电压始终维持高于输电网电压6的幅度。此外，该模块包含一个或多块晶体管、电感和电容。通过脉冲宽度调制(PWM)发生器而驱动晶体管。PWM信号具有可变的占空比，即打开时间可关于信号的周期而改变。占空比的这一个改变有效地控制了传输通过功率转换器级A3的功率量。
功率转换器级B 5将电流注入电力供应6。因而，拓扑利用一些装置以控制从电容Cdc4流入干线6的电流。电路拓扑可以是电压源转换器或电流源转换器。
图2示出了功率调节单元的范例，可以将图1的控制***应用于其中。在图2中，Q1-Q4、D1-D4以及变压器形成了电压放大器；Q9、D5、D6和Lout执行整流；而Q5-Q6构成“伸展”级。控制器A(图1中的7)可以连接至功率转换器级A 21中的晶体管的控制连接(例如门极或基极)，以控制从DC能源20传输功率。该级的输入连接至DC能源，而该级的输出连接至DC链接电容22。该电容存储来自DC能源的能量，用于递送至干线供电24。控制器A可以配置以从DC能源提取基本上恒定的功率，而不考虑Cdc上的DC链接电压VDC。
控制器B(图1中的8)可以连接至功率转换器级B 23中的晶体管的控制连接，以控制将功率传输至干线供电。该级的输入连接至DC链接电容，而该级的输出连接至干线供电。控制器B可以配置以将基本上正弦的电流注入干线供电，而不考虑Cdc上的DC链接电压Vdc。
电容Cdc 4作为用从输入到输出的能量缓冲器。经由功率级A 3将能量提供至电容中，同时经由功率级B 5从电容中提取能量。***提供控制方法，其平衡平均能量传输，并且允许由将AC功率注入干线6而与电容Cdc 4的平均DC电压叠加所产生的电压波动，如图3中所示。附图示出了475V的平均电压，以及峰值幅度30V的100Hz波动。复制幅度取决于从输入(图1中的2)传输至输出6的功率量。振动的幅度可以是100Hz或120Hz，取决于线路电压频率(分别为50Hz或60Hz)。
两块同步且独立的控制模块控制***1：控制模块A 7直接控制功率级A 3，而控制模块B 8直接控制功率级B 5。
控制模块A7具有如图4中所示的构造。其包括加法器31、负比例增益32、PWM发生器33、***设备(plant)34和反馈增益35。该控制模块调节DC源2上的电压。该电压Vin由增益k135测量和调节。随后，使用加法器31减去电压参考值Vref。随后将该误差(vref-k1vin)乘以-k2的因子。产生的信号与误差成负比例。因而，正误差产生驱动信号的相反的减少。将该驱动信号输入至PWM发生器33中，其可以是微控制器或PWM集成电路。该模块产生数字脉冲，其依次驱动等效于***设备34的功率级A 3的晶体管。
控制DC源2电压直接控制传输通过功率级A 3的功率，如图5中参考光伏板阵列所示。
控制模块B 8具有如图6中所示的构造。其具有加法器31、具有周期T的采样保持(SH)模块42、成比例微分补偿器43、***设备44、低通滤波器(LFP)反馈模块45。该控制模块调节电容Cdc4上的平均电压。由于电压VDC包含恒定电压和和波动正弦部分的总和，使用LPF模块45调节信号的大小和过滤信号。这产生了恒定的电压，使用加法器41将其与参考值比较vdc_ref。使用采样保持SH模块42每隔T分钟测量误差。将产生的已采样误差传送至PD补偿器43，PD补偿器43设置经由功率级B 5注入干线6的电流幅度。每隔T秒进行该电流参考幅度Iref的更新，其是线路电压频率的倒数。因而，其对于50或60Hz的线路频率可以分别取值0.02或0.0167秒。这有助于防止电流注入失真。
图7中示出了控制模块A和B的实施方式。两块模块独立运行，但是为了简便起见，共享共同的微控制器。该微控制器执行如图6中关于模块B所示的控制策略。此外，如果输入源是模块A中的光伏板，微控制器可以包括最大功率点追踪控制的一些装置，以便于产生如图4中所使用的参考输入电压。因此，将输入电压和电流以及DC-链接电压经由运算放大器或信号调节模块的设置而馈送入微控制器。
使用采取如图7(51)中所示的运算放大器和相移PWM控制器的形式的模拟电子器件，实施图4中为模块A中所示的控制。如前所述，经由数模转换器(DAC)通过微控制器获得输入电压参考值。在相移PWM控制器内获得成比例的误差，而该误差跟着产生用于级A21的晶体管的PWM信号。
控制器B 52的实施包括电流换能器，其感测经整流的输出电流。使用运算放大器将该信号调节至合适的电压水平，随后将其与参考电流比较。由图6中所示的算法在微控制器中产生参考电流，并且将产生的数码字发送至DAC，以便于获得模拟、瞬时电流参考值。基于周期性改变电流幅度(周期等于输电网电压周期)，以便于避免电流失真。参考值和实际电流之间的比较结果，通过D双稳态多谐振荡器而缓冲，其依次驱动图2中的晶体管Q9。晶体管Q5-Q8形成全桥，其使用与输电网电压同步的模拟电路而切换线路频率。在输电网电压的正半循环期间，晶体管Q5和Q8打开，而在输电网电压的负半循环期间，晶体管Q6和Q7打开。
图8示出了使用前述控制的输出和输入功率。清楚地，瞬时功率输出是叠加至平均正值上的正弦。相反地，输入在线路电压的整个阶段上是恒定的。功率差形成了电容Cdc中吸收的能量不匹配。这有效地显现为电容上的波动，如图3中所示。
MPPT(最大功率点追踪)技术
我们将描述一种方法和***，用于追踪能量发生器的最大功率点以及当耦合至负载时，从这种发生器提取最大能量。在实施例中，方法/***包括两块独立的控制模块。该第一模块控制电压放大级，其与能量发生器接触。能量发生器优选是太阳能模块。在实施例中，第一控制模块并不作用以调节将传输能量的量，而是仅作用作为开关，允许能量流动，或者阻止能量从发生器流动通过放大级，而不考虑其量。电压放大级的输出耦合至储能电容。能量流动因而取决于储能电容中的“空间”量(可以存储的附加能量的量)。第二控制模块是反馈控制循环，其使得储能电容与已耦合的输出负载接触。第二控制模块通过清空储能电容，而调剂将注入负载的功率量。在实施例中专有的是，第二控制模块使用储能电容(存储电容)上的电压波动的水平，以控制从能量发生器获取的功率量以及注入负载的功率量。在实施例中，未利用(测得的)电流值。因而，在实施例中，最大功率点追踪使用两块完全独立的回路，并且使用储能电容的专用变化特征曲线。
一些能量发生器，诸如太阳能光伏电池，具有非线性功率特征曲线，如图9中所示。在附图中，最大功率可在标注为X的点处获得，这显示了最大功率点电流Imp和电压Vmp。优选的是，达到和位置产生最多能量的工作点。我们描述的方法为使用在发生器的输出处测得的电压和电流值，以执行最大功率点追踪。作为代替地，该方法测量DC链接中的电压波动，并且使用测得的值以追踪最大功率点。
参考图10和11，示出了根据本发明一个实施例的，太阳能PV功率调节***1000的一个实施例的输入1002和输出1004级的结构图，其包括用于功率调节单元的DC输入侧的MPPT控制方法。因而，图10示出了能量发生器1010，诸如一个或多块PV板，其以基本上恒定的放大因子(其可以小于等于或大于1，这取决于例如DC输入是否来自于单一PV板或一串已连接的板)对放大级1012馈电。这依次将功率提供至储能器1014中，在实施例中是耦合至处于输入电压放大级和输出电压反向级之间的DC链接的储能电容。控制模块A1016控制电压放大级1012，但是在实施例中，仅将来自能量发生器的功率接通或切断至储能器。在实施例中，控制模块A未提供可变的增益控制，而仅包括固定的频率振荡器。电压反向级1018具有耦合至储能器1014的输入，并且将AC干线输出提供至负载1020，例如经由输电网连接。控制模块B1022经由感测链接1022a(但是在实施例中，未感测该链接上的电流)而监视DC链接上的电压，以及经由感测连接1022b、c(在实施例中连接1022c位于功率调节单元中)而监视进入负载的电流和负载上的电压，并且提供门驱动输出信号1022d，用于控制电压反向(“伸展”)级1018，更特别地，用于控制从储能器获取并且经由输电网提供进入负载的功率。门驱动信号1022d按序地控制功率反向级1018的功率转换器开关(同样参见图2)；这提供了便捷的技术，用于控制该级的开关频率。
在图10中，控制模块A作用作为功率开关，允许功率从能量发生器流至电压放大级(或者有效地接通/切断或接入/接出电压放大级)。还可以设置控制模块A以在过电压和电压不足时关闭来自能量发生器的功率。
电压放大级可以具有固定的放大比，或者可选择或可多路复用的比例，诸如可以由插头变压器所提供。电压放大级可以包括半桥、全桥、推挽式或类似的电压反向级。这种反向级可以包括半导体开关设备，诸如MOSFET。电压反向级可以耦合至变压器，其放大比产生DC链接储能电容中的所需电压，例如400伏特数量级的。变压器的输出耦合至整流级。可以在整流器电桥和DC链接储能电容之间包括电感。
根据输入电压，电压放大级1012可以提供×5至×20范围内的放大，例如对于～35伏特的DC输入电压约为×12，提供约420伏特的DC链接电压。
图12示出了实施我们所述方法的范例输入级1002的更详细的电路图。能量发生器可以是太阳能模块或一组太阳能模块。在该范例中，电压放大级包括半桥，其依次包括两系列开关(MOSFET)Q1和Q2，以及两块系列电容C1和C2，以及变压器TX1。由二极管组成的整流器电桥1013耦合至变压器的输出。整流器电桥自身经由滤波器电感Ld而耦合至DC链接电容Cd。图12中的控制模块产生了恒定的占空比PWM信号，并且因而未实施调制。如果Cd是完整的，如其上的电压所限定，其等于或大于来自二级变压器的已整流输出，那么即使Q1和Q2连续的打开和关闭，没有功率流入Cd。因而，控制模块A未调节从发生器提取的功率量。
图13示出了实施我们所述方法的范例输出级1004的更详细的电路图。参考图13，控制模块B测量了DC链接中的电压波动，其用于调节从能量发生器获得的功率量，并且因而调节注入负载的功率量。优选的负载是万用输电网。在输电网负载的情况下，控制器B经由校准电路(R3和R4的可能电流分压器电路)而测量DC链接电容上的峰值和谷值电压。使用峰值电压Vp和谷值电压Vt的换算值以计算流动通过电容的功率量(如下所述)。在实施例中，电压感测经由整流器连接至控制模块B。
能量存储和DC链接电容值
由于传递入输电网的能量的AC特性以及由太阳能模块产生的功率的电流-电压特征曲线，如果将从太阳能模块获得最大功率，那么能量存储器在PV转换器中是必须的。在我们优选的设计中，能量存储器是DC链接储能电容的代表。传递入输电网的功率量涉及电容中的能量改变，以及因而涉及电容上的电压波动。将能量存储在DC链接上的实施一个优点，是可以允许在电容上有较大的波动。公式1示出了能量改变、电容值和电容上电压之间的关系：
U R = 1 2 C dc ( V P 2 - V T 2 ) - - - ( 1 )
其中VP是电容峰值电压，而VT是电容谷值电压。已传输的功率是每秒的能量改变。图14示出了DC链接电容上的波动(正弦波动)。
因而模块B通过参考(根据)DC链接电压波动而调节注入的电流量，而自动实现了MPPT。
然而，我们已经描述的MPPT追踪技术未限制于在功率调节单元的环境中操作，其从容地允许在DC链接上的AC波动度(以及基于其控制)。因而可能有助的是，在描述该技术实施例的操作之后加以详述。
考虑由光伏电源、DC链接电流Id和电压Vd以及进入输电网干线的输出电流Igrid和电压Vgrid提供至转换器的输入电流I和电压V。由于Vgrid近似恒定，注入输电网干线的功率正比于Igrid。同样地，在无损情况下，输入功率I·V＝Id·Vd，因而Id·Vd在光伏IV特征曲线上确定***运作的点。广义来说，***感测Vd上的波动，其在实施例中(如上所述)是对流动通过DC链接的功率的测量值。更特别地，***控制输出“伸展”级(例如补偿级转换器)，以最大化DC链接电压/储能电容，并且因而还最大化注入AC干线的功率。(本领域技术人员将意识到，其自身上的Vd未提供对DC链接上功率的良好测量值)。
在一个优选实施方式中，控制模块1022产生与输电网同相的半正弦模板电压(幅度在0和3.3伏特之间改变)，用于与已感测得的负载电流1022b的(已整流)版本进行比较。已感测得的负载电压1022c仅用于确定AC干线的相位。根据在储能电容/AC链接上(经由线路1022a)感测得的波动水平，而调整模板的幅度。如果模板幅度大于已感测输电网电流的幅度，那么转换频率增加以将更多的功率注入输电网，反之亦然。因而，广义而言，根据DC链接波动而调整模板的幅度，并且控制输出电流以匹配模板幅度。
现在参考图15，其示出了范例控制程序，用于控制模块B1022。图15是范例；本领域技术人员将意识到可以进行许多改变。
假设程序以转换器的启动为开始，程序首先初始化模板信号的幅度至任意相对低的值，例如在先前0-0.3伏特数值范围上为0.5伏特(步骤S1500)。再次参考图9，在这一点上，来自光伏板的输出电压处于最大值，而输出电流基本上为零；DC链接上的波动水平也基本为零。
该程序确定AC输电网干线电压S1502的相位，并且使半正弦模板与输电网同步化。随后，该程序感测输电网电流S1504，例如通过测定电流感测电阻上的电压；在启动时，这将近似为零。随后程序确定来自模板和已感测输电网电流S1506之间的差值的误差值E，其在启动时(继续前述范例)将为0.5。随后程序基于该误差确定电压反向级1018的转换速度，在一个实例中如果E是正值则增加转换速度，而如果E为负值则降低转换速度。因而在本实例中，在启动时，模板幅度大于已感测得的输电网电流的幅度，从而增加转换速度。这增加了注入AC输电网干线的电流(并且因而功率)，从而DC链接上的波动电压也增加。
在步骤S1510，该程序测试DC链接上的脉动电压，而在步骤S1512，基于该测量值调整模板幅度，尤其是当脉动电压增加时增加幅度，而反之亦然。随后程序返回步骤S1504，以再一次感测注入AC干线的电流。因而，例如，如果误差为正值，模板幅度增加，从而其再一次大于已注入输电网的已感测电流的幅度，并且因而电压反向级的转换速度再一次增加。然而，如果在先改变降低，还降低了已测得的脉动电压(其感测从光伏板获得的电压)、随后降低模板幅度以及因而降低电压反向级的转换速度。这样，控制技术运作以控制输出电压反向级，从而将光伏板基本上维持在其最大输出功率点。
我们已经描述了具有用于光伏板的MPPT的功率调节单元，其中功率注入控制模块具有耦合至DC链接上的储能电容的感测输入，并且控制DC至AC转换器控制已注入的干线功率。功率注入控制模块通过测量DC链接上的信号、其取决于从DC电压获得的功率，而追踪最大功率点，并且因而无需测量来自PV板的DC电压和电流。在实施例中，信号是脉动电压水平，而功率注入控制模块控制器AC电流输出的幅度，从而已经传输至输电网干线的功率量取决于储能电容上的正弦电压成分的幅度。
MPPT追踪技术优选实施在上述通用类型的转换器中。然而，还可以将该技术用于其他类型的转换器，例如如我们的专利US7626834中所述的“四开关”转换器(尤其如果其在前端具有半桥或全桥DC增压级(具有变压器))。
太阳能光伏***构造
现在我们将描述根据本发明一个实施例的并联太阳能光伏功率产生***的构造。
参考图16a和16b，其分别示出了根据本发明的太阳能光伏功率产生***的实施例1600、1650。在每种情况下，两块光伏板1602、1604并联连接至包括MPPT追踪***的太阳能转换器1000的DC输入，如前所述。在图16a中，并联连接在转换器外部；在图16b中，并联链接在其内部。
在实施例中，转换器1000是微转换器，例如，具有小于2KW、1KW或600瓦特的最大额定功率。通过增加储能电容的值(但是在实施例中其仍然维持相对较小，例如小于50μF)，而升级微转换器以操作从两块(或多块)板可获得的已增加的功率。参考图2，在实施例中，可以在DC至DC转换器(功率转换器级A)和DC链接中的储能电容之间包括电抗线圈(choke)，以缓冲离开变压器的磁化电流。该部件也需要大功率，例如约2安培。
在图16的实例构造中，优选的是，板基本上都是匹配的，即基本上具有相同的尺寸/类型/额定功率。这有助于实现良好的MPPT追踪性能。虽然示出了两块并联连接的板，但是还可以增加更多的板。
现在参考图17，其示出了前述MPPT追踪如何操作两块并联的板。图17的曲线1700示出了一对并联板的每一个的I-V曲线，而曲线1702示出了当一块板被遮蔽/弄脏时的改变。最大功率点示为“X”，而可见的是，当处于相同的电压时，即使一块板被遮蔽，两块板也可以基本上处于最大功率点。这是因为当一块板被遮蔽时，两条曲线之间的改变相对较小——为了在最大功率点之间产生充分的改变，例如如曲线1704所示，则需要极度地遮蔽(从而例如，旁通二极管导电)和/或板的一部分出现故障，例如由于二极管的故障。
为了帮助理解实施例的操作，图18a示出了光伏板1800的实例内部结构，在此包括三串例如24个二极管1802、1804和1806，每串具有个自己的旁通二极管1802a、1804a和1806a。在串中二极管的p-n结点各自产生电压，其可能通常为0.5伏特的数量级。
图18b示出了具有并联连接的串联耦合板1602、1606和1604、1608的功率产生***1850。其有效，但是与直接并联的板不同，如果在图18b的设置中的一块板被遮蔽，其产生电压偏移，因为板串联(并且并联)连接。当板未受均匀照明时，这降低了MPPT的有效性。因而在优选实施例中，板直接并联——级无需中间串联板。(本领域技术人员将意识到，当形成并联连接时，可以将并联连接的板直接连接在转换器内部或外部)。然而，图18b的设置的一个潜在优点是，可以采用它，而无需输入DC-至-DC转换器以增加DC输入电压，因而可能无需变压器。
再参考图17，所示的I-V曲线随着温度增加而下降——即随着温度增加，PV板的电压输出下降，功率输出也下降。出于该理由，在一些优选实施例中，设置板，使得它们在操作中近似或基本上与温度匹配。这有助于避免板之间的显著电压偏差(当在板上测量时)，否则其可能影响MPPT追踪：广义而言，在实施例中，直到旁路二极管导通，遮蔽才对MPPT追踪产生影响，但是两块板之间温度的显著差别将更显著地影响MPPT追踪。已经将图16a中所示类型的设置的效率与其中对每块PV板提供一个独立的转换器1000的设置进行比较，并且已经发现其差别低至1％的数量级。然而，图16a的构造提供了每瓦特的基本成本节省，并且还可能增加可靠性。
虽然本发明的一些优选实施例采用如上所述的MPPT，但是仍然可能从并联连接的板构造中获得其他优点，其中并联的板连接至具有不同形式的MPPT的共同微转换器。这尤其是因为通过增加DC链接上的存储量，而非显著地改变其他部件，可以基本上实现微转换器的额定功率的缩放。因而，可以采用例如如图2中所示类型的微转换器，在其前端具有MPPT追踪，但是仍然在每瓦特的成本节省上提供有利的优点。
我们已经描述的技术还可应用于产生三相AC输电网干线电源，例如使用图19的PV功率产生***1900。在该设置中，转换器1000’是转换器1000的修改版本，其中对于每个相位分别具有三个DC-至-AC转换器1018a、b、c。可以减少储能电容1014的值，因为对能量存储的需求较少(由于任何时候至少一个相位始终输出功率)。仍然可以采用用于感测储能电容上波动并且使用波动的峰值(即半峰峰)以控制已注入AC干线的功率的在先所述的技术，但是减少了波动电压的幅度。
毋庸置疑的是，本领域技术人员将知晓许多其他有效的备选方案。应当理解的是，本发明不局限于所述实施例，而是包括位于随附权利要求的范围内的、对于本领域技术人员而言显然的修改方案。

Claims (25)

1.一种光伏功率产生***，该***包括：
至少两块光伏板，每一块光伏板具有DC功率输出；
功率调节单元，其具有DC功率输入和AC干线电源功率输出，用于提供AC干线供电；
其中所述至少两块光伏板的所述DC功率输出彼此并联连接至所述功率调节单元的所述DC功率输入；
其中所述功率调节单元包括输入耦合至所述DC功率输入，以及输出耦合至所述功率调节单元的DC链接的DC至DC转换器、输入耦合至所述DC链接，以及输出耦合至所述AC干线电源输出的DC至AC转换器、以及耦合至所述DC链接的储能电容器；以及
其中所述功率调节单元被配置以响应于流入所述DC功率输入的功率水平而执行最大功率点追踪，并且其中在所述DC链接处感测流入所述DC功率输入的所述功率水平。
2.根据权利要求1所述的光伏功率产生***：
其中所述功率调节单元包括控制器，该控制器耦合以控制所述DC至AC转换器以执行最大功率点追踪；以及
其中所述控制器具有感测输入，该感测输入耦合至所述储能电容器，以响应于流入所述功率调节单元的所述DC功率输入的功率水平而在所述该储能电容器处感测信号，其中所述控制器被配置以通过响应于在所述储能电容器处感测得的流入所述功率调节单元的所述DC输入的所述功率水平，控制所述DC至AC转换器以控制注入所述AC干线电源的功率，而执行所述最大功率点追踪。
3.一种光伏功率产生***，该***包括：
至少两块光伏板，每块光伏板具有DC功率输出；
功率调节单元，其具有DC功率输入以及用于提供AC干线电源的AC干线电源输出；
其中所述至少两块光伏板的所述DC功率输出彼此并联，连接至所述功率调节单元的所述DC功率输入；
其中所述功率调节单元包括储能电容器以储存来自所述光伏板的能量、以及具有耦合到所述储能电容器的DC输入和耦合到所述AC干线电源的AC输出的DC至AC转换器；
其中所述功率调节单元包括控制器，其耦合以控制所述DC至AC转换器以执行最大功率点追踪；
其中所述控制器具有感测输入，其耦合至所述储能电容器，以响应于流入所述功率调节单元的所述DC功率输入的功率水平而在所述该储能电容器处感测信号，其中所述控制器被配置以通过响应于在所述储能电容器处感测得的流入所述功率调节单元的所述DC输入的所述功率水平，控制所述DC至AC转换器以控制注入所述AC干线电源的功率，而执行所述最大功率点追踪。
4.根据权利要求3所述的光伏功率产生***，其中所述功率调节单元还包括DC至AC转换器，该DC至AC转换器输入耦合至所述DC功率输入，而其输出耦合至所述功率调节单元的DC链接，其中所述DC链接耦合至所述储能电容以及所述DC至AC转换器的所述DC输入，并且其中所述控制器的所述感测输入耦合至所述DC链接。
5.根据权利要求2、3或4中所述的光伏功率产生***，其中所述储能电容上的电压具有所述AC干线两倍频率的正弦电压成分，其中所述控制器的所述感测输入感测所述正弦电压成分的值，并且其中所述控制器配置以控制提供至所述AC干线电源输出的AC电流的幅度，从而传输至所述AC干线电源输出的功率量取决于所述储能电容上所述正弦电压成分的幅度。
6.根据权利要求5所述的光伏功率产生***，其中所述控制器被配置以控制提供至所述AC干线电源输出的所述AC电流的所述幅度，以基本上最大化所述正弦电压成分的所述值。
7.根据权利要求1或3中所述的光伏功率产生***，其中所述控制器被配置以控制所述DC至AC转换器以追踪所述DC电源的最大功率点，而无需直接测量从所述DC电源提供的DC电压或DC电流。
8.根据权利要求1或3中所述的光伏功率产生***，其中所述功率调节单元对于所述至少两块光伏板具有单一的、公共的最大功率点追踪控制***。
9.根据权利要求1或3中所述的光伏功率产生***，其中所述储能电容是非电解电容。
10.根据权利要求1或4中所述的光伏功率产生***，其中所述功率调节单元包括耦合至所述并联光伏板的单一所述DC至AC转换器。
11.一种光伏功率产生***，该***包括：
至少两块光伏板，每块光伏板具有DC功率输出；
功率调节单元，该功率调节单元具有DC功率输入以及用于提供AC干线电源的AC干线电源输出；
其中所述至少两块光伏板的所述DC功率输出彼此并联，连接至所述功率调节单元的所述DC功率输入；
其中所述功率调节单元包括DC至AC转换器，以及位于所述功率调节单元的所述DC功率输入和所述DC至AC转换器的输入之间的DC链接，其中所述DC至AC转换器具有耦合至所述AC干线电源输出的输出，并且其中所述功率调节单元还包括耦合至所述DC链接的储能电容器；
其中所述储能电容器是非电解电容；以及
其中所述功率调节单元配置以响应于流入所述DC功率输入的功率水平，而执行最大功率点追踪。
12.根据权利要求11所述的光伏功率产生***，还包括控制器，该控制器被配置以控制提供至所述AC干线电源输出的AC电流的幅度，从而传输至所述AC干线电源输出的功率量取决于所述储能电容上DC电压的波动正弦成分的峰值幅度。
13.根据权利要求12所述的光伏功率产生***，其中所述控制器具有感测输入，该感测输入耦合至所述储能电容器，以响应于流入所述功率调节单元的所述DC功率输入的功率水平而在所述该储能电容器处感测信号，而且所述控制器还具有控制输出，以控制所述DC至AC转换器，从而使提供至所述AC干线电源输出的AC电流幅度取决于所述储能电容上所述正弦电压成分的幅度。
14.根据权利要求13所述的光伏功率产生***，其中所述控制器配置以通过控制所述DC至AC转换器而执行所述最大功率点追踪。
15.根据权利要求11、12、13或14中所述的光伏功率产生***，其中所述功率调节单元包括控制器，该控制器耦合以控制所述DC至AC转换器执行所述最大功率点追踪。
16.根据权利要求14所述的光伏功率产生***，被配置以控制提供至所述AC干线电源输出的AC电流幅度，从而传输至所述AC干线电源输出的功率量取决于所述储能电容上DC电压的波动正弦成分的峰值幅度，以相应于在所述DC链接处感测得的注入所述功率调节单元的所述DC输入的功率的所述水平控制注入所述AC干线电源的功率。
17.根据权利要求1、3或11中所述的光伏功率产生***，其中所述功率调节单元还包括DC-至-DC转换器，其输入耦合至所述DC功率输入，而其输出耦合至所述DC链接。
18.根据权利要求1、3或11中所述的光伏功率产生***，其中所述光伏板的各个正负终端彼此连接。
19.根据权利要求1、3或11中所述的光伏功率产生***，其中所述光伏板包括并联的串联板，其中所述光伏板经由一块或多块中间串联板而彼此并联连接。
20.一种从多块光伏板产生AC干线电源的方法，该方法包括：
将来自所述光伏板的DC功率输出并联连接至功率调节单元的输入；
使用所述功率调节单元、使用所述电源而将所述DC功率流转换成所述AC干线电源，其中所述转换包括将DC功率单元的所述输入流转换成耦合至储能电容的所述功率调节单元的DC链接处的DC功率中间流，并且将DC功率的所述中间流转换成所述干线电流；以及
追踪DC功率的所述公共输入流的基本上最大的功率点。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述追踪包括感测DC功率的所述中间流，并且响应于所述感测而控制DC功率的所述中间流至所述AC干线电源的所述转换。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述感测包括感测所述DC链接上的电压，而非电流。
23.根据权利要求20、21或22中所述的方法，其中DC功率的所述中间流至所述AC干线电源的所述转换，包括经由基本上为固定的放大因子而增加来自所述并联光伏板的输入电压。
24.一种用于从多块光伏板产生AC干线电源的***，该***包括：
用于将来自所述光伏板的DC功率输出并联连接至功率调节单元的输入以提供DC功率的公共流的装置；
用于使用所述功率调节单元将所述DC功率流转换至成所述AC干线电源的装置，其中所述转换包括将DC功率的所述输入流转换成耦合至储能电容的所述功率调节单元的DC链接上的DC功率中间流；
用于将DC功率的所述中间流转换成所述AC干线电源的装置；以及
用于追踪基本上DC功率的所述公共输入流的最大功率点的装置。
25.根据权利要求1、3、11或24中任意一项所述的光伏功率产生***，其中所述AC干线电源输出是三相输出，并且其中所述功率调节单元包括每个相位一个所述的DC至AC转换器，每一个均耦合至公共所述DC链接。
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