CN114389348A - 克服电路电压和电流限制的新方法 - Google Patents
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Abstract
根据本公开的克服电路电压和电流限制的新方法的方面,提供了一种功率转换器***,所述功率转换器***包括:输入端,被配置为从输入电力来源接收输入AC电力,所述输入电力来源具有峰值电压限制;至少一个输出端,被配置为向至少一个负载提供输出电力;充电器,耦合到所述输入端并且被配置为将所述输入AC电力转换成第一DC电力;DC总线,被配置为接收第一DC电力;至少一个功率转换器,被配置为将来自所述DC总线的DC电力转换为输出电力;以及辅助电力来源,耦合到所述DC总线以及被配置为响应于至少一个负载的电压需求超过所述输入电力来源的峰值电压限制,向所述DC总线提供第二DC电力以补充由所述充电器提供的第一DC电力。
Description
技术领域
本公开大体上涉及功率转换器***(power converter system)。
背景技术
典型的电气布线***被配置为向标准电气设备提供标准电力输入(例如,120V、15A)。但是,非标准电气设备可能需要比标准电力输入(standard power input)更大的电力(power)。例如,一些非标准电气设备的峰值电力需求高于标准电力输入,高于设备的平均功耗(power consumption)。因此,要为以比标准设备更高的峰值电流和/或电压水平(voltage level)运行的非标准电气设备供电,可能必须重新配置电气布线***。在这种情况下,可以重新设计或完全更换电线***,以支持更高的峰值电力需求;然而,这可能相对耗时且昂贵。
发明内容
本公开的至少一个方面涉及一种功率转换器***,包括:输入端,被配置为从输入电力来源接收输入AC电力,所述输入电力来源具有峰值电压限制;至少一个输出端,被配置为向至少一个负载提供输出电力;充电器,耦合到所述输入端并且被配置为将所述输入AC电力转换成具有第一电压水平的第一DC电力;DC总线,耦合到所述充电器并被配置为接收具有第一电压水平的第一DC电力;至少一个功率转换器,耦合到所述DC总线,用以将来自所述DC总线的DC电力转换为输出电力,并将所述输出电力提供给所述至少一个负载;及辅助电力来源,耦合到所述DC总线以及被配置为响应于至少一个负载的电压需求超过所述输入电力来源的峰值电压限制,向所述DC总线提供具有所述第一电压水平的第二DC电力以补充由所述充电器提供的第一DC电力。
在一个实施例中,所述辅助电力来源还被配置为在所述至少一个负载的电压需求小于所述输入电力来源的峰值电压限制时,从所述DC总线接收具有所述第一电压水平的第一DC电力以进行充电。在一些实施例中,所述功率转换器***还包括:电力流控制模块,耦合到所述充电器、所述辅助电力来源及所述DC总线;及控制器,被配置为:相对于所述输入电力来源的峰值电压限制,监控所述至少一个负载的电压需求;响应于所述至少一个负载的电压需求小于所述输入电力来源的峰值电压限制,控制所述电力流控制模块从所述DC总线向所述辅助电力来源提供具有所述第一电压水平的第一DC电力;及响应于所述至少一个负载的电压需求超过所述输入电力来源的峰值电压限制,控制所述电力流控制模块从所述辅助电力来源汲取具有所述第一电压水平的第二DC电力。
在某些实施例中,所述控制器还被配置为基于所述输入电力来源的可变性、公用事业成本和用户偏好中的至少一个来调整所述峰值电压限制。在各种实施例中,所述至少一个功率转换器包括至少一个逆变器,所述至少一个逆变器被配置为将来自所述DC总线的DC电力转换为AC输出电力。在一些实施例中,所述AC输出电力的电压水平大于所述输入电力来源的峰值电压限制。在一个实施例中,所述至少一个功率转换器包括:DC/DC转换器,与所述至少一个逆变器串联耦合并且被配置为将来自所述DC总线的DC电力转换成具有不同电压水平的DC电力。
在一些实施例中,所述至少一个功率转换器包括至少一个DC/DC转换器,其被配置为将来自所述DC总线的DC电力转换为DC输出电力。在某些实施例中,所述DC输出电力的电压水平大于所述输入电力来源的峰值电压限制。在各种实施例中,所述辅助电力来源包括一个或多个电池。
本公开的另一方面涉及一种功率转换器***,包含:输入端,被配置为从输入电力来源接收输入AC电力,所述输入电力来源具有峰值电流限制;至少一个输出端,被配置为向至少一个负载提供输出电力;充电器,耦合到所述输入端并且被配置为将所述输入AC电力转换成具有第一电压水平的第一DC电力;DC总线,耦合到所述充电器并被配置为接收具有第一电压水平的第一DC电力;至少一个功率转换器,耦合到所述DC总线,用以将来自所述DC总线的DC电力转换为输出电力,并将所述输出电力提供给所述至少一个负载;及辅助电力来源,耦合到所述DC总线以及被配置为响应于至少一个负载的电流需求超过所述输入电力来源的峰值电流限制,向所述DC总线提供具有所述第一电压水平的第二DC电力以补充由所述充电器提供的第一DC电力。
在一实施例中,所述辅助电力来源还被配置为在所述至少一个负载的电流需求小于所述输入电力来源的峰值电流限制时,从所述DC总线接收具有所述第一电压水平的第一DC电力以进行充电。在一些实施例中,所述功率转换器***还包括:电力流控制模块,耦合到所述充电器、所述辅助电力来源及所述DC总线;及控制器,被配置为:相对于所述输入电力来源的峰值电流限制,监控所述至少一个负载的电流需求;响应于所述至少一个负载的电流需求小于所述输入电力来源的峰值电流限制,控制所述电力流控制模块从所述DC总线向所述辅助电力来源提供具有所述第一电压水平的第一DC电力;及响应于所述至少一个负载的电流需求超过所述输入电力来源的峰值电流限制,控制所述电力流控制模块从所述辅助电力来源汲取具有所述第一电压水平的第二DC电力。
在某些实施例中,所述控制器还被配置为基于所述输入电力来源的可变性、公用事业成本和用户偏好中的至少一个来调整所述峰值电流限制。在各种实施例中,所述至少一个功率转换器包括至少一个逆变器,所述至少一个逆变器被配置为将来自所述DC总线的DC电力转换为AC输出电力。在一些实施例中,所述AC输出电力的电流水平大于所述输入电力来源的峰值电流限制。在一些实施例中,所述至少一个功率转换器包括:DC/DC转换器,与所述至少一个逆变器串联耦合并且被配置为将来自所述DC总线的DC电力转换成具有不同电压水平的DC电力。
在一些实施例中,所述至少一个功率转换器包括至少一个DC/DC转换器,其被配置为将来自所述DC总线的DC电力转换为DC输出电力。在一实施例中,所述DC输出电力的电流水平大于所述输入电力来源的峰值电流限制。
本公开的另一方面涉及一种非暂时性计算机可读介质,在其上存储用于操作功率转换器***的计算机可执行指令序列。所述计算机可执行指令序列包括指示至少一个处理器控制所述功率转换器***以:在输入端处从输入电力来源接收输入AC电力,所述输入电力来源具有峰值电压限制和峰值电流限制;操作耦合到所述输入端的充电器以将所述输入AC电力转换成具有第一电压水平的第一DC电力;将具有所述第一电压水平的第一DC电力提供给DC总线;操作耦接至所述DC总线的至少一个功率转换器,以将来自所述DC总线的DC电力转换为输出电力,并将所述输出电力提供给至少一个负载;以及响应于所述至少一个负载的电压或电流需求超过所述输入电力来源的峰值电压限制或峰值电流限制,从辅助电力来源向所述DC总线提供具有所述第一电压水平的第二DC电力,以补充由所述充电器提供的第一DC电力。
本公开的另一方面涉及一种组装功率转换器***的方法。所述方法包括:提供配置为耦合到输入电力来源的充电器,所述充电器配置为接收输入AC电力并将输入AC电力转换成具有第一电压水平的第一DC电力;将DC总线耦合到充电器,DC总线被配置为接收具有第一电压水平的第一DC电力;将至少一个功率转换器耦合到DC总线,所述至少一个功率转换器被配置为将来自DC总线的DC电力转换为输出电力并将输出电力提供给至少一个负载,以及将辅助接口耦合到DC总线,辅助接口被配置为耦合到辅助电力来源,以从辅助电力来源接收具有第一电压水平的第二DC电力,并且响应于至少一个负载的电压或电流需求超过输入电力来源的峰值电压限制或峰值电流限制,向DC总线提供第二DC电力以补充由充电器提供的第一DC电力。
本公开的另一方面是一种用于操作功率转换器***的方法。所述方法包括:在输入端从输入电力来源接收输入AC电力,所述输入电力来源具有对应于输入AC电力的输入电压水平和输入电流水平的峰值电力限制;操作耦合到输入端的充电器以将输入AC电力转换成具有第一电压水平的第一DC电力;将具有第一电压水平的第一DC电力提供给DC总线;操作耦合到DC总线的至少一个功率转换器以将来自DC总线的DC电力转换为输出电力并将输出电力提供给至少一个负载;以及响应于至少一个负载的电力需求超过输入电力来源的峰值电力限制,从辅助电力来源向DC总线提供具有第一电压水平的第二DC电力,以补充由充电器提供的第一DC电力。
在一实施例中,峰值电力限制对应于输入AC电力的输入电压水平和输入电流水平。在一些实施例中,所述方法包括基于输入电力来源的可变性、公用事业成本和用户偏好中的至少一个来调整峰值电力限制。在某些实施例中,所述方法包括从DC总线提供具有第一电压水平的第一DC电力以对辅助电力来源充电,同时至少一个负载的电力需求小于输入电力来源的峰值电力限制。在各种实施例中,所述方法包括:相对于输入电力来源的峰值电力限制监控至少一个负载的电力需求;响应于至少一个负载的电力需求小于输入电力来源的峰值电力限制,控制电力流控制模块以从DC总线向辅助电力来源提供具有第一电压水平的第一DC电力;以及响应于至少一个负载的电力需求超过输入电力来源的峰值电力限制,控制电力流控制模块从辅助电力来源汲取具有第一电压水平的第二DC电力。
在一些实施例中,操作至少一个功率转换器以将来自DC总线的DC电力转换为输出电力进一步包括:操作被配置为将来自DC总线的DC电力转换为AC输出电力的至少一个逆变器。在各种实施例中,至少一个逆变器***作成使得AC输出电力的电压水平和电流水平中的至少一个大于输入AC电力的输入电压水平和/或输入电流水平。在某些实施例中,操作至少一个功率转换器以将来自DC总线的DC电力转换为输出电力进一步包括:操作至少一个DC/DC转换器以将来自DC总线的DC电力转换为DC输出电力。在一个实施例中,至少一个DC/DC转换器***作使得DC输出电力的电压水平和电流水平中的至少一个大于输入AC电力的输入电压水平和/或输入电流水平。
附图说明
下面参考附图讨论至少一个实施例的各个方面,其不意欲按比例绘制。附图被包括以提供对各个方面和实施例的说明和进一步理解,并且被并入并构成本说明书的一部分,但不旨在作为对本发明的限制的定义。在图中,各个图中所示的每个相同或几乎相同的部件由相同的数字表示。为清楚起见,并非每个组件都可以在每个图中标出。在图中:
图1是根据本文描述的多个方面的功率转换器***的功能框图;
图2是对应于根据本文描述的多个方面的功率转换器***的操作的流程图;
图3是根据本文描述的多个方面的功率转换器***的示意图;
图4是根据本文描述的多个方面的功率转换器***的功能框图;及
图5是对应于根据本文描述的多个方面的功率转换器***的组装的流程图。
具体实施方式
在此讨论的方法和***的示例不限于在以下描述中阐述或在附图中示出的构造和部件布置的细节的应用。此方法和***能够在其他实施例中实施并且能够以各种方式被实践或执行。此处提供的具体实现的示例仅用于说明目的,并不旨在进行限制。特别地,结合任何一个或多个示例讨论的动作、组件、元件和特征不旨在被排除在任何其他示例中的类似作用之外。
此外,这里使用的措辞和术语是为了描述的目的而不应被视为限制性的。对本文中以单数形式提及的***和方法的示例、实施例、组件、元件或动作的任何引用也可以包括包括多个实施例的实施例,并且对本文中的任何实施例、组件、元件或动作的任何复数引用也可以包括仅包括单数的实施例。单数或复数形式的引用并不旨在限制当前公开的***或方法、它们的组件、动作或元件。“包括(including)”、“包含(comprising)”、“具有(having)”、“含有(containing)”、“涉及(involving)”及其变体在本文中的使用意在涵盖其后列出的项目及其等价物以及附加项目。对“或”的引用可被解释为包含性的,因此使用“或”描述的任何术语可表示所描述的单个、多个和所有术语中的任何一个。此外,如果本文件与通过引用并入本文的文件之间的术语用法不一致,则并入的参考文献中的术语用法是对本文件的术语用法的补充;对于不可调和的不一致,本文档中的术语使用控制。
电线***通常被配置为从电力来源(例如公用电网)向建筑物内/外的电气设备提供电力。如上所述,在至少一个示例中,标准电气设备是以低于由标准输入电力(standardinput power)提供的最大电力(maximum power)的峰值电力需求(peak power demand)操作的设备。这些标准电气设备可以***电气布线***的电源插座,以从布线基础设施接收标准输入电力(例如,120V、15A)。在一些示例中,***标准电力输出的每个电气设备包括将标准输入电力转换成AC或DC设备电力的功率转换器(power converter)。在其他示例中,每个电气设备可以包括配置为将标准输入电力转换为设备电力的外部电力适配器(externalpower adapter)。
在一些示例中,非标准电气设备是能够以超过标准输入电力提供的最大电力的峰值电力需求运行的设备。为了支持可以在比标准输入电力提供的更高的峰值电流和/或电压水平下运行的非标准电气设备,可以重新设计或更换电线***以提供更高的峰值电力能力。这种努力可能是昂贵且耗时的。因此,使用替代方法来增加标准电线***和电源的峰值电力能力可能是有利的。
本文提供了一种被配置为增加标准电气***的峰值电力能力的功率转换器***。在至少一个实施例中,功率转换器***包括被配置为补充从输入电力来源提供的输入电力的辅助电力来源。在一个示例中,功率转换器***可以提供具有超过输入电力来源的峰值电力限制的峰值电力水平的输出电力。
图1是根据本文描述的方面的功率转换器***100的功能框图。如图所示,功率转换器***100包括输入端102、充电器104、DC总线106、辅助电力来源108、多个功率转换器110和多个输出端112。在一些示例中,功率转换器***100包括控制器114,其耦合并配置为操作充电器104和多个功率转换器110。
在一个示例中,辅助电力来源108包括一个或多个电池。如图所示,辅助电力来源108通过辅助接口116耦合到DC总线106。在一些示例中,辅助电力来源108在功率转换器***100内部;然而,在其他示例中,辅助电力来源108可以在功率转换器***100的外部。
在一个示例中,多个功率转换器110包括第一功率转换器110a、第二功率转换器110b、第三功率转换器110c和第四功率转换器110d;然而,在其他示例中,多个功率转换器110可以包括不同数量的功率转换器。同样地,在一个示例中,多个输出端112包括耦合到第一功率转换器110a的第一输出端112a、耦合到第二功率转换器110b的第二输出端112b、耦合到第三功率转换器110c的第三输出端112c,以及耦合到第四功率转换器110d的第四输出端112d。在其他示例中,多个输出端112可以包括不同数量的输出端。例如,功率转换器***100可以具有比功率转换器更多的输出端。在这样的示例中,多个输出端112中的两个或更多个输出端可以经由输出端开关耦合到多个功率转换器110中的相同功率转换器。
如图所示,输入端102耦合到充电器104的输入端并且充电器104的输出端耦合到DC总线106。辅助电力来源108耦合到DC总线106。多个功率转换器110中的每个转换器耦合到DC总线106。在一个示例中,每个功率转换器并联耦合到DC总线106。在一些示例中,两个或更多个功率转换器可以串联耦合到DC总线106。如上所述,多个功率转换器110中的每个功率转换器耦合到多个输出端112中的至少一个输出端。
在一个示例中,输入端102被配置为从输入电力来源(例如,市电AC电力供应)接收输入交流(AC)电力。在一些示例中,输入端102连接到标准电线***的电源插座以接收输入AC电力。充电器104将输入的AC电力转换为直流(DC)电力,并将DC电力提供给DC总线106。在一示例中,充电器104可以向DC总线106提供具有对应于辅助电力来源108的充电电压的电压水平的DC电力。例如,输入AC电力可以具有输入电压水平(例如,120V)并且充电器104可以向DC总线106提供具有降低的电压水平(例如,46-58V)的DC电力。同样,充电器104可以向DC总线106提供DC电力,其电流水平对应于辅助电力来源108的充电电流。例如,输入AC电力可以具有输入电流水平(例如,15A)并且充电器104可以向DC总线106提供具有降低的电流水平(例如,10A)的DC电力。在一些示例中,充电器104被配置为基于辅助电力来源108的特定充电参数来调整提供给DC总线106的DC电力的电压和/或电流水平。
辅助电力来源108被配置为接收DC电力并将其提供给DC总线106。辅助电力来源108可以:从DC总线106接收DC电力以在功率转换器***100的第一状态中充电;以及在功率转换器***100的第二状态中,向DC总线106提供电力以补充由充电器104提供的DC电力。在一些示例中,辅助电力来源108与DC总线106串联耦合。例如,DC总线106的第一部分可以耦合在充电器104和辅助电力来源108的输入端口(input port)之间。同样,DC总线106的第二部分可以耦合在辅助电力来源108的输出端口(output port)和多个功率转换器110之间。
多个功率转换器110中的每个功率转换器被配置为从DC总线106接收DC电力并将DC电力转换成输出电力。在一个示例中,多个功率转换器110中的每个功率转换器被配置为DC/DC转换器以提供输出DC电力。在其他示例中,多个功率转换器110中的每个功率转换器被配置为DC/AC逆变器以提供输出AC电力。在一些示例中,多个功率转换器110(例如,第一功率转换器110a、第二功率转换器110b)的第一部分可以被配置为DC/DC转换器和多个功率转换器110的第二部分(例如,第三功率转换器110c和第四功率转换器110d)可以被配置为逆变器。因此,每个功率转换器的配置可以对应于多个输出端112的期望配置。例如,多个输出端112中的每个输出端可以具有基于连接到每个输出端的负载(即,设备)类型的配置(例如,DC或AC)。
图2是图示根据本文描述的方面的用于操作功率转换器***的方法200的流程图。在一个示例中,控制方法200对应于功率转换器***100在上述第一和第二状态中的操作。在一些示例中,控制方法200的至少一部分可以由功率转换器***100的控制器114执行。
在方块202,方法200开始并且功率转换器***100在输入端102处接收输入AC电力。在方块204,控制器114操作充电器104以将输入的AC电力转换成DC电力并将DC电力提供给DC总线106。多个功率转换器110从DC总线106接收DC电力并且控制器114操作多个功率转换器110以向多个输出端112提供输出电力。如上所述,多个功率转换器110中的每个功率转换器可以被配置为DC/DC转换器以提供输出DC电力或者被配置为逆变器以提供输出AC电力。
在方块206处,将多个输出端112的峰值输出电力需求与输入电力来源(例如电网)的峰值输入电力限制进行比较。输入电力来源的峰值电力限制对应于由输入电力来源提供的输入电压和电流水平(例如,120V、15A)定义的固定电力限制(例如,1200W)。因此,输入来源的峰值电力限制可以对应于峰值电压限制(例如,120V)和/或峰值电流限制(例如,15A)。同样,每个输出的峰值输出电力需求对应于耦合到输出的负载或设备的类型。在一些示例中,峰值输出电力需求对应于峰值输出电压需求和/或峰值输出电流需求。
在方块208,响应于多个输出端112的峰值输出电力需求小于峰值输入电力限制,功率转换器***100在第一状态下操作。在第一状态期间,辅助电力来源108可以从DC总线106接收(或汲取)DC电力用于充电,同时DC电力被提供给多个功率转换器110以支持峰值输出电力需求。在一个示例中,如果辅助电力来源108充满电力,则辅助电力来源108可以在空闲状态(idle state)下操作(即,不接收或汲取DC电力)。在一些示例中,如果充满电,则辅助电力来源108可以从DC总线106断开(例如,通过开关)。在一些示例中,当辅助电力来源108正在充电(或空闲)并且多个功率转换器110正在向多个输出端112提供输出电力时,功率转换器***100返回到方块206以持续监控峰值输入电力限制的峰值输出电力需求。
在方块210,响应于多个输出端112的峰值输出电力需求大于峰值输入电力限制,功率转换器***100在第二状态下操作。在第二状态期间,辅助电力来源108向DC总线106提供DC电力以补充由充电器104提供的DC电力。在一个示例中,由辅助电力来源108提供给DC总线106的补充DC电力的量对应于峰值输出电力需求和输入电力限制之间的差。例如,如果输入电力限制是1200W并且峰值输出电力需求是1250W,则辅助电力来源108可以提供额外的50W的DC电力以补充由充电器104提供的DC电力。当辅助电力来源108向DC总线106提供补充DC电力并且多个功率转换器110向多个输出端112提供输出电力时,功率转换器***100返回到方块206以持续监控峰值输入电力限制的峰值输出电力需求。
如上所述,峰值输出电力需求对应于耦合到输出的设备的峰值电力水平。这样,通过从辅助电力来源108向DC总线106提供补充DC电力,功率转换器***100可以支持以超过输入电力限制的峰值电力水平操作的设备。在一些示例中,功率转换器***100在第一和第二状态之间转换以支持多个输出端112的峰值输出电力需求,同时维持小于由输入电力来源提供的最大电力的平均输出电力需求。
在一个示例中,功率转换器***100被配置为在第一和第二状态之间被动地转换(即,没有控制器/操作员干预)。例如,辅助电力来源108可以被配置为当多个输出端112的峰值输出电力需求小于峰值输入电力限制时自动从DC总线106汲取DC电力用于充电。同样,当峰值输出电力需求超过峰值输入电力限制时,辅助电力来源108可以自动向DC总线106提供DC电力。
图3示出了根据本文描述的方面的功率转换器***300的示意图。如图所示,功率转换器***300包括输入端302、充电器304、DC总线306、电池308、功率转换器310和输出端312。在一个示例中,电池308对应于功率转换器***100的辅助电力来源108。同样地,功率转换器310对应于多个功率转换器110中的一个功率转换器,以及输出端312对应于功率转换器***100的多个输出端112中的一个输出端。
如图所示,功率转换器310包括串联耦合的DC/DC转换器310a和逆变器310b。在一个示例中,DC/DC转换器310a耦合到DC总线306并且被配置为将从DC总线306接收的DC电力例如从电池充电电压水平升压到输出电压水平。在其他示例中,DC/DC转换器310a被配置为提供电压水平低于电池充电水平的DC电力。逆变器310b从DC/DC转换器310a接收DC电力并将DC电力转换成输出AC电力。
电池308包括输入端口314和输出端口316。在一个示例中,输入端口314经由DC总线306的第一部分耦合到充电器304并且输出端口316经由DC总线306的第二部分耦合到功率转换器310。因此,电池308耦合到充电器304和功率转换器310之间的DC总线306。在一些示例中,电池308包括耦合到输入端口314和输出端口316的单个电池模块;然而,在其他示例中,电池308可以包括耦合到输入端口314和输出端口316的多个电池模块。
如上所述,功率转换器***300被配置为使得电池308(即,辅助电力来源108)可以基于输出端312处的峰值输出电力需求自动提供和/或接收DC电力。例如,充电器304的电力输出固定在峰值输入电力限制(例如,1200W)。在功率转换器***300的第一状态中,当输出端312处的峰值输出电力需求小于峰值输入电力限制时,电池308可以经由输入端口314从充电器104汲取DC电力用于充电。同样,在功率转换器***300的第二状态下,当输出端312处的峰值输出电力需求超过峰值输入电力限制时,通过输出端口316从电池308汲取补充DC电力。因此,功率转换器***300可以在没有操作员/控制器干预的情况下在第一状态和第二状态之间无缝转换。
在其他示例中,可以使用主动控制方法来在第一和第二状态之间转换功率转换器***100。例如,图4示出了根据本文描述的方面的功率转换器***400的一部分。如图所示,功率转换器***400包括输入端402、充电器404和DC总线406。在一个示例中,功率转换器***400类似于图1的功率转换器***100,除了功率转换器***400包括电力流控制模块412和控制器414之外。虽然未示出,但功率转换器***400包括多个功率转换器(即,多个功率转换器110)和耦合到DC总线406的多个输出端(即,多个输出端112)。在一些示例中,控制器414对应于功率转换器***100的控制器114;然而,在其他示例中,控制器414可以是不同/单独的控制器。
电力流(power flow)控制模块412耦合到充电器404、DC总线406和辅助电力来源408的输出端。同样,控制器414耦合到电力流控制模块412、充电器404的输出端、DC总线406和辅助电力来源408。在一个示例中,控制器414包括电流传感器,其被配置为感测充电器404的输出端处、辅助电力来源408的输入端/输出端处和DC总线406处的电流。因此,控制器414可以实时地监控由充电器404提供的DC电力、在辅助电力来源408处提供/汲取的DC电力、以及由耦合到DC总线406的多个输出汲取的DC电力。
类似于上述功率转换器***的示例,功率转换器***400可以被配置为基于固定的峰值输入电力限制(例如,1200W)在第一状态和第二状态之间转换。然而,在一些示例中,控制器414被配置为基于对DC电力的实时监控来动态设置峰值输入电力限制。例如,一个或多个可变电源(例如,太阳能电池板、风力涡轮机等)也可以耦合到输入端402,以及控制器414可以基于充电器404在任何给定时间提供的DC电力量来调整(即,提高或降低)峰值输入电力限制。在其他示例中,控制器414可以基于附加因素调整峰值输入电力限制。例如,可能需要在某些时间段(例如,晚上、周末等)限制电网电力消耗以降低公用事业成本。因此,控制器414可以调整峰值输入电力限制以相应地减少电网功耗(grid power consumption)。
在一些示例中,基于DC电力监测和峰值输入电力限制,控制器414被配置为向电力流控制模块412发送命令以在第一和第二状态下操作功率转换器***400。例如,当多个输出端的峰值输出电力需求小于峰值输入电力限制时,控制器414在第一状态下操作功率转换器***400。在第一状态下,控制器414发送命令,指示电力流控制模块412从充电器404向DC总线406提供DC电力。同时,电力流控制模块412由控制器414命令以从充电器404向辅助电力来源408提供多余的DC电力以进行充电。同样,当多个输出端的峰值输出电力需求超过峰值输入电力限制时,控制器414在第二状态下操作功率转换器***400。在第二状态下,控制器414发送命令,指示电力流控制模块412从充电器404向DC总线406提供DC电力。同时,电力流控制模块412由控制器414命令以从辅助电力来源408汲取补充DC电力以支持由充电器404提供的DC电力。
图5示出了根据本文描述的方面组装功率转换器***的方法500。在一个实施例中,方法500可例如用于组装图1的功率转换器***100。
在步骤502,提供充电器104。在一个示例中,充电器104被配置为耦合到输入电力来源(例如,经由输入端102)以接收输入AC电力并将输入AC电力转换成具有第一电压水平的第一DC电力。在步骤504,DC总线106耦合到充电器104。在一些示例中,DC总线106耦合到输出充电器104并且被配置为接收具有第一电压水平的第一DC电力。在步骤506,一个或多个功率转换器(即,多个功率转换器110)耦合到DC总线106。在一个示例中,多个功率转换器110被配置为将来自DC总线的DC电力转换成输出电力并且向至少一个负载提供输出电力(例如,经由多个输出端112)。在步骤508,辅助接口116耦合到DC总线106。在一些示例中,辅助接口116被配置为耦合到辅助电力来源108。在某些示例中,辅助接口116被配置为:从辅助电力来源108接收具有第一电压水平的第二DC电力;以及响应于至少一个负载的电压或电流需求超过输入电力来源的峰值电压限制或峰值电流限制,向DC总线106提供第二DC电力以补充由充电器104提供的第一DC电力。
如上所述,本文提供了一种被配置为增加标准电气***的峰值电力能力的功率转换器***。在至少一个实施例中,功率转换器***包括被配置为补充从输入电力来源提供的输入电力的辅助电力来源。在一个示例中,功率转换器***可以提供具有超过输入电力来源的峰值电力限制的峰值电力水平的输出电力。
已经如此描述了本发明的至少一个实施例的几个方面,应当理解,本领域技术人员将容易地想到各种改变、修改和改进。此类变更、修改和改进旨在成为本公开的一部分并且旨在落入本发明的精神和范围内。因此,前述描述和附图仅作为示例。
Claims (20)
1.一种功率转换器***,其特征在于:所述功率转换器***包含:
输入端,被配置为从输入电力来源接收输入AC电力,所述输入电力来源具有峰值电压限制;
至少一个输出端,被配置为向至少一个负载提供输出电力;
充电器,耦合到所述输入端并且被配置为将所述输入AC电力转换成具有第一电压水平的第一DC电力;
DC总线,耦合到所述充电器并被配置为接收具有第一电压水平的第一DC电力;
至少一个功率转换器,耦合到所述DC总线,用以将来自所述DC总线的DC电力转换为输出电力,并将所述输出电力提供给所述至少一个负载;及
辅助电力来源,耦合到所述DC总线以及被配置为响应于至少一个负载的电压需求超过所述输入电力来源的峰值电压限制,向所述DC总线提供具有所述第一电压水平的第二DC电力以补充由所述充电器提供的第一DC电力。
2.如权利要求1所述的功率转换器***,其特征在于:所述辅助电力来源还被配置为在所述至少一个负载的电压需求小于所述输入电力来源的峰值电压限制时,从所述DC总线接收具有所述第一电压水平的第一DC电力以进行充电。
3.如权利要求2所述的功率转换器***,其特征在于:所述功率转换器***还包括:
电力流控制模块,耦合到所述充电器、所述辅助电力来源及所述DC总线;及
控制器,被配置为:
相对于所述输入电力来源的峰值电压限制,监控所述至少一个负载的电压需求;
响应于所述至少一个负载的电压需求小于所述输入电力来源的峰值电压限制,控制所述电力流控制模块从所述DC总线向所述辅助电力来源提供具有所述第一电压水平的第一DC电力;及
响应于所述至少一个负载的电压需求超过所述输入电力来源的峰值电压限制,控制所述电力流控制模块从所述辅助电力来源汲取具有所述第一电压水平的第二DC电力。
4.如权利要求3所述的功率转换器***,其特征在于:所述控制器还被配置为基于所述输入电力来源的可变性、公用事业成本和用户偏好中的至少一个来调整所述峰值电压限制。
5.如权利要求1所述的功率转换器***,其特征在于:所述至少一个功率转换器包括至少一个逆变器,所述至少一个逆变器被配置为将来自所述DC总线的DC电力转换为AC输出电力。
6.如权利要求5所述的功率转换器***,其特征在于:所述AC输出电力的电压水平大于所述输入电力来源的峰值电压限制。
7.如权利要求5所述的功率转换器***,其特征在于:所述至少一个功率转换器包括:DC/DC转换器,与所述至少一个逆变器串联耦合并且被配置为将来自所述DC总线的DC电力转换成具有不同电压水平的DC电力。
8.如权利要求1所述的功率转换器***,其特征在于:所述至少一个功率转换器包括至少一个DC/DC转换器,其被配置为将来自所述DC总线的DC电力转换为DC输出电力。
9.如权利要求8所述的功率转换器***,其特征在于:所述DC输出电力的电压水平大于所述输入电力来源的峰值电压限制。
10.如权利要求1所述的功率转换器***,其特征在于:所述辅助电力来源包括一个或多个电池。
11.一种功率转换器***,其特征在于:所述功率转换器***包含:
输入端,被配置为从输入电力来源接收输入AC电力,所述输入电力来源具有峰值电流限制;
至少一个输出端,被配置为向至少一个负载提供输出电力;
充电器,耦合到所述输入端并且被配置为将所述输入AC电力转换成具有第一电压水平的第一DC电力;
DC总线,耦合到所述充电器并被配置为接收具有第一电压水平的第一DC电力;
至少一个功率转换器,耦合到所述DC总线,用以将来自所述DC总线的DC电力转换为输出电力,并将所述输出电力提供给所述至少一个负载;及
辅助电力来源,耦合到所述DC总线以及被配置为响应于至少一个负载的电流需求超过所述输入电力来源的峰值电流限制,向所述DC总线提供具有所述第一电压水平的第二DC电力以补充由所述充电器提供的第一DC电力。
12.如权利要求11所述的功率转换器***,其特征在于:所述辅助电力来源还被配置为在所述至少一个负载的电流需求小于所述输入电力来源的峰值电流限制时,从所述DC总线接收具有所述第一电压水平的第一DC电力以进行充电。
13.如权利要求12所述的功率转换器***,其特征在于:所述功率转换器***还包括:
电力流控制模块,耦合到所述充电器、所述辅助电力来源及所述DC总线;及
控制器,被配置为:
相对于所述输入电力来源的峰值电流限制,监控所述至少一个负载的电流需求;
响应于所述至少一个负载的电流需求小于所述输入电力来源的峰值电流限制,控制所述电力流控制模块从所述DC总线向所述辅助电力来源提供具有所述第一电压水平的第一DC电力;及
响应于所述至少一个负载的电流需求超过所述输入电力来源的峰值电流限制,控制所述电力流控制模块从所述辅助电力来源汲取具有所述第一电压水平的第二DC电力。
14.如权利要求13所述的功率转换器***,其特征在于:所述控制器还被配置为基于所述输入电力来源的可变性、公用事业成本和用户偏好中的至少一个来调整所述峰值电流限制。
15.如权利要求11所述的功率转换器***,其特征在于:所述至少一个功率转换器包括至少一个逆变器,所述至少一个逆变器被配置为将来自所述DC总线的DC电力转换为AC输出电力。
16.如权利要求15所述的功率转换器***,其特征在于:所述AC输出电力的电流水平大于所述输入电力来源的峰值电流限制。
17.如权利要求15所述的功率转换器***,其特征在于:所述至少一个功率转换器包括:DC/DC转换器,与所述至少一个逆变器串联耦合并且被配置为将来自所述DC总线的DC电力转换成具有不同电压水平的DC电力。
18.如权利要求11所述的功率转换器***,其特征在于:所述至少一个功率转换器包括至少一个DC/DC转换器,其被配置为将来自所述DC总线的DC电力转换为DC输出电力。
19.如权利要求18所述的功率转换器***,其特征在于:所述DC输出电力的电流水平大于所述输入电力来源的峰值电流限制。
20.一种非暂时性计算机可读介质,在其上存储用于操作功率转换器***的计算机可执行指令序列,其特征在于:所述计算机可执行指令序列包括指示至少一个处理器控制所述功率转换器***以:
在输入端处从输入电力来源接收输入AC电力,所述输入电力来源具有峰值电压限制和峰值电流限制;
操作耦合到所述输入端的充电器以将所述输入AC电力转换成具有第一电压水平的第一DC电力;
将具有所述第一电压水平的第一DC电力提供给DC总线;
操作耦接至所述DC总线的至少一个功率转换器,以将来自所述DC总线的DC电力转换为输出电力,并将所述输出电力提供给至少一个负载;以及
响应于所述至少一个负载的电压或电流需求超过所述输入电力来源的峰值电压限制或峰值电流限制,从辅助电力来源向所述DC总线提供具有所述第一电压水平的第二DC电力,以补充由所述充电器提供的第一DC电力。
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