[发明专利]用于从电能的光伏源中提取功率的系统、方法和设备

说明书

技术领域

本发明概括地涉及一种从电能源中获取功率，更特别地，涉及一 种用于在各种操作和/或环境条件下从电能源例如光伏 (photovoltaic，PV)电源、燃料电池(cell)或电池组(battery) 中提取最大或者接近最大电功率的系统和方法。

背景技术

对于给定程度的日射(照明强度)，光伏(PV)电源的特性在于 电流对电压的曲线图，通常称为电流-电压(I-V)曲线。已知当PV 源受到均匀照射时，这种PV源典型地在对于给定照明强度和/或温度 来说能够提取最大电功率处具有一个唯一的电流和电压值。

为了提取最大电功率，必须将与PV源连接的电负载调整成在最大 功率点上负载的I-V曲线与PV源的I-V曲线相交。这通常是通过将有源 负载(例如开关功率转换器)耦合到PV源而实现的，通过调整作为检 测到的PV源特性的函数的相应I-V特性来控制有源负载从而动态寻找 PV源的最大功率点。

开关功率转换器，也称作PV负载转换器，可以构造成输出可用电 功率，该可用电功率可以通过其他转换器进行处理或者直接供给工作 负载。PV源的功率可以通过合适的功率监控装置监控，然后在合适的 处理器中处理最大功率点跟踪算法以确定如何动态调整开关转换器 操作以使其输出I-V曲线在最大功率点处与PV源的I-V曲线相交。将该 算法处理产生的控制信号供给转换器，以使其可以以这种方式进行调 整。在该调整中通常假定工作负载基本上使用PV源的所有可用功率。

配备有最大功率点跟踪的PV系统在理论上应当能够动态地跟踪 因为PV源的环境改变和/或因为PV源的老化而引起的变化，并且应当 在PV系统的工作期间提取最大功率。然而在实践中，伴随着最大功率 跟踪技术存在着一些问题。第一，处理器中跟踪算法的实现需要增大 用于为这种处理器供电的电功率消耗，因此降低了PV系统的获取效 率。第二，最大功率跟踪通常比仅仅将开关转换器调整为参考值更复 杂，并且转换器的开关操作能够对正确地确定最大功率点造成干扰， 并且在某种情况下当寻找解决最大功率点算法时，转换器的开关操作 有运算不稳定性的趋势。第三，功率跟踪算法通常需要检测PV源的电 流和电压。该电流检测通常导致额外的损失，因此进一步降低了PV 系统的整体效率。

因此，希望提供一种不存在上述问题的光伏系统。还希望使用任 何相对低成本并且可靠的PV负载转换器拓扑，并且该PV负载转换器拓 扑具有适于多个PV源组合一体化(例如，功率叠加)的I-V曲线特性， 由此导致规模效益，例如是导电(conductive)的，从而构造具有所 需数量的基本光伏模块的大PV阵列。

发明内容

概括地，本发明通过下述实现上述需要：在其一方面提供一种包 括电能的光伏源的光伏系统。该光伏源具有由一族电压-电流曲线定 义的发电特性，该电压-电流曲线包括对于光伏源的下述中至少一个 的各自范围内的最大电功率点：不同(distinct)照明强度和不同温 度。开关转换器耦合到光伏源，其中转换器包括在输入电压和输入电 流之间具有预定函数关系的输入电压-电流曲线。转换器的输入电压- 电流曲线的预定函数关系构造成，在转换器的工作期间提供相对于光 伏源最大电功率点中至少一些的近似，而不必进行与来自光伏源的最 大功率相对应的电流和电压计算。

在本发明的另一个方面，还通过下述实现上述需要：提供一种用 于从光伏系统中获取功率的方法。该方法通过包括对于光伏源的下述 中至少一个的各自范围内最大功率点的电压-电流曲线族来定义电能 光伏源的发电特性：不同照明强度和不同的温度。该方法可以将开关 转换器耦合到光伏源，其中该转换器包括在输入电压和输入电流之间 具有预定函数关系的输入电压-电流曲线。根据转换器中输入电压- 电流的预定函数关系的构造，该转换器工作以接近至少一些光伏源最 大电功率点，而不必进行与来自光伏源的最大功率相对应的电流和电 压计算。