[发明专利]用于单级功率变换系统的系统与方法

说明书

技术领域

本发明通常涉及功率变换，具体而言涉及单级功率变换系统。

背景技术

随着常规能源上升的成本与短缺以及对环境的关注，存在对诸如太阳能与风能的显著兴趣。太阳能发电使用光伏(photovoltaic)源来从太阳发电。在此类系统中，多个光伏源彼此电耦合。光伏源产生的电力通过一个或多个功率电子变换器输送到电力网。根据将直流功率变换为交流功率所采用的级数，通常将功率电子变换器分成二级变换器和单级变换器。

常规单级功率变换系统包括连接到控制器的单级变换器，控制器实现最大功率点(MPP)算法以便将最大交变功率从单级变换器输送给电力网。一般而言，控制单级功率变换器，使得其性能可与刚性(stiff)电流源相比。在此类电流刚性实施例中，控制器通过保证注入电力网的功率与从光伏源获得的功率匹配而确保直流电压(此后称为DC电压)保持在预期值。这通过调整电网(grid)交变电流(此后称为AC电流)使得它跟随从光伏源获得的输入功率的任意变化来实现。电流刚性功率变换系统不设置电网电压。在太阳能应用中，希望不断地调节DC电压以从太阳能阵列提取最大功率。

因此，确定将解决前述问题的方法和系统是合乎需要的。

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供一种功率变换系统。该功率变换系统包括：光伏源，产生直流(DC)功率；直流(DC)-交流(AC)单级逆变器(inverter)，将来自光伏源的直流(DC)功率变换成交流(AC)功率，以便传递给电力网；负载平衡单元，耦合到单级逆变器；以及控制器，配置成确定功率变换系统的最大功率点，调整单级逆变器的输出电压，计算电力网的功率需要与在最大功率点可得的单级逆变器输出功率之间的功率平衡差，并且基于功率平衡差实时控制负载平衡单元。

根据本发明的另一实施例，提供一种用于控制功率变换系统的方法，所述功率变换系统包括：光伏源，产生直流(DC)功率；以及直流(DC)-交流(AC)单级逆变器，将来自光伏源的直流(DC)功率变换成交流(AC)功率，以便传递给电力网。该方法包括：确定功率变换系统的最大功率点，调整单级逆变器的输出电压，计算电力网的功率需要与在最大功率点可得的单级逆变器输出功率之间的功率平衡差，并且基于功率平衡差实时控制负载平衡单元。

附图说明

在参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些及其它特征、方面与优点将被更好地理解，附图中相似标号在整个图中表示相似部件，其中：

图1是根据本发明实施例的包括负载平衡单元的单级功率变换系统的示范配置的框图表示，该负载平衡单元包括能量存储元件和DC-DC变换器以对馈送给电力网的交流功率的电压分量进行控制。

图2是根据本发明实施例的包括负载平衡单元的单级功率变换系统的另一示范配置的图示，该负载平衡单元包括耦合到DC-AC变换器的能量存储元件以对馈送给电力网的交流功率的电压分量进行控制。

图3是根据本发明实施例的包括可变负载的单级功率变换系统的示范配置的图示，该可变负载耦合到光伏源与单级逆变器之间的DC链路。

图4是根据本发明实施例的包括可变负载的单级功率变换系统的示范配置的图示，该可变负载耦合到单级逆变器与电力网之间的电力线。

图5是流程图，表示根据本发明的实施例控制功率变换系统的方法所包括的步骤。

具体实施方式

如下文详细论述的，本发明的实施例包括用于单级功率变换系统的系统和方法。单级功率变换系统设计成向电力网提供基本恒定的交流电压(此后称为AC电压)，并且控制输入功率与输出功率之间的功率平衡。AC功率的电压分量通过进一步连接到控制器的负载平衡单元进行控制。控制器确定功率变换系统的最大功率点(此后称为MMP)。MPP定义为光伏源提供最大功率作为光伏源输出的点。控制器还设置工作期间在单级逆变器输出的AC功率的电压分量。此外，控制器计算电力网的功率需要与在MPP可得的单级逆变器输出功率之间的功率平衡差。控制器基于功率平衡差实时控制负载平衡单元。负载平衡单元向单级逆变器提供足够负载平衡功率，使得太阳能变换单元工作在MPP并且在变化电网条件下在单级逆变器的输出确保基本恒定的AC电压。

AC功率馈送给电力网，电力网可包括例如公共电网、小型电网、负载或者它们的组合。在大多数常规单级功率变换系统中馈送给电力网的AC功率通过调整AC功率的电流分量进行控制。在调整AC功率的电流分量时，可能难以在改变负载条件与使输入功率条件变化期间向电力网提供恒定的AC电压。