協(xié)同受控以提供一相、二相或三相單極電的單相逆變器的制造方法
【專利摘要】各個實施方式的系統(tǒng)、方法和設備提供了可以協(xié)同受控以提供一相、二相或三相單極電的單相逆變器。在一實施方式中，太陽能板可以連接到DC到DC轉(zhuǎn)換器和單極電力轉(zhuǎn)換器。在一實施方式中，單極電力轉(zhuǎn)換器輸出可以是接近所需的電壓波形和頻率的單相信號，其偏移于接地電勢，使得電壓輸出信號可以總是正，由此是“單極的”。在一實施方式中，每個系列的太陽能板的單極電力輸出端可以連接到負載的專用的、預設相，所述負載諸如三相電網(wǎng)系統(tǒng)。在一實施方式中，DC到DC轉(zhuǎn)換器的DC輸出端可以與其他DC到DC轉(zhuǎn)換器和其他單極轉(zhuǎn)換器并聯(lián)連接。
【專利說明】協(xié)同受控以提供一相、二相或三相單極電的單相逆變器
[0001]相關(guān)申請
[0002]本申請要求2011年11月21日遞交的名稱為“Single Phase InvertersCooperatively Controlled to Provide One,Two,or Three Phase UnipolarElectricity”的第61/562191號美國臨時專利申請的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，該美國臨時專利申請的全部內(nèi)容以引用的方式并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明總體涉及電力轉(zhuǎn)換，且尤其涉及直流(DC)電到交流(AC)電的轉(zhuǎn)換。
【背景技術(shù)】
[0004]大型發(fā)電系統(tǒng)可提供兆瓦特級別的發(fā)電能力?？梢允褂枚喾N大型發(fā)電系統(tǒng)配置，包括用于將太陽光密集地聚焦在小型太陽能板或者一批太陽能板上的鏡子。在另一大型發(fā)電系統(tǒng)中，可以采用數(shù)千、甚至數(shù)百萬的光伏板。板可以被電子控制以提供有效的電力轉(zhuǎn)換和安全操作。大量的設備和方法可以用來使光伏板的DC電轉(zhuǎn)換成AC電，該AC電可以提供到負載。轉(zhuǎn)換設備的示例包括微逆變器、逆變器和陣列轉(zhuǎn)換器。
[0005]由于對于太陽光到DC電流以及DC電流到AC電已經(jīng)提高了轉(zhuǎn)換效率，故資金成本變得日益重要。采用大量板的發(fā)電系統(tǒng)可以明顯增大安裝和材料的成本，例如，在多個板之間以及在一系列板和固定分配點之間的連接件和布線。在一些配置中，太陽能板可以以串聯(lián)-并聯(lián)布置連接，該串聯(lián)-并聯(lián)布置將強的DC信號提供到遙遠位置的逆變器系統(tǒng)。這樣的配置會具有多個缺點。例如，在太陽能板和逆變器系統(tǒng)之間可需要額外的布線和連接件，這會添加材料和人工成本，且會增加傳輸功率損失。此外，控制一系列太陽能板的逆變器可以在最大化通過整個系列提供的電能的條件下操作，這可以導致次優(yōu)化通過每個單獨板所傳送的電能以及由此次優(yōu)化通過整個系列所傳送的電能。微逆變器可以連接到每個板，且可以控制給定的板到該板的最大電能傳送條件，但是使用單獨的微逆變器提供三相電輸出會導致增大的成本以及微逆變器和發(fā)電系統(tǒng)的復雜性。單相逆變器由于它們需要提供正電壓信號和負電壓信號而會具有增大的復雜性，且會增大開關(guān)和包括發(fā)電系統(tǒng)的其他部件的數(shù)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]各個實施方式的系統(tǒng)、方法和裝置提供了可協(xié)同受控以提供一相、二相或三相單極電的單相逆變器。在多個實施方式中，通過各個實施方式可減小制造和安裝成本同時提供了高效的電力轉(zhuǎn)換。在一個實施方式中，太陽能板可以連接到DC到DC轉(zhuǎn)換器和單極電力轉(zhuǎn)換器，該DC到DC轉(zhuǎn)換器可以控制太陽能板到最大電力轉(zhuǎn)換狀態(tài)。在一個實施方式中，單極電力轉(zhuǎn)換器輸出可以是接近所需的電壓波形和頻率的單相信號，其偏移于接地電勢，使得電壓輸出信號可以總是正，由此是“單極的”。每個系列的太陽能板的單極電力輸出端可以連接到負載的專用的、預定相，諸如，三相電網(wǎng)系統(tǒng)。DC到DC轉(zhuǎn)換器的DC輸出端可以與其他DC到DC轉(zhuǎn)換器和其他單極轉(zhuǎn)換器并聯(lián)連接。單極轉(zhuǎn)換器可以接收來自其相應的DC到DC轉(zhuǎn)換器的DC電力，或者接收來自并聯(lián)電連接的一個或多個其他的DC到DC轉(zhuǎn)換器的DC電力。
[0007]在一個實施方式中，一系列太陽能板的DC輸出和單極輸出可以連接到組合器殼體的特定輸入端子。組合器殼體可以調(diào)整電力的電壓以匹配電連接的負載(例如，電網(wǎng))的電壓。組合器殼體還可以與DC線互連。在多個實施方式中，組合器殼體可包括控制器和用于檢測不安全狀況(例如，電弧或者上游系統(tǒng)故障)的其他部件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]并入本文且構(gòu)成該說明書的一部分的附圖示出本發(fā)明的示例性方面，附圖與以上給出的總體描述和下文給出的詳細描述一起用來解釋本發(fā)明的特征。
[0009]圖1是發(fā)電系統(tǒng)的一實施方式的部件框圖。
[0010]圖2是發(fā)電系統(tǒng)的另一個實施方式的部件框圖。
[0011]圖3A是發(fā)電系統(tǒng)的第三實施方式的部件框圖。
[0012]圖3B是發(fā)電系統(tǒng)的第四實施方式的部件框圖。
[0013]圖4A是發(fā)電系統(tǒng)的第五實施方式的部件框圖。
[0014]圖4B是發(fā)電系統(tǒng)的第六實施方式的部件框圖。
[0015]圖5是電力轉(zhuǎn)換器單元的實施方式的電路圖。
[0016]圖6是三相電輸出的曲線圖。
[0017]圖7是兩相電輸出的曲線圖。
[0018]圖8是涉及時間、電壓、電流和切換周期的曲線圖。
[0019]圖9是涉及單獨功率輸出和總功率輸出隨時間的曲線圖。
[0020]圖10是示出用于電力轉(zhuǎn)換器單元控制的方法的一實施方式的方法流程圖。
[0021]圖11是示出用于電力轉(zhuǎn)換器單元控制的方法的另一個實施方式的方法流程圖。
[0022]圖12是示出用于電力轉(zhuǎn)換器單元啟動的方法的一實施方式的方法流程圖。
[0023]圖13是示出組合器殼體控制方法的一實施方式的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0024]參考附圖將詳細描述各個實施方式。在可行的情況下，在所有的附圖中，相同的附圖標記將用來表示相同或相似的部件。提到的特定示例和實現(xiàn)方式是出于示例性的目的，且不旨在限制本發(fā)明或權(quán)利要求書的范圍。
[0025]本文所用的詞語“示例性”是指，“充當示例、例子或者說明”。本文描述為“示例性”的任一實現(xiàn)方式不必理解為，比其他實現(xiàn)方式優(yōu)選或者有利。
[0026]本文使用作為DC輸入端的光伏板或太陽能板的示例來描述各個實施方式。該示例可用于描述裝置、系統(tǒng)和方法的實施方式的多個部件和功能。然而，除非特別指出，否則實施方式和權(quán)利要求書的范圍不限于這樣的配置。在其它潛在應用方面描述實施方式是不必要的且是重復性的。因此，本文所用的術(shù)語“太陽能板”或者“光伏板”一般是指實施方式可以應用且不旨在限制權(quán)利要求書的范圍(除非特別指出)的任一形式的DC輸入端。
[0027]在行業(yè)中，對稱的兩相系統(tǒng)通?？煞Q為“Edison”系統(tǒng)或者“單相”系統(tǒng)，這是因為兩相在住宅電源板中被拆分，且兩相中的每個相分配為單相。出于清楚和一致性，本文的“單相”是指一個相，以及“兩相”是指“Edison”系統(tǒng)或者對稱的兩相系統(tǒng)。
[0028]各個實施方式的系統(tǒng)、方法和裝置提供了單相逆變器，該單相逆變器可以被協(xié)同控制以提供一相單極電、二相單極電或三相單極電。在各個實施方式中，在提供高效的電力轉(zhuǎn)換的同時可以減小制造和安裝的成本。在一實施方式中，太陽能板可以連接到DC到DC轉(zhuǎn)換器和單極電力轉(zhuǎn)換器。DC到DC轉(zhuǎn)換器可以將太陽能板控制到最大電力轉(zhuǎn)換狀態(tài)。單極電力轉(zhuǎn)換器輸出可以是接近所需的電壓波形和頻率的單相信號，其偏移于接地電勢，使得電壓輸出信號可以總是正，由此是“單極的”。每個系列的太陽能板的單極電力輸出端可以連接到負載的專用的預定相，諸如，三相電網(wǎng)系統(tǒng)。DC到DC轉(zhuǎn)換器的DC輸出端可以與其他的DC到DC轉(zhuǎn)換器和其他單極轉(zhuǎn)換器并聯(lián)連接。單極轉(zhuǎn)換器可以從其相應的DC到DC轉(zhuǎn)換器或者從并聯(lián)電連接的一個或多個其他的DC到DC轉(zhuǎn)換器接收DC電力。
[0029]在一實施方式中，一系列太陽能板的DC輸出端和單極輸出端可以連接到組合器殼體的特定輸入端。組合器殼體可調(diào)整電力的電壓以匹配電連接的負載(例如，電網(wǎng))的電壓。組合器殼體還可以使DC線互連。在多個實施方式中，組合器殼體可包括控制器和用于檢測不安全狀態(tài)的其他部件，所述不安全狀態(tài)諸如電弧或者上游系統(tǒng)故障。
[0030]圖1示出了單相發(fā)電系統(tǒng)100的一實施方式。相A132可包括電力轉(zhuǎn)換器單元(“PCU”)102。PCU102可包括DC到DC轉(zhuǎn)換器104，DC到DC轉(zhuǎn)換器104與單極電力轉(zhuǎn)換器106和控制器107電連接。下文討論P⑶102的另外的部件。P⑶102可包括一個殼體，該殼體包含DC到DC轉(zhuǎn)換器104、單極電力轉(zhuǎn)換器106和控制器107。在一替選實施方式中，P⑶102可分別對于DC到DC轉(zhuǎn)換器104、單極電力轉(zhuǎn)換器106和控制器107而包括獨立的殼體。DC到DC轉(zhuǎn)換器104可通過線110和線112而連接到光伏板(“PV”)108。在工作中，DC到DC轉(zhuǎn)換器104可以通過線110接收來自PV108的正電流，且線112可充當電返回線，以完成在DC到DC轉(zhuǎn)換器104和PV108之間的電路。在操作中，DC到DC轉(zhuǎn)換器104可使從PV108所接收的電壓升壓到至少從單極電力轉(zhuǎn)換器106預期的單極電壓的峰到峰值加上偏移電壓值(例如，10伏(IOV)DC)的值的DC電壓。單極電力轉(zhuǎn)換器106可以借助內(nèi)部連接接收來自DC到DC轉(zhuǎn)換器104的DC信號。控制器107可監(jiān)控和控制DC到DC轉(zhuǎn)換器104和單極電力轉(zhuǎn)換器106的操作。
[0031]P⑶102可以通過三條線，即正固定電壓DC線116、負固定電壓DC線118和單極電力線120，電連接到組合器殼體114。在一實施方式中，三條線116、118和120可以被包在外護套122中且形成單一的電纜，該電纜可形成從P⑶102到組合器殼體114的三線互連。DC線116、118可提供正和負DC線(下文稱為“鏈路” 124)，在兩條線116、118之間的電壓下文稱為”。P⑶102的控制器107可包括通信模塊，以將通信信號輸入到鏈路124或者接收來自鏈路124的通信信號。在替選實施方式中，除了輸入到鏈路124/從鏈路124接收的通信信號之外，通信模塊還可借助其他通信信道(例如，借助無線網(wǎng)絡連接或有線網(wǎng)絡連接)發(fā)送和/或接收通信信號；或者代替輸入到鏈路124/從鏈路124接收的通信信號，通信模塊可借助其他通信信道(例如，借助無線網(wǎng)絡連接或有線網(wǎng)絡連接)發(fā)送和/或接收通信信號。
[0032]DC線116、118可以連接到電容器C1128。電容器C1128可以是大型電容器或者任何其他的儲能裝置，諸如，雙向電池充電器。電容器Cl 128可以吸收可發(fā)生的瞬變，例如，120Hz的偽像。電容器C1128可以是數(shù)百微法拉的低頻電容器，諸如，電解電容器。輸出A可以是單極電力線120的輸出，其可以是從接地電勢偏移的接近所需的電壓波形和頻率的單相信號，使得電壓輸出信號可總是正，因此是“單極的”。輸出Vo可以是DC線116、118的DC輸出。
[0033]組合器殼體114內(nèi)的控制器142可分別借助線A和線B監(jiān)控DC線116和DC線118?？刂破?42可包含可編程的控制器或處理器144、存儲器146和通信模塊148?？删幊炭刂破?44可使控制器142響應于在存儲器146中所存儲的信息執(zhí)行邏輯運算、執(zhí)行控制操作、執(zhí)行監(jiān)控操作、且執(zhí)行通信操作。線A、線B和線C可以聯(lián)接到可編程控制器144，使得來自可編程控制器144的信號可以借助線A、線B和線C發(fā)送和/或接收?？刂破?42可以借助控制線C控制繼電器126的操作。舉例而言，繼電器126可以是單一的M0SFET，然而可以使用能夠執(zhí)行開關(guān)功能的任一已知類型的技術(shù)，包括繼電器、晶體管、雙極晶體管、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、碳化硅晶體管或者氮化鎵晶體管、晶閘管、串聯(lián)連接的MOSFET^as閘管模擬器和與IGBT串聯(lián)的二極管。控制器142可包括通信模塊148，通信模塊148聯(lián)接到可編程控制器144以借助線A或線B將通信信號輸入到鏈路124或者借助線A或線B接收來自鏈路124的通信信號。采用該方式，P⑶102的控制器107可以與組合器殼體114的控制器142通信?？刂破?07和控制器142之間的通信可包括:報告所提供的電力、PV108電壓或者電流、單極電力 轉(zhuǎn)換器106的狀態(tài)，以及接收啟用或者禁用單極電力轉(zhuǎn)換器106的命令。在替選實施方式中，除了輸入到鏈路124/從鏈路124接收的通信信號之外，通信模塊148還可借助其他通信信道(例如，借助無線網(wǎng)絡連接或有線網(wǎng)絡連接)發(fā)送和/或接收通信信號；或者代替輸入到鏈路124/從鏈路124接收的通信信號，通信模塊148可借助其他通信信道(例如，借助無線網(wǎng)絡連接或有線網(wǎng)絡連接)發(fā)送和/或接收通信信號。
[0034]控制器142可具有反孤島性能且可以通過監(jiān)控線A和/或線B檢測鏈路124上的電弧故障。在操作中，如果在鏈路124上檢測到電弧故障，則單極電力線120可通過斷開繼電器126而被斷開連接。在P⑶102中的控制器107可以檢測單極電力線120的斷開連接，且可以停止DC到DC轉(zhuǎn)換器104，且可以將P⑶102與鏈路124斷開連接。在組合器殼體114內(nèi)的控制器142可以使鏈路124放電。在一些實施方式中，僅在人工檢查和介入時,才可以允許重啟。具有集中的、可能地過多的電弧故障檢測和反孤島可以降低總體單位成本，且增大單相發(fā)電系統(tǒng)100的總安全性。
[0035]圖2示出了類似于圖1中所示的單相發(fā)電系統(tǒng)100的單相發(fā)電系統(tǒng)200的實施方式，但增加了多個PV108A、108B和108C以及多個PCU102A、102B和102C。單相發(fā)電系統(tǒng) 200 的相 A132 可包括一組 PV (諸如，PV108A.PV108B 和 PV108C)以及 PCU102A、PCU102B和PCU102C。盡管關(guān)于三個PV108A、108B和108C以及三個PCU102A、102B和102C進行討論，但發(fā)電系統(tǒng)200不需要限制為三個PV和PCU對，對于另外的功率容量，可以添加不受限制數(shù)量的PV與P⑶組。每個P⑶102A、102B和102C可以類似于如上文結(jié)合圖1所討論的PCU102。每個PCU102A、102B和102C可分別包括:DC到DC轉(zhuǎn)換器104A、104B和104C，單極電力轉(zhuǎn)換器 106A、106B 和 106C，控制器 107A、107B 和 107C。每個 PV108A、108B、108C 可分別通過線 110A、110B、110C、112A、112B、112C 連接到其相應的 PCU102AU02B 或 102C 的 DC到DC轉(zhuǎn)換器104AU04B或104C。
[0036]每個PCU102A、102B、102C可以通過三條線，即正固定電壓DC線116A、116B、116C以及負固定電壓DC線118A、118B、118C以及單極電力線120A、120B、120C而電連接到組合器殼體114。所有的公用線可以電連接在組合器殼體114的內(nèi)部。各個正固定電壓DC線116A、116B、116C可以并聯(lián)連接到一起。各個負固定電壓DC線118A、118B、118C可以并聯(lián)連接到一起。通過該方式，并聯(lián)連接的所有的正固定電壓DC線116A、116B、116C以及所有的負固定電壓DC線118A、118B、118C可以形成鏈路124。每個PCU102A、102B、102C的控制器107A、107B、107C可以包含通信模塊以將通信信號輸入到鏈路124或者接收來自鏈路124的通信信號。
[0037]在替選實施方式中，該系列PCU102A、102B、102C中的僅一個PCU102A可以物理連接到組合器殼體114。組合器殼體114可以是單一的單元。然而，可以期望或者通過代碼或規(guī)則而要求以保持DC(116A、116B、116C、118A、118B和118C)和單極電力線(120A、120B和120C)分離。在替選實施方式中，DC線116A、116B、116C、118A、118B、118C可進入一個殼體，單極電力線120A、120B、120C可進入另一個殼體。在一實施方式中，例如，由于布線限制，可以將并聯(lián)的PCU的數(shù)量限制為不超過15個并聯(lián)的PCU，通過另一組并聯(lián)連接到組合器殼體114的PV和PCU，可以添加另外的廠級的功率容量。在另一實施方式中，電廠的DC線的多個子集集合可以被分離以避免單點故障，使得在DC線的單一組中，基本上相同數(shù)量的模塊可以電連接在每個相中，且每對DC線可以連接到單獨的存儲裝置。
[0038]如上文結(jié)合圖1的討論，鏈路124可以連接到電容器C1128。電容器C1128可以是大型電容器或者任一其他的儲能裝置，諸如，雙向電池充電器。電容器C1128可以吸收可發(fā)生的瞬變，例如，120Hz的偽像。電容器Cl 128可以是數(shù)百微法拉的低頻電容器，諸如，電解電容器。輸出A可以是并聯(lián)連接的單極電力線120A、120B、120C的輸出，其可以是從接地電勢偏移的接近所需的電壓波形和頻率的單相信號，使得電壓輸出信號可總是正，因此是“單極的”。輸出Vo可以是鏈路124的DC輸出。
[0039]在組合器殼體114內(nèi)的控制器142可分別借助線A和線B監(jiān)控鏈路124。控制器142可包含可編程控制器或處理器144、存儲器146和通信模塊148?？删幊炭刂破?44可使控制器142響應于在存儲器146中所存儲的信息而執(zhí)行邏輯運算、執(zhí)行控制操作、執(zhí)行監(jiān)控操作、且執(zhí)行通信操作。線A、線B和線C可以聯(lián)接到可編程控制器144，使得來自可編程控制器144的信號可借助線A、線B和線C被發(fā)送或接收?？刂破?42借助控制線C可以控制繼電器126的操作。舉例而言，繼電器126可以是單一的M0SFET，然而可以使用能夠執(zhí)行開關(guān)功能的任一已知類型的技術(shù)，包括繼電器、晶體管、雙極晶體管、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、碳化硅晶體管或者氮化鎵晶體管、晶閘管、串聯(lián)連接的M0SFET、晶閘管模擬器和與IGBT串聯(lián)的二極管?？刂破?42可包括通信模塊148，通信模塊148聯(lián)接到可編程控制器144以借助線A或線B將通信信號輸入到鏈路124或者借助線A或B接收來自鏈路124的通信信號。采用該方式，PCU102A、102B、102C的控制器107A、107B、107C可以與組合器殼體114的控制器142通信以及可以彼此通信。在控制器107A、107B、107C和控制器142之間的通信可包括:報告所提供的電力，PV108A、108B和/或108C的電壓或者電流，單極電力轉(zhuǎn)換器106AU06B和/或106C的狀態(tài)，且接收啟用或者禁用單極電力轉(zhuǎn)換器106AU06B和/或106C的命令。
[0040]控制器142可具有反孤島性能且可以通過監(jiān)控線A和/或線B檢測鏈路124上的電弧故障。在操作中，如果在鏈路124上檢測到電弧故障，則單極電力線120AU20B和120C可以通過斷開繼電器126而被斷開連接。在P⑶102A、102B和/或102C中的控制器107A、107B和/或107C可以檢測單極電力線120A、120B和/或120C的斷開連接，且可以停止DC到DC轉(zhuǎn)換器104A、104B和/或104C，且可以將PCU102A、102B和/或102C與鏈路124斷開連接。在組合器殼體114內(nèi)的控制器142可以使鏈路124放電。在一些實施方式中，僅在人工檢查和介入時，才可以允許重啟。具有集中的、可能地過多的電弧故障檢測和反孤島可以降低總體單位成本，且增大單相發(fā)電系統(tǒng)200的總體安全性。
[0041]圖3A示出兩相發(fā)電系統(tǒng)300A，其包括如上文參考圖1所討論的相A132、以及另一PV108D和PCU102D組(本文稱為相B134)。相B134可以包括:通過線IlOD和線112D連接至IJPCU102D的PV108D。PCU102D可以包括:DC到DC轉(zhuǎn)換器104D、單極電力轉(zhuǎn)換器106D和控制器107D。相B134的PV108D和PCU102D可以以類似于如上文結(jié)合圖1所討論的相A132D的PV和P⑶的方式操作。
[0042]P⑶102和P⑶102D均可以通過三條線，即正固定電壓DC線116和正固定電壓DC線116B、負固定電壓DC線118和負固定電壓DC線118B、以及單極電力線120和單極電力線120D，而電連接到組合器殼體114。正固定電壓DC線116和正固定電壓DC線116D可以連接到一起。每個負固定電壓DC線118、118D可以連接到一起。通過該方式,連接到一起的所有的正固定電壓DC線116U16D以及連接到一起的所有的負固定電壓DC線118U18D可以形成鏈路124。每個P⑶102U02D的控制器107、107D可以包含通信模塊以將通信信號輸入到鏈路124或者接收來自鏈路124的通信信號。
[0043]如上文結(jié)合圖1的討論，鏈路124可以連接到電容器C1128。電容器C1128可以是大型電容器或者任一其他的儲能裝置，諸如，雙向電池充電器。電容器C1128可以吸收可發(fā)生的瞬變，例如，120Hz的偽像。電容器Cl 128可以是數(shù)百微法拉的低頻電容器，諸如，電解電容器。
[0044]輸出A可以是單極電力線120的輸出，其可以是從接地電勢偏移的接近所需的電壓波形和頻率的單相信號，使得電壓輸出信號可總是正，因此是“單極的”。輸出B可以是單極電力線120D的輸出，其可以是從接地電勢偏移的接近所需的電壓波形和頻率的單相信號，使得電壓輸出信號可總是正，因此是“單極的”。輸出Vo可以是鏈路124的DC輸出。
[0045]如上文結(jié)合圖1的討論，在組合器殼體114內(nèi)的控制器142可借助線A和線B監(jiān)控鏈路124。控制器142可包含可編程控制器或處理器144、存儲器146和通信模塊148?？删幊炭刂破?44可使控制器142響應于在存儲器146中所存儲的信息而執(zhí)行邏輯運算、執(zhí)行控制操作、執(zhí)行監(jiān)控操作、且執(zhí)行通信操作。線A、線B、線C和線D可以聯(lián)接到可編程控制器144，使得來自可編程控制器144的信號可以借助線A、線B、線C和線D而被發(fā)送或接收?？刂破?42可以借助控制線C控制繼電器126的操作且可以借助控制線D控制繼電器126D的操作。舉例而言，繼電器126和繼電器126D可以是單一的M0SFET，然而可以使用能夠執(zhí)行開關(guān)功能的任一已知類型的技術(shù)，包括繼電器、晶體管、雙極晶體管、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、碳化硅晶體管或者氮化鎵晶體管、晶閘管、串聯(lián)連接的M0SFET、晶閘管模擬器和與IGBT串聯(lián)的二極管?？刂破?42可包括通信模塊148，通信模塊148聯(lián)接到可編程控制器144以借助線A或線B將通信信號輸入到鏈路124或者借助線A或線B接收來自鏈路124的通信信號。采用該方式，P⑶102和P⑶102D的控制器107和控制器107D可以與組合器殼體114的控制器142通信以及彼此通信。在控制器107、控制器107D和控制器142之間的通信可包括:報告所提供的電力，PV108和/或PV108D電壓或者電流，單極電力轉(zhuǎn)換器106和/或106D的狀態(tài)，且接收啟用或者禁用單極電力轉(zhuǎn)換器106和/或106D的命令。
[0046]控制器142可具有反孤島性能且通過監(jiān)控線A和/或線B可以檢測鏈路124上的電弧故障。在操作中，如果在鏈路124上檢測到電弧故障，則單極電力線120和/或單極電力線120D可通過斷開繼電器126和/或繼電器126D而斷開連接。在P⑶102中的控制器107可以檢測單極電力線120的斷開連接，且可以停止DC到DC轉(zhuǎn)換器104，且可以將K:U102與鏈路124斷開連接。在P⑶102D中的控制器107D可以檢測單極電力線120D的斷開連接，且可以停止DC到DC轉(zhuǎn)換器104D，且可以將POT102D與鏈路124斷開連接。在組合器殼體114內(nèi)的控制器142可以使鏈路124放電。在一些實施方式中，僅在人工檢查和介入時，才可以允許重啟。具有集中的、可能地過多的電弧故障檢測和反孤島可以降低總體單位成本，且增大單相發(fā)電系統(tǒng)300的總體安全性。
[0047]圖3B示出類似于如上文結(jié)合圖3A所討論的二相發(fā)電系統(tǒng)300A的二相發(fā)電系統(tǒng)300B,只是并不是兩個PV108、108D分別連接到PCU102、102D，而是單一的PV108與用于兩個相(相A132和相B134)的電子接口相關(guān)聯(lián)。在二相發(fā)電系統(tǒng)300B中，相A132可以包括:通過線110和線112連接至Ij PCU102的PV108 ;相B134可以包括:通過線IlOD和線112D連接到PCU102D的PV108。二相發(fā)電系統(tǒng)300B可以以類似于如上文結(jié)合圖3A所討論的二相發(fā)電系統(tǒng)300A的方式操作。
[0048]圖4A示出三相發(fā)電系統(tǒng)400A，其可以包括如上文參考圖3A所討論的相A132和相B134、以及另一 PV108E和PCU102E組(本文稱為相C136)。相C136可以包括:通過線IlOE和線112E連接到PCU102E的PV108E。PCU102E可以包括:DC到DC轉(zhuǎn)換器104E、單極電力轉(zhuǎn)換器106E和控制器107E。相C134的PV108E和PCU102E可以以類似于如上文結(jié)合圖3A所討論的相A132和相B134的PV和PCU的方式操作。
[0049]每個PCU102、102D、102E可以通過三條線，即正固定電壓DC線116、116D、116E，負固定電壓DC線118、118D、118E，以及單極電力線120、120D、120E，而電連接到組合器殼體114。正固定電壓DC線116、116D、116E可以并聯(lián)連接到一起。每個負固定電壓DC線118、118DU18E可以并聯(lián)連接到一起。通過該方式，連接到一起的所有的正固定電壓DC線116、116DU16E以及連接到一起的所有的負固定電壓DC線118、118D、118E可以形成鏈路124。每個PCU102、102D、102E的控制器107、107D、107E可以包含通信模塊以將通信信號輸入到鏈路124或者接收來自鏈路124的通信信號。
[0050]如上文結(jié)合圖1的討論，鏈路124可以連接到電容器C1128。電容器C1128可以是大型電容器或者任一其他的儲能裝置，諸如，雙向電池充電器。電容器C1128可以吸收可發(fā)生的瞬變，例如，120Hz的偽像。電容器Cl 128可以是數(shù)百微法拉的低頻電容器，諸如，電解電容器。
[0051]輸出A可以是單極電力線120的輸出，其可以是從接地電勢偏移的接近所需的電壓波形和頻率的單相信號，使得電壓輸出信號可總是正，因此是“單極的”。輸出B可以是單極電力線120D的輸出，其可以是從接地電勢偏移的接近所需的電壓波形和頻率的單相信號，使得電壓輸出信號可總是正，因此是“單極的”。輸出C可以是單極電力線120E的輸出，其可以是從接地電勢偏移的接近所需的電壓波形和頻率的單相信號，使得電壓輸出信號可總是正，因此是“單極的”。輸出Vo可以是鏈路124的DC輸出。[0052]如上文結(jié)合圖1的討論，在組合器殼體114內(nèi)的控制器142可借助線A和線B監(jiān)控鏈路124。控制器142可包含可編程控制器或處理器144、存儲器146和通信模塊148?？删幊炭刂破?44可使控制器142響應于在存儲器146中所存儲的信息執(zhí)行邏輯運算、執(zhí)行控制操作、執(zhí)行監(jiān)控操作、且執(zhí)行通信操作。線A、線B、線C、線D和線E可以聯(lián)接到可編程控制器144，使得來自可編程控制器144的信號可以借助線A、線B、線C、線D和線E被發(fā)送或接收?？刂破?42可以借助控制線C控制繼電器126的操作，借助控制線D控制繼電器126D的操作，以及借助控制線E控制繼電器126E的操作。舉例而言，繼電器126、繼電器126D和繼電器126E可以是單一的M0SFET，然而可以使用能夠執(zhí)行開關(guān)功能的任一已知類型的技術(shù)，包括繼電器、晶體管、雙極晶體管、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、碳化硅晶體管或者氮化鎵晶體管、晶閘管、串聯(lián)連接的M0SFET、晶閘管模擬器和與IGBT串聯(lián)的二極管。控制器142可包括通信模塊148，通信模塊148聯(lián)接到可編程控制器144以借助線A或線B將通信信號輸入到鏈路124或者借助線A或線B接收來自鏈路124的通信信號。采用該方式，PCU102、PCU102D和PCU102E的控制器107、控制器107D和控制器107E可以與組合器殼體114的控制器142通信以及彼此通信。在控制器107、控制器107D和控制器107E和控制器142之間的通信可包括:報告所提供的電力，PV108、PV108D和/或PV108E的電壓或者電流，單極電力轉(zhuǎn)換器106U06D和/或106E的狀態(tài)，且接收啟用或者禁用單極電力轉(zhuǎn)換器106、106D和/或106E的命令。
[0053]控制器142可具有反孤島性能且通過監(jiān)控線A和/或線B可以檢測鏈路124上的電弧故障。在操作中，如果在鏈路124上檢測到電弧故障，則單極電力線120、120D和/或120E可通過斷開繼電器126、繼電器126D和/或繼電器126E而被斷開連接。在P⑶102中的控制器107可以檢測單極電力線120的斷開連接，且可以停止DC到DC轉(zhuǎn)換器104，且可以將P⑶102與鏈路124斷開連接。在P⑶102D中的控制器107D可以檢測單極電力線120D的斷開連接，且可以停止DC到DC轉(zhuǎn)換器104D，且可以將P⑶102D與鏈路124斷開連接。在P⑶102E中的控制器107E可以檢測單極電力線120E的斷開連接，且可以停止DC到DC轉(zhuǎn)換器104E，且可以將P⑶102E與鏈路124斷開連接。在組合器殼體114內(nèi)的控制器142可以使鏈路124放電。在一些實施方式中，僅在人工檢查和介入時，才可以允許重啟。具有集中的、可能地過多的電弧故障檢測和反孤島可以降低總體單位成本，且增大單相發(fā)電系統(tǒng)400的總體安全性。
[0054]DC-DC轉(zhuǎn)換器104U04D和104E的輸出端可以并聯(lián)電連接并且功能可以是設置目標電壓以將它們相應的PV108、108D和108E調(diào)節(jié)為DC-DC轉(zhuǎn)換器輸入電壓。因此，如果每個DC-DC轉(zhuǎn)換器104、104D和104E的相應的PV108、108D和108E日曬和溫度條件不改變，則每個DC-DC轉(zhuǎn)換器104、104D和104E可以以恒定的功率操作。DC-DC轉(zhuǎn)換器104、104D和104E的輸出端將輸入功率提供到單極電力轉(zhuǎn)換器106U06D和106E。出于任一原因，如果輸入到單極電力轉(zhuǎn)換器106、106D和106E的輸入功率可大于在輸出端上可期望可傳送的功率(例如，對于輸出FET的安全限制或者廠級限制)，則所有相關(guān)的DC-DC轉(zhuǎn)換器104U04D和104E可以限制它們的輸出功率。在一實施方式中，通過控制DC-DC轉(zhuǎn)換器104、104D和104E以將鏈路124的電壓Ves限制為對應于電廠所需的最大功率的值，可以實現(xiàn)這一點。
[0055]從組合器殼體114可以輸出三相輸出。最小電壓可以高于在線112、112D、112E、118、118D和118E處的負電壓且偏移了電壓值Vfiif。在一些實施方式中，Vfiif可以是10伏。中性電壓點可以連接到電網(wǎng)系統(tǒng)的對應的中性線。同樣，從組合器殼體114輸出的相A端子、相B和相C可以連接到電網(wǎng)的對應的相線。
[0056]圖4B示出類似于如上文結(jié)合圖4A所討論的三相發(fā)電系統(tǒng)400A的三相發(fā)電系統(tǒng)400B，只是并不是三個PV108、108D和108E分別連接到PCU102、102D和102E，而是單一的PV108與用于三個相(相A132、相B134和相C136)的電子接口關(guān)聯(lián)。在三相發(fā)電系統(tǒng)400B中，相A132可以包括:通過線110和112連接到P⑶102的PV108 ;相則34可以包括:通過線IlOD和112D連接到PCU102D的PV108 ;相C136可以包括:通過線IlOE和112E連接至IjPCU102E的PV108。三相發(fā)電系統(tǒng)400B可以以類似于如上文結(jié)合圖4A所討論的三相發(fā)電系統(tǒng)400A的方式操作。 [0057]圖5示出如上文結(jié)合圖1所討論的P⑶102的實施方式的部件。電容器502和電容器536、線圈504、開關(guān)506和開關(guān)508可以形成升壓型DC到DC轉(zhuǎn)換器104。線110可以連接到DC到DC轉(zhuǎn)換器104的正輸入端子526，以及線112可以連接到DC到DC轉(zhuǎn)換器104的負輸入端子528。電容器502的輸入端子和線圈504的輸入端子可以連接到正輸入端子526。線圈504的輸出端子可以連接到開關(guān)508的輸入端子和開關(guān)506的輸入端子。開關(guān)506和開關(guān)508可以是單一的M0SFET，然而可以使用能夠執(zhí)行開關(guān)功能的任一已知類型的技術(shù)，包括繼電器、晶體管、雙極晶體管、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、碳化硅晶體管或者氮化嫁晶體管、晶閘管、串聯(lián)連接的M0SFET、晶閘管I旲擬器和與IGBT串聯(lián)的二極管。另外，開關(guān)506和開關(guān)508可以是不同類型的開關(guān)。在替選實施方式中，開關(guān)506可以是二極管，然而該示例配置可以導致較低的部件成本，其還可以導致效率上的一些犧牲。
[0058]開關(guān)508的輸出端子可以連接到電容器536的輸入端子且連接到正DC輸出端子530。正DC輸出端子530可以連接到正固定電壓DC線116。電容器536可以是高頻率電容器(例如，數(shù)微法拉電容器)且可以濾除高頻開關(guān)偽像。電容器502的輸出端子、開關(guān)506的輸出端子和電容器536的輸出端子可以連接到負輸入端子528。另外，電容器502的輸出端子、開關(guān)506的輸出端子、電容器536的輸出端子以及負輸入端子528可以連接到負DC輸出端子532。負DC輸出端子532可以連接到負固定電壓DC線118。
[0059]線圈510和線圈516、開關(guān)512和開關(guān)514、以及電容器518可以形成單極電力轉(zhuǎn)換器106。線圈510的輸入端子可以連接到電容器536的輸入端子、開關(guān)508的輸出端子和正DC輸出端子530。線圈510的輸出端子可以連接到開關(guān)512的輸入端子。開關(guān)512可以是單一的M0SFET，然而可以使用能夠執(zhí)行開關(guān)功能的任一已知類型的技術(shù)，包括繼電器、晶體管、雙極晶體管、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、碳化硅晶體管或者氮化鎵晶體管、晶閘管、串聯(lián)連接的M0SFET、晶閘管模擬器和與IGBT串聯(lián)的二極管。開關(guān)512的輸出端子可以連接到線圈516的輸入端子和開關(guān)514的輸出端子。開關(guān)514可以是單一的M0SFET，然而可以使用能夠執(zhí)行開關(guān)功能的任一已知類型的技術(shù)，包括繼電器、晶體管、雙極晶體管、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、碳化硅晶體管或者氮化鎵晶體管、晶閘管、串聯(lián)連接的M0SFET、晶閘管模擬器和與IGBT串聯(lián)的二極管。在替選實施方式中，開關(guān)514可以是二極管。開關(guān)512的輸出端子和開關(guān)514的輸出端子可以連接到一起以形成單一的輸出端子。以該方式連接到一起，開關(guān)512和開關(guān)514可以形成半橋電路。開關(guān)512的輸出端子和開關(guān)514的輸出端子可以連接到一起以形成單一的輸出端子，該單一的輸出端子可以連接到線圈516的輸入端子。[0060]線圈516的輸出端子可以連接到電容器518的輸入端子以及單極電力輸出端子534。單極電力輸出端子534可以連接到單極電力線120。電容器518的輸出端子可以連接到開關(guān)514的輸入端子、電容器502的輸出端子、開關(guān)506的輸出端子、電容器536的輸出端子、負輸入端子528和負DC輸出端子532。電容器518能夠使單極電力轉(zhuǎn)換器106與單極電力轉(zhuǎn)換器106可以聯(lián)接到的電力系統(tǒng)高頻解聯(lián)接。
[0061 ] 控制器107可以分別借助控制線A、控制線B、控制線C和控制線D將控制信號提供到開關(guān)506、開關(guān)508、開關(guān)512和開關(guān)514的控制柵?？刂破?07可包括多個輸出端子，每個輸出端子可以獨立地操作?？刂凭€A、控制線B、控制線C和控制線D可以分別連接到開關(guān)506、開關(guān)508、開關(guān)512和開關(guān)514的控制柵?？刂破?07可包括可編程控制器或處理器520、存儲器522和通信模塊524?？删幊炭刂破?20可響應于在存儲器522中所存儲的信息執(zhí)行邏輯運算、執(zhí)行控制操作、執(zhí)行監(jiān)控操作、且執(zhí)行通信操作。線A、線B、線C和線D可以聯(lián)接到可編程控制器520，使得來自可編程控制器520的信號可通過線A、線B、線C和線D而被發(fā)送或接收。線A、線B、線C和線D可以聯(lián)接到可編程控制器520，使得來自可編程控制器520的信號分別控制開關(guān)506、開關(guān)508、開關(guān)512和開關(guān)514的操作。在一實施方式中，可編程控制器520可以控制開關(guān)506和開關(guān)508的操作，使得DC到DC轉(zhuǎn)換器104具有高的開關(guān)頻率，例如，30KHz。通信模塊524能夠使可編程控制器520通過連接到正DC輸出端子530、負DC輸出端子532和單極電力輸出端子534的線，和/或通過其他通信信道(例如，通過無線網(wǎng)絡連接或有線網(wǎng)絡連接)，發(fā)送和接收信息。
[0062]圖6示出在三個相A602、相B604和相C606之間的相位關(guān)系。圖7示出用于兩相系統(tǒng)的相位關(guān)系，例如，在兩相A702、B704之間為180度。
[0063]圖8示出脈沖寬度調(diào)制脈沖的轉(zhuǎn)換的結(jié)果的示例，該脈沖寬度調(diào)制脈沖通過如上文結(jié)合圖5討論的PCU102可以轉(zhuǎn)變成脈沖幅度調(diào)制(PAM)電流脈沖。短持續(xù)時間的大致矩形的電壓脈沖802可表示在開關(guān)506的漏極側(cè)上的電壓。脈沖寬度808可以近似于通過線A來自控制器107的信號的脈沖寬度，周期810可以是PCU102的切換周期。取決于來自控制器107的控制信號的狀態(tài)和開關(guān)512、514的狀態(tài)，圓形的半波整流正弦波804可以是P⑶102的單極電力輸出端534到線A的輸出。電容器536可以與線圈510和線圈516以及電容器518充當重建濾波器以產(chǎn)生圓形半波整流正弦波804。三角形波形806示出在同一時段期間通過連接到P⑶102的PV108可以產(chǎn)生的電流變化，且示出線圈504和電容器536在維持相對恒定的PV108電流方面可具有的作用，而與通過重建濾波器所產(chǎn)生的相對大的脈沖寬度調(diào)制的電流脈沖無關(guān)。
[0064]圖9示出對于給定的時段，在單相發(fā)電系統(tǒng)中五個并聯(lián)連接的PCU的組的單獨的功率曲線和五個PCU的單相發(fā)電系統(tǒng)的總功率曲線之間的關(guān)系。盡管關(guān)于五個PCU的單相發(fā)電系統(tǒng)進行討論，然而不受限制的數(shù)量的PCU可以并聯(lián)連接。如上所述，PV可以連接到PCU，不受限制的數(shù)量的PCU可以并聯(lián)連接，使得各個PCU的輸出可以并聯(lián)連接以包括單相電力。隨著太陽光開始入射在PV上，從每個PV可以得到的功率可以小于PV的最大功率。在低功率條件期間(諸如在早上太陽上升期間)，如果所有的單極電力轉(zhuǎn)換器一起工作，則五個PCU的組的每個單極電力轉(zhuǎn)換器可以在效率低的條件下操作。為了提高效率，在時刻914至時刻916的第一時段處，第一 P⑶的單極電力轉(zhuǎn)換器可以被啟動，由此按照該第一PCU的功率曲線902對負載供電。隨著DC-DC母線電壓(由此，可用的功率)繼續(xù)增大，對于時段916至918，可以啟用第二 P⑶的單極電力轉(zhuǎn)換器，隨著DC-DC母線電壓，也增大其功率，如功率曲線904所示出的，由此可用的功率增大。對于從時刻916至918的第二時段，供給負載924的總功率可以是第一 PCU的單極電力轉(zhuǎn)換器和第二 PCU的單極電力轉(zhuǎn)換器的組合功率。隨后的PCU可以隨著功率的增大而被啟動。第三PCU的單極電力轉(zhuǎn)換器可以在從時刻918至920的第三時段中被啟動，由此提供通過功率曲線906所示出的其功率。第四PCU的單極電力轉(zhuǎn)換器可以在從時刻920至922的第四時段中被啟動，由此提供通過功率曲線908所示出的其功率。在時刻922之后，第五PCU的單極電力轉(zhuǎn)換器可以被啟動，由此提供通過功率曲線910所示出的其功率。
[0065]在一實施方式中，在前一啟動的P⑶的單極電力轉(zhuǎn)換器已經(jīng)達到其最大效率狀態(tài)912之前，每個隨后的PCU的單極電力轉(zhuǎn)換器可以在特定的DC-DC電壓下被啟動。如圖9中所示，所有的單元可以具有相同的最大效率點912，然而在操作中，給定PCU的單極電力轉(zhuǎn)換器可具有與另一 PCU的單極電力轉(zhuǎn)換器不同的最大效率點。隨著DC-DC電壓繼續(xù)增大，越來越多的PCU的單極電力轉(zhuǎn)換器可以被啟動,每次啟動都是在前一個這樣的單元已經(jīng)達到其最大效率狀態(tài)之前進行的以提供平滑過渡。相應地，隨著每個PCU的單極電力轉(zhuǎn)換器被啟動，系統(tǒng)的總(組合)功率可增大，如分別在每個相應的過渡(觸發(fā))點914、916、918、920和922處通過單獨的功率曲線902、904、906、908和910所示，這反映在總功率曲線924中。
[0066]在替選實施方式中，每個rcu的單極電力轉(zhuǎn)換器可以被配置成在唯一的DC-DC母線電壓值(觸發(fā)值)處開始操作，由此產(chǎn)生在圖9中所示的錯開的實現(xiàn)效果。在另一替選實施方式中，在物理上最接近組合器殼體的PCU的單極電力轉(zhuǎn)換器可以首先被啟動，然后是下一個最近的單極電力轉(zhuǎn)換器被啟動，依此類推。通過最小化連接線長度，由此最小化電阻性損耗，該策略可以提供效率的提高。在另一替選實施方式中，控制策略可以使指定的觸發(fā)電壓在PCU之間循環(huán)，使得單極電力轉(zhuǎn)換器的總操作小時數(shù)都不會比任一其他的單極電力轉(zhuǎn)換器多。通過該方式，可以避免比其他單極電力轉(zhuǎn)換器使用更多而導致對單極電力轉(zhuǎn)換器的損壞。在多個實施方式中，指定的觸發(fā)點可以以任意間隔變化，諸如，每個運作日。
[0067]當全日曬可用時，但是當負載(例如，電網(wǎng))可不需要全部可用的輸出時，也可以采用圖9中所示的實施方式。隨著負載需求減小，啟動的單極電力轉(zhuǎn)換器的數(shù)量可根據(jù)預設的方案減小。由于負載需求以后可以增大，可以再啟動另外的單極電力轉(zhuǎn)換器。舉例而言，在日落期間隨著太陽日曬減小，在一天的結(jié)束時可以使用減小方法。
[0068]通過圖9中示出的曲線924可以確定電廠所需的最大功率。這可以對應于在最大電壓模式中操作升壓:如果鏈路電壓Ves大于目標限值，則MPPT目標可以被禁用，且單極電力轉(zhuǎn)換器輸入功率可以減小一定量(輸入電壓目標增大使得板電流和功率降低)。如果以后DC鏈路109電壓Ves變小，則對于單極電力轉(zhuǎn)換器的輸入目標電壓會逐漸增大直到其達到MPP電壓且MPPT操作可以恢復。
[0069]在替選實施方式中，系統(tǒng)可需要功率超過通過控制所有可用的PCU的及其相關(guān)的單極電力轉(zhuǎn)換器到它們的最大效率狀態(tài)而提供的功率。作為響應，單極電力轉(zhuǎn)換器可以犧牲一些效率而控制到較高的功率配置，直到所有的單極電力轉(zhuǎn)換器達到它們的預定最大功率狀態(tài)時為止。舉例而言，用于連接到PCU的PV的最大效率點可以接近150瓦特，允許的最大功率可以是240瓦特。最大功率可以是電子器件可以支持的最大功率,或者其可以是一預定值，超出該預定值，會導致?lián)p壞。
[0070]在一實施方式中，如果給定PCU的單極電力轉(zhuǎn)換器沒有運行(例如，由于故障而停止)，則來自該P⑶的相應的DC-DC轉(zhuǎn)換器和其他的P⑶的DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸入功率可以被提供到同一相的其他PCU的(根據(jù)其指定觸發(fā)電壓而啟動的)其他單極電力轉(zhuǎn)換器。
[0071]在多個實施方式中，不是所有的DC-DC轉(zhuǎn)換器可以并聯(lián)連接。在多個實施方式中，單極電力轉(zhuǎn)換器可以在任何給定的時刻啟動。由于負載(例如，電網(wǎng))的功率需求可以小于從電廠獲取的全功率，或者可用的輸入功率可以實現(xiàn)為低于峰值輸出功率所需的輸入功率，某部分的單極電力轉(zhuǎn)換器可不啟動，由此允許每個運作的單極電力轉(zhuǎn)換器以其本身的峰值效率運作。
[0072]圖10示出用于采用P⑶生成正DC電壓、負DC電壓和單極電力輸出的方法1000的實施方式。舉例而言，PCU可以是上文結(jié)合圖1和圖5所描述的PCU102。方法1000可以通過rcui02的控制器107來實現(xiàn)。在框1002處，控制器107可以斷開和閉合DC到DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)以生成正DC電壓和負DC電壓。舉例而言，控制器107可以斷開和閉合DC到DC轉(zhuǎn)換器104的開關(guān)506和開關(guān)508以生成正DC電壓和負DC電壓。在框1004處，控制器107可以斷開和閉合單極電力轉(zhuǎn)換器的開關(guān)以生成單極電力輸出。舉例而言，控制器107可以斷開和閉合開關(guān)512和開關(guān)514以生成單極電力輸出。
[0073]圖11示出用于采用P⑶生成調(diào)制的DC輸出和AC輸出的方法1100的實施方式。舉例而言，P⑶可以是上文結(jié)合圖1和圖5所描述的P⑶102。方法1100可以通過P⑶102的控制器107來實現(xiàn)。在框1102處，控制器107可以斷開和閉合DC到DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)以生成調(diào)制的DC輸出。舉例而言，控制器107可以斷開和閉合DC到DC轉(zhuǎn)換器104的開關(guān)506和開關(guān)508以生成調(diào)制的DC輸出。在框1104處，控制器107可以斷開和閉合單極電力轉(zhuǎn)換器的開關(guān)以將調(diào)制的DC輸出轉(zhuǎn)換成AC輸出。舉例而言，控制器107可以斷開和閉合開關(guān)512和開關(guān)514以將調(diào)制的DC輸出轉(zhuǎn)換成AC輸出。
[0074]圖12示出用于操作包括多個并聯(lián)連接的P⑶的發(fā)電系統(tǒng)的方法1200的實施方式。舉例而言，發(fā)電系統(tǒng)可以是如上文結(jié)合圖2所描述的發(fā)電系統(tǒng)200。方法1100可以通過組合器殼體114的控制器142來實現(xiàn)。在框1202處，控制器142可以啟動第一 P⑶。舉例而言，控制器142可以通過線116A和/或線118A上的通信信號來啟動PCT102A。在確定塊1204處，控制器142可以監(jiān)控第一 P⑶的輸出以確定第一 P⑶的輸出是否已經(jīng)達到觸發(fā)值。觸發(fā)值可以是任何值，例如，電壓值或者最大功率電平。如果沒有達到觸發(fā)值(即，確定塊1204 =“否”)，則控制器142可以繼續(xù)監(jiān)控第一 P⑶的輸出。如果達到觸發(fā)值(即，確定塊1204 =“是”)，則在框1206處，控制器142可以啟動第二 P⑶。舉例而言，控制器142可以通過在線116B和/或線118B上的通信信號來啟動第二 P⑶102B。
[0075]圖13示出用于控制組合器殼體的操作以防止單極電力流動到單極電力輸出端的方法1300的實施方式。舉例而言，組合器殼體可以是如上文結(jié)合圖1所描述的發(fā)電系統(tǒng)100的組合器殼體114。方法1300可以通過組合器殼體114的控制器142來實現(xiàn)。在框1302處，控制器142可以斷開繼電器以防止單極電力流動到單極電力輸出端。舉例而言，控制器142可以通過線C上的控制信號斷開繼電器126。在框1304處，控制器142可以將信號發(fā)送至Ij P⑶。舉例而言，控制器142可以借助線116和/或線118將信號發(fā)送到K:U102。舉例而言，從控制器142到P⑶102的信號可以是停止在P⑶102處生成單極電力的指示。在框1306處，控制器142可以接收來自P⑶102的信號。舉例而言，控制器142可以通過線116和/或線118來接收來自P⑶102的信號。舉例而言，來自P⑶102的信號可以是P⑶102已經(jīng)停止生成單極電力的指示。
[0076]本文描述的多個實施方式對于控制任何直流源和將直流轉(zhuǎn)變成三相交流可以是有用的。直流源的示例包括太陽能板、風力渦輪機、蓄電池、地熱、潮汝、水電、熱電和壓電電力系統(tǒng)。出于討論的目的，太陽能系統(tǒng)的實施方式的示例用作描述多個實施方式的功能和性能的示例。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，本文描述的電路和方法也可以被應用到其他直流源。因此，除非在權(quán)利要求書中明確指出，否則權(quán)利要求書的范圍不應該限制為太陽能電力應用。
[0077]前述方法的描述和流程圖僅以示例來提供且不旨在要求或暗示各個方面的步驟必須以呈現(xiàn)的次序執(zhí)行。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，在前述方面中的步驟的次序可以以任何次序來執(zhí)行。諸如“此后、“然后”、“接著”等的表述不旨在限制步驟的次序；這些表述僅僅用來指導讀者瀏覽方法的描述。此外，以單數(shù)形式所提到的任何要求保護的元件，例如使用“一”或者“所述”不應該理解成限制該元件為單一的。
[0078]結(jié)合本文公開的方面描述的各個示例性邏輯框、模塊、電路和算法步驟可以被實施為電子硬件、計算機軟件、或者兩者的組合。為了清楚地說明該硬件和軟件的互換性，上文通常在它們的功能方面已經(jīng)描述多個示例性部件、框、模塊、電路和步驟。這樣的功能是否實施成硬件或軟件取決于施加在整個系統(tǒng)上的特定應用和設計限制。本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員對于每個特定應用可以以多種方式實現(xiàn)所述功能，但是該實施決定不應該理解成導致脫離本發(fā)明的范圍。
[0079]結(jié)合本文所公開的多個方面所描述的用來實施多個示例性邏輯器件、邏輯框、模塊和電路的硬件可以采用通用處理器、數(shù)字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或者其他可編程邏輯裝置、離散門或者晶體管邏輯、離散硬件部件或者設計成執(zhí)行本文描述的功能的任一組合來實施或執(zhí)行。通用處理器可以是微處理器、但是，可替選地，處理器可以是任一常規(guī)的處理器、控制器、可編程控制器、微控制器或者狀態(tài)機。處理器還可以實施為計算裝置的組合，例如，DSP和微處理器的組合、多個微處理器、一個或多個微處理器結(jié)合DSP芯、或者任何其他這樣的配置?？商孢x地，一些步驟或方法可以通過針對給定功能的電路來執(zhí)行。
[0080]在一個或多個示例性方面中，所描述的功能可以在硬件、軟件、固件、可編程邏輯陣列或者其任一組合中實現(xiàn)。如果在軟件中實現(xiàn)，則功能可以存儲或發(fā)送作為計算機可讀介質(zhì)上的一個或多個指令或代碼。本文所公開的方法或算法的步驟可以在所執(zhí)行的處理器可執(zhí)行的軟件模塊中實施，處理器可執(zhí)行的軟件模塊可以位于有形的非臨時計算機可讀介質(zhì)或者處理器可讀介質(zhì)上。非臨時計算機可讀和處理器可讀介質(zhì)可以是通過計算機或處理器可以存取的任一可用介質(zhì)。舉例而言且非限制，這樣的非臨時計算機可讀介質(zhì)可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或者其他光盤存儲裝置、磁盤存儲裝置或者其他磁性存儲裝置或者可以用來承載或者存儲以指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式的所需的程序代碼且可以由計算機訪問的任何其他介質(zhì)。本文所用的磁盤和光盤包括壓縮盤(CD)、激光盤、光學盤、數(shù)字視頻光盤(DVD)、軟盤和藍光光碟，其中磁盤通常磁性再生數(shù)據(jù)，然而光盤采用激光來光學上再生數(shù)據(jù)。以上組合也應該包括在計算機可讀介質(zhì)的范圍內(nèi)。另外，方法或算法的操作可以作為代碼和/或指令的一個、或任意組合或集合而位于非臨時處理器可讀介質(zhì)和/或計算機可讀介質(zhì)上，非臨時處理器可讀介質(zhì)和/或計算機可讀介質(zhì)可以并入計算機程序產(chǎn)品。
[0081]所公開的實施方式的以上描述被提供使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠制作或使用本發(fā)明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易理解這些實施方式的多個變型，本文所限定的通用原理可以應用到其他實施方式而不脫離本發(fā)明的精神或范圍。因此，本發(fā)明不旨在限制本文所示的實施方式，而是記錄與所附的權(quán)利要求書和本文所公開的原理和新特征一致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種電力轉(zhuǎn)換器單兀，包括: 直流DC到DC轉(zhuǎn)換器，所述DC到DC轉(zhuǎn)換器包括: 正輸入端子； 負輸入端子； 第一電容器，其中，所述第一電容器的輸入端子連接到所述正輸入端子且所述第一電容器的輸出端子連接到所述負輸入端子； 第一線圈，其中，所述第一線圈的輸入端子連接到所述第一電容器的輸入端子； 第一開關(guān)，其中，所述第一開關(guān)的輸入端子連接到所述第一線圈的輸出端子且所述第一開關(guān)的輸出端子連接到所述負輸入端子； 第二開關(guān)，其中，所述第二開關(guān)的輸入端子連接到所述第一線圈的輸出端子； 第二電容器，其中，所述第二電容器的輸入端子連接到所述第二開關(guān)的輸出端子且所述第二電容器的輸出端子連接到所述負輸入端子； 正DC輸出端子，所 述正DC輸出端子連接到所述第二電容器的輸入端子；以及 負DC輸出端子，所述負DC輸出端子連接到所述第二電容器的輸出端子， 單極電力轉(zhuǎn)換器，所述單極電力轉(zhuǎn)換器包括: 第二線圈，其中，所述第二線圈的輸入端子連接到所述第二電容器的輸入端子； 第三開關(guān)，其中，所述第三開關(guān)的輸入端子連接到所述第二線圈的輸出端子； 第四開關(guān)，其中，所述第四開關(guān)的輸入端子連接到所述第二電容器的輸出端子且所述第四開關(guān)的輸出端子連接到所述第三開關(guān)的輸出端子； 第三線圈，其中，所述第三線圈的輸入端子連接到所述第三開關(guān)的輸出端子和所述第四開關(guān)的輸出端子； 第三電容器，其中，所述第三電容器的輸入端子連接到所述第三線圈的輸出端子且所述第三電容器的輸出端子連接到所述第四開關(guān)的輸入端子；以及單極電力輸出端子，所述單極電力輸出端子連接到所述第三電容器的輸入端子；和控制器，所述控制器聯(lián)接到所述第一開關(guān)、所述第二開關(guān)、所述第三開關(guān)和所述第四開關(guān)，其中，所述控制器被配置成控制每個開關(guān)的操作以在所述正DC輸出端子處生成正DC電壓，在所述負DC輸出端子處生成負DC電壓、和在所述單極電力輸出端子處生成單極電力輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力轉(zhuǎn)換器單元，其中，所述控制器是處理器，所述電力轉(zhuǎn)換器單元還包括聯(lián)接到所述處理器的存儲器， 其中，所述處理器配置有處理器可執(zhí)行的指令以執(zhí)行包括下列的操作: 斷開和閉合所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)以在所述正DC輸出端子處生成正DC電壓和在所述負DC輸出端子處生成負DC電壓；和 斷開和閉合所述第三開關(guān)和所述第四開關(guān)以在所述單極電力輸出端子處生成單極電力輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力轉(zhuǎn)換器單元，所述控制器是處理器，所述電力轉(zhuǎn)換器單元還包括連接到所述處理器的存儲器， 其中，所述處理器配置有處理器可執(zhí)行的指令以執(zhí)行包括下列的操作: 斷開和閉合所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)以生成調(diào)制的DC輸出；和斷開和閉合所述第三開關(guān)和所述第四開關(guān)以將所述調(diào)制的DC輸出轉(zhuǎn)換成在所述單極電力輸出端子處的交流AC輸出。
4.一種發(fā)電系統(tǒng)，包括: 第一直流DC源； 連接到所述第一 DC源的第一電力轉(zhuǎn)換器單元，其中，所述第一電力轉(zhuǎn)換器單元包括第一正DC線、第一負DC線和第一單極電力線；和 組合器殼體，所述組合器殼體通過所述第一正DC線、所述第一負DC線和所述第一單極電力線而連接到所述第一電力轉(zhuǎn)換器單元，其中，所述組合器殼體包括正DC輸出端、負DC輸出端和單極電力輸出端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述第一電力轉(zhuǎn)換器單元包括: DC到DC轉(zhuǎn)換器，所述DC到DC轉(zhuǎn)換器配置成將正DC電壓輸出到所述第一正DC線且將負DC電壓輸出到所述第一負DC線；和 連接到所述DC到DC轉(zhuǎn)換器的單極電力轉(zhuǎn)換器，其中，所述單極電力轉(zhuǎn)換器被配置成將單極電力輸出到所 述第一單極電力線。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述組合器殼體還包括: 連接在所述第一單極電力線和所述單極電力輸出端之間的繼電器，所述繼電器被配置成，當斷開時防止單極電力流到所述單極電力輸出端； 存儲器；和 聯(lián)接到所述存儲器和所述繼電器的處理器， 其中，所述處理器配置有處理器可執(zhí)行的指令以執(zhí)行包括斷開所述繼電器的操作，以防止單極電力流到所述單極電力輸出端。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述處理器聯(lián)接到所述第一正DC線和所述第一負DC線，且其中，所述處理器配置有處理器可執(zhí)行的指令以執(zhí)行還包括下列的操作: 通過所述第一正DC線和所述第一負DC線，將信號發(fā)送到所述第一電力轉(zhuǎn)換器單元；和 通過所述第一正DC線和所述第一負DC線，接收來自所述第一電力轉(zhuǎn)換器單元的信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述第一電力轉(zhuǎn)換器單元還包括: 直流DC到DC轉(zhuǎn)換器，所述DC到DC轉(zhuǎn)換器包括: 正輸入端子； 負輸入端子； 第一電容器，其中，所述第一電容器的輸入端子連接到所述正輸入端子且所述第一電容器的輸出端子連接到所述負輸入端子； 第一線圈，其中，所述第一線圈的輸入端子連接到所述第一電容器的輸入端子； 第一開關(guān)，其中，所述第一開關(guān)的輸入端子連接到所述第一線圈的輸出端子且所述第一開關(guān)的輸出端子連接到所述負輸入端子； 第二開關(guān)，其中，所述第二開關(guān)的輸入端子連接到所述第一線圈的輸出端子； 第二電容器，其中，所述第二電容器的輸入端子連接到所述第二開關(guān)的輸出端子且所述第二電容器的輸出端子連接到所述負輸入端子； 連接到所述第二電容器的輸入端子的正DC輸出端子，其中，所述正DC輸出端子連接到所述第一正DC線；和連接到所述第二電容器的輸出端子的負DC輸出端子，其中，所述負DC輸出端子連接到所述第一負DC線； 單極電力轉(zhuǎn)換器，所述單極電力轉(zhuǎn)換器包括: 第二線圈，其中，所述第二線圈的輸入端子連接到所述第二電容器的輸入端子； 第三開關(guān)，其中，所述第三開關(guān)的輸入端子連接到所述第二線圈的輸出端子； 第四開關(guān)，其中，所述第四開關(guān)的輸入端子連接到所述第二電容器的輸出端子且所述第四開關(guān)的輸出端子連接到所述第三開關(guān)的輸出端子； 第三線圈，其中，所述第三線圈的輸入端子連接到所述第三開關(guān)的輸出端子和所述第四開關(guān)的輸出端子； 第三電容器，其中，所述第三電容器的輸入端子連接到所述第三線圈的輸出端子且所述第三電容器的輸出端子連接到所述第四開關(guān)的輸入端子；以及 連接到所述第三電容器的輸入端子的單極電力輸出端子，其中，所述單極電力輸出端子連接到所述第一單極電力線；和 聯(lián)接到所述第一開關(guān)、所述第二開關(guān)、所述第三開關(guān)和所述第四開關(guān)的控制器，其中，所述控制器被配置成控制 每個開關(guān)的操作以在所述正DC輸出端子處生成正DC電壓，在所述負DC輸出端子處生成負DC電壓、和在所述單極電力輸出端子處生成單極電力。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)電系統(tǒng)，還包括: 第二直流DC源；和 連接到所述第二 DC源的第二電力轉(zhuǎn)換器單元，其中，所述第二電力轉(zhuǎn)換器單元包括第二正DC線、第二負DC線和第二單極電力線，且 其中，所述第二正DC線連接到所述第一正DC線，且所述第二負DC線連接到所述第一負DC線，以及所述第二單極電力線連接到所述第一單極電力線。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)電系統(tǒng)，還包括: 第二直流DC源；和 連接到所述第二 DC電源的第二電力轉(zhuǎn)換器單元，其中，所述第二電力轉(zhuǎn)換器單元包括第二正DC線、第二負DC線和第二單極電力線， 其中，所述第二正DC線連接到所述第一正DC線，且所述第二負DC線連接到所述第一負DC線， 其中，所述組合器殼體通過所述第二單極電力線而連接到所述第二電力轉(zhuǎn)換器單元，以及 其中，所述組合器殼體還包括第二單極電力輸出端。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)電系統(tǒng)，還包括: 第三直流DC源；和 連接到所述第三DC電源的第三電力轉(zhuǎn)換器單元，其中，所述第三電力轉(zhuǎn)換器單元包括第三正DC線、第三負DC線和第三單極電力線， 其中，所述第三正DC線連接到所述第一正DC線，且所述第三負DC線連接到所述第一負DC線， 其中，所述組合器殼體通過所述第三單極電力線而連接到所述第三電力轉(zhuǎn)換器單元，以及其中，所述組合器殼體還包括第三單極電力輸出端。
12.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述第一DC源是光伏板。
13.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述組合器殼體還包括連接在所述第一正DC線和所述第一負DC線之間的儲能裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述儲能裝置是電容器或雙向電池充電器中的一種。
15.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)電系統(tǒng)，還包括連接到所述第一DC源的第二電力轉(zhuǎn)換器單元， 其中，所述第二電力轉(zhuǎn)換器單元包括第二正DC線、第二負DC線和第二單極電力線，其中，所述第二正DC線連接到所述第一正DC線，且所述第二負DC線連接到所述第一負DC線， 其中，所述組合器殼體通過所述第二單極電力線而連接到所述第二電力轉(zhuǎn)換器單元，以及 其中，所述組合器殼體還包括第二單極電力輸出。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的發(fā)電系統(tǒng)，還包括連接到所述第一DC源的第三電力轉(zhuǎn)換器單元， 其中，所述第三電力轉(zhuǎn)換器單元包括第三正DC線、第三負DC線和第三單極電力線，其中，所述第三正DC線連接到所述第一正DC線，且所述第三負DC線連接到所述第一負DC線， 其中，所述組合器殼體通過所述第三單極電力線而連接到所述第三電力轉(zhuǎn)換器單元，以及 其中，所述組合器殼體還包括第三單極電力輸出。
17.一種用于操作發(fā)電系統(tǒng)的方法，所述發(fā)電系統(tǒng)包括并聯(lián)連接的多個電力轉(zhuǎn)換器單元，所述方法包括: 啟動所述多個電力轉(zhuǎn)換器單元中的第一電力轉(zhuǎn)換器單元； 確定所述第一電力轉(zhuǎn)換器單元的輸出已經(jīng)達到觸發(fā)值；和 在所述第一電力轉(zhuǎn)換器單元的輸出達到所述觸發(fā)值時，啟動所述多個電力轉(zhuǎn)換器單元中的第二電力轉(zhuǎn)換器單元。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述觸發(fā)值是電壓值。
【文檔編號】H02M7/42GK103947068SQ201280057246
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2012年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月21日
【發(fā)明者】索林·斯潘奧馳, 米卡·努奧蒂歐, 大衛(wèi)·斯圖爾特 申請人:茲尼亞泰克有限公司