功率調(diào)節(jié)器及控制功率調(diào)節(jié)器的方法
【專利說明】功率調(diào)節(jié)器及控制功率調(diào)節(jié)器的方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2012年9月20日提交的第2012-207089號日本專利申請的優(yōu)先權(quán)，該申請的全部內(nèi)容通過引用并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及具有多個DC/DC轉(zhuǎn)換器的功率調(diào)節(jié)器以及控制該功率調(diào)節(jié)器的方法。
【背景技術(shù)】
[0004]當電力網(wǎng)中的電力出現(xiàn)故障時，傳統(tǒng)的連接至電力網(wǎng)的太陽能生成系統(tǒng)從電力網(wǎng)斷開并自主地生成太陽能。例如，專利文獻I提出了一種逆變器，在電力網(wǎng)中的電力故障的情況下，該逆變器無需將至負載的電力中斷就可從電流控制模式切換至電壓控制模式。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)列表
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:JP H8-66048A

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]近年來，太陽能電池逐漸增加的主要安裝形式是由多個串構(gòu)成的多組串結(jié)構(gòu)，其中，多組串結(jié)構(gòu)中的串聯(lián)連接的模塊數(shù)量根據(jù)屋頂形狀或面積而不同。在專利文獻I中描述的技術(shù)對于單個串來說是有效的，但沒有其它選擇。然而，在多組串結(jié)構(gòu)中，自主操作期間控制所有串處于相同的電壓控制模式導(dǎo)致依賴負載的電壓控制超過最大功率點的情形。這使得優(yōu)化由多個串所生成的電力變得困難。
[0009]鑒于這種情況，本發(fā)明的目的在于提供一種功率調(diào)節(jié)器和控制該功率調(diào)節(jié)器的方法，其中該功率調(diào)節(jié)器根據(jù)負載的功率消耗，通過混合使用用于多個串的MPPT(MaximumPower Point Tracking，最大功率點跟蹤)控制模式和電壓控制模式，能夠有效且穩(wěn)定地使用所生成的電力。
[0010]為實現(xiàn)上述目標，根據(jù)本發(fā)明的功率調(diào)節(jié)器是一種功率調(diào)節(jié)器，其包括:多個DC/DC轉(zhuǎn)換器，用于轉(zhuǎn)換各個直流電輸入電源的電壓；以及連接至多個DC/DC轉(zhuǎn)換器的功率轉(zhuǎn)換器，其中，在功率調(diào)節(jié)器從電力網(wǎng)斷開并允許獨立地供給電力的自主操作期間，每個DC/DC轉(zhuǎn)換器根據(jù)功率轉(zhuǎn)換器的輸入電壓的變化，單獨地在恒定中間鏈路電壓模式至MPPT模式之間切換，其中，在恒定中間鏈路電壓模式中，DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓被控制在目標電壓處，在MPPT模式中執(zhí)行控制以最大化相應(yīng)的直流電輸入電源的輸出功率。
[0011]在根據(jù)本發(fā)明的功率調(diào)節(jié)器中，在功率轉(zhuǎn)換器的輸入電壓減少為小于第一閾值的情況下，每個DC/DC轉(zhuǎn)換器切換至MPPT模式，以及在功率轉(zhuǎn)換器的輸入電壓增加為大于或等于第二閾值時，每個DC/DC轉(zhuǎn)換器切換至恒定中間鏈路電壓模式。
[0012]在根據(jù)本發(fā)明的功率調(diào)節(jié)器中，對于每個DC/DC轉(zhuǎn)換器，第一閾值是不同的。
[0013]在根據(jù)本發(fā)明的功率調(diào)節(jié)器中，第一閾值為DC/DC轉(zhuǎn)換器共用，并且，對于每個DC/DC轉(zhuǎn)換器，從功率轉(zhuǎn)換器的輸入電壓減少為小于第一閾值到進行切換至MPPT模式之間的時間是不同的。
[0014]在根據(jù)本發(fā)明的功率調(diào)節(jié)器中，對于每個DC/DC轉(zhuǎn)換器，恒定中間鏈路電壓模式中的目標電壓是不同的。
[0015]在根據(jù)本發(fā)明的功率調(diào)節(jié)器中，功率轉(zhuǎn)換器包括雙向轉(zhuǎn)換器。
[0016]為了實現(xiàn)上述目標，根據(jù)本發(fā)明的控制功率調(diào)節(jié)器的方法是一種控制功率調(diào)節(jié)器的方法，其中功率調(diào)節(jié)器包括多個DC/DC轉(zhuǎn)換器，用于轉(zhuǎn)換各個輸入電源的電壓；以及連接至多個DC/DC轉(zhuǎn)換器的功率轉(zhuǎn)換器，該方法包括:在功率調(diào)節(jié)器從電力網(wǎng)斷開并允許獨立地供給功率的自主操作期間，根據(jù)功率轉(zhuǎn)換器的輸入電壓的變化，在恒定中間鏈路電壓模式與MPPT模式之間切換每個DC/DC轉(zhuǎn)換器，其中，在恒定中間鏈路電壓模式中，DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓被控制在目標電壓處，在MPPT模式中進行控制以最大化相應(yīng)的直流電輸入電源的輸出功率。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，在自主操作期間，根據(jù)負載的功率消耗，對以MPPT模式操作的DC/DC轉(zhuǎn)換器和以電壓控制模式操作的DC/DC轉(zhuǎn)換器的混合進行控制。這使得能夠有效且穩(wěn)定地使用所生成的電力。此外，相比于進行傳統(tǒng)控制的情況，通過具有多個輸入電源的功率調(diào)節(jié)器的自主操作，能夠操作具有較高功率消耗的負載。
【附圖說明】
[0018]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的功率調(diào)節(jié)器的第一配置示例的框圖；
[0019]圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的功率調(diào)節(jié)器的第二配置示例的框圖；
[0020]圖3是示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的功率調(diào)節(jié)器中的DC/DC轉(zhuǎn)換器的電路圖；
[0021]圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的功率調(diào)節(jié)器中的控制器的功能的框圖；
[0022]圖5是示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的功率調(diào)節(jié)器中占空比控制單元的操作的流程圖；
[0023]圖6是示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的功率調(diào)節(jié)器中與一個DC/DC轉(zhuǎn)換器有關(guān)的控制示例的圖；
[0024]圖7是示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的功率調(diào)節(jié)器的第一控制示例的圖；
[0025]圖8是示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的功率調(diào)節(jié)器的第二控制示例的圖；
[0026]圖9是示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的功率調(diào)節(jié)器的第三控制示例的圖；以及
[0027]圖10為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的功率調(diào)節(jié)器的每個直流電輸入電源的生成功率的圖。
【具體實施方式】
[0028]下面參照附圖詳細描述本發(fā)明的實施方式。
[0029]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的功率調(diào)節(jié)器的第一配置示例的框圖。如圖1所示，功率調(diào)節(jié)器I包括多個DC/DC轉(zhuǎn)換器11 (11-1、11-2和11_3)、中間鏈路電容器12、逆變器13以及控制器14。盡管圖1所示的輸出為單相雙線形式，但輸出形式并不限于此，例如，可為三相形式。
[0030]多組串輸入類型的功率調(diào)節(jié)器I具有用于來自直流電輸入電源10的直流電力的多個輸入單元。盡管該實施方式描述了直流電輸入電源10均是由串聯(lián)連接多個用于將太陽光轉(zhuǎn)換為直流電力的太陽能電池模塊所形成的太陽能電池串，但直流電輸入電源10并不限于太陽能電池串，并且可為風力發(fā)電、燃料電池等分布式功率源。
[0031]每個DC/DC轉(zhuǎn)換器11將從連接的太陽能電池串10所輸入的電壓升壓至恒定電壓。盡管該實施方式描述了 DC/DC轉(zhuǎn)換器11的數(shù)量為3個的情況，但DC/DC轉(zhuǎn)換器11的數(shù)量可為2個或更多。
[0032]中間鏈路電容器12對由每個DC/DC轉(zhuǎn)換器11所升壓的DC電壓進行平滑，以穩(wěn)定至逆變器13的輸入電壓?？稍诿總€DC/DC轉(zhuǎn)換器11中附加地提供平滑電容器，以穩(wěn)定輸出電壓。
[0033]逆變器13將由中間鏈路電容器12所平滑的DC電壓轉(zhuǎn)換為AC電壓。在正常時間中，逆變器13連接至電力網(wǎng)。在電力故障等情況中，逆變器13自主地操作，即，從電力網(wǎng)斷開并獨立地將交流電力供給至交流電輸入設(shè)備15。圖1示出了在自主操作期間，功率調(diào)節(jié)器I和交流電輸入設(shè)備15之間的連接。
[0034]控制器14控制DC/DC轉(zhuǎn)換器11以及逆變器13中的切換元件的占空比，以控制DC/DC轉(zhuǎn)換器11以及逆變器13的輸出。
[0035]圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的功率調(diào)節(jié)器的第二配置示例的框圖。圖2所示的功率調(diào)節(jié)器I與圖1所示的功率調(diào)節(jié)器I的不同之處在于還包括DC/DC轉(zhuǎn)換器16。DC/DC轉(zhuǎn)換器16將由中間鏈路電容器12所平滑的DC電壓轉(zhuǎn)換為預(yù)定的DC電壓，并在自主操作期間，將直流電力供給至直流電輸入設(shè)備17。包括DC/DC轉(zhuǎn)換器16能夠使電力直接供給至直流電輸入設(shè)備17。
[0036]因此，功率調(diào)節(jié)器I包括位于輸出側(cè)的功率轉(zhuǎn)換器。功率轉(zhuǎn)換器可僅為圖1所示的逆變器13，或者為如圖2所示的并聯(lián)連接的DC/DC轉(zhuǎn)換器16和逆變器13。盡管未示出，但功率轉(zhuǎn)換器可僅為DC/DC轉(zhuǎn)換器16，或者為并聯(lián)連接的任何數(shù)量的DC/DC轉(zhuǎn)換器16和任何數(shù)量的逆變器13。
[0037]DC/DC轉(zhuǎn)換器16可為雙向轉(zhuǎn)換器，其中，當DC/DC轉(zhuǎn)換器16充當輸入側(cè)時，施加與其它DC/DC轉(zhuǎn)換器11相同的控制，而當DC/DC轉(zhuǎn)換器16充當輸出側(cè)時，施加不同的控制。作為具體示例，在功率調(diào)節(jié)器I的輸入電源包括蓄電池的情況下，DC/DC轉(zhuǎn)換器16被控制作為輸入側(cè)或被控制作為輸出側(cè)，以用于根據(jù)蓄電池的剩余電力為蓄電池充電。
[0038]圖3是示出功率調(diào)節(jié)器I中的DC/DC轉(zhuǎn)換器11的示例的電路圖。圖3還示出了控制DC/DC轉(zhuǎn)換器11的控制器14。盡管圖3中示出了典型的非絕緣升壓轉(zhuǎn)換器，但具體的電路配置并不限于此。只要每個DC/DC轉(zhuǎn)換器11能夠改變來自于輸入電源的阻抗并獨立地將輸入電力控制至期望值，那么任何配置均是可適用的。
[0039]控制器14監(jiān)測由各個輸入電壓傳感器19 (19-1、19-2和19_3)所檢測的DC/DC轉(zhuǎn)換器11的電壓、由各個輸入電流傳感器20 (20-1、20-2和20_3)所檢測的DC/DC轉(zhuǎn)換器11的輸入電流以及由中間鏈路電壓傳感器21所檢測的逆變器13的輸入電壓(中間鏈路電壓)?；诒O(jiān)測到的值，控制器14生成用于DC/DC轉(zhuǎn)換器11中的各個切換元件18(18-1、18-2和18-3)的PWM信號。下面將詳細描述DC/DC轉(zhuǎn)換器1