功率转换的方法及系统技术方案

一种用于转换功率的系统，包括具有存储装置的多个模块，所述模块串联连接并且每个模块均具有至少一个直流电源。在每个模块中的电压控制电路与一个在最大和最小模块电压之间的存储装置相连接，以逐步逼近主电源信号。补偿器单元与所述模块串联，该模块包括由电源充电的存储装置。控制单元用于按照所需的交流信号加强或减弱补偿器单元的输入和输出之间的压差。当控制单元操作一个模块，使提供的电压从零到最大值或最小值改变时，控制单元通过所述补偿器电压控制电路对补偿器单元的电压做出相应的但是相反的改变，反之亦然。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种系统和方法，用于直流功率和交流功率之间的功率转换。
技术介绍
目前有许多申请是关于直流功率和交流功率之间的转换。早期的国际专利申请，申请号为WO2012/016285和WO2013/023248，公开了有促进这种转换的方法的系统。所述系统用于产生适用于电力供给或自直流电源注入主电源的交流信号，所述直流电源包括一组串联模块，每个模块都连接有一个直流电源。模块切换退出串联，以形成一个交流信号的逐步逼近，同时进一步的斜坡变化使得信号更接近于一个平稳的交流信号。WO2012/016285和WO2013/023248描述的系统在每个模块中使用了开关式稳压器。使用脉冲宽度调制信号，所述开关式稳压器调节电压上升或从最大电压下降，使得输出信号更接近于所需的交流信号，并且这些系统描述了旁路机制，以减少未进行稳压调节转换时的能量损耗。这种系统的一个问题是开关装置较为复杂、可靠性较低并且每个模块中的开关式稳压器或电压校正器成本较高。基于这一方面，本专利技术提供的系统所具有的结构能够减少这种复杂性，提高可靠性并降低成本。这一系统的另一个问题涉及作为动力源的系统的电磁兼容性（EMC），例如电池板切换。通过减少每个模块中开关式稳压器的使用，降低EMC是有可能的。通过使用较长串联的可切换电池板导入普通电压校正器，较低的EMC会引发问题。这一系统的另一个潜在的问题是处理来自电源的电压尖峰或浪涌。一般情况下，最大电压可超出平常电压的20％，240V交流的浪涌可能达到290Vac。有理由认为这种类型的系统中的存储装置为了应付产生的可能激增至290Vac的电压波形，很容易吸收开关故障引起的超过这一电压的电流。然而，由于电源的低阻抗和串联的开关存储装置的极低阻抗，较高的电压浪涌可以产生破坏性的强电流进入存储装置。因此，迫切需要一种低成本高效益并且高效率的系统，能够处理外部电源短路所导致的保险丝熔断和随后的高电压电流尖峰而避免损坏。此外，在这种系统中，直流功率电源会经常在不同模块的特性间改变。例如，在太阳能电池板形成所述直流功率电源的情况下，输出可由阴影、面板类型、方向、使用年限和其他因素影响。这些模块通过串联连接进行传输，所以每个模块的输出电流必须相等，但其各自的电压可以相差较大。本专利技术涉及一种改进的系统和方法用于直流电源转换为交流电源旨在解决，至少部分解决上述的问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种系统，用于转换功率，包括：多个模块，每个模块具有一个输入和一个输出，串联连接，使得任何模块的输出与后续模块的输入连接，所述模块中的至少一个被连接到至少一个直流电源以便为模块供电；一个或多个存储装置，与直流电源相连接，所述电源用于向所述存储装置充电；在每个模块中设置有对存储装置的输入和输出进行切换操控的电压控制电路，所述电压控制电路提供最大模块电压和最小模块电压；一个补偿器单元，具有一个输入和一个输出，与各模块串联连接，所述补偿器单元包括一个由系统的串联电流充电的存储装置和用于改变补偿器输入和输出供电电压的补偿器电压控制电路；一个控制单元，所述控制单元与每个模块的电压控制电路和补偿器单元相连接，用于控制所述电压控制电路和补偿器单元输入和输出之间的电压；当所述控制单元操控模块中所述电压控制电路改变模块的供给电压时，所述控制单元通过所述补偿器电压控制电路对补偿器单元的电压做出相应的且相反的改变，在这些变化中控制单元斜坡上升或降低补偿器单元输入与输出间的电压，以输出所需的信号。优选的是，控制单元控制每个模块的电压控制电路，使系统的串联电流保持对补偿器存储装置充电。优选的是，电压控制电路包括开关装置，所述开关装置可以与电源电压连接，通过开关切换提供第一电极的输出和输入间的电压，或提供第二电极的输入和输出间的电压或形成旁路绕过。优选的是，控制单元接收每个模块的信息，以决定对每个存储装置充电，使可用的最大和最小电压通过切换每个模块的开或关传输至系统。在一个优选的实施方案中，控制单元监测和存储模块的存储装置的电容和充电频率的相关信息，以便于控制单元随着时间的推移根据任一时段的串联电流中所连接模块的相关信息确定向每个模块中存储能量。优选的是，所述控制单元定期接收各模块有关存储电荷的信息，用以校正计算一段时间中存储电荷所产生的误差。在一个优选的实施方案中，补偿器单元使用脉冲宽度调制使供给电压斜坡上升或降低。在一个实施例中，控制单元连接到控制线，所述控制线与每一模块进行通讯连接，用于开关装置的控制操作。在进一步的实施方案中，无线通信用于来自和/或传送至控制单元的信息传递。优选的是，压摆率控制电路中提供一个或多个模块，所述压摆率控制电路用于供给电压在最大值和最小值之间变化时对模块的输出进行转换。优选的是，压摆率控制电路用于控制串联模块中存储装置以一定频率进行开关切换所导致的电压改变，优化快速开关切换中的电磁兼容性（EMC）以及慢速切换引起的能量损失。在一个优选的实施方案中，压摆率控制电路引起模块提供的电压在10μs和100ns之内在最大值和最小值之间变化。在一个优选的实施方案中，压摆率控制电路引起模块提供的电压在大约1μs的时间内在最大值和最小值之间变化。在一个优选的实施方案中，每个模块包括串联电感器和并联电阻器，降低模块切换过程中产生的信号振铃。进一步优选的是，在串联连接模块的每一端均设置有串联电感器和并联电阻器，以进一步减少与电磁兼容性（EMC）有关的问题。优选的是，在串联连接模块各端设置的串联电感器和并联电阻器的电感和/或电阻值是模块内设置的电感器和电阻器的电感和/或电阻值的至少三倍。本专利技术的第二个方面，提供了一种用于转换功率的系统，包括：多个模块，每个模块具有一个输入和一个输出，并串联连接，使得任何模块的输出与后续模块的输入连接，所述模块中的至少一个被连接到至少一个直流电源，以便为模块供电；一个或多个存储装置，与每个模块的电源相连接，所述电源用于向所述存储装置充电；在每个模块中设置有对存储装置的输入和输出进行切换操控的电压控制电路，所述电压控制电路提供最大模块电压和最小模块电压；一个控制单元，所述控制单元与每个模块的电压控制电路相连接，用于控制所述电压控制电路输入和输出之间的电压；一个或多个耗散电路，包括一个耗散装置，所述耗散装置与一个电子开关并联；一个或多个传感器，用于检测过载电流或过载电压；其中，在耗散电路中的电子开关在传感器检测过载电流或过载电压时处于打开状态，在耗散设备中耗散能量。在一个实施例中，耗散装置包括一个金属氧化物变阻器，电子开关包括一个或多个场效应晶体管（FET）。优选的是，金属氧化物变阻器的选用使得整个金属氧化物变阻器的电压降小于场效应晶体管（FET）的最大额定电压。在一个实施例中，每个模块设置有耗散电路和传感器。优选的是，传感器进行多等级的检测并根据检测等级立即或延迟激活耗散电路，设置于每个模块的传感器用于第一级检测和第二级检测，在所述第一级检测后耗散电路在预定的延迟时间激活，在第二级检测过载电流比第一级更强时，耗散电路没有推迟，立即激活。本专利技术的另一方面，还提供了一种转换功率的方法，包括：控制多个串联连接模块的操作，至少在一些所述模块中，包括一个直流电源和由所述电源充电的存储装置，使得该模块的存储装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于功率转换的系统，包括：多个模块，每个模块具有一个输入和一个输出，并串联连接，使得任何模块的输出与后续模块的输入连接，所述模块中的至少一个被连接到至少一个直流电源为模块供电；一个或多个存储装置，与直流电源相连接，所述电源用于向所述存储装置充电；在每个模块中设置有对存储装置的输入和输出进行切换操控的电压控制电路，所述电压控制电路提供最大模块电压和最小模块电压；一个补偿器单元，具有一个输入和一个输出，与各模块串联连接，所述补偿器单元包括一个由系统的串联电流充电的存储装置和用于改变补偿器输入和输出供电电压的补偿器电压控制电路；一个控制单元，所述控制单元与每个模块的电压控制电路和补偿器单元相连接，用于控制所述电压控制电路和补偿器单元输入和输出之间的电压；其特征在于，当所述控制单元操控模块中所述电压控制电路改变模块的供给电压时，所述控制单元通过所述补偿器电压控制电路对补偿器单元的电压做出相应的且相反的改变，在这些变化中控制单元斜坡上升或降低补偿器单元输入与输出间的电压，输出所需的信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.06 AU 2014902176;2014.07.14 AU 2014902713;1.一种用于功率转换的系统，包括：多个模块，每个模块具有一个输入和一个输出，并串联连接，使得任何模块的输出与后续模块的输入连接，所述模块中的至少一个被连接到至少一个直流电源为模块供电；一个或多个存储装置，与直流电源相连接，所述电源用于向所述存储装置充电；在每个模块中设置有对存储装置的输入和输出进行切换操控的电压控制电路，所述电压控制电路提供最大模块电压和最小模块电压；一个补偿器单元，具有一个输入和一个输出，与各模块串联连接，所述补偿器单元包括一个由系统的串联电流充电的存储装置和用于改变补偿器输入和输出供电电压的补偿器电压控制电路；一个控制单元，所述控制单元与每个模块的电压控制电路和补偿器单元相连接，用于控制所述电压控制电路和补偿器单元输入和输出之间的电压；其特征在于，当所述控制单元操控模块中所述电压控制电路改变模块的供给电压时，所述控制单元通过所述补偿器电压控制电路对补偿器单元的电压做出相应的且相反的改变，在这些变化中控制单元斜坡上升或降低补偿器单元输入与输出间的电压，输出所需的信号。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，控制单元控制每个模块的电压控制电路，使系统的串联电流保持对补偿器存储装置充电。3.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，电压控制电路包括开关装置，所述开关装置可以与电源电压连接，通过开关切换提供第一电极的输出和输入间的电压，或提供第二电极的输入和输出间的电压或形成旁路绕过。4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，控制单元接收每个模块的信息，以决定对每个存储装置充电，使可用的最大和最小电压通过切换每个模块的开或关传输至系统。5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，控制单元监测和存储模块的存储装置的电容和充电频率的相关信息，以便于控制单元随着时间的推移根据任一时段的串联电流中所连接模块的相关信息确定向每个模块中存储能量。6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述控制单元定期接收各模块有关存储电荷的信息，用以校正计算一段时间中存储电荷所产生的误差。7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，补偿器单元使用脉冲宽度调制使供给电压斜坡上升或降低。8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述控制单元连接到控制线，所述控制线与每一模块进行通讯连接，用于开关装置的控制操作。9.如权利要求1至8任一项所述的系统，其特征在于，无线通信用于来自和/或传送至控制单元的信息传递。10.如上述权利要求任一项所述的系统，其特征在于，压摆率控制电路中设置有一个或多个模块，所述压摆率控制电路用于供给电压在最大值和最小值之间变化时对模块的输出进行转换。11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，压摆率控制电路用于控制串联模块中存储装置以一定频率进行开关切换所导致的电压改变，优化快速开关切换中的电磁兼容性以及慢速切换引起的能量损失。12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，压摆率控制电路引起模块提供的电压在10μs和100ns之内在最大值和最小值之间变化。13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，压摆率控制电路引起模块提供的电压在大约1μs的时间内在最大值和最小值之间变化。14.如上述任一项中权利要求所述的系统，其特征在于，每个模块包括串联电感器和并联电阻器，所述串联电感器和并联电阻器用于降低模块切换过程中产生的信号振铃。15.如权利要求14所述的系统，其特征在于，在串联连接模块的每一端均设置有串联电感器和并联电阻器，以进一步减少与电磁兼容性有关的问题。16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，在串联连接模块各端设置的串联电感器和并联电阻器的电感和/或电阻值是模块内设置的电感器和电阻器的电感和/或电阻值的至少三倍。17.一种用于转换功率的系统，包括：多个模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯文·史蒂芬·戴维斯，亚力山大·菲利普·戴维斯，
申请(专利权)人：凯文·史蒂芬·戴维斯，亚力山大·菲利普·戴维斯，
类型：发明
国别省市：澳大利亚;AU