提供低谐波畸变的交流功率以用于分配的方法和设备，它通过将来自自然或可再生来源的能量转换成电的形式，以及在变压器初级绕组上构造电流波形，其通过重新获取事先存储在变压器中的感应能量以便将所转换的电能在变压器的次级绕组上变换成实质上正弦的交流电压。例如，来自原始电能、来自可再生能源（如太阳能电池）的交流功率可以被提供给公用电力网。逆变器可以利用两个单向开关构造初级绕组的电流波形。在每个半周期，开关中的一个首先将事先从初级绕组电感重新获取的能量，接着将原始能量以公用电力网的频率应用到变压器初级绕组。因此，构造的初级绕组电流可以显示实质上改进的总谐波畸变。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
各种与功率转换系统有关的实施方式和构建波形以提供适合输送到高压配电网 的高品质交流电的方法，其来源在某些实现中可以包括可再生或天然能源，如通过举例但 不限于，风、波浪、太阳能、地热，和/或流体动力能源。背景通常，电力设施分配系统可以被考虑为仔细调谐的谐振能量池，产生的电能以流 的方式进入该池而消耗的电能以流的方式离开该池。当输入电能和输出电能大体上平衡 时，可以实现可靠的操作(如没有浪涌、电压稳定)。当馈送电能到电力网的发电系统表现 出相当大的功率输出瞬态变化时，公用电网和配电系统的其他部分可能没有足够的时间去 适应该功率水平的改变。因此，发电机瞬态变化可以促成电网的不稳定。例如，一台发电机输出功率的快速变化可以引起其他发电机的输出畸变或失真， 它可以导致电压瞬变、电压尖峰和/或不希望的谐波分量。在某些例子中，这可以导致电网 的一个或多个子站的出现故障状况。这种故障状况可以反过来影响发电机和电网上的用 户。因此，公用事业公司通常规定发电标准，它规范发电机传送能量到所述电力网和/ 或配电系统的方式。某些现有太阳能电力系统中，太阳能阵列产生直流电(DC)。为了将这种电能引入 公用电网，所述产生的直流电能通过电缆被传导到中央点，然后在那里它可以由大规模商 用逆变器转换成交流电(AC)。商用逆变器通常利用高频开关模式技术进行操作以将直流电 转换成交流电。这种系统被认为在太阳能阵列的直流输出功率变化期间，利用电池系统来 提供功率调节或稳定交流电压输出。概述提供低谐波畸变的交流功率以用于分配的方法和设备，它通过将来自自然或可再 生来源的能量转换成电的形式，以及在变压器初级绕组上构造电流波形，其通过重新获取 事先存储在变压器中的感应能量以便将所转换的电能在变压器的次级绕组上变换成实质 上正弦的交流电压。例如，来自原始电能、来自可再生能源(如太阳能电池)的交流功率可 以被提供给公用电力网。逆变器可以利用两个单向开关构造初级绕组的电流波形。在每个 半周期，开关中的一个首先将事先从初级绕组电感重新获取的能量，接着将原始能量以公 用电力网的频率应用到变压器初级绕组。因此，构造的初级绕组电流可以显示实质上改进 的总谐波畸变。某些例子可以通过将谐波磁通移相以实质上衰减耦合到所述变压器次级绕组的 谐波磁通，来进一步降低由所述变压器的次级绕组提供的输出电压的谐波畸变。在某些例 子中，一个或多个谐波磁通可实质上被抵消，以减少来自变压器次级的大体上正弦的输出 电压信号的谐波畸变。变压器包括谐波抑制绕组以产生相移的谐波磁通，它实质上衰减从 初级绕组耦合到次级绕组的相应谐波磁通。各个谐波抑制绕组被耦合到电路元件，电流通 过电路元件在基频上实质上正交于绕组的电压。各种实施方式涉及功率转换系统和方法，以转换来自一个或多个局部来源的能 量，提供适合于输送到高压电力分配网的高品质交流电功率，所述来源在某些实现中可以包括可再生或天然能源，例如但不限于，风、波浪、太 阳能、地热，和/或流体动力能源。在各种例子中，以供电频率(line frequency)操作单向开关以提供单向电流到所 述变压器的初级绕组。双向电流可以从两个实质上相同的开关模块提供到所述变压器，每 个开关模块将它们的输出以相反极性连接到所述初级绕组。各种实施方式可以有一种或多种优点。例如，某些实施方式可以实质上直接地 (如通过单个逆变器和只有单个变压器)将原始的、可变的直流电压处理成为适合于输送 到一个或多个电力分配网(如公用电网)的实质上正弦的高品质交流功率。利用仅仅一个 变压器级将原始的、可变的直流功率逆变成高品质(如THD少于5%)的处理过程可以利用 供电频率开关过程实现，因此实质上减少开关损耗和实质上减少或消除从所述逆变器传导 或辐射的电磁干扰，这又消除了对功率转换电路的高频滤波的需要，因此降低成本、尺寸、 重量、和组件数量，同时改善工艺性。最小化变压器级的数量可以减少部件数量，避免实质 效率损失，且通过简单选择脉宽可以调整可变输出电压，以在所述变压器的次级侧上产生 所需的交流输出电压。在各种实施方式中，所述开关过程通过重新获取存储的磁能(如初级绕组漏电 感)和重用那些能源以构造具有更好谐波曲线的初级电流波形，可以进一步提供效率改 进。在某些实施方式中，直流到高压交流的局部转换，通过减少建设和维护大型设施， 如图1的设施100的导电材料(如铜、铝)的数量、和为此的成本，而有助于减少布线的成 本。在高压时，交流功率利用低电流通过小直径的导体能够在相当长的距离上输送电功率， 而不会由于导体内的电阻而招致很大的压降和/或功率损耗。在各种例子中，能量在电容器中的局部存储通过提供短期支持以渡过瞬变线状态 直到所述公用子系统可以反应和调整，来促进公用电网的稳定性。在下面的附图和描述中阐述了一个或多个实施方式的细节。根据描述和附图，以 及根据权利要求，其他特征和优点将是明显的。附图说明本文件参考下列附图详细描述这些以及其他方面。图1表示将低压直流功率转换成供给电力分配系统的供电频率的高压交流功率 的能量收集设备的例子。图2表示示例性单相生成模块(IPGM)。图3A表示从直流输入向交流电感负载提供能量的一对示范性功率级的示意图。图3B-3C表示用于说明图3A的功率级的操作的示范性电压和电流波形的曲线图。图4表示示例性谐波抑制变压器。图5A-6C举例说明示范性配置和描述实验结果。图7表示用于直流到交流功率转换的设备的示例性户外机箱。图8表示通过户外机箱收集功率用于直流_交流转换的能量的ECN的示例性收 集。图9表示用于直流功率到三相交流功率转换的示例性3PGM。图10表示在3PGM中管理直流功率的示例性过程。图11A-11C说明3PGM中各种直流功率水平的IPGM和直流互连母线的配置图12表示向三相交流母线供电的示例性一群3PGM组。图13表示代表谐波抑制变压器的变压器绕组匝比和THD之间关系的图表。各附图中的相同参考符号表示相同元件。说明性实施方式的详细说明本文件说明涉及从天然或可再生来源收集能量的实现的不同方面和例子，典型 地，所述来源处于并不靠近用于连接到公用设施的收集点的多个位置。在各种实施方式中，用于向电力分配网(如公用电网)提供功率的设备，例如公用 电网，包括多个能量收集节点，每个节点提供原始的、可变的直流(或已整流的交流)功率 到题为“Supply Architecture for InductiveLoads”的美国专利序列号 11/582，115 中所 描述类型的逆变器，该专利由Babcock等人于2006年10月16日提交。逆变器模块可以从 存储在变压器电感中的能量获取反激能量，然后利用所存储的能量，来从变压器的次级产 生具有低THD的输出电压，要不然所存储的能量就可能被以磁滞和/或铁心发热方式损耗 掉的。此处所描述的各种实施方式中，以供电频率(如60Hz)切换的逆变器，通过先重复 利用获取的反激能量，形成向变压器初级提供的电流波形，然后获取更多的反激能量。每个 半周期反激能量的释放和获取有助于构造实质上更正弦(如大约20% THD)的电流波形。 在某些实施方式中，变压器包括用于输出的次级绕组，以及谐波抑制绕组，后者当被耦合到 合适的电容器时，充分地减本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种形成提供给变压器初级绕组的电流波形的方法，所述方法包括：构造包括一系列交替极性的电流信号的电流波形，构造的波形具有相应于基波频率的周期，其中通过执行包括下述的步骤，每个电流信号被形成在一个周期的一半内：（ｉ）接通相应于被构造的所述电流信号的极性的开关；（ｉｉ）通过对电容放电直到所述电容上的电压大体上匹配第一电压源的电压，来将从输出节点提供的电流从实质上零增加到第一电流水平；（ｉｉｉ）通过将所述输出节点实质上直接连接到所述电压源来将所述电流从所述第一电流水平增加到第二电流水平；（ｉｖ）断开所述开关一次；以及（ｖ）通过引导所述开关断开后继续流动的电流对所述电容进行再充电，来实质上将所述电流降低到零；提供所述构造的波形到变压器的第一绕组。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-9-18 60/973,224一种形成提供给变压器初级绕组的电流波形的方法，所述方法包括构造包括一系列交替极性的电流信号的电流波形，构造的波形具有相应于基波频率的周期，其中通过执行包括下述的步骤，每个电流信号被形成在一个周期的一半内(i)接通相应于被构造的所述电流信号的极性的开关；(ii)通过对电容放电直到所述电容上的电压大体上匹配第一电压源的电压，来将从输出节点提供的电流从实质上零增加到第一电流水平；(iii)通过将所述输出节点实质上直接连接到所述电压源来将所述电流从所述第一电流水平增加到第二电流水平；(iv)断开所述开关一次；以及(v)通过引导所述开关断开后继续流动的电流对所述电容进行再充电，来实质上将所述电流降低到零；提供所述构造的波形到变压器的第一绕组。2.如权利要求1所述的方法，还包括响应于将所述构造的波形提供到所述变压器的所 述第一绕组，而在所述变压器的第二绕组产生输出电压。3.如权利要求2所述的方法，还包括实质上衰减所述输出电压的k次谐波，其中k是奇数。4.如权利要求3所述的方法，其中实质上衰减所述输出电压的k次谐波包括提供与 所述变压器中第三绕组相关联的所述k次谐波上的磁通势，以与构造的电流波形相关联的 所述k次谐波上的磁通势互相作用。5.如权利要求4所述的方法，其中提供与所述变压器中的第三绕组相关联的所述k次 谐波上的磁通势包括移动所述k次谐波上的磁通势的相位以关于所述构造的电流波形相 关联的所述k次谐波...
【专利技术属性】
技术研发人员：保罗M巴布科克，
申请(专利权)人：菲莱贝克能源公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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