利用在直流电源的分布式电能收集系统技术方案

一种集成直流电源电能的系统和方法。每种电源都与一个变换器偶联。每种变换器将通过监测和保持最大电流值的方式将输入电能转换成输出的电能。事实上，所有输入电能转换成输出电能时，是通过转换装置输出电压的变化来控制。各个转换装置相互串联。另一逆变器与串联的转换装置并联，将从变换器中输入到逆变器中的电流转换成交流电输出。逆变器可通过改变变换器输出的串联电流数量来控制输入逆变器中的电流电压。串联电流和变换开关的输出电量决定各变换器的输出电压。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】利用在直流电源的分布式电能收集系统相关申请对照索引本申请权项对以下美国临时申请专利具有优先权:题为《分布式太阳能电池帆板的监测、管理与维护》(序列号60/868，851，2006年12月6日提交)、题为《分布式电源分布式电能收集系统》(序号60/868，893，2006年12月6日提交)、题为《化学独立电池控制的系统、方法与装置》(序号60/868，962，2006年12月7日)、题为《分布式电源电能收集系统和方法》(序号60/908,095，2007年3月26日)、题为《自直流电源收集电能》(序号60/916，815，2007年5月9日提交)。上述专利的整个内容通过参考纳入本专利申请中。而且，本专利申请与普通美国专利申请序号为11/950，224，2007年12月4日提交的题为《采用直流电源分布式电能收集系统的电流旁路》、专利申请序号为11/950，271、2007年12月4日提交的题为《采用直流电分布式电能收集系统》、专利申请序号为11/950，307，2007年12月4日提交的题为《利用直流电分布式电能收集系统的方法》，这些专利申请的整个内容也通过参考纳入本申请之中。
本专利技术的领域通常与分布式直流电源发电有关，更为特别的是与串联安装的分布式直流电源的管理有关。
技术介绍
近来，人们对可再生能源的兴趣日益增加导致了分布式能源生成系统的研究也增多，比如光电池(PV)、燃料电池、化学电池(例如，用于混合动力汽车的电池)等等。现已提出各种拓扑学理论将这些电源连接到负载上，并考虑各种参数，比如电压/电流条件、操作条件、可靠性、安全性、成本等等。例如，大多数这种电源输出的电压较低(一般一块电池只有几伏或串联的电池只有几十伏)，如此许多这样的电池需要串联以实现所需要的操作电压。而反之，串联不能提供所要求的电流，所以几组串联的电池需要并联提供所需的电流。另外，众所周知的是靠这些电源发电取决于生产、操作和环境等方面的条件。例如，在生产过程中的各种冲突可能导致两个相同的电源具有不同的电能输出特点。类似地，两个相同的电源可能对操作和/环境条件产生不同的反应，比如负载、温度等。实际装配中，不同电源也可能遇到不同的环境条件，比如太阳能装置的一些帆板可能暴露于整个阳光之中，而其他可能被遮挡，因此输出的电量不同。多电池装置中，其中的一些电池可能不同程度老化，因此也会导致输出的电量不同。当这些问题和本专利技术所提供的解决方案适用于分布式电源系统时，以下讨论则转向太阳能，以便通过具体例子更好地被理解。传统太阳能发电系统10的装置如图1中所示。由于每个太阳能帆板101提供的电压较低，几块帆板串联形成一串帆板103。对于大型装置，要求更高电流时，几串103可以并联组成一个完整的系统10。太阳能帆板安装在户外，它们导线连接成一个最大功率点跟踪(MPPT)模块107和一个逆变器104。MPPT107 一般作为逆变器104的组成部分。从直流电源收集的电能输送到逆变器104，由其将波动的直流(DC)电转换成一定电压和频率的交流(AC)电，通常是IlOV或220V，60Hz或220V，50Hz (有趣的是，在美国许多逆变器首先产生220V电压，然后在配电箱中再分成两个IlOV输出端口 )。逆变器104输出的交流电然后可能用于使电器设备运转或输入供电网络。此外，该装置还可以不与电网连接，从逆变器输出的电能可以直接输入到转换和充电/放电电路，以储存过剩电能，如给电池充电。若与电池相连，逆变阶段可以忽略，MPPT阶段107输出的直流电可以直接供给充电/放电电路。如上所述，每个太阳能帆板101提供的电压和电流都非常低。摆在太阳能电池设计人员面前的问题是如何将这些低电压的太阳能联合产生120V或220V平方根(RMS)条件下的标准交流电。要实现低电压电源提供高功率则要求非常大的电流，而按电流的平方(I2)计算功率则会有很大的传导损失。而且，电源逆变器，比如用来将直流电转换成交流电的逆变器104，在输入电压稍高于其输出RMS电压乘以其平方根的值时，效率的是最高的。因此，许多实际应用中，比如太阳能帆板101这样的电源，通常连在一起以便实现正确的电压或电流。最常用的方法是将这些电源串联，以便实现所需的电压，然后并联以便实现所需的电流，具体如图1所示。大量太阳能帆板101连在一起构成串联帆板103，然后这些串联的103在与功率逆变器104并联。太阳能帆板101串联以便实现逆变器所需的最低电压。多串103再并联提供更大的电流，这样就有更高的输出功率。然而就成本和结构简单这两方面而言，这种配置是具有优势的，但对此结构有文献报道存在一些缺陷。其中一种已知的缺陷是从各太阳能帆板中获取的非优化电能可能导致后面所说的低效率。如前所述，直流电源输出受许多条件影响。因此，为了最大化各电源的输出功率，需要一种装置同时考虑电压和电流，能在目前普遍存在的条件下输出的功率最大。由于条件发生变化，电压和电流输出也应需要同时变化。图2显示了一串联的直流电源，例如:太阳能帆板201a_201d，它们连接到MPPT电路207和逆变器204。绘制的电流对电压(IV)特征图(201a-210d)位于各直流电源201左边。各直流电源201，电流随输出电压增加而降低。有些电压值条件下，电流变成零。有些应用中可能假设其为负值，意思是电源这时变成了一受电器。旁路二极管用来阻止电源变成一受电器。旁路二极管用来防止电源变成受电器。各电源201输出功率等于电流与电压的乘积(P = I*V)，随从电源获取的电压变化而变化。在一定电流和电压条件下，电流值接近零点，则输出的功率最大。理想的情况是发电电池在其最大功率下工作。MPPT的用途就是找到最大功率点，然后使系统在该点条件下工作使从电源获取的功率最大。传统典型的太阳能电池阵列中，不同的运算方法和技术用来优化采用MPPT模块107系统10的集成功率输出。MPPT模块107接收各个太阳能电池帆板中的电流，汇集在一起并跟踪此电流条件下的最大功率点，以提供最大平均功率。这样如果获得更多电流，则从这些帆板获得的平均电压开始下降，因此减少了收集的电能。MPPT模块107用来维持整个系统10输出最大平均功率的电流。最大功率点跟踪技术由T.Esram与P.L.Chapman在IEEE能量转换汇刊上发表的《几种光电阵列最大功率点跟踪技术的比较》(接受待发行公布，2006年PP卷99期，第1-1页数码标识10.1109/TEC.2006.874230) 一文中探讨过，其整个内容通过参考纳入本申请之中。但是，由于电源201a_201d是串联到单个MPPT207，MPPT必须选择单个点，这个点可能会是串联电源的MPP平均值。实际上，非常有可能的是MPPT在1-V点的工作状态只在少数几个电源或一个也没有的情况下是最佳的。图2所示的例子中，所选点是电源201b的最大功率点，但它偏离了电源201a、201c和201d的最大功率点。结果，这种布局不能在可实现的最大效率下工作。回到图1所示太阳能系统10的例子中，保持串联帆板103预先确定的恒定输出电压会导致太阳能的输出功率比其他可能的情况都低。而且，每排串联帆板所带的电流将沿着该串帆板经过所有的太阳能帆板。若太阳能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从分布式电能收获系统获取电源的方法，包括：进行多个电源的最大电力点追踪，所述多个电源分别与多个电力变换器的输入端连接；以及将逆变器的输入电压或输入电流调节至固定的恒定值，所述逆变器已连接至以串联串连接的多个电力变换器的输出端。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：梅厄·阿德斯，约阿夫·加林，利奥尔·汉德尔斯曼，阿米尔·菲谢尔夫，盖伊·塞拉，
申请(专利权)人：太阳能安吉科技，
类型：发明
国别省市：以色列;IL