[发明专利]具有AC和DC功率源的功率系统

说明书

技术领域

本公开内容涉及功率系统并且尤其涉及从不同源提供电功率。本公开内容尤其涉及一种用于从具有DC输出的功率源向负载、AC电源或它们二者提供电功率以及从AC电源向负载提供电功率的系统。

背景技术

向各种负载提供和分送电功率依赖于很多不同的方案来实现该目标。正获得更多注意力的一个领域不仅从诸如常规的AC电业电网(简称为“AC电网”)或发电机之类的AC功率源而且另外从诸如燃料电池、微涡轮机、太阳能电池等功率源向各种一般为不变的负载提供电功率。常规的AC电网常常用作一个源，但是它与诸如燃料电池等另外的源“合作”。当然，一些这类系统依赖于燃料电池或微涡轮机等向专用的一组客户负载(例如医院，购物商场等)提供基本的负载要求并且使用AC电网用于峰值要求或者作为备用候选方式。

当然，这种方案要求适当的并且有时是复杂和/或昂贵的分送和切换方案来处理这种不同的功率源。由于许多这类功率源提供它们的作为直流(DC)的功率输出而常规的电网提供交流(AC)并且许多、大多数或所有客户负载被视为依赖于交流(AC)，而变得更加复杂。这在传统上是燃料电池功率源的情况，例如燃料电池功率源提供DC输出，所述DC输出然后被逆变器转换为AC以便连接到客户的负载，其常常与AC功率电网并联。例如在美国专利6,465,910、6,757,590和7,061,139中可以发现这种功率分送方案的例子，上述专利均被转让给本申请的受让人。

一般在大部分这种方案中，如在图1的框图中所描述，提供的功率系统10具有诸如AC电网12之类的AC功率源作为一个功率源，和一般用于至少最初提供DC功率的一个或多个另外的功率源14。在图1所图示的例子中并且为了进一步论述本公开的目的，将在燃料电池14的范围内表示并描述该DC功率源。然而应当理解，使用诸如微涡轮机、光伏电池(photovoltaics)等其它类型功率源的功率系统，在它们提供DC功率的范畴内(所述DC功率被转换为AC以便连接到客户负载)，可以类似地得益于本公开内容。

进一步参照图1，AC电网12和燃料电池14一般独立地(交替地)或并联组合地采用AC形式向所谓的“客户负载”16提供功率。燃料电池14用作DC功率源，所述DC功率源从其输出经由导线20A和20B被连接到转换器22的DC输入以便从DC转换为AC，所述转换器22这里被描绘为逆变器22。尽管来自AC电网12和来自逆变器22的AC功率一般可能为三相的，不过为了在图1中以及稍后相对于本发明进行简单描述，其被示为出现在单个电导线上，同时假定其它导线。类似地，相对于图1和本公开的各个控制电路方面，应当理解，单线表示(representation)有时用于用作信号导体的分组并行导线或者双绞线。

来自逆变器22的AC输出出现在导线24上，所述导线24包括分支24A和24B。分支24A被描述为包括独立于电网的(grid-independent，G/I)开关26并且该分支24A延伸到节点27。类似地，来自电网12的AC出现在导线28上，所述导线28包括分支28A和28B。分支28A被描述为包括连接电网的(grid-connect，G/C)开关30并且延伸到节点27。共用的导线32从节点27延伸到客户负载16以便从(分别按照G/I和G/C开关26和30的状态确定的)功率源12和/或14提供AC功率给客户负载16。典型情况下，在稳态操作中，至少G/I开关26是常闭合的以便从燃料电池14提供功率并且G/C开关30也可以闭合以便同时从AC电网12并联地提供功率。由燃料电池14所提供的任何额外功率可以指向电网12。如果G/C开关30是断开的，那么燃料电池在独立于电网的模式下操作作为客户负载16的唯一功率源。