[发明专利]带有独立直流电源的堆叠电压源逆变器

说明书

此处描述的是一种具有独立的直流电源的堆叠电压源逆变器。该逆变器适用于低或中电压、低到中电力应用诸如光伏通用接口系统，电池存储应用诸如可再生能源峰值调节，马达驱动应用以及用于电动车辆驱动系统。该堆叠的逆变器由至少一个相位组成，其中每个相位具有装配了独立电压源的多个低压全桥逆变器。该逆变器发展了一个具有快速变换和小的低通交流输出滤波器的接近正弦曲线近似电压波形。系统控制器控制每个逆变器的运行参数。该逆变器可以具有在Y形或三角形配置中连接的单相位或多相位实施例。

技术领域

本申请要求2011年12月16日提交的美国临时申请号为61/576363的优先权，其内容通过引用并入本文。

本发明涉及一种带有独立直流电源的堆叠电压源逆变器，并尤其涉及包括了用于光伏系统的示例性装置和方法的带有独立直流电源的堆叠电压源逆变器，该逆变器能够在离网和并网运行中运作。这个独有技术的使用的领域为，但不限于，太阳能发电、电动车辆、电能存储、不间断供电(UPS)、数据中心电源管理以及马达驱动。

背景技术

目前意识到集中的液化石油气和污染性煤炭燃烧的消极的环境、地缘政治、国家安全、医疗费用的影响都驱动着诸如光伏(太阳能)这样的清洁技术的发展。目前，太阳能设备上的电容的广泛使用和安装被多个因素制约。用于将太阳能转换为并网和离网应用的当前的电子解决方案遭受着短的产品寿命、大的外形尺寸/重量，以及实质的使用期成本的问题。

今天，光伏系统使用逆变器将来自太阳能电池的直流电(DC)转换为交流电(AC)以用于并网和离网应用。存在三个种类的太阳能逆变器：集中式、组串式和模块级的(“微逆变器”)。目前，最典型的光伏阵列使用集中式和组串式逆变器。这些标准系统组合具有多个子阵列，每个子阵列轮流使用单个的太阳能板。接线盒将各种子阵列的输出结合以形成供应给逆变器的直流信号。该逆变器将直流电转换为交流电并向电网供应交流电。在这样的系统中，有效地耦接到电网的电量对于系统的成本回收是重要的。同样地，该逆变器必须是尽可能高效地。

由于更高的电力产量直接等于其所有者的更多收入，效率或缺乏效率成为光伏系统中主要的经济驱动力。举例来说，常规的中枢或串行系统提供以串联方式设置的多个太阳能板，来自太阳能板的电力随后在中心点由直流电转换为交流电。然而太阳能板组串式效率可能由于任何一个串联的太阳能板的减弱输出而急剧退化。减弱的输出的来源范围从模块错误到鸟粪，都是由于物理障碍物遮盖或部分遮盖了串联的太阳能板的部分。

为提升总的效率，不论并联或串联，能够使用“微逆变器”以将单独的逆变器耦接每个太阳能板并且独立于临近的模块产生能量。在每个模块上的微逆变器的交流电输出与电网并联地结合并耦接。虽然在系统水平上微逆变器的使用比单个中枢或串行逆变器更有效率，但是现在最好的微逆变器具有95％以下的机组效率，而最好的串行和中枢逆变器具有98％的机组效率。

美国专利7,796,412公开了一种用于电力转换的装置。该装置具：有至少两个电力级，至少两个电力级的每一个电力级能够将直流输入电力转换为直流输出电力；以及控制器，该控制器基于第一直流电力，用来动态选择用于将第一直流电力转换为第二直流电力的至少两个电力级的一个以上电力级，进一步包括耦接到用于将第二直流电力转换为交流电力的至少两个电力级的输出电路。

美国专利8,089,178公开了用于脉冲幅度调制(PAM)电流转换器，称为“PAMCC”，的直流电，PAMCC被连接到单独的直流电源。该PAMCC接收直流电并在其三个输出端子提供脉冲幅度调制电流，其中每个端子的电流与其他两个端子异向120度。该脉冲在与在一系列脉冲上调制的信号相比的高频上产生。在一系列脉冲上调制的信号可以代表部分更低频率的正弦波或其他更低频率的波形，包括直流电。当每个分相位的输出以与相似PAMCC的输出并联时，形成大量的PAMCC，其中每个电压分相位输出脉冲相对于其他PAMCC的相应的电流输出脉冲是异向的。大量的PAMCC形成分散式的三相位多向逆变器，其结合的输出为通过每个相位上的每个PAMCC调制的电流脉冲幅度的解调总量。