專利名稱：具有并聯(lián)連接的逆變器的供電系統(tǒng)的操作方法和功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種供電系統(tǒng)，在該供電系統(tǒng)中，將例如太陽能電池、風(fēng)力發(fā)電機(jī)和燃料電池這樣的電能增加和減少的直流電源的直流輸出通過多個逆變器轉(zhuǎn)換為交流輸出并提供給系統(tǒng)，以及涉及一種高效控制逆變器的方法。此外，本發(fā)明涉及并聯(lián)系統(tǒng)，在該并聯(lián)系統(tǒng)中，發(fā)電裝置如太陽能電池所產(chǎn)生的電功率通過逆變器轉(zhuǎn)換為符合工頻電源的電功率并輸出到工頻電源。
就供電系統(tǒng)而論，利用太陽能電池的光電發(fā)電系統(tǒng)是公知的。圖6是常規(guī)光電發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)圖。該光電發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是將多個太陽能電池(直流電源)101布置在屋頂上，由這些太陽能電池101產(chǎn)生的直流輸出通過接線盒102收集到一個輸出端，然后通過逆變器103將該直流輸出轉(zhuǎn)換為交流輸出。接著，通過配電盤104將功率提供給屋內(nèi)的支路和商用電力系統(tǒng)106。順便說一下，標(biāo)號105表示與支路相連接的室內(nèi)負(fù)載。
一般來說，逆變器的特點是在低輸出量期間效率急劇下降。這個問題是因為如果用一個相當(dāng)于光電發(fā)電系統(tǒng)所產(chǎn)生的最大估計電能的單個逆變器實現(xiàn)DC/AC轉(zhuǎn)換，則DC/AC轉(zhuǎn)換效率在低輸出量期間下降。為了解決這個問題，例如日本專利申請?zhí)亻_昭(JP-A)No.6-165513公開了一種系統(tǒng)，其中具有小輸出量的多個逆變器并聯(lián)連接，根據(jù)太陽能電池所產(chǎn)生的電能增加或減少運(yùn)行的逆變器數(shù)量，以便抑制轉(zhuǎn)換效率在低輸出量期間下降。
此外，在并聯(lián)系統(tǒng)中，發(fā)電設(shè)備如光伏功率發(fā)生器所產(chǎn)生的直流功率通過逆變器轉(zhuǎn)換為符合工頻電源的交流功率，然后提供給工頻電源。
由于在這種并聯(lián)系統(tǒng)中使用了逆變器，防止了由于工頻電源斷電而造成自主操作，并保護(hù)系統(tǒng)互連不受工頻電源中過壓、欠壓、頻率升高和頻率下降的影響。
由于在這種并聯(lián)系統(tǒng)中使用了逆變器，因此能在額定功率輸出期間最高效地操作。但是，由于用太陽能電池發(fā)電，因為太陽輻射量或類似情況造成發(fā)電功率增加和減少，所以逆變器受最大功率點跟蹤控制(MPPT控制)，使得當(dāng)輸入功率小于額定功率時，根據(jù)增加或減少發(fā)電功率使輸出效率變得最高。
如上所述，由于逆變器的輸出功率大，如果輸入功率相對于額定功率來說過低，則輸出效率急劇下降。為此，提出了一種方案，在并聯(lián)系統(tǒng)中，使多個逆變器并聯(lián)連接，根據(jù)輸入功率設(shè)置被驅(qū)動的逆變器數(shù)量，使得即使在發(fā)電功率低時，逆變器也能被有效驅(qū)動。
在常規(guī)方法中，受驅(qū)動的逆變器數(shù)量僅僅根據(jù)輸出功率來確定，不考慮對受驅(qū)動的逆變器的選擇。為此，在低輸出期間僅有個別逆變器被驅(qū)動，僅在輸出增加時才驅(qū)動其他逆變器，結(jié)果，個別逆變器的運(yùn)行時間比其他逆變器的運(yùn)行時間長。因此，就存在運(yùn)行時間長的個別逆變器的使用壽命比其他逆變器短的問題。
而且，存在以下問題如果多個逆變器中的個別逆變器不能有效工作，則整個系統(tǒng)不能工作。
此外，還存在以下問題如果對多個逆變器的輸出功率分別進(jìn)行單獨控制，相反，轉(zhuǎn)換效率的下降就要取決于發(fā)電功率、被驅(qū)動的逆變器數(shù)量等。進(jìn)一步，如果在多個逆變器并聯(lián)運(yùn)行時為各個逆變器獨立配置系統(tǒng)積分保護(hù)，則會使它們的相互輸出量和保護(hù)性操作彼此干擾，從而不能進(jìn)行適當(dāng)保護(hù)。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種具有多個逆變器的供電系統(tǒng)的操作方法，以便高效驅(qū)動逆變器，從而克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷。
為此，根據(jù)本發(fā)明的第一方案，提供一種供電系統(tǒng)的操作方法，所述供電系統(tǒng)具有多個與所產(chǎn)生的電能增加或減少的直流電源并聯(lián)連接的逆變器，其中，所述逆變器將所述直流電源的功率輸出轉(zhuǎn)換為頻率和電壓可控的交流功率并將交流功率輸出到系統(tǒng)中，所述方法包括以下步驟(a)將逆變器的其中之一設(shè)為主部件，其他逆變器設(shè)為輔部件，其中主部件控制輔部件；以及(b)使所述主部件根據(jù)直流電源電能的增加或減少和逆變器輸出的交流功率的增加或減少兩種情況中至少其中一種情況控制所述輔部件。
根據(jù)上述具有多個逆變器的本發(fā)明第一方案，設(shè)為主部件的一個逆變器控制其余逆變器的操作，控制順序根據(jù)直流電源的電能增加或減少或者逆變器輸出的交流功率值的增加或減少按照預(yù)定規(guī)則設(shè)定。
此外，在本發(fā)明的該方案中，當(dāng)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行被中止時，主部件設(shè)置發(fā)電機(jī)下一次運(yùn)行起動期間將使用的主部件。該設(shè)置可根據(jù)逆變器運(yùn)行時間或其輸出功率值的積分值來完成。
因此，多個逆變器的運(yùn)行時間或輸出功率的積分值基本相等，能防止個別逆變器運(yùn)行時間變長。
此外，這些逆變器分別與用于遙控的遙控器相連接，這些遙控器以能相互發(fā)送和接收信號的方式彼此相連接。通過遙控器來完成逆變器的操作。
此外，用隨機(jī)數(shù)隨機(jī)設(shè)置下一次將運(yùn)行的輔部件的順序。
此外，以輔部件運(yùn)行時間的升序設(shè)置下一次將運(yùn)行的輔部件的順序。
此外，以輔部件輸出功率值的升序設(shè)置下一次將運(yùn)行的輔部件的順序。
本發(fā)明的另一目的是提供一種高效并聯(lián)系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，多個逆變器并聯(lián)連接，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電功率被轉(zhuǎn)換為符合工頻電源的電功率并通過逆變器輸出，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷。
為此，根據(jù)本發(fā)明的另一方案，提供一種將直流功率轉(zhuǎn)換為交流功率的系統(tǒng)，包括(a)多個逆變器，每個逆變器適于接收直流功率并將直流功率轉(zhuǎn)換為交流功率；以及(b)控制器，與逆變器相連接并根據(jù)可用直流功率控制所述逆變器的操作，如果有充足的直流功率可用，則控制器使更多的逆變器運(yùn)行，如果直流功率不充足，則使更少的逆變器運(yùn)行，其中，所述控制器操作其中任何一個逆變器，使得所述逆變器中任何一個逆變器輸出的交流功率值根據(jù)直流電源輸出電功率值的增加或減少而增加或減少，所述控制器以預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)值操作所述逆變器中的剩余逆變器。
根據(jù)本發(fā)明的這一方案，當(dāng)兩個或更多個逆變器正在運(yùn)行時，對其中任何一個逆變器例如進(jìn)行MPPT控制，使其他逆變器完成額定操作。
因此，與各個逆變器都實現(xiàn)MPPT控制的情況相比，能進(jìn)行高效操作。此外，能防止任一逆變器輸出功率的增加或減少影響其他逆變器的操作，所述增加或減少是由對各個逆變器進(jìn)行MPPT控制造成的。
而且，根據(jù)本發(fā)明的再一個方案，提供一種將所產(chǎn)生的電功率轉(zhuǎn)換為交流功率的系統(tǒng)，其中，多個逆變器分別設(shè)有保護(hù)裝置，以對并聯(lián)連接的工頻電源實現(xiàn)系統(tǒng)互連保護(hù)，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電功率被轉(zhuǎn)換為符合工頻電源的電功率并經(jīng)若干逆變器輸出，逆變器的數(shù)量根據(jù)所產(chǎn)生的電功率值確定，包括控制器，當(dāng)所述逆變器中至少有兩個正在運(yùn)行時，通過至少設(shè)在其中一個所述逆變器中的保護(hù)裝置來實現(xiàn)所述多個逆變器的保護(hù)性操作。
根據(jù)本發(fā)明的這一方案，當(dāng)多個逆變器正在運(yùn)行時，利用任何一個逆變器的保護(hù)裝置實現(xiàn)其他逆變器對自主操作及工頻電源過壓、欠壓、頻率升高和頻率下降的系統(tǒng)互連保護(hù)。
因此，能防止出現(xiàn)例如因多個逆變器完成系統(tǒng)互連保護(hù)而造成保護(hù)性操作時間偏差這樣的問題，或者對任一逆變器來說，由于該保護(hù)性操作時間偏差而不能適當(dāng)?shù)貙崿F(xiàn)系統(tǒng)互連保護(hù)。
在本發(fā)明該方案中使用的控制裝置可以采用一種結(jié)構(gòu)，即在結(jié)構(gòu)中，設(shè)置一個主部件，該主部件用于有助于實現(xiàn)MPPT控制或系統(tǒng)互連保護(hù)。
此外，控制裝置包括分別與多個逆變器相連接的遙控器和將遙控器相互連接起來的通信裝置。
因此，能在不設(shè)專用控制裝置的情況下準(zhǔn)確地控制多個逆變器的操作。


圖1是作為本發(fā)明一個實施例所述并聯(lián)系統(tǒng)使用的供電系統(tǒng)的方框圖；圖2是在供電系統(tǒng)中使用的一個逆變器示意性結(jié)構(gòu)的方框圖；圖3是在供電系統(tǒng)中使用的遙控器的方框圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明所述的供電系統(tǒng)控制程序的流程圖；圖5A是一例直流電源輸出功率值變化曲線圖；圖5B是與圖5A相一致的逆變器操作的脈沖波形圖；圖6是現(xiàn)有光電發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
以下描述本發(fā)明的一個實施例。圖1示出了供電系統(tǒng)12。在供電系統(tǒng)12中，多個逆變器14(例如通過三個逆變器14A至14C)與直流電源1(例如由多個模塊組成的太陽能電池)并聯(lián)連接。
每個逆變器14的輸入側(cè)通過觸點交替地閉合斷開的閂鎖型電磁開關(guān)18(18A，18B，18C)與直流電源1相連接。
輸出側(cè)與工頻電源16相連接。通過這種方式，供電系統(tǒng)12形成并聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，通過逆變器14將直流電源1輸出的直流功率轉(zhuǎn)換成頻率與工頻電源16的頻率相同的交流功率，并將交流功率輸出到與工頻電源16相連接的支路15。本實施例描述了一個例子，其中將三個逆變器14A，14B，14C(除非特別指出，這些逆變器都稱為逆變器14)用于最大輸出功率為12kW的直流電源1，每個逆變器的輸出為4.0kW。
如圖2所示，逆變器14具有逆變器電路20和控制逆變器電路20的微型計算機(jī)22。通過電磁開關(guān)18輸入到逆變器14中的直流功率經(jīng)靜噪濾波器26提供給逆變器電路20。
逆變器電路20將輸入到逆變器電路20的直流功率轉(zhuǎn)換為頻率基本等于工頻電源16頻率的交流功率，并將交流功率輸出。此時，逆變器電路20根據(jù)脈寬調(diào)制(PWM)理論接通直流功率，輸出頻率基本等于工頻電源16頻率的偽正弦波?？刂颇孀兤麟娐?0輸出的交流功率，使其電壓比工頻電源16所提供的電壓高5-10伏，然后由無變壓器的系統(tǒng)通過濾波器電路28、靜噪濾波器29和接觸器30提供給支路15。
與微型計算機(jī)22相連接的是輸入電壓檢測部件32、輸入電流檢測部件34、輸出電流檢測部件38和電壓波形檢測部件40。輸入電壓檢測部件32由隔離放大器構(gòu)成，用于檢測輸入到逆變器電路20的直流電壓；輸入電流檢測部件34由電流互感器(CT)構(gòu)成，用于檢測直流電流；輸出電流檢測部件38由電流互感器(CT)構(gòu)成，用于檢測從逆變器電路20輸出的交流電流；電壓波形檢測部件40用于通過電壓互感器(PT)檢測工頻電源16中的系統(tǒng)電壓和電壓波形。
根據(jù)輸入電壓檢測部件32和輸入電流檢測部件34檢測出的直流功率和電壓波形檢測部件40檢測出的電壓，微型計算機(jī)22控制開關(guān)信號的占空比(on-duty ratio)，以驅(qū)動逆變器電路20的未示出的開關(guān)部件。
結(jié)果，逆變器14輸出交流功率，其相位匹配工頻電源16的相位，其頻率匹配工頻電源16的頻率，其電壓比工頻電源16的電壓高5至10伏。通過確定電壓波形檢測部件40所檢測波形的過零點并使偽正弦波的過零點匹配被測波形的過零點，使逆變器輸出的交流功率的相位與工頻電源16的相位相匹配。注意，逆變器電路20輸出的交流功率具有鋸齒波形，由于濾波器電路28消除了逆變器電路20的輸出電壓中的諧波成分，所以從逆變器14輸出的是正弦波的交流功率。
同時，微型計算機(jī)22控制接觸器30，微型計算機(jī)22通過該接觸器30接通或斷開逆變器14和工頻電源16之間的連接。
因此，例如，當(dāng)由于太陽能電池模塊產(chǎn)生的能量小或不產(chǎn)生功率而使直流電源1的輸出功率很小、逆變器14停止運(yùn)行時，微型計算機(jī)22斷開逆變器14與工頻電源16的連接，并在逆變器14再次開始運(yùn)行前立刻連接逆變器14和工頻電源16。
此外，當(dāng)通過電壓波形檢測部件40檢測到的電壓波形確定工頻電源16處于供電中斷狀態(tài)時，微型計算機(jī)22通過接觸器30快速將逆變器14與工頻電源16斷開，以便防止逆變器14自主操作和類似情況。此外，微型計算機(jī)22起到保護(hù)逆變器14不受過壓(OVR)、欠壓(UVR)、頻率升高(OFR)、頻率降低(UFR)和自主操作影響的作用。注意，就逆變器14而論，可以使用公知的結(jié)構(gòu)和控制方法，因此在該實施例中不作詳細(xì)描述。
如圖1所示，在供電系統(tǒng)12中，遙控器50(50A，50B，50C)分別與逆變器14相連接。
如圖3所示，每個遙控器50設(shè)有帶微機(jī)的控制部件52、使用LCD或類似物的顯示部件54和電源電路56。顯示部件54和電源電路56都與控制部件52相連接。此外，遙控器50設(shè)有置位開關(guān)部件58和通信接口60，這些部件都與控制部件52相連接。
電源電路56設(shè)有未示出的備用電池并與工頻電源16相連接，從而通過工頻電源16所提供的功率來操作遙控器50。即，直流功率不從直流電源1輸入到遙控器50中，所以即使逆變器14處于停機(jī)狀態(tài)，遙控器50也是可操作的。
逆變器14的微型計算機(jī)22連接遙控器50的通信接口60。因此，遙控器50能完成逆變器14輸出功率值的積分。此外，如果逆變器14由于自主操作中止而停止運(yùn)行，則該信息從微型計算機(jī)22輸入到遙控器50中。
進(jìn)一步，如圖1所示，遙控器50與驅(qū)動電路62相連接，以驅(qū)動電磁開關(guān)18接通和斷開。
如果電磁開關(guān)18被斷開，直流功率不輸入到逆變器14中，則逆變器14停機(jī)，而如果電磁開關(guān)18被接通，為逆變器14提供直流功率，逆變器14才可能運(yùn)行。
當(dāng)指示運(yùn)行停止的控制信號輸出到逆變器14的微型計算機(jī)22時，每個遙控器50斷開電磁開關(guān)18，當(dāng)指示運(yùn)行開始的信號輸出到其中時，則接通電磁開關(guān)18。注意，微型計算機(jī)22可以根據(jù)從遙控器50輸入到微型計算機(jī)22中的操作指示(即開始運(yùn)行指示或停止運(yùn)行指示)接通和斷開電磁開關(guān)18。
每個遙控器50的通信接口60通過通信線路64與另一遙控器相連接。此時，遙控器50例如通過專用通信線路64連接起來以形成回路。
因此，能夠在遙控器50A、50B和50C之間交換彼此連接起來的逆變器14A、14B和14C的運(yùn)行狀態(tài)信息。
在上述結(jié)構(gòu)的供電系統(tǒng)12中，所提供的這種布局使得其中任何一個逆變器14都能充當(dāng)一個主部件，并與連接該主部件的遙控器50一起控制充當(dāng)輔部件的其他逆變器14。注意，主部件和副部件可通過未示出的雙列直插式封裝開關(guān)來設(shè)置，所述雙列直插式封裝開關(guān)設(shè)置在與各個逆變器14相連接的遙控器50的置位開關(guān)部件58中，但在本實施例中，沒有給出一個具體描述主部件的例子。順便說一下，雙列直插式封裝開關(guān)用作設(shè)置指定遙控器50的地址的開關(guān)。
在電磁開關(guān)18A、18B和18C閉合的狀態(tài)下對與充當(dāng)主部件的逆變器14相連接的遙控器50進(jìn)行設(shè)置，以使任一逆變器14能通過直流電源1所提供的功率運(yùn)行。那么，太陽能電池模塊即直流電源1開始發(fā)電時最先開始運(yùn)行的逆變器14變成主部件，在與逆變器14相連接的遙控器50通過信號線向其他遙控器宣布主部件時，確定主部件和輔部件。
隨后，與已被設(shè)為主部件的逆變器14相連接的遙控器50將已被設(shè)為主部件的逆變器設(shè)置為持續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)直流電源1輸出功率的增加或降低來操作已被設(shè)為輔部件的那些逆變器14。
此外，為了在不使用置位開關(guān)部件58的雙列直插式封裝開關(guān)的情況下設(shè)置與最先充當(dāng)主部件的逆變器14相連接的遙控器50，該設(shè)置在電磁開關(guān)18A、18B和18C閉合的狀態(tài)下完成，以使任一逆變器14能通過直流電源1所提供的功率來運(yùn)行。接著，將太陽能電池模塊即直流電源1開始發(fā)電時最先開始運(yùn)行的逆變器14設(shè)為主部件。
與已設(shè)為主部件的逆變器14相連接的遙控器50首先將其余的逆變器14設(shè)為輔部件，使得其他逆變器14不起動。接著，與已設(shè)為主部件的逆變器14相連接的遙控器50將已設(shè)為主部件的逆變器14設(shè)置為持續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)直流電源1輸出功率的增加或降低來操作已被設(shè)為輔部件的那些逆變器14。
同時，在供電系統(tǒng)12中，例如，根據(jù)與操作有關(guān)的信息如逆變器14A至14C的輸出功率積分值(輸出功率值)和運(yùn)行時間的積分值，在每天運(yùn)行中止時對將設(shè)為下一個主部件的逆變器14進(jìn)行設(shè)置，使得逆變器14A至14C之間的輸出功率值和運(yùn)行時間的積分值相等。
即，將輸出功率值或運(yùn)行時間最少的逆變器14作為下一個設(shè)為主部件的逆變器14。
為此，當(dāng)設(shè)為輔部件的逆變器14停機(jī)時，與設(shè)為輔部件的逆變器14相連接的遙控器50將這些逆變器14輸出功率的積分值(輸出功率值)輸出到與設(shè)為主部件的逆變器14相連接的遙控器50中。
當(dāng)來自直流電源1的直流功率被停止時，與設(shè)為主部件的逆變器14相連接的遙控器50使與其相連接的逆變器14停機(jī)，并計算該逆變器14的輸出功率值。接著，比較各個逆變器14的輸出功率值，將輸出功率值最小的逆變器14設(shè)為下一個主部件，由此過程結(jié)束。
注意，作為設(shè)置下一個主部件的方法，可提供一種利用隨機(jī)數(shù)隨機(jī)設(shè)置主部件的方案。
因此，當(dāng)下一次起動供電系統(tǒng)12時，與已重新設(shè)為主部件的逆變器14相連接的遙控器50控制這些逆變器14的操作。
已設(shè)為主部件的逆變器14起到最大功率點跟蹤(MPPT)控制的作用，以便通過跟蹤所輸入的直流功率的增加或降低來取出最大輸出。此外，已設(shè)為輔部件的那些逆變器14受到持續(xù)獲得最大輸出的恒級能量控制。已設(shè)為主部件的逆變器14的遙控器50對輔逆變器14進(jìn)行操作，根據(jù)直流電源1輸出的增加和降低來斷開和接通電磁開關(guān)18，使輔逆變器14能受到恒級能量控制。
此時，如圖1所示，每個逆變器14設(shè)有充電電流抑制電路66(圖2中未示出)，以便防止電磁開關(guān)18接通時由于設(shè)在逆變器14直流側(cè)的大容量電容器充電所造成的直流電源1電壓的瞬態(tài)變化。
另外，在供電系統(tǒng)12中，與已設(shè)為主部件的逆變器14相連接的遙控器50總的來說起的作用是防止自主操作和互連保護(hù)過壓(OVR)、欠壓(UVR)、頻率下降(UFR)和頻率升高(OFR)，以便防止由于各個逆變器14單獨實現(xiàn)互連保護(hù)而產(chǎn)生干擾和故障。
在該供電系統(tǒng)12中，首先，完成逆變器14的主部件的設(shè)置。在主部件的設(shè)置中，通過設(shè)在與各個逆變器14相連接的遙控器50中的置位開關(guān)部件58的雙列直插式封裝開關(guān)來設(shè)置地址。注意，一個主部件設(shè)為一個初始值。
另外，當(dāng)自動設(shè)置主部件和輔部件時，電磁開關(guān)18A至18C在直流電源1停止輸出的狀態(tài)下被接通，使得逆變器14能夠運(yùn)行。在該狀態(tài)下，如果直流電源1在日出時開始輸出直流功率，例如，逆變器14A至14C以微小的時間延遲開始運(yùn)行。此時，當(dāng)任一逆變器14開始運(yùn)行時，表示運(yùn)行開始的信號輸出到遙控器50中。
與最先開始運(yùn)行的逆變器14相連接的遙控器50向其他遙控器50輸出控制信號，使其他逆變器14不起動。因此，首先開始運(yùn)行的逆變器14變成主部件，其他逆變器14設(shè)為輔部件。
當(dāng)在與逆變器14A至14C相連接的遙控器50A至50C中完成主部件和輔部件的設(shè)置時，根據(jù)直流電源1輸出的直流功率控制逆變器14A至14C的操作。
圖4的流程圖示出了通過與已設(shè)為主部件的逆變器14相連接的遙控器50控制逆變器14A至14C的概圖。
參考圖4，在假設(shè)將與遙控器50A相連接的逆變器14A設(shè)為主部件且逆變器14A、14B和14C的輸出功率值為a0kWh、b0kWh和c0kWh，其中a0＜b0＜c0的情況下，給出以下說明。結(jié)果，與逆變器14A相連接的遙控器50A實現(xiàn)控制的方式是直流電源1輸出的直流功率(輸出功率Q)增加時，連續(xù)起動逆變器14B和14C，當(dāng)輸出功率Q下降時連續(xù)關(guān)閉逆變器14C和14B。以下所給出的說明是指逆變器A為“主部件”、逆變器14B和14C分別為“輔部件b”和“輔部件c”，并由數(shù)字指示流程圖的步驟。
與主部件相連接的遙控器50A使電磁開關(guān)18A接通，從而將主部件設(shè)置為可運(yùn)行狀態(tài)，步驟200。因此，當(dāng)直流電源1在日出時開始輸出直流功率時，主部件運(yùn)行，輸出交流功率。
一旦確認(rèn)主部件已經(jīng)開始運(yùn)行，在步驟202以YES確定，與主部件相連接的遙控器50A將輸入功率讀入主部件，即輸出功率Q，步驟204。然后，與主部件相連接的遙控器50A確認(rèn)輸出功率Q是否已經(jīng)達(dá)到保證輔部件b也能運(yùn)行的功率Q1，步驟206，或者直流電源1是否已經(jīng)被停止且已經(jīng)停止輸出直流功率，步驟208。
如果直流電源1的輸出功率Q增加并達(dá)到輔部件b也能運(yùn)行的功率Q1，在步驟206以YES確定，則接通與輔部件b相連接的遙控器50B，步驟210。一旦已經(jīng)接通，與輔部件b相連接的遙控器50B接通電磁開關(guān)18B，使輔部件b開始運(yùn)行。
因此，如圖5B所示，在供電系統(tǒng)12中，主部件和輔部件b受到控制，以將直流電源1的輸出功率Q轉(zhuǎn)換為交流功率。在圖4所示的流程圖中，接著讀出直流電源1的輸出功率Q，步驟212，并確認(rèn)該輸出功率Q是否已經(jīng)達(dá)到下一個輔部件c也能運(yùn)行的功率Q2，步驟214，或者輸出功率Q是否已經(jīng)下降到使輔部件b關(guān)閉的功率Q1，步驟216。
這里，如果直流電源1的輸出功率Q已經(jīng)達(dá)到輔部件c也能運(yùn)行的功率Q2，在步驟214中以YES確認(rèn)，則接通與輔部件c相連接的遙控器50C，步驟218。一旦被接通，與輔部件c相連接的遙控器50C接通電磁開關(guān)18C，使輔部件c開始運(yùn)行。
因此，如圖5B所示，在供電系統(tǒng)12中，直流電源1的輸出功率Q轉(zhuǎn)換為交流功率并通過主部件和輔部件b和c輸出。
接著，在圖4所示的流程圖中，讀出直流電源1的輸出功率Q，步驟220，并確認(rèn)該輸出功率Q是否已經(jīng)下降到輔部件c也能運(yùn)行的功率Q2，步驟222，如果輸出功率Q已經(jīng)下降到輔部件c能運(yùn)行的功率以下，在步驟222中以YES確認(rèn)，則關(guān)閉與輔部件c相連接的遙控器50C，步驟224。
一旦被關(guān)閉，與輔部件c相連接的遙控器50C斷開電磁開關(guān)18C，使輔部件c停工。接著，與輔部件c相連接的遙控器50C將輔部件c輸出的輸出功率值輸出到與主部件相連接的遙控器50A中。
因此，與主部件相連接的遙控器50A讀出從與被停工的輔部件c相連接的遙控器50C輸出的輔部件c的輸出功率值，步驟226，然后返回步驟212。
此外，如果直流電源1的輸出功率Q進(jìn)一步下降，并降落到能使輔部件b運(yùn)行的功率Q1，在步驟216中以YES確認(rèn)，則與輔部件b相連接的遙控器50B也被關(guān)閉，步驟208。
一旦被關(guān)閉，與輔部件b相連接的遙控器50B斷開電磁開關(guān)18B，使輔部件b停工，并將輔部件b的輸出功率值輸出到與主部件相連接的遙控器50A中。
因此，主部件讀出從與被停工的輔部件b相連接的遙控器50B輸出的輔部件b的輸出功率值，步驟230，并繼續(xù)確認(rèn)直流電源1的輸出功率Q，步驟204至208。
如果直流電源1的輸出功率Q逐漸下降且直流電源1停止，在步驟208中以YES確認(rèn)，則斷開電磁開關(guān)18A以使主部件停工，步驟232。接著，從主部件的微型計算機(jī)22讀出主部件的輸出功率值，步驟234，在主部件和輔部件b及輔部件c的輸出功率值之間進(jìn)行比較，步驟236，設(shè)置與下一個主部件和下一個輔部件相連接的遙控器的起動順序，步驟238。
即，如果逆變器14A、14B和14C的輸出功率值a1、b1和c1為b1＜c1＜a1，則將輸出功率值最小的逆變器14B設(shè)為下一個主部件，將逆變器14A和14C設(shè)為輔部件。而且，由于逆變器14C的輸出功率值小于逆變器14A，所以設(shè)置為使逆變器14C在逆變器14A之前起動，該設(shè)置結(jié)果輸出到與已設(shè)為下一個主部件的逆變器14B相連接的遙控器50B中。
這樣，通過接通電磁開關(guān)18B將逆變器14B設(shè)置為使逆變器14B能運(yùn)行的狀態(tài)，將與已設(shè)為下一個主部件的逆變器14B相連接的遙控器50B設(shè)為備用狀態(tài)。
通過上述方式設(shè)置主部件和輔部件以及起動輔部件的順序，能使多個逆變器14的輸出功率值基本相等。此外，根據(jù)運(yùn)行時間設(shè)置主部件和輔部件，多個逆變器14的運(yùn)行時間基本相等，從而能夠延長供電系統(tǒng)12的使用壽命。
尤其是，逆變器14的運(yùn)行時間大大影響電子元件如電解電容器和設(shè)在逆變器14中的冷卻風(fēng)扇的使用壽命。但是，通過使這些運(yùn)行時間基本相等，就能在更長的時間范圍內(nèi)可靠操作。
注意，在上述結(jié)構(gòu)中，逆變器的主部件和輔部件之間可表現(xiàn)出多種關(guān)系，可用逆變器14的交流輸出量的增加或降低來確定主部件和輔部件的起動或停工。
此外，在任一逆變器14無效的情況下，通過將與該逆變器14相連接的遙控器50排斥在主部件和輔部件的設(shè)置之外，由電磁開關(guān)18切斷該逆變器14與直流電源1的連接。因此，由于防止無效的逆變器14運(yùn)行而使用有效的那些逆變器14，所以系統(tǒng)互連變?yōu)榭赡堋?br> 此時，如果逆變器14無效的情況顯示在與無效逆變器14相連接的遙控器50的顯示部件54上，就能清楚地確定供電系統(tǒng)12中是否存在無效逆變器14。
同時，在供電系統(tǒng)12中，僅通過設(shè)為主部件的逆變器14來實現(xiàn)MPPT控制，而設(shè)為輔部件的那些逆變器14則持續(xù)受恒級能量控制。
即，如圖5A所示，逆變器14B在運(yùn)行時間t2至t5的范圍內(nèi)持續(xù)受到恒級能量控制，而逆變器14C則在運(yùn)行時間t3至t4的范圍內(nèi)持續(xù)受到恒級能量控制，從而分別輸出4Kw的交流功率，即額定功率。
相反，逆變器14A的操作方式是根據(jù)輸出功率Q的增加或減小來輸出最大功率，輸出功率Q在t1至t6的時間范圍內(nèi)持續(xù)受MPPT控制，直流電源1在t1至t6期間輸出直流功率。
結(jié)果，由于多個逆變器14實現(xiàn)MPPT控制，因此可以防止一個逆變器14輸出功率的增加或減小對其他逆變器14產(chǎn)生影響，即使使用多個逆變器14，供電系統(tǒng)12也能可靠運(yùn)行。
另一方面，如果多個逆變器14一個一個單獨實現(xiàn)了保護(hù)性操作，則由于檢測時間或類似情況帶來的偏差使多個逆變器14的操作不一致。因此，存在這樣的情況一個逆變器14的保護(hù)性操作影響其他逆變器14的保護(hù)性操作，從而不可能進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)。
相反，在供電系統(tǒng)12中，自主操作與過壓、欠壓、頻率上升和頻率下降都受到與設(shè)為主部件的逆變器14相連接的遙控器50的監(jiān)視，根據(jù)該監(jiān)視結(jié)果集體保護(hù)多個逆變器14。因此，能夠快速可靠地實現(xiàn)對多個逆變器14的保護(hù)。
此外，在將交流功率從逆變器14提供給工頻電源16的情況下，交流功率從逆變器14倒流到工頻電源16。這種倒流會導(dǎo)致工頻電源16中的電壓升高。此時，在供電系統(tǒng)12中，與已設(shè)為主部件的逆變器14相連接的遙控器50首先連續(xù)控制輔逆變器14的輸出，最后控制主逆變器14的輸出。
由此，在供電系統(tǒng)12中，當(dāng)多個逆變器14并聯(lián)連接時，對與將成為主部件的逆變器14相連接的遙控器50進(jìn)行設(shè)置，與主逆變器14相連接的遙控器50共同控制多個逆變器14，從而能在不使這些逆變器14在操作中發(fā)生變化的情況下對它們進(jìn)行操作。
而且，就系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來說，本發(fā)明不限于直流電源1的最大輸出功率為12kW的上述系統(tǒng)，并且本發(fā)明適用于其他輸出的系統(tǒng)，例如11kW、13kW、14kW和15kW。
作為控制輔部件操作的另一個例子，首先，以例如幾毫秒至幾十毫秒的采樣頻率對直流電源1輸出的直流功率進(jìn)行采樣。
下一步，確定最后幾分鐘內(nèi)采樣的直流功率的一階微分(一階差分)，通過這些結(jié)果，確定曲線的斜率正在增大還是正在減小，其中直流功率的增大和減小是都是用曲線表示的。這里，利用一階微分的結(jié)果，能抑制由于瞬時的天氣變化而造成輸出功率瞬時增大或減小所帶來的影響，瞬時天氣變化例如由于云或一陣風(fēng)引起采樣瞬時模糊。
下一步，如果一階積分正在增大，則確定是否需要增加逆變器的數(shù)量。具體地說，這種確定是通過上述的一階微分估計下一次采樣期間的直流功率而作出的，并且如果估計值超過了當(dāng)前正在運(yùn)行的這個(這些)逆變器所能夠處理的直流功率，則作出需要增加逆變器數(shù)量的決定。
例如，正在以當(dāng)前950W的輸出功率運(yùn)行的逆變器數(shù)量是兩個，如果從上述的一階微分估計出下一次采樣期間的輸出功率為1050W，由于兩個500W的可兼容逆變器不能處理這種狀況，因此確定需要增加一個逆變器。進(jìn)一步，如果估計出下一次采樣期間的輸出功率為980W，由于兩個逆變器能處理這種狀況，所以確定不需要增加逆變器的數(shù)量。
下一步，如果需要增加正在運(yùn)行的逆變器數(shù)量，則通過目前沒有運(yùn)行的逆變器列表中的隨機(jī)數(shù)來選擇將開始運(yùn)行的逆變器。
這樣就完成了程序，然后再從第一步開始重復(fù)同樣的程序。注意，在不需要增加運(yùn)行逆變器數(shù)量的情況下，程序也回到第一步。
同時，在最后幾分鐘內(nèi)直流功率的一階微分不增大的情況下，確定是否需要減少運(yùn)行逆變器的數(shù)量。該確定過程與上述過程相同，通過上述一階微分估計下一次采樣期間的直流功率，如果該估計值說明能以少于當(dāng)前數(shù)量的逆變器數(shù)進(jìn)行操作，則作出需要減少逆變器數(shù)量的決定。
例如，在以當(dāng)前1050W的輸出功率運(yùn)行的逆變器數(shù)量是三的情況下，如果從上述一階微分估計出下一次采樣期間的輸出功率為980W，由于兩個500W可兼容逆變器能處理這種狀況，則作出數(shù)量需要減1的決定。此外，如果估計下一次采樣期間的輸出功率為1020W，由于需要三個逆變器，所以作出不必減少逆變器數(shù)量的決定。
然后，如果需要減少正在運(yùn)行的逆變器數(shù)量，則通過當(dāng)前正在運(yùn)行的逆變器列表中的隨機(jī)數(shù)來選擇將被停工的逆變器。
這就完成了程序，然后再從第一步開始重復(fù)同樣的程序。注意，在不需要減少運(yùn)行逆變器數(shù)量的情況下，程序也回到第一步。
控制方法不限于上述方法，根據(jù)直流功率中的增加或減小值或者利用基于直流功率中增加或減小值的模糊推論可以控制將運(yùn)行部件的數(shù)量?；蛘?，可以簡單地通過將直流功率的值與一個設(shè)定值相比較來控制將運(yùn)行部件的數(shù)量。
此外，本發(fā)明不僅適用于單相DC/AC轉(zhuǎn)換器和三相DC/AC轉(zhuǎn)換器，還適用于任何形式的DC/AC轉(zhuǎn)換器。
應(yīng)當(dāng)指出，本實施例僅是示例性的，不限制本發(fā)明的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明適用于多個逆變器并聯(lián)連接的各種并聯(lián)系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種供電系統(tǒng)的操作方法，所述供電系統(tǒng)具有多個與所產(chǎn)生的電能增加或減少的直流電源并聯(lián)連接的逆變器，其中，所述逆變器將所述直流電源的功率輸出轉(zhuǎn)換為頻率和電壓可控的交流功率并將交流功率輸出到系統(tǒng)中，所述方法包括以下步驟(a)將逆變器的其中之一設(shè)為主部件，其他逆變器設(shè)為輔部件，其中主部件控制輔部件；以及(b)使所述主部件根據(jù)直流電源電能的增加或減少和逆變器輸出的交流功率的增加或減少兩種情況中至少其中一種情況控制所述輔部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在第一步中，當(dāng)運(yùn)行被中止時，所述主部件將所有逆變器中輸出交流功率值最低或運(yùn)行時間最短的逆變器設(shè)置為下一次運(yùn)行開始時使用的主部件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在第一步中，當(dāng)運(yùn)行被中止時，所述主部件從輸出交流功率值最低或運(yùn)行時間最短的輔部件開始以升序?qū)o部件進(jìn)行排序。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，在第一步中，輔部件的排列次序是通過隨機(jī)數(shù)隨機(jī)設(shè)置的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括的步驟有將每個逆變器與遙控逆變器的遙控器相連接并將遙控器相互連接，使得遙控器能在彼此之間發(fā)送和接收信號，其中所述逆變器的操作是通過所述遙控器在第二步中實現(xiàn)的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在第二步中，主部件根據(jù)所述直流電源的電能輸出量操作輔部件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在第二步中，根據(jù)直流功率是正在增加還是正在減少來確定將運(yùn)行的輔部件數(shù)量，所述直流功率的增加或減少是通過所述直流電源電能輸出的一階微分來估計的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，至少在第一步和第二步其中的一步中，將效率低的逆變器排斥在運(yùn)行目標(biāo)之外。
9.一種將直流功率轉(zhuǎn)換為交流功率的系統(tǒng)，包括(a)多個逆變器，每個逆變器適于接收直流功率并將直流功率轉(zhuǎn)換為交流功率；以及(b)控制器，與逆變器相連接并根據(jù)可用直流功率控制所述逆變器的操作，如果有充足的直流功率可用，則控制器使更多的逆變器運(yùn)行，如果直流功率不充足，則使更少的逆變器運(yùn)行，其中，所述控制器操作其中任何一個逆變器，使得所述逆變器中任何一個逆變器輸出的交流功率值根據(jù)直流電源輸出電功率值的增加或減少而增加或減少，所述控制器以預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)值操作所述逆變器中的剩余逆變器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器在每個所述逆變器的內(nèi)部。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器在每個所述逆變器的外部。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述逆變器中的任何一個逆變器通過跟隨輸入到所述逆變器中所述任何一個逆變器的直流功率的增加或減少來實現(xiàn)最大功率點跟蹤控制，所述逆變器中的所述剩余逆變器受到恒級能量控制以持續(xù)獲得最大輸出。
13.一種將所產(chǎn)生的電功率轉(zhuǎn)換為交流功率的系統(tǒng)，其中，多個逆變器分別設(shè)有保護(hù)裝置，以對并聯(lián)連接的工頻電源實現(xiàn)系統(tǒng)互連保護(hù)，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電功率被轉(zhuǎn)換為符合工頻電源的電功率并經(jīng)若干逆變器輸出，逆變器的數(shù)量根據(jù)所產(chǎn)生的電功率值確定，包括控制器，當(dāng)所述逆變器中至少有兩個正在運(yùn)行時，通過至少設(shè)在其中一個所述逆變器中的保護(hù)裝置來實現(xiàn)所述多個逆變器的保護(hù)性操作。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器設(shè)置一個主部件，通過所述主部件的所述保護(hù)裝置實現(xiàn)所述多個逆變器的系統(tǒng)互連保護(hù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器包括分別與所述多個逆變器相連接的遙控器和將所述遙控器相互連接的通信裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器包括分別與所述多個逆變器相連接的遙控器和將所述遙控器相互連接的通信裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述發(fā)電機(jī)的運(yùn)行被中止時，所述主部件設(shè)置在所述發(fā)電機(jī)下一次運(yùn)行開始期間將使用的主部件。
18.根據(jù)權(quán)利要求13，其中，當(dāng)所述發(fā)電機(jī)的運(yùn)行被中止時，所述主部件設(shè)置在所述發(fā)電機(jī)下一次運(yùn)行開始期間將使用的主部件。
19.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述發(fā)電機(jī)的運(yùn)行被中止時，所述主部件將包括所述主逆變器在內(nèi)的所有逆變器中輸出功率值最低或運(yùn)行時間最短的逆變器設(shè)置為所述發(fā)電機(jī)下一次運(yùn)行開始期間使用的主部件。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述發(fā)電機(jī)的運(yùn)行被中止時，所述主部件將包括所述主逆變器在內(nèi)的所有逆變器中輸出功率值最低或運(yùn)行時間最短的逆變器設(shè)置為所述發(fā)電機(jī)下一次運(yùn)行開始期間使用的主部件。
全文摘要
一種方法,該方法有效操作用多個逆變器以便在不偏向個別逆變器的情況下將直流電源例如太陽能電池或燃料電池輸出的直流功率轉(zhuǎn)換成交流功率。運(yùn)行的逆變器數(shù)量根據(jù)直流輸出或交流輸出的至少一個輸出值來確定,并根據(jù)預(yù)定規(guī)則從多個逆變器當(dāng)中選擇確定數(shù)量的逆變器投入運(yùn)行。此外,公開一種并聯(lián)系統(tǒng),以便利用逆變器進(jìn)行高效合適的并網(wǎng)操作,其中一個逆變器控制其余的逆變器并完成系統(tǒng)互連保護(hù)。
文檔編號H02M7/48GK1271207SQ0010676
公開日2000年10月25日 申請日期2000年4月17日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月20日
發(fā)明者鬼塚圭吾, 萬里小路正樹, 森田功, 牧野康弘 申請人:三洋電機(jī)株式會社