专利名称：具有ac输出的电力转换电路的制作方法
技术领域：
本发明的实施方式涉及一种电力转换电路、具有电力转换电路的供电系统、以及用于操作电力转换电路的方法。
背景技术：
随着对可持续能源生产的越来越多的兴趣，存在对使用光伏组件来生产电力的关注。光伏(PV)组件包括多个光伏(PV)电池，这些光伏电池也被称为太阳能电池。由于一个电池的输出电压相对很低，所以PV组件通常包括具有多个串联连接的太阳能电池(诸如串联连接的50至100个之前的电池)的电池串，或甚至几个并联连接的这样的电池串。PV组件提供DC供电电压，而电网(诸如国家电网)具有AC供电电压。为向电网提供由PV组件提供的能量，因此有必要将PV组件的DC电压转换为与电网的AC供电电压一致的AC电压。用于将PV组件的DC电压转换为电网AC电压的第一方法包括串联连接几个PV组件，以获得比电网AC电压的峰值电压高的DC电压，并利用DC/AC转换器将DC电压转换为AC电压。DC电压的幅值通常在200V与1000V之间。然而，高DC电压在电弧生成方面至关重要。根据第二方法，配置了多个DC/AC转换器，其中，这些转换器中的每一个连接至PV组件。单个转换器具有并联连接的AC电压输出，且这些转换器中的每一个利用太阳能电池串提供的DC电压生成与电网AC供电电压一致的AC电压。由一个PV组件提供的DC电压通常具有20V与100V之间范围的幅值，这取决于在一个组件内串联连接的电池数量以及取决于用于实施太阳能电池的技术，而电网AC电压的峰值电压约为155V或325V (根据国家)。然而，由于输入与输出电压之间的很大差异，这些转换器在效率方面存在不足。根据另一方法，几个DC/AC转换器串联连接，其中，这些转换器中的每一个从PV组件接收DC供电电压。在该系统中，采用中心控制单元来同步多级切换模式(multi-levelswitching pattern)下的每个DC/AC转换器。该系统需要对所有单独单元进行恒定的同步控制。本发明的基本问题是提供一种电力转换电路和能够有效地将相对很低的DC供电电压变换为与电网电压一致的AC供电电压的供电系统，提供一种适于在该电力转换电路和该供电系统中实施的电力转换单元，以及提供一种用于驱动电力转换电路的方法。利用权利要求I所述的电力转换电路、权利要求12所述的供电系统、权利要求17所述的电力转换单元、以及权利要求20所述的方法来解决该问题。
发明内容
本发明的第一方面涉及一种电力转换电路。该电力转换电路包括输出端和多个转换单元，每个转换单元包括输入端，其被配置为与DC电源耦接；以及输出端，其用于提供AC输出电压和AC输出电流。多个转换单元在电力转换电路的输出端之间串联连接。至少一个转换单元被配置为检测其AC输出电压和其AC输出电流，且被配置为调节AC输出电流的生成，使得AC输出电压与AC输出电流之间的相位差相当于给定的设定值。本发明的第二方面涉及一种供电系统。该供电系统包括输出端和多个转换单元，每个转换单元包括输入端，其被配置为与DC电源耦接；以及输出端，其用于提供AC输出电压和AC输出电流。多个转换单元在电力转换电路的输出端之间串联连接。该供电系统还包括多个DC电压源，其中，每个DC电压源与一个转换单元的输入端耦接。此外，至少一个转换单元被配置为检测其AC输出电压和其AC输出电流，且被配置为调节AC输出电流的生成，使得AC输出电压与AC输出电流之间的相位差相当于给定的设定值。本发明的第三方面涉及一种电力转换单元。该电力转换单元包括输入端，其被配置为与DC电源耦接；以及输出端，其用于提供AC输出电压和AC输出电流。该转换单元被配置为检测其AC输出电压和其AC输出电流，且被配置为调节AC输出电流的生成，使得AC输出电压与AC输出电流之间的相位差相当于给定的设定值。
本发明的第四方面涉及一种用于操作电力转换电路的方法，该电力转换电路包括输出端和多个转换单元，每个转换单元包括输入端，其被配置为与DC电源耦接；以及输出端，其用于提供AC输出电压和AC输出电流，其中，多个转换单元在电力转换电路的输出端之间串联连接。该方法包括检测至少一个转换单元的AC输出电压和AC输出电流，以及调节AC输出电流的生成，使得AC输出电压与AC输出电流之间的相位差最小化。
现将参照附图来说明实例。附图用于说明基本原理，因此仅说明了理解基本原理所需的方面。附图未按比例绘制。在附图中，相同附图标记表示类似信号和电路部件。图I示意性示出了包括串联连接的多个DC/AC转换单元的电力转换电路；图2包括图2A至图2C，图2示出了光伏阵列的不同实施方式，每个光伏阵列包括至少一个太阳能电池；图3示出了说明包括DC/AC转换器及控制电路的一个DC/AC转换单元的第一实施方式的框图；图4详细示出了图3的DC/AC转换器的实施方式；图5包括图5A和图5B，图5示出了可用于图4的DC/AC转换器的开关的不同实施方式；图6示出了一个DC/AC转换单元的控制电路的第一实施方式；图7详细示出了图6的控制电路的第一支路；图8详细示出了图6的控制电路的第二支路；图9示出了说明包括DC/DC转换器、最大功率点跟踪器、DC/AC转换器以及控制电路的一个DC/AC转换单元的第二实施方式的框图；图10示出了 DC/DC转换器的第一实施方式；图11示意性示出了图10的DC/DC转换器的控制电路；图12示出了 DC/DC转换器的第二实施方式；图13示出了控制电路的另一实施方式；图14示出了 DC/AC转换单元的另一实施方式；
图15示出了说明图13的DC/AC转换单元的工作原理的时序图；图16示出了在图13的DC/AC转换单元中实施的控制器的实施方式；图17示出了电力转换电路的另一实施方式；图18示出了图16的电力转换电路的一个DC/AC电力转换单元的控制电路的实施方式；图19示出了图16的电力转换电路的连接电路的实施方式。
具体实施方式
下文将在具体环境中，即在将多个光伏阵列提供的电力或电压转换为AC电压(具体地，AC电网供电电压)的环境中，说明本发明的实施方式。然而，这仅是一个实例，本发明的实施方式可在需要将DC电压转换为AC电压的广泛的应用领域中实施。可使用任何类型的DC电源(诸如燃料电池)来替代光伏阵列。甚至可以在一种应用中采用不同类型的DC电源，诸如光伏阵列和燃料电池。图I示出了用于将n个DC输入电压V3i、V32、…、V3n转换为一个AC输出电压Vl的电力转换电路4的第一实施方式。应当注意，在这种遍及附图的连接中，DC电压和电流将使用大写字母“V”和“I”来表示，而AC电压和电流将使用小写字母“v”和“i”来表示。该电力转换电路包括n个转换单元2p22、…、2n。这些转换单元中的每一个包括输入端21p22: ;212、222 ;和21n、22n，它们被配置为与DC电源3^32、…、3n耦接。图I中，除具有转换单元2”22、…、2 的电力转换电路I之外，还示出了 DC电源3p32、…、3n。这些DC电源3工、32、…、3 与电力转换电路I 一起构成AC供电系统或AC电流供应系统。在图I所示实施方式中，DC电源3p32、…、3 作为光伏(PV)组件而被实施。然而，采用PV组件作为DC电源仅是一个实例。也可使用任何其他类型的DC电源，诸如包括燃料电池的电源。甚至可以在一个供电系统中采用不同类型的DC电源。转换单元2i、22、…、2n中的每一个还包括输出端23^2^ ;232、242 ；…;和23n、24n。转换单元2p22、…、2 在电力转换电路I的输出端11、12之间串联或级联连接。为此，第一转换单元21具有第一输出端23i，其与电力转换电路I的第一输出端11耦接，以及级联中最后一个转换单元2 具有第二输出端24n，其与电力转换电路I的第二输出端12耦接。此外，每个第一输出端(输出端23:除外)与另一转换单元的一个第二输出端(输出端24n除夕卜)相连接。转换单元2”22、…、2 中的每一个在其输出端23^21 ;232、242 ;…；23n、24n之间提供AC输出电压v2i、v22、 > v2n0通过具有串联连接的转换单元2p22、…、2n，电力转换电路I的输出端11、12之间的输出电压vl等于转换单元2:、22、…、2n的输出电压v2pv22、…、v2n中的每一个的总和，SP :
nvl = Xv2>
4=1( I )。电力转换电路I的输出端11、12被配置为与电网相连接。图I中，该电网由电压源100和与电源100并联连接的负载Z来表示。电网的电压源100表示电网中多个AC电压源，以及负载Z表示电网中与电源连接的多个负载。电力转换电路I在输出端11、12提供输出电流il。电力转换电路的输出电流il等于转换单元2p22、…、2n中的每一个的输出电流。这是由于各转换单元2p22、
联或串联连接这一事实。转换单元2p22、…、2 中的每一个各自包括将在下文更详细说明的至少一个内部控制回路。转换单元2p22、…、2n中的每一个的控制回路被配置为使转换单元2p22、->2n生成输出电流il，使得输出电压v2i、v22、…、v2n中的每一个相对于输出电流il具有给定的相位差。根据一种实施方式，输出电压v2i、v22、…、v2n和输出电流il同相,从而相位差为零。根据另一实施方式，相位差不为零。当将该差设定为非零值时，无功功率(reactivepower)被反馈给电网。这可有助于稳定由电网提供的供电电压vN。图I中，DC电压源3p32、…、3 的相同特征具有相同附图标记，其中，DC电压源3”32、…、3 中的每一个的附图标记可通过下标号“1”、“2”、…、“n”来相互区分。等效地，转换单元2p22、…、2n的相同特征具有可通过下标号来区分的相同附图标记，“I”对应第一转换单元2p“2”对应第二转换单元22、…、以及“n”对应第n转换单元2n。下文中，当说明 等价适用于DC电源2p22、…、2 中的每一个或转换单元2p22、…、2n中的每一个时，将使用不带下标号的附图标记。下文中，例如，附图标记2表示任意一个转换单元，附图标记23表示任意一个转换单元的第一输出端，以此类推。图I的电力转换器包括n=3个转换单元2。然而,具有n=3个转换单元仅是一个实例。可串联连接任意数量的n个转换单元2 (其中n>l)以构成电力转换单元I。当电力转换电路I处于稳态时，除转换单元2的内部控制回路之外，该电力转换电路I不包括与每个转换单元2相连接的外部控制回路和/或在各转换单元2之间的其他通信路径。当电力转换电路I处于稳态时，该系统可由方程(I)和针对每个转换单元2的一个其他方程来定义v2fflS iIems=VS 13(2),其中，v2fflS表不一个转换单兀2的输出电压v2的RMS (均方根)值，ilEMS表不输出电流il的RMS值，V3表示输入电压，以及13表示转换单元2的输入电流。应当注意，每个转换单元2中可发生(非常低的)损耗。为简单起见，方程(2)中未考虑这些损耗。由于方程(2)对每个单独的转换单元均有效，所以有n个方程，这些方程中的每一个均描述每个转换单元2的输入功率与平均输出功率之间的关系,其中,给出输入功率Pin如下Pin = V3 13(3)，以及给出输出功率Pout如下Pout = v2fflS ilfflS(4)0每个单独的转换单元2的输入功率Pin以及输入电压V3和输入电流13分别是单独的DC电源3给出的外部参数。输出端11、12之间的输出电压VI由电网的供电电压vN来定义，从而VI =vN(5)。因此，在电力转换电路I中有n+1个变量，即单个转换单元2的输出电流il和n个输出电压v2。然而，参照方程(I)、(5)和(2)，该系统由n+1个方程定义，从而当系统处于其稳态时，n+1个变量中的每一个均唯一。除了使每个转换器2生成输出电压v2以使得其与输出电流il同相之外，不需要其他控制或调节机制。当输出电压v2与输出电流il同相时，每个转换单元的真实输出功率等于视在输出功率，从而无功输出功率为零。图I中仅示意性示出了作为PV阵列来实施的DC电源3。这些PV阵列各自包括至少一个太阳能电池。图2A至图2C中示出了包括至少一个太阳能电池的PV阵列的一些示例性实施方式。图2A示出了第一实施方式。在该实施方式中，PV阵列3仅包括一个太阳能电池31。参照图2B所示的另一实施方式，一个PV阵列3包括串联连接的m个太阳能电池31、…、3m (其中m>l)的电池串。根据图2C所示的又一实施方式，p个太阳能电池串并联连接，其中P>1。每个电池串包括m个太阳能电池31^…、…、3mp。然而，图2A至图2C所示实施方式仅是示例性的。多种其他太阳能电池配置也可被用作DC电源3。图3不出了用于将由一个DC电源(图3未不出)提供的DC输入电压转换为AC输出电压v2的转换单元2的第一实施方式。转换单元2包括在输入端23、22与输出端23、24之间连接的DC/AC转换器4。DC/AC转换器接收由DC电源提供的DC电压V3作为输入电压，以及接收DC电源的DC供电电流13作为输入电流。DC/AC转换器4还接收基准信号Seef,该基准信号可以是具有频率和相位的交流信号。该DC/AC转换器4被配置为根据基准 信号Skef来生成输出电压v2，使得输出电压v2的频率和相位分别相当于基准信号Skef的频率和相位。该DC/AC转换器4可类似于常规DC/AC转换器来实施，常规DC/AC转换器被配置为生成与交流基准信号同相的输出电流。这种DC/AC转换器众所周知。控制电路5根据输出电压信号Sv2和输出电流信号Sil来生成基准信号SKEF。输出电压信号Sv2表不输出电压v2,且可以是该输出电压v2的成比例变形(scaled version)。输出电压信号Sv2可利用电压测量电路(未不出)从输出电压v2以常规方式获得。输出电流信号Sil表不输出电流il,即,输出电流信号Sil取决于输出电流il。根据一种实施方式，输出电流信号Sil是输出电流iI的成比例变形。输出电流信号Sil可利用电流测量电路(未示出)从输出电流il中以常规方式获得。控制电路5 (下文也将称其为控制器)根据输出电压信号Sv2和输出电流信号Sn生成基准信号Skef,使得输出电压v2在对应于基准信号Skef而被生成时,与输出电流il同相。应当注意，由于输出电压v2和输出电流il是交流信号，所以输出电压信号Sv2和输出电流信号Sil也是交流信号。在转换单元2中，DC/AC转换器4和控制器5是控制输出电流il与输出电压v2同相的控制回路的一部分。尽管常规DC/AC转换器可在转换单元2中被用作在输入端21、22与输出端23、24之间连接的DC/AC转换器4，但仍将参照图4来详细说明DC/AC转换器4的一个实例，以易于理解本发明的实施方式。图4所示转换器4是具有各自连接在输入端21、22之间的两个半桥电路的全桥(H4)转换器。这些半桥电路中的每一个包括各自具有加载路径(load path)和控制端的两个开关。一个半桥电路的两个开关的加载路径在输入端21、22之间串联连接，其中，第一开关42i和第二开关422构成第一半桥，以及第三开关423和第四开关424构成第二半桥。每个半桥包括输出端，其中，第一半桥的输出端由第一和第二开关42:、422的加载路径共用的电路节点构成。第二半桥的输出端由第三和第四开关423、424的加载路径共用的电路节点构成。第一半桥的输出端经由第一感应元件41 (诸如扼流圈)与转换单元2的第一输出端23耦接。第二半桥的输出端经由第二感应元件442 (诸如扼流圈)与转换单元2的第二输出端24耦接。根据另一实施方式(未示出)，仅采用第一和第二感应元件44p442中的一个。转换器4还包括在输入端21、22之间连接的输入电容41，诸如电容器。开关42i、422、423和424中的每一个在其控制端接收控制信号S42^ S422、S423和S424。这些控制信号S42i - S424由驱动电路45根据从控制器5接收到的基准信号Skef来提供。驱动信号S42i - S424是脉冲宽度调制(PWM)驱动信号，其被配置为开启和关闭相应开关S42i - S424。应当注意，PWM信号S42i_S424 的切换频率明显高于交流基准信号Skef的频率。基准信号Skef根据实施电网的国家，可以是具有50Hz或60Hz频率的正弦信号，而单个开关42i - 424的切换频率可在几kHz至几十kHz，或甚至几百kHz的范围内。驱动电路45被配置为在0和I之间分别调节驱动信号S42i-S424中的每一个的占空比，以使输出电压v2的波形跟随基准信号Skef的波形。当一个驱动信号的占空比为0时，相应的开关永久关闭，以及当一个驱动信号的占空比为I时，相应的开关永久开启。驱动信号的占空比是驱动信号开启相应开关的时间周期相对于一个切换周期的持续时间之间的关系。一个切换周期的持续时间是切换频率的倒数。参照之前已说明的内容，输出电压v2是具有输出电压v2为正的正半周期和输出电压v2为负的负半周期的AC电压。输出电压v2的时间行为取决于基准信号Skef，该基准信号也具有正半周期和负半周期。将简要说明转换器4的两种可能的工作原理。首先，假定生成了输出电压v2的正半周期。根据第一工作原理(被称为双极切换或二级切换)，第一和第四开关42p424同时开启和关闭，而第二和第三开关422、423永久关闭。在第一和第四开关42p424的开启阶段，输出电流il被强制通过扼流圈44p442，该输出电流取决于跨输入电容41两端的输入电压V3与输出电压v2之间的电压差，其中，输出电压v2由电网电压vN来定义。开关42r424各自包括空程元件(freewheeling element)(诸如二极管),其也在图4中示出。当第一和第四开关42p424关闭时，第二和第三开关422、423的空程元件获取流过扼流圈4七、442的电流。在该方法中，可通过第一和第四开关42p424的同步切换操作的占空比来调节输出电流il的幅值。在负半周期期间，第二和第三开关422、423同步开启/关闭，而第一和第四开关
关闭。根据第二工作原理(被称为相斩波(phase chopping)或三级切换),第一开关42工在输出电压v2的正半周期期间永久开启，第二和第三开关422、423永久关闭，以及第四开关424以时钟方式开启和关闭。在第一和第四开关42:、424的开启阶段，输出电流il被强制通过扼流圈44^44；^该输出电流取决于跨输入电容41两端的输入电压V3与输出电压v2之间的电压差，其中，输出电压v2由电网电压vN来定义。在第四开关424的关闭阶段，空程通路由开关423的空程元件和开启的第一开关42i来提供，从而使跨输出扼流圈的两端呈零伏状态。在该方法中，可通过第一和第四开关421、424的切换操作的占空比来调节输出电流il的幅值。在负半周期期间，第一和第四开关42i、42p^久关闭，第二开关422永久开启，以及第三开关423以时钟方式开启和关闭。在正半周期期间，为控制输出电流il的瞬时幅值，驱动电路45改变至少一个以时钟方式开启和关闭的开关的占空比。分别增加至少一个时钟开关的占空比和其驱动信号的占空比，以增大输出电流il的幅值，以及减小上述二者的占空比，以降低输出电流il的幅值。该占空比取决于基准信号Skef的瞬时幅值。开关421-424可作为常规电子开关来实施。参照图5A，其示出了实施该开关的第一实施方式，该开关可作为M0SFET，具体地，作为n型MOSFET来实施。图5A中的电子开关42表示开关42r424中的任意一个。M0SFET，诸如图5A所示的n型M0SFET，具有也在图5A中示出的集成二极管。该二极管被称为体二极管，并可充当空程元件。漏-源通路是漏极端与源极端之间的一条通路，它构成了 MOSFET的加载通路，并且栅极端形成控制端。参照图5B，开关42^424也可作为IGBT来实施，其中附带地，二极管可连接在IGBT的集电极与发射极端之间。该二极管充当空程元件。在IGBT中，加载通路延伸在发射极和集电极端之间，并且栅极端形成控制端。根据另一实施方式，四个开关中的两个(诸如第一和第三晶体管42p423)作为SCR晶闸管来实施，而其他两个开关作为MOSFET来实施。图6不意性不出了根据输出电压信号Sv2和输出电流信号Sil来生成基准信号Skef的控制器5的实施方式。图6示出了控制器5的框图，以说明其工作原理。应当注意，图6所示框图仅用于说明控制器5的功能，而不是其实施。可利用适于实施控制器的常规技术来实施下文将更详细说明的每个功能块。具体地，控制器5的功能块可作为模拟电路、数字 电路来实施，或者可利用硬件和软件(诸如运行专用软件以实现控制器5的功能的微控制器)来实施。参照图6，控制器5包括两个控制回路第一控制回路，其包括提供限定基准信号Seef的频率的频率信号Sut的锁相环(PLL) 51 ;以及第二控制回路，其具有提供相位信号Sjp的相位检测器52。PLL51仅接收输出电压信号Sv2,而相移检测器52接收输出电压信号Sv2和输出电流信号Sn。相位信号Sqs表不输出电压信号Sv2与输出电流信号Sil之间的瞬时和/或前一相移，且因此表示输出电压v2与输出电流il之间的相移。相位信号S9用于调节基准信号Skef的相位，以将输出电压v2与输出电流il之间的相位差设定为给定值。根据一种实施方式，生成相位信号Sp从而调节基准信号Skef的相位，使得基准信号Skef与输出电压v2同相。由于生成的输出电流il与基准信号Skef同相，所以该输出电流il也与输出电压v2同相。根据另一实施方式，调节基准信号Skef的相位，使得在基准信号Skef与输出电压v2之间存在给定的相位差，从而在输出电流il与输出电压v2之间存在给定的相位差。由相位检测器52来设置期望的相位差。参照图6，基准信号Skef由接收取决于频率信号Sut和相位信号Scp的基准和相位信号的振荡器53 (诸如压控振荡器VC0)来提供。该基准和相位信号由接收频率信号Sut和相位信号Stp并由这些输入信号生成基准和相位信号的操作器54来提供。根据一种实施方式，操作器54简单地将基准信号Sut与相位信号S9相加。根据另一实施方式,操作器54形成频率信号Sut和相位信号Sip的加权和。图7示出了图6的PLL 51的实施方式。该PLL包括VCO 511，其接收频率信号Sut并生成具有取决于频率信号Sut的频率的振荡信号。利用乘法器将该振荡信号与输出电压信号Sv2相乘。利用低通滤波器513和连接在低通滤波器下游的PID滤波器514来对相乘的输出信号滤波。代替PID滤波器，也可使用PI滤波器。在频域上，将滤波器514的输出信号与1/s相乘，其中，该乘法运算的结果即是频率信号Sut。图8示出了相位检测器52的实施方式。该相位检测器包括无功功率检测器521，其接收输出电压信号Sv2和输出电流信号Sil。该无功功率检测器521提供无功功率信号SKP，该无功功率信号表示由转换器4提供的瞬时无功功率，并因此表示输出电流il与输出电压v2之间的相移。该无功功率信号Skp可通过将输出电压信号Sv2与输出电流信号Sil相乘来获得，以便获得表示由转换器2提供的视在功率的信号，并由该信号来计算无功功率。利用滤波器522对无功功率信号Skp滤波，以获得相位信号89。该滤波器522可以是常规滤波器，诸如P滤波器、PI滤波器或PID滤波器。图9示出了一个转换单元2的另一实施方式。该转换单元除了 DC/AC转换器4和控制器5之外，还包括连接在输入端21、22与DC/AC转换器4之间的DC/DC转换器6。该DC/AC转换器4可参照图4至图8所示来实施，不同之处在于图9的DC/AC转换器4从DC/DC转换器6接收DC输入电压V6，而不是接收转换单元2的输入电压V3。连接在端61、62之间的电容器60可表不DC/DC转换器6的输出电容器或DC/AC转换器4的输入电容器4,或者两者。该DC/DC转换器6被配置为分别将输入电压V3或输入电流13调节成取决于由DC/DC转换器6接收的基准信号SKEF_V3的电压或电流值。为了说明的目的，假定该DC/DC转 换器6根据基准信号SKEF_V3来调节输入电压V3。调节转换单元2的输入电压V3可有助于使与输入端21、22相连接的DC电源3工作在最佳工作点处。这将在下文进行说明。当暴露于阳光下时，太阳能电池及由此包括若干太阳能电池的PV组件起到类似于提供DC输出电压和DC输出电流的发电机的作用。对于由PV阵列接收的给定光功率而言，存在可操作PV阵列的输出电流范围和相应的输出电压范围。然而，仅存在由PV阵列提供的电功率具有其最大值的一个输出电流和一个相应的输出电压。假定输出功率为其最大值的输出电流和输出电压定义了最大功率点(MPP)。MPP根据由阵列接收到的光功率以及根据温度而改变。参照图9，转换单元2还包括最大功率点跟踪器(MPPT)，其被配置为提供基准信号SEEF_V3,使得DC/DC转换器6调节输入电压，从而使DC电源3工作在MPP处。MPPT 7接收表示由DC电源3 (图9用虚线示出)提供的输入电流13的输入电流信号SI3，以及表示由DC电源3提供的输入电压V3的输入电压信号Sv3。根据输入电流信号S13和输入电压信号SV3，MPPT 7计算由DC电源3提供的瞬时输入功率。输入电压信号Sv3可例如通过使用电压测量电路，以常规方式从输入电压V3获得。等效地，输入电流信号S13可例如使用电流测量电路，以常规方式从输入电流13获得。这些电压测量电路和电流测量电路众所周知，且未在图9中示出。为找到MPP，MPPT 7的基本工作原理是在给定信号范围内改变基准信号SKEF_V3，并针对由不同基准信号SKEF_V3定义的每个输入电压V3，确定由DC电源3提供的输入功率。MPPT 7还被配置为检测已获得最大输入功率的输入电压V3，并最终将基准信号SKEF_V3设定为已检测到最大输入功率的值。由于PV阵列3接收到的太阳能可能变化，所以MPPT 7还被配置为定期或者当存在最大功率点可能已经改变的征兆时，检查DC电源3是否仍工作在其最大功率点处。最大功率点可能已经改变的征兆是，例如当输入电流信号S13表示的输入电流13改变而基准信号SKEF_V3未改变时。MPPT 7对DC电源3是否仍工作在其最大功率点处的定期检查或事件驱动检查，可包括之前已说明的用于首次检测最大功率点的相同算法。可在MPPT 7中实施的用于检测最大功率点的常规算法，例如包括“爬山法(hi 11 climbing algorithm)”或“扰动与观察法(perturb-and-observe algorithm)，，。DC/DC转换器6可类似于常规DC/DC转换器来实施。图10示出了可在转换单元2中使用的DC/DC转换器6的第一实施方式。图10所示的DC/DC转换器6作为升压转换器来实施。这种类型的转换器包括具有感应存储元件64 (诸如扼流圈)的串联电路，以及DC/DC转换器6的输入端之间的开关65，其中，DC/DC转换器6的输入端相当于转换单元2的输入端21、22。此外，在感应存储元件64和开关65共用的电路节点与DC/DC转换器6的第一输出端61之间连接有整流元件66 (诸如二极管)。DC/DC转换器6的第二输出端62与第二输入端22连接。DC/DC转换器的输出电压V6在输出端61、62之间可用。参照图10，DC/DC转换器6还可包括在输入端21、22之间的第一电容存储元件63 (诸如电容器)，以及在输出端61、62之间的第二电容存储元件68 (诸如电容器)。第二电容存储元件68用于当基于在DC/DC转换器6的输出端处可用的DC电压V6生成AC输出电压v2时所需的储能。开关65可作为常规电子开关(诸如MOSFET或IGBT)来实施。此外，整流元件66 可作为同步整流器来实施，该同步整流器是一种使用电子开关(诸如MOSFET或IGBT)来实施的整流器。DC/DC转换器6还包括用于生成开关65的驱动信号S65的控制器67。该驱动信号S65是脉冲宽度调制(PWM)驱动信号。控制器67被配置为调节该驱动信号S65的占空t匕，使得输入电压V3相当于由基准信号SKEF_V3表示的预期输入电压。为此，控制电路67接收基准信号SKEF_V3以及表不输入电压V3的输入电压信号SV3。图11示出了控制电路67的第一实施方式。与示出控制器5的实施方式的图6类似，图11中，示出了控制器67的功能块。这些功能块可作为模拟电路、数字电路来实施，或者可利用硬件和软件来实施。参照图11，控制电路67利用输入电压信号Sv3和基准信号5>^3来计算误差信号SEKK。通过从基准信号SKEF_V3 (如图所示)中减去输入电压信号V3或者通过从输入电压信号Sv3中减去基准信号SKEF_V3来计算误差信号SEKK。误差信号Sekk由接收输入电压信号Sv3和基准信号SKEF_V3的减法兀件671来提供。误差信号S■被根据误差信号S■生成占空比信号Sdc的滤波器672接收。占空比信号Sdc表示由控制电路67提供的驱动信号S65的占空比。滤波器672可以是在DC/DC转换器的PWM控制器中用于根据误差信号Sekk生成占空比信号SD。的常规滤波器，诸如P滤波器、PI滤波器或PID滤波器。驱动器673接收占空比信号Sdc和时钟信号CLK，并生成驱动信号S65作为具有由时钟信号CLK定义的切换频率和由占空比信号Sdc定义的占空比的PWM信号。该驱动器673可以是被配置为基于时钟信号和占空比信息生成PWM驱动信号的常规驱动器。这种驱动器众所周知，因此在这方面不需要其他信息。将简要说明图10的控制器67的基本控制原理。假设已将输入电压V3调节为基准信号SKEF_V3表示的给定值，以及输入电压V3如基准信号SKEF_V3所定义的那样增加。在该情况下，控制电路67降低驱动信号S65的占空比。降低驱动信号S65的占空比致使(平均)输入电流13减小，其中，在DC电源3提供的给定功率下，减小输入电流13会致使输入电压V3增大。等效地，当要减小输入电压V3时，增大占空比。占空比的增加会致使输入电流13增加。
根据图10的升压转换器不仅为DC电源3提供加载以操作该加载处于其最大功率点处。该升压转换器还生成由DC/AC转换器4 (见图9)接收的高于输入电压V3的输出电压V6。此外，实施升压转换器,使得输出电压V6高于DC/AC转换器的输出电压v2的峰值电压，但低于在DC/AC转换器中实施的开关(见图4中的42r424)的电压阻断能力。参照图12，DC/DC转换器6也可作为降压转换器来实施。该降压转换器包括具有感应存储元件64 (诸如扼流圈)的串联电路，以及在第一输入端21与第一输出端61之间的开关65。在第二输出端62与感应存储元件64和开关65共用的电路节点之间连接有空程元件66 (诸如二极管)。在输入端21、22之间连接有电容存储元件63 (诸如电容器)。与图10的转换器类似，图12的转换器中的开关65可作为常规电子开关(诸如MOSFET或IGBT)来实施。此外，空程元件66可作为同步整流器来实施。与根据图10的升压转换器类似，根据图12的降压转换器中的开关65被由控制电路67提供的PWM驱动信号S65驱动。可如图11所示来实施控制电路67。降压转换器12 中的控制电路67的工作原理与升压转换器10相同，即，当要减小输入电压V3时，增大驱动信号S65的占空比，以及当要增大输入电压V3时，减小占空比。应当注意，作为升压转换器(见图10)或作为降压转换器(见图12)来实施DC/DC转换器6仅是一个实例。该DC/DC转换器6也可作为降压-升压型转换器、升压-降压型转换器、回扫转换器等来实施。升压转换器或降压转换器是否用于跟踪DC电源的最大功率点和是否用于向DC/AC转换器4提供输入电压V6，会影响要串联连接以生成预期输出电压vl的转换单元2的数量。下文将以实例方式对其说明。假设需要具有240Vkms的正弦输出电压vl。该电压vl的峰值电压(最大幅值)为338V (240V sqrt(2)，其中，sqrt为平方根)。再假设DC电源3为PV阵列，当暴露于阳光下时，各自提供24V与28V之间的输出电压。DC/AC转换器4具有降压特性，这意味着输出电压v2 (见图4)的峰值分别小于接收到的DC输入电压V3或V6。因此，当采用降压转换器作为转换单元2中的DC/DC转换器6时，或者当不使用DC/DC转换器时，需要串联连接至少15个具有与其连接的PV板的转换单元2。这基于每个PV阵列生成V3=24V的最小电压以及需要338V的输出电压vl的峰值电压这一假设。15这个数字是通过简单地用24V除338V (338V/24V=14. 08)并将结果取下一个更大的整数来获得。然而，当使用升压转换器作为例如由输入电压V3 (其介于24V与28V之间)生成输出电压V6=35V的DC/DC转换器时，可将要串联连接的转换单元2的数量减少至12个左右。在图9所示转换器中，DC/DC转换器的输出电压V6可根据在输入端21、22接收到的输入功率，以及根据输出电流il，或者更确切地，输出电流il的平均值而改变。根据另一实施方式，控制电路5还被配置为分别控制DC/AC转换器4的输入电压和DC/DC转换器6的输出电压。为此，控制电路5接收表不输入电压V6的输入电压信号SV6。控制电路5被配置为通过改变在DC/AC转换器4中以时钟方式驱动的这些开关的占空比来调节输入电压V6。一般可通过降低占空比来增加输入电压，以及一般可通过增大占空比来降低输入电压。为此，控制电路5包括另一控制回路，其中，该控制回路慢于使输出电流il跟随基准信号Skef的控制回路。该控制回路例如被配置为使占空比以IHz与IOHz之间的频率变化。图13示出了还被配置为控制输入电压V6的控制电路5的实施方式。该控制电路基于图6所示控制电路，并包括用于根据输入电压信号来调节基准信号Skef的幅值的另一控制回路。该控制回路包括另一减法元件58、滤波器55和乘法器56。减法元件接收输入电压信号Sv6和表不输入电压V6的设定值的基准信号SV6_KEF。减法兀件58基于输入电压信号Sv6与基准信号SV6_KEF之间的差，生成另一误差信号。滤波器55接收另一误差信号，并根据该另一误差信号生成表示基准信号Skef的幅值的幅值信号SAm。该滤波器可具有P特性、I特性、PI特性或PID特性。幅值信号和VC053的输出信号被提供基准信号Skef的乘法器56接收。基准信号Skef具有取决于输入电压V6的且用于控制该输入电压的幅值，以及由VCO提供的且用于调节输出电流il的频率和相位的频率和相位。输入电压基准信号SV6_KEF可具有固定值,选择该固定值,使得输入电压V6充分低于DC/AC转换器中采用的开关的电压阻断能力。图13所示控制电路也可在省略DC/DC转换器的图4所示的转换器中实施。在该情况下，要控制的输入电压是PV组件的输出电压V3。输入电压基准信号在该情况下可由MPPT提供，以使PV组件工作在其MPP处。图14示出了具有DC/AC转换器4的转换单元2的另一实施方式。该转换单元2 还可包括连接在输入端21、22与DC/AC转换器之间的DC/DC转换器6 (见图9)。然而，该DC/DC转换器未在图14中示出。根据转换单元2是否包括DC/DC转换器，DC/AC转换器4接收转换单元2的输入电压V3或DC/DC转换器的输出电压作为输入电压。仅为了说明的目的，假设DC/AC转换器4接收输入电压V3。图14的DC/AC转换器包括接收输入电压V3作为输入电压的降压转换器80。该降压转换器80被配置为生成输出电流i80，该输出电流是DC/AC转换器4的输出电流il的整流版(rectified version)。例如,假设输出电流il的期望波形是正弦波形。在该情况下，转换器80提供的输出电流i80分别具有整流后的正弦曲线的波形或正弦曲线的绝对值的波形。这在图15中示意性给予示出，图15中示出了正弦输出电流il和相应的转换器80的输出电流i80的示例性时序图。使用具有两个半桥的桥电路85，由降压转换器80的输出电流i80生成DC/AC转换器4的输出电流il，其中，这些半桥中的每一个均在降压转换器80的输出端81、82之间连接。第一半桥包括串联连接在输出端81、82之间的第一和第二开关85^8 ,以及第二半桥包括串联连接在输出端81、82之间的第三开关853和第四开关854。第一半桥的输出端是第一和第二开关85^852共用的电路节点，其与第一输出端23耦接。第二半桥的输出端是第三和第四开关853、854共用的电路节点，其与转换单元2的第二输出端24耦接。可选择地，在半桥的输出端与转换单元2的输出端23、24之间耦接EMI滤波器88。参照图14，降压转换器80的输出电流i80具有输出电流il频率的两倍的频率。桥电路85的开关85^854的切换频率相当于输出电流il的频率。在输出电流il的正半周期期间，第一和第四开关85^8 开启，以及在输出电压v2的负半周期期间，第二和第三开关852、853开启。桥电路85的开关由驱动电路885生成的驱动信号SSS1-SSS4来驱动。图15也示出了这些驱动信号SSS1-SSS4的时序图。图14中，这些时序图的高信号电平表示相应驱动信号SSS1-SSS4的开启电平。驱动信号的开启电平是开启相应开关的信号电平。例如，可根据降压转换器80的输出电压v80来生成驱动信号SSS1-SSS4,其中，根据一种实施方式，每当输出电压v80已降为0时，驱动电路885即改变开关的切换状态。“改变切换状态”是指开启第一和第四开关85^8 且关闭其他两个开关，或者是指开启第二和第三开关852、853且关闭其他两个开关。降压转换器80可具有常规降压转换器拓扑，并可包括与感应存储元件84串联连接的开关83，其中，分别在转换单元2的第一输入端21与DC/DC转换器的第一输出端61之间连接串联电路。在降压转换器的第二输出端82与开关83和感应存储元件84共用的电路节点之间连接整流元件86。开关83可作为常规电子开关(诸如MOSFET或IGBT)来实施。整流元件86可作为二极管或同步整流器来实施。此外，在降压转换器80的输入端之间连接电容存储元件90 (诸如电容器)，以及在输出端81、82之间连接滤波电容器89。降压转换器80的开关83由控制电路或控制器87生成的PWM驱动信号S83来驱动。降压转换器80的控制器87从转换单元2的控制器5接收基准信号SKEF。降压转换器80的控制器87被配置为生成与基准信号Skef对应的其输出电流i80。根据图14的这一基准信号Skef，与图9的基准信号Skef不同，其不具有输出电流il的波形，而是具有整流后的输出电流il的波形。还根据输出电压信号Sv2和输出电流信号Sil生成该基准信号SKEF。
根据图14的用于生成基准信号Skef的控制器5可相当于图6和图13所示的控制器，不同之处在于对在振荡器53的输出端提供的振荡信号进行整流。图16示出了根据图14的控制器5的实施方式。该控制器5相当于根据图6的控制器，不同之处在于振荡器53的输出信号被整流器55接收，该整流器生成振荡器53的振荡输出信号的整流版。在数学上，这等价于形成振荡器53的振荡输出信号的绝对值。该基准信号Skef在整流器55的输出端可用。当使用根据图13的控制器时，输入电压信号Sv6将被表示输入电压V3的信号取代，以及输入电压基准信号SV6_KEF将被表示输入电压V3的设定值的信号取代。此外，向乘法器56提供VCO输出信号的整流版。参照图14，降压转换器80的控制器87可类似于用于在降压转换器中提供PWM驱动信号的常规控制器来实施。该控制器87接收基准信号Skef和输出电流信号Si8tl，其中，输出电流信号Si8tl表不降压转换器80的输出电流i80。该控制器87被配置为改变驱动信号S83的占空比，使得降压转换器80的输出电流i80对应于基准信号SKEF。该控制器87的功能相当于图11所示的控制器67的功能。在图14所示实施方式中，控制器接收表示输出电流il的输出电流信号Sil和用于生成基准信号Skef的输出电压信号Sv2。然而,这仅是一个实例。也可以基于表不降压转换器80的输出电压v80和输出电流i80的信号生成基准信号SKEF。在该情况下，生成基准信号，使得降压转换器80的输出电流i80和输出电压v80具有给定相位差。现将参照图I和图14来说明包括如图14所示的DC/AC转换器的转换器的工作原理。该说明将基于电网100的电压是正弦电压从而期望具有正弦波形的输出电流il这一假设。此外，假设各DC/AC转换器的输入功率为零，同时，将电网电压Vn施加于输出端11、12且各转换单元中的桥电路85处于工作状态。在该情况下，在输出端11、12之间串联连接降压转换器的滤波电容器89。当各电容器89具有相同大小时，跨这些电容器89中的每一个两端的电压均为电网电压vN的1/n倍。现假设DC/AC转换器从与其连接的PV组件接收输入功率。该DC/AC转换器随后将其共同的输出电流il调节为与输出电压v2同相。具体地，通过输入电压V3来控制输出电流il的幅值，其中，当电压V3增大时电流增加，以及当电压V3减小时电流减小。
当由一个DC/AC转换器提供的电流i80减小时，通过滤波电容器89提供相当于输出电流i80与共同的电流il之间的差的电流，这使跨滤波电容器两端的电压v80降低，直至向DC/AC转换器提供的输入功率相当于其输出功率。跨一个DC/AC转换器的滤波电容器89两端的电压的降低会使跨其他转换器的滤波电容器两端的电压增加。该过程继续，直至转换器已处于稳定工作点处。当由一个DC/AC转换器提供的电流i80增大以高于共同的电流il时，对相应的滤波电容器89充电，这致使跨这一转换器的滤波电容器89两端的电压增大，以及跨其他转换器的滤波电容器两端的电压减小。根据之前提供的说明，显然除了各转换单元2中的控制回路之外，不需要其他控制回路来控制各转换单元2的输出电压。具有转换单元2的电力转换电路I是“自组织”电路。例如，假设在稳态下，由一个DC电源提供的输入功率会下降，例如原因是遮挡了相应的PV阵列。相应转换单元2的输出电压v2将随之下降，而其他转换单元的输出电压将增加，以满足方程(I)定义的条件。输出电流il起初将保持不变。然而，由电力转换电路I提供的无功功率将增加，这意味着转换单元的各输出电压v2不再与输出电流il同相。随后，通过各转换单元2中的内部控制回路来控制各输出电压v2，使其再次与输出电流iI同相。这将导致输出电流il降低。等效地，当由电源I的一个或几个DC提供的功率增大时，输出电 流il将增大。图17示出了电力转换电路I的另一实施方式。在该电力转换电路I中，在具有各转换单元2的串联电路与电力转换电路I的输出端11、12之间连接有连接电路9。该连接电路9被配置为每当电力转换电路I从各DC电源3接收总输入功率时，将电力转换电路I连接至电网，其中，这一总输入功率对于电力转换电路I而言，足以生成等于电网供电电压vN的AC输出电压vl。此外，该连接电路9被配置为当由电力转换电路I接收到的输入功率很低，以致无法生成相当于电网供电电压Vn的输出电压Vl时，使电力转换电路I与电网断开。此外，该连接电路9可被配置为在启动期间支持电力转换电路I。“启动”是电力转换电路I的一个工作阶段，在该阶段中，电力转换电路I的输出电压vl从零增加至电网供电电压Vn，其中，该连接电路9被配置为当输出电压Vl已增大至电网供电电压Vn时，将电力转换电路I连接至电网。在启动期间，输出电流il为零，使得各转换单元2的输出电压v2不与输出电流il同步。在启动期间，控制输出电压v2生成的基准信号Skef (见图9和图13)基于电网供电电压vN生成。这将参照图18和图19来进行说明。图18示出了被配置为接收取决于电网供电电压vN的信号Svn的以及被配置为在启动期间根据该供电电压信号Svn来生成基准信号Skef的控制器5的实施方式。图19详细示出了连接电路9的实施方式。根据图18的控制器基于根据图6和图16的控制器。根据图18的控制器另外还包括乘法器57，其在第一输入端从运算器54接收频率和相位信号，以及在第二输入端接收供电电压信号SvN。供电电压信号Svn表示电网供电电压vN的频率和相位，且可被存储在存储器566中。乘法器的输出端与振荡器53耦接。在电力转换电路I正常工作时，该乘法器57将频率和相位信号从运算器54传递至振荡器53。在启动期间，振荡器53接收供电电压信号Svn。参照图19，该连接电路9包括控制电路93，其被配置为测量供电电压vN，并向转换单元2提供供电电压信号SvN。该控制电路93还被配置成为各转换单元2中的控制器5提供至少一个控制信号S57。另外，该连接电路9包括第一开关91，其连接至具有各转换单元的短路串联电路。为此，在该串联电路中，第一开关91连接在第一转换单元(见图I)的第一输入端23i与最后一个转换单元2n (见图I)的第二输出端24n之间。此外，第二开关92连接在具有各转换单元2的串联电路与输出端11、12之间。这些开关91、92由控制电路93控制，其中，一次仅开启这些开关中的一个。当电力转换电路I不工作时，第一开关91开启且第二开关92关闭。在启动期间，两个开关91、92均关闭。在正常工作中，第二开关92开启，以将电力转换电路I连接至电网。将简要说明在启动期间连接电路9的工作原理。在第一步骤中，控制电路93通过估计供电电压Vn来生成供电电压信号Svno该供电电压信号Svn是表示供电电压Vn的频率和相位的信号。向转换单元2的各控制器5提供该供电电压信号SvN。在接下来的方法步骤中，控制器5使用该供电电压信号Svn来生成输出电压v2，其中，这些输出电压v2的幅值可逐渐增加。控制电路93测量输出电压vl，并在输出电压vl 达到供电电压vN时，通过闭合开关92将电力转换电路I连接至电网。在启动期间，通过利 用供电电压信号Svn来生成输出电压v2，转换单元2的输出电压v2以及由此的电力转换电路I的输出电压vl与电网供电电Svn同相。当未激活电力转换电路I且闭合第一开关91时，控制电路93可通过第一开关91来估计电流。当DC电源3向DC/AC转换器提供输入功率时，电流可流过该开关91。当检测流过开关91的电流时，控制电路93可以开启启动程序。当例如用如图14所示的以及参照图14所说明的DC/AC转换器来实施上述转换器时，启动阶段不需要将对电网电压vN的表示存储在控制电路5中。在该情况下，将电网电压Vn简单地施加至输入端11、12，并由此施加至各DC/AC转换器4的滤波电容器89，其中，跨这些电容器两端的电压形成了用于控制各DC/AC转换器4的输出电流i80的基础。尽管已公开了本发明的各种示例性实施方式，但对本领域技术人员而言，在不背离本发明的思想和范围的前提下，显然可进行将实现本发明的一些优势的各种变更和修改。对于本领域有经验的技术人员而言，显然可以适当替换执行相同功能的其他部件。应当注意，即便在未明确提及的情况下，参照具体附图来说明的特征也可与其他附图的特征结合。此外，本发明的方法可以利用适当的处理器指令的全软件实施方式，或者以利用硬件逻辑和软件逻辑的结合来实现相同效果的混合实施方式来实现。对本发明概念的这些修改旨在被所附权利要求所涵盖。空间性相关术语，诸如“在…之下”、“在…下面”、“低于”、“在…之上”、“高于”等，
是为了便于描述而用于说明一个元件相对于第二元件的位置。这些术语旨在包括除了那些图中所示方向之外的该装置的所有不同方向。此外，诸如“第一”、“第二”等的术语也用于描述各种元件、区域、部分等，且不意味着限定。类似术语在通篇描述中指代类似元件。如本文所使用，术语“具有(having)”、“包含(containing)”,包括(including)”、“由…构成(comprising)”等是指出存在所述元件或特征,但不排除其他元件或特征的开放式术语。冠词“一个”、“一种”和“该”旨在包括复数以及单数，除非上下文另有明确说明。需要理解，本文所述的各种实施方式的特征可以相互组合，除非另外特别注。
尽管本文已示出和描述了具体实施方式
，但本领域普通技术人员将会理解，在不背离本发明的范围的前提下，可用各种替代和/或等价实施来取代所示和所述的具体实施 方式。本申请旨在涵盖本文所讨论的具体实施方式
的任何修改或变更。因此,这意味着本发明仅由权利要求及其等价物来限定。
权利要求
1.一种电力转换电路，包括 输出端(11、12)； 多个转换单元(2)，其各自包括被配置为与DC电源(3)耦接的输入端(21、22)，以及用于提供AC输出电压(v2)和AC输出电流(il)的输出端(23、24)，所述多个转换单元(2)在所述电力转换电路的所述输出端(11、12 )之间串联连接， 其中，所述转换单元(2)中的至少一个被配置为检测它的AC输出电压(v2)和它的AC输出电流(il)，以及被配置为调节所述AC输出电流(il)的生成，使得所述AC输出电流(il)与所述AC输出电压(v2)之间的相位差呈现给定的设定值。
2.根据权利要求I所述的电力转换电路，其中，所述设定值为零。
3.根据权利要求I或2所述的电力转换电路，其中，所述至少一个转换单元包括 DC/AC转换器(4 )，其耦接在所述输入端(21、22 )与所述输出端(23、24 )之间，并被配置为生成取决于第一基准信号(Skef)的具有频率和相位的所述AC输出电流； 控制电路(5 )，其被配置为根据所述AC输出电压(v2 )和所述AC输出电流(i I)来生成所述第一基准信号(SKEF)。
4.根据权利要求3所述的电力转换电路，其中，所述控制电路(5)包括 锁相环(51 )，其被配置为根据所述AC输出电压(v2)来生成频率信息； 相位差检测器(52 )，其被配置为检测所述AC输出电压(v2 )与所述AC输出电流(i I)之间的相位差，并提供相位差信息； 信号发生器(53)，其被配置为根据所述频率信息和所述相位差信息来生成所述第一基准信号(Skef)。
5.根据权利要求3或4所述的电力转换电路，其中，所述DC/AC转换器(4)被配置为接收输入电压(V3)，且其中，所述控制电路(5)被配置为根据所述输出电压(v2)来生成所述第一基准信号(Skef)。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的电力转换电路，其中，所述至少一个转换单元还包括 DC/DC转换器(6 )，其耦接在所述输入端(21、22 )与所述DC/AC转换单元(4 )之间，并被配置为根据第二基准信号(SKEF_V3)来调节在所述输入端之间的输入电压(V3 )和在所述输入端(21、22)的输入电流(13)中的至少一个； 基准信号源(7 )，其被配置为提供所述第二基准信号(SKEF_V3)。
7.根据权利要求6所述的电力转换电路，其中，所述基准信号源(7)作为最大功率点跟踪器来实施，并被配置为根据所述输入电压(V3)和所述输入电流(13)来生成所述第二基准信号(SKEF_V3)。
8.根据权利要求6或7所述的电力转换电路，其中，所述DC/DC转换器是升压转换器。
9.根据权利要求6或7所述的电力转换电路，其中，所述DC/DC转换器是降压转换器。
10.根据前述权利要求中任一项所述的电力转换电路，还包括 连接电路(9 )，其耦接在具有所述电力转换单元(2 )的串联电路与所述输出端(11、12 )之间，并被配置为呈现第一工作状态和第二工作状态中的一种，在所述第一工作状态中，所述串联电路与所述输出端相连接，以及在所述第二工作状态中，所述串联电路与所述输出端断开。
11.根据权利要求10所述的电力转换电路，其中，所述至少一个转换单元包括 DC/AC转换器(4)，其耦接在所述输入端(21、22)与所述输出端(23、24)之间，并被配置为生成取决于第一基准信号(Skef)的具有频率和相位的所述AC输出电压(v2)； 控制电路(5 )，其被配置为当所述连接电路(9 )处于所述第一工作状态时，根据所述AC输出电压(v2)和所述AC输出电流(iI)来生成所述第一基准信号(Seef),以及当所述连接电路处于所述第二工作状态时，根据在所述输出端(11、12)的电压(Vn)来生成所述第一基准信号(SKEF)。
12.—种供电系统,包括 输出端(11、12)，其被配置为与电网(100)耦接； 多个转换单元(2)，其各自包括被配置为与DC电源(3)耦接的输入端(21、22)，以及用于提供AC输出电压(v2)和AC输出电流(il)的输出端(23、24)，所述多个转换单元(2)在所述供电系统的所述输出端(11、12 )之间串联连接， 多个DC电压源(3)，每个DC电压源(3)与一个转换单元(2)的所述输入端(21、22)耦接； 其中，所述转换单元(2)中的至少一个被配置为检测它的AC输出电压(v2)和它的AC输出电流(il)，以及被配置为调节所述AC输出电流(il)的生成，使得所述AC输出电流(il)和所述AC输出电压(v2)之间的相位差呈现给定的设定值。
13.根据权利要求12所述的供电系统，其中，每个DC电压源(3)包括具有至少一个太阳能电池的光伏阵列。
14.根据权利要求12所述的供电系统，其中，每个DC电压源(3)包括燃料电池。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的供电系统，其中，所述设定值为零。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的供电系统，其中，所述至少一个转换单元(2)包括 DC/AC转换器(4 )，其耦接在所述输入端(21、22 )与所述输出端(23、24 )之间，并被配置为生成取决于第一基准信号(Skef)的具有频率和相位的所述AC输出电流(il)； 控制电路(5 )，其被配置为根据所述AC输出电压(v2 )和所述AC输出电流(i I)来生成所述第一基准信号(SKEF)。
17.一种电力转换单元,包括 输入端(21、22 )，其被配置为与DC电源(3 )耦接；输出端(23、24 )，其用于提供AC输出电压(v2)和AC输出电流(il)； 其中，所述电力转换单元被配置为检测它的AC输出电压(v2)和它的AC输出电流(il),以及被配置为调节所述AC输出电流(il)的生成，使得所述AC输出电流和所述AC输出电压之间的相位差呈现给定的设定值。
18.根据权利要求17所述的电力转换单元，其中，所述设定值为零。
19.根据权利要求17或18所述的电力转换单元,其中,所述转换单元还包括 DC/AC转换器(4 )，其耦接在所述输入端(21、22 )与所述输出端(23、24)之间，并被配置为生成取决于第一基准信号(Skef)的具有频率和相位的所述AC输出电流(il)； 控制电路(5 )，其被配置为根据所述AC输出电压(v2 )和所述AC输出电流(i I)来生成所述第一基准信号(SKEF)。
20.一种用于操作电力转换电路的方法，所述电力转换电路包括 输出端(11、12)，其被配置为与电网(100)耦接；以及 多个转换单元(2)，其各自包括被配置为与DC电源(3)耦接的输入端(21、22)，以及用于提供AC输出电压(v2)和AC输出电流(il)的输出端(23、24)，所述多个转换单元(2)在所述电力转换电路的所述输出端(11、12 )之间串联连接， 该方法包括 检测所述转换单元(2)中的至少一个的所述AC输出电压(v2)和所述AC输出电流(iI )，以及调节所述AC输出电流(iI)的生成，使得所述AC输出电流(iI)和所述AC输出电压(v2)之间的相位差呈现给定的设定值。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述设定值为零。
22.根据权利要求20或21所述的方法，其中，所述至少一个转换单元还包括 DC/AC转换器(4 )，其耦接在所述输入端(21、22 )与所述输出端(23、24 )之间，并被配置为生成取决于第一基准信号(Skef)的具有频率和相位的所述AC输出电压(v2)； 控制电路(5 )，其被配置为根据所述AC输出电压(v2 )和所述AC输出电流(i I)来生成所述第一基准信号(SKEF)。
全文摘要
本发明涉及具有AC输出的电力转换电路。其公开了一种电力转换电路、供电系统、电力转换单元以及用于操作电力转换电路的方法。电力转换电路包括输出端(11、12)；多个转换单元(2)，其各自包括被配置为与DC电源(3)耦接的输入端(21、22)，以及用于提供AC输出电压(v2)和AC输出电流(i1)的输出端(23、24)，多个转换单元(2)在电力转换电路的输出端(11、12)之间串联连接，其中，至少一个转换单元(2)被配置为检测其AC输出电压(v2)和其AC输出电流(i1)，以及被配置为调节AC输出电流(i1)的生成，使得AC输出电流(i1)和AC输出电压(v2)之间的相位差呈现给定的设定值。
文档编号H02M7/44GK102868310SQ20121023792
公开日2013年1月9日 申请日期2012年7月9日 优先权日2011年7月8日
发明者菲利佩·安德伦, 罗兰·布伦德林格尔, 热拉尔德·德博伊, 费利克斯·莱福斯 申请人:英飞凌科技股份有限公司