具有并联连接的逆变器的供电系统的操作方法和功率转换系统的制作方法

专利名称：具有并联连接的逆变器的供电系统的操作方法和功率转换系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种供电系统，在该供电系统中，将例如太阳能电池、风力发电机和燃料电池这样的电能增加和减少的直流电源的直流输出通过多个逆变器转换为交流输出并提供给系统，以及涉及一种高效控制逆变器的方法。此外，本发明涉及并联系统，在该并联系统中，发电装置如太阳能电池所产生的电功率通过逆变器转换为符合工频电源的电功率并输出到工频电源。
就供电系统而论，利用太阳能电池的光电发电系统是公知的。图6是常规光电发电系统的系统图。该光电发电系统的结构是将多个太阳能电池(直流电源)101布置在屋顶上，由这些太阳能电池101产生的直流输出通过接线盒102收集到一个输出端，然后通过逆变器103将该直流输出转换为交流输出。接着，通过配电盘104将功率提供给屋内的支路和商用电力系统106。顺便说一下，标号105表示与支路相连接的室内负载。
一般来说，逆变器的特点是在低输出量期间效率急剧下降。这个问题是因为如果用一个相当于光电发电系统所产生的最大估计电能的单个逆变器实现DC/AC转换，则DC/AC转换效率在低输出量期间下降。为了解决这个问题，例如日本专利申请特开昭(JP-A)No.6-165513公开了一种系统，其中具有小输出量的多个逆变器并联连接，根据太阳能电池所产生的电能增加或减少运行的逆变器数量，以便抑制转换效率在低输出量期间下降。
此外，在并联系统中，发电设备如光伏功率发生器所产生的直流功率通过逆变器转换为符合工频电源的交流功率，然后提供给工频电源。
由于在这种并联系统中使用了逆变器，防止了由于工频电源断电而造成自主操作，并保护系统互连不受工频电源中过压、欠压、频率升高和频率下降的影响。
由于在这种并联系统中使用了逆变器，因此能在额定功率输出期间最高效地操作。但是，由于用太阳能电池发电，因为太阳辐射量或类似情况造成发电功率增加和减少，所以逆变器受最大功率点跟踪控制(MPPT控制)，使得当输入功率小于额定功率时，根据增加或减少发电功率使输出效率变得最高。
如上所述，由于逆变器的输出功率大，如果输入功率相对于额定功率来说过低，则输出效率急剧下降。为此，提出了一种方案，在并联系统中，使多个逆变器并联连接，根据输入功率设置被驱动的逆变器数量，使得即使在发电功率低时，逆变器也能被有效驱动。
在常规方法中，受驱动的逆变器数量仅仅根据输出功率来确定，不考虑对受驱动的逆变器的选择。为此，在低输出期间仅有个别逆变器被驱动，仅在输出增加时才驱动其他逆变器，结果，个别逆变器的运行时间比其他逆变器的运行时间长。因此，就存在运行时间长的个别逆变器的使用寿命比其他逆变器短的问题。
而且，存在以下问题如果多个逆变器中的个别逆变器不能有效工作，则整个系统不能工作。
此外，还存在以下问题如果对多个逆变器的输出功率分别进行单独控制，相反，转换效率的下降就要取决于发电功率、被驱动的逆变器数量等。进一步，如果在多个逆变器并联运行时为各个逆变器独立配置系统积分保护，则会使它们的相互输出量和保护性操作彼此干扰，从而不能进行适当保护。
因此，本发明的目的是提供一种具有多个逆变器的供电系统的操作方法，以便高效驱动逆变器，从而克服现有技术的上述缺陷。
为此，根据本发明的第一方案，提供一种供电系统的操作方法，所述供电系统具有多个与所产生的电能增加或减少的直流电源并联连接的逆变器，其中，所述逆变器将所述直流电源的功率输出转换为频率和电压可控的交流功率并将交流功率输出到系统中，所述方法包括以下步骤(a)将逆变器的其中之一设为主部件，其他逆变器设为辅部件，其中主部件控制辅部件；以及(b)使所述主部件根据直流电源电能的增加或减少和逆变器输出的交流功率的增加或减少两种情况中至少其中一种情况控制所述辅部件。
根据上述具有多个逆变器的本发明第一方案，设为主部件的一个逆变器控制其余逆变器的操作，控制顺序根据直流电源的电能增加或减少或者逆变器输出的交流功率值的增加或减少按照预定规则设定。
此外，在本发明的该方案中，当发电机的运行被中止时，主部件设置发电机下一次运行起动期间将使用的主部件。该设置可根据逆变器运行时间或其输出功率值的积分值来完成。
因此，多个逆变器的运行时间或输出功率的积分值基本相等，能防止个别逆变器运行时间变长。
此外，这些逆变器分别与用于遥控的遥控器相连接，这些遥控器以能相互发送和接收信号的方式彼此相连接。通过遥控器来完成逆变器的操作。
此外，用随机数随机设置下一次将运行的辅部件的顺序。
此外，以辅部件运行时间的升序设置下一次将运行的辅部件的顺序。
此外，以辅部件输出功率值的升序设置下一次将运行的辅部件的顺序。
本发明的另一目的是提供一种高效并联系统，在该系统中，多个逆变器并联连接，发电机产生的电功率被转换为符合工频电源的电功率并通过逆变器输出，从而克服了现有技术的上述缺陷。
为此，根据本发明的另一方案，提供一种将直流功率转换为交流功率的系统，包括(a)多个逆变器，每个逆变器适于接收直流功率并将直流功率转换为交流功率；以及(b)控制器，与逆变器相连接并根据可用直流功率控制所述逆变器的操作，如果有充足的直流功率可用，则控制器使更多的逆变器运行，如果直流功率不充足，则使更少的逆变器运行，其中，所述控制器操作其中任何一个逆变器，使得所述逆变器中任何一个逆变器输出的交流功率值根据直流电源输出电功率值的增加或减少而增加或减少，所述控制器以预定的标准值操作所述逆变器中的剩余逆变器。
根据本发明的这一方案，当两个或更多个逆变器正在运行时，对其中任何一个逆变器例如进行MPPT控制，使其他逆变器完成额定操作。
因此，与各个逆变器都实现MPPT控制的情况相比，能进行高效操作。此外，能防止任一逆变器输出功率的增加或减少影响其他逆变器的操作，所述增加或减少是由对各个逆变器进行MPPT控制造成的。
而且，根据本发明的再一个方案，提供一种将所产生的电功率转换为交流功率的系统，其中，多个逆变器分别设有保护装置，以对并联连接的工频电源实现系统互连保护，发电机产生的电功率被转换为符合工频电源的电功率并经若干逆变器输出，逆变器的数量根据所产生的电功率值确定，包括控制器，当所述逆变器中至少有两个正在运行时，通过至少设在其中一个所述逆变器中的保护装置来实现所述多个逆变器的保护性操作。
根据本发明的这一方案，当多个逆变器正在运行时，利用任何一个逆变器的保护装置实现其他逆变器对自主操作及工频电源过压、欠压、频率升高和频率下降的系统互连保护。
因此，能防止出现例如因多个逆变器完成系统互连保护而造成保护性操作时间偏差这样的问题，或者对任一逆变器来说，由于该保护性操作时间偏差而不能适当地实现系统互连保护。
在本发明该方案中使用的控制装置可以采用一种结构，即在结构中，设置一个主部件，该主部件用于有助于实现MPPT控制或系统互连保护。
此外，控制装置包括分别与多个逆变器相连接的遥控器和将遥控器相互连接起来的通信装置。
因此，能在不设专用控制装置的情况下准确地控制多个逆变器的操作。


图1是作为本发明一个实施例所述并联系统使用的供电系统的方框图；图2是在供电系统中使用的一个逆变器示意性结构的方框图；图3是在供电系统中使用的遥控器的方框图；图4是根据本发明所述的供电系统控制程序的流程图；图5A是一例直流电源输出功率值变化曲线图；图5B是与图5A相一致的逆变器操作的脉冲波形图；图6是现有光电发电系统的系统结构图。
以下描述本发明的一个实施例。图1示出了供电系统12。在供电系统12中，多个逆变器14(例如通过三个逆变器14A至14C)与直流电源1(例如由多个模块组成的太阳能电池)并联连接。
每个逆变器14的输入侧通过触点交替地闭合断开的闩锁型电磁开关18(18A，18B，18C)与直流电源1相连接。
输出侧与工频电源16相连接。通过这种方式，供电系统12形成并联发电系统，在该系统中，通过逆变器14将直流电源1输出的直流功率转换成频率与工频电源16的频率相同的交流功率，并将交流功率输出到与工频电源16相连接的支路15。本实施例描述了一个例子，其中将三个逆变器14A，14B，14C(除非特别指出，这些逆变器都称为逆变器14)用于最大输出功率为12kW的直流电源1，每个逆变器的输出为4.0kW。
如图2所示，逆变器14具有逆变器电路20和控制逆变器电路20的微型计算机22。通过电磁开关18输入到逆变器14中的直流功率经静噪滤波器26提供给逆变器电路20。
逆变器电路20将输入到逆变器电路20的直流功率转换为频率基本等于工频电源16频率的交流功率，并将交流功率输出。此时，逆变器电路20根据脉宽调制(PWM)理论接通直流功率，输出频率基本等于工频电源16频率的伪正弦波。控制逆变器电路20输出的交流功率，使其电压比工频电源16所提供的电压高5-10伏，然后由无变压器的系统通过滤波器电路28、静噪滤波器29和接触器30提供给支路15。
与微型计算机22相连接的是输入电压检测部件32、输入电流检测部件34、输出电流检测部件38和电压波形检测部件40。输入电压检测部件32由隔离放大器构成，用于检测输入到逆变器电路20的直流电压；输入电流检测部件34由电流互感器(CT)构成，用于检测直流电流；输出电流检测部件38由电流互感器(CT)构成，用于检测从逆变器电路20输出的交流电流；电压波形检测部件40用于通过电压互感器(PT)检测工频电源16中的系统电压和电压波形。
根据输入电压检测部件32和输入电流检测部件34检测出的直流功率和电压波形检测部件40检测出的电压，微型计算机22控制开关信号的占空比(on-duty ratio)，以驱动逆变器电路20的未示出的开关部件。
结果，逆变器14输出交流功率，其相位匹配工频电源16的相位，其频率匹配工频电源16的频率，其电压比工频电源16的电压高5至10伏。通过确定电压波形检测部件40所检测波形的过零点并使伪正弦波的过零点匹配被测波形的过零点，使逆变器输出的交流功率的相位与工频电源16的相位相匹配。注意，逆变器电路20输出的交流功率具有锯齿波形，由于滤波器电路28消除了逆变器电路20的输出电压中的谐波成分，所以从逆变器14输出的是正弦波的交流功率。
同时，微型计算机22控制接触器30，微型计算机22通过该接触器30接通或断开逆变器14和工频电源16之间的连接。
因此，例如，当由于太阳能电池模块产生的能量小或不产生功率而使直流电源1的输出功率很小、逆变器14停止运行时，微型计算机22断开逆变器14与工频电源16的连接，并在逆变器14再次开始运行前立刻连接逆变器14和工频电源16。
此外，当通过电压波形检测部件40检测到的电压波形确定工频电源16处于供电中断状态时，微型计算机22通过接触器30快速将逆变器14与工频电源16断开，以便防止逆变器14自主操作和类似情况。此外，微型计算机22起到保护逆变器14不受过压(OVR)、欠压(UVR)、频率升高(OFR)、频率降低(UFR)和自主操作影响的作用。注意，就逆变器14而论，可以使用公知的结构和控制方法，因此在该实施例中不作详细描述。
如图1所示，在供电系统12中，遥控器50(50A，50B，50C)分别与逆变器14相连接。
如图3所示，每个遥控器50设有带微机的控制部件52、使用LCD或类似物的显示部件54和电源电路56。显示部件54和电源电路56都与控制部件52相连接。此外，遥控器50设有置位开关部件58和通信接口60，这些部件都与控制部件52相连接。
电源电路56设有未示出的备用电池并与工频电源16相连接，从而通过工频电源16所提供的功率来操作遥控器50。即，直流功率不从直流电源1输入到遥控器50中，所以即使逆变器14处于停机状态，遥控器50也是可操作的。
逆变器14的微型计算机22连接遥控器50的通信接口60。因此，遥控器50能完成逆变器14输出功率值的积分。此外，如果逆变器14由于自主操作中止而停止运行，则该信息从微型计算机22输入到遥控器50中。
进一步，如图1所示，遥控器50与驱动电路62相连接，以驱动电磁开关18接通和断开。
如果电磁开关18被断开，直流功率不输入到逆变器14中，则逆变器14停机，而如果电磁开关18被接通，为逆变器14提供直流功率，逆变器14才可能运行。
当指示运行停止的控制信号输出到逆变器14的微型计算机22时，每个遥控器50断开电磁开关18，当指示运行开始的信号输出到其中时，则接通电磁开关18。注意，微型计算机22可以根据从遥控器50输入到微型计算机22中的操作指示(即开始运行指示或停止运行指示)接通和断开电磁开关18。
每个遥控器50的通信接口60通过通信线路64与另一遥控器相连接。此时，遥控器50例如通过专用通信线路64连接起来以形成回路。
因此，能够在遥控器50A、50B和50C之间交换彼此连接起来的逆变器14A、14B和14C的运行状态信息。
在上述结构的供电系统12中，所提供的这种布局使得其中任何一个逆变器14都能充当一个主部件，并与连接该主部件的遥控器50一起控制充当辅部件的其他逆变器14。注意，主部件和副部件可通过未示出的双列直插式封装开关来设置，所述双列直插式封装开关设置在与各个逆变器14相连接的遥控器50的置位开关部件58中，但在本实施例中，没有给出一个具体描述主部件的例子。顺便说一下，双列直插式封装开关用作设置指定遥控器50的地址的开关。
在电磁开关18A、18B和18C闭合的状态下对与充当主部件的逆变器14相连接的遥控器50进行设置，以使任一逆变器14能通过直流电源1所提供的功率运行。那么，太阳能电池模块即直流电源1开始发电时最先开始运行的逆变器14变成主部件，在与逆变器14相连接的遥控器50通过信号线向其他遥控器宣布主部件时，确定主部件和辅部件。
随后，与已被设为主部件的逆变器14相连接的遥控器50将已被设为主部件的逆变器设置为持续运行状态，并根据直流电源1输出功率的增加或降低来操作已被设为辅部件的那些逆变器14。
此外，为了在不使用置位开关部件58的双列直插式封装开关的情况下设置与最先充当主部件的逆变器14相连接的遥控器50，该设置在电磁开关18A、18B和18C闭合的状态下完成，以使任一逆变器14能通过直流电源1所提供的功率来运行。接着，将太阳能电池模块即直流电源1开始发电时最先开始运行的逆变器14设为主部件。
与已设为主部件的逆变器14相连接的遥控器50首先将其余的逆变器14设为辅部件，使得其他逆变器14不起动。接着，与已设为主部件的逆变器14相连接的遥控器50将已设为主部件的逆变器14设置为持续运行状态，并根据直流电源1输出功率的增加或降低来操作已被设为辅部件的那些逆变器14。
同时，在供电系统12中，例如，根据与操作有关的信息如逆变器14A至14C的输出功率积分值(输出功率值)和运行时间的积分值，在每天运行中止时对将设为下一个主部件的逆变器14进行设置，使得逆变器14A至14C之间的输出功率值和运行时间的积分值相等。
即，将输出功率值或运行时间最少的逆变器14作为下一个设为主部件的逆变器14。
为此，当设为辅部件的逆变器14停机时，与设为辅部件的逆变器14相连接的遥控器50将这些逆变器14输出功率的积分值(输出功率值)输出到与设为主部件的逆变器14相连接的遥控器50中。
当来自直流电源1的直流功率被停止时，与设为主部件的逆变器14相连接的遥控器50使与其相连接的逆变器14停机，并计算该逆变器14的输出功率值。接着，比较各个逆变器14的输出功率值，将输出功率值最小的逆变器14设为下一个主部件，由此过程结束。
注意，作为设置下一个主部件的方法，可提供一种利用随机数随机设置主部件的方案。
因此，当下一次起动供电系统12时，与已重新设为主部件的逆变器14相连接的遥控器50控制这些逆变器14的操作。
已设为主部件的逆变器14起到最大功率点跟踪(MPPT)控制的作用，以便通过跟踪所输入的直流功率的增加或降低来取出最大输出。此外，已设为辅部件的那些逆变器14受到持续获得最大输出的恒级能量控制。已设为主部件的逆变器14的遥控器50对辅逆变器14进行操作，根据直流电源1输出的增加和降低来断开和接通电磁开关18，使辅逆变器14能受到恒级能量控制。
此时，如图1所示，每个逆变器14设有充电电流抑制电路66(图2中未示出)，以便防止电磁开关18接通时由于设在逆变器14直流侧的大容量电容器充电所造成的直流电源1电压的瞬态变化。
另外，在供电系统12中，与已设为主部件的逆变器14相连接的遥控器50总的来说起的作用是防止自主操作和互连保护过压(OVR)、欠压(UVR)、频率下降(UFR)和频率升高(OFR)，以便防止由于各个逆变器14单独实现互连保护而产生干扰和故障。
在该供电系统12中，首先，完成逆变器14的主部件的设置。在主部件的设置中，通过设在与各个逆变器14相连接的遥控器50中的置位开关部件58的双列直插式封装开关来设置地址。注意，一个主部件设为一个初始值。
另外，当自动设置主部件和辅部件时，电磁开关18A至18C在直流电源1停止输出的状态下被接通，使得逆变器14能够运行。在该状态下，如果直流电源1在日出时开始输出直流功率，例如，逆变器14A至14C以微小的时间延迟开始运行。此时，当任一逆变器14开始运行时，表示运行开始的信号输出到遥控器50中。
与最先开始运行的逆变器14相连接的遥控器50向其他遥控器50输出控制信号，使其他逆变器14不起动。因此，首先开始运行的逆变器14变成主部件，其他逆变器14设为辅部件。
当在与逆变器14A至14C相连接的遥控器50A至50C中完成主部件和辅部件的设置时，根据直流电源1输出的直流功率控制逆变器14A至14C的操作。
图4的流程图示出了通过与已设为主部件的逆变器14相连接的遥控器50控制逆变器14A至14C的概图。
参考图4，在假设将与遥控器50A相连接的逆变器14A设为主部件且逆变器14A、14B和14C的输出功率值为a0kWh、b0kWh和c0kWh，其中a0＜b0＜c0的情况下，给出以下说明。结果，与逆变器14A相连接的遥控器50A实现控制的方式是直流电源1输出的直流功率(输出功率Q)增加时，连续起动逆变器14B和14C，当输出功率Q下降时连续关闭逆变器14C和14B。以下所给出的说明是指逆变器A为“主部件”、逆变器14B和14C分别为“辅部件b”和“辅部件c”，并由数字指示流程图的步骤。
与主部件相连接的遥控器50A使电磁开关18A接通，从而将主部件设置为可运行状态，步骤200。因此，当直流电源1在日出时开始输出直流功率时，主部件运行，输出交流功率。
一旦确认主部件已经开始运行，在步骤202以YES确定，与主部件相连接的遥控器50A将输入功率读入主部件，即输出功率Q，步骤204。然后，与主部件相连接的遥控器50A确认输出功率Q是否已经达到保证辅部件b也能运行的功率Q1，步骤206，或者直流电源1是否已经被停止且已经停止输出直流功率，步骤208。
如果直流电源1的输出功率Q增加并达到辅部件b也能运行的功率Q1，在步骤206以YES确定，则接通与辅部件b相连接的遥控器50B，步骤210。一旦已经接通，与辅部件b相连接的遥控器50B接通电磁开关18B，使辅部件b开始运行。
因此，如图5B所示，在供电系统12中，主部件和辅部件b受到控制，以将直流电源1的输出功率Q转换为交流功率。在图4所示的流程图中，接着读出直流电源1的输出功率Q，步骤212，并确认该输出功率Q是否已经达到下一个辅部件c也能运行的功率Q2，步骤214，或者输出功率Q是否已经下降到使辅部件b关闭的功率Q1，步骤216。
这里，如果直流电源1的输出功率Q已经达到辅部件c也能运行的功率Q2，在步骤214中以YES确认，则接通与辅部件c相连接的遥控器50C，步骤218。一旦被接通，与辅部件c相连接的遥控器50C接通电磁开关18C，使辅部件c开始运行。
因此，如图5B所示，在供电系统12中，直流电源1的输出功率Q转换为交流功率并通过主部件和辅部件b和c输出。
接着，在图4所示的流程图中，读出直流电源1的输出功率Q，步骤220，并确认该输出功率Q是否已经下降到辅部件c也能运行的功率Q2，步骤222，如果输出功率Q已经下降到辅部件c能运行的功率以下，在步骤222中以YES确认，则关闭与辅部件c相连接的遥控器50C，步骤224。
一旦被关闭，与辅部件c相连接的遥控器50C断开电磁开关18C，使辅部件c停工。接着，与辅部件c相连接的遥控器50C将辅部件c输出的输出功率值输出到与主部件相连接的遥控器50A中。
因此，与主部件相连接的遥控器50A读出从与被停工的辅部件c相连接的遥控器50C输出的辅部件c的输出功率值，步骤226，然后返回步骤212。
此外，如果直流电源1的输出功率Q进一步下降，并降落到能使辅部件b运行的功率Q1，在步骤216中以YES确认，则与辅部件b相连接的遥控器50B也被关闭，步骤208。
一旦被关闭，与辅部件b相连接的遥控器50B断开电磁开关18B，使辅部件b停工，并将辅部件b的输出功率值输出到与主部件相连接的遥控器50A中。
因此，主部件读出从与被停工的辅部件b相连接的遥控器50B输出的辅部件b的输出功率值，步骤230，并继续确认直流电源1的输出功率Q，步骤204至208。
如果直流电源1的输出功率Q逐渐下降且直流电源1停止，在步骤208中以YES确认，则断开电磁开关18A以使主部件停工，步骤232。接着，从主部件的微型计算机22读出主部件的输出功率值，步骤234，在主部件和辅部件b及辅部件c的输出功率值之间进行比较，步骤236，设置与下一个主部件和下一个辅部件相连接的遥控器的起动顺序，步骤238。
即，如果逆变器14A、14B和14C的输出功率值a1、b1和c1为b1＜c1＜a1，则将输出功率值最小的逆变器14B设为下一个主部件，将逆变器14A和14C设为辅部件。而且，由于逆变器14C的输出功率值小于逆变器14A，所以设置为使逆变器14C在逆变器14A之前起动，该设置结果输出到与已设为下一个主部件的逆变器14B相连接的遥控器50B中。
这样，通过接通电磁开关18B将逆变器14B设置为使逆变器14B能运行的状态，将与已设为下一个主部件的逆变器14B相连接的遥控器50B设为备用状态。
通过上述方式设置主部件和辅部件以及起动辅部件的顺序，能使多个逆变器14的输出功率值基本相等。此外，根据运行时间设置主部件和辅部件，多个逆变器14的运行时间基本相等，从而能够延长供电系统12的使用寿命。
尤其是，逆变器14的运行时间大大影响电子元件如电解电容器和设在逆变器14中的冷却风扇的使用寿命。但是，通过使这些运行时间基本相等，就能在更长的时间范围内可靠操作。
注意，在上述结构中，逆变器的主部件和辅部件之间可表现出多种关系，可用逆变器14的交流输出量的增加或降低来确定主部件和辅部件的起动或停工。
此外，在任一逆变器14无效的情况下，通过将与该逆变器14相连接的遥控器50排斥在主部件和辅部件的设置之外，由电磁开关18切断该逆变器14与直流电源1的连接。因此，由于防止无效的逆变器14运行而使用有效的那些逆变器14，所以系统互连变为可能。
此时，如果逆变器14无效的情况显示在与无效逆变器14相连接的遥控器50的显示部件54上，就能清楚地确定供电系统12中是否存在无效逆变器14。
同时，在供电系统12中，仅通过设为主部件的逆变器14来实现MPPT控制，而设为辅部件的那些逆变器14则持续受恒级能量控制。
即，如图5A所示，逆变器14B在运行时间t2至t5的范围内持续受到恒级能量控制，而逆变器14C则在运行时间t3至t4的范围内持续受到恒级能量控制，从而分别输出4Kw的交流功率，即额定功率。
相反，逆变器14A的操作方式是根据输出功率Q的增加或减小来输出最大功率，输出功率Q在t1至t6的时间范围内持续受MPPT控制，直流电源1在t1至t6期间输出直流功率。
结果，由于多个逆变器14实现MPPT控制，因此可以防止一个逆变器14输出功率的增加或减小对其他逆变器14产生影响，即使使用多个逆变器14，供电系统12也能可靠运行。
另一方面，如果多个逆变器14一个一个单独实现了保护性操作，则由于检测时间或类似情况带来的偏差使多个逆变器14的操作不一致。因此，存在这样的情况一个逆变器14的保护性操作影响其他逆变器14的保护性操作，从而不可能进行适当的保护。
相反，在供电系统12中，自主操作与过压、欠压、频率上升和频率下降都受到与设为主部件的逆变器14相连接的遥控器50的监视，根据该监视结果集体保护多个逆变器14。因此，能够快速可靠地实现对多个逆变器14的保护。
此外，在将交流功率从逆变器14提供给工频电源16的情况下，交流功率从逆变器14倒流到工频电源16。这种倒流会导致工频电源16中的电压升高。此时，在供电系统12中，与已设为主部件的逆变器14相连接的遥控器50首先连续控制辅逆变器14的输出，最后控制主逆变器14的输出。
由此，在供电系统12中，当多个逆变器14并联连接时，对与将成为主部件的逆变器14相连接的遥控器50进行设置，与主逆变器14相连接的遥控器50共同控制多个逆变器14，从而能在不使这些逆变器14在操作中发生变化的情况下对它们进行操作。
而且，就系统结构来说，本发明不限于直流电源1的最大输出功率为12kW的上述系统，并且本发明适用于其他输出的系统，例如11kW、13kW、14kW和15kW。
作为控制辅部件操作的另一个例子，首先，以例如几毫秒至几十毫秒的采样频率对直流电源1输出的直流功率进行采样。
下一步，确定最后几分钟内采样的直流功率的一阶微分(一阶差分)，通过这些结果，确定曲线的斜率正在增大还是正在减小，其中直流功率的增大和减小是都是用曲线表示的。这里，利用一阶微分的结果，能抑制由于瞬时的天气变化而造成输出功率瞬时增大或减小所带来的影响，瞬时天气变化例如由于云或一阵风引起采样瞬时模糊。
下一步，如果一阶积分正在增大，则确定是否需要增加逆变器的数量。具体地说，这种确定是通过上述的一阶微分估计下一次采样期间的直流功率而作出的，并且如果估计值超过了当前正在运行的这个(这些)逆变器所能够处理的直流功率，则作出需要增加逆变器数量的决定。
例如，正在以当前950W的输出功率运行的逆变器数量是两个，如果从上述的一阶微分估计出下一次采样期间的输出功率为1050W，由于两个500W的可兼容逆变器不能处理这种状况，因此确定需要增加一个逆变器。进一步，如果估计出下一次采样期间的输出功率为980W，由于两个逆变器能处理这种状况，所以确定不需要增加逆变器的数量。
下一步，如果需要增加正在运行的逆变器数量，则通过目前没有运行的逆变器列表中的随机数来选择将开始运行的逆变器。
这样就完成了程序，然后再从第一步开始重复同样的程序。注意，在不需要增加运行逆变器数量的情况下，程序也回到第一步。
同时，在最后几分钟内直流功率的一阶微分不增大的情况下，确定是否需要减少运行逆变器的数量。该确定过程与上述过程相同，通过上述一阶微分估计下一次采样期间的直流功率，如果该估计值说明能以少于当前数量的逆变器数进行操作，则作出需要减少逆变器数量的决定。
例如，在以当前1050W的输出功率运行的逆变器数量是三的情况下，如果从上述一阶微分估计出下一次采样期间的输出功率为980W，由于两个500W可兼容逆变器能处理这种状况，则作出数量需要减1的决定。此外，如果估计下一次采样期间的输出功率为1020W，由于需要三个逆变器，所以作出不必减少逆变器数量的决定。
然后，如果需要减少正在运行的逆变器数量，则通过当前正在运行的逆变器列表中的随机数来选择将被停工的逆变器。
这就完成了程序，然后再从第一步开始重复同样的程序。注意，在不需要减少运行逆变器数量的情况下，程序也回到第一步。
控制方法不限于上述方法，根据直流功率中的增加或减小值或者利用基于直流功率中增加或减小值的模糊推论可以控制将运行部件的数量。或者，可以简单地通过将直流功率的值与一个设定值相比较来控制将运行部件的数量。
此外，本发明不仅适用于单相DC/AC转换器和三相DC/AC转换器，还适用于任何形式的DC/AC转换器。
应当指出，本实施例仅是示例性的，不限制本发明的结构。本发明适用于多个逆变器并联连接的各种并联系统。
权利要求
1.一种供电系统的操作方法，所述供电系统具有多个与所产生的电能增加或减少的直流电源并联连接的逆变器，其中，所述逆变器将所述直流电源的功率输出转换为频率和电压可控的交流功率并将交流功率输出到系统中，所述方法包括以下步骤(a)将逆变器的其中之一设为主部件，其他逆变器设为辅部件，其中主部件控制辅部件；以及(b)使所述主部件根据直流电源电能的增加或减少和逆变器输出的交流功率的增加或减少两种情况中至少其中一种情况控制所述辅部件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在第一步中，当运行被中止时，所述主部件将所有逆变器中输出交流功率值最低或运行时间最短的逆变器设置为下一次运行开始时使用的主部件。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在第一步中，当运行被中止时，所述主部件从输出交流功率值最低或运行时间最短的辅部件开始以升序对辅部件进行排序。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，在第一步中，辅部件的排列次序是通过随机数随机设置的。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括的步骤有将每个逆变器与遥控逆变器的遥控器相连接并将遥控器相互连接，使得遥控器能在彼此之间发送和接收信号，其中所述逆变器的操作是通过所述遥控器在第二步中实现的。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，在第二步中，主部件根据所述直流电源的电能输出量操作辅部件。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，在第二步中，根据直流功率是正在增加还是正在减少来确定将运行的辅部件数量，所述直流功率的增加或减少是通过所述直流电源电能输出的一阶微分来估计的。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，至少在第一步和第二步其中的一步中，将效率低的逆变器排斥在运行目标之外。
9.一种将直流功率转换为交流功率的系统，包括(a)多个逆变器，每个逆变器适于接收直流功率并将直流功率转换为交流功率；以及(b)控制器，与逆变器相连接并根据可用直流功率控制所述逆变器的操作，如果有充足的直流功率可用，则控制器使更多的逆变器运行，如果直流功率不充足，则使更少的逆变器运行，其中，所述控制器操作其中任何一个逆变器，使得所述逆变器中任何一个逆变器输出的交流功率值根据直流电源输出电功率值的增加或减少而增加或减少，所述控制器以预定的标准值操作所述逆变器中的剩余逆变器。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述控制器在每个所述逆变器的内部。
11.根据权利要求9所述的系统，其中，所述控制器在每个所述逆变器的外部。
12.根据权利要求9所述的系统，其中，所述逆变器中的任何一个逆变器通过跟随输入到所述逆变器中所述任何一个逆变器的直流功率的增加或减少来实现最大功率点跟踪控制，所述逆变器中的所述剩余逆变器受到恒级能量控制以持续获得最大输出。
13.一种将所产生的电功率转换为交流功率的系统，其中，多个逆变器分别设有保护装置，以对并联连接的工频电源实现系统互连保护，发电机产生的电功率被转换为符合工频电源的电功率并经若干逆变器输出，逆变器的数量根据所产生的电功率值确定，包括控制器，当所述逆变器中至少有两个正在运行时，通过至少设在其中一个所述逆变器中的保护装置来实现所述多个逆变器的保护性操作。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述控制器设置一个主部件，通过所述主部件的所述保护装置实现所述多个逆变器的系统互连保护。
15.根据权利要求9所述的系统，其中，所述控制器包括分别与所述多个逆变器相连接的遥控器和将所述遥控器相互连接的通信装置。
16.根据权利要求13所述的系统，其中，所述控制器包括分别与所述多个逆变器相连接的遥控器和将所述遥控器相互连接的通信装置。
17.根据权利要求9所述的系统，其中，当所述发电机的运行被中止时，所述主部件设置在所述发电机下一次运行开始期间将使用的主部件。
18.根据权利要求13，其中，当所述发电机的运行被中止时，所述主部件设置在所述发电机下一次运行开始期间将使用的主部件。
19.根据权利要求9所述的系统，其中，当所述发电机的运行被中止时，所述主部件将包括所述主逆变器在内的所有逆变器中输出功率值最低或运行时间最短的逆变器设置为所述发电机下一次运行开始期间使用的主部件。
20.根据权利要求13所述的系统，其中，当所述发电机的运行被中止时，所述主部件将包括所述主逆变器在内的所有逆变器中输出功率值最低或运行时间最短的逆变器设置为所述发电机下一次运行开始期间使用的主部件。
全文摘要
一种方法,该方法有效操作用多个逆变器以便在不偏向个别逆变器的情况下将直流电源例如太阳能电池或燃料电池输出的直流功率转换成交流功率。运行的逆变器数量根据直流输出或交流输出的至少一个输出值来确定,并根据预定规则从多个逆变器当中选择确定数量的逆变器投入运行。此外,公开一种并联系统,以便利用逆变器进行高效合适的并网操作,其中一个逆变器控制其余的逆变器并完成系统互连保护。
文档编号H02M7/48GK1271207SQ0010676
公开日2000年10月25日 申请日期2000年4月17日 优先权日1999年4月20日
发明者鬼塚圭吾, 万里小路正树, 森田功, 牧野康弘 申请人:三洋电机株式会社