专利名称：用于能量存储系统的功率转换系统及其控制方法
技术领域：
本发明的一个或多个实施例涉及用于能量存储系统的功率转换系统，以及控制该功率转换系统的方法。
背景技术：
由于环境的破坏和自然资源的耗竭正在变成更加明显的问题，因此用于存储能量且有效地使用所存储的能量的系统开始吸引更多关注。此外，关于不会导致或较少导致环境污染同时生成功率的可再生能源的兴趣已经增加。已经与关于如今环境的改变的态度步调一致地开发了能量存储系统，该能量存储系统能够(除其它互联因素外)与可再生能量、储存能量的电池和现有的功率电网互连。根据负载的功率消耗，能量存储系统可以具有各种存储容量。因此，为了提供大容量的功率，能量存储系统可以被配置为连接到多个并联连接的功率源。例如，能量存储系统可以被提供来自多个功率生成模块的功率，所述多个功率生成模块并联连接并且从可再生能源生成功率。同样地，能量存储系统可以并联连接到多个电池，以便被提供来自电池的功率。此时，能量存储系统使用转换器将所提供的功率变换为直流电流链路电压。在这种情况下，如果将被转换的功率很大，则可以使用多个转换器。同样地，如果将被转换的功率很大，则可以通过并联连接多个逆变器来使用很多个逆变器，这些逆变器将所提供的功率转换为例如用于功率电网的交流电流功率。
发明内容
技术问题本发明的一个或多个实施例包括用于减少循环电流的生成的能量存储系统的功率转换系统、以及控制该功率转换系统的方法。技术方案根据本发明的实施例的一些方面，用于能量存储系统的功率转换系统包括:至少两个转换单元，其被分别配置为耦合到一个或多个功率源或负载；以及至少一个输出控制器，其被配置为生成至少一个参考电压以便控制所述至少两个转换单元中的至少一个转换单元，其中，所述至少两个转换单元中的至少一个转换单元包括:多个转换子单元，其具有耦合到功率源中的至少一个的输入以及彼此耦合的输出；以及至少一个转换子单元控制器，其被配置以将所述多个转换子单元的输出电压调整为与至少一个参考电压相对应的、基本相同的电压，其中至少一个参考电压对应于所述多个转换子单兀的输出电压和输出电流。功率转换系统还可以包括:直流电流(DC)链路单元，其耦合到所述至少两个转换单元；以及至少一个开关，其在与DC链路单元相对的一侧耦合到所述至少两个转换单元中的一个转换单元。至少一个输出控制器可以包括:功率计算单元，用于计算与输出电压和输出电流相对应的、所述多个转换子单元的各自的功率输出；功率比较单元，用于比较已计算的功率输出；以及控制信号生成单元，用于生成与已计算的功率输出的比较相对应的至少一个参考电压。至少一个输出控制器还可以包括:电压测量单元，用于测量所述多个转换子单元的输出电压；以及电流测量单元，用于测量所述多个转换子单元的输出电流。至少两个转换单元中的至少一个转换单元可以被配置为耦合到功率源当中的至少一个直流功率源，以及其中，所述多个转换子单元包括多个转换器，其被配置为执行DC-DC转换以便将来自所述至少一个直流电流功率源的输入电压电平转换为基本为第一电压电平。至少一个直流电流功率源可以包括功率生成系统。至少一个直流电流功率源可以包括电池。多个转换器中的至少一个转换器还可以被配置为执行DC-DC转换以便将具有第一电压电平的输入转换为将被输出到电池的、具有第二电压电平的输出。多个转换器中的每一个可以包括电感器、切换装置、二极管和电容器，其中，至少一个转换子单元控制器被配置为通过控制所述多个转换器中的每一个的切换装置的操作来调整与至少一个参考电压相对应的、所述多个转换器中的每一个的输出电压。至少两个转换单元中的至少一个转换单元可以被配置为耦合到一个或多个负载，所述一个或多个负载被配置为接收交流电流，其中，所述多个转换子单元包括多个逆变器，所述多个逆变器被配置为将来自功率源中的至少一个的直流电流转换为将被输出到所述一个或多个负载的交流电流。来自功率源中的至少一个的直流电流可以被配置为通过DC链路单元被提供给所述至少两个转换单元中的至少一个转换单元。一个或多个负载可以被配置为以第一交流功率操作，其中至少一个转换子单元控制器被配置为控制所述多个逆变器以便将直流电流转换为各自的交流电流，而且调整与第一交流功率相对应的各自交流电流的电压电平、电流电平、频率或相位中的至少一个。至少一个转换子单元控制器可以被配置为控制所述多个逆变器以便调整与所述至少一个参考电压和整流电压相对应的交流电流。一个或多个负载可以包括功率电网，其中，至少两个转换单元中的至少一个转换单元还包括整流电路，其被配置为将来自功率电网的交流电流转换为将被输出到功率源中的至少一个功率源的直流电流。多个逆变器中的每一个可以包括至少四个切换装置以及包括电感器和电容器的滤波电路，其中，至少一个转换子单元控制器被配置为通过控制所述多个逆变器中的每一个的所述至少四个切换装置中的至少一个切换装置的操作来调整与所述至少一个参考电压相对应的、所述多个逆变器中的每一个的交流电流。一种功率系统可以包括:多个能量存储系统，每个能量存储系统包括各自的功率转换系统，其中，多个能量存储系统被配置为耦合到一个或多个功率生成系统，而且耦合到功率电网或其他负载中的至少一个；以及主控制器，其被耦合到能量存储系统，用于生成与所述多个能量存储系统中的每一个的输出值和/或参数相对应的控制信号；其中，所述多个能量存储系统中的每一个的至少一个输出控制器被配置为控制与控制信号相对应的所述多个能量存储系统中的输出值和/或参数。多个能量存储系统之一的至少一个输出控制器可以包括主控制器。
根据本发明的另一个实施例的方面，提供一种用于控制功率转换系统的转换单元的方法，该功率转换系统包括:多个转换子单元，其具有耦合到一个或多个功率源的输入和彼此耦合的输出；输出控制器；以及至少一个转换子单元控制器，该方法包括:测量所述多个转换子单兀的输出电压和输出电流；计算与输出电压和输出电流相对应的所述多个功率子单元的各自的功率输出；比较已计算的功率输出；生成与已计算的功率输出的比较相对应的至少一个参考电压；生成与至少一个参考电压相对应的控制信号；以及控制与控制信号相对应的所述多个转换子单元。多个转换子单元可以包括多个转换器，其被配置为将来自一个或多个功率源的第一直流电流转换为将被输出到DC链路单元的第二直流电流。多个转换子单元可以包括多个逆变器，其被配置为将来自一个或多个功率源的直流电流转换为将被输出到一个或多个负载的交流电流。技术效果根据本发明的一些实施例，提供了用于能量存储系统的功率转换系统以及控制该功率转换系统的方法，其中该功率转换系统在功率变换时减少循环电流的生成。
从结合附图的实施例的以下描述，这些和/或其他方面将变得明确且更容易被理解，在附图中:图1是示出根据本发明的实施例的能量存储系统的配置的示意性框图；图2是示出根据本发明的实施例的功率转换系统的配置的一部分的示意性框图；图3a是示出图2的转换器和转换器控制器的示例的电路图；图3b是示出图2的输出控制器的示例的示意性框图；图4是示出根据本发明的实施例的转换功率的方法的流程图；图5是示出根据本发明的另一个实施例的功率转换系统的配置的一部分的示意性框图；图6a是示出图5的逆变器和逆变器控制器的示例的电路图；图6b是示出图5的输出控制器示例的示意性框；图7是示出根据本发明的另一个实施例的逆变功率的方法的流程图；图8是示出根据本发明的实施例的连接多个能量存储系统的配置的示意性框图；以及图9是示出根据本发明的另一个实施例的连接多个能量存储系统的配置的示意性框图。实施本发明的最好模式根据本发明的实施例的一些方面，用于能量存储系统的功率转换系统包括:至少两个转换单元，其被分别配置为耦合到一个或多个功率源或负载；以及至少一个输出控制器，其被配置为生成至少一个参考电压以便控制所述至少两个转换单元中的至少一个转换单元，其中，所述至少两个转换单元中的至少一个转换单元包括:多个转换子单元，其具有耦合到功率源中的至少一个的输入以及彼此耦合的输出；以及至少一个转换子单元控制器，其被配置以将所述多个转换子单元的输出电压调整为与至少一个参考电压相对应的、基本相同的电压，其中至少一个参考电压对应于所述多个转换子单兀的输出电压和输出电流。
具体实施例方式本申请要求2010年10月I日向USPTO提交的第61/389，083号美国临时申请的优先权，其公开通过引用整体并入这里。虽然本发明的示例性实施例容易受到各种修改和替代形式，但是其具体实施例通过附图中的示例示出并且将在这里详细描述。然而，应该理解，不期望将本发明的实施例限制为所公开的特定形式，而是相反地，本发明的示例性实施例旨在覆盖落入的本发明精神和范围的范围内的所有修改、等同和替代。以下描述中，当并入这里的已知功能和配置的详细描述可能使本发明的实施例的主题不清楚时，这样的细节可以被省略。在下文中，通过参照附图解释本发明的实施例，将详细描述本发明。在附图中相同的附图标记表示相同的元件，因此可以省略重复的描述。图1是示出根据本发明的实施例的能量存储系统I的配置的示意性框图。参照图1，根据本发明的实施例的能量存储系统I与功率生成系统2和电网3 (例如,功率电网)相关联地将功率提供给负载4。功率生成系统2使用能源生成功率。功率生成系统2将生成的功率供给到能量存储系统I。功率生成系统2可以是太阳能功率生成系统、风力功率生成系统或潮汐功率生成系统。然而，根据本发明的实施例的功率生成系统2并不限于上述功率生成系统。也就是说，例如使用诸如太阳能或地热等的可再生能源来生成功率的所有功率生成系统都可以被使用。特别是，通过使用太阳能生成电能的太阳能电池容易安装在每个家庭或车间中，因此它可以适用于在这样的家庭、车间或工厂中使用能量存储系统I。通过从并联连接的多个生成模块来生成功率，功率生成系统2可以被配置成大容量的能量系统。电网3可以包括发电厂、变电站、功率线等。在正常状态下，电网3将功率提供给能量存储系统I从而能量被提供给负载4和/或电池30，并从能量存储系统I接收功率。当电网3处于不正常状态下时，可以停止从电网3向能量存储系统I提供功率供应，而且也可以停止从能量存储系统I向电网3提供功率供应。负载4消耗从功率生成系统2生成的功率、存储在电池30中的功率、和/或从电网3提供的功率。例如，负载4的示例可以是家庭或车间等。能量存储系统I可以将从功率生成系统2生成的能量存储到电池30中，而且可以将功率提供给电网3。另外，能量存储系统I将存储在电池30中的功率提供给电网3，或者可以将从电网3提供的功率或能量存储到电池30中。另外，当电网3处于异常状态下时，例如，当电网3的功率故障发生时，能量存储系统I可以通过执行不间断电源(UPS)操作向负载4提供功率。此外，甚至当电网3处于正常状态时，能量存储系统I也可以向负载4提供从功率生成系统2生成的功率或存储在电池30中的功率。能量存储系统I中包括控制功率转换的功率控制系统(PCS) 10、电池管理系统(BMS) 20 和电池 30。PCSlO通过将所提供的功率转换到适当的电平来将来自功率生成系统2、电网3和电池30的功率提供到需要的或必要的地方。PCSlO包括功率转换单元11、DC链路单元12、双向逆变器13、双向转换器14、第一开关15、第二开关16和集成控制器17。功率转换单元11被连接在功率生成系统2和DC链路单元12之间。功率转换单元11将从功率生成系统2生成的功率发送到DC链路单元12，并且将输出电压转换成直流链路电压。根据功率生成系统2的类型，功率转换单元11可以被配置为是或者包括诸如转换器或整流电路的功率转换电路。当功率生成系统2生成的功率是直流时，功率转换单元11可以包括将直流变换为直流的转换器。当功率生成系统2生成的功率是交流时，功率转换单元11可以包括将交流变换为直流的整流电路。此外，当功率生成系统2使用太阳能生成功率时，功率转换单元11可以包括执行最大功率点跟踪(MPPT)控制的最大功率点跟踪转换器，以使得功率生成系统2能够根据太阳辐射或温度的变化生成最大或增加的功率。当功率生成系统2不生成功率时，功率转换单元11可以通过停止转换器或其他相关联的元件的操作来最小化或减少功率消耗。当功率生成系统2中包括的多个生成模块并联连接时，所有的多个生成模块都能够被连接到单一的功率转换电路。此外，当从生成模块生成的功率的量很大时，功率转换单元11可以包括多个电路转换电路或子单元，从而从生成模块生成的功率的变换能够通过在转换电路或子单元之间划分功率来执行。例如，如果功率生成系统2是太阳能功率生成系统，则功率生成系统2可以包括多个太阳能电池，而且每个太阳能电池可以连接到并联连接的多个MPPT转换器之中的任意MPPT转换器。在一些情况下，由于功率生成系统2或电网3的电压暂降(voltage-sag)或者由于负载4中生成的峰值负载，直流(DC)链路电压的幅度可能是不稳定的。然而，对于双向逆变器13和双向转换器14的正常操作来说DC链路电压应该是稳定的。例如，DC链路单元12可以包括用于稳定DC链路电压的大的电容器。这样的DC链路单元12可以连接在功率转换单元11和双向逆变器13之间，以便保持DC链路电压。双向逆变器13是功率转换装置，其可以连接在DC链路单元12和第一开关15之间。在放电模式中，双向逆变器13可以包括逆变器，其通过转换从功率生成系统2和/或电池30输出的DC链路电压来将交流电压输出到电网3。另外，在充电模式下，双向逆变器13可以包括整流电路，其通过整流来自电网3的交流电压来输出DC链路电压，以便将来自电网3的功率存储到电池30中。双向逆变器13可以包括滤波器，用于从输出到电网3的交流电流中去除谐波。此夕卜，双向逆变器13可以包括锁相环(PLL)电路，用于使从双向逆变器13输出的交流电压的相位与电网3的交流电压的相位同步以便抑制无功功率的生成。此外，双向逆变器13可以执行诸如电压波动范围限制、功率因数改善、直流成分去除和瞬变现象保护(transientphenomena protection)等的功能。当不必操作双向逆变器13时,双向逆变器13可以被停止以最小化或减少功率消耗。当从功率生成系统2或电池30提供的功率的量很大时，双向逆变器13可以包括多个逆变器，从而从所提供的功率到用于电网3的功率的变换能够通过在逆变器之间划分功率来执行。例如，当功率转换单元11包括多个功率转换电路或子单元时，每个功率转换电路都可以被连接到并联连接的多个逆变器。双向转换器14是功率转换装置，其可以连接在DC链路单元12和电池30之间。在放电模式中，双向转换器14包括转换器，其通过DC-DC转换来以双向逆变器13能够利用的电压电平(例如，DC链路电压)输出电池30中存储的功率。在充电模式中，双向转换器14包括转换器，其通过DC-DC转换来以电池30能够利用的电压电平(例如，充电电压)输出从功率转换单元11或双向逆变器13输出的功率。当不执行电池30的充电和放电时，可以停止双向转换器14的操作以最小化或减少功率消耗。当电池30包括多个电池架时，这些电池架可以连接到一个双向转换器14。此外，当电池架的容量很大时，双向转换器14可以包括多个转换器，从而从电池架输出的功率的变换能够通过在转换器之间划分功率来执行。在这里，电池架是配置电池30的底层的元件。第一开关15和第二开关16被连接在双向逆变器13和电网3之间，并且可以通过响应于集成控制器17的控制而执行通/断(0N/0FF)操作来控制功率生成系统2和电网3之间的电流流动。第一开关15和第二开关16的0N/0FF操作可以根据功率生成系统2、电网3和电池30的状态来确定。例如，当负载4所需的功率的幅度很大时，第一开关15和第二开关16 二者都可以变成接通(on)状态从而可以使用功率生成系统2和栅极3中的功率。如果从功率生成系统2和栅极3生成的功能不能满足负载4的功率需求时，电池30中存储的功率还可以被提供给负载4。然而，当在电网3中存在功率故障时，第二开关16变成断开(OFF)状态，而第一开关15变成ON状态。以这种方式，来自功率生成系统2或电池30的功率可以被提供给负载4，而且可以防止从PCSlO到电网3的功率的流动。因此，可以防止诸如工人被电网3的功率线电击的事故。集成控制器17可以监视功率生成系统2、电网3、电池30和负载4的状态，并且响应于监视结果而控制功率转换单元11、双向逆变器13、双向转换器14、第一开关15、第二开关16和BMS20。集成控制器17可以包括监测电网3中是否存在电源故障和/或功率是否从功率生成系统2生成。另外，集成控制器17除了可以监视其它参数外，还可以监视从功率生成系统2生成的功率的量、电池30的充电状态、负载4的功率消耗、以及时间。因此，集成控制器可以包括或者可以由下面更加详细讨论的、与功率转换单元11、双向逆变器13和/或双向转换器14相关联的一个或多个输出控制器构成。BMS20被连接到电池30，并响应于集成控制器17的控制而控制电池30的充电和放电。例如，BMS20可以执行过充电保护功能、过放电保护功能、过电流保护功能、过电压保护功能、过热保护功能和/或电池单元(cell)平衡功能，以便保护电池30。因此，BMS20可以监视电池30的电压、电流、温度、剩余功率、寿命和充电状态，并且将监视结果应用于集成控制器17。电池30存储从功率生成系统2生成的或者从电网3提供的功率，并且将功率提供给负载4或电网3。电池30可以包括串联连接和/或并联连接的至少一个电池架，而且每个电池架可以包括串联连接和/或并联连接的至少一个电池托盘。电池托盘中的每一个都可以包括多个电池单元。电池30可以包括各种类型的电池单元，例如，镍-镉电池、铅(Pb )蓄电池、镍金属氢化物(NiMH)电池、锂离子电池和/或锂聚合物电池。电池30的电池架的数量可以根据能量存储系统I所需的功率容量和设计条件来确定。例如，如果负载4的功率消耗很大，则电池30可以被配置为包括多个电池架，而且如果负载4的功率消耗很小，则电池30可以被配置为包括单一的电池架。根据当前的实施例，根据能量存储系统I的容量，能量存储系统I可以包括多个功率转换电路、多个转换器和/或多个逆变器。然而，当转换器或逆变器被并联连接时，根据在转换器或逆变器中的每一个中所包括的切换装置的切换操作，各种参数，例如，在转换器或逆变器的输出级的输出电压或输出电流的幅度或相位，可以是不同的。这里，参数可以是代表例如从转换器或逆变器输出的功率的特性的元素，但是根据本发明的实施例的参数不限于上述参数。由于参数在转换器或逆变器的输出级不同，因此可以在转换器或逆变器之间生成循环电流。这样，可以在功率转换电路中生成循环电流。因此，防止或者减少在能量存储系统I中生成循环电流是很主要的。因此，现在将描述根据本发明的实施例的、在防止或者减少在能量存储系统I中生成循环电流的方法。图2是示出根据本发明的实施例的PCSlO的配置的一部分的示意性框图。参照图2，PCS10包括并联连接的多个转换子单元，诸如转换器100。转换器100接收来自直流功率源200的功率。转换器100通过变换接收到的功率的电压来输出与参考电压相对应的功率，该参考电压可以是预先设置的电压。转换器100的输出级被公共连接，并且输出到转换器100的输出级的功率可以被提供给DC链路单元12。这里，直流功率源200可以是从功率生成系统2或电池30输出的功率。转换器100中的每一个还可以包括诸如转换器控制器110的转换子单元控制器或者与诸如转换器控制器110的转换子单元控制器相关联，转换器控制器110控制所提供的功率的变换。通过例如控制转换器100中所包括的开关装置的占空比，转换器控制器110将输出的功率的电压控制为与参考电压基本相同。这里，转换器100中的每一个可以被包括在功率转换单元11或双向转换器14之一中。输出控制器40控制转换器控制器110，从而转换器控制器110能够分别控制每个转换器100，以防止在转换器100之间生成循环电流。输出控制器40测量或接收各种数据，例如，表示转换器100的输出电压和/或输出电流的信号，并且使用已测量的或已接收的输出电压和输出电流来计算转换器100的功率输出。输出控制器40可以基于已计算的功率输出来将适当的控制信号(例如，参考电压)施加到每个转换器控制器110。控制信号可以是减少转换器100的功率输出之间的差异的信号。在当前实施例中，描述了每个转换器控制器110控制单一的转换器100。然而，这只是示例，而且本发明的实施例不限于此。例如，转换单元可以被配置以使得多个转换器控制器110被合并到单一 IC中来控制转换器100。此外，输出控制器40可以被包括在例如转换单元中，或者可替换地，输出控制器40可以被包括在如图1所述的集成控制器17中。现在将更详细地描述通过控制转换器100来防止生成循环电流的方法。图3a是示出图2的转换器100和转换器控制器110的示例的电路图，而且图3b是示出图2的输出控制器40的示例的示意性框图。图4是示出根据本发明的实施例的转换功率的方法的流程图。参照图3a和图3b，PCSlO可以包括第一转换器100a、第二转换器100b、转换器控制器Iio和输出控制器40。第一转换器IOOa可以是升压转换器，其包括第一电感器L1、第一切换装置SW1、第一二极管Dl和第一电容器Cl。第二转换器IOOb也可以是升压转换器，其包括第二电感器L2、第二切换装置SW2、第二二极管D2和第二电容器C2。然而，转换器100的配置是示例，并且应该不限于此。转换器100可以具有各种配置。第一转换器IOOa和第二转换器IOOb分别接收来自第一直流功率源200a和第二直流功率源200b的直流功率。第一转换器IOOa和第二转换器IOOb被并联连接，而且第一转换器IOOa和第二转换器IOOb的输出级可以被连接到DC链路单元12。第一转换器IOOa和第二转换器IOOb可以是例如功率转换单元11和/或双向转换器14中所包括的转换器。根据第一切换装置SWl和第二切换装置SW2的切换操作来控制第一转换器IOOa和第二转换器IOOb的电压增加或减少的比率，并且作为结果，可以确定或调整输出电压的幅度。转换器控制器110生成第一切换信号SI和第二切换信号S2，并且通过使用第一切换信号SI和第二切换信号S2控制分别包括在第一转换器IOOa和第二转换器IOOb中的第一切换装置SWl和第二切换装置SW2的操作，来控制控制第一转换器IOOa和/或第二转换器IOOb的电压增加或减少的比率。第一输出电压Vl(它是来自第一转换器IOOa的输出电压)和第二输出电压V2 (它是来自第二转换器IOOb的输出电压)可以被施加到转换器控制器110。此外,代表第一参考电压Vrefl和第二参考电压Vref2的信号可以从输出控制器40被施加到转换器控制器110。输出控制器40计算第一转换器IOOa和第二转换器IOOb的功率输出，并通过比较所计算的功率输出来生成信号以便控制第一转换器IOOa和第二转换器100b。例如，参照图3b，输出控制器40可以包括电压测量单元41、电流测量单元42、功率计算单元43、功率比较单元44和控制信号生成单元45。电压测量单元41和电流测量单元42分别测量来自第一转换器IOOa和第二转换器IOOb的第一输出电压Vl和第二输出电压V2以及来自第一转换器IOOa和第二转换器IOOb的第一输出电流Il和第二输出电流12。电压测量单元41和电流测量单元42可以直接测量输出电压和输出电流。可替换地，例如，输出控制器40可以被配置以使得可以通过转换器控制器110或输出控制器40外部的附加装置来测量第一输出电压Vl和第二输出电压V2以及第一输出电流Il和第二输出电流12，然后可以将已测量的第一输出电压Vl和第二输出电压V2以及第一输出电流Il和第二输出电流12分别施加到输出控制器40。电压测量单元41和电流测量单元42将已测量的或者已施加的第一输出电压Vl和第二输出电压V2以及第一输出电流Il和第二输出电流12施加到功率计算单元43。功率计算单元43使用来自电压测量单元41和电流测量单元42的输出电压Vl和V2以及输出电流Il和12来计算功率输出。功率比较单元44接收来自功率计算单元43的第一转换器IOOa和第二转换器IOOb的功率输出的值，并比较接收到的功率输出。控制信号生成单元45接收来自功率比较单元44的功率输出的比较结果，并根据该比较结果生成用于控制转换器控制器110的控制信号。该控制信号可以是代表第一参考电压Vrefl和第二参考电压Verf2的信号，第一参考电压Vref I和第二参考电压Verf2分别被转换器控制器110用于控制第一转换器IOOa和第二转换器100b。如上所述，根据本发明的当前实施例的输出控制器40可以被包括在参照图1所述的集成控制器17中，或者可以是与图1中的集成控制器17分离的附加装置。诸如寄生电导或寄生电容的寄生阻抗元件可以存在于第一转换器IOOa和第二转换器IOOb的输出级之间的导线中。因此,虽然第一输出电压Vl和第二输出电压V2被不出为在图3a中的相同节点中被测量，但是这仅仅是为了便于说明。换句话说，第一输出电压Vl和第二输出电压V2可以具有不同的值，而且可以使用各种不同的方法来单独测量。下文中，现在将描述控制PCSlO中的转换器控制器110和输出控制器40的方法。参照图4，输出控制器40测量第一转换器IOOa和第二转换器IOOb的输出电压和输出电流(步骤10)。当第一转换器IOOa和第二转换器IOOb的输出电压和输出电流被分别测量时，输出控制器40通过将已测量的输出电压乘以已测量的输出电流来计算第一转换器IOOa和第二转换器IOOb的功率输出(步骤11)。当第一转换器IOOa和第二转换器IOOb的功率输出被分别计算时，输出控制器40比较已计算的功率输出(步骤12)。根据功率输出的比较结果，输出控制器40生成使转换器的功率输出基本同步的控制信号(步骤13)。用于对从转换器控制器110生成的控制信号SI和S2的波形进行控制的参考电压Vrefl和Vref2可以被用作控制信号。例如，作为比较结果，当第一转换器IOOa的功率输出大于第二转换器IOOb的功率输出时，第一参考电压Verfl的幅度可以被减小，以便减小第一转换器IOOa的功率输出。可替换地，第二参考电压Verf2的幅度可以被增加，以便增加第二转换器IOOb的功率输出。代表参考电压Verfl和Verf2的已生成的信号被施加到转换器控制器110，而且转换器控制器Iio根据已施加的参考电压Verfl和Verf2以及已测量的输出电压Vl和V2来生成用于分别控制第一切换装置SWl和第二切换装置SW2的控制信号SI和S2 (步骤14)。这里，控制信号SI和S2可以是用于控制第一切换装置SWl和第二切换装置SW2的占空比的脉冲宽度调制信号。转换器控制器110通过将已生成的信号SI和S2分别施加到第一切换装置SWl和第二切换装置SW2来控制第一转换器IOOa和第二转换器IOOb的操作(步骤15)。如上所述，在根据本发明的实施例的PCSlO中，通过将并联连接的多个控制器中的每一个控制为具有基本相同的功率输出，可以减少这些控制器之间的循环电流的生成。在当前的实施例中，在两个转换器IOOa和IOOb中描述了防止或减少循环电流的生成的方法。然而，本发明不限于此，即，本发明也可以被应用到两个以上的转换器被并联连接的情况。图5是示出根据本发明的另一个实施例的功率转换系统(PCS)IO的配置的一部分的示意性框图。参照图5，PCS10包括并联连接的多个转换子单元，诸如逆变器300。逆变器300接收来自直流功率源200的功率。逆变器300在将直流功率变换为交流功率之后输出功率，从而所提供的功率可以具有例如，电压、电流、相位和/或频率的预先设置的值。逆变器300的输出级被公共连接，而且输出到输出级的交流功率可以被提供给电网3或负载4。在这里，直流功率源200可以是从功率生成系统2或电池30输出的功率或者从其变换的功率。每个逆变器300还可以包括诸如逆变器控制器310的转换子单元控制器或者与诸如逆变器控制器310的转换子单元控制器相关联，转换子单元控制器控制所提供的功率的变换。逆变器控制器310例如通过包括在逆变器300中的切换装置的0N/0FF操作来控制已输出的功率使其成为与电网3的交流功率基本相同的交流功率。输出控制器40控制逆变器控制器310，从而逆变器控制器310可以控制每个逆变器300，以便防止或减少在逆变器300之间生成循环电流。输出控制器40测量或接收各种数据，例如，逆变器300的输出电压和/或输出电流或者已输出的交流电流的相位或频率，或者使用已测量的或已接收的输出电压和输出电流来计算逆变器300的功率输出。输出控制器40可以基于已计算的功率输出来将适当的控制信号(例如，代表参考电压的信号)施加到每个逆变器控制器310。控制信号可以是减少逆变器300的功率输出之间的差异的信号。在当前实施例中，描述了每个逆变器控制器310控制单一的逆变器300。然而，这只是示例，而且本发明的实施例不限于此。例如，转换单元可以被配置以使得多个逆变器控制器310被合并到单一 IC中来控制逆变器300。此外，与在先前的实施例中所讨论的类似，输出控制器40可以被包括在例如转换单元中，或者可替换地，输出控制器40可以被包括在如图1所述的集成控制器17中。现在将更详细地描述通过控制图5的逆变器300来防止生成循环电流的方法。图6a是示出图5的逆变器300和逆变器控制器310的示例的电路图，而且图6b是示出图5的输出控制器40的示例的示意性框图。图7是示出根据本发明的另一个实施例的逆变功率的方法的流程图。参照图6a和图6b，PCSlO可以包括第一逆变器300a、第二逆变器300b、第一逆变器控制器310a、第二逆变器控制器310b和输出控制器40。第一逆变器300a可以是全桥逆变器，其包括多个切换装置SW3-1至SW3-4，并且第一逆变器300a还可以包括滤波电路，其包括第三电感器L3和第三电容器C3。第二逆变器300b也可以是全桥逆变器，其包括多个开关装置SW4-1至SW4-4，并且第二逆变器300b还可以包括滤波电路，其包括第四电感器L4和第四电容器C4。然而，逆变器300的配置是示例，并且应该不限于此。逆变器300可以具有各种配置。例如，半桥逆变器、脉冲宽度调制(PWM)逆变器等可以被用作逆变器300。第一逆变器300a和第二逆变器300b分别接收来自第三直流功率源200c和第四直流功率源200d的直流功率。第三直流功率200c和第四直流功率源200d可以是，例如功率生成系统2或电池30。第一逆变器300a和第二逆变器300b可以被并联连接，而且第一逆变器300a和第二逆变器300b的输出级可以被连接到电网3或负载4。第一逆变器300a和第二逆变器300b可以是包括在双向转换器14中的逆变器。根据切换装置SW3-1至SW3-4以及SW4-1至SW4-4的切换操作，可以控制第一逆变器300a和第二逆变器300b的功率输出的输出电压、输出电流、相位和/或频率。第一逆变器控制器310a可以生成用于控制切换装置SW3-1至SW3-4的0N/0FF操作的控制信号S3-1至S3-4。第三输出电压V3 (它是从第一逆变器300a输出的电压)和第三输出电流13 (它是从第一逆变器300a输出的电流)可以被施加到第一逆变器控制器310a。此外，通过对电网3的功率和/或代表从输出控制器40发送的第三参考电压Verf3的信号进行整流所获得的整流电压Vrec可以被施加到第一逆变器控制器310a。第一逆变器控制器310a可以包括电压控制器和电流控制器。电压控制器可以生成使第三输出电压V3与第三参考电压Vref3同步的当前命令信号。电压控制器还可以通过执行比例积分控制来生成当前命令信号，该比例积分控制使用第三输出电压V3与第三参考电压Vref3之间的差值。电流控制器可以生成使第三输出电流13与电流参考信号同步的控制信号S3-1至S3-4。电流控制器可以通过执行比例积分控制来生成控制信号，该比例积分控制使用第三输出电流13与电流参考信号之间的差值。此时，电流参考信号可以通过将当前命令信号乘以整流电压Vrec来生成。与第一逆变器控制器310a类似，第二逆变器控制器310b可以生成用于控制切换装置SW4-1至SW4-4的0N/0FF操作的控制信号S4-1至S4-4。第四输出电压V4 (它是从第二逆变器300b输出的电压)、第四输出电流14 (它是从第二逆变器300b输出的电流)、整流电压Vrec、和/或代表从输出控制器40发送的第四参考电压Verf4的信号可以被施加到第二逆变器控制器310b。与第一逆变器300a类似，第二逆变器300b还可以包括电压控制器和/或电流控制器。对第二逆变器300b的电压控制器和/或电流控制器的操作的描述将不再重复。输出控制器40计算第一逆变器300a和第二逆变器300b的功率输出，并通过比较所计算的功率输出来生成用于控制第一逆变器300a和第二逆变器300b的信号。例如，参照图6b，输出控制器40可以包括电压测量单元41、电流测量单元42、功率计算单元43、功率比较单元44和控制信号生成单元45。电压测量单元41和电流测量单元42分别测量来自第一逆变器300a和第二逆变器300b的第三输出电压V3和第四输出电压V4及来自第一逆变器300a和第二逆变器300b的第三输出电流13和第四输出电流14。电压测量单元41和电流测量单元42可以直接测量输出电压和输出电流。可替换地，例如，输出控制器40可以被配置以使得可以通过逆变器控制器310或输出控制器40外部的附加装置来测量第三输出电压V3和第四输出电压V4以及第三输出电流13和第四输出电流14，然后可以将已测量的第三输出电压V3和第四输出电压V4以及第三输出电流13和第四输出电流14分别施加到输出控制器40。电压测量单元41和电流测量单元42将已测量的或者已施加的第三输出电压V3和第四输出电压V4以及第三输出电流13和第四输出电流14施加到功率计算单元43。功率计算单元43使用来自电压测量单元41和电流测量单元42的第三输出电压V3和第四输出电压V4以及第三输出电流13和第四输出电流14来计算功率输出。功率比较单元44接收来自功率计算单元43的第一逆变器300a和第二逆变器300b的功率输出的值，并比较接收到的功率输出。控制信号生成单元45接收来自功率比较单元44的功率输出的比较结果，并根据该比较结果生成用于控制第一逆变器控制器310a和第二逆变器控制器310b的控制信号。该控制信号可以是代表第三参考电压Vref3和第四参考电压Verf4的信号，第三参考电压Vref3和第四参考电压Verf4分别被第一逆变器控制器310a和第二逆变器控制器310b用于控制第一逆变器300a和第二逆变器300b。如上所述，根据本发明的当前实施例的输出控制器40可以被包括在参照图1所述的集成控制器17中，或者可以是与图1中的集成控制器17分离的附加装置。诸如寄生电导或寄生电容的寄生阻抗元件可以存在于第一逆变器300a和第二逆变器300b的输出级之间的导线中。因此，虽然第三输出电压V3和第四输出电压V4被示出为在图6a中的相同节点中被测量，但是这仅仅是为了便于说明。换句话说，第三输出电压V3和第四输出电压V4可以具有不同的值，而且可以使用各种不同的方法来单独测量。下文中，现在将描述控制PCSlO中的第一逆变器控制器310a和第二逆变器控制器310b以及输出控制器40的方法。参照图7，输出控制器40测量第一逆变器300a和第二逆变器300b的输出电压和输出电流(步骤20)。当第一逆变器300a和第二逆变器300b的输出电压和输出电流被分别测量时，输出控制器40通过将已测量的输出电压乘以已测量的输出电流来计算第一逆变器300a和第二逆变器300b的功率输出(步骤21)。当第一逆变器300a和第二逆变器300b的功率输出被分别计算时，输出控制器40比较已计算的功率输出(步骤22)。根据功率输出的比较结果，输出控制器40生成使逆变器的功率输出基本同步的控制信号(步骤23)。用于对从第一逆变器控制器310a和第二逆变器控制器310b生成的控制信号S3-1至S3-4和S4-1至S4-4的波形进行控制的第三参考电压Vref3和第四参考电压Vref4可以被用作控制信号。例如，作为比较结果，当第一逆变器300a的功率输出大于第二逆变器300b的功率输出时，第三参考电压Vref3的幅度可以被减小，以便减小第一逆变器300a的功率输出。可替换地，第四参考电压Vref4的幅度可以被增加，以便增加第二逆变器300b的功率输出。已生成的第三参考电压Vref3和第四参考电压Vref4被分别施加到第一逆变器控制器310a和第二逆变器控制器310b，而且第一逆变器控制器310a和第二逆变器控制器310b可以根据已施加的第三参考电压Vref3和第四参考电压Vref4、已测量的第三输出电压V3和第四输出电压V4、和/或第三输出电流13和第四输出电流14来生成用于分别控制切换装置Sff3-1至SW3-4和Sff4-1至SW4-4的控制信号S3-1至S3-4和S4-1至S4-4 (步骤24)。这里，控制信号S3-1至S3-4和S4-1至S4-4可以是用于控制切换装置SW3-1至SW3-4和SW4-1至SW4-4的占空比的脉冲宽度调制信号。第一逆变器控制器310a和第二逆变器控制器310b通过将已生成的信号S3_l至S3-4和S4-1至S4-4分别施加到切换装置SW3-1至SW3-4和SW4-1至SW4-4来控制第一逆变器300a和第二逆变器300b的操作(步骤25)。如上所述，根据本发明的另一个实施例的PCS10，通过将并联连接的多个逆变器中的每一个控制为具有基本相同的功率输出，可以减少多个逆变器之间的循环电流的生成。在当前的实施例中，对输出功率的幅度进行比较。然而，这只是示例，因此，本领域技术人员将理解的是，可以做出各种配置以便通过比较除了功率输出的幅度以外的各种参数(诸如相位或频率)来使功率输出同步。在当前的实施例中，在两个逆变器300a和300b中描述了防止或减少循环电流的生成的方法。然而，本发明不限于此，即，本发明也可以被应用到两个以上的逆变器被并联连接的情况。图8是示出根据本发明的实施例的连接多个能量存储系统I的配置的示意性框图。图8示出了作为图5至图7的实施例的扩展情况的、多个能量存储系统I被连接到单一负载4的情况。在当前实施例的情况下，每个能量存储系统I都可以包括用于将功率提供给负载4的双向逆变器13。因此，包括在每个能量存储系统I中的双向逆变器13都可以相对于负载4并联连接，而且由于从每个能量存储系统I输出到负载4的功率之间的参数不同，因此可以在能量存储系统I之间生成循环电流。然而，在当前实施例中，可以防止或者减少在能量存储系统I之间生成循环电流。参照图8，根据当前实施例的示出功率变换的方法的配置可以包括负载4、并联连接的多个能量存储系统I和主控制器50。每个能量存储系统I可以单独或共同连接到功率生成系统2。此外，每个能量存储系统I可以接收来自电网3的功率。每个能量存储系统I可以通过输出控制器40测量双向逆变器13的功率输出的各种参数的值，并且可以将已测量的参数的值施加到主控制器50。主控制器50控制包括在每个能量存储系统I中的输出控制器40以便控制能量存储系统I不生成循环电流或者减少循环电流的出现。主控制器50使用从输出控制器40接收的功率输出的各种参数来计算每个功率输出。主控制器50基于所计算的输出功率将适当的控制信号施加给输出控制器40。在主控制器50中计算功率和控制输出控制器40的方法，以及通过控制与输出控制器40相对应的双向逆变器13来使功率输出基本同步的方法可以与以上参照图5至图7的描述基本相同，因此类似的描述将不再重复。图9是示出根据本发明的另一个实施例的连接多个能量存储系统I的配置的示意性框图。参照图9，在当前实施例中，图8的主控制器50的功能可以被包括在能量存储系统I之一中的输出控制器40之一中。因此，每个输出控制器40可以测量相应功率输出的各种参数的值，而且可以将已测量的参数的值施加给执行主控制器50的功能的输出控制器40。另外，执行主控制器50的功能的输出控制器40可以基于接收到的值来计算每个功率输出，并且可以生成用于控制每个输出控制器40的控制信号。根据当前实施例的输出控制器40的操作与图8的主控制器50和输出控制器40的操作基本相同，因此，它们的描述将不再重复。如上所述，当多个能量存储系统I并联连接到负载4时，从每个能量存储系统I输出的输出功率可以通过主控制器50或执行这样的主控制器50的功能的输出控制器40被控制，从而使所述输出功率基本同步。因此，可以减少在能量存储系统I之间生成循环电流。应该理解的是，这里描述的示范性实施例应该被视为仅出于描述性意义，而不是为了限制。每个实施例内的特征或方面的描述应该被认为可用于其他实施例中的其他类似特征或方面。还应该理解的是，本发明旨在覆盖包括在所附权利要求及其等同的精神和范围内的各种修改和等同布置。
权利要求
1.一种用于能量存储系统的功率转换系统，该功率转换系统包括: 至少两个转换单元，其被分别配置为耦合到一个或多个功率源或负载；以及 至少一个输出控制器，其被配置为生成至少一个参考电压以便控制所述至少两个转换单元中的至少一个转换单元， 其中，所述至少两个转换单元中的至少一个转换单元包括: 多个转换子单元，其具有耦合到功率源中的至少一个的输入以及彼此耦合的输出；以及 至少一个转换子单元控制器，其被配置以将所述多个转换子单元的输出电压调整为与至少一个参考电压相对应的、基本相同的电压， 其中，至少一个参考电压对应于所述多个转换子单元的输出电压和输出电流。
2.如权利要求1所述的功率转换系统，还包括: 直流电流(DC)链路单元，其耦合到所述至少两个转换单元；以及至少一个开关，其在与DC链路单元相对的一侧耦合到所述至少两个转换单元中的一个转换单元。
3.如权利要求1所述的功率转换系统，其中，所述至少一个输出控制器包括: 功率计算单元，用于计 算与输出电压和输出电流相对应的、所述多个转换子单元的各自的功率输出； 功率比较单元，用于比较已计算的功率输出；以及 控制信号生成单元，用于生成与已计算的功率输出的比较相对应的至少一个参考电压。
4.如权利要求3所述的功率转换系统，其中，所述至少一个输出控制器还包括: 电压测量单元，用于测量所述多个转换子单元的输出电压；以及 电流测量单元，用于测量所述多个转换子单元的输出电流。
5.如权利要求1所述的功率转换系统，其中，所述至少两个转换单元中的至少一个转换单元被配置为耦合到功率源当中的至少一个直流功率源，以及 其中，所述多个转换子单元包括多个转换器，其被配置为执行DC-DC转换以便将来自所述至少一个直流功率源的输入电压电平转换为基本为第一电压电平。
6.如权利要求5所述的功率转换系统，其中，所述至少一个直流功率源包括功率生成系统。
7.如权利要求5所述的功率转换系统，其中，所述至少一个直流功率源包括电池。
8.如权利要求7所述的功率转换系统，其中，所述多个转换器中的至少一个转换器还被配置为执行DC-DC转换以便将具有第一电压电平的输入转换为将被输出到电池的、具有第二电压电平的输出。
9.如权利要求5所述的功率转换系统，其中，所述多个转换器中的每一个包括电感器、切换装置、二极管和电容器，而且其中，所述至少一个转换子单元控制器被配置为通过控制所述多个转换器中的每一个的切换装置的操作来调整与至少一个参考电压相对应的、所述多个转换器中的每一个的输出电压。
10.如权利要求1所述的功率转换系统，其中，所述至少两个转换单元中的至少一个转换单元被配置为耦合到一个或多个负载，所述一个或多个负载被配置为接收交流电流，而且其中，所述多个转换子单元包括多个逆变器，所述多个逆变器被配置为将来自功率源中的至少一个的直流电流转换为将被输出到所述一个或多个负载的交流电流。
11.如权利要求10所述的功率转换系统，其中，来自功率源中的至少一个的直流电流被配置为通过DC链路单元被提供给所述至少两个转换单元中的至少一个转换单元。
12.如权利要求10所述的功率转换系统，其中，所述一个或多个负载被配置为以第一交流功率操作，其中所述至少一个转换子单元控制器被配置为控制所述多个逆变器以便将直流电流转换为各自的交流电流，而且调整与第一交流功率相对应的各自交流电流的电压电平、电流电平、频率或相位中的至少一个。
13.如权利要求12所述的功率转换系统，其中，所述至少一个转换子单元控制器被配置为控制所述多个逆变器以便调整与所述至少一个参考电压和整流电压相对应的交流电流。
14.如权利要求13所述的功率转换系统，其中，所述一个或多个负载包括功率电网，而且其中，所述至少两个转换单元中的至少一个转换单元还包括整流电路，其被配置为将来自功率电网的交流电流转换为将被输出到功率源中的至少一个功率源的直流电流。
15.如权利要求10所述的功率转换系统，其中，所述多个逆变器中的每一个包括至少四个切换装置以及包括电感器和电容器的滤波电路，而且其中，所述至少一个转换子单元控制器被配置为通过控制所述多个逆变器中的每一个的所述至少四个切换装置中的至少一个切换装置的操作来调整与所述至少一个参考电压相对应的、所述多个逆变器中的每一个的交流电流。
16.—种功率系统,包括: 多个能量存储系统，每个能量存储系统包括如权利要求10所述的各自的功率转换系统，其中，所述多个能量存储系统被配置为耦合到一个或多个功率生成系统，而且耦合到功率电网或其他负 载中的至少一个；以及 主控制器，其被耦合到能量存储系统，用于生成与所述多个能量存储系统中的每一个的输出值和/或参数相对应的控制信号； 其中，所述多个能量存储系统中的每一个的至少一个输出控制器被配置为控制与控制信号相对应的所述多个能量存储系统中的每一个的输出值和/或参数。
17.如权利要求16所述的功率系统,其中，所述多个能量存储系统之一的至少一个输出控制器包括主控制器。
18.一种用于控制功率转换系统的转换单元的方法，该功率转换系统包括:多个转换子单元，其具有耦合到一个或多个功率源的输入和彼此耦合的输出；输出控制器；以及至少一个转换子单元控制器，该方法包括: 测量所述多个转换子单元的输出电压和输出电流； 计算与输出电压和输出电流相对应的所述多个转换子单兀的各自的功率输出； 比较已计算的功率输出； 生成与已计算的功率输出的比较相对应的至少一个参考电压； 生成与至少一个参考电压相对应的控制信号；以及 控制与控制信号相对应的所述多个转换子单元。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述多个转换子单元包括多个转换器，其被配置为将来自一个或多个功率源的第一直流电流转换为将被输出到DC链路单元的第二直流电流。
20.如权利要求18所述的方法，其中，所述多个转换子单元包括多个逆变器，其被配置为将来自一个或多个功率源的直流电流转换为将被输出到一个或多个负载的交流电流。
全文摘要
用于能量存储系统的功率转换系统包括至少两个转换单元，其被分别配置为耦合到一个或多个功率源或负载；以及至少一个输出控制器，其被配置为生成至少一个参考电压以便控制所述至少两个转换单元中的至少一个转换单元，其中，所述至少两个转换单元中的至少一个转换单元包括多个转换子单元，其具有耦合到功率源中的至少一个的输入以及彼此耦合的输出；以及至少一个转换子单元控制器，其被配置以将所述多个转换子单元的输出电压调整为与至少一个参考电压相对应的、基本相同的电压，其中，至少一个参考电压对应于所述多个转换子单元的输出电压和输出电流。
文档编号H02M3/155GK103155335SQ201080069376
公开日2013年6月12日 申请日期2010年10月28日 优先权日2010年10月1日
发明者李郁泳 申请人:三星Sdi株式会社