CN102237826A - 用于光伏系统的功率追踪方法、光伏系统和电力转换系统 - Google Patents

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Abstract

一种电力转换系统，其包括若干个光伏阵列、若干个逆变器、变压器以及处理器。处理器被构造为控制所述若干个逆变器并运行电力转换系统，以便通过所述若干个光伏阵列、所述若干个逆变器以及变压器提供最大的电力转换效率，并使来自所述若干个光伏阵列的功率输出最大化。

Description

用于光伏系统的功率追踪方法、光伏系统和电力转换系统
技术领域
所公开的构思一般涉及对来自光伏(PV)阵列的能量进行转换，特别涉及用于PV系统的电力转换系统。本发明进一步涉及用于PV系统的能量转换方法。本发明也涉及PV系统。 
背景技术
光伏(PV)阵列典型地以多个光伏模块的串联/并联布置进行配置。传统的做法是确保在最坏情况的条件下，光伏模块串产生的直流(DC)电压不超过PV模块的绝缘额定值。例如，National Electric Code(NEC)要求这个电压低于600VDC。 
示例性PV阵列/逆变器系统2如图1所示。两个示例性光伏阵列4、6各自由在对应的PV阵列电气连接至逆变器12之前并联电气连接的光伏模块10的多个串8组成。 
例如，PV模块对于一太阳能辐射等级的电力输出取决于PV模块的温度、PV模块表面的条件、PV模块的老化(age)以及PV模块的技术。然而，PV阵列的直流电压(伏特数)14、PV阵列的直流电流(安培数)16和PV阵列的直流功率输出(瓦特数)18关于100％太阳能辐射(即“日照”)20的一般特性如图2所示。还示出了阵列输出电流vs.阵列输出电压的曲线22。 
再度参见附图1，例如，来自PV阵列4、6的直流电力在例如注入市电网24之前被电力转换器(例如，逆变器12)转换成交流(AC)电力。优选为，电力转换器12确保来自PV阵列4、6的直流功率最大化。来自 PV阵列4、6的能量最大化是通过基于太阳辐射和PV模块10的温度不断变化工作点(operating point)进行的。然而，存在多种从直流电力到交流电力的转换效率。例如，电力转换可由多于一个的电力转换器(图中未示出)完成。当使用多于一个的电力转换器时，效率取决于多个电力转换器的工作点。此外，连接至每个电力转换器的次级阵列可具有对于最大功率的不同的次级阵列工作电压。 
在这个电力转换过程中，位于逆变器12和市电网24之间的变压器26存在额外的低效率。如图3中所示，逆变器12和变压器26的示例性效率曲线28、30具有凸形特性。逆变器的效率主要取决于直流输入电压、逆变器开关频率和工作电流。变压器26的效率取决于设计和工作点。 
用于PV系统的电力转换系统存在改进的空间。 
用于PV系统的电力转换方法也存在改进的空间。 
PV系统的改进存在进一步的空间。 
发明内容
由于太阳能模块及其安装的成本相对较高，为了获得太阳能PV电力转换的经济可行性，从光伏(PV)阵列、逆变器和变压器中提取最大能量是非常重要的。 
在一天之中，随着阳光条件和PV模块温度的变化，让PV阵列、逆变器和变压器以其相应的最大效率工作非常重要。当逆变器并非处于其峰值效率时，变压器的效率对于设计是固定的，且变压器的效率特性被选择为具有100％附近的最高效率。 
两个或多于两个的逆变器可被运行为单独地使PV阵列输出最大化。基于输出交流电力，可以有利地选择逆变器的数量和独立的PV阵列的数量。 
当能量存储可用时，除了能量转换效率外，该系统可以从经济学的角度进行最优化。 
这些以及其他需求由所公开构思的实施例实现，除使来自PV阵列的 输出最大化外，实施例还通过以最大转换效率运行PV系统(例如，不限于，PV阵列，对应的能量转换器和单个变压器)来使注入市电网和/或负载的能量最大化。 
按照所公开构思的一方面，一种功率追踪(power tracking)方法用于包含若干个光伏阵列、若干个逆变器以及变压器的光伏系统。该方法包括：运行包含所述若干个光伏阵列、所述若干个逆变器以及变压器的光伏系统，以便由之提供最大的电力转换效率；使来自所述若干个光伏阵列的功率输出最大化。 
该方法可以进一步包括，将复数个光伏阵列用作所述若干个光伏阵列，并将所述复数个光伏阵列的输出并联。 
该方法可以进一步包括，将复数个光伏阵列用作所述若干个光伏阵列；将复数个逆变器用作所述若干个逆变器；对于所述复数个光伏阵列中的每一个，从所述复数个光伏阵列中的对应一个向所述复数个逆变器中的对应一个供电；在峰值能量产生或大约为峰值能量产生的过程中，使所述复数个光伏阵列中的每一个工作在对应的独立最大功率点。 
该方法可以进一步包括，确定市电网的能量和功率，确定所述若干个逆变器以及变压器上的加载(loading)，并使系统工作在最优压力水平(stress levels)。 
该方法可以进一步包括，将两个光伏阵列用作所述复数个光伏阵列，将两个逆变器用作所述复数个逆变器，在初始时，将两个光伏阵列的输出并联并由并联输出向两个逆变器中的一个供电，确定来自两个逆变器中的所述一个的功率输出何时超过预定功率百分比，作为响应地由两个光伏阵列中的一个向两个逆变器中的所述一个供电，并由两个光伏阵列中的另一个向两个逆变器中的另一个供电，使两个逆变器中的所述一个工作在两个光伏阵列中的所述一个的最大功率点，使两个逆变器中的所述另一个工作在两个光伏阵列中的所述另一个的最大功率点。 
该方法可以进一步包括，确定来自两个逆变器二者的功率输出何时下降到低于预定功率百分比；在预定时间间隔内，确定两个逆变器中的所述 一个何时已经运行长于预定时间，作为响应地禁用两个逆变器中的所述一个、将两个光伏阵列的输出并联并该并联输出向两个逆变器中的另一个供电。 
作为所公开构思的另一方面，一种光伏系统包括：能量存储装置；光伏阵列；转换器，其包括被构造为从能量存储装置输入电力或向能量存储装置输出电力的第一输入/输出以及被构造为输入电力或输出电力的第二输入/输出；逆变器，其包括被构造为从光伏阵列输入电力的输入以及被构造为输出电力的输出；变压器，其具有电气连接到逆变器的输出以及转换器的第二输入/输出的原方(primary)以及电气连接到本地负载和市电网中的至少一个的副方(secondary)。 
转换器的第一输入/输出可从能量存储装置输入电力，转换器的第二输入/输出可输出电力，本地负载可由转换器和逆变器两者通过变压器供电。 
转换器可以被构造为作为电压源运行，并使用来自能量存储装置的可用电力设置本地负载的频率和电压。 
转换器的第一输入/输出可将电力输出到能量存储装置，转换器的第二输入/输出可输入电力，本地负载可由逆变器通过变压器供电。 
转换器可以是构造为对能量存储装置进行充电的有源整流器。 
有源整流器的第二输入/输出可由市电网通过变压器供电。 
转换器的所述第一输入/输出可将电力输出到能量存储装置，转换器的第二输入/输出可从逆变器的输出输入电力。 
本地负载或市电网可都不被供电，转换器的第二输入/输出可直接地从逆变器的输出输入电力。 
变压器的副方可以仅电气连接到本地负载，转换器的第一输入/输出可由能量存储装置输入电力，转换器的第二输入/输出可输出电力，本地负载可由转换器和逆变器两者通过变压器供电。 
转换器可以被构造为作为电压源运行，并设置本地负载的频率和电压，逆变器可被构造为追踪本地负载的频率和电压。 
作为所公开构思的另一方面，电力转换系统包括：若干个光伏阵列； 若干个逆变器；变压器；处理器，该处理器被构造为，控制所述若干个逆变器，操作电力转换系统，以通过所述若干个光伏阵列、所述若干个逆变器以及变压器提供电力转换的最大效率，并使来自所述若干个光伏阵列的功率输出最大化。 
所述若干个光伏阵列可以是各自具有输出的两个光伏阵列，所述若干个逆变器可以是两个逆变器，处理器可以被构造为有选择地使得：(a)逆变器中的对应一个由两个光伏阵列中的对应一个供电；或(b)两个光伏阵列的输出并联电气连接，两个逆变器中的一个由并联输出供电。 
附图说明
结合附图阅读下面对优选实施例的介绍，将会获得对所公开构思的完整理解，在附图中： 
图1是光伏(PV)阵列/逆变器系统的框图； 
图2是对于100％太阳辐射(即“日照”)的PV阵列电压、电流和功率输出的曲线图； 
图3是对于变压器和逆变器的效率vs.负载百分比的曲线图； 
图4是依照所公开构思的实施例的电力转换系统的框图； 
图5是太阳辐射、一天当中的时间和逆变器系统容量的曲线图，其示出了图4的电力转换系统的太阳能容量利用率的季节性变化； 
图6是包括系统控制的图4的电力转换系统的原理图形式的框图； 
图7是图4的电力转换系统、变压器和逆变器的效率vs.负载百分比的曲线图； 
图8是由图4的系统控制器执行的程序的流程图； 
图9是图4的电力转换系统对于两个不同太阳辐射水平的PV阵列输出电力和PV阵列输出电压的曲线图； 
图10是图4的电力转换系统的逆变器故障周期数vs.散热器温度变化的曲线图； 
图11A-11E是根据所公开构思的其他实施例包含显示出改进PV阵列 能量输出的不同运行的能量存储装置的框图； 
图12是图11A的系统控制器执行的程序的流程图。 
具体实施方式
如这里所使用的，术语“若干个”表示一个或大于一个的整数个(即，复数个)。 
如这里所使用的，术语“处理器”表示能够存储、检索以及处理数据的可编程模拟和/或数字装置；计算机；工作站；个人电脑；微处理器；微控制器；微电脑；中央处理单元；主计算机；微型计算机；服务器；网络处理器；控制器；系统控制器；可编程逻辑控制器；或任何合适的处理装置或设备。 
如这里所使用的，术语“逆变器”表示将电能从直流形式转换成交流形式的设备或装置。 
如这里所使用的，术语“转换器”表示这样的装置或设备：其在第一方向上将电能从直流形式转换成交流形式(例如但不限于，作为由直流能量存储装置供电的逆变器)，和/或在相反的第二方向上将电能从交流形式转换成直流形式(例如但不限于，作为有源整流器或其他整流器，以对直流能量存储装置进行充电)。 
参见图4，多逆变器电力转换系统50中的不同的能量转换效率在三角形40、42、44、46、48中示出。在每一个三角形中，存在最大功率的工作点。基于可用电力，电力转换系统50可被重新配置以获得最佳转换效率。此电力转换系统50的替代性配置可为具有对于两个示例性逆变器52、54的单独的变压器(未示出)，但一个变压器70比两个变压器具有相对更高的效率。 
示例性电力转换系统50包括三种不同的示例性运行模式：(1)两个示例性逆变器52、54中的每一个分别工作在电气连接于其上的对应PV阵列56、58的最大功率点；(2)第一逆变器52仅在两个PV阵列56、58电气连接到该逆变器的情况下工作；(3)第二逆变器54仅在两个PV阵 列52、54电气连接到该逆变器的情况下工作。 
示例性电力转换系统50包括两个逆变器52、54和分别连接到两个逆变器52、54的两个PV阵列56、58(例如但不限于，具有不同的尺寸)。当组合PV阵列的输出低于一个逆变器的容量时，仅一个逆变器52或54工作。于是，此逆变器使得来自组合PV阵列56、58的功率输出最大化。当组合PV阵列的输出大于一个逆变器52或54的容量时，PV阵列56、58在两个相应的逆变器52、54之间被分摊。于是，两个逆变器52、54使相应的PV阵列56、58工作在其相应的峰值功率输出。优选地，通过每次在断开或连接PV阵列之前调整PV阵列电压，两个逆变器52、54在两个PV阵列56、58之间平滑地转换(transition)。将会明了，尽管仅示出了两个示例性逆变器，此系统或其他电力转换系统可在多于两个逆变器的情况下工作。 
在第二工作模式中，处理器——例如系统控制器60(例如但不限于可编程逻辑控制器(PLC))(图6)——与两个逆变器52、54以及功率表62(图6)通信(例如但不限于使用合适的通信信道或网络；Modbus；RS-485)。例如，每天，第一逆变器52在早上唤醒(wake up)，电气连接到市电网64并在接触器K266闭合的情况下(即两个PV阵列56、58的输出都被电气连接)将电力输出至市电网。 
随着一天时间的变化，电力输出增加，第一逆变器52、其滤波器68以及变压器70的损耗增加。当第一逆变器52的输出如功率表62所测量那样达到合适的预定功率百分比(例如但不限于大约80％；任意合适的百分比)时，第一逆变器52中的损耗将超过在两个逆变器52、54均工作的条件下的损耗。系统控制器60使用该预定功率百分比来接通第二逆变器54并断开接触器K266(如图中所示)。这是第一工作模式，其中，两个逆变器52、54工作并分担其相应的PV阵列56、58的PV阵列能量。第一逆变器52工作在PV阵列56的最大功率点，第二逆变器54工作在PV阵列58的最大功率点。两个逆变器52、54合起来具有比单独工作的一个逆变器52或54相对更高的能量和功率效率。在阴天时，仅有一个逆变器52 或54可完全工作，由此与两个逆变器52、54一起工作或使用一个相对较大的逆变器(未示出)相比节省可观的损耗，因此增大来自PV阵列56、58的能量输出。 
下面，结合图8来讨论逆变器52、54使用的使来自其相应的PV阵列56、58的能量最大化的控制。当总功率百分比下降到合适的预定功率百分比(例如但不限于大约80％；任意合适的百分比)以下时，以及当例如第一逆变器52已经工作超过一天的预定时间(例如但不限于4小时；任意合适的时间)时，第一逆变器52关闭并且接触器K266闭合，使得第二逆变器54取得两个PV阵列56、58的全部输出。此第三工作模式确保两个逆变器52、54的工作小时数相同或大致相同。
如将要结合图7和图8讨论的那样，电力转换系统50操作示例性PV阵列56与58、示例性逆变器52与54以及示例性变压器70，以便从之提供能量转换的最大效率。例如，参见图7的对于到图4的市电网64或本地负载(未示出)的希望百分比功率输出的第二系统曲线图92的峰值。 
图5示出了在使用“追踪”(不要与功率点追踪混淆)PV阵列——例如图4的示例性PV阵列56、58——的位置处太阳辐射的示例性典型日变化曲线图72、74。例如，这样的追踪PV阵列可以使用两个轴或三个轴(未示出)，这些轴追踪太阳并保持PV模块(未示出，但是可以参见图1的PV模块10)与入射太阳辐射相垂直。固定的PV阵列(例如，相对于太阳具有固定的角度)(未示出)不追踪一天中太阳的运动，并具有与PV阵列56、58的相比稍窄的曲线。在示例性夏日曲线72和示例性冬日曲线74之间还存在季节变化。当然，在一天中的晴好时段内，逆变器52、54不工作在满容量状态，因此，存在采用如下面结合图8讨论的合适的程序来选择最佳配置的可能。例如但不限于，为了提供相对更高的能量输出并平衡逆变器52、54的使用率，在正午之前的若干小时以及正午之后的若干小时内可以将PV阵列56、58的输出并联。 
包括合适的系统控制架构的电力转换系统76在图6示出。由系统控制器60控制的两个示例性逆变器控制器78、80以电网并联模式(grid parallel mode)(例如，由IEEE 1547和UL 1741限定)操作两个示例性逆变器52、54。在对应的逆变器52或54的输出处进入对应的变压器70(图6中仅示出一个变压器)的输出功率由系统控制器60控制。电气连接在市电网64处的功率表62适宜地测量进入市电网的三相功率。系统控制器60还控制进入两个相应的逆变器52、54的DC总线82、84的并联。基于逆变器52、54的功率输出和效率曲线，系统控制器60决定是否两个逆变器52、54独立工作，或者，是否两个逆变器52、54中的仅仅一个工作。当两个逆变器52、54正在传送来自两个分立的PV阵列56、58的电离时，系统控制器60控制两个逆变器的输出。然后，单独的逆变器控制器78、80调整对应的PV阵列56、58上的DC电压。 
当必要时，两个DC总线82、84之间的接触器K266闭合或断开；在此过程中，系统控制器60协调从一个逆变器52至另一逆变器54的电力传输。 
图7包括对于图4中相应的变压器70、两个逆变器52与54中的一个以及系统50的效率(％)vs.功率输出(负载)百分比的曲线图86、88、90。在两个逆变器52、54的正常工作一直运行的情况下的系统效率由系统曲线图90示出。在两个逆变器52、54中的一个对于50％功率运行的情况下的改进的系统效率由第二系统曲线图92示出。可以容易的看到，如果两个逆变器52、54如将要结合图8讨论的那样以可选择的方式工作，效率能够在多种功率输出百分比下较高。 
图8是由图4的系统控制器60执行的程序100的流程图，其包括最大功率点追踪(MPPT)。图6中的逆变器控制器78、80测量相应的PV阵列56、58的DC电压并报告给系统控制器60。首先，在102处，程序100判断在接触器K266闭合的情况下DC总线82、84的DC电压是否高于合适的唤醒电压(例如但不限于，400VDC)。如果是，那么在104处，判断市电网64的电压和频率是否在希望的限制值的范围内。如果102或104任一处的判断结果为否，那么在106处进入休眠状态。然后，在合适的时间后，重复步骤102。否则，如果市电网的电压和频率在希望的限制值的 范围内，那么，在108处，系统控制器60控制逆变器控制器78、80中的一个，以便使相应的逆变器52，54中的一个开始开关以激励变压器70。 
下一步，在110处，判断两个逆变器52、54二者(例如但不限于，如由系统控制器60从逆变器控制器78、80合并的)的系统输出功率是否大于预定功率值(例如但不限于，No load pwr＝600W)。若为否，那么在106处进入休眠模式。另一方面，如果逆变器功率大于预定功率值，那么在112处，判断PV电压(在接触器K266闭合的情况下DC总线82、84的DC电压)是否高于预定值(例如但不限于，Min Vdc＝400VDC)。若为否，那么在106处进入休眠模式。否则，如果PV直流电压大于该预定值，那么在114处，系统控制器60控制逆变器控制器78、80，以便使相应的逆变器52、54与市电网64同步并接着使接触器K167闭合。 
114之后，在116处，系统控制器60控制两个逆变器控制器78、80中的一个，以启动相应的逆变器52、54中的一个上的直流MPPT。在程序100的这个阶段，仅逆变器控制器78启动直流MPPT。接下来，在118处，根据功率表62判断流入市电网64的功率是否大于一预定值(例如但不限于，Min Pwr＝200W)。若为否，那么在106处进入休眠模式。另一方面，如果流入市电网64的功率大于该预定值，那么在120处，根据功率表62判断流入市电网64的功率是否大于一预定值(例如但不限于，80％；Max Pwr＝110kW或逆变器52、54额定值的85％；Max Pwr＝100kW或逆变器52、54额定值的80％；任意合适的值)。若为是，那么在122处，接触器K266断开，接触器K1-271闭合，系统控制器60控制两个逆变器控制器78、80来启动两个相应的逆变器52、54上的直流MPPT。为了提供更好的能量效率，在峰值能量产生或者大约为峰值能量产生的时间段期间，其在对应的独立最大功率点处运行每个PV阵列56、58。 
接下来，在124处，根据功率表62判断进入市电网64的功率是否小于预定值(例如但不限于，80％；Max Pwr；超出对于一个逆变器52、54的200％的80％(80％out of 200％for one inverter 52，54)；任意合适的值)。若为否，那么在126处，监测两个逆变器52、54的DC输出功率(例 如，使用功率表62或通过在系统控制器60中合并输出)，在这之后，在128处，在两个逆变器52、54上均启动交流MPPT。系统控制器60采用组合逆变器和变压器系统的效率曲线进行预编程，以便选择用于工作的最大效率点。为了工作在希望的工作点，逆变器52、54基于组合系统效率来设置将要满足的功率限制值。系统控制器60可以对来自功率表62的交流功率输出进行积分以确定输出能量，或者，功率表62可以有利地提供功率值和能量值二者。转而，此信息可由系统控制器使用以确定逆变器52、54和变压器70的加载(例如，功率百分比)。 
接下来，在130处，判断(例如，逆变器的输出是否下降到低于功率限制值)AC功率是否小于一预定值(例如，Max Pwr)。若为否，则重复步骤126。否则，在132处，接触器K266闭合，两个逆变器52、54中的一个取决于每个逆变器52、54的运行时间而停止，以进入第三工作模式，这确保了两个逆变器52、54的工作小时数相同或大致相同。例如但不限于，步骤132可在预定的时间间隔(例如但不限于，一天；任意合适的时间)内判断两个逆变器52、54中的一个何时运行长于一预定时间(例如但不限于，4小时；任意合适的时间)。这以最佳压力水平运行图6中的电力转换系统76，从而增长逆变器52、54的寿命。例如，通过每天运行交替的逆变器52或54，逆变器散热器温度的变化(参见附图10)被降低。在132之后，执行步骤116以启动两个逆变器52、54中正在运行的一个上的直流MPPT。 
图9示出两个不同太阳辐射水平(例如，分别是100％辐射和80％辐射)下的PV阵列输出功率vs.PV阵列输出电压的曲线图140、142，其包括图4和6中的逆变器系统50、76的有效直流输出电压工作范围。利用这个信息，系统控制器60可以确定给定太阳辐射水平下的最优PV阵列电压，从而对于特定太阳辐射使PV阵列56、58工作在最大功率输出处。随着PV阵列56、58的老化，相同电压下的功率输出将会降低。本方法并不是寻求绝对功率值，而是寻找获得最大功率。 
另一个要考虑的是一天中PV阵列56、58的控制。当PV阵列的输出 从点A 144变化至点B 146时，逆变器52或54将电压设置为Vpv B并存储对应PV阵列的电压和电流。在一合适的时间延迟后，逆变器52或54寻找电流的变化并判断电流是增大还是减小。接下来，使用市电网64中的正序电压来判断电网电压是增加还是减小。基于电流变化的符号和电网电压变化的符号，逆变器电压设置点148(如图9中虚线所示)关于图9向右或向左移动。这种控制确保来自PV阵列56或58的可用功率的追踪，并为逆变器52或54以及PV阵列56或58提供稳定的工作电压。在每个间隔之后，保存来自组合的两个逆变器52、54的输出功率。该输出功率信息被用来判断两个示例性逆变器52、54中的几个将要运行。当连接到两个逆变器52、54的两个阵列电压被控制在其相应的Vmp(最大功率时的电压)时，由于PV阵列56、58的变化，效率可以更高。当PV阵列56、58被分立地控制(这一点通过断开图6中的接触器K266实现)时，系统控制器60可具有学习能力或用户选择的功率水平。这是因为可存在PV阵列与PV阵列的差异(例如但不限于，高达大约3％，其可被称作为不匹配因素)以及变压器与变压器的差异。 
这可与其他操作系统部件——如变压器和逆变器——在它们的最大功率点(参见图4中的三角形40、42、44、46、48)上相结合。接触器K266的断开可以由如之前描述的系统控制器60中的学习算法来确定。 
图10示出了逆变器的典型寿命(例如，故障周期数)vs.温度变化的曲线图150、152、154。由于使用两个逆变器52、54的所公开方法轮流循环(rotate)在早上启动的一个逆变器(例如但不限于，逆变器52)，两个逆变器52、54的温度变化减少了一半。在当天稍后启动的第二逆变器(例如但不限于，逆变器54)不会出现相同的温度变化，因为外壳(未示出)在早上的时间段内已经被加热了。 
参照图11A-11E，两个其它的示例性电力转换系统160(图11A-11D)和162(图11E)包括电气连接到第一转换器166的能量存储装置——例如示例性的存储电池164——和电气连接到第二逆变器170的PV阵列176。 
图12示出了图11A中的系统控制器174执行的程序172。通过与转换 器166一起使用能量存储装置164以及与逆变器170一起使用PV阵列176，PV能量管理不同于图4中的电力转换系统50的PV能量管理。运行逆变器170以使来自PV阵列176的功率最大化，转换器166对于能量存储装置164管理能量。可以确信的是，使用能量存储装置、PV阵列以及多逆变器和/或转换器的系统是新颖的和非显而易见的。 
参照图11A，包括PV阵列176和能量存储装置164的示例性逆变器/转换器电力转换系统160电气连接到本地负载178以及示例性的市电网180。在这个电力转换系统160中，转换器166电气连接到能量存储装置164(例如但不限于，电池；电气双层电容器；法拉电容器(super-capacitor)；电化学双层电容器(EDLC)；超级电容器(ultra-capacitor))，逆变器170电气连接到PV阵列176。在这种模式下，逆变器170通过连续地调整PV阵列的输出电压来提供对应PV阵列176的最大功率点追踪，以便从其中接收最大的功率。控制器182与184、功率表186、滤波器188与190以及变压器192以与图6中相应的控制器78与80、功率表62、滤波器68与69以及变压器70类似的方式运行。 
转换器166具有被构造为从能量存储装置164输入电力或向其输出电力的第一输入/输出165以及被构造为输入或输出电力的第二输入/输出167。逆变器170具有被构造为从PV阵列176输入电力的输入169和被构造为输出电力的输出171。变压器192包括原方191以及副方193，原方191通过滤波器190电气连接到逆变器输出171并通过滤波器188电气连接到转换器的第二输入/输出167，副方193电气连接到本地负载178和市电网180中的至少一个。 
在图11B中，在连接到市电网180的同时，本地负载178由PV阵列176/逆变器170和能量存储装置164/转换器166两者供电。因此，当PV阵列的输出功率不足以满足本地负载178的需求且因此逆变器170的输出功率不足以满足本地负载178的需求时，转换器166通过向本地负载178释放存储在能量存储装置164中的能量而向本地负载178补充电力。在这种模式下，依赖于来自逆变器170的可用电力，转换器166不断地管理本 地负载178。 
如图11C所示，当逆变器170可向本地负载178/市电网180传送全部电力时，按照需要，转换器166改变其控制从而进入例如有源整流器模式并对能量存储装置164进行充电。如果逆变器170的输出功率超出负载需求，转换器166也可对能量存储装置164进行充电。 
在图11D中，没有能量被传送到本地负载178/市电网180，来自PV阵列176/逆变器170的全部能量用于通过转换器166对能量存储装置164进行充电。在此模式下，能量不通过输出变压器192从PV阵列176传输到能量存储装置164。可以确信的是，这是电力转换系统160新颖的以及非显而易见的特征。由于电力不通过变压器192传输并且在大部分时间中转换器166的绝缘栅双极晶体管(IGBT)(未示出)不需要开关，该方法还提高了电力转换系统160的效率。例如，连接到PV阵列176的逆变器170的交流输出电压幅值高于能量存储装置164的直流电压。转换器166不需要有源地对AC进行整流。例如，跨接在转换器166的IGBT(未示出)两端之间的反并联二极管(未示出)可被用来整流。 
如图11E所示，另一逆变器/转换器电力转换系统162向本地负载194供电，并且不电气连接到市电网(未示出)。由于没有市电网，转换器166不间断地工作为设定本地负载194的频率和电压的电压源。逆变器170工作在电网并联(grid-parallel)模式，采用与市电网(图中未示出)相同的方式来处理转换器166的输出。 
在图11B和图11E中，负载功率需求由PV阵列176和能量存储装置164两者来满足。因为不存在太阳能量何时可用的控制，PV阵列176的输出能量可在一天中自始至终发生变化，并且，因为本地负载178或194也会变化，转换器166不断地识别本地负载178或194的能量需求并调节其输出功率以便向本地负载178或194供电。在一些情况下，来自PV阵列176的能量可超过本地负载178或194的需要(例如，这会发生在周末或假期)。在这些情况下，转换器166对能量存储装置164进行充电并存储来自PV阵列176/逆变器170的任何多余能量。 
参见图12，尽管未示出，程序172有利地包括PV阵列176、逆变器170和变压器192的最大功率点追踪(MPPT)，如上面结合图4、6、8所讨论的那样。转换器166应付(address)能量存储装置164的需求(即，充电或放电)。逆变器170总是追踪PV阵列176的最大功率点。然而，除此之外，当不连接到市电网180时，转换器166调整其输出电压从而对能量存储装置164进行充电。 
在程序172中的196处，判断PV阵列176的PV电力是否可用。若为否，那么在198处进入休眠模式。休眠模式198周期性地唤醒以重新检查196处的测试。另一方面，如果在196处测试通过，那么在200处，逆变器170开启。接下来，在202处，判断本地负载178或194的电力是否得到满足。若为否，那么在204处，判断来自市电网180电力的成本(cost)是否适当地低。若为否，在206处切断本地负载178(或其适当的部分)，此后，重复步骤202。否则，如果在202处本地负载178或194的电力得到满足，那么在208处，判断是否有多余的可用PV功率。若为否，那么在210处，判断来自市电网180的电力的成本是否适当地低。若为否，则在206处切断本地负载178或194(或其适当的部分)。另一方面，如果在204或210处来自市电网180的电力的成本适当地低，那么在212处，转换器166作为充电器运行。接下来，在214处，判断是否为来自例如能量存储装置164的充足的电池能量可用。若为否，则重复步骤212。否则，在216处，转换器166作为逆变器开启，此后，执行步骤202。另一方面，如果在208处有多余的PV功率可用，那么在218处，在步骤216执行之前减小转换器166的输出。 
尽管已经详细地描述了所公开构思的具体实施例，但是，本领域技术人员将会明了，在本公开的整体教导下，可以开发出对这些细节的多种修改与替代。相应地，所公开的特定布置仅仅是示例性的，不对所公开构思的范围进行限制，所公开构思的范围由所附权利要求及其任何以及所有等价内容的全部广度给出。 
附图标记清单 
2     PV阵列/逆变器系统 
4     PV阵列 
6     PV阵列 
8     多个串 
10    PV模块 
12    逆变器 
14    PV阵列DC电压(伏特数) 
16    PV阵列DC电流(安培数) 
18    PV阵列DC功率输出(瓦特数) 
20    100％太阳辐射(即“日照”) 
22    曲线图 
24    市电网 
26    变压器 
28    效率曲线 
30    效率曲线 
40    能量转换效率 
42    能量转换效率 
44    能量转换效率 
46    能量转换效率 
48    能量转换效率 
50    多逆变器电力转换系统 
52    逆变器 
54    逆变器 
56    PV阵列 
58    PV阵列 
60    处理器，如系统控制器 
62     功率表 
64     市电网 
66     接触器K2
67     接触器K1
68     滤波器 
69     滤波器 
70     变压器 
71     接触器K1-2 
72     曲线图 
74     曲线图 
76     电力转换系统 
78     逆变器控制器 
80     逆变器控制器 
82     DC总线 
84     DC总线 
86     曲线图 
88     曲线图 
90     曲线图 
92     曲线图 
100    程序 
102    步骤 
104    步骤 
106    步骤 
108    步骤 
110    步骤 
112    步骤 
114    步骤 
116    步骤 
118    步骤 
120    步骤 
122    步骤 
124    步骤 
126    步骤 
128    步骤 
130    步骤 
132    步骤 
140    曲线 
142    曲线 
144    点A 
146    点B 
148    逆变器电压设置点 
150    曲线图 
152    曲线图 
154    曲线图 
160    电力转换系统 
162    电力转换系统 
164    能量存储装置，如示例性存储电池 
165    第一输入/输出 
166    第一转换器 
167    第二输入/输出 
169    输入 
170    第二逆变器 
171    输出 
172    程序 
174    系统控制器 
176    PV阵列 
178    本地负载 
180    市电网 
182    控制器 
184    控制器 
186    功率表 
188    滤波器 
190    滤波器 
191    原方 
192    变压器 
193    副方 
194    本地负载 
196    步骤 
198    步骤 
200    步骤 
202    步骤 
204    步骤 
206    步骤 
208    步骤 
210    步骤 
212    步骤 
214    步骤 
216    步骤 
218    步骤 

Claims (24)

1.一种用于光伏系统(50；76；160；162)的功率追踪方法，该系统包括若干个光伏阵列(56、58；176)、若干个逆变器(52、54；170)以及变压器(70；192)，该方法包括：
运行(122、128)包括所述若干个光伏阵列、所述若干个逆变器以及所述变压器的光伏系统，以便由之提供最大的电力转换效率；以及
使得来自所述若干个光伏阵列的功率输出最大化(116、122)。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
将复数个光伏阵列(56、58)用作所述若干个光伏阵列；以及
将所述复数个光伏阵列的输出(82、84)并联(66)。
3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：
在正午之前的若干个小时和正午之后的若干个小时内，将所述复数个光伏阵列的输出并联。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
将复数个光伏阵列(56、58)用作所述若干个光伏阵列；
将复数个逆变器(52、54)用作所述若干个逆变器；
对于所述复数个光伏阵列中的每一个，由所述复数个光伏阵列中的对应一个向所述复数个逆变器中的对应一个供电(122)；以及
在峰值能量产生或大约为峰值能量产生的期间，在对应的独立最大功率点处运行(122)所述复数个光伏阵列中的每一个。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
确定(60、62)市电网(64)处的能量和功率；
确定(60、62)所述若干个逆变器以及变压器上的加载；以及
以最优压力水平运行(132)所述系统。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
将复数个光伏阵列(56、58)用作所述若干个光伏阵列；
将复数个逆变器(52、54)用作所述若干个逆变器；以及
对于所述复数个光伏阵列中的每一个，由所述复数个光伏阵列中对应的一个向所述复数个逆变器中对应的一个供电(122)。
7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：
由所述复数个逆变器中的每一个向变压器供电；以及
从变压器向负载(64；178；194)供电。
8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
将两个光伏阵列(56、58)用作所述若干个光伏阵列；
将两个逆变器(52、54)用作所述若干个逆变器；
在一开始，将两个光伏阵列的输出(82、84)并联(66)，并由并联输出向两个逆变器中的一个(52)供电；
判断(120)两个逆变器中的所述一个的功率输出何时超过预定的功率百分比，作出响应地由两个光伏阵列中的一个(56)向两个逆变器中的所述一个(52)供电(122)并由两个光伏阵列中的另一个(58)向两个逆变器中的另一个(54)供电；
在两个光伏阵列中的所述一个的最大功率点处运行(122)两个逆变器中的所述一个；以及
在两个光伏阵列中的所述另一个的最大功率点处运行(122)两个逆变器中的所述另一个。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：
判断(124)来自两个逆变器二者的功率输出何时下降到低于预定的功率百分比；以及
在预定的时间间隔内判断(132)两个逆变器中的所述一个何时已经运行长于预定时间，作出响应地停用两个逆变器中的所述一个，并联两个光伏阵列的输出并由并联输出向两个逆变器中的另一个供电。
10.如权利要求1所述的方法，其中，光伏系统(160；162)进一步包括能量存储装置(164)、用作所述若干个光伏阵列的光伏阵列(176)、用作所述若干个逆变器的逆变器(170)以及转换器(166)，所述方法进一步包括：
使转换器(166)包括被构造为从能量存储装置输入电力或向能量存储装置输出电力的第一输入/输出(165)以及被构造为输入电力或输出电力的第二输入/输出(167)；
使逆变器(170)包括被构造为从光伏阵列输入电力的输入(169)以及被构造为输出电力的输出(171)；以及
使变压器(192)包括电气连接到逆变器的输出以及到转换器的第二输入/输出的原方(191)以及电气连接到本地负载(178)和市电网(180)中的至少一个的副方(193)。
11.一种光伏系统(160；162)，包括：
能量存储装置(164)；
光伏阵列(176)；
转换器(166)，其包括被构造为从能量存储装置输入电力或向能量存储装置输出电力的第一输入/输出(165)以及被构造为输入电力或输出电力的第二输入/输出(167)；
逆变器(170)，其包括被构造为从光伏阵列输入电力的输入(169)和被构造为输出电力的输出(171)；以及
变压器(192)，其具有电气连接到逆变器的输出以及到转换器的第二输入/输出的原方(191)以及电气连接到本地负载(178；194)和市电网(180)中的至少一个的副方(193)。
12.如权利要求11所述的光伏系统(160；162)，其中，能量存储装置选自电池、电气双层电容器，法拉电容器，电化学双层电容器(EDLC)以及超级电容器。
13.如权利要求11所述的光伏系统(160；162)，其中，逆变器被构造为通过调整光伏阵列的输出电压来提供光伏阵列的最大功率追踪，以便从之接收最大功率。
14.如权利要求11所述的光伏系统(160；162)，其中，转换器的第一输入/输出从能量存储装置输入电力；其中，转换器的第二输入/输出对电力进行输出；且其中，本地负载由转换器和逆变器两者通过变压器供电。
15.如权利要求14所述的光伏系统(160；162)，其中，转换器被构造为作为电压源运行并使用来自能量存储装置的可用电力来设置本地负载的频率和电压。
16.如权利要求11所述的光伏系统(160；162)，其中，转换器的第一输入/输出向能量存储装置输出电力；其中，转换器的第二输入/输出对电力进行输入；且其中，本地负载由逆变器通过变压器供电。
17.如权利要求16所述的光伏系统(160；162)，其中，转换器为被构造为对能量存储装置进行充电的有源整流器。
18.如权利要求17所述的光伏系统(160；162)，其中，有源整流器的第二输入/输出由市电网通过变压器供电。
19.如权利要求11所述的光伏系统(160；162)，其中，转换器的第一输入/输出向能量存储装置输出电力；且其中，转换器的第二输入/输出从逆变器的输出输入电力。
20.如权利要求19所述的光伏系统(160)，其中，本地负载或市电网都不被供电；且其中，转换器的第二输入/输出直接由逆变器的输出输入电力。
21.如权利要求11所述的光伏系统(162)，其中，变压器的副方仅电气连接到本地负载(194)；其中，转换器的第一输入/输出从能量存储装置输入电力；其中，转换器的第二输入/输出对电力进行输出；且其中，本地负载由转换器和逆变器两者通过变压器供电。
22.如权利要求21所述的光伏系统(162)，其中，转换器被构造为作为电压源运行并设置本地负载(194)的频率和电压；且其中，逆变器被构造为追踪本地负载的频率和电压。
23.一种电力转换系统(50；76；160；162)，包括：
若干个光伏阵列(56、58；176)；
若干个逆变器(52、54；170)；
变压器(70；192)；以及
处理器(60)，其被构造(100)为控制所述若干个逆变器并运行(122、128)所述电力转换系统，以通过所述若干个光伏阵列、所述若干个逆变器以及所述变压器提供最大的电力转换效率，并使来自所述若干个光伏阵列的功率输出最大化(116、122)。
24.如权利要求23所述的电力转换系统(76)，其中，所述若干个光伏阵列是各自具有输出(82，84)的两个光伏阵列(56、58)；其中，所述若干个逆变器是两个逆变器(52、54)；且其中，所述处理器(60)被构造(100)为可选择地使得：(a)逆变器中对应的一个由两个光伏阵列中对应的一个供电(66、122)；或(b)将两个光伏阵列的输出并联电气连接(66、132)，且两个逆变器中的一个由并联输出供电。
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