CN105634271A - 智能再生能源转换器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能再生能源转换器，包含有：输入单元，具有至少两输入端，可输入直流电压或交流电压；判断单元，与输入单元电性连接，判断输入电压为直流电压或交流电压；转换单元，与判断单元电性连接，并包含一交流/直流转换模组及一直流/直流转换模组；输入单元的交流电压通过交流/直流转换模组转换为直流电压；输入单元的直流电压通过直流/直流转换模组转换为平稳的直流电压。本发明可依照输入电压的特性，选择应用于太阳能发电机组或风力发电机组，并利用转换单元将直流电压/交流电压转换为平稳的直流电压，提高电路转换效率及降低电路成本。

Description

智能再生能源转换器

技术领域

本发明关于再生能源转换系统，特别是关于一种智能再生能源转换器。

背景技术

近年来，国际原油价格飙涨、核能的安全疑虑再度被重视，寻求替代性能源已成为各国共同的讨论议题，再加上环保意识的抬头，绿色能源的发展成为未来极具潜力的产业之一，其中又以太阳能发电及风力发电的可利用性最高，发电材料的取得非常容易，成为各国争相发展的替代能源。

请参阅图1，为已知的太阳能发电系统10的系统架构图，其具有一太阳能发电机组11、一直流/直流转换电路12及一直流/交流转换电路14，该直流/直流转换电路12是将太阳能发电机组11的电能转换为直流电压，并传送至直流/交流转换电路14，直流/交流转换电路14再将电能转换为交流电压，提供至市电网15使用。

请参阅图2，为已知的风力发电系统16的系统架构图，其前级为一风力发电机组17及一整流电路或交流/直流转换电路18，后级为一直流/交流转换电路14，风力发电机组17所产生的电能通过整流电路或交流/直流转换电路18转换为直流电压，并通过直流/交流转换电路14转换为可供市面使用的交流电压，并送至市电网15。

然而，由于太阳能发电系统10与风力发电系统16所产生的电能形态不同，太阳能发电系统10用于转换风力发电的电能时，其前端需增加一整流电路或交流/直流转换电路，此举会增加电能转换时的损失。而风力发电系统16虽可用于转换太阳能发电的电能，但不仅零件数量及成本较太阳能发电系统10多，转换效率也不尽理想。

综上所述，已知的太阳能及风力互补的能源转换系统架构复杂，导致难以管理且不利于发展应用，因此，如何设计出兼顾太阳能、风力发电的发电效率及成本低廉的转换电路一直是本领域技术人员努力的目标之一。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种智能再生能源转换器，其可应用于太阳能发电或风力发电，并具有高转换效率及低廉的电路成本。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种智能再生能源转换器，包含有：

一输入单元，其具有至少两输入端，可输入直流电压或交流电压；

一判断单元，与该输入单元电性连接，可判断输入电压为直流电压或交流电压；

一转换单元，与该判断单元电性连接，并包含一交流/直流转换模组及一直流/直流转换模组；该输入单元的交流电压可通过该交流/直流转换模组转换为直流电压；该输入单元的直流电压可通过该直流/直流转换模组转换为平稳的直流电压。

较佳地，该直流电压包含至少两直流电源，该两直流电源以并联方式连接该输入单元的两输入端。

较佳地，所述判断单元为一微控制器。

较佳地，所述转换单元的交流/直流转换模组及直流/直流转换模组使用相同电路模组进行转换，该电路模组包含一整流电路及一滤波电路；该整流电路可将交流电压转换为直流电压，该滤波电路可将所述直流电压转换为平稳的直流电压。

所述转换单元的整流电路包含：

至少四开关元件，分别为第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件及第四开关元件；该第一开关元件与该第二开关元件串联形成一第一开关元件组；该第三开关元件与该第四开关元件串联形成一第二开关元件组；该第一开关元件组与该第二开关元件组相互并联；

至少两电感，分别为第一电感及第二电感；该第一电感的一端电性连接于所述输入单元的一输入端，其另一端电性连接于该第一开关元件与该第二开关元件的串联处；该第二电感的一端电性连接于所述输入单元的另一输入端，其另一端电性连接于该第三开关元件与该第四开关元件的串联处。

所述滤波电路为一电容，与所述第一开关元件组及第二开关元件组并联。

还包括一接地端，连接于所述第一开关元件组、第二开关元件组及电容的下端。

较佳地，各开关元件的动作由所述判断单元所控制。

较佳地，各开关元件具有一电晶体及一二极管，该电晶体可控制电流的流向，该二极管可将交流电压转换为直流电压。

以此，本发明的能源转换器可将太阳能发电的直流电压及风力发电的交流电压转换为平稳的直流电压，再经由后端的直流/交流转换电路转换为市面使用的交流电压并提供至市电网，供应一般大众的用电需求。

附图说明

为使贵审查委员能进一步了解本发明的目的、特征以及所达成的功效，以下兹举本发明两较佳实施例，并配合附图详细说明于后，其中：

图1是已知的太阳能发电系统架构图。

图2是已知的风力发电系统架构图。

图3是本发明的能源转换器的架构方块图。

图4是本发明的能源转换器的电路图。

图5是本发明第一较佳实施例的连接示意图。

图6是本发明第一较佳实施例的连接电路图。

图7是电流Iu于第二开关元件导通时的回路示意图。

图8是电流Iu于第一开关元件导通时的回路示意图。

图9是本发明第二较佳实施例的连接示意图。

图10是本发明第二较佳实施例的连接电路图。

图11是交流电源Vuv、Vvu的波形图。

图12是电流Iuv于第二开关元件及第四开关元件导通时的回路示意图。

图13是电流Iuv于第一开关元件及第四开关元件导通时的回路示意图。

图14是电流Ivu于第二开关元件及第三开关元件导通时的回路示意图。

具体实施方式

请参阅图3至图6，是本发明所提供的智能再生能源转换器20的第一较佳实施例，本实施例连接太阳能发电机组，包含有：

一输入单元30，其具有两输入端，分别为第一输入端32及第二输入端34，可输入直流电压或交流电压，于本实施例，输入电压为直流电压，该直流电压包含两个直流电源Vug、Vvg，两直流电源Vug、Vvg以并联方式连接于两输入端32、34，并分别产生第一脉动直流电压Vu及第二脉动直流电压Vv。

一判断单元40，与输入单元30电性连接，可判断输入电压为直流电压或交流电压。于本实施例，该判断单元40为一微控制器。

一转换单元50，与判断单元40电性连接，可将输入单元30的直流电压/交流电压转换为平稳的直流电压。转换单元50包含一整流电路51及一滤波电路56。

整流电路51具有四个开关元件52及两个电感55。四个开关元件52由判断电路40所控制，分别为第一开关元件52a、第二开关元件52b、第三开关元件52c及第四开关元件52d。各开关元件52均具有一电晶体及一二极管，电晶体可控制电流的流向，二极管可将交流电压整流为脉动直流电压。第一开关元件52a与第二开关元件52b串联形成一第一开关元件组53，第三开关元件52c与第四开关元件52d串联形成一第二开关元件组54，第一开关元件组53与第二开关元件组54相互并联。两电感55分别为第一电感55a及第二电感55b，分别电性连接于输入单元30的各输入端32、34及各开关元件组53、54之间，其具有储能及电源滤波的功能，并可配合电路的需要，进行电压升压或降压的控制。第一电感55a的一端电性连接于输入单元30的第一输入端32，其另一端电性连接于第一开关元件52a与第二开关元件52b的串联处；第二电感55b的一端电性连接于输入单元30的第二输入端34，其另一端电性连接于第三开关元件52c与第四开关元件52d的串联处。

滤波电路56为一电容57，与第一开关元件组53及第二开关元件组54并联，可将脉动直流电压滤波为较为平稳的直流电压。

一接地端59，连接于第一开关元件组53、第二开关元件组54及电容57的下端。

于本实施例，能源转换器20的后端电性连接一直流/交流转换电路60，直流/交流转换电路60可将能源转换器所输出的直流电压换转为可供市面利用的交流电压，并传送至一市电网70。

以下说明本发明的智能再生能源转换器20的作动状态：

请参阅图7，输入电压经由判断电路40判断其为直流电压或交流电压，于本实施例，该输入电压为直流电压，再利用判断单元40将整流电路51的第二开关元件52b设定为导通状态，第一电流Iu经由第一电感55a及第二开关元件52b后流向接地端59，此时，第一电感55a进行储能作用。

请参阅图8，判断单元40将整流电路51的第一开关元件52a调整为导通，第一电流Iu通过第一开关元件52a及滤波电路56的电容57流向接地端59，通过此回路，第一脉动直流电压Vu可结合第一电感55a所储存的电能进行升压，并通过对电容57充电转换为平稳的直流电压。

第二电流Iv的回路与第二脉动直流电压Vv的转换方式大体上如前所述，容不赘述。第一脉动直流电压Vu及第二脉动直流电压Vv交互地对电容57进行充电，而可不间断地将太阳能发电机组所产出的脉动直流电压转换为平稳的直流电压。

本实施例的智能再生能源转换器20还可增加一第三输入端、一第三电感、一第五开关元件及一第六开关元件。该第三输入端连接一直流电源Vwg，该直流电源Vwg与另外两个直流电源Vug、Vvg相互并联。第五开关元件与第六开关元件串联形成一第三开关元件组，第三开关元件组与第一开关元件组53、第二开关元件组54及电容57相互并联。第三电感的一端电性连接于第三输入端，其另一端电性连接于第五开关元件与第六开关元件的串联处。如此，当一直流电源的电流在为一电感充电时，另外两个直流电源仍可持续对电容57充电，使太阳能发电机组所提供的电能可更有效率地转换为平稳的直流电压。

本实施例的能源转换器可通过控制输入电压或输入电流，使太阳能发电机组持续工作于最大功率点，以实现最大功率追踪的功能，并将太阳能发电机组所产出的电能转换为平稳的直流电压，再通过直流/交流转换电路60将平稳的直流电压转换为市面利用的交流电压并送至市电网70，提供一般大众的用电所需。

请参阅图9、10，是本发明所提供的智能再生能源转换器20的第二较佳实施例，其结构如前一实施例的结构，具有一输入单元30、一判断单元40及一转换单元50，转换单元50的后端连接一直流/交流转换电路60及一市电网70。本实施例是连接风力发电机组，输入电压为交流电压，该交流电压为一单相交流电源，该单相交流电源的波形图如图11所示。输入单元30的两输入端32、34连接于单相交流电源。

请参阅图11、12，输入电压通过判断单元40判断其为直流电压或交流电压，本实施例的输入电压为交流电压。当判断单元40将转换单元50的第二开关元件52b及第四开关元件52d导通，且单相交流电源的波形位于正半周时，交流电压Vuv为正电压，电流Iuv自第一输入端32通过第一电感55a、第二开关元件52b、第四开关元件52d及第二电感55b流向第二输入端34，此时，第一电容55a正向充电，第二电容55b逆向充电。

请参阅图11、13，利用判断单元40将转换单元50的第一开关元件52a及第四开关元件52d导通，且单相交流电源的波形位于正半周时，第一交流电压Vuv为正电压，电流Iuv自第一输入端32通过第一电感55a、第一开关元件52a、电容57、第四开关元件52d及第二电感55b流向第二输入端34，如此，交流电压Vuv通过第一开关元件52a的二极管整流为脉动直流电压，再充电至电容57，使脉动直流电压再转换为平稳的直流电压，而可供给至后端的直流/交流转换电路60及市电网70。

请参阅图11、14，判断单元40将转换单元50的第二开关元件52b及第三开关元件52c导通，且单相交流电源的波形位于负半周时，第二交流电压Vvu为正电压，电流Ivu自第二输入端34流经第二电感55b、第三开关元件52c、电容57、第二开关元件52b及第一电感55a流向第一输入端32，通过此回路，交流电压Vvu于第三开关元件52c的二极管整流为脉动直流电压，再通过对电容57充电滤波为平稳的直流电压，而可传输至直流/交流转换电路60以转换为市面使用的交流电压，并供给至市电网70。

本实施例的能源转换器20也可增加一第三输入端、一第三电感、一第五开关元件及一第六开关元件，连接方式与前一实施例所述相同，不再赘述。以此，输入单元30可输入一三相交流电源，使风力发电机组所产生的电能可持续不间断地向电容57充电，并转换为平稳的直流电压，提升交流电压转换为直流电压的转换效率。

本实施例的能源转换器20也可通过控制输入电压或输入电流将风力发电机组持续操作于最大功率点上，实现最大功率追踪的功能。通过输入电流实现最大功率追踪时，可利用输入电流追踪输入电压的波形，以修正风力发电机组的功率因素，提升风力发电机组的发电效率。

本发明的能源转换器可依照输入电压的特性，选择应用于太阳能发电机组或风力发电机组，并利用相同的转换电路将直流电压/交流电压转换为平稳的直流电压，使本发明的能源转换器保有高电路效率及低电路成本的优点，增加太阳能发电系统及风力发电系统的便利性及实用性。

上揭诸实施例仅用于说明本发明而非限制。本发明所提供的能源转换器，为同类物品所首创的结构，并改进现有能源转换器的诸多缺失，具进步性，所以依法提出申请。

Claims (9)

1.智能再生能源转换器，其特征在于，包含有：

一输入单元，其具有至少两输入端，可输入直流电压或交流电压；

一判断单元，与该输入单元电性连接，可判断输入电压为直流电压或交流电压；

一转换单元，与该判断单元电性连接，并包含一交流/直流转换模组及一直流/直流转换模组；该输入单元的交流电压可通过该交流/直流转换模组转换为直流电压；该输入单元的直流电压可通过该直流/直流转换模组转换为平稳的直流电压。

2.如权利要求1所述的智能再生能源转换器，其特征在于，所述直流电压包含至少两直流电源，该两直流电源以并联方式连接所述输入单元的两输入端。

3.如权利要求1所述的智能再生能源转换器，其特征在于，所述判断单元为一微控制器。

4.如权利要求1所述的智能再生能源转换器，其特征在于，所述转换单元的交流/直流转换模组及直流/直流转换模组使用相同电路模组进行转换，该电路模组包含一整流电路及一滤波电路；该整流电路可将交流电压转换为直流电压，该滤波电路可将所述直流电压转换为平稳的直流电压。

5.如权利要求4所述的智能再生能源转换器，其特征在于，所述转换单元的整流电路包含：

至少四开关元件，分别为第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件及第四开关元件；该第一开关元件与该第二开关元件串联形成一第一开关元件组；该第三开关元件与该第四开关元件串联形成一第二开关元件组；该第一开关元件组与该第二开关元件组相互并联；

至少两电感，分别为第一电感及第二电感；该第一电感的一端电性连接于所述输入单元的一输入端，其另一端电性连接于该第一开关元件与该第二开关元件的串联处；该第二电感的一端电性连接于所述输入单元的另一输入端，其另一端电性连接于该第三开关元件与该第四开关元件的串联处。

6.如权利要求4所述的智能再生能源转换器，其特征在于，所述滤波电路为一电容，与所述第一开关元件组及第二开关元件组并联。

7.如权利要求5或6任一项所述的智能再生能源转换器，其特征在于：一接地端，连接于所述第一开关元件组、第二开关元件组及电容的下端。

8.如权利要求5所述的智能再生能源转换器，其特征在于，各开关元件的动作由所述判断单元所控制。

9.如权利要求5所述的智能再生能源转换器，其特征在于，各开关元件具有一电晶体及一二极管，该电晶体可控制电流的流向，该二极管可将交流电压转换为直流电压。