CN204304461U - 控制电源给负载供电的系统 - Google Patents

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Abstract

公开了控制电源给负载供电的系统，该负载具有功率阈值。该系统包括：驱动器，被配置为输出低于负载需要的交流电压，其包括输入，并被设置为在将功率输出到负载前将其输出到第一电压变换装置；第一电源，被设置为产生第一功率量以提供给负载，该电源包括可再生能源，并被设置为将功率输出到驱动器的输入；比较装置，比较第一功率量和功率阈值；第二电源，被设置为在将功率输出到驱动器的输入前将其输出到第二电压变换装置；确定装置，根据比较结果，确定是否使用第一电源提供功率以及是否使用第二电源提供第二功率量；控制装置，控制第二电源的输出，以使得当确定使用第二电源提供第二功率量时，来自第一和第二电源的组合功率量满足功率阈值。

Description

控制电源给负载供电的系统
技术领域
本实用新型涉及一种控制电源给负载供电的系统。负载优选地为交流负载，其中可以由直流电压源和交流电压源为该负载供电。交流负载可以是诸如水泵或压缩机的交流电机。
背景技术
交流输电网被用作许多应用的主要电源。与从电网获取电力来给应用设施供电相关的成本很高，且通常电力的价格每月都在增加。因此，许多客户都对其应用设施的使用做计划，从而可以在获取电力成本最低时使用设施。提供电力的发电厂通常保持恒定的输出，因为人们不希望增加或减少电力生产。大多数高功率应用设施(比如工厂)由于实际原因一般不在夜间运作，因此电力公司在夜间收取的电力价格通常是最低的。由于白天的电费高，迫使许多高功率应用设施在白天只运作有限的时间(例如8小时或更少)。然而，对于不要求在白天运作的高功率应用设施，比如工作时间不重要的农业水泵，其通常在夜间运行以节约成本。
光伏(PV)阵列产生的直流电可以通过逆变器以“注入”到交流输电网的方式出售给电力公司。然而，电力公司通常不愿意从其它渠道购买电能，也不允许注入到交流输电网，因此以这种方式使用光伏(PV)能源在实践中是不可行的。除了给电力公司出售电能外，对于使用光伏(PV)阵列的直流电能生产商来说，一种理论上可行的解决方案是把交流电网用作临时母线，然后试图在消耗的电流和注入到交流输电网的电流之间电压达到净0V。然而，电力公司一般不允许这种方法。
已知的系统要么直接从交流电网使用电能，要么使用诸如光伏阵列的可再生能源把电能注入到交流电网中，然后再从交流电网中获取能源。
实用新型内容
综上所述，期望有一种更高性价比的方法管理来自于可再生能源和电网的电能。
本实用新型提供了一种控制电源给负载供电的系统，其中，所述负载具有关联的功率阈值。该系统包括：驱动器，被配置为输出低于所述负载需要的交流电压，所述驱动器包括输入，并且被设置为在将功率从所述驱动器输出到所述负载之前将该功率输出到第一电压变换装置；第一电源，被设置为产生第一功率量以给所述负载供电，其中所述第一电源包括可再生能源；比较装置，用于比较第一电源产生的第一功率量和与所述负载关联的功率阈值；确定装置，用于根据所述比较的结果，确定是否使用第一电源给所述负载提供功率，以及进一步确定是否使用不同的第二电源给所述负载提供第二功率量；控制装置，用于控制第二电源的输出，以使得当确定使用所述第二电源给所述负载提供第二功率量时，来自所述第一电源和所述第二电源的组合功率量满足与所述负载关联的功率阈值。
上述系统可进一步包括第一电压变换装置，其中所述第二电源被设置为在将功率从所述第二电源输出到所述母线或驱动器之前将该功率输出到所述第一电压变换装置。
上述系统可进一步包括第二电压变换装置，其中所述母线或驱动器被设置为在将功率从所述母线或驱动器输出到所述负载之前将该功率输出到所述第二电压变换装置。
上述第一电压变换装置可以是变压器，所述第二电压变换装置也可以是变压器。
优选地，所述第一电源包括一个或多个光伏PV电池，和/或所述第二电源包括交流AC电网。
优选地，所述第二电源被设置为提供具有恒定电压的电能，并且其中用于控制所述第二电源的输出的所述控制装置被设置为控制所述第二电源的电流水平，以控制所述第二电源提供给所述负载的第二功率量。
优选地，用于控制所述第二电源的输出的所述控制装置包括整流器。
优选地，所述驱动器包括母线和与所述母线电连接的逆变器。
优选地，所述逆变器被设置为在将功率从所述逆变器输出到所述负载之前将该功率输出到所述第二电压变换装置。
优选地，还包括第一滤波器，其中所述第一电源被设置为将功率输出到所述第一滤波器。可选地，所述系统还包括第二滤波器，其中所述逆变器被设置为在将功率输出到所述第二电压变换装置之前将该功率输出到所述第二滤波器，或者，所述驱动器被设置为在将功率输出到所述第二电压变换装置之前将该功率输出到所述第二滤波器。
优选地，所述负载是交流电机或交流泵。
附图说明
通过以下对附图的描述，本实用新型实施方式的特征和优点将变得更加容易理解，其中：
图1示出了用于给交流负载供电的已知系统的方框图。
图2示出了用于给交流负载供电的改进系统的第一实施例的方框图。
图3示出了用于给交流负载供电的改进系统的第二实施例的方框图。
具体实施方式
图1给出了已知系统的例子。光伏阵列102是光伏电池的标准阵列，其把太阳能转换为电能输出。光伏阵列102产生的电能被提供给直流-直流变换器104。直流-直流变换器104具有两个功能：第一个是将直流电压升压或降压到适合负载的电压水平；第二个是实施最大功率点跟踪(MPPT)，其传统的实现方法是采样光伏阵列102的输出并通过调节光伏阵列102输出的电压和电流来获得最大输出功率。因此MPPT考虑了光伏阵列102所处的环境条件，并且其目的是使光伏阵列102在这些条件下尽可能具有高效率，从而相应地最大化输出功率。
从直流-直流变换器104输出的直流电压被输出到直流-交流逆变器106以把接收到的直流电压变换为交流电压输出。从直流-交流逆变器106输出的交流电压被用于给交流负载108供电。因此，图1中所示的系统通过使用光伏阵列102来利用太阳能，并采用该太阳能给交流负载108供电。该系统对于小功率应用具有高性价比，例如工作电压低于690V的交流负载，图1系统中的典型交流负载的工作电压为400V。
本文公开了一种给负载供电的改进的系统和方法。下面仅仅通过举例来描述第一个实施例，如图2所示。在该实施例中，光伏阵列202把太阳能转化成直流电压输出。从光伏阵列202输出的直流电压通过直流滤波器208被输出到直流母线210。
从直流母线210输出的直流电压被提供给逆变器212，该逆变器把直流电压变换成交流电压输出。逆变器212包括逆变器软件，该软件包括最大功率点跟踪的(MPPT)软件，以使得最大化光伏阵列202提供的功率。MPPT考虑到了波动的环境条件对光伏阵列202中的电池产生电能的能力的影响。对于任何给定的环境或其它运行条件下，都有一个单独的点，在该点，电流(I)和电压(V)的数值适合于使电池产生最大功率。MPPT目的在于更改光伏电池(或光伏阵列)电压V和电流I的数值从而可在任何时刻获得最大功率，或至少在固定时间间隔获得最大功率。
本领域技术人员应该明白，对于一个光伏电池或阵列，如图2中的光伏阵列202，当从光伏阵列202输出的电流为0A时，可获得最大输出电压，反之，当输出电压为0V时，光伏阵列202可输出最大电流。因此，当光伏阵列202不输出最大电压时，可以通过减少光伏阵列202输出的电流来增加其输出电压。反之，可以通过使光伏阵列202输出更大的电流来降低光伏阵列202输出的电压。为了使MPPT获得光伏阵列202的最大功率输出，在输出电压和电流之间形成一个平衡。在图2所示的实施例中，通过监控光伏阵列202的电压输出来监控光伏阵列202的MPPT。由于光伏阵列202输出的电压被提供给直流母线210，直流母线210两端的电压等于光伏阵列202输出的电压，因此可以通过监控直流母线210的电压来监控光伏阵列202输出的电压。
当光伏阵列202工作在最大功率点时，光伏阵列202输出的电压是最大功率点电压，VMPPT。VMPPT的数值在不同的环境条件下不同。由于光伏阵列202输出的电压取决于其输出的电流量，逆变器可以通过调节光伏阵列202输出的电流量使光伏阵列202保持输出，并因此直流母线210的电压保持在VMPPT。因此，逆变器212的MPPT可以最大化光伏阵列202的输出功率。
在没有其它电源而只有光伏阵列(下面会进一步讨论)的情况下，逆变器212可以控制负载的运行，比如交流负载214，以使得控制光伏阵列202输出的电流量。交流负载214可以是电机、压缩机或其它需要交流电压进行工作的设备。以电机为例，逆变器212通过增加电机转速来增加光伏阵列202输出的电流量。反之，逆变器212通过降低电机转速来减少光伏阵列202输出的电流量。如前所述，增加或减少光伏阵列202输出的电流可以分别引起光伏阵列202输出的电压的增加或减少。因此，逆变器212的MPPT可通过控制交流负载214的运行使直流母线210的电压保持在VMPPT从而获得光伏阵列202的最大功率输出以平衡输出电流量和输出电压。
如前所述，当无其它电源而只有光伏阵列202时，图2中直流母线210的电压等于光伏阵列202输出的电压。由于平均电功率在给定时间的工作内是变化的，直流母线210的电功率一般不能被可靠地测量，而直流母线210两端的电压被监控和测量。正如下面将详细讨论的，直流母线210的电压可以和所要求的最低电压或阈值电压比较。当直流母线210的电压等于所要求的电压，这意味着交流负载214接收到足够的功率(或电能)以工作在最佳或期望的状态。
逆变器212把直流母线210的直流电压变换成交流电压输出。输出的交流电压通过变换器装置被提供给交流负载214。逆变器212可采用脉宽调制(PWM)来控制逆变器212的开关速率，本领域技术人员都应理解。PWM一般产生高频噪音，出于安全考虑或安全原因，该噪音不能到达光伏阵列202。在如图2的系统中，光伏阵列202和直流母线210之间的直流滤波器208防止噪音到达光伏阵列202。直流滤波器208是传统的直流滤波器，可有效地阻止PWM噪音到达光伏阵列202。针对此目的可以使用任意合适的滤波器或者该滤波器可被省略。
交流负载214要求一定的功率量(或电能)输入来保持最佳运行。以电机为例，最佳运行可以被定义为达到期望的速度或电机旋转的最小期望速度。可选地，最佳运行的另一种情况是使交流负载在其最低运行功率下运行。若交流负载为水泵，最低运行功率为水泵把水送到特定高度或体积的功率。
交流负载214要求的最低功率量设置了相应的直流母线210“要求的电压”水平。当交流负载214工作在最佳或要求的状态时，直流母线210的电压将会高于或等于要求的电压。在一些情况下，光伏阵列202的输出可能会出现以下情况：当光伏阵列202工作在其MPPT时，光伏阵列201输出的电压VMPPT(即直流母线210的电压)高于要求的电压，因此，意味着光伏阵列202产生的功率比为使交流负载214以期望的方式运行而所需的最小功率大。在此情况下，交流负载214的电流可以被增加以将直流母线210的电压降低到要求的最低电压。在交流负载214为水泵的情况下，可以通过增加水泵的速度来实现这个目的。
在由光伏阵列202供电且光伏阵列202工作在最大功率点时仍不足以满足交流负载214的期望或最佳运行需求的情况下，有三个选择方案。第一个选择方案是不运行交流负载214，因为光伏阵列202的功率不足以使交流负载214最佳运行。第二个选择方案是使交流负载214运行在低于最佳状态，这对于整个系统来说可能不足够或可能不被接受。第三个选择方案是增加一个或多个额外的电源以给交流负载214提供额外的功率。
在实际运用中，环境条件比如变化的阳光辐射度、温度和时间点可能会导致光伏阵列202的输出不能够在所有时刻保证交流负载214运行在期望的最佳状态。在此情况下，用户可采用选择方案2，如上面所定义的，可以相应地调节交流负载214的运行状态从而光伏阵列202的输出能够足够使交流负载214工作在次佳状态。在电机或水泵的例子中，这可能包括降低电机转速或降低水泵速度。
通常情况下，不期望使交流负载工作在次佳状态。因此用户可能优选方案3。当光伏阵列202不能够提供足够的功率输出时，为了使交流负载工作在最佳或期望的状态，需要从其它电源获得额外的功率。在图2显示的实施例中，该额外的功率由交流电网204提供，该交流电网和光伏阵列202组合可提供足够的功率使交流负载214工作在最佳或期望的运行状态。当选择方案3时，需要考虑当前时间点的电能价格可否可以被用户接受。
当没有其它电源时，工作在最大功率点的光伏阵列202不能够给交流负载214提供足够的功率输出，直流母线210的电压降低到低于要求的电压水平。直流母线210的电压降低到低于要求的电压水平即对逆变器212表明给交流负载214提供的功率不够，因此必须从其它电源获取更多的电能。在图2中，交流电网204即为其它电源。交流电网204可以给直流母线210提供额外的功率，从而可使交流负载214工作在最佳或期望的状态。输入变压器205和受控的交流-直流整流器206电连接交流电网204到直流母线210。该受控的交流-直流整流器206把交流电网204的交流输出变换为直流输出。在图2中，该直流输出提供给直流母线210。
通过控制交流-直流整流器206的限流，交流电网204给直流母线210提供合适的额外功率量，以补偿光伏阵列202不足的输出。这引起直流母线210的电压上升到要求的电压水平，向逆变器212表明交流负载214已获得足够的功率从而可达到最佳或期望的运行状态。
交流电网204输出大致恒定的交流电压(对于一些交流负载一般是1000V)，因此受控的交流-直流整流器206的限流被控制从而只从交流电网204获取所要求的最小电能。通过只从交流电网204获取最小的功率量，因此只产生最小的费用，因为大多数电能由光伏阵列202提供。
可以通过晶闸管实现受控的交流-直流整流器206的限流，这一点本领域技术人员都可理解。限流以如下方式被控制:交流负载214需要预先定义的功率量以使交流负载214工作在最佳或要求的水平，这由直流母线210所要求的电压水平表示。图2中的系统旨在从光伏阵列202获取交流负载214所需的所有功率。然而，如上所述，在特定时刻，光伏阵列202必须得到交流电网204的协助。逆变器212确定了交流-直流整流器206的限流的增加范围，从而使交流电网204提供的功率和光伏阵列202提供的功率的组合满足交流负载214的功率要求，并且交流-直流整流器206的限流也被相应地调整。这导致直流母线210电压的上升-一旦来自交流电网204的功率增加时，将从低电压上升到要求的电压。直流母线210电压的变化表明了交流负载214从不足的功率到足够满足最佳或期望运行状态所要求的最小功率。
在图2中所示系统的运行过程中，甚至在额外电源存在的情况下，直流母线210的电压可能降低到低于要求的电压水平。例如，直流母线210的电压开始可能等于要求的电压，但由于光伏阵列202因光照度、温度和时间的变化而造成的输出波动，即便光伏阵列202和交流电网204一起给直流母线210供电时，直流母线210的电压可能会降低至低于要求的电压水平。根据一个实施例，直流母线210电压被持续监控，且受控的交流-直流整流器206的限流被持续更改以根据直流母线210的瞬时电压从交流电网204提供更多或更少的功率，这样可长时间满足交流负载214的功率需求。
反之，当光伏阵列202和交流电网204一起供电时，直流母线210的电压可能上升到高于要求的电压水平。例如，光伏阵列202可能工作在最大功率点并和交流电网204一起为交流负载214提供所要求的最小功率。在此时，受控的交流-直流整流器206的限流设置为一个数值，该数值允许交流电网204提供足够的功率，这样当它与光伏阵列202一起供电时，可以满足交流负载214的最小功率要求。由于上述光伏阵列202的输出波动，光伏阵列202的输出可能会增加，这样当光伏阵列202和交流电网204工作在最大功率点时，交流负载214接收的功率超出所要求的最小功率。
在此情况下，逆变器212的一个方案是调节交流负载214的运行以从光伏阵列202获取更多的电流，因此降低了光伏阵列202的输出电压并导致直流母线210的电压降低。这意味着光伏阵列202的输出不再等于VMPPT，因此光伏阵列202没有工作最大功率点。通常不采用此方法，但是这是尽可能从光伏阵列202获取更多功率的最高性价比的方法。因此一个更高性价比的方法是使光伏阵列202保持在其最大功率点，而不是更改受控的交流-直流整流器206的限流以使得从交流电网204获取较少的功率。在一些情况下，光伏阵列202的输出波动使得交流电网204的功率不再被需要，光伏阵列202独自可提供充足的功率使交流负载218工作在最佳状态。在此情况下，受控的交流-直流整流器206的限流将被降低到0A，这样交流电网204不提供任何功率。通过从交流电网204部获取电能或获取最小电能可节省成本。
当交流负载214同时由光伏阵列202和交流电网204供电时，MPPT工作方式可能会不同。当交流负载214仅由光伏阵列202供电时，逆变器212的MPPT软件通过控制交流负载214从光伏阵列202获取的电流量来最大化光伏阵列202的功率输出，从而使光伏阵列202输出的电压等于VMPPT，如上所述。然而，当交流负载214同时由光伏阵列202和交流电网204供电时，无需改变交流负载214的运行，光伏阵列202输出的电压保持等于VMPPT；因此总是确保从光伏阵列202获取最大功率。反之，通过受控的交流-直流整流器206控制从交流电网204获取的电流量，额外的电流将会被提供给交流负载214。因此，可以从光伏阵列202获取较少的电流，从而允许光伏阵列202输出的电压等于VMPPT，而交流电网204通过给交流负载214提供更多的功率来弥补光伏阵列202输出电流的减少。
因此，交流负载214可以在所有时间工作在最佳状态–可以不受光伏阵列202任何输出功率波动的影响–与此同时仍然使用最大可能的功率并因此从光伏阵列202获得最大效率。
由于成本或其它原因而不希望或不可能使交流电网204提供更大电流，当交流负载214同时由光伏阵列202和交流电网204供电时，如前所述，可以通过控制交流负载214获取的电流量来使光伏阵列202提供更多电流。
根据一个实施例，采用一种算法来自动调节交流-直流整流器206的限流以保持直流母线210的电压尽可能接近所要求的电压水平。该算法具有下面其中一些或所有信息：直流母线210的实际电压、所要求的直流母线210的电压、光伏阵列202的电压输出、交流负载214所要求的功率、交流电网204中计划的电费、交流-直流整流器206的限流和/或电压和功率等变量。该算法可以由运行在任何合适的处理器上的软件来实施。例如，在图2的系统中，逆变器212上运行的逆变器软件可采用该算法。
因此，逆变器212平衡下面几个方面：光伏阵列202达到MPPT运行状态、满足交流负载214的功率需求、以及控制交流-直流整流器206的电流水平以使交流电网204的供电成本尽可能低。
直流母线210和逆变器212可以是一个整体，被称为“驱动器”，或者可为相互电连接的分立单元。逆变器通常有关联的直流母线，但在一些情况下需要单独的直流母线，例如，若要求有高压直流母线。直流母线和逆变器被设计成输出高交流电压。比如高压直流母线和逆变器被设计成输出690Vac，可能最高直流母线电压为1150Vdc。这比输出低交流电压(如400Vac)的低压直流母线和逆变器的方案成本高很多。这种低压直流母线和逆变器的最高直流母线电压会达到例如800Vdc。购买直流母线和关联的逆变器(比如直流母线210和逆变器212)的成本一般会随着功率的增加而增加。在一定功率的情况下，输出400Vac的驱动器比输出690Vac的驱动器的电流会更高。应该理解的是，如果需要，则期望有更高的电流值以允许交流负载获取更多的电流，从而使系统具有更大的运行灵活性。进一步应该理解的是，不必要用可输出高压和大电流量的大功率驱动器。反之，使用相对低功率(低成本)的、具有低(如400Vac)输出电压和相对大电流量输出的驱动器会获得好的、可靠的结果。
由于交流电网204输出的电压被设置为标准数值，对于大功率交流负载一般是1000Vac，根据一个实施例，为了使图2中的系统能够使用低成本直流母线210或驱动器210，212，在交流电网204和受控的交流-直流整流器206之间设置有变换装置，其中直流母线最高电压为800Vdc。在图2的系统中，该变换装置为输入变压器205。输入变压器205从交流电网接收1000Vac电源并将此电压降低到更低的电压，比如575Vac，而输入变压器205将此电压供给受控的交流-直流整流器206。受控的交流-直流整流器206把交流电压固有地变换成直流电压导致整流器的直流电压的细微增加，例如660Vdc。由于交流电网204是电压源，不可能把受控的交流-直流整流器206的电压注入到直流母线210中，除非来自受控的交流-直流整流器206的直流电压高于直流母线210的电压水平。光伏阵列202是电流源，因此不论其电压水平如何，总是能够给直流母线210提供电流。光伏阵列202的最高工作电压(VMPPT)设置直流母线210的电压，该电压可以是630Vdc。根据本实用新型的一个实施例，选择输入变压器205和受控的交流-直流整流器206从而使受控的交流-直流整流器206的输出电压总是高于光伏阵列202的最高工作电压以确保来自交流电网204的电流可以到达直流母线210。
如上所述，在功率一定的情况下，被设计成输出低交流电压的驱动器(由直流母线和逆变器组成)将具有增加的电流值。然而，被驱动器驱动的交流负载可能要求比驱动器输出的电压更高的交流电压。例如，交流负载214可以是高压交流负载，比如额定功率为200kW的690Vac-1000Vac负载。高压交流负载的一个典型例子是污水处理厂中驱动水泵的电机。对于这种高压交流负载，为了使用低压直流母线和被设计为输出低于交流负载214所要求的交流电压(例如400Vac)的逆变器(“驱动器”)，要求使用变换装置来提高逆变器212输出的电压。该变换装置可以是输出变压器213。如前所述，直流母线210的电压由光伏阵列202的工作电压(给定环境条件下的VMPPT)确定。光伏阵列202的最低工作电压可以是550Vdc。在一些环境条件下，例如高温，在把直流母线210的直流电压变换为交流电压后，逆变器212输出的电压可能会由于变换过程而低于光伏阵列202的最低工作电压。例如，对于光伏阵列202的550Vdc最低工作电压，逆变器212输出的电压可能只有340Vac。交流负载214要求的工作电压在690Vac和1000Vac之间，因此输出变压器213把逆变器212输出的电压变换到更高的电压。在此实施例中，输出变压器213把逆变器212输出的电压从340Vac变换到1000Vac。
因此，为了使交流负载214能够获取更宽范围的电流，可以想到，相比使用被设计为输出高交流电压的驱动器，如690Vac，更优选和更高性价比的方法是使用输出低交流电压的驱动器(例如400Vac)和输出变压器213一同使用。
环境条件可能会引起光伏阵列202输出的功率下降至太低，从而使光伏阵列202输出的功率不足以保持和直流母线210的连接，因此光伏阵列202将与直流母线210断开连接。在此实施例中，交流电网204可以提供为使交流负载214工作在期望状态而要求的所有功率。在此情况下，直流母线210的电压等于交流-直流整流器206输出的电压。这种情况可能在夜间发生，例如当光伏阵列202不能工作时。
图2中的系统可包括正弦滤波器(未显示)，位于逆变器212和输出变压器213之间。逆变器212中的PWM降低了传统变压器的性能，比如输出变压器213，从而正弦滤波器可降低PWM对输出变压器213的影响。通过使用正弦滤波器，诸如输出变压器213的传统变压器可用于图2的系统中，因此可提供更简单和更高性价比的系统。可选地，正弦滤波器的功能可集成在变压器中，而不是正弦滤波器和输出变压器213，然后放入图2的系统中。
因此，图2的系统提供了一种采用光伏阵列和交流电网的组合来给高压交流负载供电的高效系统。该系统被配置成只有在必要的情况下交流电网才给交流负载供电，并只提供最小的功率量。根据一个实施例，通过使用被设计为输出相对低压(400Vac)的逆变器(或驱动器)和直流母线与输入变压器和输出变压器一起工作可进一步降低成本，与此同时仍可靠地给高压交流负载供电。在此方式下，可节省直流母线和逆变器(或驱动器)输出大电流和高压(690Vac)的成本。因此，由于交流电网提供很高的电压(1000Vac)且交流负载要求工作在高压(690Vac-1000Vac)和宽范围电流，把交流变换装置(比如变压器)与设计为输出低交流电压的逆变器(驱动器)和直流母线一同使用，可为交流负载供电提供高性价比和灵活的系统。
可选地，可使用诸如直流/直流变换器的变换装置。然而，由于使用直流/直流变换器要求更粗的接线，会导致接线成本的增加从而使直流/直流变换器整体成本增加。另外，使用直流/直流变换器相比图2中的变压器和受控的交流-直流整流器也会增加系统的复杂程度，因此通常不期望使用直流/直流变换器。
第二个实施例通过图3中的示例说明，包括系统300。在系统300中，光伏阵列202和交流电网204作为多任务系统的一部分共同工作，从而运行多个交流负载214a、214b。在如图2所示的第一个实施例中，光伏阵列202通过直流滤波器208连接到直流母线210。如前所述，交流电源如交流电网204通过输入变压器205和交流-直流整流器206连接到直流母线210。直流母线210连接到多个逆变器212a、212b以把直流母线210的直流输出变换为每个逆变器212a、212b的交流输出。再次，如图2中的第一实施例一样，每个逆变器212a、212b连接到相应的输出变压器213a、213b以把交流电压水平升高到负载要求的电压水平。输出变压器213a和213b的输出连接到相应的交流负载214a、214b上。
交流负载214a作为主负载，另一个214b作为从负载。如前所述，若直流母线210只由光伏阵列202供电，主交流负载214a的逆变器212a控制主交流负载214a获取的电流量以确保光伏阵列202输出的功率最大。因此，主交流负载214a的逆变器212a控制光伏阵列202的MPPT。逆变器212a的软件确定了对应于光伏阵列202VMPPT的直流母线210的电压。一旦对应于光伏阵列202VMPPT的直流母线210的电压被确定，该电压被通信到其它逆变器212b，该逆变器控制相应的从交流负载214b，使两个交流负载214a和214b从光伏阵列202获取足够的电流以满足直流母线210的电压水平要求。
若光伏阵列202和交流电网204共同给直流母线210供电，根据用户的需求，提供给交流负载214a和214b的功率可以使主交流负载214a和从交流负载214b在任何时刻都工作在期望的状态。可以通过增加或减少交流电网204提供的电流来达到这种期望的运行状态，正如前所述，考虑到交流电网204在该时期的电费，用户可能不接受此方案。
在图3的系统中，由于有多个交流负载，需要提供更高功率以使交流负载214a和214b都运行在期望的状态。由于多个交流负载增加的功率需求，在一些情况下只可以运行主交流负载214a。例如，若光伏阵列202只能够为主交流负载214a提供足够功率使其运行在期望的状态，则可采取此方案。在一天内特定时间的电费或系统的要求意味着决定在该时间不从交流电网204获取功率，因此只能运行主交流负载214a。可选地，若需要，可由交流电网204提供额外的电能以允许主交流负载214a和从交流负载214b同时运行。是否从交流电网204获取电能取决于系统的要求、和/或一天内特定时间的电费，这些可以集成到逆变器212a的算法中，其可控制受控的交流-直流整流器206。
图3中的系统只给主交流负载214a供电。然而，如同图2中的第一个实施例，在一些情况下，光伏阵列202的输出情况为：当实施MPPT后，直流母线210的电压高于主交流负载214a要求的最低电压，因此意味着主交流负载214a接收的功率超出最佳或期望的运行状态所要求的最小功率。然而，主交流负载214a接收的功率仍不足以使主交流负载214a和从交流负载214b同时运行。因此，逆变器212a调节光伏阵列202的功率输出到偏置点以偏离MPPT点，通过控制光伏阵列202输出的电流量以减少光伏阵列202输出的功率，这样光伏阵列202输出的电压不等于VMPPT。因此，在此情况下，光伏阵列202能够提供比主交流负载214a要求的更高的功率，但MPPT由逆变器212a调节以确保不超过直流母线210所要求的电压。
光伏阵列202可能可以提供比主交流负载214a要求的更高的功率。例如，光伏阵列202可以提供所要求功率的130％。这为图3中的系统提供了一个选择，即仅主交流负载214a工作在最佳状态(主交流负载214a的100％功率需求)，通过调节光伏阵列202的输出，以使得只提供主交流负载214a的100％功率需求，或同时运行主交流负载214a和从交流负载214b，尽管有可能运行于次佳状态。例如，当光伏阵列202能够提供主交流负载214a要求的130％的功率，逆变器可能允许光伏阵列202工作在最大功率点以提供130％功率给主交流负载214a。由于主交流负载214a不需该高功率，主逆变器212a的软件触发从逆变器212b和从交流负载214b的运行，光伏阵列202输出功率的一部分被提供给从交流负载214b。这允许主交流负载214a和从交流负载214b同时运行。例如，主交流负载214a和从交流负载214b能够工作在65％的最佳或期望运行的功率。主交流负载214a和从交流负载214b的最佳或期望运行的功率可以相同，可选地，主交流负载214a和从交流负载214b具有不同的最佳或期望运行的功率需求。
根据系统的需求，在一些情况下，希望两个交流负载工作在降低的功率状态下。通过以图2所述的方式用交流电网204给光伏阵列202输出功率做补充，主交流负载214a和从交流负载214b可以交替工作在最佳状态。用户可能希望也可能不希望这种运行方式，这取决于系统的具体需求和当时的电费成本。
尽管图3中的系统描述了两路交流负载，可以有任何数量的交流负载。例如，四路交流负载，一个是主交流负载，另外三个是从交流负载。
若确保多个交流负载工作在最佳或期望状态的交流电网204的输入功率大于单独整流器支持的功率，则可使用多个整流器，如受控的交流-直流整流器206。另外，可使用多个整流器以确保每个交流负载独立于其它交流负载。
进一步，可以有多个直流母线，为每个交流负载提供其单独的逆变器和直流母线组合(“驱动器”)。
任何交流电源可以和光伏阵列一起使用，并且交流电源不局限于交流电网。
除了光伏阵列外，可使用另外一种可再生能源。
根据一个实施例，可以控制超过两个电源以使得为端负载供电。
负载的功率需求和/或一个或多个电源的功率随着时间会变化，例如，由于环境条件的变化。这里所述的改进方法的原理可用来控制电源的运行–包括控制是否以及何时每个电源被用于供电，以及何时使用，到多大程度上-从而确保以高性价比、有效和可靠的方式满足负载功率要求。
因此，这里所述的改进的方法和系统可实现一个或多个交流负载的运行。根据一个实施例，交流负载尽可能只由光伏阵列供电，但当光伏阵列提供的功率不足时，系统从交流电源只获取最小的、确保交流负载能够工作在最佳或要求的状态的功率。相应地，终端用户在该公开的系统中采用可再生能源作为主电源，并且在可再生能源提供的功率不足时寻求交流电源，这样可节约大量的成本。另外，从交流电源只要求提供最少的电能，进一步地节约环境和成本。
术语“最佳运行”被用于描述交流负载某一时刻运行在操作者期望的工作状态。然而，该术语不应解释为一种限制，且可使用其它术语。例如，交流负载的“最佳运行”可以是交流负载工作在最大效率，例如，也可以从成本和能耗的角度。若交流负载是电机，“最佳运行”可以是电机工作在最大转速或最高效功率等级。若交流负载是水泵，“最佳运行”可以是水泵在一定时间把水提升到要求的高度或提供一定体积的水量。另外，“最佳运行”可以是考虑到电费成本和系统需求，用户接受的交流负载的运行状态。
这里使用术语“光伏阵列”来描述一个或多个光伏电池。也可使用任何其它合适的术语如“光伏电池组”或“光伏面板”。
可以用任何适合的设备比如工业控制器、处理器(比如微处理器)或计算机来监控和控制两个或多个电压给端负载供电。计算机，比如通用计算机可以被配置成执行所述的方法。在一个实施例中，计算机包括处理器、存储器和显示器。一般情况下它们连接到中心总线结构，显示器通过适配器连接。计算机可包括一个或多个输入设备(比如鼠标和/或键盘)和/或用于连接其它计算机或网络的通信适配器。它们一般也连接到中心总线结构，输入设备通过输入设备适配器连接。
运行中，处理器可以执行存储器中的计算机可执行指令，处理结果通过显示器展现给用户。可以通过输入设备接收控制计算机运行的用户输入。
可提供一种计算机可读媒介(例如磁盘或载波信号)，具有计算机可执行指令使计算机执行所述的方法。
这里仅通过示例描述实施例。应该明白的是，这些实施例可以有多个衍生方案。例如交流负载可以是任何要求交流电压输入的负载。直流滤波器208可以是任何能够阻止PWM噪音到达光伏阵列202的滤波器。正弦波滤波器可以是任何减少PWM对输出变压器213影响的滤波器。另外，输出变压器213可能包括该滤波器的功能，从而不需要在系统中有单独的滤波器即可达到降低PWM对输出变压器213影响的效果。

Claims (11)

1.一种控制电源给负载供电的系统，其中，所述负载具有关联的功率阈值，该系统包括：
驱动器，被配置为输出低于所述负载需要的交流电压，所述驱动器包括输入，并且被设置为在将功率从所述驱动器输出到所述负载之前将该功率输出到第一电压变换装置；
第一电源，被设置为产生第一功率量以提供给所述负载，其中所述第一电源包括可再生能源，并且所述第一电源被设置为将功率输出到所述驱动器的输入；
比较装置，用于比较所述第一电源产生的第一功率量和与所述负载关联的功率阈值；
第二电源，被设置为在将功率从所述第二电源输出到所述驱动器的输入之前将该功率输出到第二电压变换装置；
确定装置，用于根据所述比较的结果，确定是否使用所述第一电源给所述负载提供功率，以及用于进一步确定是否使用所述第二电源给所述负载提供第二功率量；
控制装置，用于控制第二电源的输出，以使得当确定使用所述第二电源给所述负载提供第二功率量时，来自所述第一电源和所述第二电源的组合功率量满足与所述负载关联的功率阈值。
2.根据权利要求1所述的控制电源给负载供电的系统，其特征在于，所述第一电源包括一个或多个光伏PV电池，和/或所述第二电源包括交流AC电网。
3.根据权利要求1或2所述的控制电源给负载供电的系统，其特征在于，所述第二电源被设置为提供具有恒定电压的电能，并且其中用于控制所述第二电源的输出的所述控制装置被设置为控制所述第二电源的电流水平，以控制所述第二电源提供给所述负载的第二功率量。
4.根据权利要求3所述的控制电源给负载供电的系统，其特征在于，用于控制所述第二电源的输出的所述控制装置包括整流器。
5.根据权利要求1或2所述的控制电源给负载供电的系统，其特征在于，所述驱动器包括母线和与所述母线电连接的逆变器。
6.根据权利要求5所述的控制电源给负载供电的系统，其特征在于，所述逆变器被设置为在将功率从所述逆变器输出到所述负载之前将该功率输出到所述第二电压变换装置。
7.根据权利要求1或2所述的控制电源给负载供电的系统，其特征在于，所述第一电压变换装置包括变压器。
8.根据权利要求1或2所述的控制电源给负载供电的系统，其特征在于，所述第二电压变换装置包括变压器。
9.根据权利要求1或2所述的控制电源给负载供电的系统，其特征在于，还包括第一滤波器，其中所述第一电源被设置为将功率输出到所述第一滤波器。
10.根据权利要求9所述的控制电源给负载供电的系统，其特征在于，所述系统还包括第二滤波器，
逆变器被设置为在将功率输出到所述第二电压变换装置之前将该功率输出到所述第二滤波器，或者，所述驱动器被设置为在将功率输出到所述第二电压变换装置之前将该功率输出到所述第二滤波器。
11.根据权利要求1或2所述的控制电源给负载供电的系统，其特征在于，所述负载是交流电机或交流泵。
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