EA042368B1 - SINGLE-PHASE INVERTER WITH ENERGY USE TRACKING - Google Patents

SINGLE-PHASE INVERTER WITH ENERGY USE TRACKING Download PDF

Info

Publication number
EA042368B1
EA042368B1 EA202190144 EA042368B1 EA 042368 B1 EA042368 B1 EA 042368B1 EA 202190144 EA202190144 EA 202190144 EA 042368 B1 EA042368 B1 EA 042368B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
power
phase
conversion module
sequence
width modulator
Prior art date
Application number
EA202190144
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Джеффри Вэнь-Тай ШУИ
Original Assignee
ЭлТи ЛАЙТИНГ (ТАЙВАНЬ) КОРПОРЕЙШН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ЭлТи ЛАЙТИНГ (ТАЙВАНЬ) КОРПОРЕЙШН filed Critical ЭлТи ЛАЙТИНГ (ТАЙВАНЬ) КОРПОРЕЙШН
Publication of EA042368B1 publication Critical patent/EA042368B1/en

Links

Description

Уровень техникиState of the art

АС-электроэнергетическая система (также называемая сетью переменного тока (АС), электрической сетью или просто сетью) является системой электропитания, имеющей по меньшей мере одну пару силовых линий (линий питания) для доставки электричества, производимого в одной или более потенциально распределенных силовых установках, распределенным потребителям, которые имеют нагрузки, соединенные параллельно силовым линиям. Такие нагрузки будут совокупно называться нагрузкой или нагрузкой сети в данном документе.An AC power system (also called an alternating current (AC) network, electrical network or simply a network) is a power supply system having at least one pair of power lines (power lines) for delivering electricity produced in one or more potentially distributed power plants, distributed consumers that have loads connected in parallel with power lines. Such loads will be collectively referred to as load or network load in this document.

Является обязательным, что электричество, доставляемое в силовые линии сети, соответствует соглашению по электрической сети. Согласно соглашению по электрической сети, энергия, доставляемая в электрическую сеть, должна быть в форме напряжения переменного тока (АС), которое колеблется синусоидально. Согласно конвенции по электрической сети, силовая АС-цепь для каждой пары силовых линий может иметь конкретное фиксированное пиковое напряжение, иметь конкретную фиксированную частоту и синхронизироваться с конкретной фиксированной разностью фаз между силовыми линиями в паре силовых линий.It is mandatory that the electricity delivered to the power lines of the network complies with the electrical network agreement. According to the grid convention, the energy delivered to the grid must be in the form of alternating current (AC) voltage, which oscillates sinusoidally. According to the electrical network convention, the AC power circuit for each pair of power lines can have a specific fixed peak voltage, have a specific fixed frequency, and be synchronized with a specific fixed phase difference between the power lines in a pair of power lines.

Подключенный в сеть однофазный DC/AC-преобразователь является преобразователем, который может преобразовывать электричество постоянного тока (DC) в АС-мощность, которая соответствует соглашению по электрической сети относительно конкретной пары силовых линий из силовых линий сети, и который предоставляет эту АС-мощность конкретной паре силовых линий. Такой DC/ACпреобразователь называется инвертором для присоединения к электрической сети или называется в данном документе однофазным DC/AC-преобразователем в данном документе. Конкретная пара силовых линий, которая соединяется с однофазным DC/AC-преобразователем, называется парой силовых линий в данном документе.A grid-connected single-phase DC/AC converter is a converter that can convert direct current (DC) electricity into AC power that complies with the electrical grid agreement for a specific pair of power lines from the power lines of the network, and that provides that AC power to a specific pair of lines of force. Such a DC/AC converter is referred to as a grid-attached inverter, or referred to herein as a single-phase DC/AC converter in this document. The particular power line pair that is connected to the single-phase DC/AC converter is referred to as the power line pair in this document.

Фотогальваническая (PV) электростанция преобразует солнечную энергию для формирования DCэлектрической энергии. Сформированная DC-энергия затем преобразуется в последовательность АСмощноти посредством однофазных DC/AC-преобразователей для доставки через пару силовых линий и для потребления нагрузкой. Эта последовательность АС-мощности существует в форме синусоидальной последовательности напряжения, колеблющейся во временной области; и которая соответствует соглашению по электрической сети. PV-электростанция называется PV-станцией в данном документе.A photovoltaic (PV) power plant converts solar energy to form DC electrical energy. The generated DC power is then converted into a series of AC power by single-phase DC/AC converters for delivery through a pair of power lines and for consumption by the load. This AC power sequence exists in the form of a sinusoidal voltage sequence oscillating in the time domain; and which complies with the electrical network agreement. A PV power plant is referred to as a PV plant in this document.

Предмет изучения, заявленный в данном документе, не ограничивается вариантами осуществления, которые решают какие-либо недостатки или которые работают только в таких окружениях, которые описаны выше. Скорее, этот уровень техники предоставлен, только чтобы иллюстрировать одну примерную область технологии, где некоторые варианты осуществления, описанные в данном документе, могут быть применены на практике.The subject matter of this document is not limited to embodiments that address any disadvantages or that only work in the environments described above. Rather, this prior art is provided only to illustrate one exemplary area of technology where some of the embodiments described herein may be practiced.

Краткая сущность изобретенияBrief summary of the invention

Варианты осуществления, описанные в данном документе, относятся к устройству, которое включает в себя однофазный инвертор, который использует регулятор фазы и два модуля DC/AC-преобразования. В соответствии с принципами, описанными в данном документе, однофазный инвертор содержит первый модуль DC/AC-преобразования, чтобы извлекать и преобразовывать энергию в DC-источнике для производства первой синусоидальной последовательности АС-мощности, которая соответствует соглашению по электрической сети и синхронизируется с парой силовых линий сети. Этот однофазный инвертор дополнительно содержит второй модуль DC/AC-преобразования, чтобы извлекать и преобразовывать по меньшей мере часть оставшейся DC-мощности, называемой добавочной (или излишней) мощностью в данном документе; производить вторую синусоидальную последовательность АС-мощности, которая соответствует соглашению по электрической сети, за исключением того, что эта вторая синусоидальная последовательность АС-мощности сдвинута на 90 градусов по фазе с парой силовых линий. Отметим, что эти два устройства преобразования извлекают свою энергию без перекрывания во временной области (например, последовательно). Эта излишняя мощность будет типично теряться в качестве тепла.The embodiments described herein refer to a device that includes a single-phase inverter that uses a phase regulator and two DC/AC conversion modules. In accordance with the principles described in this document, a single-phase inverter contains a first DC/AC conversion module to extract and convert energy in the DC source to produce the first AC power sinusoidal sequence that complies with the grid agreement and is synchronized with a pair of power network lines. This single-phase inverter further comprises a second DC/AC conversion module to extract and convert at least a portion of the remaining DC power, referred to as surplus (or surplus) power herein; produce a second AC power sine wave that matches the power grid convention, except that this second AC power sine wave is 90 degrees out of phase with the pair of power lines. Note that these two conversion devices extract their energy without overlap in the time domain (eg, sequentially). This excess power will typically be wasted as heat.

В соответствии, по меньшей мере, с некоторыми вариантами осуществления, описанными в данном документе, однофазный преобразователь дополнительно содержит регулятор фазы, который регулирует фазу второй синусоидальной последовательности АС-напряжения на 90 градусов. Вторая синусоидальная последовательность АС-мощности тогда становится синхронизированной по фазе с первой синусоидальной последовательностью АС-мощности, предоставляя возможность обеим синусоидальным последовательностям АС-мощности соответствовать соглашению по электрической сети и быть синхронизированными с парой силовых линий электрической сети. Таким образом, обе последовательности АСмощности могут быть предоставлены на паре силовых линий. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, описанными в данном документе, устройство включает в себя три таких однофазных DC/AC-преобразователя, по одному для каждой пары силовых линий трехфазной электрической сети.In accordance with at least some of the embodiments described herein, the single-phase converter further comprises a phase regulator that adjusts the phase of the second AC voltage sinusoidal sequence by 90 degrees. The second AC power sine-wave sequence then becomes phase-locked to the first AC-power sine-wave sequence, allowing both AC-power sine-wave sequences to comply with the grid agreement and be synchronized with the power grid pair. Thus, both AC power sequences can be provided on a pair of power lines. In accordance with some embodiments described herein, the device includes three such single-phase DC/AC converters, one for each pair of power lines of a three-phase electrical network.

Данная сущность предусмотрена для того, чтобы в упрощенной форме представить набор идей, которые дополнительно описываются ниже в подробном описании. Эта сущность не предназначается, ни чтобы идентифицировать ключевые признаки или важнейшие признаки заявляемого предмета изобретения, ни чтобы быть использованной в качестве помощи при определении области применения заявляемого предмета изобретения.This summary is provided to present in a simplified form a set of ideas that are further described below in the detailed description. This summary is not intended to identify key features or essential features of the claimed subject matter, nor is it intended to be used as an aid in determining the scope of the claimed subject matter.

- 1 042368- 1 042368

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Для того, чтобы описать способ, которым вышеупомянутые и другие преимущества и отличительные признаки могут быть получены, более конкретное описание различных вариантов осуществления будет воспроизведено посредством ссылки на сопровождающие чертежи. При условии того, что эти чертежи изображают только типичные варианты осуществления изобретения и поэтому не должны рассматриваться как ограничивающие область применения изобретения, варианты осуществления будут описаны и объяснены с помощью дополнительной специфики и подробностей посредством использования прилагаемых чертежей, на которых:In order to describe the manner in which the above and other advantages and features can be obtained, a more specific description of various embodiments will be reproduced by reference to the accompanying drawings. Provided that these drawings depict only exemplary embodiments of the invention and therefore should not be construed as limiting the scope of the invention, the embodiments will be described and explained with additional specificity and detail through the use of the accompanying drawings, in which:

фиг. 1А изображает модули для последовательности генерации солнечной энергии, чтобы иллюстрировать и разъяснять упоминаемые термины извлечение энергии, подготовка, согласование, DC/AC-преобразование и поставка АС-мощности, упоминаемые в данном документе;fig. 1A depicts modules for a solar power generation sequence to illustrate and explain the terms energy extraction, preparation, matching, DC/AC conversion, and AC power supply referred to herein;

фиг. 1В символически показывает синусоидально изменяющуюся по времени (колеблющуюся) последовательность АС-напряжения, представляющую АС-сигнал (выходной сигнал DC/ACпреобразователя), который посылается по конкретным силовым линиям электроэнергетической системы;fig. 1B symbolically shows a sinusoidally time-varying (oscillating) AC voltage sequence representing an AC signal (DC/AC converter output signal) that is sent over specific power lines of an electric power system;

фиг. 2А показывает типовую схему повышающего DC/DC-преобразователя, однофазного устройства излечения/подготовки (согласования) энергии, описанного в данном документе;fig. 2A shows an exemplary circuit of the DC/DC boost converter, single-phase power recovery/conditioning device described herein;

фиг. 2В показывает типовую схему понижающего DC/DC-преобразователя, однофазного устройства излечения/подготовки (согласования) энергии, описанного в данном документе;fig. 2B shows a typical circuit of the DC/DC buck converter, single-phase power recovery/conditioning device described herein;

фиг. 2С показывает мостовую структуру переключателей, которые управляют полярностью выходного сигнала понижающего DC/DC-преобразователя; таким образом, создавая результирующую выходную последовательность АС-напряжения, которая изображена на фиг. 1В;fig. 2C shows the bridge structure of the switches that control the output polarity of the DC/DC buck converter; thus producing the resulting AC voltage output sequence as shown in FIG. 1B;

фиг. 2D символически изображает пульсирующую синусоидальную последовательность АСмощности для выходного сигнала DC/AC-инвертора, который посылается в мостовую схему переключателей на фиг. 2С;fig. 2D symbolically depicts a pulsating AC power sine wave for the DC/AC inverter output that is sent to the switch bridge circuit of FIG. 2C;

фиг. 3 символически изображает импульс DC-энергии, который должен быть согласован посредством понижающего преобразователя в одном PWM-цикле; который описывается как 3 области: область-I, представляющая извлеченную энергию, область-П и область-Ш, представляющие область излишней энергии;fig. 3 symbolically depicts a DC energy pulse to be matched by a buck converter in one PWM cycle; which is described as 3 regions: region-I representing extracted energy, region-P and region-Sh representing excess energy region;

фиг. 4А изображает модули солнечной энергии и входные/выходные последовательности для последовательностей однофазного EUT-инвертора в соответствии с принципами, описанными в данном документе;fig. 4A depicts solar power modules and input/output sequences for single phase EUT inverter sequences in accordance with the principles described herein;

фиг. 4В и 4С схематично изображают выходной сигнал двух модулей DC/AC-преобразования, две сдвинутых по фазе на 90 градусов пульсирующих синусоидальных последовательности АС-мощности, которые отдельно посылаются в двухполярный контроллер, сдвинутые по фазе блокирующие мосты переключателей;fig. 4B and 4C schematically show the output of two DC/AC conversion modules, two 90 degree phase-shifted AC power pulsing sine-wave sequences that are separately sent to the bipolar controller, phase-shifted blocking switch bridges;

фиг. 4D схематично изображает две последовательности мощности, предоставляемые соответствующей сдвинутой по фазе мостовой структуре;fig. 4D schematically depicts two power sequences provided by the respective phase-shifted bridge structure;

фиг. 4Е и 4F схематично изображают два выходных сигнала сдвинутых по фазе мостовых структур; и фиг. 4G и 4Н схематично изображают конечные две синхронизированные последовательности мощности, в которых одна последовательность мощности является результатом задержки 405В посредством регулировки фазы. Фрагмент задержки изображается на фиг. 4Н прерывистой линией.fig. 4E and 4F schematically depict two phase-shifted bridge outputs; and fig. 4G and 4H schematically depict the final two synchronized power sequences in which one power sequence is the result of delay 405B by phase adjustment. The delay fragment is shown in Fig. 4H broken line.

Подробное описание изобретенияDetailed description of the invention

Патентные публикации США US2016/0036232 и US2017/0149250 А1 описывают открытие, что традиционные однофазные преобразователи могут лишь извлекать и преобразовывать менее половины входной мощности постоянного тока (DC). Эти патентные публикации учат, что для того, чтобы эффективно извлекать произведенное DC-электричество для использования энергии, характеристики устройства извлечения энергии должны соответствовать эффективному и продуктивному извлечению произведенной DC-электроэнергии.US Patent Publications US2016/0036232 and US2017/0149250 A1 describe the discovery that traditional single-phase converters can only extract and convert less than half of the direct current (DC) input power. These patent publications teach that in order to efficiently extract generated DC electricity for energy use, the characteristics of the power extraction device must match the efficient and productive extraction of generated DC electricity.

Кроме того, эти патентные публикации учат, что связанные устройства также должны быть подобраны для согласования и/или доставки извлеченного электричества для эффективного использования энергии. Вместо использования устройства отслеживания точки максимальной мощности (МРРТ) в качестве оптимизатора для солнечных электростанций, упомянутые публикации предложили использовать устройство отслеживания точки максимального использования энергии в качестве оптимизатора для электростанций; особенно PV-электростанций. Такой оптимизатор будет называться MEUPTоптимизатором в данном документе.In addition, these patent publications teach that related devices must also be matched to match and/or deliver extracted electricity for efficient energy use. Instead of using a maximum power point tracker (MPPT) as an optimizer for solar power plants, the mentioned publications have suggested using a maximum power point tracker as an optimizer for power plants; especially PV power plants. Such an optimizer will be referred to as the MEUPT optimizer in this document.

В соответствии со справочными патентными публикациями, MEUPT-оптимизатор предназначается для захвата того, что они называют излишней энергией или излишней мощностью, которую они определяют как электроэнергию (или мощность, соответственно), которая производится, но не извлекается и/или не доставляется в электрическую сеть для использования. Это определение излишней энергии (или излишней мощности) также используется в данном документе. Эта излишняя мощность имеет сдвиг фазы примерно 90° от электрической сети, так что излишняя мощность не может быть непосредственноAccording to patent reference publications, the MEUPT optimizer is meant to capture what they call surplus energy or surplus power, which they define as electricity (or power, respectively) that is produced but not extracted and/or delivered to the electrical grid. for use. This definition of excess energy (or excess power) is also used in this document. This excess power has a phase shift of approximately 90° from the electrical network, so that the excess power cannot be directly

- 2 042368 отправлена в электрическую сеть. MEUPT-оптимизатор также предназначается, чтобы временно хранить всю захваченную излишнюю энергию в резервуаре энергии; и затем подготавливать и доставлять эту электроэнергию в электрическую сеть для использования. Таким образом, доход от сбыта электричества для PV-электростанции может быть улучшен, когда в нее включен MEUPT-оптимизатор.- 2 042368 sent to the electrical network. The MEUPT optimizer is also meant to temporarily store all captured excess energy in an energy reservoir; and then prepare and deliver this electricity to the electrical grid for use. Thus, the electricity sales revenue for a PV power plant can be improved when the MEUPT optimizer is included in it.

Некоторые специальные знания могут быть применены в извлечении DC-энергии, в подготовке энергии, в согласовании энергии и в доставке энергии. Принципы, описанные в данном документе, могут быть использованы независимо от источника DC-энергии. Тем не менее, это изобретение использует последовательность элементов для генерации солнечной энергии в качестве примера источника DCэнергии, чтобы иллюстрировать и разъяснять термины извлечение энергии, подготовка, согласование и доставка, упоминаемые в данном документе. Т.е. принципы, описанные в данном документе, не ограничиваются извлечением, подготовкой, согласованием и доставкой в контексте солнечной энергии. Хотя они имеют различное физическое значение, термины энергия и мощность являются взаимозаменяемыми в области техники и взаимозаменяемыми в данном документе, пока не указано иное. Также, термины последовательность АС-мощности и последовательность АС-напряжения являются взаимозаменяемыми в данном документе, пока не указывается иное.Some specialized knowledge can be applied in DC power extraction, power preparation, power matching and power delivery. The principles described in this document can be used regardless of the source of DC power. However, this invention uses a series of cells to generate solar energy as an example of a DC power source to illustrate and clarify the terms energy extraction, preparation, matching and delivery referred to in this document. Those. The principles described in this document are not limited to extraction, preparation, matching and delivery in the context of solar energy. Although they have different physical meanings, the terms energy and power are used interchangeably in the art and are used interchangeably herein unless otherwise indicated. Also, the terms AC power sequence and AC voltage sequence are used interchangeably in this document unless otherwise indicated.

Фиг. 1А показывает компоненты последовательности 10 для генерации солнечной энергии. Последовательность начинается в устройстве 101 фотоэлектрического преобразования энергии (последовательности PV-солнечных панелей), которое генерирует электроэнергию из световой энергии (например, солнечной энергии) в качестве первичного источника энергии. Эта электрическая энергия имеет изменяющееся по времени напряжение, которое зависит от облачности, угла солнца, эффективности PVэлементов и множества других факторов. Электрическая энергия затем подготавливается и согласуется посредством повышающего DC/DC-преобразователя 201 в источник DC-энергии с фиксированным напряжением. При добавлении контроллера 224 переключения полярности модуль 223 DC/ACпреобразования преобразует подготовленную DC-мощность фиксированного напряжения в синусоидальную изменяющуюся по времени (колеблющуюся) последовательность АС-напряжения, изображенную на фиг. 1В.Fig. 1A shows the components of a sequence 10 for generating solar energy. The sequence starts at the photovoltaic power conversion device (PV solar panel sequence) 101, which generates electricity from light energy (eg, solar energy) as a primary energy source. This electrical energy has a time-varying voltage that depends on cloudiness, the angle of the sun, the efficiency of the PV cells, and many other factors. The electrical power is then prepared and matched by the DC/DC boost converter 201 to a fixed voltage DC power source. By adding the polarity reversal controller 224, the DC/AC conversion module 223 converts the fixed voltage prepared DC power into the sinusoidal time-varying (oscillating) AC voltage sequence shown in FIG. 1B.

В качестве примера, модуль 223 DC/AC-преобразования может быть понижающим модулем, который управляется посредством широтно-импульсного модулятора (PWM). Понижающий модуль, работающий таким образом, будет также называться DC/AC-преобразователем. Фиг. 2С иллюстрирует пример мостовой структуры 224. Как показано, мостовая структура 224 состоит из набора из 4 переключателей (S1, S2, S3 и S4), которые управляют синхронностью и полярностью последовательности выходного АС-напряжения этого DC/AC-преобразователя. Здесь, НАГРУЗКА представляет нагрузку, обращенную к трансформатору 225 от мостовой структуры 224. Сочетание устройств 201 и 223 может называться PWM-устройством извлечения в данном документе.As an example, the DC/AC conversion module 223 may be a buck module that is controlled by a pulse width modulator (PWM). A step-down module operating in this way would also be referred to as a DC/AC converter. Fig. 2C illustrates an example of bridge structure 224. As shown, bridge structure 224 consists of a set of 4 switches (S1, S2, S3 and S4) that control the synchronism and polarity of the AC output voltage sequence of this DC/AC converter. Here, LOAD represents the load facing transformer 225 from bridge structure 224. The combination of devices 201 and 223 may be referred to as a PWM extractor in this document.

Последовательность мощности АС-напряжения, создаваемая посредством мостовой структуры 224, соответствует условиям электрической сети. Обращаясь снова к фиг. 1А, последовательность АСмощности затем подается через трансформатор 225, чтобы доставлять мощность в сеть 300, которая соединяется с нагрузкой сети. Фиг. 2А показывает пример типичного проекта схемы повышающего DC/DC-преобразователя 201, который может регулировать источник DC-энергии переменного напряжения в DC-источник фиксированного напряжения. Фиг. 2В показывает пример схемного решения типичного, управляемого с помощью PWM понижающего модуля для однофазного DC/AC-инвертора 223, чтобы преобразовывать DC-источник фиксированного напряжения в синусоидальную последовательность АС-мощности. Мостовая структура 224 переключателей (показана на фиг. 2С) управляет полярностью и синхронностью выходного сигнала этого однофазного DC/AC-преобразователя 223. Однофазный DC/AC-преобразователь 223 (или PWM-устройство извлечения при объединении повышающего DC/DCпреобразователя 201 и однофазного DC/AC-преобразователя 223) может также действовать в качестве модуля извлечения/преобразования энергии в традиционном однофазном модуле инвертирования традиционного 3-фазного DC/AC-преобразователя, который состоит из 3 однофазных инверторов.The AC voltage power sequence generated by the bridge structure 224 corresponds to the power grid conditions. Referring again to FIG. 1A, the AC power train is then fed through transformer 225 to deliver power to grid 300 which is connected to the grid load. Fig. 2A shows an exemplary circuit design of a DC/DC boost converter 201 that can regulate an AC voltage DC power source to a fixed voltage DC source. Fig. 2B shows an exemplary circuit design of a typical PWM controlled step-down module for a single-phase DC/AC inverter 223 to convert a fixed voltage DC source into a sinusoidal AC power train. A switch bridge structure 224 (shown in FIG. 2C) controls the polarity and timing of the output of this single-phase DC/AC converter 223. AC Converter 223) can also act as a power extraction/conversion module in a traditional single-phase inverting module of a traditional 3-phase DC/AC converter, which consists of 3 single-phase inverters.

Раздел 1. Обзор традиционного DC/АС-преобразования.Section 1. An overview of the traditional DC/AC conversion.

В целом, напряжение в точке производства максимальной мощности (MPPPV) в практической последовательности солнечных панелей является переменным по времени и меньшим по сравнению с проектным пиковым напряжением АС-электрической сети. Повышающее напряжение устройство извлечения энергии необходимо в PV-станциях для извлечения энергии и подготовки; которое согласует переменный по времени низковольтный DC-источник в фиксированный высоковольтный источник DCэнергии.In general, the maximum power production point voltage (MPPPV) in a practical solar panel sequence is time-varying and lower than the AC grid design peak voltage. Step-up power recovery device is needed in PV stations for power recovery and preparation; which matches a time-varying low-voltage DC source into a fixed high-voltage DC power source.

Фиг. 2А изображает схему устройства повышения напряжения повышающего DC/DC-модуля 201, который состоит из дросселя L; управляемого переключателя Q, регулируемого посредством регулятора FCDFA коэффициента режима работы с управлением по обратной связи (не показан); диода D; и конденсатора С. Переключатель Q переключается с высокой частотой (типично около 18 кГц в коммерческих изделиях) с регулируемым коэффициентом режима работы (коэффициентом заполнения). Регулятор коэффициента режима работы с управлением по обратной связи (FCDFA) регулирует регулируемый коэффициент режима работы так, что этот повышающий DC/DC-модуль 201 производит практически посто- 3 042368 янное выходное DC-напряжение (v0). Другими словами, этот повышающий DC/DC-модуль 201 модифицирует источник DC-энергии с изменяющимся по времени напряжением в источник энергии, имеющий фиксированное DC-напряжение v0 (типично, v0=vpk, где vpk является пиковым напряжением АС-сети), которое подходит для следующего устройства в последовательности (а именно, модуля 223 DC/ACпреобразования в случае на фиг. 1А). Этот следующий модуль DC/AC-преобразования преобразует DCмощность с указанным пиковым напряжением в АС-мощность в форме синусоидальной последовательности мощности, которая соответствует соглашению по электрической сети.Fig. 2A is a circuit diagram of a voltage boosting device of the DC/DC boost module 201, which is composed of a choke L; a controlled switch Q, adjustable by means of a feedback control mode factor FCDFA (not shown); diode D; and capacitor C. Switch Q switches at a high frequency (typically about 18 kHz in commercial products) with an adjustable duty cycle. The feedback controlled duty factor regulator (FCDFA) adjusts the adjustable duty factor such that this DC/DC boost module 201 produces a nearly constant DC output voltage (v 0 ). In other words, this DC/DC boost module 201 modifies a time varying voltage DC power source into a power source having a fixed DC voltage v 0 (typically v 0 =v pk , where v pk is the peak AC line voltage ) that is suitable for the next device in the sequence (namely, the DC/AC conversion module 223 in the case of Fig. 1A). This next DC/AC conversion module converts DC power with the specified peak voltage to AC power in the form of a sinusoidal power sequence that conforms to the power grid convention.

В течение периода, в котором переключатель Q является включенным, предназначенный дроссель L извлекает энергию от входного блока (в случае на фиг. 1А, последовательностей 101 PV-солнечных панелей). В частности, дроссель L заряжается входной мощностью в течение периода времени, указанного посредством управляемого по обратной связи коэффициента режима работы PWM-переключателя. Эта зарядка происходит, подгоняя напряжение vsw на клеммах переключателя Q вверх по направлению к входному напряжению vin до тех пор, пока напряжение vsw на клеммах переключателя не достигнет правильного значения. В течение периода, в котором переключатель Q является выключенным, ток протекает от дросселя L через диод D, чтобы заряжать предназначенный конденсатор С, таким образом, создавая установившееся напряжение, равное желаемому выходному напряжению (в случае соединения с сетью, v=v0=vpk). С помощью управления по обратной связи для регулировки коэффициента режима работы для периода включения-выключения переключателя Q правильно рассчитанной фиксированной PWMчастоты можно повышать выходное напряжение от vin до проектного пикового напряжения сети АСмощности, v0=vpk. Таким образом, эта повышающая напряжение схема может создавать пиковое напряжение, подходящее для вывода в следующий модуль DC/AC-преобразования. Вышеописанная схема называется повышающим DC/DC-преобразователем или повышающим преобразователем в области техники.During the period in which switch Q is on, dedicated inductor L draws power from the input unit (in the case of FIG. 1A, PV solar panel strings 101). Specifically, the inductor L is charged with the input power for a period of time indicated by the feedback-controlled PWM switch duty ratio. This charging takes place by pushing the voltage v sw at the terminals of switch Q up towards the input voltage v in until the voltage v sw at the terminals of the switch reaches the correct value. During the period in which switch Q is off, current flows from inductor L through diode D to charge the destined capacitor C, thus producing a steady voltage equal to the desired output voltage (in the case of mains connection, v=v 0 =v pk ). By using feedback control to adjust the duty ratio for the on-off period of the switch Q of a correctly calculated fixed PWM frequency, the output voltage can be increased from v in to the design peak voltage of the AC power network, v 0 = v pk . Thus, this voltage step-up circuit can generate a peak voltage suitable for output to the next DC/AC conversion module. The above circuit is called DC/DC boost converter or boost converter in the technical field.

Как описано выше, повышающий преобразователь предназначается, чтобы модифицировать DCисточник с изменяющимся по времени напряжением (например, PV-последовательности) в DC-источник, имеющий практически постоянное напряжение, которое может быть равно пиковому значению напряжения, установленному для АС-электрической сети. Отметим, что для того, чтобы предотвращать ослабление пикового напряжения питания в одном АС-цикле при обычной работе, достаточная емкость проектируется для конденсатора С повышающей схемы, изображенной на фиг. 2А. Т.е. этот конденсатор С существует для поддержания напряжения практически постоянным в течение одного АС-цикла. Конденсатор, который выполняет эту описанную функцию, часто называется конденсатором DC-звена в области техники. Условия электрической сети допускают очень небольшое изменение напряжения на концах DC-звена. Следовательно, конденсатор DC-звена не предназначается для хранения большой излишней энергии, так как это потребует огромного (и, таким образом, дорогостоящего) конденсатора для того, чтобы оставаться в пределах максимального допустимого изменения напряжения сети АС-мощности.As described above, the boost converter is intended to modify a time-varying voltage DC source (eg, PV sequences) into a DC source having a substantially constant voltage, which may be equal to the peak voltage value set for the AC mains. Note that in order to prevent attenuation of the peak supply voltage in one AC cycle during normal operation, sufficient capacitance is designed for capacitor C of the boost circuit shown in FIG. 2A. Those. this capacitor C exists to keep the voltage nearly constant for one AC cycle. A capacitor that performs this described function is often referred to as a DC link capacitor in the art. Mains conditions allow very little voltage variation at the ends of the DC link. Therefore, the DC link capacitor is not intended to store large excess energy, as this would require a huge (and thus costly) capacitor in order to stay within the maximum allowable AC power line voltage variation.

Фиг. 2В изображает типичный модуль 223 DC/AC-преобразования, который состоит из дросселя LL, управляемого переключателя QQ, регулируемого посредством регулятора DFA коэффициента режима работы, диода DD и конденсатора СС DC-звена. Переключатель QQ переключается с высокой частотой (типично около 18 кГц в коммерческих изделиях) с регулируемым коэффициентом режима работы. Переключатель QQ (который часто называется PWM-переключателем) регулируется по сигналу широтно-импульсного модулятора (PWM). Коэффициент режима работы этого PWM-переключателя регулируется посредством регулятора DFA коэффициента режима работы, так что произведенная последовательность АС-мощности этого модуля 223 преобразования соответствует условиям электрической сети. Изображенный модуль 223 DC/AC-преобразования называется понижающим преобразователем в области техники. Понижающий преобразователь 223, ассоциированный с DFA, может преобразовывать источник DC-энергии с точно указанным пиковым напряжением в синусоидальную последовательность АС-мощности. Эта пульсирующая последовательность АС-мощности посылается через мостовую структуру переключателей, изображенную на фиг. 2С (которая является примером контроллера 224 полярности/синхронности на фиг. 1А); и затем через трансформатор (например, трансформатор 225 на фиг. 1А) и в сеть (например, сеть 300 на фиг. 1А). Как описано, мостовая структура переключателей действует в качестве контроллера полярности и синхронности.Fig. 2B shows a typical DC/AC conversion module 223 which consists of a choke LL, a controlled switch QQ controlled by a duty factor regulator DFA, a diode DD, and a DC link capacitor CC. The QQ switch switches at a high frequency (typically around 18 kHz in commercial products) with an adjustable duty ratio. The QQ switch (often referred to as a PWM switch) is controlled by a pulse-width modulator (PWM) signal. The duty ratio of this PWM switch is adjusted by the duty ratio controller DFA so that the produced AC power sequence of this conversion unit 223 is in accordance with the power grid conditions. The depicted DC/AC conversion module 223 is called a buck converter in the art. A buck converter 223 associated with the DFA can convert a DC power source with a precisely specified peak voltage into a sinusoidal AC power sequence. This pulsed AC power train is sent through the switch bridge structure shown in FIG. 2C (which is an example of the polarity/timing controller 224 in FIG. 1A); and then through a transformer (eg, transformer 225 in FIG. 1A) and into a network (eg, network 300 in FIG. 1A). As described, the bridge structure of the switches acts as a polarity and timing controller.

Как изображено на фиг. 2С, когда переключатели S1 и S2, оба являются включенными, а переключатели S3 и S4 являются выключенными, положительное напряжение прикладывается на концах нагрузки. Наоборот, когда переключатели S3 и S4 являются включенными, а переключатели S1 и S2 являются выключенными, отрицательное напряжение прикладывается на концах нагрузки. Когда это переключение управляется посредством синхронизирующего регулятора (не показан на фиг. 2С), это определяет положительные/отрицательные переходы напряжения (или пересечение нулевого напряжения) в электрической сети, эта мостовая структура 224 (объединенная с регулятором DFA коэффициента режима работы) может эффективно управлять выходной полярностью и синхронностью однофазного DC/ACпреобразователя.As shown in FIG. 2C, when switches S1 and S2 are both on and switches S3 and S4 are off, a positive voltage is applied at the ends of the load. Conversely, when switches S3 and S4 are on and switches S1 and S2 are off, a negative voltage is applied at the ends of the load. When this switching is controlled by a synchronizing regulator (not shown in FIG. 2C), this detects positive/negative voltage transitions (or zero voltage crossings) in the electrical network, this bridge structure 224 (combined with duty ratio regulator DFA) can effectively control the output polarity and synchronism of a single-phase DC/AC converter.

Синхронный регулятор может своевременно регулировать изменяющуюся по времени корректировку коэффициента режима работы PWM; так что чистая синусоидальная форма волны мощности созThe synchronous controller can timely adjust the time-varying PWM mode gain correction; so pure sine waveform power cos

- 4 042368 дается, которая представляется как cos2(ωt+θ), с требуемой угловой АС-частотой ω, с требуемым пиковым АС-напряжением vpk и с ее фазой 9, синхронной с соответствующей парой силовых линий сети. При объединении с DC-входным сигналом с фиксированным напряжением и с паразитной индуктивностью и паразитной емкостью в сети, дроссель LL и конденсатор СС могут быть уменьшены или даже опущены на практике. В области техники термины преобразователь и инвертор (и для этого предмета изучения преобразование и инверсия) являются взаимозаменяемыми и, таким образом, являются взаимозаменяемыми в данном документе.- 4 042368 is given, which is represented as cos 2 (ωt+θ), with the required AC corner frequency ω, with the required peak AC voltage v pk and with its phase 9 synchronous with the corresponding pair of mains power lines. When combined with a fixed voltage DC input with parasitic inductance and parasitic capacitance in the network, the inductor LL and capacitor CC can be reduced or even omitted in practice. In the technical field, the terms converter and inverter (and for this subject matter, transformation and inversion) are used interchangeably, and thus are used interchangeably in this document.

Регулятор DFA коэффициента режима работы регулирует коэффициент режима работы как функцию времени в соответствии с проектом, чтобы включать/выключать переключатель QQ понижающего преобразователя. Таким образом, с правильно спроектированной схемой и подготовленным пиковым напряжением, этот модуль преобразования может создавать желаемое значение выходного напряжения, форму мощности, частоту и фазу, которая соответствует требованию проекта, включающему в себя требование условий сети АС-мощности, и фазу соответствующей силовой линии сети. В случае соединенного с сетью блока, АС-синхронный регулятор (типично встроенный в DC/AC-преобразователь) применяется, чтобы выполнять дрейф выходной величины подготовленной АС-мощности вместе с электрической сетью в случае, когда пиковое напряжение электрической сети дрейфует, и/или в случае, когда частота электрической сети дрейфует. Такой сформированный сигнал АС-мощности изображается на фиг. 3. Другими словами, с помощью PWM-устройства извлечения энергии, описанного выше, однофазный DC/AC-преобразователь может извлекать и преобразовывать DC-электроэнергию от источника DCэнергии фиксированного напряжения в АС-мощность, которая соответствует соглашению по электрической сети.The duty factor controller DFA adjusts the duty factor as a function of time according to the design to enable/disable the buck converter QQ switch. Thus, with a properly designed circuit and prepared peak voltage, this conversion module can produce the desired output voltage value, power waveform, frequency and phase that meets the design requirement, including the requirement of AC power network conditions, and the phase of the corresponding mains power line . In the case of a grid-connected unit, an AC-synchronous regulator (typically built into the DC/AC converter) is used to drift the output value of the prepared AC power along with the mains in the event that the peak voltage of the mains drifts, and/or in when the mains frequency drifts. Such a generated AC power signal is shown in FIG. 3. In other words, with the PWM power extraction device described above, the single-phase DC/AC converter can extract and convert DC power from a fixed voltage DC power source into AC power that meets the power grid agreement.

Очень важно отметить, что выходная мощность, P(t) вышеупомянутого однофазного инвертора изменяется со временем в форме cos2(ωt+θ). Таким образом, в течение конкретного периода времени, энергия, доставляемая по силовой линии электрической сети, равна сумме ее изменяющейся по времени последовательности выходной мощности в течение этого периода. Результирующее интегральное значение равно только половине интегрирования постоянной DC-мощности источника энергии в течение того же периода времени. Другими словами, вышеописанный традиционный однофазный инвертор может лишь извлекать и преобразовывать самое большее лишь половину энергии, предоставляемой посредством источника DC-энергии. Оставшаяся и неиспользованная энергия, таким образом, равна более половины доступной входной энергии. Это оставшееся количество способствует большей части излишней энергии, описанной в вышеупомянутых патентных публикациях.It is very important to note that the output power, P(t) of the above single-phase inverter changes with time in the form of cos 2 (ωt+θ). Thus, during a particular period of time, the energy delivered through the power line of an electrical network is equal to the sum of its time-varying sequence of output power during that period. The resulting integral value is only half the integration of the constant DC power of the power source over the same period of time. In other words, the above-described conventional single-phase inverter can only extract and convert at most only half of the power provided by the DC power source. The remaining and unused energy is thus equal to more than half of the available input energy. This remaining amount contributes to much of the excess energy described in the aforementioned patent publications.

В целях последующего анализа, предположим, что источник DC-энергии имеет постоянную мощность Pmx в периоде из нескольких циклов АС-мощности. Фиг. 3 изображает извлеченный импульс DCэнергии в одном PWM-цикле (имеющем период D). Как будет продемонстрировано, извлеченная DCмощность Рх меньше или равна DC-мощности Pmx. Коэффициент режима работы d(t)/D в этом PWMцикле регулируется до значения, равного d(t)/D=cos2(ωt+θ), так что произведенная мощность практически равна Рх*cos2(ωt+θ), что соответствует соглашению по электрической сети, и где 9 является фазой соответствующей пары силовых линий сети. Фиг. 3 (в частности, нижняя половина на фиг. 3) также изображает пространство мощность-время (называемое пространством энергии) с временным интервалом D в качестве одного PWM-периода; с входной DC-мощностью, равной Pmx; и с извлеченной мощностью, равной Рх.For the purposes of the following analysis, let us assume that the DC power source has a constant power P mx over a period of several AC power cycles. Fig. 3 shows the extracted DC energy pulse in one PWM cycle (having a period D). As will be shown, the extracted DC power P x is less than or equal to the DC power P mx . The duty ratio d(t)/D in this PWM cycle is adjusted to a value equal to d(t)/D=cos 2 (ωt+θ), so that the power produced is almost equal to Px*cos 2 (ωt+θ), which corresponds to agreement on the electrical network, and where 9 is the phase of the corresponding pair of power lines of the network. Fig. 3 (in particular, the lower half of FIG. 3) also depicts a power-time space (called energy space) with time interval D as one PWM period; with DC input power equal to Pmx; and with extracted power equal to Rx.

Как изображено на фиг. 3, это пространство энергии делится на 3 области. Область-I представляет извлеченный импульс DC-энергии с извлеченной мощностью Рх; и с продолжительностью времени D*cos2(ωt+θ), которая преобразуется в однофазную АС-мощность P(t)=Рх*cos2(ωt+θ) в произвольное время t, которое соответствует времени PWM-извлечения. Область-I также называется зоной извлеченной энергии или областью извлеченной энергии. Зона между мощностью Pmx источника энергии и мощностью Рх является областью-Ш. Область-II является зоной после зоны извлеченной энергии в PWM-периоде D. Объединенная зона областей-II и III представляет зону излишней энергии в этом пространстве энергии. Энергия в зоне (области) излишней энергии не извлекается, не преобразуется в АСмощность и, таким образом, не используется обычным способом. Вместо этого, эта излишняя энергия в конечном счете поглощается как тепло.As shown in FIG. 3, this energy space is divided into 3 areas. Area-I represents the extracted pulse of DC energy with the extracted power P x ; and with a duration of time D*cos 2 (ωt+θ), which is converted into single-phase AC power P(t)=Px*cos 2 (ωt+θ) at an arbitrary time t, which corresponds to the PWM extraction time. Area-I is also called the extracted energy zone or the extracted energy area. The zone between the power Pmx of the power source and the power P x is the region-W. Region-II is the zone after the extracted energy zone in PWM period D. The combined zone of regions-II and III represents the excess energy zone in this energy space. The energy in the excess energy zone (region) is not extracted, converted into AC power, and thus not used in the usual way. Instead, this excess energy is eventually absorbed as heat.

Напомним, традиционный однофазный DC/AC-преобразователь применяет модуль повышения напряжения, чтобы модифицировать источник DC-мощности с изменяющимся по времени напряжением в источнике DC-мощности практически с постоянным и точно определенным напряжением, таким как пиковое напряжение сети. Этот DC-источник служит в качестве входного DC-источника для PWMустройства извлечения, чтобы извлекать и преобразовывать входную DC-энергию. Когда коэффициент режима работы в одном PWM-цикле регулируется посредством cos (ωt+θ) во время t (где фаза θ является фазой соответствующей силовой линии электрической сети), форма выходной мощности соответствует условию АС-мощности. На высоком уровне пространство энергии каждого PWM-цикла состоит из двух областей - области извлеченной энергии (например, область-I на фиг. 3) и области излишней энергии (например, сочетание области-II и области-III на фиг. 3). Извлеченная энергия, таким образом, преобра- 5 042368 зуется в АС-мощность и предоставляется в соответствующую пару силовых линий электрической сети; в то время как излишняя энергия превращается в тепло, если не захватывается и не сохраняется в устройстве, таком как MEUPT-оптимизатор.Recall that the conventional single-phase DC/AC converter adopts a boost module to modify the DC power source with time-varying voltage in the DC power source to a nearly constant and well-defined voltage, such as the mains peak voltage. This DC source serves as the DC input source for the PWM extractor to extract and convert the input DC power. When the duty ratio in one PWM cycle is adjusted by cos (ωt+θ) at time t (where the phase θ is the phase of the corresponding mains power line), the output power shape corresponds to the AC power condition. At a high level, the energy space of each PWM cycle consists of two regions, a extracted energy region (eg, region-I in FIG. 3) and an excess energy region (eg, a combination of region-II and region-III in FIG. 3). The extracted energy is thus converted into AC power and provided to the corresponding pair of power lines of the electrical network; while excess energy is converted into heat if not captured and stored in a device such as a MEUPT optimizer.

Как описано выше, справочные патентные публикации учат, что величина излишней энергии является, по меньшей мере, такой же большой, что и извлеченная энергия, когда интегрируется по нескольким АС-периодам времени. Другими словами, традиционный однофазный DC/AC-преобразователь может извлекать и преобразовывать самое большее лишь половину входной DC-энергии. Другими словами, когда используется традиционный однофазный DC/AC-преобразователь, по меньшей мере, половина входной DC-энергии станет излишней энергией; которая не извлекается, которая не преобразуется, которая не доставляется в электрическую сеть, которая не используется нагрузкой, и которая, в конечном счете, превратится в тепло.As described above, reference patent publications teach that the amount of excess energy is at least as large as the extracted energy when integrated over multiple AC time periods. In other words, a traditional single-phase DC/AC converter can only extract and convert at most half of the input DC power. In other words, when a traditional single-phase DC/AC converter is used, at least half of the input DC power will become waste power; which is not extracted, which is not converted, which is not delivered to the electrical network, which is not used by the load, and which will eventually turn into heat.

Раздел 2. Принципы однофазного EUT-инвертора.Section 2. Principles of a single-phase EUT inverter.

Хотя не признано обычными специалистами в области техники, существуют фактически два способа смягчения вышеописанной нежелательного последствия для однофазного инвертора. Первым способом является следование принципам, описанным в справочных патентных публикациях, чтобы включать MEUPT-оптимизатор в энергетическую систему. Другим способом является следование принципам, описанным в данном документе, которые предлагают спроектировать однофазный инвертор, состоящий из комплекта из двух модулей DC/AC-преобразования и регулятора фазы, и последовательно извлекать энергию поочередно между двумя модулями DC/AC-преобразования, когда чередование инструктируется регулятором фазы. Этот новый однофазный инвертор называется однофазным инвертором с отслеживанием использования энергии или однофазным EUT-инвертором.Although not recognized by those of ordinary skill in the art, there are actually two ways to mitigate the above-described undesirable effect on a single-phase inverter. The first way is to follow the principles described in patent reference publications to include a MEUPT optimizer in the power system. Another way is to follow the principles described in this document, which propose to design a single-phase inverter, consisting of a set of two DC/AC conversion modules and a phase regulator, and to sequentially extract power alternately between the two DC/AC conversion modules when the alternation is instructed by the regulator. phases. This new single-phase inverter is called single-phase energy tracking inverter or single-phase EUT inverter.

Первый модуль DC/AC-преобразования однофазного EUT-инвертора формирует первую последовательность АС-мощности, извлекая и преобразуя первую область энергии (например, область I на фиг. 3) в пространстве энергии каждого PWM-цикла. Напротив, второй модуль DC/AC-преобразования однофазного EUT-инвертора формирует вторую последовательность АС-мощности, извлекая и преобразуя область энергии после области-I (например, область-П на фиг. 3). Таким образом, во время t, первая АСмощность равна P(t)=Рх*cos2(ωt+θ); в то время как вторая АС-мощность равна P'(t)=Рх-Рх*cos2(ωt+θ)=Px*(1-cos2(ωt+θ))=Px*sin2(ωt+θ). Эти две последовательности выходной АСмощности имеют одинаковую пиковую мощность, и одинаковую частоту, но сдвинуты по фазе на 90° относительно друг друга. Это означает, что, когда первая последовательность АС-мощности соответствует соглашению по электрической сети и фазе соответствующей пары силовых линий, вторая последовательность АС-мощности будет сдвинута по фазе на 90° с соответствующей парой силовых линий сети. Другими словами, первая последовательность АС-мощности может быть доставлена и предоставлять электрическую энергию в соответствующую пару силовых линий электрической сети; в то время как вторая последовательность АС-мощности не подходит для доставки и предоставления мощности в ту же пару силовых линий.The first DC/AC conversion module of the single-phase EUT inverter generates the first AC power sequence by extracting and converting the first energy region (eg, region I in FIG. 3) in the energy space of each PWM cycle. In contrast, the second DC/AC conversion module of the single-phase EUT inverter generates the second AC power sequence by extracting and converting the energy region after region-I (eg, region-P in FIG. 3). Thus, at time t, the first AC power is P(t)=P x *cos 2 (ωt+θ); while the second AC power is P'(t)=Px-Px*cos 2 (ωt+θ)=Px*(1-cos 2 (ωt+θ))=P x *sin 2 (ωt+θ ). These two AC power output sequences have the same peak power and the same frequency, but are 90° out of phase with each other. This means that when the first AC power sequence matches the agreement on the mains and the phase of the respective power line pair, the second AC power sequence will be 90° out of phase with the corresponding power line pair. In other words, the first AC power sequence can be delivered and provide electrical power to the corresponding pair of power lines of the electrical network; while the second AC power sequence is not suitable for delivering and delivering power to the same pair of power lines.

В соответствии с принципом, описанным в данном документе, предлагаемый однофазный EUTинвертор дополнительно содержит регулятор фазы. Этот регулятор фазы может регулировать фазу вышеизложенной второй последовательности АС-мощности на 90°. Таким образом, вторая последовательность АС-мощности трансформируется, чтобы синхронизироваться с соответствующей парой силовых линий сети. Как описано, оба выходных сигнала однофазного EUT-инвертора (первая и вторая последовательности АС-мощности) могут тогда соответствовать соглашению по электрической сети для одной и той же пары силовых линий. Следовательно, две однофазные последовательности АС-мощности могут быть доставлены в одну и ту же пару силовых линий сети для последующего потребления присоединяемыми нагрузками.In accordance with the principle described in this document, the proposed single-phase EUT inverter additionally contains a phase regulator. This phase controller can adjust the phase of the above second AC power sequence by 90°. Thus, the second AC power sequence is transformed to synchronize with the corresponding pair of mains power lines. As described, both single-phase EUT inverter outputs (first and second AC power sequences) can then follow the power grid agreement for the same pair of power lines. Therefore, two single-phase AC power sequences can be delivered to the same pair of mains power lines for subsequent consumption by connected loads.

Фиг. 4А схематично изображает блок-схему, показывающую формирование энергии и ввод в однофазный EUT-инвертор 400. Входная энергия (характеризуемая наличием изменяющегося по времени напряжения) формируется посредством последовательности 401 PV-солнечных панелей. Входная энергия не проходит через повышающий модуль 402, который выполняет согласование энергии для формирования источника DC-энергии с фиксированным напряжением. Повышающий модуль 402 может быть структурирован, как описано выше для повышающего модуля 201 на фиг. 2А.Fig. 4A is a schematic block diagram showing power generation and input to single-phase EUT inverter 400. Power input (characterized by the presence of a time-varying voltage) is generated by a string of PV solar panels 401. The input power does not pass through boost module 402, which performs power matching to form a fixed voltage DC power source. Boost module 402 may be structured as described above for boost module 201 in FIG. 2A.

DC-энергия фиксированного напряжения от повышающего модуля 402 частично извлекается посредством первого PWM-управляемого DC/AC-понижающего модуля 403А, чтобы формировать первую последовательность 4031А АС-мощности (см. фиг. 4В), P(t)=Рх*cos2(ωt+θ), которая соответствует соглашению по электрической сети и имеет ту же фазу θ, что и соответствующая силовая линия электрической сети. Обращаясь к фиг. 2В, напомним, что это осуществляется посредством наличия регулятора DFA коэффициента режима работы, управляющего переключателем QQ, с тем, чтобы иметь коэффициент режима работы d1(t)/D=cos2(ωt+θ). Первый PWM-управляемый понижающий DC/AC-модуль 403А может быть структурирован так же, как и понижающий DC/AC-модуль 223, описанный выше относительно фиг. 2В, за исключением того, что DFA также соединяется с модулем 405 блокировки со сдвигом по фазе.The fixed voltage DC power from the boost module 402 is partially extracted by the first PWM controlled DC/AC buck module 403A to form the first AC power sequence 4031A (see FIG. 4B), P(t)=P x *cos 2 (ωt+θ), which corresponds to the agreement on the electrical network and has the same phase θ as the corresponding power line of the electrical network. Referring to FIG. 2B, recall that this is done by having a duty ratio controller DFA controlling the switch QQ so as to have a duty ratio d1(t)/D=cos 2 (ωt+θ). The first PWM controlled DC/AC buck module 403A may be structured in the same way as the DC/AC buck module 223 described above with respect to FIG. 2B, except that the DFA is also connected to the phase blocking module 405.

- 6 042368- 6 042368

DC-энергия с фиксированным напряжением от понижающего модуля также частично извлекается посредством второго PWM-управляемого понижающего DC/AC-модуля 403В. Второй понижающий DC/AC-модуль 403В может быть структурирован так же, как и первый понижающий DC/AC-модуль 403А, и включает в себя переключатель SQQ, диод SDD, дроссель SLL и конденсатор SCC, которые соединяются друг с другом аналогично тому, как переключатель QQ, диод DD, дроссель LL и конденсатор СС первого DC/AC-понижающего модуля 403А соединяются друг с другом. Кроме того, переключатель SQQ, диод SDD, дроссель SLL и конденсатор SCC второго DC/AC-понижающего модуля 403В могут иметь такие же соответствующие размеры, что и переключатель QQ, диод DD, дроссель LL и конденсатор СС первого понижающего DC/AC-модуля 403А.The fixed voltage DC power from the buck module is also partially extracted by the second PWM controlled 403V DC/AC buck module. The second DC/AC step-down module 403B can be structured in the same way as the first DC/AC step-down module 403A, and includes a switch SQQ, a diode SDD, a choke SLL, and a capacitor SCC, which are connected to each other in the same way as switch QQ, diode DD, inductor LL, and capacitor CC of the first DC/AC step-down module 403A are connected to each other. In addition, switch SQQ, diode SDD, inductor SLL, and capacitor SCC of the second DC/AC buck module 403B can have the same corresponding dimensions as switch QQ, diode DD, choke LL, and capacitor CC of the first DC/AC buck module 403A. .

Однако переключатель SQQ второго понижающего DC/AC-модуля 403В соединяется с регулятором DFA коэффициента режима работы через модуль 405 блокировки со сдвигом по фазе. Модуль 405 блокировки со сдвигом по фазе гарантирует, что, когда переключатель QQ первого понижающего DC/ACмодуля является включенным, переключатель SQQ второго понижающего DC/AC-модуля является выключенным, и наоборот. Таким образом, режим работы переключателя SQQ будет 1-d1(t)=1cos2(ωt+θ)=sin2(ωt+θ). Таким образом, вторая последовательность 4031В АС-мощности (см. фиг. 4С), формируемая посредством второго понижающего DC/AC-модуля 403В, имеет изменяющуюся по времени последовательность мощности P'(t)=Рх*sin2(ωt). Как описано дополнительно ниже, фаза этой второй последовательности АС-мощности дополнительно регулируется посредством регулятора фазы, что фаза второй последовательности АС-мощности.However, the switch SQQ of the second DC/AC step-down module 403B is connected to the duty ratio controller DFA via the phase blocking module 405 . The phase blocking unit 405 ensures that when the switch QQ of the first DC/AC buck module is on, the switch SQQ of the second DC/AC buck module is off, and vice versa. Thus, the operation mode of the switch SQQ will be 1-d1(t)=1cos 2 (ωt+θ)=sin 2 (ωt+θ). Thus, the second AC power sequence 4031B (see FIG. 4C) generated by the second DC/AC buck module 403B has a time varying power sequence P'(t)=P x *sin 2 (ωt). As described further below, the phase of this second AC power sequence is further controlled by a phase controller that is the phase of the second AC power sequence.

Последовательность 4031В мощности на фиг. 4В затем регулируется на 90° в последовательность АС-мощности, P(t)=Рх*sin2(ωt+θ+90°). После регулировки фазы обе последовательности АС-мощности P(t) и P''(t) становятся синхронизированными, так как первая последовательность 4031А АС-мощности (которая равна P(t)=Рх*cos2(ωt+θ) и вторая последовательность 4031В АС-мощности (которая с регулировкой становится P(t)=Рх*sm2(ωt+θ+90°)=Рх*cos2(ωt)+θ) становятся синхронизированными и подходящими для предоставления в одну и ту же пару силовых линий сети. Теперь, достаточно сказать, что первая последовательность P(t) мощности (т.е., сигнал 4031А на фиг. 4В) предоставляется в блокирующие мостовые структуры 404А переключателей, а вторая последовательность P'(t) мощности (т.е. сигнал 4031В на фиг. 4С) предоставляется во вторую блокирующую мостовую структуру 404В, которая сдвинута по фазе с первой блокирующей мостовой структурой 404А. Работа и структура сдвинутых по фазе блокирующих мостовых структур 404А и 404В описываются дополнительно ниже относительно фиг. 4D4H.Power sequence 4031B in FIG. 4B is then adjusted 90° into the AC power sequence, P(t)=P x *sin 2 (ωt+θ+90°). After adjusting the phase, both AC power sequences P(t) and P''(t) become synchronized because the first AC power sequence 4031A (which is P(t)=Px*cos 2 (ωt+θ) and the second sequence 4031B AC power (which with adjustment becomes P(t)=Px*sm 2 (ωt+θ+90°)=P x *cos 2 (ωt)+θ) become synchronized and suitable for supply to the same pair Now, suffice it to say that the first power sequence P(t) (i.e., signal 4031A in FIG. 4B) is provided to blocking switch bridge structures 404A, and the second power sequence P'(t) (i.e., e. signal 4031B in Fig. 4C) is provided to a second blocking bridge structure 404B that is out of phase with the first blocking bridge structure 404A. The operation and structure of the phase-shifted blocking bridge structures 404A and 404B are described further below with respect to Fig. 4D4H.

Раздел 3. Применение принципов к 3-фазному EUT-инвертору.Section 3. Applying the principles to the 3-phase EUT inverter.

Коренная причина недостаточного извлечения энергии традиционных однофазных DC/ACпреобразователей также присутствует в традиционных 3-фазных DC/AC-преобразователях. По существу, традиционный 3-фазный DC/AC-преобразователь задействует три однофазных DC/AC-преобразователя, которые выполняют извлечение и преобразование, и доставляет аналогичную усредненную по времени АС-мощность в три пары силовых линий; со сдвигами фаз 120°. Излишняя энергия, которая возникает в однофазном DC/AC-преобразователе, таким образом, также возникает в каждом из трех однофазных DC/AC-преобразователей традиционного 3-фазного DC/AC-преобразователя. Плохими новостями является то, что любая коренная причина недостаточности в извлечении энергии однофазных DC/ACпреобразователей сохраняется троекратно в традиционных 3-фазных DC/AC-преобразователях. Хорошими новостями является то, что любая действенная мера, применимая к недостатку извлечения энергии однофазного инвертора, может также быть действенной мерой, применимой троекратно к недостатку извлечения энергии 3-фазного инвертора.The root cause of the poor power recovery of traditional single-phase DC/AC converters is also present in traditional 3-phase DC/AC converters. Essentially, a traditional 3-phase DC/AC converter uses three single-phase DC/AC converters to extract and convert, and deliver the same time-averaged AC power to three pairs of power lines; with phase shifts of 120°. The excess energy that occurs in the single-phase DC/AC converter thus also occurs in each of the three single-phase DC/AC converters of a conventional 3-phase DC/AC converter. The bad news is that any root cause of insufficient energy extraction in single-phase DC/AC converters is saved three times in traditional 3-phase DC/AC converters. The good news is that any actionable measure applicable to the energy extraction disadvantage of a single-phase inverter can also be an actionable measure applicable three times to the energy extraction deficiency of a 3-phase inverter.

Когда 3-фазный DC/AC-инвертор состоит из трех наборов вышеописанных однофазных EUTинверторов, 3-фазный DC/AC-инвертор называется трехфазным EUT-инвертором. Каждый из однофазных EUT-инверторов 3-фазного EUT-инвертора может извлекать и преобразовывать одну треть (1/3) DCмощности, предоставляемой источником DC-энергии (например, PV-последовательностью или станцией), в две однофазные последовательности АС-мощности и доставлять их в одну и ту же пару силовых линий 3-фазной электрической сети. Например, первый однофазный EUT-инвертор будет извлекать одну треть DC-мощности, предоставляемой источником DC-энергии, в первый набор двух синхронизированных однофазных последовательностей АС-мощности и доставлять этот первый набор синхронизированных однофазных последовательностей АС-мощности в первую соответствующую пару силовых линий сети. Второй однофазный EUT-инвертор будет извлекать другую одну треть DC-мощности, предоставляемой источником DC-энергии, во второй набор двух синхронизированных однофазных последовательностей АС-мощности (которые сдвинуты по фазе на 120° с первым набором синхронизированных однофазных последовательностей АС-мощности, но которые являются синхронизированными со второй парой силовых линий сети) и доставлять этот второй набор синхронизированных однофазных последовательностей АС-мощности во вторую соответствующую пару силовых линий сети. Третий однофазный EUT-инвертор будет извлекать еще одну другую одну треть DC-мощности, предоставляемой источником DC-энергии, в третий набор двух синхронизированных однофазных последовательностей АС-мощностиWhen a 3-phase DC/AC inverter is composed of three sets of the above-described single-phase EUT inverters, the 3-phase DC/AC inverter is called a three-phase EUT inverter. Each of the single-phase EUT inverters of the 3-phase EUT inverter can extract and convert one-third (1/3) of the DC power provided by a DC power source (such as a PV string or station) into two single-phase AC power strings and deliver them into the same pair of power lines of a 3-phase electrical network. For example, the first single-phase EUT inverter will extract one-third of the DC power provided by the DC power source into a first set of two synchronized single-phase AC power sequences and deliver this first set of synchronized single-phase AC power sequences to the first corresponding pair of mains power lines. The second single-phase EUT inverter will extract the other one-third of the DC power provided by the DC power source into a second set of two synchronized single-phase AC power sequences (which are 120° out of phase with the first set of synchronized single-phase AC power sequences, but which are synchronized with the second pair of power lines of the network) and deliver this second set of synchronized single-phase AC power sequences to the second corresponding pair of power lines of the network. The third single phase EUT inverter will extract another one third of the DC power provided by the DC power source into a third set of two synchronized single phase AC power sequences.

- 7 042368 (которые сдвинуты по фазе на 120° с первой и второй синхронизированными однофазными последовательностями АС-мощности, но которые являются синхронизированными с третьей парой силовых линий сети) и доставлять этот третий набор синхронизированных однофазных последовательностей АСмощности в третью соответствующую пару силовых линий сети.- 7 042368 (which are out of phase by 120° with the first and second synchronized single-phase AC power sequences, but which are synchronized with the third pair of power lines of the network) and deliver this third set of synchronized single-phase AC power sequences to the third corresponding pair of power lines of the network.

Следовательно, объединенные усилия трех однофазных EUT-инверторов в 3-фазном EUTинверторе могут извлекать и доставлять почти всю полную входную DC-мощность, предоставляемую источником энергии, в три пары силовых линий 3-фазной электрической сети. Таким образом, в соответствии с принципами, описанными в данном документе, при использовании 3-фазного EUT-инвертора для замены традиционного 3-фазного DC/AC-инвертора, мы можем извлекать двойную величину энергии, извлекаемой из источника DC-энергии; для доставки выходной АС-мощности в 3-фазную электрическую сеть для потребления.Therefore, the combined efforts of three single-phase EUT inverters in a 3-phase EUT inverter can extract and deliver almost all of the total DC input power provided by the power source to the three power line pairs of a 3-phase power grid. Thus, according to the principles described in this document, when using a 3-phase EUT inverter to replace the traditional 3-phase DC/AC inverter, we can extract twice the amount of energy extracted from the DC power source; to deliver AC output power to a 3-phase electrical network for consumption.

Раздел 4. Примеры регулятора фазы.Section 4. Phase Regulator Examples.

Некоторые специальные знания в области техники могут быть применены для проектирования регулятора фазы, упоминаемого в данном документе. Например, как хорошо известно в области техники, однофазный трансформатор может задерживать однофазную последовательность АС-напряжения наполовину АС-цикла, ассоциирующегося с инверсией полярности. Это означает, что однофазный трансформатор может сдвигать фазу последовательности АС-мощности на 90° без изменения формы волны или частоты. Идеальный трансформатор (с первичным и вторичным коэффициентом трансформации, равным единице) может дополнительно сохранять пиковое напряжение входной последовательности АСмощности. Реальный трансформатор с коэффициентом трансформации, равным единице, может привносить слабое падение пикового напряжения. Однако это привнесенное падение в пиковом напряжении может быть скорректировано посредством регулирования отношения числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки до соответствующего значения. Следовательно, однофазный трансформатор может быть очень практичным регулятором фазы для принципов, описанных в данном документе. Каждый однофазный EUT-инвертор может применять один правильный однофазный трансформатор в качестве своего регулятора фазы. 3-фазный EUT-инвертор может применять 3 однофазных EUTинвертора, каждый с такими регуляторами фаз. При этом регулирование фазы может также быть осуществлено посредством использования дросселя или конденсатора.Some technical knowledge may be applied to the design of the phase regulator referred to in this document. For example, as is well known in the art, a single phase transformer can delay a single phase AC voltage sequence by half the AC cycle associated with polarity reversal. This means that a single-phase transformer can shift the phase of an AC power sequence by 90° without changing the waveform or frequency. An ideal transformer (with a primary and secondary turn ratio of one) can additionally store the peak voltage of the AC power input sequence. A real transformer with a turn ratio of one may introduce a small drop in peak voltage. However, this introduced drop in peak voltage can be corrected by adjusting the ratio of the number of turns of the secondary winding to the number of turns of the primary winding to an appropriate value. Therefore, a single-phase transformer can be a very practical phase regulator for the principles described in this document. Each single-phase EUT inverter can use one correct single-phase transformer as its phase regulator. A 3-phase EUT inverter can use 3 single-phase EUT inverters, each with these phase regulators. In this case, the phase control can also be carried out by using a choke or a capacitor.

Кроме того, 3-фазный трансформатор может сдвигать каждую из фаз в 3-фазных последовательностях АС-мощности на 90° без изменения формы волны или частоты. Следовательно, как описано выше, 3-фазный EUT-инвертор может также применять только один 3-фазный трансформатор в качестве объединенного регулятора фазы, чтобы регулировать все три фазы последовательностей АС-напряжения для синхронизации с 3 парами силовых линий в 3-фазной электрической сети. Посредством замены трех регуляторов в 3-фазном EUT-инвертора лишь одним объединенным регулятором этот возможный регулятор фазы может дополнительно снижать стоимость 3-фазного EUT-инвертора.In addition, a 3-phase transformer can shift each of the phases in 3-phase AC power sequences by 90° without changing the waveform or frequency. Therefore, as described above, the 3-phase EUT inverter can also use only one 3-phase transformer as an integrated phase regulator to regulate all three phases of AC voltage sequences to synchronize with 3 pairs of power lines in a 3-phase electrical network. By replacing the three regulators in a 3-phase EUT inverter with just one integrated regulator, this possible phase regulator can further reduce the cost of the 3-phase EUT inverter.

Раздел 5. Итоги.Section 5. Results.

Как проанализировано в разделе 1, традиционное однофазное АС-устройство извлечения применяет PWM-устройство извлечения для извлечения входной DC-мощности. Когда коэффициент режима работы в одном PWM-цикле регулируется на cos2(ωt+θ) во время t, выходная мощность соответствует соглашению по АС-мощности, предполагающему правильно синхронизированную фазу θ. Отметим, что пространство энергии каждого PWM-цикла состоит из двух областей; одна является областью извлеченной энергии, в то время как другая является областью излишней энергии. Справочные патентные публикации учат, что величина излишней энергии является, по меньшей мере, такой же большой, что и извлеченная энергия, когда интегрируется по нескольким АС-периодам времени. Другими словами, однофазный DC/AC-преобразователь может извлекать и преобразовывать самое большее лишь половину входной DC-мощности. Извлеченная энергия преобразуется в АС-мощность и предоставляется в электрическую сеть; в то время как излишняя энергия превращается в тепло, если не захватывается и не сохраняется в устройстве, таком как MEUPT-устройство.As analyzed in section 1, a conventional single-phase AC extractor uses a PWM extractor to extract DC input power. When the duty ratio in one PWM cycle is adjusted by cos 2 (ωt+θ) at time t, the output power follows the AC power convention assuming a correctly synchronized phase θ. Note that the energy space of each PWM cycle consists of two regions; one is an area of extracted energy, while the other is an area of excess energy. Reference patent publications teach that the amount of excess energy is at least as large as the extracted energy when integrated over multiple AC time periods. In other words, a single-phase DC/AC converter can only extract and convert at most half of the DC input power. The extracted energy is converted into AC power and provided to the electrical grid; while excess energy is converted into heat unless captured and stored in a device such as a MEUPT device.

Как описано в разделе 2, предложенные новые проектные решения однофазного DC/ACпреобразователя содержат набор из двух модулей DC/AC-преобразования и регулятор фазы и используют их для применения на практике последовательного извлечения энергии. Новые однофазные DC/ACпреобразователи также называются в данном документе однофазными EUT-инверторами. Первый модуль DC/AC-преобразования однофазного EUT-инвертора производит первую последовательность АСмощности из извлечения и преобразования первой энергетической области (например, области I на фиг. 3) в пространстве энергии каждого PWM-цикла; в то время как второй модуль DC/AC-преобразования производит вторую последовательность АС-мощности из извлечения и преобразования энергетической области после нее (например, области II на фиг. 3). Таким образом, во время t, первая АС-мощность равна P(t)=Рх*cos2(ωt+θ); в то время как вторая АС-мощность равна P'(t)=Рх*sin2(ωt+θ). Эти две выходные последовательности АС-мощности имеют одинаковую пиковую мощность, одинаковую частоту, но сдвинуты по фазе на 90° относительно друг друга (сравним фиг. 4В и 4С). Это означает, что, когда первая последовательность АС-мощности соответствует соглашению по электрической сети и является син- 8 042368 хронизированной с соответствующей парой силовых линий электрической сети, то вторая последовательность АС-мощности сдвинута по фазе на 90° с этой же самой парой силовых линий сети. Другими словами, первая последовательность АС-мощности может быть доставлена и предоставлять электрическую энергию в соответствующую пару силовых линий электрической сети; в то время как вторая последовательность АС-мощности не подходит для доставки и предоставления мощности в ту же пару силовых линий.As described in section 2, the proposed new single-phase DC/AC converter designs contain a set of two DC/AC converter modules and a phase controller and use them to apply the series power recovery in practice. The new single-phase DC/AC converters are also referred to in this document as single-phase EUT inverters. The first DC/AC conversion module of the single-phase EUT inverter produces a first AC power sequence from extracting and converting a first energy region (eg, region I in FIG. 3) in the energy space of each PWM cycle; while the second DC/AC conversion module produces a second AC power sequence from extracting and converting the energy region after it (eg, region II in FIG. 3). Thus, at time t, the first AC power is P(t)=P x *cos 2 (ωt+θ); while the second AC power is P'(t)=P x *sin 2 (ωt+θ). These two AC power output sequences have the same peak power, the same frequency, but are 90° out of phase with each other (compare FIGS. 4B and 4C). This means that when the first AC power sequence complies with the power grid agreement and is synchronized with the corresponding power line pair of the power grid, the second AC power sequence is out of phase by 90° with the same power line pair. networks. In other words, the first AC power sequence can be delivered and provide electrical power to the corresponding pair of power lines of the electrical network; while the second AC power sequence is not suitable for delivering and delivering power to the same pair of power lines.

Однофазный EUT-инвертор дополнительно содержит регулятор фазы. Этот регулятор фазы может регулировать фазу вышеизложенной второй последовательности АС-мощности на 90°. Таким образом, вторая последовательность АС-мощности трансформируется, чтобы синхронизироваться с соответствующей парой силовых линий сети. Как описано, оба выходных сигнала однофазного EUT-инвертора (первая и вторая последовательности АС-мощности) могут тогда соответствовать соглашению по электрической сети для одной и той же пары силовых линий. Следовательно, выходной сигнал однофазного EUT-инвертора, две однофазные последовательности АС-мощности, могут быть доставлены в одну и ту же пару силовых линий сети и потреблены посредством присоединяемых нагрузок.The single-phase EUT inverter additionally contains a phase controller. This phase controller can adjust the phase of the above second AC power sequence by 90°. Thus, the second AC power sequence is transformed to synchronize with the corresponding pair of mains power lines. As described, both single-phase EUT inverter outputs (first and second AC power sequences) can then follow the power grid agreement for the same pair of power lines. Therefore, the output signal of a single-phase EUT inverter, two single-phase AC power sequences, can be delivered to the same pair of mains power lines and consumed by the connected loads.

Как описано в разделе 3, когда 3-фазный DC/AC-преобразователь состоит из набора из 3 вышеописанных однофазных EUT-инверторов, 3-фазный DC/AC-инвертор называется 3-фазным EUTинвертором. Каждый из однофазных EUT-инверторов 3-фазного EUT-инвертора может извлекать и преобразовывать одну треть DC-мощности, предоставляемой источником DC-энергии (например, PVпоследовательностью или станцией), в две однофазные последовательности АС-мощности и доставлять их в одну и ту же пару силовых линий 3-фазной электрической сети. Следовательно, объединенные усилия трех однофазных EUT-инверторов в 3-фазном EUT-инверторе могут извлекать и доставлять полную входную DC-мощность, предоставляемую источником энергии, в три пары силовых линий 3-фазной электрической сети. Таким образом, в соответствии с принципами, описанными в данном документе, при использовании 3-фазного EUT-инвертора для замены традиционного 3-фазного DC/AC-инвертора, можно извлекать двойную величину мощности из источника DC-энергии; и доставлять выходную АСмощность в 3-фазную электрическую сеть для потребления. Как описано, средство решения проблемы для традиционного однофазного инвертора также является средством решения проблемы для традиционного 3-фазного инвертора.As described in section 3, when a 3-phase DC/AC converter is composed of a set of 3 single-phase EUT inverters described above, the 3-phase DC/AC inverter is called a 3-phase EUT inverter. Each of the single-phase EUT inverters of the 3-phase EUT inverter can extract and convert one-third of the DC power provided by a DC power source (such as a PV string or station) into two single-phase AC power strings and deliver them to the same a pair of power lines of a 3-phase electrical network. Therefore, the combined efforts of the three single-phase EUT inverters in the 3-phase EUT inverter can extract and deliver the full DC input power provided by the power source to the three power line pairs of the 3-phase electrical network. Thus, according to the principles described in this document, when using a 3-phase EUT inverter to replace the traditional 3-phase DC/AC inverter, it is possible to extract twice the amount of power from the DC power source; and deliver the output AC power to the 3-phase power grid for consumption. As described, the problem solver for the conventional single-phase inverter is also the problem solver for the conventional 3-phase inverter.

Раздел 4 описал практическое устройство, которое может выполнять требуемую регулировку фазы на 90° для второй последовательности АС-мощности и поддерживать все другие спецификации для соответствия соглашению по электрической сети. Кроме того, этот вариант также подходит для 3-фазных EUT-инверторов.Section 4 has described a practical device that can perform the required 90° phase adjustment for the second AC power sequence and support all other specifications to comply with the power grid agreement. In addition, this option is also suitable for 3-phase EUT inverters.

Для иллюстрации и прояснения связанных терминов, используемых в описании принципов в данном документе, фиг. 4А изображает модули входной и выходной последовательностей солнечной энергии для однофазного EUT-инвертора 400. Эта входная последовательность начинается с энергии, формируемой в последовательностях 401 солнечных панелей в качестве источника энергии с переменным напряжением, которое служит в качестве входного источника для модуля 402 повышения напряжения. Выходная мощность источника энергии сохраняется в конденсаторе С и является DC-источником с почти постоянным напряжением.To illustrate and clarify related terms used in the description of the principles in this document, FIG. 4A depicts solar power input and output sequence modules for single-phase EUT inverter 400. This input sequence begins with power generated in solar panel sequences 401 as an AC power source that serves as an input source for voltage boost module 402. The output power of the power source is stored in capacitor C and is a DC source with an almost constant voltage.

Другими словами, этот модуль 402 повышения напряжения модифицирует источник DC-энергии с переменным напряжением в источник DC-энергии с фиксированным напряжением, сохраненный в конденсаторе С DC-звена (см. конденсатор С на фиг. 2А). Этот источник DC-энергии с фиксированным напряжением затем служит в качестве входа для двух наборов модулей 403А и 403В DC/ACпреобразования. Эти два модуля преобразования управляются посредством сдвинутых по фазе блокирующих PWM-переключателей QQ и SQQ, инструктирующих последовательное извлечение энергии из конденсатора С DC-звена. Модули DC/AC-преобразования, таким образом, каждый формируют соответствующую пульсирующую синусоидальную последовательность 4031А и 4031В мощности (также показаны на фиг. 4В и 4С), которые сдвинуты по фазе на 90° друг с другом. Как показано на фиг. D, эти две сдвинутых по фазе на 90° пульсирующих последовательности 4031A (P'(t)) и 4031В (P'(t)) мощности, каждая, затем отправляются в соответствующие сдвинутые по фазе блокирующие мостовые структуры 404А и 404В переключателей (как также показано на фиг. 4D). Каждая из блокирующих мостовых структур 404А и 404В может быть структурирована, как описано для мостовых структур 224 на фиг. 2С, за исключением того, что переключатели S1 и SS1 управляются, чтобы быть сдвинутыми по фазе, переключатели S2 и S22 управляются, чтобы быть сдвинутыми по фазе, переключатели S3 и S33 управляются, чтобы быть сдвинутыми по фазе, и переключатели S4 и S44 управляются, чтобы быть сдвинутыми по фазе.In other words, this boost module 402 modifies the variable voltage DC power source into a fixed voltage DC power source stored in the DC link capacitor C (see capacitor C in FIG. 2A). This fixed voltage DC power source then serves as the input to two sets of DC/AC conversion modules 403A and 403B. These two conversion modules are controlled by phase-shifted blocking PWM switches QQ and SQQ instructing the power to be drawn in series from the DC link capacitor C. The DC/AC conversion modules thus each form a respective pulsating power sine wave sequence 4031A and 4031B (also shown in FIGS. 4B and 4C) that are 90° out of phase with each other. As shown in FIG. D, these two 90° phase-shifted burst power sequences 4031A (P'(t)) and 4031B (P'(t)) are each then sent to the respective phase-shifted blocking bridge structures 404A and 404B of the switches (as also shown in Fig. 4D). Blocking bridge structures 404A and 404B may each be structured as described for bridge structures 224 in FIG. 2C, except that switches S1 and SS1 are controlled to be phase-shifted, switches S2 and S22 are controlled to be phase-shifted, switches S3 and S33 are controlled to be phase-shifted, and switches S4 and S44 are controlled, to be out of phase.

Эти мостовые структуры управляют полярностью входных сигналов 4031А и 4031В; и производят две последовательности АС-напряжения со сдвигом фазы 90°, изображенные как 405А и 405В на фиг. 4Е и 4F, соответственно. Как показано на фиг. 4F, вторая последовательность 405В АС-напряжения может быть предоставлена в регулятор 406 фазы на 90°, приводя в результате к тому, что вторая последовательность 405В АС-напряжения становится синхронизированной по фазе с первой последовательностью 405А АС-напряжения. Таким образом, обе последовательности АС-напряжения подходят для доставкиThese bridge structures control the polarity of the 4031A and 4031B input signals; and produce two AC voltage sequences with a 90° phase shift, depicted as 405A and 405B in FIG. 4E and 4F, respectively. As shown in FIG. 4F, second AC voltage sequence 405B may be provided to 90° phase controller 406, resulting in second AC voltage sequence 405V becoming phase-locked to first AC voltage sequence 405A. Thus, both AC voltage sequences are suitable for delivering

--

Claims (8)

(через трансформатор) в одну и ту же пару силовых линий сети. Для полноты, фиг. 4G и 4Н также изображают окончательные две синхронизированные последовательности мощности, в которых одна последовательность мощности является результирующим сигналом 407В задержки посредством регулировки(through a transformer) into the same pair of power lines of the network. For completeness, FIG. 4G and 4H also show the final two synchronized power sequences in which one power sequence is the resulting delay signal 407B by adjusting 406 фазы. Фрагмент задержки изображается на фиг. 4Н прерывистой линией. Другой результирующий сигнал 407А мощности не является задержанным.406 phase. The delay fragment is shown in Fig. 4H broken line. The other resulting power signal 407A is not delayed. Настоящее изобретение может быть осуществлено в других характерных формах без отступления от своего духа или неотъемлемых характеристик. Описанные варианты осуществления должны рассматриваться во всех отношениях только как иллюстративные, а не ограничивающие. Рамки изобретения, следовательно, указаны скорее приложенной формулой изобретения, чем предшествующим описанием. Все изменения, которые подпадают под смысл и рамки равнозначности формулы изобретения, должны охватываться ее объемом.The present invention may be embodied in other characteristic forms without departing from its spirit or inherent characteristics. The described embodiments are to be considered in all respects only as illustrative and not restrictive. The scope of the invention is therefore indicated by the appended claims rather than by the preceding description. All changes that fall within the meaning and scope of the equivalence of the claims should be covered by its scope. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Устройство, содержащее:1. A device containing: однофазный DC/AC-преобразователь, содержащий:single-phase DC/AC converter, comprising: первый модуль DC/AC-преобразования, который управляется посредством широтно-импульсного модулятора таким образом, чтобы выполнять первое извлечение энергии от источника DC-энергии, по существу, фиксированного напряжения, причем первый модуль DC/AC-преобразования выполнен с возможностью выполнения первого извлечения энергии в первом фрагменте рабочего цикла сигнала широтно-импульсного модулятора, чтобы производить первую синусоидальную последовательность АСмощности;a first DC/AC conversion module that is controlled by a pulse width modulator so as to perform a first power extraction from a substantially fixed voltage DC power source, the first DC/AC conversion module being configured to perform the first power extraction in the first fragment of the duty cycle of the pulse-width modulator signal to produce the first sinusoidal AC power sequence; второй модуль DC/AC-преобразования, который управляется посредством широтно-импульсного модулятора таким образом, чтобы выполнять второе извлечение энергии от источника DC-энергии, причем второй модуль DC/AC-преобразования выполнен с возможностью выполнять второе извлечение энергии во втором фрагменте рабочего цикла сигнала широтно-импульсного модулятора, чтобы производить вторую синусоидальную последовательность АС-мощности, которая сдвинута по фазе на 90° от первой синусоидальной последовательности АС-мощности, причем второй фрагмент рабочего цикла не перекрывается с первым фрагментом рабочего цикла; и регулятор фазы, выполненный с возможностью регулировать одну из первой или второй синусоидальных последовательностей АС-мощности посредством сдвига фазы на 90°, так чтобы и первая и вторая синусоидальные последовательности АС-мощности имели одинаковую фазу.a second DC/AC conversion module that is controlled by a pulse width modulator to perform a second power extraction from the DC power source, wherein the second DC/AC conversion module is configured to perform the second power extraction in a second portion of the signal duty cycle a pulse-width modulator to produce a second AC power sine-wave sequence that is 90° out of phase from the first AC-power sine-wave sequence, with the second duty cycle portion not overlapping with the first duty cycle portion; and a phase controller configured to adjust one of the first or second AC power sinusoidal sequences by shifting the phase by 90° such that both the first and second AC power sinusoidal sequences have the same phase. 2. Устройство по п.1, причем второй фрагмент рабочего цикла является соседним с первым фрагментом рабочего цикла, так что первое извлечение энергии и второе извлечение энергии являются последовательными.2. Apparatus according to claim 1, wherein the second work cycle fragment is adjacent to the first work cycle fragment such that the first energy extraction and the second energy extraction are sequential. 3. Устройство по п.1, причем однофазный DC/AC-преобразователь соединяется с парой силовых линий электрической сети, фаза первой и второй синусоидальных последовательностей АС-мощности синхронизируется с парой силовых линий электрической сети.3. The device according to claim 1, wherein the single-phase DC/AC converter is connected to a pair of power lines of the electrical network, the phase of the first and second sinusoidal sequences of AC power is synchronized with a pair of power lines of the electrical network. 4. Устройство по п.1, причем регулятор фазы содержит однофазный трансформатор.4. Apparatus according to claim 1, wherein the phase regulator comprises a single-phase transformer. 5. Устройство по п.1, причем регулятор фазы содержит дроссель.5. Apparatus according to claim 1, wherein the phase regulator comprises a choke. 6. Устройство по п.1, причем регулятор фазы содержит конденсатор.6. Apparatus according to claim 1, wherein the phase controller comprises a capacitor. 7. Устройство по п.1, содержащее трехфазный модуль DC/AC-преобразования, который включает в себя однофазный модуль DC/AC-преобразования в качестве первого модуля DC/AC-преобразования с регулятором фазы, являющимся первым регулятором фазы, широтно-импульсным модулятором, являющимся первым широтно-импульсным модулятором, и фазой первой и второй синусоидальных последовательностей АС-мощности первого модуля DC/AC-преобразования, синхронизированной с первой парой силовых линий электрической сети.7. The device according to claim 1, comprising a three-phase DC/AC conversion module, which includes a single-phase DC/AC conversion module as the first DC/AC conversion module with a phase controller being the first phase controller, a pulse width modulator , which is the first pulse-width modulator, and the phase of the first and second sinusoidal sequences of the AC power of the first DC/AC conversion module, synchronized with the first pair of power lines of the electrical network. 8. Устройство по п.7, причем трехфазный модуль DC/AC-преобразования дополнительно содержит:8. The apparatus of claim 7, wherein the three-phase DC/AC conversion module further comprises: третий модуль DC/AC-преобразования, который управляется посредством второго широтноимпульсного модулятора таким образом, чтобы выполнять третье извлечение энергии от источника DCэнергии, причем третий модуль DC/AC-преобразования выполнен с возможностью выполнения третьего извлечения энергии в первом фрагменте рабочего цикла сигнала второго широтно-импульсного модулятора, чтобы производить третью синусоидальную последовательность АС-мощности;a third DC/AC conversion module that is controlled by the second pulse-width modulator so as to perform a third power extraction from a DC power source, wherein the third DC/AC conversion module is configured to perform a third power extraction in a first fragment of the second pulse-width signal duty cycle. a pulse modulator to produce a third sinusoidal AC power sequence; четвертый модуль DC/AC-преобразования, который управляется посредством второго широтноимпульсного модулятора таким образом, чтобы выполнять четвертое извлечение энергии от источника DC-энергии, причем четвертый модуль DC/AC-преобразования выполнен с возможностью выполнения четвертого извлечения энергии во втором фрагменте рабочего цикла сигнала второго широтноимпульсного модулятора, чтобы производить четвертую синусоидальную последовательность АСмощности, причем второй фрагмент рабочего цикла сигнала второго широтно-импульсного модулятора не перекрывается с первым фрагментом рабочего цикла сигнала второго широтно-импульсного модулятора; и второй регулятор фазы, выполненный с возможностью регулирования одной из третьей или четвер-a fourth DC/AC conversion module that is controlled by the second pulse width modulator to perform a fourth power extraction from the DC power source, wherein the fourth DC/AC conversion module is configured to perform a fourth power extraction in a second signal duty cycle fragment of the second a pulse width modulator to produce a fourth sinusoidal AC power sequence, wherein the second portion of the duty cycle of the second pulse width modulator signal does not overlap with the first portion of the duty cycle of the second pulse width modulator signal; and a second phase controller configured to control one of the third or fourth
EA202190144 2018-06-29 2019-05-01 SINGLE-PHASE INVERTER WITH ENERGY USE TRACKING EA042368B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/024,480 2018-06-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA042368B1 true EA042368B1 (en) 2023-02-08

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9425622B2 (en) Power converter circuit with AC output and at least one transformer
CN104283449B (en) Multiphase power converter circuit and method
Zhao et al. Cascaded H-bridge multilevel converter for large-scale PV grid-integration with isolated DC-DC stage
EP2270971A1 (en) Three-stage multilevel DC to AC converter
Shi et al. A single-phase grid-connected PV converter with minimal DC-link capacitor and low-frequency ripple-free maximum power point tracking
Chakraborty et al. Transformer-less single-phase grid-tie photovoltaic inverter topologies for residential application with various filter circuits
EA042368B1 (en) SINGLE-PHASE INVERTER WITH ENERGY USE TRACKING
CN112368930B (en) Single-phase energy utilization tracking inverter
Bisenieks et al. Analysis of operating modes of the novel isolated interface converter for PMSG based wind turbines
US20180166975A1 (en) Energy utilization point tracker inverter
JP2023516797A (en) Power converter for photovoltaic energy sources
JP7167156B2 (en) Energy utilization point follower inverter
Xu et al. Closed-loop pulse energy modulation of a three-switch buck-boost inverter
TWI697190B (en) 3-phase dc/ac converter with sequential energy extraction
EA041589B1 (en) POWER USE POINT TRACKING INVERTER
Joshi et al. A low cost bi-directional grid tied solar PV microinverter
Joshi et al. Interconnection of microgrid with utility grid at distribution level using power electronic converter system
Sulong et al. A Grid Connected Flyback Inverter with a DC Active Filter for Photovoltaic Cells