TWI624147B - ㄧ種轉換複數直流電壓訊號以產生ㄧ交流功率訊號的方法 - Google Patents

ㄧ種轉換複數直流電壓訊號以產生ㄧ交流功率訊號的方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI624147B
TWI624147B TW105141561A TW105141561A TWI624147B TW I624147 B TWI624147 B TW I624147B TW 105141561 A TW105141561 A TW 105141561A TW 105141561 A TW105141561 A TW 105141561A TW I624147 B TWI624147 B TW I624147B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
voltage
power
conversion units
full
grid
Prior art date
Application number
TW105141561A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201810913A (zh
Inventor
米蘭 伊利克
米卡 努歐地歐
喬 波納諾
Original Assignee
權能微系統股份有限公司
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 權能微系統股份有限公司 filed Critical 權能微系統股份有限公司
Publication of TW201810913A publication Critical patent/TW201810913A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI624147B publication Critical patent/TWI624147B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/66—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal
    • H02M7/68—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters
    • H02M7/72—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/36—Means for starting or stopping converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/125—Avoiding or suppressing excessive transient voltages or currents
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/0077—Plural converter units whose outputs are connected in series
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/49—Combination of the output voltage waveforms of a plurality of converters

Abstract

本發明係一種轉換複數直流電壓訊號以產生一交流功率訊號的方法，包含：複數直流電源；一個交流電源；至少一個疊式交流電流相位，每一疊式交流電流相位具有至少兩個或更多的全橋逆變器，分別與該些直流電源的其中一個耦合，每一全橋逆變器與一感應器通電耦合；以及與每一全橋逆變器耦合的一局部控制器，控制該全橋逆變器的開關器件之觸發程序，在單向作為一電壓源轉換器運作時，產生一個近正弦的電壓波形，或在反向作為一全波主動整流器運作時，產生一個近恆定的直流輸出。

Description

一種轉換複數直流電壓訊號以產生一交流功率訊號的方法
本專利申請要求2011年12月16日提交的第61/576363號美國臨時專利申請的優先權，其內容併入參照文件。
本發明係關於具獨立直流電源與至少一個交流電源之一雙向疊式電壓源轉換器(converter)，特別關於具獨立直流電源與一交流電源的一雙向疊式電壓源逆變器(inverter)，其包含一示範性器件及適用於具直流儲存元件之系統的一方法，可於獨立型及並聯型運作中運行。此獨特技術之使用領域包括但不限定於：可儲存再生性發電、電動車輛、能量儲存、數據中心的不間斷電源(UPS)系統管理、及馬達驅動器等。
雖美國專利7,796,412號揭露一電力轉換儀器。但此儀器具有至少兩個功率級，其中每個功率級可以將輸入的直流電轉換為交流電輸出；此儀器亦有一控制器，可依據一第一直流電彈性選擇該至少兩個功率級之中的至少一個功率級，以將該第一直流電轉換為一第二直流電；且該儀器並含有與該至少兩個功率級耦合的一輸出電路，以把該第二直流電轉換為交流電。
又，美國專利8,089,178號揭露一直流電到脈衝振幅調制的電流轉換器，稱為"PAMCC"，其連結到直流電的一獨立來源。該PAMCC接收直流電，並從其三個輸出端子輸出脈衝振幅調制電流，其中每一端子的電流為一百二十度異向於另外兩個端子。對應一系列脈衝調制的該訊號，以高頻率產生該些脈衝。一系列脈衝調制的該訊號可以代表一低頻正弦波或其他低頻率波型(包括直流電)的部分。當每一個相位輸出與類似的PAMCC並聯時，就組成一列PAMCC，其中每一電壓相位輸出脈衝與其他 PAMCC上的一對應電流輸出脈衝是為異位。一列PAMCC形成一分散的三相位多相逆變器，其總輸出為各相位之各PAMCC調制下之該電流脈衝振幅的解調制的總和(demodulated sum)。
上述兩種方法皆於平行電網應用中使用高電壓開關元件。此兩種方法的主要缺點為：其高電壓設計提高半導體元件的成本，而高切換耗損則導致相對低的運作頻率。此外也因低切換頻率而需要大型且昂貴的低通過濾(low pass filtering)元件。因此，交流電系統的應用儀器顯然需要可用高切換頻率運作且高效能的一逆變器。
一方面，此處揭露一種能量轉換的方式與儀器。此系統支援複數運作選擇，包含但不限於：電網儲存應用、不間斷電源系統(UPS)應用、與電動車輛應用。為了這些應用，此處揭露一個多直流電源的雙向能源轉換器，其包括複數直流電源；一個交流電源；至少一個疊式交流電流相位，其中每一疊式交流電流相位具有至少兩個或更多的全橋逆變器(full bridge converter)，分別耦合至該些直流電源的其中一個，每一全橋逆變器皆與一感應器通電耦合；以及與每一全橋逆變器耦合的一局部控制器，控制該全橋逆變器的開關器件之觸發程序，以在單向作為一電壓源逆變器運作時，產生一個近正弦的電壓波形，或在反向作為一全波主動整流器運作時，產生一個近恆定的直流輸出。
另一方面，此處亦揭露一個多直流電源的雙向能源轉換器，其包括複數直流電源；一個交流電源；至少兩個或更多的全橋逆變器，分別耦合至該些直流電源的其中一個，每一全橋逆變器皆具有一主要節點與一第二節點，皆具一正極與一負極節點，且皆有一電壓支援器件，平行地通電連結於該正極節點與該負極節點之間，每一全橋逆變器有一感應器，通電連結於全橋逆變器的主要與該第一段之間，另有一直流電源連結於該些正極與負極節點之間；至少一個疊式交流電流相位，每一疊式交流電流相位有複數該些全橋逆變器，每一個疊型交流電流相位中的每一個該些全橋逆變器皆以串聯關係連結(interconnected in a series relationship)至其中一個 該些全橋逆變器的該第二節點，而該第二節點則與另一全橋逆變器的該主要節點連結，該串聯互連定義了一第一全橋逆變器與一最終全橋逆變器，每一交流電流相位於該第一全橋逆變器的該主要節點處有一輸入節點，並於該最終全橋逆變器的該第二節點處有一輸出節點；一個交流電源與上述的交流電源相位連結(connected across)；與每一全橋逆變器耦合的一局部控制器，控制該全橋逆變器的開關器件之觸發程序，以在單向作為一電壓源逆變器運作時，產生一個近正弦的電壓波形，或在反向作為一全波主動整流器運作時，產生一個近恆定的直流輸出；以及與每一局部控制器溝通的一系統控制器，該系統控制器產生一系統控制信號以控制該局部控制器的配置、啟動、停止及操作模式選擇。
另一方面，此處亦揭露向一交流電源系統供應電力的一直流電壓源逆變器，其包括複數全橋逆變器，每一全橋逆變器有一主要節點與一第二節點，每一該些全橋逆變器有一正極節點與一負極節點，每一該些全橋逆變器有一電壓支援器件，平行地通電連結於該正極節點與該負極節點之間，其該正極與負極節點之間亦有一直流電源連結；至少一個疊式逆變器相，每一疊式逆變器相有複數該些全橋逆變器，每一疊式逆變器相中的每一該些全橋逆變器皆以串聯關係連結至其中一個該些全橋逆變器的該第二節點，而該第二節點則與另一全橋逆變器的該主要節點連結，該串聯互連定義了一第一全橋逆變器與一最終全橋逆變器，每一相位於該第一全橋逆變器的該主要節點處有一輸入節點，並於該最終全橋逆變器的該第二節點處有一輸出節點；與每一全橋逆變器耦合的一局部控制器，產生控制訊號至該全橋逆變器，以輸出一近正弦的電壓波形；該全橋逆變器與該局部控制器組合形成一個基本轉換單位(BIU)；一個系統控制器，與每一基本轉換單位的該局部控制器溝通，該系統控制器產生一系統控制信號以控制該基本轉換單位的配置、啟動、停止及操作模式選擇。該系統包括比較複數直流電源的一平均直流電壓與一參考的直流電壓，產生一第一誤差訊號；由一平均直流電流與該偵測所得及平均的交流電流值，產生第二誤差訊號；根據該第一與第二誤差訊號，啟動及停止複數全橋逆變器，以近似該正弦電壓波型。此方面的實施可包括一個或以上的下述情況。此方法可 包括偵測複數直流電源的直流電壓與電流，並計算電源功率。此方法包括計算該直流電壓與電流的平均值，並將該平均值與一參考的直流電壓與電流比較。此方法包括比較該平均值與該偵測所得及平均的交流電流值。此方式包括從該第二誤差訊號與上述交流電壓信號及其週期，產生一個相位調制訊號(phase modulation signal)。一交流線路電壓的週期可以透過一相位鎖定迴路來偵測。此方法包括透過該相位調制訊號，產生該些全橋逆變器的複數觸發參考訊號。此方式包括測定一調制指數，並為該調制指數提供一參考表。另一方面，開關器件觸發訊號，可根據相位調制之訊號，透過一數位信號處理器(DSP)加以計算。此方法包括提供該些基本轉換單位與一系統控制器之間的溝通。該系統控制器控制一個基本轉換單位的運作範圍，也決定是否需要啟動或停止每一基本轉換單位。此方式包括以單一導體串聯複數全橋逆變器。
於一實施例中，該系統控制器控制其中一個基本轉換單位做為一電流源，其餘的複數基本轉換單位做為電壓源。
於另一實施例中，該系統控制器控制複數基本轉換單位做為電壓源。
於上述系統的其他實施例中，可包括一個或以上的下述情況。可使用三個疊式逆變器相，並將之連結成Y型(wye)或三角型(delta)。每一基本轉換單位包含一開關，以在個別基本轉換單位故障時(stage faults)選擇性地造成其短路(shoiten its output)，使其他連結的基本轉換單位得以繼續運作。該全橋逆變器可以是一第一對與一第二對開關，該等每一對開關皆有複數開關器件以管控電流，每一個該些開關器件皆有一第一端點與一第二端點，該第一對開關有複數個開關器件，該些複數開關器件在該第一端點處通電連結至該全橋逆變器的該正極節點，而該第一對開關之其中一個該些開關器件的該第二端點則通電連結至該主要節點，該第一對開關之另一個該些開關器件的該第二端點，則通電連結至該第二節點，該第二對開關有複數個開關器件，該些複數開關器件在該第二端點處通電連結至該全橋逆變器的該負極節點，該第二對開關之其中一個該些開關器件的該第一端點通電連結至該主要節點，該第二對開關之另一該些開關器件的該第一端 點通電連結至該第二節點。該主要節點可與一感應器連結。該第二節點可以和一感應器連結。一電容器可以連結該主要與該第二節點，以產生一局部交流電壓參考值，用以同步該基本轉換單位與該交流電網相位。在與電容器連結時，每一基本轉換單位偵測該線路頻率。該電容器也提供短期防護，在個別器件故障時避免電流逆流。該開關器件可以是一個門極可關斷器件(gate turn-off device)，與一個反向平行器件彼此平行相對地並聯在一起(connected in parallel and oppositely biased with respect to one another)。該門極可關斷器件可從以下一組器件中選擇其一：一門極可關斷晶閘管(gate turn-off thyristor)，一絕緣柵雙極型晶體管(insulated gate bipolar transistor (IGBT))，一金屬氧化物半導體場效應晶體管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor(MOSFET))，一金屬半導體場效應晶體管(metal semiconductor field effect transistor(MESFET))，一結柵場效應晶體管(junction gate field-effect transistor(JFET))，一絕緣柵雙極型晶體管控制的晶體管(MOSFET controlled thyristor)，一雙極結型晶體管(bipolar junction transistor(BJT))，一靜電感應晶體管(static induction transistor)，一靜電感應晶體管(static induction thyristor)與一金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET turn-off thyristor)，一氮化鎵(GaN)晶體管(gallium nitride(GaN)transistor)，一碳化矽(SiC)的晶體管(silicon carbon(SiC)transistor)。該反向平行器件可以是一二極體。每一全橋逆變器可連結到電容器、電池、燃料電池(fuel cells)、光伏打電池(photovoltaic cells)、光伏打模組(photovoltaic modules)或生質電池(biomass cells)。在該直流電源與該基本轉換單位內的該全橋逆變器之間可以器件一個降壓或升壓電壓調節電路(buck or boost voltage regulation circuit)。在使用包括光伏打電池的直流電源時，在每一基本轉換單位中加諸於直流電源的交流電壓調制，可以由一個主動濾波器解耦。在一相位中可使用不定數量的基本轉換單位，以配合一特定的電網電壓。每一基本轉換單位可在不同的直流電源值中運作。複數基本轉換單位可用於各相位。
另一方面，一個反轉複數直流電源為近似正弦電壓波型的方法，包括在一疊型相位連結於一交流電電網網絡時偵測電網交流電壓值(grid AC voltage level)；藉由一系統控制器計算疊型基本轉換單位的交流啟 動電壓；計算功率、實施最大功率點的追蹤演算法，以及產生一直流電壓參考值(reference DC voltage)；平均該些輸入直流電壓值；比較該些平均直流電壓值與一直流電壓參考值；在比較該平均值與一直流電壓參考值後，產生一第一誤差訊號；比較該些直流電壓源的一平均直流電流與偵測的交流電流值；在比較該平均值與該偵測之交流電流值後，產生一第二誤差訊號；由該第二誤差訊號產生一相位調制訊號；偵測具一周期的一交流線路電壓；產生與該交流線路電壓之該周期直接相關的一相位參考訊號；使用該相位參考訊號產生一全橋逆變器的複數觸發參考訊號；測定一調制指數；以及提供該調制指數的一參考表。於一實施例中，該些輸出短路器件(如繼電器、固態開關或其他)為一可選擇的配置。每一基本轉換單位可以配置該些短路器件，以預防該系統因任一串聯單位故障或直流電力輸入不足而無法運作的可能性。該些短路器件可由a)該局部控制器或b)該系統控制器加以控制。該系統控制器可以透過一電流限制器件關閉至少一個平行開關，在該疊型基本轉換單位產生電力之前，作為該交流線路電壓的一相位參考訊號，以同步每一基本轉換單位。
另一方面，轉換複數直流電源為一近似正弦電壓波型的一方法，包括偵測複數直流電源的一平均直流電壓；根據偵測到的該直流電壓，啟動與停止複數的全橋逆變器。實施例可包括一個或複數下述情況。該方法包括提供該些基本轉換單位與一系統控制器之間的溝通工具。該方式包括偵測該交流電壓值，以及在電壓超過該系統控制器的計算範圍外時產生第一電壓參考訊號。該方式包括偵測該些交流電壓值，以及在電壓保持於該系統控制器的計算範圍內時產生第一電流參考訊號。該方式包括平均該些交流電壓值，並比較該平均值與一直流電壓參考值。該方式包括平均該些交流電流值，並比較該平均值與一直流電流參考值。該方式包括由該使用者指令訊號產生一相移訊號(phase shift signal)。該方式包括偵測有一周期的一交流線路電壓，並產生與該交流線路電壓之該周期直接相關的一相位參考訊號。該方式包括透過該相位參考訊號與該相移訊號，產生複數全橋逆變器的複數觸發訊號(firing signals)。該方式包括測定一調制指數並提供該調制指數的一參考表。該方式包括透過將相位參考訊號對照上/下數位 計數器(up-down digital counter)來測定觸發訊號。
該些較佳實施例的優點可能包括一個或以上的下述情形。該系統提供一個改良的新疊式電壓源逆變器(stacked voltage source inverter)，特別關於連結至一高電壓與高功率交流電系統的一疊式電壓源逆變器。該系統為該電網提供一個Y型或三角型組構的疊式電壓源逆變器。該系統的每一逆變器只需要兩條電纜。該系統是高效能且可擴充的(scalable)。該系統可以組構為單一或三相位的運作使用。該系統是高度可靠、小型、且重量非常輕盈的。該系統可透過單一基本轉換單位的器件配置，彈性支援多種電網電壓與頻率。
520‧‧‧基本轉換單位
522‧‧‧能量儲存裝置
524‧‧‧系統控制器
526‧‧‧電阻器
528-532‧‧‧開關
534‧‧‧電網
535‧‧‧開關
536‧‧‧電磁閥
538‧‧‧馬達
540‧‧‧系統控制器
551‧‧‧相乘器
554‧‧‧加數器或相加器
556‧‧‧驅動能量控制
558‧‧‧限幅器
560‧‧‧相乘器
566‧‧‧驅動器
568‧‧‧通信模組
570‧‧‧相位鎖定迴路
圖1係為用於電網儲存應用的一示範性電力控制系統。
圖2係為用於數據中心應用的一示範性電力控制系統。
圖3係為用於電動車輛應用的一示範性電力控制系統。
圖4係為用於並網控制放電應用(on-grid control discharge applications)的一示範性電力控制系統。
圖5係為用於並網控制充電應用(on-grid control charge applications)的一示範性電力控制系統。
圖6係為用於一放電模式之一局部控制器的一示範性過程。
圖7係為用於一充電模式之該局部控制器的一示範性過程。
圖8係為該局部控制器所使用的一示範性相位鎖定迴路(phase-locked-loop)。
圖9係為用於一放電模式之一系統控制器的一示範性過程。
圖10係為用於一電池充電模式之該系統控制器的一示範性過程。
圖11係為用於獨立控制之一主要基本轉換單位的一局部控制器的一示範性過程。
圖12係為用於獨立控制之一從屬基本轉換單位的一局部控制器的一示範性過程。
圖13係為用於獨立控制之一系統控制器的一示範性過程。
此系統中獨特的拓樸架構(topology)、控管及流程可用於但不限於各方式應用，如電網儲存(圖1)、數據中心(圖2)、及電動車輛(圖3)。此三種應用都有著充電與放電標準電池的相似需求。在這些情況中，使用複數小型電池可以聚集電力。在某些情形中，生產者與系統設計者在單一機組中使用上千個電池，以產生更大的能量儲存量。以單一電池為基礎應用此獨特的變流(inversion)/轉換(conversion)技術，具有的優點包括高信賴性、高效能、低成本、重量輕、尺寸小、以及雙向性等。此外，該雙向性及單一電池的平衡變流及轉換技術，可以延長電池的壽命，提供輔助服務，並減少火災危害。在電池值進行變流與充電/放電，可以使交流電池與組件成為可能，開啟了行動運輸與儲存的巨大增值。在電網儲存、數據中心、與電動車輛等三個實施例證中，此發明實現了以上所有長處。基本上，此技術立基於從直流電至交流電的低電壓變流，與從交流電至直流電的整流，並透過其新的系統控制串聯疊接電壓，以產生一最終電力輸出或輸入，在大多數可測量的性質中，都是優於其他變流解決方案(inversion solutions)的。
請參見圖1，說明用於電網儲存應用的一示範性電力控制系統。圖一具有複數個能量儲存裝置(例如電池為一例)522，向基本轉換單位520供應能量。該基本轉換單位可包含一局部控制器與具有一電感電容輸出濾波器(LC output filter)的全橋逆變器，在一實施例中，若需要一個不同的直流電壓匯流排(DC voltage bus)來支援該系統設計，則使用一個直流/直流轉換電路。此直流/直流轉換器可為昇壓型(boost)(以提高該直流源電壓的直流匯流排電壓)或為降壓型(buck)(以降低從該直流匯流排到直流源電壓的電壓)。該基本轉換單位亦可包含一局部控制器與具有一電感電容輸出濾波器(LC output filter)的全橋逆變器，以及在一實施例中，一雙向的獨立直流/直流轉換器，以隔離直流源與交流源。
該些基本轉換單位520以串聯方式連結，每一基本轉換單位520的輸出皆由一局部控制器控制。該些串聯連結的基本轉換單位520的輸出，與一電阻器526、開關K1 528、及該電網534串聯連結。基本轉換單位使用此訊號測定與鎖定該電網頻率。一旦該些基本轉換單位已同步且啟動， 該開關K2 530會關閉，使該些疊式基本轉換單位與該電網534連結起來。開關528與530可以是固態開關(solid state switch)，或是繼電器(relay)。開關528-530都由一系統控制器控制，以提供系統軟啟動(soft start)(防止電流過載)。在一般運作中，該系統控制器可以更新特定基本轉換單位產生的電力量，以在需求時平衡直流電源(例如電池)。該系統可以處理不定數量之串聯連結的基本轉換單位，其中每個系統可處理之基本轉換單位的最小與最大量，取決於所有串聯連結之全橋述變器的集合電網電壓，以及每個基本轉換單位之交流輸出電壓級的最大與最小量。每一基本轉換單位可以如電壓源般運作，以有效地疊接(stacking)基本轉換單位。該系統控制器透過一通信管道與該些基本轉換單位溝通。該通信管道可以是有線的，如電力線(power-line)通信管道，或是無線的，如Zigbee收發器，或可使用獨立線路等。該系統控制器亦可進行運算偵測異常的電網狀態，並可藉由控制開關K1與K2，以切斷該些疊型基本轉換單位系統與電網間的連結。
於另一實施例中，該系統控制器可以將一基本轉換單位配置成一電流源，而其他的基本轉換單位則可被用為電壓源。
於一實施例中，三個獨立的基本轉換單位串聯組可配置成一三相位轉換系統(3-phase inversion system)。
圖2顯示用於數據中心應用的一示範性電力控制系統。此實施例中，該系統作為一不間斷電源系統。當電力電網故障時，開關K3 530會將該電力電網的負載540切斷，並將之連結至該不間斷電源系統。此功能可以透過該系統控制器524進行。當該電力電網故障時，該系統控制器會關閉K1以啟動該不間斷電源系統，在電流不超量的情況下啟動基本轉換單位。與圖1相同，圖2具有複數個能量儲存裝置(例如電池為一例)522，向該些基本轉換單位520供應直流電。該些基本轉換單位520以串聯方式連結，每一基本轉換單位520的輸出皆由一局部控制器控制。該些串聯連結之基本轉換單位520的輸出，也與一電阻器526及一選擇性設置的開關K1 528串聯連結。選擇性設置的(optional)開關K1提供一條限制電流的路徑，預先充電基本轉換單位中的電容器(capacitor)。一旦，該些基本轉換單位啟動，該系統控制器會連結開關K2 532。開關530提供到該電網534或一資 訊科技負載(IT load)540的連結。在一配置中，開關530將該資訊科技負載540連結至該電網534，在一第二配置中，開關530將負載540連結至該不間斷電源系統。開關528-532可以是固態開關(solid state switch)，或是繼電器(relay)。開關528-532由該系統控制器控制。該系統可以處理不定數量之串聯連結的基本轉換單位，其中每個系統之基本轉換單位的最小與最大量，取決於所有串聯連結之全橋逆變器的集合電網電壓，以及每個基本轉換單位之交流輸出電壓級的最大與最小量。一個基本轉換單位設置成電流源。其他基本轉換單位會使用這個電流來鎖定頻率。其他基本轉換單位如電壓源般運作，以有效地疊接基本轉換單位。
於另一實施例中，開關K1可以直接與資訊科技負載連結，使不間斷電源系統在空載模式(idling mode)中運作。一旦該電網故障，該系統控制器必須開啟K3並關閉K2。由於這個轉換過程可以非常迅速地完成，不會打斷對該資訊科技負載的電力供應。
圖3為用於電動車輛傳動之應用的一疊式逆變器之一對應示意圖。與圖1相同，圖2具有複數個能量儲存裝置(例如電池為一例)522，向基本轉換單位520供應電力。在一般運作中，開關K3 535會將該馬達負載連結至雙向轉換系統。為了再將電池充電，開關K3 535會與電網配置或再生制動源(regenerative braking source)連結，並充電該些電池。此功能可以由該系統控制器524執行。在充電模式中，開關K1提供一條限制電流的路徑，以預先充電該些基本轉換單位中的電容器。一旦該些基本轉換單位啟動，該系統控制器會連結開關K2 530。開關K2 530由電磁閥(solenoid)532控制。開關528或530的輸出，提供給受電磁閥(solenoid)536控制的開關535。在一配置中，開關535與該電網534連結，在第二配置中，開關535與馬達538連結。該些開關可以是固態開關(solid state switch)，或是繼電器(relay)，並受該系統控制器控制。在該系統控制器524及該些基本轉換單位520間有一通信管道540。此通信管道540可以是有線的、無線的、或透過其他電力線等。
圖4為用於並網放電應用的一示範性電力控制系統。一能量儲存裝置(如一電池)530向一全橋逆變器532提供直流電流輸出。該全橋 逆變器532的輸出，提供給一低通濾波器(low pass filter)534，該濾波器在一實施例中可以是一電感電容(LC)型的濾波器。該濾波器534的輸出，提供給一交流電源電網(AC power grid)或交流電源匯流排(AC power bus)。該濾波器534的輸出受該局部控制器550監控。該系統控制器540監控輸出電壓，以及該些疊型基本轉換單位的一相位電流。該系統控制器傳送命令至一通信模組568，設定一限幅器(limiter)558的參數，以調整逆變器(inverter)532產生的電壓與電流。
該能量儲存裝置(energy storage device)530的電壓與電流受一相乘器(multiplier)551監控，該相乘器的輸出，由驅動一能量控制器(power controller)556的一加數器(adder)或相加器(summer)554接收，此能量控制器在一實施例中可為一比積控制器(proportional integral controller)。該能量控制器的輸出作為一電流參考值。該控制器556的輸出連接至限幅器(limiter)558，以產生一輸出m，調制指數。一相乘器(multiplier)560接收該限幅器(limiter)558與一相位鎖定迴路(phase lock loop)的輸出，產生一輸出m sin θ。由穿過該低通濾波器534所提供的電網輸出，由該限幅器(limiter)558與相位鎖定迴路(phase lock loop)570監控。該相乘器(multiplier)560的輸出供應給驅動該全橋逆變器532的一驅動器566，如一脈衝寬度調制(pulse width modulation)驅動器。
圖5說明用於並網控制充電應用的一示範性電力控制系統。此系統類似於圖四所示之系統，唯增加了該相乘器(multiplier)551輸往該限幅器(limiter)558的一電池電力與電壓訊號。在此模式中，該能量從電網輸出以將電池充電。
圖6說明用於一放電模式之一局部控制器的一示範性過程。於圖六中，電壓的最大與最小值接收自系統控制器(system controller)(610)。接下來，該系統取樣(sample)逆變器(inverter)輸出的電壓Vom與電流Iom(612)。接著，此過程於614步驟中測定Vom是否低於系統控制器所設定的電壓最小值Vommin。若該輸出的電壓參考值Voref等於Vommin，則一電壓控制迴路(voltage controller loop)會開始運作。誤差訊號(Error signal)ε被設定為Voref-Vom(616)，而調制指數m則為k1＊ε+k2＊ε/s(618)。
自614步驟，若Vom大於或等於Vommin，該過程會測定Vom是否大於Vommax(620)。若為是，則輸出電壓參考值(reference output voltage)Voref被設定為Vommax，且ε被設定為Voref-Vom(622)，而電壓控制限制迴路(voltage control limiting loop)會開始運作。此過程接著設定m為k1＊ε+k2＊ε/s(624)。若為否，則正規電流迴路(regular current loop)的運作中設定Ioref為Iref，而ε設定為lref-lom(626)。接著，m被設定為k3＊ε+k4＊ε/s(628)。
自操作步驟618、624或628後，該過程接著確認調制指數m的可接受範圍。m的範圍mmin設定為Vommin/Vp，而mmax設定為Vomax/Vp(630)。接著，此過程測試m是否大於mmax(632)。若為是，該過程設定m等於mmax(634)。若為否，則該過程測試m是否小於mmax，並在m小於mmax時將m設定為mmm(636)。
圖7為用於一充電模式之該局部控制器的一示範性過程。電壓的最大與最小值接收自系統控制器(610)。接下來，該系統會取樣逆變器(inverter)輸出的電壓Vom與電流Iom(612)。接著，該過程於614步驟中測定Vom是否少於Vommin。若輸出電壓參考值(output voltage reference)Voref等於Vommin，則一電壓控制迴路(voltage controller loop)會開始運作。誤差訊號ε被設定為Voref-Vom(616)，然後調制指數m則為k1＊ε+k2＊ε/s(618)。
自614步驟，若Vom大於或等於Vommin，該過程會測定Vom是否大於Vommax(620)。若為是，則Voref被設定為Vommax，及ε被設定為Voref-Vom(622)，且電壓控制限制迴路(voltage control limiting loop)也會開始運作。該過程接著設定m為k1＊ε+k2＊ε/s(624)。自620步驟，若為否，該系統會確認Vom是否大於Vbmax(630)，若不大於，則該正規電流迴路(regular current loop)運作中設定Ioref為Iref，而ε設定為lref-lom(626)。接著，m被設定為k3＊ε+k4＊ε/s(628)。自630步驟，若Vom大於Vbmax，Voref被設定為Vbmax，且ε被設定為Voref-Vom(632)，m則為k1＊ε+k2＊ε/s(636)。
圖8說明該局部控制器所使用的一示範性相位鎖定迴路 (phase-locked-loop)。一單一相位電壓(single-phase voltage)(V β)與一內部產生的訊號(internally generated signal)(V α)被輸入至一派克轉換區塊(Park transformation block)(α β-dq)。該派克轉換器的d軸輸出被用於一控制迴路(control loop)，以取得該輸入訊號的相位及頻率訊息。V α可使用一逆派克轉換器(inverse Park transformation)取得，其中該些輸入為該派克轉換器的d與q軸之輸出(dq-α β)，透過第一階極點區塊(first-order pole block)供給。該極點用來將一能量儲存元件(energy storage element)引入一內部反饋迴路(internal feedback loop)中。於另一實施例中，該相位鎖定迴路運算(PLL algoritham)可以在系統控制器內運行，而同步訊號則可以透過不同的通信方式傳遞給局部控制器。
圖9顯示一放電模式之一系統控制器的一示範性過程。該過程首先初始化n個串聯連結之基本轉換單位間的溝通(660)。該過程接著測量一電網電壓Vgm，並測定一基本轉換單位的啟動電壓(startup voltage)Voms=Vgm/n，以及該些基本轉換單位的操作範圍(根據電網電壓與基本轉換單位的數量)Vommax與Vommin(662)。接著，該過程關閉一繼電器(relay)或一開關K1，並將測定的Voms、Vommax與Vommin傳送到各基本轉換單位(664)。
接著，該過程測定該疊型逆變器相位電壓(stacked inverter phase voltage)Vgs是否大於或等於電網電壓Vgm(666)，若為否，則該過程會等候直至電壓達到該期望值。一旦達到期望值，該過程會關閉繼電器或開關K2(668)。此為n基本轉換單位的電力傳送到該交流電網的正常操作模式。接著，該過程監控傳送至該電網的電力Ps，若該電力Ps大於或等於該最小操作電力Pmin(670)，該過程會迴接(loops back)到670以持續提供電力。若Ps未大於或等於Pmin，該過程會開啟繼電器(relay)K1與K2，並執行系統關閉(672)。
圖10說明用於一電池充電模式之該系統控制器的一示範性過程。該過程首先初始化n個串聯連結之每個基本轉換單位間的溝通(660)。該過程接著測量一電網電壓(grid voltage)Vgm，並測定一基本轉換單位的啟動電壓(startup voltage)Voms=Vgm/n，以及該些基本轉換單位的操作 範圍(根據電網電壓(grid voltage)與基本轉換單位的數量)，Vommax與Vommin(662)。接著，該過程關閉一繼電器(relay)或一開關K1，並傳送測定的Voms、Vommax與Vommin到各基本轉換單位(664)。
一旦此步驟完成，該過程會關閉繼電器(relay)或開關K2(669)。自669步驟，該過程確定充電電流是否需要調整(671)，如果需要，則會改變一特定基本轉換單位(BIU)的電流參考值Iref(672)。自671或672步驟，該過程確認充電電力Pch是否大於或等於Pmin(677)，若為否，則開啟K1與K2，並在充電完成後執行系統關閉(678)。
圖11說明用於獨立控制之一主要或系統控制器的一示範性過程。該系統設定一輸入電壓參考值Vmref為Vg/n，其中n為串聯連結的基本轉換單位之數量(710)。接著，該過程運行一電流迴路(current loop)(716)並根據從系統控制器接收的迴路輸出與頻率訊息產生調制訊號。該系統接著測定Vm是否等於Vmref(718)。若為否，則該系統會檢查所需電力是否高於系統所能提供的量(720)。若未達到最高功率(maximum power)，該系統會再次運行該電流迴路(current loop)(724)。反之，若已達到最高功率，則該系統會通知已達到該系統控制器最高功率(722)。在718中，若Vm等於Vmref，該過程會向該系統控制器發送設定點資訊(set point information)(726)。
圖12顯示用於獨立控制的基本轉換單位之一局部控制器的一示範性過程。該系統設定一輸入電壓參考值Vmref為Vg/n，其中n為串聯連結的基本轉換單位之數量(740)。接著，該系統運行一相位鎖定迴路(PLL)，與該交流頻率鎖定，運行一電流迴路(current loop)(742)，並根據相位鎖定迴路之輸出與該迴路輸出產生調制訊號。該系統接著測定Vm是否等於Vmref(744)。若為否，則該系統會檢查所需電力是否高於系統所能提供的量(746)。若未達到最高功率，該系統會再次運行該電流迴路(current loop)(750)。反之，若已達到最高功率，則該系統會通知該系統已達到控制器最高功率(748)。在744中，若Vm等於Vmref，則該過程會向該系統控制器發送設定點資訊(set point information)(752)。
圖13說明用於獨立控制之一系統控制器的一示範性過程。 該系統設定一輸入電壓參考值Vmref為Vg/n，其中n為串聯連結的基本轉換單位之數量(760)，Vgref是電網參考電壓(grid reference voltage)，並定義一輸出頻率(output frequency)。接下來，該過程送出該電壓參考資訊(reference voltage information)及輸出頻率(output frequency)到該些基本轉換單位(762)。接著，該過程測定Vg是否等於Vgref(744)。若為否，則該系統會檢查每一個基本轉換單位，以確定是否已達至最高功率(maximum power)(766)。若每一基本轉換單位都已達至最高功率(maximum power)，則該過程會對照一低電壓限制(low voltage limit)確認該輸出電壓(768)。反之，對於輸出低於最高可達功率的基本轉換單位，該過程會增加目標電壓Vm’到這些基本轉換單位(770)。自764，若Vg等於Vgref，該過程會通知該系統已達成該設定點電壓(set point voltage)的訊息(772)。
在用於獨立電力控制應用的一實施例中，該系統控制器界定每一基本轉換單位的輸出頻率(output frequency)與操作電壓(operating voltage)。接著，該系統控制器向一基本轉換單位指派一主要功能(master function)，並向所有其他疊型基本轉換單位指派從屬功能(slave function)。主要者先行啟動，並向從屬基本轉換單位提供交流電力，作為一參考頻率(reference frequency)。每一從屬者透過一相位鎖定迴路與該參考頻率鎖定，並開始產生自己的交流電力。該系統控制器監控電力產生，並依需要時調整基本轉換單位的運作。
於一實施例中，該些基本轉換單位透過單一導體電纜(single conductor cable)與接頭(connector)串聯連接。僅使用單一導體電纜與接頭可減少材料成本。每一基本轉換單位向一串聯連接的交流匯流排提供一輸出交流電力。該交流匯流排終止於一系統控制器。該系統控制器將所有基本轉換單位的輸出統整連結，以形成一單一交流電供給(single AC feed)。
於一實施例中，該系統包括具有兩條標準電纜(standard cable)與接頭(connector)的基本轉換單位。僅使用兩條單一導體電纜/接頭可減少該系統安裝的材料與人力成本(material and labor costs)。每一基本轉換單位向一串聯連接的交流匯流排提供一輸出交流電力。該交流匯流排終止於一系統控制盒(system controller box)。該系統控制器統整連結所有基本轉換 單位的輸出，以向一電板(electric panel)供應一單一交流電供給。
於一實施例中，一排電池可以透過該系統控制器提供電力至複數個串聯連接的基本轉換單位，至該電力電網(power grid)，並在某些應用中，供給到使用者設備中的器件。例如，在一家中，該電板是眾所皆知的一交流配電中心(AC distribution hub)，其具有複數個斷路器(circuit breaker)與/或保險絲，以配送電力到該家中的不同電路。該電板透過該電表與該電力電網耦合。該電表測定(determine)供應至該電網的電力量，使得該光伏打電板(PV panel)的所有者可以獲得提供電力的補償。
該基本轉換單位根據該局部控制器所產生的控制與開關訊號(control and switching signals)，將直流電轉換為交流電。該控制器該些產生控制與開關訊號，以回應該直流與交流訊號的採樣。因此，該等基本轉換單位可受到最佳的控制，以採取一特定的運作模式，來符合該直流與交流訊號的現狀，亦即，來平衡該直流電源的電荷(charge)，以提供系統更長期的運作，並延長直流儲存元件(dc storage element)的壽命。
使用這樣的一交流匯流排(AC bus)與個別的基本轉換單位(individual basic inversion unit)，該系統可擴充並可彈性滿足任何使用者的需求。以下係說明該些基本轉換單位的架構與功能。
一直流能源(DC energy source)向該交流電橋(AC bridge)提供輸入電力。一解耦電容器(decoupling capacitor)過濾該交流電橋的開關漣波(switching ripple)與該交流電網的低頻率漣波(lower frequency ripple)。該交流電橋可以是一個脈衝寬度調制(PWM)控制半橋或全橋逆變器，其輸出端子(output terminal)與一交流濾波器(AC filter)連結。該交流濾波器可以是一個低通濾波器(low pass filter)，可過濾該高頻脈衝寬度調制(high frequency PWM)的諧波雜音(harmonic noise)。該輸出電路提供一感測電路(sensing circuit)至該交流電網頻率與一斷接繼電器(disconnect relay)，以進行同步。
在某實施例中，可能需要一個直流轉換階(DC conversion stage)來調整直流匯流排電壓(dc bus voltage)，以達到最佳成效。例如，一升壓電路(boost circuit)可被用以增加於該直流連接電容器(DC link capacitor)的操作電壓(operating voltage)，進而在該交流輸入與輸出端子(AC input and output terminals)中容納一更大的峰對峰交流操作電壓(peak to peak AC operating voltage)。一更大的峰對峰交流操作電壓(peak to peak AC operating voltage)可使用較少的單層逆變器(single level inverter)產生所需之一疊型相位交流輸出電壓。一降壓電路(buck circuit)可被用以減少該直流連結電容器的操作電壓。這可以在該交流電橋中使用較低電壓級等之晶體管(lower voltage rating transistor)，進而增加單一疊型相位(one stacked phase)可產生的電力量，並進而減少系統成本。
直流能源可由一直流電源供給，如一電池、發電機電容器(generator capacitor)、或是一飛輪(flying wheel)等可儲存能量的直流電源。該直流電源的輸出供應至一直流階(DC stage)，其輸出由一濾波器緩和，再提供給一電橋電路(bridge circuit)。該電橋電路的輸出供應至一濾波器，所產生的輸出階(resulting output stage)使用適當的電纜(suitable cable)，以串聯方式與其他基本轉換單位的輸出連結。
以上描述了多種實施例，但它們僅以範例的方式呈現，而非僅限於以上實施例。因此，一較佳實施例的範圍與廣度不應被限制於上述的任何一示範性實施例，而應根據以下的申請專利範圍及其技術內容加以界定。

Claims (10)

  1. 一種轉換複數直流電壓訊號以產生一交流功率訊號的方法，該方法包括：偵測一交流電網網絡(AC grid network)的一電網交流電壓值(grid AC voltage level)；偵測與該電網交流電壓值對應之一周期(period)；根據該偵測所得之周期產生一相位參考訊號(phase reference signal)；根據該電網交流電壓值，為複數轉換單位(inversion unit)的每一個計算一交流啟動電壓(AC start-up voltage)，其中該些複數轉換單位會被連結到該交流電網網絡；為複數直流電源的每一個偵測一直流電壓值與一直流電流值；從偵測所得之該複數直流電源的直流電壓值，計算得出一平均直流電壓值；比較計算所得之平均直流電壓值與一參考直流電壓，產生一第一誤差訊號；比較該平均直流電壓值與該交流電網網絡的一交流電流值，產生一第二誤差訊號；以及應用該相位參考訊號、該第一誤差訊號以及該第二誤差訊號，為該些複數轉換單位產生複數觸發訊號，其中該些複數觸發訊號係設置以使複數轉換單位的每一個輸出一近似正弦的電壓波型。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該些複數轉換單位的每一個皆包含一開關以造成其短路。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，另外包括將該些複數觸發訊號傳輸到該些複數轉換單位。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該構件係選自包含電容器、電池、燃料電池、光伏打電池以及生質電池的一組構件。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，另外包括在該直流電源與該些複數轉換單位的每一個之間，提供一非隔離、開關形式的電壓調節電路。
  6. 如申請專利範圍5項所述之方法，其中該非隔離、開關形式的電壓調節電路係選自包含降壓或升壓轉換器(buck converter or boost converter)的一組構件。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，另外包括在該直流電源與該些複數轉換單位的每一個之間，提供一隔離、開關形式的電壓調節電路。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該隔離、開關形式的電壓調節電路係選自包含順向轉換器(forward converter)、推挽式轉換器(push-pull converter)以及半橋轉換器(half-bridge converter)的一組構件。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之方法，另外包括以不同電力操作該些複數轉換單位的每一個。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之方法，另外包括以一不同相位操作該些複數轉換單位的至少一子組(subset)。
TW105141561A 2012-04-06 2013-03-27 ㄧ種轉換複數直流電壓訊號以產生ㄧ交流功率訊號的方法 TWI624147B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/441,788 US9099938B2 (en) 2011-12-16 2012-04-06 Bi-directional energy converter with multiple DC sources
US13/441,788 2012-04-06

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201810913A TW201810913A (zh) 2018-03-16
TWI624147B true TWI624147B (zh) 2018-05-11

Family

ID=48609969

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102110919A TWI578688B (zh) 2012-04-06 2013-03-27 多重直流電源雙向能源轉換器
TW105141561A TWI624147B (zh) 2012-04-06 2013-03-27 ㄧ種轉換複數直流電壓訊號以產生ㄧ交流功率訊號的方法

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102110919A TWI578688B (zh) 2012-04-06 2013-03-27 多重直流電源雙向能源轉換器

Country Status (7)

Country Link
US (2) US9099938B2 (zh)
EP (1) EP2834912A4 (zh)
JP (1) JP6436311B2 (zh)
KR (1) KR102048603B1 (zh)
CN (1) CN104428988A (zh)
TW (2) TWI578688B (zh)
WO (1) WO2013151907A2 (zh)

Families Citing this family (64)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103782471B (zh) 2011-07-11 2017-08-22 赛恩沃茨公司 用于太阳能光伏能量收集和转换的系统及方法
US9263971B2 (en) * 2011-12-16 2016-02-16 Empower Micro Systems Inc. Distributed voltage source inverters
US9143056B2 (en) 2011-12-16 2015-09-22 Empower Micro Systems, Inc. Stacked voltage source inverter with separate DC sources
US9099938B2 (en) 2011-12-16 2015-08-04 Empower Micro Systems Bi-directional energy converter with multiple DC sources
US9484746B2 (en) 2012-01-17 2016-11-01 Infineon Technologies Austria Ag Power converter circuit with AC output
US9478989B2 (en) 2012-01-17 2016-10-25 Infineon Technologies Austria Ag Power converter circuit with AC output
US9401663B2 (en) 2012-12-21 2016-07-26 Infineon Technologies Austria Ag Power converter circuit with AC output
US9461474B2 (en) 2012-01-17 2016-10-04 Infineon Technologies Austria Ag Power converter circuit with AC output
US9425622B2 (en) 2013-01-08 2016-08-23 Infineon Technologies Austria Ag Power converter circuit with AC output and at least one transformer
US9673732B2 (en) * 2012-01-24 2017-06-06 Infineon Technologies Austria Ag Power converter circuit
US10782721B2 (en) * 2012-08-27 2020-09-22 Stem, Inc. Method and apparatus for balancing power on a per phase basis in multi-phase electrical load facilities using an energy storage system
US11454999B2 (en) * 2012-08-29 2022-09-27 Stem, Inc. Method and apparatus for automatically reconfiguring multi-phased networked energy storage devices at a site
US9105765B2 (en) 2012-12-18 2015-08-11 Enphase Energy, Inc. Smart junction box for a photovoltaic system
US9490724B2 (en) * 2013-01-07 2016-11-08 Aeg Power Solutions Bv Methods for controlling electrical inverters and electrical inverters and systems using the same
US9391540B2 (en) * 2013-02-12 2016-07-12 Enphase Energy, Inc. Method and apparatus for chaotic democratic pulse width modulation generation
US9490626B2 (en) 2013-02-14 2016-11-08 Aeg Power Solutions Bv Methods for anti-islanding in distributed-source electrical power generation and distribution systems and electrical systems and apparatus using same
GB2516414A (en) * 2013-05-28 2015-01-28 Meb Engineering & Commercial Services Ltd Residential Domestic Uninterruptable Power Supply
RU2594359C2 (ru) * 2013-06-04 2016-08-20 Тосиба Митсубиси-Электрик Индастриал Системс Корпорейшн Устройство преобразования мощности
US9425706B2 (en) * 2013-09-27 2016-08-23 Ge Aviation Systems, Llc Control of a DC-AC inverter with unbalanced loading
US10476283B2 (en) * 2013-09-27 2019-11-12 Intel Corporation Bi-directional charger for battery device with control logic based on sensed voltage and device type
US9331068B2 (en) * 2013-10-30 2016-05-03 United Silicon Carbide, Inc. Hybrid wide-bandgap semiconductor bipolar switches
JP6176121B2 (ja) * 2014-01-10 2017-08-09 住友電気工業株式会社 電力変換装置及び三相交流電源装置
DE102014104216B3 (de) * 2014-03-26 2015-06-11 Sma Solar Technology Ag Einphasiger Notbetrieb eines dreiphasigen Wechselrichters und entsprechender Wechselrichter
DE102014215834A1 (de) * 2014-08-11 2016-02-11 Robert Bosch Gmbh Batteriesystem und Verfahren zur Kommunikation in einem Batteriesystem
JP6303970B2 (ja) * 2014-10-17 2018-04-04 住友電気工業株式会社 変換装置
WO2016100406A1 (en) * 2014-12-16 2016-06-23 Sinewatts, Inc. Dispatchable photovoltaic panel with fully integrated energy storage and grid interactive power conversion
US10293693B2 (en) * 2015-04-21 2019-05-21 Samsung Electronics Co., Ltd. Battery control method and apparatus, battery module, and battery pack
CN106159992B (zh) 2015-04-28 2019-02-12 台达电子企业管理（上海）有限公司 电力供应系统及电力变换装置
KR102367447B1 (ko) 2015-07-06 2022-02-28 삼성디스플레이 주식회사 액정 표시장치 및 그의 구동 방법
US10424923B2 (en) * 2015-09-30 2019-09-24 Tesla, Inc. Scalable and flexible cell-based energy storage system
CN105141010A (zh) * 2015-10-15 2015-12-09 广州菲利斯太阳能科技有限公司 一种充电逆变一体机
JP6536346B2 (ja) * 2015-10-19 2019-07-03 住友電気工業株式会社 電力変換装置及びその制御方法
SE541525C2 (en) * 2015-11-18 2019-10-29 Abb Schweiz Ag Active filter topology for cascaded inverters
US9966890B2 (en) * 2016-02-16 2018-05-08 Steering Solutions Ip Holding Corporation Detection of offset errors in phase current measurement for motor control system
US9960687B2 (en) 2016-06-06 2018-05-01 General Electric Company System and method for a DC/DC converter
DE102016218219A1 (de) * 2016-09-22 2018-03-22 Siemens Aktiengesellschaft DC-Überspannungsschutz für ein Energiespeichersystem
DE102016218242A1 (de) * 2016-09-22 2018-03-22 Siemens Aktiengesellschaft DC-Überspannungsschutz für ein Energiesystem
US10153691B2 (en) * 2016-10-07 2018-12-11 Laszlo Keszthelyi Photovoltaic panel power output booster and method
CN108173323A (zh) * 2016-12-05 2018-06-15 飞宏科技股份有限公司 一种双向车载充放电系统及其方法
US10848098B2 (en) 2016-12-11 2020-11-24 Sandeep Agarwal Smart energy storage system
RU172182U1 (ru) * 2016-12-21 2017-06-30 Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") Импульсный преобразователь напряжения
US10536002B2 (en) * 2017-05-12 2020-01-14 Futurewei Technologies, Inc. Power systems with inverter input voltage control
CN107404251B (zh) * 2017-08-28 2019-10-15 武汉华中数控股份有限公司 一种全桥双向逆变模块
RU177680U1 (ru) * 2017-09-15 2018-03-06 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС") Многофункциональный импульсный преобразователь
RU178094U1 (ru) * 2017-09-15 2018-03-23 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС") Обратимый импульсный конвертор для авиабортовой системы электроснабжения
WO2019107629A1 (ko) * 2017-12-01 2019-06-06 한국생산기술연구원 하이브리드 에너지 저장 시스템용 매트릭스 구조의 전력제어시스템
US11264918B2 (en) 2017-12-14 2022-03-01 Kohler Co. Isolated inverters
CN108172573B (zh) * 2017-12-15 2020-04-28 华南理工大学 适用于35GHz交流频率下工作的GaN整流器及其制备方法
CN108832651B (zh) * 2018-04-27 2020-04-21 中南大学 单相级联型光伏并网逆变器系统的控制方法及装置
US20210234475A1 (en) * 2018-06-06 2021-07-29 Magna International Inc. Scalable multi-level power converter
KR102582338B1 (ko) * 2018-06-20 2023-09-26 한국전자기술연구원 독립형 마이크로그리드 운용 시스템
TWI692181B (zh) 2018-10-16 2020-04-21 財團法人工業技術研究院 電力調節系統與電力調節方法
US10886749B2 (en) * 2018-10-23 2021-01-05 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Synchronized startup of power supplies in electrical systems
CN109687855B (zh) * 2018-11-28 2021-06-01 电子科技大学 一种基于igbt的非同步触发高压脉冲调制器
CN113906645A (zh) 2019-03-29 2022-01-07 阿尔法能源技术公司 能够级联和互连配置的基于模块的能量系统及其相关方法
US11489356B2 (en) 2019-07-02 2022-11-01 Abb Schweiz Ag MVDC link-powered battery chargers and operation thereof
CN111555343B (zh) * 2020-05-07 2023-06-27 中南大学 一种级联逆变器的通用分散式控制方法及系统
CN113708359B (zh) * 2020-05-21 2024-04-05 中车株洲电力机车研究所有限公司 一种双向dcdc变流器控制方法、系统及相关组件
KR102379157B1 (ko) * 2020-11-04 2022-03-25 한국항공우주연구원 통합형 dc/dc 및 ac/dc 컨버터 시스템
CN112886796B (zh) * 2021-01-12 2022-06-28 温州贝塔电子科技有限公司 一种模块化中高压交流电源
JP7060896B1 (ja) * 2021-05-24 2022-04-27 東洋システム株式会社 バッテリ充放電試験装置及びバッテリ放電電力制御方法
CN113675837B (zh) * 2021-09-08 2023-11-17 中铁二院工程集团有限责任公司 一种基于系统储能及网压维持的直流牵引供电系统
US11923711B2 (en) * 2021-10-14 2024-03-05 Amogy Inc. Power management for hybrid power system
CN117081230B (zh) * 2023-10-13 2024-01-05 河南锂动电源有限公司 一种分容充电式ups电源

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4719550A (en) * 1986-09-11 1988-01-12 Liebert Corporation Uninterruptible power supply with energy conversion and enhancement
US5642275A (en) * 1995-09-14 1997-06-24 Lockheed Martin Energy System, Inc. Multilevel cascade voltage source inverter with seperate DC sources
TW563286B (en) * 2002-03-04 2003-11-21 Josuke Nakata Power generating system
JP2009290919A (ja) * 2008-05-27 2009-12-10 Panasonic Corp 電力変換装置
WO2010037393A1 (en) * 2008-10-01 2010-04-08 Sunsil A/S Power generation system and method of operating a power generation system
US7962249B1 (en) * 2008-05-14 2011-06-14 National Semiconductor Corporation Method and system for providing central control in an energy generating system
US20120002450A1 (en) * 2009-03-30 2012-01-05 Sma Solar Technology Ag Bidirectional inverter for conversion between a direct current source and an alternating current grid

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5690693A (en) * 1995-06-07 1997-11-25 Sulzer Intermedics Inc. Transcutaneous energy transmission circuit for implantable medical device
US5702431A (en) * 1995-06-07 1997-12-30 Sulzer Intermedics Inc. Enhanced transcutaneous recharging system for battery powered implantable medical device
JP3741171B2 (ja) * 1996-06-17 2006-02-01 株式会社安川電機 多重パルス幅変調方式の電力変換装置
JP3663455B2 (ja) * 1996-08-29 2005-06-22 株式会社安川電機 太陽光電力変換装置
US5991665A (en) * 1997-09-18 1999-11-23 Sulzer Intermedics Inc. Self-cooling transcutaneous energy transfer system for battery powered implantable device
US6166518A (en) * 1999-04-26 2000-12-26 Exonix Corporation Implantable power management system
JP2000324807A (ja) * 1999-05-10 2000-11-24 Seiko Instruments Inc スイッチングレギュレータ
US7348760B2 (en) * 2000-09-21 2008-03-25 O2Micro International Limited Power management topologies
US6969967B2 (en) 2003-12-12 2005-11-29 Ut-Battelle Llc Multi-level dc bus inverter for providing sinusoidal and PWM electrical machine voltages
US20050139259A1 (en) 2003-12-30 2005-06-30 Robert Steigerwald Transformerless power conversion in an inverter for a photovoltaic system
WO2006090675A1 (ja) 2005-02-25 2006-08-31 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha 電力変換装置
GB2454389B (en) 2006-01-13 2009-08-26 Enecsys Ltd Power conditioning unit
WO2007111868A1 (en) 2006-03-23 2007-10-04 Enphase Energy, Inc. Method and apparatus for converting direct current to alternating current
US8093764B2 (en) * 2007-09-13 2012-01-10 Siemens Industry, Inc. Method and system for bypassing a power cell of a power supply
US7643319B2 (en) * 2007-06-22 2010-01-05 General Electric Company 7-level wye-connected H-bridge converter topology for powering a high-speed electric motor
JP2011507465A (ja) * 2007-12-05 2011-03-03 ソラレッジ テクノロジーズ リミテッド 分散型電力据付における安全機構、ウェークアップ方法およびシャットダウン方法
TWI494734B (zh) * 2008-05-14 2015-08-01 Nat Semiconductor Corp 在能量產生系統中提供最大功率點追蹤的方法與系統
US8279644B2 (en) 2008-05-14 2012-10-02 National Semiconductor Corporation Method and system for providing maximum power point tracking in an energy generating system
US8125177B2 (en) 2008-06-13 2012-02-28 Baker Hughes Incorporated System and method for adding voltages of power modules in variable frequency drives
JP5280892B2 (ja) * 2009-03-02 2013-09-04 株式会社ダイシン インバーター発電機
US8089178B2 (en) 2009-09-09 2012-01-03 Arraypower, Inc. Three phase power generation from a plurality of direct current sources
KR101094002B1 (ko) 2009-12-16 2011-12-15 삼성에스디아이 주식회사 전원 변환 장치
US20130119762A1 (en) 2009-12-23 2013-05-16 Seong Jeub Jeon Load-segmentation-based full bridge inverter and method for controlling same
US8271599B2 (en) * 2010-01-08 2012-09-18 Tigo Energy, Inc. Systems and methods for an identification protocol between a local controller and a master controller in a photovoltaic power generation system
US20120091817A1 (en) * 2010-10-18 2012-04-19 Advanced Energy Industries, Inc. System, method, and apparatus for ac grid connection of series-connected inverters
US9118213B2 (en) * 2010-11-24 2015-08-25 Kohler Co. Portal for harvesting energy from distributed electrical power sources
US8842454B2 (en) * 2010-11-29 2014-09-23 Solarbridge Technologies, Inc. Inverter array with localized inverter control
GB2483317B (en) * 2011-01-12 2012-08-22 Solaredge Technologies Ltd Serially connected inverters
CN102130619B (zh) * 2011-03-21 2014-07-02 中国电力科学研究院 一种模块化多电平变流器的均压控制方法
US9263971B2 (en) * 2011-12-16 2016-02-16 Empower Micro Systems Inc. Distributed voltage source inverters
US9143056B2 (en) * 2011-12-16 2015-09-22 Empower Micro Systems, Inc. Stacked voltage source inverter with separate DC sources
US9099938B2 (en) 2011-12-16 2015-08-04 Empower Micro Systems Bi-directional energy converter with multiple DC sources
KR101221159B1 (ko) * 2011-12-30 2013-01-10 연세대학교 산학협력단 멀티레벨 컨버터의 제어방법
KR101380079B1 (ko) * 2013-05-28 2014-04-01 연세대학교 산학협력단 멀티레벨 컨버터의 제어방법

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4719550A (en) * 1986-09-11 1988-01-12 Liebert Corporation Uninterruptible power supply with energy conversion and enhancement
US5642275A (en) * 1995-09-14 1997-06-24 Lockheed Martin Energy System, Inc. Multilevel cascade voltage source inverter with seperate DC sources
TW563286B (en) * 2002-03-04 2003-11-21 Josuke Nakata Power generating system
US7962249B1 (en) * 2008-05-14 2011-06-14 National Semiconductor Corporation Method and system for providing central control in an energy generating system
JP2009290919A (ja) * 2008-05-27 2009-12-10 Panasonic Corp 電力変換装置
WO2010037393A1 (en) * 2008-10-01 2010-04-08 Sunsil A/S Power generation system and method of operating a power generation system
US20120002450A1 (en) * 2009-03-30 2012-01-05 Sma Solar Technology Ag Bidirectional inverter for conversion between a direct current source and an alternating current grid

Also Published As

Publication number Publication date
JP6436311B2 (ja) 2018-12-12
US20130155736A1 (en) 2013-06-20
CN104428988A (zh) 2015-03-18
KR102048603B1 (ko) 2019-11-25
TW201351868A (zh) 2013-12-16
WO2013151907A2 (en) 2013-10-10
TWI578688B (zh) 2017-04-11
EP2834912A2 (en) 2015-02-11
TW201810913A (zh) 2018-03-16
US9099938B2 (en) 2015-08-04
WO2013151907A9 (en) 2013-11-28
US10707782B2 (en) 2020-07-07
US20150357940A1 (en) 2015-12-10
JP2015521014A (ja) 2015-07-23
EP2834912A4 (en) 2016-04-06
KR20150003796A (ko) 2015-01-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI624147B (zh) ㄧ種轉換複數直流電壓訊號以產生ㄧ交流功率訊號的方法
US9998033B2 (en) Stacked voltage source inverter with separate DC sources
US20220153148A1 (en) Electric vehicle battery charger
Dong et al. Grid-interface bidirectional converter for residential DC distribution systems—Part one: High-density two-stage topology
US10998830B2 (en) Power conversion device and three-phase power conversion device
US8897040B2 (en) Power converter systems and methods of operating a power converter system
CA3076689A1 (en) Electric vehicle battery charger
US8942010B2 (en) Inverter of new and renewable energy storage system
KR101646170B1 (ko) 계통연계운전 및 독립운전을 수행하는 전력시스템 제어 방법
JP5661075B2 (ja) 充放電装置
JP2017184607A (ja) 配電システム及び電力合成回路
WO2013078633A1 (en) Power converter system, control system, and methods of operating power converter system
Nisha et al. Closed loop Controlled Solar Cell Powered Embedded EZ-Source Inverter Fed Induction Motor Drives
WO2015198057A1 (en) Power control