用于互联的直流电源的电路.pdf

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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201380039237.4 (22)申请日 2013.05.23 61/651,834 2012.05.25 US H02J 1/10(2006.01) H02M 3/00(2006.01) G05F 1/67(2006.01) (71)申请人太阳能安吉科技有限公司 地址以色列霍德夏沙隆市 (72)发明人 M阿德斯特 伊兰约瑟考维奇 Y戈林 埃拉德思迪 (74)专利代理机构北京安信方达知识产权代理 有限公司 11262 代理人周靖 郑霞 (54) 发明名称 用于互联的直流电源的电路 (57) 摘要 公开了控制用于直流(DC)电源的功率转。

2、换 器电路。功率转换器可操作的以将从DC电源接收 的输入功率转换为输出功率并执行电源的最大功 率点跟踪。功率转换器适于向负载提供输出功率， 该负载也执行最大功率点跟踪。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2015.01.23 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/US2013/042354 2013.05.23 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/177360 EN 2013.11.28 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书3页 说明书17页 附图16页 (10)申请公布号 CN 10448815。

3、9 A (43)申请公布日 2015.04.01 CN 104488159 A 1/3 页 2 1.一种装置，包括 ： 功率转换器，所述功率转换器具有输入端子和输出端子，且操作以将在所述输入端子 处从直流电源接收的输入功率转换为在所述输出端子处的输出功率 ； 输入传感器，所述输入传感器耦合到所述输入端子且配置为感测包括输入电流、输入 电压或所述输入功率的输入参数 ；以及 控制电路，所述控制电路耦合到所述输入端子，且配置为基于所述输入参数最大化 所述输入功率为在所述输入端子处的大约最大功率点，其中，对于至少一段时间间隔，所述 控制电路被配置为将输入功率或输出功率设置为可测量地小于所述最大功率点，。

4、且在所述 时间间隔之后，所述控制电路被配置为将输入功率或输出功率设置为约等于所述最大功率 点，以使外部最大功率点跟踪电路能够跟踪所述输出功率。 2.根据权利要求 1 所述的装置，其中所述控制电路的控制频率小于所述外部最大功率 点跟踪电路的控制频率。 3.根据权利要求 1 所述的装置，其中所述控制电路可操作以改变在所述输入端子和所 述输出端子之间的转换率，以将所述输出功率设置为可测量地小于所述最大功率点。 4.根据权利要求 3 所述的装置，还包括输出传感器，所述输出传感器耦合到所述输出 端子，所述输出传感器配置为感测包括输出电流、输出电压或所述输出功率的输出参数，且 基于感测的所述输入功率或输出。

5、功率的变化，所述控制电路被配置为改变所述转换率，使 得所述输入功率接近所述最大功率点。 5.根据权利要求 1 所述的装置，其中所述控制电路被配置为跟踪所述输出功率。 6.根据权利要求 1 所述的装置，还包括 ： 多个附加功率转换器，所述附加功率转换器具有各自的输入端子和输出端子且可操 作以转换从各自的多个附加直流电源接收的输入功率，其中所述功率转换器和附加功率转 换器的输出端子在它们各自的输出端子处进行串联连接以提供串联串，以及 所述外部最大功率点跟踪电路，其可操作地连接到所述串联串，其中所述外部 MPPT 电 路被配置为跟踪所述串联串的组合的输出功率的变化。 7.根据权利要求 6 所述的装置。

6、，还包括包含负载输入端子和负载输出端子的负载，所 述负载输入端子被配置为经由所述最大功率点跟踪电路接收所述组合的输出功率。 8.根据权利要求 7 所述的装置，其中所述负载包括逆变器或 DC 至 DC 功率转换器。 9.根据权利要求 1 所述的装置，其中所述直流电源包括至少一个光伏太阳能电池板。 10.一种方法，包括 ： 将在输入端子处从 DC 电源接收的输入功率转换为输出端子处的输出功率 ； 感测包括输入电流、输入电压或输入功率的输入参数 ； 基于所感测到的输入参数，最大化所述输入功率为在所述输入端子处的大约最大功率 点 ；以 及 对于一段时间间隔，将输入功率或输出功率设定为可测量地小于所述最。

7、大功率点，且 在所述时间间隔之后，将所述输入功率或所述输出功率设置为大约等于所述最大功率点， 以使外部最大功率点跟踪电路 MPPT 能够跟踪所述输出功率。 11.一种装置，包括 ： 功率转换器，所述功率转换器具有输入端子和输出端子，所述功率转换器可操作以将 权 利 要 求 书CN 104488159 A 2/3 页 3 在所述输入端子处从直流电源接收的输入功率转换为在所述输出端子处的输出功率，所述 功率转换器包括 ： 输入传感器，所述输入传感器耦合在所述输入端子 ； 控制电路，所述控制电路连接到所述输入传感器，且具有被配置为最大化所述输入功 率的输入控制回路 ；以及 功率衰减器，所述功率衰减器。

8、耦合到所述输出端子，且具有经衰减的功率输出端子，所 述功率衰减器被配置为将所述输出功率衰减为小于在所述经衰减的功率输出端子上的输 出电压范围或输出电流范围之外的最大功率。 12.根据权利要求 11 所述的装置，还包括最大功率点跟踪电路，所述最大功率点跟踪 电路操作地连接到所述经衰减的功率输出端子，且配置为锁定到在所述输出电压范围或在 所述输出电流范围处的所述最大功率上。 13.根据权利要求 12 所述的装置，还包括负载，所述负载被配置为经由所述功率衰减 器和经由所述最大功率点跟踪电路接收来自所述功率转换器的功率。 14.根据权利要求13所述的装置，其中所述负载是逆变器或直流DC至DC功率转换器。

9、。 15.一种方法，包括 ： 控制功率转换器电路以将从 DC 电源接收的输入功率转换为输出功率 ； 改变在所述功率转换器电路的输入电压和输出电压之间的电压转换率 ； 在所述改变期间，测量所述输入功率或所述输出功率，以提供多个功率测量值 ； 基于所述功率测量值，确定最大功率点 ；以及 基于所述功率测量值，设置所述电压转换率以产生所述功率输出的最大值。 16.根据权利要求 15 所述的方法，还包括在执行所述改变之前，应用时间延迟。 17.一种装置，包括 ： 功率转换器电路，所述功率转换器电路包括输入端子和输出端子，且操作以将在所述 输入端子处从 DC 电源接收的输入功率转换为在所述输出端子处的输出。

10、功率 ；以及 控制电路，所述控制电路被配置为改变在所述功率转换器电路的所述输入端子处的输 入电压和所述输出端子处的输出电压之间的电压转换率，测量输入功率或输出功率以提供 多个功率测量值，从而基于所述功率测量值确定最大功率点，且基于所述功率测量值设置 所述电压转换率以在所述输出端子处产生大约最大功率。 18.一种装置，包括 ： 控制电路，所述控制电路被配置为 ： 接收由直流DC至DC功率转换器的转换器输出端子上的负载控制的电流或电压的测量 值，其中所述 DC 至 DC 功率转换器可操作以将在转换器输入端子上从电源接收的输入功率 转换为从所述转换器输出端子向所述负载提供的输出功率， 确定在所述电流。

11、的测量值和预定电流之间的差值或在所述电压的测量值和预定电压 之间的差值，及 响应于所述差值的下降，朝向最大功率点增加所述输出功率 ；及 响应于所述差值的增加，远离所述最大功率点减小所述输出功率。 19.根据权利要求 18 所述的装置，其中所述控制电路被配置为，通过控制耦合在所述 转换器输出端子和所述负载之间的功率衰减器，增加和减小所述 DC 至 DC 转换器的所述输 权 利 要 求 书CN 104488159 A 3/3 页 4 出功率。 20.根据权利要求 18 所述的装置，其中所述控制电路被配置为，通过分别朝向和远离 所述最大功率点调整所述输入功率来增加和减少所述输出功率。 21.根据权利。

12、要求 18 所述的装置，其中所述控制电路被配置为，通过改变所述 DC 至 DC 转换器的转换率来调节转换效率，以增加和减少所述输出功率。 22.根据权利要求 21 所述的装置，其中所述控制电路可操作以在调整所述转换率的同 时，执行对所述输入端子处的所述输入功率的最大功率点跟踪。 23.根据权利要求 18 所述的装置，还包括所述 DC 至 DC 转换器。 权 利 要 求 书CN 104488159 A 1/17 页 5 用于互联的直流电源的电路 0001 背景 0002 在本申请中描述的实施方案通常涉及对来自分布式的电流源(如直流(DC)电源) 的功率生产的控制。 0003 最近对可再生能源的兴。

13、趣已引起在用于分布式能源产生的系统方面研究的增加， 分布式能源如光伏电池 (PV)、燃料电池和蓄电池。制造中的各种矛盾可导致两个其它相同 的源提供不同的输出特性。同样地，两个这样的源可对操作条件，例如负载和 / 或环境条 件 ( 例如温度 )，有不同的反应。在装置中，不同的源也可能会经历不同的环境条件，例如， 在太阳能发电装置中的一些电池板可能会暴露到充足的阳光，而其它的电池板可能会被遮 蔽，从而提供不同的功率输出。在多个蓄电池装置中，一些蓄电池可能使用寿命不同，从而 提供不同的功率输出。 0004 概述 0005 各种实施方案涉及在分布式能源系统中的功率转换，该系统可具有上述的一些特 性。虽。

14、然各种实施方案可适用于任何分布式电源系统，以下讨论转向太阳能，以便以举例的 方式提供更好地理解，而不限制其它应用。 0006 描述了分布式电源系统，包括用于直流(DC)电源的功率转换器电路，所述DC电源 诸如一个或多个光伏电池板、光伏子链或光伏电池。例如并网逆变器的负载，可由 DC 电源 线进行连接以从一个或多个功率转换器电路接收采集的功率。根据一个方面，功率转换器 电路可包括直流到直流 (DC/DC) 功率转换器，其被配置为将在 DC/DC 功率转换器输入端上 的从光伏电池板接收的 DC 功率转换成 DC/DC 功率转换器的输出。电路可包括控制电路，其 被配置为感测输入电压和 / 或输入电流。

15、，并确定在 DC/DC 功率转换器输入端上接收的输入 功率(来自光伏电池板的输出功率)。控制电路可被配置为通过操作电源(例如，光伏电池 板 ) 达被跟踪以最大化电源的功率产量的电流和电压或其最大功率点来最大化输入功率。 由于最大功率点跟踪是在功率转换器的输入端处进行的，故功率转换器的输出电压或电流 是不完全受约束的。而来自 DC/DC 转换器的功率输出大约等于来自光伏电源的输入功率乘 以转换效率，在 DC/DC 功率转换器的输出端处的电压和电流可通过负载或者通过在负载的 输入端处的控制电路来设置、确定和 / 或控制。负载可以是适于将 DC 功率转换为电网的频 率的交流电流 (AC) 的逆变器。。

16、根据一个方面，逆变器不使用最大功率点跟踪 (MPPT) 模块， 因为对于每个电池板已经通过控制电路单独跟踪来自每个 DC 电源的最大功率。逆变器在 其输入端可具有控制块，其将输入电压设置为一个方便的值，可选地为预定值和 / 或可选 地为恒定值，例如 400 伏，例如以最大化负载 ( 例如逆变器 ) 的效率，或最小化 DC 线路中的 功率损耗。 0007 然而，许多可商购的逆变器模块已经包括集成的 MPPT 跟踪电路，其被设计用于与 常规的光伏分布式电源系统一起使用，该电源系统如上述那样不包括对于每个电源的单独 的MPPT跟踪。理想的是，具有集成的MPPT模块的标准的可商购逆变器与带控制电路的D。

17、C/ DC 功率转换器电路兼容，其单独地最大化来自 DC 电源 ( 例如光伏电池板 ) 的功率。然而， 由于控制电路保持光伏电池板在其最大功率点，故 DC/DC 转换器的功率输出可能不会给逆 说 明 书CN 104488159 A 2/17 页 6 变器的输入端呈现一个功率峰值，该峰值可由逆变器的集成的MPPT根据在DC/DC转换器的 输出端处的电流或电压的变化进行跟踪。其结果是，如果在逆变器输入端处存在 MPPT 模 块，则 MPPT 模块可能不能够稳定且锁定最大化到逆变器的输入端的功率的任意特定电压。 其结果是，如果在系统中使用逆变器的 MPPT 模块，根据这些方面，可迫使到逆变器的输入 。

18、为一个极限电压 ( 或电流 )，和 / 或变得不稳定且可能会损耗相当大的功率。 0008 因此，存在如下的功率转换器电路是必要的且将是有利的该功率转换器电路普 遍与所有或大多数类型的逆变器一起运行，而不管该逆变器是否配备有 MPPT 模块，并且需 要用于配备有控制块的负载，如上所述该控制块将到负载的输入电压设置为方便可选的恒 定值。本文公开了各种方法、系统和 / 或设备，其提供功率转换器电路，包括可连接到直流 (DC)电源的功率转换器，诸如光伏电池板。直流(DC)电源可包括一个或多个光伏太阳能电 池或串联和 / 或并联互连的太阳能电池板。功率转换器包括适于连接到直流 (DC) 电源的 输入端子。

19、和输出端子。功率转换器可操作以将在功率转换器的输入端子处的从 DC 电源接 收的输入功率转换为在功率转换器的输出端子处的输出功率。功率转换器可具有连接在功 率转换器的输入端子处的控制电路，使得在功率转换器的运行期间，控制电路设置在功率 转换器的输入端子处的输入电压或输入电流，以最大化输入功率，例如，执行最大功率点跟 踪(MPPT)。最大功率点跟踪电路还可连接到功率转换器输出端子。功率转换器可包括多个 类似的、在其输出端子处串联连接为串联串的功率转换器电路。串联串可以是并联连接的， 且经由最大功率点跟踪电路输入到负载。具有的负载输入端子和负载输出端子可配置为从 功率转换器接收功率，例如经由连接到。

20、功率转换器的输出端子的最大功率点跟踪电路。负 载可以是逆变器或 DC/DC 功率转换器。 0009 根据不同的特点 ： 0010 A、可感测功率转换器的输出电压。可配置控制电路以便将在功率转换器的输入端 子处接收的输入功率设置为仅在预定的输出电压点或输出电压范围处或在预定的输出电 流点或输出电流范围处的最大功率。远离预定的输出电压或预定输出电流，控制电路可被 配置为将在输入端子处接收的输入功率设置为小于最大可用功率。以这种方式，操作地连 接到功率转换器的输出端子的最大功率点跟踪电路，可稳定地跟踪预定的电压和 / 或电流 的点或范围。 0011 B、可配置控制电路以将到功率转换器的输入端子处接收。

21、到的输入功率设置为最 大功率。功率衰减器可连接到功率转换器的输出端子。可配置功率衰减器以衰减在输出电 压处的预定输出电压范围 ( 或预定输出电流范围 ) 以外的功率输出，且不衰减在预定的输 出电压或电流的点或范围处的输出功率。可将最大功率点跟踪电路连接到经衰减的功率输 出端。可配置最大功率点跟踪电路以锁定在预定输出电压范围或在预定输出电流范围处的 最大功率点。通常负载可被配置用于经由功率衰减器并经由连接到经衰减的功率输出端的 最大功率点跟踪电路来从功率转换器接收功率。 0012 C、可配置控制电路以将在功率转换器的输入端子处接收到的输入功率设置为电 源的最大功率点。配置连接到输入端子的控制电路。

22、以改变被定义为功率转换器的输入电压 和输出电压之比的电压转换率。电压转换率可进行变化或扰动，以慢慢地接近输出端子上 的最大功率。如本文所用的术语“慢慢地”是相对于与负载 ( 例如，在功率转换器的输出端 处 ) 相关联的 MPPT 电路的响应时间。可选择转换率以达到最大功率。由于来自功率转换 说 明 书CN 104488159 A 3/17 页 7 器的输出功率慢慢接近最大功率，故与负载关联的 MPPT 电路据此响应并锁定到最大输出 功率处的预定的输出电压。 0013 D、与负载相关联的最大功率点跟踪电路在其运行的过程期间可扰乱其电压或电 流输入 ( 到功率转换器的输出 )。功率转换器可包括将在。

23、功率转换器的输入端子处接收的 输入功率设置为最大功率点的控制电路，以及配置为感测输出电压的控制电路。功率转换 的转换率通过控制电路慢慢改变，以慢慢接近所选的转换率和在最大功率点处的预定输出 电压。 0014 E、段落 C 和 D 的特点是互不排斥的，且可组合使用。如果在功率转换器的输出端 处感测到输出电压的变化，则功率转换的转换率通过控制电路慢慢改变，以慢慢接近所选 的转换率和预定的输出电压。否则，如果没有感测到输出电压的显著变化，配置控制电路以 改变输出电压，从而慢慢接近所希望的转换率，同时 MPPT 电路接近最大功率点。 0015 附图简要说明 0016 本公开通过示例的方式示出，且不以附。

24、图进行限制，其中相似的附图标记标示相 似的元件，其中 ： 0017 图 1 示出了使用 DC 电源的常规的集中式功率采集系统 ； 0018 图 2 示出了关于 DC 电源的一个串联串的电流相对于电压的特性曲线 ； 0019 图 3 根据实施方案示出了使用 DC 电源的分布式功率采集系统 ； 0020 图 4A 和 4B 根据实施方案示出了图 3 的系统在不同的条件下的运行 ； 0021 图 4C 根据实施方案示出了分布式功率采集系统，其中逆变器控制输入电流 ； 0022 图 5 根据其它实施方案示出了分布式功率采集系统，其中在逆变器的输入端处的 电压被控制 ； 0023 图 6 根据实施方案示。

25、出了示例性的 DC 至 DC 转换器 ； 0024 图 7 根据各种实施方案示出了包括控制功能的功率转换器 ； 0025 图 8 根据各种实施方案示出了包括负载控制电路的分布式功率采集系统的简化 框图 ； 0026 图 8A 通过图形示出了在常规系统中作为输出电流的函数的来自太阳能电池板的 功率输出的行为 ； 0027 图8B根据实施方案通过图形示出了一个光伏模块、或串联/并联连接的光伏模块 和 / 或串的系统的功率输入或输出相对于输出电流 ； 0028 图 8D 根据各种实施方案通过图形示出了作为被更改的电流的函数的功率输出 ； 0029 图 8E 根据各种实施方案示出了用于更改输出功率的电。

26、路 ； 0030 图 8F 根据各种实施方案示出了功率转换和跟踪最大功率的过程 0031 图 8G 根据各种实施方案示出了用于运行配备有 MPPT 模块的逆变器的过程 ； 0032 图 9 根据各种实施方案示出了分布式功率采集系统的简化框图 ； 0033 图9A和图9B根据各种实施方案示出了分别在电源和在最大功率点跟踪电路中并 行执行的过程 ； 0034 图 9C 根据各种实施方案通过图形示出了作为时间的函数的、来自一个或多个光 伏模块的功率输出的变化 ； 0035 图 10A 和图 10B 根据各种实施方案示出了，分别在光伏模块和最大功率点跟踪电 说 明 书CN 104488159 A 4/。

27、17 页 8 路中并行执行的过程。 0036 当结合附图考虑时，根据下面的详细描述，前述和 / 或其它方面将变得明显。 0037 详细说明 0038 现在将详细参考实施方案，其的实例在附图中示出，其中自始至终类似的附图标 记指代类似的元件。以下通过参考附图描述实施方案以解释各实例。 0039 在图1中示出太阳能发电系统10的常规安装。由于每个单独的太阳能电池板101 提供的电压可能较低，故可串联连接多个电池板以形成电池板的串 103。对于大的安装，当 可利用更高的电流时，几个串 103 可并联连接以形成整个系统 10。太阳能电池板 101 可安 装于室外，且它们的引线可连接到最大功率点跟踪 (。

28、MPPT) 模块 107，且然后可连接到逆变 器 104。可将 MPPT 107 实现为逆变器 104 的一部分。 0040 从 DC 电源采集的功率可传递到逆变器 104，其将波动的直流电流 (DC) 转换成具 有在逆变器输出端的所期望的电压和频率的交流电流(AC)，其可以是，例如在60Hz为110V 或 220V，或在 50Hz 为 220V。在一些实例中，产生 220V 的逆变器可接着在电箱中被分成两 个 110V 的馈电。来自逆变器 104 的 AC 电流然后可用于操作家用电器或馈送到电网。可替 换地，如果装置不绑定到电网，则从逆变器104提取的功率可被引导到转换和充电/放电电 路以将。

29、产生的多余的功率存储为蓄电池中的电荷。在绑定电池的应用的情况下，逆转阶段 可能会完全跳过，并且 MPPT 阶段 107 的 DC 输出可馈送到充电 / 放电电路中。 0041 如上所述，每个太阳能电池板 101 提供相对非常低的电压和电流。太阳能阵列设 计者面对的挑战可能是由太阳能电池板的低电压的组合产生达 120V 或 220V 均方根 (RMS) 的标准 AC 电流。来自低电压的高功率的传递可利用非常高的电流，这可能会导致近似电流 的二次方 (I2) 的巨大的传导损耗。此外，功率逆变器，诸如逆变器 104，其可用于将 DC 电 流转换为 AC 电流，当其输入电压可比其输出 RMS 电压乘以。

30、 2 的平方根略高时，可能是最有 效的。因此，在许多应用中，电源，诸如太阳能电池板 101，可被组合以便达到正确的电压或 电流。一种常见的方法可以是串联连接电源以便达到所希望的电压，以及并联连接电源以 便达到所希望的电流，如图 1 中所示。大量的电池板 101 可被连接成串 103，且串 103 可并 联连接到电源逆变器 104。电池板 101 可串联连接以便达到用于逆变器的最小电压。多个 串 103 可并联连接为阵列以提供更高的电流，以便实现更高的功率输出。 0042 尽管此配置在成本和结构简单方面可能是有利的，对于这样的结构已确定若干缺 点。一个缺点可能是，如下面所解释的，由来自每个单独电。

31、池板的非最佳功率汲取引起的低 效率。DC电源的输出可受许多条件的影响。因此，为了最大化来自每个源的功率汲取，人们 可能需要汲取电压和电流的组合，其提供电源当前流行条件的峰值功率。随着条件的变化， 电压和电流汲取的组合也可能需要改变。 0043 图2示出了DC电源的一个串联串的实例，例如太阳能电池板101a-101d，以及与逆 变器 104 集成的 MPPT 电路 107。电流相对于电压 (IV) 的特性被绘图 (210a-210d) 在每个 DC 电源 101 的左侧。对于每个 DC 电源 101，电流随着输出电压升高而下降。在一些电压值 下，电流变为零，且在一些应用中可假定为负值，这意味着源。

32、变成了换能器。旁路二极管可 用于防止源变成换能器。每个源101的功率输出，其可等于电流和电压的乘积(PI*V)，根 据源两端的电压而变化。在某一电流和电压下，接近电流的衰落点 (falling off point)， 功率达到其最大值。在该最大功率点下运行发电电源 ( 例如，光伏电池板、电池等 ) 可以是 说 明 书CN 104488159 A 5/17 页 9 可取的。MPPT 的目的可以是找到该点，且在这一点上运行该系统，以从源汲取最大功率。 0044 典型地，常规的太阳能电池板阵列、不同的算法和技术可用于使用 MPPT 模块 107 优化系统 10 的集成的功率输出。MPPT 模块 10。

33、7 可接收从所有的太阳能电池板一起提取的 电流，且可跟踪该电流的最大功率点以提供最大平均功率，使得如果更多的电流被提取，则 来自电池板的平均电压开始下降，因此降低了采集的功率。MPPT 模块 107 保持产生自整个 系统 10 的最大平均功率的电流。然而，由于源 101a-101d 可串联连接到单一的 MPPT 107， MPPT 可选择单个功率点，其将是每个连续连接的源的最大功率点 (MPP) 的平均值的一部 分。在实践中，非常可能的是，MPPT 将在 I-V 点运行，该点可能对于只有几个源或没有源是 最佳的。在图 2 的实例中，由于源串联连接，每个源以相同的电流运行，但对于每个源的最 大功。

34、率点 ( 由曲线 210a-210d 上的点标示 ) 可以是以不同的电流。因此，通过 MPPT 107 的 选择的电流运行点可以是源 101b 的最大功率点，但也可偏离源 101a、101c 和 101d 的最大 功率点。因此，该装置可不以最佳实现效率运行。 0045 再回到图 1 的系统 10 的实例，固定来自串 103 的预定恒定输出电压可能会造成太 阳能电池板 101 提供低于其它可能的输出功率。此外，每个串 103 承载沿串 103 穿过所有 太阳能电池板 101 的单一电流。如果由于制造差异、老化，太阳能电池板 01 不匹配，或者 如果它们在不同的遮蔽条件下发生故障或进行放置，那么每。

35、个电池板的电流、电压和功率 输出可以是不同的。迫使单一的电流通过所有串 103 的电池板 101 可导致单个电池板 101 在非最佳功率点工作，且由于高电流通过电池板 101，其可能是高度不匹配，也可引起它们 产生“热点”。由于 MPPT 的常规的集中方法的这些和其它缺点，电池板 101 可能被不正确地 匹配。在某些情况下，外部二极管可用来绕过高度不匹配的电池板101。在常规的多串配置 中，所有串103可由完全相同数量的太阳能电池板组成，且电池板101可选择相同模式并可 安装在完全相同的方向，在任何时候都暴露于相同的阳光条件下。根据这些约束的安装可 能是非常昂贵的。在根据常规的配置 10 的太。

36、阳能阵列的安装过程中，安装者可通过使用测 试设备来检查每个电池板、每个串和整个阵列的电流 - 电压特性，以验证太阳能阵列的安 装的正确性和性能。然而，在实践中，单个电池板和串可能完全不进行测试或只在连接之前 进行测试。可通过串联连接到太阳能阵列 ( 诸如用阵列中的串联电阻器 ) 执行电流测量， 其通常是不方便的。相反，通常只执行整个安装的高级别合格 / 不合格测试。 0046 在安装的初始测试之后，太阳能阵列可连接到逆变器 104，其可包括监测整个阵列 性能的监测模块。由逆变器 104 内监测所收集的性能信息可包括集成的阵列功率输出和功 率生产速率，但信息缺乏关于单个太阳能电池板 101 活动。

37、的任何精确细节。因此，在逆变器 104 通过监测提供的性能信息可能不足以理解功率损耗是否可能是由于环境条件、来自故 障或来自太阳能阵列的不良安装或维护。此外，集成的信息不可能详细查明哪一个太阳能 电池板 101 负责被检测的功率损耗。 0047 图 3 根据实施方案示出了分布式功率采集配置 30。配置 30 使多个电源的连接形 成单一电源成为可能，多个电源例如，太阳能电池板101a-101d。一个方面，所有的太阳能电 池板的串联串可耦合到逆变器 304。另一方面，太阳能电池板的几个串联连接的串可连接 到单个逆变器 304。逆变器 304 可被其它元件 ( 诸如，例如，用于对电池组充电的充电调节。

38、 器 ) 来代替。 0048 在配置30中，每个太阳能电池板101a-101d可连接到单独的功率转换器电路 说 明 书CN 104488159 A 6/17 页 10 305a-305d。一个太阳能电池板 101 与其连接的功率转换器电路一起形成模块，例如，光伏 模块302(只有其中一个被标记)。每个转换器305a-305d最佳适应于连接的太阳能电池板 101a-101d 的功率特性，且将来自转换器输入端的功率有效传送到转换器输出端。转换器 305a-305d可以是降压转换器、升压转换器、降压/升压转换器、反激或正激转换器等。转换 器 305a-305d 也可包含多个组分转换器，例如降压和升压。

39、转换器的串联连接。 0049 每个转换器 305a-305d 可包括控制电路 311，其接收反馈信号，该反馈信号不是 来自转换器的输出电流或电压，而是来自太阳能电池板 101 的转换器的输入端。输入传感 器测量输入参数、输入功率、输入电流和 / 或输入电压，且设定输入功率。这样的控制电路 的实例可以是最大功率点跟踪 (MPPT) 电路。转换器的 MPPT 电路将来自每个太阳能电池 板 101a-101d 的输入电压和电流锁定到其最佳功率点。在转换器 305a-305d 中，根据各方 面，转换器 305 内的控制器监测在转换器输入端子处的电压和电流，并以这样的方式确定 转换器的脉宽调制(PWM)。

40、，其中该方式使可从附接的电池板101a-101d提取最大功率。转换 器 305 的控制器动态地跟踪在转换器输入端处的最大功率点。在各方面中，控制电路 311 的输入功率的反馈回路可以是封闭的，以便跟踪最大输入功率，而不是如通过常规的 DC 到 DC 电压转换器 ( 例如，MPPT107) 所执行的封闭输出电压的反馈回路。由于在每个转换器 305a-305d 中存在单独的控制电路 311，且因此对于每个太阳能电池板 101a-101d，系统 30 中的每个串 303 可具有不同数量或不同品牌的串联连接的电池板 101a-101d。图 3 中的控 制电路 311 连续地最大化每个太阳能电池板 10。

41、1a-101d 的输入端上功率以应对温度、太阳 照射、遮蔽或其它影响该特定的太阳能电池板 101a-101d 的性能因素的变化。因此，在转换 器 305a-305d 内的控制电路 311 从每个电池板 101a-101d 采集最大可能的功率，且传送这 个功率作为输入功率而不管影响其它太阳能电池板的参数。 0050 同样地，在图 3 中所示的实施方案连续地跟踪并保持到每个转换器 305 的输入电 流和输入电压在连接的 DC 电源的最大功率点。可输入到转换器 305 的 DC 电源的最大功率 也可以是来自转换器 305 的输出。转换器输出功率可以是达不同于转换器的输入电流和电 压的电流和电压。当给。

42、定由于功率转换效率低的少量功率损耗保持总功率时，来自转换器 305 的输出电流和输出电压可响应于电路的串联连接部分的要求。 0051 在一个实施方案中，转换器 305a-305d 的输出可串联连接成单一的 DC 输出，其形 成到负载 ( 在本实例中为逆变器 304) 的输入。逆变器 304 将转换器的串联连接的 DC 输出 转换为 AC 电源。在这种情况下为逆变器 304 的负载，可使用控制电路 320 调节在负载输入 端的电压。在这个实例中，这可能是独立的控制回路 320，其可将输入电压保持在预定的设 定值，例如 400 伏。因此，逆变器 304 的输入电流可由可用功率来决定，且这可以是流经。

43、所 有串联连接的 DC 电源的电流。当由逆变器 304 的输入端处的电流和 / 或电压调节来约束 DC-DC 转换器 305 的输出时，输入到功率转换器电路 305 的电流和电压可使用控制电路 311 独立控制。各方面提供了用于将来自多个 DC 电源 101 的电源组合成分布式电源的系统和 方法。根据这些方面，每个 DC 电源 101( 例如光伏电池板 101) 可与 DC-DC 功率转换器 305 相关联。通过耦合 DC 电源 101 到其相关联的转换器 305 形成的模块，可串联耦合以提供模 块的串。然后，模块的串可耦合到具有其固定的输入电压的逆变器 304。在每个转换器 305 中的最大。

44、功率点控制电路 311 从每个 DC 电源 101 采集最大功率且传送这个功率作为来自 功率转换器 305 的输出。对于每个转换器 305，输入功率可转换成输出功率，使得转换效率 说 明 书CN 104488159 A 7/17 页 11 可为 95或在某些情况下高于 95。 0052 此外，控制可通过将转换器的输入电流或输入电压固定到最大功率点并允许转换 器的输出电压改变来执行。对每个电源 101，一个或多个传感器可监测到相关联的转换器 305 的输入功率电平。在一些实施方案中，微控制器可执行最大功率点跟踪，且在每个转换 器 305 中通过使用脉宽调制控制，以调整用于将功率从输入端传送到输出。

45、端的占空比。一 方面可通过监测、记录和 / 或交换每个太阳能电池板的性能，提供更大程度的容错、维护和 可用性。在各种实施方案中，可用于最大功率点跟踪的微控制器也可用于执行监测、记录和 交换功能。这些功能允许快速和容易地在安装过程中检修故障，从而显著减少安装时间。这 些功能也可有利于在维护工作中问题的快速检测。各方面允许容易地定位、维修或更换失 效的太阳能电池板。当维修或更换可能不是可行的时，旁路特点提供增强的可靠性。在一 个方面，提供了太阳能电池的阵列，其中可结合来自电池的功率。每个转换器 305 可附接到 单个太阳能电池，或多个串联、并联或两者共同(例如串联连接的电池的串的并联连接)连 接的。

46、电池。 0053 在一个实施方案中，每个转换器 305 可附接到光伏串的一个或多个电池板。然而， 当适用于太阳能发电技术的背景时，各方面可用在任何使用 DC 电源的分布式电源网络中。 例如，它们可用在带多个电池的蓄电池或带多个燃料电池在其上的混合动力交通工具中。 DC电源可以是太阳能电池、太阳能电池板、电燃料电池、电蓄电池等等。此外，尽管下面的讨 论涉及将来自 DC 电源阵列的功率结合为 AC 电压源，但各方面也可适用于将来自 DC 电源的 功率结合成另一 DC 电压。 0054 在这些 DC 至 DC 电压转换器中，在转换器内的控制器可监测在输入端处的电流或 电压，和输出的电压。如果输出电压。

47、下降，控制器还可通过增加占空比来确定适当的脉宽调 制 (PWM) 占空比以将输出电压固定在预定值。因此，常规的转换器可包括反馈回路，其在输 出电压上闭合，且使用输出电压以进一步调整和微调来自转换器的输出电压。作为改变输 出电压的结果，从输入中提取的电流也可被改变。 0055 图 4A 和 4B 根据实施方案示出了图 3 的系统在不同条件下的运行。示例性配置 40 可类似于图 3 的配置 30。在示出的实例中，10 个 DC 电源 101/1 至 101/10 可分别连接到 10 个功率转换器 305/1 至 305/10。由 DC 电源 101 和其连接的转换器 305 形成的各模块可串 联耦。

48、合在一起以形成串 303。在一个实施方案中，串联连接的转换器 305 可耦合到 DC 至 AC 逆变器 404。 0056 DC 电源可以是太阳能电池板 101，且可针对太阳能电池板讨论该实例作为一个说 明性的案例。由于制造公差、遮蔽或其它因素，每个太阳能电池板 101 可具有不同的功率 输出。对于本实例的目的，理想的案例可在图 4A 中被示出，其中 DC 至 DC 转换的效率可假 定为 100且电池板 101 可被假定是相同的。在一些方面中，转换器的效率可能会相当高， 且范围在约 95 -99。所以，对于说明的目的，效率 100的假设可能不是不合理的。此 外，根据实施方案，每个DC-DC转换。

49、器305可构造为功率转换器，即，其给其输出端传送在其 输入端以非常低的损失接收的总功率。每个太阳能电池板 101 的功率输出可通过相应的功 率转换器 305 内的控制回路 311 来保持在电池板的最大功率点。在图 4A 中所示的实例，所 有的电池板 101 可暴露于充足的阳光照射，且每个太阳能电池板 101 提供 200W 的功率。因 此，MPPT 回路可汲取电流和电压电平，其将传送来自电池板的全部 200W 至其相关联的转换 说 明 书CN 104488159 A 8/17 页 12 器 305。即，由 MPPT 决定的电流和电压形成到转换器的输入电流 I 输入和输入电压 V 输入。 输出电压可由设定在逆变器 404 处的恒定电压来决定，如将在下面解释的。然后，输出电流 I 输出将为总功率 ( 即 200W) 除以输出电压 V 输出。 0057 返回参照常规的系统 10、图 1 和 2，到负载 104 的输入电压根据可用功率变化。例 如，当大量的阳光可在太阳能装置中是可用的时，到逆变器 104 的电压输入可变化，甚至高。