用于提高軟交流電源的電力供給的功率轉換器和方法
【專利說明】用于提高軟交流電源的電力供給的功率轉換器和方法
[0001]相關申請的交叉引用
該申請要求2013年3月5日提交的美國臨時申請?zhí)?1/773，040的優(yōu)先權，其通過引用完全合并于此。
【背景技術】
[0002]本發(fā)明的領域大體上涉及電力轉換，并且更特定地，涉及提高從軟(soft) AC電源的電力供給的功率轉換器和方法。
[0003]電信和其他基于直流(DC)的電力設備典型地使用多個交流(AC)和/或DC電源來向負載提供電力。至少一些已知AC電源使用整流器來將AC輸出電壓轉換成經(jīng)調(diào)節(jié)的DC輸出，并且至少一些已知DC電源使用DC-DC轉換器來將它們的電壓水平調(diào)整到經(jīng)調(diào)節(jié)的DC輸出。DC總線聚集DC輸出并且使它們能夠對負載供電。整流器和/或DC-DC轉換器典型地由在多個電源之間分配負載的系統(tǒng)控制器管理。
[0004]在系統(tǒng)應用中，整流器可從電網(wǎng)或從“軟”AC源接收AC電力。因為功率轉換器的輸出處的足夠大的負載可以拉低輸入電壓并且促使源關閉、進入限流、變得不穩(wěn)定、振蕩或使輸入檢測器跳閘，軟AC輸入電源是具有有限的電流提供能力的源。例如，軟AC電源是無法供給足夠電流來完成20-30 Amp輸入閾值或供給小于最大耐受范圍的5%的電流的電源。軟AC輸入電源可包括但不限于包括，柴油發(fā)電機(也稱為“發(fā)電機組”)、逆變器、風力發(fā)電機或任何其他燃料推動發(fā)電機。這樣的軟AC輸入電源配置成在抽頭上留下過多源容量用于可靠操作。當軟源是發(fā)電機組時，整流器負載、電池再充電和其他負載(例如空調(diào)/加熱負載)的總和典型地大小不超出海平面處的發(fā)電機組額定值的大約80%。因此，再充電速率受到限制并且發(fā)電機運行時間在不需要空氣調(diào)節(jié)/加熱時延長。延長的運行時間導致燃料浪費。在整流器用盡風力發(fā)電機(其中在風速改變時源隨著時間可變)時出現(xiàn)相似的軟源問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一個方面中，提供功率轉換器。該功率轉換器包括檢測電路，其配置成基于從電源接收的電力的至少一個特性來確定電源類型。檢測電路還配置成通過監(jiān)測軟AC電源接近電力極限時的至少一個參數(shù)來確定軟AC源的操作邊緣，并且基于該操作邊緣來向軟AC電源指派操作點來提高軟AC電源的電力供給。
[0006]在另一個方面中，提供這樣的方法，其包括基于從電源接收的電力的至少一個特性來確定電源類型，和在軟AC源確定是電源類型時，通過監(jiān)測軟AC電源接近電力極限時的至少一個參數(shù)來確定軟AC源的操作邊緣。方法還包括基于該操作邊緣來向軟AC電源指派操作點來提高軟AC電源的電力供給。
[0007]在再另一個方面中，提供功率轉換器系統(tǒng)。該功率轉換器系統(tǒng)包括多個電源、用于向至少一個負載提供電力的直流(DC)總線和功率轉換器。功率轉換器包括檢測電路，其配置成基于從電源接收的電力的至少一個特性來確定電源類型。檢測電路還配置成通過監(jiān)測軟AC電源接近電力極限時的至少一個參數(shù)來確定軟AC源的操作邊緣，并且基于該操作邊緣來向軟AC電源指派操作點來提高軟AC電源的電力供給。
【附圖說明】
[0008]圖1是功率轉換器系統(tǒng)的采用方框和示意圖形式的電氣圖；
圖2是在圖1中示出的功率轉換器的示范性框圖；
圖3是圖示可由在圖2中示出的軟AC源控制器使用來確定對于軟AC輸入電源的操作區(qū)域的參數(shù)集的曲線圖；
圖4是提高由在圖1中示出的功率轉換器系統(tǒng)中的軟AC電源供給的電力的示范性方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0009]圖1是功率轉換器系統(tǒng)I的采用方框和示意圖形式的電氣圖。在示范性實施例中，功率轉換器系統(tǒng)I包括多個功率轉換器5，其耦合于多個各種可用電源2、4、6、8中的一個。每個功率轉換器5轉換從電源2、4、6、8中的一個接收的電力，并且將該電力應用于輸出電力總線Vout處的至少一個負載LD。盡管單個功率轉換器5在圖1中示出為與每個電源2、4、6、8關聯(lián)，預想多個功率轉換器5可以并聯(lián)組連接以同時轉換來自電源2、4、6、8中的任一個或全部的電力。例如，在一些實施例中，每個功率轉換器5可包括多個功率轉換器
5。負載LD可對應于消耗DC電力的任何設施，例如收發(fā)器、天線和蜂窩電話塔系統(tǒng)處的其他電子功能；馬達、照明、交換連接裝置(switching gear)和安裝在家庭或商業(yè)設施處的其他負載；較小型系統(tǒng)處的負載，例如交叉口交通信號；及類似物。
[0010]在示范性實施例中，可用電源包括AC電網(wǎng)12、太陽能電池陣列4、風力發(fā)電機(gp，風力渦輪機)6、發(fā)電機組8和電池備份系統(tǒng)10。在一些實施例中還可使用其他類型的電源，其包括地熱發(fā)電機、水力發(fā)電機、燃料電池及類似物。當然，在任何特定功率轉換器系統(tǒng)安裝內(nèi)可包括更多或更少的電源。電池備份系統(tǒng)10可選地包括在該功率轉換器系統(tǒng)內(nèi)，以如果電源2、4、6、8中的任一個在某一時間點變得不可用或不充足則向負載LD提供應急電力。如果這樣提供的話，電池備份系統(tǒng)8將包括用于從輸出電力總線Vout對可用電池充電的充電電路，其實際上變成到電源2、4、6、8和功率轉換器5的有效負載的部分。在聯(lián)合發(fā)電背景中，負載LD可對應于AC電網(wǎng)本身，在該情況下逆變器(未示出)將從輸出電力總線Vout接收電力并且產(chǎn)生AC電力用于延伸應用于AC負載和電網(wǎng)。
[0011]如將從下列描述變得明顯的，每個功率轉換器5可自主控制它的操作。在示范性實施例中，功率轉換器系統(tǒng)I可選地包括功率轉換器系統(tǒng)控制器9。即使功率轉換器5可控制它的操作，為了總系統(tǒng)監(jiān)測、各種參數(shù)(例如，來自每個功率轉換器5的目標輸出DC電壓)的配置和調(diào)整及類似物而仍可提供電力系統(tǒng)控制器9。
[0012]在示范性實施例中，功率轉換器系統(tǒng)I操作成相對于另外一個優(yōu)先轉換來自電源2、4、6、8中的一個或多個的電力，例如偏好首先從可再生源抽取電力、在必要時(例如，在來自太陽能和風源的電力不足時)使用來自電網(wǎng)或來自柴油發(fā)電機的電力和僅在緊急情況下依靠電池備份電力。該優(yōu)先級排定使計量功率的消耗最小化，并且在環(huán)境敏感意義上使來自化石燃料源的功耗最小化。將該優(yōu)先級方案應用于圖1的系統(tǒng)將對來自太陽能電池陣列4和風力發(fā)電機6的電力的使用排定優(yōu)于來自AC電網(wǎng)2和其他化石燃料推動或計量電源(例如發(fā)電機組8)的電力的優(yōu)先級。該優(yōu)先級排定可通過控制與可再生和其他優(yōu)選電源關聯(lián)的功率轉換器來輸出規(guī)定的比來自與不太偏好的電源關聯(lián)的功率轉換器的DC輸出電壓更高的DC輸出電壓。例如，最高優(yōu)先級電源可使它的關聯(lián)功率轉換器在最高DC輸出電壓(例如，54.0伏)操作以優(yōu)先從該源抽取電力。下一個最高優(yōu)先級電源可使它的功率轉換器控制成在下一個最高輸出電壓(例如，54.0伏)輸出電力，并且最低優(yōu)先級電源然后可使它的功率轉換器輸出最低電壓(例如，53.9伏)。在圖1的系統(tǒng)的背景中并且根據(jù)一些實施例，該優(yōu)先級排定的操作可編程到功率轉換器5自身內(nèi)，而不需要監(jiān)管外部電力系統(tǒng)控制器9。備選地，優(yōu)先級排定可由電力系統(tǒng)控制器9實現(xiàn)。在一些實施例中，當輸出負載在對于負載條件或對于供應條件的某一用戶設置閾值以上時，實行優(yōu)先級排定。例如，如果太陽能源在某一水平之上(例如，晴天且太陽能電池板展現(xiàn)出足夠的電流)。
[0013]圖2是功率轉換器5 (在圖1中示出)的示范性框圖。盡管在圖2中示出為單相轉換器，功率轉換器5可以是三相轉換器或將使功率轉換器5能夠如本文描述的那樣起作用的任何其他類型的轉換器。在示范性實施例中，功率轉