专利名称：：电能转换器的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种电能转换器(即下文所说的能量转换器)，该电能转换器用于转换来自于一种或者多种电能源(下文所说的能量源)的电能，每一种电能源可产生相似或不同特性的电能，以及本发明涉及可自动配置本身以应对每一个能量源的能量转换器。
背景技术：
：参照能量转换器以便于描述本发明该能量转换器设置用于将可再生能量源的电能转换至具有一种可被传送至低压或中压配电网、全国输电线网络或者类似电网的性能的能量。但是，本发明并不仅限制于此，并且本发明可应用于惯于将来自任何一种更深层次能源的电能进行转换的能量转换器。随着作为能量生产设备的副产品、释放到大气中的二氧化碳持续减少，最近，利用可再生能源成为一种趋势。这种可再生能源一般自然释放，但能量输出通常依赖外部环境，例如在使用光伏电池时，其能量输出依靠太阳光的强度，而使用风能发电机则依靠风力的大小，或者其他类似情况。因此，该装置的优点在于可方便的使用任何一种能源，并可以灵活的配置，使其在能源所在的每一个地点，可以最大化其能量产出。这种灵活性平衡了在每次安装时，包括在选择电能转换器时，需对电子系统进行耗时且完全地重新设计，该电能转换器典型地被设计成与单独的可再生能源技术可互相配合。也经常会出现这样的情况，一项特定技术最合适的构造往往被周围的结构、建筑、空间利用度和可视外观所影响。例如，太阳能光电安装，可单一太阳能光伏电池组安装在没有来自周围建筑物的阴影的平坦的房顶上的，或者多个太阳能光伏电池组安装在有坡度的，或者有部分阴影的建筑物的不同表面。前者使用单一输入到能量转换器，而后者采用多相独立输入，以当太阳位置变化时，在一天的不同时刻捕获太阳能的峰值。从各个输入或者能量源获得的电能传送到本地电网，或者干线供电。允许不同电压频率或强度的两个电网之间的双向功率流(powerflow)的能量转化器的一般拓朴是一对背对背电压型逆变器(VoltageSourceInverters,VSI)。这种能量转化器典型地允许机电装置和配电系统之间功率流。然而背靠背电压型逆变器适用于风能和水利发电机，和其他旋转交流(AC)发电机，如三相5-10KW功率的旋转交流发电机一起使用，但是不适于用在直流电源上，如太阳能光伏电池组。相似的能量转换器之前被提出来将可再生能源提供的多种能量进行转换。US2004/0125618描述了这种电能转换器，但并没有解决上面详细描述的多个问题。
发明内容根据本发明的第一个方面，提供了一种电能转换器，所述电能转换器被配置以连接至至少一个电能源，将该能量源产生的电能量经所述电能转换器输入到该电能转换器所连接的电网。该电能转换器包括输入转换级和控制器，该输入转换级包括三个输入端；该控制器将输入端的每个端子配置为接受以下类型的输入的任意一个1.多相供电中的一相；2.单相供电的一侧；3.直流(DC)供电的一侧；4.无输入。由于所述电能转换器能够连接各种不同类型的能量源，(或称电能源，电源)，并且配置成能与多种不同类型和/或不同结构的能量源相配合工作，因此这种电能转换器很方便。从而，单一的电能转换器可以连接各种不同类型和/或不同配置的电能源。输入转换级的输入端可以是能量转换器的输入端。便利地，该电能转换器包括至少一个传感器，一般多个传感器，尤其至少一个传感器和每一个输入端相连。在一些实施例中，配置传感器用于感测多个电能参数，例如，既可配置电流传感器也配置电压传感器。输入转换级被设置处理输入至电能转换器的电能，从而电能适于穿过直流链路(DClink)，直流链路是本领域技术人员所熟知的，应当理解这种方式转换输入的电能允许更简单的能量处理。可替换的实施例构造成处理电能以适于穿过不同于直流链路的连接。例如，一些实施例构造成处理电能以穿过共振的直流链路。在一个实施例中，输入转换级包括三对开关装置。配置这种方式的三对开关装置允许输入转换级处理三相供电。通常情况，涉及的每对开关装置中的开关装置是上开关装置和下开关装置。便利地，电能转换器的输入端连接至一对开关装置的开关之间的结合处，因此，所述的一对开关装置可被当作为半H-桥，有时，被称之为半桥。在另一实施例中，输入转换级包括6对开关装置，或6个半桥。当6个半桥调整为两个单独的组，每组3个，则两个三相能量源可以连接到电能转换器。在某些配置中，每对开关装置中的上开关装置操作大体上一致，每对开关装置中的下开关装置操作也大体上一致。在这种结构中，输入转换级配置为直流或单相输入。在某些配置中，每对开关装置被配置成，输入转换级的输入可以被施加于一对以上开关装置上。这样的配置很方便，这是因为可以提高输入转换级的承载电流能力。例如，在具有六对开关装置的一种可能配置中，所述开关装置可以被配置为连接至三个直流输入,用每两对开关装置被分配给一个直流输入。但是，在具有六对开关装置的另一个可能配置中，所述开关装置可以被配置为，输入被跨接连接至三对开关装置，允许单一直流或者单相但具有较大电流量的输入。因此，在输入转换级具有六对的开关装置的实施例中，，该对开关装置可被控制作为三相桥，该三相桥具有两倍于每一个开关装置的电流量；分开的H-桥用于三个独立的直流或单相电源；可被控制作为一个单相H-桥，具有三倍于每一个开关装置的电流量；两个三相桥；或与直流H-桥一起的一个三相桥。在其他的实施例中，可能有其他数量的输入端，虽然不是必要的，但它是方便的，增加三个输入端是为了允许三相电源被连接到转换器。虽然不是必要的，但是有利地，增加输入端为六个这是因为当直流或单相输入连接到能量转换器时，随着输入端被利用，这将会产生更大的效率。该转换器还包括输出产生级。输出产生级可以设置成来处理从输入转换级接收到的电能，以适合从转换器输出。在一个实施例中，能量转换器包括直流链路，将输出产生级连接与输入转换级相连接。而且，输出产生级包括三对开关装置，每对开关装置通过控制器控制，该控制器与控制输入转换级的控制器相同或不同。输出产生级设置来产生适于连接至低压或高压的配电网的输出。例如，在一个实施例中，输出产生级设置来产生三相输出，该三相输出一般在大致400V电压下有50Hz的频率。每个控制器设置为自动配置每个输入端来接受输入类型。但是，在其他实施例中，诸如开关，按钮，通过控制器可能产生的菜单这样的输入装置，可用于将每个终端配置为可接受的那种输入类型。输入端的配置包括在适当的时候将开关装置转换连接至输入端。控制器设置来确定施加至输入端的电流是直流还是交流电。这种设置非常方便，这是因为允许交流或直流源连接到所述电能转换器。在一个实施例中，控制器设置来计算输入的功率因子。在该实施例中，控制器还设置来控制开关装置，以使电信号具有大体上一致的功率因子。换言之，电流和电压的波形基本同相，或者两者基本相差180度。控制器还包括能量追踪模块，该模块设置用于确定与电能转换器相连的能量源输出的能量。能量追踪模块设置来使控制器控制开关装置，以调节连接到转换器的能量源的电负荷。在一个实施例中，能量追踪模块设置用于使控制器调整施加至能量源的负荷，以优化能量源的电能输出。由于能够更加有效的利用能量源，这样的设置是十分有利。在一些实施例中，具有一个以上的能量追踪模块，每一个适用于不同的输入类型。例如，能量追踪模块适于与单相/直流电输入一起使用，但未必适于与多相供电一起使用。根据本发明的第二个方面，提供了一种控制器，该控制器设置来应用在本发明第一个方面所述的能量转换器中。本发明的第三个方面提供了一种将能量源产生的电能转换成适于连接至电网形式能量的方法，该方法包括根据电能的输入类型，控制控制器的输入转换级，其中所述输入类型包括如下的任何一种多相供电中的一相；单相供电；直流供电；无输入。本发明的第四个方面，提供了一种机器可读数据载体，该载体包括当在机器上读取时，引起该机器执行为本发明第一个方面所述的转换器或者本发明第二个方面所述的控制器的指令。本发明的第五个方面提供了一种机器可读数据载体，该载体包括当在机器上读取时，引起该机器执行本发明第三个方面所述的方法的指令。机器可读数据载体，可以是任何一种适于机器读取的载体，包括以下任何一种软盘、CDROM,DVD(包括-RARW，+R/+RW和RAM)、硬盘、存储器(包括U盘、存储卡例如SD卡、紧凑型闪存等)、磁带、任何形式的磁光存储器，以及发射信号(例如网络下载、FTP文件传输，以及类似)或者是有线(wire)。参见附图，下面将通过举例方式详细描述本发明实施例，其中图la到le示出了本发明实施例不同构成设置的能量转换器的框图。图2示出了初始化图1中的实施例的方法的流程图。图3示出了能量转换器的输入转换级中的开关装置和感应(LC)滤波器实施例的框图。图4a和4b示出了控制装置和数据集当中选择数据实施例的框图。图5示出了用于三相桥的控制结构实施例的框图。图6示出了风轮机的典型的转矩-速度特性曲线。图7示出了用于单相桥(即，H-桥)的控制结构的实施例的框图。图8示出了在电能转换器的输出产生级中的开关装置和感应(LC)滤波器实施例的框图。以及，图9示出了用于电能转换器中输出产生级的控制结构实施例的框图。具体实施例方式图1示出了能量转换器100的实施例，能量转换器100包括输入转换级104，直流链路106和输出产生级108。经过输入转换级104，电能源102被连接至直流链^各106。直流链J各106还连接至输出产生级108，从而通过输入转换级104，电能从能量源102被传送到输出产生级108。输出产生级108进一步设置来连接至输出电网110。输出电网IIO没有在此详细显示，然而，典型的输出电网IIO具有多个相位，最常见的情况是三相(30),或者是单相，例如直流或者交流。这样的电网众所周知，并且在其他地方也详细说明过。在一个实施例中，输出电网IIO是三相供电或者通常被称为电网(grid)的配电网。能量转换器100还包括控制器112，控制器112控制输入转换级104和输出产生级108的运作。在图1的实施例中，输入转换级104是由两个三极的电压型逆变器(VoltageSourceInverters,以下简称VSI)所构成，每一个电压型逆变器设置为将从能量源102输出的能量转换为输入转换级104的DC输出。因此组合型的VSI包括六个电极。VSI电极包括输入转换级104的输入端和两个输出端。在本实施例中，两个输出端各自连接至直流链路的高低两个线路。进一步，VSI包括两个开关装置(开关装置通常是半导体开关)，串联连接在VSI输出端之间。在图中每一个输入端被标记为Pl到P6数字，输入端连接到开关装置之间的接合处，而这种设置被称之为半H桥或者半桥。在图la显示的实施例的构造中，六极VSI操作为三个逆转器极对，每一相有一对并行操作的电极，这有效分担了在每个极对间电能转换的负荷。控制器112设置来监视连接至输入转换级104的每一个能量源的负荷，以确保不超过直流链路和/或输出产生级的功率限值。在该例子中，能量源是机电设备，且在本说明书的内容中，能量源可散能和/或储存能量。本领域技术人员应当理解，半导体开关装置可以使用任何形式的半导体开关装置，典型地，FET或者IGBT等等之类的。进一步地，当开关装置切换至关闭状态时，每一个开关装置很有可能被设置为，有一个并行的自振荡二极管，以提供电流通路。本领域技术人员知道如何使用商用开关装置套件组件实现输入转换级104,该商用开关装置可为两个全桥(或者三相)模块、三个H桥模块、六个半桥模块、十二个分离器件，或者任何上述套件组件的组合。在图la所示的构造中，输入端P1和P4、P2和P5、P3和P6各被连接在一起形成对，控制器112设置来控制所连接的输入端作为公共端子。以这种方式连"l妄输入端作为三对端子，与只以三个llr入端作为输入的情况相比较，可以允许输入转换级104传递更高的功率。图lb示出了能量转换器IOO的第二种结构，然而，如图la所示的第一种输入结构连接单一的三相的能量源102,图lb例示的第二种结构允许两个独立的三相能量源114和116，通过电能转换器IOO连接到输出电网110。两个能量源114和116通过输入转换级104连接到直流《连路106，作为两个独立的可控的三相VSI操作。在这个结构中，输入端Pl、P2和P3以及P4、P5和P6由控制器112所控制，作为两个分离的三相桥。虽然输入转换级104的两个独立的可控三相VSI的形成允许更大的灵活性，但是相等的额定功率是如图la所示结构中的组合转换器的额定功率一半。图lc示出了能量转换器IOO的第三种构造，该构造显示了两个独立的能量源118和120通过能量转换器IOO连接到输出电网110。在该图所示的构造中，第一个能量源118是三相能量源，第二个能量源120是单相能量源，即单一的AC电源或者DC电源。本领域技术人员应当理解输入转换级104中的半H桥能够将AC电压转换成DC电压，或者相同的配置，或者传递施加至输入的DC电压。在该结构中，输入端P1、P2和P3被控制作为三相桥，输入端P4和P5作为分离的H桥(由于能量源120包括单相或者DC电源)。输入端P6未被连接。图ld显示了能量转换器100的第四种结构。在这种结构中，单相能量源122，例如DC电源，通过能量转换器100连4妄至输出电网110。在该结构中，输入端P1、P2和P3，以及P4、P5和P6一皮连接在一起，并由控制器112所控制，从而与输入端P1、P2和P3相连的开关装置动作一致，模拟H桥的一个臂(由此称为半H桥)，与输入端P4、P5和P6相连的开关装置动作一致，模拟H桥的补充臂。在该结构中，每一被模拟的半H桥的额定电流是VSI中半H桥的额定电流的三倍。图le显示了能量转换器100的第五种结构。在该结构中，三个单相能量源124,126,128,AC和/或DC电源通过能量转换器100连接到^T出电网110。在这种结构中，六极VSI配置为三个独立的H桥，因此输入端P1和P4、P2和P5以及P3和P6被控制为每一个H桥的输入端。能量转换器IOO还可以有其它的可能的结构形式，图la到le只是示例性的例子。但是，当与电源连接时，好且安全的工作作业要求使用者对每种允许的结构有初步的了解。同时，在能量转换器的一些实施例中，自动检测模块710将自动检测哪种结构被连接。在此所述实施例中，描述了有限个数的允许的结构，以确保连接是清楚的、显然的，而且用户易于识别。自动连接检测模块710还可以检测是否做了不正确或者错误的连接。如果能量转换器IOO能够与更广泛的能量源结构相互配合，尤其，如果能量转换器IOO可自动配置本身适用于不同类型的能量源，由此与更广泛的可再生能源技术相互配合，则大量的设计工作可被避免。由于不同类型的能量源提供在特殊的地点上，例如风轮机和光伏电池的结合，这种设置有很大的优势。正如本领域技术人员所理解的，用于向三相电网输出的输出产生级108包括平行的三对开关装置(一般为半导体开关)，设置成三个平行对，每对开关装置中的每一个开关装置是串联设置，如图8所示。穿过每对开关装置，自直流链路106向输出产生级108施加输入，而且从每对开关装置中的每个开关装置间的结合处获取输出产生级108的输出。能量转换器100的不同构造可以允许将不同范围的能量源连接到输出电网110上。例如，这些能量源可以是下面列举中的任何一个或者其组合风轮发电机、光电池、燃料电池、涡轮发电机、水力涡轮发电机、波浪涡轮发电机、生物发电机、任何机电能量转换装置，或者任何合适的能量转换装置。在该描述能量转换器的实施例中，初始设置过程可以用来确定能量转换器IOO对应所述电能源的合适配置，所述电能源被连接至输入转换级104，参见图2,描述了该初始设置的过程。在该实施例中，控制器112自动地感知连接到输入端Pl至P6的电能源产生的无负载电压，并且选择一个允许的结构。通过以下步骤获得200:外电路是否有源，即是否有外电压源连接到Pl-P6的任何一个输入端上？如果没有，则不进行自配置或使能(enable),且仍在执行步骤200。如果有，则转向步骤202。202:对于三相能量源，一皮施加至输入端P1、P2和P3的电压是否均衡？如果均衡，转向步骤204,否则；转向步骤206。204:施加至输入端P1、P2和P3的相电压是否来自一非零电压的直流电源？如果不是，则不进行自动配置或者使能(enable)，且返回步骤200;如果是，则转向步骤208。206:施加至I餘入端P1、P2和P3的电压是否相同，并且施加至输入端P4、P5和P6的电压是否相同？如果是，则配置为模拟的单H桥，其中输入端Pl、P2和P3，以及P4、P5和P6平行才喿作(210)-如图1(d)所示；如果不是，则配置为三个独立的H桥电路，其中，输入端P1和P4、P2和P5以及P3和P6形成对(212)-如图1(e)所示。208:施加在输入端P4、P5和P6的相电压是否来自非零电压的交流电源？如果不是，转向步骤214，则配置为在输入端Pl、P2和P3的三相VSI,以及输入端P4和P5的H桥(214)-如图1(c)所示。如果是，则转向步骤216。216:施加至输入端P1、P2和P3的电压与施加至输入端P4、P5和P6上的电压是否相同？如果是相同，则配置为单一的并if关三相VSI(218)—如图1(a)所示。否则，配置成两个独立的三相VSI(220)-如图1(b)所示。能量转换装置100由控制器112控制，如图1所示。典型地，控制器112包括模拟和数字电路，数字电路包括处理器700，例如嵌入式微处理器或者微控制器如DSP、PIC、FPGA等。本领域技术人员易于理解这种装置。这种装置的例子包括德州(Texas)仪器公司制造的TMS2000电动机控制器DSP,或者由微芯片公司制造的dsPIC等。处理器700处理的代码可储存在处理器700上的非易失性存储器800中。但是，可使用非易失性存储器800的其它形式，连接至控制器112内部的处理器700上，或者通过网络连接至控制器112上。还提供用来监控和固件更新的通信性能。例如，控制器可提供有网络工作能力。该网络工作能力可以是有线的或者无线的。控制器112可设置连接至局域网，广阔的区域网或者因特网等类似的网络。控制器112可以具有一唯一的标识符，例如MAC地址，或者IP地址，并且可以被设置来从远程的服务器接收软件/硬件更新。可替换地，或者另外，控制器112可以被设置来自动连接至远程服务器。控制器112还可被设置为，可远程传送且查看控制器112控制操作的数据或者数据测量。这可实时执行。本领域技术人员易于理解如何实现这种控制器112。控制器112连接至输入转换级104和输出产生级108、与输入转换级104和输出产生级108信号联络，并且监控输入转换级104和输出产生级108。同时，DC链路106的电压由控制器112通过电压传感器310监控。控制器112设置来产生转换波形，所述转换波形被传输至输入转换级104和输出产生级108以控制其中的开关装置。控制器112还设置监控电流传感器304和电压传感器306。在输入转换级104中的端子Pl-P6、输出级108中的每个输出终端上的电流630和电压传感器620，以及输出电网的电压传感器640上的电压，被指示为VI到V6和II到16。控制器112还设置来产生监控控制信号，例如使能(enable)或者错误等，这些信号都从中发送。图3示出了在输入转换级104中的开关装置的设置，即两个3极VSI转换器，每一个包括6个成对的并联的开关装置，每对开关装置中的每一个开关装置串联设置。因此，总共有12个开关装置。输入端P1和一对开关装置la和lb连接；输入端P2和一对开关装置2a和2b连接；输入端P3和一对开关装置3a和3b连接；输入端P4和一对开关装置4a和4b连接；输入端P5和一对开关装置5a和5b连接；输入端P6和一对开关装置6a和lb连接。因此，控制器112提供了12个脉冲宽度调制(PWM)开关序列(即在输入转换级104中的每一个开关装置的开关序列)，清楚起见，开关装置与控制器112的连接未示出。输入转换级104还包括的滤波电感器302-1至302-6，即每个对应于VSI的一个电极。滤波电感器被串联在输入端和一对开关装置的每个开关装置间的结合处之间。本领域技术人员应当理解，由于能量源的电抗和/或滤波器的电感，能量源应当一般被视作电流源而非电压源。每一个开关装置的状态被控制来阻断电压("关，，状态)或者传导电流(开状态)，并且成对的开关装置中的每一个开关装置会以互补的方式来开关，以避免两个开关装置同时都处在开的状态，这将会引起正穿过直流链路106的电压的短^^。正如本领域中众所周知的，DC链路106包括电容300,在本实施例中，设置成将从输入转换级104的输出的DC能量传送到输出产生级108的输入。图3中的结构示出了三相桥(使用逆变器输入端P1、P2和P3)和H桥(采用逆变器输入端P4和P5)，和图1(c)中示出的构造是相同的。图3还示意性地示出了输入转换级104的内部元器件。因此，在图la的结构中，可以看出开关装置操作为两个组的三对开关装置，其中输入转换级104的输入施加至两对开关装置的输入端，这允许三相供电连接到输入转换级104，其中三相供电中的每一相^皮施加至成对开关装置中的两个。在图lb的结构中，开关装置被操作成为两个组，每一个组包括三对开关装置，其中输入转换级104的输入被施加至一对开关装置的输入端，这允许至少一相，一般两相、三相供电连接到输入转换级104，其中三相供电中的一相施加至一对开关装置的输入端。在图1C的结构中，开关装置被操作成包括一组两对开关装置，其中输入转换级104的输入^^皮施加至该组每一对开关装置的输入端。这允许DC供电或者单相供电与输入转换级104相连接，其中DC供电或者单相供电被施加至该组每对开关装置的输入端。在图lc的结构中，开关装置还包括一组三对开关装置，其中输入转换级104的4俞入一皮施加至该组每对开关装置的输入端，这就允许三相供电连4妄至输入转换级104，其中三相中一相被施加至该组每对开关装置的输入端。在图ld的结构中，开关装置祐j喿作成为两个组，每一个组包括三对开关装置所组成，其中输入转换级104的输入被施加至该组每对开关装置的输入端，这就允许单相的直流供电或者单相供电连接至输入转换级104,并且被施加至该组每对开关装置的输入端。在图le的结构中，开关装置被分作三组，每组包括两对开关装置，其中输入转换级104的输入被连接在该三组之一组中的输入端之间，这允许三个单相供电或者直流供电连接至输入转换级104,其中每一个单相供电或者直流供电被连接在该三组之一组中的输入端之间。从图3可以看出，每一个输入端与电流传感器304和电压传感器306相连接。这些传感器读取通过每一个输入端(P1到P6)的电流值，以及相对于合适的地线或者接地的每一输入端(P1到P6)上电压的数据，并且反馈所有这些lt据至控制器112。十二个开关装置(被标示为la和lb直到6a和6b)由控制器112所控制，来改变穿过滤波感应器302的电流波形的强度和形状，而无需考虑该电流是交流还是直流。在图3所示的实施例中，三相电源118是如驱动涡轮发电机产生的AC电源，而单相电源120是如光伏电池、燃料电池、整流驱动涡轮发电机等产生的DC电源。控制器112执行大量的任务，其中之一对输入转换级104的电流控制；控制器112被设置成来调节连接至输入转换级104的特定的一个或者每一个电源输入的电流。正如图l所描述的，输入转换级104被配置成为将多个不同电源作为输入，以及控制器112被设置成来执行很多不同的操作，包括在三相桥(连接至直流链路106的三个逆变器电极或者其他常见的DC电压)上的电流控制，以及单相桥的电流控制，或者所谓的H桥(连接至直流链路的两个逆转器电极或者其他常见的DC电压)。将在下文，以及图5和图7中，对每种设置中使用的控制做进一步的详细描述。在一些实施例中，三相控制模块720或者H桥控制模块730的多个实施例可用在控制器112上以提供功能，如图lb和图le所示的实施例。在所描述的实施例中，三相和/或H桥电流控制的多个实例通过创建两个独立的模块来实现，该两个独立的模块一般提供为软件模块一个三相桥模块720和一个H桥模块730。在这种情况下，不是提供可替换的模块，或者模块的集合，来用于每个可替换的配置改变，而是将单独的数据集(dataset)提供给每个实施例的结构或者连接至输入转换级104的能量源。图4a示出了本发明一个实施例如何实施多个数据集，来使输入转换级104以如图l所示的配置进行工作。在这种情况下，控制器112包括输入选择器400和输出选择器402。输入选择器400祐L设置来接收电流传感器304和电压传感器306的参数数据，并且被设置来抽样，并且储存各种基于能量转换器IOO配置的依时参数(timedependentparameter)。因此，输入选择器400允许控制器112根据开关装置的配置可使用预先设定的传感器的读数，该开关装置适用于连接至输入转换级104的能量源。输入转换级104通过图2中详细描述的操作来配置。随后，参数数据根据配置被分配给数据集。每个数据集可存储在控制器112或者类似控制器的数据集模块740中。在单相数据集的情况中，三个可替代参数，VA、VB和IA会被使用。这些参数指示单相能量源连接的每个输入端上的电压，以及每个输入端上流经的电流(虽然大小相同，但是在每一个输入端上的方向相反)。应当理解的是，在某些情况下，这些参数是几个输入端的值。举例说明，图1(d)中所示的配置中，参数IA是P1，、P2和P3上流经的电流的连接值。该数据可间隔采样，由此指示来自于单相能量源的电能波形。在三相数据集情况中，可以获得参数VA、VB、VC和IA、IB、IC的值。应当理解的是，这些参数涉及能量源每相的电压和电流。以及，在某些例子中，即如图1(a)中所描述的，参数是从电流传感器304获得的值的和。控制器112设置来利用三相控制模块720或者是H-桥控制模块730处理每一个数据集。每个控制模块720、730的功能在图5和7中作进一步详细描述。在仅有相同配置(即单相或三相)的能量源被连接的情况下，控制模块720、730被设置来估计数据集的相对输出，然后计算下一个数据集的输出。从数据控制模块720、730输出的数据可被用在输出选择器402中，来控制适当的开关la,b至6a,b。应当理解的是，获得输入数据参数，并且由开关以足够小的间隔计算出输出，以提供电信号的有效的脉宽调制。将多个数据集应用至用于这种方式下的三相或者H桥电流控制的单一段代码中，被认为比应用至所需的大量代码中更加有效。被分配给电能源的数据集还包括例如控制参数、状态、输入、误差和输出变量等等其中的所有数据。当应用至合适的控制模块720，730时，更新数据集。控制器112的输出选择器402被设置成来处理相关控制模块720、730提供的开关模式，以驱动本实施例中12个输入转换级104开关装置la，b至6a，b。应当理解的是，在单相数据集的情况下，控制两个半桥，输出控制X和Y，每两个开关控制一个。在三相数据集的情况下，使用X、Y和Z输出来提供用于三个半桥X、Y和Z的开关信息，每一个开关信息包括第一个a和第二个b开关信号；即用于每对开关装置中的每一个开关装置的一个开关信息。输出选择器402设置来将这些输出控制分配给每个相关的开关，乂人1至6,7十应a和b。表1及表2详细说明了数据集的各种配置，并分别详细描述了输入和输出数据。<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>x表2.将数据集控制器输出分配至开关装置正如上述所讨^沦的，如图3所示，连接至每一个逆转器输入端(即Pl到P6)的两个开关装置从上至下分别标示为"a"和"b"。此外，表2中对数据集(X、Y或Z)的每个输出的分配包括a和b的补充输出。图4b示出了当控制图lc和图3所示的设置时所使用的数据集配置，并且在表1和表2中的配置3进行了详细描述。在这种设置中，输入选择器400被设置成来将输入终端P1、P2和P3上显示的参数V和I，反馈给第一个三相数据集。相似地，输入选择器400被设置成来将输入端P4和P5上显示的V和I参数，反馈给第一个H桥数据集。处理在每个数据集中的数据来提供开关模式。输出选择器402被设置成来提供每个相关开关的开关模式。而本领域技术人员应当理解，有很多技术可用来控制穿过三相桥的电流，图5描述了这些技术中的一个，其中由输入选择器400所分配的三相电压(V)和电流(I)用来产生空间矢量模型化(SVM)开关模式。这是通过输出选择器402，六个脉宽调制模式(PWM)输出信号(X,Y和Z)如何被应用至合适的开关设备的一个示例性例子。图5的电流控制可如三相控制模块720所提供的。该电流控制技术使用D-Q轴理论，带有三个正弦时间变化电压的一个内的坐标的两个DC或者恒值。Q项用于描述同相电流或者与电压相差180。的异相电流，D项用于描述与电压相差90。的异相电流。因此Q-D轴理论被本领域技术人员所熟知，应当理解的是，调节D轴电流为0确保统一的功率因数，这种功率因数最大化来自给定电源每安培的有效功率，因此有助于最小化应用中所用电源的尺寸。三相电压施加至产生相位0的数字锁相环路(DigitalPhase-lockedLoop,以下筒称DPLL))中。使用组合Clarke-Park转换来将三相电流信息号转换成D-Q等价Id和Iq。应用小数增益和整数增益，来最小化在由30功率追踪模块500所需的I,电流和电流反馈Iq之间的误差，并且调节Id为0(将PI增益分开用于D项和Q项)。30功率追踪模最大功率输出。逆向Park转换还是用相位e来将PI控制器输出转换至a-|3坐标，以计算三对补充开关设备的SVM波形。通过输出选择器402所控制的输出施加至合适的开关装置，以最大化电源的功率输出。现将描述多种可能的最大化功率跟踪方法中的一个。在该特别的实施例中，无需将电能源的操作特性预先编码在控制器112中或者被能量转换器100预先了解，就可获得该电源的最大功率输出。而电能源传送最大功率的最佳方式可应用于很多不同的能量源(例如风轮机、光伏电池等)，为了便于理解，可参考其中之一。举例来说，风轮机(即能量源)的功率输出是与叶轮的转动速度相关，并且对于给定的风速，随着转动速度的改变，输出功率可能减少或者增加。因此，监控能量源的功率输出，以及通过改变能量源的电负荷而改变转动速度成为可能。图6例示了典型的风轮机的扭矩-速度特性。30)功率追踪模块500设置，来根据电流传感器304和电压传感器306的输出计算风力发电机驱动的发电机产生的能量。正如图6所示例子中在A点，通过输出发电机的所需电负荷，控制涡轮速度，以跟踪最大功率出现的速度。功率追踪^f莫块500的重要部分是检测涡轮当前操作在扭矩特性的哪面，在那里，A点的每侧，即最大功率点每侧表现了不同的特性，并且速度逐渐地滑坡至WA。作为第一个例子，如果涡轮机在B点工作，速度为WB,并且30)功率追踪模块500之前已探测到它处于最大功率点之上，30功率追踪模块500将旋转速度(朝向A点)减小且勻速地减速或者下降，并且将增加的电负荷施加至涡轮发电机以达到上述效果。当涡轮的可用扭矩增加时，测得的功率也将提高，从而证实涡轮机处在最佳速度之上。当改变操作行为以反映失速(stall-side)特性时，旋转速度将一直下降直到基本在A点之后。在A点的下面，当涡轮机减速所提供的扭矩减少时，轮子将快速下降以提高电负荷。通过电负荷的控制，30功率追踪模块500被设置成来检测停止转动的条件，并且稳定涡轮机的速度。当速度下降时，追踪模块500通过减少测得的电功率，；险测停止转动。当涡轮机处于停滞状态，例如C点，操作特性与最大功率点上的不同，在该速度，将速度控制到A点以上会造成本身的不稳定。在30功率追踪模块500改变控制，并积极稳定转子速度后，利用电流的需求控制小且匀速的加速转子，直到超过功率最大点A点。在A点以上，30功率追踪模块500将检测到所需电流的下降，由此改变回到小且恒定的匀速。相似的控制策略可用到其他类型的电能源上。在另一个实施例中，太阳电伏电池的最大功率输出与所输出的电流相关；执行以完成上述任务的模块通常被叫做最大功率点追踪器(MaximumPowerPointTracker,以下简称MPPT)。在这种设置中，可采用IO功率追踪才莫块550。因此，IO功率追踪模块550被设置成来控制连接至太阳能电伏电池(即能量源)的开关装置，并干扰电负荷以追踪太阳光伏电池的最大功率操作点。功率追踪^t块500，55(H皮认为有优势至少有两个原因。首先，由于允许对合适操作点的判断，能量转换器100以不相同但相似特性与更加广泛的能量源相互配合。第二，功率追踪^^莫块500,550允许对适应的条件(例如，太阳能光伏电池阵列在阳光强度上的改变，风轮机在风力上的改变等)进行改变。在与上述相似的方式中，本领域技术人员应当理解有很多技术可用于控制穿过H桥的电流。图7显示了电流控制技术的一个可能方式，其中根据输入选择器400的配置，两相电压(Va和Vb)和一个电流(IA)从相关的电压传感器306和相关的电流传感器302各自^皮反馈。图7所示的电流控制可由单相控制模块730提供。控制模块730设置来探测H桥是否与DC或者AC电源相连接。虽然存在可替换的方法，但在本实施例中，这是通过过零(zero-crossing)检测器560来实现的。如果H桥电源电压是交流，相同功率下的电流，即电流和电压的角度为零，可以通过1(D最大功率追踪模块输出的所需电流和估计的电压波形的相位的正弦值之乘积来获得。如果H桥电源电压是直流，电流需求保持不变。AC所需电流1/sincot和DC所需l/和所测电流IA之间的误差，通过控制PWM开关创建的平均H桥输出电压，而最小化。在本实施例中，这是通过使用PI控制器(标准的比例和整数增益控制)实现的。标准的双极H桥PWM技术用来实现所期望的电压输出。这仅是产生PWM输出信号的一种方法，并且一般的控制方法能够被本领域技术人员所理解。应当易于理解的是，可以不同于上面提及的模式提供三相控制模块720和单相控制模块730。举例来说，在控制器112提供的多个专用于能量转换器100的每个配置运行的模块720和730。可替换地，提供多个处理器700和存储器800,每一个具有输入选择器400和输出选择器402。控制模块720和730可以以硬件、固件或者软件等的方式提供。在控制模块720和730内相似的组件可以按分离的模块提供，例如提供分离的功率追踪模块550和550。本领域技术人员可基于输入转换器104的配置获得输入端Pl到P6的参数数据，并且基于输入转换器104的配置，使用模块处理该参数数据，以提供输出开关模式。相似地，应当易于理解的是，可采用可替换的控制模型，本发明并不限于上面描述的实施例。例如，在可替换的实施例中，电流控制模块720和730可提供为不具有最大功率追踪模块500和550，或者基于与D-Q轴理论相反的可替换模块。图8示出了输出产生级108。如图所示，输出产生级108被设置成将电能转换器100连接至输出网络110的部件。在本实施例中，输出网络110是一种典型的三相电网。因此，直流链路106与具有输出端P7、P8和P9的三极VSI的两个输入端相连接，所述输出端P7、P8和P9依次经LC滤波器600与输出网络110的相位一相连，该LC滤波器600包括输出滤波电感402。输出滤波电感402和同步电流接触器610串耳关连4妄在输出端P7、P8和P9，以及输出网络110之间。在本实施例中，虽然可将DC功率转换为单相AC或者DC，但是输出产生级108被设置成将DC链路106上的DC功率转换为三相AC功率。而输入转换级104具有十二个开关装置，应当理解的是，图8所示的输出产生级108有六个开关装置。输出产生级108可被认为作为标准的输电网连接的逆向逆转器VSI。这种VSI系统众所周知，本领域冲支术人员应当理解如何执行这种输出产生级108,该输出产生级108可使用商用开关设备包(全桥、半桥模块等)来实现。通过与输出网络110的电压在频率、相位、旋转和振幅上同步，输出功率可以满足国家颁布的标准和输出网络操作电供应的标准。与输入转换级104中的输入端Pl到P6相似模式中，每一个输出端P7,、P8和P9的电流和电压可以各自通过输出电压传感器620和输出电流传感器630测量。网络电压传感器640测量输出网络110的每根电线的电压。来自所有这些传感器的信号被中继传播到控制器112。图9示出了控制器112所采用的、控制输出级108的输出控制模块1000。控制器112输出三相SVMPWM波形至三对开关装置，以综合LC滤波器600上的三相电压。这个电压的大小和相位被控制来满足两个目标。第一个将是将能量转换器100与输出网络110同步，其中，Vm到Vp9在相位、大小、频率和转动上与Vu到Vw相匹配。通过控制SVMPWM,PI控制器最小化被转换为DQ坐标的两组电压间的误差。第二个目标，是在同步发生后，控制Ip7至Ip9交流电流。过滤器电压Vu至Vw施加至DPLL,以估计用术语D-Q表示三相电流的网络电压的相位0。PI控制器调节Id至零，以使功率因子一致，并且控制Iq来追踪在DC链路电压误差上被PI控制器输出所需的Iq*。DC链路控制将直流链路电压VDC保持在所期望的Vdc水平上。本领域技术人员应当理解的是，输出PWM电压波形是从测量的滤波电流以及输出网络110电压和滤波电压这两个电压导出的。控制器112还被设置成来通过同步接触器610控制输出产生级108和输出网络110的同步。图10示出了控制器112使用来控制输出产生级108的技术。在本实施例中，控制器112因此被设置来执行其他的任务。l)将输出产生级108电压和输出电网110电压同步；和2)llT出一致或者基本一致的功率因子电流，其强度可以控制，以调节输入转换级104的输出上的DC链路106电压。通过将直流链路能量传送至输出网络110或者从输出网络110传输至DC链路能量，来调节DC链路106电压。当能量从能量源通过输入转换级104被传送至DC链路106时，DC链路106电压升高。然后，输出产生级108将可比较的能量传送至输出网络110,从而维持在能量转换器100中的能量平衡。这可被认为是控制响应。输出产生级108的控制是众所周知的，而且将在其他地方详细描述。应当易于理解的是，输入转换级104和输出产生级108两者都允许能量的双向流动。因此，从输出电网IIO抽取能量去供给与能量转换器IOO相连的能量源，或者通过输入转换级104在两个可替换电源之间转换循环。在此所描述的实施例是有利的，并且有能力来在无需人为干扰下自动进行重新配置成电能量源的特性。在输入转换级104,重新配置对六个逆向电极的控制，允许他们独立进行操作，或者两个一组、三个一组平行操作，形成H桥和/或三相桥的组合。而多个输入的结构也是可能的，在本文中，五种结构配置作为例子说明。上面所描述的结构配置和各种连接只不过代表着具有六电极VSI作为输入转换级104的电子能量转换器100所带来的灵活性，并且可执行自动结构配置方法。这种方法能够扩展包括其他结构配置，其中该方法探测外部电路，并且配置控制器112结构和形式，检测是否是H桥或者三相桥，或者它们的组合。还应当理解的是，本发明并不限于使用六极VSI作为输入转换级104，其他的实施例可包括任意数目的适用于三相和单相配置的电极。因此，本领域技术人员应当理解如^f可实现该系统。权利要求1、一种电能转换器，用于连接至至少一个电能源，以及用于将所述电能源产生的电能经所述电能转换器馈送至所述电能转换器相连接的电网中，所述电能转换器包括输入转换级和控制器；所述输入转换级具有至少三个输入端所述控制器设置成使所述输入端的每个端子接受以下类型的输入的任意一个1)多相供电的一相；2)单相供电的一侧；3)直流供电的一侧；4)无输入。2、根据权利要求1所述的电能转换器，其中所述输入转换级包括三对开关装置，每对开关装置包括上开关装置和下开关装置。3、根据权利要求2所述的电能转换器，其中所述输入转换级包括六对开关装置。4、根据权利要求2或3所述的电能转换器，其中所述电能转换器的输入端连接至一对开关装置的接合处。5、根据权利要求3或4所述的电能转换器，该电能转换器将所述开关装置设置为两个组，每一个组包括三对开关装置，其中所述输入转换级的输入施加至每组中的每对开关装置的所述输入端。6、根据权利要求5所述的电能转换器，该电能转换器设置成允许直流供电或者单相供电被连接至所述输入转换级，并且施加至每组中的每对开关装置的所述输入端。7、根据权利要求5或6所述的电能转换器，该电能转换器设置为每个组中的每个开关装置的上开关装置被大体上一致地开关。8、根据权利要求5至7任意一项所述的电能转换器，所述电能转换器设置成为每一组中每一个开关装置的下开关装置大体上一致地开关。9、根据权利要求3至7任意一项所述的电能转换器，该电能转换器设置将开关装置分为两个组，每一个组包括三对开关装置，其中所述输入转换级的输入施加至一对开关装置的输入端。10、根据权利要求9所述的电能转换器，该电能转换器设置成允许至少一相、两相、或者三相供电被连接到所述输入转换级，其中三相供电中的一相施加至一对开关装置的输入端。11、根据权利要求9或10的电能转换器，该电能转换器设置成将空间矢量调制(SVM)开关模式用于每对开关装置。12、根据权利要求3至11任意一项所述的电能转换器，该电能转换器将所述开关装置设置成包括两对开关装置的组，其中所述输入转换级的输入施加至所述组中每对开关装置的所述输入端。13、根据权利要求12所述的电能转换器，该电能转换器设置成允许直流供电或者单相供电连接至所述输入转换级，其中所述直流供电或者单相供电施加至至所述组中每对开关装置的所述输入端。14、根据权利要求12或13所述的电能转换器，该电能转换器将所述开关装置设置成包括三对开关装置的组，其中所述输入转换级的输入被施加至所述组中的每对开关装置的所述输入端。15、根据权利要求14所述的电能转换器，该电能转换器设置成允许三相供电连接到所述输入转换级，其中所述三相供电中的一相施加至所述组中每对开关装置的所述输入端。16、根据权利要求3至15任意一项所述的电能转换器，该电能转换器将所述开关装置配置为两组，每组有三对转换装置，其中所述输入转换级的输入被施加至两对开关装置的所述输入端。17、根据权利要求16所述的电能转换器，该电能转换器设置成允许三相供电连接至所述输入转换级，其中所述三相供电中的每一相施加至两对开关装置。18、根据权利要求3至17任意一项所述的电能转换器，该电能转换器将所述开关装置配置成三个组，每个组包括两对开关装置，其中所述输入转换级的输入连接至所述一组的输入端之间。19、根据权利要求18所述的电能转换器，该电能转换器设置允许三个单相供电或者直流供电连接至所述输入转换级，其中每一单相供电或者直流供电连接至所述一组的输入端之间。20、根据权利要求2至19任意一项所述的电能转换器，其中该电能转换器设置成监控所述输入端，并进一步设置成，根据所述输入转换级的每个输入，配置所述开关的操作。21、根据前述任意一项权利要求所述的电能转换器，还包括至少一个传感器。22、根据前述任意一项权利要求所述的电能转换器，该电能转换器包括至少一个传感器，所述传感器与每一个输入端相连。23、根据权利要求22所述的电能转换器，该电能转换器包括与每一个输入端相连接的电流传感器和电压传感器。24、根据直接引用权利要求23或者间接引自权利要求20的所述的电能转换器，其中所述控制器设置成根据已经确定的所述开关装置的配置，使用从预定的传感器取得的读数。25、根据前述任意一项权利要求所述的电能转换器，其中所述输入转换级被设置成将输入到所述电能转换器的电能进行处理，以使所述能量适于穿过直流链^各。26、根据前述任意一项权利要求所述的电能转换器，该电能转换器包括输出产生级，该输出产生级设置为处理从所述输入转换级接收的电能，以适于从所述电能转换器输出。27、根据权利要求26所述的电能转换器，该电能转换器包括直流链路，该直流链路将所述输出产生级与所述输入转换级连接。28、根据权利要求26或27所述的电能转换器，其中所述输出产生级包括三组开关装置，每组开关装置由控制器控制。29、根据权利要求28所述的电能转换器，其中相同的所述控制器用于控制所述输入转换级和所述输出产生级。30、根据前述任意一项权利要求所述的电能转换器，其中所述控制器设置成自动地使每个输入端接收任何一种的类型的输入。31、根据前述任意一项权利要求所述的电能转换器，其中所述控制器设置成计算输入到所述电能转换器的输入的功率因子。32、根据权利要求31所述的电能转换器，该电能转换器设置成控制所述开关装置，以使所述输入具有大体上一致的功率因子。33、根据前述任意一项权利要求所述的电能转换器，其中该电能转换器还包括功率追踪模块，设置成确定从连接至所述电能转换器的能量源所输出的功率。34、根据权利要求33所述的电能转换器，其中所述功率追踪模块设置成引起所述控制器控制所述输入转换级，以调节连接至所述控制器的能量源上的电负荷。35、根据权利要求34所述的电能转换器，其中所述功率追踪模块设置成引起所述控制器调节施加至能量源的所述负荷，以优化所述能量源的功率输出。36、根据权利要求l-35任意一项所述的电能转换器中利用的控制器。37、一种将能量源产生的电能转换为适于连接至电网形式的电能的方法，包括根据所述电能的输入类型控制控制器的输入转换级，其中所述输入类型为下述任意之一多相供电中的一相；单相供电；直流供电和无输入。38、一种机器可读数据载体，包括当在机器上读取时，引起该机器执行为权利要求1-35任意一项所述的电能转换器的指令。39、一种机器可读数据载体，包括当在机器上读取时，引起该机器执行为权利要求36所述的控制器的指令。40、一种机器可读数据载体，包括当在机器上读取时，引起该机器执行权利要求37所述的方法的指令。全文摘要电能转换器(100)设置用于与至少一个电能源(114，116)连接，并且用于将所述电能源产生的电能经所述电能转换器馈送至所述电能转换器相连接的电网中，所述转换器(100)包括输入转换级(104)以及控制器，所述输入转换级具有至少三个输入端(P1-6)，所述控制器(112)配置成所述每一个输入端(P1-6)接受下述类型输入中的任意一个1.多相供电的一相；2.单相供电的一侧；3.DC供电的一侧；4.无输入。文档编号H02J1/00GK101652912SQ200780050870公开日2010年2月17日申请日期2007年12月14日优先权日2006年12月16日发明者丹麦恩·詹姆斯·玛斯格雷夫,奈杰尔·杰克曼申请人:简德拉夫有限公司