专利名称：发电系统和操作发电系统的方法
技术领域：
本发明涉及太阳能电池技术，特别涉及如何最有效地操作PV模块。
背景技术：
也被称为“光电电池”的太阳能电池被广泛地用于从光生成电力。在没有负载的情况下通过单个太阳能电池建立的电压主要取决于电池的类型，例如，对于硅电池大概0. 5V 并且对于多结电池大概2V。电流取决于电池的区域和效率，并且依次例如为材料的纯度和电连接。从而，对于直接使用，单个电池的电压通常太低，这就是为什么多个(例如，36或 72个)太阳能电池通常串联连接，以产生例如18-36V DC。多个这样的PV模块可以并联连接，以增加电流，例如，用于在孤岛系统中给12或24V蓄电池组(lotteries)充电，或者多个PV模块可以串联连接以将电压增加到例如300-600V DC,并且使用其作为到DC/AC转换器的输入，用于建立适于公共电网连接或者适于驱动由干线(main)正常供电的设备的例如 110,230 或 400V AC0当多个PV模块(每个均包括多个串联连接的太阳能电池)串联或并联连接时，具有最低电流或电压的这些模块分别使所有模块下降至该电平，这是因为串联连接强制电流相等，并且并联连接强制电压相等。已经通过给每个模块提供最大功率点跟踪机构解决了该问题，例如，通过用于每个模块的可控制DC/DC转换器实现，其中DC/DC转换器将实际模块输出分别转换为预定电流或电压。当负载强制特定电压或电流例如用于给蓄电池组充电时，甚至对于单个PV模块也产生同一问题。这还通过在PV模块和负载之间实现最大功率点跟踪机构来解决。每PV模块使用最大功率点跟踪显著改善了太阳能功率系统的效率，特别是当例如由于遮蔽导致一些模块比其他模块接收更少的阳光时。然而，甚至在包括例如串联连接的72个太阳能电池的单个PV模块中，同一问题导致最小效率的太阳能电池使所有太阳能电池的电流下降至最小公共电流。该问题通过给每个独立太阳能电池提供最大功率点跟踪机构来解决，例如，如在WO 2006/005125A1 (中央昆士兰大学)中披露的，其通过引用结合于此。这使得独立太阳能电池中的每个都在它们的最大功率点工作，可能在不同电压和电流，并且仍然以公共电流值串联连接在一起，以建立期望的模块输出电压。WO 2006/005125A1进一步披露了用模块输出子处的单个公共电流滤波感应器代替来自每个DC/DC转换器的电流滤波感应器(例如，72个感应器)。最终，W02006/005125A1还披露了如何通过灵活控制切换时间来降低例如72个DC/DC转换器的切换噪声和瞬变，即，使所有DC/DC转换器以相同频率但是其相位相对于彼此地切换。即使在WO 2006/005125A1中提出的多个DC/DC转换器由于用单个公共感应器代替独立滤波感应器导致降低了空间要求，但是由于每个DC/DC转换器以整个自包含最大功率点跟踪控制器为特色，所以它们的大数量仍然增加了对微电子电路的要求。此外，虽然最大功率点跟踪机构的分布很好(这是由于其使恶劣执行的单个太阳能电池不影响其他太阳能电池)，但是使整个控制和监控机构无效。从而，本发明的一些对象降低了对分布式DC/DC转换器PV模块中的独立DC/DC转换器的要求，并且便于独立DC/DC转换器的中央控制。
发明内容
本发明涉及发电系统PGS，包括系统中间输出SI0，中央控制器CC，以及至少两个DC/DC转换器DDI、DD2、DDn，每个均包括 功率输入PI1、PI2、PIn，用于连接至一个或更多个太阳能电池SCl、SC2、SCn的输出，控制输入CIl、CI2、CIn，以及功率输出P01、P02、P0n，其中，在所述系统中间输出ISO处，所述至少两个DC/DC转换器DDI、DD2、DDn的所述功率输出P01、P02、POn串联连接以建立累积的系统输出电压或者并联连接以建立累积的系统输出电流，或者其结合，以及其中，所述中央控制器CC被设置成能够经由所述控制输入CIl、CI2、tnn选择性地设置所述DC/DC转换器DDI、DD2、DDn中的至少两个DC/DC转换器中的每个DC/DC转换器的输出状态。通过本发明，提供了结合太阳能电池的独立功率点跟踪和中央控制的有益系统。 从而，对独立DC/DC转换器的要求降低，同时显著地改善了中央电平(central level)处的可能信息和控制。换句话说，或者与其他已知系统相比较，中央控制和信息收集允许控制系统级最大功率点，同时准确和有效的功率点跟踪和转换被分配给独立太阳能电池。本发明的一些优点包括PV模块中的所有太阳能电池都以自发方式产生最高可能功率，S卩，不受其他太阳能电池的能力的限制。除了更多功率的明显优点之外，这还便于更便宜和更容易地制造PV 模块。这是因为由于太阳能电池的纯度导致的使将被放在相同模块中的太阳能电池匹配并且制造高效率和低效率模块的共同需要现在已被本发明消除。所有DC/DC转换器都相互独立地操作，但是通过中央控制器控制。从而，实现了最佳功率效率和对独立DC/DC转换器实现的可能降低的要求，同时便于改进中央控制和信息交换。具有分布式DC/DC转换器或单个中央DC/DC转换器的系统仅从一个观点被控制导致高效率但是没有整体微调的详细低级观点，或者导致良好整体输出控制但是低效率的高级观点。本发明便于这两者即，根据外部要求导致高效率的低级控制和导致良好和多方面整体输出控制的高级控制。在每个DC/DC转换器中本地执行最大功率点跟踪，但是DC/DC转换器还被中央控制器所控制，中央控制器能够分别设置所有DC/DC转换器都必须适于的公共电流或电压。 所以，即使独立DC/DC转换器在执行它们的独立功率点跟踪时不考虑相互之间或其他系统条件，它们实际上也间接地适于基于来自DC/DC转换器的输入、系统电流和电压测量值等由中央控制器做出的整体较高级决策。这样，提供了用于微调和/或强制系统决策的整体控制机制，完全很好地使得不会官僚主义也不会无政府主义。在本发明的优选实施例中，存在用于每个太阳能电池的一个DC/DC转换器、以及用于太阳能电池和DC/DC转换器的每个模块的一个中央控制器，并且可选地用于每个PV模块的一个逆变器。在优选实施例中，太阳能电池被划分为串联连接的子电池，以提供更高初始电压。其他变量，例如，包括用于每个DC/DC转换器的几个太阳能电池，或者包括例如用于一个模块的两个中央控制器，例如， 半个模块用一个，或者包括处理甚至多于一个PV模块的中央控制器，都在本发明的范围内。此外，在将直流电转换为交流电之前或之后连接多个模块在本发明的范围内。根据本发明，输出状态是指涉及或影响DC/DC转换器的功率输出的特征或操作参数。以下给出示例。当所述输出状态选自至少以下各项的列表时-贡献功率的状态，以及-不贡献功率的状态，获得本发明的有益实施例。根据本发明，对于争取实现最佳系统效率的中央控制器CC的有益控制能力在于， 当可以确定特定DC/DC转换器实际上向下拉(drag down)系统而不是贡献时，关闭特定DC/ DC转换器。当所述输出状态选自以下各项至少一项或更多项的列表时-寻求预定输出功率的状态，-寻求预定输出电流的状态，-寻求预定输出电压的状态，以及-寻求预定输出电压和预定输出电流的状态，获得本发明的有益实施例。根据本发明，中央控制器还优选具有其他控制能力，如上所述。当寻找最大效率时，当试图保持最大效率时，当为了一些原因决定限制输出功率(例如，故障或从外部指示这样做时)，不同设置可以被中央控制器使用。根据本发明，应该对预先确定给出广泛解释，意味着通过下一指令其可以容易地是动态的或可配置的或被改变的；但是在中央控制器将特定值传输至DC/DC转换器以用作限制或目标或设置时，其由中央控制器预先确定。当所述中央控制器CC被设置成能够经由所述控制输入CI1、CI2、CIn选择性地控制所述DC/DC转换器DDI、DD2、DDn中的至少两个DC/DC转换器中的每个DC/DC转换器的本地最大功率点跟踪算法时，获得本发明的有益实施例。根据本发明的实施例，DC/DC转换器执行它们的独立功率点跟踪，但是中央控制器具有强制特定操作参数等的能力。当中央控制器例如从其他DC/DC转换器获得特定DC/DC 转换器可以从其受益的知识时是有益的，或者其可以有益地被用于设置开始状态或基于整体系统观点进行设置。当发电系统包括被设置成确定所述系统中间输出SIO的至少一个特征的至少一个测量模块MM时，获得本发明的有益实施例。为了便于中央控制器通过控制系统电流来间接地控制DC/DC转换器而执行精制控制机制，系统电流的知识可以通过测量模块获得。测量模块可以在本发明的不同实施例中确定的其他特征可以包括电压、噪声、变化、温度、照明等。测量模块可以位于最合适的位置，并且其可以被分配至不同位置。
当所述中央控制器CC被设置成从所述至少一个测量模块MM接收所述至少一个特征中的一个或更多个时，获得本发明的有益实施例。当发电系统包括连接至所述系统中间输出SIO并且提供系统输出SO的系统DC/DC 转换器SDD时，获得本发明的有益实施例。根据本发明，控制例如整体系统输出的电压和电流的需要与通过系统DC/DC转换器控制中间系统输出的需要分离。当所述中央控制器CC被设置成能够选择性地设置所述系统DC/DC转换器SDD的输入状态时，获得本发明的有益实施例。根据本发明，输入状态是指涉及或影响系统DC/DC转换器的功率输入的特征或操作参数，即，实际上为中间系统输出电压和电流。以下给出示例。当中央控制器能够控制这些时，实际上给出了控制DC/DC转换器的灵活方式，不管或结合它们的自发最大功率点跟
S示ο当所述输入状态选自以下各项中的至少一项或更多项的列表时-寻求预定输入功率的状态，-寻求预定输入电流的状态，-寻求预定输入电压的状态，以及-寻求预定输入电压和预定输入电流的状态，获得本发明的有益实施例。特别地，设置输入电流的选项是非常有益的，这是因为其便于高度控制串联连接的PV模块中的DC/DC转换器。另一方面，控制输入电压的选项对并联连接系统有利。根据本发明，应该对预先确定给出广泛解释，意味着其通过下一个指令可以容易地是动态的或可配置的或被改变的；但是在中央控制器将特定值传输至DC/DC转换器以用作限制或目标或设置时，其由中央控制器预先确定。当所述中央控制器CC被设置成能够选择性地设置所述系统DC/DC转换器SDD的系统输出状态时，所述系统输出状态选自以下各项中至少一项或更多项的列表-贡献功率的状态，-不贡献功率的状态，-寻求预定输出功率的状态，-寻求预定输出电流的状态，-寻求预定输出电压的状态，-寻求预定输出脉冲频率的状态，以及-寻求预定输出脉冲占空比的状态，或其结合，获得本发明的有益实施例。根据本发明，输出状态是指涉及或影响系统DC/DC转换器的功率输出的特征或操作参数，即，系统输出电压和电流。根据本发明，中央控制器可以通过选择系统DC/DC转换器的合适输出状态停止系统输出。对于安全原因，这是有益的，例如，在保持期间，PV模块的问题在于它们一被照明， 就通常生成功率。根据本发明，应该对预先确定给出广泛解释，意味着其通过下一个指令可以容易地是动态的或可配置的或被改变的；但是在中央控制器将特定值传输至DC/DC转换器以用作限制或目标或设置时，其由中央控制器预先确定。当发电系统包括连接至所述系统输出SO并且提供系统AC输出SAO的逆变器DA 时，获得本发明的有益实施例。任何类型和配置的逆变器都在本发明的范围内。逆变器的输出优选被设置为对应于本地电网规格，例如，在50Hz处为单一相位230V，但是任何设置都在本发明的范围内。当中央控制器CC被设置成能够选择性地设置所述逆变器DA的逆变器输出状态时，所述逆变器输出状态选自以下各项中的至少一项或更多项的列表-贡献功率的状态，-不贡献功率的状态，-寻求预定输出功率的状态，-寻求预定输出电流的状态，-寻求预定输出电压的状态，-寻求预定输出频率的状态，以及-寻求预定输出相位的状态，或其结合，获得本发明的有益实施例。根据本发明，输出状态是指涉及或影响逆变器的功率输出的特征或操作参数，即， 系统AC输出电压、电流和其他特征。根据优选实施例，逆变器的输出的任何特征都被控制，包括用户控制或可变设置。 在这种情况下，预先确定意味着不连续地变动，但是不一定由制造商预先设置。其可以例如在制造或装配时通过硬布线被预先确定，或者其可以通过使用用户接口例如在装配时或在任何期望时间通过软代码被预先确定。在一个实施例中，其还可以由中央控制器被自动地预先确定，其中，中央控制器被提供有足够的外部信息，以能够确定最好的或要求的逆变器输出。在优选实施例中，逆变器DA能够控制输入电流，即，流过DC/DC转换器DDI、DD2、 DDn的电流。合适的逆变器DA可以在步降逆变器之后例如包括DC/DC升压转换器。其他可能逆变器配置包括半桥式或全桥式逆变器或任何其他逆变器类型。当所述预先确定的输出功率、电流、电压、频率和/或相位是可变的时，获得本发明的有益实施例。当所述至少两个DC/DC转换器DDI、DD2、DDn各包括被设置成经由所述控制输入 CI1、CI2、CIn控制的转换器控制器Cl、C2、Cn时，获得本发明的有益实施例。DC/DC转换器各包括转换器控制器。本发明的不同实施例包括不同复杂性的转换器控制器。在一个实施例中，转换器控制器非常简单，并且仅包括足以根据从中央控制器接收的设置(例如，占空比设置)驱动切换模式DC/DC转换器的组件。在更复杂的实施例中， 转换器控制器包括更多组件，例如，使得它们可以从例如由中央控制器接收的电流设置得到相关占空比设置。在甚至更复杂的又一优选实施例中，转换器控制器包括整体自包含最大功率点跟踪机构，其可以由中央控制器控制，但是其还可以在标准环境或在通信出现问题或突然改变(中央控制器可能不能足够快地处理)的情况下通过其本身工作。根据本发明，转换器控制器进一步包括用于收集与中央控制器的数据和通信的装置。
当所述转换器控制器Cl、C2、Cn由相应所述功率输入PIl、PI2、Ph供电时，获得
本发明的有益实施例。根据本发明，转换器控制器可以直接由其相应太阳能电池提供，所以倘若太阳能电池被充分地照射，将存在用于转换器控制器与中央控制器等通信的功率。当所述中央控制器CC包括用于经由所述控制输入CI1、CI2、CIn依次执行用于所述至少两个DC/DC转换器DDI、DD2、DDn中的每个DC/DC转换器的最大功率点跟踪算法的处理器时，获得本发明的有益实施例。根据本发明的实施例，最大功率点跟踪通过中央控制器来执行，从而中央控制器能够在算法中包括更多参数，例如，来自中央连接的测量值，诸如，整体输出或逆变器输入、 或者外部控制值。在本发明的高级实施例中，中央控制器能够在特定DC/DC转换器中设置功率点时使用从其他DC/DC转换器收集的信息。该能力可以例如用于预测阴影，如这些阴影在一天或几小时中在太阳能面板上漂移，或者当直接地假设相邻太阳能电池具有几乎相同的功率点时，至少如果结合已知或经历的物理差异的必要考虑(诸如，纯度和额定效率)，对于接近于已经执行了跟踪的太阳能电池的同一面板的太阳能电池或来自同一面板的太阳能电池，其可以用于改善对最大功率点算法的初始化。此外，中央控制器在本发明中能够执行累积电压或电流的一种整体最大功率点跟踪，并且使用用于设置独立DC/DC转换器的期望公共电压或电流的该信息。根据本发明，在包括在独立DC/DC转换器中分配中央控制器的处理功率的任何方案的广泛意义上依次解释术语。在简单且有效的方案中，中央控制器开始于1号DC/DC转换器，找到其最大功率点，从而设置其转换器控制器，并且然后继续至2号DC/DC转换器等， 直到所有DC/DC转换器均被设置。然后，其再次立即从1号转换器开始，或者暂停预定时间，例如，1分钟或1秒钟，或者可变量时间，这取决于最后几个循环体验的或者由用户设置的改变速度。在本发明的范围内的更复杂方案中，例如，根据控制器的经验，对于相比于其他而更倾向于快速改变的DC/DC转换器，例如，与模块底部(在模块底部地上的东西或沙子或雪比上面更妨碍光)的太阳能电池相关联的转换器，中央控制器更经常地执行最大功率点跟踪算法。在甚至更复杂的方案中，跟踪算法被划分为两部分，其中，首先对所有转换器依次执行第一部分(例如，粗略跟踪)，然后，对于所有转换器依次执行另一部分(例如，精细跟踪)。根据本发明，用于具有本地功率点跟踪的实施例的中央控制器和/或转换器控制器可以包括用来在不同情况下或者以预定时间选择的不同最大功率点跟踪算法。这可以例如是上述粗略和精细跟踪算法，或者可以是对于快改变、慢改变、太阳能电池之间的巨大差异、太阳能电池之间的小差异等最佳的算法。不同最大功率点跟踪算法还可以关于电励磁干扰EMI和其他噪声问题、控制器功率消耗等被不同地最优化。例如，在优选实施例中，以最大性能水平驱动控制器的有效最优化快算法可以用于初始化跟踪以及当照明的巨大改变发生时，例如，当太阳被云掩盖时，反之，以较低性能水平驱动控制器的保持最优化慢算法通常可以最小化控制器的功率消耗并且还降低热消散。根据本发明，中央控制器还可以在算法中使用任何等待时间，以继续到进一步转换器并且同时在那里执行少量算法。从而，在涉及在收集新测量之前设置转换器控制器并且等待特定时间的算法中，中央控制器可以首先为多个转换器控制器进行设置，然后返回
12并且收集测量值。在优选实施例中，通过使转换器控制器本地收集数据或者甚至自发地执行算法的几个步骤然后等待指令以发送回由所执行的步骤搜集的结果来进一步优化该方案。当所述依次执行用于所述至少两个DC/DC转换器DDl、DD2、DDn中的每个DC/DC转换器的最大功率点跟踪算法包括重复地以预定间隔执行最大功率点跟踪估算法时，获得本发明的有益实施例。当所述至少两个DC/DC转换器DDI、DD2、DDn中的每个DC/DC转换器的所述转换器控制器Cl、C2、Cn包括用于执行本地最大功率点跟踪算法的处理器时，获得本发明的有益实施例。根据本发明的优选实施例，在每个DC/DC转换器都能够跟踪它们自己的电池的最大功率点的意义上，DC/DC转换器是自发的，这对于整体系统效率非常重要。当所述至少两个DC/DC转换器DDI、DD2、DDn各包括数据输出D01、D02、D0n时，获得本发明的有益实施例。在本发明的优选实施例中，DC/DC转换器将信息发送至中央控制器或其他DC/DC 转换器。信息例如可以包括太阳能电池输出数据、太阳能电池温度、切换模式转换器效率、 转换器输出电压等。当所述控制输入CI1、CI2、CIn包括所述数据输出DOl、D02、DOn以形成输入/输
出设备时，获得本发明的有益实施例。当所述中央控制器CC被设置成经由所述数据输出D01、D02、DOn接收关于所述至少两个DC/DC转换器DDI、DD2、DDn中的每个DC/DC转换器的功率输入PI1、PI2、PIn值和 /或功率输出P01、P02、P0n值的信息时，获得本发明的有益实施例。根据本发明的优选实施例，中央控制器可以使用该信息例如确定DC/DC转换器是否应该被关闭或者何时设置用于公共电流的合适预定值。当所述中央控制器CC被设置成从所述逆变器DA接收信息时，获得本发明的有益实施例。当发电系统包括用于将信息发送至外部接收方和/或用于从外部源接收控制数据的数据接口 DI时，获得本发明的有益实施例。根据本发明，任何类型的外部接收方或外部源都在本发明的范围内。在优选实施例中，数据的外部接收方包括用于显示数据的人性化界面装置、以及用于存储原始或处理后的数据的记录装置，例如数据库。在优选实施例中，外部源包括用于允许用户输入控制参数或从一组预定用户变量中选择的人性化界面装置。本发明进一步涉及操作发电系统PGS的方法，该发电系统包括多个DC/DC转换器 DDI、DD2、DDn，每个均连接至至少一个太阳能电池SCI、SC2、SCn并且具有串联或并联连接的功率输出P01、P02、POn,以在系统中间输出SIO处分别提供累积的系统输出电压或累积的系统输出电流，其特征在于，中央控制器CC选择性地设置所述DC/DC转换器DDl、DD2、DDn 中的至少两个DC/DC转换器的每个DC/DC转换器的输出状态。根据本发明，由于该方法便于详细地和整体地控制，所以提供操作PV模块的有益方式，其能够比本地功率点跟踪或中央功率点跟踪更好地获得最佳整体系统性能。根据本发明，输出状态是指涉及或影响DC/DC转换器的功率输出的特征或操作参数。以下给出示例。当所述输出状态选自至少以下各项的列表时-贡献功率的状态，以及-不贡献功率的状态，获得本发明的有益实施例。根据本发明，用于中央控制器CC争取实现最佳系统效率的有益控制能力在于，当可以确定特定DC/DC转换器实际上向下拉系统而不是贡献时，关闭特定DC/DC转换器。当所述输出状态选自以下至少一个或更多个的列表时-寻求预定输出功率的状态，-寻求预定输出电流的状态，-寻求预定输出电压的状态，以及-寻求预定输出电压和预定输出电流的状态，获得本发明的有益实施例。根据本发明，中央控制器还优选具有其他控制能力，如上所述。当寻找最大效率时，当试图保持最大效率时，当为了一些原因决定限制输出功率时(例如，故障或从外部指示这样做)时，不同设置可以被中央控制器所使用。根据本发明，应该对预先确定给出广泛解释，意味着通过下一指令其可以容易地是动态的或可配置的或被改变的；但是在中央控制器将特定值传输至DC/DC转换器以用作限制或目标或设置时，其由中央控制器预先确定。当所述DC/DC转换器DDI、DD2、DDn各单独地执行本地最大功率点跟踪算法时，获
得本发明的有益实施例。根据本发明的实施例，DC/DC转换器执行它们的独立功率点跟踪，但是中央控制器具有强制特定操作参数等的能力。当中央控制器例如从特定DC/DC转换器可以从其受益的其他DC/DC转换器获得知识，或者其可以优选地被用于基于整体系统观点设置开始状态或设置时，这是有益的。当所述中央控制器CC至少部分地基于系统中间输出SIO的至少一个特征(例如， 累积的系统输出电压或系统输出电流)来设置所述输出状态时，获得本发明的有益实施例。为了便于中央控制器执行通过控制系统电流间接地控制DC/DC转换器的本发明的有益方法，系统电流的知识和其他特征(例如，电压、噪声、变化、温度、照明等)可能非常重要。当在所述系统中间输出SIO处执行系统DC/DC转换以建立系统输出SO时，获得本发明的有益实施例。从而，根据本发明，控制例如整体系统输出的电压和电流的需要与控制中间系统输出的需要分离。 当所述中央控制器CC控制所述系统DC/DC转换以寻求预定输入功率、预定输入电流和预定输入电压中的至少一个时，获得本发明的有益实施例。 当中央控制器能够控制这些时，其实际上给出控制DC/DC转换器的智能方式，不管或结合它们的自发最大功率点跟踪。
特别地，设置输入电流的选项非常有益，这是因为其便于高度控制在串联连接的 PV模块中的DC/DC转换器。另一方面，控制输入电压的选项对并联连接系统有利。根据本发明，应该对预先确定给出广泛解释，意味着通过下一指令其可以容易地是动态的或可配置的或被改变的；但是在中央控制器将特定值传输至DC/DC转换器以用作限制或目标或设置时，其由中央控制器预先确定。当所述系统DC/DC转换器由所述中央控制器CC控制以控制所述累积的系统输出电压或所述累积的系统输出电流和/或相关联的电流或电压时，获得本发明的有益实施例。当所述中央控制器CC控制所述系统DC/DC转换以寻求以下各项中的一项或更多项时-贡献功率的状态，-不贡献功率的状态，-预定输出功率，-预定输出电流，-预定输出电压，-预定输出脉冲频率，以及-预定输出脉冲占空比，获得本发明的有益实施例。根据本发明，中央控制器可以例如完全停止系统输出。对于安全原因，这是有益的，例如，在保持期间，PV模块的问题在于它们一被照明，就通常生成功率。根据本发明，应该对预先确定给出广泛解释，意味着其通过下一个指令可以容易地是动态的或可配置的或被改变的；但是在中央控制器将特定值传输至DC/DC转换器以用作限制或目标或设置时，其由中央控制器预先确定。当对所述系统输出SO执行DC/AC转换以建立系统AC输出SAO时，获得本发明的有益实施例。任何类型和配置的DC/AC转换都在本发明的范围内。系统AC输出优选根据本地电网规格(例如，在50Hz处为230V的单一相位)建立，但是任何设置都在本发明的范围内。当所述中央控制器CC控制所述DC/AC转换以寻求以下一个或更多个时-贡献功率的状态，-不贡献功率的状态，-预定输出功率，-预定输出电流，-预定输出电压，-预定输出频率，以及-预定输出相位，获得本发明的有益实施例。根据优选实施例，DC/AC转换的任何特征都被控制，包括用户控制或可变设置。在这种情况下，预先确定意味着不连续地变动，但是不一定由制造商预先设置。其可以例如在制造或装配时通过硬布线被预先确定，或者其可以通过使用用户接口例如在装配时或在任
15何期望时间通过软代码被预先确定。在一个实施例中，其还可以由中央控制器自动地预先确定，其中，中央控制器被提供有足够的外部信息，以能够确定最好的或所要求的逆变器输出。在优选实施例中，DC/AC转换能够控制输入电流，即，流过DC/DC转换器DDI、DD2、 DDn的电流。合适的DC/AC转换可以例如实现为在逆变器之后的DC/DC升压转换器。可能的逆变器配置包括半桥式或全桥式逆变器或任何其他逆变器类型。当所述至少两个DC/DC转换器都包括由相应连接的所述太阳能电池SCl、SC2、SCn 供电的转换器控制器Cl、C2、Cn时，获得本发明的有益实施例。DC/DC转换器各包括转换器控制器。在优选实施例中，转换器控制器包括整体自包含最大功率点跟踪机构，其可以由中央控制器控制，但是在标准环境下或者在通信出现问题或者突然改变的情况下(中央控制器可能不能足够快地处理)，其通常通过其本身工作。 根据本发明，转换器控制器进一步包括用于收集与中央控制器的数据和通信的装置。根据本发明的优选实施例，转换器控制器直接由其相应太阳能电池供电，所以倘若太阳能电池被充分地照射，将存在用于转换器控制器与中央控制器等通信的功率。当所述中央控制器CC执行用于所述至少两个DC/DC转换器DDI、DD2、DDn中的每个DC/DC转换器的最大功率点跟踪算法时，获得本发明的有益实施例。根据本发明的实施例，最大功率点跟踪通过能够在算法中包括更多参数(例如， 来自中央连接的测量值，诸如，整体输出或逆变器输入、或者外部控制值)的中央控制器执行。在本发明的高级实施例中，中央控制器能够在特定DC/DC转换器中设置功率点时使用从其他DC/DC转换器收集的信息。当以预定间隔依次并且重复执行用于每个DC/DC转换器 DDI、DD2、DDn的最大功率点跟踪算法时，获得本发明的有益实施例。当所述中央控制器CC经由数据输出D01、D02、DOn接收关于所述DC/DC转换器 DDl、DD2、DDn中的至少两个DC/DC转换器的输入、输出和/或内部值的信息时，获得本发明的有益实施例。根据本发明的优选实施例，中央控制器可以使用该信息例如以确定DC/DC转换器是否应该被关闭、或者何时设置用于公共电流的合适预定值。当所述中央控制器CC关于所述DC/AC转换接收关于输入、输出和/或中间值的信息时，获得本发明的有益实施例。当数据接口 DI被提供用于将信息发送至外部接收方和/或用于从外部源接收控制数据时，获得本发明的有益实施例。根据本发明，任何类型的外部接收方或外部源都在本发明的范围内。在优选实施例中，数据的外部接收方包括用于显示数据的人性化界面装置、以及用于存储原始或处理后的数据的记录装置，例如数据库。在优选实施例中，外部源包括用于允许用户输入控制参数或从一组预定用户变量中选择的人性化界面装置。当如果所述DC/DC转换器DDl、DD2、DDn在预定时间内未从所述中央控制器接收到通信，则所述DC/DC转换器DDI、DD2、DDn将它们的输出状态自动地改变为不贡献功率的状态时，获得本发明的有益实施例。根据本发明，当通信停止时，系统可以关闭其本身。从而，除非中央控制器启动和运行，否则利用本发明的方法的PV模块不可能在其输出处提供任何功率。在本发明的实施例中，中央控制器由外部装置供电或者具有控制输入，使得其在PV模块连接至电网或其他负载之前不能启动DC/DC转换器。当所述中央控制器CC根据涉及将各个所述DC/DC转换器DDI、DD2、DDn设置为不贡献功率的状态并且估计整体系统性能是受到正面影响(其中，所述各个DC/DC转换器被保留设置预定时间)还是受到负面影响(其中，各个DC/DC转换器被设置为贡献功率的输出状态)的算法来进行操作时，获得本发明的优选实施例。根据本发明的优选实施例，中央控制器有时尝试关闭不同DC/DC转换器并且观看发生了什么。如果从而整体系统效率被改善，则该特定DC/DC转换器在该情况下应该保留特定时间，直到导致系统效率下降的问题消失为止。
以下参考附图描述本发明。图1示出根据本发明的实施例的发电系统，图2示出根据本发明的第二实施例的包括测量模块的发电系统，图3示出根据本发明的第三实施例的包括系统DC/DC转换器的发电系统，图4示出根据本发明的第四实施例的包括逆变器的发电系统，图5示出根据本发明的第五实施例的包括并联连接的DC/DC转换器的发电系统，图6示出根据本发明的实施例的更详细的DC/DC转换器，以及图7示出根据本发明的实施例的更详细的DC/DC转换器。
具体实施例方式图1示出根据本发明的实施例的发电系统PGS。发电系统PGS包括多个太阳能电池SCI、SC2、SCn。任何类型的太阳能电池都可以用于本发明，例如，基于体(bulk)或基于晶片的薄膜、或者纳米晶太阳能电池，并且基于任何材料，例如，硅、镉、碲化物、铜铟硒、砷化镓多结、钌有机金属染料或其他吸光染料、或有机或聚合物太阳能电池。太阳能电池SC1、 SC2、SCn可以被分为多个可以串联连接以在适当时生成较高组合电压的子电池。发电系统进一步包括经由功率输入PIl、PI2、Ph连接至太阳能电池的多个DC/DC 转换器DDl、DD2、DDn。优选地，每个DC/DC转换器都仅与一个太阳能电池相关，以最大化每个独立太阳能电池的效率，但是具有用于每个DC/DC转换器的串联或并联的两个或多个太阳能电池或子电池的实施例也在本发明的范围内。在优选实施例中，连接至DC/DC转换器的太阳能电池的类型和/或数量被设置成，使得可能通过应用步进式转换器来产生足够用于驱动由DC/DC转换器组成的电子器件的电压。在可选实施例中，DC/DC转换器由外部电源驱动，或者例如由累积系统输出电压驱动。在本发明的实施例中，太阳能电池是硅电池，并且每个太阳能电池被划分为8个子电池。每个DC/DC转换器都由12个子电池(即，串联连接的一个半太阳能电池)服务， 从而生成约6. OV的累积电压。与实现例如在例如0. 5V工作的转换器相比，该电压使得实现有效和合适的转换器简单很多。此外，通过选择服务于每个DC/DC转换器的不同数量的电池划分和子电池(在该示例中，分别为8和12)，可以控制由每个DC/DC转换器处理的最大电流。
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每个DC/DC转换器还包括功率输出P01、P02、P0n。功率输出在本实施例中被串联连接，以在系统中间输出SIO处建立累积系统DC输出电压。通过串联连接转换器，它们的电压被累积，但是它们的公共电流将接近DC/DC转换器功率输出中的任一个的最低电流。因此，希望所有转换器具有相等电流输出。DC/DC转换器DDI、DD2、DDn通过将由相关太阳能电池产生的DC电压和电流转换为期望的DC电流和相应电压来实现这点，以尽可能多地转换功率输入PIl、PI2、PIn处的功率。本领域技术人员已知适于本发明使用的高效率、可控制、通常为切换模式的DC/DC 转换器的多种实现方式，例如，降压(buck)、升压、降压-升压、Cuk,回扫以及SEPIC转换器。在WO 2006/005125A1中描述了披露不同降压类型的DC/DC转换器和电流滤波装置的不同实现方式的示例，通过引用结合于此，在WO 2004/001942A1中描述了披露具有H-桥或推挽级的DC/DC转换器的示例，通过引用结合于此，在US2006/0132102A1中描述了在图 IOA-图14B和图18-图19中披露多种类型DC/DC转换器的示例，通过引用结合于此，在 WO 2004/006342A1中描述了在图8、图13和图19中披露不同合适DC/DC转换器的示例，通过引用结合于此，并且由 Geoffrey R. Walker 和 Paul C. Sernia 在 IEEE Transaction on Power Electronics 位004 年 7 月，No. 4，Vol. 19)中发表的文章"Cascaded DC-DC Converter Connection of Photovoltaic Modules”披露了不同类型的DC/DC转换器，通过引用结合于此。图1中本发明的实施例进一步包括用于每个DC/DC转换器DDI、DD2、DDn的控制输入CIl、CI2、CIn。这些控制输入连接至中央控制器CC。由于在中央控制器和每个DC/DC 转换器之间可能存在电势的巨大差异，所以优选实施例便于与每个控制输入CI1、CI2、CIn 相关的电化分离(galvanic separation)。电化分离可以通过任何已知电化分离装置实现， 例如，变压器、光耦合器或电容器。在本发明的优选实施例中，来自中央控制器的控制信号包括同步信号，例如，时钟信号，DC/DC转换器可以使用同步信号在执行合适时钟分频之后对它们的切换阶段进行计时。然而，在可选实施例中，同步信号还可以通过单独布线被提供给转换器。在优选实施例中，DC/DC转换器还能够通过控制输入CI1、CI2、CIn相互通信。优选地，每个DC/DC转换器都包括用于本地执行最大功率点跟踪算法的装置。然后，中央控制器CC通过控制流过每个转换器(在串联连接系统中)的整体电流来控制整体性能。在可选实施例中，中央控制器CC可以另外地或者作为代替强制DC/DC转换器使用特定操作参数，优选单独地。在又一可选实施例中，代替使每个DC/DC转换器包括自发工作的最大功率点跟踪机构，本发明便于在中央控制器CC中实现公共最大功率点跟踪该机构，从而能够收集和使用独立转换器的控制机构中的系统信息，并且降低对独立转换器的要求。 在本发明的这种实施例中，中央控制器CC依次单独地为每个DC/DC转换器执行最大功率点跟踪算法。然而，对于具有例如72个转换器的PV模块来说，中央控制器执行72次最大功率点跟踪算法，每个转换器一次，并且然后再次从第一转换器开始。在该时间内，DC/DC转换器不经历由中央控制器的最大功率点跟踪，例如，当其他转换器被跟踪时，转换器优选在最后跟踪会话期间用由中央控制器设定的设置执行。在优选实施例中，DC/DC转换器中的每个均包括本地最大功率点跟踪机构，总之，其被设置成通过中央控制器继续在跟踪会话之间进行功率点跟踪，优选地，在由中央控制器设置的特定范围内。
在本发明的优选实施例中，由每个DC/DC转换器采用的本地最大功率点跟踪算法大体上可以包括适于太阳能电池和切换模式DC/DC转换器使用的任何最大功率点跟踪算法。然而，用于实现为本发明使用的最大功率点跟踪算法的优选方法的列表包括最优选的干扰观察法、以及改进干扰观察法、电导增量法、负载电流或负载电压最大化方法、以及纹波相关性控制方法。其他可用方法包括但不限于爬山法、ΔΡ干扰观察法、分数开路电压法、 分数短路电压法、电流扫描法、dP/dV或dP/dl反馈法、以及寄生电容法。此外，例如对于不同环境，基于模糊逻辑或神经网络的算法、以及结合两种或更多方法的算法都包括在本发明的范围内。对于技术人员来说在现有技术中可获得用于所有这些方法的文件，例如，在US 2006/0132102A1中描述的多种方法，通过引用结合于此。在本发明的实施例中，每个DC/DC转换器都可以包括多个并联连接的低功率DC/ DC转换器，每个都帮助它们本身的控制器和切换模式转换器。这在太阳能电池能够生成相对高功率时是有益的，这是因为多个低功率高效率的DC/DC转换器无疑地比单个高功率高效率的DC/DC转换器更便宜。在本实施例中，服务于同一太阳能电池的多个并联DC/DC转换器应该能够相互通信。图2示出根据更详细和包括更多组件的本发明的发电系统PGS的实施例。主要组件对应于上述图1的实施例。图2的实施例进一步包括测量模块MM，用于例如在系统中间输出SIO处监控和确定系统性能的特征，并且将该信息发送至中央控制器CC。在优选实施例中，测量模块匪可以确定在系统中间输出处的电压和电流，用于中央控制器用作反馈， 以发现独立DC/DC转换器的不同设置的效果，并且那样执行所有DC/DC转换器的结合输出的一种累积系统最大功率点跟踪。在特定情况下，例如，系统中间输出SIO处的累积系统功率可以通过中央控制器命令特定DC/DC转换器停止贡献来改善，这因为否则其使整个系统下降。然后，中央控制器的算法可以使DC/DC转换器以特定间隔在短时间内开始贡献，以发现是否系统通过使该转换器不贡献是最好的。为了知道电流效率并且确定效率是否通过特定措施而被改善或降低，中央控制器受益于由测量模块建立的特征。测量模块的任何适当实现方式都在本发明的范围内，例如，测量和表达电流和电压的任何合适方法。此外，分布式测量模块(其中，例如，在不同于系统中间输出SIO的物理位置处发生电压或电流测量或两者)在本发明的范围内。这种不同物理位置可以例如在 DC/DC转换器之一内，例如，最接近中央控制器的一个，同时无论如何，DC/DC转换器优选包括电流测量装置。图3示出根据更详细和包括更多组件的本发明的发电系统PGS的实施例。主要组件对应于上述图1和图2的实施例。图3的实施例包括系统DC/DC转换器SDD，其将在系统中间输出SIO处的累积电压和相关电流转换为在系统输出SO处的系统电压和相关电流。 系统DC/DC转换器优选为可控制DC/DC转换器，优选是DC/DC升压转换器。中央控制器连接至系统DC/DC转换器SDD的控制输入，以能够控制其操作参数和状态。在优选实施例中， 中央控制器使用系统DC/DC转换器SDD以强制预定电流通过DC/DC转换器DDI、DD2、DDn, 从而给中央控制器提供强大的控制装置，其通常比单独地控制每个DC/DC转换器更好地工作。在优选实施例中，中央控制器和系统DC/DC转换器SDD之间的连接还允许中央控制器控制系统DC/DC转换器的输出，例如，存在或根本不应该存在输出电压，或者电压和电
19流应该是多少。在图3中，图2的测量模块MM用系统DC/DC转换器SDD代替，其可以包括测量功能并且将所确定的特征传输回中央控制器CC，从而为双向连接。DC/DC转换器可以被设置成确定与由测量模块确定的特征对应的特征，例如，关于累积系统DC输出电压、其电流、或者例如PV模块的温度等。在可选实施例中，除系统DC/DC转换器之外，还可以实现测量模块MM，例如，当其被不同地分布或定位时。在优选实施例中，通过分布式测量模块，一些特征被确定在系统DC/DC转换器SDD内，并且一些特征被确定在别处。图3的实施例的电流感应和可控制系统DC/DC转换器SDD实际是强壮和有益的机构，这是因为中央控制器现在能够知道和控制系统电流，并且从而依次控制多个DC/DC转换器。在本发明的实施例中，DC/DC转换器DDl、DD2、DDn包括数据输出D01、D02、D0n，优选地被控制输入CI1、CI2、CHn包括。从而，中央控制器CC还能够从每个DC/DC转换器接收信息，例如关于在功率输入ΡΙ1、ΡΙ2、ΡΙη或功率输出Ρ01、Ρ02、Ρ0η处的电压或电流。进一步相关信息可以包括例如每个太阳能电池处的温度等。中央控制器可以使用来自独立DC/ DC转换器和系统DC/DC转换器的信息，以最优化独立DC/DC转换器被驱动的功率点以及整体系统效率。在本发明的实施例中，发电系统进一步包括用于发送或从外部源(例如，计算机 PC、数据库DB或人性化界面HI，例如，具有控制按钮的显示器)接收数据的数据接口 DI。发送至外部接收方的信息可以包括整体系统以及独立DC/DC转换器或太阳能电池的状态，例如，关于遮蔽或损坏。信息可以包括历史记录，或者历史记录可以被保持在外部接收方，例如数据库。从外部源(例如，计算机或命令面板)接收的信息可以包括关闭系统、执行维护或者自测试过程、设置操作参数(例如，期望的输出电压和/或频率)、检索特定信息等命令。数据接口还能够与其他PV模块通信。数据接口 DI可以通过任何合适的通信接口(例如，数据通信技术、包括互联网技术的计算机网络技术、蓝牙等)与外部源通信。图4示出根据更详细和包括更多组件的本发明的发电系统PGS的实施例。主要组件对应于上述图1-图3的实施例。图4的实施例包括DC/AC逆变器DA，优选步降逆变器， 其将系统输出SO ( S卩，系统DC/DC转换器SDD的输出)转换为系统AC输出SA0，优选地在本地电网规格(例如，在60Hz为IlOV或者在50Hz为230V)对应的电压和频率处。在可选实施例中，逆变器DA可以是可变的并且输出例如用于控制电气设备的用户可控制电压和/或频率。在图4的实施例中，中央控制器CC连接至逆变器以及系统DC/DC转换器SDD。根据本发明的实施例，中央控制器还控制DC/AC逆变器DA，例如以关闭逆变器，使得例如为了安全原因，在输出子处不产生系统交变电流，或者控制可变输出逆变器。在本发明的可选实施例中，系统DC/DC转换器SDD和逆变器DA的结合仅由逆变器代替，然而，该逆变器可以包括DC/DC转换器技术。在优选实施例中，连接至系统中间输出的框的输入电流应该是可控制的，以除了在每个DC/DC转换器中执行的本地最大功率点跟踪之外能够最优化系统效率。根据本发明的实施例，中央控制器可以从逆变器DA接收信息，例如，关于系统AC 输出SAO的电压、电流、频率等的信息。如上参考图3所述，对于系统DC/DC转换器，逆变器 DA还可以包括测量模块MM的一部分，或者测量模块可以在不同块之间分布或者位于别处。
如图3，图4的实施例还包括数据接口 DI。在本发明的实施例中披露了，通常已知经由电网建立计算机网络连接，有时被称为电力线通信或者电力线宽带。从而，根据本发明的发电系统能够从逆变器经由电网连接与外部设备通信，即，不需要单独网络电缆等。从数据接口 DI到电网的通信可以经由中央控制器和中央控制器与逆变器之间的控制连接进行，或者单独连接可以在逆变器输出处从数据接口到电网调制解调器直接进行。图5示出具有与参考图1描述的实施例相同的元件的本发明的实施例，但是其中， 相对于图1-图4所示的串联连接，功率输出P01、P02、POn并联连接。通过并联连接转换器，它们的电流被累积，但是它们的公共电压将接近任何DC/DC转换器功率输出的最低电压。因而希望所有转换器具有相等电压输出。DC/DC转换器DDl、DD2、DDn通过将由相关太阳能电池产生的DC电压和电流转换为期望DC电压和相应电流来实现这点，以尽可能多地在功率输入PIl、PI2、Ph处传输功率。这可以通过以上关于图1描述的任何DC/DC转换器类型来进行。其余组件与图1的实施例的类似组件对应。特别地，图5的实施例还包括中央控制器CC，其能够控制DC/DC转换器的输出状态和操作参数，从而控制整体系统效率。通常，在优选实施例中的中央控制器的主要任务包括-主持通信，即，协商和命名客户端，例如，DC/DC转换器、测量模块、系统DC/DC转换器、逆变器、数据接口等，-提供或控制持续有效信号和同步信号；如果在预定时间内没有从中央控制器接收到通信，则DC/DC转换器应该关闭，-控制PV模块的启动，例如通过命令多个DC/DC转换器顺序地或成组启动；不应该同时启动所有DC/DC转换器，-只要PV模块在一般环境下正常地操作，就监控并且偶尔起作用，-分别控制系统电流或电压，-以预定间隔或者当看起来合适或者必须时，执行系统效率测试，例如通过关闭特定DC/DC转换器并且查看系统如何反应，或者设置用于DC/DC转换器、系统DC/DC转换器等的操作条件；特别地，在低生产时间(production times)或在故障的情况下，关闭一个或更多个转换器对于系统效率是有益的，这是由于其余转换器可以更好地工作，以及-处理来自数据接口(例如，用户输入)的请求或指示，并且将数据的选择提供给数据接口，例如，在显示器上输出，或者存储在数据库中。注意，以上任务的任何子组、与附加任务的任何结合、以及任务到多个控制器的任何分布都在本发明的范围内。图6示出根据本发明的DC/DC转换器DDl的原理实施例。转换器DDl包括功率输入PI1，其连接至太阳能电池SCl或者太阳能电池阵列。切换模式转换器SWl被提供作为核心DC/DC转换元件，并且经由功率输入PIl从太阳能电池SCl接收电压和电流，将其转换为要被提供在功率输出POl处的通常不同的电压和电流。切换模式转换器SWl通过切换模式转换器控制信号SWC由转换器控制器Cl控制，其还连接至控制输入CI1和数据输出DOl，优选被实现为单个输入/输出设备。功率输出POl和控制输入CIl/数据输出DOl的外部连接参考以上图1至图5描述。在优选实施例中，切换模式转换器SWl被实现为具有可控制工作状态(例如，占空比以及电流或电压)的降压型(buck-type)转换器。在优选实施例中，转换器控制器Cl根据本地功率点跟踪算法(例如，以上参考图 1描述的算法之一)驱动切换模式转换器SWl。因此，通过中央控制器CC的整体控制实际上通过控制整体电流(在串联连接系统中)并且使本地转换器控制器适于其来执行，并且根据本地功率点跟踪算法提供最大功率。在优选实施例中，中央控制器从而不需要分别控制每个切换模式转换器的操作参数。然而，在可选实施例中可以这样做。在可选实施例中， 转换器控制器Cl根据从中央控制器CC接收的设置驱动切换模式转换器SW1，例如，导致在可从太阳能电池SCl获得的最高功率处的特定输出电流的设置。在中央控制器关于DC/DC 转换器DDI和太阳能电池SCl执行最大功率点跟踪算法时，转换器控制器Cl根据经由控制输入CIl从中央控制器CC接收的指令驱动切换模式转换器SW1。转换器控制器Cl还从输入和输出以及切换模式转换器SWl的内部元件收集数据， 并且根据预先限定的方案或根据请求，将这些的所选集合经由数据输出DOl发送至中央控制器CC。图7更详细地示出根据本发明的DC/DC转换器DDl的实施例。除了还包括在图6 中的元件之外，图7的实施例包括关于在转换器控制器Cl与连接至其他DC/DC转换器和中央控制器CC的通信总线之间的通信链路的电化分离GS。如上所述，电化分离GS可以通过任何已知电化分离装置(例如，变压器、光耦合器或电容器等)实现。图7进一步包括在转换器控制器Cl和切换模式转换器SWl之间的切换模式转换器同步信号SWS。如上所述，在优选实施例中，来自中央控制器的控制信号包括同步信号，例如，时钟信号，在执行合适时钟分频之后，转换器控制器Cl可以使用同步信号对切换阶段 Sffl进行计时。然而，在可选实施例中，同步信号还例如从系统时钟发生器通过单独布线直接提供给切换模式转换器SWl。图7进一步包括被设置成从太阳能电池或太阳能电池阵列SCl给转换器控制器Cl 直接供电的控制器电源CPS。通过该本地电源，避免了将电源线从中央电源拉至所有本地 DC/DC转换器的需要，但是甚至更优选地，转换器控制器Cl能够操作其通信接口，以从中央控制器接收指令或者发送回状态和测量信息，并且其能够控制和设置切换模式转换器SWl 的工作状态，以使其有条不紊地启动。明显地，当太阳能电池被充分照射时，控制器电源CPS 仅能够提供功率。然而，事实上这还意味着转换器控制器通过太阳或其他照射源依次自动地醒来，并且能够将这种情况传输至中央控制器。在优选实施例中，控制器电源CPS包括少量功率存储器，例如电容器，具有足够的功率存储能力给转换器控制器Cl供电，只要告诉中央控制器光消失了或者发生了一些故障，并且以有序方式或者对于系统的剩余部分来说足够慢以平稳地适应该改变的方式来关闭DC/DC转换器。图7进一步包括关于与太阳能电池的连接的输入滤波器，例如，用于降低达到转换器或者沿着连接从转换器发送到电池的电磁干扰量。在本发明的优选实施例中，DC/DC转换器DDl进一步包括辅助组件，诸如例如滤波元件、电压、电流和温度感应设备等。注意，以上描述的发电系统和DC/DC转换器的不同实施例的不同方面可以相互结合，以创建也完全在本发明范围内的其他实施例。特别地，图5的并联连接实施例可以结合图2-图4的更先进的串联连接实施例的任何附加特征，并且与图6相比，图7的不同附加特征可以被分别使用或者不同地结合，例如，与图5的实施例结合，或者参考图1至图5的实施例提出的任何改变可以用于图6或图7的实施例。
权利要求
1.一种发电系统(PGS)包括 系统中间输出(SIO)，中央控制器(CC)，以及至少两个DC/DC转换器(DDI、DD2、DDn)，各包括功率输入(ΡΙ1、ΡΙ2、Ρ^ι)，用于连接至一个或更多个太阳能电池(SCl、SC2、SCn)的输出，控制输入(CIl、CI2、CHn)，以及功率输出(P01、P02、P0n)，其中，所述至少两个DC/DC转换器(DDl、DD2、DDn)的所述功率输出(P01、P02、P0n)串联连接以在所述系统中间输出(ISO)处建立累积的系统输出电压或者并联连接以建立累积的系统输出电流，或者其结合，以及其中，所述中央控制器(CC)被设置成能够经由所述控制输入(CIl、CI2、CIn)选择性地设置所述DC/DC转换器(DDl、DD2、DDn)中的至少两个DC/DC转换器中的每个DC/DC转换器的输出状态。
2.根据权利要求1所述的发电系统，其中，所述输出状态选自至少以下各项的列表 贡献功率的状态，以及不贡献功率的状态。
3.根据权利要求1或2所述的发电系统，其中，所述输出状态选自以下各项中的至少一项或更多项的列表寻求预定输出功率的状态， 寻求预定输出电流的状态， 寻求预定输出电压的状态，以及寻求预定输出电压和预定输出电流的状态。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的发电系统，其中，所述中央控制器(CC)被设置成能够经由所述控制输入(CIl、CI2、CIn)选择性地控制所述DC/DC转换器(DDl、DD2、DDn) 中的至少两个DC/DC转换器中的每个DC/DC转换器的本地最大功率点跟踪算法。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的发电系统，包括至少一个测量模块(MM)，被设置成确定所述系统中间输出(SIO)的至少一个特征。
6.根据权利要求5所述的发电系统，其中，所述中央控制器(CC)被设置成从所述至少一个测量模块(MM)接收所述至少一个特征中的一个或更多个特征。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的发电系统，包括系统DC/DC转换器(SDD)，连接至所述系统中间输出(SIO)并且提供系统输出(so)。
8.根据权利要求7所述的发电系统，其中，所述中央控制器(CC)被设置成能够选择性地设置所述系统DC/DC转换器(SDD)的输入状态。
9.根据权利要求8所述的发电系统，其中，所述输入状态选自以下各项中的至少一项或更多项的列表寻求预定输入功率的状态， 寻求预定输入电流的状态， 寻求预定输入电压的状态，以及寻求预定输入电压和预定输入电流的状态。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的发电系统，其中，所述中央控制器(CC)被设置成能够选择性地设置所述系统DC/DC转换器(SDD)的系统输出状态，所述系统输出状态选自以下各项中的至少一项或更多项的列表贡献功率的状态， 不贡献功率的状态， 寻求预定输出功率的状态， 寻求预定输出电流的状态， 寻求预定输出电压的状态， 寻求预定输出脉冲频率的状态，以及寻求预定输出脉冲占空比的状态， 或其结合。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的发电系统，包括逆变器(DA)，连接至所述系统输出(SO)并且提供系统AC输出(SAO)。
12.根据权利要求11所述的发电系统，其中，所述中央控制器(CC)被设置成能够选择性地设置所述逆变器(DA)的逆变器输出状态，所述逆变器输出状态选自以下各项中的至少一项或更多项的列表贡献功率的状态， 不贡献功率的状态， 寻求预定输出功率的状态， 寻求预定输出电流的状态， 寻求预定输出电压的状态， 寻求预定输出频率的状态，以及寻求预定输出相位的状态， 或其结合。
13.根据权利要求12所述的发电系统，其中所述预定输出功率、电流、电压、频率和/或相位是可变的。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的发电系统，其中，所述至少两个DC/DC转换器(DDl、DD2、DDn)各包括转换器控制器(Cl、C2、Cn)，被设置成经由所述控制输入(CI1、 CI2、CIn)被控制。
15.根据权利要求14所述的发电系统，其中，所述转换器控制器(Cl、C2、Cn)由相应的所述功率输入(ΡΙ1、ΡΙ2、ΡΙη)供电。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的发电系统，其中，所述中央控制器(CC)包括 处理器，用于经由所述控制输入(CIl、CI2、CIn)依次执行用于所述至少两个DC/DC转换器 (DDI、DD2、DDn)中的每个DC/DC转换器的最大功率点跟踪算法。
17.根据权利要求16所述的发电系统，其中，所述中央控制器(CC)依次执行用于所述至少两个DC/DC转换器(DDl、DD2、DDn)中的每个DC/DC转换器的最大功率点跟踪算法，包括以预定间隔重复地执行最大功率点跟踪算法。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的发电系统，其中，所述至少两个DC/DC转换器(DDl、DD2、DDn)中的每个DC/DC转换器的所述转换器控制器(Cl、C2、Cn)包括用于执行本地最大功率点跟踪算法的处理器。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的发电系统，其中，所述至少两个DC/DC转换器 (DDl、DD2、DDn)各包括数据输出 _、D02、DOn)。
20.根据权利要求19所述的发电系统，其中，所述控制输入(CI1、CI2、CIn)包括所述数据输出(D01、D02、D0n)，以形成输入/输出设备。
21.根据权利要求19或20所述的发电系统，其中，所述中央控制器(CC)被设置成经由所述数据输出(D01、D02、D0n)接收关于所述至少两个DC/DC转换器(DDI、DD2、DDn)中的每个DC/DC转换器的功率输入(ΡΙ1、ΡΙ2、ΡΙη)值和/或功率输出(P01、P02、POn)值的信肩、ο
22.根据权利要求11至21中任一项所述的发电系统，其中，所述中央控制器(CC)被设置成从所述逆变器(DA)接收信息。
23.根据权利要求1至22中任一项所述的发电系统，包括数据接口(DI)，用于将信息发送至外部接收方和/或用于从外部源接收控制数据。
24.一种操作发电系统(PGS)的方法，所述发电系统包括多个DC/DC转换器(DD1、DD2、 DDn)，各连接至至少一个太阳能电池(SCl、SC2、SCn)并且具有串联或并联连接的功率输出 (P01、P02、P0n)，以在系统中间输出(SIO)处分别提供累积的系统输出电压或累积的系统输出电流，其特征在于，中央控制器(CC)选择性地设置所述DC/DC转换器(DDl、DD2、DDn)中的至少两个DC/DC转换器中的每个DC/DC转换器的输出状态。
25.根据权利要求M所述的操作发电系统的方法，其中，所述输出状态选自至少以下各项的列表贡献功率的状态，以及不贡献功率的状态。
26.根据权利要求M或25所述的操作发电系统的方法，其中，所述输出状态选自以下各项中的至少一项或更多项的列表寻求预定输出功率的状态，寻求预定输出电流的状态，寻求预定输出电压的状态，以及寻求预定输出电压和预定输出电流的状态。
27.根据权利要求M至沈中任一项所述的操作发电系统的方法，其中，所述DC/DC转换器(DDl、DD2、DDn)各单独地执行本地最大功率点跟踪算法。
28.根据权利要求M至27中任一项所述的操作发电系统的方法，其中，所述中央控制器(CC)至少部分地基于系统中间输出(SIO)的至少一个特征来设置所述输出状态，例如， 累积的系统输出电压或累积的系统输出电流。
29.根据权利要求M至观中任一项所述的操作发电系统的方法，其中，在所述系统中间输出(SIO)处执行系统DC/DC转换以建立系统输出(SO)。
30.根据权利要求四所述的操作发电系统的方法，其中，所述中央控制器(CC)控制所述系统DC/DC转换，以寻求预定输入功率、预定输入电流和预定输入电压中的至少一个。
31.根据权利要求四或30所述的操作发电系统的方法，其中，所述系统DC/DC转换由所述中央控制器(CC)控制，以控制所述累积的系统输出电压或所述累积的系统输出电流和/或相关联的电流或电压。
32.根据权利要求四至31中任一项所述的操作发电系统的方法，其中，所述中央控制器(CC)控制所述系统DC/DC转换以寻求以下各项中的一项或更多项贡献功率的状态， 不贡献功率的状态， 预定输出功率， 预定输出电流， 预定输出电压， 预定输出脉冲频率，以及预定输出脉冲占空比。
33.根据权利要求M至32中任一项所述的操作发电系统的方法，其中，对所述系统输出(SO)执行DC/AC转换以建立系统AC输出(SAO)。
34.根据权利要求33所述的操作发电系统的方法，其中，所述中央控制器(CC)控制所述DC/AC转换以寻求以下各项中的一项或更多项贡献功率的状态， 不贡献功率的状态， 预定输出功率， 预定输出电流， 预定输出电压， 预定输出频率，以及预定输出相位。
35.根据权利要求M至34中任一项所述的操作发电系统的方法，其中，所述至少两个 DC/DC转换器包括从相应连接的所述太阳能电池(SCl、SC2、SCn)供电的转换器控制器(Cl、 C2.Cn)。
36.根据权利要求M至35中任一项所述的操作发电系统的方法，其中，所述中央控制器(CC)执行用于所述至少两个DC/DC转换器(DDl、DD2、DDn)中的每个DC/DC转换器的最大功率点跟踪算法。
37.根据权利要求M至36中任一项所述的操作发电系统的方法，其中，所述中央控制器(CC)经由数据输出(D01、D02、D0n)接收关于所述DC/DC转换器(DDl、DD2、DDn)中的至少两个DC/DC转换器的输入、输出和/或内部值的信息。
38.根据权利要求M至37中任一项所述的操作发电系统的方法，其中，所述中央控制器(CC)关于所述AC/DC转换接收关于输入、输出和/或中间值的信息。
39.根据权利要求对至38中任一项所述的操作发电系统的方法，其中，数据接口(DI) 被提供用于将信息发送至外部接收方和/或用于从外部源接收控制数据。
40.根据权利要求M至39中任一项所述的操作发电系统的方法，其中，如果在预定时间内所述DC/DC转换器(DDl、DD2、DDn)没有接收到来自所述中央控制器的通信，则所述DC/ DC转换器(DDl、DD2、DDn)自动地将其输出状态改变为不贡献功率的状态。
41.根据权利要求M至40中任一项所述的操作发电系统的方法，其中，所述中央控制器(CC)根据算法进行操作，该算法涉及将各个所述DC/DC转换器(DDl、DD2、DDn)设置为不贡献功率的状态并且估计整体系统性能是受到正面影响还是受到负面影响，在正面影响的情况下，在预定时间内各个所述DC/DC转换器被保留该设置，在负面影响的情况下，各个所述DC/DC转换器被设置为贡献功率的输出状态。
全文摘要
本发明涉及发电系统PGS，包括系统中间输出SIO、中央控制器CC、以及至少两个DC/DC转换器DD1、DD2、DDn，各包括用于连接至一个或更多个太阳能电池SC1、SC2、SCn的输出的功率输入PI1、PI2、PIn、控制输入CI1、CI2、CIn、以及功率输出PO1、PO2、POn，其中，所述至少两个DC/DC转换器DD1、DD2、DDn的所述功率输出PO1、PO2、POn串联连接以在所述系统中间输出ISO处建立累积的系统输出电压或者并联连接以建立累积的系统输出电流，或者其结合，并且其中，所述中央控制器CC被设置成能够经由所述控制输入CI1、CI2、CIn选择性地设置至少两个所述DC/DC转换器DD1、DD2、DDn中的每个的输出状态。本发明进一步涉及操作发电系统PGS的方法，包括多个DC/DC转换器DD1、DD2、DDn，各连接至至少一个太阳能电池SC1、SC2、SCn并且具有串联或并联连接的功率输出PO1、PO2、POn，以在系统中间输出SIO处分别提供累积的系统输出电压或累积的系统输出电流，其特征在于，中央控制器CC选择性地设置至少两个所述DC/DC转换器DD1、DD2、DDn中的每个的输出状态。
文档编号G05F1/67GK102224472SQ200980146505
公开日2011年10月19日 申请日期2009年9月30日 优先权日2008年10月1日
发明者丹尼斯·罗伊·安德森, 埃里克·汉森, 安德斯·许尔德加德, 安德斯·迈克尔·乔根森 申请人:松西尔公司