• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    一種用於從一直流(DC)電壓源轉換成一交流電(AC)提供電能給一電網的系統，此系統包括：一變壓器，藉由受一第一控制信號控制的一第一開關而耦接到DC電壓源，且根據一DC電壓而提供一轉換後電壓；一整流器，耦接到變壓器以產生轉換後電壓的一包絡電壓；多個開關，耦合到整流器以接收轉換後電壓產生的包絡電壓，多個開關分別受多個控制信號控制，且從轉換後電壓產生的包絡電壓產生AC；以及一控制裝置，耦接到第一開關和多個開關，且根據一電網電壓而提供第一控制信號和多個控制信號。
    公开号:TW201308862A
    申请号:TW101116703
    申请日:2012-05-10
    公开日:2013-02-16
    发明作者:Kai-Cheung Juang；Tzu-Yi Yang；Chung-Lin Tseng；Hsuan-Yu Tsai；Yung-Hsi Chang
    申请人:Ind Tech Res Inst；
    IPC主号:H02M7-00
    专利说明:
    提供交流電的系統、及其裝置與方法
    本揭露涉及用於提供交流電(alternating current，AC)的系統、及其裝置與方法。
    並網式電氣系統(Grid-tied Electrical System)，也被稱為並到網(tied-to-grid)系統或並網(grid-tie)系統，是一種產生電能並饋入電網的系統。傳統上，並網式電氣系統應用於類似太陽或風等可再生能源。舉例來說，並網式電氣系統可利用光伏效應(photovoltaic effect)而將太陽能轉換為電。
    圖1為表示將單相(single-phase)交流電(AC)提供給輸出AC電壓(在本文中被稱為電網電壓Vgrid)的電網101的傳統並網式電氣系統100的方塊圖。參考圖1，系統100被並到(tied to)電網101，且包括光伏(photovoltaic，PV)陣列102、最大功率點跟蹤(maximum power point tracking，MPPT)模組104、第一電容器106、第一開關108以及變壓器(transformer)110。系統100更包含整流器(rectifier)112、第二電容器114以及多個開關，所述多個開關包含(例如)開關116-1、116-2、116-3以及116-4。
    更明確地說，PV陣列102利用光伏效應而將太陽能轉換為直流(direct current，DC)電。MPPT模組104耦合到PV陣列102，用以跟蹤PV陣列102的一個最大功率點(MPP)，並將MPP電壓輸入至變壓器110相對低電壓位準的一側。變壓器110的第一側(primary side)通過開關108而耦合到MPPT模組104，用以在開關108在預定控制信號Sa'的控制下開啟和閉合時，根據變壓器匝數比(turns ratio)將處於相對低的電壓位準的MPP電壓轉換至相對高的電壓位準的轉換後電壓VT0。當開關108開啟時，變壓器110的第一側也開啟。當開關108閉合時，變壓器110的第一側通過接地(ground)而連接到電容器106。通過此開啟/閉合機制，開關108執行脈衝寬度調制(pulse width modulation，PWM)，並將能量從變壓器110的第一側傳送到變壓器110的第二側。
    整流器112耦接到變壓器110的第二側，用以將電壓VT0(其通常為AC電壓)轉換為DC電壓Vdc。電容器114更使DC電壓Vdc平滑化。在開關116-1和116-2分別在預定控制信號S1'和S2'的控制下交替閉合，以及開關116-3和116-4分別在預定控制信號S3'和S4'的控制下交替閉合之下，開關116-1、116-2、116-3以及116-4可操作以產生與電網電壓Vgrid相等的AC電壓。
    圖2繪示了模擬結果，模擬結果包括施加到傳統系統100(圖1)的預定控制信號Sa'、S1'、S2'、S3'以及S4'和上文所述的電壓VT0、Vdc以及Vgrid的波形。每一個預定控制信號Sa'、S1'、S2'、S3'以及S4'中皆有相對高的頻率的週期性脈衝信號。控制信號Sa'、S1'、S2'、S3'以及S4'分別在不同的時序(timings)下接通/切斷開關108、116-1、116-2、116-3以及116-4。另外，如圖2中所示，電壓VT0為具有相對高的頻率和相對高的電壓位準的AC電壓，且電壓Vdc為DC電壓。
    參照圖1和圖2，開關116-1、116-2、116-3以及116-4分別在預定控制信號S1'、S2'、S3'以及S4'的控制下在相對高的頻率下操作。此外，電容器114在相對高的電壓位準下操作。因此，由於較高的系統損耗(system wear)的緣故，系統100的使用壽命可能會減少。
    依據本揭露一實施例，提供了一用於從一直流(DC)電壓源轉換成一交流電(AC)提供電能給一電網的系統，系統包括：一變壓器，藉由受一第一控制信號控制的一第一開關而耦接到DC電壓源，且根據一DC電壓而提供一轉換後電壓；一整流器，耦接到變壓器，用以產生轉換後電壓的一包絡電壓(envelope voltage)；多個開關，耦合到整流器以接收轉換後電壓所產生的包絡電壓，分別受多個控制信號控制，且從轉換後電壓產生的包絡電壓產生AC；以及一控制裝置，耦接到第一開關和多個開關，且根據一電網電壓而提供第一控制信號和多個控制信號。
    依據本揭露一實施例，提供了一控制裝置，用以提供一第一控制信號和多個控制信號予一系統。此系統用於將一交流電(AC)提供電能給一電網，而此系統至少包含：一變壓器，藉由受第一控制信號控制的一第一開關而耦接到一直流(DC)電壓源，且根據一DC電壓而產生一轉換後電壓；以及多個開關，分別受多個控制信號控制，且從轉換後電壓的一包絡電壓產生AC。上述的控制裝置包括：一包絡提取器，用以提取一電網電壓的一反饋包絡電壓；一可變增益放大器，耦接到包絡提取器，且放大該電網電壓的反饋包絡電壓；一第一脈衝調制器，耦合到可變增益放大器，根據該電網電壓的經放大的反饋包絡電壓而產生一第一脈衝調制信號，以作為第一控制信號；一第二脈衝調制器，根據該電網電壓以產生一第二脈衝調制信號；一比較器，用以將該電網電壓與轉換後電壓的包絡電壓進行一比較，並根據比較而產生一模式控制信號；以及一模式控制器，耦接到第二脈衝調制器和比較器，根據模式控制信號而產生所述多個控制信號。
    依據本揭露一實施例，提供了一用於提供一第一控制信號和多個控制信號給一系統的方法，上述的系統至少包含：一變壓器，藉由受第一控制信號控制的一第一開關而耦接到一直流(DC)電壓源，且根據一DC電壓而產生一轉換後電壓；以及多個開關，分別受多個控制信號控制，且從轉換後電壓的包絡電壓產生一交流電(AC)。所述方法包括：提取一電網電壓的一反饋包絡電壓；放大該電網電壓的提取到的反饋包絡電壓；根據該電網電壓的經放大的反饋包絡電壓而產生一第一脈衝調制信號，以作為第一控制信號；根據該電網電壓而一產生第二脈衝調制信號；將該電網電壓與轉換後電壓的包絡電壓進行一比較，以根據比較而產生一模式控制信號；以及至少根據模式控制信號而產生多個控制信號。
    可理解的是，前述概括描述和以下詳細描述兩者僅為示範性和解釋性的，不限制發明申請專利範圍。
    併入到本揭露中並構成本揭露的一部分的附圖連同描述一起說明與本揭露內容相一致的實施例，用於闡釋本揭露的原理。
    接下來將會以實施方式的描寫配合附圖來說明本揭露的實施範例。以下的描述引用的元件符號，除非另外說明，否則不同附圖出現相同的元件符號將視為相同或相似的元件。以下的實施方式的描寫僅是範例，不代表所有本揭露的應用。有少數的範例會在專利請求範圍中說明。
    圖3為依據本揭露一實施例，將單相交流電(AC)提供給輸出單相AC電壓(此後稱為電網電壓Vgrid)的電網301的並網式電氣系統300的方塊圖。參照圖3，系統300被並到電網301，且包含一直流(DC)電壓源302、一電容器304、一第一開關306、一變壓器308、一整流器310以及多個開關，多個開關包括如開關312-1、312-2、312-3以及312-4。系統300更包括一控制裝置320，用以提供控制信號Sa、S1、S2、S3以及S4以分別控制開關306及開關312-1、312-2、312-3以及312-4，從而控制系統300的操作。
    在本揭露一實施例中，DC電壓源302用以提供相對低的電壓位準的DC電壓，系統300從DC電壓產生AC電壓Vgrid。舉例來說，DC電壓源302可為利用光伏效應將太陽能轉換為直流(DC)電的光伏(PV)陣列或風力系統(wind power system)。DC電壓源302將能量提供給變壓器308。系統300更包括一MPPT模組，耦接到該PV陣列，且用以跟蹤該PV陣列的MPP。
    在本揭露一實施例中，電容器304與DC電壓源302並聯耦接。變壓器308的第一側耦接到DC電壓源302並經由開關306接地。耦接的變壓器308用以在開關306受控制裝置320提供的控制信號Sa的控制而開啟和閉合時，根據變壓器匝數比在第二側上輸出相對高的電壓位準的轉換後電壓VT。當開關306開啟時，變壓器308的第一側也開啟。當開關306閉合時，變壓器308的第一側通過接地而連接到DC電壓源302和電容器304。通過此開啟/閉合機制，開關306執行脈衝寬度調制(PWM)，並將能量從變壓器308的第一側傳送到變壓器308的第二側。
    在本揭露一實施例中，整流器310耦接到變壓器308的第二側，用以從轉換後電壓VT產生包絡電壓Venv。隨後，在開關312-1和312-2分別在控制信號S1和S2的控制下交替閉合，且開關312-3和312-4分別在控制信號S3和S4的控制下交替閉合時，系統300可產生單相AC。
    在本揭露一實施例中，控制裝置320可包括一輸入功率感測器322、一輸出功率感測器324、一第一脈衝調制器(pulse modulator)326、一第二脈衝調制器328、一第一比較器(comparator)330、一第二比較器332、一模式控制器334、一包絡提取器(envelope extractor)336以及一可變增益放大器338。
    在本揭露一實施例中，輸入功率感測器322用以從DC電壓源302感測系統300的輸入功率，以及輸出功率感測器324用以感測該系統300對電網301的輸出功率。舉例來說，輸入功率感測器322可藉由感測從DC電壓源302輸出的電壓和從DC電壓源302流出的電流以感測系統300的輸入功率。同樣的，舉例來說，輸出功率感測器324可藉由感測電網電壓Vgrid和對應的輸出電流來感測系統300的輸出功率。
    在本揭露一實施例中，比較器332耦接到輸入功率感測器322和輸出功率感測器324。比較器332用以將系統300的感測到的輸出功率與系統300的感測到的輸入功率作比較，根據比較而輸出用以調節可變增益放大器338的增益調節信號(gain adjusting signal)。舉例來說，感測到的輸出功率通常接近於感測到的輸入功率。如果比較器332指出感測到的輸出功率大於感測到的輸入功率，那麼比較器332便輸出增益調節信號以減少可變增益放大器338的增益。同樣的，舉例來說，如果比較器332指出感測到的輸出功率小於感測到的輸入功率，那麼比較器332便輸出增益調節信號以增加可變增益放大器338的增益。
    在本揭露一實施例中，包絡提取器336用以從電網電壓Vgrid提取一種反饋包絡電壓。可變增益放大器338耦接到包絡提取器336和比較器332，用以放大提取到的反饋包絡電壓。如上所述，可藉由從比較器332輸出的增益調節信號以調節可變增益放大器338的增益。可變增益放大器338更將經放大的反饋包絡電壓Venvfb輸出至脈衝調制器326。
    在本揭露一實施例中，脈衝調制器326用以根據例如脈衝寬度調制(PWM)技術等脈衝調制技術而產生控制信號Sa。舉例來說，脈衝調制器326將來自可變增益放大器338的經放大的反饋包絡電壓Venvfb當作輸入參考，並產生一第一脈衝調制信號以作為控制信號Sa，從而控制從整流器310輸出並饋送回脈衝調制器326的對應的包絡電壓Venv。而且，舉例來說，根據PWM技術，脈衝調制器326可輸出脈衝序列。當來自可變增益放大器338的經放大的反饋包絡電壓Venvfb的振幅(amplitude)變大時，脈衝調制器326可產生寬脈衝序列，以相應地使從整流器310輸出的包絡電壓Venv的振幅變大。
    在本揭露一實施例中，脈衝調制器328用以根據例如脈衝寬度調制(PWM)技術等脈衝調制技術而產生一第二脈衝調制信號。舉例來說，脈衝調制器328將電網電壓Vgrid當作輸入參考，並產生第二脈衝調制信號，以控制饋送回脈衝調制器328的對應的輸出電流。
    在本揭露一實施例中，比較器330用以將電網電壓Vgrid與從整流器310輸出的包絡電壓Venv作比較，並產生模式控制信號以指出電網電壓Vgrid與包絡電壓Venv之間的差值是否大於一第二預定臨界值。模式控制器334耦接到比較器330和脈衝調制器328，用以至少根據模式控制信號產生控制信號S1、S2、S3以及S4，以分別控制開關312-1、312-2、312-3以及312-4。
    在本揭露一實施例中，比較器330確定電網電壓Vgrid與從整流器310輸出的包絡電壓Venv之間的差值大於第二預定臨界值，並將表示確定的模式控制信號輸出到模式控制器334。於是，模式控制器334控制各開關312-1、312-2、312-3以及312-4在正常模式下操作。在正常模式下，模式控制器334根據來自脈衝調制器328的第二脈衝調制信號而產生控制信號S1、S2、S3以及S4。藉由控制各開關312-1、312-2、312-3以及312-4在正常模式下操作，各開關312-1、312-2、312-3以及312-4產生AC，及藉由調節(例如，補償)從整流器310輸出的包絡電壓Venv而與電網電壓Vgrid相等的一個AC電壓。
    在本揭露一實施例中，比較器330確定電網電壓Vgrid與從整流器310輸出的包絡電壓Venv之間的差值不大於第二預定臨界值，並將表示確定的模式控制信號輸出至模式控制器334。於是，模式控制器334控制各開關312-1、312-2、312-3以及312-4以在旁路模式下操作。在旁路模式下，模式控制器334產生用以分別控制各開關312-1、312-2、312-3以及312-4的控制信號S1、S2、S3以及S4，以在不調節包絡電壓Venv的情況下傳導和切換從整流器310輸出的包絡電壓Venv的極性，以用於產生AC和與電網電壓Vgrid相等的AC電壓。由於在旁路模式下開關312-1、312-2、312-3以及312-4的操作頻率相對於來自脈衝調制器328的第二脈衝調制信號的操作頻率是較低的，所以可減少系統損耗，且可提高系統效率。
    圖4繪示依據本揭露一實施例的模擬結果400，包括由控制裝置320(圖3)提供的控制信號Sa、S1、S2、S3以及S4的波形以及上文所述的電壓VT、Venv以及Vgrid的波形。為了顯示更多細節，已放大在第一時間週期t1和第二時間週期t2期間的電壓VT、Venv以及Vgrid和控制信號Sa。如圖4所示，電壓VT和控制信號Sa各自為具不同脈衝寬度且具有相對高的頻率的脈衝信號，而控制信號Sa、S1、S2、S3以及S4各自具有相對低的頻率。另外，電壓Venv為非DC電壓，且不同於圖2中所示的電壓Vdc。
    參照圖3和圖4，在本揭露一實施例中，模式控制器334控制各開關312-1、312-2、312-3以及312-4以在旁路模式下操作。模式控制器334產生用以分別控制各開關312-1、312-2、312-3以及312-4的控制信號S1、S2、S3以及S4，以對包絡電壓Venv的極性進行傳導和切換，以作為所產生的AC電壓。由於開關312-1、312-2、312-3以及312-4在旁路模式下在相對低的頻率下操作，所以可減少系統損耗，且可提高系統效率。
    圖5為依據本揭露一實施例，將三相AC電能提供給電網501輸出三相AC電壓(在本文中被稱為電網電壓，包含三個電壓分量Vgrid1、Vgrid2以及Vgrid3)的並網式電氣系統500的方塊圖。參照圖5，系統500被並到電網501，且包括一DC電壓源502、一電容器504、一第一開關506、一變壓器508、一整流器510以及多個開關，多個開關包括如開關512-1、512-2、512-3、512-4、512-5以及512-6。系統500更包括控制裝置520，以提供控制信號Sa、S1、S2、S3、S4、S5以及S6以分別控制該開關506和各開關512-1、512-2、512-3、512-4、512-5以及512-6，從而控制系統500的操作。
    在本揭露一實施例中，DC電壓源502、電容器504、開關506、變壓器508以及整流器510分別以類似於DC電壓源302、電容器304、開關306、變壓器308以及整流器310(圖3)的操作方式操作。舉例來說，整流器510用以產生在變壓器508的第二側上輸出的轉換後電壓VT的包絡電壓Venv，並輸出包絡電壓Venv。系統500可隨後在開關512-1和512-2分別在控制信號S1和S2的控制下交替閉合，開關512-3和512-4分別在控制信號S3和S4的控制下交替閉合，且開關512-5和512-6分別在控制信號S5和S6的控制下交替閉合時，根據包括三個電壓分量Vgrid1、Vgrid2以及Vgrid3的電網電壓而產生三相AC以作為輸出。
    在本揭露一實施例中，控制裝置520可包括一輸入功率感測器522、一輸出功率感測器524、一第一脈衝調制器526、一第二脈衝調制器528、一第一比較器530、一第二比較器532、一模式控制器534、一包絡提取器536以及一可變增益放大器538。控制裝置520以類似於控制裝置320(圖3)的操作方式操作。
    不同於控制裝置320(圖3)，由於系統500的輸出電壓是三相AC，所以包絡提取器536分別針對所述三個電壓分量Vgrid1、Vgrid2以及Vgrid3提取三個反饋包絡電壓，且隨後將三個電壓分量的三個反饋包絡電壓相加以獲得電網電壓的反饋包絡電壓。輸出功率感測器524還分別針對三個電壓分量Vgrid1、Vgrid2以及Vgrid3感測三個分量功率，且隨後將三個分量功率相加以獲得系統500的輸出功率。
    另外，第二脈衝調制器528分別根據所述三個電壓分量Vgrid1、Vgrid2以及Vgrid3而產生包括三個信號分量的脈衝調制信號，三個信號分量中每個信號分量本身就是脈衝調制信號。舉例來說，第二脈衝調制器528將電壓分量Vgrid1當作輸入參考，並產生第一信號分量。同樣地，脈衝調制器528產生脈衝調制信號的第二信號分量和第三信號分量。模式控制器534隨後使用脈衝調制信號的第一信號分量、第二信號分量以及第三信號分量以產生分別用於開關512-1和512-2、開關512-3和512-4，以及開關512-5和512-6的控制信號。
    在本揭露一實施例中，比較器530用以將電網電壓與從整流器510輸出的包絡電壓Venv作比較，並產生模式控制信號以表示電網電壓與包絡電壓Venv之間的差值是否大於預定的臨界值。舉例來說，比較器530可將電網電壓的三個電壓分量Vgrid1、Vgrid2以及Vgrid3與包絡電壓Venv單獨進行比較，並輸出模式控制信號，模式控制信號包括分別表示包絡電壓Venv與所述三個電壓分量Vgrid1、Vgrid2以及Vgrid3之其一的差值是否大於預定的臨界值的第一信號分量、第二信號分量以及第三信號分量。模式控制器534隨後至少根據模式控制信號的第一信號分量而產生控制信號S1和S2；至少根據模式控制信號的第二信號分量而產生控制信號S3和S4；以及至少根據模式控制信號的第三信號分量而產生控制信號S5和S6。
    在本揭露一實施例中，比較器530確定電網電壓的電壓分量(例如，Vgrid1)與從整流器510輸出的包絡電壓Venv之間的差值大於預定的臨界值，並將包括用以表示確定的第一信號分量的模式控制信號輸出至模式控制器534。於是，模式控制器534控制各開關512-1和512-2在正常模式下操作。在正常模式下，模式控制器534使用從脈衝調制器528接收的脈衝調制信號的第一信號分量以產生用以分別控制開關512-1和512-2的控制信號S1和S2。藉由控制各開關512-1和512-2在正常模式下操作，各開關512-1和512-2藉由調節(例如，補償)以從整流器510輸出的包絡電壓Venv而產生三相AC的分量以及電壓分量Vgrid1。同樣地，模式控制器534可控制各開關512-3和512-4以及各開關512-5和512-6在正常模式下操作。
    在本揭露一實施例中，比較器530確定電網電壓的電壓分量如Vgrid1與從整流器510輸出的包絡電壓Venv之間的差值不大於預定的臨界值，並將包括用以表示確定的第一信號分量的模式控制信號輸出到模式控制器534。於是，模式控制器534對各開關512-1和512-2進行控制，以在旁路模式下操作。在旁路模式下，模式控制器534產生用以分別控制各開關512-1和512-2的控制信號S1和S2，以在不調節包絡Venv的情況下傳導和切換從整流器510輸出的包絡電壓Venv的極性，以用於產生三相AC的分量以及電壓分量Vgrid1。由於在旁路模式下開關512-1和512-2的操作頻率相對於來自脈衝調制器528的脈衝調制信號的第一信號分量的操作頻率較低，所以可減少系統損耗，且可提高系統效率。同樣地，模式控制器534可對各開關512-3和512-4以及開關512-5和512-6進行控制，以在旁路模式下操作。
    圖6繪示依據本揭露一實施例的模擬結果600，模擬結果600包括由控制裝置520(圖5)提供的控制信號Sa、S1、S2、S3、S4、S5以及S6的波形以及上文所述的電壓VT、Venv、Vgrid1、Vgrid2以及Vgrid3的波形。為了顯示更多細節，已放大了在一第一時間週期t1和一第二時間週期t2期間的電壓VT、Venv、Vgrid1、Vgrid2以及Vgrid3和控制信號Sa。如圖6中所示，電壓VT和控制信號Sa各自為具不同脈衝寬度且具有相對高的頻率的脈衝信號。另外，電壓Venv為非DC電壓，且不同於圖2中所示的電壓Vdc。
    參照圖5和圖6，在本揭露一實施例中，模式控制器534控制各開關512-1、512-2、512-3、512-4、512-5以及512-6在正常模式或旁路模式下操作。舉例來說，模式控制器534產生用以分別控制各開關512-5和512-6的控制信號S5和S6，以在第一時間週期T3期間在正常模式下操作。同樣的，舉例來說，模式控制器534產生用以分別控制各開關512-5和512-6的控制信號S5和S6，以在第二時間週期T4期間在旁路模式下操作。由於開關512-5和512-6在旁路模式下是在相對低的頻率下操作，所以可減少系統損耗，且可提高系統效率。
    藉由考慮所揭露內容的規範和實踐之教導，所屬領域的技術人員將可推導得發明的其它實施例。發明的範圍意欲涵蓋遵循一般原理所進行且包含了譬如以運用此項技術中的已知或慣例實踐偏離本揭露的任何變化、使用或改編。所述規範和實例視為僅是示範性的，發明的真正範圍和精神則以申請專利範圍為準。
    可理解的是，本揭露內容不限於上文已描述以及附圖中所說明的確切構造，且可在不脫離本揭露範圍的情況下做出各種修改和改變。發明範圍僅受申請專利範圍所限制。
    100．．．傳統並網式電氣系統
    101．．．電網
    102．．．光伏陣列
    104．．．最大功率點跟蹤模組
    106．．．第一電容器
    108．．．第一開關
    110．．．變壓器
    112．．．整流器
    114．．．第二電容器
    116-1．．．開關
    116-2．．．開關
    116-3．．．開關
    116-4．．．開關
    300．．．並網式電氣系統
    301．．．電網
    302．．．直流電壓源
    304．．．電容器
    306．．．第一開關
    308．．．變壓器
    310．．．整流器
    312-1．．．開關
    312-2．．．開關
    312-3．．．開關
    312-4．．．開關
    320．．．控制裝置
    322．．．輸入功率感測器
    324．．．輸出功率感測器
    326．．．第一脈衝調制器
    328．．．第二脈衝調制器
    330．．．第一比較器
    332．．．第二比較器
    334．．．模式控制器
    336．．．包絡提取器
    338．．．可變增益放大器
    500．．．並網式電氣系統
    501．．．電網
    502．．．直流電壓源
    504．．．電容器
    506．．．第一開關
    508．．．變壓器
    510．．．整流器
    512-1．．．開關
    512-2．．．開關
    512-3．．．開關
    512-4．．．開關
    512-5．．．開關
    512-6．．．開關
    520．．．控制裝置
    522．．．輸入功率感測器
    524．．．輸出功率感測器
    526．．．第一脈衝調制器
    528．．．第二脈衝調制器
    530．．．第一比較器
    532．．．第二比較器
    534．．．模式控制器
    536．．．包絡提取器
    538．．．可變增益放大器
    圖1為將單相交流(AC)提供給電網的傳統並網式電氣系統的方塊圖。
    圖2為包括施加到圖1中所說明的傳統並網式電氣系統的預定控制信號的波形和電壓的波形的模擬結果。
    圖3為依據本揭露的一實施例，將單相AC提供給電網的並網式電氣系統的方塊圖。
    圖4為依據本揭露的一實施例，包括由控制裝置提供的控制信號的波形，以及電壓的波形的模擬結果。
    圖5為依據本揭露的一實施例，將三相AC提供給電網的並網式電氣系統的方塊圖。
    圖6為依據本揭露的一實施例，包括由控制裝置提供的控制信號的波形，以及電壓的波形的模擬結果。
    300．．．並網式電氣系統
    301．．．電網
    302．．．直流電壓源
    304．．．電容器
    306．．．第一開關
    308．．．變壓器
    310．．．整流器
    312-1．．．開關
    312-2．．．開關
    312-3．．．開關
    312-4．．．開關
    320．．．控制裝置
    322．．．輸入功率感測器
    324．．．輸出功率感測器
    326．．．第一脈衝調制器
    328．．．第二脈衝調制器
    330．．．第一比較器
    332．．．第二比較器
    334．．．模式控制器
    336．．．包絡提取器
    338．．．可變增益放大器
    权利要求:
    Claims (20)
    [1] 一種用以提供交流電(AC)的系統，其中該系統從一直流(DC)電壓源轉換成一交流電(AC)提供電能給一電網，該系統包括：一變壓器，藉由受一第一控制信號控制的一第一開關而耦接到該DC電壓源，且用以根據一直流(DC)電壓而提供一轉換後電壓；一整流器，耦接到該變壓器，用以產生該轉換後電壓的一包絡電壓；多個開關，耦合到該整流器以接收該轉換後電壓產生的該包絡電壓，該些開關分別受多個控制信號控制，且用以從該轉換後電壓產生的該包絡電壓產生該交流電(AC)；以及一控制裝置，耦接到該第一開關和該些開關，且用以根據一電網電壓而提供該第一控制信號和該些控制信號。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中該DC電壓源包含一光伏(PV)陣列，用以利用太陽能而提供該DC電壓，該系統更包括：一最大功率點跟蹤(MPPT)模組，耦接到該PV陣列，且用以跟蹤該PV陣列的最大功率點(MPP)。
    [3] 如申請專利範圍第1項所述的系統，更包括：一電容器，並聯耦接到該DC電壓源。
    [4] 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中該控制裝置包括：一包絡提取器，用以提取該電網電壓的一反饋包絡電壓；一可變增益放大器，耦接到該包絡提取器，且用以放大該電網電壓的該反饋包絡電壓；以及一脈衝調制器，耦接到該可變增益放大器和該整流器，且用以根據該電網電壓經放大的該反饋包絡電壓而產生一脈衝調制信號，以作為該第一控制信號。
    [5] 如申請專利範圍第4項所述的系統，其中該控制裝置更包括：一輸入功率感測器，用以感測該系統的一輸入功率；一輸出功率感測器，用以感測該系統的一輸出功率；以及一比較器，耦接到該輸入功率感測器和該輸出功率感測器，用以將該輸入功率與該輸出功率進行比較，並根據該比較而輸出用以調節該可變增益放大器的增益的一增益調節信號。
    [6] 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中該控制裝置包括：一脈衝調制器，用以根據該電網電壓而產生一脈衝調制信號；一比較器，用以將該電網電壓與該轉換後電壓的該包絡電壓進行比較，並根據該比較而產生一模式控制信號；以及一模式控制器，耦接到該脈衝調制器和該比較器，且用以根據該模式控制信號而產生該些控制信號。
    [7] 如申請專利範圍第6項所述的系統，其中當該模式控制信號指出該電網電壓與該轉換後電壓的該包絡電壓之間的差值大於一預定的臨界值時，該模式控制器用以：根據該脈衝調制信號而產生該些控制信號，以控制該多個開關操作於一正常模式，其中該些開關用以調整該轉換後電壓的該包絡電壓。
    [8] 如申請專利範圍第6項所述的系統，其中當該模式控制信號指出該電網電壓與該轉換後電壓的該包絡電壓之間的差值不大於一預定的臨界值時，該模式控制器用以：產生該些控制信號中，以控制該些開關操作於一旁路模式，並切換該轉換後電壓的該包絡電壓的極性。
    [9] 如申請專利範圍第1項所述的系統，用以提供一單相AC。
    [10] 如申請專利範圍第1項所述的系統，用以提供一三相AC。
    [11] 一種控制裝置，用以提供一第一控制信號和多個控制信號予一系統，該系統用於將一交流電(AC)提供給一電網，其中該系統至少包含：一變壓器，藉由受該第一控制信號控制的一第一開關，耦接到一直流(DC)電壓源，用以根據一DC電壓而產生一轉換後電壓；以及多個開關，分別受該些控制信號所控制，且該些開關用以從該轉換後電壓的一包絡電壓產生該交流電(AC)，該控制裝置包括：一包絡提取器，用以提取一電網電壓的一反饋包絡電壓；一可變增益放大器，耦接到該包絡提取器，且用以放大該電網電壓的該反饋包絡電壓；一第一脈衝調制器，其耦合到該可變增益放大器，且用以根據該電網電壓的經放大的該反饋包絡電壓而產生一第一脈衝調制信號，以作為該第一控制信號；一第二脈衝調制器，用以根據該電網電壓而產生一第二脈衝調制信號；一比較器，用以將該電網電壓與該轉換後電壓的該包絡電壓進行一比較，並根據該比較而產生一模式控制信號；以及一模式控制器，耦接到該第二脈衝調制器和該比較器，且用以根據該模式控制信號而產生該些控制信號。
    [12] 如申請專利範圍第11項所述的控制裝置，其中該比較器為一第一比較器，該控制裝置更包括：一輸入功率感測器，用以感測該系統的一輸入功率；一輸出功率感測器，用以感測該系統的一輸出功率；以及一第二比較器，耦接到該輸入功率感測器和該輸出功率感測器，用以將該輸入功率與該輸出功率進行比較，並根據該比較而輸出用以調節該可變增益放大器的增益的一增益調節信號。
    [13] 如申請專利範圍第11項所述的控制裝置，其中該電網電壓為包含三個電壓分量的一三相AC電壓，該包絡提取器用以：分別針對該些三個電壓分量而提取三個反饋包絡電壓；以及對該些三個電壓分量的該些三個反饋包絡電壓加總，以獲得該電網電壓的該反饋包絡電壓。
    [14] 如申請專利範圍第11項所述的控制裝置，其中當該模式控制信號指出該電網電壓與該轉換後電壓的該包絡電壓之間的差值大於一預定的臨界值時，該模式控制器用以：根據該第二脈衝調制信號而產生該些控制信號，以控制該些開關操作於一正常模式，其中該些開關用以調整該轉換後電壓的該包絡電壓。
    [15] 如申請專利範圍第11項所述的控制裝置，其中當該模式控制信號指出該電網電壓與該轉換後電壓的該包絡電壓之間的差值不大於一預定的臨界值時，該模式控制器用以：產生該些控制信號以控制該些開關操作於一旁路模式，其中該些開關導通並切換該轉換後電壓的該包絡電壓的極性。
    [16] 一種方法，用於提供一第一控制信號和多個控制信號給一系統，該系統將一交流電(AC)提供給一電網，其中該系統至少包含：一變壓器，藉由受該第一控制信號控制的一第一開關耦接到一直流(DC)電壓源，且根據一DC電壓而產生一轉換後電壓；以及多個開關，分別受該些控制信號控制，該些開關用以從該轉換後電壓的一包絡電壓產生該AC，該方法包括：提取一電網電壓的一反饋包絡電壓；放大該電網電壓所提取到的該反饋包絡電壓；根據該電網電壓的經放大後的該反饋包絡電壓而產生一第一脈衝調制信號，以作為該第一控制信號；根據該電網電壓而產生一第二脈衝調制信號；將該電網電壓與該轉換後電壓的該包絡電壓進行一比較，以根據該比較而產生一模式控制信號；以及至少根據該模式控制信號而產生該些控制信號。
    [17] 如申請專利範圍第16項該的方法，其更包括：感測該系統的一輸入功率；感測該系統的一輸出功率；以及將該輸入功率與該輸出功率進行比較，並根據該比較而輸出用以調節該可變增益放大器的增益的一增益調節信號。
    [18] 如申請專利範圍第16項該的方法，其中該電網電壓為包含三個電壓分量的一三相AC電壓，該提取步驟包括：分別針對該些三個電壓分量而提取三個反饋包絡電壓；以及對該些三個電壓分量的該些三個反饋包絡電壓加總，以獲得該電網電壓的該反饋包絡電壓。
    [19] 如申請專利範圍第16項該的方法，其中當該模式控制信號指示該電網電壓與該轉換後電壓的該包絡電壓之間的差值大於一預定的臨界值時，該些控制信號的該產生步驟包括：根據該第二脈衝調制信號而產生該些控制信號，以控制該些開關操作於一正常模式，其中該些開關調節該轉換後電壓的該包絡電壓。
    [20] 如申請專利範圍第16項該的方法，其中當該模式控制信號指示該電網電壓與該轉換後電壓的該包絡電壓之間的差值不大於一預定的臨界值時，該些控制信號的產生步驟包括：產生該多個控制信號中，以控制該些開關操作於一旁路模式，其中該些開關在不調節的情況下導通並切換該轉換後電壓的該包絡電壓的極性。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    Wu et al.2013|A solar power generation system with a seven-level inverter
    TWI487264B|2015-06-01|提供交流電的系統、及其裝置與方法
    JP5459634B2|2014-04-02|２重フィードバックループ及び電力リップルに基づく電力変換における最大電力点追従方法及び装置
    AU2011336974B8|2016-04-21|Inverter array with localized inverter control
    US7986062B2|2011-07-26|Electrical energy converter
    Manoharan et al.2016|A PV power conditioning system using nonregenerative single-sourced trinary asymmetric multilevel inverter with hybrid control scheme and reduced leakage current
    Abd Rahim et al.2007|Hysteresis current control and sensorless MPPT for grid-connected photovoltaic systems
    CN102918756A|2013-02-06|逆变器系统中漏电流控制方法
    Kim et al.2010|Flyback inverter using voltage sensorless MPPT for AC module systems
    US9866144B2|2018-01-09|Three port converter with dual independent maximum power point tracking and dual operating modes
    Shen et al.2012|Transformer-less three-port grid-connected power converter for distribution power generation system with dual renewable energy sources
    US10454417B2|2019-10-22|Solar power generation system
    Chen et al.2014|A novel sinusoidal boost-flyback CCM/DCM DC-DC converter
    Chen et al.2011|Multi-string single-stage grid-connected inverter for PV system
    Bose2020|Modelling of microinverter and pushpull flyback converter for SPV application
    KR20080041310A|2008-05-13|무변압기형 계통연계 태양광 발전 시스템에서의 ｄｃ/ａｃ컨버터 제어 장치
    Park et al.2008|A control strategy for the grid-connected PV system using a Z-source inverter
    KR101920469B1|2018-11-20|쿡 컨버터 기반의 계통 연계형 단일단 인버터
    JP2009151832A|2009-07-09|電力変換装置
    Ryu et al.2014|Flyback inverter using voltage sensorless MPPT for photovoltaic AC modules
    Pandya et al.2012|Diagonal PV micro-inverter with isolated output
    Surirey et al.2017|Sub-module photovoltaic microinverter with cascaded push-pull and unfolding h-bridge inverter
    Farias et al.2011|Modulation for three-phase transformerless neutral point clamped inverter in photovoltaic systems
    Chatterjee et al.2020|A Transformer-less Grid Interactive Converter Topology for PV based Micro Generator
    Asif et al.2020|Power Quality of a Smart Grid Using Mppt and Pwm Technique
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    TWI487264B|2015-06-01|
    CN102916602B|2015-07-22|
    CN104967345A|2015-10-07|
    CN102916602A|2013-02-06|
    CN104967345B|2017-04-05|
    US20130033906A1|2013-02-07|
    US8971065B2|2015-03-03|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    US4404472A|1981-12-28|1983-09-13|General Electric Company|Maximum power control for a solar array connected to a load|
    KR0162215B1|1995-01-17|1998-12-15|김광호|비정상 속력 재생시의 자동 트래킹 장치 및 그 방법|
    US6111767A|1998-06-22|2000-08-29|Heliotronics, Inc.|Inverter integrated instrumentation having a current-voltage curve tracer|
    WO2001048997A1|1999-12-28|2001-07-05|Ntt Docomo, Inc.|Procede de communication par radio et station radio|
    US6239997B1|2000-09-01|2001-05-29|Ford Motor Company|System for connecting and synchronizing a supplemental power source to a power grid|
    KR100423992B1|2002-01-12|2004-03-22|삼성전자주식회사|단상 인버터의 저속 리플전류 억제장치 및 그 방법|
    SE0201432D0|2002-04-29|2002-05-13|Emerson Energy Systems Ab|A Power supply system and apparatus|
    WO2004001942A1|2002-06-23|2003-12-31|Powerlynx A/S|Power converter|
    US8067855B2|2003-05-06|2011-11-29|Enecsys Limited|Power supply circuits|
    US7280377B2|2004-08-16|2007-10-09|Caterpillar Inc.|Power converter in a utility interactive system|
    TWI345430B|2005-01-19|2011-07-11|Monolithic Power Systems Inc|Method and apparatus for dc to ac power conversion for driving discharge lamps|
    US7529106B2|2005-08-12|2009-05-05|Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki|Voltage monitoring device and inverter device|
    US7358463B2|2005-08-12|2008-04-15|Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki|Switching power supply and method for stopping supply of electricity when electricity of switching power supply exceeds rated electricity|
    US20080123373A1|2006-11-29|2008-05-29|General Electric Company|Current fed power converter system including normally-on switch|
    US7768806B2|2006-12-11|2010-08-03|O2Micro International Limited|Mixed-code DC/AC inverter|
    JP2008193298A|2007-02-02|2008-08-21|Fuji Electric Device Technology Co Ltd|電力増幅システム|
    US7554473B2|2007-05-02|2009-06-30|Cirrus Logic, Inc.|Control system using a nonlinear delta-sigma modulator with nonlinear process modeling|
    US8018748B2|2007-11-14|2011-09-13|General Electric Company|Method and system to convert direct current to alternating current using a photovoltaic inverter|
    US8269372B2|2008-12-23|2012-09-18|Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd.|Photovoltaic and fuel cell hybrid generation system using dual converters and single inverter and method of controlling the same|
    CN101494385A|2009-02-18|2009-07-29|常州瑞闪新能源有限公司|基于lcl滤波的太阳能光伏并网逆变器控制系统|
    US8304929B2|2009-06-18|2012-11-06|Lear Corporation|Inverter with network interface|
    JP2011109233A|2009-11-13|2011-06-02|Mitsubishi Electric Corp|パルス幅変調回路およびエンベロープトラッキング電力増幅器|
    CN101777776A|2010-04-07|2010-07-14|湖南亿能电子科技有限公司|一种基于同步发电机模型的智能型光伏并网逆变器控制方法|
    MX2012012365A|2010-04-26|2013-05-17|Univ Kingston|Rastreo de punto maximo de energia para un generador de energia.|
    CN201919211U|2010-12-02|2011-08-03|唐山宜能电光源有限公司|具备pfc功能的无电解电容的led驱动电源|US8344638B2|2008-07-29|2013-01-01|Point Somee Limited Liability Company|Apparatus, system and method for cascaded power conversion|
    DE102011052096B4|2010-09-04|2019-11-28|Borgwarner Ludwigsburg Gmbh|Verfahren zum Erregen eines HF-Schwingkreises, welcher als Bestandteil einen Zünder zum Zünden eines Brennstoff-Luft-Gemisches in einer Verbrennungskammer hat|
    JP6444980B2|2013-03-29|2018-12-26|フィリップス ライティング ホールディング ビー ヴィ|太陽／風力／水力エネルギーの電力変換|
    CN105264768B|2014-01-02|2018-10-19|华为技术有限公司|包络放大器及基站|
    TWI649540B|2017-10-26|2019-02-01|財團法人工業技術研究院|無電池旋轉編碼器|
    法律状态:
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    US13/198,441|US8971065B2|2011-08-04|2011-08-04|System for providing an alternating current, and control apparatus and method thereof|
    [返回顶部]