用于光伏直流（dc）总线控制系统和方法
阅读说明：本技术 用于光伏直流（dc）总线控制系统和方法 (System and method for photovoltaic Direct Current (DC) bus control ) 是由 刘洋 亚历山大·W·奥 顾飞 于 2020-05-04 设计创作，主要内容包括：用于DC电力传输和集中电力逆变的太阳能发电系统及方法。太阳能发电系统包括光伏(PV)总线系统和固定总线系统。所述PV系统利用控制模式切换控制方法,所述控制模式切换控制方法包括确定启用本地最大功率点跟踪(MPPT)控制；响应于确定所述本地MPPT控制被启用,启动MPPT模式定时器；执行本地MPPT；确定MPPT模式定时器是否大于预定周期；以及,响应于确定MPPT模式定时器大于预定周期,将MPPT控制切换到下一个MPPT控制器。分布式MPPT控制方法包括顺序MPPT控制,自适应ΔV MPPT控制和/或功率限制控制。固定总线系统包括PV串级MPPT控制器和固定DC输入中央逆变器或多个固定DC模块化逆变器。(Solar power generation systems and methods for DC power transmission and concentrated power inversion. Solar power generation systems include Photovoltaic (PV) bus systems and fixed bus systems. The PV system utilizes a control mode switching control method that includes determining to enable local Maximum Power Point Tracking (MPPT) control; in response to determining that the local MPPT control is enabled, starting an MPPT mode timer; executing local MPPT; determining whether the MPPT mode timer is greater than a predetermined period; and switching MPPT control to a next MPPT controller in response to determining that the MPPT mode timer is greater than the predetermined period. The distributed MPPT control method includes sequential MPPT control, adaptive Δ V MPPT control and/or power limiting control. The fixed bus system includes a PV string MPPT controller and a fixed DC input central inverter or a plurality of fixed DC modular inverters.)
相关申请的交叉引用：
本申请要求享受于2019年5月3日提交的申请号为62/842,798的美国专利的优先权。
技术领域
本发明涉及到太阳能发电系统技术领域，具体地涉及用于DC电力传输和集中电力逆变的太阳能发电系统及方法。
背景技术
太阳能和风能对于全世界的消费者和企业来说是越来越重要的可再生、无污染的能源。对于太阳能，排列成阵列或串的光伏(PV)面板通常提供将太阳能转换为电能的手段。在运行光伏阵列时，最大功率点跟踪(MPPT)通常用于自动确定光伏阵列应运行的电压或电流，以针对特定温度和太阳辐照度产生最大功率输出。尽管MPPT允许产生最大输出功率，但光伏阵列产生的功率的传输和存储可能效率低下且成本高昂。
发明内容
本发明的技术通常涉及PV总线和固定DC总线电力系统，以及控制PV总线和固定DC总线电力系统的方法。除其他优点外，本发明的技术在DC/DC控制器的子集发生故障或无法执行MPPT功能的情况下提供DC/DC控制器的网络之间的冗余。
总体方面本，发明提供一种用于控制PV总线电力系统的方法，该方法包括在当前的DC/DC控制器处确定启用本地最大功率点跟踪(MPPT)控制；响应于确定本地MPPT控制被启用，启动MPPT模式定时器；执行MPPT；确定MPPT 模式定时器大于预定周期；以及，响应于确定MPPT模式定时器大于预定周期，将MPPT控制模式切换到下一DC/DC控制器。其他方面，包括记录在一个或多个计算机存储设备上的相应计算机系统、装置和计算机程序，每个计算机存储设备被配置为执行所述方法的动作。
实现上述功能可以包括以下特征中的一个或多个。该方法可包括确定不启用本地MPPT控制；以及响应于确定本地MPPT控制未被启用，将上一个占空比保持在当前MPPT控制器的最后一个已知MPPT设定点。该方法可包括测量本地电压和电流；以及根据所测量的本地功率扰动确定最大功率点电压搜索方向ΔV。该方法可包括确定启用功率限制；以及响应于确定功率限制被启用，基于测量的本地电压和电流确定输出功率，并且确定输出功率大于功率阈值；以及响应于确定输出功率大于功率阈值，在负ΔV的方向上执行MPPT。该方法可包括确定输出功率不大于功率阈值；以及，响应于确定输出功率不大于功率阈值，在正ΔV的方向上执行MPPT，在此也称为反向MPPT。
该方法可包括确定未启用功率限制；以及，响应于确定功率限制未被启用，执行MPPT。该方法可包括确定MPPT模式定时器不大于预定周期；响应于确定 MPPT模式定时器不大于预定周期，进一步确定启用MPPT控制；以及，响应于进一步确定MPPT控制被启用，启动MPPT模式定时器。该方法可包括确定MPPT 模式定时器不大于预定周期；响应于确定MPPT模式定时器不大于预定周期，进一步确定不启用MPPT控制；以及，响应于进一步确定MPPT控制未被启用，进一步将先前的占空比保持在当前MPPT控制器的最后一个已知MPPT设定点。
该方法可包括响应于确定MPPT模式定时器大于预定周期，在将MPPT控制模式切换到下一个MPPT控制器之前，允许分布式能源的电压扰动。该方法可包括缩放电压扰动的幅度。该方法可以包括基于本地设备度量来缩放电压扰动的幅度。本地设备度量可以是输出功率或电池充电状态。所描述的技术的实现可以包括硬件、方法或过程，或者计算机可访问介质上的计算机软件。
另一个通用方面的特征在于一种PV总线系统。PV总线系统包括中央逆变器单元、耦合到中央逆变器单元的PV总线、通过PV总线分别耦合到中央逆变器单元的PV串、分别耦合到PV总线的电池以及分别耦合在电池和PV总线之间的 DC/DC控制器。每个DC/DC控制器包括处理器和存储器。存储器上存储有指令，当处理器执行这些指令时，使DC/DC控制器确定启用最大功率点跟踪(MPPT) 控制；响应于确定本地MPPT控制被启用，启动MPPT模式定时器；执行MPPT；确定MPPT模式定时器大于预定周期；以及响应于确定MPPT模式定时器大于预定周期，将MPPT控制模式切换到下一DC/DC控制器。
PV总线系统的实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。每个DC/DC控制器可以包括MPPT控制器和DC/DC转换器。每个DC/DC控制器可包括比例积分微分(PID)控制级和耦合到PID控制级的下降级。每个光伏串可包括至少一个光伏面板。指令在由处理器执行时还可以使DC/DC控制器确定MPPT控制未启用；并且，响应于确定MPPT控制未被启用，将先前的占空比保持在当前MPPT 控制器的最后一个已知MPPT设置点。指令在由处理器执行时还可以使DC/DC 控制器测量本地电压和电流；根据测得的本地电压确定MPPTΔV；确定已启用功率限制；以及，响应于确定功率限制被启用，基于测得的本地电压和电流确定输出功率；以及确定输出功率大于功率阈值；并且，响应于确定输出功率大于功率阈值，执行MPPT。该指令在由处理器执行时还可以使DC/DC控制器确定输出功率不大于功率阈值；并且，响应于确定输出功率不大于功率阈值，执行反向 MPPT。
另一个通用方面的特征在于固定DC总线系统。固定DC总线系统包括模块化逆变器；耦合至模块化逆变器的固定DC总线；通过固定DC总线耦合至模块化逆变器的光伏串；连接至固定DC总线的电池；以及耦合在电池和固定DC总线之间的DC/DC控制器。每个PV串包括一个MPPT控制器。MPPT控制器包括PID控制级和具有下降增益的下降级。
固定DC总线系统的实现可以包括以下特征中的一个或多个。PID控制级可以包括第一电压增益块和耦合到第一电压增益块的输出的第一比例积分(PI)控制器。下降级可以包括下降增益块，其被配置为向输入电压施加下降增益以获得下降增益电压；以及第一减法块，其耦合到下降增益块的输出并且从第一PI控制器的输出减去下降增益电压以获得经调整的PI控制器输出。下降级可以包括加法块，该加法块耦合到第一减法块的输出并且将调整后的PI控制器输出与参考功率相加以获得进一步调整的PI控制器输出。下降级可以包括耦合到加法块并且从进一步调整的PI控制器输出中减去输入电压的第二减法块。下降级可以包括耦合到第二减法块的输出的第二电压增益块，以及耦合到第二电压增益块的输出的第二 PI控制器。
在附图和以下描述中阐述了本发明的一个或多个方面的细节。本发明中描述的技术的其他特征、目的和优点将从描述和附图以及从权利要求中显而易见。
附图说明
本发明的各个方面在下文中参考附图进行了描述，这些附图并入并构成本说明书的一部分，其中：
图1是说明光伏总线系统的示意图；
图2是说明光伏总线系统MPPT控制模式切换的流程图；
图3是根据本发明披露的一个方面的固定直流总线系统架构的示意图；
图4是说明PV总线模型的示意图；
图5是说明固定直流总线模型的示意图；
图6是说明太阳变异光谱的图形图，其可用于确定MPPT控制在MPPT单元网络的两个MPPT单元之间切换的速度；
图7是说明PV总线MPPT性能的图解；
图8是说明PV总线MPPT和功率输出限制性能的图解；
图9是说明固定直流总线MPPT和压降功率共享性能的图解；
图10是说明具有MPPT性能的固定直流总线功率输出限制的图解图；
图11是说明混合功率限制下降控制器的示意图；
图12是根据本发明的DC/DC控制器的示例的示意图；
图13是根据本发明另一方面的固定DC总线系统架构的示意图。
具体实施方式
本发明提供的固定DC总线系统架构(例如，图3所示的固定直流DC系统 300)包括一个固定DC总线，用作光伏(PV)发电和存储设备(例如光伏阵列、电池、控制器、驱动器、交流(AC)系统等)的标准电源互连。在一些方面，常见的固定总线系统可解决与光伏和电池总线系统相关的一些问题，并加速部署并提高整个光伏/储能系统的成本节约。
为了将光伏阵列连接到固定DC总线，需要在串级、子串级或模块级使用分布式最大功率点跟踪(MPPT)控制器，以最大限度地提高光伏发电量。分布式 MPPT控制器增加的成本可通过节省布线成本和提高总能量产量来充分抵消。
中央逆变器PV总线系统(例如，图1中所示的PV总线系统100)，其中，中央逆变器可以驱动连接到中央逆变器的所有PV串的MPPT电压，可以反映固定DC中固有的特征总线系统，包括同步MPPT跟踪、功率共享和功率限制，同时使用可变电压直流总线。本发明提出了在固定DC总线系统和PV 总线系统之间提供这样的特征和性能比较的控制技术。
光伏总线中央逆变器电源系统
参照图1，公用事业规模的太阳能项目包括许多光伏板102a-102n连接到并网中央逆变器单元110，该单元配备集成最大功率点跟踪(MPPT)功能。通常，多个太阳能组件(例如30个太阳能组件)串联形成光伏串，光伏串(例如10-24 个光伏串)并联在汇流箱(未显示)上。然后将汇流箱连接到中央逆变器单元 110。本发明的光伏总线系统100包括光伏板组102a-102n、储能装置104a-104n 和具有并网或孤岛能力的中央逆变器单元110。
光伏板组102a-102n分别连接至公共固定直流总线108a-108n。与固定直流总线结构不同，光伏总线系统中可能不使用连接到光伏板组102a-102n的分布式 MPPT控制器。相反，MPPT在中央逆变器单元110或分布式DC/DC控制器 106a-106n内实现，其中每个控制器包括DC/DC转换器。
储能装置104a-104n(可以是钒流电池或锂离子电池)分别通过电池控制器 106a-106n连接到公共固定直流总线108a-108n。具有并网或孤岛能力的中央逆变器单元110将直流电转换为交流电。中央逆变器单元110包括实现MPPT功能的 DC/DC控制器116。DC/DC控制器116可以包括升压或降压DC/DC转换器。中央逆变器单元110还包括连接到DC/DC控制器116的输出的逆变器118。或者， DC/DC控制器116和逆变器118可以混合成单个单元。
光伏总线控制方法
由于当具有MPPT功能的多个DC/DC控制器同时尝试跟踪来自公共PV 总线的最大功率点时会出现性能和稳定性问题，因此很难在总线级别将能量存储系统集成到这些系统中。在某些情况下，具有MPPT功能的DC/DC控制器依赖于电压扰动方法，如扰动和观测以及增量电导MPPT方法，可能会根据具有 MPPT功能的相邻DC/DC控制器的电压扰动无意中跟踪最大功率点，导致性能不佳和/或系统不稳定。为了解决这一问题，可将在低带宽或无带宽通信下操作的几种新型分布式多代理最大功率跟踪方法用于PV总线系统100。
控制模式切换
控制模式切换是一种分布式MPPT方法，其将DC/DC控制器106a-106n 中的一个指定为具有专用MPPT控制权限的PV总线代理。在预先指定的持续时间(例如5-15秒)或满足某些操作条件(例如与电池或电池组104a-104n 相关的DC/DC控制器106a-106n的最低充电状态)后，MPPT控制权限将“切换”给具有MPPT功能的相邻DC/DC控制器。当前未在MPPT模式下运行的 DC/DC控制器以固定占空比运行。占空比可以在每个DC/DC控制器的 106a-106n最后已知的MPPT设定点上设置。
图2是说明用于控制模式切换的方法200示例的流程图。
在框201，PV总线系统启动。在框202，方法200包括在当前DC/DC控制器处确定是否启用MPPT控制。如果启用MPPT控制，则在框204处启动MPPT 模式定时器，其也可被称为MPPT模式切换定时器或MPPT模式转换定时器。然后，在框206处，测量本地电压和电流，例如，测量PV串输出端的电压和电流，并且根据测得的本地功率扰动计算最大功率点电压搜索方向ΔV。
在框208，方法200包括确定是否启用功率限制。如果功率限制被启用，则该方法包括在框210处确定输出功率是否大于功率限制。框210可包括基于测量的本地电压和电流来确定输出功率。如果输出功率大于功率限制，则在框212 沿负ΔV的方向执行MPPT。如果输出功率不大于功率限制，则在框214，在正ΔV(这里也称为反向MPPT)的方向上执行MPPT。如果在框208确定不启用功率限制，则在框212执行MPPT。
在框212处执行MPPT或在框214处执行反向MPPT之后，方法200包括确定MPPT模式定时器是否大于时间限制。如果确定MPPT模式定时器大于时间限制，则在框218处将MPPT控制模式切换到下一单元。如果在框216处MPPT 模式定时器不大于时间限制，则方法200返回框202，以确定是否启用MPPT控制。如果未启用MPPT控制，则保持当前设备上最后一个已知MPPT设定点的先前占空比。然后，方法200重复框216，确定MPPT模式定时器是否大于时间限制。
顺序MPPT控制
顺序MPPT控制是对控制模式切换的一种修改，其中每个分布式能源 (DER)单元在将MPPT控制权限传递给下一个DC/DC控制器之前被允许一次电压扰动。
自适应ΔV MPPT控制
自适应ΔV MPPT控制通过根据本地设备指标(例如当前设备功率输出或电池充电状态)调整电压或功率扰动的幅度来运行。在这种模式下，DC/DC控制器之间可能不需要通信。
功率限制控制
在使用控制模式切换和自适应ΔV技术的同时，可通过对基本MPPT方法进行少量修改来实现功率输出缩减。此修改涉及在输出功率超过设定限值时，在电压扰动步骤期间反转MPPT控制器占空比调整的方向。应用于扰动、观测和增量电导方法的功率限制控制是类似的。
固定直流总线电源系统
固定DC总线电源系统300利用单个固定DC总线308在所有连接的设备之间传输电力。MPPT和电压匹配可由串级MPPT控制器103a-103n和具有MPPT功能的中央逆变器310提供。可以消除到中央逆变器310的多条布线。
固定DC总线电源系统300包括多组PV面板102a-102n、储能装置 104a-104n、DC/DC控制器306a-306n，其包括DC/DC转换器，以及具有并网和/或孤岛能力的中央逆变器单元310。PV板组102a-102n经由分布式MPPT控制器103a-103n耦合到公共固定DC总线308。每个MPPT控制器103a-103n耦合在相应的PV面板102a-102n和公共固定DC总线308之间。储能装置 104a-104n(可以是钒流或锂离子电池)分别通过双向DC/DC电池控制器 106a-106n连接到公共固定的DC总线308。具有并网和/或孤岛能力的中央逆变器单元310将直流电转换为交流电并且能够以固定的直流输入运行。
固定直流总线控制方法
在所有设备上提供通用电压标准简化了固定DC总线电源系统300的控制设计。通过分别在电压/功率下降模式、电流限制模式和电流跟踪模式下操作单个设备(例如，MPPT控制器103a-103n)，可以实现功率共享、功率输出限制和电池充电/放电。通过利用功率/电压下降控制方法将电压跟踪限制到每个固定 DC总线系统的单个设备来确保DC总线电压稳定性。电压调节可分配给中央逆变器315，用于在有限电池充电/放电的情况下输出最大公用电功率，或分配给在最大电池充电的情况下输出受限电网功率的电池系统。电压调节分配可通过与 PV总线控制模式切换中使用的相同的低带宽通信路径来实现。表1说明了PV总线和固定直流总线电源系统在各种系统运行模式下的光伏MPPT、逆变器和电池控制模式。
表1.PV总线和固定直流总线设备控制模式示例
1.控制切换已启用；2.电压/功率下降使能。
模拟
上述控制方法可以实施并应用于3:2:1和1.6:0.6:1(PV:Battery:AC)PV总线和固定DC总线电源系统模型。图4和图5分别显示了PV总线和固定DC总线系统的模型示例。在这些模型中，太阳能数据402由低通滤波器404过滤，并且随机噪声406经由加法块408被添加到过滤后的太阳能数据中。处理后的太阳能数据，例如，应用于PV面板的辐照度，经由饱和限制块410应用于PV阵列模型415的输入。温度也经由温度模型块412应用于PV阵列模型415的输入。
在图4的PV总线系统模型中，测量块432测量来自PV阵列模型415的电压输出。参照图5的固定DC总线系统模型中，测量块432测量从MPPT控制器525输出的电压，其耦合到PV阵列模型415的输出。测量块434测量电池422 的电压，测量块436测量汇流箱位置处的电压，并且测量块438测量逆变器424 处的电压。PV总线系统模型还包括耦合到PV阵列模型415的测量输出的显示块418。显示块418可以显示与PV阵列模型415相关的一个或多个测量值，例如电压和电流。
结果
下面给出了比较光伏总线电源系统和固定直流总线系统的仿真结果。可以利用上述PV总线控制方法来提供功能上类似于固定DC总线电源系统中固有的PV 总线电源系统的PV总线电源系统。
MPPT跟踪时间。
当应用于典型的日照分布时，集中式和分布式MPPT的时间跟踪设置可能不会对性能产生重大影响。下表2所示的各种MPPT方法的调查表明，当前MPPT 方法的跟踪时间可能足以解释典型的日照时间变化。与图6中所示的太阳变化频率相比，当前MPPT跟踪速度足以跟踪大部分时间日照变化，并且在所有模拟中都使了时间加速的直接正常辐照度(DNI)剖面。
表2.各种MPPT方法的跟踪时间比较示例。
示例跟踪方法 示例跟踪时间(秒) 微分粒子群优化算法 0.5 占空比 1.96 调节占空比 1.2 传统的扰动观察法 0.2 无漂移的扰动观察法 0.15 混合蚁群算法/P&O 2.41 粒子群算法 12.41 蚁群算法 9.47
PV总线控制模式切换性能
利用控制模式切换实现的PV总线MPPT跟踪和功率输出限制性能可以通过模拟具有PV+电池PV总线系统的加速时间日照分布来评估。还可以模拟具有真实MPPT的数字双PV观测器模型，以提供性能基线。具有MPPT的控制模式切换的结果如图7所示。如图7所示，逆变器功率702和电池功率704 从约1000W增加到约5000W，然后再减少到约1000W。总功率曲线706跟踪 MPPT功率曲线708。在这个模拟中，功率共享是非强制的，并且由电池和中央逆变器与PV总线之间的线路阻抗的比率自动确定，但是可以通过使用例如图12 的控制器引入功率电压降偏置来改变，该控制器包括下降级。从光伏板中提取的总能量与基线性能相匹配。
使用具有MPPT和3000W逆变器功率输出限制的控制模式切换结果如图8所示。如图8所示，电池功率704从约1000w增加到超过6000w，然后降低到功率输出限制801；逆变器功率702从约1000w增加到功率输出限制801，然后降低到0w；并且总功率曲线706跟踪MPPT功率曲线708。在这种情况下，有源PV总线设备在非强制功率共享模式下运行，该模式是在静态占空比模式下运行的系统，并可对应于图2的状态220，类似于图7中的场景。当达到功率输出限制时，例如，图8所示的功率输出限制801，中央逆变器切换到反向MPPT 控制以保持固定功率输出，并且电池吸收多余的PV功率。控制模式切换可自动调整功率分配比，以提取最大光伏能量，同时限制中央逆变器功率输出。
在这两种情况下，总体系统MPPT与基线性能相当，电源输出跟踪性能与预期一致。显示了轻微的跟踪过冲/下冲，但这归因于激进的模拟时间加速因子和较大的ΔV。通过实时条件和较小的电压扰动步长有望提高性能。
固定DC总线性能
固定DC总线MPPT功率共享和带逆变器功率输出限制的MPPT功率共享结果如图9和10所示。在与图9所示结果相关的非出口限制情况下，建立了2:1 的逆变器与电池下降比，以证明受控功率共享。如图9中所示，电池功率704 从约700w增加到超过3000w，然后减小到约700w；逆变器功率702从约1300W 增加到超过6000W，然后再减少到约1300W；且总功率曲线706跟踪MPPT功率曲线708。
在与图10所示结果相关的功率限制情况下，施加3000W功率输出限制。如图10所示，电池功率704从0瓦增加到6000瓦以上，然后再降低到0瓦；逆变器功率702主要跟踪3000W功率输出限制；且总功率曲线706跟踪MPPT功率曲线708。混合功率下降/功率限制控制器允许下降控制和功率限制之间的无缝和自动转换，可应用于任何总线连接组件中。在一些方面中，混合功率下降/功率限制控制器可并入本发明的中央逆变器单元、逆变器、MPPT控制器和/或 DC/DC控制器中。图11中示出了混合功率下降/功率限制控制器1100的示例。混合功率下降/功率限制控制器1100包括比例积分(PI)控制级1110和下降级 1120。或者，PI控制级1110可替换为比例积分微分(PID)控制级。或者，PID 控制级的微分增益可设置为零。
混合功率下降/功率限制控制器1100包括施加于乘法块1111的电压输入端子1102和电流输入端子1104，乘法块1111确定将施加在电压输入端子1102的电压值和施加在电流输入端子1104的电流值的相乘，并输出所得的功率值。然后使用减法块1113从偏置块1112输出的偏置值中减去所述功率值。减法块1113 的输出被施加到电压增益块1114。电压增益块1114的输出被应用于数字比例积分(PI)块1116。电压输入1102还应用于下降增益块1121。
然后通过减法块1122将从数字比例积分块1116的输出中减去来自下降增益块1121的输出。再通过加法块1123将来自减法块1122的输出和从偏移块1119 输出的偏移值(例如1500)相加。然后，通过减法块1124将从加法块1123的输出中减去电压输入1102，减法块1124的输出施加于电压增益块1126。然后将来自电压增益块1126的输出施加到数字PI块1128，其将PI控制施加到来自电压增益块1126的输出。数字PI块1128的输出随后经由输出端子1130提供给DC/DC 转换器。
系统级功率输出限制可在电池处于空闲状态时实施，直到达到逆变器输出限制，此时混合控制器自动将DC/DC控制器转换为电压调节模式，从而吸收多余的可用PV功率。
系统效率
导体和转换器损耗在PV总线和固定DC总线系统的具有变化的单个每日日照曲线的逆变器中:电池功率容量比被评估(设置为逆变器和电池容量的组合)。表3中列出了装置和导体电阻值的示例。省略了开关和其他相关DC/DC 转换器损耗。
图12示出DC/DC控制器1200的示例，其可实现图1的DC/DC控制器 106a-106n中的每一个。此外，DC/DC控制器1200或DC/DC控制器1200的修改版本可以实现中央逆变器单元110、图3的MPPT控制器103a-103n或图3的中央逆变器315。DC/DC控制器1200包括无线天线1205和通信接口1217，通信接口1217被配置为与电力系统的其他设备(例如，PV总线系统中的其他 DC/DC控制器)通信。DC/DC控制器1200还包括微控制器1210和功率转换器 1220。微控制器1210包括处理器1211，例如，中央处理单元(CPU)、耦合到处理器1211的随机存取存储器(RAM)1212、耦合到处理器1211的程序存储器1213、耦合到处理器1211的数据接口1215、耦合到处理器1211和功率转换器1220的驱动电路1216，以及耦合到处理器1211的通信接口1217。
数据接口1215可耦合至传感器以接收关于电力系统方面的测量数据。例如，数据接口1215可以耦合到电池燃料表，电池燃料表可以测量和/或确定电压、电流、充电状态或与DC/DC控制器1200连接到的电池或电池组的状态相关的其他信息。程序存储器可存储MPPT控制方法1214的指令，该指令可被加载到RAM 1212中并由处理器1211执行。在其它方面中，驱动电路1216被并入功率转换器1220中，或驻留在与微控制器1210和功率转换器1220分离的DC/DC控制器 1200中。
表3.示例转换器和导体电阻值
示例设备/导体 示例平均DC电阻 DC总线–1500V 逆变器 0.005Ω DC总线MPPT转换器 0.005Ω 总PV系列电阻 0.485Ω 电池DC/DC转换器 0.005Ω 电池转DC总线线段 0.00025Ω 光伏转DC总线线段 0.00025Ω 总DC总线线段 0.00525Ω PV总线(1200–2000V) 逆变器 0.005Ω 总PV系列电阻 0.97Ω 电池DC/DC转换器 0.005Ω 电池转PV总线线段 0.00025Ω PV转PV总线线段 0.00025Ω 总PV总线线段 0.00525Ω
功率转换器1220可包括DC/DC转换器，例如DC/DC降压转换器，其降低从PV串接收的DC电压，并将较低的DC电压输出到固定的DC总线上。在图 1的混合中央逆变器单元110或图3的中央逆变器315的情况下，功率转换器1220 可包括DC/AC逆变器，其将DC总线上的DC电压转换为适于馈送电网的AC 电压。DC/AC转换器可将直流总线处的DC电压转换为具有适当频率和电压幅度的交流电压，以馈送电网。功率转换器1220可由微控制器1210经由驱动电路 1216控制，以提供AC功率调节和最大功率提取。如本文所用，“交流功率调节”指根据有功功率或有功功率指令信号调节功率转换器的有功功率或无功功率输出，“最大功率提取”指动态地将太阳能电源的工作点移动到功率曲线上的最高点 (可能因环境变化而变化，如辐射和温度变化)以获得光伏板的最大功率输出。
在混合式中央逆变器单元110或中央逆变器315的情况下，微控制器1210 被配置为向功率转换器1220发送控制信号，以根据各种命令信号和反馈信号调节来自PV串的PV功率输出。在混合式中央逆变器单元110或中央逆变器315 的情况下，微控制器1210被配置为向功率转换器1220发送控制信号，以根据各种命令信号和反馈信号调节来自功率转换器1220的有功功率或无功功率输出。功率转换器1220可以包括任何类型的转换器拓扑，例如半桥转换器，全桥转换器或推拉转换器。在混合中央逆变器单元110或中央逆变器315的情况下，功率转换器1220可能包括任何类型的DC到AC变频器拓扑，如两级转换器或三级转换器。电源转换器1220可能包括半导体开关设备(未显示)，包括但不限于集成栅极换向晶闸管(IGCT)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)。
图13描绘了根据本发明另一方面的固定DC总线系统架构1300的示例。固定DC总线系统架构1300包括至少一个PV板或PV串1302、流量电池1312和锂离子电池1322，分别经由DC/DC控制器1304、1314、1324电耦合到固定DC 总线1301。每个DC/DC控制器1304、1314、1324包括MPPT功能。固定DC 总线系统架构1300还包括耦合到固定DC总线1301的两个或两个以上的逆变器 1332a-1332n。逆变器1332a-1332n可配置为模块化逆变器，其可选择性地添加到固定DC总线系统架构1300或从固定DC总线系统架构1300中移除，以便可根据需要扩展或收缩固定DC总线系统架构1300。
应当理解，本文公开的各个方面可以以不同于说明书和附图中具体呈现的组合的组合进行组合。还应当理解，根据示例，本文描述的任何过程或方法的某些动作或事件可以以不同的顺序执行，可以被添加、合并或完全省略(例如，所有描述的动作或事件对于执行技术可能不是必需的)。此外，虽然为了清楚起见，本发明的某些方面被描述为由单个模块或单元执行，但应当理解，本发明的技术可以由与例如光伏板、光伏串或电池相关联的单元或模块的组合执行。
在一个或多个示例中，所描述的技术可以以硬件、软件、固件或其任何组合来实现。如果以软件实现，则这些功能可以作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上并由基于硬件的处理单元执行。计算机可读介质可以包括非暂时性计算机可读介质，其对应于诸如数据存储介质(例如，RAM、只读存储器 (ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存)之类的有形介质存储器，或可用于以指令或数据结构的形式存储所需程序代码且可由计算机访问的任何其他介质)。
指令可由一个或多个处理器执行，例如一个或多个数字信号处理器(DSP)、通用微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)或其他等效的集成或离散逻辑电路。因此，本文使用的术语“处理器”可以指任何前述结构或任何其他适合于实施所描述的技术的物理结构。此外，这些技术可以在一个或多个电路或逻辑元件中完全实现。
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