[发明专利]太阳能逆变器和控制方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及电能变换，并且更具体来说涉及光电模块到电力网或负载的有效率的连接。 

背景技术

随着常规能源的持续上升的成本和稀缺以及对于环境的关注，如太阳能和风力的备选能源中存在大量关注。太阳能发电使用光电(PV)模块以从太阳发电。在此类系统中，将多个PV电池彼此电连接。通过一个或多个功率电子变换器将PV模块发的电传送到电力网。 

功率电子变换器的功率损耗是光电系统的单元尺寸设计中的重要问题，因为此类损耗对输送到负载的总能量有影响。功率损耗主要在变换器中出现，因为例如绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)、金属氧化物场效应管(MOSFET)和二极管的开关装置中存在损耗，这些装置一般用在例如滤波器电感器的无源组件或变换器中。这些开关装置一般有三种主要类型的损耗：传导损耗、开关损耗和栅极驱动损耗。二极管中不存在栅极驱动损耗，但是传导损耗和开关损耗是二极管损耗中的非常大的部分。快速开关二极管中的损耗通常高于慢速开关二极管。开关损耗对应于开关装置的状态改变期间(接通和断开期间)发生的损耗。传导损耗对应于开关装置的传导(当装置正在传输电流时)期间开关装置中出现的损耗。栅极驱动损耗是指对开关装置的栅极-源极和栅极-漏极电容充电和放电所要求的能量，并且其受开关频率、漏极-源极电容和所跨电压影响。滤波器电感器损耗通常由铜和铁损耗来构成。功率变换器中的铜损耗通常因趋肤和邻近效应而增加。因此，期望确定将解决前面问题的方法和系统。 

发明内容

根据本发明的一示范实施例，提供一种发电系统。该系统包括用于生成直流(DC)功率的光电模块和确定用于发电系统的最大功率点的控制器。该系统还包括用于从控制器接收控制信号以将来自PV模块的功率升压到将正弦电流注入到电网中所要求的阈值电压的升压变换器和将功率从PV模块供应到电力网的DC到交流(AC)多电平逆变器。该系统中还提供旁路电路以在DC到AC多电平逆变器的输入电压高于或等于阈值电压时旁路升压变换器。 

根据本发明的另一个示范实施例，提供一种用于从包括PV模块的发电系统输送太阳能的方法。该方法包括为发电系统确定用于生成正弦电流的阈值电压，并确定在最大功率产生的PV模块的输出电压是否高于阈值电压。该方法还包括在PV模块的输出电压小于阈值电压时将来自PV模块的功率升压以达到阈值电压电平，并将所升压的功率变换成AC功率。该方法还包括在PV模块的输出电压高于阈值电压时旁路升压并直接将来自PV模块的功率变换成AC功率。 

根据本发明的又一个示范实施例，提供一种用于控制发电系统的方法。该方法包括在PV模块的输出电压小于用于为发电系统生成正弦电流的阈值电压时使用升压变换器来控制直流(DC)链路的中心点的稳定性。该方法还包括在PV模块的输出电压高于阈值电压时使用DC到AC多电平变换器来控制中心点的稳定性。 

附图说明

当参考附图来阅读下文的详细描述时，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解，附图中相似的符号表示遍布这些图的相似的部件，其中： 

图1是常规太阳能发电系统的示意图表示； 

图2是根据本发明的一实施例的太阳能发电系统的示意图表示； 

图3是根据本发明的一实施例的两个电感器升压变换器连同分开的DC链路(split DC link)的示意图表示； 

图4是根据本发明的一实施例的另一个两个电感器升压变换器和分开的DC链路的示意图表示；以及 

图5是根据本发明的一实施例的二极管钳位的多电平逆变器的一个分支(leg)及其输出波形的示意图表示。 

具体实施方式

正如下文详细论述的，本发明的实施例用于提供用于从太阳能发电系统到负载或电力网的有效功率传输的系统和方法。 

图1示出常规太阳能发电系统10。该发电系统包括PV模块12。PV模块通过DC/DC变换器16、DC链路18和电网侧三相DC/AC变换器20连接到电力网14。DC/AC变换器20保持DC链路18处的恒定DC电压，并因此从DC链路18到电力网14的能量流被管理。DC/DC变换器16由控制器22控制，而电网侧变换器20由电网侧控制器24来控制。系统控制器26为DC/DC变换器22和电网侧变换器20生成参考DC电压命令、参考输出电压幅度命令以及参考频率命令。在其他系统中，可以采用多个单相变换器来替换电网侧三相变换器和/或对于图1中所示的多个控制功能可以使用单个控制器。