[发明专利]光伏逆变器系统及其在高开路电压的启动方法

说明书

技术领域

一般来说，本发明涉及太阳能发电领域，更具体来说，涉及允许太阳能电力转换器系统中的高DC源电压的方法和系统。

背景技术

太阳能发电在全球正成为越来越大的能量源。太阳能发电系统通常包括具有多个互连太阳能电池的一个或多个光伏阵列(PV阵列)，其中太阳能电池通过光伏效应将太阳能转换为DC电力。为了将PV阵列的输出与公用电网接口，电力转换器系统用于将PV阵列的DC电流和DC电压输出转变为60/50Hz AC电流波形，它将电力馈送到公用电网。

存在用于将PV阵列(或其它DC电源)的DC输出与AC电网接口的各种电力转换器系统。电力转换器系统的一种实现包括两级，即升压转换器级和逆变器级。升压转换器级控制DC电力从PV阵列到DC母线或DC链路(以下称作“DC链路(DC link)”)的流动。逆变器级将提供给DC链路的电力转换为能够输出到AC电网的适当AC波形。

出现其中需要适应具有高开路电压、如大约1000V_DC或以上的开路电压的PV阵列(或其它DC电源)的许多情况。在这类情况下，希望具有一种电力转换器系统，它工作在小于PV阵列的开路电压的DC链路电压和PV阵列源电压。这主要是因为在电力转换器系统中使用的功率电子装置、如绝缘栅双极晶体管(IGBT)通常选择成适应PV阵列的最大功率电压而不是PV阵列的开路电压。

例如，图1示出在特定温度和辐照度的PV阵列的典型电压-电流曲线10(以下称作“V-I曲线”)。图2示出在特定温度和辐照度的PV阵列的典型功率曲线20。PV阵列的最大功率点在图1和图2的虚线12所示的电流处发生。在虚线12处的PV阵列的电压是PV阵列的最大功率电压。图1的点14表示PV阵列的开路电压(电流为零时的电压)。如图所示，PV阵列的最大功率电压通常小于PV阵列的开路电压。

如果电力转换器系统工作在基本上等于或大于PV阵列的开路电压的PV阵列源电压或DC链路电压，则电力转换器系统会要求更高额定功率的电子装置。更高额定功率的电子装置通常更昂贵，并且具有较高传导损耗，从而导致降低的效率。此外，额定值在高于最大功率电压的电压的功率电子装置的使用引起降低的操作效率。因此，需要具有一种电力转换器系统，它工作在小于PV阵列的开路电压的DC链路电压和PV阵列源电压。

一旦电力转换器系统正运行于稳态条件，逆变器能够调节DC链路电压，使得DC链路电压小于PV阵列开路电压。但是，在启动期间或者在PV阵列第一次与转换器耦合、分离或重新耦合时的其它瞬态条件期间，电力转换器系统可能必须暂时适应PV阵列的开路电压或其它高源电压。瞬态条件可使DC链路电压或PV阵列源电压超过电力转换器系统的过电压跳闸点，从而导致损坏电力转换器系统或者导致PV阵列与电力转换器系统断开。

鉴于以上所述，需要在启动条件期间允许电力转换器系统中的高源电压的使DC链路电压和PV阵列源电压保持为小于PV阵列的开路电压的方法和系统。该方法和系统应当避免因PV面板的高开路电压引起的跨IGBT的高集电极-发射极电压。

发明内容

本公开的一个示范实施例针对一种电力逆变器系统，包括：

DC电源；

DC-AC逆变器，其配置成把来自DC电源的DC电压转换成AC电压；

DC链路，将DC电源与逆变器耦合，DC链路具有DC链路电压；

逆变器预充电器，配置为对逆变器预充电，以便在将电力逆变器系统连接到AC电力网之前实现期望DC链路电压；以及

锁相环，配置成在将电力逆变器系统连接到AC电力网之前使预充电逆变器同步到AC电力网，其中预充电逆变器还配置成将DC链路电压调节到允许在将电力逆变器系统连接到AC电网之后经由逆变器控制AC电网电流的大约最小电压水平，并且进一步地，逆变器还配置成在通过将DC电源连接到电力逆变器系统所引起的第一电压瞬态之后工作在最大功率点跟踪控制模式。

本公开的另一个示范实施例针对一种操作电力逆变器系统的方法，该方法包括：

对DC-AC逆变器预充电，以便实现小于预定DC电压源开路电压的期望DC链路电压；

经由锁相环使所产生逆变器输出电压同步到预定AC电力网电压；

将已同步逆变器连接到AC电力网；

激活DC链路电压控制，并且将DC链路电压调节到允许经由逆变器控制所生成的电网电流的大约最小水平；以及