[發明專利]用于控制太陽能光伏系統爬坡速率的系統及其方法

有效

• 申請號: 200910172854.7
• 申請日: 2009-08-27
• 公開（公告）號: CN101677222A
• 公開（公告）日: 2010-03-24
• 發明（設計）人: 劉艷;L·J·加爾塞斯;S·波斯
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H02N6/00
• 分類號: H02N6/00;H02J3/38
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 朱海煜;徐予紅

技術領域

本發明通常涉及光伏(PV)發電，并且特別涉及用于控制與單個 或多個PV陣列關聯的單個或多個PV系統/逆變器的功率爬坡速率 (ramp?rate)。

背景技術

光伏電池(photovoltaic?cell)產生具有依賴于太陽能輻射的DC 電流水平和依賴于溫度的DC電壓水平的直流(DC)電力。當想要交 流(AC)電力時，使用逆變器將該DC能量轉換為AC能量。典型的 PV逆變器利用用于功率處理的兩個級，其中有配置用于提供恒定DC 電壓的第一級和配置用于將恒定DC電壓轉換為AC電流的第二級。 通常，該第一級包括升壓轉換器，而第二級包括單相或者三相的逆變 器系統。

單相和三相光伏逆變器通常需要兩級轉換功率電路以將PV陣列 的變化DC電壓轉換為電網的固定頻率恒定振幅AC電壓。傳統PV 逆變器使用DC鏈作為中間能量儲存步驟，其意味著該轉換器首先將 可變PV陣列電壓轉換為恒定DC電壓，并且隨后將該恒定電壓轉換 成為可以注入到該電網中處于線路頻率(line?frequency)和整功率因 數的AC電流。

PV系統/逆變器可以被設計與單個或多個PV電池陣列一起工作。 PV系統/逆變器的功率輸出受到與各個PV電池/陣列關聯的太陽能輻 射狀況極大地影響。公用電業(utility)通常具有其它電力資源，例如 熱電站，以平衡它們的電力負荷，因此適應了在間斷的太陽能輻射狀 況期間PV功率輸出的可變性。熱電站可以包括，例如，燃煤和燃氣 站。由于突然的云層覆蓋或其它引起的PV系統的功率波動通常通過 調整其它熱電站的功率輸出來處理，以提供相對恒定的總功率匹配需 求。然而，足夠快地改變熱電站的功率輸出通常是困難的。功率輸出 的改變還可以被稱作爬坡(ramping)。熱發電設備期望要求一種爬坡 速率，其未強加過度熱應力且適應在加熱和冷卻熱傳遞部件中涉及的 自然滯后時間。作為示例，燃煤電站可以接管12小時以從冷開始， 并且甚至當熱的時候可以花費2至3小時以從它們額定功率的0-100％ 爬坡。如此熱發電設備的下坡可以要求甚至更慢的速率以最小化損壞 電站部件的風險。另一方面，太陽能的狀況可以在相對更短的時間跨 度中急劇地改變。因此，考慮到這樣其它電力資源的最大規定功率爬 坡速率，控制PV系統/逆變器的功率爬坡速率是期望的。

可以將單個或多個PV系統的功率爬坡速率限制在任何高至取決 于當前太陽能狀況的最大功率值的水平。這個通過削減功率輸出的一 部分而獲得，使得該功率爬坡速率未超過最大期望爬坡速率。然而， 這個限制了太陽能的俘獲量并增加了該PV系統的能量有效成本。進 一步地，盡管功率爬坡速率控制通過在單個產生器和風電場的如此技 術已經已經實現到某種程度，但是該問題在光伏系統級別還沒有解 決。

因此，需要一種技術以將處于光伏系統/子系統級別的功率爬坡速 率控制在由輸電系統運營方(transmission?system?operator)規定的限 制內且同時允許由各個PV陣列的最大太陽能俘獲量。

發明內容

簡單地說，根據本發明的一個實施例，太陽能光伏(PV)控制系 統包括：

PV系統功率傳感機構，其被配置以監測由多個PV子系統產生的 瞬時集合輸出功率(collective?output?power)，并且由此在期望時間段 期間產生一序列的瞬時集合輸出功率信號；和

速率控制器，其中配置所述速率控制器以響應于所述一序列的瞬 時集合輸出功率信號而監測由所述多個PV子系統產生的集合功率輸 出的變化速率，并且通過產生基于所監測的由所述多個PV子系統產 生的集合功率輸出的變化速率的功率輸出率(output?rate)控制信號和 對于所述多個PV子系統的期望集合功率變化速率并且傳送所述功率 輸出率控制信號至所述多個PV子系統，來控制由所述多個PV子系 統產生的集合功率輸出的變化速率。

根據本發明的另一個實施例，太陽能光伏(PV)控制系統包括：

多個PV子系統，每個PV子系統包括：

至少一個PV陣列；和

至少一個PV逆變器，其被配置以響應于可用的PV陣列功 率而產生AC功率至公用電網(utility?grid)；和