[發明專利]太陽能逆變器和控制方法

有效

• 申請號: 201010196647.8
• 申請日: 2010-05-28
• 公開（公告）號: CN101902145A
• 公開（公告）日: 2010-12-01
• 發明（設計）人: K·A·奧布賴恩;R·泰希曼
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 柯廣華;徐予紅

技術領域

本發明主要涉及電能變換，并且更具體來說涉及光電模塊到電力網或負載的有效率的連接。?

背景技術

隨著常規能源的持續上升的成本和稀缺以及對于環境的關注，如太陽能和風力的備選能源中存在大量關注。太陽能發電使用光電(PV)模塊以從太陽發電。在此類系統中，將多個PV電池彼此電連接。通過一個或多個功率電子變換器將PV模塊發的電傳送到電力網。?

功率電子變換器的功率損耗是光電系統的單元尺寸設計中的重要問題，因為此類損耗對輸送到負載的總能量有影響。功率損耗主要在變換器中出現，因為例如絕緣柵極雙極型晶體管(IGBT)、金屬氧化物場效應管(MOSFET)和二極管的開關裝置中存在損耗，這些裝置一般用在例如濾波器電感器的無源組件或變換器中。這些開關裝置一般有三種主要類型的損耗：傳導損耗、開關損耗和柵極驅動損耗。二極管中不存在柵極驅動損耗，但是傳導損耗和開關損耗是二極管損耗中的非常大的部分。快速開關二極管中的損耗通常高于慢速開關二極管。開關損耗對應于開關裝置的狀態改變期間(接通和斷開期間)發生的損耗。傳導損耗對應于開關裝置的傳導(當裝置正在傳輸電流時)期間開關裝置中出現的損耗。柵極驅動損耗是指對開關裝置的柵極-源極和柵極-漏極電容充電和放電所要求的能量，并且其受開關頻率、漏極-源極電容和所跨電壓影響。濾波器電感器損耗通常由銅和鐵損耗來構成。功率變換器中的銅損耗通常因趨膚和鄰近效應而增加。因此，期望確定將解決前面問題的方法和系統。?

發明內容

根據本發明的一示范實施例，提供一種發電系統。該系統包括用于生成直流(DC)功率的光電模塊和確定用于發電系統的最大功率點的控制器。該系統還包括用于從控制器接收控制信號以將來自PV模塊的功率升壓到將正弦電流注入到電網中所要求的閾值電壓的升壓變換器和將功率從PV模塊供應到電力網的DC到交流(AC)多電平逆變器。該系統中還提供旁路電路以在DC到AC多電平逆變器的輸入電壓高于或等于閾值電壓時旁路升壓變換器。?

根據本發明的另一個示范實施例，提供一種用于從包括PV模塊的發電系統輸送太陽能的方法。該方法包括為發電系統確定用于生成正弦電流的閾值電壓，并確定在最大功率產生的PV模塊的輸出電壓是否高于閾值電壓。該方法還包括在PV模塊的輸出電壓小于閾值電壓時將來自PV模塊的功率升壓以達到閾值電壓電平，并將所升壓的功率變換成AC功率。該方法還包括在PV模塊的輸出電壓高于閾值電壓時旁路升壓并直接將來自PV模塊的功率變換成AC功率。?

根據本發明的又一個示范實施例，提供一種用于控制發電系統的方法。該方法包括在PV模塊的輸出電壓小于用于為發電系統生成正弦電流的閾值電壓時使用升壓變換器來控制直流(DC)鏈路的中心點的穩定性。該方法還包括在PV模塊的輸出電壓高于閾值電壓時使用DC到AC多電平變換器來控制中心點的穩定性。?

附圖說明

當參考附圖來閱讀下文的詳細描述時，本發明的這些和其他特征、方面和優點將變得更好理解，附圖中相似的符號表示遍布這些圖的相似的部件，其中：?

圖1是常規太陽能發電系統的示意圖表示；?

圖2是根據本發明的一實施例的太陽能發電系統的示意圖表示；?

圖3是根據本發明的一實施例的兩個電感器升壓變換器連同分開的DC鏈路(split?DC?link)的示意圖表示；?

圖4是根據本發明的一實施例的另一個兩個電感器升壓變換器和分開的DC鏈路的示意圖表示；以及?

圖5是根據本發明的一實施例的二極管鉗位的多電平逆變器的一個分支(leg)及其輸出波形的示意圖表示。?

具體實施方式

正如下文詳細論述的，本發明的實施例用于提供用于從太陽能發電系統到負載或電力網的有效功率傳輸的系統和方法。?

圖1示出常規太陽能發電系統10。該發電系統包括PV模塊12。PV模塊通過DC/DC變換器16、DC鏈路18和電網側三相DC/AC變換器20連接到電力網14。DC/AC變換器20保持DC鏈路18處的恒定DC電壓，并因此從DC鏈路18到電力網14的能量流被管理。DC/DC變換器16由控制器22控制，而電網側變換器20由電網側控制器24來控制。系統控制器26為DC/DC變換器22和電網側變換器20生成參考DC電壓命令、參考輸出電壓幅度命令以及參考頻率命令。在其他系統中，可以采用多個單相變換器來替換電網側三相變換器和/或對于圖1中所示的多個控制功能可以使用單個控制器。?