Dc-ac轉(zhuǎn)換方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文公開的發(fā)明涉及用于光伏板的DC/AC轉(zhuǎn)換器。更確切地說，其涉及控制被布置為接收來自光伏板的輸入直流電流和電壓以及傳遞輸出交流電流和電壓的DC/AC轉(zhuǎn)換器的方法。
[0002]背景
[0003]光伏(PV)元件，諸如太陽能板等，能夠?qū)⑻柲苻D(zhuǎn)換為直流電流(DC)是已知的。太陽能可通過組串型逆變器被饋入電力AC電網(wǎng)，其中，串聯(lián)的板被直接連接至組串型逆變器的輸入端。DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器在組串型逆變器的輸入級被使用以將電壓調(diào)節(jié)至下一個DC/AC轉(zhuǎn)換器級所期望的水平。DC/AC轉(zhuǎn)換器級將中間電壓轉(zhuǎn)換成交流電(AC)以使其能夠被饋入現(xiàn)有的電網(wǎng)。由于PV板的輸出電力由電壓和電流之間的非線性關(guān)系確定，所以PV板的部分遮蔽可引起其輸出的大幅減少并大幅增加其內(nèi)阻。由于板是串聯(lián)連接的，所以PV板之間的電力的不匹配可導(dǎo)致來自整個太陽能陣列的電力的劇烈的不成比例的損失。即使是類似快速通過的陰影的情況，或由于污染、不同的老化水平導(dǎo)致的板的性能的差異的情況，或生產(chǎn)期間的導(dǎo)致差異的情況，都可能妨礙陣列作為整體運(yùn)行在其最高效率點上。
[0004]解決這個問題的一種嘗試是將微逆變器連接至每一塊PV板。每一個微逆變器調(diào)整其各自PV板的輸出并直接輸出可被饋入現(xiàn)有電網(wǎng)的AC。通過將微逆變器的輸出并聯(lián)連接，PV板陣列對單個PV板被遮蔽或單個PV板的失敗可能更不敏感。然而這種方法的一個缺點是微逆變器的相對高的成本。另一個缺點是導(dǎo)致相對低效率的大的電壓轉(zhuǎn)換比。
[0005]解決該相同問題的不同的嘗試是給每一塊PV板添加被稱為電力優(yōu)化器的DC/DC轉(zhuǎn)換器。這些DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出是串聯(lián)的并被饋入組串型逆變器。這也允許調(diào)整各個PV板的輸出。其缺點與微逆變器的缺點相似，即，降低的效率和升高的成本。
[0006]因此，需要提供將太陽能饋入電網(wǎng)的備選的方法以得到在部分遮蔽和板電力不匹配時同樣適用的改進(jìn)的總體轉(zhuǎn)換效率和性能。
[0007]概述
[0008]本發(fā)明的至少一些實施方案的目標(biāo)是全部或部分克服上述缺點并為上述技術(shù)提供備選方案。
[0009]通常，本發(fā)明的至少一些實施方案的目標(biāo)是提供以在部分遮蔽和板電力不匹配時同樣適用的、改進(jìn)轉(zhuǎn)換效率和性能的方式控制DC/AC轉(zhuǎn)換器的方法，并且實現(xiàn)具有靈活性和可用時間的模塊化系統(tǒng)。
[0010]本發(fā)明的這個目標(biāo)和其它目標(biāo)通過具有在獨立權(quán)利要求中限定的特征的方法實現(xiàn)。本發(fā)明的優(yōu)選實施方案的特性由從屬權(quán)利要求描繪。
[0011 ]因此，提供了控制在級聯(lián)結(jié)構(gòu)中的多個DC/AC轉(zhuǎn)換器的方法，其中多個DC/AC轉(zhuǎn)換器中的每一個DC/AC轉(zhuǎn)換器被布置為從各自的光伏板接收輸入直流電流和電壓并傳遞輸出。該方法包括接收表示所需AC的頻率、相位、幅度和諧波中的至少一個的信息，并接收多個DC/AC轉(zhuǎn)換器中的每一個DC/AC轉(zhuǎn)換器的至少輸入電流和電壓的信息?；谒邮盏男畔ⅲ鄠€DC/AC轉(zhuǎn)換器中的每一個DC/AC轉(zhuǎn)換器被單獨控制以使多個DC/AC轉(zhuǎn)換器的合并輸出生成與所需AC匹配的AC。
[0012]本發(fā)明利用了在電通路中添加轉(zhuǎn)換級導(dǎo)致低效率和高成本的理解。另外，為使系統(tǒng)能量輸出最大化，需要單獨控制PV板。這需要用于每一塊PV板的單獨的轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明僅使用了一個轉(zhuǎn)換級。每一個PV板轉(zhuǎn)換器直接將輸入電力轉(zhuǎn)換為低壓AC。DC/AC轉(zhuǎn)換器中的每一個DC/AC轉(zhuǎn)換器被單獨操作以響應(yīng)于DC/AC轉(zhuǎn)換器中的每一個DC/AC轉(zhuǎn)換器的輸入直流電流和電壓以及所需AC。本發(fā)明的優(yōu)點在于其提供了單獨調(diào)節(jié)DC/AC轉(zhuǎn)換器以適應(yīng)于PV板中的每一塊PV板的實際性能和如現(xiàn)有AC電網(wǎng)的特性。通過僅包含一個轉(zhuǎn)換級，實現(xiàn)了高的總體DC/AC轉(zhuǎn)換效率，并且提供了具有與所需AC匹配的諸如電壓、相位、頻率和諧波的AC。
[0013]另外，本發(fā)明提供了單獨PV板監(jiān)測。監(jiān)測每一塊板的能量生成可例如給予操作者關(guān)于板清潔與維護(hù)的需求的早期指示，導(dǎo)致更好的使用。監(jiān)測和控制PV板而不是板的每一個PV元件(或單元)，有利地允許模塊化轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和低成本。另外，通過基于所接收的PV板輸入控制各自的DC/AC轉(zhuǎn)換器，即使一些PV元件被遮蔽，輸入的直流電流和電壓也可被有效地轉(zhuǎn)換。
[0014]通過使用能夠?qū)⒏鞣N輸入直流電流和電壓轉(zhuǎn)換至合并輸出的DC/AC轉(zhuǎn)換器，任何升壓轉(zhuǎn)換器，即將由PV板傳遞的電壓增加至期望電平的DC至DC電力轉(zhuǎn)換器，可被去除，這可增加效率并降低如與生產(chǎn)和維護(hù)相關(guān)的成本。
[0015]應(yīng)認(rèn)識到，在級聯(lián)結(jié)構(gòu)中的多個DC/AC轉(zhuǎn)換器可指適于將來自多塊PV板或PV板陣列(包括至少兩個PV元件或單元)的輸入直流電流和電壓轉(zhuǎn)換為合并輸出的DC/AC逆變器。另外，多個DC/AC轉(zhuǎn)換器中的每一個DC/AC轉(zhuǎn)換器可包括具有如四個金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)或絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的H電橋轉(zhuǎn)換器，并可被包括例如微控制器的控制電路控制。
[0016]依據(jù)實施方案，該方法還包括為電連接至所述多個DC/AC轉(zhuǎn)換器中的至少一個DC/AC轉(zhuǎn)換器的能量存儲元件充電。有利的是，能量存儲元件可被來自級聯(lián)結(jié)構(gòu)中的多個DC/AC轉(zhuǎn)換器中的至少一個DC/AC轉(zhuǎn)換器、電網(wǎng)、和/或連接至DC/AC轉(zhuǎn)換器的光伏(PV)板的輸出電流充電。
[0017]依據(jù)實施方案，直流電流和電壓從能量存儲元件被輸入到DC/AC轉(zhuǎn)換器以響應(yīng)于DC/AC轉(zhuǎn)換器從光伏板接收到低于閾值的輸入電流和電壓，和/或來自多個DC/AC轉(zhuǎn)換器的合并輸出低于閾值。該方法還包括在DC/AC轉(zhuǎn)換器將接收的輸入直流電流和電壓轉(zhuǎn)換至輸出以使來自多個DC/AC轉(zhuǎn)換器的合并輸出生成與所需AC匹配的AC。
[0018]使用諸如電容性存儲元件等的能量存儲元件用于將直流電流和電壓輸入給DC/AC轉(zhuǎn)換器可增加PV設(shè)備的冗余和容錯。本實施方案是有利的，即使在來自與該DC/AC轉(zhuǎn)換器相關(guān)的PV板的輸入被減少時，如因為陰影，其也使DC/AC轉(zhuǎn)換器在傳遞輸出時是可用的。能量存儲元件允許DC/AC轉(zhuǎn)換器在PV板發(fā)生故障或甚至斷開連接時通過同樣允許傳遞輸出的無功功率流的方式參與生成合并輸出。
[0019]在來自PV板的輸入直流電流和電壓低于可動態(tài)改變的閾值或PV板被斷開的情況中，能量存儲元件有利地可通過如來自級聯(lián)結(jié)構(gòu)中的其它DC/AC轉(zhuǎn)換器中的至少一個DC/AC轉(zhuǎn)換器的輸出或通過電網(wǎng)充電。這也實現(xiàn)了在板發(fā)生故障時可繼續(xù)運(yùn)行的可靠系統(tǒng)。
[0020]通過將所控制的DC/AC轉(zhuǎn)換器連接至PV板中的每一塊板，各自的輸出可被關(guān)閉。這個能力便利了板清潔和維護(hù)并使其更安全。
[0021]依據(jù)實施方案，能量存儲被用于覆蓋由PV板生成的電力與供應(yīng)至電網(wǎng)的電力之間的不匹配。能量存儲元件的充電步驟和放電步驟在少于I秒的時間內(nèi)實施，優(yōu)選的是在所需AC的一個周期(per1d)即循環(huán)(cycle)內(nèi)。
[0022]依據(jù)實施方案，至少一個虛設(shè)單元(dummy unit)被連接至級聯(lián)結(jié)構(gòu)中的多個DC/AC轉(zhuǎn)換器。虛設(shè)單元包括能量存儲元件和DC/AC轉(zhuǎn)換器。依據(jù)該實施方案，虛設(shè)單元用于生成合并輸出以使多個DC/AC轉(zhuǎn)換器的合并輸出生成與所需AC匹配的AC。術(shù)語“虛設(shè)單元”應(yīng)被理解為包括級聯(lián)結(jié)構(gòu)形式的DC/AC轉(zhuǎn)換器和能量存儲元件的單元，該DC/AC轉(zhuǎn)換器沒有被直接連接至PV元件。然而，虛設(shè)單元可通過級聯(lián)連接使用來自系統(tǒng)中的PV元件的電力間接供電。虛設(shè)單元的使用使包括連接至DC/AC轉(zhuǎn)換器的任意數(shù)量的PV板的電路能夠被安裝在系統(tǒng)中?！叭笔А钡陌蹇梢虼送ㄟ^使電路具有任意數(shù)量的PV板的各自的虛設(shè)單元被補(bǔ)償，從而改進(jìn)DC/AC轉(zhuǎn)換器的靈活性和模塊性。本實施方案是有利的，因為其還提供在安裝時或在諸如運(yùn)行期間的隨后階段從各個DC/AC轉(zhuǎn)換器斷開PV板的可能性。PV板可例如由于陰影、損壞、低性能或重配置配斷開。因此，本實施方案使來自多個DC/AC轉(zhuǎn)換器的合并輸出生成與所需AC匹配的AC，即使PV板中的一塊或幾塊板發(fā)生故障或缺失時也能實現(xiàn)。
[0023]依據(jù)實施方案，多個DC/AC轉(zhuǎn)換器中的每一個DC/AC轉(zhuǎn)換器被單獨控制，以使各自的光伏板中的每一塊光伏板運(yùn)行在其各自最優(yōu)的工作點。PV板的電流-電壓(1-V)特性是非線性的。沿著1-V曲線，可找到PV板的具有特定電流和電壓水平的最優(yōu)工作點或最大輸出功率點。因此，當(dāng)適當(dāng)?shù)呢?fù)載被應(yīng)用于PV板時，PV板可傳遞最大(或至少接近最大)輸出功率。這可例如通過使用最大功率點跟蹤(MPPT)來實現(xiàn)，其中，每一塊PV板的最優(yōu)工作點由監(jiān)測在不同輸出