專利名稱：具有用于執(zhí)行低電壓穿越的控制的光伏逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)內(nèi)容通常涉及用于光伏(“PV”)電站的逆變器，更特別地涉及光伏逆變器中的短路器(crowbar)控制電路，其用于執(zhí)行低電壓穿越。背景對(duì)于替代能源的推動(dòng)增強(qiáng)了可被連接到電網(wǎng)的光伏(“PV”)電站的發(fā)展。PV電站具有將來(lái)自如太陽(yáng)能板的PV源的直流電壓轉(zhuǎn)換為適合于連接到電網(wǎng)的交流電壓的逆變器。由于對(duì)綠色能源的需求不斷增加，越來(lái)越多的大規(guī)模PV電站被投入運(yùn)行，而公用設(shè)施應(yīng)正在對(duì)PV電站施加越來(lái)越多的規(guī)定，這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)PV電站的安裝可影響電力系統(tǒng)的質(zhì)量和穩(wěn)定性。目前，歐洲的一些國(guó)家，如法國(guó)和德國(guó)要求連接到中壓電網(wǎng)的PV電站能夠執(zhí)行低電壓穿越(“LVRT”)操作。LVRT操作意味著一旦電網(wǎng)電壓跌落其標(biāo)稱值的10 %至95 %，PV電站中的任何個(gè)別的PV逆變器在電網(wǎng)電壓跌落指定的時(shí)間周期前仍然可以輸出等量的電流。近期，由于單個(gè)的PV電站的容量迅速增加，對(duì)高PV電壓的安裝的強(qiáng)調(diào)也越來(lái)越高，這是因?yàn)檫@種安裝可以降低安裝成本。許多PV安裝者目前需要約1000V的開(kāi)路電壓。面對(duì)該挑戰(zhàn)，光伏逆變器制造商有兩種選擇:使用如1700V的絕緣柵雙極晶體管(“IGBT”)的高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備，以建立用于PV逆變器的功率轉(zhuǎn)換橋；或使用如1200V的IGBT常規(guī)電壓開(kāi)關(guān)設(shè)備，以獲得逆變器中的高功率轉(zhuǎn)換效率。高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的使用是相對(duì)昂貴的，這是因?yàn)樾枰叩碾妷?。然而，在使用如用?000V PV系統(tǒng)的1200V的IGBT常規(guī)電壓開(kāi)關(guān)設(shè)備中也存在一些挑戰(zhàn)，其中之一是實(shí)現(xiàn)PV逆變器中的LVRT，這可能使這種開(kāi)關(guān)設(shè)備比其操作設(shè)計(jì)輸出更高的電壓。通常，為了 IGBT和逆變器的安全性，不推薦將1200V的IGBT運(yùn)行在滿負(fù)荷的850V以上的條件下。然而，1200V的IGBT理論上可能被用于1000V的PV的安裝，因?yàn)檫@種PV的安裝的最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)電壓將低于850V，并通常低于700V。然而，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生電壓跌落時(shí)，由于在DC側(cè)的瞬間能量積聚，PV逆變器的DC電壓可能會(huì)跳轉(zhuǎn)到高于850V。在這種情況下，功率橋中的IGBT可能會(huì)失效，并因此PV電站不能進(jìn)行LVRT。因此，希望的是，具有可以執(zhí)行LVRT的逆變器，所述逆變器具有相對(duì)較低的電壓分量。簡(jiǎn)單概要本公開(kāi)內(nèi)容的各個(gè)方面包括調(diào)節(jié)耦合在光伏源和電力電網(wǎng)之間的逆變器的電壓輸出以便通過(guò)操作來(lái)執(zhí)行低電壓穿越的方法。感測(cè)電力電網(wǎng)上出現(xiàn)的低電壓。通過(guò)與光伏源并聯(lián)的開(kāi)關(guān)設(shè)備控制短路器電路，以在光伏源處于預(yù)定的閾值電壓時(shí)創(chuàng)建閉合電路，從而消耗來(lái)自光伏源的功率。來(lái)自光伏源的電壓實(shí)質(zhì)上處于就在低電壓發(fā)生之前所述光伏源的操作電壓時(shí)，短路器斷開(kāi)閉合的電路。本公開(kāi)另外一方面是將直流光伏源耦合至交流電網(wǎng)并執(zhí)行低電壓穿越(LVRT)操作的光伏逆變器。該逆變器包括功率橋，以將直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓。功率橋被耦合到電網(wǎng)。開(kāi)關(guān)短路器被耦 合到光伏能量源和功率橋。該短路器具有開(kāi)關(guān)設(shè)備，所述開(kāi)關(guān)設(shè)備具有導(dǎo)致開(kāi)關(guān)短路器消耗來(lái)自光伏能量源的能量的閉合位置和允許從光伏源直接輸出到功率橋的斷開(kāi)位置。電壓傳感器檢測(cè)電網(wǎng)上的低電壓狀態(tài)。控制器被耦合到電壓傳感器，以及當(dāng)檢測(cè)到低電壓狀態(tài)時(shí)控制開(kāi)關(guān)短路器。當(dāng)來(lái)自光伏能量源的電壓高于預(yù)定的閾值電壓時(shí)，開(kāi)關(guān)設(shè)備被置于閉合位置，而當(dāng)PV源的電壓達(dá)到被檢測(cè)到低電壓狀態(tài)時(shí)的電壓時(shí)，開(kāi)關(guān)設(shè)備被置于斷開(kāi)位置。本公開(kāi)內(nèi)容的上述及其它的方面和實(shí)現(xiàn)對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在參看各種實(shí)施方案和/或方面的詳細(xì)描述時(shí)將是明顯的，這是通過(guò)參照附圖實(shí)現(xiàn)的，下面將提供附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明。附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明本發(fā)明內(nèi)容的上述的和其它的優(yōu)點(diǎn)，在閱讀下面的詳細(xì)描述和參考附圖后變得顯而易見(jiàn)。

圖1是可包括短路器模塊以控制功率輸出用于進(jìn)行低電壓穿越(“LVRT”)的PV并網(wǎng)逆變器的功能框圖；圖2是關(guān)于開(kāi)關(guān) 圖1中的逆變器的短路器模塊的控制信號(hào)的時(shí)序圖；圖3是示出了用于圖1中的逆變器的矢量電流控制以確保在LVRT期間保持以前的電流水平的參考電流的曲線圖；圖4A-4C是示出了使用圖1中的在LVRT期間為800伏PV電壓的逆變器的電網(wǎng)電壓、電壓調(diào)節(jié)和輸出電流的仿真結(jié)果；圖5A-5C是示出了使用圖1中的在LVRT期間為650伏PV電壓的逆變器的電網(wǎng)電壓、電壓調(diào)節(jié)和輸出電流的仿真結(jié)果；圖6A-6C是示出了使用圖1中的在LVRT期間為500伏PV電壓的逆變器的電網(wǎng)電壓、電壓調(diào)節(jié)和輸出電流的仿真結(jié)果；圖7A-7C是示出了基于使用圖1中的在LVRT期間為600伏PV電壓的逆變器的在電網(wǎng)的一個(gè)相上的低電壓、電壓調(diào)節(jié)和輸出電流的電網(wǎng)電壓的仿真結(jié)果；以及圖8是關(guān)于顯示在LVRT期間的操作的圖1中的逆變器的控制算法的流程圖。詳細(xì)描述圖1是具有較低的電壓橋組件、允許LVRT操作的光伏(“PV”)電站系統(tǒng)100的功能框圖。電站系統(tǒng)100將功率輸出到電網(wǎng)102。在這個(gè)示例中，電網(wǎng)102具有耦合到并網(wǎng)逆變器104的三相電壓輸入。該電站系統(tǒng)100包括被耦合在電網(wǎng)102和光伏(“PV”)功率源106之間的并網(wǎng)逆變器104。短路器開(kāi)關(guān)模塊108控制來(lái)自PV功率源106的電壓輸出。該逆變器104包括將來(lái)自PV功率源106的直流電壓轉(zhuǎn)換到適用于電網(wǎng)102的交流電流的功率橋110。在此示例中的功率橋110包括具有最大擊穿電壓的中壓IGBT (未示出)和相應(yīng)的二極管(未示出)。當(dāng)然，不同的電壓的IGBT和其他開(kāi)關(guān)設(shè)備可用于該功率橋110。功率橋110使用DC電容器112，以控制PV源106的電壓，并將直流電流轉(zhuǎn)換成交流電流。DC電壓和電流傳感器114提供了根據(jù)由PV功率源106所產(chǎn)生的電壓的電壓和電流的測(cè)量結(jié)果。功率橋110的交流電流輸出經(jīng)由將電流輸出到電網(wǎng)102的三相電壓輸入的線路濾波器116來(lái)進(jìn)行濾波。AC輸出電流由電流傳感器118測(cè)量，以及輸出電壓由電壓傳感器120所測(cè)量?？刂破?30被耦合到傳感器114、118和120?？刂破?30還控制短路器模塊108和功率橋110的狀態(tài)。短路器模塊108包括在本例中是IGBT的開(kāi)關(guān)設(shè)備132。該開(kāi)關(guān)設(shè)備132與電阻器134和二極管136串聯(lián)耦合，其中所述電阻器134和二極管136并聯(lián)耦合。如將在下面解釋的，當(dāng)開(kāi)關(guān)設(shè)備132閉合時(shí)，電阻器134吸收來(lái)自PV源106的多余功率。二極管136被操作為自由輪(free wheel),以允許關(guān)于來(lái)自PV源106的額外能量的電流消耗。一旦電壓跌落發(fā)生在電網(wǎng)102中，由于在逆變器104上的輸出功率減少，則由PV源106產(chǎn)生的額外的能量將導(dǎo)致PV電壓的增加。例如，電網(wǎng)102的電壓可能會(huì)下降到標(biāo)稱值的5 %，這可能導(dǎo)致來(lái)自PV源106的電壓上升到接近PV源106的開(kāi)路電壓。在以比所允許電壓更高的DC電壓操作逆變器104時(shí)，可能會(huì)損壞逆變器104的橋110的開(kāi)關(guān)設(shè)備，這是因?yàn)樵谶@個(gè)示例中的這種開(kāi)關(guān)設(shè)備不能夠處理較高的電壓。如將要描述的，當(dāng)逆變器104進(jìn)行LVRT時(shí)，控制器130運(yùn)行算法來(lái)保護(hù)橋110的開(kāi)關(guān)設(shè)備?？刂破?30控制跨接PV源106的短路器模塊108，以消耗存儲(chǔ)在PV源106中的額外的能量，并因此保持適當(dāng)?shù)腜V電壓，以操作LVRT中的逆變器104?？刂破?30還經(jīng)由開(kāi)關(guān)功率橋110中的IGBT來(lái)控制功率橋110的電流輸出?？刂破?30經(jīng)由電壓傳感器120檢測(cè)需要LVRT的電網(wǎng)102的電壓跌落。控制器130通過(guò)使用開(kāi)關(guān)設(shè)備132，開(kāi)始對(duì)于跨接PV的短路器模塊108的開(kāi)和關(guān)的控制?？刂破?30通過(guò)閉合開(kāi)關(guān)設(shè)備132來(lái)接通短路器模塊108，從而使得當(dāng)P V源106的PV電壓超過(guò)閾值電壓時(shí)，經(jīng)由電阻器134和二極管136消耗來(lái)自PV源106的多余的能量。在這個(gè)示例中，閾值電壓是比導(dǎo)致LVRT操作的低電壓之前的PV電壓高AV的電壓。一旦來(lái)自PV源106的電壓達(dá)到剛要啟動(dòng)LVRT操作之前的PV電壓水平，則通過(guò)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)設(shè)備132來(lái)關(guān)斷短路器模塊108。繼電器式控制的序列在圖2中被示出，其為短路器模塊108的狀態(tài)的時(shí)序圖。圖2包括圖1中的短路器模塊108的開(kāi)關(guān)設(shè)備132的開(kāi)和關(guān)的狀態(tài)的控制信號(hào)軌跡200。圖2包括了來(lái)自PV源106的輸出電壓的電壓軌跡202。底部的虛線204代表就在要求LVRT操作的低電壓狀態(tài)之前從PV源106輸出的操作電壓水平。該操作電壓水平遠(yuǎn)低于從PV源106輸出的最大操作電壓。頂部的虛線206代表了就在低電壓狀態(tài)之前的PV源106的電壓電平加上AV值。一旦控制器130感測(cè)到電網(wǎng)102的低電壓電平，控制器130確定PV源106的電壓電平，并存儲(chǔ)該值?？刂破?30監(jiān)測(cè)PV源106的電壓電平202，電壓電平202開(kāi)始在電網(wǎng)電壓跌落之前的操作電壓電平204之上上升。當(dāng)電壓電平202達(dá)到閾值水平206(當(dāng)啟動(dòng)LVRT時(shí)的電壓水平加上Λ V值)，如通過(guò)軌跡200在點(diǎn)212所示出的，通過(guò)閉合開(kāi)關(guān)設(shè)備132來(lái)開(kāi)啟短路器模塊108。通過(guò)閉合開(kāi)關(guān)設(shè)備132，電阻器134和二極管136被置于與PV源106并聯(lián)。來(lái)自PV源106的功率通過(guò)自由輪動(dòng)以消耗電流的電阻器134和二極管136而被消耗。如軌跡202所示，從PV源106輸出的電壓下降。如軌跡202中所示，當(dāng)電壓下降到就在導(dǎo)致LVRT操作的電網(wǎng)電壓跌落之前的電壓水平204時(shí)，如由信號(hào)軌跡200在點(diǎn)214處示出的，通過(guò)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)設(shè)備132關(guān)斷短路器模塊108。因此，如軌跡202所示，來(lái)自PV源106的電壓再次開(kāi)始升高。這個(gè)過(guò)程允許逆變器104以實(shí)質(zhì)上與電網(wǎng)電壓跌落導(dǎo)致LVRT操作之前的電平相同的電平，保持將電流輸出到電網(wǎng)102。該短路器模塊108保護(hù)功率橋110中的開(kāi)關(guān)設(shè)備，以避免受到PV源106的高電壓的不利影響。來(lái)自功率源106的PV功率和PV電壓之間的關(guān)系是一組根據(jù)光照和溫度變化的曲線。然而，PV電壓在光照和溫度的寬范圍內(nèi)是相對(duì)恒定的。在這個(gè)示例中的短路器模塊108能夠在特定的持續(xù)時(shí)間段(T)內(nèi)處理來(lái)自PV源106的最大PV功率(Ppv_max)。由于PV電壓通常是由逆變器104在最大功率點(diǎn)附近被調(diào)節(jié)，也考慮到用于頻帶控制的Λ V，短路器模塊108中的電阻器134的電阻值(R)通過(guò)下式被選出，R=(Vpv_max+AV)2/Ppv_max (O在此公式中，Vpv_max是在PV源106的最大功率點(diǎn)的最大電壓。因此，可以得到用于特定的最大電壓和功率的電阻值。例如，如果Vpv_max為700V以及Ppv_max為575kW，則R為0.978歐姆。閾值電壓的Λ V分量可以被改變，以優(yōu)化短路器模塊108的性能。在這個(gè)示例中，Λ V被設(shè)為最低PV操作電壓的10%。因此，如果最低PV操作電壓為500V，則Λ V值被選為 50V。基于短路器模塊108的選擇，繼電器式控制的最高上限被選為PV源106的最大功率點(diǎn)處的電壓加上50V。這個(gè)選擇可以保證即使在逆變器的輸出功率下降到零的情況下，短路器仍處理最大PV功率。一旦電網(wǎng)電壓顯著下降，并且由于LVRT的需要，逆變器104仍然需要輸出大量的電流，由于在小的電網(wǎng)電壓上由逆變器104所造成的高電壓污染，如鎖相環(huán)(“PLL”)或過(guò)濾器相關(guān)技術(shù)的的傳統(tǒng)的同步方法可能無(wú)法正常工作。如果電網(wǎng)電壓跌落是不對(duì)稱的，則對(duì)于傳統(tǒng)的逆變器，當(dāng)其在LVRT操作中時(shí)，很難仍生成對(duì)稱電流。在圖1中的逆變器104就在LVRT操作之前使用當(dāng)前的參考框架的副本?？刂破?30使用副本，以便通過(guò)功率橋110將電流輸出控制到就在電壓跌落觸發(fā)LVRT操作之前的水平。圖3是當(dāng)電壓跌落出現(xiàn)在時(shí)間=0時(shí)的電壓矢量300的仿真的圖形。電壓矢量300是電網(wǎng)102的三相輸入的電壓的組合。電流基準(zhǔn)矢量的位置由就在α-β基準(zhǔn)框架中的LVRT之前的電壓矢量的位置獲得。ia=I cos(cot+ Θ ) (2)i0=I sin (ω t+ θ )·其中e^arT1 (Ve/Va)，ω=2 3 .，f 是 LVRT 之前的電網(wǎng)頻率。圖4A是包括來(lái)自電網(wǎng)102的三相輸入中的每一個(gè)的電壓的相對(duì)于時(shí)間的電壓軌跡400、402和404的一系列電壓曲線圖。在圖4A中，在電網(wǎng)102上的電壓下降到在電壓軌跡400、402和404中的0.5秒處的額定電壓的5%。功率橋110在0.3秒時(shí)由控制器130設(shè)置上線(on line)。然后，PV源106在0.4秒時(shí)被放置上線到電網(wǎng)102。在圖4A中的仿真使用如在圖1中具有開(kāi)路電壓為996V、短路電壓為673A，以及在800V時(shí)最大功率為502KW的PV源106的PV源。圖4A-C示出在這種條件下圖1中的逆變器104的整個(gè)操作過(guò)程。經(jīng)由短路器模塊108的控制的逆變器104的電壓調(diào)節(jié)被示出在圖4B中的電壓軌跡410中，其是從短路器模塊108到橋110的DC輸入的、來(lái)自PV源106的電壓。如在圖4B中所示，在PV源106被放置上線時(shí)，電壓輸出在0.3秒時(shí)被增加到800伏。電壓輸出在0.3秒和0.4秒之間被保持在800伏。低電壓跌落在0.5秒時(shí)發(fā)生在電網(wǎng)102上，以及被輸出到功率橋110的PV源106的電壓開(kāi)始增加。在850伏處，短路器模塊108被激活并且電壓下降。由于在0.5秒時(shí)發(fā)生的低電壓狀態(tài)之后短路器模塊108的開(kāi)關(guān)導(dǎo)致LVRT操作，PV源106到橋110的電壓輸出隨后在800V和850V之間波動(dòng)。圖4C示出了耦合到電網(wǎng)102的橋110的三相輸出中的每一個(gè)的電流軌跡420、422和424。如在圖4C中示出的輸出電流軌跡420、422和424所示，通過(guò)控制器130控制橋110的開(kāi)關(guān)設(shè)備，電流基準(zhǔn)矢量將被設(shè)置為與LVRT操作之前相同。輸出電流軌跡420、422和424示出了在0.5秒時(shí)發(fā)生的LVRT操作后的三相的電流輸出。當(dāng)逆變器104在0.4秒時(shí)被設(shè)置上線，如上面所述，電流基準(zhǔn)矢量的位置由α-β基準(zhǔn)框架中的LVRT之前的電壓矢量的位置獲得。如在圖4C中的電流軌跡420、422和424中所示，在0.5秒時(shí)，電流在LVRT操作后被復(fù)制。圖5Α是具有電網(wǎng)102的三相電壓輸入中的每一個(gè)相對(duì)于時(shí)間的電壓軌跡500、502和504的一系列電壓曲線圖。在圖5Α中，電網(wǎng)102上的電壓下降到軌跡500、502和504中在0.5秒時(shí)的標(biāo)稱值的5%。橋110在0.3秒時(shí)由控制器130被放置上線。然后，PV源106在0.4秒時(shí)被放置上線到電網(wǎng)102。在圖5Α中的仿真使用如在圖1中的、具有如在圖4A-4C中開(kāi)路電壓為996V、短路電流為673Α，以及在800V時(shí)最大功率為502KW的PV源106的PV源。圖5A-C示出了圖1中的逆變器104在這些條件下的整個(gè)操作過(guò)程。經(jīng)由短路器模塊108的控制的逆變器104的電壓調(diào)節(jié)被示出在圖5Β的電壓軌跡510中，其是從短路器模塊108到橋110的DC輸入的、來(lái)自PV源106的電壓。如在圖5Β中所示，在PV源106被放置上線時(shí)，電壓輸出在0.3秒時(shí)被增加到650伏。電壓輸出在0.3秒和0.4秒之間被保持在650伏。低電壓狀態(tài)在0.5秒時(shí)發(fā)生在電網(wǎng)102上，并且被輸出到功率橋110的PV源106的電壓開(kāi)始增加。由于在0.5秒時(shí)發(fā)生的低電壓狀態(tài)之后短路器模塊108的開(kāi)關(guān)導(dǎo)致LVRT操作，PV源106到橋110的電壓輸出在650V和700V之間波動(dòng)。由于操作電壓更低，電壓輸出以比圖4Β中示出的電壓輸出更慢的速度增加。圖5C示出了耦合到電網(wǎng)102的橋110的三相輸出中的每一個(gè)的電流軌跡520、522和524。如在圖5C中示出的輸出電流軌跡520、522和524所示，電流基準(zhǔn)矢量將被設(shè)置為與在通過(guò)控制器130控制橋110的開(kāi)關(guān)設(shè)備導(dǎo)致LVRT操作的低電壓跌落之前相同，并因此導(dǎo)致了發(fā)生在0.5秒時(shí)的LVRT操作之前和之后的相同的電流輸出。圖6Α是包括來(lái)自電網(wǎng)102的三相輸入中的每一個(gè)的電壓相對(duì)于時(shí)間的電壓軌跡600,602和604的一系列電壓曲線 圖。在圖6Α中，在電網(wǎng)102上的電壓下降到在電壓軌跡600,602和604中的0.5秒處的額定電壓的5%。功率橋110在0.3秒時(shí)由控制器130放置上線。然后，PV源106在0.4秒時(shí)被放置上線到電網(wǎng)102。在圖6Α中的仿真使用如在圖1中的具有如在圖4A-4C中所示的、在低電壓狀態(tài)的時(shí)間內(nèi)具有開(kāi)路電壓為996V、短路電流為673Α，以及在800V時(shí)最大功率為502KW的PV源106的PV源。圖6A-C示出了在這種條件下的圖1中的逆變器104的整個(gè)操作過(guò)程。經(jīng)由短路器模塊108的控制的逆變器104的電壓調(diào)節(jié)被示出在圖6Β中的電壓軌跡610中，其是從短路器模塊108到橋110的DC輸入的、來(lái)自PV源106的電壓。如在圖6Β中所示，在PV源106被放置上線時(shí)，電壓輸出在0.3秒時(shí)被增加到500伏。電壓輸出在
0.3秒和0.4秒之間被保持在500伏。低電壓狀態(tài)在0.5秒時(shí)發(fā)生在電網(wǎng)102上，并且被輸出到橋Iio的PV源106的電壓開(kāi)始增加。由于接通短路器模塊108用于LVRT操作，PV源106到橋110的電壓輸出逐漸增加到640V，并在0.5秒后停留在這個(gè)值上。由于短路器134的電阻的應(yīng)被選擇來(lái)維持PV源106的最大功率，并將PV電壓維持在允許的水平(例如基于上面的等式(I)的850V)上的短路器模塊108在LVRT期間保持接通。圖6C示出了耦合到電網(wǎng)102的功率橋110的三相輸出中的每一個(gè)的電流軌跡620,622和624。如在圖6C中示出的輸出電流軌跡620、622和624所示，電流基準(zhǔn)矢量將被設(shè)置為與在通過(guò)控制器130控制橋110的開(kāi)關(guān)設(shè)備導(dǎo)致LVRT操作的低電壓跌落之前相同，并因此導(dǎo)致了發(fā)生在0.5秒的LVRT之前和之后的相同的電流輸出。
圖7A是包括來(lái)自電網(wǎng)102的三相輸出中的每一個(gè)的電壓相對(duì)于時(shí)間的電壓軌跡700,702和704的一系列電壓曲線圖。在圖7A中，在電網(wǎng)102上的電壓下降到如示出在軌跡700中的電網(wǎng)的一個(gè)相位輸出在0.5秒處的額定值的5%。如在軌跡702和704中所示，其他相輸入的電壓輸出保持不變。功率橋110在0.3秒時(shí)由控制器130放置上線。然后，PV源106在0.4秒時(shí)被放置上線到電網(wǎng)102。經(jīng)由短路器模塊108的控制的逆變器104的電壓調(diào)節(jié)被示出在圖7B中的電壓軌跡710中，其是從短路器模塊108到橋110的DC輸入的、來(lái)自PV源106的電壓。如在圖7B中所示，在PV源106被放置上線時(shí)，電壓輸出在0.3秒時(shí)被增加到650伏。電壓輸出在0.3秒和0.4秒之間被保持在800伏。低電壓狀態(tài)在0.5秒時(shí)發(fā)生在電網(wǎng)102上，以及被輸出到橋110的PV源106的電壓開(kāi)始增加。由于在0.5秒時(shí)發(fā)生的低電壓狀態(tài)之后短路器模塊108的開(kāi)關(guān)導(dǎo)致LVRT操作，PV源106到橋110的電壓輸出隨后在650V和700V之間波動(dòng)。圖7C示出了耦合到電網(wǎng)102的橋110的三相輸出中的每一個(gè)的電流軌跡720、722和724。如在圖7C中示出的輸出電流軌跡720、722和724所示，電流基準(zhǔn)矢量將被設(shè)置為與在通過(guò)控制器130控制橋110的開(kāi)關(guān)設(shè)備導(dǎo)致LVRT操作的低電壓跌落之前相同，并因此導(dǎo)致了發(fā)生在0.5秒的LVRT操作之前和之后的相同的電流輸出。如計(jì)算機(jī)、軟件和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員將會(huì)理解的，使用根據(jù)如本文所描述的和展示的技術(shù)指導(dǎo)的一個(gè)或多個(gè)通用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、微處理器、數(shù)字信號(hào)處理器、微控制器、專用集成電路(ASIC)、可編程邏輯器件(PLD)、現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件(FPLD)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)和類似物可以方便地實(shí)現(xiàn)圖1中的控制器130。另外，兩個(gè)或多個(gè)計(jì)算系統(tǒng)或設(shè)備的可由本文所描述的控制器中的任何一種所取代的。因此，分布式處理的原理和優(yōu)點(diǎn)，如冗余、復(fù)制等，也可以根據(jù)需要被實(shí)現(xiàn)，以便提高本文所描述的控制器的魯棒性和性能?？刂破饕部梢员粚?shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上或者在被擴(kuò)展到使用了任何適當(dāng)接口機(jī)制和通信技術(shù)的任何網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的系統(tǒng)上，所述接`口機(jī)制和通信技術(shù)包括例如以任何適當(dāng)?shù)男问?例如，聲音、調(diào)制解調(diào)器和類似物)的通信、公共交換電話網(wǎng)絡(luò)(PSTN)、分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(PDN)、互聯(lián)網(wǎng)、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)和其組合等。以LVRT操作的功率逆變器輸出的示例性調(diào)節(jié)以便保護(hù)高電壓組件的操作，現(xiàn)在將通過(guò)參照?qǐng)D1-3連同在圖8中示出的流程圖被描述。圖8中的流程圖代表用于調(diào)節(jié)以LVRT操作的功率逆變器輸出的示例性機(jī)器可讀指示。在這個(gè)示例中，機(jī)器可讀指令包括用于由下列裝置執(zhí)行的算法:(a)處理器，(b)控制器，和/或(c)一種或多種其它合適的處理設(shè)備。該算法能夠以被存儲(chǔ)在例如閃速存儲(chǔ)器、CD-ROM、軟盤、硬盤驅(qū)動(dòng)器、數(shù)字視頻(通用的)盤(DVD)，或其它存儲(chǔ)設(shè)備的有形介質(zhì)上的軟件來(lái)實(shí)施，但在本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易理解的是，整個(gè)算法和/或其一些部分能夠可選地由除處理器以外的設(shè)備來(lái)執(zhí)行和/或以眾所周知的方式以固件或?qū)Ｓ糜布?例如，其可由專用集成電路(ASIC)、可編程邏輯器件(PLD)、現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件(FPLD)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)、離散邏輯，等等)來(lái)實(shí)施。例如，以LVRT操作的功率逆變器輸出的任何的或所有的組件可以由軟件、硬件和/或固件實(shí)現(xiàn)。此外，一些或所有的由圖8的流程圖所表示的機(jī)器可讀指令可以被手動(dòng)實(shí)現(xiàn)。此外，盡管示例性的算法將參照?qǐng)D8中所示出的流程圖來(lái)描述，但是本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易理解的是，可以可選地使用許多其它方法來(lái)實(shí)現(xiàn)示例性的機(jī)器可讀指令。例如，塊的執(zhí)行順序可以被改變，和/或一些被描述的塊可能會(huì)被改變、消除、或組合?？刂破?30經(jīng)由電壓傳感器120讀出電網(wǎng)電壓，并經(jīng)由電壓傳感器114讀出來(lái)自PV源106的電壓(800)?？刂破?30確定來(lái)自電網(wǎng)102的電壓是否低于指示了需要LVRT操作的電壓跌落的值(802)。如果電壓不構(gòu)成電壓跌落，則控制器130繼續(xù)讀取電網(wǎng)電壓(800)。如果電網(wǎng)102的電壓跌落到需要LVRT操作的水平(802)，則控制器130經(jīng)由電流傳感器118確定電流電平(804)?？刂破?30控制功率橋110，以將來(lái)自功率橋110的電流水平調(diào)節(jié)到電壓跌落的點(diǎn)處的電流水平(806)。控制器130讀取來(lái)自PV源106的電壓電平(808)。控制器130確定來(lái)自PV源的電壓電平是否超過(guò)閾值電壓，所述閥值電壓為PV源106在電壓跌落時(shí)的電壓加上Λ V (810)。如果PV源106的電壓不超過(guò)閾值電壓，控制器繼續(xù)測(cè)量PV源106的電壓(812)。如果PV源的電壓超過(guò)閾值電壓時(shí)，控制器108接通短路器模塊108，因此閉合開(kāi)關(guān)設(shè)備132，并允許來(lái)自PV源的能量消耗在電阻器134上(812)。短路器模塊108接通時(shí)，PV源106到功率橋110的電壓開(kāi)始下降。控制器130繼續(xù)讀出PV源106到功率橋110的電壓(814)?？刂破?30確定PV電壓是否小于PV源106在電壓跌落時(shí)的電壓(816)。如果PV電壓不小于PV源106在電壓跌落時(shí)的電壓，短路器模塊108保持接通。如果PV電壓小于PV源106在電壓跌落時(shí)的電壓，短路器模塊108被關(guān)斷(818)，并且從PV源106到功率橋110的電壓上升。然后，控制器130繼續(xù)讀取PV源106的電壓(808)。雖然已經(jīng)示出和描述了本公開(kāi)內(nèi)容的具體實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)理解的是，本公開(kāi)內(nèi)容并不限于本文中所公開(kāi)的精確的結(jié)構(gòu)和組合，并且各種修改、改變和變化在不脫離所附權(quán)利要求中限定的本 發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以從前面的描述而變得顯而易見(jiàn)。
權(quán)利要求
1.一種用于調(diào)節(jié)耦合在光伏源和電力電網(wǎng)之間的逆變器的電壓輸出以執(zhí)行低電壓穿越LVRT操作的方法，所述方法包括: 感測(cè)所述電力電網(wǎng)上的低電壓的出現(xiàn)；以及 在所述光伏源處于預(yù)定的閾值電壓時(shí)，通過(guò)與所述光伏源并聯(lián)的開(kāi)關(guān)設(shè)備控制短路器電路以創(chuàng)建閉合電路，從而消耗來(lái)自所述光伏源的功率，并且在來(lái)自所述光伏源的電壓實(shí)質(zhì)上處于所述低電壓剛要出現(xiàn)之前所述光伏源的操作電壓時(shí)，斷開(kāi)所述閉合電路。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述開(kāi)關(guān)設(shè)備是絕緣柵雙極晶體管。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述短路器電路包括相互并聯(lián)的、并且與所述開(kāi)關(guān)設(shè)備串聯(lián)的二極管和電阻器。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電阻器的電阻值按下式選出: R= (Vpv-max+ Δ V) 2/Ppv-max 其中Vpv_max是在所述PV源的最大功率點(diǎn)的最大電壓，Ppv_max是所述光伏源的最大功率，并且Λ V是取決于所述光伏源的所述最大電壓的值。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電壓電網(wǎng)上的所述低電壓實(shí)質(zhì)上是零伏。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述逆變器包括功率橋，所述功率橋包括多個(gè)中壓開(kāi)關(guān)設(shè)備。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述開(kāi)關(guān)設(shè)備是絕緣柵雙極晶體管。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述短路器電路的最大電壓被選擇為在所述LVRT操作上的預(yù)定電壓范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預(yù)定的閾值電壓為ΛV加上當(dāng)所述電力電網(wǎng)上的所述低電壓被感測(cè)到時(shí)所述光伏源的電壓，其中Λ V實(shí)質(zhì)上為所述光伏源的最大電壓輸出的10%。
10.如權(quán)利要求6所述的方法，還包括在檢測(cè)到所述低電壓之前建模所述功率橋的電流，并在所述LVRT操作期間通過(guò)控制所述功率橋來(lái)施加所建模的電流。
11.一種光伏逆變器，其用于將直流光伏源耦合至交流電網(wǎng)并執(zhí)行低電壓穿越LVRT操作，所述逆變器包括: 功率橋，其將直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓，所述功率橋被耦合到所述電網(wǎng)； 開(kāi)關(guān)短路器，其被耦合到所述光伏能量源和所述功率橋，所述短路器具有開(kāi)關(guān)設(shè)備，所述開(kāi)關(guān)設(shè)備具有導(dǎo)致所述開(kāi)關(guān)短路器消耗來(lái)自所述光伏能量源的能量的閉合位置和允許從所述光伏源直接輸出到所述功率橋的斷開(kāi)位置； 電壓傳感器，其用于檢測(cè)在所述電網(wǎng)上的低電壓狀態(tài)；以及 控制器，其被耦合到所述電壓傳感器并且當(dāng)所述低電壓狀態(tài)被檢測(cè)到時(shí)控制所述開(kāi)關(guān)短路器，當(dāng)來(lái)自所述光伏能量源的電壓高于預(yù)定的閾值電壓時(shí)，所述開(kāi)關(guān)設(shè)備被置于所述閉合位置，以及當(dāng)所述PV源的電壓達(dá)到所述低電壓狀態(tài)被檢測(cè)到時(shí)的電壓時(shí)，所述開(kāi)關(guān)設(shè)備被置于所述斷開(kāi)位置。
12.如權(quán)利要求11所述的逆變器，其中所述開(kāi)關(guān)設(shè)備是絕緣柵雙極晶體管。
13.如權(quán)利要求11所述的逆變器，其中所述開(kāi)關(guān)短路器包括相互并聯(lián)的、并且與所述開(kāi)關(guān)設(shè)備串聯(lián)的二極管和電阻器。
14.如權(quán)利要求13所述的逆變器，所述電阻器的電阻值按下式選出:R= (Vpv-max+ Δ V) 2/Ppv-max 其中Vpv_max是在所述PV源的最大功率點(diǎn)的最大電壓，Ppv_max是所述PV源的最大功率，并且Λ V是取決于所述PV源的所述最大電壓的值。
15.如權(quán)利要求11所述的逆變器，其中所述電壓電網(wǎng)上的所述低電壓實(shí)質(zhì)上是零伏。
16.如權(quán)利要求11所述的逆變器，其中所述功率橋包括多個(gè)中壓開(kāi)關(guān)設(shè)備。
17.如權(quán)利要求16所述的逆變器，其中所述開(kāi)關(guān)設(shè)備是絕緣柵雙極晶體管。
18.如權(quán)利要求11所述的逆變器，其中所述短路器電路的最大電壓被選擇為在所述LVRT操作上的預(yù)定電壓范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
19.如權(quán)利要求11所述的逆變器，其中所述預(yù)定的閾值電壓為ΛV加上當(dāng)所述電力電網(wǎng)上的低電壓被感測(cè)到時(shí)所述光伏源的電壓，其中Λ V實(shí)質(zhì)上為所述PV源的最大電壓輸出的 10%。
20.如權(quán)利要求11所述的逆變器，其中所述控制器在所述低電壓被檢測(cè)到之前建模所述橋的電流，并在所述LVR T操作期間通過(guò)控制所述功率橋來(lái)施加所建模的電流。
全文摘要
一種光伏逆變器，其用于將直流光伏源耦合至交流能量電網(wǎng)并執(zhí)行低電壓穿越操作。該逆變器包括功率橋，以將直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓。開(kāi)關(guān)短路器被耦合到光伏能量源和功率橋。短路器具有開(kāi)關(guān)設(shè)備，所述開(kāi)關(guān)設(shè)備具有導(dǎo)致開(kāi)關(guān)短路器消耗來(lái)自光伏能量源的能量的閉合位置和允許從光伏源直接輸出到功率橋的斷開(kāi)位置。電壓傳感器檢測(cè)電網(wǎng)上的低電壓狀態(tài)?？刂破鞅获詈系诫妷簜鞲衅鞑⑶耶?dāng)檢測(cè)到低電壓狀態(tài)時(shí)控制開(kāi)關(guān)短路器。當(dāng)來(lái)自光伏能量源的電壓高于預(yù)定的閾值電壓時(shí)，該開(kāi)關(guān)設(shè)備被置于閉合位置，以及當(dāng)光伏源的電壓達(dá)到檢測(cè)到低電壓狀態(tài)時(shí)的電壓時(shí)，開(kāi)關(guān)設(shè)備被置于斷開(kāi)位置。
文檔編號(hào)H02J3/00GK103250319SQ201180058938
公開(kāi)日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2011年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月12日
發(fā)明者軍·尹, 仁杰·許 申請(qǐng)人:施耐德電氣太陽(yáng)能逆變器美國(guó)股份有限公司