用于控制光伏电站运行的主从式架构的制作方法
【专利摘要】本发明涉及具有主从式控制架构的光伏电站。所述光伏电站包括从属电站控制器，其中每个从属电站控制器控制光伏逆变器的运行，所述光伏逆变器将由太阳能电池生成的直流电转变成适于在互连点(POI)处传送到公用电网的交流电。主电站控制器控制并协调所述从属电站控制器的运行。所述主电站控制器生成全局逆变器有功功率或无功功率设定点，所述设定点被提供给每个从属电站控制器。在每个从属电站控制器中，对所述全局设定点进行处理以生成各个逆变器有功功率或无功功率设定点，所述设定点被提供给由所述从属电站控制器控制的相应光伏逆变器。光伏逆变器基于接收到的各个逆变器设定点生成输出以实现所需的有功功率、电压或功率因数。
【专利说明】用于控制光伏电站运行的主从式架构
[0001]相关专利申请的交叉引用
[0002]本专利申请要求2011年10月27日提交的美国临时专利申请N0.61/552，345的权益，该临时专利申请全文以引用方式并入本文。
【技术领域】
[0003]本文所述的主题的实施例整体涉及光伏电站。
【背景技术】
[0004]光伏电站采用光伏系统以用太阳辐射来发电。光伏系统可包括太阳能电池板的阵列，其中每个太阳能电池板包括互连的太阳能电池。太阳能电池包括P型和N型扩散区。冲击在太阳能电池上的太阳辐射产生迁移至扩散区的电子和空穴，从而在扩散区之间形成电压差。在背接触太阳能电池中，扩散区和与它们相连的金属触片均位于太阳能电池的背面上。触片允许将外部电路连接到太阳能电池上并由太阳能电池供电。
[0005]光伏逆变器将由太阳能电池生成的直流电转换成适于在互连点(POI)处连接到电网的交流电。光伏电站在POI处的输出(诸如电压、无功功率、有功功率和功率因数)被控制在规定值的范围内以满足要求。本发明的实施例涉及用于控制光伏电站的运行以在POI或其他传送节点处传送光伏电站输出的主从式架构。
【发明内容】
[0006]在一个实施例中，光伏电站包括多个从属电站控制器,所述多个从属电站控制器中的每个从属电站控制器被构造成调节由从属电站控制器控制的多个光伏逆变器的每一个的设定点，该设定点设定提供给光伏电站与公用电网的互连点(POI)的相应光伏逆变器输出，所述多个光伏逆变器的每一个被构造成将由多个太阳能电池生成的直流电转变成交流电。光伏电站还包括控制所述多个从属电站控制器的运行的主电站控制器，该主电站控制器被构造成检测在POI处光伏电站向公用电网的输出，以及基于检测到的在POI处光伏电站向公用电网的输出来控制所述多个从属电站控制器的运行以调节相应光伏逆变器的设定点。
[0007]在另一个实施例中，控制光伏电站运行的方法包括:使用第一从属电站控制器控制第一多个光伏逆变器的运行，该第一从属电站控制器调节所述第一多个光伏逆变器中每个光伏逆变器的设定点以调节所述第一多个光伏逆变器中每个光伏逆变器的输出，所述第一多个光伏逆变器中的每个光伏逆变器将由第一多个太阳能电池生成的直流电转变成交流电，以传送到光伏电站与公用电网的互连点(POI)。使用第二从属电站控制器控制第二多个光伏逆变器的运行，该第二从属电站控制器调节所述第二多个光伏逆变器中每个光伏逆变器的设定点以调节所述第二多个光伏逆变器中每个光伏逆变器的输出，所述第二多个光伏逆变器中的每个光伏逆变器将由第二多个太阳能电池生成的直流电转变成交流电以传送到Ρ0Ι。在POI处对光伏电站的输出进行测量。使用主电站控制器对第一和第二从属电站控制器的运行进行控制，该主电站控制器基于在POI处测得的光伏电站输出控制第一和第二从属电站控制器以调节所述第一和第二多个光伏逆变器中的光伏逆变器的设定点。
[0008]在另一个实施例中，控制光伏电站运行的方法包括:安装光伏电站的第一电站控制器，该第一电站控制器被构造成控制将由第一多个太阳能电池生成的直流电转变成交流电的第一多个光伏逆变器的运行。运行第一电站控制器以在与公用电网的POI处生成光伏电站输出。在运行第一电站控制器以在与公用电网的POI处生成所述光伏电站输出至少一段时间后，安装光伏电站的第二电站控制器，该第二电站控制器被构造成控制将由第二多个太阳能电池生成的直流电转变成交流电的第二多个光伏逆变器的运行。安装主电站控制器以控制第一和第二电站控制器的运行。使用主电站控制器对第一和第二电站控制器的运行进行控制，该主电站控制器基于在POI处测得的光伏电站输出而控制第一和第二电站控制器以调节所述第一和第二多个光伏逆变器中的光伏逆变器的设定点。
[0009]本领域的普通技术人员在阅读包括附图和权利要求书的本公开全文之后，本发明的这些和其他特征对于他们而言将是显而易见的。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]当结合以下附图考虑时，通过参见【具体实施方式】和权利要求书可以更完全地理解所述主题，其中在所有附图中，类似的附图标记是指类似的元件。
[0011]图1示意性地显示根据本发明实施例的光伏电站100的组件。
[0012]图2示意性地显示根据本发明实施例的图1的光伏电站的额外组件。
[0013]图3示意性地示出根据本发明实施例的对光伏电站的控制以允许分阶段实施。
[0014]图4(由图4A和图4B组成)示意性地显示根据本发明实施例的图1的光伏电站在自动调压控制中的进一步的细节和运行。
[0015]图5(由图5A和图5B组成)示意性地显示根据本发明实施例的图1的光伏电站在功率因数控制中的进一步的细节和运行。
【具体实施方式】
[0016]在本发明中，提供了许多具体的细节，例如设备、组件和方法的例子，从而获得对本发明实施例的全面理解。然而，本领域的普通技术人员将会认识到，本发明可以在没有所述具体细节中的一者或多者的情况下实施。在其他情况下，未示出或描述熟知的细节，以避免混淆本发明的方面。
[0017]图1示意性地显示根据本发明实施例的光伏电站100的组件。图1的例子中所示的光伏电站100的组件包括多个汇流箱112、多个太阳能电池板114、和光伏逆变器110。光伏电站可包括多个光伏逆变器110，但为了清楚起见，图1中只示出了一个。太阳能电池板114包括安装在同一框架上的电连接的太阳能电池。在一个实施例中，每个太阳能电池板114包括多个串联的背接触太阳能电池115。也可采用其他类型的太阳能电池，包括前接触太阳能电池。为了清楚起见，图1中只标出了背接触太阳能电池115中的一些。
[0018]光伏串包括如图1中的多个串联的太阳能电池板114。一组太阳能电池板114电连接到汇流箱112，其中太阳能电池板114为串联连接的。可电连接汇流箱112，以使得光伏串中的所有太阳能电池板114串联。例如，光伏串的输出电连接到逆变器110，该逆变器将由太阳能电池115产生的直流电(DC)转换成适于传送至公用电网的交流电(AC)。
[0019]图2示意性地显示根据本发明实施例的光伏电站100的额外组件。图2显示了结合图1描述的逆变器110。为清楚起见，图2中未显示太阳能电池板114。
[0020]光伏电站100在互连点(P0I)221处连接到公用电网225。在图2的例子中，将一组光伏逆变器Iio的输出通过通往变电所MV/HV(中压/高压)变压器220的中压(MV)馈线212连接到P0I221。在光伏电站100中存在多组光伏逆变器110，其中每组光伏逆变器110被连接到其自身的MV馈线212并由其自身的电站控制器210控制。光伏电站100可任选地包括外部装置，诸如电容组控制器、存储装置等。
[0021]光伏逆变器110通常位于远离P0I221与公用电网225的逆变器台中。由于交流采集系统的阻抗，在光伏逆变器110的端子处测得的电压和其他输出与在P0I221处不同。多个光伏逆变器110的运行还需要加以协调以满足在P0I221处的输出要求。
[0022]电站控制器210可包括专用或通用处理装置，诸如计算机，其被构造成有利于控制P0I221处或附近的光伏电站输出(例如电压)。在一个实施例中，电站控制器210控制相应光伏逆变器110的设定点以实现P0I221处的所需光伏电站输出。更具体地讲，电站控制器210可被构造成调节光伏逆变器110的设定点，该设定点命令光伏逆变器110生成特定的输出值。
[0023]在图2的例子中，电站控制器210为“从属电站控制器”，原因是电站控制器210继而由主电站控制器200控制和协调。在一个实施例中，主电站控制器200基于在P0I221处测得的光伏电站输出发出全局设定点。每个从属电站控制器210对全局设定点进行处理，以生成在其控制下的每个光伏逆变器110的各个设定点。这样，主电站控制器200能够控制光伏逆变器110以实现特定的光伏电站输出。如在下文将更加显而易见的是，该主-从式光伏电站控制架构能够实现许多优点，包括分阶段实施、成本分摊以及更有效地控制光伏电站运行。
[0024]仪表223可包括常规电表或具有数据通信能力的其他感测元件。仪表223可包括RMS发射机、计费表、保护继电器和其他测量/感测设备。在图2的例子中，仪表223测量P0I221处光伏电站100的输出。这允许仪表223具有与光伏逆变器110的端子处的读数相比更准确的光伏电站输出读数。由仪表223在P0I221处测量的光伏电站输出的例子包括电压、功率因数、无功功率和有功功率。在图2的例子中，实线表示电力流，并且虚线表示数据流。数据流可符合监控与数据采集系统(SCADA)控制。
[0025]在图2的例子中，光伏电站100中的数据流经过计算机网络。在一个实施例中，光伏逆变器110、从属电站控制器210、主电站控制器200和外部装置根据Modbus TCP/IP通信协议通信。在该实施例中，以太网交换机在光伏电站100的组件之间提供数据通信链路。监视与控制也可通过另一协议(比如DNP3或IEC61850)或通过模拟信号(诸如通过提供信号的单独布线)进行。
[0026]主电站控制器200可以是被构造成控制从属电站控制器210的运行的专用或通用计算机。主电站控制器200协调从属电站控制器210以作为一个整体运行光伏电站100并满足P0I221处的电站厂级要求。基于来自主电站控制器200的输入，从属电站控制器210向各个光伏逆变器110发送信号以根据(例如)自动调压、功率因数控制和/或有功功率控制调节P0I221处的光伏电站输出。[0027]在一个实施例中，主电站控制器200被构造成从仪表223读取光伏电站100的输出，并基于检测到的在P0I221处光伏电站向公用电网225的输出来控制从属电站控制器210的运行以调节相应光伏逆变器110的设定点。
[0028]作为光伏电站100为满足自动调压(AVR)的具体互连要求的示例运行,一系列感测元件将存在于项目变电站控制室，包括感测/测量装置，诸如RMS发射机、计费表、保护继电器等，以测量P0I221处的电网情况。主电站控制器200根据互连要求所需将测得的值用于各种控制算法。在该自动调压例子中，主电站控制器200确定光伏电站100的无功功率的要求，包括逆变器、电容组或其他无功功率源。基于算法逻辑，主电站控制器200经SCADA系统与从属电站控制器210通信。从属电站控制器210从主电站控制器200获取设定点(例如，全局逆变器设定点和状态机请求和限值)并在必要时基于地方项目要求、架构和构造执行进一步的算法逻辑。收集光伏逆变器110状态、测量值和通信状态并用于从属电站控制器210的算法。基于该逻辑，从属电站控制器210向相关的光伏逆变器110发出无功功率输出/吸收信号。相似地，主动削减(active curtailment)也可通过级联的主/从式布置以及与光伏电站100运行相关的其他策略协调而进行协调。
[0029]一般来讲，在开发和建设大型(例如，大于或等于20MW)光伏项目时存在显著的规模经济效益。然而，对单个电站控制器可与之通信的装置(诸如光伏逆变器)的数量存在技术局限。因此，对于获取规模效益的较大的项目而言，单个电站控制器不是最佳的解决方案。此外，由于启动成本，较小(例如，小于20MW)的光伏项目通常比较大的项目更有市场。本发明的实施例允许分期或分阶段实施以解决这些问题。
[0030]图3示意性地示出根据本发明实施例的对光伏电站的控制以允许分阶段实施。在图3的例子中，分阶段实施光伏电站100。
[0031 ] 在第一阶段(箭头301)，可通过具有其自身的电站控制器210、光伏逆变器110和相关太阳能电池板114的单个电站340-1实施光伏电站100 (例如，参见图1)。电站340-2和340-3以及主电站控制器200不在第一阶段安装。因此，在第一阶段，运行电站340-1以通过其自身以及相关的感测元件、外部装置以及继电和保护设备向P0I221处的公用电网225提供光伏电站输出。可以认识到,在第一阶段建设光伏电站100的项目相对小,从而允许更多的实体承担项目的成本。
[0032]在完成第一阶段后，例如，在运行光伏电站100 —年或更长时间后，可开始进行第二阶段(箭头302)的实施以向光伏电站100增加另一个电站。例如，在仅通过电站340-1运行光伏电站100—段时间后,第二阶段可向光伏电站100增加电站340-2。与第一阶段类似，第二阶段可以是小型项目并因而易于提供资金。在第二阶段，增加主电站控制器200以协调电站340-1和340-2的电站控制器210的运行。也就是说，电站340-1和340-2的电站控制器210作为主电站控制器200的从属控制器而构造以提供在同一 P0I221处的光伏电站向公用电网225的输出。分阶段实施可继续以将向同一 P0I221提供光伏电站输出的更多电站并入。例如，在以第二阶段构造运行光伏电站100—段时间后，可在第三阶段(箭头303)向光伏电站100增加光伏电站340-3，其中光伏电站340-3的电站控制器210作为主电站控制器200的从属控制器而构造。分阶段实施可通过随后向光伏电站100添加直至光伏电站340-n的连续光伏电站部分而继续。
[0033]为了甚至更经济可行地进行光伏电站100的分阶段实施，电站340(即340_1、340-2,340-3,…、340_n)的每一个可归单独的实体所有。例如，电站340-1可归第一家电力公司所有，电站340-2可归不同于第一家电力公司并且不与第一家电力公司相关的第二家电力公司所有，以此类推。使用主控制器200协调许多不同从属电站控制器210的运行因而通过以属于不同所有者的较小光伏项目资源开始和/或汇集这些资源而使得更容易利用大型光伏项目的规模经济。
[0034]图4(由图4A和4B组成)示意性地显示根据本发明实施例的光伏电站100在自动调压控制中的进一步的细节和运行。
[0035]在图4的例子中，主电站控制器200包括组件402、403、404-1、410-413和442-444。主电站控制器200控制并协调多个从属电站控制器210的运行。每个从属电站控制器210包括组件404-2、405-409和440-441。光伏逆变器110在图4中以处于从属电站控制器210的周边之内而不出，以表明每个从属电站控制器210控制一组光伏逆变器110的运行，这些逆变器远离从属电站控制器210。主电站控制器200和从属电站控制器210的组件可以以硬件(例如电路)、软件(例如由处理器执行的指令和算法)或硬件与软件的组合加以实施。可增加或移除组件以满足特定光伏电站的需求。
[0036]在图4的例子中，全局逆变器无功功率设定点由主电站控制器200在功能块402、403和404-1中进行处理。得自功能块404-1的全局逆变器无功功率设定点由主电站控制器200发送到各个从属电站控制器210 (箭头490)。每个可用的从属电站控制器210在功能块404-2、405、406和407中对全局逆变器无功功率设定点进行处理。从属电站控制器210在功能块407中生成各个无功功率设定点，每个光伏逆变器110对应一个。各个逆变器无功功率设定点信号从功能块407发送至各相应光伏逆变器110。光伏逆变器110基于接收的各个逆变器无功功率设定点而输出和/或吸收无功功率。
[0037]现在参照图4阐 释示例自动调压运行。主电站控制器200接收用作设定电压的基准电压Vkef，所述设定电压用于设定P0I221处的电压。加法器401基于由基准电压Vkef指示的P0I221处的所需电压与由仪表223测得的P0I221处的电压(Vmetek)之间的差值来生成误差信号VEKK。在图4的例子中，由仪表223测得的P0I221处的电压通过电压滤波器444过滤。
[0038]在一个实施例中，基准电压Vkef和仪表电压读数Vmetek在主电站控制器200中作为数字信号处理。可将这些电压用模数转换器(ADC)转换成数字，然后通过数据通信网络提供给主电站控制器200。作为具体例子，可通过ModbusTCP寄存器将基准电压Vkef和仪表电压读数Vmetek提供给主电站控制器200。可对由主电站控制器200接收的命令和输入(包括基准电压Vkef和仪表电压读数Vmetek)执行界限检查。
[0039]光伏电站中的基准电压Vkef、仪表电压读数Vmetek和其他电压/电流可由对光伏电站100的其余部分具有适当改变的其他类型的信号来表示。例如，电压信号可由电流信号来表不，反之亦然。又如，光伏电站中的电压和电流可用RMS (均方根)来表不。
[0040]转储死区功能元件402可根据应用而启用或不启用。转储死区功能元件402允许误差电压Vekk在一定的范围内变化而不用调节全局逆变器无功功率设定点。更具体地讲，当电网电压(即，P0I221处的电压)位于界限(通常为标称值的±1%)内时，转储死区功能元件402允许补偿器403的输入向上或向下变化，并将逆变器110保持在设定值，使得光伏逆变器110输出单位功率因数。换句话讲，如果电网电压在(例如)±1%的范围内，则向补偿器403的输入实际上正好是电网电压。如果电网电压位于死区限值内，则还将导致光伏逆变器110转到单位功率因数。
[0041]在一个实施例中，补偿器403使用比例-积分(PI)控制方案由误差电压Vekk生成全局逆变器无功功率设定点信号。可使用的其他控制方案包括比例、积分、微分、比例-积分、积分-微分、比例-微分、和比例-积分-微分。PI补偿器403可以是绝对的，这意味着逆变器无功功率设定点基于误差信号Vekk以及PI补偿器403的比例增益(Kp)和积分增益(Ki)向上或向下偏置。补偿器403也可为增量的。补偿器403可具有积分饱卷保护和饱和限度。可因发生电网扰动时触发的状态机逻辑来启动或禁用补偿器403。
[0042]在图4的例子中，将无功功率限值功能元件分成主电站控制器200中的第一无功功率限值功能元件404-1和各从属电站控制器210中的第二无功功率限值功能元件404-2。无功功率限值选择功能元件404 (即404-1、404-2)被构造成减小或增大补偿器403的全局逆变器无功功率设定点输出。
[0043]在主电站控制器200中，无功功率限值功能元件404-1基于来自功率因数限制器子回路431和无功功率限制器子回路432的输入而减小或增大全局逆变器无功功率设定点。无功功率限值功能元件404-1调节全局逆变器无功功率设定点，使得P0I221处的光伏电站输出不超过功率因数限值(PF限值)和无功功率限值(Q限值)。
[0044]功率因数限制器子回路431被构造成在由仪表223测得的P0I221处的功率因数接近、等于或超过光伏电站100的功率因数限值(PF限值)时限制全局逆变器无功功率设定点。得自仪表223的功率因数读数由功率因数滤波器442过滤，并由加法器413将其与功率因数限值进行比较。得自仪表223的功率因数读数与功率因数限值之间的差值被输入到补偿器410，该补偿器将其输出提供给无功功率限值选择功能元件404-1。功率因数限制器子回路431具有其自身的补偿器410，因为由于阻抗随流过电站AC采集系统的有功功率而改变，P0I221处的功率因数未必与光伏逆变器110的端子处的功率因数相同。补偿器410可采用PI或其他控制方案。
[0045]无功功率限制器子回路432被构造成在由仪表223测得的P0I221处的无功功率接近、等于或超过光伏电站100的无功功率限值(Q限值)时限制全局逆变器无功功率设定点。得自仪表223的无功功率读数由无功功率滤波器443过滤，并由加法器412将其与无功功率限值进行比较。得自仪表223的无功功率读数与无功功率限值之间的差值被输入到补偿器411，该补偿器将其输出提供给无功功率限值选择功能元件404-1。无功功率子回路432具有其自身的补偿器411，因为由于阻抗随流过电站AC采集系统的有功功率而改变，P0I221处的无功功率因数未必与光伏逆变器110的端子处的无功功率相同。补偿器411可采用PI或其他控制方案。
[0046]在每个从属电站控制器210中，无功功率限值功能元件404-2基于来自逆变器电压限制器子回路430的输入而减小或增大全局逆变器无功功率设定点。无功功率限值功能元件404-2调节全局逆变器无功功率设定点，使得P0I221处的光伏电站输出不超过逆变器基准电压限值(INV Veef限值)。
[0047]逆变器电压限制器子回路430被构造成基于光伏逆变器110的端子处的电压输出而限制全局逆变器无功功率设定点。在一个实施例中，将由特定从属电站控制器210控制的一组中的所有光伏逆变器110的端子电压一起平均化，以生成表示该组中的所有光伏逆变器110的端子电压的单个逆变器端子电压。在另一个实施例中，将在由特定从属电站控制器210控制的组中的所有光伏逆变110之中的最高逆变器端子电压用于表示该组中的所有光伏逆变器110的端子电压。逆变器端子电压(平均的、最高的、或该组中光伏逆变器110的端子电压的其他代表形式)通过电压滤波器441过滤，并由加法器409将其与逆变器基准电压限值进行比较。加法器409的输出被输入到补偿器408，该补偿器将其输出提供给无功功率限值选择功能元件404-2。与功率因数和无功功率子回路不同，逆变器电压限制器子回路430直接从光伏逆变器110 (即，不从仪表223)获取其测量值。补偿器408可采用PI或其他控制方案。
[0048]在各从属电站控制器210中，改变限值功能元件405的无功功率比率限制全局逆变器无功功率设定点的改变速率。这将避免影响各个逆变器无功功率设定点的全局逆变器无功功率设定点的快速而剧烈变化。
[0049]在各从属电站控制器210中，逆变器可用功能元件406周期性地接收搏动信号440以检测光伏逆变器中断。为了清楚起见，在图4中只显示了来自一个光伏逆变器110的一个搏动信号440。实际上，可以从每个光伏逆变器110接收单独的搏动信号440。对于每个可用的光伏逆变器110，逆变器可用功能元件406向改变限值功能元件407的各个无功功率比率输出相应的各个逆变器无功功率设定点。
[0050]在各从属电站控制器210中，将改变限值功能元件407的各个无功功率比率应用到提供给相应光伏逆变器110的每一个逆变器无功功率设定点。正如其名称所喻示，功能元件407限制各个逆变器无功功率设定点的改变速率。在一个实施例中，各个逆变器无功功率设定点(Inv Q SP)通过Modbus TCP寄存器提供给相应的光伏逆变器110。从寄存器中读取各个逆变器无功功率设定点并将其转换成模拟电压信号，然后将所述模拟电压信号提供给光伏逆变器110所在的逆变器台上的光伏逆变器110的端子。光伏逆变器110根据接收到的各个逆变器无功功率设定点通过调节其无功功率输出而作出响应。
[0051]在一个实施例中，改变限值功能元件407的各个无功功率比率还被构造成响应于逆变器中断而将各个逆变器无功功率设定点上升或下降。例如，如果光伏逆变器110离线(例如，错过搏动)，则功能元件407可以将该光伏逆变器110的各个逆变器无功功率设定点设置成单位功率因数或零无功功率。当该光伏逆变器110回到在线时，功能元件407可将该光伏逆变器110的逆变器无功功率设定点设回全局无功功率设定点，如由自动调压控制所决定。
[0052]图5 (由图5A和5B组成)示意性地显示根据本发明实施例的光伏电站100在功率因数控制(PFC)中的进一步的细节和运行。一般来讲，功率因数控制类似于自动调压，例外的是，将功率因数而不是电压即光伏电站100的输出用作控制光伏电站100的运行的主
控制变量。
[0053]在图5的例子中，主电站控制器200包括组件402、403和501-506。主电站控制器200控制并协调多个从属电站控制器210的运行。每个从属电站控制器210包括组件406和407。光伏逆变器110在图5中以处于从属电站控制器210的周边之内而不出，以表明每个从属电站控制器210控制一组光伏逆变器110的运行，这些逆变器远离从属电站控制器210。可增加或移除组件以满足特定光伏电站的需求。
[0054]在图5的例子中，全局逆变器无功功率设定点信号由主电站控制器200在功能块402,403,501和502中进行处理。得自功能块502的全局逆变器无功功率设定点由主电站控制器200发送到各个从属电站控制器210 (箭头520)。特定的从属电站控制器210在功能块406中接收全局逆变器无功功率设定点，其生成各个无功功率设定点，每个光伏逆变器110对应一个。各个逆变器无功功率设定点信号从功能块406发送至各光伏逆变器110。光伏逆变器110基于接收的各个逆变器无功功率设定点而输出和/或吸收无功功率。
[0055]现在参照图5阐释示例功率因数控制运行。主电站控制器200接收表示P0I221处的所需功率因数的基准功率因数PFkef。加法器401基于由基准功率因数PFkef指示的P0I221处的所需功率因数与由仪表223测得的P0I221处的功率因数(PFmetek)之间的差值生成误差信号PFekk。在该例子中，功率因数PFmetek表示P0I221处的功率因数。P0I221处的功率因数读数可在提供给加法器401前由功率因数滤波器503过滤。
[0056]转储死区功能元件402可根据应用而启用或不启用。与之前一样，转储死区功能元件402允许误差功率因数PFekk在一定的范围内变化而不用调节全局逆变器无功功率设定点。补偿器403使用PI或其他控制方案由误差功率因数PFekk生成全局逆变器无功功率设定点或全局功率因数设定点信号。补偿器403可在仪表223停止发挥功能(如通过错过的通信波动信号505所示)或给出错误的读数(如通过数据检查504所示)时禁用(参见506)。
[0057]在图5的例子中，无功功率限值选择功能元件501被构造成减小或增大补偿器403的全局逆变器无功功率设定点输出。在一个实施例中，无功功率限值功能元件501调节全局逆变器无功功率设定点，使得P0I221处的光伏电站输出不超过光伏电站100的功率因数限值。改变限值功能元件502的无功功率比率限制全局逆变器无功功率设定点的改变速率。这将避免影响各个逆变器无功功率设定点的全局逆变器无功功率设定点的快速而剧烈变化。
[0058]在各从属电站控制器210中，逆变器可用功能元件406周期性地接收搏动信号440以检测光伏逆变器中断。为了清楚起见，在图5中只显示了来自一个光伏逆变器110的一个搏动信号440。实际上，可以从每个光伏逆变器110接收单独的搏动信号440。对于各可用光伏逆变器110而言，逆变器可用功能元件406向改变限值功能元件407的各个无功功率比率输出相应的各个逆变器无功功率设定点，改变限值功能元件407限制各个逆变器无功功率设定点的改变速率。
[0059]在各从属电站控制器210中，将改变限值功能元件407的各个无功功率比率应用到提供给相应光伏逆变器110的每一个逆变器无功功率设定点。在一个实施例中，各个逆变器无功功率设定点(Inv Q SP)通过Modbus TCP寄存器提供给相应的光伏逆变器110。从寄存器中读取各个逆变器无功功率设定点并将其转换成模拟电压信号，然后将所述模拟电压信号提供给光伏逆变器110所在的逆变器台上的光伏逆变器110的端子。光伏逆变器110根据接收到的各个逆变器无功功率设定点通过调节其无功功率输出而作出响应，以实现P0I221处的所需功率因数。作为另外一种选择，不向逆变器提供无功功率设定点，从属电站控制器210可向逆变器110发出功率因数设定点命令。
[0060]如通过前述内容可以认识到，可将本发明的实施例以上述控制方案相似的方式用于有功功率控制。一般来讲，有功功率控制类似于自动调压控制或功率因数控制，例外的是，将光伏电站100的有功功率输出用作控制光伏电站100的运行的主控制变量。更具体地讲，在一个实施例中，P0I221处的光伏电站输出包括有功功率，并且从属电站控制器210根据有功功率控制调节相应逆变器110的逆变器有功功率设定点。在该实施例中，主电站控制器200从仪表223接收POI221处的有功功率读数，将该有功功率读数与所需的有功功率进行比较，并对POI221处的有功功率读数与所需有功功率之间的差值进行处理以生成全局逆变器有功功率设定点并将其发送到从属电站控制器210，其生成相应逆变器110的各个逆变器有功功率设定点。本发明的实施例还可用于其他光伏电站控制方案，而不有损本发明的优点。
[0061]已经公开了用于控制光伏电站运行的主从式架构。虽然已提供了本发明的具体实施例，但是应当理解，这些实施例是用于举例说明的目的，而不用于限制。通过阅读本发明，许多另外的实施例对于本领域的普通技术人员而言将是显而易见的。
【权利要求】
1.一种光伏电站，包括: 多个从属电站控制器，所述多个从属电站控制器中的每个从属电站控制器被构造成调节由所述从属电站控制器控制的多个光伏逆变器的每一个的设定点，所述设定点设定提供给所述光伏电站与公用电网的互连点(POI)的所述多个光伏逆变器中相应光伏逆变器的输出，所述多个光伏逆变器的每一个被构造成将由多个太阳能电池生成的直流电转变成交流电；以及 控制所述多个从属电站控制器的运行的主电站控制器，所述主电站控制器被构造成检测在POI处所述光伏电站向所述公用电网的输出，以及基于检测到的在POI处所述光伏电站向所述公用电网的输出来控制所述多个从属电站控制器的运行以调节相应光伏逆变器的设定点。
2.根据权利要求1所述的光伏电站，其中检测到的在所述POI处所述光伏电站的输出包括无功功率并且由所述多个从属电站控制器中的每个从属电站控制器调节的所述设定点包括逆变器无功功率设定点。
3.根据权利要求1所述的光伏电站，其中检测到的在所述POI处所述光伏电站的输出包括功率因数并且由所述多个从属电站控制器中的每个从属电站控制器调节的所述设定点包括逆变器功率因数设定点。
4.根据权利要求1所述的光伏电站，其中检测到的在所述POI处所述光伏电站的输出包括有功功率并且由所述多个从属电站控制器中的每个从属电站控制器调节的所述设定点包括逆变器有功功率设定点。
5.根据权利要求1所述的光伏电站，其中检测到的在所述POI处所述光伏电站的输出包括测得的输出电压。
6.根据权利要求1所述的光伏电站，其中所述主电站控制器读取在所述POI处的仪表以检测所述光伏电站在所述POI处的所述输出。
7.根据权利要求1所述的光伏电站，其中所述主电站控制器包括被构造成接收和处理检测到的所述光伏电站的输出的补偿器。
8.根据权利要求7所述的光伏电站，其中所述补偿器包括比例-积分(PI)补偿器。
9.根据权利要求1所述的光伏电站，其中所述多个太阳能电池包括背接触太阳能电池。
10.一种控制光伏电站运行的方法,包括: 使用第一从属电站控制器控制第一多个光伏逆变器的运行，所述第一从属电站控制器调节所述第一多个光伏逆变器中每个光伏逆变器的设定点以调节所述第一多个光伏逆变器中每个光伏逆变器的输出，所述第一多个光伏逆变器中的每个光伏逆变器将由第一多个太阳能电池生成的直流电转变成交流电，以传送到所述光伏电站与公用电网的互连点(POI)； 使用第二从属电站控制器控制第二多个光伏逆变器的运行，所述第二从属电站控制器调节所述第二多个光伏逆变器中每个光伏逆变器的设定点以调节所述第二多个光伏逆变器中每个光伏逆变器的输出，所述第二多个光伏逆变器中的每个光伏逆变器将由第二多个太阳能电池生成的直流 电转变成交流电以传送到所述POI ； 在所述POI处对所述光伏电站的输出进行测量；以及使用主电站控制器对所述第一和第二从属电站控制器的运行进行控制，所述主电站控制器基于在所述POI处测得的所述光伏电站输出控制所述第一和第二从属电站控制器以调节所述第一和第二多个光伏逆变器中的光伏逆变器的设定点。
11.根据权利要求10所述的方法，其中在所述POI处测得的所述光伏电站的所述输出包括电压输出。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述光伏电站根据自动调压而运行。
13.根据权利要求10所述的方法，其中在所述POI处测得的所述光伏电站的所述输出包括功率因数。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述光伏电站根据功率因数控制而运行。
15.根据权利要求10所述的方法，其中在所述POI处测得的所述光伏电站的所述输出包括有功功率。
16.根据权利要求10所述的方法,其中所述第一从属电站控制器与所述第一多个光伏逆变器经数据通信网络通信。
17.—种控制 光伏电站运行的方法,包括: 安装光伏电站的第一电站控制器，所述第一电站控制器被构造成控制将由第一多个太阳能电池生成的直流电转变成交流电的第一多个光伏逆变器的运行； 运行所述第一电站控制器以在与公用电网的互连点(POI)处生成所述光伏电站输出； 在运行所述第一电站控制器以在与公用电网的POI处生成所述光伏电站输出至少一段时间后，安装所述光伏电站的第二电站控制器，所述第二电站控制器被构造成控制将由第二多个太阳能电池生成的直流电转变成交流电的第二多个光伏逆变器的运行； 安装主电站控制器以控制所述第一和第二电站控制器的运行；以及 使用所述主电站控制器对所述第一和第二电站控制器的运行进行控制，所述主电站控制器基于在所述POI处测得的所述光伏电站输出控制所述第一和第二电站控制器以调节所述第一和第二多个光伏逆变器中的光伏逆变器的设定点。
18.根据权利要求17所述的方法，其中在所述POI处测得的所述光伏电站的所述输出包括电压。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述光伏电站根据自动调压而运行。
20.根据权利要求17所述的方法，其中在所述POI处测得的所述光伏电站的所述输出包括功率因数。
21.根据权利要求17所述的方法，其中所述光伏电站根据功率因数控制而运行。
22.根据权利要求17所述的方法，其中在所述POI处测得的所述光伏电站的所述输出包括有功功率。
23.根据权利要求17所述的方法，其中所述光伏电站根据自动有功功率控制而运行。
24.根据权利要求17所述的方法，其中所述第一电站控制器与所述第一多个光伏逆变器经数据通信网络通信。
25.根据权利要求17所述的方法，其中所述多个从属电站控制器的每一个作为由单独的实体运行的单独光伏电站而运行。
【文档编号】G05D3/12GK103975284SQ201280052957
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2012年10月25日 优先权日:2011年10月27日
【发明者】拉尔斯·约翰逊, 威廉·B·彼得, 罗伯特·约翰逊 申请人:太阳能公司