专利名称：用于控制太阳能光伏系统爬坡速率的系统及其方法
技术领域：
本发明通常涉及光伏(PV)发电，并且特别涉及用于控制与单个或多个PV阵列关联的单个或多个PV系统/逆变器的功率爬坡速率(ramp rate)。
背景技术：
光伏电池(photovoltaic cell)产生具有依赖于太阳能辐射的DC电流水平和依赖于温度的DC电压水平的直流(DC)电力。当想要交流(AC)电力时，使用逆变器将该DC能量转换为AC能量。典型的PV逆变器利用用于功率处理的两个级，其中有配置用于才是供恒定DC电压的第一级和配置用于将恒定DC电压转换为AC电流的第二级。通常，该第一级包括升压转换器，而第二级包括单相或者三相的逆变器系统。
单相和三相光伏逆变器通常需要两级转换功率电路以将PV阵列的变化DC电压转换为电网的固定频率恒定振幅AC电压。传统PV逆变器使用DC链作为中间能量储存步骤，其意味着该转换器首先将可变PV阵列电压转换为恒定DC电压，并且随后将该恒定电压转换成为可以注入到该电网中处于线路频率(line frequency )和整功率因凄l的AC电流。
PV系统/逆变器可以4皮i殳计与单个或多个PV电池阵列一起工作。PV系统/逆变器的功率输出受到与各个PV电池/阵列关联的太阳能辐射状况极大地影响。公用电业(utility)通常具有其它电力资源，例如热电站，以平衡它们的电力负荷，因此适应了在间断的太阳能辐射状况期间PV功率输出的可变性。热电站可以包括，例如，燃煤和燃气站。由于突然的云层覆盖或其它引起的PV系统的功率波动通常通过调整其它热电站的功率输出来处理，以提供相对恒定的总功率匹配需 求。然而，足够快地改变热电站的功率输出通常是困难的。功率输出
的改变还可以被称作爬坡(ramping)。热发电设备期望要求一种爬坡 速率，其未强加过度热应力且适应在加热和冷却热传递部件中涉及的
自然滞后时间。作为示例，燃煤电站可以接管12小时以从冷开始， 并且甚至当热的时候可以花费2至3小时以从它们额定功率的0-100% 爬坡。如此热发电设备的下坡可以要求甚至更慢的速率以最小化损坏 电站部件的风险。另一方面，太阳能的状况可以在相对更短的时间跨 度中急剧地改变。因此，考虑到这样其它电力资源的最大规定功率爬 坡速率，控制PV系统/逆变器的功率爬坡速率是期望的。
可以将单个或多个PV系统的功率爬坡速率限制在任4可高至取决 于当前太阳能状况的最大功率值的水平。这个通过削减功率输出的一 部分而获得，使得该功率爬坡速率未超过最大期望爬坡速率。然而， 这个限制了太阳能的俘获量并增加了该PV系统的能量有效成本。进 一步地，尽管功率爬坡速率控制通过在单个产生器和风电场的如此技 术已经已经实现到某种程度，但是该问题在光伏系统级别还没有解 决。
因此，需要一种技术以将处于光伏系统/子系统级别的功率爬坡速 率控制在由输电系统运营方(transmission system operator)头见定的限 制内且同时允许由各个PV阵列的最大太阳能俘获量。
发明内容
简单地i兌，才艮据本发明的一个实施例，太阳能光伏(PV)控制系 统包括
PV系统功率传感机构，其被配置以监测由多个PV子系统产生的 瞬时集合输出功率(collective output power),并且由此在期望时间段 期间产生一序列的瞬时集合输出功率信号；和
速率控制器，其中配置所述速率控制器以响应于所述一序列的瞬时集合输出功率信号而监测由所述多个PV子系统产生的集合功率输 出的变化速率，并且通过产生基于所监测的由所述多个PV子系统产
生的集合功率输出的变化速率的功率输出率(output rate)控制信号和
对于所述多个PV子系统的期望集合功率变化速率并且传送所述功率
输出率控制信号至所述多个PV子系统，来控制由所述多个PV子系
统产生的集合功率输出的变化速率。
根据本发明的另一个实施例，太阳能光伏(PV)控制系统包括
多个PV子系统，每个PV子系统包4舌 至少一个PV阵列；和
至少一个PV逆变器，其#1配置以响应于可用的PV阵列功 率而产生AC功率至^^用电网(utility grid);和
PV控制系统，其被配置以产生基于所监测的由所述多个PV子系 统产生的集合功率输出的变化速率和对于所述多个PV子系统的期望 集合输出功率变化速率的功率输出率控制信号，并且传送所述功率输 出率控制信号至所述多个PV子系统以控制各个PV子系统的一个或 多个工作参数的变化速率。
还根据本发明的另 一个实施例，太阳能光伏(PV)控制系统包括
至少一个能量储存装置；
PV子系统，其包括 PV阵列；和
PV逆变器，其^C配置以响应于可用的PV阵列功率而产生单 相或多相AC功率中的至少一个至^^用电网；和
PV控制系统，其被配置以产生基于所监测的由所述PV子系统产 生的功率输出的变化速率和对于所述PV子系统的期望输出功率变化 速率的功率输出率控制信号，并且传送所述功率输出率控制信号至所
述PV子系统和所述至少一个能量储存装置以控制所述PV子系统的 一个或更多个工作参数的变化速率。
当参照附图阅读以下详细说明时，本发明的这些和其他特征、方 面和优点将变得更好理解，在其中所有附图相似的符号表示相似的部 件，其中
图1是示出在现有技术中已知的PV逆变器拓朴图(topology); 图2是根据本发明的一个实施例的PV控制系统的示意图； 图3是依照本发明的一个实施例的PV逆变器级别爬坡速率控制 机构的示意图4是依照本发明的 一个实施例的监督爬坡速率控制机构的示意
图5是示出根据本发明的多方面的爬坡速率要求的随时间变化和 实际集合PV子系统爬坡速率随时间变化的图形-说明。
图6是依照本发明的另 一个实施例的监督爬坡速率控制机构的示 意图7是依照本发明的另一个实施例的PV逆变器级爬坡速率控制 机构的示意尽管以上确定的绘制的图阐明备选的实施例，但是还考虑了本发 明的其它实施例，如在讨论中被提及。在所有实例中，这个公开通过 表示但不限制的方式呈现了本发明已示出的实施例。本领域的技术人 员可以设计出大量其它变化和实施例，它们落入了这个发明原理的范 围和4青神以内。
具体实施例方式
图1是现有技术已知的光伏逆变器IO拓朴图。光伏逆变器10利 用两级功率电路以将PV阵列12的变化DC电压转换为用于电网14 的固定频率AC电流。光伏逆变器10使用DC链电容器16以实现中 间能量储存步骤。这个意味着该PV逆变器10首先将可变的PV DC 电压18通过升压转换器转换为大于该电网电压的恒定DC电压20，
7并且随后将该恒定DC电压20通过PWM电路24转换为之后可以注 入该电网14中的电流22。光伏逆变器10的拓朴利用在高频率时均接 通的五个开关器件(switching device) 26、 28、 30、 32、 34。
以下针对本发明的具体实施例描述用于通过中央或监督PV系统 控制器而控制具有多个PV子系统/逆变器的PV系统的集合功率爬坡 速率的系统和方法。本发明的其它实施例可以包括单个或多个PV阵 列，并且可以实现为配置成产生单相或多相功率的单个或多个PV系 统/逆变器。依照本发明的实施例，该监督PV系统控制器可操作以将 该PV系统的爬坡速率控制在由输电系统运营方设定的最大爬坡速率 以内。这个速率通常应用于在固定持续时间(例如l分钟)的时间窗 口期间的该PV系统的平均集合功率爬坡速率。在某些实施例中，第 二 (通常较低)爬坡速率约束可以应用于在相对较长的持续时间(例 如10至15分钟)的第二时间窗口期间的该PV系统的平均集合功率 爬坡速率。这些集合爬坡速率可应用于包括启动、i常操作和切断的 各种工作范围。该集合功率爬坡速率的控制通过由监督PV系统控制 器传送到各个PV子系统/逆变器的爬坡速率变化限制信号来实现。在 一个实施例中，该爬坡速率变化限制信号包括爬坡速率指令。在不同 的实施例中，该爬坡速率变化限制信号可以包括功率设定点指令。以 下将大体上根据图2-7更详细地描述本发明的实施例。
现在看图2,才艮据本发明的一个实施例示出了 PV控制系统40。 配置该PV控制系统40以监测和控制多个PV子系统42的集合功率 输出的变化速率，每个子系统具有至少一个PV阵列12和可操作以给 公用电网14提供电力的PV逆变器10。进一步地，公用电网14可 以从其它电力资源25接收电力，以适应由于变化的太阳状况而引起 的PV子系统42的集合功率输出的可变性。这些其它电力资源52除 了其它以外，可以包^",例如，热电站，水力发电站或者核电站。
该PV控制系统40包括PV系统中央控制器44。该中央控制器 44被配置以监测和控制PV子系统42的集合功率输出的变化速率。集合功率输出的变化速率在这个讨论中还被称为"集合功率爬坡速
率"。该PV系统中央控制器44进一步包括功率传感器54,例如电压 和电流传感器，其被配置以感测这些PV子系统42的集合功率输出。 该中央控制器44被配置以通过通信链^各56与各个PV子系统42 通信，通信链路56可以以硬件和/或软件来实现。在特定实施例中， 通信链路56可以配置以根据无线通信领域内的技术人员已知的任何 有线或无线通信协议来远程传送数据信号至中央控制器44和从中央 控制器44传送数据信号。这样的数据信号可以包括，例如传输到该 中央控制器44的表明各个PV子系统42的工作条件的信号和由该中 央控制器44传送到各个PV子系统42的各种指令信号。该中央控制 器44可以进一步与该公用电网14通信，且可以可操作以控制该PV 控制系统40中的各种开关装置，例如电容和电抗器(未示出)以便 将这些PV子系统42的集合功率输出控制在由输电系统运营方规定的 规范内。
根据一个实施例，这些PV子系统42的集合功率爬^^速率的控制 可以划分为在PV子系统42级别的功率爬坡速率限制控制和在该PV 控制系统40级别的监督控制。每个PV子系统42可以包括，例如自 适应(adaptive)控制器，其可操作以实施被配置以确定其对应的PV 逆变器10的功率水平指令的控制算法。对于该对应的PV逆变器10 的功率水平指令可以是，例如逆变器输出电流的函数，且可以适合于 在给定温度和/或工作条件下优化PV子系统性能。以下将参考图3进 一步详细讨论在该PV子系统42级别的功率爬;皮速率限制控制。
图3示出了才艮据本发明的一个实施例的PV子系统功率输出水平 爬坡速率控制机构60。 PV子系统级别的输出功率爬坡速率的控制可 以通过诸如上述讨-沦的用于各个PV子系统42的自适应控制器的PV 子系统控制器而以硬件和/或软件来实现。根据一个实施例，该PV子 系统控制机构60的功能块在由PV子系统控制机构60产生功率水平 指令信号62以后并且在由PV子系统逆变器10接收实际功率水平指
9令信号68之前来实施。如下讨论，配置该PV子系统功率输出水平控
制机构60以限制功率水平指令信号的变化速率，由此控制例如该PV 子系统逆变器IO输出电流的变化速率。
根据一个实施例，该PV子系统功率输出水平爬坡速率控制机构 60通过限制由PV子系统逆变器IO接收的实际功率水平指令信号68 的变化速率，和通过采用闭环反^t控制系统，例如积分控制系统，来 工作以最小化所产生的功率水平指令信号62和由PV子系统逆变器 IO接收的实际功率水平指令信号68之间的误差。正如所示，该误差 (e)在差分结点(difference junction) 63处获得。该误差(e)在块 64处以已知增益(K)被放大，然后其在块66处关于时间被积分而 产生一个爬坡的信号68,其作为实际功率水平指令信号68被传送至 PV子系统逆变器10。
积分器66的输入70代表由该PV子系统逆变器10接收到的实际 功率水平指令信号68的变化速率，且因此还代表了 PV子系统逆变器 IO的输出功率爬坡速率。根据一个实施例，每个PV子系统逆变器IO 的输出功率爬坡速率通过经由速率限制器80限制对其对应的自适应 控制器积分器66的输入来控制。配置该速率限制器80以使速率限制 器80的输出被速率限制器80的上限限定的最大值所限制。即，速率 限制器80的输出70等于对速率限制器80的输入82,直到输入82超 过上限，在该情况下，速率限制器的输出70基本上为常数且等于上 限值。在一个实施例中，速率限制器80的上限由基于在下面进一步 详细解释的PV中央控制器44产生的爬坡速率指令信号(86)的速率 限制信号(84)来限定。该爬坡速率指令信号(86)基于由输电系统 运营方设定的预期长期和短期PV子系统42的集合输出功率爬坡速 率。因此通过由PV控制器44调节爬坡速率指令信号(86)而控制各 个PV子系统42的最大输出功率爬坡速率是可能的。通过经由速率限 制信号(84)设定限制器80的上限，每个PV子系统42的功率输出 变化速率可以以使得PV子系统功率输出的变化速率不超过PV控制器44设定的爬坡速率限制的方式来控制。在特定实施例中，速率限
制器80还可以包括下限88,其表明每个PV子系统42的最大指定负 功率爬坡速率。
根据一个实施例，反馈控制系统60适合于最小化随时间的误差 (e)，使得实际功率水平指令68接近产生的功率水平指令62。在稳 态，该误差(e)接近零，导致该PV子系统42接收基本上恒定的输 出功率水平指令信号68。误差(e)接近零时所在的速率取决于增益 K值。因此，增益K选择为具有足够大的值以提供对输出功率指令信 号的变动的预期快速的闭环响应。根据一个实施例，输出功率爬坡速 率的子系统级别控制可以通过由速率限制信号限制功率指令来获得。 然后输出电流设定点基于输出功率水平设定值(settings)被计算，并 且应用于各自PV子系统42。
根据一个实施例，配置该PV控制器44以通过在图4中所示的监 督爬坡速率控制机构90而将PV子系统42的集合功率输出的变化速 率控制在PV中央控制系统功率水平。监督爬坡速率控制机构90的功 能块通过该中央控制器44来实施。该监督爬坡速率控制机构90包括 慢爬坡速率控制机构92和快爬坡速率控制才几构94。该慢爬坡速率控 制机构92可操作以产生功率输出爬坡速率要求信号76,其被提供以 最大化这些PV子系统42的集合能量产出而同时保持这些PV子系统 42的平均输出功率爬坡速率在输电系统运营方所指定的限制内。该快 爬坡速率控制机构94通过以下工作将测量的集合PV子系统输出功 率爬坡速率对照输出功率爬坡速率要求信号76进行比较以及调节在 各个PV子系统级别的输出功率爬坡速率以保持所要求的水平操作。 在下面将更详细的描述慢爬坡速率控制^4勾92和快爬^^速率控制才几 构94。
该慢爬坡速率控制机构92包括爬坡速率算法98，配置其以监测 集合子系统功率输出(由功率传感器54感测)，并基于对于第一时间 窗口的第一指定平均输出功率爬:t皮速率72以及对于第二时间窗口的第二指定平均输出功率爬坡速率74来计算输出功率爬坡速率要求76。 在一个实施例中，该第一及第二时间窗口分别具有大约1分钟和10-15 分钟的持续时间。该第一指定平均输出功率爬坡速率72通常大于第 二指定平均输出功率爬坡速率74。因此，第一及第二指定平均输出功 率爬i皮速率在这次讨论中还分别一皮称为快爬i皮速率和慢爬坡速率。该 快爬i皮速率72和慢爬i皮速率74通常由输电系统运营方来指定。
该快爬坡速率输出功率控制机构94可操作以传送该爬i皮速率要 求76，其从而作为爬坡速率指令信号(Arr) 86被建立到各个PV子 系统42。这是通过反馈控制回路118和校正环120来实现的。该反馈 控制回路118被配置以提供用于减少爬坡速率要求76与集合PV子系 统的实际输出功率爬坡速率之间误差的闭环响应。该集合PV子系统 42的实际输出功率爬坡速率142由爬坡速率估计才莫块122建立。在一 个实施例中，爬坡速率估计模块122可以包括适用于确定被感测的集 合PV子系统功率输出的继动平均(rolling average )变化速率的算法。 在结点124,信号126基于爬坡速率要求62与块122估计的实际集合 PV子系统爬坡速率142之间差而产生。闭环响应通过积分控制器130 来实现，该积分控制器130以已知增益(Kr)放大信号126，并对所 得信号关于时间进行积分。该增益(Kr)被调整以提供对集合PV子 系统42中的爬i皮速率扰动的足够快的闭环响应。
-由PV子系统42设定的最大和最小瞬时爬坡速率在图3和图4中 分别被看作 和rrmin。通常， 订mn >订min。
根据一个实
施例，积分控制器130的输出信号132被等于如图4中所示的这些最 大值与最小值之间的差的上限值所限制。这个输出信号132接着作为 输出功率爬坡速率指令信号(Arr) 86播送到集合PV子系统42。在 一个实施例中，该爬坡速率指令信号(△ rr) 86由中央控制器44经由 图2所示的通信链路56传送到各个PV子系统42,该通信链路56可 以包括如上所述的有线或无线远程通信链路。
如图3中所示，该爬坡速率指令信号(Arr) 86与最小指定爬坡速率(rrmin) 88在结点96处求和以产生对于各个PV子系统42的自 适应控制器的爬坡速率限制信号(rr**) 84。因此，该爬坡速率限制 信号(rr**) 84因此设计为大于或等于由(rrmin) 88限定的最小值。 因此，当爬坡速率指令(Arr) 86接近0时，对应的PV子系统42可 达到的最大输出功率爬坡速率等于集合PV子系统的最小瞬时输出功 率爬坡速率(rrmin) 88。从本技术的各方面来看，在正常操作期间， 当Arr>0时，某些PV子系统42可以以大于最小指定速率(rrmin) 88 的速率来使它们的功率输出爬坡，然而，某些其它PV子系统42以当 地太阳能状况对于这些PV子系统所支配的相对较慢的(或负的)爬 坡速率来工作，使得集合PV子系统的平均输出功率爬坡速率未超过 输电系统运营方所设定的快或慢的平均爬坡速率。以上特征允许各个 PV子系统42的最大太阳能俘获量而同时在PV控制系统级别保持输 电系统运营方所指定的输出功率爬坡速率。在大型PV系统中这个是 特别有利的，其中太阳能状况在各个PV子系统42之中变化明显。
当实际臬合PV子系统功率爬坡速率142超过爬坡速率要求76 时，在结点124获得的输出126变成负值。闭环控制机构118相应地 减小该爬坡速率要求(rr*) 76，以使集合PV子系统功率输出142接 近爬坡速率(rr*) 76。然而，在这种情况下，在一分钟的较小时间窗 口期间而平均的集合PV子系统爬坡速率趋向于大于输电系统运营方 规定的快爬坡速率(nw) 72。该校正环120可操:作以调整爬坡速率 要求(rr*) 76以提供对于在一分钟时间窗口期间的平均集合PV子系 统输出功率爬坡速率的校正值。在一个实施例中，在结点134,信号 136基于爬坡速率要求(rr* ) 76与实际集合PV子系统爬坡速率142 之间的差产生。信号136以增益(Ka)被放大并通过积分控制器138 被积分。配置该积分控制器138以仅当信号136包括负值时产生输出 140。这个可以通过将积分控制器138的上限值设为0来实现。因此， 当该实际集合PV子系统输出功率爬坡速率142超过该爬坡速率要求 (rr*) 76时，包括负值的信号140与爬坡速率要求(rr* ) 76和实际
13风电场功率输出142之间的差在结点124处相加。这个引起对反馈控 制机构118的输入126以具有额外的负分量，其趋向于进一步减小实 际集合PV子系统功率输出142至爬;皮速率要求(rr*) 76以下，以使 得当在一分钟持续时间期间而平均时，该平均集合PV子系统爬坡速 率遵从在一分钟时间窗口期间的指定的快爬坡速率。该校正环120的 操作将参考图5作进一步说明。
图5示出了爬坡速率要求和实际集合PV子系统输出功率爬坡速 率随时间的示范性变化。期望输出功率爬坡速率(对应于r^76)大体 用迹线152表示，并在实际集合PV子系统功率输出的对应变化大体 用迹线154来表示。如图所示，当该实际集合PV子系统输出功率爬 坡速率增加至爬坡速率要求以上时(用正区域156表示)，该校正环 120通过校正信号140来调节集合PV子系统爬坡速率，从而引起实 际功率输出落到该爬坡速率要求以下(由负区域158表示)，以致于 在一分钟的持续时间期间区域156和区域158的算术和为零。因此， 该校正环120被配置以调整集合PV子系统功率爬坡速率，使服从在 一分钟的窗口内的快速爬坡速率。
图6是根据本发明另 一个实施例的监督爬坡速率控制机构200的 示意说明。监督爬坡速率控制机构200包括数字选择器202,其功能 是用以确定是将使用 一分钟爬坡速率限制204还是使用十分钟爬坡速 率极限206来控制每个PV逆变器IO的爬坡速率。在一个实施例中， 爬坡速率指令信号(AP) 208通过中央控制器44经由图2中所示的 通信链路56传送到各个PV子系统42，其可以包括上面所述的有线 或无线的远程通信链路。
该速率限制器202和204被配置以使该输出被由上限限定的最大 值来限制。每个速率限制器202, 206的输出将等于它对应的输入， 直到该输入超过上限，在该情况下，速率限制器204的输出大体上是 常数，且等于上限值。在一个实施例中，每个速率限制器204， 206 的上限由运营方指定的速率限制信号210来限定。因此，通过由PV控制器44调节爬坡速率指令信号来控制各个PV子系统的最大输出功
率爬坡速率是可能的。通过由速率限制信号208设定限制器204， 206 的上限，每个PV子系统42的功率输出的变化速率可以以使得PV子 系统功率输出的变化速率不超过PV控制器44所设定的爬坡速率限制 的方式来控制。
在某些实施例中，比率限制器204, 206还可包括表明每个PV子 系统42的最大指定负功率爬坡速率的下限。例如，如果一个或多个 非活动的PV子系统42因为遮光条件的变化而突然变为活动状态，更 多的PV子系统那么将会变为可用于提供电力给电网14。当这种状况 发生时，在遮光条件变化前提供电力给电网14的PV子系统42将不 得不以相似的方式通过响应于指定负功率爬坡速率的负坡度斜坡来 降低它们的输出功率，以为了适应新活动的PV子系统提供的额外功 率。
在一个示范性的方案中，仅这些PV系统42中的部分处于工作中 而同时功率爬坡速率^皮控制，并且原先未处于工作中的单元变为活动 的。在这个情况下，该控制器应该命令已处于活动的单元以预定速率 降低它们的功率指令，且在同时增加发出到开始工作的单元的功率指 令。所得的总的功率指令斜坡应该以这种方式保持在或^f氐于期望的变 化速率。
才艮据一个实施例，当不多于一个PV子系统42可用于向电网14 提供电源时，包括但不限于诸如图2中描述的电池组11的能量储存 装置可以在阴暗条件期间提供必要的额外功率，以适应PV子系统42 功率的下坡。
图7是对本发明另一实施例的PV子系统逆变器功率水平爬坡速 率控制机构250的示意说明。根据一个实施例，该PV子系统逆变器 功率水平爬i皮速率控制机构250的功能块在PV子系统逆变器功率水 平爬坡速率控制机构250响应于中央控制器44产生的爬坡速率限制 信号208而产生功率水平指令信号252之后，并且在PV子系统逆变器10接收实际功率水平指令信号254之前被执行。如下面进一步所 讨论的，该PV子系统逆变器功率水平爬坡速率控制才几构250被配置 以限制该功率水平指令信号254的变化速率，由此控制例如该PV子 系统逆变器IO输出电流的变化速率。
才艮据一个实施例，该PV子系统逆变器功率水平爬;皮速率控制才几 构250通过以下工作限制PV子系统逆变器IO接收的实际功率水平 指令信号254的变化速率，以及采用闭环反馈控制系统以最小化产生 的PV子系统电流256和实际电网电流258之间的误差。相应误差(e) 信号通过PI控制器260进行处理以产生传送至该PV子系统逆变器10 的功率水平指令信号254。
上述描述的技术提供了 PV系统输出功率爬坡速率的协调式控 制，其相对于输电系统运营方指定的短期和长期爬坡速率来管理PV 子系统的综合行为。描述的特征通过允许各个PV子系统在对于该PV 系统期望的集合爬坡速率以上或以下工作，进一步4是供用于该PV系 统获取的最大太阳能。
上述描述的原理还可以-故同样优越地应用于适应单相或多相配 电系统的实施例中。进一步地，爬坡速率控制特征可以被无限制地配 置以响应于公用电网频率偏差、通过相应PV子系统注入公用电网的 谐波(harmonics )、不同相中与不同PV子系统相关耳关的7>用电网平 衡要求、公用电网电压变化补偿要求、或公用电网稳定化要求而动态 地提高太阳能PV系统功率。
可以理解，上述描述的技术可以采用计算机或控制器执行的过程 和实施这些过程的设备的形式。上述技术的各方面还可以具体表现为 包括指令的电脑程序代码的形式，其具体表现在有形i某体，如软盘、 CD-ROM、硬盘或任何其它计算机可读存储i某体，其中，当通过计算 机或控制器载入并执行该计算机程序代码时，该计算机成为用于实施 本发明的设备。所描述的技术还可以具体表现为以电脑程序代码或信 号的方式，例如，不管是被保存在存储介质中、通过电脑或控制器载入和/或执行，或是在一些传输介质上(例如在电线或者电缆上、通过 光纤或经由电磁辐射等)传输，其中，当通过计算机载入和执行该计 算机程序代码时，该计算机成为用于实施本发明的设备。当在通用微 处理器上执行时，该计算机程序代码片断配置孩i处理器以形成专用的 逻辑电路。
尽管这里仅仅图示和说明了本发明的某些特征，但是对于本领域 技术人员将会做出许多修改和改变。因此，应当理解所附权利要求将 要覆盖落在本发明的真正精神中的所有这些修改和改变。
部件列表
10光伏(PV)逆变器34开关器件
11电池组40PV控制系统
12PV阵列44中央控制器
14电网52电源
16DC链电容器54功率传感器
18可变PVDC电压56通信链路
20恒定DC电压62功率水平指令信号
22电流63差分结点
24PWM电路64误差放大器
26开关器件66积分器
28开关器件260PI控制器
32开关器件258实际电网电沪u
70积分器输入76功率输出爬坡速率要求信号
80速率限制器82速率限制器输入
84速率限制信号86爬坡速率指令信号
88速率限制器设定的下限90监督爬坡速率控制机构
92慢爬坡速率控制机构94快爬坡速率控制机构
96结点98爬坡速率算法118反馈控制回路120校正环
122爬坡速率估计模块124结点
126在结点124处的差分信号130积分控制器
132积分控制器的输出信号134结点
136在结点134的差分信号138积分控制器
140积分控制器138输出156PV子系统的正集合输出功率
152期望输出功率爬坡速率158PV子系统的负集合输出功率
200监督爬坡速率控制机构204一分钟爬坡速率限制
206十分钟爬坡速率限制208爬坡速率指令信号
210运营方指定速率限制信号256产生的PV子系统电流
252功率水平指令信号42PV子系统
202数字选择器258实际电网电，危
60 PV子系统功率输出水平爬坡速率控制机构
68 PV子系统逆变器接收的实际功率水平指令信号
142集合PS子系统的实际输出功率爬坡速率
154实际集合PV子系统输出功率变化
250 PV子系统逆变器功率水平爬坡速率控制机构
254 PV子系统逆变器接收的实际功率水平指令信号
260 PI控制器
18
权利要求
1.一种太阳能光伏(PV)系统(40)，其包括多个PV子系统(42)，每个PV子系统(42)包括至少一个PV阵列(12)；和至少一个PV逆变器(10)，其被配置以响应于可用的PV阵列有效功率而产生单相或多相AC有效功率中的至少一个；和PV控制系统(44)，其被配置以基于监测的通过所述多个PV子系统(42)产生的集合有效功率输出的变化速率和对于所述多个PV子系统(42)的期望集合输出有效功率变化速率而产生有效功率输出率控制信号，并且传送所述有效功率输出率控制信号至所述多个PV子系统(42)以控制各个PV子系统(42)的一个或多个工作参数的变化速率。
2. 如权利要求1所述的太阳能PV系统(40)，其中，所述工作 参数包括至少PV逆变器输出电流。
3. 如权利要求1所述的太阳能PV系统(40),其中，所述有效 功率输出率控制信号进一步基于在第一时间段期间的集合PV子系统 输出有效功率爬坡速率和在大于所述第一时间段的第二时间段期间 的集合PV子系统输出有效功率爬坡速率。
4. 如权利要求l所述的太阳能PV系统(40)，其中，对于所述 多个PV子系统(42)的所述期望集合输出有效功率变化速率对应于 正爬坡速率。
5. 如权利要求1所述的太阳能PV系统(40),其中，对于所述 多个PV子系统(42)的所述期望集合输出有效功率变化速率对应于 负爬坡速率。
6. 如权利要求1所述的太阳能PV系统(40),其中，所述有效 功率输出率控制信号进一步基于公用电网频率偏差、经由相应的PV 子系统(42)注入^^用电网的谐波、在不同相中与不同PV子系统(42)相关联的公用电网平衡要求、公用电网电压变动补偿要求、或公用电 网稳定化要求中的至少 一个。
7. —种太阳能光伏(PV)系统(40),其包括 至少一个能量储存装置(11);PV子系统(42)，其包括 PV阵列(12);和PV逆变器(10 )，其^C配置以响应于可用的PV阵列有效功 率而产生单相或多相AC有效功率中的至少一个；和PV控制系统(44)，其被配置以基于监测的通过所述PV子系统 (42)产生的有效功率输出的变化速率和对于所述PV子系统(42) 的期望输出有效功率变化速率而产生有效功率输出率控制信号，并且 传送所述有效功率输出率控制信号至所述PV子系统(42)和所述至 少一个能量储存装置(11)以控制所述PV子系统(42)的一个或多 个工作参数的变化速率。
8. 如权利要求7所述的太阳能PV系统(40)，其中，对于所述 PV子系统(42)的所述期望输出有效功率变化速率对应于正爬坡速 率。
9. 如权利要求7所述的太阳能PV系统(40),其中，对于所述 PV子系统(42)的所述期望输出有效功率变化速率对应于负爬坡速 率。
10. 如权利要求7所述的太阳能PV系统(40),其中，所述有 效功率输出率控制信号进一步基于公用电网频率偏差、经由相应的PV 子系统(42)注入公用电网的谐波、在不同相中与不同PV子系统(42) 相关联的公用电网平衡要求、或公用电网稳定化要求中的至少一个。
全文摘要
本发明涉及用于控制太阳能光伏系统爬坡速率的系统及其方法。一种光伏(PV)控制系统(40)基于所监测的由多个PV子系统(42)产生的集合功率输出的变化速率和对于所述多个PV子系统(42)的期望集合输出功率变化速率而产生功率输出率控制信号，并且传送所述功率输出率控制信号至所述多个PV子系统(42)以控制各个PV子系统的一个或多个工作参数的变化速率以为了控制所述多个太阳能PV子系统(42)的集合输出功率的变化速率。
文档编号H02N6/00GK101677222SQ20091017285
公开日2010年3月24日 申请日期2009年8月27日 优先权日2008年8月27日
发明者L·J·加尔塞斯, S·波斯, 艳 刘 申请人:通用电气公司