用于向电网分配电功率的系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于向电网（106）分配电功率的系统。所述系统包括被配置用于将电力发电机（101）输出的DC电压转换为AC电压的DC/AC逆变器（102）；被配置用于接收所述AC电压、对所述AC电压进行变压并且将经变压的AC电压传输至电网（106）的变压器（103）；和被配置用于有选择地将变压器（103）与电网（106）进行连接和断开连接的连接器（104）。所述DC/AC逆变器（102）被配置用于对送至变压器（103）的初级绕组磁化电流进行控制。另外，连接器（104）被配置用于基于被控制的磁化电流而将电网（106）和变压器（103）进行连接和断开连接。
【专利说明】用于向电网分配电功率的系统
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及一种用于向电网分配电功率的方法和系统。本发明进一步涉及一种用于执行所述方法的计算机程序产品。
【背景技术】
[0002]中压(MV)变压器升压DC/AC逆变器输出电压以允许连接至MV配电网。变压器功率损耗由a)由于变压器负载电流所引起的绕组损耗和b)由于变压器磁化电流所引起的绕组和芯部损耗所构成。
[0003]变压器功率损耗能够被分类为i)变压器操作期间(即，逆变器功率>0)的负载损耗，或者ii)在变压器空闲时(即，逆变器功率=0)出现的非负载损耗。
[0004]研究显示，取决于配置，非负载损耗占到变压器功率总损耗的75%，并且因此优选地应当被消除或者至少有所减少。因此，MV变压器应当在向逆变器输送DC电压的电力发电设备中没有功率生成时断开连接，所述电力发电设备例如可以以光伏(PV)阵列的形式来实现。
[0005]然而，变压器到配电网的连接导致了在初级绕组中流动的涌流电流潮流，所述涌流电流潮流导致绕组的强磁场和错位。结果，绝缘属性有所恶化。在断开连接期间由于磁化电流被迫停止流动，也会出现类似的效果，并且频繁的连接/断开连接因此降低了变压器的可靠性和寿命。
[0006]在本领域，串联扼流圈已经用来限制涌流电流。然而，这要求体积庞大的附加组件，所述附加组件的设计必须进行针对具体变压器要求进行调适。
【发明内容】
[0007]本发明的总体目标是解决或至少缓解本领域中关于以上所描述的问题。
[0008]在本发明的第一方面，这些目标通过一种向电网分配电功率的系统而实现。所述系统包括DC/AC逆变器,其被配置用于将电力发电机输出的DC电压转换为AC电压；变压器，其被配置用于接收所述AC电压，对所述AC电压进行变压并且将经过变压的AC电压传输至电网；以及连接器，其被配置用于有选择地将变压器与电网进行连接和断开连接。所述DC/AC逆变器被配置用于对送至变压器的初级绕组磁化电流进行控制，并且所述连接器被配置用于基于被控制的磁化电流而将电网和变压器进行连接和断开连接。
[0009]在本发明的第二方面，这些目标通过一种向电网分配电功率的方法而实现。所述方法包括以下步骤:将电力发电机输出的DC电压转换为AC电压，在变压器内对所述AC电压进行变压并且将经过变压的AC电压传输至电网。另外，所述方法包括以下步骤:对送至变压器的初级绕组磁化电流进行控制，并且基于被控制的磁化电流而有选择地将电网和变压器进行连接和断开连接。
[0010]在本发明的第三方面，这些目标通过一种包括计算机可执行组件的计算机程序产品而实现，当所述计算机可执行组件在设备中所包括的处理单元上运行时使得所述设备执行本发明的方法的步骤。
[0011]在本发明的第四方面，这些目标通过一种包括存储程序代码的计算机可读介质的计算机程序产品而实现，所述程序代码在被执行时实施根据本发明的方法。
[0012]因此，本发明的有利之处在于DC-AC逆变器对变压器的初级绕组磁化电流进行控制，并且连接器被配置用于基于受控的磁化电流而有选择地将电网连接至变压器或者将电网与变压器断开连接。通过令逆变器控制磁化电流并且基于妥善控制的电流将电网连接至变压器/从变压器断开连接，即在磁化电流已经稳定在认为安全的水平时对连接器进行操作，能够大幅减少或消除流入变压器的涌流电流潮流。
[0013]在示例性实施例中，当电力发电机(例如为PV阵列)开始产生足够功率时一通常为清晨-DC-AC逆变器缓慢增大变压器的初级绕组磁化电流。当连接例如为配电网的预先供能的负载安全时，例如以开关形式实施的连接器将变压器的次级侧连接至电网并且所述逆变器开始以功率传输模式进行操作。
[0014]因此，DC/AC逆变器对磁化电流进行控制并且当所述电流已经稳定时，电网被连接至变压器。当PV阵列的功率输出下降至预定阈值以下时(通常在晚间)，连接器将变压器从电网断开连接。所述逆变器因此进入电网断开模式并且保持在所述模式直至PV阵列再次开始产生足够功率。
[0015]在另外的示例性实施例中，如果电网例如由于维护而需要断开连接，则所述逆变器减小磁化电流，并且在被认为安全时，即当磁化电流已经下降至并稳定在能够大幅减少或避免变压器中的涌流电流的水平时，所述变压器从电网断开连接。在完成维护之后，所述逆变器增大磁化电流，并且电网当所述电流已经稳定在涌流电流将被避免的某个水平时被连接至变压器。
[0016]通过在将电网连接至变压器(或从变压器断开连接)之前妥善控制磁化电流，能够减少或避免流入变压器的涌流电流潮流。
[0017]在本发明的实施例中，DC/AC逆变器进一步被配置用于对输送至变压器的初级绕组磁化电流的增加进行控制从而使得所述电流在每时间单位的增加符合预定增加速率，并且所述连接器进一步被配置用于在磁化电流已经稳定在某个水平时将变压器连接至电网。
[0018]再次，当PV阵列在清晨开始产生足够功率时，或者例如已经在执行维护时，DC-AC逆变器利用受控的di/dt缓慢增加变压器的初级绕组磁化电流。因此，当所生成的功率超过预定阈值时，每时间单位的电流增加应当与预定增加速率相符。当连接例如配电网的预先供能的负载被认为是安全时，连接器将变压器的次级侧连接至电网并且逆变器开始以功率传输模式进行操作。根据电力系统的配置，针对电流的增加速率可以处于毫秒至数秒的量级。因此，DC/AC逆变器对磁化电流特别是其增加的速率进行控制，并且当所述电流已经稳定在预定水平时，将电网连接至变压器。与以上相类似地，当PV阵列的功率输出在晚间下降至预定阈值以下时，或者当维护将要开始进行时，连接器将变压器从电网断开连接。所述逆变器因此进入电网断开模式并且保持在这一模式直至PV阵列再次开始产生足够功率。
[0019]有利地，这进一步促进了流入变压器的涌流电流潮流的减少。
[0020]在本发明的实施例中，DC/AC逆变器进一步被配置用于对输送至变压器的初级绕组磁化电流的减小进行控制，以使得所述电流在每时间单位的减小符合预定减小速率。如之前所提到的，所述实施例对变压器的稳定性和寿命有所改善。
[0021]应当注意的是，预定阈值可以以第一和第二预定阈值的形式来实施。在这种情况下，所生成的功率针对待连接的电网将要超出的第一预定阈值被设置为高于所生成功率针对待断开连接的电网将要低于的第二预定阈值，从而在系统中引入一定程度的滞后。
[0022]在本发明另外的实施例中，DC/AC逆变器是被配置用于在将电网连接至变压器之前将从逆变器输出的正弦波功率信号与电网处的正弦波功率信号进行同步的并网(grid-tie)逆变器。这进一步缓解了可能的涌流电流。
[0023]应当进一步注意的是，如以上已经提到的，针对磁化电流的增加或减小速率可以根据电力系统的配置而处于毫秒至数秒的量级。然而，磁化电流的实际变化速率的自身大体上并非是关键参数；在增加电流时，电网应当在所述电流已经稳定在涌流电流减小或被消除的水平时被连接至变压器。以类似的方式，当减小电流时，电网应当在所述电流已经稳定在涌流电流减小或被消除的水平时被从变压器断开连接。
[0024]以下将公开对其它的特征和优势。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]现在将参考附图通过非限制性示例对本发明的实施例及其优势进行描述，其中:
[0026]图1示出了图示本发明实施例的框图方案；
[0027]图2示出了图示本发明进一步的实施例的框图方案；和
[0028]图3示出了图示本发明另外进一步的实施例的框图方案。
【具体实施方式】
[0029]图1图示了根据本发明实施例的系统100。用于向配电网106分配电功率的系统100包括用于将从电力发电机101 (通常为PV阵列)所输出的DC电压转换为AC电压的DC/AC逆变器102。电力发电机101在下文中借助于PV阵列进行例示，但是可以是在一天中的某些时间期间偶尔停止产生功率的任意电力发电机。另外，所述系统包括接收AC电压并将所述AC电压变压(在所述示例中为升压)至电网106的变压器103。在例示的实施方式中，PV阵列的输出为600-1000V DC，而从逆变器所转换的AC电压为100kW，400V，而经升压的变压器电压为10kV-20kV。最后，系统100包括连接器104，连接器104可以以开关的形式来实施，以用于有选择地将变压器和电网进行连接和断开连接。开关的闭合和打开由DC/AC逆变器102进行控制105。
[0030]DC/AC逆变器被配置用于在PV阵列101产生足够功率时，通常在如日出时的清晨，对输送至变压器的初级绕组磁化电流的增加进行控制，从而使得所述电流在每时间单位的增加与预定增加速率相符。这是为了减少或者甚至消除在变压器初级绕组中流动的涌流电流潮流。当磁化电流已经稳定时，DC/AC逆变器102对连接器104进行控制105以将变压器连接至电网并且功率从PV阵列传输至电网。
[0031]有利地，这大幅减少了流向变压器的涌流电流潮流。
[0032]当PV阵列停止产生功率时，通常在如日落的晚上，DC/AC逆变器被配置为对连接器的操作进行控制从而使得电网从变压器断开连接。所述逆变器随后关机并在夜间保持在这一模式。[0033]有利地，在将电网与变压器断开连接之前，DC/AC逆变器以受控的方式缓慢减小变压器的磁化电流。
[0034]在这一示例性实施例，用于监视PV阵列的功率输出、控制磁化电流的增加并且操作连接器的功能在DC/AC逆变器中实施，但是也能够在与DC/AC逆变器相连接的一些其它适当功率设备中实施，例如在对整个电力系统进行监管的控制设备中实施。另外，这一功能可以借助于下载到DC/AC逆变器的处理设备107中的软件来实施。这促进了逆变器功能的快捷且直接的更新和修改而不必对逆变器硬件进行修改。此外，DC/AC逆变器可以包括用户操作的界面，该界面能够接收控制命令以对变压器磁化电流的增加/减小进行控制以及可能对电网的连接/断开连接进行控制。
[0035]利用PV面板，DC/AC逆变器能够通过改变所述面板上的V-1曲线上的操作功率点来控制逆变器的输出功率。借此在对电压和电流进行操作的PV面板的框架内可能在任何条件下对逆变器的输出功率进行调节。
[0036]图2图示了图1的系统(已经省去了控制线105)，并且在将变压器103和DC/AC逆变器102连接至配电网106时需要进行同步。应当注意的是，所述电网典型地是具有承载相应正弦波电压信号的三个端子的三相网络，其中每个相位与其余两个相位具有120度相位差。出于说明的目的，示出了一个相位。
[0037]如能够在连接器104的变压器一侧的110处以及在电网一侧的111处所看到的，出自于逆变器的功率信号可能并不与电网上的功率信号同相，但是必须进行同步否则将有大的涌流电流在连接上流动。因此，可以使用所谓的并网逆变器。并网逆变器对电网一侧的功率信号进行监视(这一功能可以经由控制线105而包括)，并且确保从逆变器输出的正弦波功率信号与如112处所示的电网的正弦波功率信号保持同相。结果，在电网106经由连接器104连接至变压器103时，来自变压器的三相位电压输出将与电网的三相位电压输出具有相同的相位和幅度。应当注意的是，可以可替换地将其它适当逆变器用于同步的目的。
[0038]图3图示了图1和2的系统(已经省去了处理设备107)，进一步包括被配置用于对DC/AC逆变器102进行供电并且因此向变压器103提供磁化电流的电源108。这一实施例的有利之处在于DC/AC逆变器的操作并不依赖于来自发电机101的功率输出。作为结果，即使例如为太阳能板的发电机没有提供足够的能量以对逆变器进行供电，逆变器也仍然能够继续操作。另外，电源108可以包括能量存储功能以适当地存储来自电力发电机101的能量并且随后在电力发电机没有产生足够功率的情况下对逆变器进行供能。
[0039]本领域技术人员意识到，本发明绝非局限于以上所描述的示例。相反，可能在所附权利要求的范围之内进行许多修改和变化。
【权利要求】
1.一种用于向电网(106)分配电功率的系统(100),包括: DC/AC逆变器(102)，被配置用于将电力发电机(101)输出的DC电压转换为AC电压；变压器(103)，被配置用于接收所述AC电压，对所述AC电压进行变压并且将经变压的AC电压输送至所述电网(106);和 连接器(104 )，被配置用于有选择地将所述变压器(103 )与所述电网(106 )进行连接和断开连接，其中 所述DC/AC逆变器被配置用于对输送至所述变压器的初级绕组磁化电流进行控制，并且 所述连接器被配置用于基于受控磁化电流而将所述电网和所述变压器进行连接和断开连接。
2.根据权利要求1所述的系统(100)，其中 所述DC/AC逆变器(102 )进一步被配置用于对输送至所述变压器(103 )的初级绕组磁化电流的增加进行控制，从而使得电流在每时间单位的增加符合预定增加速率，并且 所述连接器(104 )进一步被配置用于在所述磁化电流已经稳定在某个水平时将所述变压器连接至所述电网。
3.根据权利要求1或2所述的系统(100)，其中 所述DC/AC逆变器(102)进一步被配置用于对输送至所述变压器(103)的初级绕组磁化电流的减小进行控制，从而使得电流在每时间单位的减小符合预定减小速率，并且 所述连接器(104 )进一步被配置用于在所述磁化电流已经稳定在某个水平时将所述变压器与所述电网断开连接。
4.根据之前任一项权利要求所述的系统(100)，其中(a)在所生成的功率超过预定阈值时执行输送至所述变压器(103)的初级绕组磁化电流的增加，并且(b)在所生成的电功率下降至所述预定阈值以下时执行输送至所述变压器(103)的初级绕组磁化电流的减小。
5.根据之前任一项权利要求所述的系统(100)，其中所述DC/AC逆变器(102)被配置用于对连接器(104)进行控制(105)以将电网进行连接和断开连接。
6.根据之前任一项权利要求所述的系统(100)，其中所生成的功率针对待连接的所述电网(106)将要超出的第一预定阈值被设置为高于所生成功率针对待断开连接的所述电网将要低于的第二预定阈值。
7.根据之前任一项权利要求所述的系统(100)，其中所述DC/AC逆变器(102)是被配置用于在将所述电网连接至所述变压器之前将从所述逆变器输出的正弦波功率信号与所述电网(106)处的正弦波功率信号进行同步的并网逆变器。
8.根据之前任一项权利要求所述的系统(100)，进一步包括: 电源(108 )，被配置用于对所述DC/AC逆变器(102 )进行供电。
9.根据权利要求8所述的系统(100)，其中所述电源(108)进一步包括: 能量存储元件，被配置用于存储所述电力发电机(101)所提供的功率。
10.一种用于向电网(106)分配电功率的方法,包括: 将电力发电机(101)输出的DC电压转换为AC电压； 在变压器(103)中对所述AC电压进行变压并且将经变压的AC电压输送至所述电网(106)；对输送至所述变压器的初级绕组磁化电流进行控制；并且 基于受控磁化电流而有选择地将所述电网和所述变压器进行连接和断开连接。
11.根据权利要求10所述的方法，其中对初级绕组磁化电流进行控制的步骤进一步包括: 对输送至所述变压器(103)的初级绕组磁化电流的增加进行控制，从而使得电流在每时间单位的增加符合预定增加速率，并且 在所述磁化电流已经稳定在某个水平时执行所述变压器到所述电网(106)的连接。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中对初级绕组磁化电流的步骤进一步包括: 对输送至所述变压器(103)的初级绕组磁化电流的减小进行控制，从而使得电流在每时间单位的减小符合预定减小速率，并且 在所述磁化电流已经稳定在某个水平时执行所述变压器与所述电网(106 )断开连接。
13.根据权利要求10-12中任一项所述的方法，进一步包括步骤: 在将所述电网连接至所述变压器(104)之前将经转换的AC电压与所述电网(106)处的AC电压进行同步。
14.一种包括计算机可执行组件的计算机程序产品，当所述计算机可执行组件在设备(102)中所包括的处理单元(107)上运行时，使得所述设备执行根据权利要求10-13中任一项中的步骤。`
15.一种包括存储程序代码的计算机可读介质的计算机程序产品，所述程序代码在被执行时执行根据权利要求10-13中任一项所述的方法。
【文档编号】H02M1/36GK103503269SQ201180070717
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2011年5月30日 优先权日:2011年5月30日
【发明者】K·帕帕斯特吉奥, Z·潘 申请人:Abb研究有限公司