具有四线电网侧连接的太阳能换流器的制作方法

本公开大体上涉及太阳能换流器。更具体地，本公开涉及具有四线电网侧连接(four-wiregrid-sideconnection)的太阳能换流器。

背景技术：

在将太阳能发电厂连接至电网时，通常使用dc到ac换流器，即逆变器。绝缘系统的改进和本领域实践的发展已经产生双极(即两电平)1.5kv太阳能电池阵列，其连接成使得使用净3kv链接从太阳能发电厂采集光生电流。这种阵列输出的功率很可能在兆瓦等级。功率产出和电压的这种提高通常导致提高成本。

而且，在这种阵列存在时，不均匀的辐照度降低年能量产量。因此，需要分开地确定来自正子阵列和来自负子阵列的最佳电压的能力，以便当太阳能阵列限制到单个电压时重新捕获本可能丢失的能量。

最后，针对3线(3-wire)电网侧连接优化的典型的太阳能换流器并没有考虑在提供独立母线电压时与负母线电流无关地控制正母线电流的复杂性。因此，需要正交(d/q)独立地控制优化的正序电流，特别是在经变换的电流在变压器的高压绕组中重新组合并供给到电网时。

技术实现要素：

本文中特征化的实施例帮助解决或缓解上述问题以及所属领域中已知的其它问题。具体讲，所述实施例允许较低电压部件(例如电线绝缘)以较高电压光伏(即，太阳能)阵列操作，这意味着提高电压和功率的结果并不增大成本。而且，所述实施例允许有分开地确定来自正子阵列和来自负子阵列的最佳电压的能力，从而允许重新捕获如果只使用单个电压可能会丢失的能量。而且，所述实施例允许使用两电平换流器独立地控制来自太阳能阵列的电流，两电平的每个电平专用于源于太阳能阵列的电流。

在一个示范性实施例中，提供了一种用于将太阳能发电设备与电网相接(interfacing)的方法。所述方法可包括将所述太阳能发电设备的第一电平和第二电平连接至两电平换流器。而且，所述方法可包括将所述两电平换流器与所述电网通过四线连接相接。可替代地讲，所述方法可包括使用四线连接将所述两电平换流器的三相输出和所述太阳能发电设备的中性线与所述电网相接。

所述四线连接可连接至变压器。所述二电平换流器的三相输出可连接至所述变压器的端子(例如初级端子或次级端子)，所述中性线可连接至所述变压器的接地端子。

所述两电平换流器可以是半波双极阵列(half-wavebipolararray)。

所述第一电平可以是正电压，并且所述第二电平可以是负电压，或者反之亦然。

所述四线配置可包括所述太阳能发电设备的中性线。所述中性线可承载零序(zerosequence)电流或共模(commonmode)电流。

所述相接可包括将所述中性线连接至变压器的接地端子，所述变压器设置在两电平功率换流器和所述电网之间。

所述相接可包括提供所述中性线和所述两电平换流器之间的连接。

所述中性线可包括电感器。

所述相接可包括将所述中性线连接至所述两电平换流器。

所述相接可包括将所述中性线连接至所述两电平换流器中包括的电容器组。

所述相接可包括将所述中性线连接至所述太阳能发电设备。

所述四线连接可包括分别对应于ac信号的相电压的三根线(threewires)和对应于中性线的一根线。

在另一示范性实施例中，提供了一种用于将太阳能发电机与电网相接的系统。所述系统包括两电平换流器。而且，所述系统可包括接口，所述接口包括：所述两电平换流器和所述电网之间的四线连接；所述两电平换流器和所述太阳能发电机的第一电平之间的第一连接；以及所述两电平换流器和所述太阳能发电机的第二电平之间的第二连接。可替代地讲，所述接口可包括四线连接，所述四线连接将所述两电平换流器的三相输出和太阳能发电设备的中性线与电网连接。

所述系统的两电平换流器可以是半波双极阵列。

所述第一电平可以是正电压，并且所述第二电平可以是负电压。

所述四线连接可包括所述太阳能发电机的中性线。

所述中性线可连接至变压器的接地端子，所述变压器设置在所述两电平换流器和电网之间。

所述中性线还可连接至所述两电平换流器。

所述中性线可包括电感器。

所述中性线可连接至所述两电平换流器中包括的电容器组。

所述中性线上的电压可以是所述第一电平和所述第二电平之间的中点。

下文参考附图描述各种实施例的额外特征、操作模式、优点和其它方面。应注意，本发明不限于本文中所描述的具体实施例。仅出于说明性目的而呈现这些实施例。基于所提供的教示内容，所公开实施例的额外实施例或修改对于相关领域的技术人员来说将是显而易见的。

附图说明

说明性实施例可呈各种部件和部件布置的形式。说明性实施例示出于附图中，在整个附图中，类似参考编号可指示各附图中的对应或类似部分。附图仅用于说明实施例的目的，并不应被解释为限制本发明。鉴于附图的以下启发性描述，本发明的新颖方面对于相关领域的技术人员来说应变得显而易见。

图1是根据实施例的系统的图示。

图2是根据另一实施例的系统的图示。

图3是根据又一实施例的系统的图示。

图4是根据又一实施例的系统的图示。

图5描绘根据一个实施例的方法的流程图。

具体实施方式

虽然本文中针对特定应用描述说明性实施例，但应理解，本发明不限于此。可获得本文中所提供的教示内容的所属领域的技术人员将认识到其范围内的额外应用、修改和实施例及其中本发明可能明显实用的额外领域。例如，在一些实施例中，不是包括太阳能阵列作为下面描述的功率变换系统的dc级，可使用高压储能电容器组将能量供给到电网。

图1是根据实施例的系统100的图示。系统100是功率变换系统，其中，在太阳能发电厂(或太阳能发电设备、太阳能发电机或光伏(pv)阵列)处生成的dc电压在经历dc到ac变换之后，供给回电网116。例如，如图1所示，太阳能发电厂的dc电压中的一个可以处于第一电平110(表示为vp)，其可以是正电压。类似地，太阳能发电厂的dc电压中的另一个可以处于第二电平108(表示为vn)，其可以是负电压。这些电压中的每一个可以源于太阳能发电厂的光伏单元阵列中包括的不同的子阵列。

第一电平110和第二电平108分别对应于电流ip和in，其供给到两电平换流器104。两电平换流器104可以是dc到ac换流器，即逆变器。在本发明中，在不偏离本文中提出的教导范围的情况下，可以使用任何逆变器拓扑。例如，两电平换流器104可以是半波双极阵列，即该两电平换流器可包括绝缘栅双极晶体管(igbt)。在一些实施例中，换流器可以在其输入级具有电容器组。在其它实施例中，在换流器的输入级可以没有电容器组。

两电平换流器104被配置成输出三个ac电压，va(线路118),vb(线路120)和vc(线路122)，每一个对应于三相传输系统的一相。这些电压与其对应的电流ia,ib和ic一起可以被供给到变压器102的次级端子112，变压器设置在两电平换流器104和电网116之间。变压器102用来升高这些电压和电流，并将他们在初级端子114处供给到电网116。

系统100可包括中性线106，其在接地端子(未示出)供给到变压器102。中性线106可以承载零序电流，其是共模电流。例如，在系统100中，三次谐波电流可引起零序电流增大，这因此导致中性线106承载的电流增大。

在电网侧上(即，在变压器102处)，系统100包括由次级端子112处的三个ac电压线和由接地端子处的中性线106给出的4线连接。另一方面，在太阳能发电厂侧，系统100包括由太阳能发电厂的两电平和其中性线106给出的三线拓扑，其可承载位于第一电平110和第二电平108之间的中点处的电压。pv阵列侧的三线连接和电网侧的四线连接一起可认为是链接系统100的各个部件的接口(interface)。

系统100(以及下面描述的本发明的其它实施例)允许精确控制前(正)序电流，其以与公用电网电力相同的相序产生电力。另一方面，系统100有效地最小化大体上由不平衡负载和/或电网故障产生的负序电流(或电压)。换种方式讲，本发明的实施例最大化正序电流，这又最大化传送到公用电网的电力。通过本发明的实施例，与使用3线电网侧连接的典型的太阳能换流器相比，可实现产出功率的16％的提高。

图2示出根据另一实施例的系统200。系统200与系统100的不同仅在于中性线106上增加了阻抗202。阻抗202可以是电感性阻抗，其可以用电感器或者用多个无源和/或有源部件实现，多个无源和/或有源部件在组合后其阻抗是电感性的。阻抗202用来最小化或防止可能由两电平换流器104承担的dc到ac变换过程产生的ac信号的畸变(distortion)。在图2中，阻抗202在变压器102的接地端子204处接地。

图3示出根据另一实施例的系统300。系统300与系统100的不同仅在于增加了中性线106与两电平换流器104的输入级的连接302。在此实施例中，太阳能发电厂的中点(即，中性线106)连回到逆变器，即连到两电平换流器104。这允许在输入级使用具有两个分裂电容器组的逆变器拓扑，如图4所示。

图4示出系统400，其为系统300的一种变形实现方案。在系统400中，中性线106通过连接302直接与分裂电容器组(splitcapacitorbank)402相接。在系统400中，正如在系统300中，通过使中性线106连回换流器104，可选择逆变器拓扑以允许相对于中性线106独立控制pv阵列的两个不同侧中的电压和电流。这是用直接从逆变器延伸到pv阵列的中点的电流路径实现的，与图1和图2所示的实施例相反。因此，系统300和系统400各自提供电流流动的更大的灵活性，原因是其各自包括附加的电流路径。此架构可降低和/或最小化中性线106上的电流。

已经陈述了本发明的各个实施例的结构，现在参照图5描述与其操作一致的方法500。方法500在块502开始，其包括提供两电平换流器。两电平换流器可以是半波双极阵列。在块504处，方法500可包括将太阳能发电机的第一电平和第二电平连接至两电平换流器。在块506处，方法500可包括将两电平换流器与电网通过四线连接相接。方法500在块508处结束。在方法500中，太阳能发电机的第一电平可以是正dc电压，第二电平可以是负dc电压。

而且，在块506处，四线配置可包括太阳能发电设备的中性线，所述相接还可包括将中性线连接至变压器的接地端子，所述变压器设置在两电平功率换流器和电网之间。而且，所述相接还可包括提供中性线和两电平换流器之间例如在两电平换流器中包括的电容器组(capacitorbank)处的连接。中性线可包括防止或最小化畸变的电感器或电感性阻抗。

而且，在块506处，四线连接可包括分别对应于ac信号的相电压的三根线以及对应于中性线的一根线，ac信号来自于两电平换流器。

相关领域的技术人员将了解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下配置上述实施例的各种调适和修改。因此，应理解，在所附权利要求书的范围内，可以除本文中所具体描述以外的方式实践本发明。