阻抗补偿的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种用于操作功率变换器的方法，该功率变换器优选为太阳能逆变 器，用于将负载电流馈送到电网中。该方法包括如下步骤：确定负载电流、监测功率变换器 的输出电压、W及控制负载电流W避免输出电压超过电压极限。
[0002] 此外，本发明设及用于连接至电网的对应的功率变换器，优选地设及太阳能功率 变换器。该功率变换器包括负载电流传感器、输出电压传感器和负载电流控制器。
【背景技术】
[0003] 现有技术中，将负载电流馈送到电网中的功率变换器通常具有针对最大可允许操 作电压的固定电压极限，W便保护所连接的电网W及功率变换器与电网之间的连接免于过 电压。当将电流馈送到电网中时，由于线路阻抗，功率变换器的输出电压总是高于电网连接 点处的电压。当电网电压仍然处于可接受的电平内时，该输出电压可能超过电压极限。在 该情况下，功率变换器将关断并且不输送其额定功率。一种已知的避免该问题的方法是使 用线路阻抗补偿系统。
[0004] US2013/0033103A1(MC.化nkin等人）公开了用于海底配电系统中的阻抗补偿的 系统和方法。运些系统和方法包括：包括如电阻器、二极管、电容器和电感器的无源元件的 多个阻抗补偿设备、控制运些功率补偿设备的操作的控制器、W及对与海底配电系统相关 联的特别是电参数进行检测的检测器。 阳0化]根据US2013/0033103的公开的系统和方法虑及消除线路阻抗的影响，但是需要 额外的硬件。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于创建一种与最初提到的技术领域有关的方法，其虑及功率变换 器的可用输出功率的有效使用，而避免额外的硬件成本。
[0007] 本发明的解决方案由权利要求1的特征所指定。根据本发明，电压极限依赖于负 载电流而调节。
[000引功率变换器监测输出电压并控制负载电流，W使得输出电压不超过电压极限。在 此，控制的概念可W包括切断负载电流和/或功率变换器，还可W包括控制负载电流W使 得其一般遵循参考值或特别地负载电流参考值。出于该目的，提供了电流控制器，其通常包 括通过操纵如例如PWM调制器的启动（ac化ating)器件来对负载电流进行反馈控制。负载 电流参考值还可W是零安培（OA)。
[0009] 运样的方法具有如下的优点：可W依赖于功率变换器的负载情况而设定不同的输 出电压极限。该优点在于，功率变换器能够在更广的操作范围内高效地利用其功率容量并 且较少依赖于电网连接的质量。此外，不需要额外的硬件。
[0010] 可WW各种方式来进行电压极限的调节，例如通过定义针对每个负载电流值表征 某一电压极限的查找表的步骤和根据该查找表来针对给定负载电流调节电压极限的步骤。
[0011] 当所调节的电压极限被定义成针对所有的负载电流值恒定时给出该实施例的特 殊情况。在另一实施例中，可W定义二维查找表，其还包括作为独立变量的电网电压。该实 施例还包括如下的步骤：确定实际的电网电压和根据查找表调节电压极限。
[0012] 在优选实施例中，调节电压极限包括如下的步骤：确定电压校正值和对电网电压 极限加上电压校正值。通常由公用事业所维持的电网电压在定义的容差带中波动，该容差 带的上限被指定为电网电压极限。该实施例的优点在于电压极限不依赖于实际的电网电 压，并且对电网电压的监测不是必需的。因此，不需要额外的电压传感器，此外，可W更容易 的定义校正项。
[0013] 在本发明的进一步优选实施例中，通过估计由功率变换器和电网之间的线路的线 路阻抗所引起的电压降来确定电压校正值。功率变换器输出与电网连接点之间的线路阻抗 还可W依赖于负载电流而是非线性的。校正值与由线路阻抗所引起的电压降相关的该发现 简化了对电压校正值的确定。电压降的估计还可W通过得到描述负载电流与电压降之间的 关系的线路阻抗的模型和/或通过使用设及物理参数的测量的识别方法并且然后通过将 负载电流施加到模型来实现。存在可W用于得到线路阻抗的模型的在现有技术中已知的许 多方法。一种公知的方法是例如在线性线路阻抗的情况下的线性回归的方法。
[0014] 线路阻抗并且因而电压降依赖于网络频率，并且因此能够随系统电压的频率变化 而变化。其还可W由于溫度波动、传输线路的状态的改变（例如通过接通或切断输出和电 网连接点之间的路径内的组件）而是时变的。所有运些改变还可W在估计电压降的步骤中 考虑。如果考虑了状态改变，则功率变换器可W在存储在其存储器中的不同模型之间切换， W便估计电压降。
[0015] 通过估计由线路阻抗所引起的电压降，线路阻抗对输出电压的过电压的影响可W 几乎完全或者至少在很大程度上通过调节电压极限来补偿。
[0016] 在进一步优选的实施例中，估计电压降的方法包括如下的步骤：将测试电流注入 到线路中、针对每个测试电流测量功率变换器的输出电压、W及识别线路阻抗。功率变换器 具有用于注入测试电流并且用于测量输出电压的器件。只要电网电压在测量期间是稳定 的，则运些值足W识别线路阻抗。电压降可W通过将负载电流施加到线路阻抗并且测量输 出电压来确定。如果功率变换器是DC至AC或AC至AC功率变换器，则测试电流优选为在 幅度和频率方面恒定的交流电流。交流电流的频率优选被选择为与电网的公用频率类似。 阳017] 在进一步的实施例中，功率变换器为AC-DC或DC-DC功率变换器并且测试电流为 优选的DC电流。
[0018] 在本发明的进一步的实施例中，在功率变换器的正常操作期间对输出电压和负载 电流的至少二元组进行测量，并且线路阻抗根据该数据来估计。
[0019] 在另一方法中，当注入测试电流时，除输出电压之外，还对电网电压进行测量。因 此，电压降可W直接被测量为输出电压与电压降之间的差异，并且仅需要一个测量点、相应 地（respectively)输出电压和负载电流的一元组，W便识别线路阻抗。
[0020] 在另一实施例中，非恒定的、相应地时变的测试电流被注入到电网中。可能有利的 是，例如注入遵循伪二进制随机信号或正弦扫描信号的测试电流W便还W高效的方式获得 线路阻抗的相位信息。
[0021] 根据本发明通常在激活电压极限调节之前或者在投入适配方法期间执行识别过 程。其应该在每次客户装置经受会导致线路阻抗的修改的变更时重复，例如在网络中安装 新的电设备后。同样当接通或切断网络中的设备时，线路阻抗会改变。在运样的情况下，可 W考虑将识别过程的结果存储在功率变换器的存储器中并依赖于网络的状态来检索阻抗 值。
[0022] 在另一实施例中，将W给定时间间隔手动或者自动地执行估计过程。如果必须手 动开始估计过程，则可W使用计时器来监视时间间隔。如果已经超过时间间隔，则可W自动 切断对电压极限的调节。一方面，优选地，必须根据改变、相应地客户装置的修改的频率来 选择时间间隔的长度。另一方面，其可W被适配于所提供的输入功率的周期性，例如适配于 太阳能逆变器情况下的太阳活动的日常改变和/或电网的负载，其同样服从日常波动。
[0023] 在进一步优选的实施例中，电压降被估计为线性依赖于负载电流。运意味着线路 阻抗也是线性的，运在大多数情况下足W对由线路阻抗所引起的电压降进行估计。优点在 于，线路阻抗的识别并且还有电压降的估计非常简单，并可W被非常高效地执行。
[0024] 在进一步的实施例中，至少一个测试电流为零。当测试电流为零时，各个输出电压 表示开路电压。开路电压对应于电网电压，运是因为针对该测试电流的输出电压仅依赖于 电网电压。如果注入多于一个等于零的测试电流，则其允许检测测量间的电网电压波动，并 对该波动进行补偿或使测量无效。
[0025] 在另一实施例中，所有注入的测试电流均与零不同。如果具有两个不同电流值的 至少两个测量点可用，例如具有不同幅度的负载电流和一个测试电流或两个测试电流，贝U 线性线路阻抗也可W被识别。一旦线路阻抗被识别，则电网电压也可W通过针对OA的负载 电流外推电压降来推导出。该实施例的优点在于，在注入测试电流期间功率变换器也可W 将电流馈送到电网中。该实施例的另一优点在于，可W实现测量间的更短的时间间隔，运是 因为针对不同施加电流的稳定时间将由于负载电流和测试电流间的更小的幅度范围而减 少。
[00%] 有利地，该方法包括W等间隔的时间间隔注入=个连续测试电流的步骤。第一测 试电流将被设为零，第二测试电流被设为测试前的负载电流的60%和95%之间的值，优选 为负载电流的75%和85%之间，并且第=测试电流又被设为零。注入测试电流之间的时间 间隔将在IOms到2500ms的范围内选择，优选为在IOOms和500ms之间。
[0027] 该方法的优点在于其仅包括S个测量点。由于对开路电压测量两次，由电网变化 所引起的错误测量可W被检测并因而还被补偿。如果两次测量的变化超过预定的极限，例 如额定电网电压的0.5%，则该测试可被定义为无效的。通过采用相等的时间间隔，可W通 过取得两个开路电压测量的算数平均值来容易地减少测量期间的恒定电网电压漂移。测量 之间的时间应当足够长W计算输出电压、相应地测试电流的MS值，但是又足够短W保持 总