专利名称：用于电力系统的预充电和钳位系统及其操作方法
技术领域：
本文描述的主旨大体上涉及控制电力系统的操作，并且更具体地，涉及对电力转换器预充电和钳位的设备和方法。
背景技术：
在一些已知的可再生能量系统(例如，太阳能发电设施)中，多个光伏板(也称为太阳能板)在逻辑上或物理上组在一起来形成太阳能板阵列。该太阳能板阵列将太阳能转换成电力并且将该电力传输到电力网或其他目的地。太阳能板典型地产生直流(DC)电力。为了使这样的太阳能板正确地耦合于电网，从太阳能板接收的DC电力必须转换成交流(AC)电力。至少一些已知的电力系统使用电力转换器来将DC电力转换成AC电力。这样的电力转换器包括多个DC母线，其使DC电力源(即，太阳能板)耦合于逆变器，该逆变器将DC电力转换成具有适合于在电力网上使用的预定电压和频率的AC电力。至少一些已知的可再生能量设施包括动态放电，即，跨DC母线使用来对潜在的母线过电压状态钳位的过电压钳位电路。这样的过电压状态可由电网故障事件诱发,例如,低电压穿越(LVRT)和零电压穿越(ZVRT)事件。一些已知的钳位电路包括至少一个快速开关装置，例如，绝缘栅双极晶体管(IGBT)或硅控整流器(SCR)，其与电阻器装置串联。在DC母线上的电压浪涌的情况下，钳位电路的开关装置将闭合并且将DC电流传输到电阻器装置，其中电流作为热能耗散。备选地，一些已知的钳位电路包括靠近电力网的开关装置。这样的钳位电路配置成重新定向传输到电力网和/或从电力网传输的电流以通过控制通过的电力流动而控制DC母线上的电压。在例如住宅式风能和太阳能装置等可再生型分布式发电(DG)装置中，另外的钳位电路可在可再生能源处使用来将由电力源产生的电力转移远离DC母线。许多已知的可再生能量设施还包括耦合于DC母线的预充电电路。至少一些已知的预充电电路包括耦合于电力网的多个预充电接触器、整流装置，和多个电阻器装置，用于在从可再生能源通电之前对DC母线通电。许多已知的可再生能量安装受到成本限制和空间限制。因此，对于一些可再生能量设施，钳位电路和预充电电路中的一个或两个可由于成本和空间限制而被排除。
发明内容
在一个方面，电力转换器包括多个直流(DC)管道和耦合于该DC管道的预充电和钳位电路。该预充电和钳位电路包括至少一个二极管、与该二极管并联耦合的至少一个开关装置以及耦合于交流(AC)源和该二极管的至少一个接触器装置。该接触器装置配置成便于使预充电和钳位电路在预充电操作和电压钳位操作之间交替。在另一个方面，提供操作可再生发电设施的方法。该方法包括使至少一个直流(DC)管道通电，其包括闭合至少一个接触器并且使至少一个二极管耦合于交流(AC)源。该方法还包括通过断开接触器并且使至少一个开关装置置于接通状态而使电力从DC管道释放。在再另一个方面，可再生能量产生设施包括至少一个可再生能源和耦合于该可再生能源的电力转换器。该电力转换器包括多个直流(DC)管道和耦合于该DC管道的预充电和钳位电路。该预充电和钳位电路包括至少一个二极管、与该二极管并联耦合的至少一个开关装置以及耦合于交流(AC)源和该二极管的至少一个接触器装置。该接触器装置配置成便于使预充电和钳位电路在预充电操作和电压钳位操作之间交替。
图1是示范性可再生发电设施的示意图。图2是备选的示范性可再生发电设施的示意图。图3是操作图1和2中示出的可再生发电设施的示范性方法的流程图。
权利要求
1.一种电力转换器(104),其包括: 多个直流DC管道(132/133);以及 预充电和钳位电路(200/400)，其耦合于所述DC管道，所述预充电和钳位电路包括: 至少一个二极管(228/230/232/234/236/238)； 至少一个开关装置(212/214/216/218/220/222/224/226)，其与所述二极管并联耦合；以及 至少一个接触器装置(208/209/405/407/409)，其耦合于交流AC源(106)和所述二极管，其中所述接触器装置配置成便于使所述预充电和钳位电路在预充电操作和电压钳位操作之间交替。
2.如权利要求1所述的电力转换器(104)，进一步包括耦合于所述开关装置(212/214/216/218/220/222/224/226)的多个电阻装置(210/244/246/444/446)。
3.如权利要求2所述的电力转换器(104)，其中所述电阻装置(210/244/246/444/446)包括耦合于所述接触器装置(208/209/405/407/409)和所述AC源(106)的多个预充电电阻器(210)。
4.如权利要求2所述的电力转换器(104)，其中所述电阻装置(210/244/246/444/446)包括耦合于所述开关装置(212/214/216/218/220/222/224/226 )的多个钳位电阻器(244/246/444/446)ο
5.如权利要求1所述的电力转换器(104)，其中所述预充电和钳位电路(200/400)进一步包括: DC预充电电流传输电路，其包括所述二极管(228/230 /232/234/236/238 )和所述接触器装置(208/209/405/407/409);以及 DC钳位电流传输电路，其包括耦合于至少一个钳位电阻器(244/246/444/446)的所述开关装置(212/214/216/218 /220/222/224/226)。
6.如权利要求1所述的电力转换器(104)，其中所述接触器装置(208/209/405/407/409)包括安置在所述 AC 源(106)和所述开关装置(212/214/216/218/220/222/224/226 )之间的至少一个预充电接触器(209/411)，所述预充电接触器在所述预充电接触器置于闭合状态时使所述DC管道(132/133)通电到预定DC电压。
7.如权利要求1所述的电力转换器(104)，其中所述开关装置(212/214/216/218/220/222/224/226)包括快速开关装置(214/216/218/220/222/224/226)。
8.如权利要求1所述的电力转换器(104)，其中所述接触器装置(405)包括多个接触器装置(407/409)，其包括: 至少一个预充电接触器(407)，其配置成在所述预充电接触器处于闭合状态时使所述AC 源(106 )耦合于所述二极管(228/230/232/234/236/238 );以及 至少一个钳位接触器(409)，其配置成在所述钳位接触器处于闭合状态时使所述开关装置(212/214/216/218/220/222/224/226)耦合于钳位电阻器(244/246/444/446)。
9.如权利要求8所述的电力转换器(104)，其中所述接触器组件(405)配置使得当所述钳位接触器(409)处于断开状态时所述预充电接触器(407)处于闭合状态并且当所述钳位接触器处于闭合状态时所述预充电接触器处于断开状态。
10.一种可再生能量产生设施(100/300)，包括:至少一个可再生能源(102)；电力转换器(104)，其耦合于所述可再生能源，所述电力转换器包括多个直流DC管道(132/133);以及预充电和钳位电路(200/400)，其耦合于所述DC管道，所述预充电和钳位电路包括至少一个二极管(228/230/232/234/236/238)；至少一个开关装置(212/214/216/218/220/222/224/226)，其与所述二极管并联耦合；以及至少一个接触器装置(208/209/405/407/409)，其耦合于交流AC源(106)和所述二极 管，其中所述接触器装置配置成便于使所述预充电和钳位电路在预充电操作和电压钳位操 作之间交替。
全文摘要
本公开涉及用于电力系统的预充电和钳位系统及其操作方法。电力转换器(104)包括多个直流(DC)管道(132/133)和耦合于该DC管道的预充电和钳位电路。该预充电和钳位电路包括至少一个二极管(228/230/232/234/236/238)、与该二极管并联耦合的至少一个开关装置(212/214/216/218/220/222/224/226)以及耦合于交流(AC)源(106)和该二极管的至少一个接触器装置(208/209/405/407/409)。该至少一个接触器装置配置成便于使所述预充电和钳位电路在预充电操作和电压钳位操作之间交替。
文档编号H02M7/5387GK103107730SQ20121045507
公开日2013年5月15日 申请日期2012年11月14日 优先权日2011年11月14日
发明者H.朱, D.史密斯, D.S.维尔默 申请人:通用电气公司