控制太阳能发电厂的方法、功率转换系统、dc/ac逆变器和太阳能发电厂的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及用于太阳能发电厂的方法、功率转换系统和DC/AC逆变器。
【背景技术】
[0002]在典型太阳能发电厂中，太阳能由将太阳能变换为DC(直流)电功率的多个光伏(PV)装置或电池板来采集，该功率随后转换为功率输送系统或输送网的AC(交流)电功率。
[0003]功率由PV电池板以低电压来采集，转换为较高电压，并且馈送到输送系统。为了提供转换，使用结合了许多装置的复杂系统，以及为了使效率为最大，使用了不同的采集和转换系统。
[0004]US 2012/0274139 (El)描述一种分布式PV发电厂，其包括多个分布式DC/DC转换器(El中的22)，各连接到多串PV电池板。协调DC/DC转换器的切换，并且将其功率提供给公共DC母线，以供通过DC/AC转换器进一步转换为AC功率(参见El的附图1_4、权利要求I)。通过协调本地DC/DC转换器的切换，能够提供较高效率(参见El中的§ 0032、§ 0036)ο
[0005]在US2011/0160930(E2)中公开另一种用于增强效率的方法和系统。文献E2描述一种太阳能发电厂，其包括光伏电池板(PV电池板)(E2的图3中的20)、本地功率转换器(E2中的22)和中央功率转换器(E2中的24)。通过本地功率转换器(22，参见§ 0006、§ 0021，又参见E2中的图4和图5)，为各电源、即为每个PV电池板提供所谓的最大功率点跟踪(MPPT)。中央转换器(24)还包括MPP跟踪(参见E2中的§ 0025、权利要求1)，以及协调MPP跟踪的两种方法(参见E2中的§ 0061、图16-18)。这种系统在例如遮蔽期间具有有益效果，但是为各电池板提供一个专用本地转换器对总体系统、特别是对较大系统增加成本。
【发明内容】
[0006]本公开的一个目的是至少缓解现有技术中关于能量生产的问题。本发明的一个目标是提供太阳能发电系统中的高效率。另一目标是提供一种节省成本的系统。
[0007]对于这些目的，本发明提供一种控制发电厂的方法，太阳能发电厂包括光伏模块(PV模块)以及功率转换系统，其设置成转换PV模块所采集的功率以供通过电功率输送系统进行输送。转换系统包括多个DC/DC转换器、功率采集网和DC/AC逆变器，以及PV模块设置成PV模块阵列，每个PV阵列具有连接到DC/DC转换器的相应一个并且由其控制的接口，功率采集网设置成提供多个DC/DC转换器与DC/AC逆变器(6)之间的接口。
[0008]该方法包括监测每个PV阵列的性能，并且执行第一操作模式。第一操作模式包括第一调节步骤，其中调整PV阵列与对应DC/DC转换器之间的各接口的电压电平，该调节基于PV阵列的性能模型和每个DC/DC转换器的理论效率，以及包括在第一调节步骤期间监测每个DC/DC转换器的输出功率，并且使用每个DC/DC转换器的所监测输出功率作为用于控制第一调节步骤的反馈。第一操作模式还包括第二调节步骤，其中调整功率采集网的电压电平，该调节基于DC/AC逆变器的理论效率，以及包括在第二调节步骤期间监测DC/AC逆变器的输出功率，并且使用DC/AC逆变器的所监测输出功率作为用于控制第二调节步骤的反馈。
[0009]在一实施例中，该方法包括有选择地采用第一操作模式或第二操作模式。第二操作模式包括控制功率采集网的电压电平，使得DC/DC转换器提供预定义最大输出电压的功率，以增加DC/AC逆变器的输入电压和功率。这样，当第一模式遭遇问题时，有效备选方案存在。
[0010]在一实施例中，该方法包括在DC/AC逆变器的输入电压或功率下降到低于第一阈值时切换到第二操作模式。这样，当例如功率生产较小并且功率转换网中的损耗影响其电流传递容量时，该方法也能够起作用。
[0011 ] 在一实施例中，第二操作模式包括控制DC/DC转换器来执行每个PV阵列的最大功率点跟踪。
[0012]在一实施例中，该方法包括更新每个主DC/DC转换器的理论效率和/或更新DC/AC逆变器的理论效率。这样，该方法适合转换系统的变化条件，例如因例如老化引起的系统的不同部件中的损耗以及组件的故障。这提供用来使该机能自动适合不同条件的学习步骤。
[0013]在一实施例中，该方法包括通过DC/DC转换器把来自PV阵列的功率转换为中压的DC功率。中压电平处于2 kV与50 kV之间。该方法包括通过功率采集网将中压功率馈送到DC/AC逆变器。
[0014]本发明还提供一种用于太阳能发电厂的功率转换系统，其适合于将太阳能发电厂的PV模块所采集的功率转换成AC功率，以供通过电功率输送系统进行输送。功率转换系统包括多个DC/DC转换器、功率采集网和DC/AC逆变器。每个DC/DC转换器适合连接到并且控制与PV模块阵列的接口。每个DC/DC转换器可具有多个接口，其各控制PV模块阵列。功率采集网设置在多个DC/DC转换器与DC/AC逆变器的输入之间，并且提供DC/DC转换器与DC/AC逆变器之间的接口。转换系统还包括至少一个控制单元，其设置成并且适合控制功率的转换。至少一个控制单元适合监测每个PV阵列的性能，并且执行包括第一和第二调节步骤的第一操作模式。第一调节步骤包括调整PV阵列与对应DC/DC转换器之间的各接口的电压电平。第一调节步骤基于PV阵列的性能模型和每个DC/DC转换器的理论效率，以及包括监测每个主DC/DC转换器的输出功率，并且使用每个DC/DC转换器的所监测输出功率作为用于控制第一调节步骤的反馈。第二调节步骤包括调整功率采集网的电压电平。第二调节步骤基于DC/AC逆变器的理论效率，以及包括监测DC/AC逆变器的输出功率，并且使用DC/AC逆变器的所监测输出功率作为第二调节步骤的反馈。
[0015]在一实施例中，至少一个控制单元适合有选择地采用第一操作模式或第二操作模式。第二操作模式包括控制DC/AC逆变器来调整其输入电压，使得DC/DC转换器提供预定义最大输出电压的功率。
[0016]在一实施例中，至少一个控制单元适合在DC/AC逆变器的输入功率或电压下降到低于第一阈值时切换到第二操作模式。
[0017]在一实施例中，第二操作模式包括控制DC/DC转换器来执行每个PV阵列的最大功率点跟踪。
[0018]在一实施例中，至少一个控制单元适合更新每个PV阵列的性能模型和/或每个主DC/DC转换器的理论效率，和/或更新DC/AC逆变器的理论效率。
[0019]在一实施例中，每个DC/DC转换器包括控制单元，以及至少一个控制单元是中央控制单元，其在操作上连接到DC/DC转换器的各控制单元，并且适合通过指示DC/DC转换器的各控制单元来控制第一调节步骤。
[0020]在一实施例中，DC/AC逆变器包括控制单元，以及至少一个控制单元是中央控制单元，其在操作上连接到DC/AC逆变器的控制单元，并且适合通过指示DC/AC逆变器的控制单元来控制第二调节步骤。
[0021]在一实施例中，功率采集网适合于采集中压电平(例如在2 kV与50 kV之间)的DC功率，以及DC/AC逆变器是中压DC/AC逆变器。
[0022]在一实施例中，每个DC/DC转换器是隔离DC/DC转换器。
[0023]在一实施例中，功率转换系统包括如上所述的两个功率转换系统。两个功率转换系统的每个通过其相应DC/AC逆变器向功率输送系统提供功率。
[0024]本发明还提供一种用于将中压DC电流转换为中压或高压AC电流的DC/AC逆变器，该DC/AC逆变器还适合于控制太阳能发电厂的功率转换。
[0025]DC/AC逆变器控制太阳能发电厂，其包括设置成PV模块阵列的光伏模块(PV模块)，每个PV阵列(2a-d)连接到多个DC、DC转换器(4a_d)的对应一个，DC/DC转换器在功率采集网中连接到DC/AC逆变器。
[0026]DC/AC逆变器特别包括控制单元，其配置成控制DC/AC逆变器。控制单元配置成连接到多个DC/DC转换器，控制单元配置成在操作上控制每个DC/DC转换器，并且通过DC/DC转换器在操作上控制到相应PV阵列的各相应接口的电压。控制单元适合监测每个PV阵列的性能，并且执行第一操作模式。第一操作模式包括第一调节步骤，其中调整PV阵列与对应DC/DC转换器之间的各接口的电压电平，该调节基于PV阵列的性能模型和每个DC/DC转换器的理论效率，以及包括在第一调节步骤期间监测每个主DC/DC转换器的输出功率，并且使用每个DC/DC转换器的所监测输出功率作为第一调节步骤的反馈。第一操作模式包括第二调节步骤。第二调节步骤包括调整功率采集网的电压电平。第二调节步骤基于DC/AC逆变器的理论效率，以及包括在第二调节步骤期间监测DC/AC逆变器的输出功率，并且使用DC/AC逆变器(6)的所