用于串联连接的ac源的转换器系统的制作方法
【专利摘要】一种用于耦合至多个AC功率源(106)的转换器系统(108)包括多个整流器(404)和双向转换器(406)。各整流器(404)被耦合至AC功率源(106)中的一个并且被串联地耦合到将AC功率转换成DC功率的串联DC母线(102)内。各双向转换器(406)被耦合在AC功率源(106)中的一个与并联母线(104)之间，并且可操作成在AC源(106)与并联母线(104)之间传输功率。还提供了相应的发电网络(100)和功率输送方法。在功率源产生比整流器所适于的更多功率的情况中，过剩功率经由双向转换器被引导至并联母线并从那里经由另一双向转换器被引导至在另一AC功率源处的整流器的输入。
【专利说明】
用于串联连接的AC源的转换器系统
技术领域
[0001 ]本申请涉及来自诸如风力、波浪和潮汐动力涡轮发电机及具有逆变器的光伏(PV)阵列等的多个AC源的能量的收集和输送。
【背景技术】
[0002]发电网络力求在从诸如风力、波浪或潮汐涡轮发电机或具有逆变器的PV阵列等的AC源提取最大功率的同时以用于输送的足够高的电压成本有效地收集能量。用于通过这样的发电网络实现用于收集和/或输送的高电压的传统途径包括:由升压变压器和/或转换器跟随的DC或AC源(例如，风力涡轮机和转换器)的并联连接;AC源(例如，在级联H-桥配置中)的串联连接;DC源(例如，风力涡轮机和整流器，或PV电池/模块)的串联连接;和PV电池/子模块和分频转换器的串联连接以使功率平衡并避免部分阴影(shading)。在AC源的串联连接的情况中，成本效益的解决方案是期望提供=(I)AC源的适当隔离；(2)适当控制以当从AC源生成的功率不同时提取最大功率;和(3)适当的故障处理。
【发明内容】
[0003]当然，本发明不限于以上特征和优点。事实上，本领域技术人员将在阅读以下详细描述时并在查看附图时认识到附加的特征和优点。
[0004]根据这里描述的实施例，来自诸如风力、波浪或潮汐涡轮发电机或具有逆变器的PV阵列等的一组AC源的功率被跨越长距离收集和输送。来自各AC源的功率被整流并且这些经过整流的输出在跨越长距离输送之前被串联连接以实现高电压DC。并联平衡母线通过相应的双向功率转换器被接口至各AC源。并联平衡母线用于管理在由单独AC源生成的功率的变化。这些和其他特征稍后在这里更详细地描述。
[0005]根据用于耦合至AC功率源的转换器系统的实施例，一种转换器系统包括整流器和双向转换器。整流器具有被感应地耦合至AC功率源的第一组端子和与串联DC母线串联地耦合的第二组端子。整流器可操作成将第一组端子处的AC功率转换成第二组端子处的DC功率。双向转换器具有被耦合至AC功率源的第一组端子和被耦合至并联母线的第二组端子。双向转换器可操作成在第一操作模式中将功率从AC源传输至并联母线并且在第二操作模式中经由整流器将功率从并联母线传输至串联DC母线。
[0006]根据发电网络的实施例，一种发电网络包括串联DC母线、并联母线和用于耦合至不同的AC功率源的多个转换器系统。转换器系统中的每一个包括整流器和双向转换器。整流器具有被感应地耦合至AC功率源中的一个的第一组端子和与串联DC母线串联地耦合的第二组端子。整流器可操作成将第一组端子处的AC功率转换成第二组端子处的DC功率。双向转换器具有被耦合至与整流器相同的AC功率源的第一组端子和被耦合至并联母线的第二组端子。双向转换器可操作成在第一操作模式中将功率从AC源传输至并联母线并且在第二操作模式中经由整流器将功率从并联母线传输至串联DC母线。
[0007]根据一种将功率从多个AC源输送至电网的方法，AC功率源中的每一个被耦合至相应的转换器系统的第一组端子，转换器系统中的每一个的第二组端子与串联DC母线串联地耦合，并且转换器系统中的每一个的第三组端子与并联母线并联地耦合，方法包括:将AC功率源中的每一个耦合至相应的转换器系统的第一组端子;将转换器系统中的每一个的第二组端子耦合至串联DC母线;通过转换器系统的第一和第二组端子将功率从AC源传输至串联DC母线;通过被耦合至生成高于其参考功率值的功率的各AC源的转换器系统的第一和第三组端子，将功率从生成高于参考功率值的功率的AC源中的每一个传输至并联母线；和通过被耦合至生成低于其参考功率值的功率的AC源的转换器系统中的每一个的第二和第三组端子，将功率从并联母线传输至串联DC母线。
[0008]本领域技术人员将在阅读以下详细描述时并且在查看附图时认识到附加的特征和优点。
【附图说明】
[0009]附图的元件不必相对于彼此按比例。相似的附图标记指定了相应的类似部件。各种图示出的实施例的特征可以被组合除非它们彼此排除。实施例被描绘在附图中并且在下面的描述中进行详述。
[0010]图1图示出发电网络的一个实施例的方框图，发电网络包括用于提供中等或高电压DC输出的串联DC母线和用于使来自网络中所包括的不同AC源所生成的功率的变化平衡时所使用的并联母线。
[0011]图2图示出将功率从多个AC源输送至电网的方法的实施例的图。
[0012]图3图示出发电网络的另一实施例的方框图，发电网络包括用于提供中等或高电压DC输出的串联DC母线和用于使来自网络中所包括的不同AC源所生成的功率的变化平衡时所使用的并联母线。
[0013]图4图示出图1和图3的发电网络中所包括的功率转换器系统的实施例的方框图。
[0014]图5图示出串联收集的能量在长线缆上输送和通过以可变DC母线电压操作的电网侧转换器至AC电网的后继连接的实施例的方框图。
[0015]图6图示出串联收集的能量在长线缆上输送和通过以可变DC母线电压操作的电网侧转换器至AC电网的后继连接的另一实施例的方框图。
[0016]图7图示出被并联连接用于较高功率输送的两个或更多发电网络的实施例的方框图。
【具体实施方式】
[0017]图1图示出从一组AC源收集功率并将该功率跨越长距离输送的发电网络100的实施例。图2图示出通过发电网络100输送功率的相应方法的实施例。
[0018]发电网络100包括串联DC母线102、并联母线104和多个AC源106 AC源106中的一些或所有可以产生原生AC功率，诸如风力、波浪或潮汐涡轮发电机。AC源106中的一些或所有可以产生原生DC功率，其接着在耦合至串联DC母线102前在本地被转换成AC，诸如具有逆变器的PV阵列。在各情况中，发电网络100还包括用于耦合至不同AC功率源106的多个转换器系统108。
[0019]AC功率源106中的每一个被耦合至相应的转换器系统108的第一组端子110。在具有逆变器的PV阵列的情况中，逆变器可以被认为集成到AC源106内。转换器系统108中的每一个的第二组端子112与串联DC母线102串联地耦合。转换器系统108中的每一个的第三组端子114并联地耦合。转换器系统108的DC输出(第二组)端子112被串联连接以在串联DC母线102的输出处产生中等电压(MV)或高电压(HV)。另一组转换器输出端子114被并联连接至并联母线104。并联母线104可以是AC或DC，并且用于使来自不同AC源106所生成的功率的变化平衡。
[0020]更详细地，功率通过转换器系统108的第一和第二组端子110、112被从AC源106传输至串联DC母线102 (图2，方框200) ο功率取决于由耦合至该转换器系统108的AC源106生成的功率的量通过该转换器系统108中的每一个被传输至并联母线104或者被从并联母线104传输。例如在第一操作模式中，功率通过耦合至生成高于其参考功率值的功率的各AC源106的转换器系统108的第一和第三组端子110、114被从生成高于相应的参考功率值的功率的AC源106中的每一个传输至并联母线104(图2，方框210)。相反，在第二操作模式中，功率通过耦合至生成低于其参考功率值的功率的AC源106的转换器系统108中的每一个的第二和第三组端子112,114被从并联母线104传输至串联DC母线102(图2，方框220)。
[0021]这样，生成高于分配给这些源106的参考功率值的功率的AC源106将由这些AC源106生成的总功率的一部分通过相应转换器系统108贡献至并联母线104。该功率进而通过耦合至低于参考功率值操作的AC源106的各转换器系统108被传输至串联DC102母线。这样，即使AC功率源106生成不相等的功率，转换器系统108也将相同的电流输出至串联DC母线102。在一个实施例中，由生成高于它们的参考功率值的AC源106输出的总功率的40%或更少被转移至并联母线104。一般情况下，转换器系统108可以被分配相同的参考功率值或不同的参考功率值。在任何情况中，对于各AC功率源106和转换器系统108，相应的参考功率值可以随时间的推移被计算和调整以考虑AC功率源106处的改变条件。概括地，分配给特定转换器系统108的参考功率值是用以确保当多个转换器系统108的整流器与串联DC母线102串联地耦合时适当操作的转换器系统108应该在其整流器的输出处呈现的功率的值。
[0022]发电网络100进一步包括控制器，用于控制转换器系统108的操作，包括确定用于各转换器系统108的相应参考功率值并且取决于单独转换器系统108是生成高于还是低于所分配的参考功率值而将转换器系统108设定处于第一操作模式或第二操作模式。控制器可以基于关于从串联DC母线102汲取的综合功率的信息来确定参考功率值，使得即使AC功率源106生成不相等的功率，转换器系统108也在第二组转换器端子112处输出近似相同的电流。控制器是图1中的集中式控制器，包括例如通过有线或无线连接被连接至转换器系统108中的每一个的单个控制器116。关于从串联DC母线102汲取的综合功率的信息可以通过诸如电流源转换器(其从串联DC母线102汲取功率并以可变DC母线电压操作)等的电网侧转换器被提供至集中式控制器116。电网侧转换器为了便于说明未示出在图1中。集中式控制器116可以基于从电网侧转换器接收到的综合功率汲取信息、AC源106中的每一个的实际功率和参考功率值来确定各转换器系统108的模式，使得即使AC功率源106生成不相等的功率，转换器系统108也输出近似相同的电流。
[0023]在一个实施例中，集中式控制器116基于AC源106中的每一个的电压和电流中的至少一个来确定AC源106中的每一个的实际功率。集中式控制器116可以感测或测量这些参数，或者该信息可以被提供至集中式控制器116。
[0024]集中式控制器116基于综合功率汲取信息和由AC源106中的每一个生成的实际功率来确定参考功率值。集中式控制器116将耦合至具有高于它们各自的参考功率值的实际输出功率的AC源106的转换器系统108设定处于第一操作模式(图2，方框210)，并且将耦合至具有低于它们各自的参考功率值的实际输出功率的AC源106的转换器系统108设定处于第二操作模式(图2，方框220)。
[0025]在另一实施例中，集中式控制器116调整由转换器系统108中的每一个传输到并联母线104内的功率的量，并且观察响应于这些调整而由AC源106在本地生成的实际功率的改变。集中式控制器116接着基于由控制器116做出的调整和观察来设定转换器系统108的模式，使得AC源106中的每一个生成最大功率。
[0026]除了将有功功率传输至并联母线104或者从并联母线104传输有功功率之外，转换器系统108中所包括的双向转换器可以通过确保用于AC源106的正确量的无功功率的供给来控制相应的AC源106的无功功率。典型的AC源106可能要求以非单位功率因数(non-unitypower factor)操作以确保可以从该源106汲取最大功率。在该情况中，将需要由相应的转换器系统108的双向转换器提供VAR(伏安无功)功率。
[0027]图3图示出从一组AC源106收集功率并经由串联DC母线102将功率跨越长距离输送的发电网络300的另一实施例。图3中示出的实施例类似于图1中示出的实施例，然而，控制器是分布式控制器，包括多个本地控制器302，其中的每一个与转换器系统108中的一个并置(collocated)并且例如通过有线或无线连接被连接至该转换器系统。分布式控制器可以实施先前与图1有关地描述地控制操作中的任一个，假如合适的信息被提供至本地控制器302或由本地控制器302测量，诸如参考功率值、综合功率汲取信息和由AC源106生成的实际功率。
[0028]图4图示出从一组AC源106收集功率并经由串联DC母线102将功率跨越长距离输送的发电网络400的又一实施例。各转换器系统108包括多绕组变压器402、整流器404和双向转换器406 ο具有双向功率转换器406的并联母线104使得能够使得在高功率串联路径中使用较简单的整流器404。此外，由介于AC源106与DC输出之间的变压器402提供电隔离。
[0029]更详细地，各整流器404具有经由变压器402的第一绕组410被感应地耦合至AC功率源106的第一组端子408，和与串联DC母线102串联地耦合的第二组端子412。整流器402将第一组端子408处的AC功率转换成第二组端子412处的DC功率。在一个实施例中，整流器404是如图4中示出的二极管整流器。如果没有AC输入的话，二极管整流器被旁路。此外，整流器二极管典型地是所谓的紧压包装装置(presspack device)且不能短路(fail short)。所以即使在装置故障的情况中，系统也仍然是有弹性的。在另一实施例中，整流器404是晶闸管。在任一情况中，所有的整流器输出被串联地连接以形成串联DC母线102。
[0030]双向转换器406(如图4中的AC-DC转换器所示)具有经由变压器402的第二绕组416被感应地耦合至与整流器404相同的AC功率源106的第一组端子414，和被耦合至并联母线104的第二组端子418。所有的双向转换器输出被并联地连接以形成并联母线104。整流器404的第一组端子408通过多绕组变压器402与双向转换器406的第一组端子414电隔离。变压器402的第三绕组420被连接至相应的AC源106。
[0031 ] 各整流器404和变压器402的连接至各整流器404的绕组410针对感应地耦合至该整流器404的AC源106的满功率被额定。AC源106和整流器404通过变压器402与最大串联母线电压绝缘(相对于大地)。各双向转换器406和变压器402的连接至各双向转换器406的绕组416仅部分地被额定(典型地整流器的额定功率的40%或更少)。所以对于1MW AC源106，相应的整流器404被额定在10MVA并且相应的双向转换器406被额定在4MVA或更小。
[0032]发电网络400的控制器确保从本地AC源106提取最大功率。为此，双向转换器406中的每一个在第一操作模式(图2，方框210)中将功率从AC源106传输至并联母线104并且在第二操作模式(图2，方框220)中经由相应的整流器404将功率从并联母线104传输至串联DC102。双向转换器406的操作模式取决于由AC源106生成的功率的量。
[0033]一般情况下，可以假定N个AC源106的DC输出电压和电流(在最大功率点，没有任何平衡)分别是:m，u2...UdPi^i2...1N。作为示例，对于诸如风力涡轮发动机等的AC源，造成对于特定风速所收获的最大功率的用于Uk和ik的值可以通过合适的最大功率点跟踪算法被预先计算或估计;uk ik将代表在给定风力功率的可用性的情况下可以由第k风力涡轮发动机生成的最大功率。让is是实际串联DC输出电流并且us是总串联电路，它们被呈现给电网侧串联母线转换器或者由电网侧串联母线转换器呈现。总串联电压通过如下等式给出:
[0034]U1+U2+..-+UN = Us (I)
[0035]从转换器系统108进入并联母线104内的电流是^1、^2-_^〃。让^是来自电网侧并联母线转换器的电流并且Ub是并联母线电压。来自电网侧并联母线转换器的电流通过如下等式给出:
[0036]ibi+ib2+---+ibN=ib (2)
[0037]来自各整流器404的功率中的一些被转移到并联母线104内并且余下的功率是被注入到串联DC母线102内的功率，如通过如下等式给出:
[0038]Uk ik-ub ibk = uk is，其中k=l，2...Ν (3)
[0039]将这N个等式加起来产生:
[0040](Uiii+U2i2+---+UN iN)-Ub(ibi+ib2+...+ibN) = (m+U2+...+UN)is (4)
[0041]这给出了总功率平衡等式:
[0042](Uiii+U2i2+---+UN iN)-Ub ib = us is (5)
[0043]在第一情况中，有电网侧并联母线转换器并且Ub通过该转换器被调节。ib的值可以明智地选取以便使双向转换器406和电网侧并联母线转换器的总额定功率和/或操作损失最小化。这样，由第k转换器系统108注入到并联母线104内的功率的量通过由下面等式给出:
[0044]ub ibk = Uk(ik-1s)=Uk(ik_((uiii+U2i2+...+UN iN)_Ub ib)/(ui+U2+---+un)) (6)
[0045]在第二情况中，没有电网侧并联母线转换器并且ib= 0。在该情况中，由第k转换器系统108注入到并联母线104内的功率的量简化成:
[0046]ub ibk = Uk(ik-(uiii+U2i2+---+UN in)/(ui+U2+---+un)) (7)
[0047]转换器系统108的参考功率值是用于确保当多个转换器系统108的整流器404与串联DC母线102串联地耦合时适当操作的转换器系统108应该在其整流器404的输出处呈现的功率的值。对于第k转换器系统108，参考功率值是:
[0048]Pref = Uk is = (uk/us) (us is) (8)
[0049]使用用于山is的值的上面等式(5)，
[0050]Pref = (Uk/lls) ( (Ulil+U2i2+."+UN iN)_Ub ib) (9)
[0051]所以，如果用于特定AC源106的(集中式或分布式)控制器具有关于可以从AC源106生成的最大总功率、并联母线电压、电网侧并联母线转换器电流、AC源电压和总串联DC母线电压的信息，那么计算参考功率值容易由此得出。该信息中的一些可以由电网侧转换器提供并且其余的可以本地地测量得到。可替代地，如果信息跨AC源106共享的话，则可以计算出参考功率值。
[0052]前面的段落已描述了用于AC源106在它们所谓最大功率点时操作的参考功率值计算，但是参考功率值计算的类似方法可以适用于AC源106的在任何其他优选操作点时的操作。其他优选操作点的示例包括最大效率点、由经济调度设定的点、最小系统压力点等等。这样，这里所描述的平衡技术仅需要知道由AC源106在这些优选操作时生成的功率。这些优选操作点功率值典型地通过从各种测得的或分配的数据的估计而获得。
[0053]在具体实施例中，两个三相AC源106均被额定在1Mff和在满功率时的6.9kV线到线电压，这导致以1250A的从整流器404的8kV DC输出。AC源106可以取决于源106的特性以不同功率和电压水平操作。特别地，AC源106的功率和电压水平取决于源106的最大功率点特性。如果源106没有串联地连接并且以它们的最大功率点操作，则这些是在整流器404的输出处的电压和电流。例如，第一源可以以8丽操作，具有111 = 7.271^和11 = 110(^，并且第二源可以以6MW操作，具有u2 = 6kV和i2 = 1000A。通过应用这里所描述的平衡技术，第一 AC源106的双向转换器406将被置于第一操作模式并且将1^(^-(11^+1^2)/(1^+112)) = 328.81^注入到并联母线104内。第二源106的双向转换器406将被设定处于第二操作模式并且从并联母线104接收-(U2(i2-(mii+U2i2)/(ui+112))) = 328.8kW。在该纯粹说明性的示例中，在平衡之后，第一转换器系统108将供给串联DC母线102(8000-328.8)kW = 7.67MW，这是用于第一源的参考功率值，并且第二转换器系统108将供给串联DC母线102(6000+328.8)kW = 6.33MW，这是用于第二源的参考功率值。所生成的总功率将仍然是14MW。总串联DC母线电压将是(7.27+6)1^=13.271^并且串联0(:母线电流将是1055八。
[0054]控制器为了便于说明在图4中未示出，但是可以以如本文先前所描述的集中式或分布式的方式实施。在任一情况中，整流器404和双向转换器406的操作由控制器管理，包括基于关于从串联DC母线102汲取的综合功率的信息来确定相应的参考功率值，并且如先前与图1和图2有关地描述地将双向转换器406设定处于第一操作模式(图2，方框210)或第二操作模式(图2，方框220)。
[0055]发电网络控制器可以如本文先前所描述的是集中式或分布式的。集中式控制器在转换器系统108物理上彼此靠近时易于实施。分布式控制器在转换器系统108彼此远离时易于实施。集中式与分布式控制器之间的主要差异是在各种AC源106处的测得信息的可用性。在任一情况(集中式或分布式)中，发电网络控制器都可以与在串联DC母线102的另一端处的电网侧转换器的控制器通信，以确保整体系统的最佳操作。
[0056]图5图示出串联收集的能量跨越长线缆500输送和通过电网侧串联母线转换器504至AC电网502的后继连接的实施例。例如在潮汐动力涡轮发电机的情况中，发电网络100/300400位于近海的位置并且电网侧串联母线转换器504位于陆上的位置。电网侧串联母线转换器504将由发电网络100/300/400供给的DC功率转换成AC功率，该AC功率通过变压器506被耦合至例如电网502。与发电网络100/300/400相关联的控制器508如本文先前所描述地控制发电网络100/300/400中包括的转换器系统108的操作。用于电网侧串联母线转换器504的相应控制器510控制串联DC母线102的另一端处的操作。
[0057]电网侧串联母线转换器504调节串联母线电流以从AC源106的综合提取最大值。在串联DC母线102上的电压可以从零变化至最大DC电压，并且电网侧串联母线转换器504允许这样的电压变化。整体最大功率点跟踪可以由电网侧转换器504执行并且平衡(单独最大功率点跟踪)可以在AC源106处在本地完成。这使得能够实现来自串联连接的最大功率提取。可以在电网侧串联母线转换器504的控制器510与耦合至单独AC源106的双向转换器406的(集中式或分布式)控制器508之间进一步有通信，以便协调最大功率提取。
[0058]发电网络100/300/400的(集中式或分布式)控制器508可以与电网侧串联母线转换器504的控制器510通信以确保整体系统的最佳操作。例如，电网侧串联母线转换器504的控制器510可以通信关于从综合串联连接系统汲取的总功率的信息。发电网络100/300/400的(集中式或分布式)控制器508可以使用该信息与关于来自单独AC源106的最大可用功率的信息一起来确定待通过双向转换器406被传输至并联母线104(其充当当前平衡母线)或从该并联母线104传输的平衡功率。
[0059]在各AC源106处的实际功率可以从测得的数据计算出。在各AC源106处的最大可用功率可以使用该数据估计出。用于最大可用功率的估计的典型数据包括电压、电流或源功率。例如在风力涡轮机的情况中，风速测量或涡轮机转子速度可以被用作用于源功率的估
i+o
[0060]在这些数据是不可用的情况中，扰动与观察方法可以被用于确定对于双向转换器406的功率流。在该情况中，发电网络100/300/400的(集中式或分布式)控制器508调整被传入或传出并联母线104的功率的量(对于集中控制器实施是一致地或对于分布式控制器实施是独立地)，并接着观察对所生成的实际功率的影响。如果在本地生成的功率增加，那么发电网络控制器508继续调整相应的双向转换器406的功率流。该扰动与观察过程继续，直到获得对于各AC源106的最大功率生成点。
[0061]图6图示出串联收集的能量跨越长线缆500输送和通过电网侧串联母线转换器504至AC电网502的后继连接的另一实施例。图6中示出的实施例类似于图5中示出的实施例，然而，在并联母线104上的功率也被跨越长线缆512输送，尽管是以与串联DC母线102上的相比较低的电压，并且通过附加的电网侧转换器514和变压器506被接口至相同的AC电网502。利用该配置，并联母线104还可以被用于将辅助功率输送至单独电网侧转换器504、514、或耦合至电网502的相应控制器510、516的一个或多个辅助系统，或者输送至发电网络100/300/400的辅助系统。该附加连接还可以使整体系统的控制简化。将并联母线104耦合至电网50 2的电网侧并联母线转换器514调节并联母线电压。
[0062]图7图示出如本文先前所描述的一个或多个发电网络100/300/400并联连接用于较高功率输送的实施例。
[0063]发电网络(多个)100/300/400的单独AC源106可以与整体电路分离并且被旁路以允许系统的其余部分操作。这可以在整流器404的AC输入408处使用低或中等AC电路断路器来实现。AC断路器还中断从相应的AC源馈送到串联DC母线中的DC故障内的电流。电网侧串联母线转换器504还在串联DC母线102中的DC故障的情况中降低DC电压。
[0064]诸如“第一”、“第二”等术语被用于描述各种元件、区域、部分等等并且不旨在限制性的。相似的术语在整个描述中是指形似的元件。
[0065]如这里使用的，术语“具有”、“含有”、“包括”、“包括”和类似物是指示出所陈述的元件或特征的存在但不排除附加元件或特征的开放式术语。冠词“一”、“一个”和“该”旨在包括复数以及单数，除非上下文另有明确说明。
[0066]在考虑到的变化和应用的以上范围内，应该理解的是，本发明不由前述描述限制，也不由附图限制。而是，本发明仅由以下权利要求极其法律等效物限制。
【主权项】
1.一种用于耦合至AC功率源的转换器系统(108)，所述转换器系统(108)包括: 整流器(404)，具有被感应地耦合至AC功率源(106)的第一组端子(408)和与串联DC母线(102)串联地耦合的第二组端子(412)，所述整流器(404)可操作成将所述第一组端子(408)处的AC功率转换成所述第二组端子(412)处的DC功率;和 双向转换器(406)，具有被耦合至所述AC功率源(106)的第一组端子(414)和被耦合至并联母线(104)的第二组端子(418)，所述双向转换器(406)可操作成在第一操作模式中将功率从所述AC源(106)传输至所述并联母线(104)并且在第二操作模式中经由所述整流器(404)将功率从所述并联母线(104)传输至所述串联DC母线(102)。2.根据权利要求1所述的转换器系统(108)，其中所述双向转换器(406)具有为所述整流器(404)的额定功率的至多40%的额定功率。3.根据权利要求1所述的转换器系统(108)，其中所述整流器(404)的所述第一组端子(408)和所述双向转换器(406)的所述第一组端子(414)通过变压器(402)被感应地耦合至所述AC功率源(I 06)。4.根据权利要求1所述的转换器系统(108)，其中所述整流器(404)是二极管整流器。5.根据权利要求1所述的转换器系统(108)，进一步包括控制器(116/302)，可操作成控制所述整流器(404)和所述双向转换器(406)的操作，包括:如果所述AC功率源(106)输出高于分配给所述转换器系统(108)的参考功率值的功率则将所述双向转换器(408)设定处于所述第一操作模式，并且如果所述AC功率源(106)输出低于分配给所述转换器系统(108)的所述参考功率值的功率则将所述双向转换器(406)设定处于所述第二操作模式。6.根据权利要求5所述的转换器系统(108)，其中所述控制器(116/302)可操作成基于关于从所述串联DC母线(102)汲取的综合功率的信息来确定分配给所述转换器系统(108)的所述参考功率值。7.根据权利要求6所述的转换器系统(108)，其中关于从所述串联DC母线(102)汲取的综合功率的所述信息包括能由耦合至所述串联DC母线(102)的各AC源生成的最大总功率、所述并联母线(104)的电压、在耦合至所述并联母线(104)的电网侧并联母线转换器(516)处的电流、所述AC源(106)的电压和所述串联DC母线(102)的总电压。8.根据权利要求5所述的转换器系统(108)，其中所述控制器(116/302)可操作成确定分配给所述转换器系统(108)的所述参考功率值使得所述AC源(106)以其最大功率点操作。9.根据权利要求1所述的转换器系统(108)，其中所述双向转换器(406)可操作成控制所述AC源(106)的无功功率。10.—种发电网络(100)，包括: 串联DC母线(102); 并联母线(104)；和 多个转换器系统(108)，用于耦合至不同的AC功率源(106)，所述转换器系统(108)中的每一个包括: 整流器(404)，具有被感应地耦合至所述AC功率源(106)中的一个的第一组端子(408)和与所述串联DC母线(102)串联地耦合的第二组端子(412)，所述整流器(404)可操作成将所述第一组端子(408)处的AC功率转换成所述第二组端子(412)处的DC功率;和 双向转换器(406)，具有被耦合至与所述整流器(404)相同的AC功率源(106)的第一组端子(414)和被耦合至所述并联母线(104)的第二组端子(418)，所述双向转换器(406)可操作成在第一操作模式中将功率从所述AC源(106)传输至所述并联母线(104)并且在第二操作模式中经由所述整流器(404)将功率从所述并联母线(104)传输至所述串联DC(102)母线。11.根据权利要求10所述的发电网络(100)，进一步包括控制器(116/302)，可操作成控制所述转换器系统(108)的操作，包括:如果相应的AC功率源(106)输出高于分配给所述转换器系统(108)的参考功率值的功率则将各转换器系统(108)的所述双向转换器(408)设定处于所述第一操作模式，并且如果所述相应的AC功率源(106)输出低于分配给所述转换器系统(108)的所述参考功率值的功率则将各转换器系统(108)的所述双向转换器(406)设定处于所述第二操作模式。12.根据权利要求11所述的发电网络(100)，其中所述控制器(116/302)可操作成基于关于从所述串联DC母线(102)汲取的综合功率的信息来确定分配给所述转换器系统(108)的所述参考功率值。13.根据权利要求11所述的发电网络(100)，其中所述控制器(116/302)是包括被连接至所述转换器系统(108)中的每一个的单个控制器的集中式控制器(116)。14.根据权利要求11所述的发电网络(100)，其中所述控制器(116/302)是包括多个本地控制器的分布式控制器(302)，所述多个本地控制器中的每一个与所述转换器系统(108)中的一个转换器系统并置并且被连接至所述一个转换器系统。15.根据权利要求12所述的发电网络(100)，其中关于从所述串联DC母线(102)汲取的综合功率的所述信息由从所述串联DC母线(102)汲取功率的电网侧转换器(510/516)提供至所述控制器(116/302)。16.根据权利要求15所述的发电网络(100)，其中所述控制器(116/302)可操作成基于从所述电网侧转换器(510/516)接收到的所述综合功率汲取信息、所述AC源(106)中的每一个的实际功率和分配给所述转换器系统(108)的所述参考功率值来确定各转换器系统(108)的所述双向转换器(406)的模式，使得即使所述AC功率源(106)生成不相等的功率，所述整流器(404)也输出相同的电流。17.根据权利要求12所述的发电网络(100)，其中所述控制器(116/302)可操作成: 基于所述综合功率汲取信息和所述AC源(106)的电压来确定分配给所述转换器系统(108)的所述参考功率值。18.根据权利要求12所述的发电网络(100)，其中关于从所述串联DC母线(102)汲取的综合功率的所述信息包括能由耦合至所述串联DC母线(102)的所述AC源(106)生成的最大总功率、所述并联母线(104)的电压、在耦合至所述并联母线(104)的电网侧并联母线转换器(516)处的电流、所述AC源(106)的电压和所述串联DC母线(102)的总电压。19.根据权利要求11所述的发电网络(100)，其中所述控制器(116/302)可操作成确定分配给所述转换器系统(108)的所述参考功率值，使得所述AC源(106)针对所述AC源(106)中的每一个以各自的最大功率点操作。20.根据权利要求11所述的发电网络(100)，其中所述控制器(116/302)可操作成: 调整由所述双向转换器(406)中的每一个传输到所述并联母线(104)内的功率的量； 观察响应于对由所述双向转换器(406)中的每一个传输到所述并联母线(104)内的所述功率的量做出的调整而在由所述AC源(106)在本地生成的实际功率的改变;和 基于由所述控制器(116/302)做出的所述调整和观察来设定所述双向转换器(406)的模式。21.根据权利要求10所述的发电网络(100)，其中所述串联DC母线(102)和所述并联母线(104)经由相应的电网侧转换器(510/516)被耦合至相同的电网(502)，并且所述并联母线(104)将辅助功率从所述发电网络(100)递送至所述电网(502)。22.—种将功率从多个AC源输送至电网的方法，所述AC功率源中的每一个被耦合至相应的转换器系统的第一组端子，所述转换器系统中的每一个的第二组端子与串联DC母线串联地耦合，并且所述转换器系统中的每一个的第三组端子与并联母线并联地耦合，所述方法包括: 通过所述转换器系统的所述第一组端子和所述第二组端子将功率从所述AC源传输至所述串联DC母线(200); 通过被耦合至生成高于其参考功率值的功率的各AC源的所述转换器系统的所述第一组端子和所述第三组端子，将功率从生成高于分配给耦合至那个AC源的所述转换器系统的参考功率值的功率的所述AC源中的每一个传输至所述并联母线(210);和 通过被耦合至生成低于其参考功率值的功率的AC源的所述转换器系统中的每一个的所述第二组端子和所述第三组端子，将功率从所述并联母线传输至所述串联DC母线(220)。23.根据权利要求22所述的方法，进一步包括: 基于关于从所述串联DC母线汲取的综合功率的信息来确定分配给所述转换器系统的所述参考功率值，使得即使所述AC功率源生成不相等的功率，所述转换器系统也将相同的电流输出至所述串联DC母线。24.根据权利要求22所述的方法，进一步包括: 调整由所述转换器系统中的每一个传输到所述并联母线内的功率的量； 观察响应于对由所述转换器系统中的每一个传输到所述并联母线内的所述功率的量做出的调整而在由所述AC源在本地生成的实际功率的改变;和 配置所述转换器系统中的每一个以将功率传输至所述并联母线或从所述并联母线传输功率。
【文档编号】H02M7/217GK105940586SQ201480074450
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2014年11月25日
【发明人】S·巴拉
【申请人】Abb技术有限公司