CN105144530B - 控制太阳能发电厂的方法、功率转换***、dc/ac逆变器和太阳能发电厂 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及包括功率转换***的太阳能发电厂以及控制功率转换***的方法。控制能够通过一个或多个控制单元(9、10、14)来实行，并且中央控制功能可在DC/AC逆变器(6)的控制单元中实现。太阳能发电厂包括光伏模块(PV模块)，其设置成PV模块阵列(2a‑d)，每个PV阵列(2a‑d)具有连接到相应DC/DC转换器(4a‑d)的接口(3a‑d)。功率采集网(5)设置成提供多个DC/DC转换器(4a‑d)与DC/AC逆变器(6)的输入之间的接口。该方法包括监测每个PV阵列(2a‑d)的性能，并且包括第一和第二调节步骤。第一调节步骤(105)调整PV阵列(2a‑d)与对应DC/DC转换器(4a‑d)之间的各接口的电压电平，这个调节基于PV阵列(2a‑d)的性能模型和每个DC/DC转换器(4a‑d)的理论效率，以及包括监测每个DC/DC转换器(4a‑d)的输出功率，并且使用每个DC/DC转换器(4a‑d)的所监测输出功率作为调节的反馈，第二调节步骤(106)调整功率采集网(5)的电压电平，这个调节基于DC/AC逆变器(6)的理论效率，以及包括监测DC/AC逆变器(6)的输出功率，并且使用DC/AC逆变器(6)的所监测输出功率作为用于控制调节的反馈。
Description
技术领域
本公开涉及用于太阳能发电厂的方法、功率转换***和DC/AC逆变器。
背景技术
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***或输送网的AC(交流)电功率。
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***。为了提供转换，使用结合了许多装置的复杂***，以及为了使效率为最大，使用了不同的采集和转换***。
US 2012/0274139(E1)描述一种分布式PV发电厂，其包括多个分布式DC/DC转换器(E1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E1的附图1-4、权利要求1)。通过协调本地DC/DC转换器的切换，能够提供较高效率(参见E1中的§0032、§0036)。
在US2011/0160930(E2)中公开另一种用于增强效率的方法和***。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***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***、特别是对较大***增加成本。
发明内容
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***中的高效率。另一目标是提供一种节省成本的***。
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***，其设置成转换PV模块所采集的功率以供通过电功率输送***进行输送。转换***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。
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。
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。
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。
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。
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***的变化条件，例如因例如老化引起的***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。
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。
本发明还提供一种用于太阳能发电厂的功率转换***，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***进行输送。功率转换***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***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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
在一实施例中，每个DC/DC转换器是隔离DC/DC转换器。
在一实施例中，功率转换***包括如上所述的两个功率转换***。两个功率转换***的每个通过其相应DC/AC逆变器向功率输送***提供功率。
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。
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。
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)的所监测输出功率作为第二调节步骤的反馈。
在DC/AC逆变器的一实施例中，控制单元包括存储器，其存储每个PV阵列的性能模型、每个DC/DC转换器的效率模型、DC/AC逆变器的效率模型以及配置用于基于对应单元的测量来更新各模型的模型更新器。
在DC/AC逆变器的一实施例中，控制单元包括：DC/DC转换器调节器，其配置成按照第一调节步骤来控制每个DC/DC转换器；以及DC/AC逆变器调节器，其配置成按照第二调节步骤来控制DC/AC逆变器。
在DC/AC逆变器的一实施例中，控制单元包括模式选择器，其配置成在第一操作模式与第二操作模式之间进行切换，在该第二操作模式中，控制DC/AC逆变器来设置DC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输出功率，以便增加DC/AC逆变器的输入功率。
本发明还提供一种太阳能发电厂，其包括设置并且互连为多个PV模块的多个PV模块以及上述种类的功率转换***，其中每个PV阵列具有连接到功率转换***的相应DC/DC转换器并且由其控制的接口。
附图说明
现在作为示例、参照附图来描述本发明，附图包括：
图1是具有到输送***的高压AC连接的太阳能发电厂的第一实施例的示意图。
图2a、图2b、图2c是示出PV电池板的最大功率点的图表。
图3是DC/DC转换器效率轮廓的图示。
图4是中压DC/AC逆变器效率轮廓的图示。
图5是按照本发明的一实施例的操作方法的示意图。
图6是按照本发明的一实施例的操作方法的另一示意图。
图7是按照本发明的DC/AC逆变器的控制器的一实施例的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更全面地描述本发明，附图中示出本发明的某些实施例。但是，本发明可通过许多不同形式来实施，而不应被理解为局限于本文所提出的实施例；相反，这些实施例作为示例来提供，以使得本公开将是透彻和全面的，并且将向本领域的技术人员全面地传达本发明的范围。
图1示出包括多个PV(光伏)阵列2a、2b、2c、2d的太阳能发电厂1，其中每个PV阵列2a-d包括多个互连PV电池板。每个PV电池板由包括互连光伏电池的一具单元组成。每个PV电池板设置成从阳光接收能量，并且将能量变换为DC电能。每个PV阵列通常应当包括许多PV电池板、例如数百或上千个电池板，以产生大约0.5-3 MW的DC功率。为了清楚起见，此图没有示出每个PV阵列2a-d中的PV电池板，但是每个PV阵列2a-d中的PV电池板的数量可以在3000至10000个电池板之间，例如320个并联线路中的8000个PV电池板，其中每行中串联连接25个PV电池板。每个PV阵列2a-d的PV电池板串联和并联设置，以产生大约1000 V、例如总共1.5 kV的输出(3a-d)的DC功率。例如，每个PV电池板产生250 W，并且8000个PV电池板产生2 MW。在这个示例320个并联线路中，产生3.125 V的DC电功率的PV面板在每个PV阵列2a-d的PV电池板的公共输出(3a-d)产生总共1 kV。通过PV电池板互连为PV电池板阵列，提供第一组DC采集***，这些DC采集***的每个称作PV阵列2a-d。
太阳能发电厂1还包括多个DC/DC转换器4a、4b、4c、4d，其适合于将具有较低电压的输入DC功率变换为具有较高电压、特别是高电压或中高电压的DC功率。每个DC/DC转换器4a-d具有连接到相应PV阵列2a-d的输出的相应输入(3a-d)，使得提供每个DC/DC转换器与每个PV阵列之间的相应接口3a-d。DC/DC转换器4a-d的输出串联连接，以提供中压功率级的DC输出网5。从所连接DC/DC转换器4a-d所输出的总功率被提供给DC/AC逆变器6的输入。通过将DC/DC转换器4a-d互连到公共输出(5)，以中压电平提供第二DC采集***、网5。术语“中压”表示高于2 kV但低于60 kV的电压电平，特别是3 kV与45 kV之间的电压电平。每个DC/DC转换器4a-d是隔离DC/DC转换器，其设置成提供每个PV阵列2a-d与中压DC采集网5之间的电流隔离。该***包括将DC/AC逆变器6设置成通过其DC输入接收来自采集网5的中压DC功率。因此，每个DC/DC转换器4a-d在其输入端连接到相应PV阵列2a-d，以及DC/DC转换器4a-d的输出串联连接，并且提供连接到DC/AC逆变器6的输入的中高压DC输出，使得第二DC采集网5提供DC/DC转换器4a-d的输出与DC/AC逆变器6之间的接口。
DC/AC逆变器的输出8经由变压器12来提供AC功率供AC输送***(未示出)上的后续输送，该变压器12提供功率转换和采集***与AC输送***之间的电流绝缘。
因此，太阳能发电厂采集太阳能量，并且通过DC功率转换和采集***4、5以及DC/AC逆变器6把来自低压DC功率的PV阵列的所产生DC功率转换成在中压DC/AC逆变器6的输出8的高压AC功率。备选地，DC/AC逆变器6是中-中压逆变器，而不是中-高压DC/AC逆变器6。这个DC功率转换***包括具有低压DC输入的一组DC/DC转换器4a-d以及采取中压DC采集网5的形式的中压DC布置，其设置用于将中压DC功率馈送到中压DC/AC逆变器6。
因此，将例如一直到1000 V或1.5 kV的低压DC输入转换成中压采集网5、大约3 kV至45 kV的DC中压，其又优选地转换成大约60 kV或以上的高压AC(或者备选地称作中压AC功率)。
仅使用两个功率转换步骤是用于降低成本以及降低操作期间的功率损耗的手段。
太阳能发电厂还包括多个控制单元(9a-d、10、14)，其设置并且适合用于控制功率采集和功率转换的机能。DC/AC逆变器提供有控制器10，以及DC/DC转换器的每个提供有相应控制器9a-d。DC/DC转换器4a-d的各控制器9a-d适合于控制把来自各相应阵列的低压DC转换为中压DC功率，其通过DC采集网5的串联互连来采集，并且馈送到DC/AC逆变器6。DC/AC逆变器6提供有控制器10，其适合于将中压DC功率转换为按照AC输送网的高或中压电平的AC功率。为了提供有效的总体功率转换***，功率***还包括中央控制器14，其在通信上连接到每个DC/DC转换器4a-d的各“本地”控制器9a-d以及DC/AC逆变器6的控制器10。
有可能省略中央控制器14，并且适配DC/DC转换器4a-d或者DC/AC逆变器6的控制器9a-d、10中的一个或多个，以提供中央控制功能。但是，这没有在图1中示出。
中央控制器14适合得到或接收每个DC/DC转换器4a-d和DC/AC逆变器6的操作信息，该操作信息在转换器4a-d和逆变器6的相应输入和输出来得到。控制器14适合使用从本地控制单元9、10所提供的测量和操作信息来执行总体***控制，以得到整个功率转换***和太阳能发电厂的整体功率有效操作。
将参照图2-7更详细描述中央控制功能，以及提出中央控制器14，以用于适配转换***以按照例示本发明的实施例的方法来起作用。图7提出在DC/AC逆变器6的控制单元10中实现中央控制功能。
图2a-c示出PV电池板或PV模块的最大功率点。这些图示出PV模块的电压与PV模块的电流和功率之间的关系。本发明提出控制PV阵列，即，串联和并联连接的PV模块阵列2a-d。这种PV阵列2a-d的控制能够利用PV模块的PV阵列2a-d的对应关系，该阵列关系通过概括PV阵列2a-d的PV模块的关系来确定。这样得到的关系提供在变化电压和功率级的PV阵列2a-d的性能的描述或模型。图2a是电流-电压曲线，其示出从PV模块所馈送的电流如何随着施加到PV模块的输出的电压而改变。图2b是功率-电压曲线，其示出来自PV模块的功率如何随着所施加电压而改变。图2c示出电流-电压和功率-电压曲线。在各曲线中指示所传递功率具有最大数的点。这是最大功率点，以及对于PV模块的各状态，能够跟踪最大功率点，以提供那种状态的最大功率输出。但是，跟踪PV模块的最大功率输出可能不会引起总体转换***或者整个太阳能发电厂的最大功率输出。
太阳能发电厂的转换***应当确定大小成向功率输送***或功率网传递尽可能多的功率。太阳能发电厂的功率转换***的效率也随着不同的电压和功率级而改变。因此，功率转换***可能操作在非最佳状态，即使PV模块操作在最大功率点。本发明提供用于匹配PV模块和转换***的效率、以达到从PV模块到功率输送网的总体最大功率传递的***和方法。
图2c还示出PV模块的操作点A和B，这些操作点A、B与PV模块的最大功率点(MPP)有所不同。当跟踪MPP时，调整电压电平(例如A和B)(其对于当前状态与MPP有所不同)，以匹配MPP。但是，本发明的实施例考虑转换***的总效率，并且因此可调节PV阵列2a-d的一个或多个，以操作在与MPP有所不同的操作点A、B。
图3和图4示出图1的***的DC/DC转换器和DC/AC逆变器的效率。图3和图4示出不同功率级和输入电压的效率，并且将效率等级示为各简图中的区域。如从图3能够看到，DC/DC转换器确定大小成提供800 V的最高效率。如从图4能够看到，DC/AC逆变器确定大小成提供大约2.75 kV的最佳效率。按照本发明的实施例，PV模块2a-d(图1)的电压(其作为DC/DC转换器4a-d(图1)的输入电压)应当经过匹配，以提供经过DC/DC转换器4a-d的最佳功率传递。从图2a-c显而易见，升高电压降低来自PV模块的电流，以及对于高于最大功率点电压，电压增加导致功率降低。从图3能够看到，对于在低于800 V的电压的操作点，升高电压还一般提供DC/DC转换器的最佳效率。因此，为了增加其效率，DC/DC转换器的电压的增加应当考虑如下事实进行：电压增加可导致从PV阵列的PV模块所馈送的降低功率。
回到图2c，操作点A示出电压低于MPP的电压的状况或状态。另一方面，操作点B示出电压电平高于MPP的电压电平的状况。
本发明的实施例在调节每个DC/DC转换器4a-d与每个PV阵列2a-d之间的接口时采用每个PV阵列2a-d的性能模型，例如图2c的功率和电压关系以及如图3中的每个DC/DC转换器4a-d的理论效率。
图3的实施例示出PV阵列2a-d的操作点，该操作点C在DC/DC转换器4a-d的效率图中示出或者映射到其中。本发明的实施例考虑通过移动这种操作点C来调节转换***(在本例中为DC/DC转换器)，以提升DC/DC转换器的效率。因此，实施例监测***的不同装置之间、例如PV阵列2a-d与DC/DC转换器4a-d之间的接口，并且考虑两种装置来调节接口的电压。因此，这个调节可以还考虑所述的PV阵列2a-d的电压和功率关系或者性能模型来适当进行。转换***适合监测来自DC/DC转换器4a-d的功率输出，同时调整PV阵列2a-d的接口的操作点，该调整基于考虑通过电压和功率关系所确定的PV阵列的性能模型以及图3所示的DC/DC转换器的理论效率。因此，转换***适合依次地(例如，基于PV阵列2a-d的功率电压关系的第一调节之后接着基于DC/DC转换器4a-d的电压和功率关系的操作点C的调节)或者优选地组合地(其中，调节基于PV阵列的性能模型或者电压和功率关系到DC/DC转换器的理论效率或者功率和电压关系的理论确定映射)提供PV阵列2a-d的操作点的各调节。
应当注意，图3和图4所述的DC/DC转换器和DC/AC逆变器的电压和功率的关系的效率是理论模型，但是，其可通过测量来提供，以及所述实施例包括通过转换***中执行的测量对这些理论模型的常规更新。按照这些实施例，效率的理论模型可在安装期间在转换***中定义，并且随后在操作期间更新。
图4示出DC/AC逆变器6的效率，其中该简图示出不同DC输入电压和功率之间的关系。例如高电压的输出电压通过输送网或输送链路(DC/AC逆变器6的输出与其连接)来确定。在简图中示出操作点D，其对应于在DC/AC逆变器6的输入通过DC采集网5所定义的接口所接收的电压电平和功率级。实施例的转换***适合调节操作点D以提供增强效率，该调节基于DC/AC逆变器6的输入电压和功率之间的理论效率或关系，如图4所示。
相应地，该***适合执行DC/AC逆变器6的输入电压的调整，以增强效率。输入电压可通过中央控制器14指示每个DC/DC转换器4a-d的各本地控制单元9a-d适配其相应输出电压来调整，以按照DC/AC逆变器6的调整来提供所确定输入电压。
本发明的实施例公开了用于增强功率转换的效率的调节，其分两个步骤执行。执行第一步骤，其中每个PV阵列2a-d的输出功率由对应DC/DC转换器4a-d基于PV阵列2a-d的所监测性能、阵列2a-d的性能模型以及DC/DC转换器4a-d的理论效率来调节。执行第二步骤，其中DC/AC转换器6的输入功率由连接到DC/AC逆变器6的输入的所有DC/DC转换器4a-d协作调节，并且该调节基于DC/AC逆变器6的理论效率模型。在第一步骤，在调节期间监测DC/DC转换器的输出功率。在第二步骤，在调节期间监测DC/AC逆变器的输出功率。这样，该***能够通过调整***中的所有接口的操作点，来跟踪最大效率。
第一步骤的简单实现是在每个DC/DC转换器4a-d的输入端子按照PV阵列2a-d和PV阵列2a-d的(相应)DC/DC转换器4a-d的组合的电压和功率之间的关系的理论模型来调节输入电压，其对应于PV阵列2a-d的电压。第二步骤的简单实现是基于DC/AC逆变器6的理论效率来调节DC/AC逆变器6的输入电压，该调节通过DC/AC逆变器调整DC采集网5的电压电平来执行，使得调节每个DC/DC转换器4a-d的输出电压，以取得如通过采集网5馈送到DC/AC逆变器6的适当总电压输入。
图5和图6示出按照本发明的功率转换的一实施例。这个实施例包括两种不同的操作模式。第一操作模式在图5中示出，以及第二操作模式在图6中示出。
图5所示的第一操作模式(操作模式1)描述如上所述调节用于增加效率的功率转换的两个步骤。操作模式1包括考虑切换到第二操作模式、即操作模式2(其在图6中示出)的步骤。
操作模式1开始于监测101来自每个PV阵列2a-d的功率、通过采集网5经过每个DC/DC转换器4a-d所馈送的功率以及从DC/AC逆变器6所输出的功率。
模式1还包括在DC/AC逆变器6的输入端子监测输入电压。进行这个监测，以确定是否应当进行到操作模式2的切换。因此，操作模式1继续确定输入电压是否过低、即低于第一阈值电平。阈值电平设置成发现功率采集网5的功率损耗变得过大的时间，以及在这种情况下切换到第二操作模式2以获得更好效率。
因此，如果电压电平过低，则该***适合按照操作模式1切换到操作模式2(步骤104)。
如果电压电平令人满意，则操作模式1继续进行两个调节步骤。在第一步骤105，每个PV阵列2a-d与各相应DC/DC转换器4a-d之间的接口3a-d通过调整接口的电压来调节。因此，控制每个PV阵列2a-d的操作电压。按照步骤105，电压电平基于PV阵列2a-d的性能模型和各相应DC/DC转换器4a-d的理论效率模型来调整，并且调节步骤105按照所述的PV阵列2a-d的性能模型以及对应DC/DC转换器4a-d的理论效率二者来执行。理论模型或者其组合特别用来确定电压应当增加还是降低。
接口3a-d的操作点的调节步骤105包括通过监测相应DC/DC转换器4a-d的输出功率以确定新操作点是否更好，来评估调节。因此，鉴于每个DC/DC转换器4a-d的输出功率的变化，确定改变电压的成功。这通过在调整每个PV阵列2a-d的相应接口3a-d的电压时提供每个DC/DC转换器4a-d的所监测输出功率作为反馈来执行。输出功率的增加被认为是成功调节，并且保持新操作点。当移动到新操作点时的输出功率的降低被认为是不成功调节，并且功率的降低通过返回到前一操作点来抵消。
在步骤106，调节所有DC/DC转换器4a-d的输出与DC/AC逆变器6的输入之间的接口5的操作点。这个调节步骤106基于DC/AC逆变器6的理论性能。调节步骤106包括通过监测DC/AC逆变器6的输出功率，来评估DC/DC转换器4a-d与DC/AC逆变器6之间的接口的操作点的调节。在调节步骤106提供所监测输出功率和/或其变化的反馈。因此，基于来自DC/AC逆变器6的输出功率来调整该调节。
图5的操作模式1包括更新每个PV阵列2a-d的性能的理论模型、每个DC/DC转换器4a-d的效率和DC/AC逆变器6的效率的可选步骤。这通过***中的测量进行，例如包括例如在对应DC/DC转换器输入4a-d、每个DC/DC转换器4a-d输入和输出以及DC/AC逆变器6的输入和输出所测量的每个PV阵列2a-d输出的电压和电流的测量。
图6示出操作模式2，其在DC/AC逆变器6的输入电压或功率下降到低于阈值(其能够被解释为对应于相对转换***的功率损耗、来自PV阵列2a-d的过小功率，使得无法执行总转换***的最大功率点的跟踪)时使用。作为替代或补充，监测功率或电流。在如在PV阵列2a-d所得到的低功率级期间，对最大效率的搜索的成功跟踪可能不是适当的。按照图5的实施例，该操作方法则可切换到将DC/AC逆变器6的输入电压保持在高电平的操作模式2，以抑制DC采集网5的功率损耗。
操作模式2适当地开始于跟踪每个PV阵列2a-d的最大功率点，以将最大输入功率提供到转换***中。在步骤302，调节DC/DC转换器4a-d，以用于在DC/AC逆变器6提供预定义最大电压输入。在步骤303，监测DC/AC逆变器6的输入电压，以及操作模式2继续进行，直至DC/AC逆变器6的功率和输入电压的操作点达到高于第二阈值，在这种情况下，转换***的操作返回到操作模式1。因此，操作模式2包括确定功率和/或输入电压是否高于第二阈值的步骤304，在这种情况下，操作模式2继续进行步骤305。如果输入电压被确定为仍然低于第二阈值，则操作模式2通过返回到跟踪每个PV阵列2a-d的最大功率点的步骤301、之后接着调节302 DC/DC转换器4a-d以增加DC/AC逆变器6的功率和/或输入电压的步骤继续进行。但是，如果功率或电压在步骤304确定成已经达到高于第二阈值，则操作模式2继续进行切换到操作模式1的步骤305。
两种操作模式均可通过中央控制器14在通信和操作上连接到各本地控制单元9a-d、10适当地执行，以及该控制器14可适合通过指示各相应控制单元9a-d、10提供测量并且按照所述方法执行各相应装置、即各相应DC/DC转换器或DC/AC逆变器的控制，来执行方法步骤。
图7示出一实施例，其中DC/AC逆变器6的控制单元10提供功率转换***的中央控制。中央控制单元14则可省略。图7提供实现本发明时的实施例的主要功能的图示，但是经过简化，并且没有示出用于提供从DC到AC的功率转换的DC/AC逆变器本身的基本功能。这些功能能够适当地实现为软件，其在DC/AC逆变器控制单元10中运行时控制该控制单元10来控制DC/AC逆变器以提供所公开方法中的功能。
DC/AC逆变器的控制单元10包括通信接口70，以用于通信并且在操作上控制DC/AC逆变器6和DC/DC转换器4a-d以及接收来自DC/DC转换器4a-d和DC/AC逆变器6的输入和输出的测量。控制单元10包括主控制器71、例如具有处理器和存储器的计算机，以用于实行特定功能。主控制器71包括PV阵列监测器72、DC/DC转换器监测器73和DC/AC逆变器监测器74，使得控制单元10配置成监测各相应装置、即每个PV阵列2a-d、每个DC/DC转换器4a-d和DC/AC逆变器6的电压和电流(或者电压和功率)。主控制器71还配置有多个理论模型，并且配置成将模型用于执行调节步骤；即，PV阵列性能模型75、DC/DC转换器效率模型76和DC/AC逆变器效率模型77。如相对该方法所述，这些理论模型应当在操作期间更新，并且为此，主控制器71包括模型更新器78，其被提供以考虑监测元件72、73、74所提供的测量来更新各模型75、76、77。
主控制器还包括两个调节器79、82，各具有两种操作模式、即分别为模式1和模式2，这些模式通过模式选择器85来选择。第一调节器是DC/DC转换器调节器82，其配置成按照本发明的方法来控制DC/DC转换器4a-d的每个按照模式1和模式2进行操作。
因此，在C/DC转换器调节器79配置成在模式1中使用如通过PV阵列监测器72所提供的每个PV阵列2a-d的电压和电流，来调节每个DC/DC转换器4a-d。DC/DC转换器调节器79还配置成使用每个PV阵列2a-d的性能模型75和每个DC/DC转换器4a-d的效率模型76，通过使用每个DC/DC转换器4a-d的输出电压作为反馈，来调节每个PV阵列2a-d与每个DC/DC转换器4a-d之间的接口的电压，该输出电压通过DC/DC转换器监测器73来提供。
DC/DC转换器调节器79配置成在模式2中使用如PV监测器72所提供的每个PV阵列2a-d的电压和电流连遭PV阵列75的性能模型，来执行每个PV阵列2a-d的最大功率点跟踪。
为了减少采集网5的损耗并且将DC/AC逆变器6的输入电压和功率保持在高电平，DC/AC逆变器6由DC/AC逆变器调节器82来控制，以在框2中将采集网5电压设置在预定义最大电平。
在模式1中，DC/AC逆变器调节器82配置成基于DC/AC逆变器6的理论效率模型77来调节转换网5的电压或者DC/AC逆变器6的输入，同时使用如DC/AC监测器74所提供的所监测输出电压作为调节的反馈。因此，DC/AC逆变器调节器配置成考虑理论效率模型77来监测输入，或者换句话说，将转换网5的输入操作点映射到DC/AC逆变器6的效率模型77上，并且使用如通过DC/AC逆变器监测器76所监测的DC/AC逆变器的所监测输出作为调节的反馈。
主控制器71还可适当地包括用于监测或接收输送网的信息、例如无功功率的部件，并且可提供无功功率的补偿，或者提供输送网中的滤波功能；但是，在本公开中没有描述这种机能。
主控制器71还包括模式选择器85，其配置用于提供操作模式1与操作模式2之间的切换。模式选择器配置成将如DC/AC逆变器监测器74所得到的DC/AC逆变器6的输入电压和电流/功率用于基于诸如输入电压的阈值电平和/或电流和/或功率之类的标准来选择操作模式。
另外，图7示出中央控制单元14在调节功率转换***时应当执行的中央控制功能的备选实施例。在这种***中，中央控制单元14经由其“本地”控制单元10来控制DC/AC逆变器。
以上主要参照几个实施例描述了本发明。但是，如本领域的技术人员易于理解，除了以上所公开之外的其他实施例在如所附权利要求书所限定的本发明的范围之内同样是可能的。
Claims (23)
1.一种控制太阳能发电厂(1)的方法，所述太阳能发电厂(1)包括光伏PV模块和功率转换***，所述功率转换***配置成转换所述PV模块所采集的所述功率以供通过电功率输送***进行输送，所述转换***包括多个DC/DC转换器(4a-d)、功率采集网(5)和DC/AC逆变器(6)，并且其中所述PV模块设置成PV模块阵列(2a-d)，每个PV模块阵列(2a-d)具有连接到所述DC/DC转换器(4a-d)的相应一个并且由其控制的接口(3a-d)，所述功率采集网(5)设置成提供所述多个DC/DC转换器(4a-d)与所述DC/AC逆变器(6)的输入之间的接口，
所述方法包括
- 监测每个PV模块阵列(2a-d)的性能，以及
- 第一操作模式，包括：
第一调节步骤(105)，其中调整PV模块阵列(2a-d)与所述对应DC/DC转换器(4a-d)之间的各接口的电压电平，该调节基于所述PV模块阵列(2a-d)的性能模型和每个DC/DC转换器(4a-d)的效率模型，该效率模型描述所述相应DC/DC转换器的所述电压与所述功率之间的关系，以及该调节包括在所述第一调节步骤期间监测每个DC/DC转换器(4a-d)的输出功率，并且使用每个DC/DC转换器(4a-d)的所述监测的输出功率作为用于调整PV模块阵列(2a-d)与对应DC/DC转换器(4a-d)之间的各接口的所述电压电平的反馈，
第二调节步骤(106)，其中调整所述功率采集网(5)的电压电平，该调节基于所述DC/AC逆变器(6)的效率模型，该效率模型描述相应DC/AC转换器的所述电压与所述功率之间的关系，以及该调节包括在所述第二调节步骤期间监测所述DC/AC逆变器(6)的输出功率，并且使用所述DC/AC逆变器(6)的所述监测的输出功率作为用于调整所述功率采集网(5)的所述电压电平的反馈。
2.如权利要求1所述的控制太阳能发电厂(1)的方法，包括有选择地采用所述第一操作模式或第二操作模式，所述第二操作模式包括控制(302)所述功率采集网(5)的所述电压电平，使得所述DC/DC转换器(4a-d)提供预定义最大输出电压的功率，以增加所述DC/AC逆变器(6)的输入电压。
3.如权利要求2所述的控制太阳能发电厂(1)的方法，所述方法包括当所述DC/AC逆变器(6)的所述输入电压下降到低于第一阈值时切换到所述第二操作模式。
4.如权利要求3所述的控制太阳能发电厂(1)的方法，所述第二操作模式包括控制所述DC/DC转换器(4a-d)来执行每个PV模块阵列(2a-d)的最大功率点跟踪(301)。
5.如权利要求1-4中的任一项所述的控制太阳能发电厂(1)的方法，包括基于对应单元(2a-d，4a-d，6)的所述监测来更新(107)每个PV模块阵列(2a-d)的所述性能模型，更新每个DC/DC转换器(4a-d)的所述效率模型，和/或更新(107)所述DC/AC逆变器(6)的所述效率模型。
6.如权利要求1-4中的任一项所述的控制太阳能发电厂(1)的方法，包括通过所述DC/DC转换器(4a-d)把来自所述PV模块阵列(2a-d)的所述功率转换为中压的DC功率，并且通过所述功率采集网(5)将所述中压的所述功率馈送到所述DC/AC逆变器。
7.如权利要求6所述的控制太阳能发电厂(1)的方法，所述中压为2 kV与50 kV之间的电压。
8.一种用于将中压DC电流转换为中压或高压AC电流的DC/AC逆变器(6)，所述DC/AC逆变器(6)适合于控制太阳能发电厂(1)的功率转换，在该太阳能发电厂(1)中，光伏PV模块设置成PV模块阵列(2a-d)，每个PV模块阵列(2a-d)连接到多个DC/DC转换器(4a-d)的对应一个，所述DC/DC转换器(4a-d)在功率采集网(5)中连接到所述DC/AC逆变器(6)，
所述DC/AC逆变器(6)包括配置成控制所述DC/AC逆变器(6)的控制单元(10)，所述控制单元(10)配置成连接到所述多个DC/DC转换器(4a-d)，所述控制单元(10)操作以控制每个DC/DC转换器(4a-d)并且操作以通过所述DC/DC转换器(4a-d)来控制到相应PV模块阵列(2a-d)的相应接口的电压，所述控制单元(10)适合
- 监测每个PV模块阵列(2a-d)的性能，以及
- 执行包括下列步骤的第一操作模式：
第一调节步骤(105)，其中调整PV模块阵列(2a-d)与所述对应DC/DC转换器之间的各接口(3a-d)的电压电平，该调节基于所述PV模块阵列(2a-d)的性能模型和每个DC/DC转换器(4a-d)的效率模型，该效率模型描述相应DC/DC转换器的所述电压与所述功率之间的关系，以及该调节包括在所述第一调节步骤期间监测每个DC/DC转换器(4a-d)的输出功率，并且使用每个DC/DC转换器(4a-d)的所述监测的输出功率作为用于调整PV模块阵列(2a-d)与对应DC/DC转换器(4a-d)之间的各接口的电压电平的反馈，以及
第二调节步骤(106)，其中调整所述功率采集网(5)的电压电平，该调节基于所述DC/AC逆变器(6)的效率模型，该效率模型描述相应DC/AC转换器的所述电压与所述功率之间的关系，以及该调节包括在所述第二调节步骤期间监测所述DC/AC逆变器(6)的输出功率，并且使用所述DC/AC逆变器(6)的所述监测的输出功率作为用于调整所述功率采集网(5)的所述电压电平的反馈。
9.如权利要求8所述的DC/AC逆变器(6)，所述控制单元(10)包括存储器，其存储每个PV模块阵列(2a-d)的性能模型(75)、每个DC/DC转换器(4a-d)的效率模型(76)、所述DC/AC逆变器(6)的效率模型(77)以及配置用于基于对应单元(2a-d，4a-d，6)的测量来更新各模型的模型更新器(78)。
10.如权利要求8或9所述的DC/AC逆变器(6)，所述控制单元(10)包括
DC/DC转换器调节器(79)，配置成按照所述第一调节步骤(105)来控制每个DC/DC转换器，以及
DC/AC逆变器调节器(82)，配置成按照所述第二调节步骤(106)来控制所述DC/AC逆变器(6)。
11.如权利要求10所述的DC/AC逆变器(6)，所述控制单元(10)包括配置成在所述第一操作模式与第二操作模式之间进行切换的模式选择器(85)，在该第二操作模式中，控制所述功率采集网(5)的所述电压电平以提供预定义最大操作电压，以便增加所述DC/AC逆变器(6)的输入功率。
12.一种用于太阳能发电厂的功率转换***，适合于将所述太阳能发电厂的PV模块所采集的功率转换成AC功率，以供通过电功率输送***进行输送，所述功率转换***包括：
多个DC/DC转换器(4a-d)、功率采集网(5)和DC/AC逆变器(6)，并且其中每个DC/DC转换器(4a-d)适合连接到并且控制PV模块阵列(2a-d)的接口(3a-d)，所述功率采集网(5)设置在所述多个DC/DC转换器(4a-d)与所述DC/AC逆变器(6)的输入之间提供所述DC/DC转换器(4a-d)与所述DC/AC逆变器之间的接口，所述转换***还包括至少一个控制单元(9，10，14)，其设置成并且适合控制功率的转换，所述至少一个控制单元(9，10，14)适合
- 监测每个PV模块阵列(2a-d)的性能，以及
- 执行包括下列步骤的第一操作模式：
第一调节步骤(105)，其中调整PV模块阵列(2a-d)与对应DC/DC转换器(4a-d)之间的各接口的电压电平，该调节基于所述PV模块阵列(2a-d)的性能模型和每个DC/DC转换器(4a-d)的效率模型，该效率模型描述相应DC/DC转换器的所述电压与所述功率之间的关系，以及该调节包括在所述第一调节步骤期间监测每个DC/DC转换器(4a-d)的输出功率，并且使用每个DC/DC转换器(4a-d)的所述监测的输出功率作为用于调整PV模块阵列(2a-d)与对应DC/DC转换器(4a-d)之间的各接口的所述电压电平的反馈，以及
第二调节步骤(106)，其中调整所述功率采集网(5)的电压电平，该调节基于所述DC/AC逆变器(6)的效率模型，该效率模型描述相应DC/AC转换器的所述电压与所述功率之间的关系，以及该调节包括在所述第二调节步骤期间监测所述DC/AC逆变器(6)的输出功率，并且使用所述DC/AC逆变器(6)的所述监测的输出功率作为所述第二调节步骤的反馈。
13.如权利要求12所述的功率转换***，所述至少一个控制单元(9，10，14)适合有选择地采用所述第一操作模式或第二操作模式，所述第二操作模式包括控制(302)所述功率采集网(5)的所述电压电平，以提供预定义最大操作电压。
14.如权利要求13所述的功率转换***，所述至少一个控制单元(9，10，14)适合在所述DC/AC逆变器(6)的输入功率或输入电压下降到低于第一阈值时切换到所述第二操作模式。
15.如权利要求14所述的功率转换***，所述第二操作模式包括控制所述DC/DC转换器(4a-d)来执行每个PV模块阵列(2a-d)的最大功率点跟踪(301)。
16.如权利要求12-15中的任一项所述的功率转换***，所述至少一个控制单元(9，10，14)适合更新(107)每个PV模块阵列(2a-d)的所述性能模型、每个DC/DC转换器(4a-d)的所述效率模型和/或更新(107)所述DC/AC逆变器(6)的所述效率模型。
17.如权利要求12-15中的任一项所述的功率转换***，其中，每个DC/DC转换器(4a-d)包括控制单元(9a-d)，并且所述至少一个控制单元(9，10，14)是中央控制器(14)，其在操作上连接到所述DC/DC转换器(4a-d)的各控制单元(9a-d)，并且适合通过指示所述DC/DC转换器(4a-d)的各控制单元(9a-d)来控制所述第一调节步骤。
18.如权利要求12-15中的任一项所述的功率转换***，其中，所述DC/AC逆变器(6)包括控制单元(10)，并且所述至少一个控制单元(9，10，14)是中央控制器(14)，其在操作上连接到所述DC/AC逆变器(6)的所述控制单元(10)，并且适合通过指示所述DC/AC逆变器(6)的所述控制单元(10)来控制所述第二调节步骤。
19.如权利要求12-15中的任一项所述的功率转换***，所述功率采集网(5)适合于采集中压电平的DC功率，以及所述DC/AC逆变器(6)是中压DC/AC逆变器。
20.如权利要求19所述的功率转换***，所述中压为2 kV与50 kV之间的电压。
21.如权利要求12-15中的任一项所述的功率转换***，每个DC/DC转换器(4a-d)是隔离DC/DC转换器。
22.如权利要求12-15中的任一项所述的功率转换***，包括另一组DC/DC转换器(4a-d)、另一功率采集网(5)和另一DC/AC逆变器(6)，所述另一组PV模块阵列(2a-d)、DC/DC转换器(4a-d)、功率采集网(5)和DC/AC逆变器(6)设置在另一功率转换***中，适合于将所述太阳能发电厂的另一组PV模块所采集的功率转换成AC功率以供通过所述电功率输送***进行输送，所述另一功率转换***按照与如权利要求12-15中的任一项所述的功率转换***相同的方式来设置和控制，以提供向所述电功率输送***提供功率的两个功率转换***，其中所述两个功率转换***的每个通过其相应DC/AC逆变器(6)来提供功率。
23.一种太阳能发电厂，包括设置并且互连为PV模块的多个PV模块阵列(2a-d)的多个PV模块以及如权利要求12-22中的任一项所述的至少一个功率转换***，其中每个PV模块阵列(2a-d)具有连接到所述至少一个功率转换***的相应DC/DC转换器(4a-d)并且由其控制的接口。
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