專(zhuān)利名稱(chēng)：用于太陽(yáng)能電站的功率變換器組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于太陽(yáng)能電站的功率變換器組件，該功率變換器組件包括 用于提升直流(dc)電壓的裝置。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能電站生成的功率嚴(yán)重地依賴(lài)于日照而波動(dòng)。因此，設(shè)計(jì)用于太陽(yáng)能電站的 功率變換器組件而使得在所有工作條件下工作效率高具有挑戰(zhàn)性。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種用于太陽(yáng)能電站的功率變換器組件，其在全日照 和部分日照下均具有高的工作效率。本實(shí)用新型的目的是通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求中限定的功率 變換器組件實(shí)現(xiàn)的。在從屬權(quán)利要求中公開(kāi)了本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例。本實(shí)用新型基于如下思路控制裝置適于在部分載荷操作狀況下關(guān)閉多余的升壓 變換器單元以便于節(jié)約能量，并且使單獨(dú)的有效的升壓變換器單元之間的相移最優(yōu)化。本實(shí)用新型的功率變換器組件的優(yōu)點(diǎn)在于，通過(guò)關(guān)閉多余的升壓變換器單元而節(jié) 約了能量。另一優(yōu)點(diǎn)在于，通過(guò)調(diào)整相移實(shí)現(xiàn)了較低的波紋電流。此外，調(diào)整相移提升了波 紋電流頻率并且因此使得EMI濾波更容易。
在下文中將參照附圖借助于優(yōu)選實(shí)施例來(lái)更詳細(xì)地描述本實(shí)用新型，在附圖中圖1示出了具有均連接到分立的光伏陣列的三個(gè)變換器模塊的功率變換器組件；圖2示出了變換器模塊的實(shí)施例；以及圖3示出了具有兩個(gè)連接到共用光伏陣列的變換器模塊的功率變換器組件。
具體實(shí)施方式
圖1的功率變換器組件包括升壓變換器裝置，直流母線裝置、逆變器裝置和控制 裝置。升壓變換器裝置包括升壓變換器組BCB1、BCB2和BCB3。所述升壓變換器組中的每 一個(gè)均具有連接到分立的光伏陣列的直流輸入。升壓變換器組BCBl的直流輸入連接到光 伏陣列PVAl，升壓變換器組BCB2的直流輸入連接到光伏陣列PVA2，并且升壓變換器組BCB3 的直流輸入連接到光伏陣列PVA3。升壓變換器組BCB1、BCB2和BCB3中的每一個(gè)均包括三 個(gè)升壓變換器單元，升壓變換器單元中的每一個(gè)均適于遞升(st印up)直流電壓并且將遞 升的直流電壓饋送到直流母線裝置中。升壓變換器單元的輸出并聯(lián)連接。直流母線裝置包括正電壓母線BB+和負(fù)電壓母線BB-?？刂蒲b置適于控制升壓變 換器單元的操作。每個(gè)升壓變換器組作為獨(dú)立的最大功率點(diǎn)跟蹤器而操作。此外，控制裝 置適于控制每個(gè)單獨(dú)的變換器模塊的升壓變換器單元，使得所述單獨(dú)的變換器模塊的升壓 變換器單元具有相同的占空比?？刂蒲b置包括控制單元Cu?？刂茊卧狢U和升壓變換器單元之間的信號(hào)路徑未被示出?？刂蒲b置適于監(jiān)控饋送到每個(gè)升壓變換器組中的輸入功率?；谒霰O(jiān)控，控制 裝置適于決定針對(duì)每個(gè)升壓變換器組的有效的升壓變換器單元的所需數(shù)目，并且關(guān)閉升壓 變換器組中的任何多余的升壓變換器單元。有效的升壓變換器單元的所需數(shù)目指的是所需 用于處理由相應(yīng)的光伏陣列饋送到升壓變換器組中的輸入功率的升壓變換器單元的數(shù)目?？刂蒲b置適于將每個(gè)升壓變換器組的有效的升壓變換器單元之間的相移調(diào)整為 基本上等于2π弧度與有效的升壓變換器單元的數(shù)目的商的值。該調(diào)整減少了每個(gè)升壓變 換器組的直流輸入中的波紋。逆變器裝置包括用于每個(gè)變換器模塊的逆變器組。變換器模塊CMl包括逆變器組 INVl，變換器模塊CM2包括逆變器組INV2，并且變換器模塊CM3包括逆變器組INV3。每個(gè)逆 變器組均適于將直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓并且具有連接到直流母線裝置的直流電壓輸入。圖2示出了升壓變換器組BCB中具有三個(gè)升壓變換器單元的變換器模塊CM。升壓 變換器單元BCU1、BCU2和BCU3是常規(guī)的兩級(jí)升壓變換器單元。升壓變換器組BCB配備有 旁路開(kāi)關(guān)Sbp，其適于由控制裝置選擇性地控制在打開(kāi)狀態(tài)和閉合狀態(tài)。旁路開(kāi)關(guān)Sbp的閉 合狀態(tài)旁路掉升壓變換器組BCB的所有升壓變換器單元，使得輸入到升壓變換器裝置中的 電壓在未遞升的情況下被直接傳導(dǎo)到直流母線裝置中。當(dāng)功率變換器組件的升壓變換器組配備有旁路開(kāi)關(guān)時(shí)，控制裝置優(yōu)選地適于關(guān)閉 其旁路開(kāi)關(guān)處于閉合狀態(tài)的升壓變換器組中所有升壓變換器單元?？刂蒲b置可以適于監(jiān)控 每個(gè)升壓變換器組的輸入中的電壓并且使所監(jiān)控的電壓高于預(yù)定閾值的任何升壓變換器 組的旁路開(kāi)關(guān)閉合。圖2中示出的變換器模塊CM的逆變器組INV是常規(guī)的兩級(jí)三相逆變器級(jí)。逆變 器組INV具有三個(gè)逆變器分支，即INLl、INL2和INL3。在可替選的實(shí)施例中，每個(gè)變換器模塊均包括多個(gè)逆變器組。在該可替選的實(shí)施 例中，變換器模塊的每個(gè)逆變器組均可以配備有旁路開(kāi)關(guān)，其中控制裝置適于決定針對(duì)變 換器模塊的有效的逆變器組的所需數(shù)目并且關(guān)閉多余的逆變器組。上文已描述了如何管理單獨(dú)的升壓變換器組的升壓變換器單元之間的相移。在許 多實(shí)施例中，管理不同的變換器模塊的升壓變換器單元之間的相移也是重要的。該管理使 得能夠減少連接到直流母線裝置的電容器中的波紋電流。在圖2中，連接到直流母線裝置 的電容器被標(biāo)為Q。在一個(gè)實(shí)施例中，控制裝置適于將升壓變換器裝置的每個(gè)開(kāi)關(guān)周期分為多個(gè)具有 相等長(zhǎng)度的周期片段，所述周期片段的數(shù)目等于功率變換器組件中的有效的升壓變換器單 元的數(shù)目。如果有效的升壓變換器單元的數(shù)目改變，則開(kāi)關(guān)周期中的周期片段的數(shù)目也改 變?？刂蒲b置適于從1開(kāi)始對(duì)功率變換器組件的有效的升壓變換器組進(jìn)行順序編號(hào)，以在 第一周期片段的邊緣觸發(fā)第一升壓變換器組的第一有效升壓變換器單元，以及在具有如下 序號(hào)的周期片段的邊緣觸發(fā)每個(gè)后繼的升壓變換器組的第一有效升壓變換器單元，該序號(hào) 等于其序號(hào)小于所述后繼的升壓變換器組的序號(hào)的升壓變換器組中有效的升壓變換器單 元的總數(shù)目。這里給出了管理不同的升壓變換器組之間的相移的示例。在某個(gè)時(shí)刻功率變換 器組件具有四個(gè)有效的升壓變換器組BCB1’、BCB2’、BCB3’和BCB4’。升壓變換器組BCBl ’和升壓變換器組BCB2’均具有三個(gè)有效的升壓變換器單元，升壓變換器組BCB3’具有兩個(gè) 有效的升壓變換器單元，而升壓變換器組BCB4’僅具有一個(gè)有效的升壓變換器單元?？刂?裝置將每個(gè)開(kāi)關(guān)周期分為九個(gè)(3+3+2+1)具有相等長(zhǎng)度的周期片段?？刂蒲b置在第一周期 片段的邊緣觸發(fā)升壓變換器組BCB1’的第一有效升壓變換器單元，在第三周期片段的邊緣 觸發(fā)升壓變換器組BCB2’的第一有效升壓變換器單元，在第六周期片段的邊緣觸發(fā)升壓變 換器組BCB3’的第一有效升壓變換器單元，并且在第八周期片段的邊緣觸發(fā)升壓變換器組 BCB4’的有效升壓變換器單元。BCB1’和BCB2’的升壓變換器單元之間的內(nèi)部相移是120°， 而B(niǎo)CB3’的升壓變換器單元之間的內(nèi)部相移是180°。圖3的功率變換器組件包括升壓變換器裝置、直流母線裝置、逆變器裝置和控制 裝置。升壓變換器裝置包括安裝在兩個(gè)變換器模塊中的六個(gè)升壓變換器單元。這兩個(gè)變換 器模塊CMCl和變換器模塊CMC2均包括三個(gè)升壓變換器單元。變換器模塊CMCl和CMC2具 有連接到共用光伏陣列PVAC的共用直流輸入。變換器模塊CMCl和CMC2的升壓變換器單元適于遞升直流電壓并且將遞升的直流 電壓饋送到直流母線裝置。控制裝置適于監(jiān)控饋送到變換器模塊的共用直流輸入中的輸入 功率，以基于所述監(jiān)控的輸入功率來(lái)決定有效的升壓變換器單元的所需數(shù)目并且關(guān)閉任何 多余的升壓變換器單元，并且將有效的升壓變換器單元之間的相移調(diào)整為基本上等于2 π 弧度與有效的升壓變換器單元的數(shù)目的商的值?？刂蒲b置適于將升壓變換器裝置控制為一 個(gè)最大功率點(diǎn)跟蹤器。所有有效的升壓變換器單元均具有相同的占空比?？刂蒲b置包括控 制單元⑶C。圖3的每個(gè)變換器模塊可以是圖2中示出的類(lèi)型。因此，圖3的任一變換器模塊 均可以配備有旁路開(kāi)關(guān)，其適于旁路掉變換器模塊的所有升壓變換器單元。而且，變換器模 塊CMCl和CMC2中的任何一個(gè)均可以配備有多個(gè)逆變器組，其中變換器模塊可以具有用于 每個(gè)逆變器組的旁路開(kāi)關(guān)。在圖3的實(shí)施例中，每個(gè)變換器模塊均具有其自己的殼體。然而，在可替選的實(shí)施 例中，功率變換器組件的所有升壓變換器單元和逆變器組可以被安裝在單個(gè)殼體中。此外， 本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，圖1中的任何變換器模塊可以由圖3中示出的功率變換器組件 替換，自然地，假設(shè)控制裝置的編程據(jù)此進(jìn)行更新。圖1中示出的功率變換器組件和圖3中示出的功率變換器組件具有集中的控制單 元，其在圖1中的被標(biāo)為CU而在圖3中被標(biāo)為CUC?？商孢x地，可以利用分散的控制，并且 可以使每個(gè)變換器模塊配備有其自己的控制單元，其中控制單元中的一個(gè)用作主控制器而 剩余的控制單元用作從控制器。控制裝置也可以包括集中控制單元和數(shù)個(gè)子控制單元，每 個(gè)子控制單元均安裝在相應(yīng)的變換器模塊中。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員明顯的是，本實(shí)用新型的概念可以通過(guò)各種方式實(shí)現(xiàn)。本 實(shí)用新型及其實(shí)施例不限于以上描述的示例，而是可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)變化。
權(quán)利要求1.一種用于太陽(yáng)能電站的功率變換器組件，包括升壓變換器裝置、直流母線裝置和 控制裝置，所述升壓變換器裝置包括多個(gè)升壓變換器組，每個(gè)升壓變換器組均具有適于連 接到光伏陣列的直流輸入，所述升壓變換器組中的每一個(gè)均包括至少一個(gè)升壓變換器單元 (B⑶1、B⑶2、B⑶3)，所述升壓變換器單元(B⑶1、B⑶2、B⑶3)中的每一個(gè)均適于遞升直流 電壓并且將遞升的直流電壓饋送到所述直流母線裝置中，所述控制裝置適于控制所述升壓 變換器單元(B⑶1、B⑶2、B⑶3)的操作，其特征在于所述控制裝置適于(i)監(jiān)控饋送到每個(gè)升壓變換器組的輸入功率；( )基于所述監(jiān)控，決定針對(duì)每個(gè)升壓變換器組的有效的升壓變換器單元的所需數(shù) 目，并且關(guān)閉所述升壓變換器組中的任何多余的升壓變換器單元；以及(iii)將每個(gè)升壓變換器組的有效的升壓變換器單元(B⑶1、B⑶2、BOTIB)之間的相移 調(diào)整為基本上等于2π弧度與所述升壓變換器組中的有效的升壓變換器單元的數(shù)目的商 的值。
2.如權(quán)利要求1所述的功率變換器組件，其特征在于所述控制裝置適于控制所述升壓 變換器組(BCB1、BCB2、BCB!3)中的每一個(gè)的升壓變換器單元(B⑶1、B⑶2、B⑶3)，使得每個(gè) 升壓變換器組作為獨(dú)立的最大功率點(diǎn)跟蹤器而操作。
3.如前面任一權(quán)利要求所述的功率變換器組件，其特征在于所述控制裝置適于將所述 升壓變換器裝置的每個(gè)開(kāi)關(guān)周期分為多個(gè)具有相等長(zhǎng)度的周期片段，所述周期片段的數(shù)目 等于所述功率變換器組件中有效的升壓變換器單元的總數(shù)目，所述控制裝置進(jìn)一步適于從 1開(kāi)始對(duì)所述功率變換器組件的有效的升壓變換器組進(jìn)行順序編號(hào)，以在第一周期片段的 邊緣觸發(fā)第一升壓變換器組的第一有效升壓變換器單元，以及在具有如下序號(hào)的周期片段 的邊緣觸發(fā)每個(gè)后繼的升壓變換器組的第一有效升壓變換器單元，該序號(hào)等于其序號(hào)小于 所述后繼的升壓變換器組的序號(hào)的升壓變換器組中有效的升壓變換器單元的數(shù)目。
4.如權(quán)利要求1至2中任一所述的功率變換器組件，其特征在于所述升壓變換器裝置 包括用于每個(gè)升壓變換器組的旁路開(kāi)關(guān)(Sbp)，所述旁路開(kāi)關(guān)(Sbp)適于由所述控制裝置選 擇性地控制在打開(kāi)狀態(tài)和閉合狀態(tài)，所述旁路開(kāi)關(guān)(Sbp)的閉合狀態(tài)旁路掉所述升壓變換 器組的升壓變換器單元，所述控制裝置適于作為多余的升壓器變換單元而關(guān)閉被旁路掉的 升壓變換器組的多余的升壓變換器單元。
5.如權(quán)利要求4所述的功率變換器組件，其特征在于所述控制裝置適于監(jiān)控每個(gè)升壓 變換器組的輸入中的電壓以及使所監(jiān)控的輸入電壓高于預(yù)定閾值的任何升壓變換器組的 旁路開(kāi)關(guān)(Sbp)閉合。
6.如權(quán)利要求1至2中任一所述的功率變換器組件，其特征在于所述控制裝置適于控 制每個(gè)單獨(dú)的升壓變換器組的升壓變換器單元(BCU1、BCU2、BCU;3)，使得所述單獨(dú)的升壓變 換器組的升壓變換器單元(B⑶1、B⑶2、B⑶3)具有相同的占空比。
7.如權(quán)利要求1至2中任一所述的功率變換器組件，其特征在于所述功率變換器組件 進(jìn)一步包括逆變器裝置，其具有多個(gè)逆變器組(INVl)，所述多個(gè)逆變器組中的每一個(gè)均適 于將直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓并且具有連接到所述直流母線裝置的直流電壓輸入，所述控 制裝置適于決定有效的逆變器組的所需數(shù)目并且關(guān)閉任何多余的逆變器組。
8.一種用于太陽(yáng)能電站的功率變換器組件，包括升壓變換器裝置、直流母線裝置和 控制裝置，所述升壓變換器裝置包括多個(gè)具有適于連接到共用光伏陣列(PVAC)的共用直流輸入的升壓變換器單元(B⑶1、B⑶2、B⑶幻，所述升壓變換器單元(B⑶1、B⑶2、B⑶3)中 的每一個(gè)均適于遞升直流電壓并且將遞升的直流電壓饋送到所述直流母線裝置中，所述控 制裝置適于控制所述升壓變換器單元(BCU1、BCU2、BCU3)的操作，其特征在于所述控制裝 置適于(i)監(jiān)控饋送到所述共用直流輸入的輸入功率；( )基于所述監(jiān)控的輸入功率，決定有效的升壓變換器單元的所需數(shù)目并且關(guān)閉多余 的升壓變換器單元；以及(iii)將所述有效的升壓變換器單元之間的相移調(diào)整為基本上等于2 π弧度與所述有 效的升壓變換器單元的數(shù)目的商的值。
9.如權(quán)利要求8所述的功率變換器組件，其特征在于所述控制裝置適于將所述升壓變 換器裝置控制為單個(gè)最大功率點(diǎn)跟蹤器。
10.如權(quán)利要求8或9所述的功率變換器組件，其特征在于所述升壓變換器裝置包括旁 路開(kāi)關(guān)(Sbp)，其由所述控制裝置選擇性地控制在打開(kāi)狀態(tài)和閉合狀態(tài)，所述旁路開(kāi)關(guān)(Sbp) 的閉合狀態(tài)旁路掉升壓變換器單元，使得輸入到所述升壓變換器裝置中的電壓在未遞升 的情況下被直接傳導(dǎo)到所述直流母線裝置，所述控制裝置進(jìn)一步適于在所述旁路開(kāi)關(guān)(Sbp) 處于閉合狀態(tài)時(shí)作為多余的升壓變換器單元關(guān)閉所述升壓變換器單元。
11.如權(quán)利要求10所述的功率變換器組件，其特征在于所述控制裝置適于監(jiān)控所述共 用直流輸入中的電壓并且在所述監(jiān)控的電壓高于預(yù)定閾值時(shí)關(guān)閉所述旁路開(kāi)關(guān)(Sbp)。
12.如權(quán)利要求8至9中任一權(quán)利要求所述的功率變換器組件，其特征在于所述控制裝 置適于控制所述多個(gè)升壓變換器單元，使得所述多個(gè)升壓變換器單元中的每一個(gè)具有相同 的占空比。
專(zhuān)利摘要一種用于太陽(yáng)能電站的功率變換器組件包括升壓變換器裝置、直流母線裝置和控制裝置。升壓變換器裝置包括多個(gè)升壓變換器組，均具有連接到光伏陣列的直流輸入以及至少一個(gè)升壓變換器單元，升壓變換器單元中的每一個(gè)均適于遞升直流電壓并且將遞升的直流電壓饋送到直流母線裝置中，控制裝置適于控制升壓變換器單元的操作?？刂蒲b置適于(i)監(jiān)控饋送到每個(gè)升壓變換器組的輸入功率；(ii)基于所述監(jiān)控，決定針對(duì)每個(gè)升壓變換器組的有效的升壓變換器單元的所需數(shù)目，并且關(guān)閉升壓變換器組中的任何多余的升壓變換器單元；以及(iii)將每個(gè)升壓變換器組的有效的升壓變換器單元之間的相移調(diào)整為基本上等于2π弧度與升壓變換器組中有效的升壓變換器單元的數(shù)目的商的值。
文檔編號(hào)H02M1/14GK201839015SQ20102029096
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月11日
發(fā)明者安東尼奧·科恰, 弗朗西斯科·卡納萊斯, 米科·帕基寧, 萊昂納多-奧古斯托·塞爾帕 申請(qǐng)人:Abb研究有限公司