專利名稱：用于遠(yuǎn)程太陽(yáng)能場(chǎng)的dc傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及高壓直流(HVDC)傳輸，并且更具體地說，涉及用于遠(yuǎn)程太陽(yáng)能場(chǎng)的HVDC傳輸。
背景技術(shù)：
在最近數(shù)十年中，一直存在向使用可再生資源生成能量的發(fā)展?；诨剂系娜紵某Ｒ?guī)系統(tǒng)被認(rèn)為對(duì)環(huán)境有不利影響。雖然燃煤發(fā)電廠仍在構(gòu)建，但能量生成通過太陽(yáng)能、風(fēng)能、水電及地?zé)岚l(fā)電等來源得到越來越多的補(bǔ)充。用于將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電的太陽(yáng)電池板在效率和通用性方面已大大提高，并且經(jīng)常結(jié)合在居住或商業(yè)場(chǎng)所中使用。然而，太陽(yáng)能技術(shù)仍有一些限制。在初始資本支出通過來自生成的電的節(jié)省而得到補(bǔ)償前有一段較長(zhǎng)的時(shí)間。當(dāng)業(yè)主在他們看到來自安裝的電池板的充分資金節(jié)省前可能將搬離場(chǎng)所，他們更不可能安裝太陽(yáng)電池板。太陽(yáng)能方面的一個(gè)新趨勢(shì)是在位于遠(yuǎn)離特定負(fù)載的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)(或“場(chǎng)”)的一個(gè)或多個(gè)陣列中安裝多個(gè)太陽(yáng)電池板。在此類實(shí)施例中，太陽(yáng)能經(jīng)三相交流(AC)電力傳輸線傳輸?shù)截?fù)載點(diǎn)或電力網(wǎng)。然而，AC電力傳輸線具有由電纜電容和傳輸線電容產(chǎn)生的對(duì)長(zhǎng)距離的固有限制。因此，除負(fù)載所需的有效功率外，大量的無功功率從太陽(yáng)能場(chǎng)供應(yīng)并由 AC傳輸線運(yùn)送。無功功率的添加導(dǎo)致更高的傳輸損耗、更高的電流額定值(rating)及更大和成本更高的傳輸線或電纜。因此，需要改進(jìn)的太陽(yáng)能傳輸系統(tǒng)解決一個(gè)或多個(gè)上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，提供了一種用于太陽(yáng)能電池陣列的直流(DC)傳輸系統(tǒng)。 該系統(tǒng)包括通過串聯(lián)耦合的DC到DC轉(zhuǎn)換器從太陽(yáng)能電池陣列接收電力的系統(tǒng)DC鏈路。該系統(tǒng)還包括在系統(tǒng)DC鏈路與電力網(wǎng)之間串聯(lián)耦合的DC到交流(AC)功率轉(zhuǎn)換器模塊。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供了一種DC電力傳輸方法。該方法包括提供一種系統(tǒng)DC鏈路以用于通過串聯(lián)耦合的DC到DC轉(zhuǎn)換器從太陽(yáng)能電池陣列接收電力，并且將至少兩個(gè)DC到交流(AC)功率轉(zhuǎn)換器模塊在系統(tǒng)DC鏈路與電力網(wǎng)之間串聯(lián)耦合。該方法還包括向命令的值驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)DC鏈路的電流。根據(jù)本發(fā)明仍有的另一實(shí)施例，提供了一種用于太陽(yáng)能電池陣列的DC傳輸系統(tǒng)， 該系統(tǒng)包括用于通過串聯(lián)耦合的DC到DC轉(zhuǎn)換器從太陽(yáng)能電池陣列接收電力的系統(tǒng)DC鏈路。該系統(tǒng)還包括在系統(tǒng)DC鏈路與電力網(wǎng)之間串聯(lián)耦合的DC到AC電流源功率轉(zhuǎn)換器模塊。


參照附圖閱讀以下詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，附圖中類似的字符在各個(gè)圖形中表示類似的部分，其中
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圖1是常規(guī)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的示意圖示；圖2是電網(wǎng)連接的大規(guī)模太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的示意表示；圖3是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的用于遠(yuǎn)程太陽(yáng)能場(chǎng)的DC傳輸系統(tǒng)的示意表示；圖4是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一個(gè)轉(zhuǎn)換器實(shí)施例的框圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的另一轉(zhuǎn)換器實(shí)施例的框圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明還有的另一實(shí)施例的另一轉(zhuǎn)換器實(shí)施例的框圖；以及圖7是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的為電網(wǎng)連接采用電流源逆變器的DC傳輸系統(tǒng)的示意表不。
具體實(shí)施例方式圖1示出常規(guī)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)10。該發(fā)電系統(tǒng)包括含有多個(gè)連接的PV模塊(未示出)的PV陣列12。該P(yáng)V陣列通過DC/DC轉(zhuǎn)換器16、DC鏈路18和電網(wǎng)側(cè)三相DC/AC轉(zhuǎn)換器20連接到電力網(wǎng)14。在其它系統(tǒng)中，電網(wǎng)側(cè)三相轉(zhuǎn)換器可替代為多個(gè)單相轉(zhuǎn)換器。DC/ DC轉(zhuǎn)換器16在DC鏈路18保持恒定DC電壓，并且因此從PV模塊12到電力網(wǎng)14的能量流得到管理。DC/DC轉(zhuǎn)換器16由DC/DC控制器22控制，并且電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器20由電網(wǎng)側(cè)控制器M控制。系統(tǒng)控制器沈生成用于DC/DC轉(zhuǎn)換器22和電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器20的參考DC電壓命令、參考輸出電壓幅值命令及參考頻率命令。在其它系統(tǒng)中，單個(gè)控制器可用于圖1所示的多個(gè)控制功能。濾波器觀在系統(tǒng)中用于從系統(tǒng)輸出電力消除諧波，并且變壓器30用于匹配電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器輸出電壓和電網(wǎng)電壓。電力網(wǎng)14可包括連接發(fā)電系統(tǒng)和負(fù)載的公用電網(wǎng)或任何其它系統(tǒng)。圖2示出電網(wǎng)連接的大規(guī)模太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)50。該系統(tǒng)包括多個(gè)PV陣列52、152、 252和352及相應(yīng)的DC到DC轉(zhuǎn)換器54、154、254和354。PV陣列52、152、252和352 一般各自包括串聯(lián)或并聯(lián)連接的多個(gè)PV模塊(未示出)以獲得更高電壓或更高電流，并且可提供例如在300V DC到500V DC范圍內(nèi)的輸出電壓。最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)控制器(未示出)控制DC到DC轉(zhuǎn)換器54,154,254和354以從PV陣列收集最大功率。例如，PV陣列可位于一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能場(chǎng)上，并且相互位置有一定距離，如在2公里到10公里的范圍內(nèi)。三相DC到AC轉(zhuǎn)換器56、156、256和356各自將相應(yīng)DC到DC轉(zhuǎn)換器54、154,254和；354的DC 電力輸出轉(zhuǎn)換為AC電力，并且通過變壓器58、158、258和358及AC傳輸線60將AC電力傳輸?shù)诫娏W(wǎng)或負(fù)載62。變壓器將DC到AC轉(zhuǎn)換器電壓設(shè)置為傳輸線電壓水平。所有變壓器通過配電線(未示出)并聯(lián)連接，并且全部收集的AC電力隨后通過AC傳輸線60傳輸?shù)诫娏W(wǎng)。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的DC傳輸系統(tǒng)80的示意圖，其用于遠(yuǎn)程定位的大規(guī)模太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)。系統(tǒng)80包括配置用于將來自太陽(yáng)能場(chǎng)84、184、284和384的電力運(yùn)送到電力網(wǎng)86的系統(tǒng)DC鏈路82。系統(tǒng)80還包括將太陽(yáng)能場(chǎng)耦合到系統(tǒng)DC鏈路82的 DC到DC轉(zhuǎn)換器88、188、288和388和在一端串聯(lián)耦合到系統(tǒng)DC鏈路82并在另一端通過變壓器92和192串聯(lián)耦合到電網(wǎng)86的DC到AC功率轉(zhuǎn)換器模塊90和190。圖3的實(shí)施例對(duì)使用DC傳輸將大量太陽(yáng)能從遠(yuǎn)處太陽(yáng)能電池陣列或場(chǎng)傳輸?shù)诫娏W(wǎng)或負(fù)載有用，其中，DC電壓水平至少是適中的(例如，對(duì)千伏)。一般情況下，距離大于10公里，但什么視為“遠(yuǎn)”將視負(fù)載的功率要求而定。在一些實(shí)施例中，例如，負(fù)載可以
4在離太陽(yáng)能場(chǎng)很遠(yuǎn)的距離，如多于10公里，或者可以在近的距離，如4公里到5公里。在用于從遠(yuǎn)程定位的太陽(yáng)能場(chǎng)供應(yīng)電力時(shí)，圖3的實(shí)施例預(yù)期將降低用于功率轉(zhuǎn)換設(shè)備的成本、復(fù)雜性和要求的空間。在太陽(yáng)能場(chǎng)側(cè)的DC到DC轉(zhuǎn)換器88、188、288和388串聯(lián)耦合到系統(tǒng)DC鏈路82。 在一個(gè)實(shí)施例中，DC到DC轉(zhuǎn)換器利用電纜的電感作為電感器，或者在另一實(shí)施例中，單獨(dú)的電感器89可用于存儲(chǔ)能量以便有效操作DC到DC轉(zhuǎn)換器。在另一實(shí)施例中，最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)控制器94(其一般與電網(wǎng)側(cè)控制器96分開，但可選地是電網(wǎng)控制器96的部分)被提供以用于控制太陽(yáng)能場(chǎng)的DC到DC轉(zhuǎn)換器中的轉(zhuǎn)變以響應(yīng)最大功率點(diǎn)跟蹤信號(hào)。 因此，每個(gè)太陽(yáng)能場(chǎng)被控制為在生成最大功率的最佳點(diǎn)操作。在太陽(yáng)能場(chǎng)位于不同位置時(shí)， 與其它太陽(yáng)能場(chǎng)生成的電力相比，每個(gè)太陽(yáng)能場(chǎng)可生成不同的電力。例如，如果太陽(yáng)能場(chǎng)生成更高電力，則由于DC鏈路電流被控制為恒定，因此，該太陽(yáng)能場(chǎng)的電壓增大。如果一個(gè)太陽(yáng)能場(chǎng)的電壓增大，則它導(dǎo)致DC鏈路電壓中的增大，因?yàn)樗刑?yáng)能場(chǎng)DC到DC轉(zhuǎn)換器串聯(lián)連接。旁路開關(guān)98、198、298和398可附加地跨DC到DC轉(zhuǎn)換器連接以增強(qiáng)旁路能力。旁路開關(guān)在接通(turn on)時(shí)促使相應(yīng)DC到DC轉(zhuǎn)換器短路，而不使DC鏈路電容器83、183、 觀3、383短路。因此，如果需要取出太陽(yáng)能電池陣列之一以進(jìn)行維護(hù)或者如果太陽(yáng)能電池陣列或場(chǎng)之一未提供充分的電流，則可通過相應(yīng)旁路開關(guān)使該陣列或場(chǎng)旁路。例如，在陽(yáng)光不足或者太陽(yáng)能模塊有故障時(shí)，太陽(yáng)能場(chǎng)可能未提供充分的電流。系統(tǒng)DC鏈路82上的電纜可包括在遭遇DC電壓時(shí)不會(huì)降級(jí)的任何適當(dāng)絕緣材料。 幾個(gè)示例包括乙烯丙烯橡膠AC電纜、聚合物DC電纜和交叉鏈接聚乙烯(Polyethelene) XLPE電纜。在一個(gè)實(shí)施例中，有兩條DC電纜，一條用于運(yùn)送正電流，另一條用于運(yùn)送負(fù)電流。在另一實(shí)施例中，同軸DC電纜或多個(gè)并行DC電纜可用于運(yùn)送更高電流。DC系統(tǒng)鏈路 82的電纜外殼由圖3的要素100表示。圖3示例中串聯(lián)連接和系統(tǒng)DC鏈路82形成的環(huán)在一個(gè)實(shí)施例中通過太陽(yáng)能場(chǎng)側(cè)上的阻抗102接地以便避免由于極對(duì)地(pole-to-earth)故障而發(fā)生系統(tǒng)中斷。在另一實(shí)施例中，環(huán)可在DC到AC轉(zhuǎn)換器的互連接點(diǎn)之一接地。在仍有的另一實(shí)施例中，環(huán)可直接接地或者通過低阻抗接地，因?yàn)橄到y(tǒng)80是電流受控的(意味著DC鏈路電流被控制為恒定值)。因此，在轉(zhuǎn)換器上的地故障的情況下，故障電流將受到控制以免導(dǎo)致相關(guān)過電流。一些受控電流隨后將部分流過地，直至對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換器被旁路。與在端點(diǎn)103使環(huán)接地相比，在中點(diǎn)101使環(huán)接地的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)絕緣要求沒那么嚴(yán)格。這些實(shí)施例是用于示例的目的，并且其它類型的接地可以被使用。在DC傳輸鏈路與PV模塊之間不存在電流隔離的實(shí)施例中， PV板可安裝在絕緣體上以提供高電壓絕緣。DC到DC功率轉(zhuǎn)換器模塊90、190 —般包括DC到DC轉(zhuǎn)換器91、191和三相逆變器 93、193。在一個(gè)實(shí)施例中，DC到DC轉(zhuǎn)換器91、191包括半橋轉(zhuǎn)換器。在一更具體的示例中， 功率轉(zhuǎn)換器包括雙電平逆變器、三電平逆變器或雙電平逆變器和三電平逆變器的組合。在其它示例中，可使用更高數(shù)量的電平。還應(yīng)注意，即使圖3中只示出兩個(gè)DC到AC功率轉(zhuǎn)換器模塊，在另一實(shí)施例中，可利用不同數(shù)量的功率轉(zhuǎn)換器模塊。在系統(tǒng)DC鏈路82形成的環(huán)內(nèi)，進(jìn)入和離開每個(gè)功率轉(zhuǎn)換器模塊88、188、288和 388的電流將始終與所有太陽(yáng)能場(chǎng)共同供應(yīng)的電流相同。在一個(gè)實(shí)施例中，通過DC鏈路82
5的電流被控制為恒定電流。如果任何太陽(yáng)能場(chǎng)產(chǎn)生的電力增大，則由于恒定電流約束，相應(yīng)電壓也增大，并且額外的太陽(yáng)能供應(yīng)到電網(wǎng)。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)DC鏈路的電壓是從零到正或負(fù)額定DC鏈路電壓可變的。在DC鏈路電流受到控制但DC鏈路電壓可變的實(shí)施例中，串聯(lián)耦合的DC到AC功率轉(zhuǎn)換器模塊90、190可例如如相對(duì)于圖4所述的在故障情況下更容易被短路。本文中公開的實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是通過DC到DC轉(zhuǎn)換器將光伏模塊串聯(lián)在一起所提供的靈活性。在一個(gè)實(shí)施例中，DC傳輸方法包括提供系統(tǒng)DC鏈路82，該鏈路配置用于將來自太陽(yáng)能場(chǎng)84、184、284和384的太陽(yáng)能運(yùn)送到電網(wǎng)86，并且將至少兩個(gè)DC到交流(AC) 功率轉(zhuǎn)換器模塊90和190串聯(lián)耦合到系統(tǒng)DC鏈路的電網(wǎng)側(cè)上的系統(tǒng)DC鏈路82。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法還包括以如上所述類似的方式向命令的值驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)DC鏈路的電流。在另一實(shí)施例中，該方法可還包括以后將至少一個(gè)另外的DC到AC功率轉(zhuǎn)換器模塊90串聯(lián)耦合到原來耦合的DC到AC功率轉(zhuǎn)換器模塊，或者將至少原來耦合的DC到AC功率轉(zhuǎn)換器模塊之一解耦合(decouple)(其中“或者”表示之一或兩者)。如果太陽(yáng)能場(chǎng)84超過發(fā)電，并且具有另外的容量為電網(wǎng)86供電，則另外的DC到AC轉(zhuǎn)換器90可串聯(lián)連接到已經(jīng)存在的轉(zhuǎn)換器90，并且此耦合方法減少了供應(yīng)另外電力到電網(wǎng)86的資本投資。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的帶有旁路能力的DC到AC功率轉(zhuǎn)換器模塊120。 DC到AC轉(zhuǎn)換器模塊120包括逆變器122和耦合在系統(tǒng)DC鏈路82 (圖3)與逆變器122之間的半橋轉(zhuǎn)換器124。模塊DC鏈路123耦合半橋轉(zhuǎn)換器和逆變器。逆變器122可包括使用諸如IGBT(絕緣柵雙極晶體管)、GT0(門極關(guān)斷晶閘管)或帶有相關(guān)聯(lián)控制的晶體管等半導(dǎo)體開關(guān)器件的常規(guī)DC到AC功率轉(zhuǎn)換模塊。在一個(gè)示例中，半橋轉(zhuǎn)換器包括非對(duì)稱半橋轉(zhuǎn)換器。在正常操作期間，半橋轉(zhuǎn)換器用于控制到逆變器93和193(圖3)的輸入電壓，并且逆變器93和193用于控制到電網(wǎng)的電壓。通過控制電流、電壓或電流和電壓的組合，可調(diào)整供應(yīng)的電力。在一示范實(shí)施例中， 至少一個(gè)半橋轉(zhuǎn)換器包括兩個(gè)二極管開關(guān)對(duì)126和128，每個(gè)對(duì)又包括一個(gè)二極管132或 134和一個(gè)開關(guān)136或138。端子130配置用于經(jīng)系統(tǒng)DC鏈路從太陽(yáng)能場(chǎng)接收輸入電力， 并在兩個(gè)開關(guān)136和138均打開時(shí)通過二極管132將輸入電力供應(yīng)到逆變器。開關(guān)136和 138可包括任何適當(dāng)?shù)拈_關(guān)器件，幾個(gè)示例包括IBGT和GT0。電網(wǎng)側(cè)控制器96(圖3)配置用于在故障狀況情況下閉合開關(guān)136和138中的至少一個(gè)。例如，如果在半橋124與逆變器122之間的模塊DC鏈路123中有短路，則半橋轉(zhuǎn)換器能促使相應(yīng)DC到AC功率轉(zhuǎn)換器模塊在短路狀況中并避免饋送故障。電網(wǎng)側(cè)控制器96 可包括一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)或處理器(其可位于本地、遠(yuǎn)處或位于本地和遠(yuǎn)處)，其配置用于發(fā)送命令信號(hào)到逆變器和半橋的開關(guān)，例如并因此使功率轉(zhuǎn)換器模塊的DC端子短路。如果任一開關(guān)136或138閉合(即，接“通”)，則功率轉(zhuǎn)換器模塊被旁路，這意味著電力不通過它提供到電網(wǎng)。此短路特征作為對(duì)DC斷路器的備選是有用的，DC斷路器一般昂貴、復(fù)雜， 并且有時(shí)可導(dǎo)致可靠性問題。此實(shí)施例的另一優(yōu)點(diǎn)是在另一(意味著一個(gè)或多個(gè)其它)功率轉(zhuǎn)換器模塊在短路狀況中時(shí)，功率轉(zhuǎn)換器模塊可獨(dú)立保持操作。在一個(gè)或多個(gè)功率轉(zhuǎn)換器模塊在系統(tǒng)DC鏈路的一側(cè)上被旁路時(shí)，結(jié)果的系統(tǒng)DC鏈路電壓等于剩余半橋電壓之和。 在一個(gè)實(shí)施例中，在將系統(tǒng)DC鏈路的電網(wǎng)側(cè)上半橋電壓之和調(diào)整為MPPT控制的轉(zhuǎn)換器模塊生成的總電壓中，電網(wǎng)側(cè)控制器96用于控制環(huán)電流到恒定值。因此，通過適應(yīng)(adapt)
6系統(tǒng)DC鏈路電壓，瞬間適應(yīng)傳輸?shù)诫娋W(wǎng)的總電力。圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的另一半橋轉(zhuǎn)換器140。半橋轉(zhuǎn)換器140包括兩個(gè)開關(guān)142和144及模塊DC鏈路146。圖5另外示出可包括離散元件或在線路中作為自有電感存在的電感器147。在正常操作期間，開關(guān)144在導(dǎo)電狀態(tài)中，并且開關(guān)142在非導(dǎo)電狀態(tài)中。因此，電流通過電感器147和開關(guān)144提供到DC到AC功率轉(zhuǎn)換器模塊的逆變器。在故障或異常狀況期間，開關(guān)144被關(guān)斷(turn off)，并且開關(guān)142正在導(dǎo)電，使得DC 到AC功率轉(zhuǎn)換器模塊被旁路。圖6示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的仍有的另一半橋轉(zhuǎn)換器160。轉(zhuǎn)換器160包括二極管168、開關(guān)166、電感器170及模塊DC鏈路164。在正常操作期間，開關(guān)166被關(guān)斷， 并且電流經(jīng)過二極管168，而在異常操作期間，開關(guān)166在導(dǎo)電狀態(tài)中，并使DC到AC功率轉(zhuǎn)換器模塊旁路。應(yīng)注意，圖5和圖6的實(shí)施例與圖4的實(shí)施例相比，需要更少的組件，并且可在冗余IGBT (圖4的136和138)的旁路能力不是必需的情況下得到利用。圖7示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的采用電流源轉(zhuǎn)換器的DC傳輸系統(tǒng)200的示意圖。系統(tǒng)200的太陽(yáng)能場(chǎng)側(cè)類似于圖3的系統(tǒng)80。然而，在電網(wǎng)側(cè)上，使用電流源轉(zhuǎn)換器 202、204而不是電壓源轉(zhuǎn)換器。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，在電流源轉(zhuǎn)換器中，輸入DC 電源配置為電流源而不是電壓源。電流源轉(zhuǎn)換器可包括電力電子開關(guān)，如晶閘管、門極關(guān)斷 (GTO)晶閘管、集成門極換流晶閘管(IGCT)或反向阻斷IGBT。在另一實(shí)施例中，電力電子開關(guān)可以是碳化硅(SiC)電力電子器件。雖然本文中只示出和描述了本發(fā)明的某些特征，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將想到許多修改和更改。因此，要理解，隨附權(quán)利要求旨在涵蓋落在本發(fā)明真正精神內(nèi)的所有此類修改
和更改。
要素列表
10常規(guī)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)
12PV陣列
14電力網(wǎng)
16DC/DC轉(zhuǎn)換器
18DC鏈路
20電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器
22DC/DC控制器
24電網(wǎng)側(cè)控制器
26系統(tǒng)控制器
28濾波器
30變壓器
50大規(guī)模太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)
52，152，252，352太陽(yáng)能電池陣列
54，154，254，354DC 到 DC 轉(zhuǎn)換器
56，156，256，356DC 到 AC 轉(zhuǎn)換器
58，158，258，358 變壓器
60AC傳輸線
7
62電力網(wǎng)80用于遠(yuǎn)程定位的大規(guī)模太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的DC傳輸系統(tǒng)82系統(tǒng)DC鏈路83，183J83，383DC 鏈路電容器84，184，沘4，384 太陽(yáng)能場(chǎng)86電力網(wǎng)88，188，288，388DC 到 DC 轉(zhuǎn)換器89電感器90，190DC到AC功率轉(zhuǎn)換器模塊91，19IDC 到 DC 轉(zhuǎn)換器92，192 變壓器93，193三相逆變器94MPPT 控制器96電網(wǎng)側(cè)控制器98，198，四8，398 旁路開關(guān)100電纜外殼101DC環(huán)的中點(diǎn)102 阻抗103DC環(huán)的端點(diǎn)120帶有旁路能力的DC到AC功率轉(zhuǎn)換器模塊122逆變器124半橋轉(zhuǎn)換器123模塊DC鏈路1 ，1 二極管開關(guān)對(duì)130 端子132，134 二極管136，138 開關(guān)140半橋轉(zhuǎn)換器142，144 開關(guān)146模塊DC鏈路147電感器160半橋轉(zhuǎn)換器164模塊DC鏈路166 開關(guān)168 二極管170電感器200采用電流源轉(zhuǎn)換器的DC傳輸系統(tǒng)202，204電流源轉(zhuǎn)換器
8
權(quán)利要求
1.一種用于太陽(yáng)能電池陣列(84，184，284，384)的直流(DC)傳輸系統(tǒng)(80)，包括: 系統(tǒng)DC鏈路(82)，用于通過串聯(lián)耦合的DC到DC轉(zhuǎn)換器(88，188，觀8，388)從所述太陽(yáng)能電池陣列(84，184，284，384)接收電力；DC到交流(AC)功率轉(zhuǎn)換器模塊(90，190)，與所述系統(tǒng)DC鏈路(8 串聯(lián)耦合以用于將電力提供到電力網(wǎng)(86)。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中每個(gè)DC到AC功率轉(zhuǎn)換器模塊(90，190)包括半橋轉(zhuǎn)換器(91，191)和逆變器(93，193)。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中每個(gè)半橋轉(zhuǎn)換器(91，191)配置成在接收相應(yīng)命令信號(hào)時(shí)使所述DC到AC功率轉(zhuǎn)換器模塊(90，190)的DC端子短路，以及其中每個(gè)DC到AC功率轉(zhuǎn)換器模塊(90，190)配置成當(dāng)所述DC到AC功率轉(zhuǎn)換器模塊(90，190)的另一模塊在短路狀況中時(shí)獨(dú)立保持在操作中。
4.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中至少一個(gè)半橋轉(zhuǎn)換器(124)包括兩個(gè)二極管開關(guān)對(duì) (126，128)和端子(130)，所述端子配置成用于接收輸入電力并在所述二極管開關(guān)對(duì)的兩個(gè)開關(guān)(136，138)均打開時(shí)將所述輸入電力通過所述二極管開關(guān)對(duì)的二極管(132，134)供應(yīng)到所述逆變器(122)。
5.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中至少一個(gè)半橋轉(zhuǎn)換器(140)包括串聯(lián)連接的頂部開關(guān)(144)和底部開關(guān)(142)及端子，所述端子配置成用于接收輸入電力，并且當(dāng)所述底部開關(guān)(14 打開時(shí)通過所述頂部開關(guān)供應(yīng)所述輸入電力到所述逆變器，以及當(dāng)所述底部開關(guān) (142)閉合時(shí)阻止所述輸入電力到所述逆變器。
6.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中至少一個(gè)半橋轉(zhuǎn)換器(160)包括串聯(lián)連接的開關(guān) (166)和二極管(168)及端子，所述端子配置成用于接收輸入電力并當(dāng)所述開關(guān)(166)打開時(shí)通過所述二極管(168)供應(yīng)所述輸入電力到所述逆變器，以及當(dāng)所述開關(guān)(166)閉合時(shí)阻止所述輸入電力到所述逆變器。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括用于向命令的恒定值驅(qū)動(dòng)所述系統(tǒng)DC鏈路(82) 的電流的電網(wǎng)側(cè)控制器(96)。
8.一種用于太陽(yáng)能電池陣列(84，184，284，384)的直流(DC)電力傳輸方法，包括提供系統(tǒng)DC鏈路(82)，以用于通過串聯(lián)耦合的DC到DC轉(zhuǎn)換器(88，188，288, 388)從所述太陽(yáng)能電池陣列(84，184，284，384)接收電力；將至少兩個(gè)DC到交流(AC)功率轉(zhuǎn)換器模塊(90，190)在所述系統(tǒng)DC鏈路(82)與電力網(wǎng)(86)之間串聯(lián)耦合；以及向命令的值驅(qū)動(dòng)所述系統(tǒng)DC鏈路(8 的電流。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括以后將至少一個(gè)另外的DC到AC功率轉(zhuǎn)換器模塊串聯(lián)耦合到原來耦合的DC到AC功率轉(zhuǎn)換器模塊。
10.一種用于太陽(yáng)能電池陣列(84，184，284，384)的直流(DC)傳輸系統(tǒng)(500)，包括: 系統(tǒng)DC鏈路(82)，用于通過串聯(lián)耦合的DC到DC轉(zhuǎn)換器(88，188，觀8，388)從所述太陽(yáng)能電池陣列(84，184，284，384)接收電力；以及DC到交流(AC)電流源功率轉(zhuǎn)換器模塊002，204)，在所述系統(tǒng)DC鏈路(8 與電力網(wǎng) (206)之間串聯(lián)耦合。
全文摘要
本發(fā)明名稱為“用于遠(yuǎn)程太陽(yáng)能場(chǎng)的DC傳輸系統(tǒng)”。一種用于太陽(yáng)能電池陣列(84，184，284，384)的DC傳輸系統(tǒng)(80)包括用于通過串聯(lián)耦合的DC到DC轉(zhuǎn)換器(88，188，288，388)從太陽(yáng)能電池陣列(84，184，284，384)接收電力的系統(tǒng)DC鏈路(82)。DC到AC功率轉(zhuǎn)換器模塊(90，190)在系統(tǒng)DC鏈路(82)與電力網(wǎng)(86)之間串聯(lián)耦合。
文檔編號(hào)H02N6/00GK102208883SQ201110089610
公開日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2011年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日
發(fā)明者C·M·西勒, S·F·S·艾爾-巴巴里 申請(qǐng)人:通用電氣公司