CN102386635A - 逆变器var支持的分配的系统以及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及逆变器VAR支持的分配的系统以及方法。响应于从电网(120)所接收的无功电力支持命令来控制电力逆变器(108，110，112，114)，以使至少一个电力逆变器提供无功电力至电网(120)。基于每个电力逆变器的无功电力容量且仅当提供无功电力的每个电力逆变器的总电力容量在产生实际电力中没有被耗尽时提供无功电力。

Description

逆变器VAR支持的分配的系统以及方法
技术领域
本发明大致涉及可再生能源，特别是，涉及在可再生能源中用以控制电力的系统以及方法。 
背景技术
由于能量获取于自然存在且丰富的能量源，太阳能、风能以及水能发电系统通常被划分为可再生可变电力产生系统。然而，由这些系统所产生的电力的量可能是不稳定的。例如，由太阳能场产生的电力可能随着云覆盖以及太阳在天空中的位置而变化。这样的太阳能场可包含具有相关光伏单元的多个能量获取板以及可要求电力监视和控制以协调并提供电力至电网的逆变器。例如，公用事业可监视电网电力需求并可需要与太阳能场通信以确定太阳能场是否具有满足一部分或者全部电力需求的容量。 
将多个小型太阳能逆变器连接至电网，使得逆变器的集合作为一个发电设备是普遍的。电网通常要求有功电力源以及无功电力源。有功电力(瓦特)通常基于每个电力产生系统逆变器的容量而被提供至电网。无功电力(VAR)通常基于电力产生系统中逆变器的数目在逆变器之间平均分摊。由于等量公摊，这样被分摊的无功电力产生不利地导致了来自高产能逆变器的昂贵有功电力的损失。 
考虑到上述问题，需要一种分配来自多个电力逆变器的无功电力支持、从而优选那些有剩余容量的逆变器而不是将总的VAR支持在所有逆变器、特别是那些操作于最大额定输出电力的逆变器之间平均分配的操作方法以及电力逆变器系统。 
发明内容
本发明一个实施例提供一种电力逆变器系统，包括： 
一个或多个电力逆变器，其配置成从至少一个对应的能量源接收电力；以及 
至少一个控制器，其配置成通过算法软件无功电力支持命令控制每个电力逆变器，以使至少一个电力逆变器基于其无功电力容量以及仅当其总电力容量在产生实际电力时没有耗尽时，提供无功电力至电网。 
本发明另一实施例提供一种操作电力逆变器系统的方法，电力逆变器系统包括一个或多个从至少一个能量源接收电力的电力逆变器以及进一步包含至少一个电力逆变器控制器，该方法包括： 
轮询每个电力逆变器以确定其无功电力(VAR)容量；以及 
响应于电力逆变器控制器VAR支持命令来控制每个电力逆变器，以使每个具有无功电力容量的电力逆变器基于其无功电力容量以及仅当其总电力容量在产生实际电力时没有耗尽时，提供无功电力至电网。 
附图说明
本发明的这些以及其他特征、方面和优势在参照附图阅读了以下详细描述时将变得更好理解，其中 
图1示出根据一个实施例的用于支持无功电力以及有功电力的电力逆变器的容量。 
图2示出根据一个实施例的配置成支持无功电力以及有功电力的太阳能场。 
尽管以上标识的绘图说明了备选实施例，本发明其他实施例也被仔细考量，如在论述中表明那样。在所有的情况下，本公开以代表且非限制方式呈现本发明的图示实施例。本领域技术人员能想到许多其他修改和实施例，它们落入本发明的精神和范围内。 
具体实施方式
图1示出根据一个实施例的用于支持无功电力(VAR)以及有功电力(瓦特)的电力逆变器(10)的容量。电力逆变器10可以是太阳能、风能、电池或水能电力产生系统的一部分。假设电力逆变器10基于太阳能提供电力至电网，可以看出电力逆变器10的总电力容量包含无功电力容量12以及有功电力容量14。有功电力容量14小于逆变器10的总电力容量，因为电力逆变器10从其汲取电力的本文进一步详细描述的一个或多个太阳能电池板由于太阳能电池板的损坏、天气不佳及/或太阳能电池板碎屑的累积等等而产生少于其最佳的电力。 
尽管具体的电力逆变器系统100根据太阳能场102、太阳能电力逆变器108，110，112，114以及太阳能电池板104在本文描述，使用风能、电池及/或水能电力元件的其他电力逆变器系统实施例可以根据本文描述的原理轻易实现。例如太阳能场102可包含风能场、水能场及/或电池场。太阳能电力逆变器108，110，112，114可轻易包含风能电力逆变器、电池电力逆变器及/或水能电力逆变器。太阳能电池板104可轻易包含风能涡轮机、电池及/或水能发电设备/涡轮机。 
图2示出了根据一个实施例的包含配置成支持无功电力以及有功电力的太阳能场102的电力逆变器系统100。太阳能场102包含多个太阳能电力逆变器108，110，112，114。每个电力逆变器108，110以及114基于通过对应的电力源(太阳能电池板)104而产生的可用电力来提供有功电力至电网120。太阳能电池板104产生少于最佳太阳能的能量，这可以是如上所述电池板的损坏、天气不佳及/或太阳能电池板碎屑的累积等等所导致的结果。因此每个电力逆变器108，110以及114产生少于其相应的最佳电力产生容量的有功输出电力。因此每个电力逆变器具有储备容量以便还提供VAR电力至电网120。 
然而，由于电力逆变器112从其汲取电力的对应的太阳能电池板 106产生其最大太阳能能量，电力逆变器112提供其最佳有功电力至电网120。由于电力逆变器112的最佳有功电力侵占其全部的电力产生容量，电力逆变器112没有电力容量储备以产生VAR电力至电网120。 
电力逆变器系统100还可看成包含中央控制器130。控制器130连续轮询多个电力逆变器108，110，112，114以确定每个电力逆变器当前实际电力容量以及当前无功电力容量。一旦通过电网反馈链路132接收VAR命令，控制器130开始从具有充足容量以支持VAR电力产生的电力逆变器108，110，114请求VAR支持。由于电力逆变器112已经以最大容量产生电力，电力逆变器112不被请求提供VAR电力。反而VAR电力仅从电力逆变器108，110以及114来请求。根据一个实施例，从电力逆变器108，110以及114请求的VAR电力与从每个电力逆变器可用的VAR电力容量的量成比例。因此，举例来说，如果电力逆变器110包含来自电力逆变器108的可用VAR容量的两倍的可用VAR容量，则电力逆变器110被请求提供两倍于从电力逆变器108被请求的VAR电力的VAR电力。这种操作方法保证具有较高实际电力产生的电力逆变器不会由于需要平均地在响应于中央控制器130操作的多个电力逆变器108，110，112以及114之间公摊VAR电力请求的假设而被缩减。 
尽管电力逆变器系统100包含中央控制器130，其他实施例可包含使用本文描述的原理的分布式控制架构。例如，分布式控制架构可采用围绕每个逆变器分布以便通过网状或中枢类型网络完成通信的控制结构。分布式控制结构相比中央控制结构提供优势，因为中央控制器的故障导致整体系统故障。反之，分布式控制结构的单一逆变器控制器的故障不会不利影响仍然操作于分布式控制结构的本地控制下的逆变器的操作。 
总之，与一组已经损坏或被碎屑覆盖的太阳能电池板一起操作的电力逆变器将难于从那些太阳能电池板汲取额定电力，并因此具有剩 余电力容量。这样的电力逆变器则将在VAR支持请求时被优选。根据一个实施例，响应于算法软件的中央控制器将会配置成请求与来自每个电力逆变器可用VAR电力容量成比例或与自每个电力逆变器产生的实际电力成反比例的VAR电力。电力逆变器系统配置成响应这样的VAR请求而操作，从而最大化相应场实际电力输出且同时仍然支持VAR请求。根据一个方面，电力逆变器配置成调整例如来自发电设备控制的VAR需求相比kW需求占优先时的水平。默认地，kW将总是占优先，且VAR需求将不能得到满足，除非可用kW少于100％。水平调节根据一个实施例实现为kW占优先时所处的电力因子，即，如果该调节是PF＝0.9，则kW将占优先，直到VAR需求导致逆变器电力因子下降至低于0.9时的点为止。 
根据另一实施例，可包含例如多个分路电容器及/或多个串联电抗器的多个VAR组140与太阳能场102集成在一起，并与一个或多个电网120变电站电通信。一旦通过电网反馈链路132接收VAR命令，控制器130通过以本领域技术人员所熟悉的方式切换分路电容器以及串联进入或离开系统来开始将VAR支持请求回至电网变电站以用于控制VAR组140。控制器1 30则开始从具有充足的容量的电力逆变器108，110，114请求额外的VAR支持，以进一步细化所请求的VAR电力的产生。以这种方式细调VAR电力避免了VAR电力浪费且更紧密满足所需要的VAR要求。以这种方式细调VAR电力进一步使电力逆变器系统100能够支持VAR电力请求(如果例如当所有逆变器104，106以满容量运行时，被请求的VAR电力仅仅通过使用逆变器108-114而不足的话)。没有这种逆变器控制技术的VAR电力控制在VAR控制系统领域中是熟知的，所以进一步的关于实施电容器以及电抗器切换以支持VAR请求的技术的细节将不在本文进行进一步的讨论。 
根据另一实施例，中央控制器130或多个分布式逆变器控制器配置成控制每个电力逆变器108-114，以使在暗光期间提供无功电力以 支持无日光的无功电力。因此每个逆变器108-114包含专用的可连同或独立于中央控制器130操作的逆变器控制器。根据一方面，提供无日光无功电力通过确保逆变器在从另一具有VAR容量的逆变器请求无日光无功电力之前满负荷来实现。此技术由于逆变器108-114通常设计成在所设计的操作点或附近工作，从而促使逆变器效率增加。 
尽管本文已经图示以及描述本发明的仅某些特征，本领域技术人员将想到许多修改和改变。因此应理解，附上的权利要求意在涵盖所有这些修改和改变，它们落入本发明的真实精神范围内。 
元件列表 
10  电力逆变器 
12  无功电力容量 
14  有功电力容量 
100 电力逆变器系统 
102 太阳能场 
104 太阳能电池板 
106 太阳能电池板 
108 太阳能电力逆变器 
110 太阳能电力逆变器 
112 太阳能电力逆变器 
114 太阳能电力逆变器 
120 电网 
130 控制器 
132 电网反馈链路 
140 无功电力(VAR)组。

Claims (10)

1.一种电力逆变器系统(100)，包括：
一个或多个电力逆变器(108，110，112，114)，配置成从至少一个对应的能量源(104，106)接收电力；以及
至少一个控制器(130)，配置成通过算法软件无功电力支持命令控制每个电力逆变器，以使至少一个电力逆变器基于其无功电力容量以及仅当其总电力容量在产生实际电力时没有被耗尽时提供无功电力至电网(120)。
2.如权利要求1所述的电力逆变器系统(100)，其特征在于，至少一个控制器(130)还配置成控制每个电力逆变器(108，110，112，114)，以使无功电力仅由没有操作于基本最大计划实际电力容量的电力逆变器提供。
3.如权利要求1所述的电力逆变器系统(100)，其特征在于，至少一个控制器(130)还配置成控制每个电力逆变器(108，110，112，114)，以使无功电力仅由没有满负荷的电力逆变器提供。
4.如权利要求1所述的电力逆变器系统(100)，其特征在于，至少一个控制器(130)还配置成控制每个电力逆变器(108，110，112，114)，以使无功电力在没有从所述至少一个对应的能量源(104，106)供应能量时提供。
5.如权利要求1所述的电力逆变器系统(100)，其特征在于，至少一个控制器(130)还配置成控制每个电力逆变器(108，110，112，114)，以实现在产生无功电力的电力逆变器之间的基本相等的操作时间。
6.如权利要求1所述的电力逆变器系统(100)，其特征在于，至少一个控制器(130)还配置成控制每个电力逆变器(108，110，112，114)，以使每个逆变器在开始其操作以提供额外无功电力支持之前操作于基本上其当前最大实际电力产生水平。
7.如权利要求1所述的电力逆变器系统(100)，其特征在于，提供无功电力的至少一个逆变器(108，110，112，114)操作于缩减模式，从而防止其操作处于对应的最大电力点。
8.如权利要求1所述的电力逆变器系统(100)，其特征在于，还包括至少一个无功电力VAR组(140)，其中至少一个控制器(130)还配置成控制所述至少一个VAR组(140)和具有无功电力容量的所述一个或多个电力逆变器(108，110，112，114)，以使所述一个或多个电力逆变器操作成以小于能够通过所述至少一个VAR组(140)供应的增量递增地供应无功电力至电网(120)。
9.如权利要求1所述的电力逆变器系统(100)，其特征在于，还包括至少一个无功电力VAR组(140)，其中至少一个控制器(130)还配置成控制所述至少一个VAR组(140)和所述一个或多个电力逆变器(108，110，112，114)，以使大部分提供至电网(120)的无功电力首先通过所述至少一个VAR组(140)提供，以及还使提供至电网(120)的额外无功电力通过所述一个或多个电力逆变器(108，110，112，114)来提供，以动态调节总无功电网电力至所需要的VAR调整值。
10.如权利要求1所述的电力逆变器系统(100)，其特征在于，至少一个逆变器(108，110，112，114)配置成调节无功电力需求通过对应的控制器(130)比实际电力需求占先时的水平。
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