CN102782974A - 功率转换系统 - Google Patents

Abstract

在一个概括性方案中，一种功率转换系统包括功率转换器、变压器和电压调节装置。该功率转换器被配置为接收由功率生成装置生成的可变DC功率，并将所接收的DC功率转换为第一电压下的AC功率。该变压器被配置为接收来自该功率转换器的所述AC功率，并将AC功率以第二电压传送至实用输电网。该电压调节装置被配置为将该第一电压调节为目标值，其中该目标值是基于所述DC功率的电压确定的。

Description

功率转换系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年11月24日申请的美国专利申请No.12/625,093的优先权，其内容通过参考合并于此。

技术领域

本发明涉及功率转换系统。

背景技术

实用级太阳能光伏（PV）逆变器用于将PV阵列生成的DC功率转换为AC功率，用以传送至实用电力网（utility power grid）。所生成的DC功率具有根据诸如温度、负载量、太阳辐照度（irradiance）水平和寿命等因素而可变的电压。在PV系统正常运行期间，逆变器给PV阵列提供允许PV阵列运行于其最大功率点（MPP）的负载条件。

发明内容

在一个概括性方案中，一种功率转换系统包括功率转换器（powerconverter）、变压器和电压调节装置。该功率转换器被配置为接收由功率生成装置生成的可变DC功率，并将所接收的DC功率转换为第一电压下的AC功率。该变压器被配置为接收来自该功率转换器的所述AC功率，并将AC功率以第二电压传送至实用输电网。该电压调节装置被配置为将该第一电压调节为目标值，其中该目标值是基于所述DC功率的电压确定的。

多个实施例可包括下列之一或更多。

该转换器是逆变器。该电压调节装置电连接至该变压器。该电压调节装置形成该变压器的一部分。该电压调节装置包括负载抽头切换器。该电压调节装置进一步被配置为将所述第一电压调节为落入电压的预定范围之内。

该功率转换器包括：转换器，被配置为将所接收的DC功率转换为第三电压下的AC功率；以及中间变压器，被配置为将所述第三电压下的AC功率转换为第一电压下的AC功率。

该功率转换系统包括第一控制器，被配置为确定所述第一电压的目标值。所述AC功率的第一电压的目标值比所述DC功率的电压小了至少预定的设计裕度。确定所述AC功率的目标值，使得与所述AC功率关联的电流得以最小化。所述第二电压高于所述第一电压。

所述DC功率基于该功率生成装置的温度而变化。该功率生成装置包括光伏电池。该功率生成装置包括风力功率（wind power）收集装置。所述功率转换系统包括第二控制器，被配置为控制该功率生成装置来生成预定量的DC功率。

所述功率转换系统包括多个功率转换器，每个功率转换器被配置为接收来自对应的功率生成装置的DC功率。所述功率转换系统包括集电器母线，被配置为接收来自所述多个功率转换器的每一个功率转换器的AC功率。该电压调节装置被配置为调节该集电器母线上的所述AC功率的第一电压。所述功率转换系统包括多个集电器母线，每个集电器母线被配置为接收来自所述多个功率转换器的子集（subset）的AC功率。

在另一个概括性方案中，一种控制功率转换器的方法，其中该功率转换器被配置为接收由功率生成装置生成的可变DC功率，并将所接收的DC功率转换为AC功率用以传送至实用输电网，该方法包括：基于由该功率生成装置生成的所述可变DC功率的电压来确定所转换的AC功率的目标电压；以及控制电压调节装置以将所转换的AC功率的电压调节为所述目标电压。

多个实施例可包括下列之一或更多。

确定所述目标电压，使得所述AC功率的目标电压比所述DC功率的电压小了至少预定的设计裕度。确定所述AC功率的目标电压包括确定与所述AC功率关联的最小电流。可以通过计算机等各种方式计算所述目标电压。

控制该电压调节装置包括确定该电压调节装置的运行参数。确定所述运行参数包括使用查找表。基于由该功率转换器转换的所述AC功率的电压并使用反馈机制来确定所述运行参数。该电压调节装置包括负载抽头切换器（LTC），而所述运行参数包括所述LTC的抽头设置。所述方法包括从与该功率生成装置关联的控制器接收关于由该功率生成装置生成的电压的报告。

该功率转换器被配置为接收由多个功率生成装置生成的DC功率，并且基于由所述多个功率生成装置生成的DC功率的最小电压来确定所述目标电压。基于在由该功率转换器接收的所述DC功率的电压与由该功率转换器转换的AC功率的电压之间的比率来确定所述目标电压。

控制该电压调节装置包括允许在给定的时间段内有小于预定次数的调节。控制该电压调节装置是基于所述DC功率的预期改变而进行的。所述方法包括基于所述DC功率的先前变化来确定所述DC功率的预期改变。

在再一个概括性方案中，一种方法包括：接收来自功率生成装置的可变DC功率；将所接收的DC功率转换为第一电压下的AC功率；将所述AC功率的电压提升为第二电压；以及将第二电压下的所述AC功率传送至实用输电网。所述第一电压是基于所接收的DC功率的电压而确定的。

多个实施例可包括下列之一或更多。

将所接收的DC功率转换为AC功率包括使用电压调节装置来调节所述AC功率的所述第一电压。该电压调节装置包括负载抽头切换器（LTC）。调节所述AC功率的所述第一电压包括调节所述LTC的抽头设置。

在其他优点中，本文所述的系统和方法改善了PV安装的效率并降低了其整个系统的造价。所述逆变器的AC输出电压被调节为给逆变器使用的最佳水平，使得来自逆变器的AC输出电流的幅值和范围能够得以减小。减小的电流允许使用较低额定值因此也较为廉价的逆变器。进而，不会在低温下发生对逆变器的输出功率的“限幅（clipping）”，因而由PV阵列生成但没有被逆变器转换成AC功率的废损功率得以最小化，并且来自所述PV阵列的收益得以提高。总而言之，逆变器中减小的电流还允许集电器母线中、在逆变器与升压变压器之间的缆线中、以及在逆变器内的母线连接（bus-work）中的电流得以减小，从而提高了整个系统的效率。

本发明的其他特征和优点将通过后文中的描述和权利要求而变得明显。

附图说明

图1是联网后的PV系统的示意图。

图2是示出关于太阳能电池的电流-电压特性的温度效应的坐标图。

图3是示出对于各种太阳辐照度水平的一串PV面板在恒温下的端子特性（terminal characteristic）的坐标图。

图4是对于各种太阳辐照度水平的PV阵列的电流-电压特性以及该阵列的功率-电压特性的坐标图。

图5是实用级别PV安装的示意图。

图6A是给出在表1中描述的示例性PV面板的温度系数的表。

图6B是示出在表1中描述的PV面板与短路电流、开路电压和最大功率的温度关联性的坐标图。

图7是示出示例性PV阵列与输出功率和电压的温度关联性的坐标图。

图8是三相逆变器的示意图。

图9是示出对于来自逆变器的固定AC输出电压，PV阵列功率和逆变器输出电流相对于温度的坐标图。

图10是示出对于来自逆变器的固定AC输出电压和可变AC输出电压，逆变器输出电流相对于温度的坐标图。

图11是具有多个抽头（tap）且连接至变压器的负载抽头切换器（on-loadtap-changer）的示意图。

图12是示出逆变器DC母线电压和AC输出电压相对于温度的坐标图。

具体实施方式

参见图1，在联网后的太阳能光伏（PV）系统150中，光伏阵列100包括串联/并联排列的多个PV面板102的集合。每个PV面板包括多个互联的PV电池（“太阳能电池”）104。串联起来的PV面板（集合起来被认为是“串”106）使得高运行电压得以实现。多个串106被并联起来以实现PV阵列100的目标生成功率额定值。PV阵列100被连接至逆变器110的DC母线108，该逆变器110将PV阵列100生成的DC功率转换成AC功率。AC功率的电压由升压（step-up）变压器112增大，用以传送至中压（例如，34.5kV）集电器（collector）母线114。在一些实施例中，PV阵列100生成中压，而逆变器110是中压逆变器，其将转换后的中压AC功率直接传送至集电器母线114。

参见图2，针对固定的太阳辐照度（即，照射到太阳能电池上的太阳光的量），示出关于典型的太阳能电池的端子电压相对于电流的特性。开路电压、或在0A负载下跨过（across）太阳能电池的电压与太阳能电池温度成反比地变化（区域200）。短路电流、或在跨过电池的电压为零时的电流相对恒定（区域202）。

参见图3，PV阵列的端子电压相对于电流的特性的形状与单个太阳能电池的类似。所述阵列的电压范围较大，反映了每个PV面板的多个太阳能电池以及串联的多个PV面板；电流范围也较大，反映了多个太阳能电池以及上述串联/并联排列的多个PV面板。在图3中，温度保持25℃恒定；每条曲线表示不同的太阳辐照度。较高的太阳辐照度在PV阵列中生成较多的电流。

参见图3和图4，为了最大化由PV阵列生成的功率（因而最大化出售给电力实体的值），PV阵列运行于其最大功率点（MPP）。MPP是阵列的特性电压-电流（V-I）曲线上的点，PV阵列的电压和电流的乘积在该点达到最大值，并且MPP依赖于太阳辐照度和温度这两者。在图3中，示例性PV阵列的MPP针对每个标绘的太阳辐照度水平而标识出；MPP曲线302表示PV串功率输出最大化的理想运行点。例如，对于1000W/m²的太阳辐照度，MPP出现在大约180V和6A（点300）处。图4示出另一个示例性PV阵列在各级太阳辐照度水平下的典型的V-I曲线（细实线）和功率曲线（粗实线）。每个太阳辐照度水平下的MPP落在每条功率曲线的最大点处。例如，1000W/m²功率曲线上的点400表示该辐照度下的最大功率，其对应于图3中示出的MPP（点300）。

参见图5，在实用级别PV安装500中，集电器母线114从多个逆变器110收集AC输出功率，其中每个逆变器均连接至PV阵列100。多个集电器母线114上承载的AC功率被功率变压器116（例如在变电站118处）升压为输电电压（例如，138kV）。在输电电压下的AC功率被传送至实用功率传输系统120。

与逆变器110关联的控制器（被认为是最大功率点追踪器（MPPT））调节逆变器的DC母线电压以匹配PV阵列100的MPP。MPP整天都在（并且季节性地）随着温度和太阳辐照度的改变而变化；即使条件有改变，控制器也会将DC母线电压持续保持在MPP处。MPPT通常通过公知算法以软件实现。在其他实施例中，MPPT以电路实现。在本说明书的上下文中，MPPT控制PV阵列的电子运行点。还存在有机械MPPT，随着太阳越过天空的移动而将PV面板102物理地调节为直接指向太阳。在一些实施例中，小规模PV系统的MPPT将逆变器的DC母线电压设置成在全日照条件下开路PV电压的预定百分比，例如76％。

为了效率最大化和减少典型的PV安装的造价，PV阵列100的开路DC输出电压被设置的尽可能高，但不超出每个面板的最大系统电压额定值。表1中给出了示例性PV面板的电子特性。对于这个PV面板，最大系统电压额定值是1000V。

表1示例性PV面板的电子特性的规格，该PV面板由美国加州旧金山市的Suntech电力控股有限公司制造。STC条件包括1000W/m²辐照度、25℃模块温度、以及气团（air-mass，AM）值=1.5。

最大系统电压出现在PV安装场所所达到的最寒冷的早晨（环境温度）的开路负载条件下。典型地，在PV面板数据图表上以数字和图表方式具体示出太阳能电池的温度关联性（图2示出）。参见图6A和图6B，对于表1中描述的示例性PV面板，开路电压（V_oc）的温度系数是-0.34％/℃。如表1所述，面板的电子特性被规范化（normalized）至25℃。因此，如果在包括该示例性面板的PV系统的位置处的最低环境温度是-15℃，那么在此温度下的开路电压将是（（-15℃-25℃）*-0.34％/℃）=+13.6％，或比在25℃下的开路电压高13.6％。根据表1，由于在25℃下的V_oc=44.8V，那么在15℃下的V_oc就是（1.13*44.8）V或50.86V。

为了让PV系统的电压保持在1000V的最大电压额定值（在-15℃和开路条件下）之下，19个PV面板串联连接，生成总的系统电压967V。（再加一个PV面板将生成1018V，超出了面板的1000V额定值。）当逆变器关闭（即，在待机、非运行状态下）时将要出现在逆变器的DC母线上的最大电压因而为967V。

在此实例中，每串有19个PV面板，可以计算出在25℃下生成1MW的目标PV阵列功率所需的串数。如表1中所给出的，每个PV面板的标称功率是280W，这意味着每串生成19*280W=5.32kW的功率。因此，1MW PV阵列可以由188个并行串形成。

参见图7，基于上述温度系数的计算，并假设PV阵列的MPP电压具有与开路电压相同的温度系数，则可以计算和绘制出上面讨论的示例性PV阵列的输出电压（曲线702）和功率（曲线704）。PV阵列电压和功率随着温度降低而增加。在典型的PV面板中，太阳能电池被装箱在保护玻璃之后。在宁静无风的日子里，于全日照条件下，该玻璃箱内太阳能电池通常达到比环境温度更暖25-30℃的温度。因而，85℃电池温度可被选为PV阵列输出电压为最小的点。忽略DC集电器母线上的压降（图1中的108），最小PV阵列电压是逆变器能够运行的最小DC母线电压。

为了逆变器与PV阵列的适配，基于PV阵列生成的最小DC电压来设置逆变器的AC输出电压，该最小DC电压出现于PV安装场所的最热的期望环境温度下。逆变器的AC输出电压和PV系统的额定功率决定逆变器的电流额定值。随着环境温度的下降，太阳能PV阵列会生成更高的电压，并从而生成更大的功率。最终，在充分低的温度下，逆变器将达到其标称（nameplate）功率额定值。随着温度继续下降且PV阵列的输出继续增加，逆变器将功率限定或“限幅（clip）”至其标称额定值，以停留在诸如美国保险商实验室（Underwriters Laboratories Inc.）关于光伏功率系统中使用的静态逆变器和充电控制器的安全标准（UL 1741）等安全机构要求之内。虽然在这些更低温度下能够从PV阵列得到更大的功率，但逆变器将不会把高出其标称额定值的功率传送至实用输电网。由PV阵列生成但没有传送至输电网的多余功率代表收益损失。

即使没有安全机构额定值要求的限制，在充分低的温度下，逆变器也将最终达到其AC输出电流界限值。逆变器不能让其输出电流进一步增加至超出其输出电流界限值以适应由PV阵列生成的渐增的DC功率。因而，虽然可以从PV阵列得到更大的功率，但逆变器将不会将此功率传送至实用输电网，这又会导致收益损失。可以使用具有更高电流额定值的更大的逆变器以避免限幅，但这种逆变器造价更高。

参见图8，逆变器900是典型的具有“H桥”的三相逆变器。逆变器900从PV阵列沿着DC母线108接收DC输入，并输出AC功率至变压器112（如图1和图5所示），该变压器将逆变器输出电压升压（step up）至集电器母线114的较高电压。逆变器的最小DC母线电压给逆变器的AC输出电压强行设定上限，超出此上限时逆变器控制器无法对AC输出电流保持足够的控制。对于逆变器900，DC母线电压优选比线间（line-to-line）AC电压的峰值高出设计裕度DM的某一量值：

$V_{\mathrm{DC}}\≥\mathrm{DM}\·V_{\mathrm{AC}}\·\sqrt{2}---\left(1\right)$

其中DM表示谨慎确保逆变器调节器对输出电流保持足够控制的设计裕度，V_DC是DC母线电压，而V_AC是来自逆变器的RMS线间AC输出电压。DM=1.1表示10％的设计裕度。对于此讨论，是假设逆变器合并了三相调制器，该三相调制器在最大调制指数下能够生成等于DC母线电压的理论上的AC电压峰值（例如，具有最佳三次谐波基准注入（third-harmonic referenceinjection）的空间矢量调制或传统的脉冲宽度调制[PWM]）。

如图7所示，最小DC母线电压（即，最小PV阵列电压）是532.4V（点700）。对于10％的设计裕度，方程式（1）给出了在逆变器输出处的最大AC电压为339V。在典型的太阳能PV系统中，AC输出电压是固定的，而AC输出电流是变化的以适应由PV阵列生成的可变DC功率。为了适应诸如实用电压变化、逆变器效率、或集电器母线中的压降等其他系统设计的限制，AC输出电压通常被选择为比计算出的最大值低百分之几（several percent）。

参见图9，忽视这些设计限制而把339V用作逆变器的固定AC输出电压，对于图1所示的PV阵列，逆变器的AC输出电流相对于温度而被绘制（曲线900）。在低温下，PV阵列生成更大的DC功率（曲线902），并且该逆变器因此而产出更高的AC输出电流。随着温度继续下降，逆变器接近其额定功率界限值或额定电流界限值。例如，认为逆变器具有1800A的最大AC输出电流额定值。在低于约14℃的温度处，由PV阵列生成的DC功率将对应于来自逆变器的大于1800A的输出电流。然而，逆变器不能适用于这一超出的功率，并且因此来自逆变器的AC输出电流在1800A处饱和（由虚线904表示）。也就是说，逆变器不能处理在温度下降至14℃以下时生成的增额PV阵列功率，而是替代地对较冷温度下的输出进行“限幅”。在低于限幅温度时，来自增额PV功率容量的收益因此而损失。

参见图10，如曲线1002中所示，通过允许来自逆变器的AC输出电压改变，可以减少逆变器AC输出电流的范围。如上文所讨论的，PV阵列电压随着温度的降低而增大（曲线1000）。如曲线1004所示并如上文所讨论的，在固定的逆变器输出电压下，逆变器输出电流相应增大至逆变器的最大输出电流额定值（以虚线1006表示）。当允许逆变器输出电压变化时，由PV阵列生成的DC功率的部分增量适用于（accommodated by）逆变器输出电压的增量。因此，逆变器输出电流增加得更为缓慢并保持在逆变器的最大输出电流额定值之下（曲线1002）。AC输出电流的减小消除了对较冷温度下PV阵列的输出的限幅，提高了整个PV系统的效率。进而，由于AC输出电流的减小，就有可能使用具有较低电流额定值的逆变器，从而减少了PV安装的造价。

继续上文给出的实例，并为了简化计算而忽略系统损耗，在85℃时逆变器的AC输出电压是339V，而AC输出电流是1214A。在-15℃时，PV阵列电压（和逆变器DC母线电压）升至760V（如图7所示）。根据方程式（1），对于固定的逆变器输出电压，在-15℃下的AC输出电流将是2032A（图10的曲线1004）。然而，假设逆变器的最大AC输出电流额定值是1800A，就会发生限幅，并且不是所有的由PV阵列生成的功率都被逆变器传递。作为对比，当允许逆变器输出电压变化时，在-15℃时输出电压增加至483.5V，其对应于来自逆变器的AC输出电流只有1424A（图10中的曲线1002）。这种电流的减小允许逆变器完全地处理1192kW的PV阵列功率（483.5V*1424A*sqrt(3)=1192kW，其中sqrt(3)反映了逆变器的三相AC输出）。也就是说，在-15℃时，在可变输出电压下来自逆变器的输出电流比在固定输出电压下来自逆变器的输出电流小约30％，并且更多的由PV阵列生成的DC功率被可变电压逆变器传递。因而能够使用具有较低电流额定值的逆变器。由于逆变器的造价与其电流额定值有关，所以可变输出电压允许使用较低电流额定值且更为廉价的逆变器。

为了从逆变器生成可变AC输出电压，可将任何数量的可变电压变压器技术（例如，自耦变压器或调压变压器

（Variac or

））应用至连接到逆变器110的升压变压器（图1中的112）的低压侧。然而，自耦变压器昂贵得买不起，并且远远高于对节省的逆变器造价的抵消。通常而言，可以使用任何能够受控以调节AC电压的装置。

再次参见图5，与主功率变压器116（其将太阳能PV安装连接至实用输电网120）关联的负载抽头切换器（on-load tap–changer,LTC）122被用于改变逆变器AC输出电压。对于大规模（例如，大于20MW）太阳能PV安装，普遍使用专用功率变压器（例如，变压器116）给中压集电器母线114馈电，其中集电器母线114用于结合多个PV阵列100和逆变器110的集体输出（collective output）。也就是说，在中压以外（off the medium voltage）没有给工业或民用负载提供馈电的配电电路。因此，集电器母线114上的电压可以在很宽的范围改变而不会损坏被设计为接收非常恒定的电压的负载。

通常，具有LTC的功率变压器在高压侧（输电电压初级）接收变化的电压并在低压侧（中压次级）提供调节后电压(regulated voltage)。例如，对于具有LTC的功率变压器，普遍应用的是在输出（中压）侧将输入电压的+/-10％调节为+/-0.625％以内。

参见图11，三相功率变压器（图5中的116）的每个相位被卷绕为包括数个电压抽头1100。LTC 122连接至所述抽头1100之一，并且能够从一个抽头变至另一个抽头而不会中断负载电流或让变压器短路。LTC典型地具有10-22个用于线性抽头（如图11所示）的抽头位置。在其他实施例中，LTC与额外的变压器绕组一起使用，在粗/细或正/负（plus/minus）切换方案中生成15-35个有效抽头位置。

与其像典型地使用LTC那样，使用具有LTC的功率变压器来调节低侧电压，不如将LTC 122用于改变低侧集电器母线（图1和图5中的114）AC电压。参见图12，为了适应由PV阵列生成的DC电压的改变（曲线1200），集电器母线上的AC电压从339V改变至483.5V（曲线1202）。具有+/-15％范围的LTC用于调节集电器母线AC电压中这一30％的改变。可选地，使用+/-20％的LTC将允许输电线（图5中的120）上的输电电压的+/-5％的改变也是适用的。+/-20％的LTC完全处于功率变压器制造商的能力之内。

具有标准+/-10％的LTC的功率变压器的造价通常比没有LTC的功率变压器贵约25％。宽范围LTC（例如，+/-20％）的造价可能额外高10％。对于造价＄2M的100MVA变压器，以及对于可能会对变压器造价增加35％的宽范围LTC，为了在集电器母线上实现可变AC电压而增加的变压器造价将会是＄700k。这个造价会被通过使用如上所提示的具有较低电流额定值的逆变器而节省的费用的大约30％抵消掉。例如，对于具有一百个1MW逆变器（每个造价＄250k）的100MW太阳能PV安装，对于一百个逆变器的每一个，逆变器节省是＄250k的30％，总共节省了＄7.5M。也就是说，逆变器节省可以是用于给逆变器生成可变AC电压的LTC的造价的10倍以上。总而言之，对于具有专用集电器母线和功率变压器的大规模实用级别PV安装（例如，＞20MW），可变AC电压机制降低了PV安装的总造价。

对于较小规模的PV安装，可以在专用于数个PV逆变器的中压集电器母线上使用配电（distribution）电压调节器。配电电压调节器采用连接至自动变压器的LTC，该自动变压器是没有次级的抽头变压器。这种设计优选用于小规模PV安装，其中与实用输电网的连接点（POC）处于配电电压（即，中压），和/或其中的中压给其他负载馈电。LTC与自动变压器的结合可以被设计为用于宽电压范围。

LTC接收触点闭合命令（contact closure command），用以提供信号给LTC以通过主变压器上的一个抽头进行开关。如图5所示的太阳能PV安装具有基于微处理器的中央主控制器124，该中央主控制器124通过通信线缆126与每个单独的PV逆变器110通信。每个逆变器包括MPPT控制器，该MPPT控制器将逆变器的DC母线电压调节至给逆变器馈电的PV阵列100的MPP。MPP是太阳能电池温度、太阳辐照度及其他因素的函数，并且整天变化。每个逆变器定期（例如，每秒一次）将其DC母线电压报告给中央主控制器。主控制器执行如下指令：选择所有报告的逆变器DC母线电压的最小值，基于最小DC母线电压并使用方程式（1）计算目标AC电压，并向LTC控制器128发出适当的上下切换（up or down）命令，其中该LTC控制器128控制LTC连接至最接近目标AC电压的抽头。

在一些实施例中，主控制器基于跨过PV安装的所有逆变器的平均DC母线电压或基于最小DC母线电压加上固定百分比来计算目标AC电压。在其他实施例中，主控制器为每个逆变器计算所测量的DC母线电压与所测量的AC输出电压的比率，并且基于最低比率、平均比率或其他衡量标准来确定是否需要上下抽头切换来让该比率进入目标窗口之内。还可以将DC母线电压的其他特性用作确定目标AC电压的基础。

一旦目标AC电压得以确定，可使用多种方法中的任一种来确定LTC的抽头设置。开环控制方案使用抽头设置对应于目标电压范围的查找表。每个抽头级别（tap step）的电压范围的跨度是电压范围的0.5％至2％，这取决于变压器中有效LTC抽头位置的数量。闭环控制方案使用由每个逆变器报告给主控制器的AC输出电压来确定是否需要进行上下抽头切换来让所测量的逆变器AC电压进入目标AC电压的预定目标窗口之内。目标窗口是基于目标AC电压的，并将LTC的颗粒分辨率(granular resolution)（即，每个抽头级别的电压）考虑在内。

由主控制器实施的算法包括用于将LTC被指示改变抽头的频繁程度最小化的过滤和预估算法。由于LTC的机械和触点寿命的范围典型地是500000次或更多次操作，所以为了保有LTC的20年最小寿命，控制器每天优选发出不多于68次的LTC抽头切换命令。为了让抽头切换最小化，目标AC电压的窗口可以拓宽，和/或可以给确定何时需要进行抽头切换的计算加上滞后。也就是说，PV安装平均来说运行于低于方程式（1）预估值的AC电压，这转化为稍高的逆变器电流。在实践上，这种情况对功率转换效率具有很小的负面影响，因为额外的逆变器电流通常在除了最冷日子之外的所有日子（all but the coldest days）都能得到（例如，参见图10）。

在一些实施例中，主控制器存储有每日逆变器DC母线电压相对于时间的信息。使用所得到的每日概况（profile），逆变器“学习”到在上午当温度和太阳辐照度增加时DC母线电压会快速改变，在整个热的中午时段保持相当的稳定，并在日落时又会快速改变。通过这种学得的概况，了解到在较长的中午时段需要相对较少的抽头切换，主控制器会分派较多的抽头切换预算给稍早的上午和稍晚的下午。通过提供外部温度、PV模块温度和/或从太阳辐照度传感器读取的数值作为该算法的输入值，这种学习算法能够得以进一步强化。也可以预加载关于太阳能PV安装地点的历史性气象和气候数据，并被这种适应性算法所用。

如果PV安装仅包括一个单个大规模能量源和一个逆变器，则可以由在该逆变器控制器之内或形成部分该逆变器控制器的控制器来执行集中的主转换器的功能。

在太阳能PV安装的上下文中，上面已经描述了可变逆变器输出电压概念。然而，也可以将可变输出电压逆变器应用于随着温度而生成可变输出电压和/或可变输出功率的其他DC能量源。更为普遍地，还可将可变输出电压逆变器应用于基于温度之外的其他因素而生成可变输出电压的其他DC能量源。例如，通过使用这种逆变器可以提高风力功率安装（wind powerinstallation）的转换功率。

在一些实施例中，开路电压的温度系数是正值，且DC能量源的输出随着温度而增加。如上述同样的原理也可应用于这些系统。

应该理解，前面的描述意图例示而不是限制本发明的范围，本发明的范围由所附的权利要求的范围限定。其他实施例落在随附权利要求的范围内。

Claims (37)

1.一种功率转换系统，包括：

功率转换器，被配置为接收由功率生成装置生成的可变DC功率，并将所接收的DC功率转换为第一电压下的AC功率；

变压器，被配置为接收来自该功率转换器的所述AC功率，并将AC功率以第二电压传送至实用输电网；以及

电压调节装置，被配置为将该第一电压调节为目标值，其中该目标值是基于所述DC功率的电压确定的。

2.根据权利要求1所述的功率转换系统，其中该转换器是逆变器。

3.根据权利要求1所述的功率转换系统，其中该电压调节装置电连接至该变压器。

4.根据权利要求3所述的功率转换系统，其中该电压调节装置形成该变压器的一部分。

5.根据权利要求3所述的功率转换系统，其中该电压调节装置包括负载抽头切换器。

6.根据权利要求1所述的功率转换系统，其中该电压调节装置进一步被配置为将所述第一电压调节为落入电压的预定范围之内。

7.根据权利要求1所述的功率转换系统，进一步包括第一控制器，被配置为确定所述第一电压的目标值。

8.根据权利要求1所述的功率转换系统，其中该功率转换器包括：

转换器，被配置为将所接收的DC功率转换为第三电压下的AC功率；以及

中间变压器，被配置为将所述第三电压下的AC功率转换为所述第一电压下的AC功率。

9.根据权利要求1所述的功率转换系统，其中所述AC功率的第一电压的目标值比所述DC功率的电压小了至少预定的设计裕度。

10.根据权利要求1所述的功率转换系统，其中所述AC功率的目标值被确定为使得与所述AC功率关联的电流被最小化。

11.根据权利要求1所述的功率转换系统，其中所述DC功率基于该功率生成装置的温度而变化。

12.根据权利要求1所述的功率转换系统，其中该功率生成装置包括光伏电池。

13.根据权利要求1所述的功率转换系统，其中该功率生成装置包括风力功率收集装置。

14.根据权利要求1所述的功率转换系统，其中所述第二电压高于所述第一电压。

15.根据权利要求1所述的功率转换系统，还包括多个功率转换器，每个功率转换器被配置为接收来自对应的功率生成装置的DC功率。

16.根据权利要求15所述的功率转换系统，还包括集电器母线，被配置为接收来自所述多个功率转换器的每一个功率转换器的AC功率。

17.根据权利要求16所述的功率转换系统，其中该电压调节装置被配置为调节该集电器母线上的所述AC功率的第一电压。

18.根据权利要求15所述的功率转换系统，还包括多个集电器母线，每个集电器母线被配置为接收来自所述多个功率转换器的子集的AC功率。

19.根据权利要求1所述的功率转换系统，还包括第二控制器，被配置为控制该功率生成装置来生成预定量的DC功率。

20.一种控制功率转换器的方法，其中该功率转换器被配置为接收由功率生成装置生成的可变DC功率，并将所接收的DC功率转换为AC功率用以传送至实用输电网，该方法包括：

基于由该功率生成装置生成的所述可变DC功率的电压来确定所转换的AC功率的目标电压；

控制电压调节装置以将所转换的AC功率的电压调节为所述目标电压。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述AC功率的目标电压比所述DC功率的电压小了至少预定的设计裕度。

22.根据权利要求20所述的方法，其中确定所述AC功率的目标电压包括确定与所述AC功率关联的最小电流。

23.根据权利要求20所述的方法，其中确定所述目标电压包括计算所述目标电压。

24.根据权利要求20所述的方法，其中控制该电压调节装置包括确定该电压调节装置的运行参数。

25.根据权利要求24所述的方法，其中确定所述运行参数包括使用查找表。

26.根据权利要求24所述的方法，其中基于由该功率转换器转换的所述AC功率的电压并使用反馈机制来确定所述运行参数。

27.根据权利要求24所述的方法，其中该电压调节装置包括负载抽头切换器（LTC），而所述运行参数包括所述LTC的抽头设置。

28.根据权利要求20所述的方法，还包括从与该功率生成装置关联的控制器接收关于由该功率生成装置生成的电压的报告。

29.根据权利要求20所述的方法，其中该功率转换器被配置为接收由多个功率生成装置生成的DC功率；以及，基于由所述多个功率生成装置生成的DC功率的最小电压来确定所述目标电压。

30.根据权利要求20所述的方法，其中基于在由该功率转换器接收的所述DC功率的电压与由该功率转换器转换的AC功率的电压之间的比率来确定所述目标电压。

31.根据权利要求20所述的方法，其中控制该电压调节装置包括允许在给定的时间段内有小于预定次数的调节。

32.根据权利要求20所述的方法，其中控制该电压调节装置是基于所述DC功率中的预期改变而进行的。

33.根据权利要求32所述的方法，还包括基于所述DC功率的先前变化来确定所述DC功率中的预期改变。

34.一种方法，包括：

接收来自功率生成装置的可变DC功率；

将所接收的DC功率转换为第一电压下的AC功率，所述第一电压是基于所接收的DC功率的电压而确定的；

将所述AC功率的电压提升为第二电压；以及

将第二电压下的所述AC功率传送至实用输电网。

35.根据权利要求34所述的方法，其中将所接收的DC功率转换为AC功率包括使用电压调节装置来调节所述AC功率的所述第一电压。

36.根据权利要求35所述的方法，其中该电压调节装置包括负载抽头切换器（LTC）。

37.根据权利要求36所述的方法，其中调节所述AC功率的所述第一电压包括调节所述LTC的抽头设置。

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