CN105308818B - 多相位电力系统中的功率因子调整 - Google Patents

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Abstract

提供了用于可再生能源的多相位电力产生系统(200)，其中可以选择性地切入或切出无功元件(即电容器和/或电感器)，以满足特定功率因子要求。多相位电力系统(200)的每个相位(A、B、C)接收来自逆变器组(221‑229)的所产生的功率，并且每个相位(A、B、C)具有用于对逆变器组(221‑229)所产生的功率进行功率因子调整的开关无功元件组(241‑243)。属于特定相位(A、B、C)的逆变器组(221‑229)的功率输出被组合到一个组合AC功率输出，并且通过特定相位(A、B、C)的开关无功元件组(241‑243)来对组合功率输出执行针对该特定相位(A、B、C)的功率因子调整。在一些实施例中，逆变器(221‑229)的至少一些是将来自一个或两个太阳能面板(231‑239)的DC功率转换为AC功率的微逆变器。

Description

多相位电力系统中的功率因子调整
在先申请的权益要求
本申请要求于2013年4月16日递交的US临时申请61/812,694的权益，通过参考将其引入本文。
背景技术
在电力传输和配送中，无功伏安(VAR)是用于测量AC电力系统中的无功功率的单位。当电流和电压不同时改变时，AC电路中存在无功功率。VAR功率指的是电力产生系统所供应的总功率的虚分量，由于驱动无功负载使得电流和电压彼此异相而导致的。驱动感性负载导致电流滞后于电压，针对容性负载则导致电流超前于电压。
因此可以根据需要通过添加电容/电感来补偿功率的无功分量。由位移功率因子Cos(Φ)来指示无功功率的程度，其中Φ是电流和电压之间的相位角。传统意义上认为电容器产生无功功率，并且电感器消耗无功功率。如果并行设置电容器和电感器，则趋向于消除而不是添加流经电感器和电容器的电流。这是用于控制电力传输中的功率因子(VAR控制)的基本机制；在电路中插入电容器(或电感器)以部分地消除负载“消耗的”无功功率。
在电网要求必需对任意电网连接的电源输出进行超前或滞后控制的情况下，需要VAR控制。在来自可再生源(具体地太阳能)的电力产生正成为总电力产生的较大部分的情况下，带来新的电网要求。具体的，这些对于无功功率校正的VAR控制具有要求，否则向电网供应电力的不同源的会迫使电网在整个系统的峰值和谷值周期期间进入欠激励或过激励模式。因此，例如在德国，新标准要求吸收或输出VLR的能力，具体的从2012年1月开始新产品将强制使用的VDE4105。因此非常需要对VAR做出反应和校正和/或主动抑制VAR的能力。
发明内容
前述权利要求旨在充当对本发明的一些实施例的简介。它不旨在作为本文档中所公开的所有发明性主题内容的介绍或综述。以下详细说明中所参照的附图将对发明内容所描述的实施例以及其他实施例进行进一步描述。因此为了理解本文档所描述的所有实施例，需要对发明内容、详细说明和附图的全面评述。
本发明的一些实施例提供了用于可再生能源的多相位电力产生系统，其中可以选择性地切入和切出无功元件(即电容器和/或电感器)，以满足特定功率因子要求。在一些实施例中，多相位电力系统的每个相位接收来自一组逆变器所产生的功率，并且每个相位具有一组开关无功元件，用于对属于多相系统的所述特定相位的一组逆变器所产生的功率做出功率因子调整。在一些实施例中，将属于特定相位的该组逆变器的功率输出组合到一个组合AC功率输出中，并且通过该特定相位的一组开关无功元件对组合功率输出执行针对该特定相位的功率因子调整。在一些实施例中，至少一些逆变器是将来自一个或两个太阳能面板的DC功率转换为AC功率的微逆变器。
在一些实施例中，将该组开关电感器中的电感器的大小规定为它们提供可能所需的最大感性功率因子校正。在一些实施例中，一组开关电容器中的总电容足以提供系统的最大额定功率(例如12kW)上的最大所需功率因子校正(例如90％)。
在一些实施例中，该组电容器中的最小电容器值提供在最低所需操作功率处功率因子改变中的足够分辨率(例如最小所需全系统功率电平的5％)。在一些实施例中，改变最大电容器的电容，使得它们的电容是彼此功率因子的2次幂。在一些实施例中，对组中的至少一些电容器定值，使得小于给定电容器的所有电容器的和超过该给定电容器值。在一些实施例中，“大”电容器中最小的电容器小于所有“小”电容器值的和。
一些实施例提供了用于确定从一组开关电容器和/或一组开关电感器中切入或切出哪些电容器和/或电感器的算法。该算法首先用给定负载计算获得目标功率因子值所需的电容。如果所需电容是负数，则算法确定将哪些电容器切入电路中，然后计算要切入电路中的电容的平衡。针对大电容器，如果它是小于所需电容的最大电容器，则一些实施例中的算法选择用于切入的电容器。针对小电容器，一些实施例中的算法检查电容器的每个组合，以确定哪个组合产生具有最小误差的电容目标值。
在一些实施例中，系统控制器控制多相位电力供应系统。在一些实施例中，系统控制器是对于多相位电力产生系统的网关控制器，用户可以通过系统控制器来监视并控制系统的操作。在一些实施例中，系统控制器还对多相位系统的不同相位之间的功率产生操作进行协调。在一些实施例中，系统控制器收集来自系统中的每个微逆变器的功率输出读数并执行对不同相位之间的功率输出电平的平衡。然后每个相位的VAR控制使用平衡后的功率输出电平来校正该相位的功率因子。
附图说明
在所附权利要求中阐述了本发明的新颖特征。然而，为了解释，在以下附图中阐述本发明的若干实施例。
图1示出了包括用于执行功率因子补偿的电网要求曲线的示例功率因子图。
图2示出了具有针对每个相位的VAR控制电路的多相位电力产生系统。
图3示出了通过三相电力产生系统的示例功率因子调整/VAR控制操作。
图4a-b示出了不包括用于执行VAR控制的可切换无功元件的微逆变器。
图5示出了包括它自身用于执行VAR操作的开关电容器的集合的微逆变器。
图6示出了三相电力系统的组合器。
图7示出了三相电力系统的VAR控制器。
图8概念性地示出了执行VAR控制的过程。
图9示出了适用于通过VAR控制操作来切入的无功元件的集合。
图10示出了示例开关电容器。
图11示出了电感器组件。
图12a-b示出了开关电感器。
图13a示出了大电容器的使用。
图13b示出了小电容器的使用。
图14概念性地示出了为了执行功率因子校正而选择要切入或切出的无功元件的过程。
图15示出了当所需功率因子调整需要负电容值时的功率因子调整。
图16示出了当所需功率因子调整需要正电容值时的功率因子调整。
图17示出了其中系统控制器产生直接针对开关电容器和电感器的每一个的开关驱动的三相电力产生系统。
图18示出了其中系统控制器向VAR控制模块提供不同相位的电网电流和电压测量的三相电力产生系统。
图19示出了其中VAR控制模块直接从电网传感器获得电流和电压的电网测量的三相电力产生系统。
图20概念性地示出了执行相位平衡和VAR控制二者的多相系统的过程。
图21概念性地示出了用于实现本发明的一些实施例的计算系统的一个示例。
具体实施方式
在以下说明中，为了解释的目的阐述各种细节。然而本领域技术人员将认识到可以不用这些具体细节来实现本发明。在其他实例中，用框图的形式示出了熟知的结构和设备，以免不必要的细节模糊本发明的描述。
本发明的一些实施例提供了用于可再生能源的多相位电力产生系统，其中可以选择性地切入和切出无功元件(即电容器和/或电感器)，以满足特定功率因子要求。在一些实施例中，多相位电力系统的每个相位接收来自一组逆变器所产生的功率，并且每个相位具有一组开关无功元件，用于对属于多相系统的所述特定相位的一组逆变器所产生的功率做出功率因子调整。在一些实施例中，将属于特定相位的该组逆变器的功率输出组合到一个组合AC功率输出中，并且通过该特定相位的一组开关无功元件对组合功率输出执行针对该特定相位的功率因子调整。在一些实施例中，至少一些逆变器是将来自一个或两个太阳能面板的DC功率转换为AC功率的微逆变器。
在电力产生系统的一些实施例中，系统确定在任意一个时刻由属于多相位系统的特定相位的一组逆变器所提供的总的最大(额定)ac功率输出的分数。系统中的控制器在向一组无功元件发送控制信号以在该相位的组合AC功率输出两端选择性地切入或切出电容器和或电感器之前，使用该信息来确定要针对该特定相位的ac输出的而切入的所需电抗。电容器/电感器的切入/切出可以采用开/关控制以将电容器/电感器切入或切出，或者可以采用相位控制来控制电容器切入的ac周期的比例，以提供可变程度的功率因子调整或补偿。
I.具有VAR控制的多相位电力系统
AC电力系统的功率因子被定义为流向负载的实际功率与电路中的表观功率的比值。它是-1与1之间的无量纲的数。实际功率是在特定时间执行工作的电路的容量。表观功率是电路的电流和电压的乘积。由于负载中存储的并返回源的能量，或者由于使从源汲取的电流的波形失真的非线性负载，表观功率将大于实际功率。在仅具有一个频率的正弦电流和电压的线性电路中，仅由电流和电压之间的相位差引起功率因子。这被称为“位移功率因子”。
可以将位移功率因子表达为Cos(Φ)，其中Φ是电流和电压之间的相位角。在一些实施例中，位移功率因子用于指定无功或VAR功率。在电网要求必需对任意电网连接的电源输出进行超前或滞后控制的情况下，需要功率因子/无功功率补偿或VAR控制。一些实施例提供了一种功率产生系统，所述功率产生系统根据电网要求来执行用可切换无功元件的VAR控制，其中所述电网要求需要在功率产生系统的ac功率输出的不同电平处的特定功率因子。
图1示出了包括电网要求曲线100的示例功率因子图，一些实施例基于其来执行VAR控制或功率因子补偿。在竖直轴和水平轴上绘制电网要求曲线100。标有“P/PEmax”的水平轴指示电源的输出功率电平(P)与电源的最大额定功率(PEmax)的比值。标有Cos(Φ)的竖直轴指示特定功率电平比值处的功率因子，其中Φ是AC电流和AC电压之间的相位差。竖直轴的中心位置与Φ＝0或功率因子Cos(Φ)＝1.0(单位功率因子)相对应。这指示在ac电流的相位与AC电压的相位之间存在零差异(即，Φ为正)。高于Cos(Φ)＝1.0的功率因子与其中电流超前于电压的过激励负载相对应。低于Cos(Φ)＝1.0的功率因子与其中电流滞后于电压的过激励负载相对应(即，Φ为负正)。
在一些实施例中，要求曲线100与VDE4105要求相对应，在VDE4105要求中必须基于全部负载系统功率的百分比来连续控制功率产生系统输出高于3.68kVA的功率的功率因子。对于高于13.8kVA的电源，当功率电平比值P/PEmax在0％和50％之间时，要求功率因子为1.0(即，Φ＝0)。曲线100在50％功率电平比值之后开始线性地朝向100％功率电平比值处的欠激励(即电流滞后)的Cos(Φ)＝0.9弯折。对于低于13.8kVA的电源，曲线100在50％功率电平比值之后开始线性地朝向100％功率电平比值处的欠激励的Cos(Φ)＝0.95弯折。
图1还示出了无VAR控制的电源的示例功率因子曲线110。曲线110在P/PEmax的同一范围上(0％-100％)绘示出了该特定电源的位移功率因子。如所示出的，示例功率因子曲线110在较低功率电平处“低于”电网要求曲线100并在较高功率电平处“高于”电网要求曲线100。例如，在50％功率电平比值处，位移功率因子110低于电网要求100。这指示电流的相位滞后于电压的相位过多(或超前过少)。另一方面，在80％功率电平比值处，位移功率因子110高于电网要求曲线100。这指示电流的相位超前电压的相位过多(或滞后过少)。为了使电源符合电网的要求，一些实施例将通过执行VAR控制将位移功率因子曲线110“移动”接近要求曲线100(即，使用要求曲线100作为“目标”功率因子曲线)。在这些实施例的一些中，VAR控制在功率因子低于要求曲线时使系统切入更多电容(或更少电感)，并在功率因子高于要求曲线时使系统切入更多电感(或更少电容)。
在一些实施例中，按照多相位电力产生系统的每个相位来执行参照图1所描述的VAR控制。图2示出了多相位电力产生系统200，其中电力产生系统的每个相位具有它自身的VAR控制电路，该VAR控制电路执行如针对该相位产生的功率的VAR控制。具体地，多相位电力产生系统200是产生来自三组逆变器的三相(相位A、B和C)AC功率的三相产生系统。每组逆变器接收来自一组DC电源的功率。通过组合器将由每个特定相位的逆变器产生的功率或电流组合在一起，并将组合的功率传送给该相位的VAR控制单元。然后将每个相位的经VAR控制的功率传递给三相位AC电网205。
如所示出的，多相位电力产生系统200包括3个组合器211-213。组合器211用于通过组合微逆变器221-223产生的AC功率来提供相位A的组合AC功率，微逆变器221-223从PV电池231-233接收DC功率。类似地，组合器212用于通过组合微逆变器224-226产生的AC功率来提供相位B的组合AC功率，微逆变器224-226从PV电池234-236接收DC功率；DC功率组合器213用于通过组合微逆变器227-229产生的AC功率来提供相位C的组合AC功率，微逆变器227-229从PV电池237-239接收DC功率。
由组合器211针对相位A产生的组合功率进而被发送给VAR控制器241，由组合器212针对相位B产生的组合功率被发送给VAR控制器242，由组合器213针对相位C产生的组合功率被发送给VAR控制器243。然后将3个VAR控制器的输出发送给3相位AC电网接合点205。在一些实施例中，3个VAR控制模块241-243是更大的3相位补偿器240的部分。
PV电池231-239(或太阳能电池)是通过光伏效应直接将光能转换为电能的电气设备，而不需与任何外部电压源附接。PV电池通过将太阳辐射转换为DC电流来产生电能。在一些实施例中，PV电池是由多个太阳能电池组成的太阳能面板的一部分。在一些实施例中，通过光伏半导体材料(例如单晶硅、多晶硅、非晶硅、碲化镉、铜铟镓硒/硫或其它材料)来产生PV电池的DC功率。
微逆变器221-229将PV电池231-239的DC功率输出转换为AC功率输出。每一个微逆变器将来自一个或两个太阳能面板的DC电流转换为AC。通过组合器211-213组合微逆变器的输出并馈送给电网205。在一些实施例中，每个微逆变器通过执行针对它连接的面板的最大功率点追踪来获得最佳功率。以下将参照图4和图5进一步描述微逆变器。
组合器211-213的每一个用于组合若干微逆变器的AC功率输出。在一些实施例中，采用多个组合器框来组合针对一个特定相位的微逆变器的功率输出。例如，组合器211可以包括多个组合器框，以针对三相位系统的相位A来组合由微逆变器231-233所产生的功率。以下将参照图6具体描述组合器。
VAR控制模块(或无功功率补偿器)241-243分别用于执行对于相位A、相位B和相位C所产生的AC功率的VAR控制。具体地，VAR控制模块241从组合器211接收相位A的组合AC功率，VAR控制模块242从组合器212接收相位B的组合AC功率，VAR控制模块243从组合器213接收相位C的组合AC功率。VAR控制模块的每一个包括用于执行如之前参照图1所描述的功率因子调整或无功功率补偿的可切换无功元件(即电容器和电感器)的集合。在一些实施例中，将VAR控制模块中的可切换无功元件的集合组织为一个或更多个组。
在一些实施例中，VAR控制模块中被切入的无功元件(即电容器和电感器)在VAR控制模块的AC输出两端并联。在一些实施例中，无功元件的至少一些与AC输出串联。分别将VAR控制模块241、242和243的输出传送给三相电网205的相位A、相位B和相位C。以下将参照图7进一步描述VAR控制模块。
在一些实施例中，一个相位的VAR控制模块独立于其他相位的VAR控制模块来执行功率因子调整操作。具体地，特定相位的VAR控制模块使用它自身的可切换无功元件的集合仅基于该相位的总功率输出电平来执行VAR操作。图3示出了三相功率产生系统200的示例功率因子调整/VAR控制操作，其中功率产生系统的每个相位基于该相位自身的功率输出电平来执行自身独立的VAR控制操作。
图3示出了三组功率因子图。每个功率因子图包括电网要求曲线，电网要求曲线也是功率因子调整操作的目标功率因子曲线。像图1的功率因子曲线那样，基于电流和电压之间的相位角(Φ)在功率电平比值(P/PEmax)的水平轴和位移功率因子的竖直轴上绘制每个功率因子曲线。
功率因子图301-302示出了基于相位A的电网要求曲线305由VAR控制模块241执行的功率因子调整。如在功率因子图301中通过实线三角所示，相位A的功率电平是额定最大值的35％，而它的位移功率因子低于要求曲线305。功率因子曲线302示出了由VAR控制模块241执行的功率因子调整的结果，其中已经将额定最大值35％处的相位A的功率因子移近或移至电网要求曲线305(如由实线圆所示)。一些实施例中的VAR控制模块241通过切入额外的电容器来实现这一点。
功率因子图311-312示出了基于相位B的电网要求曲线315由VAR控制模块242执行的功率因子调整。如在功率因子图311中通过实线三角所示，相位B的功率电平是额定最大值的50％，而它的位移功率因子高于要求曲线315。功率因子曲线312示出了由VAR控制模块242执行的功率因子调整的结果，其中已经将额定最大值50％处的相位B的功率因子移近或移至电网要求曲线315(如由实线圆所示)。一些实施例中的VAR控制模块242通过切入额外的电感器来实现这一点。
功率因子图321-322示出了基于相位C的电网要求曲线325由VAR控制模块243执行的功率因子调整。如在功率因子图321中通过实线三角所示，相位C的功率电平是额定最大值的60％，而它的位移功率因子低于要求曲线325。功率因子曲线313示出了由VAR控制模块243执行的功率因子调整的结果，其中已经将额定最大值60％处的相位C的功率因子移近或移至电网要求曲线325(如由实线圆所示)。一些实施例中的VAR控制模块243通过切入额外的电容器来实现这一点。
如所述，从一组微逆变器产生需要VAR控制的AC功率，该组微逆变器将从太阳能面板中的PV电池接收到的DC功率转换为AC功率。在一些实施例中，各个单独微逆变器不包括用于执行VAR控制操作的可切换无功元件，而是功率产生系统依赖于VAR控制模块来执行对于该组微逆变器的组合功率输出的功率因子调整。在图2的示例多相位电力产生系统200中，由VAR模块241-243而不是在微逆变器221-229中执行VAR。
图4a-b示出了不包括用于执行VAR控制的可切换无功元件的示例微逆变器400。微逆变器400是将DC功率转换为电网的AC功率的若干微逆变器之一。这些微逆变器不包括为了功率因子调整的目的可以被切入或切出的无功元件。针对若干微逆变器的组合功率输出执行VAR控制。
微逆变器400从PV电池402接收DC功率，并产生要与其他微逆变器产生的AC功率组合的AC功率。PV电池402是可以包括串联或并联的一个或更多个DC源的DC电源。组合器404组合来自单独微逆变器的功率并向VAR控制模块406发送组合功率，VAR控制模块406向三相位AC电网接合点408提供VAR调整后的功率。电网感测机构405监视并测量被注入电网接合点408的AC功率的电压和电流。然后将测量的电压和电流传送给微逆变器400。在一些实施例中，系统控制器409控制微逆变器400以及系统中的其他逆变器。
微逆变器400是包括DC/DC功率转换器410、DC链路420、DC/AC转换器430、滤波器440、电路保护级450、微控制器460和通信链路470的功率调节单元。通信链路470用于与系统控制器409通信，以及从电网传感器405接收电流和电压测量。在一些实施例中，通信链路470是使用例如Zigbee的通信协议的无线收发机。
DC/DC功率转换器410用于将从PV电池402接收到的DC功率从初始(通常较低)输入DC电压电平转换为针对DC链路420的较高DC电压电平。DC/DC功率转换器410可以是降压转换器或升压转换器。DC/DC功率转换器410可以对从PV电池402接收到的输入DC电压进行放大和/或衰减。此外，一些实施例中的DC/DC功率转换器410通过变压器或耦合电感器来提供电隔离。在一些实施例中，对输入DC电压的电调节是使得DC链路420两端的电压高于电网408处的电压。在一些实施例中，DC/DC功率转换器410包含一个或更多个晶体管、电感器和电容器。在一些实施例中，通过脉冲宽度调制(PMW)发生器来驱动晶体管。PMW信号具有可变的占空比，也就是说，导通时间关于信号的周期可变。占空比的这种变化有效地控制DC/DC功率转换器级410上传送的功率量。
一些实施例中DC链路420包括充当针对DC/AC转换器级430的电能储蓄器的储能电容器。在一些实施例中，该储蓄器电容器是例如薄膜电容器的非电解电容器。储蓄器/储能电容器充当从输入到输出的能量缓冲器。在经由DC/AC转换器级430从电容器提取能量的同时，经由DC/DC转换器级410将能量供应到电容器中。
DC/AC转换器级430汲取DC链路420中存储的电能，并产生AC功率输出。如图4b中所示，DC/AC转换器级430的Q9、D5、D6和Lout执行电流整形。在备选布置中，该功能可以位于桥接电路和dc链路电容器420之间的连接中。D6充当续流二极管，并且D5防止电流流回dc链路中。当导通晶体管Q9时，通过Lout建立电流。当Q9截止时，该电流不能立即回到零，因此，D6为电流提供了从负电源轨道流动的备选路径(当Q9截止时，D5防止电流经由本体二极管Q9流回dc-链路420)。使用Q9来控制电网的电流注入。当Q9导通时，流经Lout的电流增加。当Q9截止时，电流减小(只要保持dc-链路电压高于电网电压幅度)。因此迫使电流遵循经整流的正弦波，其进而被全桥输出(晶体管Q5至Q8)展开。来自输出电流传感器的信息被用于向控制电路(例如，微控制器460)反馈瞬时电流值。将电感器Lout的电流iout与参考电流iref比较，以确定是否导通晶体管Q9。如果参考电流高于iout，则导通晶体管Q9；否则使晶体管Q9截止。可以与ac干线(电网)电压同步地根据经整流的正弦波模板来产生参考电流iref。
晶体管Q5-Q8构成“展开”级。因此，这些晶体管Q5-Q8形成了使用与电网电压同步的模拟电路以线频率进行切换。在电网电压的正半周期晶体管Q5和Q8导通，并且在电网电压的负半周期Q6和Q7导通。
在一些实施例中，微逆变器包括通用dc-ac-dc隔离、以及与干线连接的电流源逆变器(CSI)。通用dc-ac-dc将源的电压放大为高于电网电压。经由中等块类型级在CSI的电感器中使用电流整形(电流控制)来调节电流注入。可以在US专利申请公开No.2011/0205766中找到对这种微逆变器的进一步描述。
在一些实施例中，微控制器单元460通过控制针对展开晶体管的驱动信号，来控制DC/AC转换器级430中AC电流的展开。换言之，微控制器单元460控制从DC链路420向微逆变器400的输出的功率传送。微控制器460可以被配置为使DC/AC转换器将基本上正弦的电流注入电网中，而不考虑dc链路420两端的电压。在一些实施例中，微控制器460实施控制方法，所述控制方法对平均能量传送进行平衡，并允许由ac电力向干线的注入所导致的电压波动叠加到DC链路420中的储能器电容器的平均dc电压上。在一些实施例中，取决于线电压频率(分别地50Hz或60Hz)，振荡的频率可以是100Hz或120Hz。
微控制器单元460被示为控制DC/AC转换器级。在一些实施例中，微控制器单元控制DC/AC转换器级430和DC/DC转换器级410二者。在一些实施例中，通过独立于微控制器单元460的另一控制机构来控制DC/DC转换器级410。在一些实施例中，DC/DC转换器级410的控制器感测dc输入电压(和/或电流)，并提供PWM波形以控制DC/DC转换器级410的晶体管(即，晶体管Q1-Q4)，以控制从DC源(即，PV电池402)向DC链路传送的功率。DC/AC转换器级430的控制器感测输出电流(和电压)并控制级430的晶体管(即，晶体管Q5-Q8)，以控制向微逆变器的输出传送(并且然后去往电网干线上)的功率。
在一些实施例中，微控制器460实现某种形式的最大功率点追踪(MPPT)算法。在一些实施例中，微控制器460被配置为控制转换器级中的一个或两个是否操作，并当需要时实现对这些级之一的“软”关闭。微控制器460和/或相关联的硬件还可以被配置为对功率晶体管切换进行交织，以减小DC链路420上的波纹。
微控制器单元430还从通信链路470接收信息。这种信息可以包括来自系统控制器409的关闭电力产生的命令，或减小由微逆变器400产生的AC功率的量的命令。系统控制器409还可以命令微控制器406报告微逆变器400所产生的功率电平。针对使用微逆变器来产生多相位电力系统的AC功率的微逆变器的一些实施例，系统控制器409使用通信链路470来控制多相系统中的微逆变器400以及其他微逆变器，以平衡不同相位的功率输出电平。在一些实施例中，微逆变器400知晓净功率输出，原因在于微控制器能够测量它自身的输出RMS电压以及它自身的输出电流幅度。
除从系统控制器接收命令以外，一些实施例中的微控制器460还接收在微逆变器产生的AC功率被注入电网中时的电压和电流测量。由电网传感器405提供该测量，电网传感器405对电网接合点408附近的电流和电压采样。基于该信息，一些实施例中的微控制器460调整它对展开级的控制，以确保在达到电网接合点时由微控制器所产生的AC功率的相位将与电网接合点408处的AC功率的相位相匹配。由于微逆变器所产生的AC功率在到达电网接合点408之前必须通过组合器404、VAR控制406和其他电连接，微控制器460调整微逆变器所产生的AC功率的相位，以对由中介元件(即VAR控制404、组合器404和电连接等)所引入的阻抗进行补偿。在US专利8,310,101中描述了跨越电连接和阻抗将微逆变器的AC输出与电网接合点同步的操作。
在一些实施例中，多相位电力产生系统中的微逆变器包括它自身的开关电容器的集合，并执行VAR控制操作的至少一部分。图5示出了包括它自身用于执行VAR操作的开关电容器的集合的微逆变器500。微逆变器500与微逆变器400类似之处在于，它也从PV电池502接收DC功率并产生AC功率，该AC功率要与其它微逆变器所产生的AC功率组合。微逆变器500包括DC/DC功率转换器510、DC链路520、DC/AC转换器530、滤波器540、电路保护级550、微控制器560和通信链路570。微控制器500的AC功率输出通过组合器504来与其它微控制器组合。组合后的功率在到达电网接合点508之前，经历VAR补偿器506。通信链路570接收来自电网传感器505的电压和电流测量，以及接收来自系统控制器509的命令。
然而，不同于微逆变器400，微逆变器500包括开关电容器545的组。开关电容器通过来自微控制器560的一组电容器驱动信号来切入或切出微逆变器的AC输出两端。开关电容器545提供超前功率因子。在一些实施例中，微逆变器500包括具有能够提供滞后功率因子的电流源逆变器拓扑的输出级。
在一些实施例中，微控制器560基于来自电网传感器505的测量的电压和电流读数，做出对功率因子调整的闭环确定。在一些实施例中，微逆变器560执行对位移功率因子的开环控制。在一些实施例中，系统采用对位移功率因子的开环控制--也就是说，系统不需要测量功率因子以进行补偿，以提供所需响应。相反，系统控制器感测(测量)每个微逆变器的功率输出电平，然后基于可用总功率的百分比来控制整个位移功率因子。因此，每个微逆变器仅需要知晓它自身的输出功率电平，并向系统控制器报告，系统控制器将单独功率贡献加在一起，以确定电容器的总数来应用于耗散功率因子补偿。
在一些实施例中，逆变器知晓它提供的全部功率输出电流的百分比，并且因此被返回系统控制器的功率测量参数或多个参数可以包括输出电流的绝对值，或总潜在输出电流的百分比，或绝对输出功率或总输出功率的百分比。基于此，系统控制器509可以然后经由通信网络(其包括通信链路570)控制用于切入/切出电容器的本地功率因子控制器，因此尽管在逆变器测量功率输出或依据此的参数的意义上采用控制环路，向系统控制器提供此并且然后接收用于将它的电容器切入/切出的返回控制信号，但在不测量位移功率因子本身的意义上，系统是开环的。
如以上参照图2所描述的，一些实施例将多个微逆变器或功率调节单元的输出组合到一个组合AC功率输出中。一些实施例将针对多相位电力系统的特定相位产生的所有AC功率组合到一个组合的AC功率输出中。针对提供三相电力系统的一些实施例，组合器被用于将微逆变器的阵列的输出组合到三个组合的AC功率输出中，每个组合的AC功率输出针对三相电力系统的一个相位。
图6更详细地示出了三相电力系统200的组合器211-213。组合器211-213将微逆变器221-229所产生的AC功率组合到针对三相电力系统的三个不同相位的三个组合的AC功率输出中。组合器211将微逆变器221-223所产生的AC功率组合到针对相位A的组合AC功率中，组合器212将微逆变器224-226所产生的AC功率组合到针对相位B的组合AC功率中，组合器213将微逆变器227-229所产生的AC功率组合到针对相位C的组合AC功率中。本领域技术人员将理解的是，微逆变器221-229的阵列可以包括比所示的9个更少或更多个逆变器，并且每个逆变器可以对来自比所示的3个更多或更少个逆变器的输出进行组合。通过组合器211、212和213对AC功率进行组合，并且然后将其分别馈送至相位A、B和C的VAR控制模块241、242和243。
在每个组合器内，将来自微逆变器的接收到的输出接合在一起。如所示出的，组合器从每个微逆变器接收电力线和地参考线二者。通过一个电连接来将电力线电接合在一起，并通过另一电连接来将参考地线接合在一起。结合相位A的组合器211的电力线的电连接去向相位A的VAR控制器241，结合相位B的组合器212的电源线的电连接去向相位B的VAR控制器242，并且结合相位C的组合器213的电力线的电连接去向相位C的VAR控制器243。电力线的电连接还包括例如熔丝或电路断路器的保护器件。
在一些实施例中，交叉参考多相系统的三相位，也就是说，多相电力的每个相位的电力连接与另一相位的参考线连接。在这些实施例中，将来自特定相位的微逆变器的参考接合在一些，并向另一相位传送。如图6中所示，发送相位A的组合器211中的参考的电连接，以与相位B的电力连接相连，发送相位B的组合器212中的电连接，以与相位C的电力连接相连，以及发送相位C的组合器213中的参考的电连接，以与相位A的电力连接相连。在一些实施例中，每个相位的地连接与另一相位的电力连接不相连。在这些实施例的一些中，将不同相位的地参考连接接合在一起，作为一个共享的中性参考连接(未示出)。
如所示，在一些实施例中，多相位电力系统的每个相位配备有它自身的VAR控制模块，VAR控制模块对来自组合器的组合AC功率执行功率因子调整或校正。相位的VAR控制器配备有能够切入和切出以调整该相位的位移功率因子的开关电容器组以及开关电感器组。在一些实施例中，特定相位的VAR控制模块单独执行对该特定相位所产生的AC功率的功率因子校正。在一些实施例中，特定相位的VAR控制模块结合微逆变器内的VAR控制功能来执行功率因子校正。
图7更详细地示出三相电力系统200的VAR控制器241-243。为了简要的目的，仅针对相位B的VAR控制器242提供了细节。然而，本领域技术人员将理解的是，相同的细节等同地适用于相位A的VAR控制器241和相位C的VAR控制器243。VAR控制器242包括一组或多组无功元件710、微控制器720、电网传感器730和通信链路740。
相位B的VAR控制器242接收从相位B的组合器212输出的功率。向一组或多组无功元件710发送接收到的功率，无功元件在它向电网接合点205的输出两端可切换地布置各种大小的无功元件。通过微控制器720来控制一组或多组无功元件的切换操作，微控制器720从电网传感器730接收对被注入电网的相位B的电流和电压的测量。基于电网传感器730所提供的测量，微控制器执行计算，以确定切入或切出无功元件710的组中的哪个无功元件。
VAR控制器242还通过通信链路740与多相位电力系统的系统控制器(未示出)进行通信。通信链路740可以在有线通信网络中或例如ZigBee的无线通信网络中。在一些实施例中，VAR控制器242不包括例如730的电网传感器，而是依赖于系统控制器来通过通信链路740向微控制器720提供所需的电压和电流测量。在一些实施例中，VAR控制器242的确执行接收电压和电流测量，但是从通信链路740接收所需的必要功率因子调整值，基于所需的必要功率因子调整值，微控制器720决定切入或切出哪个无功元件。在一些实施例中，VAR控制器242从通信链路740接收切入或切出特定无功元件的直接命令。
为了确定特定相位的功率因子的必要调整，一些实施例中的微控制器720(或一些实施例中的系统控制器)必须首先确定被注入电网中的功率的位移功率因子(即，电流的相位与电压的相位之间的差异)。微控制器720基于电网传感器730所提供的电流和电压的测量来做出该确定。VAR控制还需要针对那个相位所产生的电流功率输出电平。在一些实施例中，根据电网传感器730所提供的电流和电压侧来确定总功率输出电平。在一些实施例中，从与该相位连接的所有微逆变器收集该总功率输出电平。在一些实施例中，VAR控制器242的微控制器720将经由通信链路740收集来自微逆变器224-226(相位B的微逆变器)的信息。在一些其他实施例中，系统控制器对来自微逆变器221-229的阵列的每个微逆变器轮询，并向VAR控制器242提供功率读数。
图8概念性地示出了用于执行VAR控制或功率因子调整的过程800。它基于电网要求曲线来计算必要的功率因子调整，并通过切入或切出无功元件来做出必要调整。在一些实施例中，针对多相电力产生系统的相位之一来执行过程800。在一些实施例中，通过微控制器(例如微控制器720)在VAR控制模块中执行过程800。在一些实施例中，通过整个电力产生系统的单个系统控制器来执行过程800。在一些实施例中，通过电力产生系统中的若干控制单元来联合地执行过程800。
(在810中)该过程对每个微逆变器轮询，以读出微逆变器的净功率输出。如早先所提及的，一些实施例中的微逆变器知晓它自身的净功率输出，原因在于已知(或已测量)它的RMS电压，并且已知它的输出电流幅度。微逆变器已知这些信息，原因在于通过微逆变器本身来对微逆变器进行控制。在一些实施例中，过程800轮询每个微逆变器，并从通信网络获得轮询的结果，通信网络允许执行过程800的控制器与微逆变器通信。
接下来，该过程对从逆变器报告的功率进行求和(在820中)。对于多相位电力系统，从与同一相位连接的微逆变器轮询的功率读数被加在一起，以导出针对那个相位产生的当前总功率。然后(在830)该过程计算基于所报告的功率和的相对于额定最大值的功率电平百分比或比值(P/PEmax)。针对多相位电力系统，一个相位的额定最大值是该相位的微逆变器的额定最大值的和。
采用所计算的功率电平百分比或比值，过程(在步骤840处)根据当前功率电平比值(P/PEmax)处的电网要求来确定所需的系统功率因子。以上在图1中提供了电网要求的示例，其指示从0％功率电平比值到100％功率电平比值的功率因子要求。
然后(在845中)过程计算位移功率因子。在一些实施例中，这是基于被注入电网中的电流和电压之间相位的差异。一些实施例基于从电网传感器接收到的电压和电流测量来做出该确定。然后该过程确定(在850中)所需的功率因子调整。这是基于在操作840中确定的所需功率因子与操作845中所计算的位移功率因子之间的差异。
基于所需的功率因子调整，过程(在860中)选择要切入或切出的无功元件。在一些实施例中，关于电容来指示所需的功率因子调整，因此如果所需的调整具有正电容值(例如，当电流滞后于电压超出要求时)，过程将选择要切入的电容器。如果所需的功率因子调整具有负电容值(例如，当电流超前于电压超出要求时)，过程将选择要切入的电感器。
图9示出了通过一些实施例的VAR控制操作来切入而可用的无功元件900的一个或多个组。无功元件包括开关电容器和开关电感器。每个无功元件接收驱动信号，以确定是否切入或切出该无功元件，即无功元件是否被用于影响被注入电网中的功率的位移功率因子。每个开关电容器与AC功率输出(来自组合器并注入电网中)并联。开关电感器也被组织为电感器组件1100，电感器组件1100还与AC功率输出并联。以下将进一步参照图11来描述电感器组件1100。
为了添加特定电容值以与AC功率输出两端并联，VAR控制将选择要切入的电容器组，这组电容器的和将接近所需的电容值。开关电容器包括各种电容的电容器，包括具有“小”电容值的“小”电容器和具有“大”电容值的“大”电容器。在图9的示例中，开关电容器组包括具有220nF、330nF、680nF、1.5uF、1.5uF、3.3uF、6.6uF、12uF、20uF、40uF和80uF的电容的开关电容器。在一些实施例中，电容器值的选择旨在以足够精细的粒度来提供足够宽范围的可能等价电容。电容器值的选择还基于部件的成本和可用性。以下将进一步参照图13a-b来进一步描述所选的电容器值之间的关系和电容器选择的准则。以下参照图10提供了一些实施例的示例开关电容器。
图10示出了一些实施例的示例开关电容器100。开关电容器使用MOSFET 1010将电容器与AC功率并联连接或断开电容器。通过开关驱动信号来导通或截止MOSFET 1010。二极管1030提供在两个方向上通过电容器1020在AC功率输出和参考地之间流动的电流的路径。
图11示出了一些实施例的电感器组件1100。如同每个开关电容器那样，电感器组件1100也与AC功率输出并联。电感器组件包括五个开关电感器1110、1120、1130、1140和1150。电感器组件还包括可配置连接器1105，连接器1105可被配置地将开关电容器1110-1150互联。每个开关电感器接收来自控制器(例如VAR控制模块242内部的微控制器720)的开关驱动信号，所述开关驱动信号确定是否切入或切出开关电感器以供功率因子调整。
在一些实施例中，VAR控制操作能够在所有四个象限中针对Φ提供位移功率因子校正。为了提供实现四象限功率因子校正所需的电感值的全范围，系统的VAR控制必须能够接入大电感值。此外，由于这是电力产生系统，必须使用能够处理大电流量而不达到磁饱和的电感器。这需要使用通常物理上大体积的电感器(一些重达超过8kg)。因此一些实施例仅针对相位的组合功率输出含入开关电感器，而不是在单独的微逆变器中。
在一些实施例中，基于产生用于注入电网的电流的量，来依次切入电感器组件1100的各种电感器。在这些实施例的一些中，如果在AC功率输出两端产生的电流使当前切入的电感器饱和，则切入附加的电感器，以处理附加的电流并避免磁饱和。
在示例电感器组件1100中，四个开关电感器(1110-1140)具有较小的类似或等同的电感值(204mH)，而第五电感器(1150)具有较大的电感值(816mH)。通过可配置连接器1105来互联5个开关电感器，可配置连接器1105具有四个端子(1A、1B、2和3)。开关电感器1110连接端子1B与AC功率输出。开关电感器1120连接端子1A和地，开关电感器1130连接端子2和地，并且开关电感器1140连接端子3与地。最大电感器1150连接端子1A和端子1B二者，允许其与开关电感器1110和开关电感器1120-1140均串联。
连接器1105允许以多种不同配置来连接组件1100中的五个开关电感器。例如，连接器1100允许与AC功率输出(1110)连接的电感器1100与大电感器(1150)串联，并与连接参考地的电感器(1130-1150)串联。连接器还可以对大电感器1150旁路，并允许开关电感器1110直接与开关电感器1130-1150串联。还可以基于开关电感器1110-1150的每一个所接收到的开关驱动信号来切入或切出开关电感器1110-1150的每一个。因此，电感器组件1100还能够提供各种不同的电感值。
图12a示出了一些实施例的开关电感器1200。开关电感器包括两个连接端口1201和1202、电感器1210和一个背对背的MOSFET对1220。通过开关驱动信号来导通或截止MOSFET 1220。当切入开关电感器时，允许电流流经电感器1210，并提供所需的电感。在一些实施例中，开关电感器1110、1120和1150使用开关导体1200的实施方式。连接端口1201和1202用于与AC功率输出、地或可配置连接器1105连接。例如，针对开关连接器1110，端口1201用于连接AC功率输出，而端口1202用于连接可配置的连接器端口1B。
图12b示出了一些实施例的另一开关电感器1250。除了具有两个背对背MOSFET对而不是一对之外，开关电感器1250与开关电感器1200类似。在一些实施例中，开关电感器1130和1140使用开关导体1250的实施方式。
在一些实施例中，切入/切出输出两端的并联的电容器或电感器的设备可以是电动机械设备。在一些实施例中，采用三端双向可控硅开关作为电开关，由于这在处理功率浪涌中特别有效。当采用三端双向可控硅开关时，可以通过定时为当通过设备的电流增加时(使得它闩锁)而提供的单个脉冲(或电流)，或者通过脉冲串(其放松了定时要求)来导通三端双向可控硅开关。在实施例中，用单个脉冲来导通设备可能是优选的，原因在于需要更少的功率。
在采用电子开关设备的一些实施例中，开关设备基本上在电网电压的峰值处导通(或截止)。这是因为无功元件中的电流是与该电压90°异相的，并且因此，峰值电网电压与基本为零的电容器电流一致。然而，初始地可以在电网电压的过零处切入电子开关设备，以减小对VAR控制无功元件的应力。
因此，在采用三端双向可控硅开关的情况下，在一些实施例中首先在电网电压的过零处导通三端双向可控硅开关。在本方法的一些实施例中，功率因子控制器可以被配置为针对电网功率的至少一个完整周期来产生脉冲串，以控制导通三端双向可控硅开关，优选地针对电网功率的多个周期(例如多于5个或10个完整周期)来产生脉冲串。然后，在切换瞬态平息的允许时间之后，可以通过基本上在ac功率的峰值电压处的单个脉冲或脉冲串来驱动三端双向可控硅开关。
II VAR控制算法
VAR控制模块中的各种开关电容器和开关电感器的可用性允许对位移功率因子进行精确的、递增的控制。具体地，通过递增地增加AC功率输出两端的电容器的数量，一些实施例以用逐步的方式来增加施加的总电容，以控制电源的位移功率因子。在一些实施例中，可以通过采用足够小的步伐，使所需的功率因子响应逼近任意精确度。实践中，步伐的数量取决于系统所允许的容限。在一些实施例中，电容器或电感器的切入/切出可以采用相位控制来控制电容器切入的ac周期的比例，以提供可变程度的功率因子补偿。一些实施例在依赖于开关电容器的阵列来在超前功率因子的方向上提供细粒度的功率因子调整之前，使用开关电感器以在滞后于功率因子的方向上提供粗功率因子调整。在一些实施例中，存在来自逆变器模块的加和后的功率的阈值电平，低于该阈值电平时，没有逆变器模块的电容器或电感器在它们相应ac输出两端连接。
针对其中微逆变器也能够执行至少一部分VAR控制操作的实施例，控制系统的功率因子的方法包括以下设计步骤：选择多个太阳能逆变器模块中的一个或两个(以及它们相应的评定等级)，以及每个逆变器模块中的多个可切换电容器(其中可以通过多个并联的物理器件来实现电容器)，以提供将位移功率因子逐步控制到所需的容限界限(例如+/-1％)内的设施。在实施例中，容限界限可以优于5％、3％、2％或1％(即，优于+/-2.5％、1.5％、1％或0.5％)。
如上所述，为了以足够精细的粒度来提供可能等价电容值的足够宽的范围，选择VAR控制的可用电容器值的阵列。电容器的选择还基于组件的成本和可用性。在一些实施例中，电容器组中的最小电容器值提供在最低所需操作功率处功率因子改变中的足够分辨率(例如最小所需全系统功率电平的5％)。在一些实施例中，改变最大电容器的电容，使得它们的电容是彼此的2次幂因子。在一些实施例中，对组中的至少一些电容器赋值，使得小于给定电容器的所有电容器值的和超过该给定电容器值。在一些实施例中，“大”电容器中最小的电容器小于所有“小”电容器值的和。在一些实施例中，针对多相位电力产生系统的一个相位的组合功率输出，通过VAR控制模块来执行对电容器值的选择。在一些实施例中，通过具有用于执行VAR控制的开关无功元件组的微逆变器来执行对电容器值的选择。
图13a和13b概念性地示出了具有各种“大”和“小”电容值的开关电容器的阵列如何用节约成本的方式以足够的粒度提供电容值的全范围。图13a示出了大电容器的使用，并且图13b示出了小电容器的使用。
如图13a中所示，示例VAR控制电路可用的电容值包括220nF、330nF、680nF、1.5uF、1.5uF、3.3uF、6.6uF、12uF、20uF、40uF和80uF(与图9中所示的那些相同)。在这些最大电容值中，电容值是彼此的2次幂因子。在电容值的该示例组中，三个最大的电容器的值为80u、40uF和20uF。这方便了通过二进制分解对电容器值的初始选择。这还允许VAR控制来提供20uF增加至140uF的电容值。将通过组中的较小的电容器来提供小于20uF的增加。
次最大的电容值包括12uF、6.6uF、3.3uF和1.5uF。这些电容值不精确地是彼此的2次幂，但是选作接近彼此的2次幂，使得小于给定电容器的所有电容器值的和超过给定的电容器值。例如，小于12uF的所有电容器值的和大于12uF(因为6.6uF+3.3uF+1.5uF+1.5uF+…＞12.9uF)，并且小于6.6uF的所有电容器值的和大于6.6uF(因为3.3uF+1.5uF+1.5uF+680nF+…＞6.98uF)。电容值的中等大小的组允许VAR控制以比1.8uF更精细的增量来提供电容值。由电容器的最小组提供比1.8uF更精细的电容值的增加。在一些实施例中，该中等大小的组中最大的电容器具有比大电容器组中的最小电容器小的电容值(其中电容值是彼此的2次幂因子)。
最小电容值包括1.5uF(尽管未作要求，在该示例中存在两个1.5uF的电容器)、680nF、300nF和200nF。不将这些值选为在彼此的2次幂处或2次幂附近。相反，选择这些值使得这些值的不同组合可以在0和1.8uF之间提供连续的精细粒度递增。图13b示出了由这些最小电容器的不同可能组合所提供的电容值的精细粒度分辨率。
图13b示出了电容值1.5uF、680nF、300nF和200nF的所有不同的可能组合。如所示的，这四个电容值的可能组合是220nF、330nF、550nF、680nF、900nF、1.01uF、1.23uF、1.5uF和1.72uF。这些最小的电容器提供从0到1.8uF的220nF、110nF、220nF、130nF、220nF、210nF、220nF、270nF和220nF的增量(粒度不比270nF粗)。换言之，使用从80uF至220nF的全部11个可用的电容器，VAR控制能够以270nF或更细的分辨率来提供从0到大于160uF的电容值。在一些实施例中，在查找表中存储最小电容器的不同组合，该查找表是由不同组合的总电容值来索引的，因此系统能够查找给出最接近的总电容的组合，而不是必须实际尝试每一种组合。
这些电容器的选择用于满足所需的容限限制。但是还通过在市场中容易以合适的成本得到的器件，对选择做出导向。该方法允许VAR控制器以足够精细的粒度来提供功率因子校正，而不必须仅使用精确2次幂因子的电容器，其可能是昂贵的或难于获得的。
针对一些实施例，图14概念性地示出了为了执行功率因子校正或VAR控制，用于选择要切入或切出的无功元件的过程1400。在一些实施例中作为过程800的操作860的一部分，通过电力产生系统来执行过程1400。针对一些执行多相位电力产生系统中的VAR控制的实施例，该过程在系统已经基于特定相位的总功率输出(例如，通过将该相位的单独微逆变器的功率输出相加)和该相位的位移功率因子(例如，通过测量该相位的注入功率的电流和电压)确定了该特定相位的必需功率因子调整之后开始。
过程1400(在1410中)接收必需功率因子调整。然后，(在1420中)过程计算针对必需功率因子调整的所需电容。换言之，过程1400计算需要切入多少电容，用于系统的功率因子，以与当前功率输出电平处的电网要求相匹配。
该过程然后(在1425中)确定所需的电容值是正量还是负量。如果电流的相位以多于电网要求而滞后于电压的相位，或者如果电流的相位以少于电网要求而超前于电压的相位，则该所需的电容值为正量。相反，.如果电流的相位以多于电网要求而超前于电压相位，或者如果电流的相位以少于电网要求而滞后于电压的相位，则该所需的电容值为负量。能够从例如图1和3中所示的功率因子图的观点来看出这一点。当系统的功率因子低于目标功率因子时，所需电容为正，并且当系统的功率因子高于目标功率因子时，所需电容为负。如果所需电容值是正量，则过程进行至1440。如果所需电容值是负量，则过程进行至1430。
在1430中，过程确定将哪个电感器切入电路。当要切入的所需电容值为负时，一些实施例在AC功率输出两端切入电感器，以实现必要功率因子校正。由于电感器的物理和成本限制，使得通过单独使用电感器(能够处理由功率产生系统所产生的电流的电感器是物理大体积的)实现细粒度功率因子校正成本过高，一些实施例在使用开关电容器实现具有足够分辨率的目标功率因子之前切入足够的电感器以超调目标位移功率因子。一旦过程已经确定要切入哪个电感器，则它进行至1440来计算剩余所需电容。
在1440中，过程计算剩余所需电容。一旦已经识别了要切入的一些开关电容器或电感器，则过程确定还需要切入多少电容以实现目标功率因子。在一些实施例中，该剩余被称为剩余所需电容。在针对功率因子校正已经识别了用于切入的VAR控制中的任意无功元件之前，将剩余所需电容初始地设置为操作1420中所计算的功率因子调整的总所需电容。在一些实施例中，该量总为正(如果所需电容为负，则操作1430中过程应当已经切入了足够的电感来超调目标功率因子)。
过程然后确定(1445)该剩余所需电容是否大于小电容的阈值。该阈值确定所述过程是否应当开始尝试剩余小电容器的不同组合，以实现目标功率因子。在图13a-b的示例中，该阈值是1.8uF。换言之，如果剩余所需电容小于1.8uF，则过程将开始尝试剩余小电容器1.5uF、680nF、330nF、220nF的不同组合。如果剩余小于阈值，则过程进行至1470以尝试小电容的那些不同组合。如果剩余大于该阈值，则过程进行至1450。
在1450中，过程识别小于剩余所需电容的最大可用电容器。在该上下文中，如果电容器尚未被选择用于切入，则电容器“可用”。在返回1440以计算下一个剩余所需电容之前，过程选择(在1460中)要切入的所识别的电容器。
过程尝试(在1470中)小电容的每一个组合，以找到产生最接近目标功率因子的功率因子调整的组合。在一些实施例中，通过查找存储这些小电容器的所有可能组合的表格来执行该操作，而不是实际的尝试每一个可能的组合。在一些实施例中，最终的功率因子调整可以超调目标功率因子。在找到最小电容器的合适组合之后，过程(在1480中)在AC输出的两端切入所选的电容器和/或电感器以实现功率因子调整。在实现功率因子校正之后，过程1400结束。
图15-16图形化地示出了由一些实施例执行的功率因子调整。为了简单目的，图15-16示出了当目标功率因子是单位1(Φ＝0and Cos(Φ)＝1.0)时，即当电流既不过激励也不欠激励时。然而，本领域技术人员将理解目标功率因子不必须是单位1，并且电流的目标相位不必是电压的相位。通过示出电流相位与电压相位(或电流的目标相位)之间的相位差并且还通过示出切换无功元件的操作来说明功率因子调整。
图15示出了当所需功率因子调整需要负电容值时(即，当电流的相位以多于所需的角度超前于电压相位时)的功率因子调整。图15示出了三个阶段1501-1503中的功率因子调整。每个阶段示出了电压和电流的相位的图和可切换无功元件的图。
在第一阶段1501中，没有无功元件已切入，并且电流超前于电压(即过激励)。在第二阶段1502中，系统已经切入了足够的电感器来超调电压的相位(即当目标功率因子是单位1时的目标功率相位)，使得电流的相位实际上滞后于电压的相位(目标相位)。在第三阶段1503中，系统切入电容器以对得到的功率因子进行微调，以尽可能的使电流相位接近电压相位(目标相位)。
图16示出了当所需功率因子调整需要正电容值时(即，当电流的相位以多于所需的角度滞后于电压相位时)的功率因子调整。图16示出了三个阶段1601-1603中的功率因子调整。每个阶段示出了电压和电流的相位的图和可切换无功元件的图。
在第一阶段1601中，没有无功元件已切入，并且电流滞后于电压(即欠激励)。在第二阶段1602中，系统已经切入了一些大电容器，而不超调电压的相位(即当目标功率因子是单位1时的目标功率相位)。在第三阶段1603中，系统切入小电容器对得到的功率因子进行微调，以尽可能的使电流相位接近电压相位(目标相位)。
III多相位系统的系统控制
如所述，系统控制器控制多相位电力供应系统。在一些实施例中，系统控制器是对于多相位电力产生系统的网关控制器，用户可以通过系统控制器来监视并控制系统的操作。在一些实施例中，系统控制器还对多相系统的不同相位之间的电力产生操作进行协调。在一些实施例中，系统控制器收集来自系统中的每个微逆变器的功率输出读数并执行对不同相位之间的功率输出电平的平衡。然后每个相位的VAR控制使用平衡后的功率输出电平来校正该相位的功率因子。
在不同的实施例中系统控制器在VAR控制操作中起到不同的作用。在一些实施例中，系统控制器接收针对所有相位在电网处的电流和电压测量，并通过直接向所有相位的VAR控制模块中的开关无功元件提供开关驱动来直接针对所有相位执行VAR控制。在一些实施例中，系统控制器向这些不同相位的VAR控制模块提供不同相位的电网电流和电压测量，并使这些VAR控制模块中的微控制器独立产生开关驱动。在一些实施例中，系统控制器根本不参与VAR控制，而是允许VAR控制模块独立获得对电流和电压的电网测量并执行VAR控制。
图17示出了三相电力产生系统1700，在三相电力产生系统1700中系统控制器1710直接产生向开关电容器和电感器的每一个的开关驱动。三相电力产生系统1700包括系统控制器1710、微逆变器1721-1729、组合器1731-1733、VAR控制器1741-1743、电网传感器1750和三相位AC电网接合点1770。
通过相位A的组合器1731来组合微控制器1721-1723的AC功率输出，并且VAR控制器1741执行对相位A的组合功率的功率因子校正，并将相位A的VAR控制后的AC功率输出注入电网接合点1770。通过相位B的组合器1732来组合微控制器1724-1726的AC功率输出，并且VAR控制器1742执行对相位B的组合功率的功率因子校正，并将相位B的VAR控制后的AC功率输出注入电网接合点1770。通过相位C的组合器1733来组合微控制器1727-1729的AC功率输出，并且VAR控制器1743执行对相位C的组合功率的功率因子校正，并将相位C的VAR控制后的AC功率输出注入电网接合点1770。
系统控制器1710是三相VAR补偿器单元1740的一部分，三相VAR补偿器单元1740还涵盖三个VAR控制器1741-1743。系统控制器1710接收来自微逆变器1721-1729的每一个的功率输出测量，并向这些微逆变器发送消息以平衡它们的功率电平。该通信可以是有线通信网络(例如，电力线通信或PLC)或无线通信网络(例如ZigBee)。系统控制器1710还接收来自电网传感器1750的电网电压和电流测量，并基于三个相位的功率输出电平来执行全部三个相位的功率因子调整计算。系统控制器然后产生对VAR控制器的每一个的开关驱动信号，并控制每个单独的开关电容器和电感器。在一些实施例中，当系统控制器直接提供开关驱动时，VAR控制器不包括它们自身的微控制器。
图18示出了三相电力产生系统1800，在三相电力产生系统1800中系统控制器1810向不同相位的VAR控制模块提供这些不同相位的电网电流和电压测量，并使这些VAR控制模块中的微控制器产生开关驱动。三相电力产生系统1800包括系统控制器1810、微逆变器1821-1829、组合器1831-1833、VAR控制器1841-1843、电网传感器1850和三相位AC电网接合点1870。
通过相位A的组合器1831来组合微控制器1821-1823的AC功率输出，并且VAR控制器1841执行对相位A的组合功率的功率因子校正，并将相位A的VAR控制后的AC功率输出注入电网接合点1870。通过相位B的组合器1832来组合微控制器1824-1826的AC功率输出，并且VAR控制器1842执行对相位B的组合功率的功率因子校正，并将相位B的VAR控制后的AC功率输出注入电网接合点1870。通过相位C的组合器1833来组合微控制器1827-1829的AC功率输出，并且VAR控制器1843执行对相位C的组合功率的功率因子校正，并将相位C的VAR控制后的AC功率输出注入电网接合点1870。
不同于系统控制器1710，系统控制器1810不与VAR控制器1841-1843集成在一起，VAR控制器1841-1843是3相VAR补偿器单元1830的一部分。系统控制器1810接收来自微逆变器1821-1829的每一个的功率输出测量，并向这些微逆变器发送消息以平衡它们的功率电平。系统控制器然后向VAR控制器1841-1843发送所得到的不同相位的功率电平。系统控制器1810还从电网传感器1850接收电网电压和电流测量并将这些读数中继至VAR控制器1841-1843，VAR控制器1841-1843的每一个包括用于执行功率因子调整计算的微控制器并提供开关驱动信号。在一些实施例中，系统控制器1810、VAR控制器1841-1843和微逆变器1821-1829全部在同一通信网络中。该通信可以是有线通信网络(例如，电力线通信或PLC)或无线通信网络(例如ZigBee)。
图19示出了三相电力产生系统1900，在三相电力产生系统1900中系统控制器1910不直接参与VAR控制，而是允许VAR控制模块获得电流和电压的电网测量，并自身执行VAR控制。三相电力产生系统1900包括系统控制器1910、微逆变器1921-1929、组合器1931-1933、VAR控制器1941-1943、电网传感器1950和三相位AC电网接合点1970。
通过相位A的组合器1931来组合微控制器1921-1923的AC功率输出，并且VAR控制器1941执行对相位A的组合功率的功率因子校正，并将相位A的VAR控制后的AC功率输出注入电网接合点1970。通过相位B的组合器1932来组合微控制器1924-1926的AC功率输出，并且VAR控制器1942执行对相位B的组合功率的功率因子校正，并将相位B的VAR控制后的AC功率输出注入电网接合点1970。通过相位C的组合器1933来组合微控制器1927-1929的AC功率输出，并且VAR控制器1943执行对相位C的组合功率的功率因子校正，并将相位C的VAR控制后的AC功率输出注入电网接合点1970。
不同于系统控制器1810，系统控制器1910不从电网传感器接收电压和电流测量。相反，直接由VAR控制器获得电网传感器读数。在一些实施例中，VAR控制器与电网传感器1951-1953集成在一起。系统控制器1910接收来自微逆变器1921-1929的每一个的功率输出测量，并向这些微逆变器发送消息以平衡它们的功率电平。然后，系统控制器向VAR控制器1841-1843发送所得到的不同相位的功率电平。每个VAR控制器基于从系统控制器接收到的它的相位的总功率输出电平，来在它的微控制器中执行功率因子调整计算，并向它自身的开关电容器和开关电感器的集合提供开关驱动。
在一些实施例中，系统控制器1910、VAR控制器1941-1943和微逆变器1921-1929全部在同一通信网络中。该通信可以是有线通信网络(例如，电力线通信或PLC)或无线通信网络(例如ZigBee)。
图20概念性地示出了执行相位平衡和VAR控制的多相系统的过程2000。在一些实施例中，无论何时需要检查系统的功率输出电平以查看它们是否平衡以及位移功率因子是否符合电网要求，都开始该过程。这可能例如在阳光的强度由于一天的不同时段而改变时，或者由于太阳能面板的一部分变得阴影时发生。
该过程接收(在2010中)所有相位的功率读数。在一些实施例中，系统对每个微逆变器轮询它的功率输出电平，然后通过对那个相位的所有微逆变器的输出电平加和来计算每个相位的功率输出电平。在一些实施例中，该过程使用注入到电网中的电压和电流测量来确定每个相位的功率输出电平。
接下来，该过程确定(在2015中)不同相位的功率电平是否平衡。如果功率电平平衡，则过程进行至2050。如果相位之间的功率电平不平衡，则过程进行至2020。
在2020中，该过程接收来自所有相位的微逆变器的功率读数。在一些实施例中，仅当该过程尚不具有单独微逆变器的功率读数时才执行该操作。该过程然后计算(在2030中)每个微逆变器所需的功率电平调整，以平衡三个不同的相位。在一些实施例中，该过程确定针对微逆变器中的一些的新功率输出电平(增加输出电平或降低输出电平)。在一些实施例中，该过程选择要关闭或开启的一个或更多个微逆变器，以平衡三个相位的功率输出电平。然后该过程(在2040中)向单独的微逆变器发送那些功率电平调整，并返回2010以再次接收所有相位的功率读数。
一旦相位之间的功率电平平衡了，过程(在2050中)计算每个相位的更新后的总功率输出。基于该更新的、平衡的总功率输出，该过程(在2060中)通过将更新的相位的总功率输出除以额定最大功率电平，来计算每个相位的功率电平比值(P/PEmax)。然后过程进行至2070，针对每个相位执行VAR控制或功率因子调整。
该过程(在2070中)计算来自电网传感器的测量电压与测量电流之间的相位差(Φ)，并且(在2080中)基于所计算的Φ和P/PEmax来确定关于电网要求的每个相位的所需功率因子调整。基于计算出的每个相位的所需功率因子调整，为了每个相位的VAR控制，该过程(在2090中)选择一组用于切入的无功元件。然后过程2000结束。
为了符合不同区域要求，一些实施例提供在停止供电或部分停止供电期间的穿越。在一些实施例中，系统将在它检测到电压下跌时切入所有电容器，电压下跌指示了停止供电或部分停止供电状况。在一些实施例中，系统将保持电容器切入长达半个AC周期或持续任意时间段。
如上所述，尽管在太阳能光伏电力转换系统中采用了该技术的一些优选实施方式，原理上还可以在其他可再生电力产生系统中采用类似的技术，具体地，在多个相对小的电源连接在一起向电网提供电力的情况下。
在一些实施例中，系统控制器可以用硬件或软件(例如在微控制器或数字信号处理器)或者用二者的组合来实现。因此本发明还提供被配置为实现系统控制器的物理数据载体(例如光盘)上的处理器控制代码。该代码(和/或数据)可以包括用于控制处理器的代码，或用于设置或控制ASIC或FPGA的代码，或硬件描述语言的代码。
如本领域技术人员将理解的，系统控制器的功能或者可以在系统中的一个点处实现，或者可以在彼此通信的多个耦合组件之间分布。例如系统控制器的功能可以在逆变器模块和/或VAR控制器之间共享。
IV电力系统
图21概念性地示出了用于实现本发明的一些实施例的计算系统2100的示例。系统2100可以是单独的计算或通信设备，或者它可以是另一电子设备的一部分。如图21中所示，计算系统2100包括IC2105、总线2110、系统存储器2115、只读存储器2120、存储设备2125、输入设备2130、输出设备2135和通信接口2140。一些实施例中的IC2105实现多相位电力产生系统的系统控制器。一些实施例中的IC 2105实现VAR控制器模块内的控制器和/或微逆变器。
总线2110集体地表示与系统2100的各种内部设备通信地连接的所有系统、外围设备和芯片组互联(包括总线和非总线的互联结构)。例如，总线2110将IC 2015与只读存储器2120、系统存储器2115和永久存储设备2125通信地连接。总线2110可以是以下若干类型的总线结构中的任意一种，包括：存储器总线或存储器控制器、外围设备总线和使用各种传统总线结构的任意一种的本地总线。例如，总线2110架构可以包括以下标准架构的任意一种：PCI、PCI-Express、VESA、AGP、微通道(Microchannel)、ISA和EISA，仅作为示例。
IC 2105从这些各种存储单元中接收用于处理的数据。当IC 2015具有处理器时，IC还从各种存储单元中检索要执行的指令。只读存储器(ROM)2120存储IC 2105及系统2100的其他模块所需的静态数据和指令。
本发明的一些实施例使用大容量存储设备(例如用于对可移除盘进行读写的磁盘，或用于读取CD-ROM盘或对其他光介质进行读写的光盘)作为永久存储设备2125。其他实施例使用可移除存储设备(例如闪存卡或存储棒)作为永久存储设备2125。这些驱动器和它们相关联的计算机可读介质提供对系统2100的数据、数据结构、计算机可执行指令等的非易失性存储。尽管以上计算机可读介质的描述是指硬盘、可移除磁盘和CD，但是本领域技术人员应当理解还可以在示例操作环境中使用计算机可读的其他类型的介质，例如磁盒、数字视频盘等。
像存储设备2125那样，系统存储设备2115是读写存储设备。然而，不同于存储设备2125，系统存储器是易失性读写存储器(例如随机存取存储器)。通常，系统存储器2115可以是随机存取存储器(RAM)模块(例如SDRAM、DDR、RDRAM和DDR-2)的形式。系统存储器存储处理器在运行时所需的指令和数据的集合的一部分。
总线2110还与输入和输出设备2130和2135连接。输入设备2130使得用户能够向系统2100中输入信息。输入设备2130可以包括触敏屏、按键、按钮、键盘、光标控制器、触屏、操纵杆、扫描仪、麦克风等。输出设备2135显示系统2100的输出。输出设备2135包括打印机和显示设备，例如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)、等离子体、投影等。
最后，如图21所示，总线2110还通过通信接口2140将系统2100和其他设备耦合。通信接口2140的示例包括与计算机网络连接的网络适配器，或用于与其他设备通信的有线或无线收发机。通过通信接口2140，系统2100可以是计算机网络的一部分(例如局域网(“LAN”)、广域网(“WAN”、或内联网)或网络中的网络(例如互联网)。通信接口2140可以使用无线技术提供这种连接，包括数字蜂窝电话连接、蜂窝数字分组数据(CDPD)连接、数字卫星数据连接等。
尽管已经参照各种特定细节描述了本发明，本领域技术人员将认识到本发明可以用其他特定形式来体现。例如，许多存储电路可以在除以上所描述的那些IC以外的其他IC中使用，包括不包含有可配置电路的IC(例如纯ASIC、处理器等)。因此，本领域技术人员将理解本发明不受前述说明性的细节限制，而是由所附的权利要求来定义。

Claims (26)

1.一种多相位电力产生系统，包括：
用于将DC功率转换为AC功率的多组逆变器；
多个ac电流组合器，每个组合器用于将来自所述多组逆变器中一组逆变器的功率输出组合到针对多相位电力产生系统的一个相位的组合ac功率输出中；以及
多个无功功率补偿器，每个无功功率补偿器包括一组无功元件，每个无功元件可切换以与所述组合ac功率输出连接，以执行针对多相位电力产生系统的一个相位的功率因子调整。
2.根据权利要求1所述的多相位电力产生系统，其中所述一组无功元件包括多个电容器和多个电感器。
3.根据权利要求1或2所述的多相位电力产生系统，其中每个逆变器是用于转换来自一个太阳能面板的光伏(PV)电池的DC功率的微逆变器。
4.根据权利要求1所述的多相位电力产生系统，其中逆变器不具有可切换无功元件。
5.根据权利要求1或2所述的多相位电力产生系统，其中逆变器包括用于联合执行功率因子调整的可切换无功元件。
6.根据权利要求1或2所述的多相位电力产生系统，还包括用于平衡不同相位之间的功率输出电平的系统控制器。
7.根据权利要求6所述的多相位电力产生系统，其中针对一个相位的功率因子调整基于在系统控制器已经平衡了不同相位之间的功率输出电平之后所述相位的功率输出电平。
8.根据权利要求1或2所述的多相位电力产生系统，其中针对一个相位的功率因子调整基于功率电平比值，根据所述相位的功率输出电平相对于所述相位的额定最大功率输出计算所述功率电平比值。
9.根据权利要求8所述的多相位电力产生系统，其中所述相位的功率输出电平基于从产生所述相位的ac功率的逆变器收集到的功率输出电平。
10.根据权利要求8所述的多相位电力产生系统，其中功率因子调整还基于所述功率电平比值处的所需功率因子。
11.根据权利要求10所述的多相位电力产生系统，其中针对所述相位的功率因子调整还基于所述功率电平比值处的所需功率因子与所述相位的位移功率因子之间的差异。
12.根据权利要求11所述的多相位电力产生系统，其中所述相位的位移功率因子基于被注入ac电网干线中的AC功率的电流测量值和电压测量值。
13.根据权利要求1或2所述的多相位电力产生系统，其中每个无功功率补偿器包括微控制器，所述微控制器用于产生针对所述一组无功元件的一组开关驱动。
14.根据权利要求13所述的多相位电力产生系统，其中无功功率补偿器的微控制器在具有所述多组逆变器的通信网络中。
15.根据权利要求14所述的多相位电力产生系统，其中通信网络包括网关控制器，所述网关控制器用于监视并控制多相位电力产生系统。
16.根据权利要求15所述的多相位电力产生系统，其中网关控制器还用于平衡多相位电力产生系统的不同相位的功率电平。
17.一种通过多相位电力产生系统补偿无功功率的方法，所述方法包括：
将针对多相位系统的一个相位的多个逆变器所产生的ac功率输出组合到针对所述相位的一个组合AC功率输出中；
接收被注入到电网干线中的组合AC功率的电流测量值和电压测量值；以及
基于所述电流测量值和电压测量值，从一组无功元件中选择要切入并与组合ac输出并联的无功功率元件。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述一组无功元件包括多个电容器和多个电感器。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其中每个逆变器是用于转换来自一个太阳能面板的光伏(PV)电池的DC功率的微逆变器。
20.根据权利要求17或18所述的方法，其中逆变器不具有可切换无功元件。
21.根据权利要求17或18所述的方法，还包括平衡不同相位之间的功率输出电平。
22.根据权利要求21所述的方法，其中无功元件的选择还基于在所述平衡之后所述相位的功率输出电平。
23.根据权利要求17或18所述的方法，其中无功元件的选择包括：基于相对于所述相位的额定最大功率输出的所述相位的功率输出电平，计算功率电平比值。
24.根据权利要求23所述的方法，其中计算所述相位的功率输出电平包括：从产生针对所述相位的ac功率的逆变器收集功率输出电平。
25.根据权利要求23所述的方法，其中无功元件的选择还包括：确定计算出的功率电平比值处的所需功率因子。
26.根据权利要求17或18所述的方法，其中无功元件的选择包括：确定所述相位的位移功率因子与所需功率因子之间的差异，其中所述方法还包括：根据接收的电流测量值和电压测量值来计算位移功率因子。
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Families Citing this family (63)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10693415B2 (en) 2007-12-05 2020-06-23 Solaredge Technologies Ltd. Testing of a photovoltaic panel
US11881814B2 (en) 2005-12-05 2024-01-23 Solaredge Technologies Ltd. Testing of a photovoltaic panel
US11728768B2 (en) 2006-12-06 2023-08-15 Solaredge Technologies Ltd. Pairing of components in a direct current distributed power generation system
US8013472B2 (en) 2006-12-06 2011-09-06 Solaredge, Ltd. Method for distributed power harvesting using DC power sources
US11735910B2 (en) 2006-12-06 2023-08-22 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power system using direct current power sources
US8531055B2 (en) 2006-12-06 2013-09-10 Solaredge Ltd. Safety mechanisms, wake up and shutdown methods in distributed power installations
US9088178B2 (en) 2006-12-06 2015-07-21 Solaredge Technologies Ltd Distributed power harvesting systems using DC power sources
US11888387B2 (en) 2006-12-06 2024-01-30 Solaredge Technologies Ltd. Safety mechanisms, wake up and shutdown methods in distributed power installations
US8618692B2 (en) 2007-12-04 2013-12-31 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power system using direct current power sources
US11687112B2 (en) 2006-12-06 2023-06-27 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power harvesting systems using DC power sources
US8384243B2 (en) 2007-12-04 2013-02-26 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power harvesting systems using DC power sources
US11296650B2 (en) 2006-12-06 2022-04-05 Solaredge Technologies Ltd. System and method for protection during inverter shutdown in distributed power installations
US8963369B2 (en) 2007-12-04 2015-02-24 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power harvesting systems using DC power sources
US8816535B2 (en) 2007-10-10 2014-08-26 Solaredge Technologies, Ltd. System and method for protection during inverter shutdown in distributed power installations
US8319471B2 (en) 2006-12-06 2012-11-27 Solaredge, Ltd. Battery power delivery module
US8947194B2 (en) 2009-05-26 2015-02-03 Solaredge Technologies Ltd. Theft detection and prevention in a power generation system
US11569659B2 (en) 2006-12-06 2023-01-31 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power harvesting systems using DC power sources
US9112379B2 (en) 2006-12-06 2015-08-18 Solaredge Technologies Ltd. Pairing of components in a direct current distributed power generation system
US9130401B2 (en) 2006-12-06 2015-09-08 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power harvesting systems using DC power sources
US8319483B2 (en) 2007-08-06 2012-11-27 Solaredge Technologies Ltd. Digital average input current control in power converter
US11309832B2 (en) 2006-12-06 2022-04-19 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power harvesting systems using DC power sources
US8473250B2 (en) 2006-12-06 2013-06-25 Solaredge, Ltd. Monitoring of distributed power harvesting systems using DC power sources
US11855231B2 (en) 2006-12-06 2023-12-26 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power harvesting systems using DC power sources
US11264947B2 (en) 2007-12-05 2022-03-01 Solaredge Technologies Ltd. Testing of a photovoltaic panel
EP2232690B1 (en) 2007-12-05 2016-08-31 Solaredge Technologies Ltd. Parallel connected inverters
US9291696B2 (en) 2007-12-05 2016-03-22 Solaredge Technologies Ltd. Photovoltaic system power tracking method
WO2009072076A2 (en) 2007-12-05 2009-06-11 Solaredge Technologies Ltd. Current sensing on a mosfet
US8111052B2 (en) 2008-03-24 2012-02-07 Solaredge Technologies Ltd. Zero voltage switching
EP2294669B8 (en) 2008-05-05 2016-12-07 Solaredge Technologies Ltd. Direct current power combiner
GB2485527B (en) 2010-11-09 2012-12-19 Solaredge Technologies Ltd Arc detection and prevention in a power generation system
US10673222B2 (en) 2010-11-09 2020-06-02 Solaredge Technologies Ltd. Arc detection and prevention in a power generation system
US10673229B2 (en) 2010-11-09 2020-06-02 Solaredge Technologies Ltd. Arc detection and prevention in a power generation system
US10230310B2 (en) 2016-04-05 2019-03-12 Solaredge Technologies Ltd Safety switch for photovoltaic systems
GB2486408A (en) 2010-12-09 2012-06-20 Solaredge Technologies Ltd Disconnection of a string carrying direct current
GB2483317B (en) 2011-01-12 2012-08-22 Solaredge Technologies Ltd Serially connected inverters
US8995151B2 (en) * 2011-02-03 2015-03-31 Alstom Technology Ltd Power electronic converter
US8570005B2 (en) 2011-09-12 2013-10-29 Solaredge Technologies Ltd. Direct current link circuit
GB2497275A (en) 2011-11-25 2013-06-12 Enecsys Ltd Modular adjustable power factor renewable energy inverter system
GB2498365A (en) 2012-01-11 2013-07-17 Solaredge Technologies Ltd Photovoltaic module
GB2498790A (en) 2012-01-30 2013-07-31 Solaredge Technologies Ltd Maximising power in a photovoltaic distributed power system
GB2498791A (en) 2012-01-30 2013-07-31 Solaredge Technologies Ltd Photovoltaic panel circuitry
US9853565B2 (en) 2012-01-30 2017-12-26 Solaredge Technologies Ltd. Maximized power in a photovoltaic distributed power system
GB2499991A (en) 2012-03-05 2013-09-11 Solaredge Technologies Ltd DC link circuit for photovoltaic array
US10115841B2 (en) 2012-06-04 2018-10-30 Solaredge Technologies Ltd. Integrated photovoltaic panel circuitry
US9941813B2 (en) 2013-03-14 2018-04-10 Solaredge Technologies Ltd. High frequency multi-level inverter
US9548619B2 (en) 2013-03-14 2017-01-17 Solaredge Technologies Ltd. Method and apparatus for storing and depleting energy
EP2779251B1 (en) 2013-03-15 2019-02-27 Solaredge Technologies Ltd. Bypass mechanism
JP6176121B2 (ja) * 2014-01-10 2017-08-09 住友電気工業株式会社 電力変換装置及び三相交流電源装置
US9318974B2 (en) 2014-03-26 2016-04-19 Solaredge Technologies Ltd. Multi-level inverter with flying capacitor topology
US9899869B1 (en) * 2014-09-03 2018-02-20 Bentek Corporation Photo voltaic (PV) array-shedding and storage system
JP6088559B2 (ja) * 2015-02-03 2017-03-01 ファナック株式会社 通信システム
US10126721B2 (en) * 2015-02-18 2018-11-13 Enphase Energy, Inc. Method and apparatus for activation and de-activation of power conditioners in distributed resource island systems using low voltage AC
US11177663B2 (en) 2016-04-05 2021-11-16 Solaredge Technologies Ltd. Chain of power devices
US11018623B2 (en) 2016-04-05 2021-05-25 Solaredge Technologies Ltd. Safety switch for photovoltaic systems
CN106099971B (zh) * 2016-05-18 2018-08-07 艾思玛新能源技术（江苏）有限公司 提高单相光伏逆变器对弱电网的适应性的控制方法及系统
CN106230003B (zh) * 2016-08-22 2019-08-13 阳光电源股份有限公司 一种级联多电平逆变系统及其调制方法和控制器
US10541535B2 (en) * 2017-04-18 2020-01-21 Kilowatt Labs, Inc. Apparatus and method for aggregating and supplying energy to a load
US10027120B1 (en) * 2017-09-01 2018-07-17 Edge Electrons Limited System and method for high efficiency power quality correction
CN109873432B (zh) 2017-12-04 2023-04-28 逸节电子有限公司 用于在电网中进行功率因数和谐波校正的系统
US10511187B2 (en) * 2017-12-11 2019-12-17 LT Lighting (Taiwan) Corp. Energy utilization point tracker inverter
CN112653178B (zh) * 2019-10-12 2023-06-20 株洲变流技术国家工程研究中心有限公司 一种分布式光伏电站系统以及无功自平衡控制方法
EP4156439A4 (en) * 2020-06-23 2023-07-26 Huawei Digital Power Technologies Co., Ltd. POWER COORDINATION METHOD FOR PHOTOVOLTAIC POWER PLANT AND POWER PLANT
US11916396B2 (en) 2021-06-08 2024-02-27 GE Grid GmbH Systems and methods for control of power generation assets

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2164147A2 (en) * 2008-09-15 2010-03-17 General Electric Company Reactive power compensation in solar power system
CN101895127A (zh) * 2009-05-20 2010-11-24 通用电气公司 功率产生装置分布式逆变器
DE202010006020U1 (de) * 2010-04-22 2011-08-29 Voltwerk Electronics Gmbh Einspeisevorrichtung

Family Cites Families (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2367925A (en) 1942-05-15 1945-01-23 Westinghouse Electric & Mfg Co Power line synchronizing and control system
US4104687A (en) 1976-11-24 1978-08-01 S&C Electric Company Device for detecting unbalanced conditions in a polyphase equipment bank
DE2810534C2 (de) 1978-03-10 1983-10-20 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Rundsteueranlage
US4453207A (en) 1982-03-31 1984-06-05 Best Energy Systems For Tomorrow, Inc. DC To AC power inverter
DE3236071A1 (de) 1982-07-09 1984-01-12 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Vorrichtung zur paralleleinspeisung in ein wechsel- oder drehstromnetz
US4545997A (en) 1983-03-21 1985-10-08 Hershey Foods Corporation Process of manufacturing candy bars containing wafers and wafer bars manufactured thereby
US4554502A (en) 1983-05-06 1985-11-19 Frederick Rohatyn Power factor correction system
JPS6079417A (ja) 1983-10-06 1985-05-07 Nishimu Denshi Kogyo Kk 同期制御手段不要の太陽電池用電力変換装置
US4683529A (en) 1986-11-12 1987-07-28 Zytec Corporation Switching power supply with automatic power factor correction
US4772994A (en) 1987-09-10 1988-09-20 Nishimu Electronics Industries, Co., Ltd. Power source using high-frequency phase control
AU655889B2 (en) 1992-06-24 1995-01-12 Kabushiki Kaisha Toshiba Inverter protection device
US5329222A (en) 1992-11-30 1994-07-12 Westinghouse Electric Corporation Apparatus and method for dynamic voltage restoration of utility distribution networks
DE4427077C1 (de) 1994-07-30 1996-03-21 Fraunhofer Ges Forschung Vorrichtung zum Ladungsaustausch zwischen einer Vielzahl von in Reine geschalteten Energiespeichern oder -wandlern
US5576941A (en) 1994-08-10 1996-11-19 York Technologies, Inc. Modular power supply system
US5734565A (en) 1996-08-16 1998-03-31 American Superconductor Corporation Reducing switching losses in series connected bridge inverters and amplifiers
DE19639279C2 (de) 1996-09-25 2002-01-17 Daimlerchrysler Rail Systems Stromrichterschaltung
EP1057234A4 (en) 1997-11-24 2007-10-31 Robert H Wills PROCESS FOR AVOIDING THE ISLAND OPERATION AND DEVICE FOR PRODUCING DISTRIBUTED ENERGY
US6429546B1 (en) 1998-11-20 2002-08-06 Georgia Tech Research Corporation Systems and methods for preventing islanding of grid-connected electrical power systems
US6239997B1 (en) 2000-09-01 2001-05-29 Ford Motor Company System for connecting and synchronizing a supplemental power source to a power grid
US6888263B2 (en) 2001-05-23 2005-05-03 Ebara Corporation Gas turbine generator
US7002321B2 (en) 2001-06-05 2006-02-21 Mcdaniel William D Automatic power factor correction using power measurement chip
KR20040007652A (ko) 2001-06-05 2004-01-24 윌리암 디. 맥다니엘 자동 역률보정시스템
EP1339153B1 (de) 2002-02-19 2011-10-05 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Einrichtung zum Anschluss eines Gebäudes oder dgl. an ein elektrisches Niederspannungsnetz
JP2004312994A (ja) 2003-03-27 2004-11-04 Tokyo Rika Daigaku Kagaku Gijutsu Koryu Center 受動型発電装置出力システム用パワーコンディショナ
US7095597B1 (en) 2003-04-30 2006-08-22 Clipper Windpower Technology, Inc. Distributed static var compensation (DSVC) system for wind and water turbine applications
GB2415841B (en) 2004-11-08 2006-05-10 Enecsys Ltd Power conditioning unit
US7142997B1 (en) 2004-12-08 2006-11-28 Tripac Systems, Inc. Automatic power factor corrector
US20070017972A1 (en) * 2005-07-19 2007-01-25 Han-Ping Chen Credit card verification enhancement system
GB2454389B (en) 2006-01-13 2009-08-26 Enecsys Ltd Power conditioning unit
US7660135B2 (en) 2007-05-23 2010-02-09 Hamilton Sundstrand Corporation Universal AC high power inveter with galvanic isolation for linear and non-linear loads
US7787270B2 (en) 2007-06-06 2010-08-31 General Electric Company DC-DC and DC-AC power conversion system
WO2009081205A2 (en) 2007-12-20 2009-07-02 Enecsys Limited Grid synchronisation
WO2009140548A2 (en) 2008-05-14 2009-11-19 National Semiconductor Corporation System and method for an array of intelligent inverters
US7940029B2 (en) * 2008-07-02 2011-05-10 American Superconductor Corporation Static VAR corrector
US7768155B2 (en) 2008-10-10 2010-08-03 Enphase Energy, Inc. Method and apparatus for improved burst mode during power conversion
US8129958B2 (en) 2009-03-25 2012-03-06 Evergreen Micro Devices Co., Ltd. Transition mode power factor correction device with built-in automatic total harmonic distortion reduction feature
US8954203B2 (en) * 2009-06-24 2015-02-10 Tigo Energy, Inc. Systems and methods for distributed power factor correction and phase balancing
JP6086867B2 (ja) 2010-10-25 2017-03-08 ブルーム エナジー コーポレーション 燃料電池制御装置および方法
GB2485335B (en) 2010-10-25 2012-10-03 Enecsys Ltd Renewable energy monitoring system
GB2497275A (en) 2011-11-25 2013-06-12 Enecsys Ltd Modular adjustable power factor renewable energy inverter system
US8648498B1 (en) * 2012-11-19 2014-02-11 Renewable Power Conversion, Inc Photovoltaic power system with distributed photovoltaic string to polyphase AC power converters
US9257837B2 (en) * 2013-01-04 2016-02-09 Solarcity Corporation Power balancing in a multi-phase system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2164147A2 (en) * 2008-09-15 2010-03-17 General Electric Company Reactive power compensation in solar power system
CN101895127A (zh) * 2009-05-20 2010-11-24 通用电气公司 功率产生装置分布式逆变器
DE202010006020U1 (de) * 2010-04-22 2011-08-29 Voltwerk Electronics Gmbh Einspeisevorrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
EP2987218A1 (en) 2016-02-24
US9882507B2 (en) 2018-01-30
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