CN107887925A - 多逆变器耦接和操作 - Google Patents

Abstract

公开了多逆变器耦接和操作。一种多逆变器系统，至少具有共享DC汇流排并输出到共享AC汇流排的逆变器的串。逆变器为可热插拔的并且被构造为在通电循环期间被打开或关闭。中央控制可以包括在一组独立的逆变器处减少功率点跟踪冗余或促进其他操作改变。

Description

多逆变器耦接和操作

相关申请的交叉引用

本申请涉及于2016年9月30日提交的题为“String Inverter System”(串式逆变器系统)的美国临时专利申请62/402,644、要求其利益并要求其优先权。该美国临时专利申请的内容通过引用整体并入本文中。

技术领域

本申请涉及多逆变器耦接和操作，具体地涉及一种逆变器系统、一种操作逆变器机架的方法和一种用于将DC电压转换为AC电压的系统。

背景技术

光伏(PV)电池俗称为太阳能电池，是用于将太阳能辐射转换为电能的装置。通常，照射在太阳能电池的基板的表面上并进入基板中的太阳能辐射在基板的主体中产生电子和空穴对。电子和空穴对迁移到基板中的p掺杂区和n掺杂区，从而在掺杂区之间产生电压差。掺杂区连接到太阳能电池上的导电区以将电流从电池引导到外部电路。当PV电池被组合在诸如PV模块之类的阵列中时，从所有PV电池收集的电能可以以串行和并行的布置来组合，以提供具有一定电压和电流的电力。

可以通过位于每个PV模块或其他DC源处的本地逆变器和通过从若干PV模块或其他多个DC源接收电压和电流的中央逆变器来处理电压和电流。这些逆变器利用变化的磁场和电场的原理来将来自PV模块的PV电池或其他DC源的DC电压和电流转换为用于下游应用的AC电压和电流。由DC源生成并由中央逆变器或本地微逆变器集群变为VAC的电压可以随后输出到在太阳能阵列或其他安装点处的本地用户以及电网(如果有富余电力可用)。

发明内容

本公开的一方面提供了一种逆变器系统，该逆变器系统包括：

多个逆变器，所述多个逆变器中的每个逆变器包括内部控制器；

耦接到所述多个逆变器中的每一个的DC汇流排；

耦接到所述多个逆变器中的每一个的AC汇流排；

系统控制器，所述系统控制器构造为执行跟踪所述多个逆变器中的两个或更多个的功能并且将跟踪指令发送给两个或更多个逆变器以便由所述两个或更多个逆变器接收和使用；以及

AC输出，其构造为输出120VAC以上以便由变压器接收。

本公开的另一方面提供了一种操作逆变器机架的方法，所述方法包括：

识别出第一逆变器已被添加到并联逆变器的串，同时所述并联逆变器是活动的并被耦接在DC输入汇流排与AC输出汇流排之间；

将操作指令发送给所述第一逆变器，所述操作指令包括用于使所述第一逆变器变得不活动的内部功能的指令；以及

监测所述第一逆变器和所述串的其他逆变器的操作，并在电压输出超过目标方差时将校正操作指令发送给一个或多个逆变器。

本公开的又一方面提供了一种用于将DC电压转换为AC电压的系统，所述系统包括：

从DC电源接收DC电压的一个或多个DC汇流排；

耦接到公用变压器的AC输出汇流排；

耦接到AC汇流排和所述一个或多个DC汇流排两者的两个或更多个逆变器；

其中，所述两个或更多个逆变器能够在汇流排被通电时被移除或连接到汇流排，

其中在所述AC汇流排与所述公用变压器之间没有配电板，以及

其中所述逆变器中的每一个包含内部控制器和散热器。

附图说明

图1示出根据一些实施例的串式逆变器系统。

图2示出根据一些实施例的对中压变压器馈电的多串式逆变器系统。

图3示出根据一些实施例的使用多串式逆变器系统对变压器、房屋或其他负载馈送电力的PV模块系统。

图4示出根据一些实施例的具有示例源和示例负载的多串式逆变器系统。

图5示出根据一些实施例的可在多串式逆变器系统中采用的逆变器和汇流排的特征。

图6示出显示了根据一些实施例的逆变器的拓扑的框图。

图7示出根据一些实施例的可被采用的逆变器的冷却特征。

图8示出根据一些实施例的可被采用的多串式逆变器系统的控制参数的流程图。

图9A至图9D示出根据一些实施例的可被激活/禁用或者可被耦接/去耦的逆变器的示例效率曲线图。

具体实施方式

以下详细描述本质上仅为例示性的，而不意在限制本申请主题的实施例或这样的实施例的使用。如本文所使用的，词语“示例”及其变体意指“起到示例、举例或例示的作用”。本文作为示例描述的任何实施方式不一定解释为优选的或比其他实施方式更优越。此外，并不意在通过在前述技术领域、背景技术、发明内容或者之后的具体实施方式部分中呈现的任何明示或暗示的理论进行限制。

本说明书包括对“一个实施例”或“实施例”的引用。词组“在一个实施例中”或“在实施例中”以及它们的变体的出现不一定是指相同的实施例。可以按与本公开一致的任何适当方式来组合特定特征、结构或特性。

术语。以下段落提供了本公开(包括所附权利要求)中出现的术语的定义和/或上下文：

“包括”。该术语是开放式的。如在所附权利要求中使用的那样，该术语不排除附加的结构或步骤。

“配置为”。各种单元或部件可能被描述或声称为“配置为”执行一个或多个任务。在这样的上下文中，“配置为”被用来通过指示单元/部件包括在操作期间执行那个或那些任务的结构而暗指结构。这样，即使当所指定的单元/部件当前没有操作时(例如，没有启动/激活)，单元/部件也可以被称为配置为执行任务。对单元/电路/部件“配置为”执行一个或多个任务的限定明确地意在不会针对该单元/部件进行功能性限定。

“第一”、“第二”等。如本文所使用的那样，这些术语用作针对其后跟随的名词的附图标记，而不暗指任何类型的次序(例如空间、时间、逻辑等)。例如，提及“第一”逆变器或第一控制器不一定暗指该逆变器或控制器是顺序上的第一个逆变器或控制器；相反，术语“第一”是用于将逆变器、控制器或者其他部件或特征或步骤与另外的逆变器、控制器或者其他特征或步骤(例如“控制器”)区分开来。

“基于”。如本文所使用的那样，该术语用来描述影响确定的一个或多个因素。该术语不排除会影响确定的附加因素。即，确定可以仅仅基于那些因数，或者至少部分地基于那些因素。考虑词组“基于B确定A”。尽管B可以是影响A的确定的因素，但这样的词组不排除还基于C来进行A的确定。在其他实例中，可以仅仅基于B来确定A。

“耦接”——以下描述涉及被“耦接”到一起的元件或节点或特征。如本文中所使用的那样，除非明确说明了另外的情况，否则“耦接”是指一个元件/节点/特征被直接或间接地联结到另外的元件/节点/特征(或者直接或间接地与另外的元件/节点/特征通信)，并且不一定是机械地联结。

“抑制”——如本文所使用的那样，抑制被用于描述减小或最小化效果。当部件或特征被描述为抑制某个动作、运送或状况时，其可能完全防止了结果或后果或未来状态。另外，“抑制”还可以指对在其他情况下可能会发生的后果、性能和/或效果的减小或减轻。因此，当部件、元件或特征被称为抑制了某个结果或状态时，其无需完全防止或消除该结果或状态。

另外，在以下描述中还可能仅出于参照目的而使用特定术语，因此它们并不旨在是限制性的。例如，诸如“上”、“下”、“上方”和“下方”之类的术语指所参照的附图中的方向。诸如“前”、“后”、“后部”、“侧”、“外部”和“内部”描述了通过参照对所讨论的部件进行描述的上下文和相关附图而清楚的前后一致然而任意的参照系内的部件的各部分的定向和/或位置。这样的术语可以包括上文具体提及的词汇、其派生词、和类似引入的词汇。

在以下描述中，阐述了大量特定细节，比如特定操作，以便提供对本公开的实施例的透彻理解。对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些特定细节的情况下实施本公开的实施例。在其他实例中，为了避免不必要地使本公开的实施例模糊，没有详细描述公知的技术。

本说明书首先描述了模块逆变器的示例构造，随后描述了那种系统的潜在操作。这些介绍之后是逆变器系统及其操作的各种实施例的更详细的说明。自始至终提供了各种示例。这些示例不相互排斥，相反可以以各种其他方式与例如本文所公开的更少的或更多的特征以及本文未明确显示的特征进行组合。

实施例可以包括多逆变器的串以及用于操作这样的系统的处理。在该系统中的逆变器可以按单个串式构造以及按多串式构造排列。逆变器可以是可热插拔的，使得所采用的连接器允许在向系统的机架供应电压的一个或多个DC汇流排被通电、进行操作和提供要被转换为AC电压的电压的同时逆变器被插入系统中或从系统移除。实施例还可以提供对已存在的逆变器的选择性激活和选择性禁用，以提升系统效率、逆变器寿命以及用于其他原因。

在多逆变器共享相同的DC汇流排和AC汇流排的实施例中，在逆变器从机架或其他连接构造移除时，输入和输出可以保持通电。在实施例中，进行替换、添加或移除的技术人员不会暴露于危险电压和相关点火电位(flash potential)。同样，在实施例中，由于电弧和其他危险可被减小，因此技术人员可以无需获得(pull)“高温作业”许可。

可以在机架附近的中心站处以及远离于机架和系统本身来管理多逆变器系统和它们的被构造用于多逆变器的安装机架。可以由与系统中的逆变器分离的机架控制器以及由机架中的逆变器当中的一个或多个中的控制器来执行管理功能。还可以在其他位置执行多逆变器的操作的控制。在实施例中，逆变器可以共享相同的拓扑，但还可以具有独有的拓扑。控制器优选地可以在管理逆变器系统的操作时考虑这些差异。多逆变器可以从逆变器系统处的一个或多个机架中的单个DC汇流排以及多DC汇流排断电。逆变器将会优选地将AC电压输出到系统处的相同AC汇流排。该AC汇流排可以被连接到诸如变压器或家庭或电网之类的负载，并且优选地不使用或无需配电板。

通过逆变器的各种组合的使用，实施例的可变化性和可扩展性可以通过在DC-AC转换系统中的逆变器的准备就绪的添加和移除来以小的增量提供功率输出的适当匹配。更进一步地，逆变器可以被独立地控制以及独立地激活和禁用，其效果可以提高总体转换效率。在该激活和禁用的期间以及在逆变器被物理地热插拔和物理地移除时，逆变器被管理为以峰值效率操作，例如以它们各自的功率曲线上的峰值效率操作，并且如果不太可能，则被关闭或移除，等等。在这种情况下，逆变器可以被设计和构造为具有较高峰值效率，这在较小的工作频带中会是可用的，由于具有根据此时经历的功率状况来使得其他逆变器上线和离线的能力，因而不必关心或较少关心其他功率水平处的效率。

提供的其他方面还可以包括管理机械式跟踪器或者如下的其他系统，其已用于限制PV模块功率到公用规模应用的分配或除此之外将附加多余容量(以及由此而生的成本)添加到DC-AC转换系统。在实施例中，组合的逆变器的一个或多个串可以被确定尺寸并构造用于不适合中央逆变器的应用。因此，使用多逆变器的设计的灵活性可以提供适合公用变压器应用或其他应用的可扩展AC输出。此外，多逆变器构造可以提供与来自中央逆变器的可用AC输出不同的可扩展AC输出。

在实施例中，DC电压可以从PV模块、风力发电机或其他DC源被汇集到共同DC汇流排上。许多逆变器可以被耦接到汇流排以将DC电压转换为AC电压。这些逆变器一旦耦接到汇流排，就可以使用由在逆变器的机架中、在逆变器中、或在另外的位置处的系统的控制器所确定的单个最大功率点而被操作。因此，一旦逆变器插入机架并连接到共享DC汇流排，就可以禁用任何本地逆变器功率点功能性，并且该特定逆变器可以使用设置在逆变器外部的功率点来操作。类似地，由于该特定功能被中央控制器(其可以被告知或者可以了解全系统性能和环境影响)接管或以其他方式处理，逆变器的其他冗余功能性可以被禁用，或者被变为不活动。另外，在具有共同DC汇流排架构的实施例中，可以添加能量存储装置和其他附加辅助负载，来处理从电池组到电网的电力或者来自电网的反向电力以便对电池组充电或运行诸如气象站之类的任何附加设施。

根据负载需要或出于其他原因，系统的一些逆变器可以是不活动的。类似地，系统还可以提供逆变器冗余，其中逆变器可以是成对的或者是以其他方式相关联的，如果该对中的活动逆变器被禁用，则该对中的不活动逆变器可以被激活。这样的冗余在具有高DC发电量的应用中和/或若不递送输出电力则具有重大代价或后果的应用中会是首选。例如，针对使用PV电力的医院的备用电源会是其中电力转换冗余为首选的设备。

类似地，在实施例中，针对指定的时间段逆变器可以被激活和禁用。该循环可以是与负载和功率无关的，并且可以通过在许多逆变器之间共享工作负载来提供该循环以延展逆变器的耐久性和寿命。例如，在以系统的30％容量进行操作的十个逆变器的串中，四个逆变器可以接近100％功率操作而六个休眠，并且活动的四个会随时间改变以使得每个逆变器共享类似的负载和活动/不活动时间。当逆变器被确定为不同的尺寸时，将逆变器激活和禁用的这个能力可以允许对活动逆变器进行精确调整以便更贴合所担负的功率需求。例如，可以对具有30kW和50kW输出的逆变器进行激活和禁用或进行添加和移除，以满足130kW负载，而这一负载是不能通过排他的任一额定逆变器的集群被精确满足的。这样，可以延展系统的耐久性，可以延长定期维护之间的时间，并且可以提高系统的效率。

因此，在实施例中，控制器可以对一组中的不同逆变器重复循环以使得相同逆变器不会总是运行，这样，可以扩展每个逆变器的可靠性。例如，当逆变器的平均功率输出在其额定值的30％之内时，一些逆变器可以被禁用而其他逆变器可以在其功率输出额定值或某个其他理想操作设置点的100％处或附近操作。

通过逆变器的添加和移除、以及选择性激活和选择性禁用，逆变器的效率-功率曲线可以被精确调整以适应选择性激活/禁用和移除/添加的情景。例如，系统中的逆变器可以被构造为在功率-效率曲线中具有不同的最优点以及多个不同最优点。于是，根据系统状况，可以使得此时最适合系统状况的特定逆变器上线或离线和/或对系统添加和减去所述特定逆变器，以对系统整体或系统的一部分提供首选的或最好的转换比。

在实施例中，共享的DC汇流排架构可以使用模块逆变器的系统以使用串式或模块逆变器来提供最优化系统设计时的灵活性。当考虑到DC/AC比时，可以通过逆变器添加或移除的可扩展性来提供对输出更接近的匹配，以匹配DC源和AC需求。对于PV面板的大输出串(例如生成1500V DC的那些)，可以发展逆变器的大的低度利用率以满足DC电压供应和AC需求。通过在多个逆变器之间共享DC汇流排，实施例可以在维持逆变器系统的首选DC/AC比的同时产生对输入DC功率或所提供的其他DC功率的适应性进行最优化的灵活性。例如，25性能系列PV面板的串可以额定在～8.6kW。如果使用了具有100kW铭牌容量的逆变器，则可以采用逆变器容量的大约8.6％。该逆变器可以仅仅是也满足输入与输出之间所需的DC/AC比的选择。因此，使用大集中式逆变器可以允许8.6％增量的改变。相比之下，如在实施例中那样，通过模块系统中的较小模块逆变器的添加或移除，可以对DC/AC比、容量或其他指标进行例如1％、2％、0.5％、5％等的较小百分比的调整。

另外，在实施例中，一个或多个逆变器可以被连接到AC汇流排而不是DC汇流排。这样的实施例可以支持其中采用严格的无功功率逆变器以适应工厂无功需要和其他电网互连要求的系统拓扑。通过针对有功和无功需要两者在内部不确定部件的尺寸，这样的设计可以允许系统中的负责DC/AC转换的逆变器减小成本。

如前所述，对逆变器的控制可以位于各种位置。当逆变器被插入汇流排中并安装在系统的机架上时，逆变器可以进入减少活动模式，其中，其操作部分地由另一部件控制。例如，如前所述，当逆变器安装在系统的机架中时，对逆变器的功率点跟踪可以被禁用。另一方面，由于中央控制器可以在考虑了系统或特定汇流排属性之后提供用于开关控制或其他操作的指令，因此AC反馈也可以被禁用。控制器可以采用硬连线电路ASIC以及可编程微控制器和其他构造、以及它们的组合以用于监测和控制操作的目的以及其他目的。实施例可以采用除了逆变器之外的中央控制器，并且还可以采用初级/次级控制器拓扑，其中逆变器阵列的一个控制器用作初级系统控制器，而剩下的逆变器中的其他控制器用作次级或备份控制器。

在实施例中，逆变器的外部构造以及若干可热插拔汇流排连接器的位置一起可以允许逆变器被热替换到逆变器机架中或从逆变器机架中被替换出来，同样，可以被耦接到通电DC汇流排和活动的AC汇流排或者从通电DC汇流排和活动的AC汇流排去耦。因此，如下面图5所示，逆变器可以被构造为在一端上具有连接器，并且被确定尺寸以使得其可以连接到AC汇流排和DC汇流排并从它们断开连接，非常像断路器耦接到断路器箱中的汇流排。用于这些汇流排的电压可以达到上千DC伏特，例如1000V、1500V等，以及达到上百AC伏特，例如400VAC、600VAC等。因此，通过对逆变器构造为具有与连接侧及其连接器相对的装卸部分，逆变器可以由操作者热替换到机架中或从机架热替换出来。热替换添加可以支持系统操作增加，其中附加的逆变器容量可以提供更高的操作效率。热替换还可以提供系统维护，其中逆变器不再起作用或者在低于其操作规范的情况下起作用。类似地，如果期望系统升级，则例如更有效的逆变器可以被热替换和上线以对运行的系统中已有的逆变器进行替换或进行添加。

逆变器与任何控制器之间的通信可以使用有线线路和无线技术而发生。有线技术包括电源线通信，无线方法包括Wi-Fi、蓝牙和其他无线协议。当逆变器连接到系统时，其可以将引入消息发送到中央控制器。该消息可以包括控制器的身份、其操作参数、其位置、其连接以及其他操作数据。作为响应，控制器可以发送接收确认以及以便逆变器使用的操作参数。可发送的其他指令包括休眠期、活动期、功率要求、时钟定时确认和系统状态。当控制器观察到逆变器在该逆变器的方差以外操作时，控制器可以将更新后的操作指令发送到该逆变器以使得该逆变器回到预定容差之内。例如，如果所观察到的过零电压扰动过大，则控制器可以将新的开关定时指令发送给逆变器以使不想要的扰动平滑。同样，如果峰值输出电压不够高，则控制器可以发送用于修改逆变器中的脉宽调制(PWM)开关信令的指令，或者可以还提供其他解决方案，以便逆变器执行。可以对电压漂移的其他示例提供类似的感测指令和调整指令。

如上所述，中央控制器可以位于逆变器的一个中，可以定期地在逆变器之间切换，并且还可以位于除了任一个逆变器之外的其他位置。控制器可以在启动时并且定期地向每个逆变器发送针对状态的测试数据包(ping)，并且可以针对每个逆变器发送修正的操作指令以使得系统保持在目标范围内操作。一旦从一个或多个逆变器接收到确认和状态报告，控制器就可以激活/禁用一个或多个控制器，对一些进行调整，并且执行其他修改以将全系统性能最优化。当出现输出或其他性能问题时，控制器可以被构造为向外部管理器发送警告以寻求针对系统的附加维护或指令。

逆变器之间的隔离可以通过使用多个DC汇流排来提供，以提供汇集的DC功率。逆变器可以被分组为两个或更多个串，每个串由不同的DC汇流排馈电，以使得每个串可以与其他串上的逆变器隔离。DC汇流排的隔离可以旨在允许系统所服务的功率块中的分离的最大功率点(MPPT)。在一些应用中，可能仅需要一个DC汇流排(因而仅需要一个MPPT)，但是由于布局或面板差异，功率块会得益于两个最大功率点(MPPTS)，因此DC汇流排可以被分为两个以适应不同的DC操作点。DC汇流排中的这一分解可以逐步地执行直到达到系统中实际逆变器的数量。

另外，这些不同的DC汇流排可以由不同的DC源(例如PV模块的不同阵列)馈电。例如，PV模块的二维阵列可以使得阵列中的PV模块的每个串对不同的DC汇流排馈电。这样，DC汇流排电压对于相同系统的不同逆变器串可以显著不同。一旦在对每串逆变器可用的DC中发现这样的差异，控制器可以针对每个串而不是对系统整体进行调整。例如，功率点对于逆变器串中的每一个是变化的。另外，一串逆变器可以具有被禁用的若干逆变器，而其他串保持全部工作。

采用了实施例的拓扑可以减小用于逆变器串的AC熔断器和DC熔断器的数量。在实施例中，不是对每个逆变器都具有熔断器，可以针对一串的所有逆变器以及针对逆变器系统的整个逆变器机架采用较大的熔断器。

实施例中的控制器还可以知悉天气事件或其他时效性操作因素，并且相应地对逆变器操作进行调整：关闭不需要的逆变器；以及修改输出，包括输出电压和输出频率。类似地，硬故障检测还可以由控制器管理，并且进行系统调整或其他调整。在这样的示例中，控制器可以在感测到硬故障时将一个或多个逆变器禁用，以及改变断路器设置或者由于硬故障检测或其他感测事件而进行逆变器系统的其他调整。

现在转向图1，附图标记100指向示出可以在实施例中采用的逆变器系统的特征的简图。如图所示，AC汇流排120和DC汇流排110彼此平行地延伸，并且被多个逆变器130跨越。该串逆变器130可以用来转换DC汇流排上的DC电压并将AC电压递送到AC汇流排。该AC电压随后可以被发送到中压变压器或其他负载。逆变器130可以被热替换到或耦接到AC汇流排120和DC汇流排110之间或者从它们之间去耦。逆变器130还可以依照线路需要、依照操作效率被定期地激活和禁用以用于测试以及用于其他原因。在一些实施例中，由于例如添加和减去逆变器的可扩展性以及更接近于其各自的峰值操作点来操作各逆变器的能力，逆变器的一个或多个串的可变化性和可构造性可以比可用的中央逆变器拓扑提供更有效或更可靠的结果。

现在转向图2，在200处示出了多串式逆变器，其中多个串中的每一个耦接到上部垂直汇流排210和下部垂直汇流排211。串式逆变器230被示出为输出到汇流通道220并随后输出到变压器的蓄电槽240。该变压器还示出具有控制器柜243、规准箱241、系统集线器242、和冷却片244。因此，实施例可以将电力提供给中压变压器或其他电网部件。逆变器230可以由于本文所述的各种原因插入支撑件210和211或从它们中拔出。类似地，一旦耦接，它们可以按本文所述的各种操作模式被激活和禁用。

图3示出实施例中可采用的连接到多串式逆变器系统的PV模块系统300。图3中标出了PV面板395、PV串控制器390、PV系统控制器380、机架控制器370、逆变器330、汇接点360、汇接点输出361和362、变压器350、负载340、AC汇流排320、以及AC输出331和332。图3中的虚线代表通信线路而实线示出DC或AC电力流。可以看出，机架控制器370可以从逆变器330以及PV系统控制器380接收反馈并与它们通信。并且，该系统控制器380可以从逆变器330和串控制器390接收反馈并与它们通信。因此，在实施例中，可以在控制器380和控制器370之间执行电力管理和系统控制。还可以按其他方式执行电力管理和系统控制。例如，如前所述，来自逆变器330的一个或多个控制器可以提供针对逆变器机架的一部分或全部系统管理，并且该控制还可以随时间从一个逆变器330传递到另一个逆变器330。逆变器330中的控制器还可以为机架控制器370提供冗余或溢出服务。其他安装和管理拓扑也是可能的。

图4示出了可以在实施例中采用的多逆变器系统的简图。在图4中，DC汇流排410被示出从附接了若干上游部件430的分配点420接收电力。这些负载、PV面板和电池可以相互关联而无需通过分配点420发送电力到DC汇流排。换句话说，在低输出时段中，PV面板可以对辅助负载供电并对电池充电，同时几乎没有剩余的电力分配到DC汇流排。当在DC汇流排接收到电力时，并联的逆变器可以用来将VDC转换为VAC，并将该VAC分配到AC汇流排以便在收集点450接收。该收集点450随后可以服务公用变压器(比如中压变压器(MVT)460)和站控制器470。控制模块还可以被呈现以监测来自AC汇流排的AC收集和分配。站控制器470可以与MVT 460、逆变器491-494、PV面板、辅助负载、以及将电力馈入系统并转换电力或从系统取得电力的其他部件通信。AC分配还可以用来对本地电网480、微电网480、发电机480和AC辅助负载480馈电。与在DC收集点处的集成DC电路保护一起示出了断路机构，断路机构分别处在逆变器的两侧上。这些断路装置(420和450)可以参与实施例的热替换特征。

如图4所示，逆变器491-494可以具有不同的构造并且对系统400提供不同的服务。可以通过一个或多个逆变器提供充电控制和回馈供电，而其他逆变器可以提供无功功率支持、特定PV电压转换、和初级控制或转换能效(conversion duty)。

图5示出在实施例中可以采用的AC汇流排520、DC汇流排510和逆变器530和531的特征。图5中标出了可热插拔连接器533和534、外部中性连接器535、接地连接器530和532、零母线522、汇流排突耳522和512、以及汇流排连接器511。图5的视图B示出了在实施例中可采用的两个DC汇流排和一个AC汇流排的各部分的平面图。视图A示出了视图B的侧视图，其中虚线是有关逆变器在何处可以被耦接到汇流条。视图A还示出零母线522可以如何经由线路538连接到逆变器530。视图C示出在实施例中可采用的逆变器的连接端。视图C的逆变器可以被扣接或以其他方式固定在汇流排510和520中，如视图B的区域536和537中所示。

在使用中，根据操作状况(包括负载、电压供给和逆变器本身的操作特性)，逆变器530和531可以被热替换到汇流排510和520中以及从汇流排510和520中替换出来。同样，一旦被耦接，如本文所述或出于其他原因，逆变器可以被激活和禁用。示出了汇流排510和520能够适应多于两个逆变器的情况。由于一些汇流条部分可以被暴露，因此外部保护壳体或遮罩可以优选地被提供以用于保护操作汇流排的可能的400个或更多VDC或VAC。

在实施例中，为了提供进一步保护，可以在汇流排的一个或多个处采用断路器以在要发生热替换时暂时将电源从汇流排的一个或多个断开连接。这些断路器可以在电压超过阈值(比如600VDC)时跳闸，并且可以在较低电压替换中(比如在240VDC或以下)不跳闸。这些电压水平和断路器的使用可以根据安装位置、执行替换的技术人员的预期训练水平而改变。

现在转向图6，提供了可以在实施例中采用的逆变器的框图。图6中标出了升压转换器610、可选隔离变压器620、逆变器630、输出滤波器640、驱动器电路670、驱动器电路660、输出传感器650、微控制器630和电源690。通信以虚线指示而功率交换以实线指示，其中隔离变压器也标为虚线，因为它可以是可选的。

在操作中，DC源可以向逆变器600提供DC电压输入611。该输入电压611可以由升压转换器610逐步增加电压，或者可以直接传递到逆变器630或在到达逆变器630之前通过隔离变压器620。逆变器630可以包含具有成对的开关的拓扑，以使得当以交替的次序接上开关时，输入DC电压被转换为循环AC输出电压。该AC输出电压可以在AC滤波器640中进一步被调节。可以看出，逆变器用来将400伏特的DC输入电压改变为240伏特的中值AC电压。这些电压在不同实施例中可以是不同的，逆变器600的拓扑本身也可以不同。

在实施例中，当微控制器680或其他控制器确定正提供附加输入电压、逆变器没有正处于峰值范围中操作、另一逆变器已经被添加到系统、以及出于包括本文所述的那些在内的各种其他原因时，微控制器680或其他控制器可以修改逆变器600的功能性并且还可以将控制信号发送给系统中的其他逆变器。因此，微控制器或其他控制器可以用作用于逆变器600以及用于整个系统的本地控制器。

图7示出可以在实施例中采用的壳体和散热机构。逆变器770被示出为具有采用了风扇773的有源散热器，其用来将空气吸入逆变器并迫使空气出去以用于冷却目的。逆变器730被示出为具有无源散热器731，其依靠热的传导和对流来将热传输到逆变器730以外。在使用中，可以结合逆变器的操作来控制和管理有源散热系统。在活动期间，有源散热系统可以是活动的，直到内部温度达到目标水平为止，而不管逆变器是否是操作的。有源散热系统还可以被控制为使得它们在热替换期间或其他时间以及出于其他原因而暂停。另外，即使在逆变器被禁用时，其有源散热系统也可以被激活。

图8示出可以在实施例中采用的处理步骤。该处理可以包括系统监测和系统管理，并且可以在本文所示出的控制器的一个或多个处以及在其他位置处被执行。框810描述了监测循环可以包括监测对等逆变器的组中的一个或多个逆变器的状态，其中所监测的指标可以包括中值电压、平均电压和峰值电压；中值电流、平均电流和峰值电流；逆变器温度、逆变器效率；逆变器滤波精度；以及相对于对等逆变器的方差。这些指标客户以被用于激活/禁用逆变器或其他部件，以及用于逆变器或其他部件的耦接和去耦。框820描述了可以如何对正被监测的一个或多个逆变器作出关于正被测量和监测的变量(例如，瞬时输入和输出电压、瞬时输入和输出电流、温度、频率、纹波等)的快照状态(snapshot status)的查询。

框830描述了相对于可应用的操作规范和容差可以如何接收和比较针对每个逆变器以及系统整体和子系统的查询结果。如果所接收的查询结果和比较指示了针对一个或多个逆变器的操作超过了容差，则可以将调整命令发送给超过容差的逆变器以校正对特定逆变器的操作，如在框840所示。还可以发送激活和禁用命令。如在框850所示，还可以接收DC电源系统状态，其中该状态可以包括电池温度；PV面板温度；照射读数；系统DC输出电压；等等。在接收到逆变器状态或电源系统状态或这两者之后，如在框860所示，可以作出针对组中一个或多个逆变器的首选操作点的确定，并向一个或多个逆变器提供命令以在首选操作点处进行操作。

还存在可以发生的更多处理。如在框870所示，可以验证每个连接的逆变器的存在，并且可以对列表进行更新以反映任何添加或减去，并且当检测到逆变器的添加或移除时，可以退回到步骤820，以确定所有已知逆变器的状态，如在框880处所示。如在框890处所示，由于可以发生等待任何剩余循环时间到期并随后返回步骤810，还可以引入延迟。

实施例的处理还可以采用对每组被汇流的转换装置指定初级逆变器，其可以控制该汇流排的操作点，并且可以在整个操作中将功率设置点指定给其他逆变器，以便将系统保持在其最优点。被视为初级的逆变器可以以固定频率旋转以拓展运行时间或在被看作初级的逆变器发生故障时维持系统功能性。在实施例中，初级可以与诸如无功功率支持逆变器之类的任何附加装置配合，并且初级可以负责汇集任何警告和相关系统数据以通告外部控制器或SCADA系统。

图9A-图9D示出根据一些实施例可以被激活/禁用或耦接/去耦的逆变器的示例的逆变器效率与输出功率关系的曲线图或逆变器效率与DC输入功率关系的曲线图。图9A和图9B示出不同的逆变器的逆变器效率与输出功率的关系。可以看出，对于这两个曲线图以及相关联的潜在逆变器，最大效率发生在不同的点。在图9A中，峰值效率910发生在输出功率的30％与40％之间。相比之下，在图9B中，峰值效率发生在输出功率的90％与100％之间。

在图9C中，示出了针对三个电压的DC输入功率与逆变器效率的关系。可以看出，三个电压的每一个的峰值941、942、943作为不同的点发生并且发生在不同的效率额定值处。类似地，图9D反映了与图9C中相同的比较，但对于不同的逆变器，这些性能曲线图不同。因此，这里逆变器也可以如本文所述那样根据输出功率状态以及寻求作为系统的和针对每个独立的逆变器的峰值效率而被耦接/去耦或激活/禁用。

因此，在实施例中，逆变器可以如本文所述那样根据输出功率状态以及在寻求作为系统的和针对每个独立的逆变器的峰值效率时而被耦接/去耦或激活/禁用。换句话说，随着输出功率上升，可以使得每个对于较高功率输出均具有适当效率曲线的不同逆变器上线或被添加，而具有不太适合的功率曲线的其他逆变器可以被禁用或解耦。类似地，随着DC输入功率改变，可以使得对于新输入功率具有更适当的效率曲线的逆变器上线或被添加，而具有不太适合的输入功率曲线的其他逆变器可以被禁用或解耦。例如，图9A的逆变器在输出功率接近逆变器最大功率额定值的40％时可以是活动的或者被安装，而图9B的逆变器可以不被使用或不被安装。并且，图9B的逆变器在输出功率为大约93％时可以被激活或被安装，而图9A的逆变器可以不被使用或不被安装。在另一示例中，图9C的逆变器在输入功率接近100kW时可以是活动的或被安装，而图9D的逆变器可以不被使用或不被安装。并且，图9D的逆变器在输入功率为大约300kW时可以被激活或被安装，而图9C的逆变器可以不被使用或不被安装。

尽管上面已经描述了特定实施例，但即使是在针对特定特征仅描述了一个实施例的情况下，这些实施例也不旨在限制本公开的范围。本公开中提供的特征的示例旨在是例示性而非限制性的，除非另有说明。对于因本公开而受益的本领域技术人员显而易见的是，上面的描述旨在涵盖这样的替代实施例、修改实施例和等同物。

本公开的范围包括本文所公开的(无论是明确的还是隐含的)特征的任意特征或组合，或其任何概括，无论其是否减轻了本文针对的问题中的任何问题或所有问题。因此，在本申请(或要求其优先权的申请)的审查期间对于特征的任何这种组合可能提出新权利要求。尤其是关于所附权利要求，来自从属权利要求的特征可以与来自独立权利要求的特征组合，并且来自各个独立权利要求的特征可以以任何适当的方式组合，而不仅仅是所附权利要求中枚举的特定组合。

Claims (20)

1.一种逆变器系统，包括：

多个逆变器，所述多个逆变器中的每个逆变器包括内部控制器；

耦接到所述多个逆变器中的每一个的DC汇流排；

耦接到所述多个逆变器中的每一个的AC汇流排；

系统控制器，所述系统控制器构造为执行跟踪所述多个逆变器中的两个或更多个的功能并且将跟踪指令发送给两个或更多个逆变器以便由所述两个或更多个逆变器接收和使用；以及

AC输出，其构造为输出120VAC以上以便由变压器接收。

2.根据权利要求1所述的逆变器系统，其中所述多个逆变器还包括能热插拔的连接器。

3.根据权利要求1所述的逆变器系统，

其中对功能的跟踪为最大功率点跟踪，

其中所述DC汇流排从PV源接收电压，并且

其中所述变压器为公用变压器。

4.根据权利要求1所述的逆变器系统，其中所述系统包含机电机架，其构造为支持所述多个逆变器并构造为将所述多个逆变器耦接到所述DC汇流排和所述AC汇流排。

5.根据权利要求1所述的逆变器系统，其中所述多个逆变器中的第一逆变器和第二逆变器不位于相同的逆变器机架中，但每个均连接到所述DC汇流排和所述AC汇流排。

6.根据权利要求5所述的逆变器系统，其中所述第一逆变器还包括能热插拔的电气配线，所述能热插拔的电气配线将所述第一逆变器至少连接到所述AC汇流排或所述DC汇流排。

7.一种操作逆变器机架的方法，所述方法包括：

识别出第一逆变器已被添加到并联逆变器的串，同时所述并联逆变器是活动的并被耦接在DC输入汇流排与AC输出汇流排之间；

将操作指令发送给所述第一逆变器，所述操作指令包括用于使所述第一逆变器变得不活动的内部功能的指令；以及

监测所述第一逆变器和所述串的其他逆变器的操作，并在电压输出超过目标方差时将校正操作指令发送给一个或多个逆变器。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括：

在添加或激活另外的逆变器与进一步增加已有逆变器的负担之间进行选择，以适应增加的功率需求。

9.根据权利要求8所述的方法，其中功率需求分散到机架中的所有逆变器，并且功率需求的增加要求来自机架中的逆变器中的至少一个逆变器的输出至少增加50％。

10.根据权利要求7所述的方法，其中，使得多个逆变器进行操作和不进行操作，以便维持机架中的逆变器中的一个或多个逆变器的操作效率的峰值范围。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述峰值范围在所述一个或多个逆变器的功率转换的峰值效率的5％之内。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述峰值范围在所述一个或多个逆变器的功率转换的峰值效率的1％之内。

13.根据权利要求7所述的方法，其中以重复的循环使得多个逆变器进行操作和不进行操作，以使得所述串的每个逆变器随时间倾向于与所述串中的其他逆变器具有相等的操作时间和非操作时间的量。

14.根据权利要求7所述的方法，还包括激活所述并联逆变器的串中的一个或多个逆变器，所述串中的所述一个或多个逆变器之前处于禁用的非功率转换状态。

15.根据权利要求7所述的方法，还包括激活逆变器和禁用不同的逆变器，被激活的逆变器具有与被禁用的逆变器不同的效率与输出功率的关系曲线。

16.根据权利要求7所述的方法，还包括激活逆变器和禁用不同的逆变器，被激活的逆变器在第一电压处具有第一操作效率，被禁用的逆变器在所述第一电压处具有第二操作效率，所述第二操作效率低于所述第一操作效率。

17.一种用于将DC电压转换为AC电压的系统，所述系统包括：

从DC电源接收DC电压的一个或多个DC汇流排；

耦接到公用变压器的AC输出汇流排；

耦接到AC汇流排和所述一个或多个DC汇流排两者的两个或更多个逆变器；

其中，所述两个或更多个逆变器能够在汇流排被通电时被移除或连接到汇流排，

其中在所述AC汇流排与所述公用变压器之间没有配电板，以及

其中所述逆变器中的每一个包含内部控制器和散热器。

18.根据权利要求17所述的系统，其中接收到的DC电压为来自PV系统的恒定DC输入，所述PV系统执行最大功率点跟踪以维持恒定DC输入。

19.根据权利要求18所述的系统，还包括中央控制器，所述中央控制器具有最大功率点跟踪功能。

20.根据权利要求19所述的系统，其中所述最大功率点跟踪功能构造为在从所述DC电源接收到的DC电压由所述DC电源维持在恒定电压时是不活动的。