用于光伏系統(tǒng)的電壓轉(zhuǎn)換器的跟蹤方法和跟蹤裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于光伏系統(tǒng)的電壓轉(zhuǎn)換器尤其是逆變器的跟蹤方法。在所述方法中，一個中間電路電壓（Uzw）在朝更低或更高電壓的一個方向上以具有一個指定幅值（ΔU）的電壓階躍反復減小或者增大。該方法的特征在于，在兩個電壓階躍之間的一個部分時間周期中，該中間電路電壓（Uzw）的平均變化率（|ΔU/Δt|）受一個最大平均變化率的限制，該最大平均變化率根據(jù)該中間電路電壓（Uzw）的該幅值來定義。本發(fā)明進一步涉及一種被設計成執(zhí)行該跟蹤方法的跟蹤裝置（10）并且涉及一種裝備有所述跟蹤裝置的逆變器。
【專利說明】用于光伏系統(tǒng)的電壓轉(zhuǎn)換器的跟蹤方法和跟蹤裝置
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于光伏系統(tǒng)的電壓轉(zhuǎn)換器尤其是逆變器以用于跟蹤PV發(fā)電機的工作點的跟蹤方法，該方法中，一個中間電路電壓改變了在朝向更低或更高電壓的方向上的具有一個預先確定電平的一個電壓增量。此外，本發(fā)明涉及一種跟蹤裝置并且涉及一種包括跟蹤裝置的逆變器。
[0002]逆變器在光伏系統(tǒng)中用來將光伏發(fā)電機所產(chǎn)生的直流轉(zhuǎn)變成交流，該交流可單相或多相地被饋入至公共或私人供電電網(wǎng)中。本申請的上下文中，為了簡便在下文中稱為“PV發(fā)電機”的光伏發(fā)電機應理解成表示包括光伏模塊(PV模塊)的任何安排，具體地是其中多個PV模塊串聯(lián)連接以形成所謂的串的安排。
[0003]PV系統(tǒng)的逆變器或更普遍地電壓轉(zhuǎn)換器普遍包括一種跟蹤裝置，即所謂的MPP(最大功率點)跟蹤器，這種跟蹤裝置用于連接至其上的PV發(fā)電機的工作點。借助MPP跟蹤器，PV發(fā)電機在輸出最大電功率的一個工作點上運行。也被稱為MPP工作點的這個最佳的工作點取決于對應的PV發(fā)電機及其運行參數(shù)，例如，太陽輻射強度和該PV發(fā)電機的溫度。此夕卜，由于PV發(fā)電機的老化響應(退化)，該工作點在PV發(fā)電機的壽命期間內(nèi)朝向更低電壓偏移。
[0004]可以在文章“對應用于單級并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的最大功率點方案的性能的比較(Comparison of the performance of maximum power point schemes applied tosingle-stage grid-connected photovoltaic systems)，，，S 簡(S.Jain)和 V 阿力口瓦爾(V.Agarwal),英國工程技術學會電力應用(IET Electr, PowerAppl.),2007中找到對各種MPP跟蹤方法的概述。在一種常用跟蹤方法情況下，電壓轉(zhuǎn)換器的輸入端處的電壓(尤其是在單級逆變器的情況下，即僅具有一個呈逆變橋形式的變換器級的逆變器的情況下，也被稱為中間電路電壓)增大了或減小了多個增量，其中通過每個增量，確定PV發(fā)電機所生成的并由逆變器來轉(zhuǎn)變的功率的與這個增量相關聯(lián)的變化。只要功率增大，電壓的變化大體上在最佳工作點的方向上。相應地，針對后續(xù)變動增量，可以維持電壓的變化方向(增大/減小)。另一方面，如果功率在中間電路電壓變動的情況下減小，可使后續(xù)增量方向逆轉(zhuǎn)。這樣，中間電路電壓遵循最佳工作點上的電壓或圍繞該電壓來波動。
[0005]從文件US2005/0110454A1中得知對這種跟蹤方法的修改。在這種情況下,考慮到的不是PV發(fā)電機所產(chǎn)生的功率，而是PV發(fā)電機的逆變器所輸出的功率。文件DE19961 705Al描述了一種逆變器，在該逆變器中，PV發(fā)電機的工作點是在考慮到PV發(fā)電機的輸出功率的最大化并考慮到逆變器的輸出電壓電平兩者的情況下設置的。
[0006]在單級逆變器的情況下，該PV發(fā)電機的工作電壓的變化由逆變橋的輸入側(cè)中間電路電壓與輸出側(cè)干線電壓之間的電壓轉(zhuǎn)換比上的變動完成。電壓轉(zhuǎn)換比的這種變動可由(例如)逆變橋中的開關的不同切換參數(shù)(例如，切換持續(xù)時間、占空比、與交流電壓的相角有關的切換操作的相角)完成。在這種情況下，電壓轉(zhuǎn)換比變動范圍相對受到約束。
[0007]具體而言，電壓下限針對逆變器或電壓轉(zhuǎn)換器的中間電路電壓提供，這種中間電路電壓需要被超過以便建立從PV發(fā)電機到供能供電電網(wǎng)的功率流。
[0008]從現(xiàn)有技術中例如從文件EP2 107672 10A1中已知的是，基于供能供電電網(wǎng)的測量電壓和已知的最大電壓轉(zhuǎn)換比，在計算上確定逆變器的最小所要求的中間電路電壓并且因此確定單級逆變器的輸入電壓下限。實際上，已知MPP跟蹤方法然而并不使用范圍達到這個在計算上所確定的輸入電壓下限的工作電壓。例如，在上文所提及的文件EP2 107672A1中，描述了被添加至在計算上所確定的輸入電壓下限的一個控制儲量。這樣做的原因在于:在這個限值附近，例如因輸入電壓的電壓調(diào)節(jié)機制而存在最小所要求的中間電路電壓暫時下沖的風險，這將導致所饋入的交流的信號波形的失真。因此，最小所要求的輸入電壓具有一個儲量，該儲量被應用于該輸入電壓以便安全地避免此類失真。
[0009]多級逆變器具有變動范圍較大的電壓轉(zhuǎn)換比。在多級逆變器的情況下，直流到直流變換器連接在逆變橋的上游，并且引入介于輸入電壓與中間電路電壓之間的一個額外的變比。直流到直流變換器就其電壓轉(zhuǎn)換比而言也有變動的可能性，這種變動的可能性連同逆變橋的電壓轉(zhuǎn)換比變化范圍一起產(chǎn)生一個相對大的總體變化范圍。然而，這種多級逆變器就電路而言更加復雜并且因此更為昂貴，并典型地因另外的變換器級而經(jīng)受更高的轉(zhuǎn)換器損耗。在原則上，另外同樣在這種情況下，存在朝向低壓可獲得的輸入電壓范圍并不能由已知跟蹤方法耗盡至在計算上所確定的輸入電壓下限的問題或約束。
[0010]因此，本發(fā)明的一個目標在于提供一種在開始所提及的類型的跟蹤方法，該方法中，可將電壓轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍耗盡至盡可能接近在計算上所確定的輸入電壓下限。本發(fā)明的另一個目標包括提供一種相應的跟蹤裝置，并且提供一種裝備有該跟蹤裝置的逆變器。
[0011]這個目標通過包括各項獨立權利要求的特征的一種方法、一種跟蹤裝置以及一種電壓轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)。有利的配置和發(fā)展是各項從屬權利要求的主題。
[0012]根據(jù)一個第一方面，該目標是通過一種用于光伏系統(tǒng)的電壓轉(zhuǎn)換器尤其是逆變器的跟蹤方法實現(xiàn)，該方法中，一個中間電路電壓反復改變了在朝向更低或更高電壓的方向上的具有一個預先確定的電平的多個電壓增量。該方法的特征在于以下事實:在兩個電壓增量之間一個子周期中，該中間電路電壓的平均變化率受一個最大平均變化率的限制，其中該最大平均變化率根據(jù)該中間電路電壓的電平所確定的。
[0013]限制該變化率具有的效果是用于設置該中間電路電壓Uzw的控制回路可以遵循一個預先確定的設置點值而無任何過沖。這使得可以防止輸入電壓下限或中間電路電壓下限的可能下沖，即使在該跟蹤方法跟蹤該中間電路電壓靠近這個限值的情況下。因此可以朝向此范圍的下限完全利用可獲得的輸入電壓范圍。同時，由于最大平均變化率對中間電路電壓的電平的依賴性，因此可以實現(xiàn)可以在該中間電路電壓的非臨界的范圍中更快地調(diào)整該中間電路電壓，這就導致在這個范圍中確保該跟蹤方法對PV發(fā)電機的變化的工作點的良好響應。
[0014]在該跟蹤方法的一個有利配置中，該最大平均變化率根據(jù)該中間電路電壓與最小所要求的中間電路電壓之間的電壓差的電平所確定的。優(yōu)選的是，在這種情況下，該最大平均變化率隨著該電壓差的電平的減小而減小。進一步優(yōu)選的是，該最大平均變化率在一個固定中間電路電壓之上是恒定的。這樣，該變化率尤其在該中間電路電壓的下臨界區(qū)域變化，以便可以遵循預先確定的設置點值而無任何過沖。
[0015]在該跟蹤方法的進一步有利的配置中，基于一個干線電壓并可能地另外基于一個饋入電流，確定最小所要求的中間電路電壓。這樣，可使電壓范圍的下限與供能供電電網(wǎng)并可能地另外與饋入條件來精確更新。優(yōu)選的是，定期更新最小所要求的中間電路電壓。進一步優(yōu)選的是，對該最小所要求的中間電路電壓執(zhí)行這種更新要比這些電壓增量頻繁多倍。這確保了該跟蹤方法在任何時間都以該最小所要求的中間電路電壓的最新的值進行操作。
[0016]在該跟蹤方法的進一步有利的配置中，該最大平均變化率是借助由該逆變器饋入至一個交流電壓電網(wǎng)中的一個電流的控制的更新速率來確定的。這還用于始終通過最新參數(shù)來操作該跟蹤方法。
[0017]在進一步有利的配置中，這些電壓增量的電平是根據(jù)該中間電路電壓的電平所確定的，和/或?qū)⒃撝虚g電路電壓的該設置點值預先確定為帶有有限變化率的一個連續(xù)函數(shù)，優(yōu)選地一個斜坡函數(shù)，和/或使得對由逆變器饋入至交流電壓電網(wǎng)中的電流的控制的更新速率匹配。所提及的配置呈現(xiàn)以下合適的可能性:影響該變化率，并且確保該平均變化率低于該最大平均變化率。
[0018]根據(jù)一個第二方面，該目標是通過一種用于電壓轉(zhuǎn)換器的跟蹤裝置實現(xiàn)，這種跟蹤裝置被配置成執(zhí)行上述跟蹤方法。根據(jù)一個第三方面，該目標是通過一種包括這種跟蹤裝置的逆變器尤其是單級逆變器來實現(xiàn)。產(chǎn)生與第一方面所實現(xiàn)的優(yōu)點相同的優(yōu)點。
[0019]下文將會參照六個附圖更詳細地解釋本發(fā)明，在附圖中:
[0020]圖1以電路框圖示出了一種光伏系統(tǒng)；
[0021]圖2示出了在根據(jù)現(xiàn)有技術的一種跟蹤方法中的中間電路電壓的軌跡的示意圖；
[0022]圖3示出了根據(jù)本申請的跟蹤方法的一個第一示例性實施例中的中間電路電壓的軌跡的示意圖；
[0023]圖4示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的另一跟蹤方法中的中間電路電壓的軌跡的示意圖；
[0024]圖5示出了根據(jù)本申請的一種跟蹤方法的一個第二示例性實施例中的中間電路電壓的軌跡的示意圖；
[0025]圖6示出了另一示例性實施例中的跟蹤方法的流程圖。
[0026]圖1以示意電路框圖示出了一種光伏系統(tǒng)，為了簡便，這種光伏系統(tǒng)在下文中稱為PV系統(tǒng)。PV系統(tǒng)包括經(jīng)由直流線路連接至一個中間電路2上的一個光伏發(fā)電機I (PV發(fā)電機I)。例如，圖1中的PV發(fā)電機I通過用于單個光伏電池的電路符號來符號化。在所示PV系統(tǒng)的一個實施例中，PV發(fā)電機I可以是具有大量電池的單個PV模塊，或是具有尤其串聯(lián)連接以形成一個串或形成并聯(lián)連接的多個串的多個PV模塊的一個互聯(lián)系統(tǒng)。
[0027]中間電路2包括至少一個中間電路電容器3。在所示示例中，中間電路2中存在的電壓(若無纜線損耗，則該電壓等于輸入電壓并且因此等于PV發(fā)電機I處的電壓)在下文中將被稱為中間電路電壓uzw。PV發(fā)電機I經(jīng)由中間電路2連接至逆變器4的直流輸入端上。如由逆變器4的符號的朝向圖1左側(cè)的虛線延伸部分所指示的，中間電路2在這種情況下還可集成在逆變器4。該逆變器4 一般不使中間電路2經(jīng)受一個連續(xù)負載。這種情況的原因是例如在一個輸出交流或另外逆變器4中的功率半導體開關的脈沖開關的情況下的不連續(xù)的功率流。中間電路電容器3用于使得中間電路電壓Uzw平穩(wěn)，并且使該中間電路電壓Uzff中的因不連續(xù)的電流牽引而出現(xiàn)的電壓驟降保持盡可能低，這就導致從中間電路2并且因此從PV發(fā)電機的高平均功率牽引是可能的。
[0028]對于下文，假設逆變器4是一個單級逆變器。然而，根據(jù)本申請的跟蹤方法和跟蹤裝置同樣可以與多級逆變器一起使用，或原則上與連接至PV發(fā)電機的任何電壓轉(zhuǎn)換器一起使用。然而，尤其有利的是與一個單級逆變器一起使用，因為在這種情況下，可獲得的輸入電壓范圍尤其是因一個最小所要求的中間電路電壓而一般經(jīng)受最大約束。
[0029]在所示示例性實施例中，中間電路電容器3被安排在逆變器4的直流輸入電路中。在具有一種多級設計并除一個逆變橋外還有一個直流到直流變換器的逆變器的情況下，這種(緩沖器)電容器能夠可替代地設置在該直流到直流變換器的輸出端處。不管這種情況如何，在本申請的上下文中，在其中安排該(緩沖器)電容器的電路一般稱為中間電路，并且該電容器3處的直流電壓稱為中間電路電壓Uzw。
[0030]逆變器4具有一個交流輸出端，該逆變器4經(jīng)由該交流輸出端連接至一個單相或多相供能供電電網(wǎng)5上。該供能供電電網(wǎng)5可以是一個公用供電電網(wǎng)或一個私人供電電網(wǎng)(孤島模式)。舉例來說，逆變器4被設計成僅僅具有兩個交流輸出端以用于到供能供電電網(wǎng)5中的單相饋入。不言而喻，除了所示逆變器4的單相設計之外的一種設計也是可能的，例如,一種三相設計。
[0031]圖1僅僅示出了PV系統(tǒng)中的元件，這些元件在本申請的上下文中是必要的。例如，切換元件(例如，切斷開關)、濾波器(例如，正弦濾波器)、電網(wǎng)監(jiān)測裝置和/或轉(zhuǎn)換器(這些都未示出)可設置在逆變器4的交流側(cè)上。同樣，例如像保險絲元件或切換元件(例如，負載切斷開關或直流接觸器)的元件(在此并未示出)可在PV發(fā)電機I與中間電路2或逆變器4之間的接線中被安排在直流側(cè)上。
[0032]逆變器4被饋入至供能供電電網(wǎng)5所在的單相或多相上的電壓在下文中稱為干線電壓％。除了逆變器4與供能供電電網(wǎng)5之間任何低的傳輸損耗之外，干線電壓Ua。對應逆變器4的交流電壓輸出端處所存在的電壓。在饋入操作過程中，從逆變器4流動至供能供電電網(wǎng)5中的電流在下文中稱為饋入電流IAC。如由安排在逆變器4與供能供電電網(wǎng)5之間的一個測量電阻器6所表示的，提供針對饋入電流IA。的測量可能性。不言而喻，這種測量可能性例如測量電阻器6也可集成在逆變器4之中。除了所示測量電阻器6之外，電流測量也可經(jīng)由其他已知電路傳感器來進行，例如經(jīng)由電感電流傳感器或經(jīng)由霍爾傳感器來進行。
[0033]此外，PV系統(tǒng)包括一個跟蹤裝置10，該跟蹤裝置具有輸入端11和12，該跟蹤裝置10可以經(jīng)由這些輸入端來確定中間電路電壓Uzw、干線電壓Uac以及饋入電流IAC。此外，該跟蹤裝置10經(jīng)由一個控制輸出端13來連接至逆變器4上。該跟蹤裝置10可以經(jīng)由該控制輸出端13向該逆變器4輸入用于中間電路電壓Uzw的設置點值。在這種情況下，確定中間電路電壓Uzw的此設置點值的方式為使得PV發(fā)電機I在一個工作點上運行，在該工作點上，PV發(fā)電機輸出一個最大功率，或在該工作點上，該逆變器4能夠盡可能遠地將一個最大功率饋入至供能供電電網(wǎng)5中。不言而喻，代替中間電路電壓Uzw的設置點值的輸入，也可輸入用于逆變器4的另一個電特性，該電特性同樣導致對PV發(fā)電機I的所期望的工作點的設置。例如，還可使用PV發(fā)電機I所提供的電流的一個設置點值。如果在下文中例如使用用于中間電路電壓Uzw的一個設置點值輸入來描述用于設置PV發(fā)電機I的最佳工作點的跟蹤方法，那么根據(jù)本申請的方法并不限制于此，而是可以相應被轉(zhuǎn)移到具有其他電特性的設置點值。如由逆變器4的符號的在圖1底部處的虛線延伸部分所指示的，跟蹤裝置10可以集成至逆變器4之中。
[0034]圖2以曲線圖示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的一種跟蹤方法中的中間電路電壓Uzw的軌跡示例。在這種情況下，該曲線圖的I軸上繪制出中間電路電壓Uzw的電平，并且在X軸上繪制出時間t的進度。這兩條軸示出了任意單位(a.u.)。在所示已知跟蹤方法中，在更高或更低中間電路電壓的方向上的具有一個預先確定的電平AU的一個電壓增量是從中間電路電壓Uzw的一個最新的值開始執(zhí)行。針對因此而改變的中間電路電壓Uzw，確定PV發(fā)電機所產(chǎn)生的功率或在該PV發(fā)電機的這個工作點下由逆變器饋入至供能供電電網(wǎng)中的功率，并且將其與該中間電路電壓的變化發(fā)生之前所產(chǎn)生或饋入的功率進行比較。如果該功率已通過中間電路電壓Uzw的變化增大，執(zhí)行在同一方向上的具有相同電平AU的另一個電壓增量(即，或者增大或者減小)。另一方面，如果該功率已減小，則執(zhí)行相應另一方向上的一個增量。如果因PV發(fā)電機運行條件改變和/或輻射條件隨時間而改變的改變而使最佳工作點改變，實際工作點因此遵循該最佳工作點或圍繞該最佳工作點來波動。電壓增量的其他序列也是現(xiàn)有技術中已知的，其中，根據(jù)另外的準則和/或復雜的算法，確定電壓的變化方向；這些方法因電壓增量的預先確定的電平AU大致恒定而具有公因子。不言而喻，也可使用此類方法代替在此所提出的簡化跟蹤方法。
[0035]在圖2中，具有電平AU的這個電壓增量在這種情況下朝向時間h處的更低中間電路電壓Uzw執(zhí)行。假設已在時間處發(fā)生的中間電路電壓Uzw上的減小已經(jīng)導致一個更高測量功率。相應地，跟蹤裝置10在時間t2處使中間電路電壓開始進一步減小了值AU。用于這個減小AU的設置點值輸入在曲線圖中示出為在時間t2開始的水平虛線。然而，中間電路電壓Uzff的這種減小(減小了值AU)將會導致一個最小所要求的中間電路電壓U最小下沖，該電SUid、是提供用于饋入至供能供電電網(wǎng)5的一個未失真的交流輸出電壓所要求的。為了簡便，最小所要求的中間電路電壓Ui+在下文中也被稱為最小電壓U.、。如圖2中的水平線所示的最小電壓U?+的值在這種情況下或者是固定地預先確定的或者是基于供能供電電網(wǎng)中的測量參數(shù)確定的。
[0036]維持最小電壓U υ、不應因中間電路電壓Uzw而下沖的準則而具有比借助于跟蹤裝置來設置一個最佳工作點更大的優(yōu)先級。因此，如果該逆變器最初遵循了跟蹤裝置的設置點值輸入，最小電壓U.、下沖，屆時，跟蹤裝置所輸出的設置點值立即再次增大。在圖2所示的曲線圖中，這由中間電路電壓Uzw的軌跡中向下達到最小電壓Uid、的尖峰來表示。如果最佳工作點是介于時間^處采用的中間電路電壓與最小電壓U.、之間，就不能接合這個最佳工作點。這尤其在單級逆變器或電壓轉(zhuǎn)換器的情況下成問題，因為鑒于所述逆變器或轉(zhuǎn)換器的設計，這些逆變器或轉(zhuǎn)換器因最小所要求的中間電路電壓而一般不具有大的電壓變動范圍的工作點，并且另外，在已知跟蹤方法中這個固有地不大的變動范圍因此無法耗盡。
`[0037]以與圖2相似的方式，圖3示出了在實施根據(jù)本申請的一種跟蹤方法時的中間電路電壓Uzw的電壓軌跡。該方法可實施在例如圖1中所示的PV系統(tǒng)內(nèi)，并且因此參照圖1所示的示例性實施例并使用在該上下文中所使用的參考符號以舉例的方式進行描述。
[0038]首先，在時間h處，以與圖2所示方法中相同的方式，使得中間電路電壓Uzw減小了一個具有該電平AU的電壓增量。再次假設的是，在時間^處中間電路電壓Uzw上執(zhí)行的減小對于測量功率具有積極作用。因此，在時間t2處，執(zhí)行另一個增量，以便減小中間電路電壓Uzw。然而，這個減小不是通過與時間h相同的增量Λ U執(zhí)行，而是通過一個較小增量AU’〈AU執(zhí)行，因為減小了增量AU將已具有使最小電壓U*下沖的風險。換言之，在時間t2處電壓增量的情況下的平均變化率I AU’/Atl與在時間^處的電壓增量情況下的相應平均變化率I AU/At|相比來說是減小的。在這種情況下，At表示在電壓增量的相應時間周圍的一個有限值的時間段。在這種情況下，At不是極其小的，而是被選擇為小于或者等于差值(? " ti)°
[0039]在第三時間丨3處，執(zhí)行另一個減小，這個時間經(jīng)歷了 AU"的增量，借助這個增量，實現(xiàn)對最小電壓U.、的另一個近似，而這個值不會下沖。在原則上，這種情況下的增量AU"可具有與增量AU’相同的值。然而，在中間電路電壓Uzw與最小電壓Uid、之間的間隔減小時，該增量也可以具有一個不同的值，例如借助于至少在一個預先確定的限值以下的增量連續(xù)減小。
[0040]所示跟蹤方法由于以下事實而實現(xiàn)對電壓變動范圍的改進利用:在該跟蹤方法中執(zhí)行的電壓增量電平AU在中間電路電壓Uzw的整個電壓范圍內(nèi)不是恒定的，而依賴于中間電路電壓Uzw的電平或依賴于中間電路電壓Uzw與最小電壓U.、之間的差分電壓來執(zhí)行。
[0041]圖4示出了會在如結(jié)合圖2所描述的一種從現(xiàn)有技術已知的跟蹤方法的情況下出現(xiàn)的另一個問題。進而，在第一時間^處，使得中間電路電壓Uzw減小了具有電平AU的一個電壓增量。如前所述，假設這個減小與測量功率的增大相關聯(lián)，并且由此，在一個后續(xù)增量上，意圖執(zhí)行中間電路電壓Uzw上的另一個減小以便設置PV發(fā)電機的最佳工作點。這個后續(xù)減小在第二時間t2處執(zhí)行，其中在該第二時間t2之前該中間電路電壓Uzw的電平如此以使即使在減小了具有相同電平AU的一個電壓增量之后，該中間電路電壓仍將會大于最小電壓υΛ/>，如由時間t2的右側(cè)的水平虛線指示。不過，在時間12之后不久，逆變器的交流輸出端處出現(xiàn)失真，這些失 真致使先前所設置的中間電路電壓Uzw (即，設置在時間h與t2之間的中間電路電壓)逆變。這種響應的原因是該中間電路電壓Uzw的設置點值的逐步變化。為了將實際中間電路電壓Uzw設置在預先確定的設置點值處，每個逆變器以與用于設置中間電路電壓Uzw并且因此PV發(fā)電機的工作點的每個其他電壓轉(zhuǎn)換器相同的方式具有一個控制回路。在中間電路電壓Uzw的設置點值逐步減小的情況下，所述中間電路電壓初始地同樣非常快地減少并具有以下沖的形式至少暫時落至這個設置點值以下的風險。首先，即使在中間電路電壓的新的設置點值仍在最小電壓U U、以上時，這種下沖也會已經(jīng)直接導致中間電路電壓Uzw暫時落至最小電壓υΛ/>以下，這將會與逆變器的交流輸出電壓的失真相關聯(lián)。然而，即使將不會發(fā)生到最小電壓U.、以下的一個下沖，在將中間電路電壓Uzw攔截至該新的設置點值的過程中在中間電路中流動的高電流也會造成交流輸出電壓的信號波形的失真。因此，在已知跟蹤方法中的中間電路電壓Uzw的設置點值上的已知增量變化的情況下，不能針對仍在最小電壓υΛ/>以上的值實施一個突變。這在圖4中由有效最小電壓U*.、表示，該有效最小電壓在至今被認為是在最小電壓U.、的電壓以上。由于考慮到了呈(相對高的)有效最小電壓U* U、(從最小電SUu、加一個儲量引起，如在已知跟蹤方法中所必要的)的形式的所描述的瞬態(tài)控制效果，因此，逆變器的可用電壓變動范圍進一步被約束在低壓。
[0042]圖5示出了用于以與先前附圖相同的方式來實施根據(jù)本申請的一個第二示例性實施例中的一種跟蹤方法的中間電路電壓Uzw的電壓軌跡。同樣通過這種方法，執(zhí)行中間電路電壓Uzw的一個變動，其中針對不同電壓增量比較測量饋入功率，以便在變化的條件下跟蹤PV發(fā)電機的工作點。
[0043]在一個第一時間&和在一個第二時間t2處發(fā)起電壓的通過具有電平AU的一個電壓增量的第一變化。然而，在這種情況下，用于中間電路電壓Uzw的新的設置點值并不是逐步預先確定的，而是通過持續(xù)時間At內(nèi)緩慢減小的一個設置點值預先確定的。舉例來說，在圖5的曲線圖中示出了呈斜坡形式的一條線性下落設置點值軌跡。然而，設置點值輸入朝向新的設置點值的軌跡也可以遵循一個不同的連續(xù)曲線，這個連續(xù)曲線盡可能地平滑或在離散增量中出現(xiàn)，這些離散增量大致小于具有電平AU的電壓增量的總電平，并且是以大致較快的時間序列預先確定的，這就導致暫時變化率的水平又在一個最大平均變化率以下。設置點值的這種連續(xù)且緩慢的變化可以在設置中間電路電壓Uzw時跟隨有控制而無任何過沖，并在控制過程中也沒有非常規(guī)高電流流動并且沒有出現(xiàn)失真。
[0044]可替代地，所述失真還可借助尤其對饋入電流的控制(控制特性)的動態(tài)來避免，這種動態(tài)大致因控制的更新速率而產(chǎn)生，減小的方式為使得閉合回路控制總體更緩慢地操作。然而，這所具有的缺點是對于如電網(wǎng)故障的可能動態(tài)事件同樣存在一個較緩慢的響應，并且因此這應僅僅用于異常情況。
[0045]因此，實際上也可接合靠近最小電壓U*的中間電路電壓Uzw (具體參見第二時間t2處的電壓增量)。因此，假設適當選擇設置點值輸入的彎曲軌跡的參數(shù)，有效最小電壓U*最小接近(所計算的)最小電壓U最小并與這個最小電壓一起下落。
[0046]不言而喻，在如結(jié)合圖3所描述的跟蹤方法的過程中，匹配電壓增量電平也可以與結(jié)合圖5所描述的在中間電路電壓Uzw的變化的情況下避免設置點值上的突然變化相結(jié)合。圖6以流程圖的形式在另一個示例性實施例中描述了這種結(jié)合方法。
[0047]在一個第一步驟SI中，測量干線電壓Ua。和饋入電流IA。?；谶@兩個值確定一個所要求的最小電壓UΛ/>。
[0048]在一個第二步驟S2中，測量中間電路電壓Uzw或可替代地基于中間電路電壓Uzw的最新設置點值來確定這個中間電路電壓，并且在一個后續(xù)步驟S3中將該中間電路電壓與最小電壓U.、進行比較。如果中間電路電壓Uzw與最小電壓U.、之間的間隔小于一個預先確定的值，那么該方法分支到步驟S5 ;否則該方法繼續(xù)步驟S4。在這種情況下，該預先確定的間隔在所示方法中借助用于該跟蹤方法`的一個標準增量的一個因數(shù)X確定。因數(shù)X的值可以是例如x=3。
[0049]在步驟S4中，即在其中中間電路電壓Uzw大于最小電壓υΛ/>超過了值X倍AUtl的情況下，值AUtl用作該跟蹤方法的增量AU。同時，標記S的值被設置成零。另一方面，在步驟S5中，即在其中中間電路電壓Uzw靠近最小電壓U*只差一個間隔X倍AUtl或更小間隔的情況下，增量AUtl被設置成標準化增量AUtl的一個分數(shù)，其中這個分數(shù)是由一個因數(shù)Ι/y預先確定的。用于y的值可以是在例如2至4的范圍之中。另外，標記S的值被設置成
O
[0050]在隨后步驟S6中，實施一個或多個跟蹤步驟，其中值Λ U被設置為增量，并且其中在該標志S=O時，使設置點值逐步變化了這個值Λ U，并且在值S=I時使該設置點值發(fā)生斜坡變化。
[0051]在差分電壓AU的小的增量以及設置點值的斜坡變化(如從步驟S5得到)減緩跟蹤方法，并具體地減緩該跟蹤方法對輻射的變化的響應時間。然而，由于步驟S3中的查詢，這僅在中間電路電壓Uzw在最小電壓U*附近的“臨界”范圍中出現(xiàn)?？色@得的中間電路電壓范圍因此用于朝向范圍下限的最大值，這就導致具體而言，即使在非常低的輻射強度下也可以饋入PV功率。不過，該跟蹤方法在中間電路電壓上部非臨界的范圍中都對最佳工作點的變化具有快速響應能力。
[0052]一旦已經(jīng)實施了這些跟蹤步驟中的一個或多個，該方法就分支回步驟S2，以便重新設置增量AU或標記S，從而可能從用于中間電路電壓Uzw的一個新測量值開始。此外，可以假設在規(guī)則間隔上(例如，在實施確定數(shù)量的跟蹤步驟之后)未分支回步驟S2，而是返回SI，這就造成還是基于最新干線電壓Uac和最新饋入電流Ia。規(guī)則更新最小電壓U.、的值。尤其有利的是，獨立于在電流調(diào)節(jié)(該電流調(diào)節(jié)與電壓跟蹤相比以高得多的頻率被實施)的上下文下所示序列，對最小電壓υΛ/>進行計算和更新。這種更新提供以下優(yōu)點:始終自適應性地考慮最新功率所必要的最小電壓υΛ/>，而不采用一個高饋送功率所必要的恒定最小電壓(如在現(xiàn)有技術中所實現(xiàn)的)。
[0053]以下基于一種跟蹤方法在輻射強度在典型一天的進程內(nèi)變動的情況下的響應來示出該方法的另一個示例性實施例。
[0054]夜晚，即在沒有太陽輻射并且沒有可獲得的PV功率時，PV發(fā)電機的空載電壓清楚地在所要求的電壓(將會是用于在給定一個至少可能的干線電壓下進行饋入所要求的)以下；逆變器通常被停用。
[0055]早晨，即在太陽輻射增大并且依然具有非常低的PV功率的情況下，激活該逆變器，并且根據(jù)最新干線電壓Ua。確定最小電壓U?+，即進行饋入至少所要求的中間電路電壓。
[0056]隨著太陽輻射進一步增大，PV功率和PV發(fā)電機的空載電壓二者進一步增大。一旦超過了最小電壓u^、，就激活該逆變器的逆變橋用于饋入至電網(wǎng)中的定時和具有一個可選地帶有有限變化率的低電平AU (例如，I伏特)的電壓增量的跟蹤方法二者。
[0057]隨著太陽輻射進一步增大，PV功率和空載電壓二者進一步增大，但是通過該跟蹤方法開始將中間電路電壓Uzw保持處于最小電壓U.、或在該最小電壓U.、的范圍之中。另外，對應于增大的功率，可以連續(xù)不斷地檢查并可能地更新最小電壓的值。
[0058]在太陽輻射水平進一步增大的情況下，PV發(fā)電機的最佳工作點處的電壓也超過了最小電壓U最小，在這種情況下，該跟蹤方法使對應于該最佳工作點的中間電路電壓Uzw增大。該中間電路電壓Uzw超過該最小電壓U.、的量越大，在該跟蹤方法的過程中的電壓增量的電平AU和可被選擇直到達到標準值的設置點值的變化率二者越大?？商娲兀鐖D6中所示的一個示例性實施例，可以定義間隔值以定義中間電路電壓Uzw與最小電壓Uid、之間的間隔，在該間隔以上，該系統(tǒng)從根據(jù)本發(fā)明的最佳操作來切換成標準操作，即以相對大的逐步電壓增量(例如，10V)進行跟蹤。
[0059]在一天結(jié)束時，即在輻射減小并且因此最佳工作點處電壓減小而且中間電路電壓Uzw減小時，時序順序具有倒數(shù)特征曲線。在這種情況下，可以假設在整個程序過程中測量干線電壓UAC，并且如果適當?shù)脑?，假設響應于干線電壓的變化更新最小電壓U最小。
[0060]參考符號列表
[0061]I PV發(fā)電機
[0062]2中間電路
[0063]3中間電路電容器
[0064]4逆變器
[0065]5供能供電電網(wǎng)
[0066]6測量電阻器[0067]10跟蹤裝置
[0068]11、12 輸入端
[0069]13控制輸出端
[0070]Uzw中間電路電壓
[0071]U最小最小電壓
[0072]U*最小有效最小電壓
[0073]AU電壓增量電平
[0074]AU0電壓增量標準電平Uac干線電壓
[0075]Iac饋入電流
[0076]t 時間
[0077]tl、t2、t3 時間
[0078]At持續(xù)時間
[0079]S 標記
【權利要求】
1.一種用于光伏系統(tǒng)的電壓轉(zhuǎn)換器尤其是逆變器以用于跟蹤PV發(fā)電機(I)的工作點的跟蹤方法，該方法中，一個中間電路電壓(Uzw)反復改變了在朝向一個更低或一個更高電壓的一個方向上的具有一個預先確定的電平(△ U)的多個電壓增量，其特征在于，在兩個電壓增量之間的一個子周期中該中間電路電壓(Uzw)的一個平均變化率(I AU/Atl )受一個最大平均變化率的限制，其中該最大平均變化率根據(jù)該中間電路電壓(Uzw)的電平所確定的。
2.如權利要求1所述的跟蹤方法，其中該最大平均變化率根據(jù)該中間電路電壓(Uzw)與一個最小所要求的中間電路電壓(υΛ/>)之間的一個電壓差的電平所確定的。
3.如權利要求2所述的跟蹤方法，其中該最大平均變化率隨著該電壓差的電平的減小而減小。
4.如權利要求3所述的跟蹤方法，其中該最大平均變化率在一個固定中間電路電壓(Uzw)之上是恒定的。
5.如權利要求2至4之一所述的跟蹤方法，其中該最小所要求的中間電路電壓(Ui+)是基于一個干線電壓(Uac)確定的。
6.如權利要求5所述的跟蹤方法，其中該最小所要求的中間電路電壓(U?+)是進一步基于一個饋入電流(Iac)確定的。
7.如權利要求2至6之一所述的跟蹤方法，其中該最小所要求的中間電路電壓(Ui+)被定期更新。
8.如權利要求7所述的跟蹤方法，其中對該最小所要求的中間電路電壓(U?+)執(zhí)行更新要比這些電壓增量頻繁多倍。
9.如權利要求1 至8之一所述的跟蹤方法，其中這些電壓增量的電平(AU)是根據(jù)該中間電路電壓(Uzff)的電平來確定的。
10.如權利要求1至9之一所述的跟蹤方法，其中該中間電路電壓(Uzw)的一個設置點值被設置為帶有一個有限變化率的一個連續(xù)函數(shù)。
11.如權利要求10所述的跟蹤方法，其中該設置點值的變化設置有一個斜坡函數(shù)。
12.如權利要求1至11之一所述的跟蹤方法，其中該最大平均變化率是借助由該逆變器饋入至一個交流電壓電網(wǎng)中的一個電流的控制的更新速率來確定的。
13.一種用于電壓轉(zhuǎn)換器的跟蹤裝置(10)，其特征在于，該跟蹤裝置(10)被配置成實施一種如權利要求1至12之一所述的方法。
14.一種用于光伏系統(tǒng)的逆變器，該逆變器包括如權利要求13所述的一個跟蹤裝置(10)。
15.如權利要求14所述的逆變器，該逆變器被配置成一個單級逆變器。
【文檔編號】G05F1/67GK103858302SQ201280049580
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年10月23日 優(yōu)先權日:2011年10月28日
【發(fā)明者】馬丁·博克, T·姆勒, 托馬斯·奧特曼, 亞歷山大·昂魯 申請人:艾思瑪太陽能技術股份公司