光伏发电系统的制作方法

1.本发明涉及光伏发电系统，并且更特别地，涉及用于通过使有源电力滤波器的能量再生来减小纹波的光伏发电系统。


背景技术：

2.光伏发电是环境友好的能源发电方法，并且广泛用于替代现有的化学发电或核能发电。存在两种类型的太阳能发电：电池连接至转换器的独立型的，以及连接至电力系统的连接型的，并且通常，独立型发电包括太阳能电池、蓄电池、电力转换装置等，并且电力系统链接的系统被配置成通过连接至商用电源来与负载系统线路交换电力。
3.需要将ac转换成dc或者将dc转换成ac的转换器，以与负载或电力系统交换电力；为了长寿命，用薄膜电容器代替转换器的电解电容器，并且使用其中使用有源电力滤波器(apf)来减小由于电容值的减小而增大的电压纹波的方法。然而，存在的问题在于，当apf的输入和输出电压超过限制电压时，操作停止并且不能减小纹波，从而变得不稳定。


技术实现要素：

4.[技术主题]
[0005]
本发明要解决的技术问题是提供用于通过使有源电力滤波器的能量再生来减少纹波的光伏发电系统和双向电力转换装置。
[0006]
本发明的问题不限于上述问题，并且本领域技术人员根据以下描述将清楚地理解未提及的其他问题。
[0007]
[技术方案]
[0008]
为了解决上述技术问题，根据本发明实施方式的一种光伏发电系统包括：第一转换器，其用于转换从光伏发电面板施加的电力并将电力输出；第二转换器，其用于经由第一输入/输出端子接收由第一转换器输出的电力，对电力进行转换，并且经由第二输入/输出端子输出电力，或者从第二输入/输出端子接收电力，对电力进行转换，并且经由第一输入/输出端子输出电力；第三转换器，其用于接收来自第一转换器或第二转换器的电力并且对能量存储装置充电，或者将在能量存储装置中所充的电力传输至第二转换器；以及有源电力滤波器，其用于减小第二转换器中的纹波，其中，存储在有源电力滤波器中的电力传输至第一转换器。
[0009]
另外，有源电力滤波器可以包括用于存储电力的能量存储装置，并且当能量存储装置的电压等于或大于阈值时，存储在能量存储装置中的电力的至少一部分可以传输至第一转换器。
[0010]
另外，有源电力滤波器可以减小当第二转换器从第二输入/输出端子接收电力时生成的纹波。
[0011]
另外，有源电力滤波器可以通过向第二转换器传输电力和从第二转换器接收电力并且去除从第二转换器输出的电力的ac分量来减少第二转换器的纹波。
[0012]
另外，光伏发电系统可以包括传输线，该传输线用于将电力从有源电力滤波器传输至第一转换器。
[0013]
另外，从有源电力滤波器传输至第一转换器的电力可以通过第一转换器和第三转换器对能量存储装置充电。
[0014]
另外，第一转换器可以通过使用最大功率点跟踪来控制光伏发电面板。
[0015]
另外，第一转换器和第三转换器是dc-dc转换器，并且第二转换器可以是双向逆变器或双向ac-dc转换器。
[0016]
另外，光伏发电系统可以包括能量存储装置，该能量存储装置连接第一转换器、第二转换器和第三转换器。
[0017]
为了解决上述技术问题，根据本发明的另一实施方式的一种双向电力转换装置包括：第二转换器，其用于经由第一输入/输出端子从第一转换器或第三转换器接收电力，对电力进行转换，并且经由第二输入/输出端子输出电力，或者从第二输入/输出端子接收电力，对电力进行转换，并且经由第一输入/输出端子输出电力；有源电力滤波器，其用于减小当第二转换器从第二输入/输出端子接收电力时生成的纹波；能量存储装置，其用于存储有源电力滤波器的电力；以及传输线，其用于当能量存储装置的电压等于或大于阈值时，将存储在能量存储装置中电力的至少一部分传输至能量存储单元。
[0018]
[有益效果]
[0019]
根据本发明的实施方式，有源电力滤波器可以通过使大于或等于有源电力滤波器的可存储能量的能量再生来稳定地减少纹波。由此，可以在不使转换器的操作停止的情况下对电池充电。
[0020]
根据本发明的效果不限于以上例示的内容，并且本说明书中包括更多各种效果。
附图说明
[0021]
图1是根据本发明的实施方式的光伏发电系统的框图。
[0022]
图2是用于说明根据本发明的实施方式的光伏发电系统的操作的视图。
[0023]
图3示出了根据本发明的实施方式的光伏发电系统的比较示例。
[0024]
图4示出了形成在ac-dc转换器中的有源电力滤波器。
[0025]
图5是根据本发明的实施方式的双向电力转换器的框图。
具体实施方式
[0026]
在下文中，将参照附图详细描述本发明的优选实施方式。
[0027]
然而，本发明的技术构思不限于要描述的一些实施方式，而是可以以各种形式实现，并且在本发明的技术构思的范围内，可以在实施方式之间选择性地组合或替换构成元件中的一个或更多个。
[0028]
另外，除非明确地限定和描述，否则本发明的实施方式中使用的术语(包括技术术语和科学术语)可以解释为可以由本领域技术人员通常理解的含义，并且通常使用的术语例如词典中定义的术语可以在考虑相关技术的背景的含义的情况下进行解释。
[0029]
另外，在本说明书中使用的术语用于描述实施方式而不旨在限制本发明。
[0030]
在本说明书中，除非在短语中具体说明，否则单数形式可以包括复数形式，并且当
被描述为“a和b和c中的至少之一(或多于一个)”时，其可以包含可以与a、b和c进行组合的所有组合中的一个或更多个。
[0031]
另外，在描述本发明的实施方式的部件时，可以使用诸如第一、第二、a、b、(a)和(b)的术语。这些术语仅旨在将部件与其他部件区分开，并且这些术语不限制部件的性质、顺序或次序。
[0032]
并且，当部件被描述为“连接”、“耦接”或“互连”至另一部件时，该部件不仅直接连接、耦接或互连至其他部件，而且还可以包括该部件由于其他部件之间的另一部件进行“连接”、“耦接”或“互连”的情况。
[0033]
另外，当描述为形成或布置在每个部件之“上(上方)”或“下(下方)”时，“上(上方)”或“下(下方)”意指不仅包括两个部件直接接触的情况，而且还包括一个或更多个其他部件形成或布置在两个部件之间的情况。此外，当表述为“上(上方)”或“下(下方)”时，不仅可以包括基于一个部件的向上方向的含义，而且包括基于一个部件的向下方向的含义。
[0034]
图1是根据本发明的实施方式的光伏发电系统的框图。
[0035]
根据本发明的实施方式的光伏发电系统100包括光伏发电面板110、第一转换器120、第二转换器130和第三转换器140以及有源电力滤波器160，并且还可以包括能量存储装置150。
[0036]
光伏发电面板110使用太阳光发电。
[0037]
更具体地，光伏(pv)发电面板110使用利用太阳光的光电效应来生成电力。当特定频率或更高频率的光撞击特定金属材料时，光电效应发射电子。使用p型半导体和n型半导体形成p-n结，并且通过使用由光电效应生成的电子生成电流来生成电力。光伏发电面板110使用硅等形成，并且可以以晶片形式形成。光伏发电面板110位于可以很好地接收太阳光的场地或建筑物的外壁或屋顶，并且使用太阳光生成电力。此时，光伏发电面板110可以由与建筑物一体形成的建筑一体化光伏(bipv)发电机形成。
[0038]
第一转换器120转换从光伏发电面板110施加的电力并将其输出。
[0039]
更具体地，第一转换器120转换在光伏发电面板110中生成的电力并将其输出，使得该电力适合于存储或传输至连接的负载或电力系统。在转换电力时，第一转换器120可以通过升高或降低所接收的电压来输出电力。此时，第一转换器120可以是转换器、可以形成为dc-dc转换器并且可以将dc电压转换成另一dc电压并将其输出。
[0040]
第一转换器120可以通过使用最大功率点跟踪来控制光伏发电面板。最大功率点跟踪(mppt)可以用于提高光伏发电的效率。在光伏发电时，取决于电流与电压之间的关系以及电压与功率之间的关系，最大功率可以是最大电压的约80％处的功率，而不是最大电压处的功率。由于该最大功率点根据由光伏发电面板110生成的电流的大小而不断地改变，所以必须连续地搜索能够生成最大功率点的点。即，为了跟随最大功率而不是最大电压，电压和电流的大小可以变化以成为最大功率。即，沿使功率增大的方向，可以降低电压并且可以增大电流，或者可以增大电压并且可以降低电流。第一转换器120可以使用最大功率点跟踪来控制光伏发电面板110以从光伏发电面板110生成最大功率。第一转换器120可以包括一个或更多个开关，并且可以通过控制开关的时间比率来跟随最大功率点。此处，时间比率是当电流流动时的时间与没有电流流动时的时间的比率，并且在开关的情况下，该时间比率是指导通的比率，并且时间比率也被称为占空比或工作周期。
[0041]
第二转换器130经由第一输入/输出端子接收由第一转换器输出的电力，对该电力进行转换，并且经由第二输入/输出端子输出所转换的电力，或者从第二输入/输出端子接收电力，对所接收到的电力进行转换，并且经由第一输入/输出端子输出所转换的电力。此处，第一输入/输出端子和第二输入/输出端子是指第二转换器130的两个输入/输出端子，并且被形成为使得可以在两个方向上输入和输出电力。第二转换器130可以通过第一输入/输出端子向第一转换器120或第三转换器140传输电力和接收来自第一转换器120或第三转换器140的电力，并且可以通过第二输入/输出端子向负载220或电力系统210传输电力和接收来自负载220或电力系统210的电力。
[0042]
更具体地，第二转换器130将由光伏发电面板110生成并且由第二转换器130转换的电力传输至负载220，或者电力从电力系统210被传输。此处，负载220是被连接以使用通过光伏发电生成的电力的电力接收装置，并且可以是当在建筑物中实现光伏发电系统时消耗建筑物内的电力的装置。电力系统210是指由电网表示为商用电力系统的电力网络。负载220可以通过将比所需的电力过量的电力传输给电力系统210来出售电力。第二转换器130可以是逆变器。此处，逆变器是将dc电力转换成ac电力的装置。或者，第二转换器130可以是dc-ac转换器或ac-dc转换器。
[0043]
另外，第二转换器130可以接收通过第三转换器140进行充电的能量存储装置150的电力，并且通过使用由光伏发电面板110生成并且由第二转换器130转换的电力来传输至负载220或电力系统210。即，在向负载220或电力系统210传输电力时，第二转换器130直接接收来自第一转换器120的电力，或者可以接收存储在第二转换器130中的电力。
[0044]
第二转换器130可以接收来自电力系统210的电力以及将通过光伏发电生成的电力传输至负载220或电力系统210。为了在光伏发电困难的环境中或者当外部电力便宜时对能量存储装置150充电，可以接收来自电力系统210而不是光伏发电的电力。
[0045]
第二转换器130接收来自输出dc电力的第一转换器120的电力，将该电力转换成在负载220或电力系统210中使用的ac电力，并且将其输出。即，第二转换器将dc电力转换成ac电力。由于第二转换器将dc转换成ac，因此也可以将第二转换器称为逆变器。另外，在接收来自电力系统210的电力并且将电力输出至第三转换器140时，第二转换器130接收来自电力系统210的ac电力，将该ac电力转换成在第三转换器140中使用的dc电力，并且将其输出。即，可以将第二转换器130称为将ac转换成dc和将dc转换成ac的双向逆变器、双向转换器或双向ac-dc转换器，其中，可以在两个方向上改变输入和输出。
[0046]
第三转换器140接收来自第一转换器120或第二转换器130的电力以对能量存储装置150充电，或者将在能量存储装置150中所充的电力传输至第二转换器130。
[0047]
更具体地，第三转换器140接收由光伏发电面板110生成并且从第一转换器120输出的电力，以对能量存储装置150充电。此处，能量存储装置150可以是电池模块。即，第三转换器是用于将通过光伏发电生成的电力存储到电池中的转换器。第三转换器140将从第一转换器120输出的电力转换成用于对能量存储装置150充电的电力。第三输出转换单元140可以是转换器。由于从第一转换器120输出的电力是dc电力，并且对能量存储装置150充电的电力也是dc电力，因此第三转换器140可以是dc-dc转换器。另外，通常，由于由电池模块使用的电压的大小小于从第一转换器120输出的电压的大小，因此第三转换器140可以减小所接收的电压以将其输出。
[0048]
在对能量存储装置150充电时，第三转换器140通过接收来自转换光伏发电并将其输出的第一转换器120以及转换从电力系统210接收的电力并将其输出的第二转换器130的电力来对能量存储装置150充电。例如，能量存储装置150通过以下方式充电：当从光伏发电生成电力时，接收来自第一转换器120的电力；并且当不是通过光伏发电生成电力时或者当电力系统210不昂贵时，接收来自第二转换器130的电力。
[0049]
第三转换器140不仅通过接收来自第一转换器120或第二转换器130的电力对能量存储装置150充电，而且还可以将电力传输至第二转换器130以将在能量存储装置150中所充的电力传输至负载220。在第二转换器130中将传输至第二转换器130的电力转换成ac并且传输至负载220或电力系统210。
[0050]
第一转换器120、第二转换器130和第三转换器140可以连接至能量存储装置。此处，能量存储装置可以是dc链路电容器。dc链路电容器也被称为平滑电容器。它连接在每个转换器之间并且用作缓冲器以在转换器之间传递电力。对应点称为dc链路端。
[0051]
有源电力滤波器160减小第二转换器130的纹波。
[0052]
更具体地，有源电力滤波器160减小在第二转换器130的输出处生成的纹波。此处，纹波是dc分量内的生成的ac分量，并且可以意指与电压值的平均值的周期性偏差。有源电力滤波器160是apf(有源电力滤波器)，并且是跟踪ac输入端子的谐波分量以去除ac输出的谐波分量或去除包括在dc分量中的ac分量的滤波器。
[0053]
用于连接光伏发电系统的内部电力和外部电力的第二转换器130可以通过两端的电力可能生成大量的纹波。特别地，有源电力滤波器160可以减少当第二转换器130接收来自电力系统210的电力时生成的纹波。在接收来自电力系统210的电力并将其传输至第三转换器140的过程中，即，在将ac转换成dc的过程中，可能出现许多纹波。由于第二转换器130的输出是施加在dc链路电容器两端的vlink，因此可以认为源电力滤波器160减小了vlink的纹波。
[0054]
此时，有源电力滤波器向第二转换器130传输电力(能量)和接收来自第二转换器130的电力(能量)，并且去除从第二转换器130输出的电力的ac分量，从而可以减小第二转换器130的纹波。ac分量可以包括在从第二转换器130输出的dc电力中，并且有源电力滤波器160用于去除包括在经转换的dc分量中的ac分量。有源电力滤波器160接收或传输与纹波(纹波对应于从第二转换器130输出的电力中的噪声)对应的电压，从而与第二转换器130交换电力以减少纹波，但是在所接收的电压的大小超过阈值的异常情况下，不能减小纹波，因此必须停止第二转换器130的操作或电力的输入。为了解决这个问题，将有源电力滤波器160存储的电力传输至第一转换器120。可以认为，有源电力滤波器160存储能量，或者可以表示为有源电力滤波器通过向第二转换器130传输能量和接收来自第二转换器130的能量来减少纹波。
[0055]
有源电力滤波器160包括用于存储电力的能量存储装置。有源电力滤波器160包括用于存储所接收的电力的能量存储元件，以向第二转换器130传输电力和接收来自第二转换器130的电力。包括在有源电力滤波器160中的能量存储装置可以是电容器。电容器可以称为apf电容器。
[0056]
当能量存储装置的电压等于或大于阈值时，存储在能量存储装置中的电力(能量)的至少一部分可以传输至第一转换器120。当有源电力滤波器160的能量存储装置能够存储
的电压超过阈值时，由于能量存储装置不再能够存储电压，因此有源电力滤波器160不能减少第二转换器130的纹波。当由于电力变得不稳定而不能减少纹波时，可能必须停止第二转换器130的操作。因此，此时，存储在能量存储装置中的电力的至少一部分可以传输至第一转换器120以使得有源电力滤波器160能够正常操作。当从能量存储装置向第一转换器120传输电力时，可以传输与阈值对应或更多的电力，或者可以传输对应的电力，使得能量存储装置161的电压比阈值低容限电压。此处，阈值可以是能量存储装置的限制电压。或者，阈值可以是通过将容限电压应用于限制电压而获得的电压，或者可以由用户设置。有源电力滤波器160还可以表示为将存储在能量存储装置中的能量的至少一部分传输至第一转换器120。
[0057]
为了将有源电力滤波器160的电力传输至第一转换器120，可以形成用于传输电力的传输线。对应的传输线是用于传输电力的电力传输线，并且可以由电力线缆形成。当有源电力滤波器160的能量存储元件的电压等于或大于阈值时，可以在传输线中形成开关，以将存储在能量存储装置中的电力的至少一部分传输至第一转换器120。当能量存储装置的电压等于或大于阈值时，可以使开关导通以将有源电力滤波器160的电力传输至第一转换器120。当能量存储装置的电压小于阈值时，保持关断状态，使得有源电力滤波器160的电力不会被传输至第一转换器120。光伏发电系统100还可以包括能够控制开关的控制单元(未示出)。
[0058]
从有源电力滤波器160传输至第一转换器120的电力可以通过第一转换器120和第三转换器140对能量存储装置150充电。通过使有源电力滤波器160的电力再生到第一转换器120，可以稳定地操作有源电力滤波器，并且同时，可以高效地使用对应的电力。可以将传输至第一转换器120的电力通过第一转换器120传输至第三转换器140以用于对能量存储装置150充电。
[0059]
图2是根据本发明实施方式的光伏发电系统的实施方式，光伏发电系统可以包括：第一转换器120，其是接收来自pv 110的电力的dc-dc转换器，pv 110是在其中心具有dc链接电容器的光伏发电面板；第二转换器130，其是用于对电池150充电或接收在电池中充的电力的电池dc-dc转换器；第二转换器130，其是用于将通过光伏发电生成的电力传输至负载220(例如家庭中的装置或并网电力系统210)或者接收来自电力系统210的电力的双向ac-dc转换器，并且可以包括有源电力滤波器160和能量存储装置161，有源电力滤波器160包括在第二转换器130中以减少第二转换器130的纹波。
[0060]
当包括在用于减小第二转换器130的纹波的有源电力滤波器160中的能量存储装置161的电压等于或大于阈值时，通过将能量存储装置161的电力传输至第一转换器120的输入121，可以防止有源电力滤波器160因为能量存储装置161不再能够存储电力而不操作。另外，可以通过将能量存储装置161的电力传输至第一转换器120的输入121而再生电力来提高效率。
[0061]
与此不同，在图3的比较示例中，由于不存在用于将有源电力滤波器160的能量存储装置161的电力传输至第一转换器120的配置，因此当包括在用于减小第二转换器130的纹波的有源电力滤波器160中的能量存储装置161的电压等于或大于阈值时，有源电力滤波器160可能由于第二转换器130的纹波不能被减少而停止操作，并且由于此，第二转换器130可能变得不稳定并且停止操作。
[0062]
图4示出了形成在ac-dc转换器中的有源电力滤波器160，并且将参照图4针对第二转换器130执行将ac转换成dc的操作的情况描述有源电力滤波器160的操作。
[0063]
当ac-dc转换器的输出电压增大到某个电平以上时，电力被传递至有源电力滤波器，从而沿朝向ccs的方向传递cdc的电力，并且当ac-dc转换器的输出电压下降到某个电平以下时，执行沿朝向cdc的方向对ccs的电力放电的操作。由此，其具有仅在一定范围内波动的纹波电压。如果减少电解电容器以延长ac-dc转换器的寿命，则cdc的电容将大大减小并且纹波电压将增大，为了解决这个问题，可以添加大量薄膜电容器或者可以使用诸如有源电力滤波器之类的电路来减少纹波。然而，有源电力滤波器在异常情况下(即，当vccs的值由于大量电力进入ccs而继续增大时)可能变得不稳定。根据本发明的实施方式的光伏发电系统将图4的ccs的电力传输至第一转换器120，使得有源电力滤波器即使在异常情况下也正常操作，从而稳定地操作系统。
[0064]
图5是根据本发明的实施方式的双向电力转换器的框图。图5的每个配置的描述对应于图1至图4的光伏发电系统100的描述，并且因此将省略重复的描述。
[0065]
根据本发明的实施方式的双向电力转换装置500包括：第二转换器510；有源电力滤波器520；能量存储元件530；以及传输线540，该传输线从能量存储元件530连接至第一转换器120。
[0066]
第二转换器510经由第一输入/输出端子接收来自第一转换器120或第三转换器140的电力、转换电力并且经由第二输入/输出端子输出电力，或者接收来自第二输入/输出端子的电力、转换电力并且经由第一输入/输出端子输出电力。此处，第二输入/输出端子可以连接至负载220或电力系统210以向负载220或电力系统210传输电力或者接收来自电力系统210的电力。第二转换器在两个方向上将ac转换成dc或者将dc转换成ac，因此它可以是双向逆变器或双向ac-dc转换器。
[0067]
有源电力滤波器520减小少当第二转换器510接收来自第二输入/输出端子(即，电力系统210)的电力时生成的纹波。减少了当与第二转换器510交换电力时在第二转换器的输出中生成的纹波。
[0068]
能量存储元件530存储有源电力滤波器520的电力。能量存储元件530存储有源电力滤波器520从第二转换器510接收的电力。
[0069]
当能量存储元件530的电压等于或大于阈值时，传输线540将存储在能量存储元件530中的电力(能量)的至少一部分传输至第一转换器120。通过使存储在能量存储元件530中的电力通过第一转换器120再生，可以稳定地操作第二转换器510。
[0070]
同时，本发明的实施方式可以实现为计算机可读记录介质上的计算机可读代码。计算机可读记录介质包括其中存储有计算机系统可读的数据的所有类型的记录装置。
[0071]
作为计算机可读记录介质的示例，存在rom、ram、cd-rom、磁带、软盘和光学数据存储装置，并且另外，计算机可读记录介质以分布式方式分布在其中可以存储和执行计算机可读代码的联网的计算机系统中。此外，本发明所属技术领域的程序员可以容易地推断出用于实现本发明的功能程序、代码和代码段。
[0072]
如上所述，在本发明中，已经描述了有限的实施方式和附图以及诸如特定部件等的特定内容，但是这些仅被提供用于帮助对本发明的更一般的理解，并且本发明不限于以上实施方式，并且本发明所属领域的普通技术人员可以根据这些描述进行各种修改和变
化。
[0073]
因此，本发明的精神不应当限于所描述的实施方式，并且不仅所附权利要求，而且具有对权利要求的等同或等效修改的所有权利要求都将被认为属于本发明的精神范围。