本发明专利技术名称为“含ＰＶ模块和分离功率变换器的耐气候单元的太阳能发电”。提供一种包括多个分离的功率变换器和多个第一耐气候单元的发电系统。每个分离的功率变换器包括主级、副级以及提供主级与副级之间的电非接触连接的变压器。第一耐气候单元包括耦合到多个分离的功率变换器的相应一个的主级的光伏模块和变压器的主侧。该系统还包括多个第二单元，其各自具有耦合到多个分离的功率变换器的相应一个的副级的变压器的第二侧。该系统还包括直流（ＤＣ）到交流（ＡＣ）逆变器和用于将分离的功率变换器的副级与ＤＣ到ＡＣ逆变器耦合的连接单元。ＤＣ到ＡＣ逆变器配置成将来自光伏模块的功率传输到电力网。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术主要涉及电能变换，更具体来说涉及光伏模块到电力网或负载的连接。
技术介绍
随着常规能源的持续上升成本和稀缺以及对于环境的关注，在例如太阳能和风力 的备选能源中存在大量关注。太阳能发电使用光伏(PV)模块以从太阳发电。在此类系统 中，将多个PV电池彼此电连接。当连接多个此类PV电池时，使用大量接线或电缆敷设。当使用直流到直流(DC到 DC)变换器以及直流到交流(DC到AC)变换器将生成的电从PV模块传送到负载或电力网 时，要求附加的电缆敷设和连接。使用接地连接以确保暴露的传导表面与地球表面处于相 同的电势，以便在人触摸到其中已发生绝缘故障的装置的情况下避免电击的风险。当PV模 块安装在场地中的托架系统或屋顶上以用于太阳能电场应用(solar farm application) 时，大多数客户认为PV模块的接线是不美观的。具有将解决前面问题的方法和系统将是合 乎需要的。
技术实现思路
根据本专利技术的一个示范实施例，提供一种发电系统。该系统包括多个分离的功率 变换器，其各自具有主级、副级以及提供主级与副级之间的电非接触连接的变压器。然后 在该系统中提供多个第一耐气候单元(weatherable unit)，其各自具有耦合到多个分离的 功率变换器的相应一个的主级的光伏模块和变压器的主侧。该系统还包括多个第二单元， 其各自具有耦合到多个分离的功率变换器的相应一个的副级的变压器的第二侧(second side)。该系统还包括直流(DC)到交流(AC)逆变器和用于将分离的功率变换器的副级与 DC到AC逆变器耦合的连接单元。DC到AC逆变器配置成将来自光伏模块的功率传输到电 力网。根据本专利技术的另一个示范实施例，提供一种具有多个光伏模块的发电系统。该系 统还包括分离的功率变换器，该功率变换器具有主级、副级以及提供主级与副级之间的电 非接触连接的变压器。该系统还包括用于将多个光伏模块的输出和分离的功率变换器耦合 的连接单元，以及配置成将来自光伏模块的功率传输到电力网的DC到AC逆变器。根据本专利技术的又一个示范实施例，提供一种发电系统。该系统包括多个部分串联 的谐振变换器，其各自具有主级、副级以及提供主级与副级之间的电非接触连接的变压器。 然后在该系统中提供多个第一耐气候单元，其各自具有耦合到多个部分串联的谐振变换器 的相应一个的主级的光伏模块和变压器的主侧。该系统还包括多个第二单元，其各自具有 耦合到多个部分串联的谐振变换器的相应一个的副级的变压器的第二侧。该系统还包括直 流(DC)到交流(AC)逆变器和用于将部分串联的谐振变换器的副级和DC到AC逆变器耦合 的连接单元。DC到AC逆变器配置成将来自光伏模块的功率传输到电力网。附图说明当参考附图阅读以下详细描述时，本专利技术的这些和其他特征、方面和优点将变得 更好理解，附图中相似的符号表示遍布这些图的相似的部件，其中图1是常规太阳能发电系统的示意图表示；图2是光伏模块的示意图表示；图3是根据本专利技术的一实施例的太阳能发电系统的示意图表示；图4是图3的实施例的单独第一和第二耐气候单元的示意图表示；图5是根据本专利技术一实施例的第一和第二单元之间的磁耦合的详细视图的示意 图表示。图6是根据本专利技术一实施例的使用脉冲总线(pulsing bus)的太阳能发电系统的 示意图表示；图7是根据本专利技术一实施例的太阳能发电系统的另一个示例的示意图表示；以及图8是根据本专利技术一实施例的屋顶系统的示意图表示。具体实施例方式图1示出常规太阳能发电系统10。该发电系统包括PV阵列12，PV阵列12包括 多个连接的PV模块或PV组列(PV string)(未示出)。PV阵列通过DC/DC变换器16、DC 链路18和电网侧三相DC/AC变换器20连接到电力网14。DC/DC变换器16保持DC链路 18处的恒定DC电压，并因此管理从PV模块12到电力网14的能量流。DC/DC变换器16由 DC/DC控制器22来控制，而电网侧变换器20由电网侧控制器24来控制。系统控制器26为 DC/DC变换器22和电网侧变换器20生成参考DC电压命令、参考输出电压幅度命令以及参 考频率命令。在其他系统中，可以采用多个单相变换器来替换电网侧三相变换器和/或对 于图1中所示的多个控制功能可以使用单个控制器。图2示出图1的PV阵列12内通常使用的类型的PV模块40。PV模块40包括多 个PV电池42，这些PV电池42并联接线以提供较高的电流以及串联接线以在输出端子44 和46提供较高的电压。PV模块12在前表面48上以钢化玻璃或某种其他透明材料来封装， 并在后表面(未示出)上以保护性防水材料来封装。将边缘密封以用于防风雨，并且常常 存在铝框架50，将所有组件一起固定在可安装单元中。使用接线盒或引线(未示出)来提 供电连接。图3示出根据本专利技术一实施例的太阳能发电系统70，其中该系统包括太阳能电池 阵列或PV组列72、连接单元或电缆盒74、升压变换器76和单相逆变器78。如果需要的话， 可以使用三相逆变器。太阳能电池阵列72包括多个第一耐气候单元80，单元80各自包括 光伏(PV)模块82、分离的功率变换器84(示出为DC到DC变换器)的主级83和变压器87 的主侧。太阳能电池阵列72还包括多个第二单元81，单元81各自包括分离的功率变换器 84的副级85和变压器87的副侧(secondary side)。通过变压器87在物理上分隔分离的 功率变换器84的主级83和副级85。因此，分离的功率变换器84确保相应的PV模块或PV 组列82不直接连接到负载或电力网。利用电缆盒连接单元74将这些单元的输出串联连接 以生成较高的电压或并联连接以生成较高电流或组合串联和并联连接以平衡电压和电流 要求。5使用升压电路76以及最大功率点跟踪(MPPT)控制器(未示出)来确定对于阵列 的电压-电流(V-I)特性的最大功率点，并操作该阵列总是靠近该点。升压变换器76将 PV阵列72的电压提升，然后在DC链路86提供受控升压的电压以从PV阵列、PV组列和电 池获取最大功率。示例技术包括扰动观察法和增量传导法。在其中变压器87是升压变压 器的一个实施例中，可以消除升压变换器76，因为可以使用升压变压器来提升PV阵列的电 压。在另一个实施例中，升压变换器和MPPT控制器位于靠近逆变器78。在图3的实施例中，逆变器78将来自升压变换器76的DC电压变换成单相AC电压 并将功率提供到负载。在另一个实施例中，可以将单相逆变器78替代为三相逆变器以将功 率供应到电力网。逆变器78和升压变换器76采用可以高开关频率来开关的开关装置88、 90、92、94、96。在一个实施例中，开关装置包括绝缘栅极双极晶体管(IGBT)或功率金属氧 化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或任何其他技术现状的开关装置。这些开关装置通常 由栅极驱动电路来接通和断开，并且在一个实施例中，其包括碳化硅装置。图4示出根据图3的实施例的一个示例的单独第一和第二单元80、81的示意图 120，其包括PV模块和分离的功率变换器。在图4的实施例中，分离的功率变换器84包括 部分串联的谐振变换器，其包括主级83和副级85。在另一个实施例中，分离的功率变换器 可包括逆向变换器或正向变换器或能满足这些本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种发电系统（７０），包括多个分离的功率变换器（８４），各自包括主级（８３）、副级（８５）以及提供所述主级（８３）与副级（８５）之间的电非接触连接的变压器（８７）；多个第一耐气候单元（８０），各自包括耦合到所述多个分离的功率变换器（８４）的相应一个的主级（８３）的光伏（ＰＶ）模块（８２）和所述变压器（８７）的主侧；多个第二单元（８１），各自包括耦合到所述多个分离的功率变换器（８４）的相应一个的副级（８５）的所述变压器（８７）的第二侧；直流（ＤＣ）到交流（ＡＣ）逆变器（７８），配置成将功率从所述光伏模块（８２）传输到电力网（１４）；以及连接单元（７４），用于将所述分离的功率变换器（８４）的副级（８５）和所述ＤＣ到ＡＣ逆变器（７８）耦合。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：YN门德斯埃尔南德斯，MA德鲁伊，O迈尔，R勒斯纳，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US
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