[发明专利]用于在不利电压事件期间保护功率转换器的系统和方法

说明书

技术领域

一般来说，本公开涉及功率转换器，以及更具体来说，涉及用于在不利电压事件、例如高压穿越(HVRT)事件期间保护连接到电力网的功率转换器的系统和方法。

背景技术

电池能量储存系统(BESS)表示一种用来在电力网中大规模地储存电力的系统。例如，当电力系统的生产超过消耗时，BESS配置成储存电能。这样，电能生产不必急剧扩大和缩小以满足暂时消耗。生产而是可保持在更恒定水平。因此，电力系统能够在恒定生产水平更有效和轻松地操作。

BESS能够是独立系统，或者可结合到可再生能量电力系统中，以提供能量储存能力。独立BESS一般经由开关电源、例如DC-AC功率转换器连接到电力网。此外，典型独立BESS包括一个或多个能量储存装置(例如电池)，其经由DC链路和桥接电路来耦合到开关电源。独立BESS能够用于商业/工业设备的调峰、缓冲配电网中的峰值负荷、能量交易、缓冲太阳能电力(例如在夜间)、太阳能/风力发电的升级心服许多其他适当应用。

可再生能量电力系统、例如风能电力系统和太阳能电力系统通常还包括功率转换器，其中具有与独立BESS非常相像的调节DC链路。例如，风力电力系统、例如风力驱动双馈感应发电机(DFIG)系统或者全功率转换系统通常包括具有AC-DC-AC拓扑的功率转换器。太阳能电力系统通常包括功率转换器，其具有DC-DC-AC拓扑或者单级DC-AC拓扑。BESS可耦合到可再生能量电力系统的功率转换器的DC链路，并且能够例如用来在瞬态条件期间将电力施加到功率转换器的DC链路或者从DC链路得到电力。能够提供开关电源，以便在功率转换器的DC链路与BESS之间来回传递能量。例如，开关电源常常是DC-DC转换器，其配置成将DC链路上的第一电压转换成BESS的第二电压，反过来也是一样。此外，能够期望可再生能量电力系统的开关电源是双向的，以便不仅允许瞬变条件期间从BESS到DC链路的电力流，而且还允许从DC链路到BESS的电力流、例如以对BESS充电。

为了向电力网供应电力，可再生能量电力系统和/或能量储存系统需要符合某些要求。例如，可再生能量电力系统和/或能量储存系统可需要提供高压穿越(HVRI)能力或者低压穿越(LVRT)能力。HVRT能力表示系统在过电压条件期间保持连接到电力网的能力。类似地，LVRT能力表示系统在低电压条件期间保持连接到电力网的能力。但是，由于电力网中的这些条件的任一个可引起对功率转换器的操作的问题，所以期望设计能量系统，以便适应高或低电压事件，而没有损坏系统组件。

例如，各种电力系统采用了动态制动器，其具有制动斩波器和电阻元件，其配置有DC链路电容器以调节DC链路电压，如标题为“WindTurbineHavingaHigh-VoltageRideThrough(HVRT)Mode”的美国专利No.8432055中所述，通过引用将其结合到本文中。在另一个示例中，可提供具有较高击穿电压的较大和大容量DC链路电容器。在又一示例中，如果功率转换器采用半导体开关、例如绝缘栅双极晶体管(IGBT)或者集成栅换向晶闸管(IGCT)，则过电压或者过电流条件可施加应力或者使功率转换器中的开关是不可操作的。相应地，可提供将功率转换器连接到电力网的线路电感器，其具有较高额定电压，以保护位于功率转换器中的开关。但是，提供较大的大容量电容器和电感器对风力涡轮机增加成本和复杂度。

鉴于以上所述，向能量储存系统和/或可再生能量电力系统提供改进HVRT或LVRT能力也会是有利的。因此，本公开针对用于在这种不利电压事件期间保护独立能量储存系统的功率转换器和/或可再生能量电力系统的功率转换器的系统和方法。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下描述中部分提出，或者通过描述可以是显然的，或者可通过实施本发明来了解。

本公开的一个示例方面针对一种用于在不利电压事件期间保护连接到电力网的可再生能量电力系统的功率转换器的方法。该方法包括经由控制系统将功率转换器的DC链路的DC链路电压调节到标称范围电压。另一个步骤包括经由控制系统来监测DC链路的DC链路电压。基于被监测DC链路电压，该方法包括当DC链路电压超越DC链路额定电压时，经由开关电源将能量从DC链路传递给能量储存系统的一个或多个能量储存装置，其中高于DC链路额定电压的电压值指示不利电压事件在电力网发生。