[发明专利]用于光伏设备中的功率管理的系统和方法

说明书

技术领域

本发明可应用于基于可再生能量和更加具体地光伏太阳能的发电系统的领域。

本发明的目的在于提供一种用于连接有电网的光伏设备（installation）的功率管理系统，其包括在给定时间把电网要求(grid requirement)加以考虑的有功和无功功率控制。该管理系统为光伏设施提供允许其应对临时电网要求的有功和无功功率储备。利用所述管理，该光伏设施能够表现地像传统的能源（热，核…），由此参与电力网调节并且有助于它的稳定性和质量。

背景技术

目前，连接有电网的光伏设备在我们的社会中得到广泛认可。它们是由多个光伏发电机（光伏场）和转换由光伏场产生的能量（直流电）以在电力网中注入（交流电）的至少一个电子转换器形成的设备。

光伏发电机应该被理解为能够将太阳能转换成电力的任何器件。

所有的光伏发电机都具有特征电压-强度（V-I）曲线。这个曲线根据光伏发电机的辐照度和温度而改变。存在使得由光伏发电机产生的能量与它的操作电压相关的、与这个V-I曲线相关联的电压-功率（V-P）曲线。为了最大化由光伏场产生的能量，光伏转换器配备有至少一个最大功率点（MPP）跟踪器。所述MPP跟踪器（通常带有输入电压控制的DC/DC转换结构）确定将最大化通过被连接于此的发电机的关联而产生的能量的操作电压。

在另一方面，在发电机上入射的辐照度是由垂直于太阳的面板的平面形成的角度的函数。太阳跟踪器经常被用于增加由在其上置放光伏发电机的光伏设备产生的能量。太阳跟踪器是围绕由一组致动器控制的一条或者两条轴线（方位角和天顶）枢转的可移动结构，该致动器朝向太阳定向光伏发电机，从而最大化在其上入射的辐照度。

连接有电网的光伏系统将由设备产生的能量注入电力网中。为了保证电力网稳定性并且在已经建立的限度内维持频率和电压，在产生的功率和消耗的功率之间必须存在平衡。在产生的和消耗的功率之间存在失衡的情形中，不同的发电源必须重新调整所产生的功率，由此再次建立平衡。为此，当电力网要求时，传统的源被强制供应额外功率或者限制有功功率（P）并且供应或者消耗无功功率（Q）。具体地，以下关系得以满足：

S=P+iQ

S=视在或者复数功率

P=有功功率

Q=无功功率

在光伏系统中，所产生的能量与天气条件紧密地相关，从而使得在其上的控制不足。鉴于辐照度不确定性，估计在给定时间能够由光伏系统供应的功率的困难阻止了现有技术的光伏系统具有能够在需求增加的情形中供应的功率储备。

在另一方面，在现有技术的光伏系统中，电流在预设功率因子（通常cosφ=1）下被注入电网中，由此它并不参与无功功率调节。

随着连接有电网的光伏设备的数目的增加，它们对于电力网稳定性的负面效果也增加。因此，需要研制一种管理系统，该管理系统将允许对于有功和无功功率进行控制，从而为系统提供将使其能够应对临时电力网要求的功率储备（有功和无功）。

发明内容

为了实现所述目的并且避免前述缺陷，本发明由一种用于连接有电网的光伏设备中的功率管理的方法和系统，其包括有功和无功功率的控制，在给定时间将电网要求加以考虑。本发明提供一种允许它应对临时电网要求的有功和无功功率储备。

根据本发明，一种用于光伏设备的功率管理系统由以下部分形成：

-用于管理光伏设备的有功和/或无功功率的至少一个控制单元（UC），

-至少一个光伏发电机，

-用于将直流电转换成交流电的至少一个电子转换器（CE）。

在有功功率管理的情形中，该系统具有由前面的光伏发电机形成的至少一个阵列，所述光伏发电机的能量产生各自地受到控制。所述阵列被称为功率控制最小单元（UMCP）。

为了控制光伏设备的有功功率，本发明包括以下阶段：

-为该设备建立有功功率储备设定点。

-确定UMCP的第一阵列，其在不限制它的有功功率的情况下操作；

-估计由所述光伏设备产生的功率；

-确定UMCP的第二阵列，其在将它的有功功率限制在特定数值而操作。

可以通过有功功率储备设定点和能产生的功率的估计建立第二UMCP阵列的元件的有功功率的限制。

依次地，可以通过以下方法中的一种或者几种获得前述能产生的功率的估计：

-通过由第一UMCP阵列产生的功率。

-通过至少一个平衡的光伏电池。

-把任何UMCP阵列相对于太阳的定向加以考虑。

-基于从UMCP的操作电压的周期变化获得的、UMCP的V-I曲线的样本。