[发明专利]启动逆变器系统的方法和逆变器系统

说明书

描述了一种逆变器系统。所述逆变器系统包括DC电源（诸如多个光伏（PV）板）、逆变器和控制器。所述逆变器包括以适当的逆变器拓扑来布置的多个半导体装置（例如，诸如IGBT的可控半导体开关和反并联连接的二极管）。所述逆变器包括借助于DC链路而被连接到所述PV板的DC输入端子，以及至少一个AC输出端子。当启动所述逆变器时，所述控制器被配置成通过控制所述半导体开关以在所述DC输入端子之间产生短路来启用所述逆变器的短路状态，使得所述逆变器携带大体上等于所述PV板的短路电流的电流。该短路电流可用于预加热所述逆变器的所述半导体装置，以降低当所述半导体装置后续在所述逆变器的正常操作期间经历高阻断电压时由宇宙辐射引起的故障率。

技术领域

本发明涉及启动逆变器系统的方法和逆变器系统，并且特别地涉及包括逆变器（或功率转换器）的逆变器系统，所述逆变器（或功率转换器）用于将直流（DC）输入电压转换成例如将被输出到AC供电网络或公用电网的交流（AC）输出电压。

在一种布置中，逆变器系统可以是太阳能逆变器系统，其中太阳能逆变器被连接到一个或多个光伏（PV）板。

背景技术

太阳能逆变器在太阳能发电厂中具有关键作用，并且用于将由一个或多个PV板的阵列提供的DC输出电压转换成可被输出到AC电力网络或公用电网的AC输出电压。

太阳能逆变器包括多个可控半导体开关，所述多个可控半导体开关可以根据适当的控制策略被接通和断开以产生期望的AC输出电压。供太阳能逆变器中使用的特定半导体开关和其它半导体装置（如快速恢复二极管）的适用性由它们的技术规范（或数据表）所确定，并且包括例如它们的最大额定集电极-发射极电压或最大额定电流。

EP2416480公开了一种太阳能逆变器系统和一种在高开路电压（例如1000 VDC或更高）下启动太阳能逆变器系统的方法。该逆变器系统包括太阳能逆变器和逆变器预充电器，该逆变器预充电器用于在将逆变器系统连接到AC公用电网和PV板的阵列之前对逆变器进行预充电。该太阳能逆变器被充电，直到DC链路电压达到小于PV阵列的预确定开路电压的第一DC链路电压。该逆变器预充电器被配置成在将逆变器系统连接到PV阵列之前并且在将逆变器系统连接到AC公用电网之后使DC链路电压降低到第二DC链路电压。该第二DC链路电压是对于控制经由太阳能逆变器而产生的AC电网电流所需的最小电压电平。

大型现代太阳能发电厂通常被额定为1500 VDC，这意味着太阳能逆变器的DC输入电压取决于PV板的温度和日射以及其它条件而最大为1500 VDC。太阳能逆变器的半导体功率装置必须被相应地额定。太阳能逆变器可以在适当的电路拓扑中利用具有适当电压额定值和电流额定值的IGBT。例如，具有1200V的阻断电压能力的IGBT可被应用在三电平中性点箝位式电压源转换器（NPC VSC）拓扑中，其中每个IGBT必须阻断DC输入电压的一半，即750VDC。在两电平VSC拓扑中，每个IGBT必须阻断全部DC输入电压。因此，电压额定值为1700V的半导体开关可被应用于阻断1500 VDC的DC输入电压。在这种情况下，阻断电压裕度（～200V）是小的。此外，由于阻断电压额定值是温度相关的，因此它将在较低温度下小于数据表值。这意味着，例如如果在低于大约25℃的温度下操作逆变器，则对于冷半导体开关和二极管，阻断电压裕度甚至更小。

即使是改进的IGBT和二极管，在它们冷时在非常接近它们的阻断电压额定值的阻断电压处也表现出不可接受的高故障率。通常，所有半导体开关（诸如IGBT、GTO、IGCT等）和功率二极管的阻断能力受由于宇宙辐射而引起的故障所削弱。例如，已知由宇宙射线而引起的单粒子烧毁（SEB）对随机故障率有作用。单粒子烧毁的出现强烈地取决于开关阻断电压并取决于开关温度。特别地，故障率随较高的阻断电压并随较低的结温（junctiontemperature）而增加。

在太阳能逆变器的情况下，它将常常必须在早晨较早启动，此时太阳能逆变器的环境温度——并且因此还有半导体开关和二极管的结温——相对低。这可能导致半导体功率装置的高故障率。