电力系统结温控制技术方案

本发明专利技术公开一种电力发电系统，包括发电装置，连接至发电装置的功率变换器，以及连接至功率变换器的电控制器。电控制器配置为通过应用至少一个结温降额函数限制功率变换器的峰值结温。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电力系统结温控制
本公开的领域总体上涉及操作发电系统以控制峰值结温的系统和方法。更具体而言，本公开涉及包括限制峰值结温的控制器的光伏(例如太阳能)和风力(例如风力涡轮机)发电系统。
技术介绍
通常，在发电系统中，太阳能模块和风力涡轮机产生的功率是直流(DC)功率，其必须被变换为交流(AC)以输出到电网。通常，变换器包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)或其他功率半导体。半导体通常在额定操作温度范围内操作。根据IGBT的类型，IGBT结温通常额定在125℃、150℃、或175℃的最大值。半导体具有其能够可靠操作的上限结温。超过半导体的上限结温可能导致不期望的半导体操作效率降低和/或故障。半导体结的温度升高可由各种因素导致。例如，用于半导体的制冷系统的空气过滤器可能变脏/堵塞，从而降低了冷却半导体可用的冷却介质的量。其他环境因素，例如高的室外温度、高海拔、湿度水平、阳光等也能不利地提高半导体的操作温度。操作因素，例如变换器的高输出功率和瞬态功率事件也可能提高半导体的结温等。这些因素的组合可能同时作用，导致更快以及更持久的高结温。通常，当变换器中的半导体的结温达到上限时，可采用断路器使变换器跳闸(即关闭)以防止变换器故障。此外，在高温下操作变换器可能不利地降低变换器的寿命。如果变换器由于高结温被关闭，那么变换器可保持在断开状态，直到半导体结温已降至可接受的水平。通常不希望关闭变换器，因为这可降低或消除发电系统供电的能力。
技术实现思路
在一方面中，电力发电系统包括发电装置，连接至发电装置的功率变换器，以及连接至功率变换器的电控制器。电控制器配置为通过应用至少一个结温降额函数限制功率变换器的峰值结温。在另一方面中，控制电力发电系统的功率变换器的方法包括感测温度，应用基于所感测的温度的至少一个结温降额函数，以限制功率变换器的功率输出，以及限制功率变换器的功率直到满足预定条件。在又一方面中，非暂时性计算机可读存储介质存储用于控制电力发电系统的功率变换器的程序指令，所述程序指令包括以下指令：使用温度感测装置感测温度，应用基于所感测的温度的至少一个结温降额函数，以限制功率变换器的功率输出，以及限制功率变换器的功率直到满足预定条件。附图说明图1是本公开的示例性实施例的框图。图2是本公开的第二实施例的框图。图3是本公开的第三实施例的框图。图4是本公开的示例性结温降额函数的图表。具体实施方式在此描述的方法和系统便于控制电力发电系统的功率变换器。本公开的方法和系统的技术效果是通过应用由结温降额函数导出的一个或多个功率限制系数来提供限制变换器的峰值结温的能力。图1显示本公开的控制系统的示例性实施例的框图。控制系统包括控制器100，控制器100连接至发电系统(未显示)的功率变换器102。在一个实施例中，控制器100通过允许本公开的控制系统按本文描述作用的反馈回路设置或者其他设置连接至功率变换器102。在功率变换器102的操作过程中，功率变换器102的半导体部件(或其他机械或电子部件)发热。功率变换器102具有功率变换器能够可靠操作的最大操作温度104(图4)。在实施例中，最大操作温度104例如是预定温度或者实验发现的功率变换器102能够可靠操作的最大操作温度。在此使用的可靠操作是指装置不出现永久性显著损坏的额定操作条件。在一个实施例中，功率变换器102在结温额定值以下以一定富余量操作。例如，额定在125℃的IGBT通常以90℃的IGBT结温操作，留下线路浪涌和过载的富余量，线路浪涌和过载导致IGBT结温瞬时升高指导浪涌或过载结束。在另一个实施例中，控制系统包括在该富余量以上以及最大结温以下的温度的过温警告指示，例如在115℃提供过温警告，在125℃触发过温电路跳闸。在其他实施例中，最大操作温度104是与功率变换器102的半导体的结温关联的温度值或者功率变换器102的一个或多个其他部件的最大操作温度。例如通过接触功率变换器102或者以非接触方式感测功率变换器102的温度的温度传感器106确定功率变换器102的温度。温度传感器106将功率变换器102的温度输出至控制器100作为输入108。在一个实施例中，输出温度是单一部件或者多个部件的温度。在其他实施例中，温度传感器还感测环境温度，并将环境温度输出至控制器100。温度传感器106还可以感测并输出允许本公开的控制系统按本文描述进行操作的任何温度。在另一个实施例中，如果温度传感器106感测多个温度，则从温度传感器106输出最大感测温度作为控制器100的输入108。输入108被传输至控制器100，作为用于降额函数110(例如结温降额函数)的输入值。在一个实施例中，降额函数110是单位函数，例如在垂直轴上的值的范围从0.0到1.0。在实施例中，水平轴例如代表温度值。在一个实施例中，降额函数110用于计算与输入108关联的系统降额系数112(即垂直轴值)。如图1所示，降额函数110具有系数112保持恒定的温度范围，超出该温度范围系数112减小。在一个实施例中，系数值1.0代表与功率变换器102的额定操作温度关联的输入108值。然后，控制器100使用系数112控制功率变换器102的功率输出量。在一个实施例中，系数1.0用于控制功率变换器102在最大功率下操作，系数0.0用于控制功率变换器102关闭或者在最小操作功率下操作。在另一个实施例中，系数0.5用于指示功率变换器102在50％的功率下操作。系数112可用于指示功率变换器102在允许本公开的控制系统按本文描述作用的任何功率水平下操作。在实施例中，系数112被直接输入和用于控制功率变换器102。在其他实施例中，系数112首先被传输和用于其他计算，例如功率/无功功率限值计算114和限流计算116。在其他实施例中，功率/无功功率限值计算114和/或限流计算116的输出作为系数112被输入和用于控制功率变换器102。这样，系数112可用于控制功率变换器102的功率输出。例如，功率变换器102最初可在100％的功率输出下操作。通过温度传感器106感测功率变换器102的温度，该温度被输出至控制器100作为输入108。控制器100使用降额函数110处理输入108。如果输入108在功率变换器102的额定操作范围内，那么例如所计算的降额系数112的值是1.0。这样，将指示功率变换器102例如继续在100％的功率输出下操作。但是，如果输入108在功率变换器102的额定操作范围以外(即值在降额函数110中指示的垂直虚线的右侧)，那么所计算的降额系数小于1.0。在一个实施例中，如果功率变换器102在最大操作温度或者最大操作温度附近的高温下操作，输入108就在额定操作范围以外。这样，降额函数110使用输入108输出小于1.0的降额系数112。然后降额系数112用于指示/控制功率变换器102在小于100％的功率水平下操作。在一个实施例中，指示功率变换器102在给定的功率水平下操作，直到满足预定条件，例如直到预定时间已经过去或者直到温度传感器106感测到功率变换器102正在额定操作温度下操作。例如，温度传感器106连续或者以增量方式监测功率变换器102的温度，并且连续或者以增量方式将该温度输出至控制器100作为输入108。这样，可以实时或者以离散的时间间隔控制功率变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力发电系统，包括：发电装置；连接至所述发电装置的功率变换器；以及连接至所述功率变换器的电控制器，其中所述电控制器配置为通过应用至少一个结温降额函数限制所述功率变换器的峰值结温。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.09.27 US 13/246,0421.一种电力发电系统，包括：发电装置；连接至所述发电装置的功率变换器；以及连接至所述功率变换器的控制器，其中所述控制器配置为通过应用至少一个结温降额函数，以限制所述功率变换器的峰值结温，其中从多个结温降额函数中获取的多个降额系数中的最小值作为最小降额系数，所述多个降额系数中的第一降额系数具有第一值，多个降额系数中的第二降额系数具有第二值，控制器被配置为比较所述第一降额系数和第二降额系数的值，并确定其中较低的值作为所述最小值。2.根据权利要求1所述的电力发电系统，还包括温度传感器，所述温度传感器感测所述功率变换器的温度并将感测的温度传输至所述控制器。3.根据权利要求2所述的电力发电系统，其特征在于，所述结温降额函数是所述感测的温度的函数。4.根据权利要求2所述的电力发电系统，其特征在于，所述控制器配置为限制所述功率变换器的输出功率，直到所述感测的温度达到预定值。5.根据权利要求1所述的电力发电系统，其特征在于，从所述结温降额函数导出的降额系数被应用于所述控制器以减小所述功率变换器的输出功率、电流或电压的至少其中之一。6.一种控制电力发电系统的功率变换器的方法，所述方法包括：感测温度；应用基于所感测的温度的至少一个结温降额函数，以限制所述功率变换器的功率输出；取得多个降额系数，每个降额系数分别取自一个结温降额函数，所述多个降额系数中的第一降额系数具有第一值，多个降额系数中的第二降额系数具有第二值；比较第一值和第二值，并确定其中较低的值作为最小降额系数；以及使用最小降额系数限制所述功率变换器的功率直到满足预定条件。7.根据权利要求6所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：RG瓦戈纳，D史密斯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US