用于在不利电压事件期间保护功率转换器的系统和方法
【技术领域】
[0001] 一般来说，本公开设及功率转换器，W及更具体来说，设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】
[0002] 电池能量储存系统度ES巧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，邸SS配置成储存电能。运样，电能生产不必急剧扩大 和缩小W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。
[000引 BESS能够是独立系统，或者可结合到可再生能量电力系统中，W提供能量储存能 力。独立邸SS -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链路和桥接电路来禪合到开关 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/风力发电的升级屯、服许多其他适当应用。
[0004] 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 感应发电机值FIG)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 禪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，W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，W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W对BESS充电。
[0005] 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 网中的运些条件的任一个可引起对功率转换器的操作的问题，所W期望设计能量系统，W 便适应高或低电压事件，而没有损坏系统组件。
[0006] 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W调节DC链路电压，如标题为"Wind I'urbine化ving a Hi曲-Voltage I^ide T虹OU曲（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)或者集成栅换向晶闽管 (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，W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满轮机增加成本 和复杂度。 阳007]鉴于W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，本公开针对用于在运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】
[0008] 本发明的方面和优点将在W下描述中部分提出，或者通过描述可W是显然的，或 者可通过实施本发明来了解。
[0009] 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。
[0010] 在一个实施例中，DC链路额定电压包括DC链路配置成在基本上确保DC链路的操 作时要耐受所指定时间段的最大电压量。在另一个实施例中，监测DC链路的DC链路电压 的步骤还包括经由一个或多个传感器来确定实际DC链路电压或者经由计算机模型来估计 实际DC链路电压中的至少一个。在另一实施例中，该方法包括当实际DC链路电压超越DC 链路额定电压时，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，直到 DC链路电压低于DC链路额定电压（即，返回到低于DC链路额定电压的电压值）。
[0011] 在某些实施例中，开关电源包括DC-DC功率转换器等。在其他实施例中，一个或多 个能量储存装置包括电池储存装置、电容器、电池模块等的至少一个。在另一个实施例中， 不利电压事件可包括高压穿越（HVRT)事件或者低压穿越（LVRT)事件中的至少一个。在附 加实施例中，可再生能量电力系统可包括风力满轮机电力系统、太阳能电力系统或者任何 其他适当电力系统中的至少一个。
[0012] 在另一方面，本公开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来监测功率转换器的电 流-电压参数，其中电流-电压参数指示不利电压事件在电力网发生。另一个步骤包括当 电流-电压参数指示不利电压事件正发生时，经由开关电源将能量从功率转换器的DC链路 传递给与功率转换器禪合的能量储存系统的一个或多个能量储存装置。
[001引在各个实施例中，电流-电压参数可包括DC链路电压、电力网电压、调制指数极 限、DC链路电流、电力网电流或者指示不利电压事件在电力网发生的任何其他适当参数中 的至少一个。因此，在一个实施例中，该方法还可包括当被监测DC链路电压超越DC链路额 定电压时，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，直到DC链路 电压等于或低于DC链路额定电压。在另一实施例中，DC链路额定电压包括DC链路配置成 在基本上确保DC链路的操作时要耐受所指定时间段的最大电压量。还应当理解，该方法还 可包括如本文所述附加步骤和/或特征的任一个。
[0014] 在又一方面，本公开针对一种用于在不利电压事件期间保护连接到电力网的能量 储存系统的功率转换器的方法。该方法包括经由控制系统来监测能量储存系统的电流-电 压参数，其中电流-电压参数指示不利电压事件在电力网发生。另一个步骤包括当电流-电 压参数指示不利电压事件正发生时，经由一个或多个开关元件将能量从能量储存系统的DC 链路传递给能量储存系统的一个或多个能量储存装置。
[0015] 在各个实施例中，电流-电压参数可包括DC链路电压、电力网电压、调制指数极 限、DC链路电流、电力网电流或者指示不利电压事件在电力网发生的任何其他适当参数中 的至少一个。在一个实施例中，不利电压事件可包括高压穿越（HVRT)事件或者低压穿越 (LVRT)事件中的至少一个。此外，在一个实施例中，一个或多个开关元件可包括至少一个绝 缘栅双极晶体管或者任何其他适当开关元件。还应当理解，该方法还可包括如本文所述附 加步骤和/或特征的任一个。
[0016] 技术方案1 : 一种用于在不利电压事件期间保护与电力网连接的可再生能量电力 系统的功率转换器的方法，所述方法包括： 经由控制系统将所述功率转换器的DC链路的DC链路电压调节到标称范围电压； 经由所述控制系统来监测所述DC链路的所述DC链路电压；W及 当所述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所述DC链路传递 给能量储存系统的一个或多个能量储存装置，其中高于所述DC链路额定电压的电压值指 示不利电压事件在所述电力网发生。
[0017] 技术方案2 :如技术方案1所述的方法，其中，所述DC链路额定电压包括所述DC链 路配置成在基本上确保所述DC链路的操作时要耐受所指定时间段的最大电压量。
[001引技术方案3 :如技术方案1所述的方法，其中，监测所述DC链路的所述DC链路电 压还包括经由一个或多个传感器来确定实际DC链路电压或者经由计算机模型来估计所述 实际DC链路电压中的至少一个。
[0019] 技术方案4 :如技术方案1所述的方法，还包括当所述实际DC链路电压超越所述DC链路