能量转换系统及其操作方法、光伏发电系统的制作方法

文档序号:7337974阅读:254来源:国知局
专利名称:能量转换系统及其操作方法、光伏发电系统的制作方法
能量转换系统及其操作方法、光伏发电系统技术领域
本发明公开的实施方式涉及能量转换系统和方法,以向电力系统提供电能,特别 涉及一种具有改进的控制架构的能量转换系统和相关的控制方法。
背景技术
基本而言,在全世界范围内,通过可再生能源发电系统,例如光伏发电系统产生的 电能,其所占据的份额越来越显著。一般的光伏发电系统包括一个或者多个光伏阵列,其中 每个光伏阵列又包括多个相互连接的光伏电池单元,该光伏电池单元可以将太阳辐射能转 换成直流电能。为了实现光伏阵列的并网发电,通常会使用变流器模块将光伏阵列产生的 直流电能转换成可供电网传输的交流电能。
现有的供光伏发电系统使用的变流器模块的架构有多种形式。其中一种为二级式 的结构,其包括一个直流-直流变流器和一个直流-交流变流器。该直流-直流变流器控 制从光伏阵列到直流母线间的直流电能的传输。该直流-交流变流器则将输送到直流母线 上的直流电能转换成可供电网传输的交流电能。通常,现有的光伏发电系统还具有一个变 流器控制模块,其用于通过控制信号控制直流-直流变流器和一个直流-交流变流器的运 作,并对各种系统变量,例如直流母线电压,交流电网电压和频率等变量作补偿控制。
随着光伏并网发电系统的快速增长,通过光伏并网发电系统注入到电网的电能对 电网的电压和频率产生显著的影响。通常,传统的能量转换系统基于电流源控制架构对电 流进行调节而不直接提供电压调节或者间接进行电压调节。因此,在此种情形下,对光伏能 量转换系统输出端的电能进行调节变得具有相当的挑战。
因此,有必要提供一种改进的能量转换系统和方法以解决上述的技术问题。发明内容
有鉴于上述提及之技术问题,本发明的一个方面在于提供一种能量转换系统,该 能量转换系统被配置成可以同时调节能量转换系统输出的交流电压和交流电流。该能量转 换系统包括直流母线,变流器模块,以及变流器控制模块。直流母线接收来自于电源的直流 电。变流器模块与直流母线连接,并用于将直流母线上的直流电转换成交流电,该交流电包 括交流电压和交流电流。变流器控制模块与变流器模块连接。该变流器控制器模块被构建 成至少部分基于由电压源控制架构和电流源控制架构复合的控制架构。该变流器控制器被 配置成根据电压指令信号调节交流电压,该变流器控制器还被配置成根据电流指令信号调 节交流电流。
本发明的另一个方面在于提供一种能量转换系统。该能量转换系统包括直流母 线,变流器模块,以及变流器控制模块。该直流母线接收来自于电源的直流电。该变流器模 块与直流母线连接,并用于将该直流母线上的直流电转换成交流电。该变流器控制模块与 该变流器模块连接,该变流器控制模块用于接收代表变流器模块输出端电压的电压反馈信 号以及代表变流器模块输出端电流的电流反馈信号。该变流器控制模块还根据功率指令信号和通过该电压反馈信号和电流反馈信号获得的功率反馈信号产生相位角指令信号。该 变流器控制模块还根据无功功率指令信号和通过该电压反馈信号和电流反馈信号获得的 无功功率反馈信号产生电压幅值指令信号。该变流器控制模块还用于根据该相位角指令信 号,电压幅值指令信号,电压反馈信号以及电流反馈信号产生作用到该变流器模块的控制信号。
本发明的另一个方面在于提供一种变流器控制系统。该变流器控制系统用于发送 控制信号给变流器系统,以驱动变流器系统将直流形式的能量转换成交流形式的能量,该 交流形式的能量被送入到与该变流器系统连接的电网。该变流器控制系统还接收代表变流 器系统输出端电压的电压反馈信号以及代表变流器系统输出端电流的电流反馈信号。该变 流器控制系统包括有功功率调节器,无功功率调节器,以及混合调节器。该有功功率调节器 根据功率指令信号和通过该电压反馈信号和电流反馈信号获得的功率反馈信号产生相位 角指令信号。该无功功率调节器根据无功功率指令信号和通过该电压反馈信号和电流反馈 信号获得的无功功率反馈信号产生电压幅值指令信号。该混合调节器用于根据该相位角指 令信号,电压幅值指令信号,电压反馈信号以及电流反馈信号产生作用到该变流器系统的 控制信号。
本发明的另一个方面在于提供另一种变流器控制系统。该变流器控制系统用于发 送控制信号给变流器系统,以驱动变流器系统将直流形式的能量转换成交流形式的能量, 该交流形式的能量被送入到与该变流器系统连接的电网。该变流器控制系统还接收代表变 流器系统输出端电压的电压反馈信号以及代表变流器系统输出端电流的电流反馈信号。该 变流器控制系统包括有功功率调节器,无功功率调节器,相位及频率控制器,以及混合调节 器。该有功功率调节器根据功率指令信号和通过该电压反馈信号和电流反馈信号获得的功 率反馈信号产生相位角指令信号。该无功功率调节器根据无功功率指令信号和通过该电压 反馈信号和电流反馈信号获得的无功功率反馈信号产生电压幅值指令信号。该相位及频率 控制器用于接收与电网相关的电压,并根据该接收的电网电压产生与该电网的瞬态事件相 关的相位跳变修正信号,并使用该相位跳变修正信号调节该相位角指令信号。该混合调节 器用于根据该调节后的相位角指令信号,电压幅值指令信号,电压反馈信号以及电流反馈 信号产生作用到该变流器系统的控制信号。
本发明的另一个方面在于提供另一种变流器控制系统。该变流器控制系统用于发 送控制信号给变流器系统,以驱动变流系统将直流形式的能量转换成交流形式的能量,该 交流形式的能量被送入到与该变流器系统连接的电网。该变流器控制系统还接收代表变流 器系统输出端电压的电压反馈信号以及代表变流器系统输出端电流的电流反馈信号。该变 流器控制系统包括相位补偿单元和功率调节器,该相位补偿单元用于接收与该电网相关的 电压反馈信号并根据接收的电压反馈信号产生相位跳变修正信号。该功率调节器接收功率 指令信号和至少由该电压反馈信号计算得到的功率反馈信号,并根据接收的功率指令信号 和功率反馈信号产生相位角指令信号。该功率调节器进一步接收该相位跳变修正信号,并 根据该相位跳变修正信号调节该相位角指令信号。
本发明的另一个方面在于提供一种混合调节器。该混合调节器包括旋转变换元 件,电压调节器,以及电流调节器。该旋转变换元件用于接收相位角指令信号以及电压幅值 指令信号,该旋转变换元件还用于将接收的相位角指令信号和电压幅值指令信号旋转成在同步旋转d_q坐标系下的第一 d轴电压指令信号和第一 q轴电压指令信号。该电压调节器 用于接收该第一 d轴电压指令信号和第一 q轴电压指令信号,该电压调节器还用于根据该 第一 q轴电压指令信号和q轴电压反馈信号产生d轴电流指令信号,该电压调节器还用于 根据该第一 d轴电压指令信号和d轴电压反馈信号产生q轴电流指令信号。该电流调节器 用于接收d轴电流指令信号和q轴电流指令信号,该电流调节器还用于根据该d轴电流指 令信号和d轴电流反馈信号产生第二 d轴电压指令信号,并根据该q轴电流指令信号和q 轴电流反馈信号产生第二 q轴电压指令信号。
本发明的另一个方面在于提供一种操作能量转换系统的方法。该方法至少包括如 下步骤接收代表能量转换系统中的变流器模块输出端电压的电压反馈信号以及代表变流 器模块输出端电流的电流反馈信号;根据功率指令信号和通过该电压反馈信号和电流反馈 信号获得的功率反馈信号产生相位角指令信号;根据无功功率指令信号和通过该电压反馈 信号和电流反馈信号获得的无功功率反馈信号产生电压幅值指令信号;以及根据该相位角 指令信号,电压幅值指令信号,电压反馈信号以及电流反馈信号产生作用到该变流器模块 的控制信号。
本发明的另一个方面在于提供一种操作能量转换系统的方法。该方法至少包括如 下步骤接收代表能量转换系统中的变流器模块输出端电压的电压反馈信号以及代表变流 器模块输出端电流的电流反馈信号;根据功率指令信号和通过该电压反馈信号和电流反馈 信号获得的功率反馈信号产生相位角指令信号;根据无功功率指令信号和通过该电压反馈 信号和电流反馈信号获得的无功功率反馈信号产生电压幅值指令信号;根据电压反馈信号 产生相位跳变修正信号;根据该相位跳变修正信号调节该相位角指令信号;以及根据该修 正的相位角指令信号,电压幅值指令信号,电压反馈信号以及电流反馈信号产生作用到该 变流器模块的控制信号。
本发明的另一个方面在于提供一种光伏发电系统。该光伏发电系统包括变流器模 块以及变流器控制模块。该变流器模块用于将从光伏电源产生的直流电转换成交流电。该 变流器控制模块与该变流器模块连接,该变流器控制模块用于接收代表变流器模块输出端 电压的电压反馈信号以及代表变流器模块输出端电流的电流反馈信号,该变流器控制模块 还根据功率指令信号和通过该电压反馈信号和电流反馈信号获得的功率反馈信号产生相 位角指令信号;该变流器控制模块还根据无功功率指令信号和通过该电压反馈信号和电流 反馈信号获得的无功功率反馈信号产生电压幅值指令信号。该变流器控制模块还用于根据 该相位角指令信号,电压幅值指令信号,电压反馈信号以及电流反馈信号产生作用到该变 流器模块的控制信号。
本发明的另一个方面在于提供另一种光伏发电系统。该光伏发电系统包括变流器 模块以及变流器控制模块。该变流器模块用于将从光伏电源产生的直流电转换成交流电。 该变流器控制模块与该变流器模块连接,并用于接收代表变流器模块输出端电压的电压反 馈信号以及代表变流器模块输出端电流的电流反馈信号。该变流器控制模块包括有功功率 调节器,无功功率调节器,以及混合调节器。该有功功率调节器根据功率指令信号和通过该 电压反馈信号和电流反馈信号获得的功率反馈信号产生相位角指令信号。该无功功率调节 器根据无功功率指令信号和通过该电压反馈信号和电流反馈信号获得的无功功率反馈信 号产生电压幅值指令信号。该混合调节器用于根据该相位角指令信号,电压幅值指令信号,电压反馈信号以及电流反馈信号产生作用到该变流器模块的控制信号。
本发明提供的能量转换系统,变流器控制系统,控制能量转换系统运作的方法以及光伏发电系统等,通过基于由电压源控制架构和电流源控制架构的复合控制架构,对能量转换系统输出端的交流电压和交流电流提供调节,使得该能量转换系统可以很好地应对电压和频率有较大变动的电网。在一些实施方式中,在能量转换的过程中遇到瞬态事件时或者从瞬态事件恢复过程中,通过实时计算电网电压发生的相位跳变信息,并基于该计算出的相位角跳变信号对内部产生的相位角指令信号或者功率指令信号进行补偿,以使得从能量转换系统输出的交流电流或者交流电压跟随与电网相关的电压或者保持与电网相关的电压同步,使得该能量转换系统更加可靠地进行并网发电。


通过结合附图对于本发明的实施方式进行描述,可以更好地理解本发明,在附图中
图1所示为能量转换系统的一种实施方式的模块示意图。
图2所示为图1所示的网侧控制器的一种实施方式的控制框图。
图3所示为直流电压控制器一种实施方式的控制框图。
图4所示为图2所示的有功功率调节器的一种实施方式的控制框图。
图5所示为图2和图4所示的有功功率调节器的一种实施方式的详细控制框图。
图6所示为直流电压控制器的另一种实施方式的控制框图。
图7所示为图2和图4所示的有功功率调节器的另一种实施方式的详细控制框图。
图8所示为图2所示的无功功率调节器的一种实施方式的控制框图。
图9所示为图2所示的混合调节器的一种实施方式的控制框图。
图10所示为图9所示的旋转变换元件的一种实施方式的控制框图。
图11所示为图9所示的电压调节器的一种实施方式的控制框图。
图12所示为图9所示的电流调节器的一种实施方式的控制框图。
图13所示为图9所示的电流调节器的另一种实施方式的控制框图。
图14所示为图2所示的信号产生单元的一种实施方式的控制框图。
图15所示为图1所示的网侧控制器的另一种实施方式的控制框图。
图16所示为可以在图15所示的相位和频率控制器中执行的相位角调节器的一种实施方式的控制框图。
图17所示为可以在图15所示的相位和频率控制器中执行的相位角调节器的另一种实施方式的控制框图。
图18所示为可以在图15所示的相位和频率控制器中执行的相位角调节器的另一种实施方式的控制框图。
图19所示为可以在图15所示的相位和频率控制器中执行的频率调节器的一种实施方式的控制框图。
具体实施方式
本发明揭露的一个或者多个实施方式涉及混合或者复合控制架构的能量转换控 制系统以及基于该混合或者复合控制架构来运作能量转换系统的方法。在此所谓的“混 合或者复合控制架构”被特别设计成对能量转换系统输出端的交流电流和交流电压提供调 节。更具体而言,在此提及的“混合或者复合控制架构”可以被理解成将能量转换系统中的 控制系统构建成至少部分含有电压源控制架构或者算法以及电流源控制架构或者算法的 特征。在此所谓的“电压源控制架构或者算法”是指在一种具体的实施方式中其主要的控 制变量包括交流侧电压的幅值指令和相位角指令之相关控制机制。在此所谓的“电流源控 制架构或者算法”是指在一种具体的实施方式中其主要的控制变量包括交流侧电流幅值指 令之相关控制机制。再具体而言,在一些实施方式中,混合控制架构的具体实现涉及在电压 源控制架构的基础上增加内环为电流环的控制回路,以进一步对交流电流进行调节。基于 该混合的控制架构,能量转换系统的交流输出电流和交流输出电压可以同时进行较严格地 调节,进而可以提高交流电压和交流电流的稳定性。换言之,通过配置该混合的控制架构, 该能量转换系统可以更适合并网连接,特别适合具有较大电压和频率变动的弱电网。在一 些实施方式中,该混合的控制架构在实施时可以进一步结合相位跳变补偿功能。基于该混 合控制架构,能量转换系统可以根据功率指令信号和功率反馈信号在内部产生相位角指令 信号。执行相位跳变补偿功能可以实时提供电网电压的瞬时相位信息,以此在并网发电过 程中发生瞬态或者暂态事件或者遇到故障状况或者此后的恢复过程中,可以根据提供的瞬 时相位跳变信息实时调节交流输出电压和交流输出电流,以方便同步控制。在此所谓的“相 位跳变补偿”是指在锁相环电路不能快速地提供电网电压的相位信息的情形下,可以追踪 电网电压,并提供电网电压的瞬时相位信息,以用于相位补偿。在此所谓的“瞬态或者暂态 事件”是指一个或者多个在电网侧引起信号扰动的事件或者状况,例如,在电网中发生的频 率事件或者相位事件等。
以下将描述本发明的一个或者多个具体实施方式
。首先要指出的是,在这些实施 方式的具体描述过程中,为了进行简明扼要的描述,本说明书不可能对实际的实施方式的 所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是,在任意一种实施方式的实际实施过程中,正 如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中,为了实现开发者的具体目标,或者为了满 足系统相关的或者商业相关的限制,常常会做出各种各样的具体决策,而这也会从一种实 施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外,还可以理解的是,虽然这种开发过程中所作 出的努力可能是复杂并且冗长的,然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术 人员而言,在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计,制造或者生产等变更只是 常规的技术手段,不应当理解为本公开的内容不充分。
除非另作定义,在本说明书和权利要求书中使用的技术术语或者科学术语应当为 本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书 中使用的“第一”或者“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是 用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制,而是表示存在 至少一个。“或者”包括所列举的项目中的任意一者或者全部。“包括”或者“包含”等类似 的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含” 后面列举的元件或者物件及其等同元件,并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连” 等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接,而是可以包括电性的连接,不管是直接的还是间接的。此外,“电路”或者“电路系统”以及“控制器”等可以包括单一组件或者由 多个主动元件或者被动元件直接或者间接相连的集合,例如一个或者多个集成电路芯片, 以提供所对应描述的功能。
图1所示为能量转换系统10 —种实施方式的模块示意图。在下面的描述中,为了 更好的理解本发明的最佳实施方式,能量转换系统10被图示并描述成一种光伏或者太阳 能能量转换系统。但是,应当可以理解的是,对于本发明所属技术领域内具有一般技能的人 士来讲,本发明所披露的一个或者多个实施方式应当不仅仅限制在光伏领域,其中的一些 方面,例如,至少部分基于电压源控制架构以及电流源控制架构的混合控制架构,应当可以 通过类似的方式应用到其他领域,例如,燃料电池发电系统,风能发电系统以及潮汐能发电 系统等。
概括而言,该光伏能量转换系统10包括一个光伏变流器模块14。该光伏变流器模 块14可以视作连接在光伏电源12和电网18之间的能量转换接口,以用于不同形式能量的 转换。详细而言,该光伏变流器模块14被配置成将从光伏电源12输出的直流电压或者电流 形式的能量(下文简称为直流电)转换成适合输入到电系统18的交流电压或者电流形式 的能量(下文简称为交流电)。在一种实施方式中,光伏电源12可以包括一个或者多个光 伏阵列,其中每个光伏阵列可以包括多个相互连接的光伏单元,该光伏单元基于光电效应 进行太阳能到直流电能的转换。在一种实施方式中,电系统18可以为输送交流电的电网, 该光伏能量转换系统10可以被配置成输送具有适当频率和幅值的三相交流电给电网18。 在其他实施方式中,该电系统18也可以包括交流负载,例如交流电机或者马达。
在一种实施方式中,图1所不的光伏变流器模块14基于两级式的架构,其包括光 伏侧变流器142(也即靠近光伏电源12侧的变流器)和网侧变流器144(也即靠近电网18 侧的变流器)。该光伏侧变流器142可以包括直流-直流变流器,例如升压型直流-直流变 流器,其可以升高由光伏电源12转换输出的直流电压,并将升高后的直流电压提供给直流 母线146。该直流母线146可以包括一个或者多个电容器,用以将直流母线146的直流电压 的电压值维持在特定的数值,从而可以控制从直流母线146到电网18的能量流动。该网侧 变流器144可以包括直流-交流变流器,用以将直流母线146处的直流电压转换成适合交 流电网18输送的交流电压。可以理解的是,在其他实施方式中,该光伏变流器模块14也可 以基于单级式的架构,也即,其通过一个直流-交流变流器直接将直流母线146的直流电压 转换成具有适当频率和幅值的交流电压,以供电网18输送。
在一种实施方式中,图1所示的该能量转换系统10进一步包括变流器控制模块 或者变流器控制系统16。该变流器控制模块16被配置成调节从网侧变流器144输出的功 率。在一种实施方式中,该变流器控制模块16被配置成包括光伏侧控制器162和网侧控 制器164。该光伏侧控制器162被配置成根据各种指令信号和反馈信号发送光伏侧控制信 号166给光伏侧变流器142,以调节直流母线146处的电压或者功率。例如,在一种实施方 式中,该光伏侧变流器142根据电压传感器145检测到的直流电压反馈信号156和输入的 直流电压指令信号292提供光伏侧控制信号166给光伏侧变流器142,以调节该直流母线 146处的电压。该网侧控制器164被配置成根据各种指令信号和反馈信号发送网侧控制信 号168给网侧变流器144,以调节从网侧变流器144输出的有功功率或者无功功率。该光 伏侧变流器142可以包括任何拓扑结构的变流器,例如,半桥式变流器,全桥式变流器以及推挽式变流器等。该网侧变流器144可以包括任意拓扑结构的直流-交流变流器,例如,两 电平式变流器,三电平式变流器或者多电平式变流器等。该光伏侧变流器142和该网侧变 流器144可以包括一定数量的半导体开关器件,例如,集成门极换流晶闸管,(Integrated Gate Commutated Thyristors, IGCTs)和绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBTs)。该等开关器件可以在光伏侧控制信号166和网侧控制信号168的作 用下被开通或者关断。虽然图1示出了使用两个独立的控制器162,164进行控制,但是在 其他实施方式中,应当也可以使用单一的控制器对光伏侧变流器142和网侧变流器144进 行控制。
在一种实施方式中,图1所示的能量转换系统10还可以进一步包括光伏侧滤波器 22,该光伏侧滤波器22包括一个或者多个容性元件和感性元件,用以滤除从光伏电源12输 出的直流电能中的波动分量,并阻止波动信号从光伏侧变流器142流向光伏电源12。该能 量转换系统10还可以包括网侧滤波器24,该网侧滤波器24也包括一个或者多个感性元件 或者容性元件,以滤除从网侧变流器144输出的三相交流电中的谐波分量。
请继续参阅图1,该变流器控制系统16或者更具体而言该网侧控制器164被配置 成一种混合的控制架构或者兼具电压源控制架构和电流源控制架构的复合控制架构。更具 体而言,该复合控制架构的变流器控制系统16或者网侧控制器164被配置成根据反馈信号 和指令信号同时对交流输出电压和交流输出电流进行调节。该反馈信号可以包括但不限于 电压反馈信号152和电流反馈信号154。该电压反馈信号152和电流反馈信号154可以通 过放置在网侧变流器144和电网18之间的电压传感器36和电流传感器34分别测量得到。 在一种实施方式中,该电流传感器34和电压传感器36可以包括例如霍尔效应传感器在内 的各种感测器件。该指令信号可以包括有功功率指令信号212和无功功率指令信号222等。
图2所示为图1所示的网侧控制器164的一种实施方式的至少一部分的控制框 图。图2所示网侧控制器164中的功能模块可以通过硬件(hardware)的形式来实现,也可 以通过固件(firmware)或者软件(software)的形式来实现,或者通过硬件结合软件的形 式来实现。在实际的应用中,该网侧控制器164可以通过微控制器来执行,也可以通过数字 信号处理器(digital signal processor,DSP)来执行。在图示的实施方式中,该网侧控制 器164包括混合控制架构,或者更具体而言,该网侧控制器164被构建成至少部分基于电压 源控制架构以及电流源控制架构相复合的控制架构。
在图2所示的实施方式中,该混合控制架构的网侧控制器164包括有功功率调节 器210。该有功功率调节器210被配置成接收功率指令信号212和功率反馈信号214,并至 少根据该功率指令信号212和功率反馈信号214产生频率指令信号262和相位角指令信号 216。该功率指令信号212代表从网侧变流器144(参见图1)输出的功率。在一种实施方 式中,该功率指令信号212可以由电网运营商指定或者根据能量转换系统10自身的参数设 计进行确定。例如,在一种实施方式中,该功率指令信号212可以由直流电压控制器170产 生,该直流电压控制器170的详细内容将在下文描述。该网侧功率反馈信号214则代表实 际测量或者计算得到的功率。该频率指令信号262代表期望从网侧变流器144输出的交流 电压的频率。该相位角指令信号216代表期望从网侧变流器144输出的交流输出电压的相 位值。在一种实施方式中,该功率反馈信号214可以通过电流反馈信号154和电压反馈信 号152计算得到,其中,该电流反馈信号154和该电压反馈信号152可以分别通过设置在网侧变流器144输出端和电网18之间的电流传感器34和电压传感器36(如图1所示)测量 得到。在一种实施方式中,该电流传感器34和电压传感器36可以为霍尔效应传感器。虽 然在图1所示的实施方式中,作为一种示意性的举例,电流传感器34和电压传感器36被放 置在网侧滤波器24和电网之间成为公共连接点的位置处,但是在其他实施方式中,可以在 网侧变流器144和电网18之间电连接路线上的任意点进行电压和电流的测量,以用于计算 功率反馈信号214。
请继续参阅图2,该基于混合控制架构的网侧控制器164还配置有无功功率调节 器220。该无功功率调节器220被配置成接收无功功率指令信号222和无功功率反馈信号 224,并根据该无功功率指令信号222和无功功率反馈信号224产生电压幅值指令信号226。 该无功功率指令信号222代表希望从网侧变流器144输出的无功功率,其可以由电网运营 商指定也可以根据实际的系统参数设计进行确定。该无功功率反馈信号224代表从网侧变 流器144输出端测量或者计算得到的无功功率,其可以通过电流反馈信号154和电压反馈 信号152计算得到。该电压幅值指令信号226代表期望从网侧变流器144输出的交流电压 的幅值。
请继续参阅图2,在一种实施方式中,该基于混合控制架构的网侧控制器164进一 步包括混合调节器230。该混合调节器230连接于有功功率调节器210,以用于接收该有功 功率调节器210产生的相位角指令信号216。该混合调节器230还连接于无功功率调节器 220,以用于接收该无功功率调节器220产生的电压幅值指令信号226。该混合调节器230 还被配置成接收电压反馈信号152和电流反馈信号154,并根据相位角指令信号216,电压 幅值指令信号226,电压反馈信号152和电流反馈信号154产生电压指令信号232。
请继续参阅图2,该基于混合控制架构的网侧控制器164进一步包括信号产生单 元240。该信号产生单元240与混合调节器230连接。该信号产生单元240被配置成根据 混合调节器230提供的电压指令信号232以及有功功率调节器210提供的频率指令信号 262和相位角指令信号216产生驱动网侧变流器144的网侧控制信号168。在一种实施方 式中,该信号产生单元240可以使用脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation, PWM)单元来 产生PWM型控制信号168。
图3所示为直流电压控制器170的一种实施方式的控制框图。在一种实施方式中, 图3所示的直流电压控制器170可以作为一个功能模块,被设置在图1所示的网侧控制器 164内,并执行相对应的功能。在其他实施方式中,该直流电压控制器170也可以设置在网 侧控制器164之外部,并执行对应的功能。基本而言,该直流电压控制器170被配置成产生 功率指令信号212,以供图2所示的有功功率调节器210使用。更具体而言,在图3所示的 实施方式中,该直流电压控制器170包括求和元件172,直流电压调节器176以及限幅元件 182。求和元件172被配置成接收直流电压指令信号292和直流电压反馈信号156。求和元 件172还被配置将直流电压指令信号292和直流电压反馈信号156相减,以得到代表其差 值的直流电压偏差信号174。该直流电压指令信号292代表期望在光伏侧变流器142和网 侧变流器144之间的直流母线146处得到的直流电压的数值。该直流电压反馈信号156可 以通过放置在直流母线146处的电压传感器145测量得到。该直流电压调节器176可以为 比例-积分调节器,其对直流电压偏差信号174进行处理后,得到功率指令信号178。在一 种实施方式中,该功率指令信号178可以直接传送给有功功率调节器210 (如图2所示),以用于产生相位角指令信号216。在另外一种实施方式中,为确保网侧变流器144安全运行, 该直流电压调节器176产生的功率指令信号178通过限幅元件178限幅后送给有功功率调 节器210 (如图2所示),以用于产生相位角指令信号216。
图4所示为图2所示的有功功率调节器210的一种实施方式的控制框图。在图4 所示的实施方式中,该有功功率调节器210包括求和元件250,功率调节器260以及相位角 产生器270。该求和元件250将该功率指令信号212和功率反馈信号214相减,并提供代 表功率指令信号212和功率反馈信号214之间差值的功率误差信号252。该功率误差信号 252被提供给功率调节器260,并被功率调节器260用来产生频率指令信号262。该频率指 令信号262被提供给相位角产生器270,并被相位角产生器270用来产生相位角指令信号 216。该相位角指令信号216被混合调节器230 (如图2所示)用来产生电压指令信号232。 该相位角指令信号216也可以进一步被信号产生器240用来产生网侧控制信号168。
图5所示为图2和图4所示的有功功率调节器210的一种实施方式的详细控制框 图。在图5所示的实施方式中,该功率调节器260包括比例积分控制器264,其被配置成用 于根据功率误差信号252产生频率指令信号262。在一种实施方式中,该频率指令信号262 通过求和元件267将比例元件263输出的信号和积分元件265输出的信号求和得到。在 图示的实施方式中,该功率调节器260还可以选择性地包括一个补偿单元266,该补偿单元 266被用来确保能量转换系统10工作的稳定性。在图示的实施方式中,该补偿单元266包 括求和元件268和比例元件269。该求和元件268将频率指令信号262和基频信号271相 减而得到频率误差信号272,其中基频信号271可以为输送到电网18的交流电压的额定频 率信号,或者通过锁相环电路测量得到的实际频率信号。该补偿单元266中的比例元件269 给该频率误差信号272提供一个阻尼比例系数D。从该比例元件269输出的信号273被提 供给求和元件261,并与该功率误差信号252相减,以提供另外的功率误差信号给积分元件 265,以进一步计算频率指令信号262。
请继续参阅图5,该有功功率调节器210的相位角产生器270包括积分元件283。 该积分元件283被配置成对频率指令信号262进行积分,以得到相位角指令信号216。在一 种实施方式中,该积分元件283可以设置有相位角限幅功能,以对相位角指令信号的幅值 进行限制,并将其限制在系统能够安全运作的预设相位角范围之内。
图6所示为直流电压控制器170的另一种实施方式的控制框图。图6所示的直流 电压控制器170的控制框图与图3所示的控制框图基本类似。其中,在图6所示的实施方式 中,该直流电压控制器170进一步包括相位角前馈单元192。该相位角前馈单元192被配置 成接收求和元件172提供的直流电压偏差信号174,并根据该直流电压偏差信号174产生相 位角前馈指令信号194。该相位角前馈指令信号194供有功功率调节器210使用,以用于进 一步产生相位角指令信号216。另外,在图6所示的实施方式中,该直流电压控制器170进 一步包括一个求和元件187。该求和元件187接收限幅元件182提供的限制功率指令信号 184以及前馈功率指令信号186,并对限制功率指令信号184和前馈功率指令信号186进行 求和,以得到复合功率指令信号188。该复合功率指令信号188可以输入给如图2,图4和 图5所示的有功功率调节器210,以用于产生频率指令信号262和相位角指令信号216。
图7所示为图2和图4所示的有功功率调节器210的另一种实施方式的详细控制 框图。图7所示的控制框图基本与图5所示的控制框图相类似,对应的元件在图7中不作详细的描述。特别地,在图7所示的实施方式中,该有功功率调节器210的相位角产生器270 还包括求和元件249。该求和元件249与积分元件283相连接,以用于接收由该积分元件 283提供的限制相位角指令信号285。该求和元件249还用于接收由相位角前馈单元192提 供的相位角前馈指令信号194。该限制相位角指令信号185和相位角前馈指令信号194经 求和元件249求和,得到相位角指令信号216。可以理解,通过执行前馈控制,调节直流母线 146处的直流电压来产生相位角指令信号216,可以更好地使直流母线146的功率和网侧变 流器144输出的功率维持一定的平衡。
图8所示为图2所示的无功功率调节器220的一种实施方式的控制框图。在图8 所示的实施方式中,该无功功率调节器220包括第一求和元件610,无功功率(VAR)调节器 620,第二求和元件630以及电压调节器640。该第一求和元件610将该无功功率指令信号 222和该无功功率反馈信号224相减,以得到代表该无功功率指令信号222和该无功功率反 馈信号224之间差值的无功功率偏差信号612。该无功功率调节器620根据该无功功率偏 差信号612产生网侧电压指令信号622。该网侧电压指令信号622代表电网18或者靠近 电网18某一点,例如,公共连接点处所期望得到的电压值。该第二求和元件330将该网侧 电压指令信号622和网侧电压反馈信号214相减,得到该表示其差值的电压偏差信号632。 该电压调节器640根据该电压偏差信号632产生该电压幅值指令信号226。
图9所示为图2所示的混合调节器230的一种实施方式的控制框图。基本而言, 该混合调节器230被配置成根据相位角指令信号216和电压幅值指令信号226产生电压指 令信号,以供信号产生单元240使用。更具体而言,在图示的实施方式中,该混合调节器230 包括旋转变换元件320,电压调节器340和电流调节器360。该旋转变换元件320用于接收 相位角指令信号216和电压幅值指令信号226,并对接收的指令信号执行坐标旋转变换,以 得到第一 d轴电压指令信号322和第一 q轴电压指令信号324。该第一 d轴电压指令信号 322和第一 q轴电压指令信号324被进一步送给电压调节器340。
请继续参阅图9,该电压调节器340还被配置成接收d轴电压反馈信号323和q轴 电压反馈信号321。在此提及的d轴电压反馈信号323和q轴电压反馈信号321可以通过 对电压反馈信号152(如图1所示)执行三相到二相的旋转坐标变换获得。该电压调节器 340可以包括例如比例-积分调节器,其根据第一 d轴电压指令信号322,第一 q轴电压指 令信号324,d轴电压反馈信号323和q轴电压反馈信号321,产生d轴电流指令信号342和 q轴电流指令信号344。该d轴电流指令信号342和q轴电流指令信号344被进一步送给 电流调节器360。
请继续参阅图9,该电流调节器360还被配置成接收d轴电流反馈信号343和q 轴电流反馈信号345。在此提及的d轴电流反馈信号343和q轴电流反馈信号345可以通 过对电流反馈信号154(如图1所示)执行三相到二相的旋转坐标变换获得。该电流调节 器360可以包括例如比例-积分调节器,其根据d轴电流指令信号342,q轴电流指令信号 344,d轴电流反馈信号343以及q轴电流反馈信号345产生第二 d轴电压指令信号363和 第二 q轴电压指令信号364。该第二 d轴电压指令信号363和第二 q轴电压指令信号364 被进一步送给信号产生单元240 (如图2所示),以用于产生网侧控制信号168,此将在下文 结合附图15作进一步描述。
图10所示为图9所示的旋转变换元件320的一种实施方式的控制框图。在图10所示的实施方式中,该旋转变换元件320包括求和单元326,第一三角函数计算单元332,第 二三角函数计算单元334,第一乘法单元227以及第二乘法单元229。该求和单元326被配 置成接收相位角指令信号216和相位角参考信号224。在一种实施方式中,该相位角参考信 号224通过锁相环电路280产生,该锁相环电路280根据电压反馈信号152产生该相位角 参考信号224。该求和单元326将该相位角指令信号216和相位角参考信号224相减,以得 到代表二者差值的相位角偏差信号328。在一种实施方式中,该第一三角函数计算单元332 可以包括一个正弦函数计算单元,其被配置成接收该相位角偏差信号328,并计算该相位角 偏差信号328的正弦值。该第二三角函数计算单元334可以包括一个余弦函数计算单元, 其被配置成接收相位角偏差信号328,并计算该相位角偏差信号328的余弦值。该第一三角 函数计算单元332计算而得的相位角偏差信号正弦值333被送给第一乘法元件227,该第 一乘法元件227将该相位角偏差信号正弦值333与电压幅值指令信号226相乘,得到第一 d轴电压指令信号322。该第二三角函数计算单元334计算而得的相位角偏差信号余弦值 335被送给第二乘法元件229,该第二乘法元件229将该相位角偏差信号余弦值335与电压 幅值指令信号226相乘,以得到第一 q轴电压指令信号324。该第一 d轴电压指令信号322 和第二 q轴电压指令信号324被送给电压调节器340 (如图9所示),以产生d轴电流指令 信号342和q轴电流指令信号344。
图11所示为图9所示的电压调节器340的一种实施方式的控制框图。在图11所 示的实施方式中,该电压调节器340包括第一电压调节器1340和第二电压调节器2340。该 第一电压调节器1340和第二电压调节器2340分别用于调节d轴电压和q轴电压。在图11 所示的实施方式中,该第一电压调节器1340包括求和元件325和d轴电压调节器348。该 求和元件325被配置成接收第一 d轴电压指令信号322和d轴电压反馈信号323。该求和 元件325将第一 d轴电压指令信号322和d轴电压反馈信号323相减,以得到代表其差值 的d轴电压偏差信号346。该d轴电压偏差信号346被送给该d轴电压调节器348。在一 种实施方式中,该d轴电压调节器348可以包括例如比例-积分调节器,其被配置成根据该 d轴电压偏差信号346产生q轴电流指令信号352。在一种实施方式中,该q轴电流指令信 号352被直接传送给如图9所示的电流调节器360,以用于产生电压指令信号。在另外一种 实施方式中,如图11所示,该第一电压调节器1340还包括限幅元件356,该q轴电流指令信 号352通过该限幅元件356限制幅值后,得到限制的q轴电流指令信号342。在此实施方式 中,该限制的q轴电流指令信号342被传送给图9所示的电流调节器360,以用于产生电压 指令信号。
请继续参阅图11,在图11所示的实施方式中,该第二电压调节器2340包括求和元 件327和q轴电压调节器368。该求和元件327被配置成接收第一 q轴电压指令信号324 和q轴电压反馈信号321。该求和元件327将第一 q轴电压指令信号324和q轴电压反馈 信号321相减,以得到代表其差值的q轴电压偏差信号366。该q轴电压偏差信号366被 送给该q轴电压调节器368。在一种实施方式中,该q轴电压调节器368可以包括例如比 例-积分调节器,其被配置成根据该q轴电压偏差信号366产生d轴电流指令信号372。在 一种实施方式中,该d轴电流指令信号372被直接传送给如图9所示的电流调节器360,以 用于产生电压指令信号。在另外一种实施方式中,如图11所示,该第二电压调节器2340还 包括限幅元件374,该d轴电流指令信号372通过该限幅元件374限制幅值后,得到限制的d轴电流指令信号344。在此实施方式中,该限制的d轴电流指令信号344被传送给图9所示的电流调节器360,以用于产生电压指令信号。
图12所示为图9所示的电流调节器360的一种实施方式的控制框图。在图12所示的实施方式中,该电流调节器360包括第一电流调节器1360和第二电流调节器2360。该第一电流调节器1360和第二电流调节器2360分别用于对d轴电流和q轴电流进行调节。 在图12所示的实施方式中,该第一电流调节器1360包括第一求和元件376和d轴电流调节器382。该第一求和元件376被配置成接收第一 d轴电流指令信号344和d轴电流反馈信号343。该第一求和元件376将第一 d轴电流指令信号344和d轴电流反馈信号343相减, 以得到代表其差值的d轴电流偏差信号378。该d轴电流偏差信号378被送给该d轴电流调节器382。在一种实施方式中,该d轴电流调节器382可以包括例如比例-积分调节器, 其被配置成根据该d轴电流偏差信号378产生第二 d轴电压指令信号384。在一种实施方式中,该第二 d轴电压指令信号384被直接传送给如图2所示的信号产生单元240,以用于产生网侧控制信号168。在另外一种实施方式中,如图12所示,该第一电流调节器1360还包括第一限幅元件386,该第二 d轴电压指令信号384通过该第一限幅元件386限制幅值后,得到限制的d轴电压指令信号362。在此实施方式中,该限制的d轴电压指令信号362 被传送给图2所示的信号产生单元240,以用于产生网侧控制信号168。
请继续参阅图12,在图12所示的实施方式中,该第二电流调节器2360包括第二求和元件375和q轴电流调节器381。该第二求和元件375被配置成接收第一 q轴电流指令信号342和q轴电流反馈信号345。该第二求和元件375将第一 q轴电流指令信号342和 q轴电流反馈彳目号345相减,以得到代表其差值的q轴电流偏差彳目号347。该q轴电流偏差信号347被送给该q轴电流调节器381。在一种实施方式中,该q轴电流调节器381可以包括例如比例-积分调节器,其被配置成根据该q轴电流偏差信号347产生第二 q轴电压指令信号383。在一种实施方式中,该第二 q轴电压指令信号383被直接传送给如图2所示的信号产生单元240,以用于产生网侧控制信号168。在另外一种实施方式中,如图12所示, 该第二电流调节器2360还包括第二限幅元件385,该第二 q轴电压指令信号383通过该第二限幅元件385限制幅值后,得到限制的q轴电压指令信号364。在此实施方式中,该限制的q轴电压指令信号364被传送给图2所示的信号产生单元240,以用于产生网侧控制信号 168。
图13所示为图9所示的电流调节器360的另一种实施方式的控制框图。图13所示的控制框图基本与图12所示的控制框图相似。更具体而言,图13所示的控制框图还提供电压前馈控制。在图13所示的实施方式中,该电流调节器360进一步包括电压前馈单元 394,第三求和元件392以及第四求和元件391。该电压前馈单元394被配置成接收d轴电流指令信号344和q轴电流指令信号342,并根据d轴电流指令信号344和q轴电流指令信号342产生d轴电压前馈指令信号396和q轴电压前馈指令信号398。
请继续参阅图13,该d轴电压前馈指令信号396被送给第三求和元件392,该第三求和元件392还接收第一限幅元件 386提供的第一限制的d轴电压指令信号388。该第三求和元件392对d轴电压前馈指令信号396和第一限制的d轴电压指令信号388求和,得到复合d轴电压指令信号362。在一种实施方式中,该复合d轴电压指令信号362被直接送给图2所示的信号产生单元240,以用于产生网侧控制信号168。在另外一种实施方式中,该电流调节器360进一步包括第三限幅元件395,该第三限幅元件395对该第三求和元件 392输出的复合d轴电压指令信号362进行幅值限制,以得到第二限制的d轴电压指令信号 363。在此实施方式中,该第二限制的d轴电压指令信号363被传送给图2所示的信号产生 单元240,以用于产生网侧控制信号168。
请继续参阅图13,该q轴电压前馈指令信号398被送给第四求和元件391,该第四 求和元件391还接收第二限幅元件385提供的第一限制的q轴电压指令信号387。该第四 求和元件391对d轴电压前馈指令信号398和第一限制的q轴电压指令信号387求和,得 到复合q轴电压指令信号364。在一种实施方式中,该复合d轴电压指令信号364被直接送 给图2所示的信号产生单元240,以用于产生网侧控制信号168。在另外一种实施方式中, 该电流调节器360进一步包括第四限幅元件397,该第四限幅元件397对该第四求和元件 391输出的复合q轴电压指令信号364进行幅值限制,以得到第二限制的q轴电压指令信号 365。在此实施方式中,该第二限制的q轴电压指令信号365被传送给图2所示的信号产生 单元240,以用于产生网侧控制信号168。
图14所示为图2所示的信号产生单元240的一种实施方式的控制框图。在图14 所示的实施方式中,该信号产生单元240包括反旋转变换单元242和调制器244。该反旋 转变换单元242被配置成接收如图2所示的混合调节器230或者更具体而言如图9所示的 电流调节器360提供的d轴电压指令信号362和q轴电压指令信号364。该反旋转变换单 元242进一步被配置成接收如图2所示的有功功率调节器210提供的频率指令信号262和 相位角指令信号216。该反旋转变换单元242还被配置成将二相d轴电压指令信号362和 q轴电压指令信号364变换成三相电压指令信号,包括A相电压指令信号241,B相电压指 令信号243和C相电压指令信号245。该三相电压指令信号241,243,245被传送给调制器 244。在一种实施方式中,该调制器244根据该三相电压指令信号241,243,245产生脉冲宽 度调制的网侧控制信号168。该网侧控制信号168被作用给网侧变流器247,以驱动网侧变 流器247内的半导体开关器件执行开关操作,以进行能量转换。
图15所示为图1所示的基于混合控制架构的控制器164的另一种实施方式的控 制框图。图15所示的控制框图基本与图2所示的控制框图相似。特别地,在图15所示的实 施方式中,该基于混合控制架构的控制器164还包括相位和频率控制器290。该相位和频率 控制器290连接在有功功率调节器210和混合调节器230之间。基本而言,该相位和频率 控制器290被配置成在能量转换系统10遇到瞬态事件或者暂态事件或者遇到故障状况或 者随后的恢复过程中,提供电网电压的瞬时相位信息,以用于作相位跳变补偿。在此所谓的 “相位跳变补偿”是指在锁相环电路不能快速地提供电网电压的相位信息的情形下,可以追 踪电网电压,并提供电网电压的瞬时相位信息,以用于相位补偿。在此所谓的“瞬态或者暂 态事件”是指一个或者多个在电网侧引起信号扰动的事件或者状况,例如,在电网中发生的 频率事件或者相位事件等。更具体而言,该相位和频率控制器290被配置成接收有功功率 调节器210提供的频率指令信号262和相位角指令信号216。该相位和频率控制器290还 被配置成接收电压传感器36提供的电压反馈信号152。在一些实施方式中,使用如图1所 示的相同的电压传感器36来检测电压信号以用于计算功率反馈信号,并用来计算相位跳 变修正信号。然而,在其他实施方式中,也可以使用放置在网侧变流器144和电网18之间 电连接路径上不同位置的传感器,来检测电压信号,并分别用于计算功率反馈信号和相位跳变修正信号。该相位和频率控制器290还被配置成根据频率指令信号262和相位角指令信号216和电压反馈信号152产生修正的频率指令信号294和修正的相位角指令信号228。 该修正的频率指令信号294和修正的相位角指令信号228被传送给信号产生单元240,以用于产生调节的网侧控制信号168。
图16所示为可以在图15所示的相位和频率控制器290中执行的相位角调节器 410的一种实施方式的控制框图。在图16所示的实施方式中,该相位角调节器410包括相位跳变补偿单元411。该相位跳变补偿单元410被配置成接收电压反馈信号152,并根据该电压反馈信号152产生相位跳变修正信号422。在一种实施方式中,该电压反馈信号152可以包括通过电压传感器36所检测到的三相正弦交流电压信号。可以理解的是,在其他实施方式中,该电压反馈信号152也可以包括单相或者多相的电压信号。在一种实施方式中,考虑基波分量,该三相交流电压信号152也可以表达为下式
权利要求
1.一种能量转换系统,其特征在于该能量转换系统包括直流母线,变流器模块,以及变流器控制模块;该直流母线接收来自于电源的直流电;该变流器模块与直流母线连接,并用于将该直流母线上的直流电转换成交流电;该变流器控制模块与该变流器模块连接,该变流器控制模块用于接收代表变流器模块输出端电压的电压反馈信号以及代表变流器模块输出端电流的电流反馈信号,该变流器控制模块还根据功率指令信号和通过该电压反馈信号和电流反馈信号获得的功率反馈信号产生相位角指令信号;该变流器控制模块还根据无功功率指令信号和通过该电压反馈信号和电流反馈信号获得的无功功率反馈信号产生电压幅值指令信号;该变流器控制模块还用于根据该相位角指令信号,电压幅值指令信号,电压反馈信号以及电流反馈信号产生作用到该变流器模块的控制信号。
2.如权利要求1所述的能量转换系统,其特征在于该变流器控制模块包括混合调节器,该混合调节器包括旋转变换元件,该旋转变换元件用于接收相位角指令信号以及电压幅值指令信号,该旋转变换元件还用于将接收的相位角指令信号和电压幅值指令信号旋转成在同步旋转d_q坐标系下的第一 d轴电压指令信号和第一 q轴电压指令信号;电压调节器,该电压调节器用于接收该第一 d轴电压指令信号和第一 q轴电压指令信号,该电压调节器还用于根据该第一 q轴电压指令信号和q轴电压反馈信号产生d轴电流指令信号,该电压调节器还用于根据该第一 d轴电压指令信号和d轴电压反馈信号产生q轴电流指令信号;以及电流调节器,该电流调节器用于接收d轴电流指令信号和q轴电流指令信号,该电流调节器还用于根据该d轴电流指令信号和d轴电流反馈信号产生第二 d轴电压指令信号;该电流调节器还用于根据该q轴电流指令信号和q轴电流反馈信号产生第二 q轴电压指令信号;其中,该第二 d轴电压指令信号和该第二 q轴电压指令信号被用来产生该作用到该变流器模块的控制信号。
3.如权利要求2所述的能量转换系统,其特征在于该旋转变换元件包括求和元件,该求和元件用于将相位角指令信号与从锁相环电路产生的相位角参考信号相减,以得到相位角偏差信号,该相位角偏差信号用于产生该第一 d轴电压指令信号和第一 q轴电压指令信号。
4.如权利要求2所述的能量转换系统,其特征在于该变流器模块包括网侧变流器,该网侧变流器用于将该直流母线上的直流电转换成交流电,其中该变流器控制模块包括网侧控制器,该网侧控制器用于产生作用到该网侧变流器的控制信号;其中该网侧控制器包括功率调节器和相位角产生器,该功率调节器用于基于该功率指令信号和功率反馈信号产生内部频率指令信号;该相位角产生器用于根据该功率调节器输出的内部频率指令信号产生相位角指令信号。
5.如权利要求1所述的能量转换系统,其特征在于该变流器控制模块包括相位和频率控制器,该相位和频率控制器用于接收与该能量转换系统相连的电网相关的电压,并根据接收的电压产生相位跳变修正信号,该相位跳变修正信号用于调节该相位角指令信号。
6.如权利要求5所述的能量转换系统,其特征在于该相位和频率控制器还包括滤波单元,该滤波单元用于滤除该相位跳变修正信号中的高频信号。
7.如权利要求6所述的能量转换系统,其特征在于该相位和频率控制器还包括相位比较单元,该相位比较单元与该滤波单元相连接,该相位比较单元设置成具有滞回功能,以用于接收经滤波后的相位跳变修正信号,并提供限制相位跳变修正信号。
8.如权利要求5所述的能量转换系统,其特征在于该变流器控制系统包括功率调节器,该功率调节器根据功率指令信号和功率反馈信号产生内部频率指令信号,该相位和频率控制器包括第一求和元件,该第一求和元件用于将该内部频率指令信号和从锁相环电路产生的频率参考号相减,以得到频率偏差号;低通滤波器,该低通滤波器用于滤除该频率偏差信号中的高频信号;以及第二求和元件,该第二求和元件用于将滤波后的频率偏差信号和从锁相环电路产生的频率参考信号相加,以得到复合频率指令信号。
9.如权利要求1所述的能量转换系统,其特征在于该变流器模块包括网侧变流器,该网侧变流器用于将该直流母线上的直流电转换成交流电,其中该变流器控制模块包括网侧控制器,该网侧控制器用于产生作用到该网侧变流器的控制信号;其中该网侧控制器包括功率调节器和相位角产生器,该功率调节器用于基于该功率指令信号和功率反馈信号产生内部频率指令信号;该相位角产生器用于根据该功率调节器输出的内部频率指令信号产生相位角指令信号。
10.如权利要求9所述的能量转换系统,其特征在于该变流器控制器包括直流电压控制器,该直流电压控制器用于根据直流电压指令信号和在该直流母线处测量到的直流电压反馈信号产生该功率指令信号。
11.如权利要求10所述的能量转换系统,其特征在于该直流电压控制器包括第一求和元件,该第一求和元件用于将该直流电压指令信号与该直流电压反馈信号相减,以得到直流电压偏差信号;直流电压调节器,该直流电压调节器用于根据该直流电压偏差信号产生功率指令信号;以及第二求和元件,该第二求和元件用于将前馈功率指令信号与根据该直流电压偏差信号产生的功率指令信号相加,该相加后的功率指令信号进一步用于产生该相位角指令信号。
12.如权利要求10所述的能量转换系统,其特征在于该直流电压控制器包括第一求和元件,该第一求和元件用于将该直流电压指令信号与该直流电压反馈信号相减,以得到直流电压偏差信号;以及相位角前馈单元,该相位角前馈单元用于根据该直流电压偏差信号产生相位角前馈指令信号,其中该相位角前馈指令信号与相位角指令信号结合,以进一步用于产生作用到变流器模块的控制信号。
13.一种操作能量转换系统的方法,其特征在于该方法至少包括如下步骤接收代表能量转换系统中的变流器模块输出端电压的电压反馈信号以及代表变流器模块输出端电流的电流反馈信号;根据功率指令信号和通过该电压反馈信号和电流反馈信号获得的功率反馈信号产生相位角指令信号;根据无功功率指令信号和通过该电压反馈信号和电流反馈信号获得的无功功率反馈信号产生电压幅值指令信号;以及根据该相位角指令信号,电压幅值指令信号,电压反馈信号以及电流反馈信号产生作用到该变流器模块的控制信号。
14.如权利要求13所述的方法,其特征在于该方法还包括如下步骤将相位角指令信号和电压幅值指令信号旋转成在同步旋转d_q坐标系下的第一 d轴电压指令信号和第一 q轴电压指令信号;根据该第一 q轴电压指令信号和q轴电压反馈信号产生d轴电流指令信号,以及根据该第一 d轴电压指令信号和d轴电压反馈信号产生q轴电流指令信号;根据该d轴电流指令信号和d轴电流反馈信号产生第二 d轴电压指令信号;该电流调节器还用于根据该q轴电流指令信号和q轴电流反馈信号产生第二 q轴电压指令信号;以及将该第二 d轴电压指令信号和该第二 q轴电压指令信号旋转成三相电压指令信号。
15.如权利要求14所述的方法,其特征在于该方法还包括如下步骤根据d轴电流指令信号产生d轴前馈电压指令信号;根据q轴电流指令信号产生q轴前馈电压指令信号;将该d轴前馈电压指令信号和该第二 d轴电压指令信号相加,以得到复合的d轴电压指令信号;以及将该q轴前馈电压指令信号和该第二 q轴电压指令信号相加,以得到复合的q轴电压指令信号。
16.如权利要求13所述的方法,其特征在于该方法还包括如下步骤在检测到有瞬态事件发生时,根据与该能量转换系统相连的电网相关的电压产生相位跳变修正信号,该相位跳变修正信号用于调节该相位角指令信号。
17.如权利要求16所述的方法,其特征在于该方法还包括如下步骤对相位跳变修正信号滤波,以滤除相位跳变信号中的高频信号;以及通过滞回比较功能限制该相位跳变修正信号的幅值。
18.如权利要求14所述的方法,其特征在于该方法还包括如下步骤将该直流电压指令信号与在能量转换系统中的直流母线处检测到的直流电压反馈信号相减,以得到直流电压偏差信号;根据该直流电压偏差信号产生功率指令信号;以及将前馈功率指令信号与根据该直流电压偏差信号产生的功率指令信号相加,该相加后的功率指令信号进一步用于产生该相位角指令信号。
19.一种光伏发电系统,其特征在于该光伏发电系统包括变流器模块,以及变流器控制模块;该变流器模块用于将从光伏电源产生的直流电转换成交流电;该变流器控制模块与该变流器模块连接,该变流器控制模块用于接收代表变流器模块输出端电压的电压反馈信号以及代表变流器模块输出端电流的电流反馈信号,该变流器控制模块还根据功率指令信号和通过该电压反馈信号和电流反馈信号获得的功率反馈信号产生相位角指令信号;该变流器控制模块还根据无功功率指令信号和通过该电压反馈信号和电流反馈信号获得的无功功率反馈信号产生电压幅值指令信号;该变流器控制模块还用于根据该相位角指令信号,电压幅值指令信号,电压反馈信号以及电流反馈信号产生作用到该变流器模块的控制信号。
20.一种能量转换系统,其特征在于该能量转换系统包括直流母线,变流器模块,以及变流器控制模块;该直流母线接收来自于电源的直流电;该变流器模块与直流母线连接,并用于将该直流母线上的直流电转换成交流电,该交流电包括交流电压和交流电流;该变流器控制模块与该变流器模块连接,该变流器控制器模块被构建成至少部分基于电压源控制方式和电流源控制方式复合的控制架构,该变流器控制器被配置成根据电压指令信号调节该交流电压,该变流器控制器被配置成根据电流指令信号调节该交流电流。
21.一种变流器控制系统,该变流器控制系统用于发送控制信号给变流器系统,以驱动变流器系统将直流形式的能量转换成交流形式的能量,该交流形式的能量被送入到与该变流器系统连接的电网,该变流器控制模块还接收代表变流器模块输出端电压的电压反馈信号以及代表变流器模块输出端电流的电流反馈信号,其特征在于该变流器控制系统包括有功功率调节器,该有功功率调节器根据功率指令信号和通过该电压反馈信号和电流反馈信号获得的功率反馈信号产生相位角指令信号;无功功率调节器,该无功功率调节器根据无功功率指令信号和通过该电压反馈信号和电流反馈信号获得的无功功率反馈信号产生电压幅值指令信号;以及混合调节器,该混合调节器用于根据该相位角指令信号,电压幅值指令信号,电压反馈信号以及电流反馈信号产生作用到该变流器模块的控制信号。
全文摘要
本发明揭示能量转换系统及其操作方法、光伏发电系统,该能量转换系统包括直流母线,变流器模块,以及变流器控制模块。直流母线接收来自于电源的直流电。该变流器模块将直流母线上的直流电转换成交流电,该交流电包括交流电压和交流电流。变流器控制模块被构建成至少部分基于电压源控制方式和电流源控制方式的复合控制架构。该变流器控制器被配置成根据电压指令信号调节该交流电压,并被配置成根据电流指令信号调节该交流电流。本发明还揭示变流器控制系统,控制能量转换系统运作的方法以及光伏发电系统。
文档编号H02J3/38GK103023059SQ201110285828
公开日2013年4月3日 申请日期2011年9月23日 优先权日2011年9月23日
发明者谭卓辉, 邬雪琴, 邬心慧, 公茂忠, 袁小明 申请人:通用电气公司
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