一种控制电力系统的方法和装置与流程

本申请涉及电力电子技术领域，特别涉及一种控制电力系统的方法，以及使用这种方法控制电力系统的装置。

背景技术：

风力发电依赖于气象条件，并逐渐以大规模风电场的形式并入电网，渗透率越来越高，给电网带来各种影响，导致电网的稳定性降低。将直流母线电容引入电力系统稳定性分析，母线电容与其他风机、直流输电、同步机轴等相互作用，导致风力发电系统发生次同步震荡，严重威胁电力系统的稳定性。

有些学者提出含有风力发电机组的电力电子化电力系统幅相动态稳定分析。其中，电力电子化设备同样具有内电势，稳定性问题同样表现为电压功角稳定问题，主要包含三个方面的动力学分析，即转子转速控制、直流电压控制、交流电流控制。经过稳定性分析得到结论，直流母线电压环路带宽越大，对系统稳定性的贡献越大，在不改变实际带宽的前提下，母线电容越小，对系统稳定性的贡献越大。

技术实现要素：

本申请的目的在于提供一种控制电力系统的方法，以及使用这种方法控制电力系统的装置，从而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的电力系统的稳定性问题。

本申请的其它特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本申请的实践而习得。

根据本申请的一个方面，提供一种控制电力系统的方法，其中所述电力系统至少包括：一直流母线和一直流母线电容，所述直流母线电容连接于所述直流母线，所述方法包括：

设置步骤，接收所述直流母线电容的一虚拟直流母线电容值；

检测步骤，检测所述直流母线上的直流母线电压；

计算步骤，根据所述虚拟直流母线电容值和所述直流母线电压，计算所述直流母线中的一直流母线电流的一期望值；以及

调节步骤，调节所述直流母线电流，使所述直流母线电流达到所述期望值，从而使所述直流母线电容呈现所述虚拟直流母线电容值。

优选地，其中所述电力系统至少还包括：一储能模块，与所述直流母线并联连接，以存储所述直流母线提供的电能或向所述直流母线提供电能，其中，

在所述调节步骤中，通过控制从所述直流母线向所述储能模块充电或从所述储能模块向所述直流母线放电的一有功功率，使所述储能模块存储从所述直流母线抽取的电能或向所述直流母线提供电能，从而调节所述直流母线电流。

优选地，其中所述储能模块至少包括一储能元件及一充放电单元，其中，在所述检测步骤中，还检测所述直流母线电流及所述充放电单元的一充放电电流，

在所述计算步骤中，还从所述期望值减去所述直流母线电流，得到一虚拟电流值，以及

在所述调节步骤中，通过对所述充放电电流进行闭环控制，形成一开关信号，所述开关信号控制所述充放电单元中的各功率元件的操作，来调节所述充放电电流，使所述充放电电流等于所述虚拟电流值，从而使所述直流母线电流达到所述期望值。

优选地，其中所述电力系统至少还包括：一发电机侧功率转换器和一电网侧功率转换器，所述直流母线电容通过所述直流母线连接于所述发电机侧功率转换器和所述电网侧功率转换器之间，其中，

在所述调节步骤中，通过控制所述发电机侧功率转换器与所述直流母线之间的一有功电流，从而使所述发电机侧功率转换器从所述直流母线抽取电能或向所述直流母线提供电能，来调节所述直流母线电流。

优选地，其中，在所述检测步骤中，还检测所述发电机侧功率转换器的一交流侧电压和一交流侧电流，

在所述计算步骤中，还对所述交流侧电压和所述交流侧电流进行一坐标变换，得到所述有功电流及所述有功电流的一参考值，以及

在所述调节步骤中，通过对所述有功电流进行闭环控制的方式，形成一开关信号，所述开关信号控制所述发电机侧功率转换器中各功率元件的操作，来控制所述有功电流，使所述有功电流达到所述有功电流的参考值，从而使所述直流母线电流达到所述直流母线电流的期望值。

优选地，其中所述电力系统至少还包括：一双馈风力发电机、一发电机侧功率转换器、一电网侧功率转换器和一整流电路，所述整流电路的一直流侧并联连接于所述直流母线电容，所述整流电路的一交流侧连接于所述双馈风力发电机的一定子绕组和一电网之间，其中

在所述调节步骤中，通过控制所述整流电路和所述直流母线之间的一有功电流，从而使所述整流电路从所述直流母线抽取电能或向所述直流母线提供电能，来调节所述直流母线电流。

优选地，其中，在所述检测步骤中，还检测所述整流电路的一交流侧电压和一交流侧电流，

在所述计算步骤中，还对所述交流侧电压和所述交流侧电流进行坐标变换，以得到所述有功电流及所述有功电流的一参考值，以及

在所述调节步骤中，通过对所述有功电流进行闭环控制，形成一开关信号，所述开关信号控制所述整流电路中的各功率元件的操作，来控制所述有功电流，使所述有功电流达到所述有功电流的参考值，从而使所述直流母线电流达到所述期望值。

优选地，其中，所述有功电流与所述直流母线电流具有一比例关系，所述有功电流的参考值与所述期望值具有所述比例关系，所述比例关系通过所述坐标变换得到，在所述计算步骤中，根据所述比例关系及所述直流母线电流计算所述有功电流，及根据所述比例关系及所述期望值计算所述参考值。

优选地，其中所述电力系统至少还包括：一储能模块，与所述直流母线并联连接，以存储所述直流母线提供的电能或向所述直流母线提供电能，其中，

在所述调节步骤中，还通过控制从所述直流母线向所述储能模块充电或从所述储能模块向所述直流母线放电的一有功功率，使所述储能模块存储从所述直流母线抽取的电能或向所述直流母线提供电能的方式，来调节所述直流母线电流。

根据本公开的另一个方面，提供了一种控制电力系统的装置，其中所述电力系统至少包括：一直流母线和一直流母线电容，所述直流母线电容连接于所述直流母线，所述装置包括：

设置模块，被配置为接收所述直流母线电容的一虚拟直流母线电容值；

检测模块，被配置为检测所述直流母线上的直流母线电压；

计算模块，被配置为根据所述虚拟直流母线电容值和所述直流母线电压，来计算所述直流母线中的一直流母线电流的一期望值；以及

调节模块，被配置为调节所述直流母线电流，使所述直流母线电流达到所述期望值，从而使所述直流母线电容呈现所述虚拟直流母线电容值。

优选地，其中所述电力系统至少还包括：一储能模块，与所述直流母线并联连接，以存储所述直流母线提供的电能或向所述直流母线提供电能，其中，

所述调节模块，通过控制从所述直流母线向所述储能模块充电或从所述储能模块向所述直流母线放电的一有功功率，使所述储能模块存储从所述直流母线抽取的电能或向所述直流母线提供电能的方式，来调节所述直流母线电流。

优选地，其中所述储能模块至少包括一储能元件及一充放电单元，其中，所述检测模块，还检测所述直流母线电流及所述充放电单元的一充放电电流，

所述计算模块，从所述期望值减去所述直流母线电流，得到一虚拟电流值，以及

所述调节模块，通过对所述充放电电流进行闭环控制的方式，形成一开关信号，所述开关信号控制所述充放电单元中的各功率元件的操作，来调节所述充放电电流，使所述充放电电流等于所述虚拟电流值，从而使所述直流母线电流达到所述期望值。

优选地，其中所述电力系统至少还包括：一发电机侧功率转换器和一电网侧功率转换器，所述直流母线电容通过所述直流母线连接于所述发电机侧功率转换器和所述电网侧功率转换器之间，其中

所述调节模块，通过控制所述发电机侧功率转换器与所述直流母线之间的一有功电流，从而使所述发电机侧功率转换器从所述直流母线抽取电能或向所述直流母线提供电能的方式，来调节所述直流母线电流。

优选地，其中，所述检测模块，还检测所述发电机侧功率转换器的一交流侧电压和一交流侧电流，

所述计算模块，对所述交流侧电压和所述交流侧电流进行一坐标变换，以得到所述有功电流及所述有功电流的一参考值，以及

所述调节模块，通过对所述有功电流进行闭环控制的方式，形成一开关信号，所述开关信号控制所述发电机侧功率转换器中的各功率元件的操作，来控制所述有功电流，使所述有功电流达到所述有功电流的参考值，从而使所述直流母线电流达到所述直流母线电流的期望值。

优选地，其中所述电力系统至少还包括：一双馈风力发电机、一发电机侧功率转换器、一电网侧功率转换器和一整流电路，所述整流电路的一直流侧并联连接于所述直流母线电容，所述整流电路的一交流侧并联连接于所述双馈风力发电机的一定子绕组和一电网之间，其中

所述调节模块，通过控制所述整流电路和所述直流母线之间的一有功电流，从而使所述整流电路从所述直流母线抽取电能或向所述直流母线提供电能的方式，来调节所述直流母线电流。

优选地，其中，所述检测模块，还检测所述整流电路的一交流侧电压和一交流侧电流，

所述计算模块，对所述交流侧电压和所述交流侧电流进行坐标变换，以得到所述有功电流及所述有功电流的一参考值，以及

所述调节模块，通过对所述有功电流进行闭环控制，形成一开关信号，所述开关信号控制所述整流电路中的各功率元件的操作，来控制所述有功电流，使所述有功电流达到所述有功电流的参考值，从而使所述直流母线电流达到所述期望值。

优选地，其中

所述有功电流与所述直流母线电流具有一比例关系，所述有功电流的参考值与所述期望值具有所述比例关系，所述比例关系通过所述坐标变换得到，在所述计算模块中，根据所述比例关系及所述直流母线电流计算所述有功电流，及根据所述比例关系及所述期望值计算所述参考值。

优选地，其中所述电力系统至少还包括：一储能模块，与所述直流母线并联连接，以存储所述直流母线提供的电能或向所述直流母线提供电能，其中，

所述调节模块，还通过控制从所述直流母线向所述储能模块充电或从所述储能模块向所述直流母线放电的一有功功率，使所述储能模块存储从所述直流母线抽取的电能或向所述直流母线提供电能的方式，来调节所述直流母线电流。

实际的直流母线电容数值一定，考虑高频纹波，不宜将电容过分减小，因此本申请提出虚拟直流母线电容的技术，在低频时虚拟直流母线电容，以根据需要改变实际的母线电容值，进一步提高并网稳定性。另一方面，若不考虑稳定性问题，还可以虚拟正电容，以降低直流母线电容的成本。

为使能更进一步了解本申请的特征及技术内容，请参阅以下有关本申请的详细说明与附图，但是这里的详细说明以及附图仅是用来说明本申请，而非对本申请的权利要求范围作任何的限制。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本申请的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1a为现有技术中的一个电力系统1000的部分示意图；

图1b为本申请的控制电力系统的方法的一个实施例的流程图；

图2a为根据本申请一实施例的一三相电力系统2000a的示意图；

图2b为本申请的电力系统为风力发电系统2000b的示意图；

图2c为本申请的控制电力系统的方法的另一个实施例的流程图；

图3a为本申请的电力系统为风力发电系统3000的示意图；

图3b为本申请的控制电力系统的方法的另一个实施例的流程图；

图4a为本申请的电力系统为风力发电系统4000的示意图；以及

图4b为本申请的控制电力系统的方法的另一个实施例的流程图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式使得本申请将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在附图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本申请的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本申请的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的结构、部件、步骤、方法等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、部件或者操作，以避免模糊本申请的各方面。

此外，在下面的附图中，作为连接导线的实线线段或作为信号线的虚线线段之间如果存在交叉，那么交叉上带有黑点“●”则表示交叉点是导线连接点或信号线的分合点，交叉上不带有黑点“●”则表示交叉点不是导线连接点或信号线的分合点而仅仅是相互穿越。各种箭头分别表示相应的电流、信号或步骤的流向。各元件或信号的符号不但代表所述元件或信号自身，还可以表示所述元件或信号的容量或大小的代数符号。

本申请的发明人在研究了涉及风力发电的电力系统中存在的上述不稳定问题之后，打算通过实时改变电力系统的运行参数来消除次同步振荡存在的条件。本申请打算通过对直流母线上的运行参数进行控制，来着手解决上述问题。具体地，以虚拟的方式实时改变直流母线电容的容值，从而提出了一种基于电流控制的虚拟直流母线电容技术。本申请的虚拟直流母线电容技术实质是一种控制电力系统的方法，以及使用这种方法控制电力系统的装置。

下面将结合图1a-图4b来详细描述本申请的控制电力系统的方法以及使用这种方法控制电力系统的装置。

首先参考图1a和图1b来描述本申请的控制电力系统的方法的一个实施例。

图1a为现有技术中的一个电力系统1000的部分示意图。图1a中的电力系统1000至少包括：一直流母线b和一直流母线电容c。如图1a中所示，直流母线电容c连接于直流母线b。

实际中的电力系统1000还可以包含其它电力电子设备。然而，为了使本申请的控制电力系统的方法更容易理解，不使描述变得过于复杂而淹没了本发明的实质，在本领域技术人员能够理解的前提下，在本申请的第一个方法实施例中，暂时忽略了对其它电力电子设备的描述，而仅用省略号表示它们。

在电力系统1000工作时，在直流母线上有直流母线电压vbus和直流母线电流ibus。

图1b为本申请的控制电力系统的方法的一个实施例的流程图。如图1b中所示，本实施例的控制电力系统的方法包括：设置步骤100、检测步骤200、计算步骤300和调节步骤400。

在设置步骤100中，接收针对直流母线电容c而设置的一虚拟直流母线电容值cvir。

这里的虚拟直流母线电容值cvir既是一个期望值，又是一个等效值。具体地，为了消除或抑制电力系统1000中的次同步振荡，期望能够将直流母线电容c的容值改变成虚拟直流母线电容值cvir，以此使次同步振荡尽量远离谐振。然而，在实际电路中，直流母线电容c的容值不会任意变化，因此，本申请期望通过控制直流母线上的其它运行参数，使得直流母线电容c的容值等效为虚拟直流母线电容值cvir。

在检测步骤200中，检测直流母线b上的直流母线电压vbus。

作为另一个实施例，所检测到的直流母线电压vbus在使用前可以先进行一阶小惯性环节的滤波处理。

在计算步骤300，根据虚拟直流母线电容值cvir和直流母线电压vbus，来计算直流母线b中的直流母线电流ibus的一期望值iexp。

在调节步骤400中，调节直流母线电流ibus，使直流母线电流ibus达到期望值iexp，从而使直流母线电容c呈现虚拟直流母线电容值cvir。

因为电容对突变电压呈现为低阻抗，所以在直流母线b上的直流母线电压vbus的变化所引起的直流母线电流ibus的变化中，主要是流过直流母线电容c的电流。本申请通过控制直流母线上的直流母线电流ibus，使直流母线电流ibus达到期望值iexp，使得直流母线电容c的容值等效为虚拟直流母线电容值cvir，从而等效为将直流母线电容c的容值改变成虚拟直流母线电容值cvir。

直流母线电容c对外所表现出来的特性体现在直流母线电容c的容值c、施加在直流母线电容c两端的电压udc和流过直流母线电容c的电流idc之间的关系，如下面的公式(1)所示：

在本申请中，通过将上述公式(1)中施加在直流母线电容c两端的电压udc近似为直流母线电压vbus，并将直流母线电容c的容值c设定为虚拟直流母线电容值cvir，进而计算出直流母线电流的期望值iexp，即对应公式(1)中的idc。通过控制直流母线上的直流母线电流ibus，使直流母线电流ibus达到期望值iexp，即可将直流母线电容c对外所表现出来的特性等效为容值为虚拟直流母线电容值cvir时的情况。

图2a为根据本申请一实施例的一三相电力系统2000a的示意图。如图2a所示，三相电力系统2000a包含直流母线电容c、三相变流器30、储能模块50和控制电力系统的装置500。在结构上，直流母线电容c通过直流母线b与三相变流器30相连；储能模块50与直流母线b并联连接，以存储直流母线b提供的电能e50或向直流母线b提供电能e50；控制电力系统的装置500与直流母线b及储能模块50相连。

三相电力系统2000a还可以包括：接触器k1、lc滤波器31、软启动模块32、交流保险丝fac和直流保险丝fdc等辅助设备，40是电网，其连接关系如图中所示，由于这些设备自身与本发明无关，因此不对它们的结构进行描述。

图2a中的虚框箭头表示电流、电能或功率的流向。如图2a所示，储能模块50包括一充放电单元51、一储能元件52和一断路器k5，其中充放电单元51可为各种拓扑结构的双向dc/dc变换器。在储能模块50工作时，充放电单元51以充放电电流ic/d从直流母线b向储能模块50充电或从储能模块50向直流母线b放电，从而以一有功功率pa50，直流母线b向储能模块50充电或储能模块50向直流母线b放电。本领域技术人员知道储能模块50内部如何连接，因此不再赘述。

如图2a中所示，本实施例的控制电力系统的装置500包括：设置模块510、检测模块520、计算模块530和调节模块540。

设置模块510被配置为接收直流母线电容c的虚拟直流母线电容值cvir。设置模块510可以是带有旋钮、操纵杆、按键、鼠标、键盘、触摸垫或触摸屏等的各种输入设备。

检测模块520被配置为检测直流母线b上的直流母线电压vbus、直流母线电流ibus以及储能模块50的充放电电流ic/d。检测模块520可以为电压、电流或功率等的各种传感器或探测器。

计算模块530，包括两个计算单元：第一参考电流计算单元531，被配置为根据虚拟直流母线电容值cvir和直流母线电压vbus，来计算直流母线b中的直流母线电流的期望值iexp；以及第二参考电流计算单元532，被配置为从直流母线电流的期望值iexp减去实际的直流母线电流ibus，得到虚拟电流值ivir。计算模块530可以是运算电路、处理器或计算机等的各种计算设备或软件模块或固件模块。

调节模块540被配置为调节充放电电流ic/d，使充放电电流ic/d达到虚拟电流值ivir。充放电电流ic/d的调节过程实质表现为向直流母线b注入正电流或负电流，使直流母线电流ibus达到期望值iexp，从而使直流母线电容c呈现虚拟直流母线电容值cvir。调节模块540可以是信号发生器、信号控制器、信号放大器等各种输出设备或软件模块或固件模块。

作为另一个实施例，本申请的控制电力系统的装置500还可以包括一个一阶小惯性环节a，以便对检测到的直流母线电压vbus进行一阶小惯性环节的滤波处理。一阶小惯性环节可以集成于检测模块520中。

另外，本申请的控制电力系统的装置500还可以包括一个驱动模块541，将调节模块540输出的信号s50转换成例如驱动开关管的pwm信号。驱动模块541输出的pwm信号控制充放电单元51中的功率开关，如控制各功率开关的占空比，来调节充放电电流ic/d，使充放电电流ic/d达到虚拟电流值ivir。驱动模块541也可以作为电力系统的一部分，而不作为控制电力系统的装置500的一部分，以下同。

图2b为本申请的电力系统为风力发电系统2000b的示意图。如图2b中所示，风力发电系统2000b主要包括：一风力发电机10、一发电机侧功率转换器20、一电网侧功率转换器33、电网40、一储能模块50和一控制电力系统的装置500。直流母线电容c通过直流母线b连接于发电机侧功率转换器20和电网侧功率转换器33之间。储能模块50与直流母线b并联连接，以存储直流母线b提供的电能e50或向直流母线b提供电能e50。控制电力系统的装置500与直流母线b及储能模块50相连。

风力发电系统2000b还可以包括：接触器k1-k3、主断路器k4、lc滤波器31、软启动模块32、交流保险丝fac和直流保险丝fdc等辅助设备，其连接关系如图中所示，由于这些设备自身与本发明无关，因此不对它们的结构进行描述。需要说明的是，图2b中所示的风力发电系统2000b为双馈风力发电系统，但本申请不以此为限，例如，风力发电系统2000b还可为全功率风力发电系统。

在实际的电力系统中，发电机侧功率转换器20可以是各种可通过功率开关元件(即功率元件)控制的双向交流-直流转换器，电网侧功率转换器33可以是各种可通过功率开关元件控制的双向直流-交流逆变器。然而，由于发电机侧功率转换器20和电网侧功率转换器33的内部组成细节本身与本发明无关，所以，在本领域技术人员能够理解的前提下，为了不使描述变得过于复杂而淹没了本发明的实质，这里忽略了对发电机侧功率转换器20和电网侧功率转换器33的内部组成细节的描述，以下同。

储能模块50包括一充放电单元51、一储能元件52和一断路器k5，其中充放电单元51可为各种拓扑结构的双向dc/dc变换器。储能元件52可为但不限于由超级电容或可重复进行充电的电池所构成。在储能模块50工作时，充放电单元51以充放电电流ic/d从直流母线b向储能模块50充电或从储能模块50向直流母线b放电，从而以一有功功率pa50，直流母线b向储能模块50充电或储能模块50向直流母线b放电。

储能模块50可设置于变流器(即包含发电机侧功率转换器20和电网侧功率转换器33的设备)内部，形成风储一体机，该装置从结构上来说不改变原有风力发电系统的拓扑结构和控制结构。发电机侧功率转换器20和储能模块50共享电网侧功率转换器33，包括lc滤波器31、其它变换器等(图中未示出)，以节省成本。本领域技术人员知道储能模块50内部如何连接，因此不再赘述。

发电机侧功率转换器20的交流侧连接风力发电机10的转子绕组，电网侧功率转换器33的交流侧通过lc滤波器31、交流保险丝fac、接触器k1和主断路器k4连接到电网40，风力发电机10的定子绕组通过接触器k3连接到地，并通过接触器k2和主断路器k4连接到电网40。图2b中的虚框箭头表示电流、电能或功率的流向。

如图2b中所示，本实施例的控制电力系统的装置500包括：设置模块510、检测模块520、计算模块530和调节模块540。

设置模块510被配置为接收直流母线电容c的虚拟直流母线电容值cvir。设置模块510可以是带有旋钮、操纵杆、按键、鼠标、键盘、触摸垫或触摸屏等的各种输入设备。

检测模块520被配置为检测直流母线b上的直流母线电压vbus，直流母线电流ibus，及充放电电流ic/d。检测模块520可以为电压、电流或功率等的各种传感器或探测器。

计算模块530，包括两个计算单元：第一参考电流计算单元531，被配置为根据虚拟直流母线电容值cvir和直流母线电压vbus，来计算直流母线b中的直流母线电流的期望值iexp；以及第二参考电流计算单元532，被配置为从直流母线电流的期望值iexp减去实际的直流母线电流ibus，得到虚拟电流值ivir。计算模块530可以是运算电路、处理器或计算机等的各种计算设备或软件模块或固件模块。

调节模块540被配置为调节充放电电流ic/d，使充放电电流ic/d达到虚拟电流值ivir。充放电电流ic/d的调节过程实质表现为向直流母线b注入正电流或负电流，使直流母线电流ibus达到期望值iexp，从而使直流母线电容c呈现虚拟直流母线电容值cvir。调节模块540可以是信号发生器、信号控制器、信号放大器等各种输出设备或软件模块或固件模块。

作为另一个实施例，本申请的控制电力系统的装置500还可以包括一个一阶小惯性环节a，以便对检测到的直流母线电压vbus进行一阶小惯性环节的滤波处理。一阶小惯性环节可以集成于检测模块520中。

另外，本申请的控制电力系统的装置500还可以包括一个驱动模块541，将调节模块540输出的信号s50转换成例如驱动开关管的pwm信号。驱动模块541输出的pwm信号控制充放电单元51中的功率开关，例如调节功率开关的占空比，来调节充放电电流ic/d，使充放电电流ic/d达到虚拟电流值ivir。驱动模块541也可以作为电力系统一部分，而不作为控制电力系统的装置500的一部分，以下同。

结合图2a及图2b的描述，下面进一步参考图2c来描述本申请的控制电力系统的方法的实施例。

图2c为本申请的控制电力系统的方法的另一个实施例的流程图。如图2c中所示，本实施例的控制电力系统的方法包括：设置步骤100、检测步骤201、计算步骤301和调节步骤401。

图2c中的设置步骤100、检测步骤201、计算步骤301和调节步骤401与前述的设置步骤100、检测步骤200、计算步骤300和调节步骤400类似，相同部分不再赘述，仅重点说明不同之处。

在本实施例的调节步骤401中，通过控制从直流母线b向储能模块50充电或从储能模块50向直流母线b放电的有功功率pa50，使储能模块50存储从直流母线b抽取的电能e50或向直流母线b提供电能e50，从而调节直流母线电流ibus。

作为本申请的控制电力系统的方法的另一个实施例，在检测步骤201中，还检测直流母线电流ibus及充放电单元50的充放电电流ic/d。

在计算步骤301中，还从期望值iexp减去直流母线电流ibus，得到一虚拟电流值ivir。

在调节步骤401中，通过对充放电电流ic/d进行闭环控制的方式，形成开关信号s50，开关信号s50控制充放电单元51中的各功率元件的操作，来调节充放电电流ic/d，使充放电电流ic/d等于虚拟电流值ivir，从而使直流母线电流ibus达到期望值iexp。

下面进一步参考图3a和3b来描述本申请的电力系统的另一个实施例。图3a为本申请的电力系统为风力发电系统3000的示意图。如图3a中所示，风力发电系统3000为全功率发电系统，但不以此为限。风力发电系统3000主要包括：一风力发电机10、一发电机侧功率转换器20、一电网侧功率转换器33、一控制电力系统的装置500和电网40。直流母线电容c通过直流母线b连接于发电机侧功率转换器20和电网侧功率转换器33之间。控制电力系统的装置500和直流母线b及发电机侧功率转换器20相连。

风力发电系统3000还可以包括：风力发电机输出电感l、接触器k1、lc滤波器31、软启动模块32和交流保险丝fac等辅助设备，其连接关系如图中所示，由于这些设备自身与本发明无关，因此不对它们的结构进行描述。

发电机侧功率转换器20的交流侧通过风力发电机输出电感l连接风力发电机10，电网侧功率转换器33的交流侧通过lc滤波器31、交流保险丝fac和接触器k1连接到电网40。图3a中的实线箭头表示电流、电能和功率的流向。

控制电力系统的装置500通过控制发电机侧功率转换器20与直流母线b之间的有功电流ia20，使有功电流ia20为正电流或负电流，从而使发电机侧功率转换器20从直流母线b抽取电能e20或向直流母线b提供电能e20，来调节直流母线电流ibus。

根据三相变换器的电流模型，在对变换器交流侧电压进行锁相和dq旋转坐标系下的d轴定向之后，变换器交流侧在dq旋转坐标系下的q轴电压usq变为零，因此，在忽略变换器中的功率开关器件的导通损耗和开关损耗的情况下，变换器交流侧在dq旋转坐标系下的d轴电流idref、施加在直流母线上的电压(即施加在直流母线电容c两端的电压)udc、变换器交流侧在dq旋转坐标系下的d轴电压usd、以及流过直流母线的电流(即近似于流过直流母线电容c的电流)idc之间具有一比例关系，如下面的公式(2)所示：

对发电机侧功率转换器20的交流侧电压和交流侧电流进行上述坐标变换，则上述公式(2)中的变换器交流侧在dq旋转坐标系下的d轴电流idref即对应于本实施例中的有功电流ia20，流过直流母线的电流idc即对应于本实施例中的直流母线电流ibus，有功电流ia20与直流母线电流ibus在三相应用中具有与上述公式(2)相同的比例关系，可以通过控制有功电流ia20以间接控制直流母线电流ibus。对于非三相应用，例如在单相、四相、六相、八相等应用中，有功电流ia20与直流母线电流ibus之间也具有一定的比例关系，这里不再赘述，本申请不对其进行限制，以下同。

继续参考图3a，作为本申请控制电力系统的装置500的另一个实施例，与图2b的结构类似，仅对不同部分进行详细说明。

本实施例的检测模块520，检测发电机侧功率转换器20的交流侧电压vabc、交流侧电流iabc和直流母线电压vbus。

本实施例的计算模块530包括第三参考电流计算单元533、clark变换器534和park变换器535。第三参考电流计算单元533与设置单元510和检测单元520相连，以接收虚拟母线电容值cvir及直流母线电压vbus，并根据式(1)计算母线电流期望值iexp。在本实施例的计算模块530中，clark变换器534和park变换器535对交流侧电压vabc和交流侧电流iabc进行前述的坐标变换，以得到公式(2)中的比例关系，根据所述比例关系及直流母线电流ibus计算有功电流ia20。具体地，对交流侧电压vabc进行锁相，得到坐标变换的角度θ，先对交流侧电压vabc和交流侧电流iabc进行clark变换，再进行park变换，得到变换器交流侧在dq旋转坐标系下的d轴电压usd，并计算有功电流ia20。第三参考电流计算单元533还接收d轴电压usd，并根据前述的公式(2)及直流母线电流ibus的期望值iexp，来计算变换器交流侧在dq旋转坐标系下的d轴电流的参考值，即有功电流ia20的参考值idref。

所述有功电流ia20与所述直流母线电流ibus具有公式(2)中的比例关系，所述有功电流的参考值idref与所述期望值iexp也具有公式(2)中的比例关系，公式(2)中的比例关系通过上述坐标变换得到。在计算模块530中，根据所述比例关系及所述直流母线电流ibus计算所述有功电流ia20，及根据所述比例关系及所述期望值iexp计算所述参考值idref。

在本实施例的调节模块540中，接收有功电流ia20及其参考值idref。通过对有功电流ia20进行闭环控制的方式，形成开关信号s20，开关信号s20控制发电机侧功率转换器20中的各功率元件的操作，来控制有功电流ia20，使有功电流ia20达到参考值idref。因为有功电流ia20与直流母线电流ibus具有式(2)所示的比例关系，经过调节模块540的控制，有功电流ia20达到参考值，则直流母线电流ibus也达到期望值iexp。控制过程表现为，发电机侧功率转换器20向直流母线b注入正电流或负电流，从而使直流母线电流ibus达到期望值iexp。

相应地，图3b为本申请的控制电力系统的方法的另一个实施例的流程图。如图3b中所示，本实施例的控制电力系统的方法包括：设置步骤100、检测步骤202、计算步骤302和调节步骤402。

附图3b中的设置步骤100、检测步骤202、计算步骤302和调节步骤402与前述的设置步骤100、检测步骤200、计算步骤300和调节步骤400类似，相同部分不再赘述，仅重点说明不同之处。

作为本申请的控制电力系统的方法的另一个实施例，基于图1b中的检测步骤200，在本实施例的检测步骤202中，还需检测发电机侧功率转换器20的交流侧电压vabc和交流侧电流iabc。

基于图1b中的计算步骤300，在本实施例的计算步骤302中，还包括对交流侧电压vabc和交流侧电流iabc进行坐标变换，得到交流侧电流iabc的有功电流，即发电机侧功率转换器20与直流母线b之间的有功电流ia20，并根据直流母线电流ibus的期望值iexp及前述的公式(2)得到有功电流ia20的参考值idref。

所述有功电流ia20与所述直流母线电流ibus具有公式(2)中的比例关系，所述有功电流的参考值idref与所述期望值iexp也具有公式(2)中的比例关系，公式(2)中的比例关系通过上述坐标变换得到。在计算步骤302中，根据所述比例关系及所述直流母线电流ibus计算所述有功电流ia20，及根据所述比例关系及所述期望值iexp计算所述参考值idref。

基于图1b中的调节步骤400，在本实施例的调节步骤402中，通过对有功电流ia20进行闭环控制的方式，形成开关信号s20，开关信号s20控制发电机侧功率转换器20中的各功率元件的操作，来控制有功电流ia20，使发电机侧功率转换器20向直流母线b注入正电流或负电流，从而使直流母线电流ibus达到期望值iexp。

本实施例通过控制发电机侧功率转换器20与直流母线b之间的有功电流ia20，使有功电流ia20为正电流或负电流，从而使发电机侧功率转换器20从直流母线b抽取电能e20或向直流母线提供电能e20的方式，来调节直流母线电流ibus，使直流母线电流ibus达到期望值iexp。通过控制发电机侧功率转换器20与直流母线b之间的有功电流ia20，达到间接控制直流母线电流ibus的目的。即可将直流母线电容c对外所表现出来的特性等效为容值为虚拟直流母线电容值cvir时的情况。

结合图1a-图3b的描述，下面进一步参考图4a来描述本申请的电力系统的另一个实施例。

图4a为本申请的电力系统为风力发电系统4000的示意图。如图4a中所示，风力发电系统4000主要包括：一风力发电机10、一发电机侧功率转换器20、一电网侧功率转换器33、电网40、一储能模块50、一整流电路60和一控制电力系统的装置500。变流器直流母线电容c1通过变流器直流母线b1连接于发电机侧功率转换器20和电网侧功率转换器33之间，发电机侧功率转换器20的交流侧连接风力发电机10的转子绕组，电网侧功率转换器33的交流侧连接于电网40，整流电路60的直流侧并联连接于直流母线电容c，整流电路60的交流侧连接于风力发电机10的定子绕组和电网40之间，储能模块50通过直流母线b与直流母线电容c并联连接，以存储直流母线b提供的电能e50或向直流母线b提供电能e50。控制电力系统的装置500与整流电路60的交流侧和直流母线b相连。

风力发电系统4000还可以包括：接触器k1和k2、主断路器k4、lc滤波器31、软启动模块32和交流保险丝fac等辅助设备，其连接关系如图中所示，由于这些设备自身与本发明无关，因此不对它们的结构进行描述。

如前所述，储能模块50包括一充放电单元51和一储能元件52，其中充放电单元51可为各种拓扑结构的双向dc/dc变换器。储能元件52可为但不限于由超级电容或可重复进行充电的电池所构成。在储能模块50工作时，充放电单元51以充放电电流ic/d从直流母线b向储能模块50充电或从储能模块50向直流母线b放电，从而以一有功功率pa50，直流母线b向储能模块50充电或储能模块50向直流母线b放电。

电网侧功率转换器33的交流侧通过lc滤波器31、交流保险丝fac、接触器k1和主断路器k4连接到电网40，风力发电机10的定子绕组还通过接触器k2和主断路器k4连接到电网40。图4a中的虚框箭头和实线箭头表示电流、电能或功率的流向。在实际的风力发电系统4000中，整流电路60可以是各种通过功率开关元件控制的双向交流-直流转换器，然而，由于整流电路60的内部组成细节本身与本发明无关，所以，在本领域技术人员能够理解的前提下，为了不使描述变得过于复杂而淹没了本发明的实质，这里忽略了对整流电路60的内部组成细节的描述，以下同。在风力发电系统4000工作时，风力发电机10可以同时通过转子绕组和定子绕组与电网40以及储能模块50发生电能的流动。发电机侧功率转换器20和电网侧功率转换器33组成的电路的功能已经在前面描述过了，因此不再赘述。整流电路60和直流母线b之间存在一有功电流ia60，如图4a中的双向箭头所示，有功电流ia60可以为一正电流或一负电流，从而使整流电路60从直流母线b抽取电能e60或向直流母线b提供电能e60。

作为本申请电流控制装置的另一个实施例，如图4a中所示，本实施例的控制电力系统的装置500通过控制整流电路60和直流母线b之间的有功电流ia60，使所述有功电流ia60达到所述有功电流的期望值，整流电路60向直流母线b注入正电流或负电流，从而使整流电路60从直流母线b抽取电能e60或向直流母线b提供电能e60，来调节直流母线电流ibus。

相应地，图4b为本申请的控制电力系统的方法的另一个实施例的流程图。如图4b中所示，本实施例的控制电力系统的方法包括：设置步骤100、检测步骤203、计算步骤303和调节步骤403。

附图4b中的设置步骤100、检测步骤203、计算步骤303和调节步骤403与前述的设置步骤100、检测步骤200、计算步骤300和调节步骤400类似，相同部分不再赘述，仅重点说明不同之处。

基于图1b中的检测步骤200，在本实施例的检测步骤203中，还需检测整流电路60的交流侧电压vabc和交流侧电流iabc。

基于图1b中的计算步骤300，在本实施例的计算步骤303中，还包括对交流侧电流iabc进行坐标变换，得到交流侧电流iabc的有功电流及所述有功电流的参考值，即整流电路60与直流母线b之间的有功电流ia60和有功电流ia60的参考值idref1。

同样的，本实施例中的有功电流ia60与直流母线电流ibus在三相应用中具有与上述公式(2)相同的比例关系，根据直流母线电流的期望值iexp和上述公式(2)的比例关系计算得到有功电流ia60的期望值idref1。可以通过控制有功电流ia60来间接控制直流母线电流ibus，即当有功电流ia60被控制以达到期望值idref1时，直流母线电流ibus亦达到期望值iexp。

所述有功电流ia60与所述直流母线电流ibus具有公式(2)中的比例关系，所述有功电流的参考值idref1与所述期望值iexp也具有公式(2)中的比例关系，公式(2)中的比例关系通过上述坐标变换得到。在计算步骤303中，根据所述比例关系及所述直流母线电流ibus计算所述有功电流ia60，及根据所述比例关系及所述期望值iexp计算所述参考值idref1。

基于图1b中的调节步骤400，在本实施例的调节步骤403中，通过对有功电流ia60进行闭环控制，形成开关信号s60，开关信号s60控制整流电路60中的各功率元件的操作，来控制有功电流ia60，使所述有功电流ia60达到所述有功电流的期望值idref1，使整流电路60向直流母线b注入正电流或负电流，从而使直流母线电流ibus达到期望值iexp。有功电流ia60的调节过程实质表现为整流电路60向直流母线b注入正电流或负电流。

本实施例通过控制整流电路60和直流母线b之间的有功电流ia60，从而使整流电路60从直流母线b抽取电能e60或向直流母线b提供电能e60，来调节直流母线电流ibus，使直流母线电流ibus达到期望值iexp，即可将直流母线电容c对外所表现出来的特性等效为容值为虚拟直流母线电容值cvir时的情况。因直流母线b和变流器直流母线b1相连，调节直流母线b的各项参数可等效为调节直流母线b1的各项参数。具体地，直流母线电容c与变流器直流母线电容c1的和，形成风力发电系统4000的直流母线电容，通过使直流母线电容c等效为虚拟电容值cvir，可使风力发电系统的直流母线电容等效为期望值。

继续参考图4a，作为本申请控制电力系统的装置500的另一个实施例，在本实施例的检测模块520中，还检测整流电路60的交流侧电压vabc和交流侧电流iabc。

在本实施例的计算模块530中，还对交流侧电压vabc和交流侧电流iabc进行前述的坐标变换，以得到有功电流ia60及其期望值idref1。具体地，可参考对图3a的描述，此处不再赘述。

所述有功电流ia60与所述直流母线电流ibus具有公式(2)中的比例关系，所述有功电流的参考值idref1与所述期望值iexp也具有公式(2)中的比例关系，公式(2)中的比例关系通过上述坐标变换得到。在计算模块530中，根据所述比例关系及所述直流母线电流ibus计算所述有功电流ia60，及根据所述比例关系及所述期望值iexp计算所述参考值idref1。

在本实施例的调节模块540中，通过对有功电流ia60进行闭环控制的方式，形成开关信号s60，开关信号s60控制整流电路60中的各功率元件的操作，来控制有功电流ia60，使所述有功电流ia60达到所述有功电流的期望值idref1，使整流电路60向直流母线b注入正电流或负电流，从而使直流母线电流ibus达到期望值iexp。

作为本申请的控制电力系统的装置的另一个实施例，如图4a中所示，本实施例的控制电力系统的装置500中，还通过控制从直流母线b向储能模块50充电或从储能模块50向直流母线b放电的有功功率pa50，使储能模块50存储从直流母线b抽取的电能e50或向直流母线b提供电能e50的方式，来调节直流母线电流ibus。

作为本申请的控制电力系统的装置的另一个实施例，如图4a中所示，在本实施例的检测模块520中，还检测直流母线电流ibus及充放电单元50的充放电电流ic/d。

在本实施例的计算模块530中，还从期望值iexp减去直流母线电流ibus，得到虚拟电流值ivir。

在本实施例的调节模块540中，通过对充放电电流ic/d进行闭环控制的方式，形成开关信号s50，开关信号s50控制充放电单元50中的各功率元件的操作，来调节充放电电流ic/d，使充放电电流ic/d等于虚拟电流值ivir，从而使直流母线电流ibus达到期望值iexp。

相应地，作为本申请的控制电力系统的方法的另一个实施例，基于图4b中的检测步骤200，在本实施例的检测步骤中，还检测直流母线电流ibus及充放电单元60的充放电电流ic/d。

基于图4b中的计算步骤300，在本实施例的计算步骤中，还从期望值iexp减去直流母线电流ibus，得到一虚拟电流值ivir。

基于图4b中的调节步骤403，在本实施例的调节步骤中，通过对充放电电流ic/d进行闭环控制的方式，形成开关信号s50，开关信号s50控制充放电单元50中的各功率元件的操作，来调节充放电电流ic/d，使充放电电流ic/d等于虚拟电流值ivir，从而使直流母线电流ibus达到期望值iexp。

作为本申请的控制电力系统的装置的另一个实施例，还可以通过使变流器直流母线电容c1等效为其对应虚拟电容值，来达到使风力发电系统4000的直流母线电容等效为期望值的目的。如图4a中所示，本实施例的控制电力系统的装置500中，还通过控制发电机侧功率转换器20与变流器直流母线b1之间的有功电流ia20，使有功电流ia20为正电流或负电流，从而使发电机侧功率转换器20从变流器直流母线b1抽取电能e20或向变流器直流母线b1提供电能e20，来调节变流器直流母线b1的电流。

需要说明的是，还可以同时使变流器直流母线电容c1等效为其对应的虚拟电容值，直流母线电容c等效为虚拟电容值cvir，来达到使风力发电系统4000的直流母线电容等效为期望值的目的。

在本实施例中，可以同时或不同时通过控制发电机侧功率转换器20与变流器直流母线b1之间的有功电流，通过控制整流电路60和直流母线b之间的有功电流ia60，以及通过控制从直流母线b向储能模块50充电或从储能模块50向直流母线b放电的充放电电流ic/d，来调节风力发电系统4000的直流母线电流，使风力发电系统4000的直流母线电流达到期望值。例如，仅通过控制从直流母线b向储能模块50充电或从储能模块50向直流母线b放电的有功功率pa50，使储能模块50存储从直流母线b抽取的电能e50或向直流母线b提供电能e50的方式，来调节直流母线电流ibus，使直流母线电流ibus达到期望值iexp，即可将直流母线电容c对外所表现出来的特性等效为容值为虚拟直流母线电容值cvir时的情况。可以根据发电机侧功率转换器20、整流电路60及储能模块50的容量及实际需求，灵活配置对风力发电系统4000中直流母线的调节作用，使风力发电系统4000的母线电容呈现为其期望的等效电容值。

另外，整流电路60不仅可以用于调节母线电流，来虚拟母线电容；还可以作为双模切换器使风力发电系统4000在全功率发电模式及双馈发电模式之间进行切换。更进一步说明，当风速小于预设风速时，整流电路60使风力发电系统4000切换为全功率发电模式而执行，反之，当风速大于或等于预设风速时，整流电路60则使风力发电系统4000切换为双馈发电模式而执行。如此一来，本实施例的风力发电系统在成本增加不大的情况下，可在低风速时执行全功率发电模式，以在低风速时仍具有较佳的发电效率，且提升发电运行的范围。

储能模块50设置于主断路器及风力发电机组之间，储能模块50不仅可以用于调节母线电流，以虚拟母线电容；还可以通过进行充电或放电的操作来抑制不利于电网40及风力发电系统4000的事件，如电网频率波动、风力发电机输出功率波动等。在一些实施例中，储能模块50及电网侧功率变换器33实际上可共同集成于机柜(未图示)内，以节省风力发电系统的成本。

实际的直流母线电容数值一定，考虑高频纹波，不宜将电容过分减小，依靠本申请提出虚拟直流母线电容的技术，在低频时虚拟直流母线电容，以根据需要改变实际的母线电容值，进一步提高并网稳定性。另一方面，若不考虑稳定性问题，还可以虚拟正电容，以降低直流母线电容的成本。

本申请已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本申请的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本申请的范围。相反地，在不脱离本申请的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本申请的专利保护范围。