电能转换系统和方法
【专利摘要】本发明揭示一种电能转换系统，其包括源侧转换器，线侧转换器和电能转换控制器。该源侧转换器用于将电源模组提供的电能转换为直流电。该线侧转换器用于将该直流电转换为交流电。该电能转换控制器与该源侧转换器和该线侧转换器相连接并通讯。该电能转换控制器包括分解模块，源侧控制模块和线侧控制模块。该分解模块用于将反馈直流电压信号分解为第一电压分量信号和第二电压分量信号。本发明还揭示了一种电能转换系统控制方法。本发明揭示的电能转换系统和电能转换系统控制方法，可通过同时控制该源侧转换器和该线侧转换器的方法来优化直流母线电压的输出响应。
【专利说明】电能转换系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明公开的实施方式涉及电能转换系统和方法，以用来控制直流母线电压。
【背景技术】
[0002]随着对新能源例如太阳能需求的增长，基于光伏效应的光伏系统越来越多的被用于将太阳能转换为电能。光伏系统一般采用多个电力电子开关器件来实现能量转换。通常，太阳能电池板作为输入电源连接在光伏系统的源侧，以用于将太阳能转换为电能，然后该光伏系统可将该电能转换为线侧负载所需的电能。电网被广泛用作光伏系统的负载，以用于提供生活中所需的电能。典型的光伏系统包括直流母线，该直流母线连接在源侧和线侧之间，直流母线两端的直流母线电压控制是电能转换过程的关键技术之一。
[0003]因此，有必要提供一种改进的系统和方法来解决上述技术问题。
【发明内容】
[0004]鉴于上面提及的技术问题，本发明的一个方面在于提供一种电能转换系统，该电能转换系统包括源侧转换器，线侧转换器，直流母线和电能转换控制器。该源侧转换器用于将电源模组提供的电能转换为直流电。该线侧转换器与该源侧转换器相连接，该线侧转换器用于将该直流电转换为交流电。该直流母线连接在该源侧转换器和该线侧转换器之间。以及该电能转换控制器与该源侧转换器和该线侧转换器相连接并通讯，该电能转换控制器包括分解模块，源侧控制模块和线侧控制模块。该分解模块用于将检测到的代表该直流母线两端电压的反馈直流电压信号分解为第一电压分量信号和第二电压分量信号。该源侧控制模块至少基于该第一电压分量信号生成提供给该源侧转换器的源侧控制信号。该线侧控制模块至少基于该第二电压分量信号生成提供给该线侧转换器的线侧控制信号。
[0005]如上所述的电能转换系统，该电能转换系统还包括最大功率追S示电路，该最大功率追踪电路用于追踪该电源|旲组的最大功率。
[0006]如上所述的电能转换系统，其中该分解模块包括高通滤波器和低通滤波器。该高通滤波器用于将该反馈直流电压信号分解为高频电压分量信号，该低通滤波器用于将该反馈直流电压信号分解为低频电压分量信号。该高频电压分量信号用作该第一电压分量信号，该低频电压分量信号用作该第二电压分量信号。
[0007]如上所述的电能转换系统，其中该源侧控制模块包括第一外环控制回路，该第一外环控制回路用于控制该第一电压分量信号跟随第一电压指令信号，该第一电压指令信号为零指令信号。
[0008]如上所述的电能转换系统，其中该源侧控制模块包括第一内环控制回路，该第一内环控制回路用于控制源侧反馈直流电流信号跟随源侧电流指令信号。
[0009]如上所述的电能转换系统，其中该源侧控制模块包括第一内环控制回路，该第一内环控制回路用于控制源侧反馈直流电压信号跟随源侧电压指令信号。
[0010]如上所述的电能转换系统，其中该源侧控制模块包括第一内环控制回路，该第一内环控制回路用于控制源侧反馈直流功率信号跟随源侧功率指令信号。
[0011]如上所述的电能转换系统，其中该线侧控制模块包括第二外环控制回路和第二内环控制回路，该第二外环控制回路用于控制该第二电压分量信号跟随第二电压指令信号，该第二内环控制回路用于控制该线侧反馈功率信号跟随线侧功率指令信号，该第二电压指令信号为常量指令信号。
[0012]本发明的另一个方面在于提供一种电能转换系统控制方法，该方法包括如下步骤:测量直流母线两端电压并得到反馈直流电压信号。通过分解模块将该反馈直流电压信号分解为第一电压分量信号和第二电压分量信号。通过源侧控制模块至少基于该第一电压分量信号生成源侧控制信号，以用于控制源侧转换器。以及通过线侧控制模块至少基于该第二电压分量信号生成线侧控制信号，以用于控制线侧转换器。
[0013]如上所述的电能转换系统控制方法，其中该分解步骤包括通过高通滤波器将该反馈直流电压信号分解为高频电压信号，通过低通滤波器将该反馈直流电压信号分解为低频电压信号。该高频电压信号用作该第一电压分量信号，该低频电压信号用作该第二电压分量信号。
[0014]如上所述的电能转换系统控制方法，其中生成该源侧控制信号的步骤包括通过第一外环控制回路调节该第一电压分量信号跟随第一电压指令信号。
[0015]如上所述的电能转换系统控制方法，其中生成该源侧控制信号的步骤包括通过第一内环控制回路调节源侧反馈直流电流信号跟随源侧电流指令信号。
[0016]如上所述的电能转换系统控制方法，其中生成该源侧控制信号的步骤包括通过第一内环控制回路调节源侧反馈直流电压信号跟随源侧直流电压指令信号。
[0017]如上所述的电能转换系统控制方法，其中生成该源侧控制信号的步骤包括通过第一内环控制回路调节源侧反馈直流功率信号跟随源侧直流功率指令信号。
[0018]如上所述的电能转换系统控制方法，其中生成该线侧控制信号的步骤包括:通过第二外环控制回路调节该第二电压分量信号跟随第二电压指令信号。以及通过第二内环控制回路调节线侧反馈功率信号跟随线侧功率指令信号。
[0019]本发明的另一方面在于提供一种光伏能量转换系统。该光伏能量转换系统包括最大功率追踪电路，光伏侧转换器，负载侧转换器，直流母线和电能转换控制器。该最大功率追踪电路用于追踪光伏电源模组的最大功率。该光伏侧转换器与该光伏电源模组相连接，该光伏侧转换器用于将该光伏电源模组提供的电能转换为直流电。该负载侧转换器与该光伏侧转换器相连接，该负载侧转换器用于将该直流电转换为交流电。该直流母线连接在该光伏侧转换器和该负载侧转换器之间。以及该电能转换控制器与该光伏侧转换器和负载侧转换器相连接并通讯，该电能转换控制器包括分解模块，光伏侧控制模块和负载侧控制模块。该分解模块用于将检测到的代表该直流母线电压的反馈直流电压信号分解为第一电压分量信号和第二电压分量信号。该光伏侧控制模块至少基于该第一电压分量信号生成光伏侧控制信号。以及该负载侧控制模块至少基于该第二电压分量信号生成负载侧控制信号。
[0020]本发明提供的电能转换系统以及电能转换系统控制方法与传统的方法相比，将源侧转换器控制和线侧转换器控制相结合，直流母线电压中的高频部分由源侧转换器进行控制，直流母线电压中的低频部分由线侧转换器进行控制。这种协同控制源侧转换器和线侧转换器的方法可保证直流母线电压有快速、精确、平稳的响应输出。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]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:
[0022]图1所示为电能转换系统的一种实施方式的模块图。
[0023]图2所示为光伏电池的电压-电流(伏安特性)特性曲线示意图。
[0024]图3所示为如图1所示的电能转换系统中分解模块的一种实施方式示意图。
[0025]图4所示为如图1所示的电能转换系统中源侧控制模块的一种控制框图。
[0026]图5所示为如图1所示的电能转换系统中源侧控制模块的另一种控制框图。
[0027]图6所示为如图1所示的电能转换系统中源侧控制模块的另一种控制框图。
[0028]图7所示为如图1所示的电能转换系统中线侧控制模块的一种控制框图。
[0029]图8所示为如图1所示的电源模组输出电压发生扰动时将三种不同控制方法施加于如图1所示的电能转换系统而产生的直流母线电压响应曲线示意图。
[0030]图9所示为控制如图1所示的电能转换系统的方法流程图。以及
[0031]图10所示为阐明如图9所示的分解步骤的一种实施方式的子步骤流程图。
【具体实施方式】
[0032]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，不应当理解为本发明公开的内容不充分。
[0033]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”包括所列举的项目中的任意一者或者全部。“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”以及“控制模块”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。
[0034]本发明中使用的“可”、“可以”与“可能”等词语表明在某些环境中事件发生的可能性。拥有一种特定属性、特征或功能。和/或通过与某一合格动词结合表示一个或多个能力、性能或可能性。响应地，“可能”的使用表明:被修饰的术语对于所示的能力、功能或用途是明显适当、可匹配或合适的。同时考虑到在某些情况的存在，被修饰的术语有时可能不适当，不匹配或不合适。例如，在某些情况下，可能预期出现某一结果或性能。而在其他情况下，该结果或性能可能不出现。这一区别由表示“可能”的词语体现。
[0035]图1所示为本发明揭示的电能转换系统的一种实施方式的模块图。如图1所示，该电能转换系统10包括源侧转换器14，线侧转换器16，直流母线15和电能转换控制器18。在如图1所示的实施方式中，该直流母线15连接在该源侧转换器14和该线侧转换器16之间。该电能转换控制器18与该源侧转换器14，该线侧转换器16和该直流母线15相连接并通讯。该电能转换控制器18用于控制该源侧转换器14和该线侧转换器16以维持该直流母线15两端的直流电压(Vd。)在一个特定值或特定范围内。
[0036]如图1所示，该源侧转换器14与电源模组12相连接，以用于将该电源模组12产生的第一电能转换为该直流母线15上的第二电能。该源侧转换器14可包括多个开关器件(图未示出)如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFETs)和/或绝缘栅双极型晶体管(IGBTs)0
[0037]在一些实施方式中，该电源模组12是直流电源模组，该源侧转换器14包括直流/直流功率转换器，以用于将该电源模组12产生的该第一电能转换为该直流母线15两端的第二电能。在一些实施方式中，该直流/直流功率转换器包括升压电路，降压电路或其他任何可将一种直流电能转换为另一种直流电能的电路。在一种更具体的实施方式中，该电源模组12包括太阳能电源模组如太阳能电池板或电池模组如燃料电池。
[0038]在一些实施方式中，该电源模组12是交流电源模组，该源侧转换器14包括交流/直流功率转换器，以用于将该电源模组12产生的交流电能转换为该直流母线15两端的直流电能。在一些实施方式中，该交流/直流功率转换器包括H桥转换器，三相整流桥或其他任何可将交流电能转换为直流电能的电路。在一种更具体的实施方式中，该电源模组12包括风机和/或交流发电机。
[0039]如图1所示，该线侧转换器16与负载17相连接。该线侧转换器16用于将直流电能转换为交流电能，然后将该交流电能提供给该负载17 (例如电网)。该线侧转换器16可包括多个开关器件(图未示出)如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFETs)和/或绝缘栅双极型晶体管(IGBTs)。在一些实施方式中，该线侧转换器16包括H桥转换器，三相逆变器或其他任何可将直流电能转换为交流电能的电路。
[0040]在如图1所示的实施方式中，该电源模组12包括光伏电源模组如至少一组太阳能电池板。光照，温度和阻抗等因素会导致太阳能电池板具有非线性输出特性，该非线性输出特性可用如图2所示的电压-电流曲线65表示。该电压-电流曲线65表明在特定光照条件下太阳能电池板的非线性输出特性。阴影部分66表示该电源模组12的输出功率。V_n表示当输出电流I为零时的开路电压。Istort表示当输出电压为零时的短路电流。Pmpp，Vmpp，和Impp分别表示最大功率点的功率，电压和电流。
[0041]如图1所示，该电能转换系统10可包括低通滤波器13，该低通滤波器13连接在该电源模组12和该源侧转换器14之间。该低通滤波器13用于滤除该电源模组12生成电能中的高频分量以输出直流电能。然后该直流电能可被提供给该源侧转换器14。该低通滤波器13可包括一个或多个电容和/或电感。
[0042]在如图1所示的实施方式中，该电能转换系统10可包括最大功率追踪电路20，该最大功率追踪电路20用于跟踪最大功率点以保证该电源模组12在任何给定的环境条件下可输出最大功率。在如上所述的实施方式中，一个或多个传感器例如电流传感器和电压传感器用于测量与该电能转换系统10相关的电参数。该一个或多个传感器可输出该最大功率追踪电路20和该电能转换控制器18可识别的信号。在一些实施方式中，传感器包括电阻，霍尔效应传感器和光纤传感器。
[0043]在一些实施方式中，电流传感器56用于测量该电源模组12产生的电流并输出电流信号作为源侧反馈直流电流信号(Idc^urrejbk) 57。电压传感器58用于测量该电源模组12产生的电压并输出电压信号作为源侧反馈直流电压信号(Vtk stjurra μ)59。该最大功率追踪电路20至少根据该源侧反馈直流电流信号Id。—fbk57和该源侧反馈直流电压信号Vd。source_fbk59得到最大功率点参考信号30。该最大功率点参考信号30可包括最大功率点功率参考信号P*mpp，最大功率点电压参考信号v*mpp，和/或最大功率点电流参考信号rmpp。P*mpp，v*mpp，和rmpp表明该电源模组12在最大功率点工作并输出最大功率点的给定或者参考功率，电压和电流。
[0044]一种直流母线电压控制方法用于维持该直流母线15两端的直流电压Vd。在一个特定值或特定范围内。根据该电能转换控制器18提供的控制信号来协同控制该源侧转换器14和该线侧转换器16以得到期望的直流母线电压。在一些实施方式中，该电能转换控制器18可以包括任何合适的可编程电路或者装置，包括数字信号处理器(Digital SignalProcessor, DSP)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)、可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller, PLC)以及专用集成电路(Applicat1nSpecific Integrated Circuit,ASIC)等。该电能转换控制器18可以硬件、软件或软硬件结合的形式实施。
[0045]考虑到硬件上的限制如源侧有限的功率提供能力和线侧有限的带宽，该直流母线15两端的直流母线电压控制通过协同控制该源侧转换器14和该线侧转换器16来实现。更具体地，该电能转换控制器18包括分解模块24，源侧控制模块22和线侧控制模块26。
[0046]在如图1所示的实施方式中，第一电压传感器60用于检测该直流母线15两侧的直流电压Vde并输出反馈直流电压信号(Vd。Jbk) 40。一个或多个第二电压传感器62被用于检测该电网17，该线侧转换器16，或者电网17和线侧转换器16之间任一点的三相电压中的至少一相电压并输出电压信号46给该电能转换控制器18。电压幅值信号Vamp (图未不出)可基于该电压信号46在该电能转换控制器18中计算得到。
[0047]该分解模块24接收到该反馈直流电压信号Vd。_40并生成第一电压分量信号32和第二电压分量信号34。该源侧控制模块22接收该第一电压分量信号32，对电压指令信号42和该最大功率点参考信号30 (例如P*mpp，Vimpp和 πρρ)并生成源侧控制信号50以提供给该源侧转换器14。该线侧控制模块26接收该第二电压分量信号34，第二电压指令信号44和该电压信号46并生成线侧控制信号52以提供给该线侧转换器16。通过协同控制该源侧转换器14和该线侧转换器16的方法可使该直流母线电压得到快速、精确、平稳的响应输出。
[0048]在一些实施方式中，该分解模块24用于将该反馈直流电压信号Vde fbk40分解为两个分量，这两个分量可以是两个直流分量，一个直流分量和一个交流分量或两个交流分量。在其他实施方式中，该反馈直流电压信号Vd。fbk40可被分解为多于两个分量。
[0049]如图3所示的实施方式，经由高通滤波器74将该反馈直流电压信号Vde fbk40分解为第一电压分量信号32，经由低通滤波器76将该反馈直流电压信号Vd。_40分解为第二电压分量信号34。该第一电压分量信号32用作反馈信号Vd。h fbk被提供给该源侧控制模块22。该第二电压分量信号34被用作反馈信号Vdcj Μ提供给该线侧控制模块26。其中，Vd。h—fbk表不该第一电压分量信号32, Vdc l fbk表不该第二电压分量信号34。Vd。—h—fbk32和Vdc—^ftk34然后被分别提供给该源侧控制模块22和该线侧控制模块26。
[0050]在一些实施方式中，该高通滤波器74和该低通滤波器76可在该电能转换控制器18中编程的软件形式实现。在其他实施方式中，该高通滤波器74和该低通滤波器76可采用电子器件的硬件形式实现。
[0051]当图1所示电能转换系统为光伏能量转换系统时，该电源模组12为光伏电源模组，该源侧转换器14为光伏侧转换器，该线侧转换器16为负载侧转换器，该电能转换控制器18中的该源侧控制模块22为光伏侧控制模块，该线侧控制模块26为负载侧控制模块，该源侧控制信号50为光伏侧控制信号，该线侧控制信号52为负载侧控制信号。
[0052]接下来将对该控制信号(源侧控制信号50和线侧控制信号52)在该电能转换控制器18中的生成过程进行详细阐述。
[0053]图4所示为如图1所示电能转换系统中源侧控制模块的一种控制框图。该源侧控制模块22用于控制该第一电压分量信号Vd0lJbkSZ跟随该第一电压指令信号42。在一些实施方式中，该第一电压指令信号42是高频电压指令信号(Vd。h ?d)。在如图4所示的实施方式中，该第一电压指令信号42是零指令信号，即直流母线电压Vd。中的高频分量幅值控制到尽可能小。该源侧控制模块22的控制框图100包括第一外环控制回路133和第一内环控制回路131。
[0054]在该第一外环控制回路133 (或电压控制环)中，该源侧控制模块22接收该第一电压指令信号Vd。h Md42和该第一电压分量信号Vd。h fbk32。通过求和元件103将Vd。h>42和Vd。—h—fbk32做差得到第一电压误差信号106。然后该第一电压误差信号106被送入外环电压调节器105以用于输出提供给该第一内环控制回路131的第一电流参考信号AId。
source108。
[0055]该第一内环控制回路131 (或电流控制环)被用于控制源侧反馈直流电流信号ld。 -57跟随源侧电流指令信号Id。—Murc^mdIH15通过求和元件113将该第一电流参考信号
△ Idc_sourcel08和该最大功率点电流参考信号求和得到该源侧电流指令信号Id。—cmd1140然后通过求和元件117将该源侧电流指令信号Id。—s.。。—-114和该源侧反馈直流电流号IdcurdfbkS?做差得到第一电流误差号118。
[0056]如图4所示，电流调节器107接收到该第一电流误差信号118后输出电压信号120给调制解调器109。在一些实施方式中，通过将该电压信号120和固定频率或变频的载波信号(例如三角波或锯齿波信号)进行比较得到该源侧控制信号PWM_ra50。该源侧控制信号PWMsource50然后被提供给该源侧转换器14以用于开通和关断该源侧转换器14中的多个开关器件。
[0057]图5所示为如图1所示电能转换系统中源侧控制模块的另一种控制框图。与图4所示的控制框图100相类似，图5所示的控制框图200用于控制该第一电压分量信号Vtk h^,32跟随第一电压指令信号Vdc; h c;md42。该第一电压指令信号Vtk h Md42是零指令信号。即第一外环控制回路233是电压控制环。因此，对于该第一外环控制回路233的具体描述在此省略。
[0058]然而，图4和图5分别所示控制框图的区别在于该第一内环控制回路231。图5所示实施方式包括另一个电压控制环作为该第一内环控制回路231。在如图5所示的实施方式中，该第一电压误差信号106被送入外环电压调节器105以用于输出提供给该第一内环控制回路231的第一电压参考信号AVde s_ee208。
[0059]如图5所示，该第一内环控制回路231 (或电压控制环)被用于控制该源侧反馈直流电压Vd。_59跟随该源侧电压指令信号Vd。Md214。通过求和元件213将该第一电压参考信号Λ Vd。s_ra208和该最大功率点电压参考信号V*_212求和得到该源侧电压指令信号Vd。—然后通过求和元件217将该源侧电压指令信号Vd。S()ura ?d214和该源侧反馈直流电压Vd。fbk59做差得到第一内环电压误差信号218。
[0060]内环电压调节器207接收到该第一内环电压误差信号218后输出电压信号220给调制解调器209。在一些实施方式中，通过将该电压信号220和固定频率或变频的载波信号(例如三角波或锯齿波信号)进行比较得到该源侧控制信号PWM_ra50。该源侧控制信号PWMsource50然后被提供给该源侧转换器14以用于开通和关断该源侧转换器14中的多个开关器件。
[0061]图6所示为如图1所示电能转换系统中源侧控制模块的另一种控制框图。与图4所示的控制框图1 00相类似，图6所示的控制框图300用于控制该第一电压分量信号Vtk h^,32跟随第一电压指令信号Vdc; h c;md42。该第一电压指令信号Vtk h Md42是零指令信号。即第一外环控制回路333是电压控制环。因此，对于该第一外环控制回路333的具体描述在此省略。
[0062]然而，图4和图6分别所示控制框图的区别在于该第一内环控制回路331。图6所示的实施方式包括一个功率控制环作为该第一内环控制回路331。如图6所示的实施方式中，该第一电压误差信号106被送入外环电压调节器105以用于输出提供给该第一内环控制回路331的第一功率参考信号APde _TCe308。
[0063]如图6所示，该第一内环控制回路331 (或功率控制环)被用于控制该源侧反馈功率信号Pd。—fbk316跟随该源侧功率指令信号Pd。—-314。通过求和元件313将该第一功率参考信号APd。s_ra308和该最大功率点功率参考信号P*mpp312求和得到该源侧功率指令信号Pd。—-314。然后通过求和元件317将该源侧功率指令信号Pd。—-314和该源侧反馈功率信号Pd。—fbk316做差得到第一功率误差信号318。
[0064]第一功率调节器307接收到该第一功率误差信号318后输出电压信号320给调制解调器309。在一些实施方式中，通过将该电压信号320和固定频率或变频的载波信号(例如三角波或锯齿波信号)进行比较得到该源侧控制信号PWM_ra50。该源侧控制信号PWMsource50然后被提供给该源侧转换器14以用于开通和关断该源侧转换器14中的多个开关器件。
[0065]图7所示为如图1所示电能转换系统中线侧控制模块的一种控制框图。该控制框图400用于控制该第二电压分量信号Vdej fbk34跟随该第二电压指令信号44。在一些实施方式中，该第二电压指令信号44是低频电压指令信号(Vdcj Md)。在如图7所示的实施方式中，该第二电压指令信号44是常量指令信号，即直流母线电压Vd。中的低频分量幅值被控制在常量值。该线侧控制模块26的控制框图400包括第二外环控制回路433和第二内环控制回路431。
[0066]在如图7所示的实施方式中，在该第二外环控制回路433 (或电压控制环)中，该线侧控制模块26接收该第二电压指令信号Vd。—-44和该第二电压分量信号Vdej fbk34。通过求和元件403将该第二电压指令信号Vd。—-44和该第二电压分量信号Vd。」μ34做差得到第二电压误差信号406。然后该第二电压误差信号406被送入电压调节器405以用于输出提供给该第二内环控制回路431的第一功率参考信号△PuJOS。
[0067]如图7所示，该第二内环控制回路431 (或功率控制环)被用于控制线侧功率反馈信号Pd。—fbk416跟随线侧功率指令信号Pd。—liM—-414。如图7所示实施方式中，该线侧功率反馈信号Pd。—line—fbk416至少根据该电网17的电压信号46计算得到。通过求和元件413将该第一功率参考信号APdcainJOS和该最大功率点功率参考信号PimppI 12求和得到该线侧功率指令信号Pd。—liM—-414。然后通过求和元件417将该线侧功率指令信号Pd。—MumJH和该线侧功率反馈信号Pd。—liM—fbk416做差得到第一电流误差信号418。
[0068]第二功率调节器407接收到该第一电流误差信号418后输出频率误差信号(ω。)给积分器410。在一些实施方式中，该积分器410可包括相角信号上限值和下限值。该积分器410根据该频率误差信号ω。输出相角信号Θ。。在一些实施方式中，该积分器410还可以设置有相角信号上限值和相角信号下限值，或者通过另外设置的限幅元件对输出相角信号Θ。的幅值进行限制。如果Θ。超过该积分器410的相角信号上限值，该积分器410将输出该相角信号上限值。如果Θ。超过该积分器410的相角信号下限值，该积分器410将输出该相角信号下限值。如果Θ。在该积分器410的相角信号上限值和下限值之间，该积分器413将输出该相角信号Θ。。在如图7所示的实施方式中，该调制解调器409接收该相角信号Θ。和该电压幅值信号Vamp420 并输出线侧控制信号PWMlim52给该线侧转换器16以用于开通和关断该线侧转换器16中的多个开关器件。
[0069]在以上所述的实施方式中，该外环电压调节器105，该电流调节器107，该内环电压调节器207，该第一功率调节器307，该电压调节器405和该第二功率调节器407可通过比例控制算法、比例积分控制算法或其他智能控制算法形式实现。
[0070]图8所示为图1所示的电源模组输出电压发生扰动时三种不同控制方法施加于如图1所示的电能转换系统的直流母线电压响应曲线。如图8所示，第一曲线702为控制如图1所示的直流母线直流母线15两端电压而执行现有的第一种控制方法所产生的曲线图，该控制方法通过单独控制该源侧转换器14来实现直流母线电压控制。
[0071]第二曲线704为控制如图1所示的直流母线直流母线15两端电压而执行现有的第二种控制方法所产生的曲线图，该控制方法通过单独控制该线侧转换器16来实现直流母线电压控制。
[0072]第三曲线706为控制如图1所示的直流母线直流母线15两端电压二执行本发明提出的第三种控制方法所产生的曲线图，该控制方法通过协同控制该源侧转换器14和该线侧转换器16来实现直流母线电压控制。
[0073]Vdc cmd表不该Vd。—h—emd和VdeIemd的叠加。在时刻V该电源模组12的输出电压发生5%的扰动，在三种不同方法控制下，该直流母线电压Vde发生不同程度的振荡响应。
[0074]更具体地，如图8所示，当扰动发生后，该第一曲线702的恢复时间为&，该第二曲线704的恢复时间为t2，该第三曲线706的恢复时间为t3，其中，Qt2H315结果表明本发明提出的第三种控制方法可快速的让该直流母线电压Vde恢复平稳。在三种不同控制方法下，与702，704和706相对应的电压振荡值大小分别为Vde _TCe-Vd。emd，Vdc cffld-Vdc line和Vdc
cmd ^dcsourceline ° 其中，^dcsource ^dccmd^^dccmd ^dcline^^dccmd ^dcsourceline ° 与曲线 702 和 704 相
t匕，当发生扰动时，706采用协同控制该源侧转换器14和该线侧转换器16的方法可获得更短的恢复时间和更小的振荡幅值。
[0075]图9所示为控制如图1所示电能转换系统的方法流程图。如图9所示，在步骤801中，电压传感器用于检测该直流母线15两端的电压并输出反馈直流电压信号Vd。fbk40。
[0076]在步骤803中，分解模块24用于将该反馈直流电压信号Vde fbk40分解为第一电压分量信号32和第二电压分量信号34。该分解步骤803的一个具体实施例如图10所示。
[0077]在如图10所示的实施方式中，该分解步骤803可包括子步骤901和903。在子步骤901中，高通滤波器74用于将该反馈直流电压信号Vd。_40分解成一个高频电压分量Vd。h—Μ用作该第一电压分量信号32。在子步骤903中，低通滤波器76用于将该反馈直流电压信号Vd。—fbk40分解成一个低频电压分量Vtk h fbk用作该第二电压分量信号34。
[0078]如图9所示，在步骤805中，源侧控制模块22至少基于该第一电压分量信号32生成源侧控制信号50，以用于控制源侧转换器14。在步骤807中，线侧控制模块26至少基于该第二电压分量信号34生成线侧控制信号52，以用于控制线侧转换器16。
[0079]虽然结合特定的实施方式对本发明进行了说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于涵盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。
【权利要求】
1.一种电能转换系统，其特征在于: 该电能转换系统包括源侧转换器，线侧转换器，直流母线和电能转换控制器； 该源侧转换器用于将电源模组提供的电能转换为直流电； 该线侧转换器与该源侧转换器相连接，该线侧转换器用于将该直流电转换为交流电； 该直流母线连接在该源侧转换器和该线侧转换器之间；以及 该电能转换控制器与该源侧转换器和该线侧转换器相连接并通讯，该电能转换控制器包括分解模块，源侧控制模块和线侧控制模块；该分解模块用于将检测到的代表该直流母线两端电压的反馈直流电压信号分解为第一电压分量信号和第二电压分量信号；该源侧控制模块至少基于该第一电压分量信号生成提供给该源侧转换器的源侧控制信号；该线侧控制模块至少基于该第二电压分量信号生成提供给该线侧转换器的线侧控制信号。
2.如权利要求1所述的电能转换系统，其中该电能转换系统还包括最大功率追S示电路，该最大功率追踪电路用于追踪该电源|旲组的最大功率。
3.如权利要求1所述的电能转换系统，其中该分解模块包括高通滤波器和低通滤波器；该高通滤波器用 于将该反馈直流电压信号分解为高频电压分量信号，该低通滤波器用于将该反馈直流电压信号分解为低频电压分量信号；该高频电压分量信号用作该第一电压分量信号，该低频电压分量信号用作该第二电压分量信号。
4.如权利要求1所述的电能转换系统，其中该源侧控制模块包括第一外环控制回路，该第一外环控制回路用于控制该第一电压分量信号跟随第一电压指令信号，该第一电压指令信号为零指令信号。
5.如权利要求4所述的电能转换系统，其中该源侧控制模块包括第一内环控制回路，该第一内环控制回路用于控制源侧反馈直流电流信号跟随源侧电流指令信号。
6.如权利要求4所述的电能转换系统，其中该源侧控制模块包括第一内环控制回路，该第一内环控制回路用于控制源侧反馈直流电压信号跟随源侧电压指令信号。
7.如权利要求4所述的电能转换系统，其中该源侧控制模块包括第一内环控制回路，该第一内环控制回路用于控制源侧反馈直流功率信号跟随源侧功率指令信号。
8.如权利要求1所述的电能转换系统，其中该线侧控制模块包括第二外环控制回路和第二内环控制回路，该第二外环控制回路用于控制该第二电压分量信号跟随第二电压指令信号，该第二内环控制回路用于控制该线侧反馈功率信号跟随线侧功率指令信号，该第二电压指令信号为常量指令信号。
9.一种电能转换系统控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤: 测量直流母线两端电压并得到反馈直流电压信号； 通过分解模块将该反馈直流电压信号分解为第一电压分量信号和第二电压分量信号; 通过源侧控制模块至少基于该第一电压分量信号生成源侧控制信号，以用于控制源侧转换器；以及 通过线侧控制模块至少基于该第二电压分量信号生成线侧控制信号，以用于控制线侧转换器。
10.如权利要求9所述的电能转换系统控制方法，其中该分解步骤包括: 通过高通滤波器将该反馈直流电压信号分解为高频电压信号，该高频电压信号用作该第一电压分量信号； 通过低通滤波器将该反馈直流电压信号分解为低频电压信号，该低频电压信号用作该第二电压分量信号。
11.如权利要求9所述的电能转换系统控制方法，其中生成该源侧控制信号的步骤包括通过第一外环控制回路调节该第一电压分量信号跟随第一电压指令信号。
12.如权利要求11所述的电能转换系统控制方法，其中生成该源侧控制信号的步骤包括通过第一内环控制回路调节源侧反馈直流电流信号跟随源侧电流指令信号。
13.如权利要求11所述的电能转换系统控制方法，其中生成该源侧控制信号的步骤包括通过第一内环控制回路调节源侧反馈直流电压信号跟随源侧直流电压指令信号。
14.如权利要求11所述的电能转换系统控制方法，其中生成该源侧控制信号的步骤包括通过第一内环控制回路调节源侧反馈直流功率信号跟随源侧直流功率指令信号。
15.如权利要求9所述的电能转换系统控制方法，其中生成该线侧控制信号的步骤包括: 通过第二外环控制回路调节该第二电压分量信号跟随第二电压指令信号；以及 通过第二内环控制回路调节线侧反馈功率信号跟随线侧功率指令信号。
16.—种光伏能量转 换系统,其特征在于: 该光伏能量转换系统包括最大功率追踪电路，光伏侧转换器，负载侧转换器，直流母线和电能转换控制器； 该最大功率追踪电路用于追踪光伏电源|旲组的最大功率； 该光伏侧转换器与该光伏电源模组相连接，该光伏侧转换器用于将该光伏电源模组提供的电能转换为直流电； 该负载侧转换器与该光伏侧转换器相连接，该负载侧转换器用于将该直流电转换为交流电； 该直流母线连接在该光伏侧转换器和该负载侧转换器之间；以及 该电能转换控制器与该光伏侧转换器和该负载侧转换器相连接并通讯，该电能转换控制器包括分解模块，光伏侧控制模块和负载侧控制模块；该分解模块用于将检测到的代表该直流母线电压的反馈直流电压信号分解为第一电压分量信号和第二电压分量信号；该光伏侧控制模块至少基于该第一电压分量信号生成光伏侧控制信号；该负载侧控制模块至少基于该第二电压分量信号生成负载侧控制信号。
【文档编号】H02M7/48GK104079194SQ201310109147
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年3月29日 优先权日:2013年3月29日
【发明者】邬心慧, 侯丹, 刘姣, 史经奎, 邬雪琴, 谭卓辉 申请人:通用电气公司