用于消除逆變器二次諧波脈動的補償裝置和電力系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于消除逆變器二次諧波脈動的補償裝置和利用該裝置的電力系統(tǒng)，該補償裝置包括：電能存儲器，用于存儲電能；控制器，用于根據(jù)逆變器的交流側(cè)的實際電壓和實際電流以及所述電能存儲器的實際電壓和實際電流，產(chǎn)生用于消除所述逆變器中的二次諧波脈動的控制信號；以及，電能變換器，用于根據(jù)所述控制信號，把輸入到所述逆變器的直流電能的一部分提取給所述電能存儲器或把所述電能存儲器中存儲的電能輸出給所述逆變器，以消除所述二次諧波脈動。利用該補償裝置和逆變器系統(tǒng)，能夠消除逆變器中的二次諧波脈動。
【專利說明】用于消除逆變器二次諧波脈動的補償裝置和電力系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電力領(lǐng)域，尤其涉及電力系統(tǒng)和補償裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，分布式發(fā)電市場發(fā)展迅猛，大容量光伏并網(wǎng)發(fā)電成為了該領(lǐng)域發(fā)展的重要方向之一。傳統(tǒng)光伏逆變器的控制策略是基于電網(wǎng)平衡條件下設(shè)計的，因此，當(dāng)諸如三相不平衡跌落或負(fù)載不平衡等導(dǎo)致三相電網(wǎng)不平衡時，電網(wǎng)將不可避免地產(chǎn)生二次諧波功率，從而導(dǎo)致逆變器的直流側(cè)存在二次諧波脈動，進一步造成并網(wǎng)電流波形畸變，嚴(yán)重影響到并網(wǎng)電能質(zhì)量，導(dǎo)致逆變器運行性能下降。
[0003]中國專利申請CN101540510A提出一種光伏逆變器直流電壓波動的補償方案，其是針對利用帶高頻變壓器的DC (直流)/AC (交流)環(huán)節(jié)并入單相電網(wǎng)的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)提出的。該專利申請通過在DC/AC高頻環(huán)節(jié)控制模塊中加入直流電壓脈動補償模塊實現(xiàn)對輸入直流側(cè)二次脈動電壓的補償，從而消除由于直流電壓脈動引起的并網(wǎng)電流諧波，提高并網(wǎng)電流質(zhì)量。
[0004]中國專利申請CN102148584A提出一種應(yīng)用于兩級單相變流系統(tǒng)，尤其適用于類似光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的中小功率兩級并網(wǎng)變流系統(tǒng)中消除中間直流側(cè)二次脈動干擾的方法，其是針對后級DC/AC單相PWM變流器自身拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)限制，在中間直流側(cè)不可避免的存在功率二次脈動提出的，通過在前級的DC/DC環(huán)節(jié)控制模塊中加入二次諧波補償模塊對中間直流環(huán)節(jié)的二次諧波脈動加以反補償，從而消除二次脈動干擾和穩(wěn)定中間直流電壓。
[0005]以上提出的兩種方案都是通過改進控制策略來消除用于單相電網(wǎng)的逆變器中的二次諧波脈動，需對原有裝置進行軟件、硬件改動。
[0006]然而，用于三相電網(wǎng)的逆變器由于其自身拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的限制，僅改進其控制策略并不能消除二次諧波脈動，從而并不能保證直流側(cè)電壓恒定和并網(wǎng)電流平衡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]考慮到現(xiàn)有技術(shù)的以上問題，本發(fā)明實施例提供補償裝置和電力系統(tǒng)，其能夠消除逆變器中的二次諧波脈動。
[0008]按照本發(fā)明實施例的一種用于消除逆變器二次諧波脈動的補償裝置，包括:電能存儲器，用于存儲電能；控制器，用于根據(jù)逆變器的交流側(cè)的二次諧波脈動的功率以及所述電能存儲器的實際電壓和實際電流，產(chǎn)生用于消除所述逆變器中的二次諧波脈動的控制信號；以及，電能變換器，用于根據(jù)所述控制信號，把輸入到所述逆變器的部分電能提取給所述電能存儲器或把所述電能存儲器中存儲的至少部分電能輸出給所述逆變器，以消除所述逆變器的所述二次諧波脈動。
[0009]在一種具體實現(xiàn)方式中，所述控制器包括:第一功率計算模塊，用于根據(jù)所述逆變器的交流側(cè)的實際電壓和實際電流，計算所述二次諧波脈動的功率；第一電流計算模塊，用于根據(jù)所計算的功率和所述電能存儲器的實際電壓，計算消除所述二次諧波脈動需要所述電能存儲器提供的第一電流；以及，電流控制模塊，用于根據(jù)所述計算的第一電流和所述電能存儲器的實際電流，生成所述控制信號。
[0010]在一種具體實現(xiàn)方式中，所述電流控制模塊包括:第一電流差計算模塊，用于計算所述計算的第一電流與所述電能存儲器的實際電流的電流差；第一調(diào)制波生成模塊，用于所述計算的電流差，生成用于使所述電能存儲器的實際電流跟蹤上所述計算的第一電流的調(diào)制波；以及，脈寬調(diào)制模塊，用于根據(jù)所述生成的調(diào)制波，生成脈寬調(diào)制信號，作為所述控制信號。
[0011]在另一種具體實現(xiàn)方式中，所述控制信號還用于穩(wěn)定所述逆變器的輸出功率，所述控制器還包括:第二功率計算模塊，用于根據(jù)所述逆變器直流側(cè)的實際電壓和實際電流，計算所述逆變器直流側(cè)的實際輸入功率；第三功率計算模塊，用于根據(jù)所述實際輸入功率和所述逆變器的目標(biāo)輸出功率，計算使所述實際輸入功率達到所述目標(biāo)輸出功率而需要增加的功率；以及，第二電流計算模塊，用于根據(jù)所述需要增加的功率和所述電能存儲器的實際電壓，計算達到所述需要增加的功率而需要所述電能存儲器提供的第二電流，其中，所述電流控制模塊進一步用于根據(jù)所述第一電流、所述第二電流和所述電能存儲器的實際電流，生成所述控制信號。從而，不但能夠消除逆變器的二次諧波脈動，而且能夠穩(wěn)定逆變器的輸出功率。
[0012]在另一種具體實現(xiàn)方式中，所述電流控制模塊包括:第一電流差計算模塊，用于計算所述第一電流與所述第二電流之和與所述電能存儲器的實際電流的電流差；第一調(diào)制波生成模塊，用于根據(jù)所述計算的電流差，生成用于使所述電能存儲器的實際電流跟蹤上所述第一電流和所述第二電流之和的調(diào)制波；以及，脈寬調(diào)制模塊，用于根據(jù)所述生成的調(diào)制波，生成脈寬調(diào)制信號，作為所述控制信號。
[0013]在一種具體實現(xiàn)方式中，所述電能變換器是雙向直流/直流變換器和所述電能存儲器是直流電存儲器，或者，所述電能變換器是雙向直流/交流變換器和所述電能存儲器是交流電存儲器。
[0014]在一種具體實現(xiàn)方式中，補償裝置獨立于逆變器實現(xiàn)，從而不需對原有系統(tǒng)進行任何軟硬件改動，可獨立于原有系統(tǒng)工作，并能夠?qū)υ邢到y(tǒng)提供支持。
[0015]按照本發(fā)明實施例的一種電力系統(tǒng)，包括:逆變器；以及，補償裝置，其中，所述補償裝置包括:電能存儲器，用于存儲電能；第一控制器，用于根據(jù)所述逆變器的交流側(cè)的二次諧波脈動的功率以及所述電能存儲器的實際電壓和實際電流，產(chǎn)生用于消除所述逆變器中的二次諧波脈動的第一控制信號；以及，電能變換器，用于根據(jù)所述第一控制信號，把輸入到所述逆變器的部分電能提取給所述電能存儲器或把所述電能存儲器中存儲的電能輸出給所述逆變器，以消除所述逆變器中的所述二次諧波脈動。
[0016]在一種具體實現(xiàn)方式中，所述第一控制器包括:第一功率計算模塊，用于根據(jù)所述逆變器的交流側(cè)的實際電壓和實際電流，計算所述二次諧波脈動的功率；第一電流計算模塊，用于根據(jù)所計算的功率和所述電能存儲器的實際電壓，計算為了消除所述二次諧波脈動需要所述電能存儲器提供的第一電流；以及，第一電流控制模塊，用于根據(jù)所述生成的第一電流和所述電能存儲器的實際電流，生成所述第一控制信號。
[0017]在一種具體實現(xiàn)方式中，所述第一電流控制模塊包括:第一電流差計算模塊，用于計算所述計算的第一電流與所述電能存儲器的實際電流的電流差；第一調(diào)制波生成模塊，用于所述計算的電流差，生成用于使所述電能存儲器的實際電流跟蹤上所述計算的第一電流的調(diào)制波；以及，脈寬調(diào)制模塊，用于根據(jù)所述生成的調(diào)制波，生成脈寬調(diào)制信號，作為所述控制信號。
[0018]在另一種具體實現(xiàn)方式中，所述第一控制信號還用于穩(wěn)定所述逆變器的輸出功率，所述第一控制器還包括:第二功率計算模塊，用于根據(jù)所述逆變器直流側(cè)的實際電壓和實際電流，計算所述逆變器直流側(cè)的實際輸入功率；第三功率計算模塊，用于根據(jù)所述實際輸入功率和所述逆變器的目標(biāo)輸出功率，計算使所述實際輸入功率達到所述目標(biāo)輸出功率而需要增加的功率；以及，第二電流計算模塊，用于根據(jù)所述需要增加的功率和所述電能存儲器的實際電壓，生成為了達到所述需要增加的功率而需要所述電能存儲器提供的第二電流，其中，所述第一電流控制模塊進一步用于根據(jù)所述第一電流和所述第二電流之和與所述電能存儲器的實際電流，生成所述第一控制信號。
[0019]在另一種具體實現(xiàn)方式中，所述第一電流控制模塊包括:第一電流差計算模塊，用于計算所述第一電流與所述第二電流之和與所述電能存儲器的實際電流的電流差；第一調(diào)制波生成模塊，用于根據(jù)所述計算的電流差，生成用于使所述電能存儲器的實際電流跟蹤上所述第一電流和所述第二電流之和的調(diào)制波；以及，脈寬調(diào)制模塊，用于根據(jù)所述生成的調(diào)制波，生成脈寬調(diào)制信號，作為所述第一控制信號。
[0020]在一種具體實現(xiàn)方式中，所述逆變器包括:電路模塊，用于根據(jù)第二控制信號，將輸入到所述逆變器的直流電轉(zhuǎn)換成交流電并進行輸出；以及，第二控制器，用于生成所述第二控制信號，其中，所述第二控制器包括:電壓控制模塊，用于根據(jù)所述逆變器直流側(cè)的實際電壓和目標(biāo)電壓，計算使所述逆變器直流側(cè)的實際電壓跟蹤上所述目標(biāo)電壓而需要的有功電流；以及，第二電流控制模塊，用于根據(jù)目標(biāo)無功電流、所述電網(wǎng)的相角、所述有功電流和所述逆變器的交流側(cè)的實際電流，生成所述第二控制信號。
[0021]在一種具體實現(xiàn)方式中，所述電能變換器是雙向直流-直流變換器和所述電能存儲器是直流電存儲器，或者，所述電能變換器是雙向直流-交流變換器和所述電能存儲器是交流電存儲器。
[0022]從上面的描述可以看出，本實施例使用獨立的補償裝置通過從逆變器的直流側(cè)提取部分電能或向逆變器的直流側(cè)輸出電能來吸收逆變器中的二次諧波脈動，從而能夠消除逆變器中的二次諧波脈動，保證逆變器的直流側(cè)電壓恒定，從而保證逆變器的交流側(cè)電流的質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]本發(fā)明的其它特點、特征、優(yōu)點和益處通過以下結(jié)合附圖的詳細描述將變得更加顯而易見。其中:
[0024]圖1示出了按照本發(fā)明一個實施例的電力系統(tǒng)的示意圖；
[0025]圖2示出了按照本發(fā)明第一實施例的逆變器的控制器的示意圖；
[0026]圖3A示出了按照本發(fā)明第一實施例的補償裝置的控制器的示意圖；以及
[0027]圖3B示出了按照本發(fā)明第二實施例的補償裝置的控制器的示意圖。
【具體實施方式】[0028]下面，將結(jié)合附圖詳細描述本發(fā)明的各個實施例。
[0029]現(xiàn)在參見圖1，其示出了按照本發(fā)明一個實施例的電力系統(tǒng)的示意圖。如圖1所示，電力系統(tǒng)100包括逆變器200和用于消除逆變器200中的二次諧波脈動的補償裝置300。
[0030]其中，逆變器200包括控制器220和主電路(電路模塊)260。其中，控制器220根據(jù)逆變器200直流側(cè)的實際電壓和目標(biāo)電壓以及逆變器200的交流側(cè)的實際電流，生成并輸出控制信號。主電路260根據(jù)控制器220所輸出的控制信號,把太陽能光伏板400輸入到逆變器200的直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電并輸出給電網(wǎng)500。其中，主電路260至少包括濾波電容和DC/AC變換器。
[0031]補償裝置300包括電能存儲器310、控制器340和電能變換器370。電能存儲器310用于存儲電能，其可以是支撐電容或者諸如電池組、超級電容器或飛輪儲能器等這樣的儲能裝置?？刂破?40根據(jù)逆變器200的交流側(cè)的二次諧波脈動的功率以及電能存儲器310的實際電壓和實際電流，產(chǎn)生用于消除逆變器200中的二次諧波脈動的控制信號。電能變換器370根據(jù)控制器340所產(chǎn)生的控制信號，利用電能存儲器310吸收逆變器200中的二次諧波脈動。具體地，電能變換器370用于根據(jù)控制器340所產(chǎn)生的控制信號，把輸入到逆變器200的部分電能提取給電能存儲器310進行存儲或把電能存儲器310中存儲的至少部分電能輸出給逆變器200，以消除逆變器200中的二次諧波脈動。這里，電能變換器370可以是DC/DC變換器或DC/AC變換器，其中，當(dāng)電能變換器370是DC/DC變換器時，電能存儲器310是直流電存儲器，以及，當(dāng)電能變換器370是DC/AC變換器時，電能存儲器310是交流電存儲器。
[0032]從上面的描述可以看出，本實施例使用獨立的補償裝置300通過從逆變器200的直流側(cè)提取部分電能或向逆變器200的直流側(cè)輸出電能來吸收逆變器200中的二次諧波脈動，從而能夠消除逆變器200中的二次諧波脈動。而且，從整體硬件結(jié)構(gòu)上說，補償裝置300獨立于逆變器200，不需對現(xiàn)有的逆變器200進行任何的軟硬件改動，即可應(yīng)用上述補償裝置。
[0033]現(xiàn)在參見圖2，其示出了按照本發(fā)明第一實施例的逆變器的控制器的示意圖。
[0034]如圖2所示，控制器220可以包括電壓控制模塊和電流控制模塊，其中，該電壓控制模塊根據(jù)逆變器200直流側(cè)的實際電壓和目標(biāo)電壓來計算使逆變器200直流側(cè)的實際電壓跟蹤上目標(biāo)電壓所需的有功電流。該電流控制模塊根據(jù)目標(biāo)無功電流、電網(wǎng)500的相角、所計算的有功電流和逆變器200的交流側(cè)的實際電流，生成控制信號。其中，電壓控制模塊包括電壓差計算模塊2202和電流計算模塊2204，該電流控制模塊包括電流計算模塊2206、電流差計算模塊2208、電流調(diào)節(jié)器2210和脈寬調(diào)制(PWM)模塊2212。
[0035]其中，電壓差計算模塊2202計算太陽光伏板PV的目標(biāo)電壓Vpwef (即逆變器200直流側(cè)的目標(biāo)電壓)與實際電壓V (即逆變器200直流側(cè)的實際電壓)的電壓差。這里，逆變器200直流側(cè)的目標(biāo)電壓是預(yù)先設(shè)定要達到的電壓。
[0036]電流計算模塊2204根據(jù)電壓差計算模塊2202所計算的電壓差，利用比例積分(PI)算法、比例微分積分(PID)算法或其它合適的算法來計算使逆變器200直流側(cè)的實際電壓值Vpv跟蹤上逆變器200直流側(cè)的目標(biāo)電壓Vpvref的有功電流Id。
[0037]電流計算模塊2206利用目標(biāo)無功電流Iq、電網(wǎng)500的相角Θ和電流計算模塊2204所計算的有功電流Id來計算逆變器200的交流側(cè)的三相電的目標(biāo)電流{igref}。這里，IigrefI表示逆變器200的交流側(cè)的三相電中的各相電的目標(biāo)電流的集合。
[0038]電流差計算模塊2208計算逆變器200的交流側(cè)的三相電的目標(biāo)電流UgrefI與實際電流Ug}的差值，得到逆變器200的交流側(cè)的三相電的電流差{ ε ig}。這里，{ig}表示逆變器200的交流側(cè)的三相電中的各相電的實際電流的集合，{ ε ig}表示逆變器200的交流側(cè)的三相電中的各相電的目標(biāo)電流與實際電流的差值的集合。
[0039]電流調(diào)節(jié)器2210作為調(diào)制波生成模塊，生成使得電流差{ ε ig}變?yōu)榱愕恼{(diào)制波Mpvinv ο
[0040]脈寬調(diào)制模塊2212用于根據(jù)電流調(diào)節(jié)器2208所生成的調(diào)制波Mpvinv,生成脈寬調(diào)制信號，作為用于控制主電路260的控制信號。
[0041]現(xiàn)在參見圖3A，其示出了按照本發(fā)明第一實施例的補償裝置的控制器的示意圖。
[0042]如圖3A所示，控制器340包括功率計算模塊3402、電流計算模塊3404、電流差計算模塊3406、電流調(diào)節(jié)器3408和PWM模塊3410。其中，電流差計算模塊3406、電流調(diào)節(jié)器3408和PWM模塊3410組成電流控制模塊。
[0043]其中，功率計算模塊3402用于利用逆變器200的交流側(cè)的三相電的實際電壓{vg}和實際電流{ig}，計算逆變器200中的二次諧波脈動的功率P2。P2的計算公式如下所示:
[0044]P2=(A1-A1) )sin(cot).B1Sin ( ω t + Θ j) + { k 2~ k 2y )sin (ω t).B2Sin (ω t+ Θ 2) + (A3_A3，) sin (ω t).B3Sin (ω t+ Θ 3)
[0045]其中，ApA2和A3分別表不逆變器200的交流側(cè)的三相電中的第一相電、第二相電和第三相電在沒有發(fā)生電壓不平衡(包括電壓跌落和升起)之前的電壓幅值，A/ A2’和A3’分別表示逆變器200的交流側(cè)的三相電中的第一相電、第二相電和第三相電在發(fā)生電壓不平衡之后的實際電壓幅值，B1Sin(ω?+ Θ J、B2Sin(ω?+ Θ 2)和B3sin(cot+ Θ 3)分別表示逆變器200的交流側(cè)的三相電中的第一相電、第二相電和第三相電在發(fā)生電壓不平衡之后的實際電流，其中，IvgHiA/ sin(cot), A2’ sin(cot), A/ sin(cot)}，{ig} = (B1Sin (ω t+ θ ^,Β28?η(ω?+θ2),Β38?η(ω?+θ3)}0 ω為電網(wǎng)角速度，t為時間，Θ為初始角度，一般來講Θ I Θ2Θ3互差 120 度。
[0046]電流計算模塊3404使用所計算的二次諧波脈動的功率P2和電能存儲器310的實際電壓lvs}，計算出為了消除該二次諧波脈動需要電能存儲器310提供的電流{is2Mf}。這里，當(dāng)電能存儲器310是直流電存儲器時，{vj和{is2Mf}都是標(biāo)量，{is&ef}=P2/ivs}。當(dāng)電能存儲器310是交流電存儲器時，{vj和Us&rf}都是向量，可以利用等式己={'}.{is2ref}來計算Us&rf}，其中.表示向量的點乘運算。
[0047]電流差計算模塊3406計算電流{is&ef}與電能存儲器310的實際電流{is}的電流差{ ε is}，其表示使電能存儲器310的實際電流{is}達到電流{is2Mf}而需要。
[0048]電流調(diào)節(jié)器3408作為調(diào)制波生成模塊，根據(jù)電流差{ ε is}，生成用于使得電能存儲器310的實際電流{is}跟蹤上電流us&ef}(即使得電流差{ ε is}為零)的調(diào)制波Msconv。
[0049]脈寬調(diào)制模塊3410根據(jù)電流調(diào)節(jié)器3408所生成的調(diào)制波Msconv，生成脈寬調(diào)制信號，作為用于消除二次諧波脈動的控制信號。
[0050]現(xiàn)在參見圖3B，其示出了按照本發(fā)明第二實施例的補償裝置的控制器的示意圖。采用按照圖3B所示方式實現(xiàn)的控制器340，不但可以消除逆變器200的二次諧波脈動，而且可以在輸入逆變器200直流側(cè)的直流電出現(xiàn)波動的情況下穩(wěn)定逆變器200的輸出功率。為了簡單起見，下面僅描述控制器340的第二實施例與第一實施例的不同之處，兩者相同之處不再贅述。
[0051]如圖3B所示，控制器340還包括電流計算模塊3412、功率計算模塊3414和功率差計算模塊3416。其中，功率計算模塊3414將光伏板PV的實際電壓Vpv (即逆變器200直流側(cè)的實際電壓)和實際電流ipv (即逆變器200直流側(cè)的實際電流)相乘，計算得到逆變器200直流側(cè)的實際輸入功率Pin。
[0052]功率差計算模塊3416計算逆變器200的目標(biāo)輸出功率P,ef與逆變器200直流側(cè)的實際輸入功率Pin的功率差，其表示為了使得逆變器200直流側(cè)的實際輸入功率達到目標(biāo)輸出功率P,ef而需要電能存儲器310提供的功率Pstof。這里，逆變器200的目標(biāo)輸出功率P,ef例如可以是電網(wǎng)公司、電網(wǎng)調(diào)度部門或電網(wǎng)控制要求逆變器200向電網(wǎng)500輸出的功率。
[0053]電流計算模塊3412利用功率Pstaf除和電能存儲器310的實際電壓IvJ，計算得到為了穩(wěn)定逆變器200的輸出功率而需要電能存儲器310提供的電流{istaf}。這里，當(dāng)電能存儲器310是直流電存儲器時，{vs}和{istaf}都是標(biāo)量，U =Pstaf/IvJ。當(dāng)電能存儲器310是交流電存儲器時，{vj和{istaf}都是向量，可以利用等式Pstref= {vs}.{istref}來計算其中.表示向量的點乘運算。
[0054]電流差計算模塊3406作為計算模塊用于計算為了消除逆變器200中的二次諧波脈動需要電能存儲器310提供的電流{is&ef}和為了穩(wěn)定逆變器200的輸出功率而需要電能存儲器310提供的電流{istMf}之和與電能存儲器310的實際電流{is}的電流差{ ε is}。
[0055]電流調(diào)節(jié)器3408根據(jù)電流差{ ε is}，生成用于使得電能存儲器310的實際電流IiJ跟蹤上電流Us2Mf}和電流Ustof}之和(即使得電流差{ ε is}為零)的調(diào)制波Msconv。
[0056]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的控制器220除了可以按照圖2所示的方式實現(xiàn)之外，還可以按照其它的任何合適方式實現(xiàn)。
[0057]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，上面各個實施例所公開的控制器220和340可以利用軟件、硬件(例如集成電路、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)等)或軟硬件結(jié)合的方式來實現(xiàn)。
[0058]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，上面所公開的方案不但適用于向電網(wǎng)500提供電能(即并網(wǎng))，也是適用于直接向負(fù)載提供電能。
[0059]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明各個實施例所公開的方案不但可以應(yīng)用于輸出三相交流電的逆變器，而且也可以應(yīng)用于輸出單相交流電、兩相交流電或三相以上交流電的逆變器。
[0060]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明各個實施例所公開的方案不但適用于把太陽能光伏板所產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電的逆變器，而且也適用于把其它方式(例如風(fēng)力發(fā)電)所產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電的逆變器。
[0061]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，上面所公開的各個實施例可以在偏離發(fā)明實質(zhì)的情況下做出各種改變和變形，因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)由所附的權(quán)利要求書來限定。
【權(quán)利要求】
1.一種用于消除逆變器二次諧波脈動的補償裝置，包括: 電能存儲器，用于存儲電能； 控制器，用于根據(jù)逆變器的交流側(cè)的二次諧波脈動的功率以及所述電能存儲器的實際電壓和實際電流，生成用于消除所述逆變器中的二次諧波脈動的控制信號；以及 電能變換器，用于根據(jù)所述控制信號，把輸入到所述逆變器的部分電能提取給所述電能存儲器或把所述電能存儲器中存儲的至少部分電能輸出給所述逆變器，以消除所述逆變器的二次諧波脈動。
2.如權(quán)利要求1所述的補償裝置，其中，所述控制器包括: 第一功率計算模塊，用于根據(jù)所述逆變器的交流側(cè)的實際電壓和實際電流，計算所述二次諧波脈動的功率； 第一電流計算模塊，用于根據(jù)所計算的功率和所述電能存儲器的實際電壓，計算消除所述二次諧波脈動需要所述電能存儲器提供的第一電流；以及 電流控制模塊，用于根據(jù)所述計算的第一電流和所述電能存儲器的實際電流，生成所述控制信號。
3.如權(quán)利要求2所述的補償裝置，其中，所述電流控制模塊包括: 第一電流差計算模塊，用于計算所述計算的第一電流與所述電能存儲器的實際電流的電流差； 第一調(diào)制波生成模塊，用于根據(jù)所述計算的電流差，生成用于使所述電能存儲器的實際電流跟蹤上所述計算的第 一電流的調(diào)制波；以及 脈寬調(diào)制模塊，用于根據(jù)所述生成的調(diào)制波，生成脈寬調(diào)制信號，作為所述控制信號。
4.如權(quán)利要求2所述的補償裝置，其中， 所述控制信號還用于穩(wěn)定所述逆變器的輸出功率， 所述控制器還包括: 第二功率計算模塊，用于根據(jù)所述逆變器直流側(cè)的實際電壓和實際電流，計算所述逆變器的直流側(cè)的實際輸入功率； 第三功率計算模塊，用于根據(jù)所述實際輸入功率和所述逆變器的目標(biāo)輸出功率，計算使所述實際輸入功率達到所述目標(biāo)輸出功率而需要增加的功率；以及 第二電流計算模塊，用于根據(jù)所述需要增加的功率和所述電能存儲器的實際電壓，計算達到所述需要增加的功率而需要所述電能存儲器提供的第二電流， 其中，所述電流控制模塊進一步用于根據(jù)所述第一電流、所述第二電流和所述電能存儲器的實際電流，生成所述控制信號。
5.如權(quán)利要求4所述的補償裝置，其中，所述電流控制模塊包括: 第一電流差計算模塊，用于計算所述第一電流與所述第二電流之和與所述電能存儲器的實際電流的電流差； 第一調(diào)制波生成模塊，用于根據(jù)所述計算的電流差，生成用于使所述電能存儲器的實際電流跟蹤上所述第一電流和所述第二電流之和的調(diào)制波；以及 脈寬調(diào)制模塊，用于根據(jù)所述生成的調(diào)制波，生成脈寬調(diào)制信號，作為所述控制信號。
6.如權(quán)利要求1-5中任意一項所述的補償裝置，其中， 所述電能變換器是雙向直流/直流變換器和所述電能存儲器是直流電存儲器，或者所述電能變換器是雙向直流/交流變換器和所述電能存儲器是交流電存儲器。
7.如權(quán)利要求1-5中任意一項所述的補償裝置，其中，所述補償裝置獨立于所述逆變器實現(xiàn)。
8.一種電力系統(tǒng)，包括: 逆變器；以及 補償裝置， 其中，所述補償裝置包括: 電能存儲器，用于存儲電能； 第一控制器，用于根據(jù)所述逆變器的交流側(cè)的二次諧波脈動的功率以及所述電能存儲器的實際電壓和實際電流，生成用于消除所述逆變器中的二次諧波脈動的第一控制信號；以及 電能變換器，用于根據(jù)所述第一控制信號，把輸入到所述逆變器的部分電能提取給所述電能存儲器或把所述電能存儲器中存儲的至少部分電能輸出給所述逆變器，以消除所述逆變器中的二次諧波脈動。
9.如權(quán)利要求8所述的電力系統(tǒng)，其中，所述第一控制器包括: 第一功率計算模塊，用于根據(jù)所述逆變器的交流側(cè)的實際電壓和實際電流，計算所述二次諧波脈動的功率； 第一電流計算模塊，用于根據(jù)所計算的功率和所述電能存儲器的實際電壓，計算消除所述二次諧波脈動需要所述`電能存儲器提供的第一電流；以及 第一電流控制模塊，用于根據(jù)所述生成的第一電流和所述電能存儲器的實際電流，生成所述第一控制信號。
10.如權(quán)利要求9所述的電力系統(tǒng)，其中，所述第一電流控制模塊包括: 第一電流差計算模塊，用于計算所述第一電流與所述電能存儲器的實際電流的電流差; 第一調(diào)制波生成模塊，用于根據(jù)所述計算的電流差，生成用于使所述電能存儲器的實際電流跟蹤上所述第一電流的調(diào)制波；以及 脈寬調(diào)制模塊，用于根據(jù)所述生成的調(diào)制波，生成脈寬調(diào)制信號，作為所述控制信號。
11.如權(quán)利要求9所述的電力系統(tǒng)，其中， 所述第一控制信號還用于穩(wěn)定所述逆變器的輸出功率， 所述第一控制器還包括: 第二功率計算模塊，用于根據(jù)所述逆變器直流側(cè)的實際電壓和實際電流，計算所述逆變器直流側(cè)的實際輸入功率； 第三功率計算模塊，用于根據(jù)所述實際輸入功率和所述逆變器的目標(biāo)輸出功率，計算使所述實際輸入功率達到所述目標(biāo)輸出功率而需要增加的功率；以及 第二電流計算模塊，用于根據(jù)所述需要增加的功率和所述電能存儲器的實際電壓，生成為了達到所述需要增加的功率而需要所述電能存儲器提供的第二電流， 其中，所述第一電流控制模塊進一步用于根據(jù)所述第一電流、所述第二電流和所述電能存儲器的實際電流，生成所述第一控制信號。
12.如權(quán)利要求11所述的電力系統(tǒng)，其中，所述第一電流控制模塊包括:第一電流差計算模塊，用于計算所述第一電流與所述第二電流之和與所述電能存儲器的實際電流的電流差； 第一調(diào)制波生成模塊，用于根據(jù)所述計算的電流差，生成用于使所述電能存儲器的實際電流跟蹤上所述第一電流和所述第二電流之和的調(diào)制波；以及 脈寬調(diào)制模塊，用于根據(jù)所述生成的調(diào)制波，生成脈寬調(diào)制信號，作為所述第一控制信號。
13.如權(quán)利要求8-12中任意一項所述的電力系統(tǒng)，其中，所述逆變器包括: 電路模塊，用于根據(jù)第二控制信號，將輸入到所述逆變器的直流電轉(zhuǎn)換成交流電并進行輸出；以及 第二控制器，用于生成所述第二控制信號， 其中，所述第二控制器包括: 電壓控制模塊，用于根據(jù)所述逆變器直流側(cè)的實際電壓和目標(biāo)電壓，計算使所述逆變器直流側(cè)的實際電壓跟蹤上所述目標(biāo)電壓而需要的有功電流；以及 第二電流控制模塊，用于根據(jù)目標(biāo)無功電流、所述電網(wǎng)的相角、所述有功電流和所述逆變器的交流側(cè)的實際電流，生成所述第二控制信號。
14.如權(quán)利要求8-12中任意一項所述的電力系統(tǒng)，其中， 所述電能變換器是雙向直流-直流變換器和所述電能存儲器是直流電存儲器，或者 所述電能變換器是雙向直`流-交流變換器和所述電能存儲器是交流電存儲器。
【文檔編號】H02J3/01GK103872683SQ201210553644
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月18日
【發(fā)明者】馬琳, 李晶, 廖華, 張京偉 申請人:西門子公司