具有有功無功功率解耦補(bǔ)償機(jī)制的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括直流母線、變流器模塊、及變流器控制模塊。直流母線，用于接收來自于電源的直流電。變流器模塊，用于將該直流母線上的直流電轉(zhuǎn)換成交流電。變流器控制模塊包括有功功率調(diào)節(jié)器、無功功率調(diào)節(jié)器及有功無功功率解耦單元。該有功功率調(diào)節(jié)器根據(jù)有功功率指令和反饋信號產(chǎn)生相位角指令信號。該無功功率調(diào)節(jié)器根據(jù)無功功率指令和反饋信號產(chǎn)生電壓幅值指令信號。該有功無功功率解耦單元包括有功及無功功率補(bǔ)償項。該有功功率補(bǔ)償項根據(jù)無功功率誤差信號產(chǎn)生用于補(bǔ)償相位角指令信號的相位角補(bǔ)償信號，該無功功率補(bǔ)償項根據(jù)有功功率誤差信號產(chǎn)生用于補(bǔ)償電壓幅值指令信號的電壓幅值補(bǔ)償信號。本發(fā)明還揭示有能量轉(zhuǎn)換方法。
【專利說明】具有有功無功功率解耦補(bǔ)償機(jī)制的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明公開的實施方式涉及能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和方法，以向電力系統(tǒng)提供電能，特別 涉及一種能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的有功功率與無功功率的去耦補(bǔ)償機(jī)制和方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 基本而言，在全世界范圍內(nèi)，通過可再生能源發(fā)電系統(tǒng)，例如光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的 電能，其所占據(jù)的份額越來越顯著。一般的光伏發(fā)電系統(tǒng)包括一個或者多個光伏陣列，其中 每個光伏陣列又包括多個相互連接的光伏電池單元，該光伏電池單元可以將太陽輻射能轉(zhuǎn) 換成直流電能。為了實現(xiàn)光伏陣列的并網(wǎng)發(fā)電，通常會使用變流器模塊將光伏陣列產(chǎn)生的 直流電能轉(zhuǎn)換成可供電網(wǎng)傳輸?shù)慕涣麟娔堋?br> [0003] 現(xiàn)有的供光伏發(fā)電系統(tǒng)使用的變流器模塊的架構(gòu)有多種形式。其中一種為二級式 的結(jié)構(gòu)，其包括一個直流-直流變流器和一個直流-交流變流器。該直流-直流變流器控 制從光伏陣列到直流母線間的直流電能的傳輸。該直流-交流變流器則將輸送到直流母線 上的直流電能轉(zhuǎn)換成可供電網(wǎng)傳輸?shù)慕涣麟娔?。通常，現(xiàn)有的光伏發(fā)電系統(tǒng)還具有一個變 流器控制模塊，其用于通過控制信號控制直流-直流變流器和一個直流-交流變流器的運(yùn) 作，并對各種系統(tǒng)變量，例如直流母線電壓，交流電網(wǎng)電壓和頻率等變量作補(bǔ)償控制。
[0004] 在正常并網(wǎng)發(fā)電的過程中，如基于電壓源控制（voltage source control, VSC)的 能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)通常被設(shè)計成模擬一個同步發(fā)電機(jī)。根據(jù)電力傳輸理論，該能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中 的一個基本的控制回路包括一個有功功率回路及一個無功功率回路，且該基本的控制回路 的設(shè)計是基于忽略變流器與電網(wǎng)之間的電阻的情況下建立的。當(dāng)電網(wǎng)阻抗及發(fā)電系統(tǒng)主電 路中的電阻足夠小時，有功功率與無功功率可以被認(rèn)定為是非耦合的關(guān)系。但是，在真實的 系統(tǒng)中，虛擬阻抗往往被加入到控制回路中，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如此，基于上述電阻包 括實際的及虛擬的電阻的存在，有功功率與無功功率將會深度的耦合在一起相互影響。也 就是說，當(dāng)控制其中一個時，另外一個也隨之變化，這樣會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0005] 因此，有必要提供一種改進(jìn)的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和方法以解決上述技術(shù)問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于上述提及之技術(shù)問題，本發(fā)明的一個方面在于提供一種能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。該 能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括：
[0007] 直流母線，用于接收來自于電源的直流電；
[0008] 變流器模塊，用于將該直流母線上的直流電轉(zhuǎn)換成交流電；及
[0009] 變流器控制模塊，用于調(diào)節(jié)該變流器模塊的功率，該變流器控制模塊包括：
[0010] 有功功率調(diào)節(jié)器，根據(jù)有功功率指令信號和有功功率反饋信號產(chǎn)生相位角指令信 號；
[0011] 無功功率調(diào)節(jié)器，根據(jù)無功功率指令信號和無功功率反饋信號產(chǎn)生電壓幅值指令 信號；及
[0012] 有功無功功率解耦單元，用于去除有功功率與無功功率之間的耦合干擾，該有功 無功功率解耦單元包括：
[0013] 有功功率補(bǔ)償項，根據(jù)無功功率誤差信號產(chǎn)生用于補(bǔ)償該相位角指令信號的相位 角補(bǔ)償信號；及
[0014] 無功功率補(bǔ)償項，根據(jù)有功功率誤差信號產(chǎn)生用于補(bǔ)償該電壓幅值指令信號的電 壓幅值補(bǔ)償信號。
[0015] 本發(fā)明的另一個方面在于提供一種操作能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的方法。該方法包括：
[0016] 根據(jù)有功功率指令信號和有功功率反饋信號產(chǎn)生相位角指令信號；
[0017] 根據(jù)無功功率指令信號和無功功率反饋信號產(chǎn)生電壓幅值指令信號；及
[0018] 根據(jù)無功功率誤差信號產(chǎn)生用于補(bǔ)償該相位角指令信號的相位角補(bǔ)償信號；
[0019] 根據(jù)有功功率誤差信號產(chǎn)生用于補(bǔ)償該電壓幅值指令信號的電壓幅值補(bǔ)償信號； 及
[0020] 基于該補(bǔ)償后的相位角指令信號及補(bǔ)償后的電壓幅值指令信號產(chǎn)生控制信號，以 在該控制信號的作用下驅(qū)動該變流器模塊工作。
[0021] 本發(fā)明提供的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及方法，通過加入該有功無功功率解耦單元可提供一 個用于補(bǔ)償相位角指令信號的相位角補(bǔ)償信號及提供一個用于補(bǔ)償該電壓幅值指令信號 的電壓幅值補(bǔ)償信號。經(jīng)過補(bǔ)償后的相位角指令信號及電壓幅值指令信號可有效消除有功 功率與無功功率之間耦合干擾，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 通過結(jié)合附圖對于本發(fā)明的實施方式進(jìn)行描述，可以更好地理解本發(fā)明，在附圖 中：
[0023] 圖1所示為光伏能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的一種實施方式的模塊示意圖。
[0024] 圖2所示為圖1所示的網(wǎng)側(cè)控制器的一種實施方式的控制框圖。
[0025] 圖3所示為圖2所示的網(wǎng)側(cè)控制器中有功功率調(diào)節(jié)器與有功功率補(bǔ)償項的一種實 施方式的控制框圖。
[0026] 圖4所示為圖2所示的網(wǎng)側(cè)控制器中有功功率調(diào)節(jié)器與有功功率補(bǔ)償項的另一種 實施方式的控制框圖。
[0027] 圖5所示為圖2所示的網(wǎng)側(cè)控制器中無功功率調(diào)節(jié)器與無功功率補(bǔ)償項的一種實 施方式的控制框圖。
[0028] 圖6所示為圖2所示的網(wǎng)側(cè)控制器中無功功率調(diào)節(jié)器與無功功率補(bǔ)償項的另一種 實施方式的控制框圖。
[0029] 圖7所示為圖2所示的網(wǎng)側(cè)控制器中無功功率調(diào)節(jié)器與無功功率補(bǔ)償項的再一種 實施方式的控制框圖。
[0030] 圖8a及8b分別所示為圖2所示網(wǎng)側(cè)控制器在未設(shè)有及設(shè)有有功無功功率解耦單 元，有功功率指令變化時，有功功率和無功功率的反饋信號仿真圖。
[0031] 圖9a及9b分別所示為圖2所示網(wǎng)側(cè)控制器在未設(shè)有及設(shè)有有功無功功率解耦單 元，無功功率指令變化時，有功功率和無功功率的反饋信號仿真圖。
[0032] 圖10所示為圖1所示的網(wǎng)側(cè)控制器的另一種實施方式的控制框圖。

【具體實施方式】
[0033] 本發(fā)明揭露的一個或者多個實施方式涉及有功功率與無功功率解耦補(bǔ)償機(jī)制(或 簡稱有功無功功率解耦補(bǔ)償機(jī)制)，以用于處理能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)并網(wǎng)發(fā)電過程中有功功率與 無功功率互相耦合干擾的問題。更具體而言，在一種實施方式中，在此描述的有功功率與無 功功率解稱補(bǔ)償機(jī)制結(jié)合電壓源控制（Voltage Source Control，VSC)架構(gòu)或者算法來具 體執(zhí)行。在此所謂的"電壓源控制架構(gòu)或者算法"是指在一種具體的實施方式中其主要的 控制變量包括交流側(cè)電壓指令如電壓幅值指令和相位角指令之相關(guān)控制機(jī)制。
[0034] 在一些實施方式中，該有功功率與無功功率解耦補(bǔ)償機(jī)制還可以結(jié)合電流限制機(jī) 制或相位跳變補(bǔ)償機(jī)制等來執(zhí)行。這里所謂的"電流限制機(jī)制"是指根據(jù)預(yù)定的電流閾值 限制經(jīng)過負(fù)序電流補(bǔ)償機(jī)制調(diào)節(jié)后的電壓指令信號，以進(jìn)一步限制能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸出的電 流，以保護(hù)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的內(nèi)部器件。這里所謂的"相位跳變補(bǔ)償機(jī)制"是指實時追蹤電網(wǎng) 中的相位跳變信息，并提供該相位跳變信息對系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的相位補(bǔ)償。在其他實施方式 中，該有功功率與無功功率解耦補(bǔ)償機(jī)制還可以結(jié)合其他補(bǔ)償機(jī)制來共同保證系統(tǒng)的穩(wěn)定 工作。
[0035] 以下將描述本發(fā)明的一個或者多個【具體實施方式】。首先要指出的是，在這些實施 方式的具體描述過程中，為了進(jìn)行簡明扼要的描述，本說明書不可能對實際的實施方式的 所有特征均作詳盡的描述。應(yīng)當(dāng)可以理解的是，在任意一種實施方式的實際實施過程中，正 如在任意一個工程項目或者設(shè)計項目的過程中，為了實現(xiàn)開發(fā)者的具體目標(biāo)，或者為了滿 足系統(tǒng)相關(guān)的或者商業(yè)相關(guān)的限制，常常會做出各種各樣的具體決策，而這也會從一種實 施方式到另一種實施方式之間發(fā)生改變。此外，還可以理解的是，雖然這種開發(fā)過程中所作 出的努力可能是復(fù)雜并且冗長的，然而對于與本發(fā)明公開的內(nèi)容相關(guān)的本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員而言，在本公開揭露的技術(shù)內(nèi)容的基礎(chǔ)上進(jìn)行的一些設(shè)計，制造或者生產(chǎn)等變更只是 常規(guī)的技術(shù)手段，不應(yīng)當(dāng)理解為本公開的內(nèi)容不充分。
[0036] 除非另作定義，在本說明書和權(quán)利要求書中使用的技術(shù)術(shù)語或者科學(xué)術(shù)語應(yīng)當(dāng)為 本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】內(nèi)具有一般技能的人士所理解的通常意義。本說明書以及權(quán)利要求書 中使用的"第一"或者"第二"以及類似的詞語并不表示任何順序、數(shù)量或者重要性，而只是 用來區(qū)分不同的組成部分。"一個"或者"一"等類似詞語并不表示數(shù)量限制，而是表示存在 至少一個。"或者"包括所列舉的項目中的任意一者或者全部。"包括"或者"包含"等類似 的詞語意指出現(xiàn)在"包括"或者"包含"前面的元件或者物件涵蓋出現(xiàn)在"包括"或者"包含" 后面列舉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。"連接"或者"相連" 等類似的詞語并非限定于物理的或者機(jī)械的連接，而是可以包括電性的連接，不管是直接 的還是間接的。此外，"電路"或者"電路系統(tǒng)"以及"控制器"等可以包括單一組件或者由 多個主動元件或者被動元件直接或者間接相連的集合，例如一個或者多個集成電路芯片， 以提供所對應(yīng)描述的功能。
[0037] 圖1所示為能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)10-種實施方式的模塊示意圖。在下面的描述中，為了 更好的理解本發(fā)明的較佳實施方式，能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)10被圖示并描述成一種光伏或者太陽 能能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。但是，應(yīng)當(dāng)可以理解的是，對于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】內(nèi)具有一般技能的人 士來講，本發(fā)明所披露的一個或者多個實施方式應(yīng)當(dāng)不僅僅限制在光伏領(lǐng)域，其中的一些 方面，例如，基于電壓源控制架構(gòu)或者算法的有功無功功率解耦補(bǔ)償機(jī)制，應(yīng)當(dāng)可以通過類 似的方式應(yīng)用到其他領(lǐng)域，例如，還可以應(yīng)用到燃料電池發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)以及潮汐 能發(fā)電系統(tǒng)等。
[0038] 概括而言，該光伏能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)10包括一個光伏變流器模塊14。該光伏變流器模 塊14可以視作連接在光伏電源12和電網(wǎng)18之間的能量轉(zhuǎn)換接口，以用于不同形式能量之 間的轉(zhuǎn)換。詳細(xì)而言，該光伏變流器模塊14被配置成將從光伏電源12輸出的直流電壓或者 電流形式的能量(下文簡稱為直流電）轉(zhuǎn)換成適合輸入到電系統(tǒng)18的交流電壓或者電流形 式的能量(下文簡稱為交流電)。在一種實施方式中，光伏電源12可以包括一個或者多個光 伏陣列，其中每個光伏陣列可以包括多個相互連接的光伏單元，該光伏單元基于光電效應(yīng) 進(jìn)行太陽能到直流電能的轉(zhuǎn)換。在一種實施方式中，電系統(tǒng)18可以為輸送交流電的電網(wǎng)， 該光伏能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)10可以被配置成輸送具有適當(dāng)頻率和幅值的三相交流電給電網(wǎng)18。 在其他實施方式中，該電系統(tǒng)18也可以包括交流負(fù)載，例如交流電機(jī)或者馬達(dá)等。
[0039] 在一種實施方式中，圖1所不的光伏變流器模塊14基于兩級式的架構(gòu)，其包括光 伏側(cè)變流器142 (也即靠近光伏電源12側(cè)的變流器）和網(wǎng)側(cè)變流器144 (也即靠近電網(wǎng)18 側(cè)的變流器)。該光伏側(cè)變流器142可以包括直流-直流變流器，例如升壓型直流-直流變 流器，其可以升高由光伏電源12轉(zhuǎn)換輸出的直流電壓，并將升高后的直流電壓提供給直流 母線146。該直流母線146可以包括一個或者多個電容器，用以將直流母線146的直流電壓 的電壓值維持在特定的數(shù)值，從而可以控制從直流母線146到電網(wǎng)18的能量流動。該網(wǎng)側(cè) 變流器144可以包括直流-交流變流器，用以將直流母線146處的直流電壓轉(zhuǎn)換成適合交 流電網(wǎng)18輸送的交流電壓?？梢岳斫獾氖?，在其他實施方式中，該光伏變流器模塊14也可 以基于單級式的架構(gòu)，也即，其通過一個直流-交流變流器直接將直流母線的直流電壓轉(zhuǎn) 換成具有適當(dāng)頻率和幅值的交流電壓，以供電網(wǎng)18輸送。不管是單級式架構(gòu)還是多級式架 構(gòu)的【具體實施方式】，該變流器模塊14被控制成進(jìn)行交流電能調(diào)節(jié)以確保并網(wǎng)發(fā)電時發(fā)出 的交流電壓或者交流電流能夠跟隨電壓電壓或者基本與電網(wǎng)電壓保持同步。
[0040] 在一種實施方式中，圖1所示的該能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)10進(jìn)一步包括變流器控制模塊 或者變流器控制系統(tǒng)16。該變流器控制模塊16被配置成調(diào)節(jié)該變流器模塊14的功率。 在一種實施方式中，該變流器控制模塊16被配置成包括光伏側(cè)控制器162和網(wǎng)側(cè)控制器 164。該光伏側(cè)控制器162被配置成根據(jù)各種指令信號和反饋信號發(fā)送光伏側(cè)控制信號 166給光伏側(cè)變流器142,以調(diào)節(jié)直流母線146處的電壓或者功率。例如，在一種實施方式 中，該光伏側(cè)變流器142根據(jù)電壓傳感器145檢測到的直流電壓反饋信號156和輸入的 直流電壓指令信號提供光伏側(cè)控制信號166給光伏側(cè)變流器142,以調(diào)節(jié)該直流母線146 處的電壓。該網(wǎng)側(cè)控制器164被配置成根據(jù)各種指令信號和反饋信號發(fā)送網(wǎng)側(cè)控制信號 168給網(wǎng)側(cè)變流器144,以調(diào)節(jié)從網(wǎng)側(cè)變流器144輸出的有功功率或者無功功率。該光伏 側(cè)變流器142可以包括任何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變流器，例如，半橋式變流器、全橋式變流器以及推 挽式變流器等。該網(wǎng)側(cè)變流器144可以包括任意拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的直流-交流變流器，例如，兩 電平式變流器、三電平式變流器或者多電平式變流器等。該光伏側(cè)變流器142和該網(wǎng)側(cè)變 流器144可以包括一定數(shù)量的半導(dǎo)體開關(guān)器件，例如，集成門極換流晶閘管（Integrated Gate Commutated Thyristors，IGCTs)和絕緣柵雙極型晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBTs)等。該等開關(guān)器件可以在光伏側(cè)控制信號166和網(wǎng)側(cè)控制信號168的 作用下被開通或者關(guān)斷。雖然圖1示出了使用兩個獨(dú)立的控制器162,164進(jìn)行控制，但是在 其他的實施方式中，應(yīng)當(dāng)也可以使用單一的控制器對光伏側(cè)變流器142和網(wǎng)側(cè)變流器144 同時進(jìn)行控制。
[0041] 在一種實施方式中，圖1所示的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)10還可以進(jìn)一步包括光伏側(cè)濾波器 22,該光伏側(cè)濾波器22包括一個或者多個容性元件和感性元件，用以濾除從光伏電源12輸 出的直流電能中的波動分量，并阻止波動信號從光伏側(cè)變流器142流向光伏電源12。該能 量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)10還可以包括網(wǎng)側(cè)濾波器24,該網(wǎng)側(cè)濾波器24也包括一個或者多個感性元件 或者容性元件，以濾除從網(wǎng)側(cè)變流器144輸出的三相交流電中的諧波分量。
[0042] 請繼續(xù)參閱圖1，該能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)10或者更具體而言該網(wǎng)側(cè)控制器164進(jìn)一步包 括有功無功功率解耦單元290 (這里的"有功無功功率解耦"是指去除有功功率與無功功率 之間的相互耦合干擾)，以調(diào)節(jié)網(wǎng)側(cè)變流器144的輸出功率。在一種實施方式中，如圖1所 示，該有功無功功率解耦單元290可以配置在該網(wǎng)側(cè)控制器164中。在其他實施方式中，該 有功無功功率解耦單元290還可以配置在該網(wǎng)側(cè)控制器164之外或者部分位于該網(wǎng)側(cè)控制 器164之中。更具體而言，該有功無功功率解耦單元290用于提供補(bǔ)償至有功功率回路及 無功功率回路，來消除有功功率與無功功率之間的耦合干擾，進(jìn)而使系統(tǒng)穩(wěn)定工作。更多關(guān) 于有功無功功率解耦單元290的細(xì)節(jié)將在下文詳細(xì)描述。
[0043] 圖2所示為圖1所示的網(wǎng)側(cè)控制器164 -種實施方式的至少一部分的控制框圖。 圖2所示網(wǎng)側(cè)控制器164中的功能模塊可以通過硬件（hardware)的形式來實現(xiàn)，也可以通 過固件（firmware)或者軟件（software)的形式來實現(xiàn)，或者通過硬件結(jié)合軟件的形式來 實現(xiàn)。在實際的應(yīng)用中，該網(wǎng)側(cè)控制器164可以通過微控制器來執(zhí)行，也可以通過數(shù)字信號 處理器（digital signal processor,DSP)等處理器來執(zhí)行?；径裕趫D示的實施方式 中，網(wǎng)側(cè)控制器164被構(gòu)建成基于電壓源控制架構(gòu)。
[0044] 在圖2所示的實施方式中，該基于電壓源控制架構(gòu)的網(wǎng)側(cè)控制器164配置有有功 功率調(diào)節(jié)器210。該有功功率調(diào)節(jié)器210被配置成接收有功功率指令信號211和有功功率 反饋信號212,并基于接收到的有功功率指令信號211和有功功率反饋信號212產(chǎn)生相位角 指令信號240。該有功功率指令信號211代表期望從網(wǎng)側(cè)測量點輸出的有功功率，而該有功 功率反饋信號212則代表實際測量或者計算得到的有功功率。該相位角指令信號240代表 期望從網(wǎng)側(cè)變流器144輸出的交流輸出電壓的相位值。在一種實施方式中，該有功功率反 饋信號212可以通過電流反饋信號154和電壓反饋信號152計算得到，其中，該電流反饋信 號154和該電壓反饋信號152可以分別通過設(shè)置在網(wǎng)側(cè)變流器144輸出端和電網(wǎng)18之間 的電流傳感器34和電壓傳感器36 (如圖1所示）測量得到。在一種實施方式中，該電流傳 感器34和電壓傳感器36可以為霍爾效應(yīng)傳感器。雖然在圖1所示的實施方式中，作為一 種示意性的舉例，電流傳感器34和電壓傳感器36被放置在網(wǎng)側(cè)濾波器24和電網(wǎng)之間成為 公共連接點的位置處，但是在其他實施方式中，可以在網(wǎng)側(cè)變流器144和電網(wǎng)18之間電連 接路線上的任意點進(jìn)行電壓和電流的測量，以用于計算該有功功率反饋信號212。
[0045] 請繼續(xù)參閱圖2,該基于電壓源控制架構(gòu)的網(wǎng)側(cè)控制器164還配置有無功功率調(diào) 節(jié)器220。該無功功率調(diào)節(jié)器220被配置成接收無功功率指令信號221和無功功率反饋信 號222,并根據(jù)該無功功率指令信號221和無功功率反饋信號222產(chǎn)生電壓幅值指令信號 250。該無功功率指令信號221代表希望從網(wǎng)側(cè)測量點輸出的無功功率，其可以由電網(wǎng)運(yùn)營 商指定也可以根據(jù)實際的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計進(jìn)行確定。該無功功率反饋信號222代表從網(wǎng)側(cè)變 流器144輸出端測量或者計算得到的無功功率。該電壓幅值指令信號250代表期望從網(wǎng)側(cè) 變流器144輸出的交流電壓的幅值。
[0046] 請繼續(xù)參閱圖2,該基于電壓源控制架構(gòu)的網(wǎng)側(cè)控制器164進(jìn)一步包括有功無功 功率解耦單元290。可以理解，在此實施方式中，該有功無功功率解耦單元290配置于該網(wǎng) 側(cè)控制器164內(nèi)部，在其他實施方式中，該有功無功功率解耦單元290也可以配置在該網(wǎng)側(cè) 控制器164的外部。該有功無功功率解耦單元290包括一個有功功率補(bǔ)償項291及一個無 功功率補(bǔ)償項292。
[0047] 該有功功率補(bǔ)償項291用于接收一個無功功率誤差信號224,并據(jù)此產(chǎn)生一個相 位角補(bǔ)償信號293。該無功功率補(bǔ)償項292用于接收一個有功功率誤差信號214,并據(jù)此產(chǎn) 生一個電壓幅值補(bǔ)償信號294。該有功功率誤差信號214代表有功功率的一個變化量。在一 些實施方式中，該有功功率誤差信號214等于有功功率指令信號211與有功功率反饋信號 212的差值，S卩Λ P=PMd-Pfbk。在另一些實施方式中，該有功功率誤差信號214等于有功功率 反饋信號212在不同時間點的差值，S卩AP=P fbk2-Pfbkl。在其他實施方式中，該有功功率誤差 信號214還可以是通過其他方式獲得的表征有功功率變化量的參數(shù)。該無功功率誤差信號 224代表無功功率的一個變化量。在一些實施方式中，該無功功率誤差信號224等于無功功 率指令信號221與無功功率反饋信號222的差值，S卩Λ Q=QMd-Qfbk。在另一些實施方式中，該 無功功率誤差?目號224等于無功功率反饋 /[目號222在不同時間點的差值，即Δ QzQj^-Qfbki。 在其他實施方式中，該無功功率誤差信號224還可以是通過其他方式獲得的表征有功功率 變化量的參數(shù)。
[0048] 該相位角補(bǔ)償信號293用于提供給該有功功率調(diào)節(jié)器210,以提供一個補(bǔ)償信號 來去除無功功率變化對有功功率調(diào)節(jié)的影響。該電壓幅值補(bǔ)償信號294提供給該無功功率 調(diào)節(jié)器220,同樣以提供一個補(bǔ)償信號來去除有功功率變化對無功功率調(diào)節(jié)的影響。通過該 相位角補(bǔ)償信號293及該電壓幅值補(bǔ)償信號294的補(bǔ)償作用，該有功功率調(diào)節(jié)器210與該 無功功率調(diào)節(jié)器220將分別對應(yīng)輸出一個補(bǔ)償后的相位角指令信號240及一個補(bǔ)償后的電 壓幅值指令信號250,進(jìn)而在后續(xù)的控制中可消除該有功功率與該無功功率之間的耦合干 擾，提1?系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0049] 請繼續(xù)參閱圖2,該基于電壓源控制架構(gòu)的網(wǎng)側(cè)控制器164進(jìn)一步包括信號產(chǎn)生 器260。該信號產(chǎn)生器260被配置成根據(jù)相位角指令信號240和電壓幅值指令信號250產(chǎn) 生作用到網(wǎng)側(cè)變流器144的網(wǎng)側(cè)控制信號168。在一種非限定的實施方式中，該信號產(chǎn)生 器260可以使用脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation，PWM)單元來產(chǎn)生PWM型控制信 號 168。
[0050] 圖3所示為有功功率調(diào)節(jié)器210與有功功率補(bǔ)償項291的一種實施方式的控制框 圖。作為一個例子，該有功功率調(diào)節(jié)器210可能包括求和元件213、功率調(diào)節(jié)器215以及相 位角產(chǎn)生器217。該求和元件213將該有功功率指令信號211和有功功率反饋信號212相 減，并提供代表有功功率指令信號211和有功功率反饋信號212之間差值的有功功率誤差 信號214。該有功功率誤差信號214被提供給功率調(diào)節(jié)器215,并被功率調(diào)節(jié)器215用來產(chǎn) 生頻率指令信號216。該頻率指令信號216被提供給相位角產(chǎn)生器217,并被相位角產(chǎn)生器 217用來產(chǎn)生相位角指令信號218。在該實施方式中，該有功功率調(diào)節(jié)器210進(jìn)一步包括一 個求和元件219,用于將該相位角指令信號218與該相位角補(bǔ)償信號293相加，以得到一個 補(bǔ)償后的相位角指令信號240,該補(bǔ)償后的相位角指令信號240可降低無功功率變化對有 功功率的影響。該補(bǔ)償后的相位角指令信號240進(jìn)一步提供給該信號產(chǎn)生器260,以進(jìn)行后 續(xù)的控制處理，這里不再贅述。
[0051] 在圖3的實施方式中，該有功功率補(bǔ)償項291包括一個比例環(huán)節(jié)2912,若該比例環(huán) 節(jié)2912的比例系數(shù)為K1，則Λ 0=K1*AQ。該比例系數(shù)K1可以根據(jù)電力傳輸理論按照下 面的公式推導(dǎo)出來。
[0052] PB= [ (VA*VB*sin ( θ Α- Θ B) +R*QB] /X (1)
[0053] QB= [ (VA*VB*cos ( θ A- Θ B) -V2B-R*PB] /X (2)
[0054] 其中，該P(yáng)B為該能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)10上的一個設(shè)定點A至一個設(shè)定點B的有功功率， 該Q B為該能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)10上的該設(shè)定點A至該設(shè)定點B的無功功率。例如，該設(shè)定點A可 設(shè)為該網(wǎng)側(cè)變流器144與該網(wǎng)側(cè)濾波器24之間的一個設(shè)定點；該設(shè)定點B可設(shè)為該網(wǎng)側(cè)濾 波器24與該電網(wǎng)18之間的一個設(shè)定點，其他實施方式設(shè)定點的選取可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào) 整，這里僅是舉例說明。該V A為該設(shè)定點A處的電壓值，該VB為該設(shè)定點B處的電壓值，該 θ A為電壓向量VA的相位角，該θ B為電壓向量VB的相位角，該R為設(shè)定點A與B之間的阻 值，該X為設(shè)定點A與B之間的電抗。根據(jù)上述公式⑴及⑵可知，該有功功率P B與該 無功功率QB之間相互耦合干擾，這種相互的耦合干擾需要被消除，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0055] 上述公式（1)可以按照以下方式進(jìn)行推導(dǎo)：
[0056] PB= [ (VA*VB*sin ( θ Α- Θ B) +R*QB] /X

【權(quán)利要求】
1. 一種能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于：該能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括： 直流母線，用于接收來自于電源的直流電； 變流器模塊，用于將該直流母線上的直流電轉(zhuǎn)換成交流電；及 變流器控制模塊，用于調(diào)節(jié)該變流器模塊的功率，該變流器控制模塊包括： 有功功率調(diào)節(jié)器，根據(jù)有功功率指令信號和有功功率反饋信號產(chǎn)生相位角指令信號； 無功功率調(diào)節(jié)器，根據(jù)無功功率指令信號和無功功率反饋信號產(chǎn)生電壓幅值指令信 號；及 有功無功功率解耦單元，用于去除有功功率與無功功率之間的耦合干擾，該有功無功 功率解稱單元包括： 有功功率補(bǔ)償項，根據(jù)無功功率誤差信號產(chǎn)生用于補(bǔ)償該相位角指令信號的相位角補(bǔ) 償信號；及 無功功率補(bǔ)償項，根據(jù)有功功率誤差信號產(chǎn)生用于補(bǔ)償該電壓幅值指令信號的電壓幅 值補(bǔ)償信號。
2. 如權(quán)利要求1所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于：該無功功率誤差信號等于無功功 率指令信號與無功功率反饋信號的差值，或等于無功功率反饋信號在不同時間點的差值； 該有功功率誤差信號等于有功功率指令信號與有功功率反饋信號的差值，或等于有功功率 反饋信號在不同時間點的差值。
3. 如權(quán)利要求1所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于：該有功功率補(bǔ)償項包括一個第一 比例環(huán)節(jié)，該無功功率補(bǔ)償項包括一個第二比例環(huán)節(jié)。
4. 如權(quán)利要求3所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于：該第一比例環(huán)節(jié)的比例系數(shù) K1=-R/Va*Vb*c〇s ( θ Α- θ B)，該第二比例環(huán)節(jié)的比例系數(shù) K2=R/Va*cos ( θ Α- θ B)，其中，R 為 一個設(shè)定點A與一個設(shè)定點B之間的阻值，VA為該設(shè)定點A處的電壓值，VB為該設(shè)定點B處 的電壓值，Θ Α為電壓 向量VA的相位角，ΘΒ為電壓向量VB的相位角。
5. 如權(quán)利要求4所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于：該第一比例環(huán)節(jié)的比例系數(shù) Kl=-R/V2Base，該第二比例環(huán)節(jié)的比例系數(shù)K2=R/VBase，其中VBase為電壓基值。
6. 如權(quán)利要求3所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于：該有功功率補(bǔ)償項還包括一個限 制器，該無功功率補(bǔ)償項還包括一個限制器。
7. 如權(quán)利要求1所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于：該有功功率調(diào)節(jié)器包括： 第一求和元件，用于將該有功功率指令信號和有功功率反饋信號相減， 以提供有功功率誤差信號； 功率調(diào)節(jié)器，根據(jù)該有功功率誤差信號產(chǎn)生頻率指令信號； 相位角產(chǎn)生器，根據(jù)該頻率指令信號產(chǎn)生相位角指令信號；及 第二求和元件，用于將該相位角指令信號與該相位角補(bǔ)償信號相加，以得到一個補(bǔ)償 后的相位角指令信號。
8. 如權(quán)利要求1所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于：該無功功率調(diào)節(jié)器包括： 第一求和元件，用于將該無功功率指令信號和無功功率反饋信號相減， 以提供無功功率誤差信號； 無功調(diào)節(jié)器，根據(jù)該無功功率誤差信號產(chǎn)生一個測試點電壓指令信號； 第二求和元件，用于將該測試點電壓指令信號和測試點電壓反饋信號相減，以提供測 試點電壓誤差信號，還進(jìn)一步將該電壓幅值補(bǔ)償信號加入該測試點電壓誤差信號中，以產(chǎn) 生了補(bǔ)償后的測試點電壓誤差信號；及電壓調(diào)節(jié)器，根據(jù)該補(bǔ)償后的測試點電壓誤差信號 產(chǎn)生該補(bǔ)償后的電壓幅值指令信號。
9. 如權(quán)利要求1所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于：該無功功率調(diào)節(jié)器包括： 第一求和元件，用于將該無功功率指令信號和無功功率反饋信號相減， 以提供無功功率誤差信號； 無功調(diào)節(jié)器，根據(jù)該無功功率誤差信號產(chǎn)生一個測試點電壓指令信號； 第二求和元件，用于將該測試點電壓指令信號和測試點電壓反饋信號相減，以提供測 試點電壓誤差信號； 電壓調(diào)節(jié)器，根據(jù)該測試點電壓誤差信號產(chǎn)生該電壓幅值指令信號；及第三求和元件， 用于將該電壓幅值補(bǔ)償信號加入該電壓幅值指令信號中，以產(chǎn)生了補(bǔ)償后的電壓幅值指令 信號。
10. 如權(quán)利要求1所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于：該變流器控制模塊還包括相位跳 變補(bǔ)償單元，用于實時計算電網(wǎng)電壓發(fā)生的相位跳變信息，并基于該計算出的相位角跳變 信號對內(nèi)部產(chǎn)生的相位角指令信號或者功率指令信號進(jìn)行補(bǔ)償。
11. 一種能量轉(zhuǎn)換方法，其特征在于：該能量轉(zhuǎn)換方法包括： 根據(jù)有功功率指令信號和有功功率反饋信號產(chǎn)生相位角指令信號； 根據(jù)無功功率指令信號和無功功率反饋信號產(chǎn)生電壓幅值指令信號； 根據(jù)無功功率誤差信號產(chǎn)生用于補(bǔ)償該相位角指令信號的相位角補(bǔ)償信號； 根據(jù)有功功率誤差信號產(chǎn)生用于補(bǔ)償該電壓幅值指令信號的電壓幅值補(bǔ)償信號；及 基于該補(bǔ)償后的相位角指令信號及補(bǔ)償后的電壓幅值指令信號產(chǎn)生控制信號，以在該 控制信號的作用下驅(qū)動變流器模塊工作。
12. 如權(quán)利要求1所述的能量轉(zhuǎn)換方法，其特征在于：該無功功率誤差信號等于無功功 率指令信號與無功功率反饋信號的差值，或等于無功功率反饋信號在不同時間點的差值； 該有功功率誤差信號等于有功功率指令信號與有功功率反饋信號的差值，或等于有功功率 反饋信號在不同時間點的差值。
13. 如權(quán)利要求1所述的能量轉(zhuǎn)換方法，其特征在于：該有功功率補(bǔ)償項包括一個第一 比例環(huán)節(jié)，該無功功率補(bǔ)償項包括一個第二比例環(huán)節(jié)。
14. 如權(quán)利要求3所述的能量轉(zhuǎn)換方法，其特征在于：該第一比例環(huán)節(jié)的比例系數(shù) K1=-R/Va*Vb*c〇s ( θ Α- θ B)，該第二比例環(huán)節(jié)的比例系數(shù) K2=R/Va*cos ( θ Α- θ B)，其中，R 為 一個設(shè)定點A與一個設(shè)定點B之間的阻值，VA為該設(shè)定點A處的電壓值，VB為該設(shè)定點B處 的電壓值，Θ Α為電壓向量VA的相位角，ΘΒ為電壓向量VB的相位角。
15. 如權(quán)利要求4所述的能量轉(zhuǎn)換方法，其特征在于：該第一比例環(huán)節(jié)的比例系數(shù) Kl=-R/V2Base，該第二比例環(huán)節(jié)的比例系數(shù)K2=R/VBase，其中VBase為電壓基值。
16. 如權(quán)利要求3所述的能量轉(zhuǎn)換方法，其特征在于：該方法進(jìn)一步包括限制該第一比 例環(huán)節(jié)的輸出信號；及 限制該第二比例環(huán)節(jié)的輸出信號。
17. 如權(quán)利要求1所述的能量轉(zhuǎn)換方法，其特征在于：該相位角補(bǔ)償信號是直接加入至 該相位角指令信號中的。
18. 如權(quán)利要求1所述的能量轉(zhuǎn)換方法，其特征在于：該電壓幅值補(bǔ)償信號是先加入至 一個測試點電壓誤差信號中，然后產(chǎn)生一個補(bǔ)償后的測試點電壓誤差信號，再對該電壓幅 值指令信號進(jìn)行補(bǔ)償?shù)摹?br> 19. 如權(quán)利要求1所述的能量轉(zhuǎn)換方法，其特征在于：該電壓幅值補(bǔ)償補(bǔ)償信號是直接 加入至該電壓幅值指令信號中的。
20. 如權(quán)利要求1所述的能量轉(zhuǎn)換方法，其特征在于：進(jìn)一步包括實時計算電網(wǎng)電壓發(fā) 生的相位跳變信息，并基于該計算出的相位角跳變信號對內(nèi)部產(chǎn)生的相位角指令信號或者 電壓幅值指令信號進(jìn)行補(bǔ)償。
【文檔編號】H02M1/42GK104104221SQ201310124975
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2013年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月11日
【發(fā)明者】鄔心慧, 劉姣, 侯丹, 鄔雪琴, 譚卓輝 申請人:通用電氣公司