基于靜態(tài)功率轉(zhuǎn)換器的用于發(fā)電系統(tǒng)的同步功率控制器的制造方法

基于靜態(tài)功率轉(zhuǎn)換器的用于發(fā)電系統(tǒng)的同步功率控制器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于靜態(tài)功率轉(zhuǎn)換器的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的同步功率控制器，所述控制器包括兩個(gè)主要模塊，稱為：模塊1（電路模塊）（10）和模塊2（機(jī)電模塊）（20），電路模塊1（10）依次由虛擬電氣特性控制器（11）和虛擬導(dǎo)納控制器（12）形成，機(jī)電模塊2（20）由機(jī)電特性控制器（21）以及慣量和阻尼因數(shù)控制器（22）形成。
【專利說明】基于靜態(tài)功率轉(zhuǎn)換器的用于發(fā)電系統(tǒng)的同步功率控制器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于用于可再生能源工廠，特別是用于光伏發(fā)電廠的功率控制器的【技術(shù)領(lǐng)域】，其允許提供先進(jìn)的功能來改善工廠與電網(wǎng)的連接。
【背景技術(shù)】
[0002]可再生能源的來源主要是風(fēng)力發(fā)電廠(WIN)和光伏(FV)發(fā)電廠，它不再是電力生產(chǎn)的邊際資源。
[0003]FV電廠的發(fā)電機(jī)使用功率轉(zhuǎn)換器連接至電網(wǎng)。這些功率轉(zhuǎn)換器也稱為逆變器，它們輸入電流至電網(wǎng)電壓用以得到提供給電網(wǎng)的功率。
[0004]在正常的操作條件下，F(xiàn)V逆變器根據(jù)發(fā)電機(jī)的功率范圍向電網(wǎng)輸入單相或三相正弦電流。通常，輸入電網(wǎng)的電流趨向于正弦，并且與耦合點(diǎn)的電壓同相以使所產(chǎn)生的有功功率的量最大。在市場上(至少在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上)沒有輸入電流與電網(wǎng)電壓正交的FV逆變器，其允許為了調(diào)節(jié)耦合點(diǎn)處的電壓電平的目的而控制輸入到電網(wǎng)的無功功率。當(dāng)電網(wǎng)電壓受到諸如電網(wǎng)中常見的失衡、瞬態(tài)、諧波的干擾的影響時(shí)，傳統(tǒng)FV逆變器會遇到與電網(wǎng)電壓保持近似同步的問題，這引起不可控的功率流，不可控的功率流導(dǎo)致FV逆變器促使電網(wǎng)故障的情形惡化。在更嚴(yán)重的電網(wǎng)干擾下，例如電壓驟降、短路或功率振蕩，傳統(tǒng)FV逆變器不能為電網(wǎng)提供恰當(dāng)?shù)闹С忠詭椭S持發(fā)電系統(tǒng)工作。事實(shí)上，這些嚴(yán)重的瞬態(tài)干擾通常由于觸發(fā)一些商用FV逆變器的過電流或過電壓保護(hù)而引起大多數(shù)商用FV逆變器與電網(wǎng)斷開連接。由傳統(tǒng)FV發(fā)電系統(tǒng)中這種類型的錯誤行為所引起的問題在不耐用的電網(wǎng)或安裝有高比例的FV工廠的電網(wǎng)中更為明顯，這使它們不穩(wěn)定。
[0005]上文描述的方案不能為功率系統(tǒng)運(yùn)營商-國際上稱為TSO (輸電系統(tǒng)運(yùn)營商)提
供可靠性，這迫使功率系統(tǒng)運(yùn)營商通過傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)或其他機(jī)構(gòu)向電網(wǎng)設(shè)計(jì)并提供有功和無功功率儲備，以降低電力系統(tǒng)崩潰的風(fēng)險(xiǎn)。
[0006]由于顯而易見的原因，這些功率儲備并不是免費(fèi)的，這意味著與提升FV發(fā)電廠的普及相關(guān)聯(lián)的額外的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。
[0007]為了應(yīng)對這種情況的不穩(wěn)定性，全世界的TSO對于分布在發(fā)電廠的基于可再生能源提供的特征的要求越來越高。這些要求在所謂的電網(wǎng)規(guī)范中實(shí)現(xiàn)。這些類型的規(guī)范通常被應(yīng)用于電力系統(tǒng)中顯著存在的發(fā)電技術(shù)。一個(gè)清楚的實(shí)例是應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的精確的電網(wǎng)連接規(guī)范，通過這些類型的規(guī)范來調(diào)整另一個(gè)候選的FV系統(tǒng)。借助電網(wǎng)規(guī)范所規(guī)定的精確的要求，TSO意圖為FV工廠來增加它們的功能性和可靠性，以避免向第三方支付保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的附加服務(wù)的費(fèi)用。在這種情況下，F(xiàn)V系統(tǒng)的制造者和開發(fā)者負(fù)責(zé)使他們的技術(shù)現(xiàn)代化以有助于所需系統(tǒng)，這在以后的十年中將從根本上增加電網(wǎng)中FV能源系統(tǒng)的普遍性。
[0008]在現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)現(xiàn)了部分研究方向，用以改善靜態(tài)功率轉(zhuǎn)換器與電網(wǎng)的連接，如這部分研究方向的作者為鐘慶昌和Lenart Harnefors。該部分研究方向是基于觀察同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行原理并借助靜態(tài)功率轉(zhuǎn)換器的使用對其進(jìn)行復(fù)制。[0009]以下列出來自這些作者的一系列所選文章:
[0010]鐘慶昌；韋斯，G ;“同步轉(zhuǎn)換器:模擬同步發(fā)電機(jī)的逆變器”工業(yè)電子，IEEE匯刊，2010年第99期第pp卷第I頁。
[0011]韋斯，G;鐘慶昌；“靜態(tài)同步發(fā)電機(jī)”；專利，PCT/GB20091051460;W020101055322A2.國際申請日:2008 年 11 月 12 日。
[0012]Harnefors, L.;“利用同步機(jī)仿真控制電壓源轉(zhuǎn)換器”；專利，PCT/EP20081061147;W020101022766A1，國際申請日:2008 年 8 月 26 日。
[0013]張立東；Harnefors, L.;Nee, H.-P.; “連接至電壓源轉(zhuǎn)換器的電網(wǎng)的功率同步控制”，電力系統(tǒng)，IEEE匯刊，2010年5月第2期第25卷第809-820頁。
[0014]諸如Josep M.Guerrero或Karel de Brabandere的其他作者實(shí)現(xiàn)了有功和無功功率控制器的應(yīng)用，其中分布式功率轉(zhuǎn)換器組成小型低壓電網(wǎng)，如由許多連續(xù)供應(yīng)系統(tǒng)所提供的微型電網(wǎng)。這些控制器的特點(diǎn)是它們建立了功率轉(zhuǎn)換器的參考電壓。下面是這些作者的一些代表性文章:
[0015]J.M.Guerrero, J.C.Vasquez, J.Matas, L.Garcia de V;icuna, and M.Castilla, “下垂的分層控制-受控的AC和DC微電網(wǎng)-朝向標(biāo)準(zhǔn)化的常用方法” IEEE電子匯刊，2010。
[0016]De Brabandere, K.; “通過具有前端逆變器的分布式發(fā)電機(jī)在低壓電網(wǎng)中進(jìn)行的電壓和頻率下垂控制”;博士論文，Leuven, Belgie, 2006 年 10 月，ISBN90-5682-745-6。
[0017]由Weiss George[IL]、鐘慶昌[GB]所申請的專利、國際申請 W02010055322 (A2)被認(rèn)為與本專利的發(fā)明主題最接近，這是考慮到其涉及用于忠實(shí)地仿真?zhèn)鹘y(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的特性的控制器。
[0018]上文提到的大多數(shù)研究論文察覺到一系列問題，這些問題源自試圖忠實(shí)地復(fù)制傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的操作，但并無意解決其固有的不便，在這些不便中有同步發(fā)電機(jī)的固有的不穩(wěn)定性、在故障期間維持同步方面的困難或與電網(wǎng)的其他元件共振的現(xiàn)象。
[0019]從這個(gè)意義上說，本專利的發(fā)明目的為當(dāng)商用逆變器和傳統(tǒng)可再生能源發(fā)電廠工作在電網(wǎng)的通用條件下時(shí)所表現(xiàn)出的問題提供解決方案，具體提供如下:
[0020]-優(yōu)選地響應(yīng)在電網(wǎng)的頻率下降/上升的情況下，通過控制已發(fā)送/已接收的有功功率以使它能限制所述變化。
[0021]-優(yōu)選地響應(yīng)在有效電壓下降/上升的情況下，通過控制電感/電容的無功功率以使它能限制所述變化。
[0022]-優(yōu)選地響應(yīng)在通過增加/減小鄰近負(fù)載所產(chǎn)生的干擾的情況下，通過增加/減小輸入電網(wǎng)的電流來支持它們的供電。
[0023]-優(yōu)選地響應(yīng)在受諧波、瞬態(tài)或失衡所影響的電壓波形的失真的情況下，提供電壓/電流調(diào)節(jié)功能來最小化并抑制所述干擾。
[0024]-優(yōu)選地響應(yīng)在系統(tǒng)的頻率和有功功率的振蕩的情況下，提供抑制功能來最小化所述電力系統(tǒng)中的所述振湯。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0025]所聲稱的基于靜態(tài)功率轉(zhuǎn)換器的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的同步功率控制器是最新可再生能源發(fā)電廠的控制中的新概念，其允許提供先進(jìn)的功能來改善所述工廠與電網(wǎng)的整合。
[0026]基于該控制器的工廠的主要特性如下:
[0027]?電實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的同步發(fā)電系統(tǒng)并改善傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行的能力，其操作不是基于與電網(wǎng)電壓相關(guān)的同步算法的有效性，但其能夠通過加權(quán)、受控功率轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的其他發(fā)電機(jī)的“固有同步”。
[0028]?在相同情況下以有利的方式與電網(wǎng)交互，忽略連接點(diǎn)處電網(wǎng)類型(高壓或低壓)、相同的短路功率或R/X特性的能力。
[0029]?在相同的干擾情況下以自然的方式向電網(wǎng)提供支持服務(wù)，通過實(shí)現(xiàn)用于提供TSO所需的附加服務(wù)的控制器來保證電網(wǎng)的穩(wěn)定性的能力。
[0030]?在穩(wěn)定的操作系統(tǒng)中和有電網(wǎng)干擾的情況下，維持與主電網(wǎng)連接或者通過形成孤島與主電網(wǎng)斷開的多個(gè)發(fā)電機(jī)并行工作，并且以智能方式將它們中的任一個(gè)所提供的服務(wù)進(jìn)行分配的能力。
[0031]?基于與具有工廠的能量的先進(jìn)同步發(fā)電機(jī)相比，所述工廠具有相同的外部控制變量和相同的功能的方式，集成該控制器，使得多個(gè)電子發(fā)電機(jī)組成工廠的能力。由所得到的發(fā)電工廠提供的先進(jìn)的附加服務(wù)有利于TSO的操作控制并且將提供在傳統(tǒng)分布式發(fā)電系統(tǒng)不可用的微分特性。
[0032] 為了實(shí)現(xiàn)所有這些能力，本發(fā)明的控制器包括兩個(gè)主要模塊，稱為:模塊1(電路模塊)(10)和模塊2 (機(jī)電模塊)。
[0033]模塊I或電路模塊包括控制回路，向控制回路輸入在虛擬內(nèi)部電動勢和存在于與電網(wǎng)的連接點(diǎn)處的電壓之間存在的電壓差。該電壓差提供虛擬導(dǎo)納，其決定了通過逆變器輸入至電網(wǎng)的電流。
[0034]該虛擬導(dǎo)納的參數(shù)值動態(tài)地適應(yīng)電網(wǎng)的條件。其針對AC側(cè)的不同的頻率和序列范圍還表現(xiàn)出不同的特性。這樣，本發(fā)明的控制器針對每個(gè)頻率和每個(gè)序列提供不同的導(dǎo)納，為直流、反相或單極相(homopolar )。因此，控制器針對電網(wǎng)的基頻以及其他頻率和序列(包括諧波和瞬態(tài))輸入升高的直序電流，控制器輸入使?jié)撛诂F(xiàn)有的干擾最小化的電流。
[0035]此外，與現(xiàn)有技術(shù)研究情況所不同的是，模塊I工作在參考電流而不是工作在參考電壓(同步發(fā)電機(jī)以感應(yīng)電動勢工作在參考電壓，因此，用于仿真同步發(fā)電機(jī)的傳統(tǒng)控制器工作在參考電壓)，以及工作在虛擬導(dǎo)納而不是工作在虛擬阻抗(在同步發(fā)電機(jī)中，通過阻抗確定感應(yīng)電動勢和環(huán)狀電流之間的比率，因此，用于仿真同步發(fā)電機(jī)的傳統(tǒng)控制器也將它們的操作建立在存在的虛擬阻抗之上)。
[0036]與現(xiàn)有技術(shù)中所發(fā)現(xiàn)的不同的是，模塊2或機(jī)電模塊并不是基于同步發(fā)電機(jī)的機(jī)電特性的仿真，而是被配置為可調(diào)整功率控制器，其允許針對電網(wǎng)的不同功率干擾和波動達(dá)到最佳響應(yīng)。
[0037]因此，該模塊2允許根據(jù)任意時(shí)間的需要即時(shí)地調(diào)整功率控制回路的慣量和阻尼因數(shù)。
[0038]該模塊2由包括PLC (“功率回路控制器”)的控制回路形成，該控制回路在輸入處接收輸入功率(通過初級源傳送至轉(zhuǎn)換器的功率)和傳送至電網(wǎng)的功率之間的差以及參考慣量和阻尼因數(shù)。[0039]該模塊2或機(jī)電特性控制器實(shí)現(xiàn)了一組控制器的靈活性，例如允許減小慣量以利于將發(fā)電機(jī)連接至電網(wǎng)或在頻率范圍內(nèi)分配更大的慣量來消除所期望的的干擾。
[0040]在PLC的輸出處獲得虛擬內(nèi)部電動勢的頻率，其被整合以獲得虛擬內(nèi)部電動勢向量的相位，以最終確定一組虛擬三相電壓。這些虛擬電壓為電路模塊供電，該電路模塊是最終計(jì)算輸入至電網(wǎng)以與電網(wǎng)互換一定功率的參考電流的一個(gè)模塊。
[0041]在此點(diǎn)上應(yīng)該注意，現(xiàn)有技術(shù)關(guān)于連接至電網(wǎng)的功率轉(zhuǎn)換控制器來調(diào)整與電網(wǎng)交換的有功功率的研究揭示出慣性特征是不能正常實(shí)現(xiàn)的。
[0042]一方面，應(yīng)用該概念建立的參考值被限制為傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的機(jī)電特性的仿真，而沒有介紹所述物理系統(tǒng)的任何類型的改進(jìn)。因此，考慮到可根據(jù)操作條件在線并即時(shí)調(diào)整慣量和阻尼因數(shù)，本發(fā)明的同步功率控制器相對于現(xiàn)有技術(shù)表現(xiàn)出明顯的不同。
[0043]另一方面，本發(fā)明的同步功率控制器針對虛擬慣量和阻尼因數(shù)、不同的頻率范圍使用不同的值，相對于其他現(xiàn)有技術(shù)，具有重要的進(jìn)步。
[0044]以這種方式，通過簡單地調(diào)整慣量和阻尼因數(shù)參考值，能使基于該控制器的發(fā)電廠的響應(yīng)針對不同的頻率范圍而被最優(yōu)化。特別地，該類型的控制器有利于弱化功率波動、高頻諧波、低頻波動(電網(wǎng)模式)、共振等。
[0045]總之，本發(fā)明所提供的一套基于靜態(tài)功率轉(zhuǎn)換器的發(fā)電系統(tǒng)的同步功率控制器包括兩個(gè)基本模塊或控制器:虛擬電氣特性控制器和虛擬機(jī)電特性控制器。
[0046]將虛擬內(nèi)部電動勢和電網(wǎng)的連接點(diǎn)處電壓之間的差提供給電特性控制器，通過根據(jù)任意給定時(shí)刻電網(wǎng)的條件來改變系統(tǒng)的虛擬導(dǎo)納參數(shù)，確定通過發(fā)電廠輸送至電網(wǎng)的電流。
[0047]將輸入至轉(zhuǎn)換器的功率和輸送至電網(wǎng)的功率之間的差提供給機(jī)電特性控制器，通過根據(jù)任意給定時(shí)刻電網(wǎng)的條件來改變系統(tǒng)的慣量和阻尼因數(shù)對應(yīng)的參數(shù)，確定在電特性控制器中生成和使用的虛擬內(nèi)部電動勢的頻率。
[0048]本發(fā)明控制器的響應(yīng)表現(xiàn)出針對電網(wǎng)的不同頻率范圍的不同動態(tài)特性。
[0049]根據(jù)前面所述，我們能夠通過利用更有效、動態(tài)和靈活的控制器來解決現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的連接至電網(wǎng)的功率轉(zhuǎn)換器與電網(wǎng)的交互問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0050]為了利于理解本發(fā)明，下面以說明的方式而不是限制的方式示出了幾幅附圖:
[0051]圖1是本發(fā)明控制器的基本方案；
[0052]圖2是模塊I或電路模塊的控制回路；
[0053]圖3是針對不同頻率的模塊I的操作方案；
[0054]圖4是模塊2或機(jī)電模塊的控制回路；
[0055]圖5是針對不同頻率的模塊2的操作方案；
[0056]在所述附圖中，其中所出現(xiàn)的不同的標(biāo)記具有以下含義:
[0057](10)模塊1、電路模塊
[0058](11)虛擬電氣特性控制器
[0059](12)虛擬導(dǎo)納控制器
[0060](13)虛擬導(dǎo)納處理器[0061 ] ( 14)用作受控電流源的轉(zhuǎn)換器[0062](15)電網(wǎng)
[0063]( 20 )模塊2、機(jī)電模塊
[0064](21)虛擬機(jī)電特性控制器
[0065](22)慣量和阻尼因數(shù)控制器
[0066](23) PLC (“功率回路控制器”)
[0067](24) VCO (“電壓控制振蕩器”)
【具體實(shí)施方式】
[0068]為了能夠更好地理解本發(fā)明，基于本文的附圖進(jìn)行了以下詳細(xì)描述:
[0069]圖1示出了整體上表示本發(fā)明的控制器的方案，由兩個(gè)主要模塊形成:模塊I或電路模塊(10)，以及模塊2或機(jī)電模塊20。
[0070]模塊2 (20 )依次包括虛擬電氣特性控制器(21)以及慣量和阻尼因數(shù)控制器(22 )，向慣量和阻尼因數(shù)控制器(22)引入一系列系統(tǒng)變量，諸如輸入電壓(vin)、輸入強(qiáng)度(iin)、輸出電壓(Vtjut)和輸出強(qiáng)度(1-)，根據(jù)被應(yīng)用的控制器的具體算法有選擇性的使用這些系統(tǒng)變量。慣量和阻尼因數(shù)控制器(22)還接收一系列輸入?yún)?shù)，諸如針對每個(gè)頻率范圍的功率參數(shù)(P1, P2…，Pn)和響應(yīng)控制器的校正常量((^(v..，^)。根據(jù)系統(tǒng)變量和校正參數(shù)，在輸出口處針對每個(gè)頻率得到慣量(J1, J2…，Jn)和阻尼因數(shù)值(ξ u ξ2，…，ξη)。
[0071]這些慣量(J1, J2…，Jn)和阻尼因數(shù)值(ξρ ξ2，…，ξη)作為參數(shù)被引入到虛擬機(jī)電特性控制器(21)。
[0072]參數(shù)虛擬慣量和阻尼因數(shù)動態(tài)地適應(yīng)運(yùn)行條件，針對每個(gè)頻率提供虛擬慣量值(H^Jn)和阻尼因數(shù)值U1, I2,-, ξη)，這使得建立發(fā)電機(jī)的能力以減弱存在于電網(wǎng)(工廠間、區(qū)域間)和主要發(fā)電源(機(jī)械和結(jié)構(gòu)共振)中的不同功率振蕩成為可能。
[0073]向該控制器提供用于計(jì)算功率回路控制器(PLC)的諧振常數(shù)的其他附加參數(shù)，諸如系統(tǒng)的額定頻率(Orated)和最大供電功率(Pmax)。虛擬電機(jī)特性控制器(21)的輸入變量是輸入功率(Pin輸入至轉(zhuǎn)換器的功率)和輸送至電網(wǎng)的功率(Ptjut)之間的功率差(ΛΡ)。
[0074]從模塊2 (20)獲得虛擬內(nèi)部電動勢(e)，其是模塊I或電路模塊(10)的輸入變量之一 O
[0075]該電路模塊(10)也包括兩部分:虛擬電氣特性控制器(11)和虛擬導(dǎo)納控制器
(12)。虛擬導(dǎo)納控制器(12)的輸入變量是電網(wǎng)和DC總線的電壓(V)和電流(i)，電網(wǎng)和DC總線是根據(jù)被應(yīng)用的控制器的具體算法而被選擇性的使用。虛擬導(dǎo)納控制器(12)的參數(shù)是針對每個(gè)頻率和序列的參考電流值(I1*, I2*,…，In*)和針對每個(gè)頻率范圍的控制器的響應(yīng)的校正常量(Cl，C2,…，cn)。根據(jù)這些輸入變量和校正參數(shù)，該控制器提供被應(yīng)用于每個(gè)頻率和序列的導(dǎo)納值(Y1, Y2...，Yn)。
[0076]虛擬電氣特性控制器(11)接收從模塊2 (20)獲得的虛擬輸入電動勢(e)的值以及與電網(wǎng)的連接點(diǎn)的電壓(V)，作為輸入變量。同樣地，虛擬電氣特性控制器(11)接收在虛擬導(dǎo)納控制器(12)中計(jì)算得出的針對每個(gè)頻率和有效序列的被處理的虛擬導(dǎo)納值(Y1, Y2…，Yn)，作為輸入?yún)?shù)?；谶@些輸入變量和參數(shù)，模塊I (10)在輸出處提供參考電流值(i*)，該參考電流值(i*)通過用作受控電流源(14)的功率轉(zhuǎn)換器輸入至電網(wǎng)(15)。[0077]圖2示出了模塊I(10)或電路模塊的控制回路，在其中輸入存在于虛擬內(nèi)部電動勢(e)和存在于連接至電網(wǎng)的耦合點(diǎn)處的電壓(V)之間的電壓差。將該電壓差供給虛擬導(dǎo)納處理器(13)，負(fù)責(zé)確定由功率轉(zhuǎn)換器輸入至電網(wǎng)(15)的參考電流(i*)。
[0078]該虛擬導(dǎo)納參數(shù)(13)動態(tài)地適應(yīng)電網(wǎng)的條件。如圖3所示，其對應(yīng)不同的頻率范圍(fi, f2...，fn)和輸入序列還表現(xiàn)出不同的特性,為直流、反相或單極相(homopolar)。這樣，本發(fā)明的控制器提供針對每個(gè)頻率(f\，f2…，fn)的不同的導(dǎo)納(Y1, Y2…，Yn)。從這個(gè)意義上來說，控制器針對電網(wǎng)的基頻以及其他頻率和序列(包括諧波和瞬態(tài))輸入升高的直序電流，控制器輸入使?jié)撛诂F(xiàn)有的干擾最小化的電流。
[0079]因此，與現(xiàn)有技術(shù)研究所發(fā)現(xiàn)的不同的是，模塊I工作在參考電流而不是工作在參考電壓(傳統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)，以及用于仿真它們的控制器工作在參考電壓)，以及工作在虛擬導(dǎo)納而不是工作在虛擬阻抗(為傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)和用于仿真它們的控制器的特征參數(shù))。
[0080]圖4示出了模塊2(20)或機(jī)電模塊的常用方案。該模塊2包括通過PLC(23)(“功率回路控制器”)調(diào)整的控制回路，其接收存在于輸入功率(通過初級源傳送至轉(zhuǎn)換器的功率)和傳送至電網(wǎng)的功率(P&。)之間的功率差(ΛΡ)，以及用于建立功率回路控制器在任何給定時(shí)間所期望的固有頻率和阻尼因數(shù)的一系列參數(shù)。在PLC的輸出處獲得虛擬內(nèi)部電動勢的頻率(coMted)，其一旦整合就可用于確定功率轉(zhuǎn)換器生成的虛擬內(nèi)部電壓的相位(Θ )。考慮到被應(yīng)用為慣量和阻尼因數(shù)的值可針對每個(gè)頻率范圍被即時(shí)的修改，該模塊2或機(jī)電模塊實(shí)現(xiàn)了一套同步功率控制器的靈活性。例如，該靈活性允許通過減小慣量來使發(fā)電機(jī)快速連接至電網(wǎng)，并且隨后針對特定頻率范圍增加它的值，在該特定頻率范圍內(nèi)發(fā)電機(jī)不受電網(wǎng)干擾的影響。
[0081]在PLC的輸出處獲得虛擬內(nèi)部電動勢的頻率，其被整合以獲得虛擬內(nèi)部電動勢向量的相角。根據(jù)該相角和由虛擬內(nèi)部電動勢確定的模值E*，獲得了構(gòu)成模塊I或電路模塊的輸入變量(e)之一的一組三相電壓。在確定虛擬內(nèi)部電壓和其相位之后，電路模塊將負(fù)責(zé)通過向那邊輸入的相應(yīng)電流來傳輸電網(wǎng)功率。
[0082]圖5示出了模塊2針對不同的頻率范圍(f\，f2…，fn)的操作。PLC (23)的輸出參考的總和被施加于VCO (24)，PLC (23)生成一組頻率電壓W*和振幅電壓E*。隨后，這些電壓被應(yīng)用為虛擬電氣特性控制器(11)的輸入。
[0083]基于本發(fā)明提供的靜態(tài)功率轉(zhuǎn)換器的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的同步功率控制器的更直接的應(yīng)用是可再生能源工廠(特別是光伏和風(fēng)力發(fā)工廠)，但是不排除其在任何其他需要類似特性的應(yīng)用中使用。
【權(quán)利要求】
1.一種基于靜態(tài)功率轉(zhuǎn)換器的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的同步功率控制器，用于改善可再生能源工廠與電網(wǎng)的整合，包括兩個(gè)主要模塊，稱為:模塊I (電路模塊)(10)和模塊2 (機(jī)電模塊)(20)，電路模塊I (10)依次由虛擬電氣特性控制器(11)和虛擬導(dǎo)納控制器(12)形成，并且機(jī)電模塊2 (20)由機(jī)電特性控制器(21)以及慣量和阻尼因數(shù)控制器(22)形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步功率控制器，其特征在于，所述虛擬導(dǎo)納控制器(12)被配置為: -接收所述電網(wǎng)和DC總線的輸入電壓(V)和電流(i)信號，并且根據(jù)每個(gè)頻率和序列范圍以及所有的頻率和序列范圍對應(yīng)的一系列校正參數(shù)(C1, C2,…，Cn)和參考電流值(I1*, I2*,...，In*)選擇性處理所述輸入電壓(V)和電流(i)信號； -生成被應(yīng)用于每個(gè)頻率和序列的導(dǎo)納值(Y1, \...，Yn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的同步功率控制器，其特征在于，該虛擬導(dǎo)納參數(shù)(Y)動態(tài)地適應(yīng)所述電網(wǎng)的條件，針對每個(gè)頻率(Gf2-^fn)和序列提供不同的導(dǎo)納(Y1, Y2…，Yn)，這樣能夠針對電網(wǎng)的基頻以及直序輸入高強(qiáng)度電流；并且能夠針對其它諧波序列和頻率、瞬態(tài)以及失衡輸入使?jié)撛诟蓴_最小化所需的電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步功率控制器，其特征在于，所述虛擬電氣特性控制器(11)被配置為: -接收從模塊2 (20)獲得的虛擬內(nèi)部電動勢(e)，和電網(wǎng)的連接點(diǎn)的電壓(V)，以及從所述虛擬導(dǎo)納控制器(12)獲得的針對每個(gè)頻率和序列的虛擬導(dǎo)納值(Y1, Y2...，Yn)，所接收的所有作為輸入信號； -生成被提供給用作受控電流源(14)的轉(zhuǎn)換器的參考電流值(i*)，所述參考電流值(i*)被輸入至模塊I (10)輸出處的電網(wǎng)(15)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步功率控制器，其特征在于，所述慣量和阻尼因數(shù)控制器(22)被配置為: -接收輸入電壓(vin)、輸入強(qiáng)度(iin)、輸出電壓(U)、輸出強(qiáng)度(U)信號，并且根據(jù)針對每個(gè)頻率范圍以及所有頻率范圍的一系列校正參數(shù)(C1, C2,…，cn)和參考功率(P1, P2…，Pn)對它們進(jìn)行選擇性處理； -生成針對每個(gè)頻率的虛擬慣量(J1, J2…，Jn)和阻尼因數(shù)值U P ξ2，…，ξη)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的同步功率控制器，其特征在于，虛擬慣量和阻尼因數(shù)參數(shù)動態(tài)地適應(yīng)運(yùn)行條件，針對每個(gè)頻率提供虛擬慣量(J1, J2…，Jn)和阻尼因數(shù)值(ξ P ξ2，…，ξη)，以使建立發(fā)電機(jī)提供的能力用以減弱存在于電網(wǎng)(工廠間、區(qū)域間…)和主要發(fā)電源(機(jī)械和結(jié)構(gòu)共振)中的不同功率振蕩成為可能。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步功率控制器，其特征在于，所述機(jī)電特性控制器(21)被配置為: -接收存在于輸入功率(pin，輸入至轉(zhuǎn)換器的功率)和輸送至電網(wǎng)的功率(P&。)之間的功率差(Λ P)，以及針對每個(gè)頻率范圍的虛擬慣量(J1, J2…，Jn)和阻尼因數(shù)(ξ P ξ2，…，ξη)值和一系列附加參數(shù)，例如系統(tǒng)的額定頻率(Oratral)和最大供電功率(P.)，所接收的信號作為輸入信號； -在輸出處生成被應(yīng)用為模塊I或電路模塊(10)的輸入之一的虛擬內(nèi)部電動勢(e)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步功率控制器，其特征在于，所述模塊2包括通過PLC(23)(“功率回路控制器”)調(diào)整的控制回路，PLC (23)接收存在于輸入功率(Pin，輸入至轉(zhuǎn)換器的功率)和輸送至電網(wǎng)的功率(P+。)之間的功率差(ΛΡ)，以及針對每個(gè)頻率范圍(f\，f2…，fn)的虛擬慣量(J1, J2…，Jn)和阻尼因數(shù)(ξ1; ξ2，…，ξη)的值，使得PLC (23)的輸出參考的總和輸入至VCO (24，電壓控制振蕩器)，生成一組構(gòu)成虛擬內(nèi)部電動勢(e)的頻率電壓w*和振幅電壓E*，虛擬內(nèi)部電動勢(e)隨后被應(yīng)用為虛擬電氣特性控制器(11)的輸入 之一。
【文檔編號】H02M7/44GK103548250SQ201280020692
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年2月28日
【發(fā)明者】P·羅德里格斯·科爾特斯, J·I·坎德拉·加西亞, J·羅卡貝特·德爾加多, R·特奧多雷斯庫 申請人:阿文戈亞太陽能新技術(shù)公司