基于静态功率转换器的用于发电系统的同步功率控制器技术方案

本发明专利技术涉及一种基于静态功率转换器的发电机系统的同步功率控制器，所述控制器包括两个主要模块，称为：模块1（电路模块）（10）和模块2（机电模块）（20），电路模块1（10）依次由虚拟电气特性控制器（11）和虚拟导纳控制器（12）形成，机电模块2（20）由机电特性控制器（21）以及惯量和阻尼因数控制器（22）形成。

Synchronous power controller for a power generation system based on a static power converter

The invention relates to a synchronous power generator controller system based on static power converters, the controller includes two main modules: module 1 (called circuit module) (10) and 2 (electromechanical module module) (20), the 1 circuit module (10) followed by the electrical characteristics of virtual controller (11) and virtual admittance controller (12), 2 (20) by electromechanical module controller (21) and the electrical characteristics of inertia and damping controller (22) is formed.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于静态功率转换器的用于发电系统的同步功率控制器
本专利技术属于用于可再生能源工厂，特别是用于光伏发电厂的功率控制器的
，其允许提供先进的功能来改善工厂与电网的连接。
技术介绍
可再生能源的来源主要是风力发电厂(WIN)和光伏(FV)发电厂，它不再是电力生产的边际资源。FV电厂的发电机使用功率转换器连接至电网。这些功率转换器也称为逆变器，它们输入电流至电网电压用以得到提供给电网的功率。在正常的操作条件下，FV逆变器根据发电机的功率范围向电网输入单相或三相正弦电流。通常，输入电网的电流趋向于正弦，并且与耦合点的电压同相以使所产生的有功功率的量最大。在市场上(至少在现有的基础上)没有输入电流与电网电压正交的FV逆变器，其允许为了调节耦合点处的电压电平的目的而控制输入到电网的无功功率。当电网电压受到诸如电网中常见的失衡、瞬态、谐波的干扰的影响时，传统FV逆变器会遇到与电网电压保持近似同步的问题，这引起不可控的功率流，不可控的功率流导致FV逆变器促使电网故障的情形恶化。在更严重的电网干扰下，例如电压骤降、短路或功率振荡，传统FV逆变器不能为电网提供恰当的支持以帮助维持发电系统工作。事实上，这些严重的瞬态干扰通常由于触发一些商用FV逆变器的过电流或过电压保护而引起大多数商用FV逆变器与电网断开连接。由传统FV发电系统中这种类型的错误行为所引起的问题在不耐用的电网或安装有高比例的FV工厂的电网中更为明显，这使它们不稳定。上文描述的方案不能为功率系统运营商-国际上称为TSO (输电系统运营商)提供可靠性，这迫使功率系统运营商通过传统同步发电机或其他机构向电网设计并提供有功和无功功率储备，以降低电力系统崩溃的风险。由于显而易见的原因，这些功率储备并不是免费的，这意味着与提升FV发电厂的普及相关联的额外的经济负担。为了应对这种情况的不稳定性，全世界的TSO对于分布在发电厂的基于可再生能源提供的特征的要求越来越高。这些要求在所谓的电网规范中实现。这些类型的规范通常被应用于电力系统中显著存在的发电技术。一个清楚的实例是应用于风力发电系统的精确的电网连接规范，通过这些类型的规范来调整另一个候选的FV系统。借助电网规范所规定的精确的要求，TSO意图为FV工厂来增加它们的功能性和可靠性，以避免向第三方支付保证电力系统稳定性的附加服务的费用。在这种情况下，FV系统的制造者和开发者负责使他们的技术现代化以有助于所需系统，这在以后的十年中将从根本上增加电网中FV能源系统的普遍性。在现有技术中发现了部分研究方向，用以改善静态功率转换器与电网的连接，如这部分研究方向的作者为钟庆昌和Lenart Harnefors。该部分研究方向是基于观察同步发电机的运行原理并借助静态功率转换器的使用对其进行复制。以下列出来自这些作者的一系列所选文章:钟庆昌；韦斯，G ;“同步转换器:模拟同步发电机的逆变器”工业电子，IEEE汇刊，2010年第99期第pp卷第I页。韦斯，G;钟庆昌；“静态同步发电机”；专利，PCT/GB20091051460;W020101055322A2.国际申请日:2008 年 11 月 12 日。Harnefors, L.;“利用同步机仿真控制电压源转换器”；专利，PCT/EP20081061147;W020101022766A1，国际申请日:2008 年 8 月 26 日。张立东；Harnefors, L.;Nee, H.-P.; “连接至电压源转换器的电网的功率同步控制”，电力系统，IEEE汇刊，2010年5月第2期第25卷第809-820页。诸如Josep M.Guerrero或Karel de Brabandere的其他作者实现了有功和无功功率控制器的应用，其中分布式功率转换器组成小型低压电网，如由许多连续供应系统所提供的微型电网。这些控制器的特点是它们建立了功率转换器的参考电压。下面是这些作者的一些代表性文章:J.M.Guerrero, J.C.Vasquez, J.Matas, L.Garcia de V;icuna, and M.Castilla, “下垂的分层控制-受控的AC和DC微电网-朝向标准化的常用方法” IEEE电子汇刊，2010。De Brabandere, K.; “通过具有前端逆变器的分布式发电机在低压电网中进行的电压和频率下垂控制”;博士论文，Leuven, Belgie, 2006 年 10 月，ISBN90-5682-745-6。由Weiss George[IL]、钟庆昌[GB]所申请的专利、国际申请 W02010055322 (A2)被认为与本专利的专利技术主题最接近，这是考虑到其涉及用于忠实地仿真传统同步发电机的特性的控制器。上文提到的大多数研究论文察觉到一系列问题，这些问题源自试图忠实地复制传统同步发电机的操作，但并无意解决其固有的不便，在这些不便中有同步发电机的固有的不稳定性、在故障期间维持同步方面的困难或与电网的其他元件共振的现象。从这个意义上说，本专利的专利技术目的为当商用逆变器和传统可再生能源发电厂工作在电网的通用条件下时所表现出的问题提供解决方案，具体提供如下:-优选地响应在电网的频率下降/上升的情况下，通过控制已发送/已接收的有功功率以使它能限制所述变化。-优选地响应在有效电压下降/上升的情况下，通过控制电感/电容的无功功率以使它能限制所述变化。-优选地响应在通过增加/减小邻近负载所产生的干扰的情况下，通过增加/减小输入电网的电流来支持它们的供电。-优选地响应在受谐波、瞬态或失衡所影响的电压波形的失真的情况下，提供电压/电流调节功能来最小化并抑制所述干扰。-优选地响应在系统的频率和有功功率的振荡的情况下，提供抑制功能来最小化所述电力系统中的所述振汤。
技术实现思路
所声称的基于静态功率转换器的发电机系统的同步功率控制器是最新可再生能源发电厂的控制中的新概念，其允许提供先进的功能来改善所述工厂与电网的整合。基于该控制器的工厂的主要特性如下:?电实现先进的同步发电系统并改善传统发电机的运行的能力，其操作不是基于与电网电压相关的同步算法的有效性，但其能够通过加权、受控功率转换来实现与电网的其他发电机的“固有同步”。?在相同情况下以有利的方式与电网交互，忽略连接点处电网类型(高压或低压)、相同的短路功率或R/X特性的能力。?在相同的干扰情况下以自然的方式向电网提供支持服务，通过实现用于提供TSO所需的附加服务的控制器来保证电网的稳定性的能力。?在稳定的操作系统中和有电网干扰的情况下，维持与主电网连接或者通过形成孤岛与主电网断开的多个发电机并行工作，并且以智能方式将它们中的任一个所提供的服务进行分配的能力。?基于与具有工厂的能量的先进同步发电机相比，所述工厂具有相同的外部控制变量和相同的功能的方式，集成该控制器，使得多个电子发电机组成工厂的能力。由所得到的发电工厂提供的先进的附加服务有利于TSO的操作控制并且将提供在传统分布式发电系统不可用的微分特性。 为了实现所有这些能力，本专利技术的控制器包括两个主要模块，称为:模块1(电路模块)(10)和模块2 (机电模块)。模块I或电路模块包括控制回路，向控制回路输入在虚拟内部电动势和存在于与电网的连接点处的电压之间存在的电压差。该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于静态功率转换器的发电机系统的同步功率控制器，用于改善可再生能源工厂与电网的整合，包括两个主要模块，称为：模块1（电路模块）（10）和模块2（机电模块）（20），电路模块1（10）依次由虚拟电气特性控制器（11）和虚拟导纳控制器（12）形成，并且机电模块2（20）由机电特性控制器（21）以及惯量和阻尼因数控制器（22）形成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.02.28 ES P2011002211.一种基于静态功率转换器的发电机系统的同步功率控制器，用于改善可再生能源工厂与电网的整合，包括两个主要模块，称为:模块I (电路模块)(10)和模块2 (机电模块)(20)，电路模块I (10)依次由虚拟电气特性控制器(11)和虚拟导纳控制器(12)形成，并且机电模块2 (20)由机电特性控制器(21)以及惯量和阻尼因数控制器(22)形成。2.根据权利要求1所述的同步功率控制器，其特征在于，所述虚拟导纳控制器(12)被配置为: -接收所述电网和DC总线的输入电压(V)和电流(i)信号，并且根据每个频率和序列范围以及所有的频率和序列范围对应的一系列校正参数(C1, C2,…，Cn)和参考电流值(I1*, I2*,...，In*)选择性处理所述输入电压(V)和电流(i)信号； -生成被应用于每个频率和序列的导纳值(Y1, \...，Yn)。3.根据权利要求2所述的同步功率控制器，其特征在于，该虚拟导纳参数(Y)动态地适应所述电网的条件，针对每个频率(Gf2-^fn)和序列提供不同的导纳(Y1, Y2…，Yn)，这样能够针对电网的基频以及直序输入高强度电流；并且能够针对其它谐波序列和频率、瞬态以及失衡输入使潜在干扰最小化所需的电流。4.根据权利要求1所述的同步功率控制器，其特征在于，所述虚拟电气特性控制器(11)被配置为: -接收从模块2 (20)获得的虚拟内部电动势(e)，和电网的连接点的电压(V)，以及从所述虚拟导纳控制器(12)获得的针对每个频率和序列的虚拟导纳值(Y1, Y2...，Yn)，所接收的所有作为输入信号； -生成被提供给用作受控电流源(14)的转换器的参考电流值(i*)，所述参考电流值(i*)被输入至模块I (10)输出处的电网(15)。5.根据权利要求1所述的同步功率控制器，其特征在于，所述惯量和阻尼因数控制器(22)被...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·罗德里格斯·科尔特斯，J·I·坎德拉·加西亚，J·罗卡贝特·德尔加多，R·特奥多雷斯库，
申请(专利权)人：阿文戈亚太阳能新技术公司，
类型：
国别省市：