【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体上涉及电力电子单元领域，更具体地，涉及有功功率转换装置(activepower conversion apparatus，apca)、包括apca的系统和用于apca的方法。
技术介绍
1、一般在目前的“绿色能源”范式场景中，电网正在经历巨大的变化。更具体地，传统的电网越来越多地由脱碳能源供电，这涉及到越来越多基于电力电子的技术，如太阳能光伏(solar photovoltaic，pv)逆变器。相反，通常涉及将笨重的同步发电机连接到电网的传统电力系统(或电站)将逐步关闭。此外，从电力系统的角度来看，将“旋转”同步电机替换为“静态”电力电子单元带来了若干可操作性挑战。其中之一是降低电力系统的总惯性，这与同步电机转子中存储的机械动能密切相关。传统上，同步电机在出现频移事件时通过其自然(即，非强制)响应来帮助维持系统频率稳定性。然而，移除同步电机会涉及到针对频率稳定性的非强制纠正措施，这是不可取的。
2、传统上，提供储能系统并结合可再生能源可用于为频率控制提供惯性效应。在一个示例中，涉及将电网连接到电力电子单元的可再生能源可以配备储能设备，以便为传统电力系统提供惯性。对于基于同步电机的经典方案，这属于自然响应。然而，这一情况并不适用于静态电力转换器，因此，这种方案必须在控制电力转换器(连接可再生能源和存储资源)时实施。除了为电网频率和有功功率请求定义规则外，实施频率控制方法的主要挑战还包括难以从电压和电流实时测量中获得准确和干净的电网频率估计。
3、目前，已经进行了某些尝试以获得准确和干净的电网频
4、根据上述讨论，需要克服与传统电力电子单元相关联的上述缺点。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种有功功率转换装置(active power conversion apparatus，apca)。本专利技术还提供了一种包括apca的系统。本专利技术还提供了一种用于apca的方法。本专利技术提供了一种解决在电力电子单元中如何提供电网频率控制服务的现有问题的方案。本专利技术的目的是提供一种至少部分克服现有技术中遇到的问题的方案，并提供一种改进的有功功率转换装置(active power conversion apparatus，apca)、包括apca的改进系统和用于apca的改进方法。例如，在配备有储能设备的电力电子单元中提供频率控制服务的方法。
2、本专利技术的一个或多个目的是通过所附独立权利要求中提供的方案实现的。本专利技术的有利实现方式在从属权利要求中进一步定义。
3、在一个方面，本专利技术提供了一种有功功率转换装置(active power conversionapparatus，apca)，用于估计连接到apca的电网的电网频率。所述apca包括控制器，所述控制器用于接收所述apca和所述电网之间的至少一个相电流的测量，将所述至少一个相电流转换为至少一个同步参考坐标，确定要在频率估计中使用的直流和正交电流基准，并将使用频率估计确定为强制将电流误差信号的平均值中的至少一个归零的操纵变量。
4、apca用于估计连接到apca的电网的电网频率。在获得电网频率估计后，根据电网频率控制规则(例如，下垂函数或查找表)调整输送到电网的有功功率量。换句话说，apca还在配备储能资源的电网(或电力电子单元)中提供频率控制服务。此外，apca的控制器以更大的带宽工作，这确保了能够完美跟踪电网中的频率控制服务。这样做的好处是，与传统方法相比，控制器可以将电网频率估计确定为强制将电流误差信号的平均值中的至少一个归零的操纵变量。换句话说，假设能够实现完美跟踪，则控制器可以计算电流控制实现的零误差状态误差。
5、在另一种实现方式中，控制器还用于根据对电网频率估计进行求积获得的角度驱动的派克变换，将至少一个相电流转换为至少一个同步参考坐标。
6、派克函数有利于以所述角度旋转至少一个同步参考坐标。
7、在另一种实现方式中，控制器还用于限定第二状态变量以避免除零问题。
8、在除法运算中使用的第二个状态变量可以被限定在一个避免零的数值范围内，以避免除零问题。
9、在另一种实现方式中，来自储能设备的注入功率与估计频率之间的关系基于线性函数。
10、一种系统，包括如上述权利要求中任一项所述的apca和电流控制(currentcontrol，cc)块，所述cc块包括脉冲宽度调制(pulse width modulation，pwm)块，并且所述cc块用于设置pwm块的基准以作为电流基准的函数；交流电流测量和通过对所述估计频率进行求积获得的相位角。
11、该系统实现了本专利技术的有功功率转换装置(active power conversionapparatus，apca)的所有优点和技术效果。
12、一种用于有功功率转换装置(active power conversion apparatus，apca)的方法，上述方法用于估计连接到apca的电网的电网频率，并且所述方法包括接收apca和电网之间的至少一个相电流的测量，将至少一个相电流转换为至少一个同步参考坐标，确定要在频率估计中使用的直流和正交电流基准，并将使用频率估计确定为强制将电流误差信号的平均值中的至少一个归零的操纵变量。
13、该方法实现了本专利技术的有功功率转换装置(active power conversionapparatus，apca)的所有优点和技术效果。
14、应当理解，可以组合所有上述实现方式。
15、应当注意，本申请中描述的所有设备、元件、电路、单元和装置都可以在硬件元件或其任何类型的组合中实现。本申请中描述的各种实体所执行的所有步骤以及所描述的各种实体要执行的功能均意在指相应实体用于执行相应步骤和功能。虽然在以下具体实施例的描述中，外部实体要执行的具体功能或步骤没有在执行具体步骤或功能的实体的具体详述元件的描述中反映，但是技术人员应清楚，这些方法和功能可以通过相应硬件元件或其任何组合实现。应当理解，本专利技术的特征易于以各种组合进行组合，而不脱离由所附权利要求书所界定的本专利技术的范围。
16、本专利技术的附加方面、优点、特征和目的从附图和结合以下所附权利要求书解释的说明性实现方式的详细描述中变得显而易见。
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1.一种有功功率转换装置(active power conversion apparatus，APCA)(102、200、300、400)，其特征在于，用于估计连接到所述APCA(102、200、300、400)的电网(104)的电网频率，所述APCA(102、200、300、400)包括控制器(106)，用于：
2.根据权利要求1所述的APCA(102、200、300、400)，其特征在于，所述控制器(106)还用于根据所述直流分量确定所述至少一个同步参考坐标。
3.根据权利要求1或2所述的APCA(102、200、300、400)，其特征在于，所述控制器(106)还用于根据所述正交分量确定所述至少一个同步参考坐标。
4.根据权利要求1、2或3所述的APCA(102、200、300、400)，其特征在于，所述控制器(106)还用于根据电流误差信号确定所述直流和/或正交电流基准，所述电流误差信号是通过从所述直流和正交电流基准中减去至少一个相电流的测量值而确定的。
5.根据上述权利要求中任一项所述的APCA(102、200、300、4
6.根据上述权利要求中任一项所述的APCA(102、200、300、400)，其特征在于，所述控制器(106)还用于根据所述电网频率估计将所述有功功率注入从至少一个可用的储能资源(108)输送到所述电网。
7.根据上述权利要求中任一项所述的APCA(102、200、300、400)，其特征在于，所述APCA(102、200、300、400)还包括：
8.根据权利要求7所述的APCA(102、200、300、400)，其特征在于，所述控制器(106)还用于限定所述第二状态变量(110B)以避免除零问题。
9.根据上述权利要求中任一项所述的APCA(102、200、300、400)，其特征在于，来自所述储能资源(108)的注入功率与估计频率之间的关系基于线性函数。
10.根据权利要求9所述的APCA(102、200、300、400)，其特征在于，所述线性函数是下垂函数。
11.一种系统(602)，包括根据上述权利要求中任一项所述的APCA(102、200、300、400)和电流控制(current control，CC)块(604)，其特征在于，所述CC块(604)包括脉冲宽度调制(pulse width modulation，PWM)块(606)，所述CC块(604)用于设置PWM块(606)的基准以作为电流基准的函数；AC电流测量和通过对所述估计频率进行求积获得的相位角。
12.一种用于有功功率转换装置(active power conversion apparatus，APCA)(102、200、300、400)的方法(700)，其特征在于，所述方法用于估计连接到APCA(102、200、300、400)的电网(104)的电网频率，所述方法(700)包括：
13.根据权利要求11所述的方法(700)，其特征在于，所述方法(700)还包括根据所述直流分量确定所述至少一个同步参考坐标。
14.根据权利要求11或12所述的方法(700)，其特征在于，所述方法(700)还包括根据所述正交分量确定所述至少一个同步参考坐标。
15.根据权利要求12或13所述的方法(700)，其特征在于，所述方法(700)还包括根据电流误差信号确定所述直流和/或正交电流基准，所述电流误差信号是通过从所述直流和正交电流基准中减去至少一个相电流的测量值而确定的。
16.根据权利要求11至14中任一项所述的方法(700)，其特征在于，所述方法(700)还包括根据对所述电网频率估计进行求积获得的角度驱动的派克变换，将所述至少一个相电流转换为至少一个同步参考坐标。
17.根据权利要求11至15中任一项所述的方法(700)，其特征在于，所述方法(700)还包括根据所述电网频率估计，将所述有功功率注入从至少一个可用的储能资源(108)输送到所述电网(104)。
18.根据权利要求11至16中任一项所述的方法(700)，其特征在于，所述APCA(102、200、300、400)还包括：
19.根据权利要求17所述的方法(700)，其特征在于，所述方法(700)还包括限定所述第二状态变量(110B)以避免除零问题。
20.根据权利要求11至18中任一项所述的方法(700)...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种有功功率转换装置(active power conversion apparatus，apca)(102、200、300、400)，其特征在于，用于估计连接到所述apca(102、200、300、400)的电网(104)的电网频率，所述apca(102、200、300、400)包括控制器(106)，用于：
2.根据权利要求1所述的apca(102、200、300、400)，其特征在于，所述控制器(106)还用于根据所述直流分量确定所述至少一个同步参考坐标。
3.根据权利要求1或2所述的apca(102、200、300、400)，其特征在于，所述控制器(106)还用于根据所述正交分量确定所述至少一个同步参考坐标。
4.根据权利要求1、2或3所述的apca(102、200、300、400)，其特征在于，所述控制器(106)还用于根据电流误差信号确定所述直流和/或正交电流基准，所述电流误差信号是通过从所述直流和正交电流基准中减去至少一个相电流的测量值而确定的。
5.根据上述权利要求中任一项所述的apca(102、200、300、400)，其特征在于，所述控制器(106)根据对所述电网频率估计进行求积获得的角度驱动的派克变换，将所述至少一个相电流转换为至少一个同步参考坐标。
6.根据上述权利要求中任一项所述的apca(102、200、300、400)，其特征在于，所述控制器(106)还用于根据所述电网频率估计将所述有功功率注入从至少一个可用的储能资源(108)输送到所述电网。
7.根据上述权利要求中任一项所述的apca(102、200、300、400)，其特征在于，所述apca(102、200、300、400)还包括：
8.根据权利要求7所述的apca(102、200、300、400)，其特征在于，所述控制器(106)还用于限定所述第二状态变量(110b)以避免除零问题。
9.根据上述权利要求中任一项所述的apca(102、200、300、400)，其特征在于，来自所述储能资源(108)的注入功率与估计频率之间的关系基于线性函数。
10.根据权利要求9所述的apca(102、200、300、400)，其特征在于，所述线性函数是下垂函数。
11.一种系统(602)，包括根据上述权利要求中任一项所述的apca(102、200、300、400)和...
【专利技术属性】
技术研发人员：弗朗西斯科·丹尼尔·弗赖耶多·费尔南德斯，
申请(专利权)人：华为数字能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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