具有能量存储的功率转换控制制造技术

本发明专利技术名称为“具有能量存储的功率转换控制”。发电系统(10、110、210)，包括：可再生电源(12、112、212)，用于产生源功率；源侧转换器(32、132、232)，用于将源功率转换成转换的DC功率；源侧控制器(38、138、238)，用于将转换的DC功率朝最大功率点驱动；DC链路(34、134)，用于接收转换的DC功率；电网侧转换器(36、236)，其耦合到DC链路，用于将来自DC链路的DC链路功率转换成电网的AC输出功率；电网侧控制器(40、140、240)，用于控制电网侧转换器的AC输出功率，以便实现电网互连要求；电能存储装置(42、142)；能量存储转换器(44、144、244)，其将能量存储装置耦合到DC链路；以及能量存储控制器(46、146)，用于控制能量存储转换器，以便实现DC链路上的预期功率平衡。

【技术实现步骤摘要】

一般来说，本文公开的主题涉及功率转换系统，并且更具体来说，涉及使用与可再生能量源的功率转换系统一起的能量存储。
技术介绍
在用于具有两级功率转换的可再生能量源的常规控制方式中，源侧转换器通过 DC(直流)链路并联耦合到电网侧转换器。在风力涡轮实施例中，例如，源侧控制器使用风力涡轮发电机扭矩调节来控制源侧转换器，并且电网侧控制器使用DC电压调节来控制电网侧转换器。可再生能量源的其它示例包括太阳能源和海洋流体动力能量源。当从可再生能量源提供功率时，源侧控制器的目标是向电网传送尽可能多的源功率，而电网侧转换器的目标是满足影响功率输出的电网互连要求，例如缓变速率(ramp rate)极限、调速器固定偏差(droop)控制、削减(curtailment)、和故障穿越。用于源侧控制和电网侧控制的这些不同控制目标有时引起DC链路上的功率不平衡，这导致对DC链路电容器的充电或放电，从而引起不希望的电压波动。
技术实现思路
希望具有改进的功率转换控制实施例，其用于平衡DC链路上的电压，同时允许源侧控制器和电网侧控制器更少受到DC链路上的电压的约束。按照本文公开的一个实施例，发电系统，包括可再生电源，用于产生源功率；源侧转换器，用于将源功率转换成转换的DC功率；源侧控制器，用于将转换的DC功率朝最大功率点驱动；DC链路，用于接收转换的DC功率；电网侧转换器，其耦合到DC链路，用于将来自DC链路的DC链路功率转换成电网的AC输出功率；电网侧控制器，用于控制电网侧转换器的AC输出功率，以便实现电网互连要求；电能存储装置；能量存储转换器，其将能量存储装置耦合到DC链路；以及能量存储控制器，用于控制能量存储转换器，以便实现DC链路上的预期功率平衡。按照本文公开的另一个实施例，提供用于可再生发电系统的控制系统。可再生发电系统包括可再生电源，用于产生源功率；源侧转换器，用于将源功率转换成转换的DC功率；DC链路，用于接收转换的DC功率；电网侧转换器，其耦合到DC链路，用于将来自DC链路的DC链路功率转换成电网的AC输出功率；电能存储装置，其具有充电状态(SOC)；以及能量存储转换器，其将能量存储装置耦合到DC链路。控制系统包括源侧控制器，用于将转换的DC功率朝最大功率点驱动；电网侧控制器，用于控制电网侧转换器的AC输出功率，以便实现电网互连要求；能量存储控制器，用于控制能量存储转换器，以便实现DC链路上的预期功率平衡；以及充电状态(SOC)管理器，用于接收来自能量存储装置的SOC信号，并且当SOC信号超出可接受SOC工作范围时，向电网侧控制器、源侧控制器、或者电网侧控制器和源侧控制器两者提供一个或多个SOC调整信号。附图说明当参照附图阅读以下详细描述时，将会更好地理解本专利技术的这些及其它特征、方面和优点，附图中，相似符号在附图中通篇表示相似部件，在附图中图1是常规风力发电系统的框图。图2是按照本专利技术的一个实施例的风力发电系统的框图。图3是按照本专利技术的一个实施例的太阳能发电系统的框图。图4是供图2和图3的实施例中使用的示例能量存储转换器的框图。图5是示出另一个能量存储转换器实施例的框图。具体实施例方式首先参照图1所示的常规可再生发电系统10。系统10包括风力涡轮发电机12， 用于生成相导体14上的具有可变频率的交流电；功率转换模块16，用于将相导体14上的交流电转换为相导体18上的交流电；以及常规功率转换控制系统20，用于接收生成用于控制功率转换模块16的操作的控制信号的命令和参考信号。采用诸如通常沿相导体18存在的滤波器19和变压器21之类的组件将相导体18上的交流电进一步馈送给电力网22。虽然图1为了举例而示出风力发电系统，但是本专利技术的实施例可适用于任何可再生能量源， 其中若干其它示例包括太阳能源和海洋流体动力能量源。涡轮12包括多个涡轮叶片沈和发电机观，发电机28包括发电机转子(未示出) 和发电机定子(未示出)。涡轮叶片26耦合到第一可旋转轴M，第一可旋转轴M在一些实施例中机械地耦合到变速箱30。变速箱30还通过第二可旋转轴25耦合到发电机转子， 以便驱动发电机转子旋转。发电机转子的旋转从发电机定子上的绕组感应相导体14上的交流电。如图所示，功率转换模块16包括源侧转换器32、DC链路34和电网侧转换器36。 源侧转换器和电网侧转换器32和36各包括多个半导体开关35，例如IGBT(绝缘栅双极晶体管)、IGCT (绝缘栅换向晶闸管)和MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)。源侧转换器32从发电机观接收相导体14上的可变频率交流电，并且将相导体14上的交流电转换为DC链路34处的DC电流。电网侧转换器36接收DC链路34处的DC电流，并且将DC 电流转换为具有受控幅值和/或频率的交流电供馈给电力网22。所示常规功率转换控制系统20包括源侧控制器38和电网侧控制器40。源侧控制器和电网侧控制器38和40分别接收多个参考信号和命令，并且分别生成用于源侧转换器和电网侧转换器32和36的脉宽调制(PWM)控制信号。如图所示，常规功率转换控制系统20使用扭矩参考发生器(TRG)装置41来定向涡轮的最大功率点轨迹，并且生成扭矩命令信号。源侧控制器38接收扭矩命令信号，并且使用扭矩命令信号与相导体14上的交流电(例如，测量的三相电流和电压信号)之间的相互关系来生成用于控制源侧转换器32的半导体开关35的开关操作的PWM控制信号。在一个实施例中，源侧控制器38使用相导体 14上的交流电来生成扭矩反馈信号，并且然后使用扭矩命令和扭矩反馈信号来生成PWM控制信号，供源侧开关控制发电机扭矩。在某些实施例中，能够通过在查找表中进行搜索，通过观测测量的结果，或者通过观测发电机扭矩和交流电的相关函数，来得到扭矩反馈信号。电网侧转换器40接收DC链路电压命令信号Vde。_和DC链路34的测量的DC电5压反馈信号，并使用这些信号连同诸如来自相导体18的测量的反馈信号之类的其它信号一起来控制电网侧转换器36的半导体开关35的开关操作，并且将DC链路电压保持在预期电平。使用这种常规功率转换控制系统20，电网侧转换器36保持DC链路电压的性能可能受到不良电网损害。例如，如果电网22很弱或者因分流或串联连接的电容而具有电共振，则电网侧转换器DC链路电压控制可变得不稳定。图2是按照本专利技术的一个实施例的发电系统110的框图。在图2的实施例中，发电系统110包括可再生电源112，用于产生源功率(为了举例而示为风力涡轮)；源侧转换器 32，用于将源功率转换成转换的DC功率；源侧控制器138，用于将转换的DC功率朝最大功率点驱动(并且因而在没有相反系统要求的情况下提供与从可再生电源适当可获得的同样多的功率，如下面进行论述的)；DC链路34，用于接收转换的DC功率；电网侧转换器36， 耦合到DC链路34，用于将来自DC链路34的DC链路功率转换成用于电网22的AC输出功率；电网侧控制器140，用于控制电网侧转换器36的AC输出功率，以便实现电网互连要求； 电能存储装置42 ；能量存储转换器44，将能量存储装置42耦合到DC链路34 ；以及能量存储控制器46，用于控制能量存储转换器44，以便实现DC链路上的预期功率平衡。在一个实施例中，可通过DC链路34与能量存储装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：R·W·德尔梅里科，袁小明，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：