具有改善的瞬态事件穿越能力的能量转换系统和方法技术方案

本发明专利技术揭示一种能量转换系统。该能量转换系统包括直流母线，网侧变流器，以及电压源控制器。该网侧变流器与直流母线连接，并用于将该直流母线上的直流电转换成交流电。该电压源控制器用于提供控制信号给该网侧变流器，以使得该网侧变流器对转换后的交流电进行调节。该电压源控制器包括用于至少根据功率指令信号和功率反馈信号提供控制信号给该网侧变流器的信号产生单元；用于在发生瞬态事件时，至少根据电流阈值限制该控制信号的限流单元；以及至少根据直流母线电压反馈信号和直流边界电压阈值限制该控制信号的限压单元。本发明专利技术还揭示一种控制能量转换系统中网侧变流器运作的方法以及一种光伏发电系统。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术公开的实施方式涉及能量转换系统和方法，以向电力系统提供电能，特别涉及一种对能量转换系统的瞬态事件穿越能力进行改善的系统和方法。
技术介绍
基本而言，在全世界范围内，通过可再生能源发电系统，例如光伏发电系统产生的电能，其所占据的份额越来越大。一般的光伏发电系统包括一个或者多个光伏阵列，其中每个光伏阵列又包括多个相互连接的光伏电池单元，该光伏电池单元可以将太阳辐射能转换成直流电能。为了实现光伏阵列的并网发电，通常会使用变流器系统将光伏阵列产生的直流电能转换成可供电网传输的交流电能。 现有的供光伏发电系统使用的变流器系统的架构有多种形式。其中一种为二级式的结构，其包括一个直流-直流变流器和一个直流-交流变流器。该直流-直流变流器控制从光伏阵列到直流母线间的直流电能的传输。该直流-交流变流器则将输送到直流母线上的直流电能转换成可供电网传送的交流电能。通常，现有的光伏发电系统还具有一个变流器控制模块，其用于通过控制信号控制直流-直流变流器和一个直流-交流变流器的运作，并对各种系统变量，例如直流母线电压，交流电网电压和频率等变量作补偿控制。随着光伏并网发电系统的快速增长，通过光伏发电系统注入到电网中的电能可能对电网的电压和频率会产生一定的影响，因此，一般的光伏并网发电系统通常会被要求在电网发生瞬态事件时仍然能够按照特定的要求保持连网运作。然而，随之而来的一个问题是，在某些瞬态事件下，光伏发电系统中的网侧变流器(直流-交流变流器)可能会由于流过其中的电流超过硬件本身的承受能力而损坏。另一个伴随而来的问题是，光伏发电系统输出的电能由于电网电压和频率的变动而发生变化，从而导致直流母线处出现功率不平衡。因此，有必要提供一种改进的能量转换系统和方法以解决上述的技术问题。
技术实现思路
有鉴于上述提及之问题，本专利技术的一个方面在于提供一种能量转换系统。该能量转换系统至少包括直流母线，网侧变流器，以及电压源控制器。该直流母线接收直流电。该网侧变流器与直流母线连接，并用于将该直流母线上的直流电转换成交流电。该电压源控制器用于提供控制信号给该网侧变流器，以使得该网侧变流器对转换后的交流电进行调节。该电压源控制器包括信号产生单元，限流单元以及限压单元。该信号产生单元用于至少根据功率指令信号和功率反馈信号提供控制信号给该网侧变流器。该限流单元用于在发生瞬态事件时，至少根据电流阈值限制该控制信号。该限压单元用于在发生该瞬态事件时，至少根据直流电压反馈信号和直流边界电压阈值限制该控制信号。本专利技术的另一个方面在于提供一种控制能量转换系统中网侧变流器运作的方法。该方法至少包括如下步骤至少根据功率指令信号和功率反馈信号为该网侧变流器产生控制信号；在发生瞬态事件时至少根据电流阈值和直流边界电压阈值限制该控制信号；以及将该控制信号作用到该网侧变流器。本专利技术的再一个方面在于提供一种光伏发电系统。该光伏发电系统包括光伏电源，直流母线，网侧变流器，以及电压源控制器。该光伏电源用于提供直流电，该直流母线用于接收该光伏电源提供的直流电。该网侧变流器与该直流母线电性连接，该网侧变流器用于将该直流母线上的直流电转换成交流电。该电压源控制器被配置成至少根据功率指令信号和功率反馈信号提供控制信号。在发生瞬态事件时，该网侧变流器被配置成至少根据电流阈值限制该控制信号，以及将该限制后的控制信号作用到该网侧变流器，以在该光伏发电系统经历该瞬态事件时限制该网侧变流器的电流。本专利技术提供的能量转换系统，控制能量转换系统中网侧变流器运作的方法以及光伏发电系统，通过根据基于电压源的控制架构，在发生瞬态事件时通过特别设置的电流限制单元限制网侧变流器的电流，或者通过电压限制单元限制直流母线的边界电压，使得能量转换系统的瞬态事件穿越能力得到改善。 附图说明通过结合附图对于本专利技术的实施方式进行描述，可以更好地理解本专利技术，在附图中图I所示为光伏能量转换系统的一种实施方式的模块示意图。图2所示为图I所示的网侧控制器的一种实施方式的控制框图。图3所示为图2所示的有功功率调节器的一种实施方式的详细控制框图。图4所示为图3所示的有功功率调节器中功率调节器的一种实施方式的详细控制框图。图5所示为图2所示的有功功率调节器的另一种实施方式的详细控制框图。图6所示为图5所示的有功功率指令调节单元的一种实施方式的详细控制框图。图7所示为图2所示的有功功率调节器的另一种实施方式的详细控制框图。图8所示为图7所示的相位角产生单元的一种实施方式的详细控制框图。图9所示为图2所示的有功功率调节器的再一种实施方式的详细控制框图。图10所示为图9所示的直流边界电压控制单元的一种实施方式的详细控制框图。图11所示为图9所示的相位角产生单元的一种实施方式的详细控制框图。图12所示为图9所示的直流边界电压控制单元的另一种实施方式的详细控制框图。图13所示为图9所示的直流边界电压控制单元的又一种实施方式的详细控制框图。图14所示为图2所示的无功功率调节器的一种实施方式的详细控制框图。图15所示为图2所示的无功功率调节器的另一种实施方式的详细控制框图。图16所示为网侧变流器以及电网的一种实施方式的简化电路模型图。图17所示为在执行图2所示的电流限制单元时的一种实施方式的相量图。图18所示为图2所示的电流限制单元一种实施方式的详细控制框图。图19所示为图2所示的电流限制单元另一种实施方式的详细控制框图。图20所示为图I所示的网侧变流器的另一种实施方式的控制框图。图21所示为图3所示的有功功率调节器中的功率调节器的另一种实施方式的控制框图。图22所示为冻结(freezing)或者重置(resetting)能量转换系统中一个或者多个积分元件的方法的一种实施方式的流程图。具体实施例方式本专利技术揭露的一个或者多个实施方式涉及具有改善的瞬态事件(TransientEvent)穿越能力的能量转换系统和方法。在此所谓的“瞬态事件穿越能力”是指在遇到一个或者多个瞬态事件或者出现一个或者多个故障情况时，能量转换系统仍能够维持其正常运作或者能够恢复并返回正常运作。在此所谓的“瞬态事件”或者“故障情况”是指在能量源侧(例如光伏电源侧)发生的一个或者多个事件或者情况，或者在负载侧(例如电网 侦D发生的一个或者多个事件或者状况。更具体而言，本专利技术基于电压源控制架构或者算法来具体实施并改进上述的瞬态事件穿越能力。在此所谓的“电压源控制(Voltage SourceControl,VSC)架构或者算法”是指在一种具体的实施方式中其主要的控制变量包括交流侧电压的幅值指令和相位角指令之相关控制机制。在一些实施方式中，例如，在发生包括低电压穿越事件或者零电压穿越事件等在内的瞬态事件时，可以通过在网侧控制器中执行限流算法或者更具体的相量限流算法，来限制能量转换系统的输出电流。再进一步，在发生包括低电压穿越事件或者零电压穿越事件等在内的瞬态事件时，可以通过在网侧控制器中进一步执行直流边界电压限制算法，将直流母线的电压控制在预定的边界范围内。再者，在一些实施方式中，能量转换系统还可以进行抗饱和(Anti-Windup)设计，也即，在能量转换系统进入瞬态事件或者从瞬态事件恢复的过程中将能量转换系统中的一个或者多个积分器件设置成停止工作，并在瞬态事件恢复完成后对该一个或者本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能量转换系统，其特征在于：该能量转换系统包括：直流母线，网侧变流器，以及电压源控制器；该直流母线接收直流电；该网侧变流器与直流母线连接，并用于将该直流母线上的直流电转换成交流电；该电压源控制器用于提供控制信号给该网侧变流器，以使得该网侧变流器对转换后的交流电进行调节，该电压源控制器包括：信号产生单元，限流单元以及限压单元，该信号产生单元用于至少根据功率指令信号和功率反馈信号提供控制信号给该网侧变流器；该限流单元用于在发生瞬态事件时，至少根据电流阈值限制该控制信号；该限压单元用于在发生该瞬态事件时，至少根据直流电压反馈信号和直流边界电压阈值限制该控制信号。

【技术特征摘要】
1.一种能量转换系统，其特征在于该能量转换系统包括直流母线，网侧变流器，以及电压源控制器；该直流母线接收直流电；该网侧变流器与直流母线连接，并用于将该直流母线上的直流电转换成交流电；该电压源控制器用于提供控制信号给该网侧变流器，以使得该网侧变流器对转换后的交流电进行调节，该电压源控制器包括信号产生单元，限流单元以及限压单元，该信号产生单元用于至少根据功率指令信号和功率反馈信号提供控制信号给该网侧变流器；该限流单元用于在发生瞬态事件时，至少根据电流阈值限制该控制信号；该限压单元用于在发生该瞬态事件时，至少根据直流电压反馈信号和直流边界电压阈值限制该控制信号。2.如权利要求I所述的能量转换系统，其特征在于该能量转换系统还包括最大功率点追踪装置，该最大功率点追踪装置用于产生最大功率点参考信号，其中该电压源控制器还包括功率指令调节单元，该功率指令调节单元用于根据该最大功率点参考信号限制该功率指令信号。3.如权利要求I所述的能量转换系统，其特征在于该电压源控制器还包括有功功率调节器，该有功功率调节器用于根据该功率指令信号和该功率反馈信号产生频率指令信号，并将该频率指令信号积分产生相位角指令信号，其中该电压源控制器进一步被配置成使用该相位角指令信号产生该控制信号。4.如权利要求3所述的能量转换系统，其特征在于该电压源控制器还包括冻结单元，该冻结单元用于通过判断网侧变流器输出端的电压判定该能量转换系统是否进入瞬态事件或者从瞬态事件恢复，并在该能量转换系统被判定出从瞬态事件恢复之前发出状态指示信号，以用于冻结该有功功率调节单元中的积分器件。5.如权利要求3中所述的能量转换系统，其特征在于该限流单元被配置成至少根据该电流阈值和网侧变流器输出端的阻抗计算电压幅值阈值，该限流单元还至少根据该计算的电压幅值阈值和网侧反馈电压计算相位角限制信号，该相位角限制信号用于限制该相位角指令信号。6.如权利要求3所述的能量转换系统，其特征在于该能量转换系统进一步包括锁相环电路，该锁相环电路用于根据网侧电压产生频率参考信号或者相位角参考信号，该有功功率调节器用于通过该频率参考信号调节该频率信号并产生该相位角指令信号，或者通过该相位角参考信号调节该相位角指令信号。7.如权利要求3所述的能量转换系统，其特征在于该限压单元进一步被配置成根据该直流电压反馈信号和该直流边界电压阈值给该频率指令信号提供频率修正信号，或者给该相位角指令信号提供相位角修正信号。8.如权利要求I所述的能量转换系统，其特征在于该电压源控制器进一步包括无功功率调节器，该无功功率调节器用于根据无功功率指令信号和无功功率反馈信号产生电压幅值指令信号，其中该电压源控制器进一步被配置成使用该电压幅值指令信号产生提供给网侧变流器的控制信号。9.如权利要求8所述的能量转换系统，其特征在于该电压源控制器进一步包括冻结单元，该冻结单元用于通过判断网侧变流器输出端的电压判定该能量装换系统是否进入瞬态事件或者从瞬态事件恢复，并在该能量转换系统被判定出从该瞬态事件恢复之前发出状态指示信号，以用于冻结该无功功率调节单元中的积分器件。10.如权利要求8所述的能量转换系统，其特征在于该限流单元被配置成至少根据该电流阈值和网侧变流器输出端的阻抗计算电压幅值阈值，该限流单元还至少根据该计算的电压幅值阈值和网侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭卓辉，邬心慧，邬雪琴，公茂忠，郭晓明，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：