能量转换系统的最大功率点追踪控制和相关方法技术方案

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根据电流反馈信号和电压反馈信号产生最大功率点参考信号的最大功率点追踪装置；接收来自于直流母线的直流电；将该直流母线上的直流电转换成交流电的变流器模块；根据该最大功率点参考信号以及网侧功率反馈信号产生控制信号的变流器控制模块。该变流器控制模块将该控制信号发送给该变流器模块，以使得该变流器模块对转换后的交流电进行调节，并使得电源输出最大功率。本发明专利技术还揭示一种控制能量转换系统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最大功率点追踪控制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，通常会使用变流器模块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模块的架构有多种形式。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。由于光伏电源器件本身固有的非线性特点，通常较难准确预测光伏电源的最佳工作点。因此，几乎所有的光伏发电系统均采取最大功率点追踪控制，以确保在光伏电源的发电过程中能从该光伏电源抽取出最大的功率。一般的最大功率点追踪控制通过执行包括扰动观测算法或者电导增量法在内的各种算法来实现。然而，当该光伏发电系统并网连接时，执行最大功率点追踪算法可能存在一些新的挑战。其中的一个挑战是当从光伏电源抽取出的最大输出功率大于网侧输出功率时，直流母线会出现功率不平衡。特别是当光伏发电系统连接到弱电网时，由于弱电网有更大的电压和频率变动，这样功率不平衡问题就显得更加突出。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。该能量转换系统包括最大功率点追踪装置，直流母线，变流器模块，以及变流器控制模块。该最大功率点追踪装置用于接收来自于电源的电流反馈信号和电压反馈信号，并至少基于该接收的电流反馈信号和电压反馈信号产生最大功率点参考信号。该直流母线接收来自于该电源的直流电。该变流器模块与直流母线连接，并用于将该直流母线上的直流电转换成交流电。该变流器控制模块用于接收该最大功率点追踪装置提供的最大功率点参考信号，以及该变流器模块提供的网侧功率反馈信号。该变流器控制模块还至少根据该最大功率点参考信号以及该网侧功率反馈信号产生控制信号。该变流器控制模块还将该控制信号发送给该变流器模块，以使得该变流器模块对转换后的交流电进行调节，并使得该电源输出最大功率。本专利技术的另一个方面在于提供一种操作能量转换系统的方法。该方法至少包括如下步骤至少根据在电源输出端测得的电流反馈信号和电压反馈信号产生最大功率点参考信号；至少根据该最大功率点参考信号和网侧功率反馈信号产生控制信号；以及将该控制信号作用到该能量转换系统的变流器模块，以使得该电源输出最大功率并且减轻功率不平衡。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最大功率点追踪装置，直流母线，网侧变流器，以及网侧控制器。该最大功率点追踪装置用于接收来自于光伏电源的电流反馈信号和电压反馈信号，并至少基于该接收的电流反馈信号和电压反馈信号产生最大功率点参考信号。该直流母线接收来自于该光伏电源的直流电。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。该网侧控制器用于接收该最大功率点追踪装置提供的最大功率点参考信号，以及该网侧变流器提供的网侧功率反馈信号。该网侧控制器还至少根据该最大功率点参考信号以及该网侧功率反馈信号产生控制信号。该网侧控制器还将该控制信号发送给该网侧变流器，以使得该网侧变流器对转换后的交流电进行调节，并使得该光伏电源输出最大功率。·本专利技术提供的能量转换系统，控制能量转换系统运作的方法以及光伏发电系统，通过基于电压源的控制架构，在能量转换的过程中，并通过最大功率点追踪装置产生的最大功率点参考信号，调整系统的能量输出，以使得该能量转换系统取得较佳的功率平衡。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结合最大功率点追踪装置的一种实施方式的详细控制框图。图4所示为图2所示的有功功率调节器结合最大功率点追踪装置的另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结合最大功率点追踪装置的又一种实施方式的详细控制框图。图6所示为图I所示的光伏侧控制器的一种实施方式的详细控制框图。图7所示为图I所示的光伏侧控制器的另一种实施方式的详细控制框图。图8所示为图I所示的光伏侧控制器的又一种实施方式的详细控制框图。图9所示为图I所示的光伏侧控制器的再一种实施方式的详细控制框图。图10所示为改进的供光伏能量转换系统执行的最大功率点追踪算法的一种实施方式的流程图。图11所示为光伏电源其光伏功率与光伏电压之间函数特性的曲线示意图。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最大功率点追踪控制能力的能量转换系统和方法。在此所谓的“最大功率点追踪控制能力”是指由软件或者硬件方式执行的控制机制或者算法，用于寻找光伏电源的最佳工作点，从而可以从光伏电源抽取出最大的功率。更具体而言，在此描述的最大功率点追踪控制能力基于电压源控制架构或者算法来具体实施。在此所谓的“电压源控制(Voltage Source Control, 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。进一步而言，基于电压源控制架构执行最大功率点追踪算法时，通过控制光伏电源输出的功率与网侧的输出功率相互协调，以取得一定的功率平衡。因此，在一些实施方式中，能量转换系统可以不使用额外的在传统的光伏能量转换系统中使用的能量存储装置，来存储光伏电源发出的额外能量。以下将描述本专利技术的一个或者多个具体实施方式。首先要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，或者为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作·出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本专利技术公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的
技术实现思路
的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本公开的内容不充分。除非另作定义，在本说明书和权利要求书中使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属
内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中使用的“第一”或者“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量本文档来自技高网...

【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：最大功率点追踪装置，直流母线，变流器模块，以及变流器控制模块；该最大功率点追踪装置用于接收来自于电源的电流反馈信号和电压反馈信号，并至少基于该接收的电流反馈信号和电压反馈信号产生最大功率点参考信号；该直流母线接收来自于该电源的直流电；该变流器模块与直流母线连接，并用于将该直流母线上的直流电转换成交流电；该变流器控制模块用于接收该最大功率点追踪装置提供的最大功率点参考信号，以及该变流器模块提供的网侧功率反馈信号，该变流器控制模块还至少根据该最大功率点参考信号以及该网侧功率反馈信号产生控制信号；该变流器控制模块还将该控制信号发送给该变流器模块，以使得该变流器模块对转换后的交流电进行调节，并使得该电源输出最大功率。

【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最大功率点追踪装置，直流母线，变流器模块，以及变流器控制模块；该最大功率点追踪装置用于接收来自于电源的电流反馈信号和电压反馈信号，并至少基于该接收的电流反馈信号和电压反馈信号产生最大功率点参考信号；该直流母线接收来自于该电源的直流电；该变流器模块与直流母线连接，并用于将该直流母线上的直流电转换成交流电；该变流器控制模块用于接收该最大功率点追踪装置提供的最大功率点参考信号，以及该变流器模块提供的网侧功率反馈信号，该变流器控制模块还至少根据该最大功率点参考信号以及该网侧功率反馈信号产生控制信号；该变流器控制模块还将该控制信号发送给该变流器模块，以使得该变流器模块对转换后的交流电进行调节，并使得该电源输出最大功率。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网侧变流器，该网侧变流器用于将该该直流母线上的直流电转换成交流电，其中该变流器控制模块包括网侧控制器，该网侧控制器至少基于该最大功率点参考信号以及该网侧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，其中该相位角指令信号被用来产生控制该网侧变流器的控制信号。3.如权利要求2所述的能量转换系统，其特征在于该网侧控制器还被配置成至少基于直流电压指令信号以及从该直流母线检测到的直流电压反馈信号产生该控制信号，该网侧控制器发送该控制信号给该网侧变流器，以调节该直流母线的直流电压。4.如权利要求2所述的能量转换系统，其特征在于该最大功率点追踪装置包括功率计算单元以及最大功率点参考单元；该功率计算单元用于接收该电流反馈信号和电压反馈信号，并通过将该电流反馈信号和电压反馈信号相乘以计算出电源功率反馈信号；该最大功率点参考单元用于接收该电源功率反馈信号，并将该电源功率反馈信号与先前功率参考信号相比较，以产生最大功率点功率参考信号；其中该网侧控制器还被配置成使用该最大功率点功率参考信号产生发送给该网侧变流器的控制信号。5.如权利要求2所述的能量转换系统，其特征在于该最大功率点追踪装置包括功率计算单元以及最大功率点参考和匹配单元；该功率计算单元用于接收该电流反馈信号和电压反馈信号，并通过将该电流反馈信号和电压反馈信号相乘以计算出电源功率反馈信号；该最大功率点参考和匹配单元用于接收该电源功率反馈信号，并基于该电源功率反馈信号产生最大功率点电流参考信号；其中该网侧控制器还包括乘法元件，该乘法元件用于通过将该最大功率点电流参考信号与电压反馈信号相乘以得到最大功率点功率参考信号，该网侧控制器还被配置成使用该最大功率点功率参考信号产生发送给该网侧变流器的控制信号。6.如权利要求2所述的能量转换系统，其特征在于该最大功率点追踪装置包括功率计算单元以及最大功率点参考和匹配单元；该功率计算单元用于接收该电流反馈信号和电压反馈信号，并通过将该电流反馈信号和电压反馈信号相乘以计算出电源功率反馈信号；该最大功率点参考和匹配单元用于接收该电源功率反馈信号，并基于该电源功率反馈信号产生最大功率点电压参考信号；其中该网侧控制器还包括乘法元件，该乘法元件用于通过将该最大功率点电压参考信号与电流反馈信号相乘以得到最大功率点功率参考信号，该网侧控制器还被配置成使用该最大功率点功率参考信号产生发送给该网侧变流器的控制信号。7.如权利要求I所述的能量转换系统，其特征在于该变流器模块包括电源侧变流器，该电源侧变流器用于将从该电源接收的直流或者交流电转换成直流电，其中该变流器控制模块包括电源侧控制器，该电源侧控制器被配置成至少基于直流电压指令信号以及从该直流母线检测到的直流电压反馈信号产生控制信号，该电源侧控制器将该控制信号发送给该电源侧变流器，以控制该电源侧变流器调节该直流母线的直流电压。8.如权利要求7所述的能量转换系统，其特征在于该电源侧控制器包括直流电压控制器，匹配单元以及电流调节器，该直流电压控制器用于基于该直流电压指令信号以及该直流电压反馈信号之间的差值产生功率指令信号；该匹配单元用于根据该功率指令信号匹配得到电流指令信号；该电流调节器基于该电流指令信号以及该电流反馈信号之间的差值产生控制信号，该控制信号被作用到该电源侧变流器。9.如权利要求8所述的能量转换系统，其特征在于该最大功率点追踪装置包括功率计算单元以及最大功率点参考单元；该功率计算单元用于接收该电流反馈信号和电压反馈信号，并通过将该电流反馈信号和电压反馈信号相乘以计算出电源功率反馈信号；该最大功率点参考单元用于接收该电源功率反馈信号，并将该电源功率反馈信号与先前功率参考信号相比较，以产生最大功率点功率参考信号；其中，该电源侧控制器还包括加法元件，该加法元件用于将该最大功率点功率参考信号与该直流电压控制器产生的功率指令信号结口 ο10.如权利要求7所述的能量转换系统，其特征在于该电源侧控制器包括直流...

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