[發明專利]能量轉換系統及其操作方法、光伏發電系統

有效

• 申請號: 201110285828.2
• 申請日: 2011-09-23
• 公開（公告）號: CN103023059A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 譚卓輝;鄔雪琴;鄔心慧;公茂忠;袁小明
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/18;H02J3/12
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 彭久云

技術領域

本發明公開的實施方式涉及能量轉換系統和方法，以向電力系統提供電能，特別涉及一種具有改進的控制架構的能量轉換系統和相關的控制方法。

背景技術

基本而言，在全世界范圍內，通過可再生能源發電系統，例如光伏發電系統產生的電能，其所占據的份額越來越顯著。一般的光伏發電系統包括一個或者多個光伏陣列，其中每個光伏陣列又包括多個相互連接的光伏電池單元，該光伏電池單元可以將太陽輻射能轉換成直流電能。為了實現光伏陣列的并網發電，通常會使用變流器模塊將光伏陣列產生的直流電能轉換成可供電網傳輸的交流電能。

現有的供光伏發電系統使用的變流器模塊的架構有多種形式。其中一種為二級式的結構，其包括一個直流-直流變流器和一個直流-交流變流器。該直流-直流變流器控制從光伏陣列到直流母線間的直流電能的傳輸。該直流-交流變流器則將輸送到直流母線上的直流電能轉換成可供電網傳輸的交流電能。通常，現有的光伏發電系統還具有一個變流器控制模塊，其用于通過控制信號控制直流-直流變流器和一個直流-交流變流器的運作，并對各種系統變量，例如直流母線電壓，交流電網電壓和頻率等變量作補償控制。

隨著光伏并網發電系統的快速增長，通過光伏并網發電系統注入到電網的電能對電網的電壓和頻率產生顯著的影響。通常，傳統的能量轉換系統基于電流源控制架構對電流進行調節而不直接提供電壓調節或者間接進行電壓調節。因此，在此種情形下，對光伏能量轉換系統輸出端的電能進行調節變得具有相當的挑戰。

因此，有必要提供一種改進的能量轉換系統和方法以解決上述的技術問題。

發明內容

有鑒于上述提及之技術問題，本發明的一個方面在于提供一種能量轉換系統，該能量轉換系統被配置成可以同時調節能量轉換系統輸出的交流電壓和交流電流。該能量轉換系統包括直流母線，變流器模塊，以及變流器控制模塊。直流母線接收來自于電源的直流電。變流器模塊與直流母線連接，并用于將直流母線上的直流電轉換成交流電，該交流電包括交流電壓和交流電流。變流器控制模塊與變流器模塊連接。該變流器控制器模塊被構建成至少部分基于由電壓源控制架構和電流源控制架構復合的控制架構。該變流器控制器被配置成根據電壓指令信號調節交流電壓，該變流器控制器還被配置成根據電流指令信號調節交流電流。

本發明的另一個方面在于提供一種能量轉換系統。該能量轉換系統包括直流母線，變流器模塊，以及變流器控制模塊。該直流母線接收來自于電源的直流電。該變流器模塊與直流母線連接，并用于將該直流母線上的直流電轉換成交流電。該變流器控制模塊與該變流器模塊連接，該變流器控制模塊用于接收代表變流器模塊輸出端電壓的電壓反饋信號以及代表變流器模塊輸出端電流的電流反饋信號。該變流器控制模塊還根據功率指令信號和通過該電壓反饋信號和電流反饋信號獲得的功率反饋信號產生相位角指令信號。該變流器控制模塊還根據無功功率指令信號和通過該電壓反饋信號和電流反饋信號獲得的無功功率反饋信號產生電壓幅值指令信號。該變流器控制模塊還用于根據該相位角指令信號，電壓幅值指令信號，電壓反饋信號以及電流反饋信號產生作用到該變流器模塊的控制信號。

本發明的另一個方面在于提供一種變流器控制系統。該變流器控制系統用于發送控制信號給變流器系統，以驅動變流器系統將直流形式的能量轉換成交流形式的能量，該交流形式的能量被送入到與該變流器系統連接的電網。該變流器控制系統還接收代表變流器系統輸出端電壓的電壓反饋信號以及代表變流器系統輸出端電流的電流反饋信號。該變流器控制系統包括有功功率調節器，無功功率調節器，以及混合調節器。該有功功率調節器根據功率指令信號和通過該電壓反饋信號和電流反饋信號獲得的功率反饋信號產生相位角指令信號。該無功功率調節器根據無功功率指令信號和通過該電壓反饋信號和電流反饋信號獲得的無功功率反饋信號產生電壓幅值指令信號。該混合調節器用于根據該相位角指令信號，電壓幅值指令信號，電壓反饋信號以及電流反饋信號產生作用到該變流器系統的控制信號。