[發明專利]交流電網相位變化檢測和補償系統和方法

有效

• 申請號: 201110363333.7
• 申請日: 2011-11-16
• 公開（公告）號: CN103116074A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 公茂忠;譚卓輝;鄔雪琴;朱慧斌;大衛.史密斯
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: G01R25/00
• 分類號: G01R25/00;H02J3/38
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 周少杰

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，特別涉及一種對交流電網中的相位變化進行檢測和補償的系統和方法。

背景技術

一般而言，在能量轉換系統中，例如可再生能源能量轉換系統中，通常使用鎖相環裝置(Phase?locked?loop，PLL)來進行能量轉換系統和電網之間的同步控制。圖1示出一種傳統使用的鎖相環裝置。圖1所示的鎖相環裝置120包括坐標變換單元114，其用于將三相電網電壓信號112轉換成在d-q坐標系下的d軸電壓信號(圖未示出)和q軸電壓信號116。該q軸電壓信號116被提供給求和元件118，該求和元件118將零電壓指令信號122與q軸電壓信號116相減，以得到q軸電壓偏差信號124。該零電壓指令信號122表示在穩態情形下，q軸電壓信號116應當被調節為零。該電壓偏差信號124經過比例積分調節器126處理后，產生頻率參考信號128。該頻率參考信號128經過限幅元件132限制其幅值后，以得到限制的頻率參考信號134。該限制的頻率參考信號134經過積分元件136積分后，產生參考相位角信號138。該參考相位角信號138并被傳回給該坐標變換單元114，以用于進行電壓變換。當鎖相環裝置120鎖定電網時，q軸電壓信號116為零，參考相位角信號138即代表電網電壓112的相位角。然而，當電網發生瞬態事件或者遇到故障情形時，電網電壓112可能存在較大的相位變化，此時q軸電壓信號116不為零。在此情形下，由于鎖相環裝置120的控制環路的響應速度較慢，鎖相環裝置120可能無法快速地提供電網電壓的正確相位信息。使用錯誤的相位信息進行控制，可能會導致反向的功率從電網流向能量轉換系統。此反向的功率流可能會損壞能量轉換系統內的半導體器件，并會產生功率不平衡問題，以及導致能量轉換系統的直流母線承受較大的電壓壓力。

因此，有必要提供一種改進的系統和方法來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相位變化檢測系統。該相位變化檢測系統包括坐標變換裝置和相位變化檢測裝置。該坐標變換裝置被配置成用于接收一相或者多相的電網電壓反饋信號，并將該一相或者多相的電壓反饋信號變換成在靜止坐標系下的第一電壓分量信號和第二電壓分量信號。該相位變化檢測裝置與該坐標變換裝置連接，該相位變化檢測裝置被配置成用于接收該第一電壓分量信號和該第二電壓分量信號，并至少基于該第一電壓分量信號和該第二電壓分量信號計算出代表存在于該一相或者多相的電壓反饋信號中的相位變化的相位偏差信號。

在一些實施方式中，在此提供的相位變化檢測系統中，該相位變化檢測系統包括相位角計算單元，預處理單元，第一濾波器，第二濾波器，以及求和元件。該相位角計算單元被配置成用于接收該第一電壓分量信號和該第二電壓分量信號，并至少基于該第一電壓分量信號和該第二電壓分量信號計算出瞬時相位角信號。該預處理單元被配置成用于接收該瞬時相位角信號以及參考信號，并通過將該瞬時相位角信號和該參考信號相減以得到預處理的相位角信號。該第一濾波器被配置成用于對該預處理的相位角信號進行濾波，以提供第一濾波器輸出信號，該第一濾波器輸出信號代表不包含相位變化內容的預處理的相位角信號。該第二濾波器被配置成用于對該預處理的相位角信號進行濾波，以提供第二濾波器輸出信號，該第二濾波器輸出信號代表包含相位變化內容的預處理的相位角信號。該求和元件被配置成用于將該第二濾波器輸出信號和該第一濾波器輸出信號相減，以得到該相位偏差信號。

在一些實施方式中，在提供的相位變化檢測系統中，該第一濾波器包括慢速濾波器，該慢速濾波器具有第一帶寬，以用于有效濾除預處理的相位角信號中包含的相位偏差信號；該第二濾波器包括快速濾波器，該快速濾波器具有大于該第一帶寬的第二帶寬，用于允許該預處理的相位角信號中包含的相位偏差信號通過。