專(zhuān)利名稱(chēng)：用于多相電力轉(zhuǎn)換器的控制的系統(tǒng)以及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
該發(fā)明一般涉及電能轉(zhuǎn)換以及，更特殊地，涉及用于電能轉(zhuǎn)換的多相電力轉(zhuǎn)換器的控制。
背景技術(shù)：
隨著傳統(tǒng)能源的提升成本以及缺乏和對(duì)環(huán)境的關(guān)注，在代用能源(比如太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)、燃料電池、風(fēng)力渦輪機(jī)以及海洋水電動(dòng)力裝置)方面存在相當(dāng)大的興趣。這些代用能源的大部分采用三相脈寬調(diào)制(PWM)轉(zhuǎn)換器以輸電至電網(wǎng)。與電網(wǎng)連接的三相PWM轉(zhuǎn)換器典型地以電流控制模式調(diào)整，其中控制器使用電網(wǎng)的電壓以及電流與鎖相環(huán)路(PLL)電路來(lái)獲得控制信號(hào)以提供待注入電網(wǎng)的電流的相位與頻率。然而，如果電網(wǎng)不可用，如當(dāng)代用能源以孤島模式運(yùn)行時(shí)的例子，轉(zhuǎn)換器被迫離開(kāi)電流控制模式并且切換至電壓控制模式，其中電壓的頻率以及相位由內(nèi)產(chǎn)生。在這樣的例子中，控制器一般包括在其輸出處的電流限制器以限制輸出電流并且被設(shè)計(jì)成具有足夠的帶寬以在帶不平衡負(fù)載的運(yùn)行狀況下產(chǎn)生平衡的電壓。這些限制器的設(shè)計(jì)以及調(diào)諧由于限制器的非線性本性以及由于負(fù)載的可變本性而相當(dāng)難處理。更進(jìn)一步，這些轉(zhuǎn)換器通過(guò)變壓器以這樣的方式與電網(wǎng)或者負(fù)載連接，在該方式中控制器被設(shè)計(jì)成以避免可給這些變壓器的芯帶來(lái)飽和的運(yùn)行模式的方式來(lái)提供控制信號(hào)。另一挑戰(zhàn)是，當(dāng)電網(wǎng)不可用時(shí)，執(zhí)行從電流控制到電壓控制的平穩(wěn)轉(zhuǎn)變或者當(dāng)電網(wǎng)又變得可用時(shí)，執(zhí)行從電壓控制返回電流控制的平穩(wěn)轉(zhuǎn)變不是容易的。因此，提供將解決前述問(wèn)題的方法以及系統(tǒng)是所希望的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，用于控制多相電力轉(zhuǎn)換器的控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)包括電流控制模塊(其用于產(chǎn)生用于多相電力轉(zhuǎn)換器的電網(wǎng)電壓命令信號(hào))以及電壓控制模塊 (其用于產(chǎn)生用于電流控制模塊的參考轉(zhuǎn)換器電流命令信號(hào))。該控制系統(tǒng)還包括電流命令選擇器，其用于當(dāng)多相電力轉(zhuǎn)換器與電網(wǎng)連接時(shí)將來(lái)自監(jiān)督控制器的有功與無(wú)功電流命令信號(hào)供給電流控制模塊，用于以及當(dāng)多相電力轉(zhuǎn)換器與電網(wǎng)斷開(kāi)連接時(shí)將參考轉(zhuǎn)換器電流命令信號(hào)供給電流控制模塊。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供了用于控制多相電力轉(zhuǎn)換器的方法。該方法包括連續(xù)使用電壓反饋信號(hào)以用于產(chǎn)生參考轉(zhuǎn)換器電流命令信號(hào)以及，當(dāng)多相電力轉(zhuǎn)換器與電網(wǎng)連接時(shí)，使用來(lái)自監(jiān)督的有功與無(wú)功電流命令信號(hào)以用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)換器切換信號(hào)。當(dāng)多相電力轉(zhuǎn)換器未與任何電網(wǎng)連接時(shí)，該方法使用參考轉(zhuǎn)換器電流命令信號(hào)以用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)換器切換信號(hào)。


本發(fā)明這些和其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)當(dāng)參考附圖(在其中類(lèi)似的字符表示遍及所有附圖的類(lèi)似部件)閱讀了下面詳細(xì)的描述時(shí)可以被更好地理解，其中圖1是與電網(wǎng)連接的PWM轉(zhuǎn)換器的圖表表示；圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于控制圖1的PWM轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器控制器的圖表表示；圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)電流控制模塊的圖表表示；圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電壓控制模塊的圖表表示；圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在圖3中圖示的電壓控制模塊的正-負(fù)序列電壓調(diào)整器的框圖；以及圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例帶有雙積分器的電壓調(diào)整器。
具體實(shí)施例方式圖1圖示與電網(wǎng)14連接的PWM轉(zhuǎn)換器12的示意圖10。PWM轉(zhuǎn)換器12將輸入DC 電力轉(zhuǎn)換成AC電力并且通過(guò)低通濾波器18與變壓器20將AC電力傳輸至電網(wǎng)14以及至負(fù)載16。低通濾波器可包括例如電感器17與電容器19。DC電源15與PWM轉(zhuǎn)換器12耦合。在一個(gè)實(shí)施例中，DC電源15包含能量存儲(chǔ)裝置(比如電池)。在另一實(shí)施例中，DC電源15包含一個(gè)或者多個(gè)燃料電池或者光伏(PV)電池。在又另一實(shí)施例中，DC電源15包含帶有AC至DC轉(zhuǎn)換器的風(fēng)力渦輪機(jī)或者海洋動(dòng)力能量裝置。斷路器22可被用于在異常狀況(比如故障)期間將PWM轉(zhuǎn)換器12與電網(wǎng)14隔離。電網(wǎng)狀況監(jiān)測(cè)器(未示出)啟動(dòng)在斷路器22處的跳閘動(dòng)作以響應(yīng)這些異常狀況。負(fù)載16可以是電感式、阻抗式、電容式或者其組合。轉(zhuǎn)換器控制器M提供合適的命令給轉(zhuǎn)換器12以其輸出電壓與電流。圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于在圖1的實(shí)施例中使用的轉(zhuǎn)換器控制器24。 轉(zhuǎn)換器控制器M包括監(jiān)督控制器27與電壓控制模塊100。監(jiān)督控制器27給電流命令選擇器塊33提供d-q域的有功與無(wú)功電流命令I(lǐng)d_CmdG與Iq_CmdG。在一個(gè)實(shí)施例中，監(jiān)督控制器27基于由用戶設(shè)置的、基于電網(wǎng)狀況或基于DC電源15 (在圖1中所示)的狀況由算法評(píng)估的有功與無(wú)功電力命令來(lái)產(chǎn)生有功與無(wú)功電流命令。電壓控制模塊100接收三相轉(zhuǎn)換器電流反饋信號(hào)I_Fbk(Ia_Fbk、Ib_Fbk, Ic_Fbk)、負(fù)載電流信號(hào)Iload_Fbk、以及線路電壓反饋信號(hào)V_Fbk(Vab_Fbk、VbC_Fbk、VCa_Fbk)并且給電流命令選擇器塊33提供d_q域參考轉(zhuǎn)換器電流命令信號(hào)Id_CmdSA與Iq_CmdSA。應(yīng)注意，I_Fbk、Iload_Fbk以及V_Fbk是三相a-b-c域信號(hào)，其可進(jìn)一步被轉(zhuǎn)換成d-q域信號(hào)。轉(zhuǎn)換器電流反饋信號(hào)I_Fbk代表轉(zhuǎn)換器12的輸出電流，并且電壓反饋信號(hào)V_Fl3k代表跨圖1的濾波電容器19的電壓。更進(jìn)一步地，負(fù)載電流信號(hào)IloacLFbk能直接被測(cè)量或者能通過(guò)從轉(zhuǎn)換器電流反饋信號(hào)I_Fbk中減去濾波器電流信號(hào)(未示出)來(lái)確定。在一個(gè)實(shí)施例中，濾波器電流信號(hào)從濾波器阻抗模型來(lái)計(jì)算。對(duì)與電網(wǎng)連接的例子，對(duì)通過(guò)轉(zhuǎn)換器12注入電網(wǎng)14(圖1)的電流來(lái)說(shuō)，具有與電網(wǎng)14的相位以及頻率相同的相位以及頻率是必須的。在一個(gè)實(shí)施例中，三相電壓反饋信號(hào) V_Fl3k被采用以產(chǎn)生通過(guò)轉(zhuǎn)換器12待注入電網(wǎng)14的電壓的相位與頻率。在更具體的實(shí)施例中，三相電流反饋信號(hào)Ia_Fbk、Ib_Fbk, Ic_Fbk與線路電壓信號(hào)Vab_Fbk、Vbc_Fbk以及 Vca_Fbk首先使用如下給定的Clarke變換矩陣42從a-b_c域變換成α - β -0域，如，I α _Fbk, I β _Fbk、Io_Fbk，V α _Fbk 以及 V β _Fbk、Vo_Fbk
權(quán)利要求
1.一種用于控制多相電力轉(zhuǎn)換器(12)的控制系統(tǒng)(34)，所述控制系統(tǒng)包括電流控制模塊(40)，其用于產(chǎn)生用于所述多相電力轉(zhuǎn)換器(12)的電網(wǎng)電壓命令信號(hào)；電壓控制模塊(100)，其用于產(chǎn)生用于所述電流控制模塊00)的參考轉(zhuǎn)換器電流命令信號(hào)；以及電流命令選擇器(33)，其用于當(dāng)所述多相電力轉(zhuǎn)換器(1 與所述電網(wǎng)連接時(shí)，將來(lái)自監(jiān)督控制器(27)的有功與無(wú)功電流命令信號(hào)供給所述電流控制模塊00)，以及用于當(dāng)所述多相電力轉(zhuǎn)換器(1 與所述電網(wǎng)未連接時(shí)，將所述參考轉(zhuǎn)換器電流命令信號(hào)供給所述電流控制模塊GO)。
2.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中所述電壓控制模塊(100)包括濾波器阻抗模型 (102)，其用于基于參考電壓命令信號(hào)確定與所述多相電力轉(zhuǎn)換器(12)耦合的LC濾波器 (18)的濾波器電流信號(hào)。
3.如權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，進(jìn)一步包括電壓調(diào)整器(108)，其用于接收多相電力轉(zhuǎn)換器電壓反饋信號(hào)與參考電壓命令的相位角并且用于產(chǎn)生序列電流命令信號(hào)。
4.如權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)，其中所述電壓調(diào)整器包括正序列電壓調(diào)整器，其用于產(chǎn)生在d_q參考系中的正序列電流命令；以及負(fù)序列電壓調(diào)整器，其用于產(chǎn)生在d_q參考系中的負(fù)序列電流命令，并且其中所述序列電流命令通過(guò)將在所述d_q參考系中的所述正序列與負(fù)序列電流命令相加來(lái)產(chǎn)生。
5.如權(quán)利要求4所述的控制系統(tǒng)，其中所述正序列電壓調(diào)整器包括兩個(gè)正序列電壓調(diào)整元件(164、166)，每個(gè)包括比例積分(PI)調(diào)整器與雙積分器000)。
6.如權(quán)利要求4所述的控制系統(tǒng)，其中所述負(fù)序列電壓調(diào)整器包括第一變換矩陣 (168)以通過(guò)以兩倍于電網(wǎng)頻率向前旋轉(zhuǎn)而將電壓反饋信號(hào)轉(zhuǎn)換成d-q域負(fù)電壓分量。
7.如權(quán)利要求6所述的控制系統(tǒng)，其中所述負(fù)序列電壓調(diào)整器包括低通濾波器(170、 172)，其被配置成通過(guò)濾波所述d-q域負(fù)電壓分量來(lái)產(chǎn)生d-q域負(fù)序列電壓。
8.如權(quán)利要求7所述的控制系統(tǒng)，其中所述低通濾波器每個(gè)包括浮動(dòng)平均濾波器。
9.如權(quán)利要求8所述的控制系統(tǒng)，其中所述負(fù)序列電壓調(diào)整器包括負(fù)序列調(diào)整元件 (174、176)，其被配置成從所述濾波的d-q域負(fù)序列電壓來(lái)確定d_q域負(fù)電流分量。
10.一種用于控制多相電力轉(zhuǎn)換器的方法，包括連續(xù)使用電壓反饋信號(hào)以用于產(chǎn)生參考轉(zhuǎn)換器電流命令信號(hào)；當(dāng)所述多相電力轉(zhuǎn)換器與電網(wǎng)連接時(shí)，使用來(lái)自監(jiān)督控制器的有功與無(wú)功電流命令信號(hào)以用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)換器切換信號(hào)；以及當(dāng)所述多相電力轉(zhuǎn)換器未與任何電網(wǎng)連接時(shí)，使用所述參考轉(zhuǎn)換器電流命令信號(hào)以用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)換器切換信號(hào)。
全文摘要
一種用于控制多相電力轉(zhuǎn)換器(12)的控制系統(tǒng)(34)包括電流控制模塊(40)、電壓控制模塊(100)以及電流命令選擇器(33)。電流控制模塊(40)產(chǎn)生用于多相電力轉(zhuǎn)換器(12)的電網(wǎng)電壓命令信號(hào)以及電壓控制模塊(100)產(chǎn)生用于電流控制模塊(40)的參考轉(zhuǎn)換器電流命令信號(hào)。電流命令選擇器(33)當(dāng)多相電力轉(zhuǎn)換器(12)與電網(wǎng)連接時(shí)，將來(lái)自監(jiān)督控制器(27)的有功與無(wú)功電流命令信號(hào)供給電流控制模塊(40)并且當(dāng)多相電力轉(zhuǎn)換器(12)與電網(wǎng)沒(méi)有連接時(shí)，將該參考轉(zhuǎn)換器電流命令信號(hào)供給電流控制模塊(40)。
文檔編號(hào)H02M7/5387GK102299659SQ201110190690
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月28日
發(fā)明者C·徐, 里韋拉 L·J·加爾塞斯, R·S·庫(kù)施 申請(qǐng)人:通用電氣公司