專利名稱：用于控制在孤島模式下的電網(wǎng)的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過使用頻率轉(zhuǎn)換器來控制在孤島模式下的電網(wǎng)。本發(fā)明進(jìn)一步涉及補(bǔ)償電網(wǎng)電壓的不平衡和諧波并且保護(hù)轉(zhuǎn)換器以防過流。
背景技術(shù)：
孤島模式指的是其中電網(wǎng)的一部分與 電網(wǎng)的剩余部分分離的電力網(wǎng)的狀態(tài)。可以通過與對于電網(wǎng)的剩余部分供電的手段不同的手段來對于電網(wǎng)的分離部分供電。在孤島模式下操作的能力有益于利用例如分布式發(fā)電。它使得能夠在其中不可訪問公共電力傳輸線但是可獲得電能源(例如，小規(guī)模水力、風(fēng)力或太陽能)的區(qū)域中利用電力。孤島模式操作也使得能夠在電網(wǎng)故障期間向電網(wǎng)的一部分供應(yīng)電力。通常，孤島轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)通過直接控制回路來例如通過作用于該轉(zhuǎn)換器通量(flux)或電壓而控制孤島電網(wǎng)電壓。圖I圖示了孤島轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)的示例。轉(zhuǎn)換器11連接到電網(wǎng)12。測量電網(wǎng)電壓U1，并且確定電壓的幅度Iil1U控制器13然后使用幅度|Ml|與幅度基準(zhǔn)Iil1I 一起來計算控制基準(zhǔn)的值。控制基準(zhǔn)被用作控制裝置14的輸入。控制裝置14然后基于控制基準(zhǔn)控制轉(zhuǎn)換器的逆變器電橋，以產(chǎn)生電壓向量。控制器13可以例如是PI控制器，如在圖I中那樣。控制裝置可以使用例如PWM方法或DTC (direct torque control,直接轉(zhuǎn)矩控制)方法來控制逆變器電橋。如果使用基于PWM的手段，則控制器13可以產(chǎn)生電壓向量幅度基準(zhǔn)。如果使用基于DTC的手段，如在圖I中那樣，則可以使用通量幅度基準(zhǔn)|里。*|來表示控制基準(zhǔn)。在兩種手段中，控制裝置14也可以使用角頻率基準(zhǔn)Coc*來作為輸入。在圖I中所示的控制系統(tǒng)的缺陷是不能通過控制系統(tǒng)來控制由負(fù)載看到的電壓向量的相位對齊角度(phase alignment angle)。同時,通過加負(fù)載來影響負(fù)載電壓向量。非線性負(fù)載的諧波電流可能對于輸出電壓引起諧波失真。這些電流可能難以補(bǔ)償。然而，可能重要的是，補(bǔ)償孤島轉(zhuǎn)換器的輸出電壓的諧波分量，因?yàn)樵诠聧u轉(zhuǎn)換器的輸出處的濾波器和可能的變壓器可以使得孤島電網(wǎng)具有較大的阻抗。在這些條件下，可能很難改善由負(fù)載看到的電壓的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本公開的目的是提供一種方法和一種用于實(shí)現(xiàn)該方法以便減輕上面的缺點(diǎn)的設(shè)備。通過在獨(dú)立權(quán)利要求中描述的內(nèi)容表征的方法和設(shè)備實(shí)現(xiàn)這些目的。在從屬權(quán)利要求中公開了實(shí)施例。該方法和設(shè)備利用控制轉(zhuǎn)換器的輸出電壓的一個或多個頻率分量的思想。所述頻率分量可以例如是所述輸出電壓的正序諧波分量和負(fù)序諧波分量。可以使用所述頻率分量來形成控制基準(zhǔn)，并且然后可以使用所述控制基準(zhǔn)來控制所述轉(zhuǎn)換器。可以形成所述控制基準(zhǔn)使得它在靜止基準(zhǔn)坐標(biāo)系(stationary reference frame)中不包含直流項(xiàng)。通過使用所述方法和設(shè)備，有可能改善控制特性，并且提高在控制中的自由度。所公開的方法和設(shè)備不僅使得能夠控制所述負(fù)載電壓向量的幅度，而且使得能夠控制所述電壓向量的對齊角。也更容易控制不平衡和諧波電壓。


下面，將通過優(yōu)選實(shí)施例并且參考附圖來更詳細(xì)地描述本公開的方法和設(shè)備，在附圖中圖I圖示孤島轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)的示例；圖2圖示用于控制能夠在孤島電網(wǎng)中操作的布置的電力的傳送的方法；圖3圖示包括用于控制能夠在孤島電網(wǎng)中操作的布置中的電力的傳送的設(shè)備的該布置；以及圖4圖示具有限制輸出電流的能力的基頻電壓控制器。
具體實(shí)施例方式圖2圖示用于控制在一種布置中的在孤島模式下的電力的傳送的方法，該布置包括轉(zhuǎn)換器21和連接到轉(zhuǎn)換器21的負(fù)載22。可以在轉(zhuǎn)換器21和負(fù)載22之間布置變壓器23。轉(zhuǎn)換器21可以被控制器24控制。該方法的控制系統(tǒng)25向控制器24提供控制基準(zhǔn)。為了確定控制基準(zhǔn)，在所公開的方法中確定轉(zhuǎn)換器的輸出電壓的一個或多個頻率分量的電壓基準(zhǔn)分量。頻率分量可以表不諸如正序分量和負(fù)序分量的分量。從控制的視點(diǎn)看，提供使用所謂的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變量來控制的系統(tǒng)可能是有益的。取代控制在靜止坐標(biāo)系中的正弦量，可以使用DC量。因此，可以在旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)坐標(biāo)系中確定電壓基準(zhǔn)分量。每一個分量可以在其本身的基準(zhǔn)坐標(biāo)系中操作。可以例如在同步基準(zhǔn)坐標(biāo)系中限定基頻分量。術(shù)語“同步基準(zhǔn)坐標(biāo)系”指的是旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)坐標(biāo)系，該旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)坐標(biāo)系具有等于負(fù)載電壓的基頻的角頻率。雖然旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)坐標(biāo)系可能在一些實(shí)施例中有益，但是本公開的方法不限于旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)坐標(biāo)系。例如，可以取代使用靜止基準(zhǔn)坐標(biāo)系。可以例如通過使用用于每一個分量的控制器來確定電壓基準(zhǔn)分量。在圖2中，圖示用于單個分量的控制回路。首先確定負(fù)載電壓基準(zhǔn)和負(fù)載電壓U/。在圖2中，在旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)坐標(biāo)系中確定它們。旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)坐標(biāo)系可以例如與基頻同步。然后基于在負(fù)載電壓基準(zhǔn)U1*和負(fù)載電壓Il1之間的差來確定在旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)坐標(biāo)系中的電壓基準(zhǔn)在圖2中，使用電壓控制器251來執(zhí)行這一點(diǎn)。控制器251可以例如是PI控制器。可以對于其他電壓基準(zhǔn)分量來形成類似的控制器。用于控制系統(tǒng)25的控制對象可以例如是轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生使得負(fù)載電壓Il1匹配負(fù)載電壓基準(zhǔn)的電壓。當(dāng)已經(jīng)確定電壓基準(zhǔn)分量時，可以基于電壓基準(zhǔn)分量來形成轉(zhuǎn)換器的輸出電壓的一個或多個頻率分量的控制基準(zhǔn)分量。所述頻率分量可以例如是輸出電壓的正序諧波分量和負(fù)序諧波分量。每一個控制基準(zhǔn)分量可以在其本身的基準(zhǔn)坐標(biāo)系中操作。最后，然后可以基于控制基準(zhǔn)分量來形成控制基準(zhǔn)，并且然后可以基于控制基準(zhǔn)來控制轉(zhuǎn)換器的輸出電壓。用于控制轉(zhuǎn)換器的控制器可以例如是電壓控制器或通量控制器。如果使用電壓控制器，則控制器可以基于電壓基準(zhǔn)分量來控制轉(zhuǎn)換器。即，通過電壓來表示控制基準(zhǔn)。電壓控制器可以例如是基于PWM (脈寬調(diào)制)的控制器。如果使用通量控制器，則可以通過基于電壓基準(zhǔn)分量形成的一個或多個通量基準(zhǔn)分量來表示控制基準(zhǔn)分量。可以通過基于通量基準(zhǔn)分量形成的通量基準(zhǔn)來表示控制基準(zhǔn)。通量控制器可以例如基于DTC調(diào)制方案。可以在所謂的標(biāo)量模式中使用DTC。即，以與對于正常的DTC使用的方式類似的方式控制通量向量的幅度，但是，扭矩控制基于通量向量基準(zhǔn)和實(shí)際通量向量的向量積。可以計算通量向量基準(zhǔn)，使得實(shí)際通量向量的角頻率等于角頻率基準(zhǔn)。在圖2中，控制器24是使用通量基準(zhǔn)JT作為輸入的通量控制器。控制系統(tǒng)25提供通量基準(zhǔn)I'在圖2中，使用通量基準(zhǔn)產(chǎn)生器252來確定通量基準(zhǔn)使用通量控制器24來基于通量基準(zhǔn)JT控制轉(zhuǎn)換器21的輸出電壓。因此，通過使用通量基準(zhǔn)JT間接地控制由轉(zhuǎn)換器21產(chǎn)生的電壓。
可以將通量基準(zhǔn)JT看作由轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的虛擬通量。虛擬通量！。是轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電壓向量y_。的時間積分JLc = / ucdt+C,(I)其中，C是常數(shù)。換句話說，通量可以包含DC項(xiàng)。相反，電壓是虛擬通量的導(dǎo)數(shù)。然而，常數(shù)的導(dǎo)數(shù)是0，因此，從通量產(chǎn)生的電壓不包含DC項(xiàng)
dLU
dt —。 (2)如果使用通量控制器來直接地控制轉(zhuǎn)換器電壓，則在通量基準(zhǔn)中的DC項(xiàng)可以在用于調(diào)制的基準(zhǔn)的計算中引起數(shù)值溢出或限幅。因此，可能優(yōu)選的是，防止DC項(xiàng)在通量基準(zhǔn)分量中產(chǎn)生。在一般項(xiàng)中，可以在以恒定的角頻率旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)坐標(biāo)系中寫出如下的等式2
uifiiJi
「00321 U = /CO Uf +——W
L-I—^ K 7 _f , f Jr.
—(3)其中，上標(biāo)n指的是以角頻率旋轉(zhuǎn)的基準(zhǔn)坐標(biāo)系。更具體地，可以在以基頻《旋轉(zhuǎn)的同步基準(zhǔn)坐標(biāo)系中寫出如下的等式2
廣.d-1^二/61|/+ Wz
€ At €
(4)其中，上標(biāo)s指的是以基頻《旋轉(zhuǎn)的同步基準(zhǔn)坐標(biāo)系。類似地，對于在頻率《n =nco的分量，可以將等式4表達(dá)如下
/iC = jn(Wl + ^Wl
m(5)其中，n是整數(shù)。n的正值表示正序分量。n的負(fù)值表示負(fù)序分量。以分量形式，這可以被寫為
權(quán)利要求
1.一種用于控制在一種布置中在孤島模式下的電力的傳送的方法，所述布置包括轉(zhuǎn)換器和連接到所述轉(zhuǎn)換器的負(fù)載，其中，所述方法包括 確定所述轉(zhuǎn)換器的輸出電壓的一個或多個頻率分量的電壓基準(zhǔn)分量，其中，所述頻率分量表不諸如正序分量、負(fù)序分量或諧波分量的分量， 通過基于負(fù)載電流形成一個或多個電壓前饋項(xiàng)并且使用所述前饋項(xiàng)調(diào)整所述電壓基準(zhǔn)分量來補(bǔ)償所述負(fù)載電流的影響， 基于所述電壓基準(zhǔn)分量形成用于所述頻率分量的一個或多個的控制基準(zhǔn)分量， 基于所述控制基準(zhǔn)分量來形成控制基準(zhǔn)，以及 基于所述控制基準(zhǔn)來控制所述轉(zhuǎn)換器的所述輸出電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，確定所述電壓基準(zhǔn)分量包括 確定負(fù)載電壓基準(zhǔn)， 確定負(fù)載電壓，以及 基于在所述負(fù)載電壓基準(zhǔn)和所述負(fù)載電壓之間的差來確定電壓基準(zhǔn)分量。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其中，通過通量基準(zhǔn)分量來表示所述控制基準(zhǔn)分量，并且通過通量基準(zhǔn)來表示所述控制基準(zhǔn)，并且其中，所述方法包括 基于所述電壓基準(zhǔn)分量來形成所述通量基準(zhǔn)分量，使得所述靜止基準(zhǔn)坐標(biāo)系通量基準(zhǔn)分量的DC項(xiàng)被最小化， 基于所述通量基準(zhǔn)分量形成所述通量基準(zhǔn)，以及 使用通量控制器基于所述通量基準(zhǔn)來控制所述轉(zhuǎn)換器的所述輸出電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，形成通量基準(zhǔn)分量包括 通過使用具有頻率響應(yīng)的傳遞函數(shù)來形成近似的通量基準(zhǔn)分量，所述傳遞函數(shù)類似于用于確定在旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)坐標(biāo)系中的通量基準(zhǔn)分量的傳遞函數(shù)，除了后者在所述旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)坐標(biāo)系的角頻率，其中，用于確定所述通量基準(zhǔn)的所述傳遞函數(shù)是
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，形成所述通量基準(zhǔn)分量包括 使用高通濾波器來將所述電壓基準(zhǔn)分量濾波，以及 通過積分所述濾波的電壓基準(zhǔn)分量來確定所述通量基準(zhǔn)分量。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述方法包括 形成一個或多個電壓前饋項(xiàng)，其中，每一個項(xiàng)是在感興趣的頻率下的所述濾波器的負(fù)載電流項(xiàng)的增益的補(bǔ)數(shù)，以及 向所述電壓基準(zhǔn)分量加上所述前饋項(xiàng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6的任何一項(xiàng)所述的方法，其中，補(bǔ)償所述輸出電壓的一個或多個負(fù)序分量。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7的任何一項(xiàng)所述的方法，其中，補(bǔ)償所述輸出電壓的一個或多個諧波分量。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至8的任何一項(xiàng)所述的方法，其中，所述方法包括 如果轉(zhuǎn)換器電流向量的幅度(Iil )試圖升高得大于設(shè)置的極限(i_)，則控制基頻電壓的幅度，其中，執(zhí)行所述控制使得將轉(zhuǎn)換器電流向量的幅度(Iil)保持在所述設(shè)置的極限下。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至9的任何一項(xiàng)所述的方法，其中，在旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)坐標(biāo)系中形成所述電壓基準(zhǔn)分量、所述電壓前饋項(xiàng)和所述控制基準(zhǔn)分量中的至少一個分量或項(xiàng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求I至9的任何一項(xiàng)所述的方法，其中 在旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)坐標(biāo)系中確定所述電壓基準(zhǔn)分量， 在旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)坐標(biāo)系中形成所述電壓前饋項(xiàng)，以及 在旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)坐標(biāo)系中形成所述形成控制基準(zhǔn)分量。
12.根據(jù)權(quán)利要求I至9的任何一項(xiàng)所述的方法，其中，在靜止基準(zhǔn)坐標(biāo)系中形成所述電壓基準(zhǔn)分量、所述電壓前饋項(xiàng)和所述控制基準(zhǔn)分量中的至少一個分量或項(xiàng)。
13.一種用于在一種布置中控制在孤島模式下的電力的傳送的設(shè)備，所述布置包括轉(zhuǎn)換器和通過濾波器連接到所述轉(zhuǎn)換器的負(fù)載，其中，所述設(shè)備包括 用于確定所述轉(zhuǎn)換器的輸出電壓的一個或多個頻率分量的電壓基準(zhǔn)分量的裝置，其中，所述頻率分量表示諸如正序分量、負(fù)序分量或諧波分量的分量， 用于通過基于負(fù)載電流形成一個或多個電壓前饋項(xiàng)并且使用所述前饋項(xiàng)調(diào)整所述電壓基準(zhǔn)分量來補(bǔ)償所述負(fù)載電流的影響的裝置， 用于基于所述電壓基準(zhǔn)分量形成用于所述頻率分量的一個或多個的控制基準(zhǔn)分量的裝置， 用于基于所述控制基準(zhǔn)分量來形成控制基準(zhǔn)的裝置，以及 用于基于所述控制基準(zhǔn)來控制所述轉(zhuǎn)換器的所述輸出電壓的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于控制在孤島模式下的電網(wǎng)的方法和設(shè)備。該方法用于在一種布置中控制在孤島模式下的電力的傳送，該布置包括轉(zhuǎn)換器和通過濾波器連接到轉(zhuǎn)換器的負(fù)載。該方法包括確定轉(zhuǎn)換器的輸出電壓的一個或多個頻率分量的電壓基準(zhǔn)分量。通過基于負(fù)載電流形成一個或多個電壓前饋項(xiàng)并且使用前饋項(xiàng)調(diào)整電壓基準(zhǔn)分量來補(bǔ)償負(fù)載電流的影響。基于電壓基準(zhǔn)分量形成用于頻率分量的一個或多個的控制基準(zhǔn)分量，并且基于控制基準(zhǔn)分量來形成控制基準(zhǔn)。基于控制基準(zhǔn)來控制轉(zhuǎn)換器的輸出電壓。
文檔編號H02J3/12GK102780222SQ201210144589
公開日2012年11月14日 申請日期2012年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月12日
發(fā)明者米科·羅蒂莫 申請人:Abb公司