[发明专利]用于控制并网发电系统的系统和方法

说明书

技术领域

一般来说，本发明涉及连接到电网的发电系统，更具体来说，涉及弱电网操作期间发电系统的控制。

背景技术

风力涡轮机发电机被看作是利用风能产生电力的环境友好并且相对便宜的备选能源。风力涡轮机可分为两种类型：定速涡轮机和变速涡轮机。按照常规，变速风力涡轮机被作为连接到电网的电流源来控制。换言之，变速风力涡轮机依靠锁相环(PLL)所检测的作为参考的电网频率，并且将指定的电流量注入电网。

风力涡轮机的常规电流源控制基于以下假设：电网电压波形是具有固定频率和幅值的基本电压波形，并且风电对电网的渗透度足够低，以致于不会引起干扰。因此，风力涡轮机简单地根据基本电压波形将指定电流注入电网。但是，随着风电的迅速增长，风电对某些电网的渗透度已经增加到风力涡轮机发电机对电网电压和频率具有显著影响的程度。

当风力涡轮机位于弱电网中时，风力涡轮机功率波动可引起电网电压的幅值和频率变化的增加。这些波动可不利地影响PLL和风力涡轮机电流控制的性能及稳定性。因此，希望确定将会解决上述问题的方法和系统。

发明内容

根据本发明的一个示范实施例，提供一种发电系统。该系统包括风力涡轮机以及将风力涡轮机耦合到电网的转换器。该系统还包括用于计算电压命令以便模拟电感之后的相量反电动势的第一控制器。所述控制器还根据电压命令来产生转换器切换命令。电压命令包括电压幅值参考，从有功功率参考与电功率之间的功率不平衡所计算的内部频率参考。该系统还包括第二控制器以限制转换器电流。

根据另一个示范实施例，提供一种太阳能发电系统。该太阳能发电系统包括光生伏打电池以及将光生伏打电池耦合到电网的转换器。该系统还包括用于计算电压命令以便模拟电感之后的相量反电动势的第一控制器。所述控制器还根据电压命令来产生转换器切换命令。电压命令包括电压幅值参考，从机械功率参考与电功率之间的功率不平衡所计算的内部频率参考。该系统还包括限制转换器电流幅值的第二控制器。

根据本发明的又一个示范实施例，提供一种用于向电网供应电功率的方法。该方法包括从电源产生电功率，并且控制电源以便模拟电感之后的相量反电动势。该方法还包括限制转换器电流幅值。在这种方法中，控制电源包括计算电压命令以及将电压命令用于产生转换器切换命令，其中电压命令包括电压幅值参考，从机械功率参考与电功率之间的不平衡所计算的内部频率参考。

附图说明

当参照附图阅读以下详细描述时，会更好地理解本发明的这些及其它特征、方面和优点，附图中，相似的符号在整个附图中表示相似的部分，其中：

图1是连接到电网的常规电流源控制风力发电系统的图解表示；

图2是图1的风力发电系统的控制系统的图解表示；

图3是根据本发明的一个实施例的电压源控制风力发电系统的图解表示；

图4是图3的风力发电系统的风力涡轮机转换器控制的图解表示；

图5是根据本发明的一个实施例的电网侧转换器的详细控制系统的图解表示；

图6是图3的风力发电系统的具有电流限制器的控制系统的图解表示；

图7是根据本发明的一个实施例的瞬时电流限制器的图解表示；

图8是表示根据本发明的一个实施例的相量电流限制器的实现的相量图；以及

图9是其中实现本发明的控制系统的另一个发电系统实施例的图解表示。

具体实施方式

正如下面详细论述的，本发明的实施例用于提供控制并网发电系统的方法和系统。它提供电压源控制风力发电系统。虽然本论述集中于风力发电系统，但是本发明可适用于具有可控或不可控的输入能源和电力电子转换器接口的任何发电系统。

图1示出具有电流源控制的常规并网风力发电系统10。该系统包括风力发电机12、发电机侧转换器14和电网侧转换器16。该系统还包括电网侧控制器18、发电机侧控制器20和电网22。电网22通常包括传统的同步发电机24和电力负载26。直流(DC)链路28连接发电机侧转换器14和电网侧转换器16。发电机侧转换器14将风力发电机12所产生的交流(AC)电转换成DC电。然后，电网侧转换器18将DC电转换成具有与电网22相容的频率的AC电。