專利名稱：具有能量存儲的功率轉(zhuǎn)換控制的制作方法
技術(shù)領域：
一般來說，本文公開的主題涉及功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，并且更具體來說，涉及使用與可再生能量源的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)一起的能量存儲。
背景技術(shù)：
在用于具有兩級功率轉(zhuǎn)換的可再生能量源的常規(guī)控制方式中，源側(cè)轉(zhuǎn)換器通過 DC(直流)鏈路并聯(lián)耦合到電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器。在風力渦輪實施例中，例如，源側(cè)控制器使用風力渦輪發(fā)電機扭矩調(diào)節(jié)來控制源側(cè)轉(zhuǎn)換器，并且電網(wǎng)側(cè)控制器使用DC電壓調(diào)節(jié)來控制電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器?？稍偕芰吭吹钠渌纠ㄌ柲茉春秃Ｑ罅黧w動力能量源。當從可再生能量源提供功率時，源側(cè)控制器的目標是向電網(wǎng)傳送盡可能多的源功率，而電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器的目標是滿足影響功率輸出的電網(wǎng)互連要求，例如緩變速率(ramp rate)極限、調(diào)速器固定偏差(droop)控制、削減(curtailment)、和故障穿越。用于源側(cè)控制和電網(wǎng)側(cè)控制的這些不同控制目標有時引起DC鏈路上的功率不平衡，這導致對DC鏈路電容器的充電或放電，從而引起不希望的電壓波動。

發(fā)明內(nèi)容
希望具有改進的功率轉(zhuǎn)換控制實施例，其用于平衡DC鏈路上的電壓，同時允許源側(cè)控制器和電網(wǎng)側(cè)控制器更少受到DC鏈路上的電壓的約束。按照本文公開的一個實施例，發(fā)電系統(tǒng)，包括可再生電源，用于產(chǎn)生源功率；源側(cè)轉(zhuǎn)換器，用于將源功率轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換的DC功率；源側(cè)控制器，用于將轉(zhuǎn)換的DC功率朝最大功率點驅(qū)動；DC鏈路，用于接收轉(zhuǎn)換的DC功率；電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器，其耦合到DC鏈路，用于將來自DC鏈路的DC鏈路功率轉(zhuǎn)換成電網(wǎng)的AC輸出功率；電網(wǎng)側(cè)控制器，用于控制電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器的AC輸出功率，以便實現(xiàn)電網(wǎng)互連要求；電能存儲裝置；能量存儲轉(zhuǎn)換器，其將能量存儲裝置耦合到DC鏈路；以及能量存儲控制器，用于控制能量存儲轉(zhuǎn)換器，以便實現(xiàn)DC鏈路上的預期功率平衡。按照本文公開的另一個實施例，提供用于可再生發(fā)電系統(tǒng)的控制系統(tǒng)?？稍偕l(fā)電系統(tǒng)包括可再生電源，用于產(chǎn)生源功率；源側(cè)轉(zhuǎn)換器，用于將源功率轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換的DC功率；DC鏈路，用于接收轉(zhuǎn)換的DC功率；電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器，其耦合到DC鏈路，用于將來自DC鏈路的DC鏈路功率轉(zhuǎn)換成電網(wǎng)的AC輸出功率；電能存儲裝置，其具有充電狀態(tài)(SOC)；以及能量存儲轉(zhuǎn)換器，其將能量存儲裝置耦合到DC鏈路?？刂葡到y(tǒng)包括源側(cè)控制器，用于將轉(zhuǎn)換的DC功率朝最大功率點驅(qū)動；電網(wǎng)側(cè)控制器，用于控制電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器的AC輸出功率，以便實現(xiàn)電網(wǎng)互連要求；能量存儲控制器，用于控制能量存儲轉(zhuǎn)換器，以便實現(xiàn)DC鏈路上的預期功率平衡；以及充電狀態(tài)(SOC)管理器，用于接收來自能量存儲裝置的SOC信號，并且當SOC信號超出可接受SOC工作范圍時，向電網(wǎng)側(cè)控制器、源側(cè)控制器、或者電網(wǎng)側(cè)控制器和源側(cè)控制器兩者提供一個或多個SOC調(diào)整信號。


當參照附圖閱讀以下詳細描述時，將會更好地理解本發(fā)明的這些及其它特征、方面和優(yōu)點，附圖中，相似符號在附圖中通篇表示相似部件，在附圖中圖1是常規(guī)風力發(fā)電系統(tǒng)的框圖。圖2是按照本發(fā)明的一個實施例的風力發(fā)電系統(tǒng)的框圖。圖3是按照本發(fā)明的一個實施例的太陽能發(fā)電系統(tǒng)的框圖。圖4是供圖2和圖3的實施例中使用的示例能量存儲轉(zhuǎn)換器的框圖。圖5是示出另一個能量存儲轉(zhuǎn)換器實施例的框圖。
具體實施例方式首先參照圖1所示的常規(guī)可再生發(fā)電系統(tǒng)10。系統(tǒng)10包括風力渦輪發(fā)電機12， 用于生成相導體14上的具有可變頻率的交流電；功率轉(zhuǎn)換模塊16，用于將相導體14上的交流電轉(zhuǎn)換為相導體18上的交流電；以及常規(guī)功率轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)20，用于接收生成用于控制功率轉(zhuǎn)換模塊16的操作的控制信號的命令和參考信號。采用諸如通常沿相導體18存在的濾波器19和變壓器21之類的組件將相導體18上的交流電進一步饋送給電力網(wǎng)22。雖然圖1為了舉例而示出風力發(fā)電系統(tǒng)，但是本發(fā)明的實施例可適用于任何可再生能量源， 其中若干其它示例包括太陽能源和海洋流體動力能量源。渦輪12包括多個渦輪葉片沈和發(fā)電機觀，發(fā)電機28包括發(fā)電機轉(zhuǎn)子(未示出) 和發(fā)電機定子(未示出)。渦輪葉片26耦合到第一可旋轉(zhuǎn)軸M，第一可旋轉(zhuǎn)軸M在一些實施例中機械地耦合到變速箱30。變速箱30還通過第二可旋轉(zhuǎn)軸25耦合到發(fā)電機轉(zhuǎn)子， 以便驅(qū)動發(fā)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。發(fā)電機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)從發(fā)電機定子上的繞組感應相導體14上的交流電。如圖所示，功率轉(zhuǎn)換模塊16包括源側(cè)轉(zhuǎn)換器32、DC鏈路34和電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器36。 源側(cè)轉(zhuǎn)換器和電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器32和36各包括多個半導體開關35，例如IGBT(絕緣柵雙極晶體管)、IGCT (絕緣柵換向晶閘管)和MOSFET (金屬氧化物半導體場效應晶體管)。源側(cè)轉(zhuǎn)換器32從發(fā)電機觀接收相導體14上的可變頻率交流電，并且將相導體14上的交流電轉(zhuǎn)換為DC鏈路34處的DC電流。電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器36接收DC鏈路34處的DC電流，并且將DC 電流轉(zhuǎn)換為具有受控幅值和/或頻率的交流電供饋給電力網(wǎng)22。所示常規(guī)功率轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)20包括源側(cè)控制器38和電網(wǎng)側(cè)控制器40。源側(cè)控制器和電網(wǎng)側(cè)控制器38和40分別接收多個參考信號和命令，并且分別生成用于源側(cè)轉(zhuǎn)換器和電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器32和36的脈寬調(diào)制(PWM)控制信號。如圖所示，常規(guī)功率轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)20使用扭矩參考發(fā)生器(TRG)裝置41來定向渦輪的最大功率點軌跡，并且生成扭矩命令信號。源側(cè)控制器38接收扭矩命令信號，并且使用扭矩命令信號與相導體14上的交流電(例如，測量的三相電流和電壓信號)之間的相互關系來生成用于控制源側(cè)轉(zhuǎn)換器32的半導體開關35的開關操作的PWM控制信號。在一個實施例中，源側(cè)控制器38使用相導體 14上的交流電來生成扭矩反饋信號，并且然后使用扭矩命令和扭矩反饋信號來生成PWM控制信號，供源側(cè)開關控制發(fā)電機扭矩。在某些實施例中，能夠通過在查找表中進行搜索，通過觀測測量的結(jié)果，或者通過觀測發(fā)電機扭矩和交流電的相關函數(shù)，來得到扭矩反饋信號。電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器40接收DC鏈路電壓命令信號Vde。_和DC鏈路34的測量的DC電
5壓反饋信號，并使用這些信號連同諸如來自相導體18的測量的反饋信號之類的其它信號一起來控制電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器36的半導體開關35的開關操作，并且將DC鏈路電壓保持在預期電平。使用這種常規(guī)功率轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)20，電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器36保持DC鏈路電壓的性能可能受到不良電網(wǎng)損害。例如，如果電網(wǎng)22很弱或者因分流或串聯(lián)連接的電容而具有電共振，則電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器DC鏈路電壓控制可變得不穩(wěn)定。圖2是按照本發(fā)明的一個實施例的發(fā)電系統(tǒng)110的框圖。在圖2的實施例中，發(fā)電系統(tǒng)110包括可再生電源112，用于產(chǎn)生源功率(為了舉例而示為風力渦輪)；源側(cè)轉(zhuǎn)換器 32，用于將源功率轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換的DC功率；源側(cè)控制器138，用于將轉(zhuǎn)換的DC功率朝最大功率點驅(qū)動(并且因而在沒有相反系統(tǒng)要求的情況下提供與從可再生電源適當可獲得的同樣多的功率，如下面進行論述的)；DC鏈路34，用于接收轉(zhuǎn)換的DC功率；電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器36， 耦合到DC鏈路34，用于將來自DC鏈路34的DC鏈路功率轉(zhuǎn)換成用于電網(wǎng)22的AC輸出功率；電網(wǎng)側(cè)控制器140，用于控制電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器36的AC輸出功率，以便實現(xiàn)電網(wǎng)互連要求； 電能存儲裝置42 ；能量存儲轉(zhuǎn)換器44，將能量存儲裝置42耦合到DC鏈路34 ；以及能量存儲控制器46，用于控制能量存儲轉(zhuǎn)換器44，以便實現(xiàn)DC鏈路上的預期功率平衡。在一個實施例中，可通過DC鏈路34與能量存儲裝置42之間的功率交換，來實現(xiàn)功率平衡。源側(cè)控制器和電網(wǎng)側(cè)控制器138和140各可進行操作以滿足獨立控制目標，同時能量存儲裝置42 的SOC處于可接受SOC工作范圍之內(nèi)。電能存儲裝置42的類型的非限制性示例包括諸如電池、超級電容器、儲能輪 (flywheel)和磁能量存儲系統(tǒng)之類的裝置。可再生電源112的非限制性示例包括諸如風力渦輪、光伏模塊和海洋流體動力能量裝置之類的源。適合于源側(cè)轉(zhuǎn)換器32的轉(zhuǎn)換器的類型在某種程度上將取決于特定電源，其中風力渦輪和海洋流體動力能量裝置趨向于使用 AC-DC轉(zhuǎn)換器，而光伏電源趨向于使用DC-DC轉(zhuǎn)換器。電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器36將通常但不一定包括DC-AC逆變器。源側(cè)轉(zhuǎn)換器和電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器32和36可包括單相配置或多相配置，并且可包括單電平或多電平。電網(wǎng)22預計包括用于將電力從電源輸送到公用配電系統(tǒng)和/或負載的任何互連的網(wǎng)絡。為了便于說明，多種控制元件示為分立塊。雖然源側(cè)控制器138、能量存儲控制器 46和電網(wǎng)側(cè)控制器140示為分立控制單元，但是在另一個實施例中，源側(cè)控制器138、能量存儲控制器46和電網(wǎng)側(cè)控制器140的全部或一些可集成到共同控制單元中。另外，雖然未示出，但是監(jiān)督(工廠級)類型控制器通常將用于提供控制信號(例如，關聯(lián)或響應對單獨可再生電源的電網(wǎng)要求的控制信號)，并且從單獨可再生電源接收信號供監(jiān)督級控制計算。在可再生電源112包括旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(例如，以風力和海洋水力渦輪配置)的一個實施例中，源側(cè)控制器138配置用于接收來自發(fā)電機觀的扭矩反饋信號T和來自扭矩參考發(fā)生器41的扭矩命令信號T*，供向源側(cè)轉(zhuǎn)換器32提供源開關信號中使用，并且電網(wǎng)側(cè)控制器140配置用于接收電網(wǎng)反饋信號G和來自電網(wǎng)22或運行工廠的監(jiān)督控制器(未示出) 的參考命令(例如功率命令P*)，供向電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器36提供電網(wǎng)開關信號中使用。在一個實施例中，扭矩參考發(fā)生器41接收發(fā)電機速度信號S，并且通過使用最大功率跟蹤算法使用那個速度信號來生成扭矩命令，它然后由源側(cè)控制器用于控制源側(cè)轉(zhuǎn)換器的操作以將源側(cè)轉(zhuǎn)換的輸出功率朝最大功率點驅(qū)動。源側(cè)控制器138可包括扭矩控制調(diào)節(jié)器48，以便評估扭矩反饋信號與命令信號之間的任何差，并調(diào)整源開關信號以控制來自源側(cè)轉(zhuǎn)換器的電流，以使得將扭矩反饋信號與命令信號之間的差朝零驅(qū)動，并且提取所需扭矩。雖然未示出，但是諸如內(nèi)部電流和發(fā)電機通量調(diào)節(jié)器環(huán)路之類的其它調(diào)節(jié)器環(huán)路也通常將存在。雖然扭矩示于圖2中并且作為源側(cè)參考值的一個示例來描述，但是如果需要，則可使用其它類型的源側(cè)參考值，其中若干示例包括功率和有功電流。電網(wǎng)側(cè)控制器通常還包括多個調(diào)節(jié)器環(huán)路(未示出)，例如內(nèi)部功率、內(nèi)部電流、電壓和VAR調(diào)節(jié)器環(huán)路。由于能量存儲控制器46向能量存儲轉(zhuǎn)換器44提供用于實現(xiàn)DC鏈路34上的預期功率平衡的存儲開關信號，所以只要在能量存儲裝置42中存在充分充電狀態(tài)(S0C)，則能量存儲控制器46的這個控制功能允許源側(cè)控制器和電網(wǎng)側(cè)控制器138和140各在實現(xiàn)特定目標中獨立操作，并且不要求幫助實現(xiàn)DC鏈路34上的那個預期功率平衡及將DC鏈路電壓保持在標稱值。作為主DC鏈路電壓調(diào)節(jié)器的能量存儲裝置42的控制引起對大動態(tài)范圍的發(fā)電機扭矩與電網(wǎng)側(cè)輸出功率的解耦。通過這種解耦，能夠與電網(wǎng)側(cè)功率無關地來控制發(fā)電機扭矩，并且因而源轉(zhuǎn)換器可按照某種方式控制成在實現(xiàn)長機械使用壽命的同時從風提供合乎需要的功率提取，以及電網(wǎng)轉(zhuǎn)換器可控制成提供電網(wǎng)友好特征，例如慣量、緩變速率控制、故障穿越和功率系統(tǒng)穩(wěn)定性。具有由能量存儲所支持的DC鏈路34的另一個益處在于，要求來自電網(wǎng)22的較少支持，并且因而與更常規(guī)控制實施例相比不需要強電網(wǎng)連接。在用于實現(xiàn)DC鏈路上的預期功率平衡的一個實施例中，能量存儲控制器46配置用于接收DC鏈路電壓反饋信號Vdc和DC鏈路電壓參考信號Vdc*。DC鏈路調(diào)節(jié)器52比較 DC鏈路電壓反饋信號和參考信號，并且按照某個方式提供用于能量存儲轉(zhuǎn)換器44的開關的命令信號，以便從能量存儲裝置42提取功率(或者在一些情況下將功率弓丨向其中)，從而使得將DC鏈路電壓反饋信號朝DC鏈路電壓參考信號驅(qū)動。DC鏈路電壓參考信號可包括常數(shù)值或者基于操作條件而改變的值，以便降低發(fā)電系統(tǒng)110的損耗，并且例如可由電網(wǎng)側(cè)控制器或者源側(cè)控制器來生成。在用于實現(xiàn)DC鏈路34上的預期功率平衡的另一個實施例中，能量存儲控制器46 配置用于接收表示源側(cè)功率的信號以及表示電網(wǎng)側(cè)功率的信號，并且用于生成存儲開關信號，以便平衡源側(cè)功率、電網(wǎng)側(cè)功率、和能量存儲裝置42所提供的功率。這個實施例將具有如下影響管理DC鏈路電壓，而無需直接比較DC鏈路電壓反饋信號和參考信號。兩個功率平衡實施例對于當能量存儲裝置42的SOC處于可接受范圍之內(nèi)時允許源側(cè)轉(zhuǎn)換器和電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器32和36的獨立操作都是有用的。但是，當SOC超出可接受范圍時，獨立操作在更大程度上是一個難題。在一個實施例中，SOC管理器50接收來自存儲裝置42的SOC信號，并且在SOC信號超出可接受SOC工作范圍時，向電網(wǎng)側(cè)控制器140、源側(cè)控制器138、或者電網(wǎng)側(cè)控制器和源側(cè)控制器兩者提供一個或多個SOC調(diào)整信號。用于測量SOC的技術(shù)將取決于使用的能量存儲裝置的類型。例如，如果能量存儲裝置42包括電池，則SOC可通過監(jiān)測凈能量交換和電池上的電壓來測量。在任一種類型的電網(wǎng)或源側(cè)控制調(diào)整中，原始參考命令(例如，在上述風力渦輪示例中的電網(wǎng)側(cè)的功率命令或者源側(cè)的扭矩命令)根據(jù)來自SOC管理器的調(diào)整信號來調(diào)整。在一個示例中，調(diào)整通過求和元件來進行。作為實際問題，電網(wǎng)側(cè)調(diào)整趨向于比源側(cè)調(diào)
整更簡單。當進行電網(wǎng)側(cè)調(diào)整時，如果SOC過低，則SOC調(diào)節(jié)器M可配置成生成降低來自電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器36的輸出功率的信號，以使得原本已經(jīng)轉(zhuǎn)到電網(wǎng)22的某能量能夠在能量存儲裝置42中被吸收；或者如果SOC過高，則SOC調(diào)節(jié)器M可配置成發(fā)送電網(wǎng)控制信號，以增加到電網(wǎng)22的或?qū)⒐β室騽討B(tài)制動電阻器60的開關的輸出功率，并且因而放出(bleed off)來自能量存儲裝置42的多余電荷。在一個實施例中，動態(tài)制動電阻器60經(jīng)由電阻器斬波器62耦合到DC鏈路34，并且將來自SOC調(diào)節(jié)器M的制動控制信號(未示出)發(fā)送給斬波器控制器64，用于控制電阻器斬波器62的操作。斬波器控制器64可包括DC鏈路電阻器電壓限制器66。在一個實施例中，DC鏈路電壓反饋信號Vdc可由限制器66用于生成控制信號，以便提供用于過電壓限制保護的電阻器控制信號(作為源自SOC調(diào)節(jié)器的控制信號的補充或替代)。當進行源側(cè)調(diào)整時，如果SOC過低，則在一些實施例中，源側(cè)控制器138可配置成生成提高源側(cè)功率的源信號，以便將更大功率放在DC鏈路34上供能量存儲裝置42吸收； 或者如果SOC過高，則可計算源命令信號，以便降低來自可再生電源112的功率。但是，在一些實施例中，對于這類調(diào)整可存在約束。例如如果源側(cè)已進行操作以提供最大功率量，則附加功率可能不一定是可獲得的。作為另一個示例，如果需要功率降低，當可再生能量源 112包括風力渦輪時，扭矩調(diào)整可能除了源側(cè)轉(zhuǎn)換器控制的變化之外還需要涉及機械調(diào)整、 如葉片間距。在一個實施例中，將來自源側(cè)轉(zhuǎn)換器32的轉(zhuǎn)換的DC功率驅(qū)動在最大功率點表示以最大功率來操作源側(cè)，除非某種約束(例如，電網(wǎng)命令或SOC過高)產(chǎn)生來自源側(cè)的功率降低的命令。如果需要，則作為補充或替代，電阻器60可用于降低S0C，并且防止Vdc 過電壓，如上所述。圖3是按照本發(fā)明的一個實施例的太陽能發(fā)電系統(tǒng)210的框圖。在這個實施例中， 可再生電源212包括光伏模塊或陣列，并且源側(cè)轉(zhuǎn)換器132包括DC-DC轉(zhuǎn)換器。在一個實施例中，能量存儲裝置42按照如共同受讓US20100008119中所述的相似方式經(jīng)由雙向能量存儲DC-DC轉(zhuǎn)換器56耦合到DC鏈路34，但是控制方案的不同之處在于，DC鏈路參數(shù)主要由圖3的實施例中的能量存儲轉(zhuǎn)換器來控制?？砂凑蔗槍D2所述的相似方式來操作能量存儲控制器146和電網(wǎng)側(cè)控制器M0。源側(cè)控制器238操作的少許不同之處在于，扭矩調(diào)整不是光伏電源的一個選項，但是相似之處在于，仍然可調(diào)整源側(cè)轉(zhuǎn)換器132的開關的開關， 以控制來自源側(cè)轉(zhuǎn)換器132的輸出參數(shù)。在這個實施例中可用作源側(cè)參數(shù)的信號的若干非限制性示例包括功率、電流和電壓。圖4是供圖2和圖3的實施例中使用的示例能量存儲轉(zhuǎn)換器144的框圖。在圖4 的示例中，二象限雙向斬波器58用于將包括電池142的能量存儲裝置耦合到DC鏈路34。這個實施例用于舉例，并且預計任何雙向轉(zhuǎn)換器是有用的。在一備選實施例中，雙向轉(zhuǎn)換器可用于將功率從電池142傳遞到DC鏈路34 ；但是，這種實施例要求另一個功率源對電池142 重新充電。圖5是示出與三級轉(zhuǎn)換器實施例配合使用的另一個能量存儲轉(zhuǎn)換器M4的框圖。 在這個實施例中，DC鏈路134包括耦合源側(cè)轉(zhuǎn)換器232和電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器236的分離的DC鏈路，并且能量存儲轉(zhuǎn)換器244包括耦合到電池142的兩個雙向斬波器158、258，供與DC鏈路 134的兩半獨立地進行接口。在這個實施例中，可控制能量存儲控制器M4，以便幫助平衡分離的DC鏈路。轉(zhuǎn)換器拓撲的附加級也有可能使用相似原理來實現(xiàn)。雖然附圖為了舉例而示出耦合到一個DC鏈路的一個源側(cè)轉(zhuǎn)換器，但是在一些實施例(未示出)中，多個源側(cè)轉(zhuǎn)換器可耦合到共同DC鏈路。在一些實施例中，可有用的是， 還使用能量存儲裝置作為備用功率裝置，以便將緊急功率提供給可耦合到DC鏈路的其它負載、如風力渦輪輔助負載。在其中需要更大靈活性并且能量存儲裝置具有充分大小的又一些實施例中，可有用的是還使用能量存儲裝置在極少或沒有功率由可再生電源供給的條件下實現(xiàn)來自電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器的功率輸出。這類條件的示例包括對于風力渦輪沒有風以及對于光伏系統(tǒng)沒有陽光。在這種實施例中，源側(cè)轉(zhuǎn)換器可斷開，并且功率可由能量存儲裝置通過電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器供給到電網(wǎng)。除非另加說明，否則本文所使用的科技術(shù)語具有與本發(fā)明所屬領域的技術(shù)人員普遍理解的同樣的含義。術(shù)語“一”并不表示數(shù)量的限制，而是表示存在引用項的至少一個。雖然本文僅說明和描述了本發(fā)明的某些特征，但本領域的技術(shù)人員會想到多種修改和變更。因此要理解，所附權(quán)利要求預計涵蓋落入本發(fā)明的真實精神之內(nèi)的所有這類修改和變更。部件表10，110，2IO 發(fā)電系統(tǒng)12，112，212風力渦輪發(fā)電機(可再生電源)14相導體16功率轉(zhuǎn)換模塊18相導體19濾波器20功率控制系統(tǒng)21變壓器22電力網(wǎng)24第一可旋轉(zhuǎn)軸25第二可旋轉(zhuǎn)軸26渦輪葉片觀發(fā)電機30變速箱32，132，232 源側(cè)轉(zhuǎn)換器34，134DC 鏈路35 開關36，236電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器38，138，238 源側(cè)控制器40，140，240電網(wǎng)側(cè)控制器41扭矩參考發(fā)生器裝置42，142能量存儲裝置44，144，244能量存儲轉(zhuǎn)換器46，146能量存儲控制器48扭矩控制調(diào)節(jié)器50S0C 管理器
52DC鏈路調(diào)節(jié)器54S0C 調(diào)節(jié)器56能量存儲轉(zhuǎn)換器58，158，258 雙向斬波器60電阻器62電阻器斬波器64控制器斬波器66限制器
權(quán)利要求
1.一種發(fā)電系統(tǒng)(10、110、210)，包括可再生電源(12、112、212)，用于產(chǎn)生源功率；源側(cè)轉(zhuǎn)換器(32、132、232)，用于將所述源功率轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換的DC功率；源側(cè)控制器(38、138、238)，用于將所述轉(zhuǎn)換的DC功率朝最大功率點驅(qū)動；DC鏈路(34、134)，用于接收所述轉(zhuǎn)換的DC功率；電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器(36、236)，其耦合到所述DC鏈路，用于將來自所述DC鏈路的DC鏈路功率轉(zhuǎn)換成電網(wǎng)的AC輸出功率；電網(wǎng)側(cè)控制器(40、140、240)，用于控制所述電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器的所述AC輸出功率，以便實現(xiàn)電網(wǎng)互連要求；電能存儲裝置02、142)；能量存儲轉(zhuǎn)換器G4、144,244)，其將所述能量存儲裝置耦合到所述DC鏈路；能量存儲控制器(46、146)，用于控制所述能量存儲轉(zhuǎn)換器，以便實現(xiàn)所述DC鏈路上的預期功率平衡，其中，當所述能量存儲裝置的SOC處于可接受SOC工作范圍之內(nèi)時，所述源側(cè)控制器和電網(wǎng)側(cè)控制器各獨立進行操作。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述能量存儲控制器配置用于接收在控制所述能量存儲轉(zhuǎn)換器中使用的DC鏈路電壓反饋信號，并且其中，所述能量存儲控制器配置成將所述DC鏈路電壓反饋信號與DC鏈路電壓參考信號進行比較。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述能量存儲控制器配置用于接收表示源側(cè)功率的信號和表示電網(wǎng)側(cè)功率的信號，并且用于控制所述能量存儲轉(zhuǎn)換器，以便平衡所述源側(cè)功率、所述電網(wǎng)側(cè)功率和所述能量存儲裝置供給的功率。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括充電狀態(tài)(SOC)管理器(50)，所述SOC管理器(50) 用于接收來自所述能量存儲裝置的SOC信號，并且在所述SOC信號超出可接受SOC工作范圍時，向所述電網(wǎng)側(cè)控制器、所述源側(cè)控制器、或者所述電網(wǎng)側(cè)控制器和源側(cè)控制器兩者提供一個或多個SOC調(diào)整信號。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述源側(cè)控制器配置用于接收在控制所述源側(cè)轉(zhuǎn)換器中使用的扭矩反饋信號和扭矩命令信號；并且其中，所述電網(wǎng)側(cè)控制器配置用于接收在控制所述電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器中使用的電網(wǎng)反饋信號和功率命令。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述可再生電源包括風能電源、太陽能電源或海洋流體動力能量電源中的至少一個。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括DC鏈路電阻器(60)，并且其中，斬波器控制器 (64)、所述能量存儲控制器、或者所述斬波器控制器和能量存儲控制器的組合配置成在所述DC鏈路電壓超過最大閾值時發(fā)送將功率引向所述DC鏈路電阻器的控制信號。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述能量存儲轉(zhuǎn)換器包括二象限雙向斬波器。
9.一種用于可再生發(fā)電系統(tǒng)(12、110、210)的控制系統(tǒng)，所述可再生發(fā)電系統(tǒng)(12、 110,210)包括可再生電源(12、112、212)，用于產(chǎn)生源功率；源側(cè)轉(zhuǎn)換器(32、132、232)，用于將所述源功率轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換的DC功率；DC鏈路(34、134)，用于接收所述轉(zhuǎn)換的DC功率；電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器(36、236)，其耦合到所述DC鏈路，用于將來自所述DC鏈路的DC鏈路功率轉(zhuǎn)換成電網(wǎng)的AC輸出功率；電能存儲裝置(42、142)，其具有充電狀態(tài)(SOC)；以及能量存儲轉(zhuǎn)換器G4、144、M4)，其將所述能量存儲裝置耦合到所述DC鏈路，其中，所述控制系統(tǒng)包括 源側(cè)控制器(38、138、238)，用于將所述轉(zhuǎn)換的DC功率朝最大功率點驅(qū)動； 電網(wǎng)側(cè)控制器(40、140、240)，用于控制所述電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器的所述AC輸出功率，以便實現(xiàn)電網(wǎng)互連要求；能量存儲控制器06、146)，用于控制所述能量存儲轉(zhuǎn)換器，以便實現(xiàn)所述DC鏈路上的預期功率平衡；以及充電狀態(tài)(SOC)管理器(50)，用于接收來自所述能量存儲裝置的SOC信號，并且在所述SOC信號超出可接受SOC工作范圍時，向所述電網(wǎng)側(cè)控制器、所述源側(cè)控制器、或者所述電網(wǎng)側(cè)控制器和源側(cè)控制器兩者提供一個或多個SOC調(diào)整信號。
10.如權(quán)利要求9所述的控制系統(tǒng)，其中，當所述能量存儲裝置的SOC處于所述可接受 SOC工作范圍之內(nèi)時，所述源側(cè)控制器和電網(wǎng)側(cè)控制器各獨立進行操作。
全文摘要
本發(fā)明名稱為“具有能量存儲的功率轉(zhuǎn)換控制”。發(fā)電系統(tǒng)(10、110、210)，包括可再生電源(12、112、212)，用于產(chǎn)生源功率；源側(cè)轉(zhuǎn)換器(32、132、232)，用于將源功率轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換的DC功率；源側(cè)控制器(38、138、238)，用于將轉(zhuǎn)換的DC功率朝最大功率點驅(qū)動；DC鏈路(34、134)，用于接收轉(zhuǎn)換的DC功率；電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器(36、236)，其耦合到DC鏈路，用于將來自DC鏈路的DC鏈路功率轉(zhuǎn)換成電網(wǎng)的AC輸出功率；電網(wǎng)側(cè)控制器(40、140、240)，用于控制電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器的AC輸出功率，以便實現(xiàn)電網(wǎng)互連要求；電能存儲裝置(42、142)；能量存儲轉(zhuǎn)換器(44、144、244)，其將能量存儲裝置耦合到DC鏈路；以及能量存儲控制器(46、146)，用于控制能量存儲轉(zhuǎn)換器，以便實現(xiàn)DC鏈路上的預期功率平衡。
文檔編號H02M5/42GK102545645SQ20111045278
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月21日
發(fā)明者R·W·德爾梅里科, 袁小明 申請人:通用電氣公司