CN103116074B - 交流电网相位变化检测和补偿系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示交流电网相位变化检测系统，该相位变化检测系统包括坐标变换装置和相位变化检测装置。该坐标变换装置接收一相或者多相的电网电压反馈信号，产生静止坐标系下的第一电压分量信号和第二电压分量信号。该相位变化检测装置接收该第一电压分量信号和该第二电压分量信号，并至少基于该第一电压分量信号和该第二电压分量信号计算出代表存在于该一相或者多相的电压反馈信号中的相位变化的相位偏差信号。本发明还揭示交流电网瞬时相位角产生系统，能量转换系统，光伏能量转换系统，相位变化检测方法，以及相位变化补偿方法。

Description

交流电网相位变化检测和补偿系统和方法

技术领域

本发明公开的实施方式涉及能量转换系统和方法，特别涉及一种对交流电网中的相位变化进行检测和补偿的系统和方法。

背景技术

一般而言，在能量转换系统中，例如可再生能源能量转换系统中，通常使用锁相环装置(Phase locked loop，PLL)来进行能量转换系统和电网之间的同步控制。图1示出一种传统使用的锁相环装置。图1所示的锁相环装置120包括坐标变换单元114，其用于将三相电网电压信号112转换成在d-q坐标系下的d轴电压信号(图未示出)和q轴电压信号116。该q轴电压信号116被提供给求和元件118，该求和元件118将零电压指令信号122与q轴电压信号116相减，以得到q轴电压偏差信号124。该零电压指令信号122表示在稳态情形下，q轴电压信号116应当被调节为零。该电压偏差信号124经过比例积分调节器126处理后，产生频率参考信号128。该频率参考信号128经过限幅元件132限制其幅值后，以得到限制的频率参考信号134。该限制的频率参考信号134经过积分元件136积分后，产生参考相位角信号138。该参考相位角信号138并被传回给该坐标变换单元114，以用于进行电压变换。当锁相环装置120锁定电网时，q轴电压信号116为零，参考相位角信号138即代表电网电压112的相位角。然而，当电网发生瞬态事件或者遇到故障情形时，电网电压112可能存在较大的相位变化，此时q轴电压信号116不为零。在此情形下，由于锁相环装置120的控制环路的响应速度较慢，锁相环装置120可能无法快速地提供电网电压的正确相位信息。使用错误的相位信息进行控制，可能会导致反向的功率从电网流向能量转换系统。此反向的功率流可能会损坏能量转换系统内的半导体器件，并会产生功率不平衡问题，以及导致能量转换系统的直流母线承受较大的电压压力。

因此，有必要提供一种改进的系统和方法来解决上述的技术问题。

发明内容

有鉴于上述提及之技术问题，本发明的一个方面在于提供一种相位变化检测系统。该相位变化检测系统包括坐标变换装置和相位变化检测装置。该坐标变换装置被配置成用于接收一相或者多相的电网电压反馈信号，并将该一相或者多相的电压反馈信号变换成在静止坐标系下的第一电压分量信号和第二电压分量信号。该相位变化检测装置与该坐标变换装置连接，该相位变化检测装置被配置成用于接收该第一电压分量信号和该第二电压分量信号，并至少基于该第一电压分量信号和该第二电压分量信号计算出代表存在于该一相或者多相的电压反馈信号中的相位变化的相位偏差信号。

在一些实施方式中，在此提供的相位变化检测系统中，该相位变化检测系统包括相位角计算单元，预处理单元，第一滤波器，第二滤波器，以及求和元件。该相位角计算单元被配置成用于接收该第一电压分量信号和该第二电压分量信号，并至少基于该第一电压分量信号和该第二电压分量信号计算出瞬时相位角信号。该预处理单元被配置成用于接收该瞬时相位角信号以及参考信号，并通过将该瞬时相位角信号和该参考信号相减以得到预处理的相位角信号。该第一滤波器被配置成用于对该预处理的相位角信号进行滤波，以提供第一滤波器输出信号，该第一滤波器输出信号代表不包含相位变化内容的预处理的相位角信号。该第二滤波器被配置成用于对该预处理的相位角信号进行滤波，以提供第二滤波器输出信号，该第二滤波器输出信号代表包含相位变化内容的预处理的相位角信号。该求和元件被配置成用于将该第二滤波器输出信号和该第一滤波器输出信号相减，以得到该相位偏差信号。

在一些实施方式中，在提供的相位变化检测系统中，该第一滤波器包括慢速滤波器，该慢速滤波器具有第一带宽，以用于有效滤除预处理的相位角信号中包含的相位偏差信号；该第二滤波器包括快速滤波器，该快速滤波器具有大于该第一带宽的第二带宽，用于允许该预处理的相位角信号中包含的相位偏差信号通过。

本发明的另一个方面在于提供一种瞬时相位角产生系统。该瞬时相位角产生系统包括坐标变换装置，锁相环装置，相位变化检测装置以及求和元件。该坐标变换装置被配置成用于接收三相电网电压反馈信号，并将该三相电网电压反馈信号变换成静止坐标系下的α轴电压分量信号和β轴电压分量信号。该坐标变换装置并被配置成将该三相电网电压反馈信号变换成在旋转坐标系下的q轴电压分量信号。该锁相环装置被配置成用于接收该q轴电压分量信号和q轴电压指令信号，并基于该q轴电压分量信号和该q轴电压指令信号产生参考相位角信号。该相位变化检测装置被配置成用于接收该α轴电压分量和该β轴电压分量信号，并至少基于该α轴电压分量信号和该β轴电压分量信号计算出相位偏差信号。该求和元件被配置成将该参考相位角信号和该相位偏差信号相加，以得到代表该电网电压相位信息的复合瞬时相位角信号。

本发明的另一个方面在于提供一种能量转换系统。该能量转换系统包括网侧变流器和网侧变流器控制器。该网侧变流器被配置成用于将可再生能量源提供的能量转换成适合电网的能量。该网侧变流器控制器包括坐标变换装置，相位变化检测装置和开关控制单元。该坐标变换装置被配置成用于接收接收一相或者多相的电网电压反馈信号，并将该一相或者多相的电压反馈信号变换成在静止坐标系下的第一电压分量信号和第二电压分量信号。该相位变化检测装置被配置成用于接收该第一电压分量信号和该第二电压分量信号，并至少基于该第一电压分量信号和该第二电压分量信号计算代表存在于该一相或者多相的电压反馈信号中的相位变化的相位偏差信号。该开关控制单元被配置成用于至少基于该相位偏差信号为该网侧变流器产生控制信号。

在一些实施方式中，在提供的能量转换系统中，该相位变化检测装置被进一步配置成用于将计算得到的相位偏差信号与预设的第一相位角阈值进行比较。该第一相位角阈值被设置成具有较大的数值，以使得当该相位偏差信号大于该第一相位角阈值时，该开关控制单元可以被配置成停止发送网侧控制信号给该网侧变流器，使该网侧变流器停止运作。

在一些实施方式中，在提供的能量转换系统中，该网侧变流器控制器被配置成接收代表在该网侧变流器输出端所取得的有功功率或者无功功率的指令信号；该相位角检测器还被配置成在该相位偏差信号大于该第一相位角阈值时，限制该有功功率指令信号或者该无功功率指令信号。

本发明的另一个方面在于提供一种光伏能量转换系统。该能量转换系统包括光伏侧变流器，直流母线，网侧变流器，以及变流器控制系统。该光伏侧变流器用于将来自于光伏能量源的直流电进行升压变换。该直流母线接收升压后的直流电。该网侧变流器与直流母线连接，并用于将该直流母线上的升压后的直流电能转换成交流电。该变流器控制系统与该网侧变流器模块连接，该网侧变流器控制器包括坐标变换装置，相位变化检测装置和开关控制单元。该坐标变换装置被配置成用于接收接收一相或者多相的电网电压反馈信号，并将该一相或者多相的电压反馈信号变换成在静止坐标系下的第一电压分量信号和第二电压分量信号；该相位变化检测装置被配置成用于接收该第一电压分量信号和该第二电压分量信号，并至少基于该第一电压分量信号和该第二电压分量信号计算代表存在于该一相或者多相的电压反馈信号中的相位变化的相位偏差信号；该开关控制单元被配置成用于至少基于该相位偏差信号为该网侧变流器产生控制信号，以使得该网侧变流器输出的交流电压或者交流电流与电网电压保持同步。

本发明的另一个方面在于提供一种相位变化检测方法。该方法至少包括如下步骤：接收三相电网电压反馈信号；将该接收的三相电网电压反馈信号变换成在静止坐标系下的第一电压分量信号和第二电压分量信号；以及至少根据该第一电压分量信号和该第二电压分量信号计算代表存在于该三相电网电压反馈信号中的相位变化的相位偏差信号。

本发明的另一个方面在于提供一种相位变化补偿方法。该方法至少包括如下步骤：接收三相电网电压反馈信号；将该接收的三相电网电压反馈信号变换成在静止坐标系下的第一电压分量信号和第二电压分量信号；至少根据该第一电压分量信号和该第二电压分量信号计算代表存在于该三相电网电压反馈信号中的相位变化的相位偏差信号；至少使用该相位偏差信号产生作用到能量转换系统中网侧变流器的网侧控制信号；基于该网侧控制信号产生可以并网并且与电网电压保持同步的交流电压信号或者交流电流信号。

本发明提供的相位变化检测系统，瞬时相位角产生系统，能量转换系统，光伏能量转换系统，相位变化检测方法，相位变化补偿方法等，通过交流电网电压反馈信号产生静止坐标系下的电压分量信号，并基于该静止坐标系下的电压分量信号计算出反应电网电压中所存在的由于发生瞬态事件或者暂态事件或者遇到故障情形所引起相位变化的相位偏差信号。与传统的使用锁相环装置来检测电网电压的相位信息所不同，通过静止坐标系下的电压分量信号进行运算，可以快速的得出电网电压信号发生的相位变化以及电网电压信号的瞬时相位角信号。进一步，通过该相位偏差信号或者瞬时相位角信号，可以对能量转换系统进行控制，以使得该能量转换系统产生的交流电压和交流电流与电网电压保持同步，使得该能量转换系统可以更加可靠地进行并网发电。通过此相位变化检测和补偿机制，可以避免发生瞬态事件或者暂态事件或者遇到故障情形时所产生的反向能量流动的技术问题，并减轻了能量转换系统中的直流母线由于功率不平衡而遇到的较大电压压力的技术问题。

附图说明

通过结合附图对于本发明的实施方式进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：

图1所示为传统上使用的锁相环装置的模块示意图；

图2所示为本发明揭示的交流电网相位变化检测系统的一种实施方式的模块示意图；

图3所示为图2所示的交流电网相位变化检测系统的一种实施方式的详细模块示意图；

图4所示为本发明揭示的交流电网瞬时相位角产生系统的一种实施方式的模块示意图；

图5所示为图4所示的交流电网瞬时相位角产生系统的一种实施方式的详细模块示意图；

图6所示为图5所示的交流电网瞬时相位角产生系统的一种实施方式的详细模块示意图；

图7所示为图5所示的交流电网瞬时相位角产生系统的另一种实施方式的详细模块示意图；

图8所示为图4所示的交流电网瞬时相位角产生系统的另一种实施方式的详细模块示意图；

图9所示为图4所示的交流电网瞬时相位角产生系统的另一种实施方式的详细模块示意图；

图10所示为本发明揭示的能量转换系统的一种实施方式的模块示意图；

图11所示为本发明揭示的交流电网相位变化检测以及补偿方法的一种实施方式的流程图；以及

图12所示为本发明揭示的交流电网相位变化检测以及补偿方法的另一种实施方式的流程图。

具体实施方式

一方面，本发明揭露的一个或者多个实施方式涉及相位变化检测系统，该相位变化检测系统用于处理在电网发生一个或者多个瞬态事件或者暂态事件或者遇到故障情形时所引起的相位变化问题，并可以具体检测出代表电网电压发生相位变化的相位偏差信号。在此所谓的“瞬态事件或者暂态事件”是指一个或者多个在电网侧引起信号扰动的事件或者状况，例如，在电网中发生的频率事件或者相位事件等。更具体而言，在一种实施方式中，本发明揭露的相位变化检测系统被配置成使用静止坐标系下的电压分量进行相位偏差信号的检测或者计算。在另一个方面，本发明揭露的一个或者多个实施方式涉及瞬时相位角产生系统，该瞬时相位角产生系统可以用于能量转换系统和电网之间的同步控制。更具体而言，该瞬时相位角产生系统包括上述的相位变化检测系统以及锁相环装置，以在电网发生一个或者多个瞬态事件或者遇到故障状况发生时，快速地提供电网电压在发生瞬态事件或者暂态事件或者遇到故障情形时的瞬时相位角信息，并且同时能提供反应电网电压在稳态时的相位角信息。在另外一个方面，本发明揭示的一个或者多个实施方式涉及能量转换系统，该能量转换系统可以执行如上所述的相位变化检测系统以及瞬时相位角产生系统。更具体而言，该能量转换系统可以使用该相位变化检测系统检测到的相位偏差信号或者该瞬时相位角产生系统提供的瞬时相位角信号，以进行该能量转换系统输出的交流电压或者交流电流与电网电压之间的同步控制。再一个方面，本发明揭示的一个或者多个实施方式涉及可供能量转换系统执行的相位变化检测方法以及相位变化补偿方法，通过实时地检测电网电压所发生的相位变化信息，并基于此检测到的相位变化信息执行相位补偿，可以使能量转换系统更可靠地与电网保持并网连接，以向电网传送能量或者从电网接收能量，并保护能量转换系统内的半导体器件，以及减轻了能量转换系统中的直流母线由于功率不平衡而遇到的较大电压压力。

以下将描述本发明的一个或者多个具体实施方式。首先要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，或者为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本公开的内容不充分。

除非另作定义，在本说明书和权利要求书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中使用的“第一”或者“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“或者”包括所列举的项目中的任意一者或者全部。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。此外，“电路”或者“电路系统”以及“控制器”等可以包括单一组件或者由多个主动元件或者被动元件直接或者间接相连的集合，例如一个或者多个集成电路芯片，以提供所对应描述的功能。

图2所示为本发明揭示的相位变化检测系统的一种实施方式的模块示意图。在图2所示的实施方式中，该相位变化检测系统210可以供任意合适的能量转换系统使用，该能量转换系统可以包括但不限于，光伏能量转换系统，风能转换系统或者水力能量转换系统等。基本而言，该相位变化检测系统210被配置成接收电网电压反馈信号152，并从该电网电压反馈信号152获得代表存在该电网电压反馈信号152中的相位变化的相位偏差信号376。在一种实施方式中，该相位变化可以为一个或者多个瞬态事件，例如频率事件或者相位事件，或者一个或者多个故障情形，例如电网遇到的短路故障，或者输配电系统中进行的投切操作等所引起。在一种实施方式中，图2所示的该相位变化检测系统210包括坐标变换装置320和相位角检测装置360。该坐标变换装置320被配置成接收该电网电压反馈信号152。在一种实施方式中，该电网电压反馈信号152包括三相交流电压信号。在其他实施方式中，该电网电压反馈信号152也可以为单相或者多相交流电压信号。该坐标变换装置320还被配置成将该三相电网电压反馈信号152转换成在静止坐标系(也称为α-β参考坐标系)下的二相电压分量信号323。该相位变化检测装置360与该坐标变换装置320连接。该相位变化检测装置360被配置成接收该二相电压信号323，并对该二相电压分量信号323进行处理，以得到相位偏差信号376。在一种实施方式中，该相位偏差信号376可以被提供给能量转换系统使用，以进行能量转换系统和电网之间的同步控制。

图3所示为图2所示的相位变化检测系统210的一种实施方式的详细模块示意图。在图3所示的实施方式中，该相位变化检测系统210中的坐标变换装置320包括克拉克(Clarke)坐标变换单元322，其被配置成接收该三相电网电压反馈信号152，并将该三相电网电压反馈信号152转换成第一电压分量信号324以及第二电压分量信号326。在一种实施方式中，该第一电压分量信号324包括静止坐标系下的α轴电压分量信号，该第二电压分量信号326包括静止坐标系下的β轴电压分量信号。在一种实施方式中，该三相电网电压反馈信号152可以用下面的公式表达：

$\left[\begin{array}{c}{V}_a\\ V_b\\ V_c\end{array}\right]=V_m\left[\begin{array}{c}\sin \mathrm{\ωt}\\ \sin (\mathrm{\ωt}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})\\ \sin (\mathrm{\ωt}+\frac{2\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right]$ 公式(1)，

其中，在式(1)中，V_m为三相电网电压反馈信号152的电压幅值，ω＝2πf为三相电网电压反馈信号152的旋转角频率。该克拉克坐标变换单元322可以被配置成根据下面的公式执行坐标变换操作：

$\left[\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{\α}}\\ V_{\mathrm{\β}}\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{V}_a\\ V_b\\ V_c\end{array}\right]$ 公式(2)，

代入公式(1)，公式(2)可以表达如下：

$\left[\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{\α}}\\ V_{\mathrm{\β}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{V}_m\cos \mathrm{\θ}\\ V_m\sin \mathrm{\θ}\end{array}\right]$ 公式(3)，

θ＝ωt+θ₀公式(4)，

其中，ω＝2πf为三相电网电压反馈信号152的旋转角频率，θ为三相电网电压反馈信号152在α-β坐标系中的瞬时相位角，θ₀为三相电压反馈信号152在α-β坐标系中的初始相位角。

请继续参阅图3，在一种实施方式中，该相位变化检测系统210中的相位变化检测装置360包括相位角计算单元358。该相位角计算单元358被配置成接收该克拉克坐标变换单元322所提供的第一电压分量信号324(或者α轴电压分量信号)和第二电压分量信号326(或者β轴电压分量信号)。该相位角计算单元358还被配置成根据该第一电压分量信号324和该第二电压分量信号326计算出该三相电网电压反馈信号152的瞬时相位角信号362。在一种实施方式中，该相位角计算单元358被配置成根据如下公式来计算该瞬时相位角信号362：

$\mathrm{\θ}=\arctan 2\left(\frac{V_{\mathrm{\β}}}{V_{\mathrm{\α}}}\right)$ 公式(5)，

其中，θ为该三相电网电压反馈信号152在中的瞬时相位角，V_α为α轴电压分量信号324，V_β为β轴电压分量信号。在其他实施方式中，除了可以使用如上所述的公式(5)进行瞬时相位角的计算之外，还可以使用其他的数学公式来计算该瞬时相位角，或者在一些实施方式中，还可以通过查表的方式来获得瞬时相位角。在稳态运行时，该瞬时相位角θ以预定的速度，也即旋转角频率ω所定义的速度，线性地从0变换到2π。当发生瞬态或暂态事件时或者遇到故障情形时，该三相电网电压反馈信号152的瞬时相位角可能会发生突然的变化或者跳变到一个新的相位角，因此该瞬时相位角信号362此时存在代表三相电网电压反馈信号152中的相位变化的相位偏差信号。

请继续参阅图3，该相位变化检测系统210中的相位变化检测装置360进一步包括预处理单元359。该预处理单元359与该相位角计算单元358相连接，以用于接收该相位角单元358计算得到的瞬时相位角信号362，并对该接收到的瞬时相位角信号362进行预处理。在一种实施方式中，为了进一步从该瞬时相位角信号362中提取出相位偏差信号，该预处理单元359被配置成将该瞬时相位角信号362的波形从基本线性时变的信号转变成几乎为非时变或者时不变的信号，而该非时变或者时不变的信号仅仅包含微小的波动信号和谐波量。在对该瞬时相位角信号362进行波形变换的同时，仍然保留由于瞬态或者暂态事件或者故障情形所引起的相位偏差信号。在一种实施方式中，该预处理单元359还被配置成接收参考信号361，该参考信号361以与瞬时相位角信号362相同速率变化的线性相位角信号。在一种实施方式中，该参考信号361可以通过锁相环装置来获得。该预处理单元359还被配置成将该瞬时相位角信号362与该参考信号361相减，以得到时不变信号(也为预处理的瞬时相位角信号)363。在此实施方式中，当三相电网电压反馈信号152中不存在相位变化时，该预处理的瞬时相位角信号363为不含任何相位变化信号的直流信号；而当三相电网电压反馈信号152中存在相位变化时，该预处理的瞬时相位角信号363为相位偏差信号和直流信号叠加在一起的信号。

请继续参阅图3，为了进一步从该经预处理的瞬时相位角信号363中提取出相位偏差信号，在一种实施方式中，该相位变化检测系统210中的相位变化检测装置360进一步包括第一滤波器364，第二滤波器366以及求和元件374(也称为第二求和元件)。该第一滤波器364和该第二滤波器366均与该预处理单元359相连接，以用于接收该预处理单元359提供的预处理的瞬时相位角信号363。在一种实施方式中，该第一滤波器364包括慢速滤波器，该慢速滤波器具有较窄的带宽以及较大的时间常数。该第一滤波器364可以允许预处理的瞬时相位角信号363中的直流信号通过，而阻止预处理的瞬时相位角信号363中的相位偏差信号以及其他谐波信号通过。经过滤波之后，该第一滤波器364提供第一滤波器输出信号368(也即第一滤波后的相位角信号)，该第一滤波器输出信号368基本不包含由一个或者多个瞬态事件或者故障情形引起的相位偏差信号。在第二滤波器366包括快速滤波器，该快速滤波器具有较大的带宽以及较小的时间常数。特别地，该第二滤波器366的带宽大于该第一滤波器364的带宽，该第二滤波器366的时间常数小于该第一滤波器364的时间常数。该第二滤波器366可以允许该经预处理的瞬时相位角信号363中的直流信号以及相位偏差信号通过。经过滤波之后，该第二滤波器366提供第二滤波器输出信号372(也即第二滤波后的相位角信号)，该第二滤波器输出信号372含有代表三相电网电压反馈信号152中相位变化的相位偏差信号。该求和元件374被配置成接收该第一滤波器输出信号368和该第二滤波器输出信号372，并提供代表该第二滤波器输出信号372和该第一滤波器输出信号368之间差值的相位偏差信号376。由于该第一滤波器输出信号368和该第二滤波器输出信号272中包含的直流信号在求和元件374相减而抵消，因此该相位偏差信号376即确切反应该三相电网电压反馈信号152中的相位变化信息。

图4所示为本发明揭示的瞬时相位角产生系统310的一种实施方式的模块示意图。基本而言，该瞬时相位角产生系统310被配置成接收三相电网电压反馈信号152，并提供反应稳态情形下的三相电网电压反馈信号152的稳态相位角信号，以及在瞬态或者暂态或者故障情形下的该三相电网电压反馈信号152的瞬态相位角信号384。更具体而言，在图4所示的实施方式中，该瞬时相位角产生系统310包括坐标变换装置320，锁相环装置340，相位变化检测装置360，以及求和元件356(也称为第一求和元件)。该坐标变换装置320被配置成接收该三相电网电压反馈信号152，并执行坐标变换，以产生在α-β坐标系下的二相电压分量信号323以及在d-q坐标系下的q轴电压分量信号333(该变换操作同时产生d轴电压分量信号，在图4中未示出)。该相位变化检测装置360与该坐标变换装置320相连接。该相位变化检测装置360被配置成接收该二相电压分量信号323，并根据该二相电压分量信号323产生相位偏差信号376。该锁相环装置340也与该坐标变换装置320相连接，该锁相环装置340被配置成接收该q轴电压信号333以及q轴电压指令信号335。该锁相环装置340还被配置成根据该q轴电压指令信号335调节该q轴电压信号333，以产生参考相位角信号354。在一种实施方式中，该q轴电压指令信号335为零电压信号，以在稳态时将q轴电压信号333调节为零。在稳态情形下或者锁定状态下，也即，该锁相环装置340与电网保持同步时，该锁相环装置340提供的参考相位角信号354确切反应该三相电网电压反馈信号152的相位角信息。在发生瞬态事件或者瞬态事件之后的恢复过程中，该参考相位角信号354可以通过求和元件356与相位变化检测装置360提供的相位偏差信号376相结合，以得到复合瞬时相位角信号384。在一种实施方式中，该复合瞬时相位角信号384可以提供给能量转换系统，以用于该能量转换系统和电网之间的同步控制。该复合瞬时相位角信号384还可以被进一步传送回该坐标变换装置320，以形成闭合回路，用于产生q轴电压信号333。

图5所示为图4所示的瞬时相位角产生系统310的一种实施方式的详细模块示意图。在图5所示的实施方式中，该瞬时相位角产生系统310中的坐标变换装置320包括第一坐标变换单元322以及第二坐标变换单元328。在一种实施方式中，该第一坐标变换单元322包括克拉克坐标变换单元，该第二坐标变换单元328包括帕克坐标变换单元。该第一坐标变换单元322(也即该克拉克坐标变换单元)被配置成用于将三相电网电压反馈信号152变换成在α-β坐标系下的α轴电压分量信号324和β轴电压分量信号326。在一种实施方式中，该第二坐标变换单元328(也即该帕克坐标变换单元)被配置成将该α轴电压分量信号324和β轴电压分量信号326变换成在d-q坐标系下的d轴电压分量信号334和q轴电压分量信号332。

请进一步参阅图5，该相位变化检测装置360与该坐标变换装置320相连接，该相位变化检测装置360被配置成产生代表该三相电网电压反馈信号152中存在相位变化的相位偏差信号376。在一种实施方式中，该相位变化检测装置360可以与上文结合图3所描述的相位变化检测装置相同。在图5所示的实施方式中，该相位变化检测装置360包括相位角计算单元358，预处理单元359，第一滤波器364，第二滤波器366，以及求和元件374。在稳态运行时，该三相电网电压反馈信号152中不存在相位变化，因此相位偏差信号376为零。在发生瞬态事件或者暂态事件或者遇到故障情形时，该三相电网电压反馈信号152中存在相位变化，因此该相位偏差信号376不为零。

请继续参阅图5，在一种实施方式中，该锁相环装置340包括求和元件336，比例积分调节器(PI regulator)342，限幅元件346，以及积分元件352。该求和元件336被配置成在其负输入端接收q轴电压分量信号332，并在其正输入端接收q轴电压指令信号335。该求和元件336并被配置成将该q轴电压指令信号335和该q轴电压信号332相减，以得到代表该q轴电压指令信号335和该q轴电压信号332之间差值的q轴电压偏差信号338。在一种实施方式中，该q轴电压指令信号335为零值，以指示在稳态运行时，该q轴电压分量信号332应当被调节为零，以使得电网电压向量与d-q坐标系的d轴保持对齐。该比例积分调节器342被配置成对q轴电压偏差信号338进行调节，并根据该q轴电压偏差信号338提供参考频率信号344。该限幅元件346被配置成接收该参考频率信号344，并将该参考频率信号344限制在预定的频率阈值之下或者限制在预定的频率阈值范围之内。该限制的参考频率信号348经过积分元件352作积分后，得到可以提供给逆变器控制器的参考相位角信号354。当三相电网电压反馈信号152中存在相位变化时，由该相位变化检测装置360提供的相位偏差信号376可以在该求和元件356中与该参考相位角信号354相结合，以得到复合瞬时相位角信号384。该复合瞬时相位角信号384可以进一步提供给帕克坐标变换单元328，以用于进一步产生供锁相环装置340用来进行调节的q轴电压分量信号332。

图6所示为图5所示的瞬时相位角产生系统310的一种实施方式的详细模块示意图。图6所示的模块示意图基本与图5所示的模块示意图相类似，与图5中所示的使用参考信号361来产生预处理的相位角信号363不同，图6所示的预处理单元359使用锁相环装置340产生的参考相位角信号354来得到预处理的相位角信号363。更具体而言，在图6所示的实施方式中，该预处理单元359包括求和元件378，该求和元件378与该相位角计算单元358相连接，以用于接收该相位角计算单元358计算得到的瞬时相位角信号362。该求和元件378还和积分元件352的输出端相连接，以接收该积分元件352提供的参考相位角信号354。该求和元件378并将该瞬时相位角信号362与该参考相位角信号354相减，以得到代表该瞬时相位角信号362和该参考相位角信号354之间差值的预处理的瞬时相位角信号363。由于参考相位角信号354是稳态信号，其以与瞬时相位角信号362相同的速率在线性变化。因此，在发生瞬态事件或者暂态事件或者遇到故障情形时，该瞬时相位角信号363为直流信号与相位偏差信号的叠加。当该三相电网电压反馈信号152中不存在相位变化时，该预处理的瞬时相位角信号363为直流信号，此时该相位变化检测装置360输出零相位偏差信号或者不输出任何相位偏差信号。

图7所示为图5所示的瞬时相位角产生系统310的另一种实施方式的详细模块示意图。在图7所示的实施方式中，图5所示的参考信号361可以通过使用延迟元件365将相位角计算单元358计算得到的瞬时相位角信号362进行延迟而获得。该预处理单元359还包括一个求和元件378，以用于接收该延迟后的瞬时相位角信号367以及未经延迟的瞬时相位角信号362。该求和元件378被配置成将该未经延迟的瞬时相位角信号362与该延迟后的瞬时相位角信号367相减，以得到代表该未经延迟的瞬时相位角信号362和该延迟后的瞬时相位角信号367之间差值的预处理的瞬时相位角信号363。因此，在发生瞬态事件或者暂态事件或者遇到故障情形时，该预处理的瞬时相位角信号363为直流信号和相位偏差信号之间的叠加。当该三相电网电压反馈信号152中不存在任何瞬态事件或者未遇到故障情形时，该预处理的相位角信号363为直流信号，因此该相位变化检测装置360输出零相位偏差信号或者不输出任何相位偏差信号。

图8所示为图4所示的瞬时相位角产生系统310的另一种实施方式的详细模块示意图。在图8所示的实施方式中，与图5-7中所示使用求和元件374产生的相位偏差信号376来计算复合瞬时相位角信号384所不同，图8所示的瞬时相位角产生系统310还包括相位角比较单元386。该相位角比较单元386被配置成接收相位偏差信号376，并产生限制的相位偏差信号382。在一些应用场合中，可能不希望相位偏差信号有太大的输出，因此，在此情形下，该相位角比较单元386可以使用存储在限制单元396中的相位角阈值对相位偏差信号376进行限制。例如，该相位角比较单元386可以将该相位偏差信号376和预设的相位角阈值进行比较，并产生相位角数值限制在该预定的相位角阈值之下的限制的相位偏差信号382。在另外一种实施方式中，该相位角比较单元386还可以使用存储在限制单元中的上限相位角阈值和下限相位角阈值来对相位偏差信号376进行限制。例如，该相位角比较单元386将该相位偏差信号376分别与该上限相位角阈值和该下限相位角阈值进行比较，并提供相位角数值限制在该上限相位角角阈值和该下限相位角阈值之内的限制的相位偏差信号382。

图9所示为图4所示的瞬时相位角产生系统310的另一种实施方式的详细模块示意图。在图9所示的实施方式中，该瞬时相位角产生系统310的相位变化检测装置360可以在图8所示的基础之上，进一步包括相位偏差调节器378。该相位偏差调节器378连接在该求和元件374和该相位角比较器386之间。该相位偏差调节器378被配置成接收该求和元件374提供的相位偏差信号376，并根据该相位偏差信号376以及存储在增益单元394中的增益信号产生调节的相位偏差信号382。在一种实施方式中，该相位偏差调节器378可以包括比例积分元件，以用于将增益信号作用到该相位偏差信号376。与上文结合图8所作的描述相类似，该相位角比较单元386被配置成接收该调节的相位偏差信号382，并产生限制的相位偏差信号388(或者限制在预设的相位角阈值之下，或者限制在预设的相位角阈值范围之内)。在图9所示的实施方式中，该相位变化检测装置360还进一步包括相位角判断单元392。该相位角判断单元392与该求和元件374相连接，以接收该求和元件374提供的相位偏差信号376。该相位角判断单元392还被配置成判断该相位偏差信号376所处的相位角范围。更具体而言，当该相位角判断单元392判定该相位偏差信号376位于如下式(6)所示的第一相位角范围之内时，该相位角判断单元392调节该存储在增益单元394中的增益信号，以使得该相位偏差调节器378可以快速地响应，并提供调节后的相位偏差信号382。

T₂≤abs(θ_err)≤T₃公式(6)，

其中，θ_err为相位偏差值，T₃为第一相位角阈值，T₂为第二相位角阈值，以及abs()为取绝对值方程。进一步而言，当该相位角判断单元392判定该相位偏差信号376位于该第一相位角范围(由第一相位角阈值和第二相位角阈值所定义)之内时，该相位角判断单元392同时调节该限制单元396所存储的供相位角比较单元386使用的相位角阈值或者相位角阈值的范围值。特别地，在一种实施方式中，当该相位偏差信号376的数值较大时，相应地，该限制单元396中存储的相位角阈值的数值或者相位角阈值的范围值可以稍微地调大。

当该相位角判断单元392判定出该相位偏差信号376位于如下(7)式所定义的第二相位角范围之内时，该相位角判断单元392调节该存储在该增益单元394中的增益值，以使得该相位偏差调节器378可以较慢地响应，并提供调节的相位偏差信号382。

T₁≤abs(θ_err)＜T₂公式(7)，

其中，T₁为第三相位角阈值，T₂为第二相位角阈值，abs()为取绝对值方程。进一步而言，当该相位角判断单元392判断出该相位偏差信号376位于该第二相位角范围之内时，该相位角判断单元392还调节存储在该限制单元396中的供相位角比较单元386使用的相位角阈值或者相位角阈值范围值，特别地，在一种实施方式中，当相位偏差信号376的信号较小时，相应地，该限制单元396中的相位角阈值的数值可以相对上述在该相位偏差信号位于第一相位角范围之内之情形，相对地调小。

当该相位角判断单元392判定出该相位偏差信号376位于如下(8)式所定义的第三相位角范围之内时，该相位角判断单元392可以将存储在该增益单元394中的增益信号设置为零，因此，该相位变化检测装置360在相位偏差信号376的数值相位较小时，可以输出零相位偏差信号或者根本不输出相位偏差信号。

abs(θ_err)＜T₁公式(8)，

其中，T₁为第三相位角阈值，abs()为取绝对值方程。

图10所示为本发明揭示的能量转换系统40的一种实施方式的模块示意图。在此，为了示意本发明之目的，图10所示的能量转换系统40被示例并描述成一种光伏能量转换系统。然而，应当为本领域具有一般技能之人士所理解，在此揭示的一个或者多个实施方式应当不仅仅限制在光伏领域，其所揭示的一个或者多个方面应当可以通过相同或者相类似的方式应用到其他类型的能量转换系统中，这样的能量转换系统包括但不限于燃料电池系统，风能发电系统，潮汐能发电系统等等。

在图10所示的实施方式中，该能量转换系统40包括光伏能量变流器系统410，该光伏能量变流器系统410连接在光伏能量源420和电网440之间。该光伏能量变流器系统410被配置成将直流电压或者直流电流形式存在的电能转换成交流电压或者交流电流形式的交流电能，以馈送给电网440。在一种实施方式中，该光伏能量源420可以包括一个或者多个光伏阵列，其中每一个光伏阵列又包括相互连接在一起的多个光伏单元，以用于根据光电效应将太阳辐射能转换成直流电能。在其他实施方式中，该电网440也可以被替换成交流负载，例如交流电机等等。

在一种实施方式中，图10所示的该光伏能量变流器系统410基于两级式的架构，其包括光伏侧变流器412(也即靠近光伏电源12侧的变流器)和网侧变流器414(也即靠近电网18侧的变流器)。该光伏侧变流器412可以包括直流-直流变流器，例如升压型直流-直流变流器，其可以升高由光伏电源420转换输出的直流电压，并将升高后的直流电压提供给直流母线416。该直流母线416可以包括一个或者多个电容器，用以将直流母线416的直流电压的电压值维持在特定的数值，从而可以控制从直流母线416到电网420的能量流动。该网侧变流器414可以包括直流-交流变流器，用以将直流母线416处的直流电压转换成适合交流电网440输送的交流电压。可以理解的是，在其他实施方式中，该光伏能量变流器系统410也可以基于单级式的架构，也即，其通过一个直流-交流变流器直接将直流母线的直流电压转换成具有适当频率和幅值的交流电压，以供电网440输送。不管是单级式架构还是多级式架构的具体实施方式，该光伏能量变流器系统410被控制成进行交流电能调节以确保并网发电时发出的交流电压或者交流电流能够跟随电网电压或者基本与电网电压保持同步。

在一种实施方式中，图10所示的该能量转换系统40进一步包括变流器控制模块或者变流器控制系统460。在一种实施方式中，该变流器控制系统460包括网侧变流器控制器418，以用于控制网侧变流器414。更具体而言，该网侧变流器控制器418包括开关控制单元419，该开关控制单元419被配置成根据各种指令信号和反馈信号为网侧变流器414产生网侧控制信号422，以用于调节从网侧变流器414输出的有功功率或者无功功率。该网侧变流器414可以包括任意拓扑结构的直流-交流变流器，例如，两电平式变流器，三电平式变流器或者多电平式变流器等。该网侧变流器414可以包括一定数量的半导体开关器件，例如，集成门极换流晶闸管，(Integrated Gate CommutatedThyristors，IGCTs)和绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBTs)。该等开关器件可以在网侧控制信号422的作用下被开通或者关断。

在一种实施方式中，图10所示的能量转换系统40还可以进一步包括网侧滤波器424。该网侧滤波器424包括一个或者多个容性元件和感性元件，用以滤除从网侧变流器414输出的三相交流电流或者交流电压中的谐波分量。虽然未在图10中作进一步之示意，该能量转换系统40应当还可以根据实际的应用包括一个或者多个其他元件，包括但不限于变压器，接触器，断路器等，该等元件可以被配置并连接在该网侧变流器414和电网440之间。

请继续参阅图10，该网侧变流器控制器418可以被配置成调节直流母线416处的直流电压。更具体而言，在一种实施方式中，该网侧变流器控制器418接收由设置在直流母线416处的直流电压传感器415所检测到的直流电压反馈信号424。该网侧变流器控制器418进一步接收直流电压指令信号426，该直流电压指令信号426指示该直流母线416期望取得的直流电压值。在一些实施方式中，该网侧变流器控制器418可以使用比例积分调节器来根据直流电压指令信号426调节该直流电压反馈信号424。

在一种实施方式中，图10所示的能量转换系统40进一步包括电流旋转单元428，该电流旋转单元428被配置成产生在d-q坐标系下的两相电流信号432。该电流旋转单元428接收由电流传感器436所检测到的电流反馈信号434，该电流传感器436被图示为连接在该网侧变流器414和网侧滤波器424之间。在其他实施方式中，该电流传感器436应当可以连接在该网侧变流器414和电网440之间电连接线路上的任意一点，以获得电流反馈信号。该电流旋转单元被配置成执行坐标旋转变换，以根据该电流反馈信号434产生在d-q坐标系下的二相电流分量信号432，该二相电流分量信号432被提供该网侧变流器控制器418。

在一种实施方式中，图10所示的能量转换系统40进一步包括电压旋转单元442，该电压旋转单元442被配置成产生在α-β坐标系下的二相电压分量信号462和在d-q坐标系下的二相电压分量信号438。该电压旋转单元442接收由电压传感器446所检测到的电压反馈信号444，该电压传感器446被图示成连接在该网侧滤波器424和该电网440之间。在其他实施方式中，该电压传感器446应当可以设置在该网侧变流器414和该电网440之间的电连接线路上的任意一点。与电流旋转单元428所执行的操作相类似，该电压旋转单元442也执行坐标旋转变换操作，以根据该电压反馈信号444变换得到在α-β坐标系下的二相电压分量信号462和在d-q坐标系下的二相电压分量信号438。该α-β坐标系下的二相电压分量信号462被提供给相位变化检测装置444，以用于产生相位偏差信号456。该相位变化检测装置444可以使用如上文结合图2-9所描述的任意一个相位变化检测装置，来获得相位偏差信号456。

在一种实施方式中，该能量转换系统40进一步包括一个锁相环装置458，该锁相环装置458可以采用上文结合图4-9所描述的锁相环装置340，来产生频率参考信号454和参考相位角信号468，该频率参考信号454被提供给该网侧变流器控制器418。在发生瞬态事件或者暂态事件或者遇到故障情形时，该相位变化检测装置444可以快速地响应，并计算得到代表该电网440发生相位变化的相位偏差信号456。该相位偏差信号456可以在求和元件452中与参考相位角信号468相结合，以产生瞬时相位角信号448。该瞬时相位角信号448接着可以被提供给网侧变流器控制器418，以根据该瞬时相位角信号448调节作用到网侧变流器414的网侧控制信号422。因此，通过调节该网侧控制信号422，该网侧变流器414可以输出与电网电网保持同步的交流电压或者交流电流。在图10所示的实施方式中，为了方便描述，该锁相环装置458，该相位变化检测装置444，以及该电流旋转单元428和电压旋转单元442被示意成位于该网侧变流器控制器418之外。在其他实施方式中，该等元件应当可以在网侧变流器控制器418之内部执行，并且该等以功能模块示意的元件应当被理解为既可以通过硬件(hardware)的形式来实现，也可以通过固件(firmware)或者软件(software)的形式来实现，或者通过硬件结合软件的形式来实现。在实际的应用中，该网侧变流器控制器418可以通过微控制器来执行，也可以通过数字信号处理器(digital signal processor，DSP)来执行。

此外，在图10所示的锁相环装置458进一步被配置成提供频率参考信号454给网侧变流器控制418。在获得d-q坐标系下的二相电流分量信号432，d-q坐标系下的二相电压分量信号438，该网侧变流器控制器418可以计算得到实际的从该网侧变流器414传送给电网的有功功率或者无功功率。该网侧变流器控制器418可以根据有功功率指令信号464或者无功功率指令信号466来调节实际的有功功率或者无功功率，并发送调节的网侧控制信号422给网侧变流器414，以使得实际的有功功率或者无功功率跟随有功功率指令值或者无功功率指令值。如上文结合图9所作之描述，该相位变化检测装置444可以被配置成判定该计算得到的相位偏差信号456的相位范围。通过此种配置，当该相位变化检测装置444判定出该相位偏差信号456的数值过大时，例如该相位偏差信号456大于如上文公式(6)所定义的第一相位角阈值信号时，该相位变化检测装置444可以被配置成减低该有功功率指令信号464或者该无功功率指令信号466，以保护该网侧变流器414。在其他实施方式中，也可以不通过与有功功率指令信号464或者无功功率指令信号466发生作用，当该相位偏差信号456被判定成超过预设的上限相位角阈值信号或者最大允许的相位角值时，该相位变化检测装置444也可以被配置成使该网侧变流器控制器418中的开关控制单元419停止提供产生网侧控制信号422，使位于该网侧变流器414中的半导体开关器件停止开关动作。

图11所示为本发明揭示的相位变化检测和补偿方法的一种实施方式的流程图，该相位变化检测和补偿方法可以供如图10所示的能量转换系统40执行。在下面的详细描述中，该方法流程图3000的各个步骤主要结合该能量转换系统40进行描述，可以理解，该方法流程图3000并不限定于必须结合该特定的能量转换系统40来执行，本领域具有一般技能之人士应当可以将该方法流程图3000的全部步骤或者主要步骤应用到其他系统之中。该方法流程图3000可以编程为程序指令或者计算机软件，并保存在可以被电脑或者处理器读取的存储介质上。当该程序指令被电脑或者处理器执行时，可以实现如流程图所示的各个步骤。可以理解，电脑可读的介质可以包括易失性的和非易失性的，以任何方法或者技术实现的可移动的以及非可移动的介质。更具体言之，电脑可读的介质包括但不限于随机访问存储器，只读存储器，电可擦只读存储器，闪存存储器，或者其他技术的存储器，光盘只读存储器，数字化光盘存储器，或者其他形式的光学存储器，磁带盒，磁带，磁碟，或者其他形式的磁性存储器，以及任何其他形式的可以被用来存储能被指令执行系统访问的预定信息的存储介质。

在一种实施方式中，该方法3000可以从步骤3002开始执行。在步骤3002中，检测并获得能量转换系统中的网侧变流器输出端的交流电压。在一种实施方式中，该交流电压信号可以通过沿着网侧变流器和电网之间的电连接线路上放置的任意一点的一个或者多个电压传感器来获得。

在步骤3004中，将上述步骤3002获得的交流电压反馈信号转换成二相的电压分量信号。更具体而言，在一种实施方式中，可以使用图10所示的电压旋转单元442执行坐标旋转变换操作，以得到在α-β坐标系下的二相电压分量信号462。

在步骤3006中，计算相位偏差信号。更具体而言，可以依照上文所提及的公式(5)并根据该α-β坐标系下的二相电压分量信号462来计算该相位偏差信号。在其他实施方式中，应当还可以应用其他的数学计算公式或者通过查表的方式来得到该相位偏差信号。

在步骤3008中，判定该计算得到的相位偏差信号是否大于预定的相位角阈值。该预定的相位角阈值可以根据实际的要求进行设置，例如，在一种实施方式中，该预定的相位角阈值可以被设置成以确保仅该计算得到的相位偏差信号的数值足够大时，也即，仅在电网发生明显的或者较大的相位变化时，才进行相应的相位补偿。换言之，当该计算得到的相位偏差信号的数值相对较小时，也即，该电网中所存在的相位变化并不明显时，该计算得到的相位偏差信号并不会用来进行相位补偿。当该步骤3008的判定结论为真时，也即，该计算得到的相位偏差信号大于该预定的相位角阈值时，该方法流程转向步骤3012执行，以进行相应的相位补偿。当该步骤3008的判定结论为假时，也即，该计算得到的相位偏差信号小于该预定的相位角阈值时，该方法流程转向步骤3014执行，并结束相位补偿。在此所述的预定的相位角阈值可以为如上文公式(7)所定义的第三相位角阈值T₁。在其他实施方式中，当该步骤3008的判定结论为假时，该方法流程也可以返回步骤3002执行，以继续检测电网的电压信号，观察该电网是否有新的相位变化，并在检测到新的相位变化时，继续进行相位补偿。

在步骤3012中，执行相应的相位补偿。更具体而言，在上述步骤3006中所计算得到的相位偏差信号可以与通过锁相环装置得到的参考相位角信号相结合，以得到反映电网电压实时相位信息的瞬时相位角信号。该瞬时相位角信号接着被网侧变流器控制器用来调节其为网侧变流器提供的网侧控制信号，以使得该网侧变流器输出的交流电压或者交流电流可以与电网的电压保持同步。

图12所示为本发明揭示的交流电网电压变动检测和补偿方法的另一种实施方式的流程图。图12所示的方法流程图4000可以为图10所示的能量转换系统来执行，以在电网的电压发生相位变化时，进行相对应的相位补偿。但是，应当可以理解的是，在此描述的方法流程图4000的全部或者部分，应当还可以被其他的装置或者系统执行，例如，该方法流程图4000关于相位变化检测的步骤部分可以为图2-3所示的相位变化检测系统来执行，以进行电网相位变化的检测。

在一种实施方式中，该方法流程图4000可以从步骤4002开始执行。在步骤4002中，检测并获得能量转换系统中的网侧变流器输出端的交流电压。在一种实施方式中，该交流电压信号可以通过沿着网侧变流器和电网之间的电连接线路上放置的任意一点的一个或者多个电压传感器来获得。

在步骤4004中，通过上述步骤4002所获得的交流电压反馈信号被转换成在α-β坐标系下的二相电压分量信号和在d-q坐标系下的二相电压分量信号。更具体而言，在一种实施方式中，如图10所示的电压旋转单元442可以被用来执行坐标旋转变换操作，以获得在α-β坐标系下的二相电压分量信号462以及在d-q坐标系下的二相电压分量信号438。

在步骤4006中，预判该电网电压是否发生相位变化。已知，当发生一个或者多个瞬态事件或者遇到故障情形时，该电网电压会发生相位变化。当能量转换系统与电网保持此同步运作时，d-q坐标系被旋转成使其d轴与电网电压向量的d轴电压分量相重合，并且该电网电压向量的q轴电压分量为零。当该电网发生瞬态事件或者遇到故障情形时，该电网电压中存在的相位变化会引起该q轴电压分量不为零。因此，该q轴电压分量到的数值可以作为评价该电网电压是否发生相位变化的一种标志量。在一种实施方式中，可以预先设置一个q轴电压阈值来进行相应的判定。如果该q轴电压分量信号被判定成大于或者等于该q轴电压阈值时，可以认为该电网电压中发生一定的相位变化，此时，该方法流程可以转向步骤4012执行，以具体计算该电网电压中发生相位变化的数值。然而，如果该q轴电压分量信号被判定成小于该q轴电压阈值时，可以认为该电网电压中不存在相位变化，或者该电网中存在的相位变化可以忽略，此时，该方法流程可以返回步骤4002执行，以进一步获取网侧变流器输出的交流电压反馈信号，并观察该电网电压是否发生新的相位变化。可以理解的是，在此描述的步骤4006并不必须包含在方法流程4000中。在其他实施方式中，可以省去该步骤4006，也即，在另外的实施方式中，可以不进行电网电压是否发生相位变化的预判，而可以直接进行反应相位变化的相位偏差信号的计算。

在步骤4008中，计算反映代表电网电压中存在的相位变化的相位偏差信号的数值。更具体而言，在一种实施方式中，该相位偏差信号可以依照上文所提及的公式(5)并根据该α-β坐标系下的二相电压分量信号462来计算该相位偏差信号。在其他实施方式中，应当还可以应用其他的数学计算公式或者通过查表的方式来得到该相位偏差信号。

在步骤4012中，判定该计算得到的相位偏差信号是否大于第一相位角阈值。如果该步骤4012的判定结论为真，该方法流程转向4014执行，如果该步骤4012的判定结论为假，该方法流程转向步骤4016执行。在此所述的第一相位角阈值可以为上文公式(6)所定义的为相位角阈值T₃。该第一相位角阈值被定义成具有相对较大的数值，以在该计算得到的相位偏差信号大于该第一相位角阈值时，该网侧变流器或者该逆变器可以被关闭。该关闭网侧变流器的动作可以在步骤4104中执行，以保护该网侧变流器4014。

在步骤4016中，进一步判定该计算得到的相位偏差信号是否大于第二相位角阈值。如果该步骤4016的判定结论为真，该方法流程转向步骤4018执行，如果该步骤4016的判定结论为假，该方法流程可以转向步骤4022执行。在此所述的第二相位角阈值可以为上文公式(6)和公式(7)所定义的相位角阈值T₂。该第二相位角阈值T₂小于第一相位角阈值T₃，但仍然具有足够大的数值，以表明此时使相位偏差调节器具有较快的响应速度是合适的。

在步骤4018中，在该相位偏差信号被判定成大于该第二相位角阈值而小于该第一相位角阈值时，可以对供相位偏差调节器使用的增益信号进行调节。在一种实施方式中，该增益信号可以被调节成具有相对较大的数值，以使得该相位偏差调节器具有较快的响应速度，并提供调节的相位偏差信号。

在步骤4024中，进一步，在该相位偏差信号被判定成大于该第二相位角阈值而小于该第一相位角阈值时，可以同时对供相位角比较单元使用的相位角阈值或者相位角阈值范围值进行调节。在一种实施方式中，该相位比较单元使用的相位角阈值可以被调节成具有相对较大的上限值或者具有较宽的相位角阈值范围值，以对相位偏差信号进行相位幅值限制。

在步骤4022中，在该相位偏差信号被判定成小于该第二相位角阈值时，进一步判定该相位偏差信号是否大于第三相位角阈值。如果该步骤4022的判定结论为真，该方法流程转向步骤4026执行，如果该步骤4022的判定结论为假，该方法流程可以转向步骤4002执行，以进一步检测电网电压，并观察该电网电压是否发生相位变化。在此所述的第三相位角阈值可以为上文公式(7)和公式(8)所定义的相位角阈值T₁。该第三相位角阈值小于该第二相位角阈值，但仍然具有一定的数值，以确保在该相位偏差信号大于该第三相位角阈值而小于第二相位角阈值时，仍然进行适当的相位补偿。

在步骤4026中，在该相位偏差信号被判定成大于该第三相位角阈值而小于该第二相位角阈值时，可以对供相位偏差调节器使用的增益信号进行调节。在一种实施方式中，该增益信号可以被调节成具有相对较小的数值，特别地，小于在步骤4018中所述的增益信号值，以使得该相位偏差调节器可以较慢地响应，并提供调节的相位偏差信号，以用于相位补偿。

在步骤4028中，进一步，当该相位偏差信号被判定成大于该第三相位角阈值而小于该第二相位角阈值时，可以同时对供相位角比较单元使用的相位角阈值或者相位角阈值范围值进行调节。在一种实施方式中，该相位角阈值可以被调节成具有相对较小的上限值或者具有相对较窄的相位角阈值范围值，以对相位偏差信号进行限制。在此步骤4028中调节的相位角阈值的上限值小于在步骤4024中所调节的相位角阈值的上限值，或者在此步骤4028中调节的相位角阈值的范围值小于在步骤4024中所调节的相位角阈值的范围值。

在步骤4032中，进行相位补偿。更具体而言，在一种实施方式中，或者从步骤4028提供的限制的相位偏差信号，或者从步骤4024提供的限制的相位偏差信号，与通过锁相环装置获得的参考相位角信号相结合，以产生反应电网电压相位信息的复合瞬时相位角信号。该复合瞬时相位角信号接着可以被网侧变流器控制器使用，用来调节为网侧变流器产生的网侧控制信号，因而从网侧变流器输出的交流电压或者交流电流可以与电网电压保持同步。在步骤4032之后，该方法流程可以返回步骤4022执行，以继续检测电网电压信号，观察该电网电压信号中是否存在新的相位变化，并进一步在检测到相位变化时，计算出相位变化的具体数值，以进行相位补偿。

虽然结合特定的实施方式对本发明进行了说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于涵盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。

Claims (21)

1.一种相位变化检测系统，其特征在于：该相位变化检测系统包括：坐标变换装置和相位变化检测装置；该坐标变换装置被配置成用于接收一相或者多相的电网电压反馈信号，并将该一相或者多相的电网电压反馈信号变换成在静止坐标系下的第一电压分量信号和第二电压分量信号；该相位变化检测装置连接该坐标变换装置，该相位变化检测装置被配置成用于接收该第一电压分量信号和该第二电压分量信号，并至少基于该第一电压分量信号和该第二电压分量信号计算出代表存在于该一相或者多相的电网电压反馈信号中由于电网发生瞬态事件或暂态事件或遇到故障情形所导致的相位变化的相位偏差信号。

2.如权利要求1所述的相位变化检测系统，其特征在于：该相位变化检测装置包括：相位角计算单元，预处理单元，第一滤波器，第二滤波器，以及求和元件；该相位角计算单元被配置成用于接收该第一电压分量信号和该第二电压分量信号，并至少基于该第一电压分量信号和该第二电压分量信号计算出瞬时相位角信号；该预处理单元被配置成用于接收该瞬时相位角信号以及参考信号，并通过将该瞬时相位角信号和该参考信号相减以得到预处理的相位角信号；该第一滤波器被配置成用于对该预处理的相位角信号进行滤波，以提供第一滤波器输出信号，该第一滤波器输出信号代表不包含相位变化内容的预处理的相位角信号；该第二滤波器被配置成用于对该预处理的相位角信号进行滤波，以提供第二滤波器输出信号，该第二滤波器输出信号代表包含相位变化内容的预处理的相位角信号；该求和元件被配置成用于将该第二滤波器输出信号和该第一滤波器输出信号相减，以得到该相位偏差信号。

3.如权利要求2所述的相位变化检测系统，其特征在于：该第一滤波器包括慢速滤波器，该慢速滤波器具有第一带宽，以用于有效滤除该预处理的相位角信号中包含的相位偏差信号；该第二滤波器包括快速滤波器，该快速滤波器具有大于该第一带宽的第二带宽，以用于允许该预处理的相位角信号中包含的相位偏差信号通过。

4.一种能量转换系统，该能量转换系统包括：网侧变流器和网侧变流器控制器；该网侧变流器被配置成用于将可再生能量源提供的能量转换成适合电网的能量；该网侧变流器控制器包括坐标变换装置，相位变化检测装置和开关控制单元；该坐标变换装置被配置成用于接收一相或者多相的电网电压反馈信号，并将该一相或者多相的电网电压反馈信号变换成在静止坐标系下的第一电压分量信号和第二电压分量信号；该相位变化检测装置被配置成用于接收该第一电压分量信号和该第二电压分量信号，并至少基于该第一电压分量信号和该第二电压分量信号计算出代表存在于该一相或者多相的电网电压反馈信号中由于电网发生瞬态事件或暂态事件或遇到故障情形所导致的相位变化的相位偏差信号；该开关控制单元被配置成用于至少基于该相位偏差信号为该网侧变流器产生控制信号。

5.如权利要求4所述的能量转换系统，其特征在于：该可再生能量源包括光伏能量源，该开关控制单元被配置成用于发送控制信号给该网侧变流器，以使得该网侧变流器输出的交流电压或者交流电流与该电网保持同步。

6.如权利要求5所述的能量转换系统，其特征在于：该相位变化检测装置被进一步配置成用于将该相位偏差信号与第一相位角阈值进行比较，该开关控制单元被配置成在该相位偏差信号大于该第一相位角阈值时，使该网侧变流器停止运作。

7.如权利要求5所述的能量转换系统，其特征在于：该网侧变流器控制器被配置成接收代表在该网侧变流器输出端所取得的有功功率指令信号或者无功功率指令信号；该相位变化检测装置还被配置成用于将该相位偏差信号与第一相位角阈值进行比较；该相位角检测器还进一步被配置成在该相位偏差信号大于该第一相位角阈值时，限制该有功功率指令信号或者该无功功率指令信号。

8.如权利要求4所述的能量转换系统，其特征在于：该坐标变换装置还被配置成将该一相或者多相的电压反馈信号变换成在旋转坐标系下的q轴电压信号；该网侧变流器控制器包括锁相环装置和第一求和元件，该锁相环装置被配置成根据q轴电压指令信号调节该坐标变换装置产生的q轴电压信号，并产生参考相位角信号；该第一求和元件被配置成将该参考相位角信号和该相位偏差信号相加，以得到复合瞬时相位角信号。

9.如权利要求8所述的能量转换系统，其特征在于：该相位变化检测装置包括相位角计算单元，预处理单元，第一滤波器，第二滤波器，以及第二求和元件；该相位角计算单元被配置成用于接收该第一电压分量信号和该第二电压分量信号，并至少基于该第一电压分量信号和该第二电压分量信号计算出瞬时相位角信号；该预处理单元被配置成用于接收该瞬时相位角信号以及参考信号，并通过将该瞬时相位角信号和该参考信号相减以得到预处理的相位角信号；该第一滤波器被配置成用于对该预处理的相位角信号进行滤波，以提供第一滤波器输出信号，该第一滤波器输出信号代表不包含相位变化内容的预处理的相位角信号；该第二滤波器被配置成用于对该预处理的相位角信号进行滤波，以提供第二滤波器输出信号，该第二滤波器输出信号代表包含相位变化内容的预处理的相位角信号；该第二求和元件被配置成用于将该第二滤波器输出信号和该第一滤波器输出信号相减，以得到该相位偏差信号。

10.如权利要求9所述的能量转换系统，其特征在于：该第一滤波器包括慢速滤波器，该慢速滤波器具有第一带宽以用于有效滤除预处理的相位角信号中包含的相位偏差信号；该第二滤波器包括快速滤波器，该快速滤波器具有大于该第一带宽的第二带宽，用于允许该预处理的相位角信号中包含的相位偏差信号通过。

11.如权利要求9所述的能量转换系统，其特征在于：该预处理单元包括延迟单元和第三求和元件，该延迟单元被配置成接收由该相位角计算单元计算得到的瞬时相位角信号并产生延迟的瞬时相位角信号；该第三求和元件被配置成通过将未经延迟的瞬时相位角信号和该经延迟的瞬时相位角信号相减，以产生该预处理的相位角信号。

12.如权利要求9所述的能量转换系统，其特征在于：该预处理单元包括第三求和元件，该第三求和元件被配置成接收由该相位角计算单元计算得到的瞬时相位角信号以及由该锁相环装置提供的参考相位角信号，该第三求和元件还被配置成通过将该瞬时相位角信号与该参考相位角信号相减，以产生该预处理的相位角信号。

13.如权利要求9所述的能量转换系统，其特征在于：该相位变化检测装置进一步包括相位角比较单元，该相位角比较单元被配置成根据预设的相位角阈值对该相位偏差信号进行限制，并提供限制的相位偏差信号。

14.如权利要求13所述的能量转换系统，其特征在于：该相位变化检测装置进一步包括限制单元和相位角判断单元；该限制单元被配置成存储供该相位角比较单元使用的相位角阈值；该相位角判断单元被配置成用于接收该相位偏差信号并判定该相位偏差信号的相位角范围；其中，当该相位角判断单元判定该相位偏差信号处于第一相位角范围之内时，该限制单元被调节成具有第一相位角阈值范围，以将该相位偏差信号限制在该第一相位角阈值范围之内；当该相位角判断单元判定该相位偏差信号处于第二相位角范围之内时，该限制单元被调节成具有小于第一相位角阈值范围的第二相位角阈值范围，以将该相位偏差信号限制在该第二相位角阈值范围之内；当该相位角判断单元判定该相位偏差信号位于第三相位角范围之内时，该限制单元被调节成具有第三相位角阈值范围，以将该相位偏差信号限制在该第三相位角阈值范围之内。

15.如权利要求13所述的能量转换系统，其特征在于：该相位变化检测装置进一步包括相位偏差调节器，该相位偏差调节器连接在该第二求和元件和该相位角比较单元之间，该相位偏差调节器被配置成用于接收该相位偏差信号，并至少根据该相位偏差信号提供调节的相位偏差信号。

16.如权利要求15所述的能量转换系统，其特征在于：该相位变化检测装置进一步包括增益单元和相位角判断单元；该增益单元被配置成存储供相位偏差调节器使用的增益值；该相位角判断单元被配置成用于接收该相位偏差信号并判定该相位偏差信号的相位角范围；其中，当该相位角判断单元判定该相位偏差信号处于第一相位角范围之内时，该增益单元被调节成具有第一增益值，以使得该相位偏差调节器快速地响应并提供该调节后的相位偏差信号；当该相位角判断单元判定该相位偏差信号处于第二相位角范围之内时，该增益单元被调节成具有小于该第一增益值的第二增益值，以使得该相位偏差调节器较慢地响应并提供该调节后的相位偏差信号；当该相位角判断单元判定该相位偏差信号位于第三相位角范围之内时，该增益单元的增益值被设置为零，以使得该相位变化检测装置输出零相位偏差信号。

17.一种相位变化检测方法，其特征在于：该方法至少包括如下步骤：

接收三相电网电压反馈信号；

将该接收的三相电网电压反馈信号变换成在静止坐标系下的第一电压分量信号和第二电压分量信号；以及

至少根据该第一电压分量信号和该第二电压分量信号计算代表存在于该三相电网电压反馈信号中由于电网发生瞬态事件或暂态事件或遇到故障情形所导致的相位变化的相位偏差信号。

18.如权利要求17所述的相位变化检测方法，其特征在于：该方法还包括如下步骤：

至少基于该第一电压分量信号和该第二电压分量信号计算瞬时相位角信号；

通过将该瞬时相位角信号与参考信号相减对该瞬时相位角信号进行预处理，以产生预处理的相位角信号；

对该预处理的相位角信号进行滤波，以提供第一滤波器输出信号，该第一滤波器输出信号代表不包含相位变化内容的预处理的相位角信号；

对该预处理的相位角信号进行滤波，以提供第二滤波器输出信号，该第二滤波器输出信号代表包含相位变化内容的预处理的相位角信号；以及

将该第二滤波器输出信号和该第一滤波器输出信号相减，以得到该相位偏差信号。

19.如权利要求18所述的相位变化检测方法，其特征在于：该方法还包括如下步骤：

判定该相位偏差信号所处的相位角范围；

基于该相位偏差信号所判定的处于的相位角范围选择性地调节增益信号；以及

根据该调节的增益信号产生调节的相位偏差信号，并提供调节后的相位偏差信号以用于相位补偿。

20.一种相位变化补偿方法，该方法至少包括如下步骤：

接收三相电网电压反馈信号；

将该接收的三相电网电压反馈信号变换成在静止坐标系下的第一电压分量信号和第二电压分量信号；

将该静止坐标系下的第一电压分量信号和第二分量信号变换成旋转坐标系下的q轴电压分量信号；

至少根据该第一电压分量信号和该第二电压分量信号计算代表存在于该三相电网电压反馈信号中的相位变化的相位偏差信号；

至少根据该q轴电压分量信号和q轴电压指令信号产生参考相位角信号；

将该相位偏差信号和该参考相位角信号相加，以得到复合瞬时相位角信号；

至少使用该复合瞬时相位角信号产生作用到能量转换系统中网侧变流器的网侧控制信号；以及

基于该网侧控制信号产生可以并网并且与电网电压保持同步的交流电压信号或者交流电流信号。

21.一种瞬时相位角产生系统，该瞬时相位角产生系统包括：坐标变换装置，锁相环装置，相位变化检测装置以及求和元件，该坐标变换装置被配置成用于接收三相电网电压反馈信号，并将该三相电网电压反馈信号变换成静止坐标系下的α轴电压分量信号和β轴电压分量信号；该坐标变换装置并被配置成将该三相电网电压反馈信号变换成在旋转坐标系下的q轴电压分量信号；该锁相环装置被配置成用于接收该q轴电压分量信号和q轴电压指令信号，并基于该q轴电压分量信号和该q轴电压指令信号产生参考相位角信号；该相位变化检测装置被配置成用于接收该α轴电压分量和该β轴电压分量信号，并至少基于该α轴电压分量信号和该β轴电压分量信号计算出相位偏差信号；该求和元件被配置成将该参考相位角信号和该相位偏差信号相加，以得到代表该电网电压相位信息的复合瞬时相位角信号。