CN104104221A - 具有有功无功功率解耦补偿机制的能量转换系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示能量转换系统，包括直流母线、变流器模块、及变流器控制模块。直流母线，用于接收来自于电源的直流电。变流器模块，用于将该直流母线上的直流电转换成交流电。变流器控制模块包括有功功率调节器、无功功率调节器及有功无功功率解耦单元。该有功功率调节器根据有功功率指令和反馈信号产生相位角指令信号。该无功功率调节器根据无功功率指令和反馈信号产生电压幅值指令信号。该有功无功功率解耦单元包括有功及无功功率补偿项。该有功功率补偿项根据无功功率误差信号产生用于补偿相位角指令信号的相位角补偿信号，该无功功率补偿项根据有功功率误差信号产生用于补偿电压幅值指令信号的电压幅值补偿信号。本发明还揭示有能量转换方法。

Description

具有有功无功功率解耦补偿机制的能量转换系统和方法
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，以向电力系统提供电能，特别涉及一种能量转换系统的有功功率与无功功率的去耦补偿机制和方法。
背景技术
基本而言，在全世界范围内，通过可再生能源发电系统，例如光伏发电系统产生的电能，其所占据的份额越来越显著。一般的光伏发电系统包括一个或者多个光伏阵列，其中每个光伏阵列又包括多个相互连接的光伏电池单元，该光伏电池单元可以将太阳辐射能转换成直流电能。为了实现光伏阵列的并网发电，通常会使用变流器模块将光伏阵列产生的直流电能转换成可供电网传输的交流电能。
现有的供光伏发电系统使用的变流器模块的架构有多种形式。其中一种为二级式的结构，其包括一个直流-直流变流器和一个直流-交流变流器。该直流-直流变流器控制从光伏阵列到直流母线间的直流电能的传输。该直流-交流变流器则将输送到直流母线上的直流电能转换成可供电网传输的交流电能。通常，现有的光伏发电系统还具有一个变流器控制模块，其用于通过控制信号控制直流-直流变流器和一个直流-交流变流器的运作，并对各种系统变量，例如直流母线电压，交流电网电压和频率等变量作补偿控制。
在正常并网发电的过程中，如基于电压源控制（voltage source control,VSC）的能量转换系统通常被设计成模拟一个同步发电机。根据电力传输理论，该能量转换系统中的一个基本的控制回路包括一个有功功率回路及一个无功功率回路，且该基本的控制回路的设计是基于忽略变流器与电网之间的电阻的情况下建立的。当电网阻抗及发电系统主电路中的电阻足够小时，有功功率与无功功率可以被认定为是非耦合的关系。但是，在真实的系统中，虚拟阻抗往往被加入到控制回路中，以提高系统的稳定性。如此，基于上述电阻包括实际的及虚拟的电阻的存在，有功功率与无功功率将会深度的耦合在一起相互影响。也就是说，当控制其中一个时，另外一个也随之变化，这样会降低系统的稳定性。
因此，有必要提供一种改进的能量转换系统和方法以解决上述技术问题。
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能量转换系统。该能量转换系统包括：
直流母线，用于接收来自于电源的直流电；
变流器模块，用于将该直流母线上的直流电转换成交流电；及
变流器控制模块，用于调节该变流器模块的功率，该变流器控制模块包括：
有功功率调节器，根据有功功率指令信号和有功功率反馈信号产生相位角指令信号；
无功功率调节器，根据无功功率指令信号和无功功率反馈信号产生电压幅值指令信号；及
有功无功功率解耦单元，用于去除有功功率与无功功率之间的耦合干扰，该有功无功功率解耦单元包括：
有功功率补偿项，根据无功功率误差信号产生用于补偿该相位角指令信号的相位角补偿信号；及
无功功率补偿项，根据有功功率误差信号产生用于补偿该电压幅值指令信号的电压幅值补偿信号。
本发明的另一个方面在于提供一种操作能量转换系统的方法。该方法包括：
根据有功功率指令信号和有功功率反馈信号产生相位角指令信号；
根据无功功率指令信号和无功功率反馈信号产生电压幅值指令信号；及
根据无功功率误差信号产生用于补偿该相位角指令信号的相位角补偿信号；
根据有功功率误差信号产生用于补偿该电压幅值指令信号的电压幅值补偿信号；及
基于该补偿后的相位角指令信号及补偿后的电压幅值指令信号产生控制信号，以在该控制信号的作用下驱动该变流器模块工作。
本发明提供的能量转换系统及方法，通过加入该有功无功功率解耦单元可提供一个用于补偿相位角指令信号的相位角补偿信号及提供一个用于补偿该电压幅值指令信号的电压幅值补偿信号。经过补偿后的相位角指令信号及电压幅值指令信号可有效消除有功功率与无功功率之间耦合干扰，提高系统的稳定性。
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所示为光伏能量转换系统的一种实施方式的模块示意图。
图2所示为图1所示的网侧控制器的一种实施方式的控制框图。
图3所示为图2所示的网侧控制器中有功功率调节器与有功功率补偿项的一种实施方式的控制框图。
图4所示为图2所示的网侧控制器中有功功率调节器与有功功率补偿项的另一种实施方式的控制框图。
图5所示为图2所示的网侧控制器中无功功率调节器与无功功率补偿项的一种实施方式的控制框图。
图6所示为图2所示的网侧控制器中无功功率调节器与无功功率补偿项的另一种实施方式的控制框图。
图7所示为图2所示的网侧控制器中无功功率调节器与无功功率补偿项的再一种实施方式的控制框图。
图8a及8b分别所示为图2所示网侧控制器在未设有及设有有功无功功率解耦单元，有功功率指令变化时，有功功率和无功功率的反馈信号仿真图。
图9a及9b分别所示为图2所示网侧控制器在未设有及设有有功无功功率解耦单元，无功功率指令变化时，有功功率和无功功率的反馈信号仿真图。
图10所示为图1所示的网侧控制器的另一种实施方式的控制框图。
具体实施方式
本发明揭露的一个或者多个实施方式涉及有功功率与无功功率解耦补偿机制（或简称有功无功功率解耦补偿机制），以用于处理能量转换系统并网发电过程中有功功率与无功功率互相耦合干扰的问题。更具体而言，在一种实施方式中，在此描述的有功功率与无功功率解耦补偿机制结合电压源控制（Voltage Source Control，VSC）架构或者算法来具体执行。在此所谓的“电压源控制架构或者算法”是指在一种具体的实施方式中其主要的控制变量包括交流侧电压指令如电压幅值指令和相位角指令之相关控制机制。
在一些实施方式中，该有功功率与无功功率解耦补偿机制还可以结合电流限制机制或相位跳变补偿机制等来执行。这里所谓的“电流限制机制”是指根据预定的电流阈值限制经过负序电流补偿机制调节后的电压指令信号，以进一步限制能量转换系统输出的电流，以保护能量转换系统的内部器件。这里所谓的“相位跳变补偿机制”是指实时追踪电网中的相位跳变信息，并提供该相位跳变信息对系统进行相应的相位补偿。在其他实施方式中，该有功功率与无功功率解耦补偿机制还可以结合其他补偿机制来共同保证系统的稳定工作。
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1所示为能量转换系统10一种实施方式的模块示意图。在下面的描述中，为了更好的理解本发明的较佳实施方式，能量转换系统10被图示并描述成一种光伏或者太阳能能量转换系统。但是，应当可以理解的是，对于本发明所属技术领域内具有一般技能的人士来讲，本发明所披露的一个或者多个实施方式应当不仅仅限制在光伏领域，其中的一些方面，例如，基于电压源控制架构或者算法的有功无功功率解耦补偿机制，应当可以通过类似的方式应用到其他领域，例如，还可以应用到燃料电池发电系统、风能发电系统以及潮汐能发电系统等。
概括而言，该光伏能量转换系统10包括一个光伏变流器模块14。该光伏变流器模块14可以视作连接在光伏电源12和电网18之间的能量转换接口，以用于不同形式能量之间的转换。详细而言，该光伏变流器模块14被配置成将从光伏电源12输出的直流电压或者电流形式的能量（下文简称为直流电）转换成适合输入到电系统18的交流电压或者电流形式的能量（下文简称为交流电）。在一种实施方式中，光伏电源12可以包括一个或者多个光伏阵列，其中每个光伏阵列可以包括多个相互连接的光伏单元，该光伏单元基于光电效应进行太阳能到直流电能的转换。在一种实施方式中，电系统18可以为输送交流电的电网，该光伏能量转换系统10可以被配置成输送具有适当频率和幅值的三相交流电给电网18。在其他实施方式中，该电系统18也可以包括交流负载，例如交流电机或者马达等。
在一种实施方式中，图1所示的光伏变流器模块14基于两级式的架构，其包括光伏侧变流器142（也即靠近光伏电源12侧的变流器）和网侧变流器144（也即靠近电网18侧的变流器）。该光伏侧变流器142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12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146。该直流母线146可以包括一个或者多个电容器，用以将直流母线146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146到电网18的能量流动。该网侧变流器144可以包括直流-交流变流器，用以将直流母线146处的直流电压转换成适合交流电网18输送的交流电压。可以理解的是，在其他实施方式中，该光伏变流器模块14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18输送。不管是单级式架构还是多级式架构的具体实施方式，该变流器模块14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压电压或者基本与电网电压保持同步。
在一种实施方式中，图1所示的该能量转换系统10进一步包括变流器控制模块或者变流器控制系统16。该变流器控制模块16被配置成调节该变流器模块14的功率。在一种实施方式中，该变流器控制模块16被配置成包括光伏侧控制器162和网侧控制器164。该光伏侧控制器162被配置成根据各种指令信号和反馈信号发送光伏侧控制信号166给光伏侧变流器142，以调节直流母线146处的电压或者功率。例如，在一种实施方式中，该光伏侧变流器142根据电压传感器145检测到的直流电压反馈信号156和输入的直流电压指令信号提供光伏侧控制信号166给光伏侧变流器142，以调节该直流母线146处的电压。该网侧控制器164被配置成根据各种指令信号和反馈信号发送网侧控制信号168给网侧变流器144，以调节从网侧变流器144输出的有功功率或者无功功率。该光伏侧变流器142可以包括任何拓扑结构的变流器，例如，半桥式变流器、全桥式变流器以及推挽式变流器等。该网侧变流器144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。该光伏侧变流器142和该网侧变流器144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 Commutated Thyristors，IGCTs）和绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBTs）等。该等开关器件可以在光伏侧控制信号166和网侧控制信号168的作用下被开通或者关断。虽然图1示出了使用两个独立的控制器162，164进行控制，但是在其他的实施方式中，应当也可以使用单一的控制器对光伏侧变流器142和网侧变流器144同时进行控制。
在一种实施方式中，图1所示的能量转换系统10还可以进一步包括光伏侧滤波器22，该光伏侧滤波器22包括一个或者多个容性元件和感性元件，用以滤除从光伏电源12输出的直流电能中的波动分量，并阻止波动信号从光伏侧变流器142流向光伏电源12。该能量转换系统10还可以包括网侧滤波器24，该网侧滤波器24也包括一个或者多个感性元件或者容性元件，以滤除从网侧变流器144输出的三相交流电中的谐波分量。
请继续参阅图1，该能量转换系统10或者更具体而言该网侧控制器164进一步包括有功无功功率解耦单元290（这里的“有功无功功率解耦”是指去除有功功率与无功功率之间的相互耦合干扰），以调节网侧变流器144的输出功率。在一种实施方式中，如图1所示，该有功无功功率解耦单元290可以配置在该网侧控制器164中。在其他实施方式中，该有功无功功率解耦单元290还可以配置在该网侧控制器164之外或者部分位于该网侧控制器164之中。更具体而言，该有功无功功率解耦单元290用于提供补偿至有功功率回路及无功功率回路，来消除有功功率与无功功率之间的耦合干扰，进而使系统稳定工作。更多关于有功无功功率解耦单元290的细节将在下文详细描述。
图2所示为图1所示的网侧控制器164一种实施方式的至少一部分的控制框图。图2所示网侧控制器164中的功能模块可以通过硬件（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，该网侧控制器164可以通过微控制器来执行，也可以通过数字信号处理器（digital signalprocessor，DSP）等处理器来执行。基本而言，在图示的实施方式中，网侧控制器164被构建成基于电压源控制架构。
在图2所示的实施方式中，该基于电压源控制架构的网侧控制器164配置有有功功率调节器210。该有功功率调节器210被配置成接收有功功率指令信号211和有功功率反馈信号212，并基于接收到的有功功率指令信号211和有功功率反馈信号212产生相位角指令信号240。该有功功率指令信号211代表期望从网侧测量点输出的有功功率，而该有功功率反馈信号212则代表实际测量或者计算得到的有功功率。该相位角指令信号240代表期望从网侧变流器144输出的交流输出电压的相位值。在一种实施方式中，该有功功率反馈信号212可以通过电流反馈信号154和电压反馈信号152计算得到，其中，该电流反馈信号154和该电压反馈信号152可以分别通过设置在网侧变流器144输出端和电网18之间的电流传感器34和电压传感器36（如图1所示）测量得到。在一种实施方式中，该电流传感器34和电压传感器36可以为霍尔效应传感器。虽然在图1所示的实施方式中，作为一种示意性的举例，电流传感器34和电压传感器36被放置在网侧滤波器24和电网之间成为公共连接点的位置处，但是在其他实施方式中，可以在网侧变流器144和电网18之间电连接路线上的任意点进行电压和电流的测量，以用于计算该有功功率反馈信号212。
请继续参阅图2，该基于电压源控制架构的网侧控制器164还配置有无功功率调节器220。该无功功率调节器220被配置成接收无功功率指令信号221和无功功率反馈信号222，并根据该无功功率指令信号221和无功功率反馈信号222产生电压幅值指令信号250。该无功功率指令信号221代表希望从网侧测量点输出的无功功率，其可以由电网运营商指定也可以根据实际的系统参数设计进行确定。该无功功率反馈信号222代表从网侧变流器144输出端测量或者计算得到的无功功率。该电压幅值指令信号250代表期望从网侧变流器144输出的交流电压的幅值。
请继续参阅图2，该基于电压源控制架构的网侧控制器164进一步包括有功无功功率解耦单元290。可以理解，在此实施方式中，该有功无功功率解耦单元290配置于该网侧控制器164内部，在其他实施方式中，该有功无功功率解耦单元290也可以配置在该网侧控制器164的外部。该有功无功功率解耦单元290包括一个有功功率补偿项291及一个无功功率补偿项292。
该有功功率补偿项291用于接收一个无功功率误差信号224，并据此产生一个相位角补偿信号293。该无功功率补偿项292用于接收一个有功功率误差信号214，并据此产生一个电压幅值补偿信号294。该有功功率误差信号214代表有功功率的一个变化量。在一些实施方式中，该有功功率误差信号214等于有功功率指令信号211与有功功率反馈信号212的差值，即ΔP=Pcmd-Pfbk。在另一些实施方式中，该有功功率误差信号214等于有功功率反馈信号212在不同时间点的差值，即ΔP=Pfbk2-Pfbk1。在其他实施方式中，该有功功率误差信号214还可以是通过其他方式获得的表征有功功率变化量的参数。该无功功率误差信号224代表无功功率的一个变化量。在一些实施方式中，该无功功率误差信号224等于无功功率指令信号221与无功功率反馈信号222的差值，即ΔQ=Qcmd-Qfbk。在另一些实施方式中，该无功功率误差信号224等于无功功率反馈信号222在不同时间点的差值，即ΔQ=Qfbk2-Qfbk1。在其他实施方式中，该无功功率误差信号224还可以是通过其他方式获得的表征有功功率变化量的参数。
该相位角补偿信号293用于提供给该有功功率调节器210，以提供一个补偿信号来去除无功功率变化对有功功率调节的影响。该电压幅值补偿信号294提供给该无功功率调节器220，同样以提供一个补偿信号来去除有功功率变化对无功功率调节的影响。通过该相位角补偿信号293及该电压幅值补偿信号294的补偿作用，该有功功率调节器210与该无功功率调节器220将分别对应输出一个补偿后的相位角指令信号240及一个补偿后的电压幅值指令信号250，进而在后续的控制中可消除该有功功率与该无功功率之间的耦合干扰，提高系统的稳定性。
请继续参阅图2，该基于电压源控制架构的网侧控制器164进一步包括信号产生器260。该信号产生器260被配置成根据相位角指令信号240和电压幅值指令信号250产生作用到网侧变流器144的网侧控制信号168。在一种非限定的实施方式中，该信号产生器260可以使用脉冲宽度调制（PulseWidth Modulation，PWM）单元来产生PWM型控制信号168。
图3所示为有功功率调节器210与有功功率补偿项291的一种实施方式的控制框图。作为一个例子，该有功功率调节器210可能包括求和元件213、功率调节器215以及相位角产生器217。该求和元件213将该有功功率指令信号211和有功功率反馈信号212相减，并提供代表有功功率指令信号211和有功功率反馈信号212之间差值的有功功率误差信号214。该有功功率误差信号214被提供给功率调节器215，并被功率调节器215用来产生频率指令信号216。该频率指令信号216被提供给相位角产生器217，并被相位角产生器217用来产生相位角指令信号218。在该实施方式中，该有功功率调节器210进一步包括一个求和元件219，用于将该相位角指令信号218与该相位角补偿信号293相加，以得到一个补偿后的相位角指令信号240，该补偿后的相位角指令信号240可降低无功功率变化对有功功率的影响。该补偿后的相位角指令信号240进一步提供给该信号产生器260，以进行后续的控制处理，这里不再赘述。
在图3的实施方式中，该有功功率补偿项291包括一个比例环节2912，若该比例环节2912的比例系数为K1，则Δθ=K1*ΔQ。该比例系数K1可以根据电力传输理论按照下面的公式推导出来。
PB=[(VA*VB*sin(θA-θB)+R*QB]/X    ----(1)
QB=[(VA*VB*cos(θA-θB)-V2 B-R*PB]/X    ----(2)
其中，该PB为该能量转换系统10上的一个设定点A至一个设定点B的有功功率，该QB为该能量转换系统10上的该设定点A至该设定点B的无功功率。例如，该设定点A可设为该网侧变流器144与该网侧滤波器24之间的一个设定点；该设定点B可设为该网侧滤波器24与该电网18之间的一个设定点，其他实施方式设定点的选取可以根据需要进行调整，这里仅是举例说明。该VA为该设定点A处的电压值，该VB为该设定点B处的电压值，该θA为电压向量VA的相位角，该θB为电压向量VB的相位角，该R为设定点A与B之间的阻值，该X为设定点A与B之间的电抗。根据上述公式(1)及(2)可知，该有功功率PB与该无功功率QB之间相互耦合干扰，这种相互的耦合干扰需要被消除，以提高系统的稳定性。
上述公式(1)可以按照以下方式进行推导：
PB=[(VA*VB*sin(θA-θB)+R*QB]/X
Δ(θA-θB)=[-R/VA*VB*cos(θA-θB)]*ΔQB
K1=-R/VA*VB*cos(θA-θB)    ----(3)
根据上述推导，该比例系数K1即被计算出来。可以理解的是，该阻值R可以根据该能量转换系统10具体的设计直接获得。其他参数VA、VB、θA、θB则可通过上述提及的传感器或其他习知技术获得。在一些实施方式中，若该有功功率与无功功率相互耦合干扰的补偿要求不是很高的时候，可对上述公式(3)作进一步的简化处理，例如，可以认为cos(θA-θB)=1，VA=VB=VBase。则公式(3)简化为：K1=(-R/V2 Base)，其中VBase为电压基值，可事先获得。
请参考图4，为有功功率调节器210与有功功率补偿项291的另一种实施方式的控制框图。相较于图3的实施方式，该实施方式进一步包括一个限制器2914，用于限制该有功功率补偿项291输出的相位角补偿信号293，并将其限制在预设的范围内。其他实施方式中，该限制器2914还可设置在该求和元件219的后面，用于限制该补偿后的相位角指令信号240，以使其处于预设的范围内。其他实施方式中，还可对有功功率补偿项291输出的相位角补偿信号293进行其他调整，例如滤波、放大等等，不限于本实施方式给出的例子。
图5所示为无功功率调节器220与无功功率补偿项292的一种实施方式的控制框图。作为一个例子，该无功功率调节器220可能包括求和元件223、无功调节器225、求和元件227以及电压调节器229。该求和元件223将该无功功率指令信号221和无功功率反馈信号222相减，并提供代表无功功率指令信号221和无功功率反馈信号222之间差值的无功功率误差信号224。该无功功率误差信号224被提供给无功调节器225。该无功调节器225可能包括比例积分调节器，用来产生一个测试点电压指令信号226。该求和元件227将该测试点电压指令信号226和测试点电压反馈信号260相减，并提供代表测试点电压指令信号226和测试点电压反馈信号260之间差值的测试点电压误差信号228。在本实施方式中，该求和元件227进一步将该电压幅值补偿信号294加入该测试点电压误差信号228中，即对应产生了补偿后的测试点电压误差信号228，该补偿后的电压误差信号228可降低有功功率变化对无功功率的影响。该补偿后的测试点电压误差信号228进一步提供给该电压调节器229，以产生补偿后的电压幅值指令信号250，以进行后续的控制处理，这里不再赘述。
在图5的实施方式中，该无功功率补偿项292包括一个比例环节2922，若该比例环节2922的比例系数为K2，则ΔV=K2*ΔP。该比例系数K2可以根据对公式(2)的如下推导计算出来。
QB=[(VA*VB*cos(θA-θB)-V2 B-R*PB]/X
ΔVB=[R/VA*cos(θA-θB)]*ΔPB
K2=R/VA*cos(θA-θB)   ----(4)
根据上述推导，该比例系数K2即被计算出来。在一些实施方式中，若该有功功率与无功功率相互耦合干扰的补偿要求不是很高的时候，可对上述公式(4)作进一步的简化处理，例如，可以认为cos(θA-θB)=1，VA=VB=VBase。则公式(4)简化为：K2=R/VBase。
请参考图6，为无功功率调节器220与无功功率补偿项292的另一种实施方式的控制框图。相较于图5的实施方式，该无功功率调节器220进一步包括一个求和元件272，其位于该电压调节器229的后面，并且用于将该电压幅值补偿信号294更改为从该求和元件272位置处注入，然后该补偿后的电压幅值指令信号250将由电压幅值指令信号271与该电压幅值补偿信号294相加获得。其他实施方式中，该相位角补偿信号293及电压幅值补偿信号294还可通过其他方式注入至该有功功率调节器210及无功功率调节器220之中，不局限于上述实施方式。
请参考图7，为无功功率调节器220与无功功率补偿项292的再一种实施方式的控制框图。相较于图5的实施方式，该实施方式进一步包括一个限制器2924，用于限制该无功功率补偿项292输出的电压幅值补偿信号294，并将其限制在预设的范围内。其他实施方式中，该限制器2924还可设置在该求和元件227的后面，用于限制该补偿后的测试点电压误差信号228，以使其处于预设的范围内。其他实施方式中，还可对无功功率补偿项292输出的电压幅值补偿信号294进行其他调整，例如滤波、放大等等，不限于本实施方式给出的例子。
请参考图8a及图8b，分别所示为网侧控制器164在未设有及设有有功无功功率解耦单元290，有功功率指令变化时，有功功率和无功功率的反馈信号仿真图。在图8a中，曲线81及82分别为有功功率的指令波形及有功功率对应的反馈信号波形，曲线83及84分别为无功功率的指令波形及无功功率对应的反馈信号波形。从仿真图8a中可以看出，当该有功功率发出一个上升沿指令而无功功率的指令保持不变时，有功功率的变化使得无功功率产生较大的波动。在图8b中，曲线85及86分别为有功功率的指令波形及有功功率对应的反馈信号波形，曲线87及88分别为无功功率的指令波形及无功功率对应的反馈信号波形。从仿真图8b中可以看出，当该有功功率发出一个上升沿指令而无功功率的指令保持不变时，有功功率变化时无功功率的波动大大减小，即该有功无功功率解耦单元290起到了一个明显的解耦补偿作用，也即起到了稳定系统的作用。
请参考图9a及图9b，分别所示为网侧控制器164在未设有及设有有功无功功率解耦单元290，无功功率指令变化时，有功功率和无功功率的反馈信号仿真图。在图9a中，曲线91及92分别为有功功率的指令波形及有功功率对应的反馈信号波形，曲线93及94分别为无功功率的指令波形及无功功率对应的反馈信号波形。从仿真图9a中可以看出，当该无功功率发出一个上升沿指令而有功功率的指令保持不变时，无功功率的变化使得有功功率产生较大的波动。在图9b中，曲线95及96分别为有功功率的指令波形及有功功率对应的反馈信号波形，曲线97及98分别为无功功率的指令波形及无功功率对应的反馈信号波形。从仿真图9b中可以看出，当该无功功率发出一个上升沿指令而有功功率的指令保持不变时，无功功率变化时有功功率的波动大大减小，即该有功无功功率解耦单元290起到了一个明显的解耦补偿作用，也即起到了稳定系统的作用。
图10所示为图1所示的网侧控制器164的另一种实施方式的控制框图。图10所示的控制框图基本与图2所示的控制框图相似。在图10所示的实施方式中，该网侧控制器164进一步包括相位跳变补偿单元280。该相位跳变补偿单元280连接该有功功率调节器210（或无功功率调节器220）。基本而言，该相位跳变补偿单元280被配置成实时计算出电网电压发生的相位跳变信息，并基于该计算出的相位角跳变信号对内部产生的相位角指令信号240或者电压幅值指令信号250进行补偿，以使得从能量转换系统输出的交流电流或者交流电压跟随与电网相关的电压或者保持与电网相关的电压同步，使得该能量转换系统更加可靠地进行并网发电。图10仅仅给出了另一种附加的补偿功能，其他实施方式中，该网侧控制器164还可包括其他类型的补偿机制，来共同结合该有功无功功率解耦单元290起到稳定系统的作用，这里不再一一列举。
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 (20)

1.一种能量转换系统，其特征在于：该能量转换系统包括：
直流母线，用于接收来自于电源的直流电；
变流器模块，用于将该直流母线上的直流电转换成交流电；及
变流器控制模块，用于调节该变流器模块的功率，该变流器控制模块包括：
有功功率调节器，根据有功功率指令信号和有功功率反馈信号产生相位角指令信号；
无功功率调节器，根据无功功率指令信号和无功功率反馈信号产生电压幅值指令信号；及
有功无功功率解耦单元，用于去除有功功率与无功功率之间的耦合干扰，该有功无功功率解耦单元包括：
有功功率补偿项，根据无功功率误差信号产生用于补偿该相位角指令信号的相位角补偿信号；及
无功功率补偿项，根据有功功率误差信号产生用于补偿该电压幅值指令信号的电压幅值补偿信号。
2.如权利要求1所述的能量转换系统，其特征在于：该无功功率误差信号等于无功功率指令信号与无功功率反馈信号的差值，或等于无功功率反馈信号在不同时间点的差值；该有功功率误差信号等于有功功率指令信号与有功功率反馈信号的差值，或等于有功功率反馈信号在不同时间点的差值。
3.如权利要求1所述的能量转换系统，其特征在于：该有功功率补偿项包括一个第一比例环节，该无功功率补偿项包括一个第二比例环节。
4.如权利要求3所述的能量转换系统，其特征在于：该第一比例环节的比例系数K1=-R/VA*VB*cos(θA-θB)，该第二比例环节的比例系数K2=R/VA*cos(θA-θB)，其中，R为一个设定点A与一个设定点B之间的阻值，VA为该设定点A处的电压值，VB为该设定点B处的电压值，θA为电压
向量VA的相位角，θB为电压向量VB的相位角。
5.如权利要求4所述的能量转换系统，其特征在于：该第一比例环节的比例系数K1=-R/V2 Base，该第二比例环节的比例系数K2=R/VBase，其中VBase为电压基值。
6.如权利要求3所述的能量转换系统，其特征在于：该有功功率补偿项还包括一个限制器，该无功功率补偿项还包括一个限制器。
7.如权利要求1所述的能量转换系统，其特征在于：该有功功率调节器包括：
第一求和元件，用于将该有功功率指令信号和有功功率反馈信号相减，
以提供有功功率误差信号；
功率调节器，根据该有功功率误差信号产生频率指令信号；
相位角产生器，根据该频率指令信号产生相位角指令信号；及
第二求和元件，用于将该相位角指令信号与该相位角补偿信号相加，以得到一个补偿后的相位角指令信号。
8.如权利要求1所述的能量转换系统，其特征在于：该无功功率调节器包括：
第一求和元件，用于将该无功功率指令信号和无功功率反馈信号相减，
以提供无功功率误差信号；
无功调节器，根据该无功功率误差信号产生一个测试点电压指令信号；
第二求和元件，用于将该测试点电压指令信号和测试点电压反馈信号相减，以提供测试点电压误差信号，还进一步将该电压幅值补偿信号加入该测试点电压误差信号中，以产生了补偿后的测试点电压误差信号；及电压调节器，根据该补偿后的测试点电压误差信号产生该补偿后的电压幅值指令信号。
9.如权利要求1所述的能量转换系统，其特征在于：该无功功率调节器包括：
第一求和元件，用于将该无功功率指令信号和无功功率反馈信号相减，
以提供无功功率误差信号；
无功调节器，根据该无功功率误差信号产生一个测试点电压指令信号；
第二求和元件，用于将该测试点电压指令信号和测试点电压反馈信号相减，以提供测试点电压误差信号；
电压调节器，根据该测试点电压误差信号产生该电压幅值指令信号；及第三求和元件，用于将该电压幅值补偿信号加入该电压幅值指令信号中，以产生了补偿后的电压幅值指令信号。
10.如权利要求1所述的能量转换系统，其特征在于：该变流器控制模块还包括相位跳变补偿单元，用于实时计算电网电压发生的相位跳变信息，并基于该计算出的相位角跳变信号对内部产生的相位角指令信号或者功率指令信号进行补偿。
11.一种能量转换方法，其特征在于：该能量转换方法包括：
根据有功功率指令信号和有功功率反馈信号产生相位角指令信号；
根据无功功率指令信号和无功功率反馈信号产生电压幅值指令信号；
根据无功功率误差信号产生用于补偿该相位角指令信号的相位角补偿信号；
根据有功功率误差信号产生用于补偿该电压幅值指令信号的电压幅值补偿信号；及
基于该补偿后的相位角指令信号及补偿后的电压幅值指令信号产生控制信号，以在该控制信号的作用下驱动变流器模块工作。
12.如权利要求1所述的能量转换方法，其特征在于：该无功功率误差信号等于无功功率指令信号与无功功率反馈信号的差值，或等于无功功率反馈信号在不同时间点的差值；该有功功率误差信号等于有功功率指令信号与有功功率反馈信号的差值，或等于有功功率反馈信号在不同时间点的差值。
13.如权利要求1所述的能量转换方法，其特征在于：该有功功率补偿项包括一个第一比例环节，该无功功率补偿项包括一个第二比例环节。
14.如权利要求3所述的能量转换方法，其特征在于：该第一比例环节的比例系数K1=-R/VA*VB*cos(θA-θB)，该第二比例环节的比例系数K2=R/VA*cos(θA-θB)，其中，R为一个设定点A与一个设定点B之间的阻值，VA为该设定点A处的电压值，VB为该设定点B处的电压值，θA为电压向量VA的相位角，θB为电压向量VB的相位角。
15.如权利要求4所述的能量转换方法，其特征在于：该第一比例环节的比例系数K1=-R/V2 Base，该第二比例环节的比例系数K2=R/VBase，其中VBase为电压基值。
16.如权利要求3所述的能量转换方法，其特征在于：该方法进一步包括限制该第一比例环节的输出信号；及
限制该第二比例环节的输出信号。
17.如权利要求1所述的能量转换方法，其特征在于：该相位角补偿信号是直接加入至该相位角指令信号中的。
18.如权利要求1所述的能量转换方法，其特征在于：该电压幅值补偿信号是先加入至一个测试点电压误差信号中，然后产生一个补偿后的测试点电压误差信号，再对该电压幅值指令信号进行补偿的。
19.如权利要求1所述的能量转换方法，其特征在于：该电压幅值补偿补偿信号是直接加入至该电压幅值指令信号中的。
20.如权利要求1所述的能量转换方法，其特征在于：进一步包括实时计算电网电压发生的相位跳变信息，并基于该计算出的相位角跳变信号对内部产生的相位角指令信号或者电压幅值指令信号进行补偿。
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