CN108886327A - 微电网电力架构 - Google Patents

微电网电力架构 Download PDF

Info

Publication number
CN108886327A
CN108886327A CN201780021241.6A CN201780021241A CN108886327A CN 108886327 A CN108886327 A CN 108886327A CN 201780021241 A CN201780021241 A CN 201780021241A CN 108886327 A CN108886327 A CN 108886327A
Authority
CN
China
Prior art keywords
converter
phase
output
current
value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201780021241.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108886327B (zh
Inventor
尼古拉斯·A·莱姆贝格
劳伦斯·M·霍斯金斯
盖·迈克尔·巴伦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ideal Power Inc
Original Assignee
Ideal Power Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ideal Power Inc filed Critical Ideal Power Inc
Publication of CN108886327A publication Critical patent/CN108886327A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108886327B publication Critical patent/CN108886327B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/22—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M5/275—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/293—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R21/00—Arrangements for measuring electric power or power factor
    • G01R21/007—Adapted for special tariff measuring
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/084—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters using a control circuit common to several phases of a multi-phase system
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H02M7/53875—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current with analogue control of three-phase output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/539—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/22—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M5/275—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/293—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M5/2932—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage, current or power
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/4803—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode with means for reducing DC component from AC output voltage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

电力转换器以及由此电力转换器驱动的微电网，其中转换器由比例控制器控制，所述比例控制器直接工作在AC波形下，优选未转换为DC型信号；优选使用电压补偿以移除比例控制器的固有误差；以及优选在电压补偿中使用个别相RMS电压，以允许在任何负载状态下进行正常操作。通过调整所有相的电压来自动补偿一个或两个相的欠电压，以保持平衡。电动机负载的线路启动被自动检测，并且除系统中的其它控制关系外，驱使频率下降以尽可能快地完成线路启动操作。

Description

微电网电力架构
交叉引用
本申请主张第62/315,447号美国临时申请、第62/326,660号美国临时申请、第62/326,662号美国临时申请、第62/329,052号美国临时申请、第62/360,783号美国临时申请、第62/360,798号美国临时申请、第62/360,860号美国临时申请以及第62/360,682号美国临时申请的优先权，所有这些美国临时申请以引用方式并入本文。
背景技术
本申请涉及微电网电力网络和转换器的控制。
应注意，下文所论述的要点可反映从所公开的发明得到的领悟，并且未必被认为是现有技术。
背景技术：微电网
技术发展的一个重要领域是微电网，其独立于大型电网而对负载进行供电。在本申请中，使用术语“微电网”以表示局部电力网络，其中局部电力网络包含电源与负载两者，并且至少有时与地区规模或大陆规模的较大电网隔离。通常，微电网将不会延伸跨越超过几千米(并且通常短得多)的距离。微电网通常包含与较大电网的可选连接。
完全电网可含有约数千兆瓦的电源，但在许多状况下，小得多的供电在局部地区可能是有用的。这些较小“备用”电源长期以来是电力工程的重要工具。现今，传统上使用备用电力供应器的大多数设施正迁移到微电网，即，迁移到较受控制且较复杂工程设计的电力供应架构。举个例子，常遇到与电网的不可控断开情形的农村社区可具有备用发电机，其中备用发电机可在电网连接出现故障时以较高边际成本供应电力。在此状况下，微电网功能可在电网连接断开时提供从局部电源到局部负载的稳定且平衡的供电，并且在电网连接有效时提供改进的电力调节，并且在电网电力恢复时提供无瞬变重连。另举一例，医院通常具有备用发电机，其中备用发电机至少大到足以在电网电力出现故障时对手术室和生命维持系统供电，并且可能对整个医院供电。另举一例，大型船舶或近海作业平台上的机载电力需要可被视为微电网应用。另举一例，偏远地区(例如，岛屿)中的项目开发通常需要建造微电网。另举一例，支持绿色能源或在绿色能源具有商业吸引力的地点具有建筑的企业可包含来自电池组的局部电力供应，该电池组由太阳能板或风力发电机供电。
随着蓄电池按千瓦-时计算变得越来越低价，电池组已对备用发电机提供较重要的辅助。此外，随着许多企业运营已在地理上扩展到(遭受)老化的基础设施，局部电力供应的资本成本已在许多状况下变得较具吸引力。这可允许企业运营能够忍受在许多区域中变得日益常见的停电或节电。
随着电力分组切换架构转换器(“PPSA”转换器)的出现，因“通用”电力转换器的可用性而使这种趋势愈演愈烈。这些转换器不仅允许进行电压转换，而且允许进行频率转换、功率因数校正、多相转换、相移、从DC逆变以及许多其它功能。
购自Ideal Power Inc.的30B电力转换器在本申请的优先权日之前被装运。此电力转换器包含纯比例最内控制环路，其中随着目标值在电力线路频率的周期期间变化，所述纯比例最内控制环路提供每一相上的输出电压的瞬时值的快速调整。然而，此转换器不包含校正非零持续误差的任何方法，其中非零持续误差是纯比例控制系统的特性。
孤立的微电网
未连接到较大电网的微电网被称为“孤立的”。当微电网是孤立的时，可希望使额外电源上线，例如由于随着每天的不同时间的需求变化)。如果两个电源经由智能电力转换器而连接到电网，那么这可具有一些令人吃惊的困难。
由于来自已处于操作状态的转换器的转换器卸载需求，存在与转换器加入孤立微电网系统相关联的稳定时间。此问题导致所有转换器稳定在新的电力需求上。
背景技术：启动电动机
启动小型电动机的最简单的方式是“线路启动”，即，只是将电动机端子直接连接到(低电压)电力供应线路。对电动机进行线路启动对市电网络提出挑战。当电动机从线路电压启动时，“涌入”电流可比铭牌值大5倍或更多倍。因此，例如，50A电动机在启动时将需要处于250A到350A的范围中的电流。此外，这些涌入电流几乎是纯无功的，并且高电流状态可持续一秒或更长时间。
在电力供应来自市电电网的情况下，此瞬态过电流可通常被使通往客户电表的电力供应级降的变压器所容忍，并且在客户侧通常使用缓动熔断器或断路器以避免在此涌入期间跳闸。因此，此涌入电流在从电网汲取电力的情况下是可解决的难题。然而，这些瞬态过电流可在微电网中(明确地说，在经由一个或更多个电子电力转换器而汲取电力供应的情况下)产生较重大的问题。例如，将50A电动机连接到具有150A电流限值的网络可能存在问题，这是因为微电网电源将不能够供应所需电流。
常规感应电动机控制器(“VFD”)通常改变电压与频率两者以进行较有效的电动机控制。一旦电动机已起速，那么同步的电动机速度直接与激励频率(或线路频率减去少量的下跌量)相关。
具有AC电压的比例控制的微电网架构(IPC-276)
本申请特别教示一种微电网架构，其中电力经由一个或更多个电子电力转换器而供应到微电网。电力转换器是使用一种控制架构来控制，在该控制架构中，内环路是可直接工作在AC电压波形(以及存在于转换器的输出端子上的任何额外谐波含量)下工作的比例控制环路。为了克服比例控制器中的固有偏移误差，RMS电压补偿环绕比例控制器环路。RMS电压补偿环路包含积分，并且可视情况是“PI”(比例/积分)或“PID”(比例/积分/微分)环路。来自电压补偿环路的积分结果被加回到参考RMS值中以产生RMS命令值，其中RMS命令值接着转换为AC波形以用于比例控制器中。
另一新颖特征在于，RMS电压补偿方案独立应用到各个相中的每一个相；这允许不平衡负载连接到微电网，而不产生不平衡输出电压。
具有正弦波电流限幅的微电网架构(IPC-281)
下文所述的微电网电力转换器具有工作在正弦波量下的能力。此情形的一个新颖方面是使用正弦波电流限幅。这是工作在AC量(正弦波)而不是DC量下的过电流保护过程。
传统上，所有限幅是“硬”限幅；如果命令值超过限值，那么输出无法上升到限值之上。将此种方案用于正弦波导致正弦波的顶部的截断，从而在将正弦波的“侧部”保持原样的同时产生梯形波形。这不再是正弦波，并且其频谱将包含许多较高频的分量；波形上的平坦顶部典型是“削波”的，并引入显著非线性。
相比之下，所公开的正弦波电流限幅同等地应用到正弦波的所有部分。这在转换器的输出处产生经电流限幅的正弦波，而没有削波失真。
在一些实施例中(并且最优选地)，此电流限幅方法应用到组合式RMS电流(三相电流)并且还应用到各个单相。在此状况下，三相限幅优选比单相限幅受青睐。
在一些实施例中(并且最优选地)，通过对过载条件的绝对限幅来加强正弦波电流限幅控制过程，这是正弦波限幅方案未能解决的问题。
具有对相电压下降的电压平衡响应的微电网架构(IPC-282)
可在电力网络中发生的另一问题是相失衡，例如，在所述相失衡中，一个相或两个相出现故障或重负载已使相脚对相脚或相脚对接地阻抗中的一个减小。本申请还特别教示在各个相的过电流期间在微电网的三个相电压之间维持平衡(相同量值)的新方式。
在过电流事件(故障或过载)期间，个别相将进入电流限幅，这导致经电流限幅的相上的电压骤降。在这种情况下为了保持平衡，本申请还教示了减小剩余相的电压以维持平衡。应注意，在此状况下，新的平衡量值不与原始的平衡量值相同。这确保跨越所有三个相连接的负载将通过平衡输入来操作。
此方法在负载单元中的一些含有有源电力电子转换器的情况下特别有利，这是因为这些转换器可按对最终负载透明的方式简单地补偿电压的减小(如果充足的总电力可用)。
三相电动机也可受益，这是因为它们旨在作为平衡负载操作以维持适当的场激励和场旋转。电动机失衡可缩短电动机使用寿命，在电动机耦接到在相关频率下具有机械谐振的元件的情况下特别如此。
负面风险在于，如果过载足够严重并且对应电压崩溃足够深，那么电动机可由于可用输入能量的缺少而脱离与线路频率的同步。
具有启动优化的微电网架构(IPC-288)
另一新颖特征简化了将纳入有电子电力转换器的额外电源引入到现有孤立微电网中的过程。通过将特殊值预加载到与正被开启的电力供应器的控制器相关联的控制寄存器中，实现了较快的同步时间。令人吃惊地，如果系统不进行调适，那么最适用于此情形的控制寄存器值将对应于超限(过电压)条件。在开启后，转换器最初在加入孤立系统时发生的稳定时间期间输出电力。随着系统启动，控制环路改变初始设定点，以使得电力转换器实际上永远不会输出过电压。
具有加速的频率下降的微电网架构(IPC-277)
如上所述，因电动机启动所致的瞬态电流是微电网设计的挑战。在本申请公开的发明中，提出一种在微电网上发生瞬态涌入电流时避免使电子电力转换器过载的方式。根据最优选的实施方案，自动地感测电动机启动，并在无功功率与有功功率的比率超过目标值时，起始“超级下降”状态。在超级下降状态的起始后，电力频率迅速下降到其最小值(例如，在一个实例中，下降到标称电力频率的60％)。闭锁关系也用于防止系统保持在超级下降状态中。
此举的缺点在于，微电网上的设备的平衡将经历频率和电压骤降。在可容忍此情形的应用中，超级下降方法提供对因瞬态涌入电流所致的微电网网络的崩溃提供额外保险。另一优点在于，针对给定的电力转换器额定值，可使用较大和/或更硬启动的电动机(例如，泵送电动机)。另一优点在于，针对微电网中的给定的电动机大小限制，可使用较低额定值的电力转换器。
协同作用和优点
本申请描述许多发明以及包含全部这些发明的优选实施方案。此外，这些发明的各种组合一起协同组合，并且许多额外优点存在于个别发明和各种子组合中。根据各种发明及其组合和子组合，得以实现的优点包含以下各种的一些或全部：
·以平衡或不平衡负载操作的微电网；
·容忍在网络上诱发谐波失真的负载的微电网；
·以降低的产生失真的可能性执行电流限幅的电力转换器；
·以双向电力流操作的微电网；
·联合地提供电压和频率下降的多个并联转换器的操作。
新颖教示的概述
如上所述，本申请含有许多新颖教示，其中所述新颖教示不需要全部一起使用，并且不需要以所示的准确配置使用。为了进行快速参考，这些要点中的几个如下：
·电力转换器的操作和/或由此电力转换器驱动的微电网的操作，其中比例控制器直接对AC波形进行操作；
°优选没有向DC型信号的转换：RMS、DQ或其它变换；以及
°优选使用电压补偿以移除比例控制器的固有误差；以及
°优选在电压补偿中使用各相RMS电压，以允许在任何负载条件下进行正常操作；以及
°将电压和频率下降能力纳入到上述控制器中。
·电力转换器以及含有这些电力转换器的微电网，其中通过调整所有相的电压来自动补偿一个或两个相的欠电压，以保持平衡。这在另一微电网的负载元件或桥接器可经由PPSA或相当的电子电力转换器而汲取电力的情况下特别有利。
·电力转换器以及含有这些电力转换器的微电网，其中电动机负载的线路启动被自动检测，并且除系统中的其它控制关系外，频率下降被驱动以尽可能快地完成线路启动操作。
·电力转换器以及含有这些电力转换器的微电网，其中当转换器开始将电力馈送到处于作用中的微电网时，多层控制架构中的设定点被预加载，该预加载的值对应于转换器的输出处的过电压的值。这是在防止转换器实际输出过电压的控制架构内进行，但预加载使启动加速。
附图说明
现将参照附图来描述本发明，附图示出重要的示例实施例，并以引用方式并入本说明书中，其中：
图1示意性地示出微电网系统中的电子电力供应控制器的固件部件，其中所述电子电力供应控制器包含若干新颖特征。
图2A示出图1的固件在示例实施例中如何与硬件元件组合。
图2B示出图1和图2A中所见的限幅器块的实施方案的实例。
图2C示出图1和图2A中所见的RMS计算块的实施方案的实例。
图2D示出图1和图2A中所见的下降级的实施方案的实例。
图3示出微电网系统控制器如何与多个电力转换器/供电单元和电力供应线路组合以形成完整微电网的实例。
图4A示出随着连续添加各种负载类型由控制器(如图1到图2D所示的控制器)操作的电力转换器的操作。
图4B是每相电压和电流的曲线图，示出电力转换器如何对谐波电流作出响应。
图4C示出在离开再生状态的转变期间转换器的操作。图4D是从再生状态到加载状态的转变的详细视图。
图4E是频率和电压的曲线图，示出并联的两个独立电力转换器(各自由控制器(如图1到图2D所图示的控制器)操作)如何即使在从不同频率设定点启动时也达到收敛。应注意，这种情况的发生甚至不需要如图3所示类型的系统控制器作出任何干预。
图4F示出频率设定点的失配可导致不对称负载分担。
图5示出如本文所教示的正弦波电流限幅与常规硬电流限幅之间的差异。
图6A到图6D示出如本文所述而实施的电压平衡如何允许对单相或双相过载进行优雅补偿。
图7A和图7B示出加速的频率下降如何优选地用于实现从过电流(因在微电网上对相当大的电动机进行线路启动所致)的较快速恢复。
图8A到图8C示出在额外的转换器加入孤立系统时如何通过如本文所述的控制参数的修改而减少瞬态不稳定性的持续时间。
图9示出电力分组开关架构电子电力转换器(包含硬件部件)的实例。
具体实施方式
将特定参考当前优选的实施例来描述本申请的各种创新教示(以实例方式，并且不进行限制)。本申请描述若干发明，并且下文的陈述不应视为大体上限制权利要求书。
架构概述
图1示意性地示出微电网系统中的电子电力供应控制器的固件部件，其中所述电子电力供应控制器包含若干新颖特征。
在此实例中，相电流的感测被示出为反馈输入105，并且相电压的感测被示出为反馈输入107。对电子电力转换器的硬件部件的命令输出被示出为每相命令输出101。(图3所示的微电网系统控制器可将设定点值加载到寄存器112和114中，如下文所论述。)
将电压反馈输入与来自RMS到正弦转换器块118的输出的时变参考值进行比较，对结果进行缩放(在块107中)，并传递过限幅器级102以产生输出101。这形成控制关系的内环路。应注意，这是纯比例环路，而没有任何积分。
电流反馈输入105进入到ABC到DQ转换块124中，并且电压反馈输入107的频率被PLL/角产生器块122跟随。这产生信号，该信号被缩放(使用电压的三相RMS值)并用于计算频率下降的量(在块160A中)和电压下降的量(在块160B中)。
所测量的电压107也(在块110中)用于产生每相RMS值，其中所述每相RMS值被馈送(经由PI级142和限幅器级144)以提供如上文所论述的外控制环路关系。PI级142施加增益参数KP与积分参数KI两者。应注意，如经由V下降块160B馈送的三相RMS值与RMS参考值114进行比较，以使得RMS量值的反馈关系优先于个别相量值的反馈关系。
图2A示出图1的固件在示例实施例中如何与硬件元件组合。命令输出101被提供到电子电力转换器202，其中电子电力转换器202在此状况下被示出为电力分组开关架构转换器。例如，每一这种电力转换器本身将被连接到某一功率源，例如，柴油或涡轮风扇发电机、电池或太阳能、水能或风能，但为了清楚起见，这些功率源在此处未被示出。转换器的输出线路(在此实例中，三条)由块204滤波，并且因此对负载299供电。电压感测单元214和电流感测单元212提供电压反馈信号107和电流反馈信号105。
图2B示出图1和图2A中所见的限幅器块102的实施方案的实例。
图2C示出图1和图2A中所见的RMS计算块110的实施方案的实例。这也提供电压平衡功能。
图2D示出图1和图2A中所见的下降级160的实施方案的实例。
图3示出系统控制器302(其操作示出在前面的附图中)如何与多个电力转换器/供电单元202和电力供应线路320组合以形成完整微电网的实例。电力供应线路320由此处总括地表示为单个单元299的元件加载。(实际上，许多各种类型的单元将常见地连接到供电线路320。)断路器和级降变压器将通常限定负载的子范畴，但这些子范畴的管理与本文所述的操作并没有太多的相关性。
图4A是示出随着连续添加各种负载类型由控制器(如图1到图2D所示的控制器)操作的电力转换器的操作的五线曲线图。所描绘的值包含频率、RMS电压和电流、单相脚输出电压和中线电流。从无负载状态(阶段401)开始，我们看到：电动机启动(阶段402)；平衡负载的添加(阶段403)；不平衡负载的添加(阶段404)；三相二极管负载的添加(阶段405)；以及单相二极管的添加(阶段406)。
图4B是每相电压和电流的曲线图，示出电力转换器如何对谐波电流作出响应。应注意，比例控制器的谐波性能由增益项确定；较大增益意味较高性能。然而，较大增益也导致较小稳定性裕度。
图4C示出在在离开再生状态的转变期间转换器的操作。所描绘的值包含频率、RMS电压和电流以及单相脚输出电流。从无负载状态(阶段401)开始，我们看到：从电动机再生(阶段432)；平衡负载的添加(阶段433)；不平衡负载的添加(阶段434)；三相二极管负载的添加(阶段435)；以及单相二极管负载的添加(阶段436)。
图4D是在对应于图4C中的阶段432和433的各个部分的扩展时间刻度期间从再生状态到加载状态的转变的详细视图，示出各种负载类型下的转换器的操作。
图4E是频率和电压的曲线图，示出并联的两个独立电力转换器(各自由控制器(如图1到图2D所图示的控制器)操作)如何即使在从不同频率设定点启动时也达到收敛。应注意，这种情况的发生甚至不需要如图3所示类型的系统控制器作出任何干预。然而，图4F示出频率设定点的此失配可导致不对称分担；可见，1号转换器的相A上的电流完全低于100A，而2号转换器的相A上的电流完全高于100A。
图5示出如本文所教示的正弦波电流限幅与常规硬电流限幅之间的差异。
图6A到图6D示出如本文所述而实施的电压平衡如何允许对单相或双相过载进行优雅补偿。
图7A和图7B示出加速的频率下降如何优选地用于实现从过电流(因在微电网上对相当大的电动机进行线路启动所致)的较快速恢复。
图8A到图8C示出在额外转换器加入孤立系统时如何通过如本文所述的控制参数的修改而减少瞬态不稳定性的持续时间。
图9示出电力分组开关架构电子电力转换器(包含硬件部件)的实例。在此实例中，硬件元件302中的开关激活的控制由硬件控制器304(例如，实施为现场可编程门阵列)根据从上文所说明的控制电路接收的输出命令101执行。(此电路的设点优选可由微电网系统控制器302访问并可由微电网系统控制器302改变。)
此实例是在其输入端口与输出端口两者上具有三个相脚的PPSA电子电力转换器。此配置将例如在三相柴油发电机是局部电源的情况下使用。然而，当转换器介接到电池时，此图的左侧上的其中一个相脚是不需要的，并且可使用具有DC端口的较简单转换器配置。
具有AC电压的比例控制的微电网架构(IPC-276)
本申请特别教示一种微电网架构，其中电力经由一个或更多个电子电力转换器而供应到微电网。电力转换器是使用一种控制架构来控制，其中内环路是可直接工作在AC电压波形(以及存在于转换器的输出端子上的任何额外谐波含量)下的比例控制环路。为了克服比例控制器中的固有偏移误差，RMS电压补偿环绕比例控制器环路。RMS电压补偿环路包含积分，并且可视情况是“PI”(比例/积分)或“PID”(比例/积分/微分)环路。来自电压补偿环路的积分结果被加回到参考RMS值中以产生RMS命令值，其中RMS命令值接着转换为AC波形以用于比例控制器中。
另一新颖特征在于，RMS电压补偿方案独立应用到各个相中的每一个；这允许不平衡负载连接到微电网，而不产生不平衡输出电压。
组合式电流限幅(IPC-281)
当实施微电网时，必须采用电流限幅以确保过量负载不超过驱动微电网的转换器的铭牌功率/电流额定值。简单的瞬时电流限幅可应用在个别线路对线路相对上。然而，这可能导致线路电流的不对称减小并且因此导致峰值电流间隔处的失真(削波)。
为了防止此失真，可应用组合式RMS电流限幅。为此，估算与所有3个相相关联的RMS电流。如果组合式RMS电流超过组合式RMS电流限幅阈值，那么所有3个相电流以等于组合式RMS电流限幅阈值除以组合式RMS电流所得的缩放因子按比例地被限幅。这导致各种线路电流的对称减小，并且导致微电网内的线路电压的极小失真。
一旦已应用组合式电流限幅，那么可应用简单的瞬时电流限幅以满足铭牌功率/电流额定值的先前约束。在具有平衡负载的系统中，组合式RMS电流限幅阈值将在名义上被设定以确保与这些约束的相符性，并且将不需要进一步的电流限幅(削波)。然而，在具有不平衡负载的系统中，简单的瞬时电流限幅的应用可能仍是必要的，并且可能因极端不平衡负载而导致个别线路电流的削波。
在前述内容的可选修改(其被认为会提供改进)中，通过在上述削波功能之前进一步应用单相RMS电流限幅，削波可仅限于瞬态响应时间周期内。为此，估算单相RMS电流。如果单相RMS电流超过单电流RMS限幅阈值，那么相关联的个别线路电流由等于单相RMS电流限幅阈值除以单相RMS电流所得的缩放因子而被限制。这导致个别线路电流的对称减小，以及微电网内的正弦线路电压的极小失真。
这些技术的完整应用将如下所述：
阶段1——应用到所有3个相的3相组合式RMS电流限幅
阶段2——个别地应用到每一相的单相RMS电流限幅
阶段3——个别电流的瞬时电流限幅(削波)
所述过程的极简单图将是：
ICMD->阶段1->阶段2->阶段3->IEFFW；
其中ICMD是命令电流，并且IEFF是组合式电流限幅之后的有效电流。
电压平衡
当对个别输出相进行电流限幅时，相电压骤降。电压骤降与限幅的电流成比例，以使得限幅的电流乘以负载阻抗得到经电流限幅的相的输出电压。这通常使用所公开的微控制器的又一新颖方面来管理。
电压平衡使用一控制过程，其在个别相过电流期间维持微电网的三个相电压之间的平衡(相同量值)。
在过电流事件(故障、过载)期间，个别相将进入电流限幅，这导致电流限幅的相上的电压骤降。
电压平衡使剩余相的相电压骤降(减小)，以使得所有三个相电压再次相同(平衡)。然而，应注意，新的平衡量值不与原始的平衡量值相同。
首先，用于对单相电流进行限幅的缩放比率被用于限制所命令RMS电压。应用相同比率：例如，如果相A电流被限制为所命令值的60％，那么3相rms电压被限制为其值的60％。这确保通过控制器稳定下来的电压可由所有三个相获得。
将单相RMS电压反馈信号相互比较。接着，增大两个最大的电压，以使得反馈项增大所测量的相与最小(经电流限幅的)相之间的差。接着，在时间上对此反馈项增大进行积分，直到反馈信号大到足以将所有三个相之间的误差驱动为零而因此停止积分过程为止。此时，相电压是平衡的。
图6A到图6D示出如本文所述的电压平衡的效果。
图6A示出具有电压平衡的单相过载的效果。相比之下，图6B示出不具有电压平衡的这种状态的效果。
图6C示出具有电压平衡的双相过载的效果。相比之下，图6D示出不具有电压平衡的这种状态的效果。
优点
电压平衡确保跨越所有三个相连接的负载通过平衡输入来操作。
这对于具有有源电力电子转换器的负载特别有利，这是因为与无源电力电子负载相比，它们可克服因电压的减小而强加的操作限制。
三相电动机也可受益，这是因为它们希望作为平衡负载操作以维持适当的场激励和场旋转。
当然，要注意的是，如果过载足够严重并且对应电压崩溃足够深，那么电动机可由于可用输入能量的缺少而脱离与线路频率的同步。
正弦波电流限幅
电流限幅通常发生在已完成所命令信号的所有闭环处理之后但在将此信号转换为AC量之前。
Ideal Power微电网控制器的关键部分是其工作在正弦波量下的能力。本申请教示这与正弦波电流限幅的使用协同组合。
正弦波电流限幅是工作在AC量(正弦波)而不是DC量下的过电流保护过程。
这在Ideal Power微电网控制器中特别具有协同作用且特别有优势，这是因为它工作在AC波形下而不是DC波形下。
传统限幅是简单的：如果输入值超过限值，那么输出就是该限值。将此种方案用于正弦波导致正弦波的顶部的截断，从而在将正弦波的“侧部”保持原样的同时产生梯形波形。因为这不再是纯正弦波，所以将存在谐波和/或噪声。
本申请特别教示，正弦波电流限幅同等地应用到正弦波的所有部分，从而在转换器的输出上产生经电流限幅的正弦波，而不是梯形波形。
已发现，正弦电流限幅可通过使用命令电流和RMS限值来产生。所有三个相的命令电流被转换为瞬时三相RMS电流和单相RMS电流。
RMS电流限值接着除以RMS电流。如果所得的比率全部大于或等于1，那么不进行限幅。如果比率小于1，那么所有三个命令电流乘以此比率。
接着，针对不同的相执行类似缩放。如果对相n的电流量值的限值小于1，那么此相的命令电流乘以此比率。
相比单相限幅，更优选三相限幅。在此实施方案中，直到单相RMS电流的量值比三相RMS电流大2％，才进行单相限幅。
一旦被选择，那么三相RMS电流必须比单相值大5％才能转变为三相电流限幅。
在进行三相电流限幅时，如果单相RMS电流比三相RMS电流大5％，那么电流限幅将转变为单相电流限幅。
在两种状况下，如果命令电流的量值小于被限幅的电流，则触发向停止限幅状态的转变。在此实例中，不存在“闭锁”周期或“保持”定时器。然而，所给出的滞后值是可调整的，并且仅用作实例；也将完全可行的是，通过1％进入阈值和2％脱离阈值或任何其它数值组合来实施，其中在这些数值组合中，进入阈值小于脱离阈值，且两者在量值上小100％。
三相正弦限幅和单相正弦限幅两者以两阶段过程通过绝对限幅增大。绝对限幅导致波形的削波，但短期地防止过电流。
存在在正弦电流限幅之间的转变期间进入绝对限幅的可能性。
也存在在轻单相过载期间进入绝对限幅的可能性，其中在轻度单相过载中，三相限幅不处于作用中，并且单相过载没有足够大到使之进入限幅的比三相RMS值高出2％的阈值。
由于轻度过载状态，所得失真极小。
正弦波电流限幅具有保持输出电压波形质量的优点。
此控制过程具有快速响应性，并跨越所有三个输出相为多个过载状态提供健康的操作。
将绝对限幅用作第二阶段会确保所有过载被捕获，但着重于正弦波电流限幅。
加速的下降
对电动机进行线路启动对市电网络提出挑战。当电动机从线路电压启动时，“涌入”电流可比铭牌值大5倍或更多倍。此外，这些涌入电流几乎是纯无功的。高电流状态可持续一秒或更长时间。
常规感应电动机控制器(VFD)通常关于频率而改变电压以进行较有效的电动机控制。一旦电动机已起速，那么同步的电动机速度直接与激励频率(或针对并未独立激励的小型电动机，线路频率减去少量的下跌量)相关。
本申请教示具有先进操作方法(在本文中称为“超级下降”)的微电网架构，其中所述微电网架构使电动机能够在高于微电网的标称电流容量的情况下在微电网上启动。
当无功功率与有功功率的比率由转换器在内部计算为超过1时，超级下降开始，这将指示电动机启动并闭锁三相故障使其无法进行持续的超级下降操作。
通过响应于电流限幅来使频率下降，超级下降对电流限幅中固有的电压骤降发生作用。应注意，无法应用标称频率下降，这是因为其关于有功功率而下降并且有功功率并非经线路启动的电动机的主要分量。(经线路启动的电动机主要消费的是无功功率。)
“超级下降”的缺点在于，微电网上的设备的平衡将经历频率和电压骤降。然而，相比微电网网络的崩溃，这通常是优选的。
超级下降电动机启动是两阶段过程。第一阶段的目标是在较低频率下使电动机进入与微电网的同步。
在此时间期间，微电网的频率优选与电流限幅的量成正比地下降。即，如果正弦波限幅是80％(输出是命令的80％)，那么微电网频率设定点(在此实例中)被设定为标称值的80％。
随着电压已由于过电流限幅而骤降，电压命令并未下降。
随着电动机接近与微电网频率的同步，无功功率与有功功率的比率将偏移，并且电流限幅将从三相限幅转变到个别相限幅。此时，控制器开始频率恢复过程，并且稳定地使频率上升到微电网的标称操作点。在此转变周期期间，微电网将不再是电流限幅的，并且微电网控制器将转变到正常操作，从而使频率与电压两者关于所连接的负载而下降。
复杂电动机控制单元(被称为“VFD”)以恒定V/Hz比率关于频率而改变电压，以在启动期间实现较有效的电动机控制。本文所述的架构导致频率和电压的同时下降，具有某种程度类似的益处。当然，微电网上的设备的平衡经历频率和电压骤降。然而，这种代价(若可容忍的话)有助于避开较差的结果，即，微电网网络的最终崩溃。
此加速的下降操作有利地使微电网控制器能够启动比原本能够启动的电动机更大的电动机。
此加速的下降操作也有利地针对微电网上的电动机实现较快启动时间。
此加速的下降操作也有利地在此启动周期期间截断网络上的干扰。
可通过对下降施加限幅来限制对微电网上的其它负载的影响。例如，最小电压当前保持在铭牌的60％。例如，针对480V 60Hz系统，这将是36Hz下288V。这将电阻负载的电力几乎减少三分之二。
针对150A转换器，此限值将能够以35A到50A的铭牌额定值启动电动机。相比之下，具有正常容差的预期限值应是21A到30A。这是显著的改进。
较极端的下降在技术上是可行的，并且将允许额外启动能力，而同时损害已连接到微电网的其它设备的操作。
根据一些但未必全部的实施例，提供：一种操作微电网的方法，包括：对比对时间具有正弦依赖性的变化的参考值来测量电子电力转换器的输出；以及根据测量步骤，使用不具有积分分量的纯比例控制关系而产生转换器的第一输出命令；以及使用附加控制关系以依赖于所测量的电气值的量值来调整输出命令，以移除偏移误差并因此对每一相产生所调整的输出命令；以及如果测量步骤表示过电流值，那么起始电流限幅操作，所述电流限幅操作将电流限制为也对时间具有正弦依赖性的变化的值；以及如果一个或两个相表现出故障状态，那么减小另外一个或多个相的所调整的输出命令，以因此恢复不同相的平衡；以及将所调整的输出命令作为控制输入发送到转换器。
根据一些但未必全部的实施例，提供：一种操作电子电力转换器的方法，包括：关于对时间具有正弦依赖性的变化的参考值来测量转换器的输出；以及根据测量步骤，使用不具有积分分量的纯比例控制关系而产生转换器的输出命令；以及使用附加控制关系以依赖于所测量的电气值的量值来调整输出命令，以移除偏移误差并因此产生所调整的输出命令；以及将所调整的输出命令发送到转换器。
根据一些但未必全部的实施例，提供：一种操作电子电力转换器的方法，包括：根据电压和/或电流反馈来控制电力输出；其中电力输出在最低层级通过不具有积分分量的比例控制关系来控制，所述比例控制关系提供转换器的输出命令；并且其中包含积分项的附加控制关系调整输出命令以移除偏移误差。
根据一些但未必全部的实施例，提供：一种操作电子电力转换器的方法，包括：关于对时间具有正弦依赖性的变化的参考值来测量转换器的至少一个输出；以及部分依赖于测量步骤而控制转换器的操作，同时如果测量步骤表示过电流值，那么起始电流限幅操作；其中所述电流限幅操作将电流限制为也对时间具有正弦依赖性的变化的值。
根据一些但未必全部的实施例，提供：一种操作微电网的方法，包括：使用个别相的瞬时输出测量值与对时间具有正弦依赖性的变化的参考值之间的差，以产生用以传输到至少一个电子电力转换器的命令值，所述电子电力转换器将电力供应到微电网；使用所测量输出与命令输出的值的比较来修改命令值，以因此产生修改的命令值；部分依赖于修改的命令值来控制电子电力转换器的操作；以及进一步包括平衡操作，所述平衡操作在一个或两个相表现出故障状态时减小另外一个或多个相的命令电压，以因此恢复不同相的平衡。
根据一些但未必全部的实施例，提供：一种使用多个电源和至少一个电子电力转换器来操作微电网的方法，包括：从第一电源操作微电网；以及在第一电源还继续传送电力时，开始将电力从第二电源传送到微电网中；其中所述第一电源与所述第二电源两者依赖于输出命令而操作，所述输出命令是从包含至少第一和第二控制环路关系的较高层级控制器发送；其中所述第一控制环路关系和所述第二控制环路关系的初始参数被设定为要不是因为所述第一控制环路关系和所述第二控制环路关系的操作就会导致电力传送元件输出过电压的值。
根据一些但未必全部的实施例，提供：一种使用电子电力转换器来操作微电网的方法，包括以下动作：a)使用局部电力网络上的所观察的无功功率负载而自动检测已使电力转换器瞬态过载的线路启动涌入电流的起始；以及b)当自动检测操作检测到此线路启动涌入电流时，独立于其它控制关系而立即且暂时地将供应到微电网的电力的频率降低到最小可接受值，以因此加速电动机同步并返回到稳定操作；以及c)返回到电力转换器的正常操作。
根据一些但未必全部的实施例，提供：一种微电网，包括：电力布线；一个或更多个电子电力转换器，各自连接以将电力供应到电力布线；以及微电网系统控制器，其在执行前面段落中的任一个段落中的方法时将输出命令发送到电子电力转换器。
根据一些但未必全部的实施例，提供：一种微电网，包括：电力布线；多个电力分组开关架构电子电力转换器，各自连接以将电力供应到电力布线；以及微电网系统控制器，其在执行前述段落中的任一个段落中的方法时将输出命令发送到电子电力转换器。
根据一些但未必全部的实施例，提供：电力转换器以及由此电力转换器驱动的微电网，其中转换器由比例控制器控制，所述比例控制器直接工作在AC波形上，优选未转换为DC型信号；优选使用电压补偿以移除比例控制器的固有误差；以及优选在电压补偿中使用各个相RMS电压，以允许在任何负载条件下进行正常操作。通过调整所有相的电压来自动补偿一个或两个相的欠电压，以保持平衡。电动机负载的线路启动被自动检测，并且除系统中的其它控制关系外，驱使频率下降以尽可能快地完成线路启动操作。
修改和变化
如本领域的技术人员所了解，本申请所述的创新概念可在极大范围的应用上修改和变化，并且因此专利主题的范围不受所给出的具体示范性教示中的任一个限制。希望涵盖落入随附权利要求书的精神和广泛范围内的所有这些替代、修改和变化。
举个例子，当较多电动机在微电网上操作时，可修改如上所述的“超级下降”方法的操作。此修改的一个实例将是依赖于另一电动机是否已正在操作而提高最小下降值。另一实例将是在超级下降操作的开始时对电力频率改变强加时间常数。
本申请中的描述的任何内容不应被解读为暗示任何特定元件、步骤或功能是必须包含在权利要求书范围中的基本元素。专利主题的范围仅由随附权利要求书界定。此外，权利要求书中任何内容不希望援引35USC 112的第六段，除非用词“用于……的装置”之后接着分词。
所申请的权利要求书希望尽可能详尽，并且主题不希望被蓄意让出、捐赠或放弃。具体来说，权利要求书希望涵盖：如本文充分公开的根据本文中的描述的任何部分的系统、方法、装置和/或部件；本文所公开的每一新颖结构、装置、制造方法、设计方法、使用方法、业务方法或其它新颖方法或结构；如本文充分描述的装置、方法和实施方案的所有协同组合和子组合。
本领域的一般技术人员应了解，其它发明概念也可直接地或推论性地公开在前文中。未放弃任何发明。

Claims (21)

1.尤其主张(并且除被本文中被指示为发明性的和/或令人惊讶的和/或有利的任何其它 要点之外，不排除其它要点)：
一种操作电子电力转换器的方法，包括：
对比对时间具有正弦依赖性的变化的参考值来测量电子电力转换器的输出；以及
根据所述测量步骤，使用不具有积分分量的纯比例控制关系而产生所述转换器的第一输出命令；以及使用附加控制关系以依赖于所测量的电气值的量值来调整所述输出命令，以移除偏移误差并因此为每一相产生调整的输出命令；以及
如果所述测量步骤表现出过电流值，那么起始电流限幅操作，所述电流限幅操作将电流限幅成也对时间具有正弦依赖性的变化的值；以及
如果一个或两个相表现出故障状态，那么减小另外一个或多个相的所述调整的输出命令，以因此恢复不同相的平衡；以及
将所述调整的输出命令作为控制输入发送到所述转换器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述附加控制关系是比例积分控制关系。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述电流限幅操作应用到组合式电流，并且还独立应用到所述个别单相。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述转换器是电力分组开关转换器。
5.一种操作电子电力转换器的方法，包括：
对比对时间具有正弦依赖性的变化的参考值来测量所述转换器的输出；以及
根据所述测量步骤，使用不具有积分分量的纯比例控制关系而产生所述转换器的输出命令；
以及使用附加控制关系以依赖于所测量的电气值的量值来调整所述输出命令，以移除偏移误差并因此产生调整的输出命令；以及
将所述调整的输出命令发送到所述转换器。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述附加控制关系是比例积分控制关系。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述测量步骤包括测量至少一个相的电压。
8.根据权利要求5所述的方法，其中所述转换器是电力分组开关转换器。
9.一种操作电子电力转换器的方法，包括：
根据电压和/或电流反馈来控制电力输出；
其中所述电力输出在最低层级通过不具有积分分量的比例控制关系受到控制，所述比例控制关系提供所述转换器的输出命令；
并且其中包含积分项的附加控制关系调整所述输出命令以移除偏移误差。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述转换器是电力分组开关转换器。
11.一种操作电子电力转换器的方法，包括：
对比对时间具有正弦依赖性的变化的参考值测量所述转换器的至少一个输出；以及
部分依赖于所述测量步骤而控制所述转换器的操作，同时
如果所述测量步骤表现出过电流值，那么起始电流限幅操作；
其中所述电流限幅操作将电流限幅成也对时间具有正弦依赖性的变化的值。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述电流限幅操作应用到组合式电流，并且还独立应用到所述个别单相。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述电流限幅操作应用到组合式电流，并且如果所述组合式电流处于界限内，那么还应用到所述个别单相。
14.根据权利要求11所述的方法，其中所述转换器是电力分组开关转换器。
15.一种操作电子电力转换器的方法，包括：
使用个别相的瞬时输出测量值与对时间具有正弦依赖性的变化的参考值之间的差，以产生传输到至少一个电子电力转换器的命令值，所述电子电力转换器将电力供应到微电网；
使用测量输出与命令输出的值的比较来修改所述命令值，以因此产生修改的命令值；
部分依赖于所述修改的命令值来控制所述电子电力转换器的操作；以及
进一步包括平衡操作，所述平衡操作在一个或两个相表现出故障状态时减小另外一个或多个相的命令电压，以因此恢复不同相的平衡。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述瞬时输出测量值是至少一个相的电压。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述转换器是电力分组开关转换器。
18.一种操作微电网的方法，包括：
在多个电力转换器中的每一个中，对比对时间具有正弦依赖性的变化的参考值来测量所述转换器的输出；以及根据所述测量步骤，使用不具有积分分量的纯比例控制关系而产生所述转换器的输出命令；以及使用附加控制关系以依赖于所测量的电气值的量值来调整所述输出命令，以移除偏移误差并因此产生调整的输出命令；以及将所述所调整的输出命令发送到所述转换器；以及
将电力从并联的至少两个所述电力转换器馈送到局部电力供应布线；
其中所述控制操作自动使所述转换器并联地稳定操作，而没有来自其它部件的干预。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述附加控制关系是比例积分控制关系。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述测量步骤包括测量至少一个相的电压。
21.根据权利要求18所述的方法，其中所述转换器是电力分组开关转换器。
CN201780021241.6A 2016-03-30 2017-03-30 微电网电力架构 Expired - Fee Related CN108886327B (zh)

Applications Claiming Priority (19)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662315447P 2016-03-30 2016-03-30
US62/315,447 2016-03-30
US201662326662P 2016-04-22 2016-04-22
US201662326660P 2016-04-22 2016-04-22
US62/326,660 2016-04-22
US62/326,662 2016-04-22
US201662329052P 2016-04-28 2016-04-28
US62/329,052 2016-04-28
US201662360783P 2016-07-11 2016-07-11
US201662360860P 2016-07-11 2016-07-11
US201662360682P 2016-07-11 2016-07-11
US201662360798P 2016-07-11 2016-07-11
US62/360,798 2016-07-11
US62/360,783 2016-07-11
US62/360,682 2016-07-11
US62/360,860 2016-07-11
US201762457037P 2017-02-09 2017-02-09
US62/457,037 2017-02-09
PCT/US2017/025163 WO2017173157A1 (en) 2016-03-30 2017-03-30 Microgrid power architecture

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108886327A true CN108886327A (zh) 2018-11-23
CN108886327B CN108886327B (zh) 2020-12-18

Family

ID=59959892

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780021241.6A Expired - Fee Related CN108886327B (zh) 2016-03-30 2017-03-30 微电网电力架构

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20170288561A1 (zh)
EP (1) EP3437182A4 (zh)
JP (1) JP2019510460A (zh)
CN (1) CN108886327B (zh)
AU (1) AU2017240647A1 (zh)
WO (1) WO2017173157A1 (zh)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9933842B2 (en) 2016-04-15 2018-04-03 Emerson Climate Technologies, Inc. Microcontroller architecture for power factor correction converter
US11387729B2 (en) 2016-04-15 2022-07-12 Emerson Climate Technologies, Inc. Buck-converter-based drive circuits for driving motors of compressors and condenser fans
US10277115B2 (en) 2016-04-15 2019-04-30 Emerson Climate Technologies, Inc. Filtering systems and methods for voltage control
US10656026B2 (en) 2016-04-15 2020-05-19 Emerson Climate Technologies, Inc. Temperature sensing circuit for transmitting data across isolation barrier
US10305373B2 (en) 2016-04-15 2019-05-28 Emerson Climate Technologies, Inc. Input reference signal generation systems and methods
US10320322B2 (en) 2016-04-15 2019-06-11 Emerson Climate Technologies, Inc. Switch actuation measurement circuit for voltage converter
US10763740B2 (en) 2016-04-15 2020-09-01 Emerson Climate Technologies, Inc. Switch off time control systems and methods
US11069797B2 (en) 2016-05-25 2021-07-20 Ideal Power Inc. Ruggedized symmetrically bidirectional bipolar power transistor
CN107947609B (zh) * 2017-12-08 2023-08-29 北京中能科越电力技术有限公司 一种新能源微电网控制方法及装置
US11135936B2 (en) 2019-03-06 2021-10-05 Fermata, LLC Methods for using temperature data to protect electric vehicle battery health during use of bidirectional charger
CA3079882A1 (en) * 2019-05-01 2020-11-01 Battelle Memorial Institute Monitoring and controlling the status of frequency-managed electric devices from frequency history
CN110071515A (zh) * 2019-05-14 2019-07-30 三峡大学 一种基于二级控制的多微网电压不平衡补偿方法
US11958372B2 (en) 2019-11-26 2024-04-16 Fermata Energy Llc Device for bi-directional power conversion and charging for use with electric vehicles
KR102412884B1 (ko) * 2020-02-25 2022-06-24 제주대학교 산학협력단 전력변환장치 기반 독립형 마이크로그리드의 사고 검출과 계통 보호 방법
KR102654340B1 (ko) 2021-08-10 2024-04-02 아이디얼 파워 인크. 양방향 트렌치 파워 스위치를 위한 시스템 및 방법

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4803611A (en) * 1987-02-12 1989-02-07 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Apparatus for correcting DC component of output voltage in inverter
CN1441994A (zh) * 2000-07-12 2003-09-10 株式会社安川电机 逆变装置及其电流限制方法
CN104135021A (zh) * 2014-07-25 2014-11-05 国家电网公司 一种基于复合控制的离网型储能变流器电压优化控制方法
CN104362655A (zh) * 2014-12-10 2015-02-18 国家电网公司 一种不平衡负载补偿装置和补偿方法
US20150171784A1 (en) * 2013-12-16 2015-06-18 Wisconsin Alumni Research Foundation Unity power factor induction machine
CN104795841A (zh) * 2015-04-24 2015-07-22 山东大学 孤岛运行混合微网双向变换器的直流侧分布式分层控制方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7639518B2 (en) * 2006-04-26 2009-12-29 Nissan Motor Co., Ltd. Device and method for controlling power converting device
US8190299B2 (en) * 2006-07-19 2012-05-29 Rovnyak Steven M Integrated and optimized distributed generation and interconnect system controller
WO2008103946A2 (en) * 2007-02-22 2008-08-28 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Control method for a universal power condition system
GB2483910B (en) * 2010-09-24 2013-03-20 Qingchang Zhong Cascaded current-voltage repetitive controllers to improve the quality of output voltage and current simultaneously for grid-connected inverters
US20140376270A1 (en) * 2013-06-20 2014-12-25 Sunedison Llc Power converters including llc converters and methods of controlling the same
US9525364B2 (en) * 2013-10-07 2016-12-20 Garrity Power Services Llc Smart grid power converter
US9442140B2 (en) * 2014-03-12 2016-09-13 Qualcomm Incorporated Average current mode control of multi-phase switching power converters

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4803611A (en) * 1987-02-12 1989-02-07 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Apparatus for correcting DC component of output voltage in inverter
CN1441994A (zh) * 2000-07-12 2003-09-10 株式会社安川电机 逆变装置及其电流限制方法
US20150171784A1 (en) * 2013-12-16 2015-06-18 Wisconsin Alumni Research Foundation Unity power factor induction machine
CN104135021A (zh) * 2014-07-25 2014-11-05 国家电网公司 一种基于复合控制的离网型储能变流器电压优化控制方法
CN104362655A (zh) * 2014-12-10 2015-02-18 国家电网公司 一种不平衡负载补偿装置和补偿方法
CN104795841A (zh) * 2015-04-24 2015-07-22 山东大学 孤岛运行混合微网双向变换器的直流侧分布式分层控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20170288561A1 (en) 2017-10-05
CN108886327B (zh) 2020-12-18
JP2019510460A (ja) 2019-04-11
AU2017240647A1 (en) 2018-10-25
EP3437182A1 (en) 2019-02-06
EP3437182A4 (en) 2019-08-07
WO2017173157A1 (en) 2017-10-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108886327A (zh) 微电网电力架构
Etxegarai et al. Review of grid connection requirements for generation assets in weak power grids
RU2605083C2 (ru) Способ управления электрическим генератором
US8760888B2 (en) HVDC system and method to control a voltage source converter in a HVDC system
JP2009516488A (ja) パワーコンバータ
US9705419B2 (en) Control signal generating system and inverter control device thereof for improving grid stability
Nasiri et al. Robust control scheme for the braking chopper of PMSG-based wind turbines–A comparative assessment
CN105144534A (zh) 逆变器同步
Tareen et al. Transformer-less 3P3W SAPF (three-phase three-wire shunt active power filter) with line-interactive UPS (uninterruptible power supply) and battery energy storage stage
Illindala et al. Control of distributed generation systems to mitigate load and line imbalances
US20220200288A1 (en) Selectively adopting a grid forming operation mode
Rohouma et al. Reactive power compensation of time-varying load using capacitor-less D-STATCOM
US20120022714A1 (en) Wind turbine with a controller configured to manage resonant effects
US8780595B2 (en) Methods and systems for controlling a power converter
Ibrahim et al. Ride-through strategy for DFIG wind turbine systems using dynamic voltage restorers
Ali et al. Photovoltaic reactive power compensation scheme: An investigation for the Cyprus distribution grid
AU2016269508B2 (en) DC/AC converter comprising control means for inrush current protection
Magueed et al. Transient performance of voltage source converter connected to grid through LCL-filter under unbalanced voltage conditions
KR101079971B1 (ko) 태양광 발전 제어 장치
Sufianto et al. Multiloop PR+ P Controller of Integrated BESS-DVR for Power Quality Improvement
Mishra et al. Power quality enhancement of micro-grid using DG and power quality conditioner
JP2011147335A (ja) 電力変換用コンバータ装置および方法
CN105356737B (zh) 高压变频器输出电压自均衡方法
Sharma et al. Isolated wind energy conversion with asynchronous generator for rural electrification
Syafawati et al. Flexible three-phase active power line conditioner

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20201218