CN117616674A - 用于电力电子变流器设备的构网控制 - Google Patents

Abstract

一种用于生成电流参考信号的方法，该电流参考信号用于根据构网控制来控制电力电子变流器设备的操作，以及一种被布置为实施该方法的系统，该方法包括：向计算模块提供包括电网电压参考信号的输入参考信号，由该计算模块至少部分地基于该输入参考信号来生成电压参考信号，从该计算模块向虚拟导纳模块提供该电压参考信号，以及由该虚拟导纳模块基于该电压参考信号来生成该电流参考信号。

Description

用于电力电子变流器设备的构网控制

技术领域

本发明涉及电力电子学。更具体地，本发明涉及电力电子变流器设备的控制。

背景技术

电力电子学是固态电子学的应用，用于控制并将一种形式的电力转换为另一种形式(比如在AC与DC之间转换)，或改变电压和电流的幅值及相位或频率或其组合。电力电子设备用于将发电源耦接到输电网络和/或配电网(在本文中也简称为“电网(electricalgrid/grid)”)，从而为电网提供电力。

为了使电源(例如，风力涡轮机、太阳能电池板、HVDC系统和链路等)向电网提供电力，首先需要将其生成的电力转换为适当的形式(例如，在欧洲大陆，电网是频率为50Hz的交流电(AC))，并且该产生的电力与电网之间需要有一定程度的匹配(即，AC信号的相位、电压等)。

电力电子变流器设备(PECD)用于以这种同步的方式向电网提供电力。电力电子变流器设备可以包括多个变流器单体，每个变流器单体具有多个变流器阀。每个阀包括晶体管开关(例如，绝缘栅双极晶体管(IGBT)、栅极关断晶体管(GTO)、集成栅极换流晶体管(IGCT)等)，这些晶体管开关以特定的方式布置和启动，以生成与其供电的电网适当匹配的AC信号。

为了协调这些开关的启动，还为其提供了控制信号。因此，可以看出，正确生成这些控制信号对确保PECD的输出与电网匹配是很重要的。存在各种用于控制PECD的方法。

如今，许多连接到电网的PECD都是使用跟网控制(GFL)来操作的。这些电力电子变流器设备需要稳定的可用电网电压，例如以准确地建立电压信号的相位，并且这些电力电子变流器设备基本上充当电流源。电力电子变流器的替代性操作方式是构网控制(GFM)，也称为“电网引导”或“虚拟同步机”。

GFM被表征为阻抗后面的电压源，使得其可以产生和维持电压。GFM旨在模仿同步发电机的有益行为，但PECD却可以具有优于同步发电机的性能，因为GFM可以克服同步发电机的一些缺点，例如其低频振荡趋势。同时，与同步机相比，PECD可能具有不同的局限性，并且如果不解决这些局限性，GFM控制结构是不完整的。

发明内容

本发明的目的是以稳健的方式为PECD提供GFM操作，并解决PECD的至少一些局限性。所附独立权利要求中阐述了本发明的具体实施例。所附从属权利要求中阐述了可选的修改和增强。

从第一方面来看，提供了一种用于为电力电子变流器设备生成电流参考信号的方法。该方法包括向计算模块提供包括电网电压参考信号的输入参考信号，以及由计算模块至少部分地基于输入参考信号来生成电压参考信号。该方法进一步包括从计算模块向虚拟导纳模块提供电压参考信号，并且由虚拟导纳模块基于电压参考信号来生成电流参考信号。该输入参考信号至少包括例如来自拟人化用户界面的电压参考信号。

电力电子变流器设备可以是电力电子逆变器设备、静态补偿器(“STATCOM”)、储能增强型STATCOM(“E-STATCOM”)或任何其他需要稳定电压源行为的设备。

计算模块可以采取如求和块、求差块和/或其他数学或逻辑运算块等多个运算块的形式，这些块被布置为使得能够对输入信号进行计算并由此生成输出信号。计算模块可以被实施为用于连接到PECD的独立模块，也可以被并入PECD设备内。

输入参考信号包括电网电压参考信号，并且可以进一步包括从与PECD相关联的电力网测量到的、根据PECD的内部过程测量到的和/或从操作员界面(即，可以为输电系统操作员提供的拟人化用户界面)提供给PECD的任何信号或信号组合。例如，可以例如根据输电系统操作员或某个等效的自动化系统想要如何调节电网电压来从操作员界面提供电网电压参考信号。

在一些示例中，输入参考信号可以包括来自电网耦接式AC电压调节器的第一调节器信号。这在STATCOM应用的背景下可能是特别有利的，因为PECD可以同时提供稳健的电压源行为以及电网电压调节能力。

输入参考信号可以进一步包括任意数量的附加信号，比如测得的电网电压信号、测得的电网电流信号；和/或从DC电压调节器提供的第二调节器信号等。

电压参考信号可以通过逻辑运算块处理输入参考信号来生成。根据应用，电压参考信号可以是固定的或变化的。例如，可以基于来自操作员的输入参考信号以固定值输出电压参考信号，或者电压参考信号可以根据与PECD相关联的电网的状态而变化。可以使用电压参考信号(结合例如虚拟导纳模块)来抵消如电压幅值阶跃、相位突变、故障等电网电压变化。应理解的是，根据PECD的特定要求和计算模块的配置，对输入参考信号的任何数量的贡献都可以被考虑到电压参考信号的生成中。

以这种方式生成电压参考信号使得PECD能够通过模拟阻抗后面的电压源的行为来实现GFM。例如，根据本发明的该第一方面，即使在短路容量(SCC)非常低(比如每单位(pu)1SCC甚至更低)时，PECD也可以具有增强的操作。当在这个意义上使用时，1pu可以对应于短路功率等于PECD额定功率(即，额定PECD功率为规范性基本功率)的情况。另外地或替代性地，可以在例如电网或系统中发生故障的情况下基于对正序电流或负序电流(作为对由虚拟导纳模块提供的故障电流注入的补充)的确定来生成电压参考信号。

包括虚拟导纳模块可以有助于PECD的电压源行为。因此，虚拟导纳允许PECD例如作为谐波吸收器操作和/或自动生成故障电流。虚拟导纳模块通常可以是电感欧姆式的，然而任何虚拟导纳都可以有助于为PECD创建稳定的电压源行为。例如，虚拟导纳模块可以被视为是串联连接或并联连接的电感器和电阻器、纯电阻式或纯电感式的。

虚拟导纳模块可以被配置为基于其两端的电压降来生成输出电流。电压降可以是电压参考信号和来自与PECD相关联的电网的测量电压之间的差。因此，操纵提供给虚拟导纳模块的电压参考信号可能会导致来自虚拟导纳模块的输出电流发生变化。如电网所“看到”的稳定虚拟导纳允许例如在发生故障的情况下或在特别薄弱的电网环境中实现PECD的可预测动态。

在电网与电流参考生成之间提供计算模块允许PECD具有稳健的电压源行为。例如，在弱电网条件下，可以利用虚拟导纳模块通过计算模块操纵电压参考来提供和维持电压源行为。

通过操纵该电压参考，使得通常通过例如经由调谐电压调节器而对电流参考进行限制或改变来实现的功能可以替代地通过操纵电压参考来实现。这可以为PECD保留GFM操作，并减少对GFM与GFL之间的模式切换的需要。

可以根据本发明的第一方面实施的示例功能是限值(即，电流限值或电压限值)的应用。对电压参考的操纵还可以用于例如基于电流限值或电压限值来控制电流参考信号，或者作为另一示例，用于维持PECD的DC电压平衡要求。

在一些示例中，该方法可以进一步包括由虚拟导纳模块将电流参考信号作为第一反馈提供给计算模块，并进一步基于该第一反馈来生成电流参考信号。

通过以这种方式创建反馈环路，可以通过操纵电压参考来实施电流变化，而不是通过例如连接在下游的快速作用电流限幅器环路或其他部件来实施。因此，强电压源行为得以保留。

在一些示例中，将电流参考作为第一反馈提供给计算模块进一步包括由虚拟导纳模块将电流参考信号提供给一个或多个限幅器模块。然后，一个或多个限幅器模块可以将一个或多个限幅器函数应用于电流参考信号，然后将一个或多个限幅器函数的输出提供给计算模块作为第一反馈。

在PECD控制器的“下游”使用快速作用电流限幅器相当于改变了虚拟导纳值。然而，如从电网中所“看到”的，导纳的改变意味着PECD的电压源行为可能丢失，因为其表现得更像电流源。相比之下，通过操纵反EMF而不是使用快速作用电流限幅器，电网仍会“看到”相同的虚拟阻抗。这意味着PECD的动态响应符合预期，并且电压源行为得以保留。

在一些示例中，该方法可以进一步包括确定输入参考信号中要去除的一个或多个频率，并进一步基于该一个或多个频率来生成电压参考信号。

本领域技术人员将理解，PECD的输入阻抗可以定义PECD对不同频率的响应。因此，对电压参考的操纵也可以用来调整PECD的输入阻抗，以便在选定频率下提供阻尼。这可以被视为一种有源滤波或阻尼的形式。

在某些示例情况下(例如，其中输入参考信号是比如来自电网的AC信号)，对电压参考的操纵可以用来对例如由导致不对称电网的故障(单相故障、两相故障等)引起的不平衡序分量进行补偿。在这些示例情况下，该方法可以进一步包括确定输入参考信号中的一个或多个不平衡序分量，并进一步基于该一个或多个不平衡序分量来生成电压参考信号。

虚拟导纳模块的响应可以被视为是根据比例基础(即，与其两端的电压降成比例)快速作用的，而调整电压参考时的响应可以有利地对应于积分器，从而随着时间的推移将误差减小到零。

来自虚拟导纳模块的GFM电流参考信号的输出可以是具有正序分量和负序分量的复信号。电网中的故障或其他事件会导致变流器阀的电流参考信号过高(即，阀电流的瞬时值超过允许限值)。在这种情况下，或者如果另有需要，对电压参考的操纵可以有利地用于根据PECD的要求和能力来控制电流参考信号中的正序分量和负序分量。

根据进一步的示例实施方式，该方法可以进一步包括为电流参考生成角度参考。

通过为电流参考生成角度参考，实施构网控制的PECD可以与电网保持同步。

生成角度参考的一种方式可以是实施耦接到电网电压的锁相环(PLL)以生成第一角度误差，实施耦接到电网电力的功率同步控制(PSC)以生成第二角度误差；以及对第一角度误差和第二角度误差求和以生成角度参考。

锁相环和功率同步的集成可以集成这两种技术的优点，其中功率同步是基于控制(例如，电压参考信号)的内部状态进行同步的有利方法，而锁相环的益处是无需有功功率即可进行同步。

换言之，锁相环和功率同步控制可以用于定义PECD的角度参考，二者的集成可以提高对电网强度变化和电网故障的稳健性。在一些示例中，仅PSC可能无法提供足够的阻尼。然而，有利地，PSC与PLL的组合允许PECD具有选择性阻尼行为。此外，锁相环和功率同步控制可以用于为具有能量储存的PEID引入惯性和频率支持。

如本文所使用的，术语“锁相环”旨在涵盖并入了比例-积分控制的反馈环路(例如，在STATCOM的背景下)以及仅并入了比例控制的反馈环路(例如，在E-STATCOM的背景下)。

从第二方面来看，提供了一种电力电子变流器系统。

该系统包括计算模块，该计算模块被配置为接收包括电网电压参考信号的输入参考信号，并且至少部分地基于该输入参考信号来生成电压参考信号。

该系统进一步包括虚拟导纳模块，该虚拟导纳模块被配置为从计算模块接收电压参考信号，并且基于该电压参考信号来生成电流参考信号。

该系统可以进一步包括一个或多个限幅器模块和/或锁相环和功率同步控制。

根据一些示例，该系统可以被布置为执行前述方法中的任何一种。

此外，在一些示例中，该系统可以是例如形成PECD的一部分(例如，其控制器)的集成单元，或者该系统可以是被布置为与一个或多个PECD连接和/或通信的收集单元。例如，该系统可以是STATCOM设备，比如STATCOM或E-STATCOM。

附图说明

将参考以下附图仅以示例的方式描述本发明的一个或多个实施例，在附图中：

图1示意性地示出了用于为电力电子变流器设备提供参考限制的示例现有技术布置；

图2示意性地示出了根据本发明的实施例的用于控制电力电子变流器设备的系统；

图3示意性地示出了根据本发明的示例修改的用于控制电力电子变流器设备的系统；

图4示意性地示出了根据本发明的另一示例修改的用于控制电力电子变流器设备的系统；以及

图5示意性地示出了根据本发明的实施例的用于利用构网控制来控制电力电子变流器设备的方法。

尽管本发明容易受到各种修改和替代形式的影响，但是在附图中通过示例的方式示出了具体实施例，在本文中进行了详细描述。然而，应理解，本文的详细描述和附图并不旨在将本发明限制于所公开的特定形式。相反，其意图是覆盖落入所附权利要求的范围内的所有修改、等同物和替代形式。

本说明书中对现有技术文档或比较示例的任何提及都不应被视为承认这种现有技术是广为人知的或形成本领域公知常识的一部分。

如在本说明书中所使用的，词语“包括(comprise)”、“包括(comprising)”以及类似词语不应被解释为具有排他性或穷举意义。换言之，这些词语旨在意指“包括但不限于”。

具体实施方式

下面通过多个说明性示例的方式来描述本发明。应理解的是，提供这些示例仅用于说明和解释，而不旨在对本发明的范围进行限制。而是，本发明的范围将由所附权利要求来限定。此外，虽然示例可以以单独实施例的形式呈现，但是应该认识到，本发明还涵盖了本文所描述的实施例的组合。

图1示意性地示出了用于为电力电子变流器设备提供参考限制的示例现有技术系统100。如其中所示的，电网耦接参考信号Ref_In 102被直接提供给了包括参考限幅器106和电流限幅器108的快速作用电流限幅环路104(也简称为“环路104”)。电流限幅器108输出用于发送到例如PECD的电流控制器的参考Ref_Out 110，同时向参考限幅器106提供反馈112，以便将Ref_Out 110保持在某些操作限值内。

电网耦接参考Ref_In 102通常从如AC电压调节器、无功功率控制器等电网耦接部件或其他这样的硬件或软件部件来提供，或根据操作员界面提供的手动电流参考来提供。环路104被称为“快速作用”环路，因为限幅器部件(例如，参考限幅器106和电流限幅器108)的响应时间尺度为几分之一秒量级(例如，大约0.1秒)。

如从电网所“看到”的，快速电流限幅器环路104可以改变PECD的虚拟导纳值。导纳值的改变可能导致PECD的电压源行为丢失，因为PECD在这种布置下倾向于表现得更像电流源。因此，实施系统(比如图1中所示的系统100)的PECD可能无法在电流限幅器环路104处于活动状态时提供电压源行为。因此，难以实现稳定的构网控制。在这种不稳定性明显的情况下，现有系统将简单地在构网控制与跟网控制之间进行切换，跟网控制适用于表现为电流源的PECD。

图2示意性地示出了根据本发明的实施例的用于控制电力电子变流器设备的系统200。系统200包括计算模块204和虚拟导纳模块208。系统200可以部分地或完全地包括在PECD内，例如在PECD的控制器中，或者所图示部件中的一个或多个可以与PECD分开形成并被布置用于连接到PECD。

计算模块204被配置为接收表示为Ref_In 202的输入参考信号202，该输入参考信号包括电网电压参考信号，但也可以进一步包括其他信号。计算模块204被进一步配置为至少部分地基于输入参考信号202来生成表示为V_Ref 206的电压参考信号206。

虚拟导纳模块208被配置为从计算模块204接收电压参考信号206，并基于电压参考信号206来生成表示为Ref_Out 210的电流参考信号210，该电流参考信号用于控制电力电子变流器设备的操作。例如，可以将电流参考信号210提供给PECD的控制器，以控制变流器单体中的开关的启动。

在示例中，将电流参考信号210提供给PECD的电流控制器(未示出)。在这样的示例中，电流控制器可以根据电流参考信号210来生成阀电压参考。然后，可以由调制器使用阀电压参考来控制开关。

Ref_In 202可以是任何电网电压参考信号，比如来自公共耦接点(PCC)的电网电压参考、或例如来自操作员界面的电网电压参考。在一些示例中，Ref_In可以进一步包括来自PCC的电流参考、来自耦接到PCC(例如，类似于关于图1所讨论的系统100)的AC电压调节器的输出、和/或提供关于电网信号状态的信息的任何其他参考和/或已由控制功能自动生成的任何其他参考和/或例如已从操作员界面手动提供的任何其他参考。

也就是说，虽然将输入参考信号202示出为单个输入，但是应理解的是，在创建电压参考206时可以使用任何数量的组合参考、信号和/或信息。例如，可以将来自AC电压调节器、DC电压调节器、有源滤波模块、PECD能量储存控制模块等的附加输入都作为输入引入到计算模块204中，以用于“建立”电压参考206。

计算模块204可以采取任何形式作为适于接收和处理一个或多个输入信号、对其应用一个或多个计算并输出一个或多个输出信号的部件。在一些示例中，计算模块204是如求和块、求差块和/或其他逻辑运算块等多个逻辑运算块，这些块被布置成使得能够对输入参考信号202进行计算并由此生成电压参考信号206。计算模块204可以被实施为用于连接到PECD的独立模块，也可以被并入PECD设备内。

将从计算模块204输出的电压参考206用作虚拟导纳模块208的输入。

可以提供虚拟导纳模块208，以有助于PECD的电压源行为。因此，虚拟导纳模块208可以允许PECD作为谐波吸收器操作，并自动生成故障电流。虚拟导纳模块208可以是电感欧姆式的，比如串联或并联连接的电感器和电阻器。虚拟导纳模块208也可以是纯电感或纯电阻的。

虚拟导纳模块208的操作可以遵循电子学中的虚拟导纳原理。在本发明的背景下，输出电流(Ref_Out 210)可以基于电网电压(V_grid)的测量结果与参考电压(V_ref)之间的差，如下式所例示的(其中，Y是某个比例因子)。

Ref_Out＝Y•(V_grid-V_ref.)

换言之，来自虚拟导纳模块208的输出电流Ref_Out 210可以至少部分地基于虚拟导纳模块208两端的电压降。

作为数学上的类比，可以将计算模块204看作“反EMF”信号(例如，V_Ref 206)的生成器，因为该计算模块的作用是以抵消电网电压的变化。在具有感应线圈的旋转机(例如，同步机)的背景之外，该“反EMF”可以被认为是虚拟反EMF信号。

因此，从上面可以看出，可以通过对来自计算模块204的电压参考(即，V_Ref 206)进行修改来调整Ref_Out 210。因此，计算模块204和虚拟导纳模块208的使用为PECD提供了稳健的电压源行为，从而允许PECD在任何电网条件下都以一致且稳健的构网控制进行操作。

从电网引入信息(即，经由V_grid)可以允许虚拟导纳模块208抵消电网中的变化。例如，虚拟导纳模块208可以充当谐波吸收器，通过生成互补电流参考信号210来抵消来自电网的谐波。

作为另一示例，虚拟导纳模块208可以在电网故障——即，例如不对称电网故障(比如单相故障或两相故障)的情况下起作用，以自动生成故障电流。该功能也可以被称为“故障电流注入”，因为包括虚拟导纳模块208的PECD可以注入正序电流，以使正序电流更接近100％，并使负序电流更接近0％(即，更接近理想的电网组成)。

以这种方式，虚拟导纳模块208允许PECD充当谐波吸收器。

根据一个示例，可以从比如操作员界面(即，用于输电系统操作员的界面)等拟人化用户界面提供输入参考信号202。该输入参考信号202可以与电网的所确定的调节电压(即，电网电压参考信号)相对应，其中，该确定已手动或自动进行。另外地或替代性地，包括在输入参考信号202中的电网电压参考信号可以从PCC测得，或通过一个或多个自动控制功能例如基于PECD的内部状态来确定。

根据进一步的示例，输入参考信号202可以进一步包括调节器输出信号(例如，来自AC电压调节器的电流输出)。在STATCOM的示例背景下，这可以有利地提供同步电压源行为和电网电压调节。

输入参考信号202可以进一步包括任意数量的其他信号，比如测得的电网电压或电网电流、其他调节器输出(例如，来自DC电压调节器)等。

应理解的是，这些信号中的任何一个都可以单独或组合地提供作为输入，以便从计算模块204生成电压参考信号206。

所生成的输出电流参考信号Ref_Out 210可以用来控制PECD的操作。例如，PECD可以包括如电流控制器模块等控制器，该控制器被布置为控制包括在PECD中的变流器单体的开关。该控制器可以被布置为接收电流参考信号210，并基于该电流参考信号来控制开关的启动(例如，其定时)。

例如，如上所讨论的，电流控制器可以根据电流参考信号210来生成电压控制信号(例如，阀电压参考)。然后，可以由调制器使用电压控制信号来控制变流器单体中的开关。

还可以在使用电流参考信号Ref_Out 210来控制PECD的操作之前或之后将其提供给PECD的其他部件，以进行进一步处理。

例如，作为系统200的可选修改，可以引入限幅反馈环路。图3示出了包括这种修改的系统300的示例，其示出了添加在虚拟导纳模块208的输出与计算模块204的输入之间的限幅环路312。该系统300可以与参考图2所讨论的系统200类似地配置，其中增添了限幅器316，该限幅器基于从虚拟导纳模块208输出的电流参考信号210来向计算模块206提供反馈314。

在一些示例中，可以将电流参考信号Ref_Out 210提供给一个或多个限幅模块，比如限幅器316。限幅器316可以将一个或多个限幅器函数应用于电流参考信号Ref_Out 210，并因此向计算模块204提供反馈314。这些限幅器函数可能涉及电流限值、电压限值等。

与图1所示的比较系统相比，通过操纵电压参考而不是使用快速作用电流限幅环路(比如图1中的环路104)来应用限值，电网仍然可以“看到”PECD的相同虚拟导纳(导纳与阻抗直接相关)。这意味着PECD的动态响应可以符合预期，并且其电压源行为可以得以保留。

该反馈环路可以如下进行操作。可以使用电流参考信号210来估计通过PECD的变流器阀的电流。可以将该估计的电流与预定阈值电流进行比较。该阈值电流可以基于PECD部件的物理限制、电网的状态或通过一些其他的手动或自动方式来确定。此外，阈值电流可以是静态的，也可以是动态确定的。

如果超过预定电流阈值，则限幅器316可以将一个或多个限幅器函数应用于电流参考信号210。例如，一个或多个限幅器函数可以涉及“限幅器系数”的创建，为了便于说明，该限幅器系数可以用K_Limit表示。限幅器系数可以作为由限幅器316应用的一个或多个限幅器函数的一部分例如通过积分器来创建。

从计算模块204输出的原始电压参考信号206的相对贡献然后可以相对于来自电网耦接电压参考的贡献进行平衡。例如，电网耦接电压参考可以与上面讨论的相同，即V_grid。该函数可以采取以下形式，例如：

V_Ref→V_Ref•(1-K_Limit)+V_grid•K_Limit

从限幅器函数的这个示例公式可以看出，在正常操作中(即，K_Limit为零)，电压参考V_Ref206可以由于该限幅器函数而保持不变。然而，当K_Limit增大并且大于零时，电压参考206可以逐渐被所测得的电网电压V_grid替代。

这可能会减小虚拟导纳模块208两端的电压降(V_grid-V_Ref)，从而减小输出的电流参考信号210。因此，可以应用电流限值。从这个解释中可以明显看出，在极端情况下，其中K_Limit→1，V_Ref→V_grid，虚拟导纳模块208两端的电压降因此可以降至零(V_grid-V_grid)。

应理解的是，可以采用相同的技术，以便将电压限值作为由限幅器块316应用的一个或多个限幅器函数的一部分来实施。也就是说，如果确定输出电压(例如，根据Ref_Out210估计的)超过预定电压阈值，则可以调整电压，以便减小至阈值或更低。

假设不存在会触发快速作用限幅器的事件，则可以将这种快速作用限幅器环路排除在系统200之外。替代性地，根据一些示例，如果需要，可以在电流参考信号210被用于控制PECD的操作之前将其进一步提供给快速作用限幅环路(比如图1所示的环路104)。

系统200或300可以进一步包括用于对输入参考信号Ref_In 202中可能存在的不期望的频率(比如由电网上的非线性负载引起的谐波)和/或负序或正序电流(例如，由电网中的故障引起的)进行检测的功能。该功能可以集成到计算模块204中，也可以与计算模块分离。

响应于在输入参考信号202中检测到要去除的一个或多个频率，计算模块204可以基于所检测到的一个或多个频率来生成电压参考信号206，以便在虚拟导纳模块生成电流参考信号208并基于该电流参考信号来控制PECD的操作时，去除所检测到的一个或多个频率中的至少一部分。这种功能可以被描述为有源滤波模块。也就是说，计算模块204可以包括或连接到有源滤波模块。

根据有源滤波模块的功能，可以例如通过窄带带通滤波器或其他类似的硬件或软件部件滤除所选谐波(例如，电压谐波)。然后，可以以增大的实际增益将所选谐波反馈到(反馈回)计算模块204中，以引起PECD的欧姆输出导纳的增大(对应于低阻抗，即，使谐波短路)。

类似地，响应于检测到一个或多个不平衡序电流，计算模块204可以基于所检测到的一个或多个不平衡序电流来生成电压参考信号206，以便去除所检测到的一个或多个不平衡序电流中的至少一部分。这种功能可以被描述为序控制器。也就是说，计算模块204可以包括或连接到序控制器。

序控制器不同于“故障电流注入”，序控制器具有引入虚拟导纳模块208的固有优势。虚拟导纳模块208的这种操作可以被认为是比例控制，即，快速作用以应对电网中的变化。然而，序控制器可以对应于积分器(例如，通过包括积分器作为序模块的一部分)。因此，在一些示例中，序控制器的响应可以用于将电网电压的负序分量减小到(理想地)零，而正分量可以由来自比如上文所讨论的AC电压调节器的输出来控制。

不平衡序分量的检测可以由将AC电压的正序分量和负序分量分离的滤波器来执行。此后，可以通过注入正序电流(例如，用于AC电压调节器)和/或负序电流(例如，用于序控制器)来执行去除。在一些示例中，这种电流注入可以由如AC电压调节器和负序控制器模块等单独的部件来实施。在替代示例中，序控制器可以控制正序和负序，并且可以形成计算模块204的一部分或者与其分离。这些电流参考可以例如使用积分器例如基于电压误差(V_Ref-V_grid)来计算。

换言之，有源滤波模块和序控制(即，检测和去除不平衡序分量)可以被认为是跟在输入参考202之后的窄带闭环控制器。因此，可以对参考电压206的生成进行调整，以考虑输入参考信号202的许多方面。

这在控制PECD建立AC波形的参考角度或相位时确保与电网的其余部分同步也很有用。传统系统采用了所谓的“锁相环”(PLL)，该锁相环对电网信号的相位进行探测，在电网信号与PECD的控制信号之间建立“误差”，并基于该误差来调整PECD的控制信号。PLL通常与跟网控制相关联。

通常，在实施构网控制时，可以采用所谓的“功率同步控制”(PSC)来维持PECD与电网之间的同步性。PSC在AC系统中利用了原则上与同步机的操作类似的内部同步机制。因此，通常将PSC用于实施构网控制的系统中，因为其可以为弱AC电网提供强大的电压支持。

图4示意性地示出了根据本发明的示例修改的用于生成PECD的角度参考的系统400。该系统400可以与参考图2讨论的系统200和参考图3讨论的系统300类似地配置。

系统400可以包括与PSC控制相结合的PLL控制。PLL控制支路可以包括PLL控制模块420，并且PSC控制支路可以包括PSC控制模块428。

可以将电网参考信号Grid_Ref 418(比如测得的电网电压)作为输入提供给PLL控制模块420，并且PLL控制模块420可以确定电网参考信号418的相位(例如，从电网测得的正弦信号的相位)。根据该确定的相位，PLL控制模块420可以被配置为确定PECD控制角度与所确定的相位之间的差或角度误差(即，图4所示的θ_1)。将该角度误差提供给加法结432。

可以将功率参考信号P_Ref 426和确定的电网功率P_Grid 427作为输入提供给PSC控制模块428，并且PSC控制模块428可以根据其来确定角度误差(即，图4所示的θ_2)。可以根据测得的电网电压和电流的乘积来获得P_Grid 427。然后，PSC控制模块428可以将角度误差θ_2提供给加法结432。

系统400可以通过在加法结432处对来自PLL控制模块420的角度误差θ_1和来自PSC控制模块428的角度误差θ_2求和来生成角度参考θ_Out 430。然后，可以将该角度参考430例如与所生成的电流参考Ref_Out 210相结合，以控制PECD的操作。

为了完成控制环路，可以将角度参考430作为反馈424提供给PLL控制模块420，使得PECD控制角度与所检测到的相位之间的差可以由PLL控制模块420来确定。

在一些示例中，可以在将反馈424提供给相位检测器420之前，通过将来自加法结432的总和角度误差提供给比例-积分(PI)调节器、比例调节器或其他控制调节器来生成角度参考430。另外地或替代性地，这些调节器功能可以形成PLL控制模块420的功能的一部分。此外，在一些示例中，可以在使用角度参考430来控制PECD的操作之前将角度参考430提供给振荡器。

例如，在STATCOM的背景下，可以将总和角度误差提供给PI调节器，而在E-STATCOM的背景下，例如，可以将总和角度误差提供给作为锁相环的一部分的比例调节器。

图5示意性地示出了根据本发明的实施例的用于控制PECD的方法500。

如框502所指示的，方法500包括向计算模块提供包括电网电压参考信号的输入参考信号。

如框504所指示的，方法500进一步包括由计算模块至少部分地基于输入参考信号来生成电压参考信号。

如框506所指示的，方法500进一步包括从计算模块向虚拟导纳模块提供电压参考信号。

如框508所指示的，方法500进一步包括由虚拟导纳模块基于电压参考信号来生成电流参考信号。

虽然本文中可能已独立地呈现了实施例及其示例性修改，但是应理解的是，这些实施例和示例可以以任何形式组合，以便从中实现集体和/或协同优势。

因此，本文公开了一种用于为电力电子变流器设备生成电流参考信号的方法，该方法包括：向计算模块提供输入参考信号，由计算模块至少部分地基于输入参考信号来生成电压参考信号，从计算模块向虚拟导纳模块提供电压参考信号，以及由虚拟导纳模块基于电压参考信号来生成电流参考信号。

Claims (19)

1.一种用于生成电流参考信号(210)的方法(500)，所述电流参考信号用于控制电力电子变流器设备的操作，所述方法包括：

向计算模块(204)提供(502)包括电网电压参考信号的输入参考信号(202)；

由所述计算模块至少部分地基于所述输入参考信号来生成(504)电压参考信号(206)；

从所述计算模块向虚拟导纳模块(208)提供(506)所述电压参考信号；以及

由所述虚拟导纳模块且基于所述电压参考信号来生成(508)所述电流参考信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述电网电压参考信号从操作员界面提供。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中：

所述输入参考信号进一步包括第一调节器信号，并且

所述第一调节器信号从电网耦接AC电压调节器提供。

4.根据任一前述权利要求所述的方法，其中：

所述输入参考信号进一步包括以下各项中的一项或多项：

测得的电网电压信号；

测得的电网电流信号；以及

从DC电压调节器提供的第二调节器信号。

5.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，生成所述电流参考信号包括：

将所述电压参考信号与测得的电网电压进行比较；以及

基于所述电压参考信号与所述测得的电网电压之间的差来生成所述电流参考信号。

6.根据任一前述权利要求所述的方法，进一步包括：

确定所述输入参考信号中要去除的一个或多个频率；以及

进一步基于所述一个或多个频率来生成所述电压参考信号。

7.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述输入参考信号为AC信号，所述方法进一步包括：

确定所述输入参考信号中的一个或多个不平衡序分量；以及

进一步基于所述一个或多个不平衡序分量来生成所述电压参考信号。

8.根据任一前述权利要求所述的方法，进一步包括：

由所述虚拟导纳模块将所述电流参考信号作为第一反馈提供给所述计算模块；以及

进一步基于所述第一反馈来生成所述电流参考信号。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，将所述电流参考作为第一反馈提供给所述计算模块进一步包括：

由所述虚拟导纳模块将所述电流参考信号提供给一个或多个限幅器模块(316)；

由所述一个或多个限幅器模块将一个或多个限幅器函数应用于所述电流参考信号；

由所述一个或多个限幅器模块将所述一个或多个限幅器函数的输出提供给所述计算模块作为所述第一反馈(314)。

10.根据权利要求9所述的方法，其中：

所述一个或多个限幅器函数包括电流限值或电压限值。

11.根据任一前述权利要求所述的方法，进一步包括：

为所述电流参考生成角度参考。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，为所述电流参考生成角度参考(430)包括：

实施耦接到电网电压(418)的锁相环(420，424)以生成第一角度误差；

实施耦接到电网电力(427)的功率同步控制(428)以生成第二角度误差；

对所述第一角度误差和所述第二角度误差求和(432)以生成所述角度参考。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，实施锁相环包括：

向比例控制器或比例-积分控制器提供检测到的相位差。

14.一种电力电子变流器系统(200)，包括：

计算模块(204)，所述模块被配置为：

接收输入参考信号(202)，所述输入参考信号至少包括电压参考信号，并且

至少部分地基于所述输入参考信号来生成电压参考信号(206)；以及

虚拟导纳模块(208)，所述虚拟导纳模块被配置为：

从所述计算模块接收所述电压参考信号，并且

基于所述电压参考信号来生成用于控制电力电子变流器设备的操作的电流参考信号(210)。

15.根据权利要求14所述的电力电子变流器系统，其中：

所述系统被布置为执行根据权利要求1至8中的任一项所述的方法。

16.根据权利要求14或权利要求15所述的电力电子变流器系统，进一步包括：

一个或多个限幅器模块(316)，所述一个或多个限幅器模块被配置为应用一个或多个限幅器函数，其中：

所述系统被布置为执行根据权利要求9或权利要求10所述的方法。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的电力电子变流器系统，进一步包括：

锁相环(420，424)和功率同步控制模块(428)，其中：

所述系统被布置为执行根据权利要求12或权利要求13所述的方法。

18.根据权利要求14至17中任一项所述的电力电子变流器系统，其中：

所述系统包括在所述电力电子变流器设备内。

19.根据权利要求18所述的电力电子变流器系统，其中：

所述电力电子变流器设备是静态补偿器STATCOM设备。