具有改善的瞬态事件穿越能力的能量转换系统和方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102904272 A (43)申请公布日 2013.01.30 C N 1 0 2 9 0 4 2 7 2 A *CN102904272A* (21)申请号 201110217135.X (22)申请日 2011.07.29 H02J 3/38(2006.01) H02J 3/18(2006.01) H02H 9/02(2006.01) (71)申请人通用电气公司 地址美国纽约州 (72)发明人谭卓辉 邬心慧 邬雪琴 公茂忠 郭晓明 (74)专利代理机构北京市柳沈律师事务所 11105 代理人周少杰 (54) 发明名称 具有改善的瞬态事件穿越能力的能量转换系 统和方。

2、法 (57) 摘要 本发明揭示一种能量转换系统。该能量转换 系统包括直流母线，网侧变流器，以及电压源控制 器。该网侧变流器与直流母线连接，并用于将该直 流母线上的直流电转换成交流电。该电压源控制 器用于提供控制信号给该网侧变流器，以使得该 网侧变流器对转换后的交流电进行调节。该电压 源控制器包括用于至少根据功率指令信号和功率 反馈信号提供控制信号给该网侧变流器的信号产 生单元；用于在发生瞬态事件时，至少根据电流 阈值限制该控制信号的限流单元；以及至少根据 直流母线电压反馈信号和直流边界电压阈值限制 该控制信号的限压单元。本发明还揭示一种控制 能量转换系统中网侧变流器运作的方法以及一种 光伏发电。

3、系统。 (51)Int.Cl. 权利要求书3页 说明书13页 附图17页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 3 页 说明书 13 页 附图 17 页 1/3页 2 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，网侧变流器，以 及电压源控制器；该直流母线接收直流电；该网侧变流器与直流母线连接，并用于将该直 流母线上的直流电转换成交流电；该电压源控制器用于提供控制信号给该网侧变流器，以 使得该网侧变流器对转换后的交流电进行调节，该电压源控制器包括：信号产生单元，限流 单元以及限压单元，该信号产生单元用于至少根据功率指令信号和功率反馈信号提供控。

4、制 信号给该网侧变流器；该限流单元用于在发生瞬态事件时，至少根据电流阈值限制该控制 信号；该限压单元用于在发生该瞬态事件时，至少根据直流电压反馈信号和直流边界电压 阈值限制该控制信号。 2.如权利要求1所述的能量转换系统，其特征在于：该能量转换系统还包括最大功率 点追踪装置，该最大功率点追踪装置用于产生最大功率点参考信号，其中该电压源控制器 还包括功率指令调节单元，该功率指令调节单元用于根据该最大功率点参考信号限制该功 率指令信号。 3.如权利要求1所述的能量转换系统，其特征在于：该电压源控制器还包括有功功率 调节器，该有功功率调节器用于根据该功率指令信号和该功率反馈信号产生频率指令信 号，并。

5、将该频率指令信号积分产生相位角指令信号，其中该电压源控制器进一步被配置成 使用该相位角指令信号产生该控制信号。 4.如权利要求3所述的能量转换系统，其特征在于：该电压源控制器还包括冻结单元， 该冻结单元用于通过判断网侧变流器输出端的电压判定该能量转换系统是否进入瞬态事 件或者从瞬态事件恢复，并在该能量转换系统被判定出从瞬态事件恢复之前发出状态指示 信号，以用于冻结该有功功率调节单元中的积分器件。 5.如权利要求3中所述的能量转换系统，其特征在于：该限流单元被配置成至少根据 该电流阈值和网侧变流器输出端的阻抗计算电压幅值阈值，该限流单元还至少根据该计算 的电压幅值阈值和网侧反馈电压计算相位角限制。

6、信号，该相位角限制信号用于限制该相位 角指令信号。 6.如权利要求3所述的能量转换系统，其特征在于：该能量转换系统进一步包括锁相 环电路，该锁相环电路用于根据网侧电压产生频率参考信号或者相位角参考信号，该有功 功率调节器用于通过该频率参考信号调节该频率信号并产生该相位角指令信号，或者通过 该相位角参考信号调节该相位角指令信号。 7.如权利要求3所述的能量转换系统，其特征在于：该限压单元进一步被配置成根据 该直流电压反馈信号和该直流边界电压阈值给该频率指令信号提供频率修正信号，或者给 该相位角指令信号提供相位角修正信号。 8.如权利要求1所述的能量转换系统，其特征在于：该电压源控制器进一步包括无。

7、功 功率调节器，该无功功率调节器用于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，其中该电压源控制器进一步被配置成使用该电压幅值指令信号产生提供给 网侧变流器的控制信号。 9.如权利要求8所述的能量转换系统，其特征在于：该电压源控制器进一步包括冻结 单元，该冻结单元用于通过判断网侧变流器输出端的电压判定该能量装换系统是否进入瞬 态事件或者从瞬态事件恢复，并在该能量转换系统被判定出从该瞬态事件恢复之前发出状 态指示信号，以用于冻结该无功功率调节单元中的积分器件。 权 利 要 求 书CN 102904272 A 2/3页 3 10.如权利要求8所述的能量转换系统，其特征在于：该限流。

8、单元被配置成至少根据该 电流阈值和网侧变流器输出端的阻抗计算电压幅值阈值，该限流单元还至少根据该计算的 电压幅值阈值和网侧反馈电压计算电压幅值限制信号，该电压幅值限制信号用于限制该电 压幅值指令信号。 11.如权利要求8所述的能量转换系统，其特征在于：该限流单元被配置成至少根据该 电流阈值和网侧变流器输出端的阻抗计算电压幅值阈值，并至少根据该电压幅值阈值和网 侧反馈电压计算相位角限制值，该限流单元还至少根据该计算的相位角限制值和网侧反馈 电压计算电压幅值限制信号，该电压幅值限制信号用于限制该电压幅值指令信号。 12.一种控制能量转换系统中网侧变流器运作的方法，其特征在于：该方法至少包括 如下步。

9、骤： 至少根据功率指令信号和功率反馈信号产生作用到该网侧变流器的控制信号； 在发生瞬态事件时，至少根据电流阈值和直流母线边界电压阈值调整该控制信号；以 及 将该调整后的控制信号作用到该网侧变流器。 13.如权利要求12所述的方法，其特征在于：该方法还包括如下步骤： 根据该功率指令信号和该功率反馈信号产生频率指令信号；以及 将该频率指令信号积分产生相位角指令信号，该相位角指令信号用于产生该控制信 号。 14.如权利要求12所述的方法，其特征在于：该方法还包括如下步骤： 在判定出该能量转换系统经历该瞬态事件时冻结该能量转换系统中的积分器件；以及 在判定出该能量转换系统从该瞬态事件中恢复时重置该能量。

10、转换系统中的被冻结积 分器件。 15.如权利要求12所述的方法，其特征在于：该方法还包括如下步骤： 至少根据该电流阈值和该网侧变流器输出端的阻抗计算电压幅值阈值； 至少根据该计算的电压幅值阈值和网侧反馈电压计算相位角限制信号；以及 使用该相位角限制信号限制该相位角指令信号。 16.如权利要求12所述的方法，其特征在于：该方法还包括如下步骤： 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；以及 使用该电压幅值指令信号产生该控制信号。 17.如权利要求12所述的方法，其特征在于：该方法至少包括如下步骤： 至少根据该电流阈值和网侧变流器输出端的阻抗计算电压幅值阈值； 至少根据该计算的电。

11、压幅值阈值和网侧反馈电压计算电压幅值限制信号；以及 使用该电压幅值限制信号限制该电压幅值指令信号。 18.如权利要求12所述的方法，其特征在于：该方法还包括如下步骤： 至少根据该电流阈值和网侧变流器输出端的阻抗计算电压幅值阈值； 至少根据该电压幅值阈值和网侧反馈电压计算相位角限制值； 至少根据该计算的相位角限制值和网侧反馈电压计算电压幅值限制信号；以及 使用该电压幅值限制信号限制该电压幅值指令信号。 19.一种光伏发电系统，其特征在于：该光伏发电系统包括光伏电源，直流母线，网侧 权 利 要 求 书CN 102904272 A 3/3页 4 变流器，以及电压源控制器；该光伏电源用于提供直流电，该。

12、直流母线用于接收该光伏电源 提供的直流电；该网侧变流器与该直流母线电性连接，该网侧变流器用于将该直流母线上 的直流电转换成交流电；其中，该电压源控制器被配置成至少根据功率指令信号和功率反 馈信号产生控制信号，该电压源控制器还被配置成在发生瞬态事件时，至少根据电流阈值 限制该控制信号，以及将该限制后的控制信号作用到该网侧变流器，以在该光伏发电系统 经历该瞬态事件时限制网侧变流器的电流。 20.如权利要求19所述的光伏发电系统，其特征在于：该电压源控制器还被进一步配 置成在发生瞬态事件时，至少根据直流边界电压阈值限制该控制信号，以在该光伏发电系 统经历该瞬态事件时限制该直流母线的电压。 权 利 要。

13、 求 书CN 102904272 A 1/13页 5 具有改善的瞬态事件穿越能力的能量转换系统和方法 技术领域 0001 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 涉及一种对能量转换系统的瞬态事件穿越能力进行改善的系统和方法。 背景技术 0002 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大。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，通常会使用变流器系统将光伏阵列产生的直 流电能。

14、转换成可供电网传输的交流电能。 0003 现有的供光伏发电系统使用的变流器系统的架构有多种形式。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送的交流电能。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。 0004 随着光伏并网发电系统的快速增长，通过光伏发电系统注入到电网中的电能可能 对电网。

15、的电压和频率会产生一定的影响，因此，一般的光伏并网发电系统通常会被要求在 电网发生瞬态事件时仍然能够按照特定的要求保持连网运作。然而，随之而来的一个问题 是，在某些瞬态事件下，光伏发电系统中的网侧变流器(直流-交流变流器)可能会由于 流过其中的电流超过硬件本身的承受能力而损坏。另一个伴随而来的问题是，光伏发电系 统输出的电能由于电网电压和频率的变动而发生变化，从而导致直流母线处出现功率不平 衡。 0005 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的技术问题。 发明内容 0006 有鉴于上述提及之问题，本发明的一个方面在于提供一种能量转换系统。该能量 转换系统至少包括直流母线，网侧。

16、变流器，以及电压源控制器。该直流母线接收直流电。该 网侧变流器与直流母线连接，并用于将该直流母线上的直流电转换成交流电。该电压源控 制器用于提供控制信号给该网侧变流器，以使得该网侧变流器对转换后的交流电进行调 节。该电压源控制器包括信号产生单元，限流单元以及限压单元。该信号产生单元用于至 少根据功率指令信号和功率反馈信号提供控制信号给该网侧变流器。该限流单元用于在发 生瞬态事件时，至少根据电流阈值限制该控制信号。该限压单元用于在发生该瞬态事件时， 至少根据直流电压反馈信号和直流边界电压阈值限制该控制信号。 0007 本发明的另一个方面在于提供一种控制能量转换系统中网侧变流器运作的方法。 该方法。

17、至少包括如下步骤：至少根据功率指令信号和功率反馈信号为该网侧变流器产生控 说 明 书CN 102904272 A 2/13页 6 制信号；在发生瞬态事件时至少根据电流阈值和直流边界电压阈值限制该控制信号；以及 将该控制信号作用到该网侧变流器。 0008 本发明的再一个方面在于提供一种光伏发电系统。该光伏发电系统包括光伏电 源，直流母线，网侧变流器，以及电压源控制器。该光伏电源用于提供直流电，该直流母线用 于接收该光伏电源提供的直流电。该网侧变流器与该直流母线电性连接，该网侧变流器用 于将该直流母线上的直流电转换成交流电。该电压源控制器被配置成至少根据功率指令信 号和功率反馈信号提供控制信号。在。

18、发生瞬态事件时，该网侧变流器被配置成至少根据电 流阈值限制该控制信号，以及将该限制后的控制信号作用到该网侧变流器，以在该光伏发 电系统经历该瞬态事件时限制该网侧变流器的电流。 0009 本发明提供的能量转换系统，控制能量转换系统中网侧变流器运作的方法以及光 伏发电系统，通过根据基于电压源的控制架构，在发生瞬态事件时通过特别设置的电流限 制单元限制网侧变流器的电流，或者通过电压限制单元限制直流母线的边界电压，使得能 量转换系统的瞬态事件穿越能力得到改善。 附图说明 0010 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： 0011 图1所示为光伏能量转换系统的一种实。

19、施方式的模块示意图。 0012 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。 0013 图3所示为图2所示的有功功率调节器的一种实施方式的详细控制框图。 0014 图4所示为图3所示的有功功率调节器中功率调节器的一种实施方式的详细控制 框图。 0015 图5所示为图2所示的有功功率调节器的另一种实施方式的详细控制框图。 0016 图6所示为图5所示的有功功率指令调节单元的一种实施方式的详细控制框图。 0017 图7所示为图2所示的有功功率调节器的另一种实施方式的详细控制框图。 0018 图8所示为图7所示的相位角产生单元的一种实施方式的详细控制框图。 0019 图9所示为图2所示的。

20、有功功率调节器的再一种实施方式的详细控制框图。 0020 图10所示为图9所示的直流边界电压控制单元的一种实施方式的详细控制框图。 0021 图11所示为图9所示的相位角产生单元的一种实施方式的详细控制框图。 0022 图12所示为图9所示的直流边界电压控制单元的另一种实施方式的详细控制框 图。 0023 图13所示为图9所示的直流边界电压控制单元的又一种实施方式的详细控制框 图。 0024 图14所示为图2所示的无功功率调节器的一种实施方式的详细控制框图。 0025 图15所示为图2所示的无功功率调节器的另一种实施方式的详细控制框图。 0026 图16所示为网侧变流器以及电网的一种实施方式的。

21、简化电路模型图。 0027 图17所示为在执行图2所示的电流限制单元时的一种实施方式的相量图。 0028 图18所示为图2所示的电流限制单元一种实施方式的详细控制框图。 0029 图19所示为图2所示的电流限制单元另一种实施方式的详细控制框图。 说 明 书CN 102904272 A 3/13页 7 0030 图20所示为图1所示的网侧变流器的另一种实施方式的控制框图。 0031 图21所示为图3所示的有功功率调节器中的功率调节器的另一种实施方式的控 制框图。 0032 图22所示为冻结(freezing)或者重置(resetting)能量转换系统中一个或者多 个积分元件的方法的一种实施方式的。

22、流程图。 具体实施方式 0033 本发明揭露的一个或者多个实施方式涉及具有改善的瞬态事件(Transient Event)穿越能力的能量转换系统和方法。在此所谓的“瞬态事件穿越能力”是指在遇到一 个或者多个瞬态事件或者出现一个或者多个故障情况时，能量转换系统仍能够维持其正常 运作或者能够恢复并返回正常运作。在此所谓的“瞬态事件”或者“故障情况”是指在能 量源侧(例如光伏电源侧)发生的一个或者多个事件或者情况，或者在负载侧(例如电网 侧)发生的一个或者多个事件或者状况。更具体而言，本发明基于电压源控制架构或者算 法来具体实施并改进上述的瞬态事件穿越能力。在此所谓的“电压源控制(Voltage S。

23、ource Control，VSC)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 电压的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，例如，在发生包括低电 压穿越事件或者零电压穿越事件等在内的瞬态事件时，可以通过在网侧控制器中执行限流 算法或者更具体的相量限流算法，来限制能量转换系统的输出电流。再进一步，在发生包括 低电压穿越事件或者零电压穿越事件等在内的瞬态事件时，可以通过在网侧控制器中进一 步执行直流边界电压限制算法，将直流母线的电压控制在预定的边界范围内。再者，在一些 实施方式中，能量转换系统还可以进行抗饱和(Anti-Windup)设计，也即，在能量转换系。

24、统 进入瞬态事件或者从瞬态事件恢复的过程中将能量转换系统中的一个或者多个积分器件 设置成停止工作，并在瞬态事件恢复完成后对该一个或者多个积分器件进行重置。此外，在 具体的光伏能量转换系统的实施方式中，在瞬态事件过程中，可以通过使用光伏电源侧的 功率参考信号，例如，最大功率点追踪装置产生的最大功率点功率参考信号，来限制用于产 生相位角指令信号的功率指令信号，使得系统得到较佳的功率平衡。 0034 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。

25、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。 0035 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。

26、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 说 明 书CN 102904272 A 4/13页 8 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。

27、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。 0036 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最佳实施方式，能量转换系统10被图示并描述成一种光伏能量转换 系统。但是，应当可以理解的是，对于本领域具有通常知识的人员来讲，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，其中的一些方面应当可以通过类似的方 式应用到其他领域，例如，燃料电池发电系统，风能发电系统以及潮汐能发电系统等。 0。

28、037 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(下文简称为直流电能)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(下文简称为交流电能)。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1。

29、0可以被配置成输送额定标准频率的三相交流电到该电网18。 0038 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，其可以升高从光伏电源12的直流输出电压，并将升高后的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的直流电压维持在基 本恒定的数值，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。

30、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。 0039 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 16。该变流器控制模块16被配置成调节光伏电源12输出的光伏能量，并调节从网侧变流 器144输出的有功功率和无功功率。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。

31、信号发送光伏侧控制信号166给光伏侧变流器142，以调节光伏电源12输出的光伏 能量。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输出的有功功率和无功功率。特别地，如图1所 示，为了使得该光伏能量转换系统10具有能够处理瞬态事件或者故障状况之能力，该网侧 控制器164还被配置成可以执行限流算法230，以限制网侧变流器144输出端的电流，以及 说 明 书CN 102904272 A 5/13页 9 执行限压算法290，以将直流母线146的直流电压控制在一定的界限范围内。该光伏侧变 流器162可以包括任何拓扑结构的变流器，。

32、例如，半桥式变流器，全桥式变流器以及推挽式 变流器。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。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)。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。

33、他实施方式中，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进行控制。 0040 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。 0041 在一种实施方式中，图1所示的该能量转换系统10可以进一步包括最大功率点追 踪(maximu。

34、m power point tracking，MPPT)装置26。为作示例性之目的，该最大功率点追 踪装置26被描绘成位于该变流器控制模块16之外侧。在可替换的实施方式中，该最大功 率追踪装置26应当还可以被配置在变流器控制模块16之内部，或者更具体而言，该最大功 率追踪装置26被配置在光伏侧控制器162中。在一种实施方式中，该最大功率追踪装置26 可以执行通常的扰动观测算法(perturbation and observation algorithm)，以确保在外 界环境，例如温度，辐照等发生变化的情形下，光伏电源12始终能向变流器系统14提供最 大的输出功率。在一种具体的实施方式中，该最大。

35、功率追踪装置26接收由电流传感器28 测量并提供的直流电流反馈信号112，并接收由电压传感器32测量并提供的直流电压反馈 信号114，其中，该电流传感器28和电压传感器32可以被放置在光伏电源12的输出端。该 最大功率追踪装置26通过将该直流电流反馈信号112和该直流电压反馈信号114相乘以 得到当前光伏电源12实际输出的光伏功率。该最大功率追踪装置26还将该实际输出的光 伏功率和先前计算并存储的光伏功率相比较，以观测在扰动作用下的功率变化。举例而言， 如果比较的结果显示功率变化值大于零，那么下一节拍所作的扰动将比照先前的扰动在同 一方向进行，反之则改变扰动的方向。该最大功率追踪装置26然后基。

36、于上述比较结果，发 送电压或者电流参考信号158给光伏侧控制器162，该光伏侧控制器162根据电压或者电流 参考信号158调整控制信号166，以实现最大功率点的追踪。可以理解，重复这样的搜索过 程，可以识别出光伏电源12的最佳工作点或者靠近最佳工作点附近的工作点。在其他实施 方式中，还可以执行包括电导增量法在内的其他算法，以从光伏电源12获得最大的输出功 率。 0042 如图1所示，该最大功率追踪装置26还被配置成与网侧控制器164进行通信连 接。该最大功率追踪装置26在执行最大功率点搜寻算法时，可以同时产生最大功率参考信 号159，并将该最大功率参考信号159提供给网侧控制器164。在一种实。

37、施方式中，该最大 功率参考信号159被用来限制用于为网侧变流器144产生网侧控制信号168的功率指令信 号。因此，可以藉此来协调或者平衡从光伏电源12输出的电能和从变流器系统14输出的 说 明 书CN 102904272 A 6/13页 10 电能。 0043 进一步参阅图1，在正常运作时，该能量转换系统10或者更具体而言，该光伏侧控 制系统162被配置成负责控制直流母线146上的直流电压。更具体而言，该光伏侧控制器 162接收直流电压传感器测量并提供的直流电压反馈信号156，其中，该直流电压传感器放 置在直流母线146的输出端。该光伏侧控制器162进一步接收直流电压指令信号292。该 光伏侧。

38、控制器162根据该直流电压反馈信号156和直流电压指令信号292调整光伏侧控制 信号166，以将出现在直流母线146处的直流电压维持在基本恒定的电压值。在可替换的实 施方式中，该网侧控制器164也可以被配置成用来负责控制直流母线146处的直流电压。 0044 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可以配 置成具有处理瞬态事件穿越之能力。例如，在发生特定的瞬态事件或者出现特定的故障时， 该网侧控制器164可以执行限流算法，限制网侧变流器144的输出电流，以此确保网侧变流 器144内的半导体元器件不受过电流问题的影响。进一步，在发生特定的瞬态事件或者出 现特定的故障时。

39、，该网侧控制器164可以执行限压算法，以将直流母线146处的直流电压抑 制在上限和下限范围内。因此，可以保护直流母线146由于过电压或者欠电压问题所受的 影响。关于限流算法和限压算法的更多细节将在下文作详细描述。 0045 图2所示为图1所示的网侧控制器164的一种实施方式的控制框图。图2所示的 功能模块可以通过硬件的形式来实现，也可以通过软件的形式来实现，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 signal processor，DSP)来执行。如图2所示，在图示的实 施方式中，该网侧控制器164。

40、大致包括有功功率调节器210，无功功率调节器220，电流限制 器230，以及信号产生单元240。该有功功率调节器210接收功率指令信号212和功率反馈 信号214，并产生相位角指令信号216。该无功功率调节器220接收无功功率指令信号222 和无功功率反馈信号224，并产生电压幅值指令信号226。该电流限制器230根据一个或者 多个信号，包括反馈电流信号154，反馈电压信号228，最大允许电流阈值信号231以及阻抗 值233，对相位角指令信号216和电压幅值指令信号226进行限制。该信号产生单元240根 据限制后的相位角指令信号232和限制后的电压幅值指令信号234产生控制信号168。 004。

41、6 在图2所示的实施方式中，该有功功率调节器210根据接收的功率指令信号212 和功率反馈信号214产生相位角指令信号216，其中，该功率指令信号212代表希望在网侧 变流器144输出端和电网18之间传送的功率，其可以由电网运营商给定，而该功率反馈信 号214则代表所测量到的在网侧变流器144输出端和电网18之间实际传送的功率。该功 率反馈信号214可以通过将网侧电流反馈信号154和网侧电压反馈信号152计算得到，其 中，该网侧电流反馈信号154和该网侧电压反馈信号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测量得到。在这里特别要指出 的是，通。

42、过有功功率调节器210所产生的相位角指令信号216，在具体的实施方式中可以有 一些变形。例如，在一种实施方式中，该相位角指令信号216代表网侧变流器144的交流侧 电压和电网电压或者临近电网18处一点所取电压之间的相位移或者相位差。在另外一种 实施方式中，该相位角指令信号216还可以代表该希望得到的网侧变流器144交流电压的 相位。该网侧变流器144交流电压的相位可以通过将网侧电压的相位与上述相位差相加而 得。在此所述的网侧变流器144的交流侧电压可以为网侧变流器144输出端的交流电压。 说 明 书CN 102904272 A 10 7/13页 11 在可替换的实施方式中，该网侧变流器144的。

43、交流侧电压还可以为在考虑网侧变流器144 内部阻抗情形下的内部电压。进一步而言，在一些实施方式中，该网侧变流器144的交流侧 电压还可以为从网侧变流器144输出端沿着传输线上任意点量得的电压。 0047 图3所示为图2所示的有功功率调节器210的一种实施方式的详细控制框图。在 图示的实施方式中，该有功功率调节器210包括求和元件250，功率调节器260以及相位角 产生器270。该求和元件250将该功率指令信号212和功率反馈信号214相减，并提供代 表功率指令信号212和功率反馈信号214之间差值的功率误差信号252。该功率误差信号 252被提供给功率调节器260，并被功率调节器260用来产生。

44、频率指令信号262。该频率指 令信号262被提供给相位角产生器270，并被相位角产生器270用来产生相位角指令信号 216。 0048 图4所示为图3所示的有功功率调节器210中功率调节器260的一种实施方式的 详细控制框图。在图示的实施方式中，该功率调节器260包括比例积分控制器264，其被配 置成用于根据功率误差信号252产生频率指令信号262。在一种实施方式中，该频率指令 信号262通过求和元件267将比例元件263输出的信号和积分元件265输出的信号求和得 到。在图示的实施方式中，该功率调节器260还可以选择性地包括一个补偿单元266，该补 偿单元266被用来确保能量转换系统10工作的。

45、稳定性。在图示的实施方式中，该补偿单元 266包括求和元件268和比例元件269。该求和元件268将频率指令信号262和基频信号 271相减而得到频率误差信号272，其中基频信号271可以为输送到电网18的交流电压的 额定频率信号，或者通过图8所示的锁相环电路测量得到的实际频率信号。该补偿单元266 中的比例元件269给该频率误差信号272提供一个阻尼比例系数D。从该比例元件269输 出的信号273被提供给求和元件261，并与该功率误差信号252相减，以提供另外的功率误 差信号给积分元件265，以进一步计算频率指令信号262。 0049 图5所示为图2所示的有功功率调节器210的另一种实施方式。

46、的详细控制框图。 图5所示的控制框图与图3所示的控制框图相类似，其中一个不同之处在于图5还进一步 提供有功功率指令调节单元289。该有功功率指令调节单元289被配置成接收功率指令信 号212和功率限制信号219，并产生限制后的功率指令信号218。在一种实施方式中，该功 率限制信号219为通过最大功率追踪装置26输出的最大功率参考信号159。可以理解，通 过在电网发生瞬态事件时对功率指令信号212作限制，可以减少功率调节器260以及相位 角产生器270中的积分器件的积分压力。在其他实施方式中，该功率限制信号219也可以 为受能量转换系统10自身硬件参数限制而规定的限制信号，其也被提供给有功功率指。

47、令 调节单元289并对功率指令信号212进行限制。 0050 图6所示为图5所示的有功功率指令调节单元289的一种实施方式的详细控制框 图。在图示的实施方式中，该有功功率指令调节单元289包括限制元件274，求和元件276， 以及积分元件277。该限制元件274用于接收功率指令信号212，并根据相位角限制信号 232和斜坡率控制信号278限制该功率指令信号212。经该限制元件274限制后的功率指 令信号275被提供给求和元件276，该求和元件276将该限制后的功率指令信号275与反馈 功率信号214相减后，得到代表该功率指令信号275和反馈功率信号214之间差值的功率 误差信号279。该功率误。

48、差信号279经该积分元件277积分后得到限制后的功率指令信号 218。该限制后的功率指令信号218被提供给如图5所示的求和元件250，以用于产生相位 说 明 书CN 102904272 A 11 8/13页 12 角指令信号216。 0051 图7所示为图2所示的有功功率调节器210的又一种实施方式的详细控制框图。 图7所示的控制框图与图3和图5所示的控制框图相类似，其中一个不同之处在于，图7还 进一步提供有锁相环电路280。该锁相环电路280被配置成接收来自电网18的网侧电压 反馈信号152，并根据该网侧电压反馈信号152产生频率参考信号282和相位角参考信号 284。该频率参考信号282用。

49、于调整上述频率指令信号262，该相位角参考信号284用于调 整上述相位角指令信号216，其具体细节将在下文作详细描述。 0052 图8所示为图7所示的相位角产生单元270以及相关的锁相环电路280的一种实 施方式的详细控制框图。在图示的实施方式中，该相位角产生单元270包括第一求和元件 286，积分元件283以及第二求和元件249。该第一求和元件286将从该功率调节器260(参 见图7)接收的频率指令信号262和该频率参考信号282相减，并提供代表该频率指令信号 262和频率参考信号282之间差值的频率误差信号281。该频率误差信号281通过积分元 件283作积分运算后，产生相移信号285。该相移信号285可以进一步被限制在上限相移阈 值和下限相移阈值范围内。该预定的上限相移阈值和下限相移阈值用以被预设或者通过运 算得到，以确保该能量转换系统10能够穿越瞬态事件。关于计算上限相移阈值和下限相移 阈值的一种实施方式将在下文结合附图18和附图19作详细描述。经过限制后的相移信号 285在第二求和元件249中与相位角参考信号284相结合，得到相位角指令信号216。在一 种实施方式中，。