專利名稱：交流電網(wǎng)相位變化檢測和補(bǔ)償系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開的實(shí)施方式涉及能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和方法，特別涉及一種對交流電網(wǎng)中的相位變化進(jìn)行檢測和補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
一般而言，在能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，例如可再生能源能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，通常使用鎖相環(huán)裝置(Phase locked loop,PU)來進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和電網(wǎng)之間的同步控制。圖1示出一種傳統(tǒng)使用的鎖相環(huán)裝置。圖1所示的鎖相環(huán)裝置120包括坐標(biāo)變換單元114，其用于將三相電網(wǎng)電壓信號112轉(zhuǎn)換成在d-q坐標(biāo)系下的d軸電壓信號(圖未不出)和q軸電壓信號116。該q軸電壓信號116被提供給求和元件118，該求和元件118將零電壓指令信號122與q軸電壓信號116相減，以得到q軸電壓偏差信號124。該零電壓指令信號122表示在穩(wěn)態(tài)情形下，q軸電壓信號116應(yīng)當(dāng)被調(diào)節(jié)為零。該電壓偏差信號124經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)器126處理后，產(chǎn)生頻率參考信號128。該頻率參考信號128經(jīng)過限幅元件132限制其幅值后，以得到限制的頻率參考信號134。該限制的頻率參考信號134經(jīng)過積分元件136積分后，產(chǎn)生參考相位角信號138。該參考相位角信號138并被傳回給該坐標(biāo)變換單元114，以用于進(jìn)行電壓變換。當(dāng)鎖相環(huán)裝置120鎖定電網(wǎng)時，q軸電壓信號116為零，參考相位角信號138即代表電網(wǎng)電壓112的相位角。然而，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生瞬態(tài)事件或者遇到故障情形時，電網(wǎng)電壓112可能存在較大的相位變化，此時q軸電壓信號116不為零。在此情形下，由于鎖相環(huán)裝置120的控制環(huán)路的響應(yīng)速度較慢，鎖相環(huán)裝置120可能無法快速地提供電網(wǎng)電壓的正確相位信息。使用錯誤的相位信息進(jìn)行控制，可能會導(dǎo)致反向的功率從電網(wǎng)流向能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。此反向的功率流可能會損壞能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)內(nèi)的半導(dǎo)體器件，并會產(chǎn)生功率不平衡問題，以及導(dǎo)致能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的直流母線承受較大的電壓壓力。因此，有必要提供一種改進(jìn)的系統(tǒng)和方法來解決上述的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于上述提及之技術(shù)問題，本發(fā)明的一個方面在于提供一種相位變化檢測系統(tǒng)。該相位變化檢測系統(tǒng)包括坐標(biāo)變換裝置和相位變化檢測裝置。該坐標(biāo)變換裝置被配置成用于接收一相或者多相的電網(wǎng)電壓反饋信號，并將該一相或者多相的電壓反饋信號變換成在靜止坐標(biāo)系下的第一電壓分量信號和第二電壓分量信號。該相位變化檢測裝置與該坐標(biāo)變換裝置連接，該相位變化檢測裝置被配置成用于接收該第一電壓分量信號和該第二電壓分量信號，并至少基于該第一電壓分量信號和該第二電壓分量信號計(jì)算出代表存在于該一相或者多相的電壓反饋信號中的相位變化的相位偏差信號。在一些實(shí)施方式中，在此提供的相位變化檢測系統(tǒng)中，該相位變化檢測系統(tǒng)包括相位角計(jì)算單元，預(yù)處理單元，第一濾波器，第二濾波器，以及求和元件。該相位角計(jì)算單元被配置成用于接收該第一電壓分量信號和該第二電壓分量信號，并至少基于該第一電壓分量信號和該第二電壓分量信號計(jì)算出瞬時相位角信號。該預(yù)處理單元被配置成用于接收該瞬時相位角信號以及參考信號，并通過將該瞬時相位角信號和該參考信號相減以得到預(yù)處理的相位角信號。該第一濾波器被配置成用于對該預(yù)處理的相位角信號進(jìn)行濾波，以提供第一濾波器輸出信號，該第一濾波器輸出信號代表不包含相位變化內(nèi)容的預(yù)處理的相位角信號。該第二濾波器被配置成用于對該預(yù)處理的相位角信號進(jìn)行濾波，以提供第二濾波器輸出信號，該第二濾波器輸出信號代表包含相位變化內(nèi)容的預(yù)處理的相位角信號。該求和元件被配置成用于將該第二濾波器輸出信號和該第一濾波器輸出信號相減，以得到該相位偏差"[目號。在一些實(shí)施方式中，在提供的相位變化檢測系統(tǒng)中，該第一濾波器包括慢速濾波器，該慢速濾波器具有第一帶寬，以用于有效濾除預(yù)處理的相位角信號中包含的相位偏差信號；該第二濾波器包括快速濾波器，該快速濾波器具有大于該第一帶寬的第二帶寬，用于允許該預(yù)處理的相位角信號中包含的相位偏差信號通過。本發(fā)明的另一個方面在于提供一種瞬時相位角產(chǎn)生系統(tǒng)。該瞬時相位角產(chǎn)生系統(tǒng)包括坐標(biāo)變換裝置，鎖相環(huán)裝置，相位變化檢測裝置以及求和元件。該坐標(biāo)變換裝置被配置成用于接收三相電網(wǎng)電壓反饋信號，并將該三相電網(wǎng)電壓反饋信號變換成靜止坐標(biāo)系下的a軸電壓分量信號和P軸電壓分量信號。該坐標(biāo)變換裝置并被配置成將該三相電網(wǎng)電壓反饋信號變換成在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的q軸電壓分量信號。該鎖相環(huán)裝置被配置成用于接收該q軸電壓分量信號和q軸電壓指令信號，并基于該q軸電壓分量信號和該q軸電壓指令信號產(chǎn)生參考相位角信號。該相位變化檢測裝置被配置成用于接收該a軸電壓分量和該@軸電壓分量信號，并至少基于該a軸電壓分量信號和該P(yáng)軸電壓分量信號計(jì)算出相位偏差信號。該求和元件被配置成將該參考相位角信號和該相位偏差信號相加，以得到代表該電網(wǎng)電壓相位信息的復(fù)合瞬時相位角信號。本發(fā)明的另一個方面在于提供一種能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。該能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括網(wǎng)側(cè)變流器和網(wǎng)側(cè)變流器控制器。該網(wǎng)側(cè)變流器被配置成用于將可再生能量源提供的能量轉(zhuǎn)換成適合電網(wǎng)的能量。該網(wǎng)側(cè)變流器控制器包括坐標(biāo)變換裝置，相位變化檢測裝置和開關(guān)控制單元。該坐標(biāo)變換裝置被配置成用于接收接收一相或者多相的電網(wǎng)電壓反饋信號，并將該一相或者多相的電壓反饋信號變換成在靜止坐標(biāo)系下的第一電壓分量信號和第二電壓分量信號。該相位變化檢測裝置被配置成用于接收該第一電壓分量信號和該第二電壓分量信號，并至少基于該第一電壓分量信號和該第二電壓分量信號計(jì)算代表存在于該一相或者多相的電壓反饋信號中的相位變化的相位偏差信號。該開關(guān)控制單元被配置成用于至少基于該相位偏差信號為該網(wǎng)側(cè)變流器產(chǎn)生控制信號。在一些實(shí)施方式中，在提供的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，該相位變化檢測裝置被進(jìn)一步配置成用于將計(jì)算得到的相位偏差信號與預(yù)設(shè)的第一相位角閾值進(jìn)行比較。該第一相位角閾值被設(shè)置成具有較大的數(shù)值，以使得當(dāng)該相位偏差信號大于該第一相位角閾值時，該開關(guān)控制單元可以被配置成停止發(fā)送網(wǎng)側(cè)控制信號給該網(wǎng)側(cè)變流器，使該網(wǎng)側(cè)變流器停止運(yùn)作。在一些實(shí)施方式中，在提供的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，該網(wǎng)側(cè)變流器控制器被配置成接收代表在該網(wǎng)側(cè)變流器輸出端所取得的有功功率或者無功功率的指令信號；該相位角檢測器還被配置成在該相位偏差信號大于該第一相位角閾值時，限制該有功功率指令信號或者該無功功率指令信號。
本發(fā)明的另一個方面在于提供一種光伏能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。該能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括光伏側(cè)變流器，直流母線，網(wǎng)側(cè)變流器，以及變流器控制系統(tǒng)。該光伏側(cè)變流器用于將來自于光伏能量源的直流電進(jìn)行升壓變換。該直流母線接收升壓后的直流電。該網(wǎng)側(cè)變流器與直流母線連接，并用于將該直流母線上的升壓后的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電。該變流器控制系統(tǒng)與該網(wǎng)側(cè)變流器模塊連接，該網(wǎng)側(cè)變流器控制器包括坐標(biāo)變換裝置，相位變化檢測裝置和開關(guān)控制單元。該坐標(biāo)變換裝置被配置成用于接收接收一相或者多相的電網(wǎng)電壓反饋信號，并將該一相或者多相的電壓反饋信號變換成在靜止坐標(biāo)系下的第一電壓分量信號和第二電壓分量信號；該相位變化檢測裝置被配置成用于接收該第一電壓分量信號和該第二電壓分量信號，并至少基于該第一電壓分量信號和該第二電壓分量信號計(jì)算代表存在于該一相或者多相的電壓反饋信號中的相位變化的相位偏差信號；該開關(guān)控制單元被配置成用于至少基于該相位偏差信號為該網(wǎng)側(cè)變流器產(chǎn)生控制信號，以使得該網(wǎng)側(cè)變流器輸出的交流電壓或者交流電流與電網(wǎng)電壓保持同步。本發(fā)明的另一個方面在于提供一種相位變化檢測方法。該方法至少包括如下步驟:接收三相電網(wǎng)電壓反饋信號；將該接收的三相電網(wǎng)電壓反饋信號變換成在靜止坐標(biāo)系下的第一電壓分量信號和第二電壓分量信號；以及至少根據(jù)該第一電壓分量信號和該第二電壓分量信號計(jì)算代表存在于該三相電網(wǎng)電壓反饋信號中的相位變化的相位偏差信號。本發(fā)明的另一個方面在于提供一種相位變化補(bǔ)償方法。該方法至少包括如下步驟:接收三相電網(wǎng)電壓反饋信號；將該接收的三相電網(wǎng)電壓反饋信號變換成在靜止坐標(biāo)系下的第一電壓分量信號和第二電壓分量信號；至少根據(jù)該第一電壓分量信號和該第二電壓分量信號計(jì)算代表存在于該三相電網(wǎng)電壓反饋信號中的相位變化的相位偏差信號；至少使用該相位偏差信號產(chǎn)生作用到能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中網(wǎng)側(cè)變流器的網(wǎng)側(cè)控制信號；基于該網(wǎng)側(cè)控制信號產(chǎn)生可以并網(wǎng)并且與電網(wǎng)電壓保持同步的交流電壓信號或者交流電流信號。本發(fā)明提供的相位變化檢測系統(tǒng)，瞬時相位角產(chǎn)生系統(tǒng)，能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，光伏能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，相位變化檢測方法，相位變化補(bǔ)償方法等，通過交流電網(wǎng)電壓反饋信號產(chǎn)生靜止坐標(biāo)系下的電壓分量信號，并基于該靜止坐標(biāo)系下的電壓分量信號計(jì)算出反應(yīng)電網(wǎng)電壓中所存在的由于發(fā)生瞬態(tài)事件或者暫態(tài)事件或者遇到故障情形所引起相位變化的相位偏差信號。與傳統(tǒng)的使用鎖相環(huán)裝置來檢測電網(wǎng)電壓的相位信息所不同，通過靜止坐標(biāo)系下的電壓分量信號進(jìn)行運(yùn)算，可以快速的得出電網(wǎng)電壓信號發(fā)生的相位變化以及電網(wǎng)電壓信號的瞬時相位角信號。進(jìn)一步，通過該相位偏差信號或者瞬時相位角信號，可以對能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)進(jìn)行控制，以使得該能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)產(chǎn)生的交流電壓和交流電流與電網(wǎng)電壓保持同步，使得該能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可以更加可靠地進(jìn)行并網(wǎng)發(fā)電。通過此相位變化檢測和補(bǔ)償機(jī)制，可以避免發(fā)生瞬態(tài)事件或者暫態(tài)事件或者遇到故障情形時所產(chǎn)生的反向能量流動的技術(shù)問題，并減輕了能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的直流母線由于功率不平衡而遇到的較大電壓壓力的技術(shù)問題。


通過結(jié)合附圖對于本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行描述，可以更好地理解本發(fā)明，在附圖中:圖1所示為傳統(tǒng)上使用的鎖相環(huán)裝置的模塊示意圖；圖2所示為本發(fā)明揭示的交流電網(wǎng)相位變化檢測系統(tǒng)的一種實(shí)施方式的模塊示意圖；圖3所示為圖2所示的交流電網(wǎng)相位變化檢測系統(tǒng)的一種實(shí)施方式的詳細(xì)模塊示意圖；圖4所示為本發(fā)明揭示的交流電網(wǎng)瞬時相位角產(chǎn)生系統(tǒng)的一種實(shí)施方式的模塊示意圖；圖5所示為圖4所示的交流電網(wǎng)瞬時相位角產(chǎn)生系統(tǒng)的一種實(shí)施方式的詳細(xì)模塊示意圖；圖6所示為圖5所示的交流電網(wǎng)瞬時相位角產(chǎn)生系統(tǒng)的一種實(shí)施方式的詳細(xì)模塊示意圖；圖7所示為圖5所示的交流電網(wǎng)瞬時相位角產(chǎn)生系統(tǒng)的另一種實(shí)施方式的詳細(xì)模塊不意圖；圖8所示為圖4所示的交流電網(wǎng)瞬時相位角產(chǎn)生系統(tǒng)的另一種實(shí)施方式的詳細(xì)模塊不意圖；圖9所示為圖4所示的交流電網(wǎng)瞬時相位角產(chǎn)生系統(tǒng)的另一種實(shí)施方式的詳細(xì)模塊不意圖；圖10所示為本發(fā)明揭示的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的一種實(shí)施方式的模塊示意圖；圖11所示為本發(fā)明揭示的交流電網(wǎng)相位變化檢測以及補(bǔ)償方法的一種實(shí)施方式的流程圖；以及圖12所示為本發(fā)明揭示的交流電網(wǎng)相位變化檢測以及補(bǔ)償方法的另一種實(shí)施方式的流程圖。
具體實(shí)施例方式一方面，本發(fā)明揭露的一個或者多個實(shí)施方式涉及相位變化檢測系統(tǒng)，該相位變化檢測系統(tǒng)用于處理在電網(wǎng)發(fā)生一個或者多個瞬態(tài)事件或者暫態(tài)事件或者遇到故障情形時所引起的相位變化問題，并可以具體檢測出代表電網(wǎng)電壓發(fā)生相位變化的相位偏差信號。在此所謂的“瞬態(tài)事件或者暫態(tài)事件”是指一個或者多個在電網(wǎng)側(cè)引起信號擾動的事件或者狀況，例如，在電網(wǎng)中發(fā)生的頻率事件或者相位事件等。更具體而言，在一種實(shí)施方式中，本發(fā)明揭露的相位變化檢測系統(tǒng)被配置成使用靜止坐標(biāo)系下的電壓分量進(jìn)行相位偏差信號的檢測或者計(jì)算。在另一個方面，本發(fā)明揭露的一個或者多個實(shí)施方式涉及瞬時相位角產(chǎn)生系統(tǒng)，該瞬時相位角產(chǎn)生系統(tǒng)可以用于能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和電網(wǎng)之間的同步控制。更具體而言，該瞬時相位角產(chǎn)生系統(tǒng)包括上述的相位變化檢測系統(tǒng)以及鎖相環(huán)裝置，以在電網(wǎng)發(fā)生一個或者多個瞬態(tài)事件或者遇到故障狀況發(fā)生時，快速地提供電網(wǎng)電壓在發(fā)生瞬態(tài)事件或者暫態(tài)事件或者遇到故障情形時的瞬時相位角信息，并且同時能提供反應(yīng)電網(wǎng)電壓在穩(wěn)態(tài)時的相位角信息。在另外一個方面，本發(fā)明揭示的一個或者多個實(shí)施方式涉及能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，該能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可以執(zhí)行如上所述的相位變化檢測系統(tǒng)以及瞬時相位角產(chǎn)生系統(tǒng)。更具體而言，該能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可以使用該相位變化檢測系統(tǒng)檢測到的相位偏差信號或者該瞬時相位角產(chǎn)生系統(tǒng)提供的瞬時相位角信號，以進(jìn)行該能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸出的交流電壓或者交流電流與電網(wǎng)電壓之間的同步控制。再一個方面，本發(fā)明揭示的一個或者多個實(shí)施方式涉及可供能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)執(zhí)行的相位變化檢測方法以及相位變化補(bǔ)償方法，通過實(shí)時地檢測電網(wǎng)電壓所發(fā)生的相位變化信息，并基于此檢測到的相位變化信息執(zhí)行相位補(bǔ)償，可以使能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)更可靠地與電網(wǎng)保持并網(wǎng)連接，以向電網(wǎng)傳送能量或者從電網(wǎng)接收能量，并保護(hù)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)內(nèi)的半導(dǎo)體器件，以及減輕了能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的直流母線由于功率不平衡而遇到的較大電壓壓力。以下將描述本發(fā)明的一個或者多個具體實(shí)施方式
。首先要指出的是，在這些實(shí)施方式的具體描述過程中，為了進(jìn)行簡明扼要的描述，本說明書不可能對實(shí)際的實(shí)施方式的所有特征均作詳盡的描述。應(yīng)當(dāng)可以理解的是，在任意一種實(shí)施方式的實(shí)際實(shí)施過程中，正如在任意一個工程項(xiàng)目或者設(shè)計(jì)項(xiàng)目的過程中，為了實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的具體目標(biāo)，或者為了滿足系統(tǒng)相關(guān)的或者商業(yè)相關(guān)的限制，常常會做出各種各樣的具體決策，而這也會從一種實(shí)施方式到另一種實(shí)施方式之間發(fā)生改變。此外，還可以理解的是，雖然這種開發(fā)過程中所作出的努力可能是復(fù)雜并且冗長的，然而對于與本發(fā)明公開的內(nèi)容相關(guān)的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在本公開揭露的技術(shù)內(nèi)容的基礎(chǔ)上進(jìn)行的一些設(shè)計(jì)，制造或者生產(chǎn)等變更只是常規(guī)的技術(shù)手段，不應(yīng)當(dāng)理解為本公開的內(nèi)容不充分。除非另作定義，在本說明書和權(quán)利要求書中使用的技術(shù)術(shù)語或者科學(xué)術(shù)語應(yīng)當(dāng)為本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)具有一般技能的人士所理解的通常意義。本說明書以及權(quán)利要求書中使用的“第一”或者“第二”以及類似的詞語并不表示任何順序、數(shù)量或者重要性，而只是用來區(qū)分不同的組成部分?！耙粋€”或者“一”等類似詞語并不表示數(shù)量限制，而是表示存在至少一個。“或者”包括所列舉的項(xiàng)目中的任意一者或者全部?！鞍ā被蛘摺鞍钡阮愃频脑~語意指出現(xiàn)在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵蓋出現(xiàn)在“包括”或者“包含”后面列舉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?！斑B接”或者“相連”等類似的詞語并非限定于物理的或者機(jī)械的連接，而是可以包括電性的連接，不管是直接的還是間接的。此外，“電路”或者“電路系統(tǒng)”以及“控制器”等可以包括單一組件或者由多個主動元件或者被動元件直接或者間接相連的集合，例如一個或者多個集成電路芯片，以提供所對應(yīng)描述的功能。圖2所示為本發(fā)明揭示的相位變化檢測系統(tǒng)的一種實(shí)施方式的模塊示意圖。在圖2所示的實(shí)施方式中，該相位變化檢測系統(tǒng)210可以供任意合適的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)使用，該能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可以包括但不限于，光伏能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)或者水力能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等?；径?，該相位變化檢測系統(tǒng)210被配置成接收電網(wǎng)電壓反饋信號152，并從該電網(wǎng)電壓反饋信號152獲得代表存在該電網(wǎng)電壓反饋信號152中的相位變化的相位偏差信號376。在一種實(shí)施方式中，該相位變化可以為一個或者多個瞬態(tài)事件，例如頻率事件或者相位事件，或者一個或者多個故障情形，例如電網(wǎng)遇到的短路故障，或者輸配電系統(tǒng)中進(jìn)行的投切操作等所引起。在一種實(shí)施方式中，圖2所示的該相位變化檢測系統(tǒng)210包括坐標(biāo)變換裝置320和相位角檢測裝置360。該坐標(biāo)變換裝置320被配置成接收該電網(wǎng)電壓反饋信號152。在一種實(shí)施方式中，該電網(wǎng)電壓反饋信號152包括三相交流電壓信號。在其他實(shí)施方式中，該電網(wǎng)電壓反饋信號152也可以為單相或者多相交流電壓信號。該坐標(biāo)變換裝置320還被配置成將該三相電網(wǎng)電壓反饋信號152轉(zhuǎn)換成在靜止坐標(biāo)系(也稱為C1-P參考坐標(biāo)系)下的二相電壓分量信號323。該相位變化檢測裝置360與該坐標(biāo)變換裝置320連接。該相位變化檢測裝置360被配置成接收該二相電壓信號323，并對該二相電壓分量信號323進(jìn)行處理，以得到相位偏差信號376。在一種實(shí)施方式中，該相位偏差信號376可以被提供給能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)使用，以進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和電網(wǎng)之間的同步控制。圖3所示為圖2所示的相位變化檢測系統(tǒng)210的一種實(shí)施方式的詳細(xì)模塊示意圖。在圖3所示的實(shí)施方式中，該相位變化檢測系統(tǒng)210中的坐標(biāo)變換裝置320包括克拉克(Clarke)坐標(biāo)變換單元322，其被配置成接收該三相電網(wǎng)電壓反饋信號152，并將該三相電網(wǎng)電壓反饋信號152轉(zhuǎn)換成第一電壓分量信號324以及第二電壓分量信號326。在一種實(shí)施方式中，該第一電壓分量信號324包括靜止坐標(biāo)系下的a軸電壓分量信號,該第二電壓分量信號326包括靜止坐標(biāo)系下的0軸電壓分量信號。在一種實(shí)施方式中，該三相電網(wǎng)電壓反饋信號152可以用下面的公式表達(dá):
權(quán)利要求
1.一種相位變化檢測系統(tǒng)，其特征在于:該相位變化檢測系統(tǒng)包括:坐標(biāo)變換裝置和相位變化檢測裝置；該坐標(biāo)變換裝置被配置成用于接收一相或者多相的電網(wǎng)電壓反饋信號，并將該一相或者多相的電壓反饋信號變換成在靜止坐標(biāo)系下的第一電壓分量信號和第二電壓分量信號；該相位變化檢測裝置連接該坐標(biāo)變換裝置，該相位變化監(jiān)測裝置被配置成用于接收該第一電壓分量信號和該第二電壓分量信號，并至少基于該第一電壓分量信號和該第二電壓分量信號計(jì)算出代表存在于該一相或者多相的電壓反饋信號中的相位變化的相位偏差號。
2.如權(quán)利要求1所述的相位變化檢測系統(tǒng)，其特征在于:該相位變化檢測裝置包括:相位角計(jì)算單元，預(yù)處理單元，第一濾波器，第二濾波器，以及求和元件；該相位角計(jì)算單元被配置成用于接收該第一電壓分量信號和該第二電壓分量信號，并至少基于該第一電壓分量信號和該第二電壓分量信號計(jì)算出瞬時相位角信號；該預(yù)處理單元被配置成用于接收該瞬時相位角信號以及參 考信號，并通過將該瞬時相位角信號和該參考信號相減以得到預(yù)處理的相位角信號；該第一濾波器被配置成用于對該預(yù)處理的相位角信號進(jìn)行濾波，以提供第一濾波器輸出信號，該第一濾波器輸出信號代表不包含相位變化內(nèi)容的預(yù)處理的相位角信號；該第二濾波器被配置成用于對該預(yù)處理的相位角信號進(jìn)行濾波，以提供第二濾波器輸出信號，該第二濾波器輸出信號代表包含相位變化內(nèi)容的預(yù)處理的相位角信號；該求和元件被配置成用于將該第二濾波器輸出信號和該第一濾波器輸出信號相減，以得到該相位偏差f目號。
3.如權(quán)利要求2所述的相位變化檢測系統(tǒng)，其特征在于:該第一濾波器包括慢速濾波器，該慢速濾波器具有第一帶寬，以用于有效濾除該預(yù)處理的相位角信號中包含的相位偏差信號；該第二濾波器包括快速濾波器，該快速濾波器具有大于該第一帶寬的第二帶寬，以用于允許該預(yù)處理的相位角信號中包含的相位偏差信號通過。
4.一種能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，該能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括:網(wǎng)側(cè)變流器和網(wǎng)側(cè)變流器控制器；該網(wǎng)側(cè)變流器被配置成用于將可再生能量源提供的能量轉(zhuǎn)換成適合電網(wǎng)的能量；該網(wǎng)側(cè)變流器控制器包括坐標(biāo)變換裝置，相位變化檢測裝置和開關(guān)控制單元；該坐標(biāo)變換裝置被配置成用于接收一相或者多相的電網(wǎng)電壓反饋信號，并將該一相或者多相的電壓反饋信號變換成在靜止坐標(biāo)系下的第一電壓分量信號和第二電壓分量信號；該相位變化檢測裝置被配置成用于接收該第一電壓分量信號和該第二電壓分量信號，并至少基于該第一電壓分量信號和該第二電壓分量信號計(jì)算出代表存在于該一相或者多相的電壓反饋信號中的相位變化的相位偏差信號；該開關(guān)控制單元被配置成用于至少基于該相位偏差信號為該網(wǎng)側(cè)變流器產(chǎn)生控制信號。
5.如權(quán)利要求4所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于:該再生能量源包括光伏能量源，該開關(guān)控制單元被配置成用于發(fā)送控制信號給該網(wǎng)側(cè)變流器，以使得該網(wǎng)側(cè)變流器輸出的交流電壓或者交流電壓與該電網(wǎng)保持同步。
6.如權(quán)利要求5所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于:該相位變化檢測裝置被進(jìn)一步配置成用于將該相位偏差信號與第一相位角閾值進(jìn)行比較，該開關(guān)控制單元被配置成在該相位偏差信號大于該第一相位角閾值時，使該網(wǎng)側(cè)變流器停止運(yùn)作。
7.如權(quán)利要求5所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于:該網(wǎng)側(cè)變流器控制器被配置成接收代表在該網(wǎng)側(cè)變流器輸出端所取得的有功功率指令信號或者無功功率的指令信號；該相位變化檢測裝置還被配置成用于將該相位偏差信號與第一相位角閾值進(jìn)行比較；該相位角檢測器還進(jìn)一步被配置成在該相位偏差信號大于該第一相位角閾值時，限制該有功功率指令信號或者該無功功率指令信號。
8.如權(quán)利要求4所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于:該坐標(biāo)變換裝置還被配置成將該一相或者多相的電壓反饋信號變換成在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的q軸電壓信號；該網(wǎng)側(cè)變流器控制器包括鎖相環(huán)裝置和第一求和元件，該鎖相環(huán)裝置被配置成根據(jù)q軸電壓指令信號調(diào)節(jié)該坐標(biāo)變換裝置產(chǎn)生的q軸電壓信號，并產(chǎn)生參考相位角信號；該第一求和元件被配置成將該參考相位角信號和該相位偏差信號相加，以得到復(fù)合瞬時相位角信號。
9.如權(quán)利要求8所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于:該相位變化檢測裝置包括相位角計(jì)算單元，預(yù)處理單元，第一濾波器，第二濾波器，以及第二求和元件；該相位角計(jì)算單元被配置成用于接收該第一電壓分量信號和該第二電壓分量信號，并至少基于該第一電壓分量信號和該第二電壓分量信號計(jì)算出瞬時相位角信號；該預(yù)處理單元被配置成用于接收該瞬時相位角信號以及參考信號，并通過將該瞬時相位角信號和該參考信號相減以得到預(yù)處理的相位角信號；該第一濾波器被配置成用于對該預(yù)處理的相位角信號進(jìn)行濾波，以提供第一濾波器輸出信號，該第一濾波器輸出信號代表不包含相位變化內(nèi)容的預(yù)處理的相位角信號；該第二濾波器被配置成用于對該預(yù)處理的相位角信號進(jìn)行濾波，以提供第二濾波器輸出信號，該第二濾波器輸出信號代表包含相位變化內(nèi)容的預(yù)處理的相位角信號；該第二求和元件被配置成用于將該第二濾波器輸出信號和該第一濾波器輸出信號相減，以得到該相位偏差信號。
10.如權(quán)利要求9所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于:該第一濾波器包括慢速濾波器，該慢速濾波器具有第一帶寬以用于有效濾除預(yù)處理的相位角信號中包含的相位偏差信號；該第二濾波器包括快速濾波器，該快速濾波器具有大于該第一帶寬的第二帶寬，用于允許該預(yù)處理的相位角信號中包含的相位偏差信號通過。
11.如權(quán)利要求9所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于:該預(yù)處理單元包括延遲單元和第三求和元件，該延遲單元被配置成接收由該相位角計(jì)算單元計(jì)算得到的瞬時相位角信號并產(chǎn)生延遲的瞬時相位角信號；`該第三求和元件被配置成通過將該未經(jīng)延遲的瞬時相位角信號和該經(jīng)延遲的瞬時相位角信號相減，以產(chǎn)生該預(yù)處理的相位角信號。
12.如權(quán)利要求9所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于:該預(yù)處理單元包括第三求和元件，該第三求和元件被配置成接收由該相位角計(jì)算單元計(jì)算得到的瞬時相位角信號以及由該鎖相環(huán)裝置提供的參考相位角信號，該第三求和元件還被配置成通過將該瞬時相位角信號與該參考相位角信號相減，以產(chǎn)生該預(yù)處理的相位角信號。
13.如權(quán)利要求9所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于:該相位變化檢測裝置進(jìn)一步包括相位角比較單元，該相位角比較單元被配置成根據(jù)預(yù)設(shè)的相位角閾值對該相位偏差信號進(jìn)行限制，并提供限制的相位偏差信號。
14.如權(quán)利要求13所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于:該相位變化檢測裝置進(jìn)一步包括限制單元和相位角判斷單元；該限制單元被配置成存儲供該相位角比較單元使用的相位角閾值；該相位角判斷單元被配置成用于接收該相位偏差信號并判定該相位偏差信號的相位角范圍；其中，當(dāng)該相位角判斷單元判定該相位偏差信號處于第一相位角范圍之內(nèi)時，該限制單元被調(diào)節(jié)成具有第一相位角閾值范圍，以將該相位偏差信號限制在該第一相位角閾值范圍之內(nèi)；當(dāng)該相位角判斷單元判定該相位偏差信號處于第二相位角范圍之內(nèi)時，該限制單元被調(diào)節(jié)成具有小于第一相位角閾值范圍的第二相位角閾值范圍，以將該相位偏差信號限制在該第二相位角閾值范圍之內(nèi)；當(dāng)該相位角判斷單元判定該相位偏差信號位于第三相位角范圍之內(nèi)時，該限制單元被調(diào)節(jié)成具有第三相位角閾值范圍，以將該相位偏差信號限制在該第三相位角閾值范圍之內(nèi)。
15.如權(quán)利要求13所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于:該相位變化檢測裝置進(jìn)一步包括相位偏差調(diào)節(jié)器，該相位偏差調(diào)節(jié)器連接在該第二求和元件和該相位角比較單元之間，該相位偏差調(diào)節(jié)器被配置成用于接收該相位偏差信號，并至少根據(jù)該相位偏差信號提供調(diào)節(jié)的相位偏差信號。
16.如權(quán)利要求15所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于:該相位變化檢測裝置進(jìn)一步包括增益單元和相位角判斷單元；該增益單元被配置成存儲供相位偏差調(diào)節(jié)器使用的增益值；該相位角判斷單元被配置成用于接收該相位偏差信號并判定該相位偏差信號的相位角范圍；其中，當(dāng)該相位 角判斷單元判定該相位偏差信號處于第一相位角范圍之內(nèi)時，該增益單元被調(diào)節(jié)成具有第一增益值，以使得該相位偏差調(diào)節(jié)器快速地響應(yīng)并提供該調(diào)節(jié)后的相位偏差信號；當(dāng)該相位角判斷單元判定該相位偏差信號處于第二相位角范圍之內(nèi)時，該增益單元被調(diào)節(jié)成具有小于該第一增益值的第二增益值，以使得該相位偏差調(diào)節(jié)器較慢地響應(yīng)并提供該調(diào)節(jié)后的相位偏差信號；當(dāng)該相位角判斷單元判定該相位偏差信號位于第三相位角范圍之內(nèi)時，該增益單元的增益值被設(shè)置為零，以使得該相位變化檢測裝置輸出零相位偏差信號。
17.—種相位變化檢測方法，其特征在于:該方法至少包括如下步驟: 接收三相電網(wǎng)電壓反饋信號； 將該接收的三相電網(wǎng)電壓反饋信號變換成在靜止坐標(biāo)系下的第一電壓分量信號和第二電壓分量信號；以及 至少根據(jù)該第一電壓分量信號和該第二電壓分量信號計(jì)算代表存在于該三相電網(wǎng)電壓反饋信號中的相位變化的相位偏差信號。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于:該方法還包括如下步驟: 至少基于該第一電壓分量信號和該第二電壓分量信號計(jì)算瞬時相位角信號； 通過將該瞬時相位角信號與參考信號相減對該瞬時相位角信號進(jìn)行預(yù)處理，以產(chǎn)生預(yù)處理的相位角信號； 對該預(yù)處理的相位角信號進(jìn)行濾波，以提供第一濾波器輸出信號，該第一濾波器輸出信號代表不包含相位變化內(nèi)容的預(yù)處理的相位角信號；； 對該預(yù)處理的相位角信號進(jìn)行濾波，以提供第二濾波器輸出信號，該第二濾波器輸出信號代表包含相位變化內(nèi)容的預(yù)處理的相位角信號；以及 將該第二濾波器輸出信號和該第一濾波器輸出信號相減，以得到該相位偏差信號。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于:該方法還包括如下步驟: 判定該相位偏差信號所處的相位角范圍； 基于該相位偏差信號所判定的處于的相位角范圍選擇性地調(diào)節(jié)增益信號；以及根據(jù)該調(diào)節(jié)的增益信號產(chǎn)生調(diào)節(jié)的相位偏差信號，并提供調(diào)節(jié)后的相位偏差信號以用于相位補(bǔ)償。
20.一種相位變化補(bǔ)償方法，該方法至少包括如下步驟: 接收三相電網(wǎng)電壓反饋信號； 將該接收的三相電網(wǎng)電壓反饋信號變換成在靜止坐標(biāo)系下的第一電壓分量信號和第二電壓分量信號； 將該靜止坐標(biāo)系下的第一電壓分量信號和第二分量信號變換成旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的q軸電壓分量信號； 至少根據(jù)該第一電壓分量信號和該第二電壓分量信號計(jì)算代表存在于該三相電網(wǎng)電壓反饋信號中的相位變化的相位偏差信號； 至少根據(jù)該q軸電壓分量信號和q軸電壓指令信號產(chǎn)生參考相位角信號； 將該相位偏差信號和該參考相位角信號相加，以得到復(fù)合瞬時相位角信號； 至少使用該復(fù)合瞬時相位角信號產(chǎn)生作用到能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中網(wǎng)側(cè)變流器的網(wǎng)側(cè)控制信號；以及 基于該網(wǎng)側(cè)控制信號產(chǎn)生可以并網(wǎng)并且與電網(wǎng)電壓保持同步的交流電壓信號或者交流電流信號。
21.一種瞬時相位角產(chǎn)生系統(tǒng)，該瞬時相位角產(chǎn)生系統(tǒng)包括:坐標(biāo)變換裝置，鎖相環(huán)裝置，相位變化檢測裝置以及求和元件，該坐標(biāo)變換裝置被配置成用于接收三相電網(wǎng)電壓反饋信號，并將該三相電網(wǎng)電壓反饋信號變換成靜止坐標(biāo)系下的a軸電壓分量信號和P軸電壓分量信號；該坐標(biāo)變換裝置并被配置成將該三相電網(wǎng)電壓反饋信號變換成在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的q軸電壓分量信號；該鎖相環(huán)裝置被配置成用于接收該q軸電壓分量信號和q軸電壓指令信號，并基于該q軸電壓分量信號和該q軸電壓指令信號產(chǎn)生參考相位角信號；該相位變化檢測裝置被配置成用于接`收該a軸電壓分量和該P(yáng)軸電壓分量信號，并至少基于該a軸電壓分量信號和該3軸電壓分量信號計(jì)算出相位偏差信號；該求和元件被配置成將該參考相位角信號和該相位偏差信號相加，以得到代表該電網(wǎng)電壓相位信息的復(fù)合瞬時相位角信號。
全文摘要
本發(fā)明揭示交流電網(wǎng)相位變化檢測系統(tǒng)，該相位變化檢測系統(tǒng)包括坐標(biāo)變換裝置和相位變化檢測裝置。該坐標(biāo)變換裝置接收一相或者多相的電網(wǎng)電壓反饋信號，產(chǎn)生靜止坐標(biāo)系下的第一電壓分量信號和第二電壓分量信號。該相位變化檢測裝置接收該第一電壓分量信號和該第二電壓分量信號，并至少基于該第一電壓分量信號和該第二電壓分量信號計(jì)算出代表存在于該一相或者多相的電壓反饋信號中的相位變化的相位偏差信號。本發(fā)明還揭示交流電網(wǎng)瞬時相位角產(chǎn)生系統(tǒng)，能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，光伏能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，相位變化檢測方法，以及相位變化補(bǔ)償方法。
文檔編號G01R25/00GK103116074SQ20111036333
公開日2013年5月22日 申請日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者公茂忠, 譚卓輝, 鄔雪琴, 朱慧斌, 大衛(wèi).史密斯 申請人:通用電氣公司