[发明专利]风力发电系统的背靠背变流器及其环流控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电系统的变流器及其环流控制方法。

背景技术

随着风力发电技术的不断发展，永磁直驱式风力发电系统因其维护成本低、噪声小、具有较好的低电压穿越能力而受到越来越多的关注，但是由于该系统电力电子变换器需要将风力发电机输出的功率完全转换到电网侧，所以功率容量要求较高。受到目前电力电子器件制造工艺的限制，单个背靠背变流器已经不能满足直驱式风力发电系统发展的需要，所以变流器并联技术便应运而生。

根据三相整流器的平均化模型，在单个三相整流器中，由于不存在零序电流的流通路径，所以I_a，I_b和I_c之和为零，电路中不会存在零序电流。虽然变换器中存在零序电压分量，但是它不会影响整流器的输入电流和输出电压及逆变器的输出电流和电压。

当在不加入附加电路隔离逆变器交流侧的情况下，将变流器直接并联起来，利用变流器的平均化方法建模就会发现，在电路中存在零序电流的回路。如果对零序电流不加以控制，不仅会增大电路损耗，严重的还可能损坏电路元件。目前常用的抑制环流的方法主要有三种：文献1(Bin Shi，Giri Venkataramanan.Parallel Operation of Voltage Source Inverterswith Minimal Intermodule Reactors[J].IEEE Transactions on Power Electronics，2004，5(04)156-162。)和文献2(Zhihong Ye，Dushan Boroyevich.et al.Control of Circulging Current inTwo Parallel Three-Phase Boost Rectifers[J].IEEE Transactions on Power Electronics，2002，17(5)609-615.)提出将逆流器的交流侧隔离来阻断环流路径，但是由于这种方法需要附加的电路元件如变压器，使得成本增加；文献1和2指出增大电路阻抗，利用相间电抗器提供很大的零序阻抗，但是对低频环流抑制效果不好；另外也有从控制方式上考虑，提出同步控制的方法，这种方法是把两个并联运行的变流器当作一个变流器加以控制，相当于器件的并联，但是这种方法不适合进行模块化设计，当需要多个并联时，系统设计和控制都变得非常复杂。

目前常用的直驱式风力发电系统变流器主要是背靠背结构，电机输出侧与机侧整流器相连，由整流器来将发电机输出的变压变频的交流电转换为直流电，整流器输出的直流电经过网侧逆变器接到电网，逆变器输送给电网恒压恒频的工频电，其结构示意图如图1所示。随着风力发电机技术的发展，单机容量不断增大，原有的单个变流器已经不能满足需要。

发明内容

本发明克服了现有并联结构中体积大，成本高的缺点，提出一种新的并联变流器及其环流控制方法。本发明能够有效减小整个变流器的体积，节省成本费用，以满足目前的大功率发电的需要。

本发明变流器是由两个背靠背变流器直接并联而成，背靠背变流器的控制器中新加了环流控制器，由第一整流器的控制器担当。每个背靠背变流器由构成。两个电机侧整流器直接并联后与永磁同步发电机的定子侧输出端子相连，两个电机侧整流器的直流输出端分别接有两个独立的稳压大电容，经过电容稳压后，每个电容正负端子侧各接有一个逆变器，逆变器的输出端直接并联后连接到电网。

本发明采用数字处理芯片DSP作为控制器的核心，DSP能够实现对采样信号的实时处理，并根据控制需要发出相应的控制信号由它实现本发明所提出的环流抑制和空间矢量调制。外围电路包括采样电路和信号调理电路。采样电路通过电压、电流传感器采集三相电网电压、电流、以及每个变流器的交流电流、电容两端的直流电压等，送入信号调理电路进行信号调理，然后送入DSP的AD采样通道。DSP计算出每个开关所需的导通、关断时间后，由DSP的PWM口发出控制变流器每个开关所需要的开关信号，经过驱动电路放大、隔离后连接到每个功率器件的驱动门极上，从而控制整流器和逆变器正常工作。

现有的并联背靠背变流器均是共用一个直流母线电压，而本发明并联背靠背变流器是两个独立的直流母线电压。这样，可以单独设计每个背靠背变流器，需要增大容量的时候，只需并联相应的模块即可，更易于模块化设计。