[发明专利]级联H桥中压风电变流器故障重构优化控制方法

说明书

本发明提供了一种级联H桥中压风电变流器故障重构优化控制方法，该方法应用在与中压永磁直驱同步发电机相连的级联H桥变流器中，级联H桥中压风电变流器的每相包括：N个功率单元；N为大于1的正整数，方法包括：变流器故障监测系统获取变流器每相故障功率单元信息；由此确定中性点偏移电压与级联H桥中压风电变流器在对应故障状态下的最大输出电压；根据故障状态与风速、发电机输出功率信息，确定最佳桨距角，以使对应故障状态下中压永磁直驱同步发电机的输出功率最大。本发明使得在级联H桥中压风电变流器故障状态下，既能使变流器输出电压平衡，又能使风电机组输出功率最优。

技术领域

本发明涉及变流器控制技术领域，具体地，涉及级联H桥中压风电变流器故障重构优化控制方法。

背景技术

随着海上风电的发展，风机容量趋向大型化，为解决低压风电机组出口电流过大的问题，大容量中压海上风力发电机组成为发展趋势。级联H桥型变流器由于其模块化设计及可规模化生产的特点，在中压变频传动领域得到广泛推广应用。把传统级联H桥变流器拓扑中的二极管用绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)替代，形成能馈型级联H桥变流器。低速永磁直驱风力发电机具有无齿轮箱，易维护，变速范围广的特性，在海上风电中极具应用价值。本发明研究对象为用于中压永磁直驱发电机的能馈型级联H桥变流器，后文称为级联H桥式中压风电变流器，其拓扑如图1所示。

级联H桥式中压风电变流器虽然可以实现低压开关器件的中压应用，但随着电平数的增多，电路拓扑结构和控制的复杂性增加，使变流器的可靠性降低。级联型变流器一个显著的优点是当某个功率单元故障时，可以采用旁路方式从系统中切除故障单元，避免系统停运。而当故障单元被旁路后，变流器最大输出电压可能不平衡，产生负序电流，对发电机造成损害。

其中一种解决方案是找出故障单元数最多的一相，在剩余两相切除相同数量的单元(包括正常单元)，这种方式称为同级旁路。该方案虽然容易实现，缺点也很明显，此时变流器输出电压降低，无法达到额定输出电压，对于永磁直驱发电机而言，定子电压降低将限制发电机转速上限，造成发电机能够进行最大风能跟踪的风速区间变小，减小了故障状态下风电机组发电功率上限，损失了风力发电机的部分发电能力。

另一种解决方案为增加冗余功率单元，若正常设计时变流器每相有N个功率单元，考虑到其容错性，设计每相单元数为N+M，则当每相故障单元不超过M个时，发电机不需降额进行。该方案增加系统硬件成本，且当每相故障单元数超过M个时依然面临着发电功率受限的情况。

中性点偏移方式可以实现在不增加系统硬件设备情况下，使级联H桥型变流器故障时输出最大的平衡线电压，但是该方式从未在风电变流器中得到应用。同时，当变流器有数个功率模块发生比较严重的故障时，即使采用中性点偏移方式，变流器输出平衡线电压也是偏小的，从而限制了发电机转速上限，此时，随着风速的增大，叶尖速比下降明显，而叶尖速比影响风能利用系数，造成在桨距角β＝0时，风电机组不能达到最优的输出功率。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种级联H桥中压风电变流器故障重构优化控制方法。

根据本发明提供的级联H桥中压风电变流器故障重构优化控制方法，应用在中压永磁直驱同步发电机中，所述级联H桥中压风电变流器的每相包括：N个功率单元；N为大于1的正整数，所述方法包括：

通过变流器故障监测系统获取变流器每相功率单元故障信息，确定变流器故障状态；

获取中性点偏移电压与级联H桥中压风电变流器在对应故障状态下的最大输出电压；

根据变流器故障状态与风速、发电机输出功率信息，通过查表法获取最佳桨距角信息；

根据所述最大输出电压与最佳桨距角，以使对应故障状态下中压永磁直驱同步发电机的输出功率最大。