[发明专利]一种模块化智能组合风电变流器及其控制方法

权利要求书

1.一种模块化智能组合风电变流器，其特征在于：包括，

单个桥臂功率单元，若干所述桥臂功率单元通过并联形成大容量桥臂功率模块，三个所述桥臂功率模块构成一个三相全桥功率模块，所述三相全桥功率模块包括电抗器、电容器、熔断器以及断路器构成变换器基本模块，所述变换器基本模块通过模块化智能组合方法构成大容量的所述风电变流器；

所述风电变流器通过单个功率器件的智能驱动单元能够控制桥臂功率开关的精确开通和关断，在所述桥臂功率模块中集成了均流控制器用于实现所述桥臂功率模块中各个桥臂的均流；

所述三相全桥功率模块中集成了驱动控制器用于实现三个所述桥臂功率模块的不同开关组合；所述变换器基本模块集成变流器控制器用于实现变流器输出电流的控制，通过变流器模块化智能组合方法能够实现变流器功率单元的智能识别和在线热插拔；以及所述变流器控制器包括主控制单元，用于实现并网和风力发电机的基本控制，所述主控制单元中包括主动环流控制模块、并网电流谐波优化控制模块、变流器热应力平衡控制模块、并联均流控制模块、变流器稳定控制模块和电网阻抗自适应控制模块；

所述变换器基本模块中的控制单元实现电流控制，功率模块扩展自动辨识电路用于识别是否有新的基本功率模块接入并通过风电变流器控制器实现基本功率模块的在线热插拔功能，控制电源模块从交流端子和直流端子取电给控制电路供电；

所述三相全桥功率模块包括功率单元和控制单元，其中，

所述功率单元包括三个相同的所述桥臂功率模块，桥臂功率模块A的端口1、桥臂功率模块B的端口1和桥臂功率模块C的端口1连接在一起形成功率单元的直流端口P桥臂功率模块A的端口3、桥臂功率模块B的端口3和桥臂功率模块C的端口3连接在一起形成功率单元的直流端口N；桥臂功率模块A的端口2为功率单元的交流端口A；桥臂功率模块B的端口2为功率模块的交流端口B；桥臂功率模块C的端口2为功率单元的交流端口C；

所述控制单元包括，

全FPGA控制器，其通过高速通讯接口接收主控发来的控制命令字，控制命令字的格式如下：

ID	SYN	TSA	DA	SA	TSB	DB	SB	TSC	DC	SC

其中ID表示功率单元的标识码；SYN为同步帧数据；TSA表示桥臂功率模块A的控制周期；DA表示桥臂功率模块A的开通占空比；SA表示桥臂桥臂功率模块A的移相角度；TSB表示桥臂功率模块B的控制周期；DB表示桥臂功率模块B的开通占空比；SB表示桥臂桥臂功率模块B的移相角度；TSC表示桥臂功率模块元C的控制周期；DC表示桥臂功率模块C的开通占空比；SC表示桥臂桥臂功率模块C的移相角度；

所述桥臂功率单元包括采用至少一组所述桥臂基本单元并联实现，通过自适应均流控制实现并联桥臂基本单元的均流控制，控制如下：

所述桥臂功率单元由n个相同的桥臂基本单元及功率器件的智能驱动单元组成，每个桥臂将上下开关管的电流和导通电压发送至桥臂模块控制器FPGA中，控制器FPGA根据各个桥臂的电流计算平均电流i_avg；

当第i个桥臂的电流i_ci大于i_avg时，减小管子对应的驱动电压、当第i个桥臂的电流i_ci小于i_avg时，增大管子对应的驱动电压，驱动电压变化量的计算公式为：

式中：K_G1为驱动电压与功率器件饱和压降的关系系数；K_G2为饱和压降与功率器件电流的关系系数；

所述智能驱动单元包括采用智能驱动控制方法实现单个功率器件的精确开通和关断，其实现方法如下，

功率器件的所述智能驱动单元中FPGA控制器通过高速串行通讯接收功率管的开通时间和关断时间指令；

通过数字接口接收功率管的开关信号，功率开关管的电流i_c和管压降U_ce通过模拟信号调理电路和AD转换器接入到FPGA中；

根据开通和关断时间分别与驱动电压和功率开关管电流的关系表，确定可编程电源的输出电压和电流，同时通过控制驱动电阻矩阵，选择开通和关断驱动电阻，实现功率器件的精确开通和关断；

所述智能驱动单元精确确定功率器件开通和关断的时间，并通过高速串行通讯发送至所述桥臂功率单元的控制器。