[发明专利]风力发电机组中压三电平全功率变流器中点电位控制方法

说明书

本发明涉及风力发电机的功率变换器控制领域，尤其涉及风力发电机组中压三电平全功率变流器中点电位控制方法。该方法包括采用同相载波层叠法调制，得到三相输出脉冲的时间和在一个载波周期内三相电压的零电平作用时间，再建立三相调制电压和三相输出电流的数学模型；再建立中点电位控制模型，分析从电容中点抽取的平均电流、注入零序电压后的平均电流和零序电压之间的关系；最后根据中点电位控制模型，预测注入相应的零序电压来控制电容电压偏差值，实现中点电位的平衡。本发明过渡性较好，更具灵活性，治理中点电位的动态能力更强，在新能源三电平变流器中点电位平衡控制领域具有重要的应用价值。

技术领域：

本发明涉及风力发电机的功率变换器控制领域，尤其涉及风力发电机组中压三电平全功率变流器中点电位控制方法。

背景技术：

由于海上风电机组的功率规模一般都在多MW级，因此对全功率变流器技术提出了新的要求。其中中压风电变流技术能够有效减小电流应力，提高系统效率和可靠性，且三电平中点箝位(neutral-point-clamped，NPC)逆变器在目前已广泛应用于中高压大功率电机调速场合。与二电平拓扑相比，三电平NPC逆变器通过控制三相桥臂开关器件的通断，可以输出三种不同的电平状态，且每个开关器件承受的电压应力较小，可以使输出电压翻倍。另外，三电平NPC逆变器结构简单，采用背靠背结构，易于实现能量的双向流动。

对于NPC三电平变流器，中点电位平衡问题一直是三电平变流器研究的热点和难点。针对中点电压平衡控制主要集中在两个方面：一是改进部分程序，改变中点电压和电流特性；二是改进软件方法，控制中点电压。其中，常用的软件方案有滞环控制和零序分量注入法。

发明内容：

发明目的：

本发明旨在提供风力发电机组中压三电平全功率变流器中点电位控制方法，对NPC三电平变换器的中点电压控制进行了详细的研究，提出了一种全新的中点电压控制方法。该方法采用近似线性化方法导出中点零序功率与交流侧零序调制波之间的控制结构，设计了一种比例系数调节器来自动调节中点电压的平衡。本发明过渡性较好，更具灵活性，治理中点电位的动态能力更强，在新能源三电平变流器中点电位平衡控制领域具有重要的应用价值。

技术方案：

风力发电机组中压三电平全功率变流器中点电位控制方法，该方法包括以下步骤：

(1)采用同相载波层叠法调制，得到三相输出脉冲的时间和在一个载波周期内三相电压的零电平作用时间，再建立三相调制电压和三相输出电流的数学模型；

(2)建立中点电位控制模型，分析从电容中点抽取的平均电流、注入零序电压后的平均电流和零序电压之间的关系；

(3)根据中点电位控制模型，预测注入相应的零序电压来控制电容电压偏差值，实现中点电位的平衡。

进一步的，采用同相载波层叠法调制，得到三相输出脉冲的时间具体包括：

三电平逆变器各相有4个功率管，分别为第一功率管S₁、第二功率管S₂、第三功率管S₃、第四功率管S₄，当输出与正母线连接时，输出p电平；当输出与中点连接时，输出0电平；当输出与负母线连接时，输出n电平；

三电平网侧变流器dq坐标系下数学模型为：

其中p＝d/dt，Vd、Vq为dq坐标系下有功输入电压和无功输入电压，即输入电压被分解为有功和无功分量：

将同步旋转坐标系的d轴定向于电网电压矢量u_s的方向上，则d轴表示有功分量参考轴，而q轴表示无功分量参考轴；

式中：