[发明专利]一种基于HMMC的风机直接AC/AC并网系统变流器控制方法

说明书

本发明公开了一种基于HMMC的风机直接AC/AC并网系统变流器控制方法。该风力发电系统包括：直驱式永磁同步发电机和HMMC；直驱式永磁同步发电机的转子与风力机同轴连接，经由HMMC直接并入交流电网；HMMC由六个相同桥臂首尾相连形成六边形结构，每个桥臂由N+2个相同的全桥子模块和一个桥臂电感L串联而成；直驱式永磁同步发电机的R、S、T三相和电网的U、V、W三相交替连接到HMMC的六个顶点上；并网系统变流器控制方法包括风机MPPT控制、能量平衡控制、桥臂电流跟踪控制；本发明使系统具有低频特性好、子模块电容电压波动小、无变压器并网、有效抑制机侧低压信号被网侧高压信号湮没的优势。

技术领域

本发明属于电力电子变流领域，特别涉及一种基于HMMC的风机直接AC/AC并网系统变流器控制方法。

背景技术

在全球化石能源日益紧缺的情况下，探索一条清洁、可持续发展的新能源道路是人类的共同目标。在可再生能源的开发利用中，世界风力资源储存总量巨大，作为一种清洁能源，可循环利用，风力发电已成为最具大规模开发和商业化发展前景的利用方式之一。

传统风力发电系统中，变流器多采用交直交的拓扑结构，风能经两级变换，效率较低，并且变流器输出电压还需经变压器升压来实现并网，升压变压器的使用使得风电系统的体积和成本大幅增加，因此有必要设计一种无需变压器即可实现高效并网的风力发电系统。

一种中压大功率风电机组变流系统中，风力发电机经过两个背靠背模块化多电平变流器后直接接入中压交流电网。但由于风机的低转速特性，低频工况时存在子模块电压波动剧烈的问题。

发明内容

针对背景技术所述的缺陷和不足，本发明提出了一种基于HMMC的风机直接AC/AC并网系统变流器控制方法，具有低频特性好、子模块电容电压波动小、无变压器并网、有效抑制机侧低压信号被网侧高压信号湮没的优势。

本发明所提供的技术方案如下：

(1)系统风力机对风能进行捕获，拖动同轴连接的直驱式永磁同步发电机发出电能经由HMMC直接AC/AC并入交流电网；HMMC由六个相同桥臂首尾相连形成六边形结构，每个桥臂由N+2个相同的全桥子模块和一个桥臂电感L串联而成；直驱式永磁同步发电机的R、S、T三相和电网的U、V、W三相交替连接到HMMC的六个顶点上；

(2)风机侧采用最大功率追踪控制得到机侧三相电流参考值；通过控制HMMC所有子模块电容电压的稳定得到网侧三相电流参考值；对奇偶桥臂能量平衡控制得到环流直流分量参考值和中性点电压分量；通过控制变流器六个桥臂之间能量平衡得到环流低频分量和工频分量参考值；对机侧、网侧电流参考值进行叠加得到各桥臂电流低频、工频分量参考值，通过对桥臂电流跟踪控制可以得到各桥臂机侧和网侧参考电压。对辅助子模块的电压进行检测，采用滞环的方式将辅助子模块的电压波动限定在一定范围内，根据辅助子模块电压的大小、机侧参考电压正负号和电流流向，对辅助子模块的开关信号进行控制；计算需要投入的主子模块总数并使用NLM调制得到主子模块的开关信号。

本发明的有益效果是：1)风机本身运行在低频工况下，本发明利用HMMC将低频风机与工频电网直接耦合相连，使得桥臂子模块上的电流既包含机侧低频分量，也包含网侧工频分量，加快了子模块电容的冲放电，降低了子模块电容电压纹波，使得系统具有更好的低频特性；2)机侧低电压和网侧高电压通过桥臂直接耦合，在进行HMMC调制时，低电压信号容易被高电压信号湮没，本发明在每个桥臂中增加两个辅助子模块，该辅助子模块仅用于还原机侧低电压信号，不参与网侧高电压信号的调制，可有效抑制低压侧信号被高压侧信号湮没；3)HMMC采用一级交交变换将风机发出的电能直接并入电网，电能损耗较低且无需升压变，节约系统的空间，降低了成本。

附图说明

图1为基于HMMC的风机直接AC/AC并网系统结构图；

图2为基于HMMC的风机直接AC/AC并网系统控制框图；

图3为桥臂1子模块电容电压波形；