[发明专利]直驱式风电系统中三电平逆变器中点电位漂移抑制方法

摘要

本发明属于大容量直驱式永磁同步风力发电系统能量转换装置控制领域，涉及一种三电平逆变器中点电位漂移抑制方法，包括下列步骤：确定三电平Boost变换器的工作模式，计算临界电感值，并确定升压电感取值；采集直驱式风电系统的发电机转速信号和三电平Boost变换器直流侧两个电容电压信号；微控制器根据实际转速与参考转速的差值进行PI调节后输出三电平Boost变换器升压比的参考值d*；对直流侧两个电容电压信号求差后与0的差值进行另一路的PI调节后输出开关信号间的相差的参考值θ*；计算两个开关器件各自的导通和关断时刻，控制两个开关器件的导通和关断。本发明在没有增加调节中点电位的电路的前提下，能有效地抑制三电平逆变器直流侧中点电位漂移。

主权项

直驱式风电系统中三电平逆变器中点电位漂移抑制方法，该方法通过调节三电平Boost变换器两个开关器件的开关信号间的相差抑制三电平逆变器中点电位的漂移，设三电平Boost变换器的两个开关器件分别为第一开关器件S1和第二开关器件S2，该方法包括下列步骤：(1)确定三电平Boost变换器的工作模式，为连续导电模式还是不连续导电模式，若为连续导电模式，则确定工作模式是电感独立供能模式还是电感-电容供能模式；设变换器的开关信号间的相差为θ，升压比为d，输出电压为Vo，等效输出电流为Io，开关周期为Ts，则计算不连续导电模式和连续导电模式的临界电感值的公式如下： L C 1 = V o T s 4 π 2 I o d ( 1 - d ) ( 1 2 - d ) [ θ 2 + ( 2 π - θ ) 2 ] d < 0.5 L C 2 = V o T s 4 π 2 I o ( 1 - d ) 2 ( d - 1 2 ) [ θ 2 + ( 2 π - θ ) 2 ] d > 0.5 计算电感独立供能模式与电感-电容供能模式间的临界电感的公式如下： L C 1 ′ = V o T s 4 π 2 I o ( 1 - d ) ( 1 2 - d ) [ θ 2 + ( 2 π - θ ) 2 ] d < 0.5 L C 2 ′ = V o T s 4 π 2 I o ( 1 - d ) 2 ( d - 1 2 ) d [ θ 2 + ( 2 π - θ ) ] 2 d > 0.5 (2)根据变换器的工作模式及相关参数确定升压电感取值：当d的范围为(0，1)，θ的范围为(0，2π)时，对以上公式分别求取极大值，可得到LC1、LC2、L′C1和L′C2的极大值LC1max、LC2max、L′C1max和L′C2max；若采用连续导电模式，选取电感值大于LC1max和LC2max中的大者；若采用电感独立供能模式，则选取电感值大于L′C1max和L′C2max中的大者；(3)在三电平逆变器的运行中，采集直驱式风电系统的发电机转速信号和三电平Boost变换器直流侧两个电容电压信号，送入微控制器；(4)微控制器根据采集的转速信号计算得到的实际转速与参考转速的差值，进行PI调节后输出三电平Boost变换器的升压比的参考值d*；对直流侧两个电容电压信号求差后与0的差值进行另一路的PI调节后输出开关信号间的相差的参考值θ*；(5)将d*和θ*分别作为d和θ带入下列的两个公式中的一个，计算一个开关周期Ts内开关器件的导通和关断时刻；对于d＜0.5的情况，t0为一个开关周期的起始时刻，也为第一开关器件S1的导通时刻，t1为S1的关断时刻，t2和t3分别为第二开关器件S2的导通和关断时刻，t4为一个开关周期的终止时刻；对于d＞0.5的情况，不同的是t3为第一开关器件S1的关断时刻，t2和t1分别为第二开关器件S2的导通和关断时刻； t 1 = θ π d T s + t 0 t 2 = θ 2 π T s + t 0 t 3 = 2 d T s + ( 1 - 2 d ) θ 2 π T s + t 0 t 4 = T s + t 0 d < 0.5 t 1 = θ 2 π T s - θ π ( 1 - d ) T s + t 0 t 2 = θ 2 π T s + t 0 t 3 = T s - 2 π - θ π ( 1 - d ) T s + t 0 t 4 = T s + t 0 d > 0.5 (6)根据所计算的两个开关器件各自的导通和关断时刻生成两路开关信号，控制两个开关器件的导通和关断。