[發明專利]功率變換器脈寬調制(PWM)策略的同步和相移的控制方法

有效

• 申請號: 200810098155.8
• 申請日: 2008-05-19
• 公開（公告）號: CN101309012A
• 公開（公告）日: 2008-11-19
• 發明（設計）人: 羅德尼·瓊斯;羅伯特·弗農·富爾徹;亨里克·斯蒂斯達爾
• 申請（專利權）人: 康弗蒂姆有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司
• 代理人: 陳源;張天舒

技術領域

本發明涉及對使用脈寬調制(PWM)策略進行操作的功率變換器 的同步進行控制的方法，其中這些功率變換器可以用于將提供變頻可 變電壓的發電機接入具有標稱固定電壓和頻率的電力網或者供電網 絡。然而，這些方法還可以用于使用PWM策略進行操作的功率變換器 的同步，其中這些功率變換器例如可用于把需要變頻可變電壓的電動 機接入具有標稱固定電壓和頻率的供電網絡(交流母線)。其它的應 用包括使用PWM策略進行操作的功率變換器的同步，其中這些功率變 換器被配置為提供靜態伏安無源(VAR)補償。

背景技術

關于上述潛在應用中的第一個，有可能通過使用風輪機直接地 或借助變速箱來驅動發電機的轉子來將風能轉換成電能。在發電機的 定子端產生的交流頻率(“定子電壓”)直接與轉子的旋轉速度成比 例。發電機端的電壓也作為速度的函數發生變化，并且取決于發電機 的特定類型還會在磁通水平上發生變化。為了最優的能量獲取，風輪 機輸出軸的旋轉速度會根據驅動渦輪葉片的風的速度而變化。為了限 制高風速下的能量獲取，可以通過改變渦輪葉片的螺距來控制輸出軸 的旋轉速度。通過使用功率變換器可以實現將發電機的可變電壓和頻 率與供電網絡的標稱固定電壓和頻率相連接。

功率變換器通常包括發電機橋，該發電機橋在正常操作中用作 把電力提供給直流鏈路的有源整流器。發電機橋可以具有使用脈寬調 制(PWM)策略進行完全控制和調節的一系列半導體功率開關器件的 任何適宜的拓撲。

發電機橋的直流輸出電壓被供給網橋的直流端，該網橋在正常 操作中用作有源逆變器。對直流輸出電壓的主要控制是通過控制發電 機橋來實現的，但是也可以使用其它控制直流鏈路電壓的方法。網橋 可以具有使用PWM策略進行完全控制和調節的一系列半導體功率開 關器件的任何適宜的拓撲。

網橋的交流輸出電壓被濾波并經過升壓變壓器提供至標稱固定 頻率供電網絡。保護性接電裝置可被包括在其中以向供電網絡提供可 靠的連接，并且將發電機與變流器系統與供電網絡隔離開以滿足各種 操作性和非操作性要求。

輸出至供電網絡的電力必須符合由各種標準和電網規程的要 求。例如，在一個相關標準中，與切換頻率的邊帶相關的諧波電壓失 真的幅度應當保持為低于該供電網絡處于基頻時電壓波形的電壓幅 度的0.2％。

在網橋中使用的PWM策略通常工作在給定的切換頻率。電力網 或供電網絡的標稱固定頻率與PWM策略的切換頻率之間的混合會導 致網橋交流輸出電壓中的諧波。如果兩個或更多功率變換器連接至普 通供電網絡或電力網(例如，在風電場的情況下，其中多個風輪機可 能通過并聯連接至供電網絡)，則輸出至供電網絡的電力中的總諧波 電壓失真有可能超過為公共點限定的要求限制。

發明內容

本發明提供一種對多個可用于接入供電網絡的功率變換器進行 控制的方法，其中每個功率變換器都包括一個網橋，該網橋按照具有 相同切換周期的脈寬調制(PWM)策略進行操作，其在供電網絡電壓 中導致至少一個有害諧波，該方法包括如下步驟，即為每個網橋的 PWM策略的切換周期提供不同的相對于時間基準的時間偏移，以使得 供電網絡電壓中的至少一個有害諧波被至少部分地消除。

此方法的一個優點是，至少一個有害諧波(例如，通過把電力 網或供電網絡的標稱固定頻率與PWM策略的切換頻率混合起來而產 生的有害諧波)可被部分地消除，并且在某些情況下可以完全消除。 在每個功率變換器均用于把發電機接入供電網絡的情況下，此方法使 得通過網橋陣列輸出至供電網絡的電力能夠符合由各種標準和電網 規程所限定的諧波失真上的要求。在每個功率變換器均用于把電動機 接入供電網絡(或母線)的情況下，此方法使得供電網絡電壓中任何 由每個網橋的操作所導致的諧波失真能夠被減小。類似地，在每個功 率變換器均操作為靜態伏安無源(VAR)補償器時，此方法使得供電 網絡電壓中任何由每個網橋的操作所導致的諧波失真能夠被減小。

每個功率變換器的操作，特別是應用于相關網橋的PWM策略， 可以由電子控制器控制。控制器可以被集成到網橋中，或者作為分離 的獨立單元提供。無論如何，都應認識到：控制器構成了更一般的功 率變換器的一個組成部分，在本說明書中任何對控制器或網橋的引述 均可認為是對其相關功率變換器的引述，反之亦然。更特別地，在本 說明書中任何對由功率變換器提供的控制操作的引述也可以在適當 處由控制器或網橋執行。