[發明專利]基于直驅模塊化多電平變換器的風力發電并網控制系統

有效

• 申請號: 201110393601.X
• 申請日: 2011-12-01
• 公開（公告）號: CN102832635A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 姜建國;高淳;徐亞軍;趙劍飛;曹凱;楊興武;羅*;楊興華
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及電力技術領域，尤其涉及一種無需加裝濾波設備、對電網沖擊小且便于拓展的基于直驅模塊化多電平變換器的風力發電并網控制系統。

背景技術

隨著全球經濟的發展，新能源的開發和利用受到越來越廣泛的重視。風能，作為一種清潔綠色的可再生能源，其市場也迅速發展起來。因此，風力發電并網控制系統具有很高的實用意義。現在廣泛應用于風力發電并網系統的接入技術主要有恒速恒頻機組接入和變速恒頻機組接入。風力發電機組的出口頻率一般在12～18HZ之間，隨著風力發電機組容量的上升，低速發電機無法滿足并網控制的要求，進而需用增速齒輪箱將發電機組的頻率升高至工頻附近。這不僅增加了設計的難度，也給安裝和維護帶來極大的不便，同時機組的效率也不理想。

此外，考慮到我國風電場資源分布的特殊性，即我們風能資源主要集中于新疆、河兩走廊、內蒙和沿海地區，而電力消耗主要集中在我國東部，中部和南部地區，大容量長距離的輸電線路要求也隨之升高。并且，風力發電機組在并網時對電網造成的沖擊也越來越大。其中，將風機輸出電壓變換為工頻接入并網的變換器是風力發電并網控制系統的關鍵設備。目前，變換器主要采用交-直-交的拓撲結構，該種結構復雜，有直流環節，且效率較低。所以，解決上述問題以保證風力發電并網經濟、可靠地運行是當務之急。

中國專利申請號為200810220070.2的發明專利公開了一種基于矩陣式變換器的無刷雙饋風力發電機控制系統，該系統采用3×3雙向開關矩陣式變換器，一側連接無刷雙饋發電機組的控制繞組，另一側接入電網。根據無刷雙饋發電機的轉子轉速，進行交-交變頻，實現功率繞組的輸出電能頻率恒定，即變速恒頻。但由于采用矩陣式變換器，其輸出諧波較大，需在電網側加裝濾波設備。并且，由于矩陣式變換器的特殊拓撲結構，它的輸出電壓電平少，輸出電流不連續，會對電網造成一定的沖擊。另外，該系統僅涉及單一風力發電機的并網控制，而就目前發展形勢來看，大規模的風力發電機組是趨勢所至，若采用該系統應用于大規模的風力發電機組則需要與風力發電機數量相同的矩陣式變換器，這勢必會造成經濟、占地、維護等眾多問題，因此，該系統不能滿足大規模風力發電機組的發展需求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于直驅模塊化多電平變換器的風力發電并網控制系統，以解決現有風力發電并網控制系統存在的安裝維護不便以及輸出諧波大，需加裝濾波設備；輸出電流不連續，沖擊電網且不能滿足大規模風力發電機組發展需求的技術問題。

為達到上述目的，本發明提供一種基于直驅模塊化多電平變換器的風力發電并網控制系統，分別與電網和風力發電機組連接，包括：直驅模塊化多電平變換器、A/D采樣模塊和主控制模塊，其中，

直驅模塊化多電平變換器一側與電網相連，另一側與風力發電機組經升壓變壓器后的低頻輸電線路相連，用以進行變速恒頻控制及功率控制，實現安全可靠經濟的并網，其進一步包括9×n級聯單元模塊矩陣；

A/D采樣模塊與直驅模塊化多電平變換器連接，用以采集各單元模塊的電器參數；

主控制模塊分別與直驅模塊化多電平變換器和A/D采樣模塊連接，用以根據A/D采樣模塊采集的電氣參數，給出每個單元模塊的開關動作信號。

依照本發明較佳實施例所述的基于直驅模塊化多電平變換器的風力發電并網控制系統，其9×n級聯單元模塊矩陣包括9個橋臂，每個橋臂由一個緩沖電抗器及N個單元模塊級聯而成，且級聯橋臂為3×3陣列，陣列的一側的三相輸入端與電網相連，另一側的三相輸出端與風力發電機組經低頻升壓變壓器后的低頻輸電線路相連。

依照本發明較佳實施例所述的基于直驅模塊化多電平變換器的風力發電并網控制系統，上述的單元模塊進一步包括：H橋單元、子A/D采樣模塊和子控制模塊，其中，

H橋單元為由四個IGBT開關與電解電容搭建而成的單相逆變器；

子A/D采樣模塊與H橋單元連接，用以采集電容電壓；

子控制模塊分別與H橋單元和子A/D采樣模塊連接，用以與主控制模塊進行通訊，傳輸電壓信息，接收控制信號，驅動4個IGBT開關。

依照本發明較佳實施例所述的基于直驅模塊化多電平變換器的風力發電并網控制系統，其主控制模塊采用階梯波調制及排序選擇的電容電壓平衡方法輸出波形調制。

依照本發明較佳實施例所述的基于直驅模塊化多電平變換器的風力發電并網控制系統，其主控制模塊將級聯單元模塊矩陣等效為電流源矩陣，進而進行電流閉環控制。

相對于現有技術，本發明具有以下優點：