[發明專利]一種多電平變流器控制系統

在審

• 申請號: 201611019361.6
• 申請日: 2016-11-18
• 公開（公告）號: CN106655259A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 孫叢叢;王致杰;王慶澤;胡江;程亞麗;王宇鵬;華英
• 申請（專利權）人: 上海電機學院
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/01
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司31227
• 代理人: 余晨波

技術領域

本發明涉及風力發電機組的并網控制系統，具體的說，特別涉及到一種針對風力發電組變流器控制系統來設計的多電平變流器控制系統。

背景技術

近年來，隨著風力發電技術的日臻成熟，變速恒頻雙饋風力發電機組的并網控制對變流器控制系統的性能需求也越來越高。實際應用中雙饋發電機組的并網控制效果對于電網和發電機的安全運行具有重要的意義，而傳統的并網方式已經不能滿足風電機組的并網要求。因此，控制多電平變流器被提出，它實現了可變頻、調壓、調相、低諧波、高穩定性的并網解決方案。

多電平變流器則是由多個電平臺階來合成階梯波，以逼近正弦輸出，電平數越多，所得到的階梯波電平臺階越多，越接近正弦波，諧波成分越少；從理論上講，可以通過合成無窮多個電平臺階，最終實現零諧波的輸出，但在實際應用中，由于受到硬件條件和控制復雜的制約，通常在滿足性能指標的前提下，并不追求過高的電平數。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術中的不足，提供一種多電平變流器控制系統，以解決現有技術中存在的問題。

本發明所解決的技術問題可以采用以下技術方案來實現：

一種多電平變流器控制系統，包括

變流器主電路：由兩套PWM變流器組成，即發電機側變流器和電網側變流器。兩套變流器均采用智能功率模塊(IPM)構成電壓型多電平變流器的主回路。IPM模塊將具有驅動、保護功能的電路與IGBT模塊集成封裝在一模塊內，并且IPM釆用與邏輯電平兼容的標準化的柵控接口，從而簡化了與控制電路相連時接口電路，有的甚至可以直接相連，且擴展性能很好。

隔離、驅動及保護電路：柵極驅動電路和保護電路通過外部的接口電路與控制電路連接。其中的驅動功能是由FPGA產生的固定占空比的PWM控制信號，經光耦隔離電路，實現系統的控制電路與主電路的電氣有效隔離；再經由推挽驅動電路送到主電路上各橋臂IGBT開關器件的柵極，向IGBT開關器件提供足夠的柵極充、放電電流；同時，保護功能是在變流器主電路發生故障(過流、短路、過熱、欠電壓等)情況下各故障輸出信號通過外接的接口電路傳輸到PWM發生器，FPGA會關斷PWM控制信號輸出，從而對IGBT開關器件實施保護。

輸入濾波器：輸入側安裝三相LC濾波器，盡可能多地濾除輸入電流中由IGBT開關器件動作所產生的高頻諧波成分，減小對電網側的高頻諧波污染，并提高輸入功率因數。因此，考慮多電平變流器的實際需要，其轉折頻率在電網電壓基頻(50Hz)和采樣頻率(即開關頻率50KHz)之間選取，并且不能過于接近采樣頻率。輸入濾波器的轉折頻率由濾波電感、電容值決定。

輔助開關電源：該幵關電源由主電源模塊和輔助電源模塊兩部分組成。這兩部分具有類似結構，都由半橋DC-DC變換電路、高頻隔離變壓器和整流濾波電路構成。主電源模塊由變流器三相輸入電壓源中的一相供電；輔助電源模塊由變流器中的直流環節電容儲能為弱電控制系統供電。這兩個電源模塊中的半橋DC-DC變換器的驅動脈沖完全相同，均由同一控制電路提供。電網正常時，只有主電源模塊向弱電控制系統供電；電網故障時，由輔助電源模塊將直流環節電容儲能變換后通過主電源模塊中的半橋DC-DC變換器提供給弱電控制系統，以維持弱電控制系統處于工作狀態。待電網恢復正常后，系統能夠迅速回到穩定工作狀態。

信號采樣與調理電路：變流器系統中，各電壓、電流傳感器以及信號調理電路是必不可少的組成部分。這些組成部分都為控制電路提供準確的運行信息，為實現系統的控制提供依據。本系統中要處理的信號有電壓信號和光電編碼器信號。其中需要采樣的信號有發電機轉速、電網電壓、電網頻率、轉子位置角、定子端電壓、定子端交流頻率、轉子端電壓。信號調理電路對各個電壓、電流傳感器實時釆集到的電網電壓和定子(轉子)電壓及定子(轉子)電流進行濾波、整形、隔離等，以滿足控制電路對信號的要求。本發明采用了模塊化設計，把系統分成多個信號采樣調理模塊，對各個被測量信號分別采樣調理。各個被測量信號經過信號調理電路，變為DSP所要求的范圍內的模擬信號，送至DSP的A/D輸入通道進行轉換。