[發(fā)明專利]級(jí)聯(lián)H橋中壓風(fēng)電變流器故障重構(gòu)優(yōu)化控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710642816.8
• 申請(qǐng)日: 2017-07-31
• 公開（公告）號(hào): CN107425767B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張建文;李鑫;蔡旭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P9/10
• 分類號(hào): H02P9/10;H02P9/04;H02P101/15
• 代理公司: 上海恒慧知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 徐紅銀

本發(fā)明提供了一種級(jí)聯(lián)H橋中壓風(fēng)電變流器故障重構(gòu)優(yōu)化控制方法，該方法應(yīng)用在與中壓永磁直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)相連的級(jí)聯(lián)H橋變流器中，級(jí)聯(lián)H橋中壓風(fēng)電變流器的每相包括：N個(gè)功率單元；N為大于1的正整數(shù)，方法包括：變流器故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取變流器每相故障功率單元信息；由此確定中性點(diǎn)偏移電壓與級(jí)聯(lián)H橋中壓風(fēng)電變流器在對(duì)應(yīng)故障狀態(tài)下的最大輸出電壓；根據(jù)故障狀態(tài)與風(fēng)速、發(fā)電機(jī)輸出功率信息，確定最佳槳距角，以使對(duì)應(yīng)故障狀態(tài)下中壓永磁直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)的輸出功率最大。本發(fā)明使得在級(jí)聯(lián)H橋中壓風(fēng)電變流器故障狀態(tài)下，既能使變流器輸出電壓平衡，又能使風(fēng)電機(jī)組輸出功率最優(yōu)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及變流器控制技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及級(jí)聯(lián)H橋中壓風(fēng)電變流器故障重構(gòu)優(yōu)化控制方法。

背景技術(shù)

隨著海上風(fēng)電的發(fā)展，風(fēng)機(jī)容量趨向大型化，為解決低壓風(fēng)電機(jī)組出口電流過大的問題，大容量中壓海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成為發(fā)展趨勢(shì)。級(jí)聯(lián)H橋型變流器由于其模塊化設(shè)計(jì)及可規(guī)?；a(chǎn)的特點(diǎn)，在中壓變頻傳動(dòng)領(lǐng)域得到廣泛推廣應(yīng)用。把傳統(tǒng)級(jí)聯(lián)H橋變流器拓?fù)渲械亩O管用絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)替代，形成能饋型級(jí)聯(lián)H橋變流器。低速永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有無齒輪箱，易維護(hù)，變速范圍廣的特性，在海上風(fēng)電中極具應(yīng)用價(jià)值。本發(fā)明研究對(duì)象為用于中壓永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)的能饋型級(jí)聯(lián)H橋變流器，后文稱為級(jí)聯(lián)H橋式中壓風(fēng)電變流器，其拓?fù)淙鐖D1所示。

級(jí)聯(lián)H橋式中壓風(fēng)電變流器雖然可以實(shí)現(xiàn)低壓開關(guān)器件的中壓應(yīng)用，但隨著電平數(shù)的增多，電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制的復(fù)雜性增加，使變流器的可靠性降低。級(jí)聯(lián)型變流器一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)某個(gè)功率單元故障時(shí)，可以采用旁路方式從系統(tǒng)中切除故障單元，避免系統(tǒng)停運(yùn)。而當(dāng)故障單元被旁路后，變流器最大輸出電壓可能不平衡，產(chǎn)生負(fù)序電流，對(duì)發(fā)電機(jī)造成損害。

其中一種解決方案是找出故障單元數(shù)最多的一相，在剩余兩相切除相同數(shù)量的單元(包括正常單元)，這種方式稱為同級(jí)旁路。該方案雖然容易實(shí)現(xiàn)，缺點(diǎn)也很明顯，此時(shí)變流器輸出電壓降低，無法達(dá)到額定輸出電壓，對(duì)于永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)而言，定子電壓降低將限制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速上限，造成發(fā)電機(jī)能夠進(jìn)行最大風(fēng)能跟蹤的風(fēng)速區(qū)間變小，減小了故障狀態(tài)下風(fēng)電機(jī)組發(fā)電功率上限，損失了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的部分發(fā)電能力。

另一種解決方案為增加冗余功率單元，若正常設(shè)計(jì)時(shí)變流器每相有N個(gè)功率單元，考慮到其容錯(cuò)性，設(shè)計(jì)每相單元數(shù)為N+M，則當(dāng)每相故障單元不超過M個(gè)時(shí)，發(fā)電機(jī)不需降額進(jìn)行。該方案增加系統(tǒng)硬件成本，且當(dāng)每相故障單元數(shù)超過M個(gè)時(shí)依然面臨著發(fā)電功率受限的情況。

中性點(diǎn)偏移方式可以實(shí)現(xiàn)在不增加系統(tǒng)硬件設(shè)備情況下，使級(jí)聯(lián)H橋型變流器故障時(shí)輸出最大的平衡線電壓，但是該方式從未在風(fēng)電變流器中得到應(yīng)用。同時(shí)，當(dāng)變流器有數(shù)個(gè)功率模塊發(fā)生比較嚴(yán)重的故障時(shí)，即使采用中性點(diǎn)偏移方式，變流器輸出平衡線電壓也是偏小的，從而限制了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速上限，此時(shí)，隨著風(fēng)速的增大，葉尖速比下降明顯，而葉尖速比影響風(fēng)能利用系數(shù)，造成在槳距角β＝0時(shí)，風(fēng)電機(jī)組不能達(dá)到最優(yōu)的輸出功率。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種級(jí)聯(lián)H橋中壓風(fēng)電變流器故障重構(gòu)優(yōu)化控制方法。

根據(jù)本發(fā)明提供的級(jí)聯(lián)H橋中壓風(fēng)電變流器故障重構(gòu)優(yōu)化控制方法，應(yīng)用在中壓永磁直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)中，所述級(jí)聯(lián)H橋中壓風(fēng)電變流器的每相包括：N個(gè)功率單元；N為大于1的正整數(shù)，所述方法包括：

通過變流器故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取變流器每相功率單元故障信息，確定變流器故障狀態(tài)；

獲取中性點(diǎn)偏移電壓與級(jí)聯(lián)H橋中壓風(fēng)電變流器在對(duì)應(yīng)故障狀態(tài)下的最大輸出電壓；

根據(jù)變流器故障狀態(tài)與風(fēng)速、發(fā)電機(jī)輸出功率信息，通過查表法獲取最佳槳距角信息；

根據(jù)所述最大輸出電壓與最佳槳距角，以使對(duì)應(yīng)故障狀態(tài)下中壓永磁直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)的輸出功率最大。