[發明專利]基于MMC的阻抗源大功率高速發電機并網系統及其控制方法

在審

• 申請號: 201810015059.6
• 申請日: 2018-01-08
• 公開（公告）號: CN108206537A
• 公開（公告）日: 2018-06-26
• 發明（設計）人: 張陽;程諄
• 申請（專利權）人: 湖南工業大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02M7/219;H02M1/42
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于MMC整流的阻抗源大功率高速發電機并網系統及其控制方法，基于MMC整流的阻抗源大功率高速發電機并網系統包括：一臺大功率高速發電機、一臺MMC整流裝置、一臺阻抗源逆變器、一臺三相濾波電抗器和兩套控制器。本發明還公開了上述系統的控制方法，機側引入MMC整流裝置，對大功率高速發電機的轉速和整流裝置輸入功率因數進行雙閉環控制，網側引入阻抗源逆變器，對阻抗源網絡電容電壓和并網功率因數進行雙閉環控制。本發明可以解決大功率高速發電機定子電流畸變嚴重的問題，降低單個開關器件的電壓應力，從而提高系統的可靠性和效率。

技術領域

本發明屬于發電機并網控制領域，具體涉及一種基于MMC的阻抗源大功率高速發電機并網系統及其控制方法。

背景技術

能源是推動經濟發展和社會進步的動力源泉，是關系到國計民生、社會穩定的重要物 質。隨著我國現代工業的飛速發展，石油、天然氣和煤炭等化石能源逐漸枯竭、環境問題日 益凸顯，能源和環境已成為我國所面臨的重大問題。

余熱是指煤炭、石油、天然氣等經過工業利用后排放出來的、無法繼續參與其它生產過程的能量。它以高溫熱能為表現形式，以廢氣、廢渣和廢水為能量載體。我國余熱資源非常豐富，占工業總能耗的20%左右。因此，余熱利用具有廣闊的市場前景。

大功率高速永磁同步發電機具有效率高、可靠性高、結構緊湊、維護量小等優點，與此同時，高速發電機與膨脹渦輪機直接相連組成的發電機組，中間可省去減速裝置，可大大減小系統體積，提高系統效率和可靠性。因此，大功率高速發電機被廣泛應用于余熱發電系統。

傳統大功率高速發電機采用三相六開關PWM整流拓撲，隨著高速發電機額定轉速的不斷提高，高速發電機的輸出頻率大幅提高，甚至有可能達到上千赫茲，為高速發電機的整流調制帶來困難，由此產生的發電機定子電流諧波不僅會增加高速發電機的損耗和溫升，還會增加其轉矩脈動，威脅系統安全。與此同時，隨著發電機功率的增大，整流器件的開關應力隨之增大。因此，有必要設計一種高可靠性的大功率高速發電機并網系統及其控制方法。

發明內容

針對背景技術所述的缺陷或不足，本發明提供了一種基于MMC的阻抗源大功率高速發電機并網系統及其控制方法，系統具有更高的可靠性與安全性。

一種基于MMC整流的阻抗源大功率高速發電機并網系統，包括一臺大功率高速永磁同步發電機、一臺MMC整流器、一臺阻抗源逆變器（Z源逆變器、準Z源逆變器或半準Z源逆變器等阻抗源逆變器）、一臺三相濾波電抗器和兩套控制器（控制器1和控制器2），兩套控制器分別對MMC整流器和阻抗源逆變器進行控制。

所述MMC整流器由三3個橋臂并聯組成，每一個橋臂由2n個子模塊串聯組成，每個子模塊由兩個IGBT串聯后再并聯一個電容構成；所述阻抗源逆變器由電感、電容、二極管構成的阻抗源網絡和三個3個IGBT半橋電路并聯組成；所述并網濾波電抗器由3個交流電感構成。

所述大功率高速永磁同步發電機的三相定子分別與MMC整流器三個橋臂的中點相連；所述MMC整流器的公共直流側與阻抗源逆變器的輸入端并聯；所述阻抗源逆變器三相輸出端接濾波電抗器后并入電網。

所述控制器1用于采集大功率高速永磁同步發電機的轉速、轉子位置角和三相定子電流，隨后通過脈沖觸發信號對發電機的轉速和MMC整流器輸入功率因數進行控制；所述控制器2用于采集阻抗源網絡電容的端電壓、阻抗源逆變器三相并網電壓和阻抗源逆變器三相并網電流，隨后通過直通控制策略構造出帶直通零矢量的PWM脈沖信號，對阻抗源網絡電容電壓和并網功率因數進行控制。

上述基于MMC整流的阻抗源大功率高速發電機并網系統的控制方法包括如下步驟：