[發明專利]用于背靠背電壓源轉換器的基于載波的脈寬調制控制

在審

• 申請號: 202011607535.7
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN113131728A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: J·K·班達;K·賈;H·伊坦維蒂爾;A·K·蒂瓦里
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H02M1/088
• 分類號: H02M1/088;H02M1/12;H02M5/458;H02M7/217;H02M7/537;F03D9/25
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 鄭浩;姜冰

一種用于控制可再生能量功率轉換系統的電壓源功率轉換器的方法包括提供電壓源功率轉換器，所述電壓源功率轉換器至少具有轉子側轉換器和線路側轉換器。該方法還包括經由轉換器控制器基于三次諧波反相基于載波的脈寬調制(PO_CB_PWM)方案來生成開關脈沖的第一集合。此外，該方法包括經由轉換器控制器基于三次諧波同相基于載波的脈寬調制(IP_CB_PWM)方案來生成開關脈沖的第二集合。因此，該方法包括經由轉換器控制器分別使用開關脈沖的第一集合和第二集合來實現對于轉子側轉換器和線路側轉換器的脈寬調制方案，以從電壓源轉換器得到關于預期幅值、形狀和/或頻率的輸出電壓。

技術領域

本公開一般涉及電壓源轉換器，以及更特別涉及用于根據基于載波的脈寬調制方案來控制可再生能量功率系統的三電平背靠背電壓源轉換器的系統和方法。

背景技術

風力被認為是目前可用的最清潔、最為環境友好的能源中的一種能源，以及風力渦輪在這個方面獲得增加的關注。現代風力渦輪通常包括塔架、發電機、變速箱、短艙(nacelle)以及一個或多個轉子葉片。通常，在風力渦輪的操作期間，風碰撞轉子葉片，以及葉片將風能變換為機械旋轉力矩，該機械旋轉力矩驅動低速軸。低速軸驅動變速箱，該變速箱隨后提高低速軸的低旋轉速度，以便以增加的旋轉速度來驅動高速軸，其中高速軸以旋轉方式驅動發電機轉子。

在許多常規風力渦輪配置中，發電機電耦合到雙向電壓源功率轉換器，該雙向電壓源功率轉換器包括轉子側轉換器(RSC)，該轉子側轉換器(RSC)經由調節的DC鏈路來接合到線路側轉換器(LSC)。RSC和LSC中的每個通常包括一組（bank）脈寬調制開關裝置，例如絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。LSC將DC鏈路上的DC功率轉換為AC輸出功率，所述AC輸出功率與來自發電機定子的功率相組合，以提供具有基本上保持在電力網母線的頻率(例如50 Hz或60HZ)處的頻率的多相功率。

上述系統通常稱作雙饋感應發電機(DFIG)系統，其工作原理包括：轉子繞組經由滑環連接到電網；以及功率轉換器控制轉子電流和電壓。轉子電壓和電流的控制使發電機能夠在風力渦輪速度變化(例如轉子頻率可能與電網頻率有所不同)的同時保持與電網頻率同步。通常，LSC用來連同DC母線電壓調節一起控制輸入干線（mains）處的功率因數，而RSC用來控制風力渦輪的變速操作的有功/無功功率。

PWM電壓源轉換器以更高頻率進行開關，以得到用于驅動風力渦輪的更好電壓輸出，并且將風力渦輪集成到功率電網。在這樣做的同時，這類轉換器還生成具有更高dv/dt的高頻共模電壓。這個共模電壓經過發電機的寄生現象(通常經過軸承)來驅動高頻泄漏電流，由此引起過早軸承故障。本發明將解決問題的起源，從而減小轉子側處的共模電壓。

因此，用于根據基于載波的脈寬調制方案(所述方案解決上述問題)來控制可再生能量功率系統(例如風力渦輪)的電壓源轉換器的改進系統和方法在本領域中將是受歡迎的。

發明內容

本發明的方面和優點將部分在以下描述中闡明，或者根據本描述可能是顯而易見的，或者可通過本發明的實施來學習。

在一個方面中，本公開針對一種用于控制可再生能量功率轉換系統的電壓源功率轉換器的方法。該方法包括提供電壓源功率轉換器，所述電壓源功率轉換器至少具有轉子側轉換器和線路側轉換器。該方法還包括經由轉換器控制器基于三次諧波反相基于載波的脈寬調制（third-harmonic phase opposition carrier-based pulse widthmodulation）(PO_CB_PWM)方案來生成開關脈沖的第一集合。此外，該方法包括經由轉換器控制器基于三次諧波同相基于載波的脈寬調制（third-harmonic in phase carrier-based pulse width modulation）(IP_CB_PWM)方案來生成開關脈沖的第二集合。因此，該方法包括經由轉換器控制器分別使用開關脈沖的第一集合和第二集合來實現對于轉子側轉換器和線路側轉換器的脈寬調制方案，以便從電壓源轉換器得到關于預期幅值、形狀和/或頻率的輸出電壓。