[發(fā)明專利]一種直流并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組變流器及其控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110502409.3
• 申請(qǐng)日: 2021-05-08
• 公開（公告）號(hào): CN113410830B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹欣;譚建鑫;沙濟(jì)通;李海東;張雷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 新天綠色能源股份有限公司;北京雷動(dòng)智創(chuàng)科技有限公司
• 主分類號(hào): H02J1/10
• 分類號(hào): H02J1/10;H02J1/06;H02M7/217;H02M7/23;H02M7/25
• 代理公司: 北京東方盛凡知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11562
• 代理人: 高天星

1.一種直流并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組變流器，其特征在于，所述的直流并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組變流器包括直流斷路器（1）、正母線支撐電容（2）、負(fù)母線支撐電容（3）、正母線卸荷模塊、負(fù)母線卸荷模塊、第一功率模塊（5）、第二功率模塊（6）、第三功率模塊（7）、du/dt濾波器（8）、輔助逆變電源（9）、接地電阻（10）和核心控制器（11）；所述變流器的控制方法具備電磁轉(zhuǎn)矩控制和母線電壓控制兩種模式，兩種控制模式可以在線無(wú)縫切換，在電磁轉(zhuǎn)矩控制模式下，變流器接收風(fēng)電機(jī)組主控系統(tǒng)電磁轉(zhuǎn)矩指令，做電磁轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制；在電壓控制模式下，變流器以母線電壓作為控制目標(biāo)；

核心控制器（11）為數(shù)字信號(hào)處理器，其功能是采集電壓、電流、溫度和開關(guān)量信號(hào)，并通過(guò)內(nèi)部控制程序發(fā)出功率單元脈沖觸發(fā)信號(hào)，控制母線電壓及電磁轉(zhuǎn)矩，并實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)功能；

在電壓控制模式下，以母線電壓作為控制目標(biāo)，并根據(jù)實(shí)際功率做母線電壓的下垂控制，以實(shí)現(xiàn)多機(jī)并聯(lián)運(yùn)行保證直流微網(wǎng)的穩(wěn)定性；在電磁轉(zhuǎn)矩模式下，變流器接收風(fēng)電機(jī)組主控系統(tǒng)的電磁轉(zhuǎn)矩指令，做轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制；

所述du/dt濾波器（8）為三相LC結(jié)構(gòu)，du/dt濾波器（8）三個(gè)輸入端分別與第一功率模塊（5）、第二功率模塊（6）、第三功率模塊（7）的輸出端相連接，du/dt濾波器（8）輸出與外部發(fā)電機(jī)連接，所述du/dt濾波器（8）功能是降低開關(guān)管開通和關(guān)斷時(shí)刻的電壓尖峰，保護(hù)發(fā)電機(jī)不受電壓尖峰影響而損壞；

所述直流并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組變流器的控制方法為：利用核心控制器（11），執(zhí)行采樣模塊（201），采樣模塊（201）的功能是實(shí)現(xiàn)電壓、電流采樣以及與風(fēng)電機(jī)組主控通信；進(jìn)入控制模式判斷模塊（202）,如果當(dāng)前控制模式為轉(zhuǎn)矩控制模式則進(jìn)入電磁轉(zhuǎn)矩控制模塊（203），如果當(dāng)前不是轉(zhuǎn)矩控制模式，則進(jìn)入母線電壓控制模塊（204）；執(zhí)行電磁轉(zhuǎn)矩控制模塊（203）或母線電壓控制模塊（204）后進(jìn)入平衡切換控制模塊（205）通過(guò)限制給定參考電壓變化率來(lái)限制切換過(guò)程的沖擊；最后進(jìn)入脈沖調(diào)制控制模塊（206），脈沖調(diào)制控制模塊（206）根據(jù)計(jì)算得到的參考電壓值以及發(fā)電機(jī)相位計(jì)算出每個(gè)功率模塊的脈沖開通和關(guān)斷時(shí)間；

電磁轉(zhuǎn)矩控制方法具體為：在電磁轉(zhuǎn)矩控制模型下，風(fēng)電機(jī)組主控系統(tǒng)給定電磁轉(zhuǎn)矩與實(shí)際電磁轉(zhuǎn)矩做差，得到，經(jīng)過(guò)PI控制器（301）后得到給定電壓參考值，再經(jīng)過(guò)脈沖發(fā)生模塊（302）生成三電平功率模塊的觸發(fā)脈沖，觸發(fā)脈沖驅(qū)動(dòng)三電平功率模塊上的IGBT開通和關(guān)斷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了電磁轉(zhuǎn)矩的控制；

母線電壓控制方法具體為：在母線電壓控制模型下，首先根據(jù)當(dāng)前變流器輸出功率計(jì)算母線電壓設(shè)定值，當(dāng)前變流器功率經(jīng)過(guò)電壓下垂計(jì)算模塊（401）得到母線電壓設(shè)定值，與實(shí)際母線電壓做差得到，經(jīng)過(guò)死區(qū)控制模塊（402），死區(qū)控制模塊（402）的功能是當(dāng)小于某一限值時(shí)輸出為0，實(shí)現(xiàn)死區(qū)判斷，接下來(lái)進(jìn)入PI運(yùn)算模塊（403），經(jīng)過(guò)PI運(yùn)算得到電流參考值，進(jìn)入電流環(huán)控制模塊（404），作為給定值經(jīng)過(guò)電流環(huán)控制模塊（404）后實(shí)際電流為，經(jīng)過(guò)變流器等效傳遞函數(shù)（405）得到。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直流并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組變流器，其特征在于所述正母線卸荷模塊包含1個(gè)IGBT、一個(gè)卸荷電阻和一個(gè)二極管，卸荷電阻與二極管并聯(lián)，卸荷電阻一端接中性線，另一端與所述IGBT的發(fā)射極相連接，IGBT集電極與正母線相連接；負(fù)母線卸荷模塊包含1個(gè)IGBT、一個(gè)卸荷電阻和一個(gè)二極管，卸荷電阻與二極管并聯(lián)，卸荷電阻一端接中性線，另一端與所述IGBT集電極相連接，IGBT發(fā)射極與負(fù)母線相連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直流并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組變流器，其特征在于所述第一功率模塊（5）、第二功率模塊（6）、第三功率模塊（7）均為二極管鉗位三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個(gè)功率模塊都有IGBT驅(qū)動(dòng)控制電路，IGBT驅(qū)動(dòng)控制電路具有單片機(jī)用于檢測(cè)每個(gè)IGBT的溫度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直流并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組變流器，其特征在于所述的接地電阻（10）一端與中性點(diǎn)相連接，另一端接大地。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直流并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組變流器，其特征在于所述輔助逆變電源（9）其內(nèi)部為DC/AC電源，內(nèi)含隔離變壓器，輸入與直流母線相連接，輸出為3相400V交流電。