[发明专利]一种多电平变流器控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电机组的并网控制系统，具体的说，特别涉及到一种针对风力发电组变流器控制系统来设计的多电平变流器控制系统。

背景技术

近年来，随着风力发电技术的日臻成熟，变速恒频双馈风力发电机组的并网控制对变流器控制系统的性能需求也越来越高。实际应用中双馈发电机组的并网控制效果对于电网和发电机的安全运行具有重要的意义，而传统的并网方式已经不能满足风电机组的并网要求。因此，控制多电平变流器被提出，它实现了可变频、调压、调相、低谐波、高稳定性的并网解决方案。

多电平变流器则是由多个电平台阶来合成阶梯波，以逼近正弦输出，电平数越多，所得到的阶梯波电平台阶越多，越接近正弦波，谐波成分越少；从理论上讲，可以通过合成无穷多个电平台阶，最终实现零谐波的输出，但在实际应用中，由于受到硬件条件和控制复杂的制约，通常在满足性能指标的前提下，并不追求过高的电平数。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种多电平变流器控制系统，以解决现有技术中存在的问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种多电平变流器控制系统，包括

变流器主电路：由两套PWM变流器组成，即发电机侧变流器和电网侧变流器。两套变流器均采用智能功率模块(IPM)构成电压型多电平变流器的主回路。IPM模块将具有驱动、保护功能的电路与IGBT模块集成封装在一模块内，并且IPM釆用与逻辑电平兼容的标准化的栅控接口，从而简化了与控制电路相连时接口电路，有的甚至可以直接相连，且扩展性能很好。

隔离、驱动及保护电路：栅极驱动电路和保护电路通过外部的接口电路与控制电路连接。其中的驱动功能是由FPGA产生的固定占空比的PWM控制信号，经光耦隔离电路，实现系统的控制电路与主电路的电气有效隔离；再经由推挽驱动电路送到主电路上各桥臂IGBT开关器件的栅极，向IGBT开关器件提供足够的栅极充、放电电流；同时，保护功能是在变流器主电路发生故障(过流、短路、过热、欠电压等)情况下各故障输出信号通过外接的接口电路传输到PWM发生器，FPGA会关断PWM控制信号输出，从而对IGBT开关器件实施保护。

输入滤波器：输入侧安装三相LC滤波器，尽可能多地滤除输入电流中由IGBT开关器件动作所产生的高频谐波成分，减小对电网侧的高频谐波污染，并提高输入功率因数。因此，考虑多电平变流器的实际需要，其转折频率在电网电压基频(50Hz)和采样频率(即开关频率50KHz)之间选取，并且不能过于接近采样频率。输入滤波器的转折频率由滤波电感、电容值决定。

辅助开关电源：该幵关电源由主电源模块和辅助电源模块两部分组成。这两部分具有类似结构，都由半桥DC-DC变换电路、高频隔离变压器和整流滤波电路构成。主电源模块由变流器三相输入电压源中的一相供电；辅助电源模块由变流器中的直流环节电容储能为弱电控制系统供电。这两个电源模块中的半桥DC-DC变换器的驱动脉冲完全相同，均由同一控制电路提供。电网正常时，只有主电源模块向弱电控制系统供电；电网故障时，由辅助电源模块将直流环节电容储能变换后通过主电源模块中的半桥DC-DC变换器提供给弱电控制系统，以维持弱电控制系统处于工作状态。待电网恢复正常后，系统能够迅速回到稳定工作状态。

信号采样与调理电路：变流器系统中，各电压、电流传感器以及信号调理电路是必不可少的组成部分。这些组成部分都为控制电路提供准确的运行信息，为实现系统的控制提供依据。本系统中要处理的信号有电压信号和光电编码器信号。其中需要采样的信号有发电机转速、电网电压、电网频率、转子位置角、定子端电压、定子端交流频率、转子端电压。信号调理电路对各个电压、电流传感器实时釆集到的电网电压和定子(转子)电压及定子(转子)电流进行滤波、整形、隔离等，以满足控制电路对信号的要求。本发明采用了模块化设计，把系统分成多个信号采样调理模块，对各个被测量信号分别采样调理。各个被测量信号经过信号调理电路，变为DSP所要求的范围内的模拟信号，送至DSP的A/D输入通道进行转换。