[发明专利]用于将电源耦合到公用电网的三相中压功率转换系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于将能源特别是可再生能源耦合到公用电网的功率转换系统。

背景技术

用于将可再生能源耦合到公用电网的常规功率转换系统一直是低压(Low-Voltage，LV)功率转换系统(<1000V)。然而，特别是在风能领域，对于某些类型的风力涡轮机来说，希望利用中压(Medium-Voltage，MV)功率转换系统(>1000V)提高其效率，因为获得相同的功率水平只需要更少的电流。

功率转换系统的开关频率谐波衰减是满足IEEE 1547.2-2008和519-1992标准的重要性能指标。在MV并网逆变器中，需要低开关频率(通常低于1.000Hz)，并且所述标准比在LV并网逆变器中更难满足。

本发明解决了这个问题。

发明内容

本发明提供用于将电源耦合到公用电网的三相MV功率转换系统，包括：

a)功率转换器，其具有基于选择性谐波消除脉冲调制(SHE-PWM)模式(patrons)的开关控制系统，以及

b)陷波滤波器，被调谐以衰减开关控制系统不能衰减的第一谐波的频率，并且配置有能够平滑谐振频率而不影响陷波频率的阻尼装置。

这些特征的组合使得功率转换系统的开关频率谐波衰减符合IEEE 1547.2-2008和519-1992的标准。

利用SHE-PWM模式，基本周期的第一个四分之一周期内的切换次数被选为X个角度。正如SHE的理论所表明的那样，这将允许将基波分量控制到所要求的水平，并消除第一个X-1低阶非三次奇次谐波。陷波滤波器以所需的频率进行调谐，通常以SHE不能去除/衰减的第一个谐波的频率进行调谐。为了平滑其谐振频率而不影响陷波频率，陷波滤波器配置有与陷波分支(notch branch)并联的RC并联阻尼器。

本发明的其它期望的特征和优点将从随后的详细描述和所附权利要求书中的相关附图中变得显而易见。

附图说明

图1a是用于将电源耦合到公用电网的典型的LV三相功率转换系统的框图，图1b是根据本发明的将电源耦合到公用电网的MV三相功率转换系统的框图。

图2示出了用于选择性谐波消除的具有各种切换角度的SHE-PWM模式(patron)。

图3示出了具有非阻尼和阻尼的陷波滤波器的功率转换系统的频率响应。

图4示出了具有在不同电网电感下的阻尼陷波滤波器的功率转换系统的频率响应。

具体实施方式

如图1a所示，将诸如风力涡轮机的电源11耦合到公用电网15的典型的LV三相功率转换系统13包括：功率转换器21、LC-或LCL-滤波器23和变压器25。

功率转换器21包括：耦合到电源11的整流器31、DC-Link 33和逆变器35。逆变器35的开关控制系统37基于PWM技术，LC-或LCL-滤波器23被配置适用于高谐波衰减。

MV三相功率转换系统的类似设置将涉及至少两个问题：

-逆变器的经典控制技术(如脉冲调制Pulse with Modulation，PWM)在较低的开关频率运行期间呈现出几个技术问题。

-已知陷波滤波器的正常被动阻尼方法，即插入与电容器分支串联的电阻器，引入额外的功率损耗，并且由于陷波频率和谐振频率都被抑制，所以高频衰减变得无效。

将电源11耦合到公用电网15的三相MV功率转换系统43解决了该问题，如图1b所示，其包括：功率转换器51、陷波滤波器53(例如以3.3Kv工作)，如果需要，变压器25(以实现公用电网15的电压电平)耦合到陷波滤波器53的输出节点。

功率转换器51包括：耦合到电源11的整流器61、DC-链路63和具有基于SHE-PWM模式的开关(switching)控制系统67的逆变器65，以便避免低阶开关谐波。

应围绕主开关谐波的频率范围对耦合到逆变器65的输出节点的陷波滤波器53进行调谐，以实现这些谐波分量的显着衰减。使用SHE-PWM模式(见图2)，将基本周期的第一个四分之一周期内的切换次数选择为X个角度。

对于MV功率转换系统，通常所选择的角度数量为从5到15(在图2中可以观察到七个角度)。正如SHE的理论所表明的那样，这将允许将基波分量控制到所要求的水平，并消除第一个X-1低阶非三次奇次谐波。因此，陷波滤波器53被调谐到期望的频率，通常是SHE不能去除/衰减的第一谐波的频率。