[发明专利]用于模块化多电平变换器的控制系统

说明书

一种用于风力涡轮发电机的电力变换系统，其包括具有来自发电机的AC电压输入以及至DC链路的DC电压输出的机器侧变换器，其中，所述机器侧变换器是包括一个或多个变换器支路的模块化多电平变换器，所述一个或多个变换器支路对应于所述发电机的电气上的相应的一相或多相，所述变换器支路中的每者包括多个变换器单元，所述系统进一步包括：向所述机器侧变换器提供栅极信号的变换器控制模块以及被配置为估计所述发电机的平均电频率的电频率估计模块；其中，所述栅极信号具有对应于所述发电机的电气上的至少一相的至少一个平均切换频率；其中，所述变换器控制模块被配置为依据所述发电机的所述平均电频率来调制所述栅极信号的所述平均切换频率。

背景技术

本发明涉及用于风力涡轮发电机的控制系统、控制风力涡轮发电机的方法以及风力涡轮发电机。

背景技术

模块化多电平变换器(MMC)提供了对二级或三级电力变换器的可缩放且尤其富有弹性的替代方案。MMC对具有固定参数的稳定应用尤其有用，因此经常被用到电力网络当中。其优点在于低的谐波失真、部件的可用性、部件的故障安全操作以及取得不同电压电平和按照不同电压等级工作的潜能。

可缩放性、冗余性和高压变化的特性是电源变换器，尤其是风力涡轮发电机的变换器当中所预期的。通过风力涡轮机发电生成的电压随着制造技术的改进而不断提高，其又会引起风力涡轮发电机的普及性的提高。因此，现在尤为重要的是使风力涡轮发电机的效率尽可能高。正是出于这一原因，MMC近来被作为机器侧电力变换器结合到了风力涡轮机内。

然而，MMC在风力涡轮发电机当中工作所必须满足的条件与具有大致稳定并且固定的参数的电力网络的条件形成了鲜明的对比。风力涡轮发电机易受持续不断的变化和条件变化的影响，这接下来又可能引起MMC的大的损耗和低效性，其将不适于风力涡轮机中的发电。

本发明的目标在于缓解或者克服上述问题中的至少一些。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用于风力涡轮发电机的电力变换系统，其包括具有来自发电机的AC电压输入以及至DC链路的DC电压输出的机器侧变换器，其中，所述机器侧变换器是包括一个或多个变换器支路的模块化多电平变换器，所述一个或多个变换器支路对应于所述发电机的电气上的相应的一相或多相，所述变换器支路中的每者包括多个变换器单元，所述系统进一步包括：向所述机器侧变换器提供栅极信号的变换器控制模块以及被配置为估计所述发电机的平均电频率的电频率估计模块；其中，所述栅极信号由所述变换器控制模块实施单元均衡算法而生成，所述栅极信号具有对应于所述发电机的电气上的至少一相的至少一个平均切换频率；其中，所述变换器控制模块被配置为依据所述发电机的所述平均电频率来调制所述栅极信号的所述平均切换频率，其中，通过载波信号和参考信号的比较执行所述栅极信号的确定，所述载波信号具有平均载波频率，所述变换器控制模块被配置为将所述载波信号的所述平均载波频率改变为与所述风力涡轮发电机的风力涡轮机桨叶的平均旋转频率成比例。

有利地，通过将平均切换频率与发电机的平均电频率联系起来，所述电力变换系统降低了切换损耗的可能性并且对模块化多电平变换器做出了有利调整，使其能够在更高范围的发电机速度或电频率上工作。这确保了提高电力变换系统和风力涡轮机的效率。通过改变变换器的切换频率，变换器内的部件得到了更有效的使用。

变换器控制模块可以将平均切换频率确定为与发电机的平均电频率成比例。例如，平均切换频率可以与平均电频率成线性或非线性比例。

所述变换器控制模块可以被配置为通过调制载波信号的平均载波频率而调制栅极信号的平均切换频率。在系统根据基于载波的脉宽调制过程控制变换器时，这样做是有利的。或者，可以采用空间向量脉宽调制控制所述变换器，并且可以将变换器控制模块配置为通过调制切换向量来调制栅极信号的平均切换频率。

所述变换器控制模块可以被配置为确定发电机的平均电频率是否超过了预定阈值，并且作为响应将平均切换频率设定至预定限度水平，从而保持系统的稳定性并且保护所述部件。