[发明专利]一种多相直驱永磁风力发电变流一体化系统及其控制方法

摘要

本发明公开了一种多相直驱永磁风力发电变流一体化系统及其控制方法，系统包括多相直驱永磁风力发电机和模块化多电平逆变器；多相直驱永磁风力发电机三相绕组数为6n(n＝1,2,3…)；所述模块化多电平逆变器由三相六桥臂组成，每个桥臂由n个子模块和一个滤波电感组成；所述子模块由PWM整流器、2个IGBT、1个电容组成；2个IGBT串联后与电容、PWM整流器直流侧相并联，PWM整流器的交流侧接多相直驱永磁风力发电机的一套三相绕组。本风电系统由于对三相支路进行了模块化串并联和分别对风力发电机每套三相绕组进行控制，可以实现多相永磁同步电机最大风能捕获和高压直接并网，且省去了并网变压器。

主权项

1.一种多相直驱永磁风力发电变流一体化系统的控制方法，其特征在于，所述多相直驱永磁风力发电变流一体化系统包括由多相直驱永磁风力发电机和模块化多电平逆变器；所述模块化多电平逆变器采用三相六桥臂结构，每相包括上、下两个桥臂，每相上桥臂由n个GM子模块和1个滤波电感L依次串接而成，下桥臂由1个滤波电感L和n个GM子模块依次串接而成，其中n为正整数；每相上下桥臂的滤波电感串联，其连接点即为对应相上下桥臂的连接点，上下桥臂连接点引出相线；三条相线接入公共电网；三相上桥臂的上端相互连接、三相下桥臂的下端相互连接；三相上桥臂的上端与三相下桥臂的下端构成直流侧母线的正负极；所述GM子模块包括一个三相PWM整流器、两个IGBT管T1～T2、两个二极管D1～D2和一个电容C；其中，IGBT管T1的发射极与IGBT管T2的集电极相连并构成GM的正端；IGBT管T1的集电极与电容C的正极相连；IGBT管T2的发射极与电容C的负极相连并构成GM的负端；D1与T1反向并联，D2与T2反向并联；三相PWM整流器的直流侧与电容C并联，三相PWM整流器的交流侧接多相直驱永磁风力发电机的一套三相绕组；所述多相直驱永磁风力发电机具有6n个三相绕组，一一对应接入模块化多电平逆变器中的6n个三相PWM整流器的交流侧；所述控制方法包括每个GM子模块中三相PWM整流器控制，及两个IGBT管T1～T2控制：对每个GM子模块中三相PWM整流器控制，方法如下：将多相直驱永磁风力发电机的参考转速w_ref和实测转速w的偏差Δw输入第一PI调节器进行调节，得到有功电流参考值给定无功电流参考值为检测该三相PWM整流器的交流侧三相电流isa、isb和isc，经abc/dq坐标变换得到旋转坐标系下的d轴、q轴电流id和iq；将与i_q的差值输入第二PI调节器进行调节，得到输出参考电压将叠加前馈补偿量得到控制电压u_q，其中ω_r为实测转子电角速度，L_d为d轴同步电感，为转子磁链；将与i_d的差值输入第三PI调节器进行调节，得到参考电压将叠加前馈补偿量ω_rL_qi_q得到控制电压u_d；将控制电压ud和uq经过空间矢量调制获得该三相PWM整流器的开关信号；对每个GM子模块中IGBT管T1～T2控制，方法如下：1)稳压控制：通过公式计算一相内所有GM子模块的电容电压之和的1/2，即U_c；将U_c与给定的子模块电容电压参考值U_Cref进行比较，其结果输入第四PI调节器进行调节，得到环流参考值i_loopref；检测该相上桥臂电流i_p和下桥臂电流i_n，计算出环流将iloop与iloopref进行比较，其结果输入第五PI调节器进行调节，得到稳压控制的参考量UrefB；2)并网控制：将直流侧母线实测电压UDC与参考电压UDCref进行比较，其结果输入第六PI调节器进行调节，得到模块化多电平逆变器d轴电流参考值idref；给定模块化多电平逆变器q轴电流参考值iqref为0；实测模块化多电平逆变器的三相电流ia、ib和ic，经abc/dq坐标变换得到旋转坐标系下的d轴、q轴电流idl和iql；将id1与idref的差值输入第七PI调节器进行调节，得到模块化多电平逆变器d轴电压参考量Udref；将iq1与iqref的差值输入第八PI调节器进行调节，得到模块化多电平逆变器q轴电压参考量Uqref；由Udref和Uqref经dq/abc坐标变换，得到并网控制电压参考量Upref；3)综合稳压控制和并网控制的结果，得到模块化多电平逆变器上桥臂GM子模块控制电压的参考信号Upj和下桥臂GM子模块控制电压的参考信号UNj为：其中：将得到的Upj和UNj经过载波移相调制后得到GM子模块的开关信号。