| 发明名称 | 风力发电系统的背靠背三电平中点箝位变流器 | ||
| 摘要 | 一种用于风力发电系统的背靠背三电平中点箝位变流器，它包括电机侧整流器和网侧逆变器，其交流输入端与永磁同步发电机的定子侧输出端子相连，逆变器输出端接到电网。整流器的输出和逆变器的输入相连，两者的二极管箝位后的中点也相连。整流器和逆变器都需要用数字信号处理芯片DSP控制。本发明利用了二极管中点箝位的三电平整流器和逆变器，通过空间矢量控制方法，增加了风力发电系统的容量，并明显地改善了输出到电网电压波形的形状，以更好地适应电网并网的标准。 | ||
| 申请公布号 | CN101316074B | 申请公布日期 | 2011.08.10 |
| 申请号 | CN200810102753.8 | 申请日期 | 2008.03.26 |
| 申请人 | 中国科学院电工研究所;北京科诺伟业科技有限公司 | 发明人 | 许洪华;李建林;朱颖;赵斌 |
| 分类号 | H02M5/44(2006.01)I;H02M5/458(2006.01)I;H02J3/38(2006.01)I | 主分类号 | H02M5/44(2006.01)I |
| 代理机构 | 北京科迪生专利代理有限责任公司 11251 | 代理人 | 关玲;成金玉 |
| 主权项 | 1.一种风力发电系统的背靠背三电平中点箝位变流器，包括一个电机侧整流器和一个网侧逆变器；所述的电机侧整流器和网侧逆变器背靠背连接，即电机侧整流器的直流输出和网侧逆变器的直流输入连接；所述的电机侧整流器和网侧逆变器均使用二极管实现中点电位的稳定；电机侧整流器和网侧逆变器的直流母线连接处并入了一对串联的电容(C1、C2)，提供中点电压和缓冲能量；所述的电机侧整流器中，每相四个开关管(S1～S4、S5～S8、S9～S12)串联；第一相是第一开关管至第四开关管(S1、S2、S3、S4)串联，第一开关管(S1)的阳极连接到第一直流母线(A)，第一开关管(S1)的阴极连接第二开关管(S2)的阳极，第二开关管(S2)的阳极连接风力发电机一相交流电线的输入和第三开关管(S3)的阳极，第三开关管(S3)的阴极连接第四开关管(S4)的阳极，第四开关管(S4)的阴极连接第二直流母线(B)；在第一开关管(S1)和第二开关管(S2)之间连接的是第一二极管(D1)的阴极，第一二极管(D1)的阳极连接到中点点位母线C和第二二极管(D2)的阴极，第二二极管(D2)的阳极连接到第三开关管(S3)和第四开关管(S4)之间；第二相是第五开关管至第八开关管(S5、S6、S7、S8)串联，第五开关管(S5)的阳极连接到第一直流母线(A)，第五开关管(S5)的阴极连接第六开关管(S6)的阳极，第六开关管(S6)的阳极连接风力发电机一相交流电线的输入和第七开关管(S7)的阳极，第七开关管(S7)的阴极连接第八开关管(S8)的阳极，第八开关管(S8)的阴极连接第二直流母线(B)；在第五开关管(S5)和第六开关管(S6)之间连接的是第三二极管(D3)的阴极，第三二极管(D3)的阳极连接到中点点位母线C和第四二极管(D4)的阴极，第四二极管(D4)的阳极连接到第七开关管(S7)和第八开关管(S8)之间；第三相是第九开关管至第十二开关管(S9、S10、S11、S12)串联，第九开关管(S9)的阳极连接到第一直流母线(A)，第九开关管(S9)的阴极连接第十开关管(S10)的阳极，第十开关管(S10)的阳极连接风力发电机一相交流电线的输入和第十一开关管(S11)的阳极，第十一开关管(S11)的阴极连接第十二开关管(S12)的阳极，第十二开关管(S12)的阴极连接第二直流母线(B)；在第九开关管(S9)和第十开关管(S10)之间连接的是第五二极管(D5)的阴极，第五二极管(D5)的阳极连接到中点点位母线C和第六二极管(D6)的阴极，第六二极管(D6)的阳极连接到第十一开关管(S11)和第十二开关管(S12)之间；所述的网侧逆变器中，使用了两个二极管对相应开关管进行箝位，以保证每次一个桥臂只有一个开关动作，并实现三电平输出，而每个开关器件只承受1/2的直流母线电压；通过使用空间矢量调制方法，输出的交流电为三个电平；假设其直流输入电压为E，则输出的交流电组成分为E/2、0、-E/2三个电平，其特征在于，所述的变流器对所述的风力发电系统的控制过程为：当风速低于所述的风力发电系统工作的额定风速时，风力发电系统的桨距角基本不变，以保持风能利用系数最大；风力发电系统根据最大功率算法得到系统输入到电网的最大功率，由此得到发电机的最佳转速，通过调节电机侧逆变器的有功电流使得所述的风力发电系统的输出功率最大，电机运行在最佳转速；当风速高于所述的风力发电系统的额定风速时，通过调节所述的桨距角来保持风能利用系数最大；所述的变流器对所述的风力发电系统控制的过程如下：所述的电机侧整流器采样电机输出的电流i<sub>a</sub>，i<sub>b</sub>，i<sub>c</sub>，利用光电码盘或者无速度传感器得到电机的转子位置角θ<sub>r</sub>，电流经过派克变换得到电流的dq分量i<sub>d</sub>和i<sub>q</sub>；稳定直流侧电压u<sub>dc</sub>和u<sub>dc</sub>的给定<img file="FSB00000472588100021.GIF" wi="54" he="53" />做差后进行PI调节，输出为i<sub>q</sub>的给定<img file="FSB00000472588100022.GIF" wi="53" he="70" />i<sub>d</sub>给定为<img file="FSB00000472588100023.GIF" wi="54" he="65" />由电机侧功率因数的要求给定，一般为零，使得电机输出有功功率最大；电流的dq分量i<sub>d</sub>和作差，i<sub>d</sub>和作差后分别进行PI调节后加上以上两个差的补偿项ω(L<sub>d</sub>i<sub>d</sub>+ψ<sub>f</sub>)和-ωL<sub>q</sub>i<sub>q</sub>就可以得到所述的整流器参考电压的dq分量u<sub>d</sub>和u<sub>q</sub>，再经过派克反变换得到三相电压的计算结果u<sub>u</sub>，u<sub>v</sub>，u<sub>w</sub>；最后经过空间矢量算法得到控制信号，使所述的整流器在稳定直流侧电压u<sub>dc</sub>的同时，实现电机输出无功电流id的控制。 | ||
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