[发明专利]脉冲宽度调制(PWM)的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及控制脉冲宽度调制(PWM)策略的方法。这些方法对用作将提供可变频率的可变电压的发电机与标称标定电压和频率的输电网或供电网络连接起来的电力变换器的一部分的网络桥路具有具体的应用。不过，这些方法也可以用于用作将需要可变频率的可变电压的电动机与标称标定电压和频率的供电网络(AC母线)连接起来的电力变换器的一部分的网络桥路。

背景技术

通过使用风轮机直接地或借助齿轮箱驱动发电机的转子，可以将风能转换成电能。发电机定子端子上产生的AC频率(“定子电压”)与转子的转速直接成比例。发电机端子上的电压还作为速度的函数进行变化，并且取决于发电机的具体类型、磁通水平。为了最佳地捕获能量，风轮机输出轴的转速会依照驱动轮机叶片的风的速度进行变化。为了限制高风速下的能量捕获量，通过更改轮机叶片的间距来控制输出轴的转速。发电机的可变电压和频率与供电网络的标称标定电压和频率的匹配可以通过使用电力变换器来实现。

电力变换器典型地包括发电机桥路，发电机桥路在正常操作中作为向DC链路供应电力的有源整流器进行工作。发电机桥路可以具有任何适当的具有一系列使用脉冲宽度调制(PWM)策略完全控制和调节的半导体电力切换装置的拓扑结构。

发电机桥路的DC输出电压馈送到网络桥路的DC端子上，网络桥路在正常操作中作为有源逆变器进行工作。DC输出电压的主要控制是通过控制发电机桥路来实现的。网络桥路可以具有任何适当的具有一系列使用PWM策略完全控制和调节的半导体电力切换装置的拓扑结构。

对网络桥路的AC输出电压进行滤波并且借助升压变压器供应给标称标定频率供电网络。可以引入保护性开关装置来提供与供电网络的可靠连接并且为了各种不同的操作性的和非操作性的要求而将发电机系统与供电网络隔离开来。

输电网或供电网络将会在标称标定电压和频率下工作，不过后者将几乎肯定会在各种不同的标准和电网代码中定义的上限和下限之间变化。这样的频率变化是由整个网络内的功率不平衡造成的——如果负载功率超过所产生的功率，则频率将会下降，反之则频率升高。连接设备，包括本发明覆盖的设备，必须能够追踪这样的频率变化。

网络桥路中使用的PWM策略典型地在给定切换频率下工作。输电网或供电网络的标称标定频率与PWM策略的切换频率之间的混杂将会在网络桥路的AC输出电压中造成谐波。在一般情况下，对于PWM策略的切换频率为Fpwm且供电网络的标称标定频率为Fnet的情况，可以证明在由下式给出的频率下会产生明显的谐波：

Fpwm±2N*Fnet

尤其是在N＝1和N＝2的情况下。

如果Fpwm是如下选择的：

Fpwm＝(2M-1)*Fnet

其中M是整数(即，Fpwm是Fnet的整奇数倍)，则将会在下述频率下出现明显谐波：

[(2M-1)±2N]*Fnet

这意味着明显谐波出现在Fnet的整奇数倍处。

还可以对上述公式作出如下解释：如果供电网络的标称标定频率(Fnet)为50Hz并且PWM策略的切换频率(Fpwm)为2.5kHz，则会在2.3kHz、2.4kHz、2.6kHz和2.7kHz(即，供电网络的标称标定频率的46、48、52和54倍)下产生明显谐波。

普遍接受的观点是：整奇次谐波要比整偶次谐波好，比如上面提到的那些整偶次谐波。这是因为，对于整奇次谐波来说，输出到供电网络中的可允许发射量会高于整偶次谐波。例如，在得到广泛应用的名称为《IEEE Recommended Practices and Requirements forHarmonic Control in Electrical Power Systems》的谐波标准IEEE519-1992中，将整偶次谐波的电流畸变的极限约束为整奇次谐波的极限的25％。一般来说还要避免非整数次谐波(或“中间谐波”)，因为它们可能会在与供电网络连接的电子用品中造成不希望有的扰动。非整数次谐波还可能干扰有时会在中间谐波区域中广播的控制信号。

确保输电网或供电网络的标称标定频率与PWM策略的切换频率之间的混杂在网络桥路的AC输出电压中仅仅产生整奇次谐波的一种方法是为PWM策略选择特定的切换频率。如果供电网络的标称标定频率(Fnet)为50kHz，则可以将PWM策略的切换频率(Fpwm)设定为2.45kHz。于是会在2.25kHz、2.35kHz、2.55kHz和2.65kHz(即，供电网络的标称标定频率的45、47、51和53倍)上产生明显谐波。