[发明专利]基于MMC的阻抗源大功率高速发电机并网系统及其控制方法

权利要求书

1.一种基于MMC整流的阻抗源大功率高速发电机并网系统，其特征在于，包括一台大功率高速永磁同步发电机、一台MMC整流器、一台阻抗源逆变器（Z源逆变器、准Z源逆变器或半准Z源逆变器等阻抗源逆变器）、一台三相滤波电抗器和两套控制器（控制器1和控制器2），两套控制器分别对MMC整流器和阻抗源逆变器进行控制。

2.根据权利要求1所述的基于MMC整流的阻抗源大功率高速发电机并网系统，其特征在于，所述MMC整流器由三3个桥臂并联组成，每一个桥臂由2n个子模块串联组成，每个子模块由两个IGBT串联后再并联一个电容构成；所述阻抗源逆变器由电感、电容、二极管构成的阻抗源网络和三个3个IGBT半桥电路并联组成；所述并网滤波电抗器由3个交流电感构成。

3.根据权利要求1所述的基于MMC整流的阻抗源大功率高速发电机并网系统，其特征在于，所述大功率高速永磁同步发电机的三相定子分别与MMC整流器三个桥臂的中点相连；所述MMC整流器的公共直流侧与阻抗源逆变器的输入端并联；所述阻抗源逆变器三相输出端接滤波电抗器后并入电网。

4.根据权利要求1所述的基于MMC整流的阻抗源大功率高速发电机并网系统，其特征在于，所述控制器1用于采集大功率高速永磁同步发电机的转速、转子位置角和三相定子电流，随后通过脉冲触发信号对发电机的转速和MMC整流器输入功率因数进行控制；所述控制器2用于采集阻抗源网络电容的端电压、阻抗源逆变器三相并网电压和阻抗源逆变器三相并网电流，随后通过直通控制策略构造出带直通零矢量的PWM脉冲信号，对阻抗源网络电容电压和并网功率因数进行控制。

5.一种基于MMC整流的阻抗源大功率高速发电机并网系统的控制方法，其特征在于，大功率高速发电机并网系统采用权利要求1所述的拓扑结构，其控制方法包括如下步骤：

(1) 实时检测高速永磁同步发电机的转速ω_r、转子位置角Ө_r和高速发电机的三相定子电流；

(2) 利用所述的转子位置角Ө_r对高速发电机的三相定子电流进行dq变换，得到三相定子电流的dq轴分量；

(3) 通过机侧双闭环控制方法对高速发电机转速、发电机定子电流的dq轴分量进行比较计算，得到机侧电压参考值αβ分量；

(4) 实时检测阻抗源逆变器三相并网线电压和相电流，进而估算出相角Ө；

(5) 利用所述的相角Ө对阻抗源逆变器三相并网电压和三相并网电流进行dq变换，得到三相并网电压的dq轴分量和三相并网电流的dq轴分量；

(6) 实时检测阻抗源网络电容的电压V_C1；

(7) 通过网侧双闭环控制方法对阻抗源逆变器三相并网电压、并网电流的dq轴分量、相角Ө和阻抗源网络电容电压V_C1进行比较计算，得到网侧电压参考值αβ分量；

(8) 将直通占空比d₀和(7)中得到的电压参考值αβ分量输入带直通零矢量的空间矢量脉冲宽度调制控制器，得到阻抗源逆变器并网的控制脉冲信号。