[发明专利]一种垂直轴永磁直驱风电变流器的拓扑结构和控制方法

权利要求书

1.一种垂直轴永磁直驱风电变流器的控制方法，所述垂直轴永磁直驱风电变流器包括机侧变流器和网侧变流器，所述机侧变流器包括维也纳整流器、DC/DC升压变流器所述维也纳整流器的一端与垂直轴永磁直驱风力发电机的定子相连，另一端与所述DC/DC升压变流器相连，所述DC/DC升压变流器的另一端与直流母线相连，所述直流母线的另一端与所述网侧变流器相连，所述网侧变流器的另一端通过升压工频变压器与电网相连，所述维也纳整流器包括三个滤波电感、三个双向开关单元、两个输出电容，所述两个输出电容为串联连接，其中，与所述维也纳整流器的直流输出端正极相连的输出电容称为上电容，与所述维也纳整流器的直流输出端负极相连的输出电容称为下电容，所述DC/DC升压变流器包括开关管VT；其特征在于：采用如下步骤：

步骤1，所述维也纳整流器采用零序分量注入法实现谐波最小化整流，具体步骤为：

11)所述垂直轴永磁直驱风力发电机的定子输出的频率和幅值均可变化的三相交流电经所述维也纳整流器的三个滤波电感后，将其电压记为u_a、u_b、u_c，其电流记为i_a、i_b、i_c；将u_a、u_b、u_c经abc/dq坐标变换得到u_d和u_q；将i_a、i_b、i_c经abc/dq坐标变换得到i_d和i_q；

12)将i_d的参考值i_{d_ref}与当前实际值i_d之差经PI控制器，其输出作为u_d的参考值u_{d_ref}；

13)将所述维也纳整流器的直流输出电压参考值V_{dc_ref}与其当前实际测量值V_dc之差经PI控制器，其输出为i_q的参考值i_{q_ref}；将此参考值i_{q_ref}与当前实际值i_q之差经PI控制器，其输出作为u_q的参考值u_{q_ref}；

14)将步骤12)和13)得到的参考值u_{d_ref}和u_{q_ref}，经abc/dq逆变换得到电压u_a、u_b、u_c的参考值u_{a_ref}、u_{b_ref}、u_{c_ref}，求出u_{a_ref}、u_{b_ref}、u_{c_ref}中的最大值且记为u_max，求出u_{a_ref}、u_{b_ref}、u_{c_ref}中的最小值且记为u_min；

15)按式(1)计算零序分量u₀：

u₀＝-(u_max+u_min)/2 (1)

16)令ΔV＝V₁-V₂，其中，V₁为所述维也纳整流器的上电容的两端电压，V₂为所述维也纳整流器的下电容的两端电压；ΔV的参考值记为ΔV_ref；

17)将ΔV_ref/V_{dc_ref}与其当前实际值ΔV/V_dc之差经PI控制器，其输出记为不平衡因子k；将此不平衡因子k与步骤15)得到的u₀相加，得到需要注入的零序分量u_{0_inj}；

18)将步骤17)得到的需要注入的零序分量u_{0_inj}分别与步骤14)得到的u_{a_ref}、u_{b_ref}、u_{c_ref}相加，得到修正后的电压参考值u_{a_refm}、u_{b_refm}、u_{c_refm}；

19)将修正后的电压参考值u_{a_refm}、u_{b_refm}、u_{c_refm}通过载波脉宽调制得到所述维也纳整流器的三个双向开关单元的驱动信号，驱动三个双向开关单元工作；

步骤2，所述DC/DC升压变流器采用如下控制方法，实现所述直流母线电压稳定：

21)将所述直流母线电压参考值V_{dcbus_ref}与其当前实际测量值V_dcbus之差经PI控制器，其输出为所述维也纳整流器的直流输出电流参考值i_{dc_ref}；

22)将此参考值i_{dc_ref}与当前所述维也纳整流器的直流输出电流实际测量值i_dc之差经PI控制器，其输出与锯齿波比较，即得到所述DC/DC升压变流器中开关管VT的驱动信号；

步骤3，所述网侧变流器采用如下控制方法，实现所述垂直轴永磁直驱风力发电机的有功功率控制和并网控制：

31)测量风速v_w；

32)将u_ga、u_gb、u_gc经锁相环PLL得到相位角θ_g；

33)将i_ga、i_gb、i_gc经abc/dq变换得到i_dg和i_qg；将u_ga、u_gb、u_gc经abc/dq变换得到u_dg和u_qg，采用基于电压定向的控制策略，将电网电压矢量定向在同步坐标系的d轴上，从而有：u_dg＝u_g，u_qg＝0；由此可计算出系统的有功功率P_g和无功功率Q_g分别为：

P_g＝1.5u_dgi_dg (2)

Q_g＝-1.5u_dgi_qg (3)

34)根据所述垂直轴永磁直驱风力发电机的风速-有功功率曲线，得到当前风速v_w下的并网有功功率参考值P_{g_ref}，根据式(2)，将此P_{g_ref}除以1.5u_dg得到网侧d轴电流参考值i_{dg_ref}，将此i_{dg_ref}与其当前实际值i_dg之差经PI控制器，其输出为所述网侧变流器的d轴电压参考值u_{di_ref}；

35)根据式(3)，将并网无功功率Q_{g_ref}除以-1.5u_dg得到网侧q轴电流参考值i_{qg_ref}，将此i_{qg_ref}与其当前实际值i_qg之差经PI控制器，其输出为所述网侧变流器的q轴电压参考值u_{qi_ref}；

36)将步骤34)和35)得到的所述网侧变流器的电压参考值u_{di_ref}和u_{qi_ref}，经dq/αβ坐标变换后得到u_{αi_ref}和u_{βi_ref}，经SVPWM调制后产生所述网侧变流器开关管的驱动信号，对风电机组的并网有功功率和无功功率进行调节，实现所述垂直轴永磁直驱风力发电机的输出有功功率控制和并网控制。