[发明专利]基于双SVPWM电流型变换器的直驱风力发电系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用在大型风力发电系统中的电能变换系统及控制方法。

背景技术

从技术上来看，变流器可以分为电压源型和电流源型两种类型。在当前市场，由于低成本和模块化设计，两电平电压源型变换器在风力发电系统应用中占主导地位。但是随着风力发电系统容量的增加，采用690V两电平电压源型变换器系统，将使变换器输出电流太大，从而将造成非常昂贵的从发电机轮轴到地面的电缆。如果采用升压和稳压变换后实现并网发电，这势必增加了系统的成本和复杂性。电流型并网逆变器刚好弥补了电压型并网逆变器的不足，具有并网电流不受电网影响，在电网波动或者畸变的情况下也能实现高质量馈电；同时，电流型逆变器不受输入电压幅值限制，即使在输入电压低于电网峰值电压的情况下也能实现并网发电，拓宽了输入电压范围。此外，由于电流型逆变器中直流大电感的存在，提供了自动的短路和过流保护能力；从开关管方面看，输出电容限制了dv/dt的值，加之具有的过流保护能力易于改善逆变器的可靠性。目前，电流型变换器主要应用在传统的电机传动系统中。主要采用的控制技术为梯形波脉宽调制，特定谐波消除法和空间脉宽调制SVPWM方法。其中，采用梯形波脉宽调制和特定谐波消除法，变换器的输出谐波主要有5、7、11、13和17次谐波。这些低次谐波很难被滤波电容和负载电感彻底消除，会对负载的运行造成有害影响，并造成谐波损耗。空间脉宽调制SVPWM方法的主要特点是较快的动态响应，并且可以利用高频载波技术消除输出电流中的低次谐波。但是空间脉宽调制SVPWM方法需要进行复杂的坐标变换，其数字控制系统的实现对数字微处理器的速度性能要求较高。而在三相并网永磁直驱变速风力发电系统中，控制器需要同时控制电机侧输出整流和并网侧逆变同步，即同时需要两路空间矢量脉宽调制SVPWM控制脉冲信号，因此，如果采用单颗数字信号处理器DSP来实现控制器则难度很大。此外，尽管目前市场上数字信号处理器DSP具有空间矢量脉宽调制SVPWM控制脉冲信号的功能。但是，这些空间矢量脉宽调制SVPWM控制脉冲信号的逻辑主要针对电压型变换器的，如为防止同一桥臂开关管直通而设置的死区控制。而对电流型变换器而言，由于其控制逻辑与电压型不同，如，零矢量的控制是靠同一桥臂开关管直通来实现的，因而针对电压型变换器的空间矢量脉宽调制SVPWM控制脉冲信号不能直接用于电流型变换器的主电路开关管的逻辑控制。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种基于双SVPWM电流型变换器的直驱风力发电系统控制方法及实现方案，以期采用单颗数字信号处理器DSP同时实现永磁同步发电机的变速控制和电网侧的同步并网控制。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明基于双SVPWM电流型变换器的直驱风力发电系统的结构特点是：

设置永磁同步发电机M1与风力机M2同轴相连，在所述永磁同步发电机M1的定子交流电流信号输出端串联由全控型功率开关管T11-T16和快恢复功率二极管D11-D16组成的三相电流型全控整流器、直流电感Ldc，以及由全控型功率开关管T21-T26和快恢复功率二极管D21-D26组成的三相电流型并网逆变器；以所述功率二极管D11-D16和功率二极管D21-D26分别使对应设置的全控型功率开关管T11-T16及全控型功率开关管T21-T26可反向阻断；所述三相电流型可控整流器中输出的直流电流I_dc经直流电感Ldc作为后续三相电流型并网逆变器输入信号，所述三相电流型并网逆变器输出信号i_ku、i_kv和i_kw经三相滤波器CL滤波后，以三相正弦波电流馈送至交流电网；

所述构成三相电流型全控整流器和三相电流型全控逆变器的全控型功率开关管T11-T16和全控型功率开关管T21-T26为全控器件，分别以PWM11-PWM16和PWM21-PWM26空间矢量脉宽调制信号SVPWM进行控制；