1.一种应用于风电并网的电流型多电平变流系统,其特征在于该系统由主电路和控制电路组成,其中主电路的组成包括:
整流电路:由低价位的二极管组成不可控整流桥,将风力发电机发出的交流电转换为直流电,这样原则上不需要位置或转速传感器,从而简化结构、降低了成本;
逆变电路:将直流电转换成交流电,经过并网变压器并网;
滤波器:包括交流侧滤波器和直流侧滤波器;直流侧滤波器用于滤除直流侧电流纹波,同时还要保证系统有较快的动态响应速度;交流侧滤波器,用于滤除逆变电路输出波形的高次谐波,使并网电流为标准正弦波;
整流电路的输出端经过滤波器后接入逆变电路的输入端,逆变电路的输出端经过滤波器后与电网并联;
控制电路包括:
DSP和FPGA搭建的控制系统:DSP芯片主要负责完成信号检测、占空比数据的计算,并将计算所得到的各相占空比数据通过数据总线传送到FPGA的数据锁存器中;FPGA芯片主要完成的功能包括:第一,采用计数器来产生多列相移载波;第二,将数据锁存器中的占空比数据与相移载波发生器相比较来产生多路二逻辑PWM信号;第三,完成二逻辑PWM信号到三逻辑PWM信号的转换以及短路脉冲的分配;当“复位”信号有效时,整个系统初始化;“使能”信号用于当系统发生故障时完全封锁所有PWM输出;
控制电路的输出信号与组成逆变电路的三组开关管相连接,对其起到控制作用。
2.根据权利要求1所说的电流型多电平变流系统,其特征在于该类变流系统主电路的逆变电路是由三个三相六开关变流系统模块和四个分流电感组成;该结构的特点是:三个变流系统模块的交流侧是直接并联的,不通过变压器;各变流系统模块的直流侧是通过分流电感连接起来;分流电感的存在将直流侧总电流分成不同电流等级,为主变流系统输出正弦电压提供了前提。
3.根据权利1所说的电流型多电平变流系统,其特征在于所述的调制技术指三相变流系统逆变电路的脉宽调制方式采用一种三逻辑间接PWM调制方法设计,该方法采用一些简单的“异或”“与”逻辑运算,实现了从二逻辑PWM信号的产生到三相电流型变流系统开关驱动信号生成的全数字化技术,为三相电流型多电平变流系统数字控制系统的设计提供了基础。
4.根据权利要求1所说的电流型多电平变流系统,其特征在于控制电路采取增加负载电流前馈的双闭环控制策略,解决了系统开环幅值增益尖峰和快速性之间的矛盾,使得系统即便采用较小的回路增益,仍可具有较快的动态响应和较好的稳态性能;采用负载电流前馈控制后的系统控制原理,GF(S)为前馈控制传递函数;前馈控制GF(S)的输出与外环直流电压调节器Gvc(S)的输出之和作为内环电流的峰值给定;只要前馈控制传递函数GF(S)的参数选择得当,不但可以保持系统稳定,而且可以抑制低频强扰动,有效改善系统的动态性能。
5.根据权利要求1所说的电流型多电平变流系统,其特征在于应用了现场可编程逻辑门阵列芯片FPGA(Field Programmable Gate Array),FPGA用于逻辑运算以及多路三逻辑PWM脉冲的发生。当复位信号有效时,整个系统初始化;使能信号用于当系统发生故障时完全封锁所有PWM输出。FPGA主要包括相移载波发生器、数据锁存、三个二逻辑PWM信号发生器以及三个三逻辑PWM信号发生器。
6.根据权利要求1所说的电流型多电平变流系统,其特征在于当三相电流型多电平变流系统恒流输出时,三相电流型多电平变流流系统的直流侧等效电路可以看作是N个单模块逆变电路直流侧等效电路的并联,其直流侧分流电感主要用于滤除直流侧电流纹波,同时还要保证系统有较快的动态响应速度。
7.根据权利要求1所说的电流型多电平变流系统,其特征在于交流侧滤波器采用LC滤波器,主要用于滤除交流侧电流中的高次谐波,并保持一定的基波增益;LC滤波器数学模型为:式中,ep(t)、ip(t)、Ucp(t)、ipt(t)分别为三相电流型多电平整流系统网侧电压、网侧电流、交流侧电容电压以及交流侧电流;p=a,b,c;L、C、R分别为交流侧LC滤波器的电感电容参数以及电感的等效内阻。