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发电并网逆变器及其控制方法

阅读:509发布:2020-05-08

专利汇可以提供发电并网逆变器及其控制方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 申请 提供了一种 风 力 发电并网逆变器及其控制方法,涉及 风力 发电技术领域。风力发电并网逆变器的控制方法包括:当检测到 刹车 指令时,控制逆变 电路 停止逆变;控制并网 开关 断开;控制卸荷电路进行卸荷;最后控制 电子 制动 开关闭合。本申请的风力发电并网逆变器结构简单、运行可靠,采用本申请的控制方法可以在风力发 电机 正常运行过程中有效地控制直流 母线 电压 ,以及在风力发电机满足刹车条件时可以快速、有效、安全地实现风力发电机刹车制动。,下面是发电并网逆变器及其控制方法专利的具体信息内容。

1.一种发电并网逆变器的控制方法,其特征在于,所述方法应用于风力发电并网逆变器的控制部件中,所述风力发电并网逆变器还包括:电子制动开关、三相桥式半控整流电路、卸荷电路、逆变电路和并网开关,所述电子制动开关连接于风力发电机输出端与所述三相桥式半控整流电路输入端之间,所述三相桥式半控整流电路的输出端连接所述卸荷电路的输入端,所述卸荷电路的输出端连接直流母线,所述直流母线与所述逆变电路的直流侧连接,所述逆变电路的交流侧通过所述并网开关与电网连接,所述控制部件分别与所述电子制动开关、三相桥式半控整流电路、所述卸荷电路、所述逆变电路和所述并网开关连接,所述风力发电并网逆变器的控制包括以下步骤:
步骤S1、当检测到刹车指令时,控制所述逆变电路停止逆变;
步骤S2、控制所述并网开关断开;
步骤S3、控制所述卸荷电路进行卸荷;
步骤S4、控制所述电子制动开关闭合。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述步骤S2之前,所述方法还包括:
判断所述逆变电路停止逆变后的时长是否达到第一预设时长;
若达到第一预设时长,则执行所述步骤S2。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤S3包括:
控制所述卸荷电路中功率开关器件的占空比从零开始按照预设的第一步长增大至
100%。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤S3之后,还包括:
控制所述三相桥式半控整流电路中的功率开关器件导通,同时,对风力发电机的输出电流进行限流控制。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述控制所述三相桥式半控整流电路中的功率开关器件导通,包括:
控制所述三相桥式半控整流电路中功率开关器件的占空比从零开始按照预设的第二步长增大至100%。
6.根据权利要求4或5所述的方法,其特征在于,所述对风力发电机的输出电流进行限流控制包括:
当判断风力发电机的输出电流超过预设的限制电流值时,根据预设的第三步长减小所述三相桥式半控整流电路中功率开关器件的占空比,以限制风力发电机输出电流继续增加。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
在对风力发电机的输出电流进行限流控制过程中,所述风力发电机的输出电流在第二预设时长内持续超过预设的限制电流值时,则控制电子制动开关闭合。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
采样风力发电机的转速,当风力发电机的转速大于预设的风力发电机切入转速且小于预设的最大转速阈值时,控制所述三相桥式半控整流电路根据转速-功率曲线表对所述风力发电机的输出进行最大功率跟踪
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
在控制所述三相桥式半控整流电路对所述风力发电机的输出进行最大功率跟踪控制的过程中,当检测到所述直流母线电压高于预设的并网开关导通电压时,控制所述并网开关导通,并在检测到所述直流母线电压高于预设的并网电压时,控制所述逆变电路进行逆变输出。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述控制所述逆变电路进行逆变输出,包括以下步骤:
对所述逆变电路的输出电流进行克拉克Clarke变换,得到所述逆变电路的输出电流在αβ两相静止坐标系下的α轴电流分量igα和β轴电流分量igβ;
对所述α轴电流分量igα和所述β轴电流分量igβ进行派克Park变换,得到所述α轴电流分量igα和所述β轴电流分量igβ在dq两相旋转坐标系下的无功电流igd和有功电流igq;
将所述直流母线电压与预设的参考电压的差值进行比例积分运算,得到有功电流指令值i*gq;
*
对所述无功电流igd与预设的无功电流指令值igd的差值进行比例积分运算,得到第一电压指令值u*sd;
对所述有功电流igq与所述有功电流指令值i*gq的差值进行比例积分运算,得到第二电压指令值u*sq;
* *
对所述第一电压指令值usd和所述第二电压指令值usq进行Park反变换,得到第一控制量u*sα和第二控制量u*sβ;
根据所述第一控制量u*sα和所述第二控制量u*sβ进行空间矢量脉宽调制SVPWM,生成用于控制所述逆变电路中功率开关器件通断的驱动信号
11.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
当检测到所述直流母线电压在第三预设时长内持续小于所述并网电压且所述风力发电并网逆变器的并网功率小于预设的最小并网功率,或检测到所述电网异常时,控制所述逆变电路停止逆变输出,其中,所述并网功率为所述风力发电机的输出功率与所述卸荷电路消耗的功率的差值。
12.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述风力发电并网逆变器还包括手动制动开关,所述手动制动开关设置于所述风力发电机输出端与所述电子制动开关之间,用于在所述电子制动开关故障或检修时人工制动。
13.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:当检测到所述直流母线电压高于预设的卸荷电压时,控制所述卸荷电路进行卸荷,以抑制所述直流母线电压的上升;具体包括以下步骤:
根据以下公式确定初始占空比:
其中,D1为初始占空比,U3为预设的卸荷电压,U4为预设的完全卸荷电压,Udc为直流母线电压,预设的完全卸荷电压U4大于预设的卸荷电压U3;
将所述卸荷电路中功率开关器件的占空比调节至所述初始占空比;
控制所述卸荷电路中功率开关器件的占空比从所述初始占空比开始按照预设的第四步长增大至100%。
14.根据权利要求13所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:当卸荷电路的卸荷占空比达到100%完全卸荷状态时,若直流母线电压仍然呈上升趋势并达到预设的最大电压阈值,则控制三相桥式半控整流电路中的功率开关器件的占空比从零开始按照预设的第五步长增大,同时,对风力发电机的输出电流进行限流控制;实时检测直流母线电压,若直流母线电压仍然呈上升趋势达到预设的刹车条件时,则执行刹车动作,若直流母线电压下降至预设的最大电压阈值或以下时,则断开三相桥式半控整流电路中的功率开关器件。
15.一种风力发电并网逆变器,其特征在于,所述风力发电并网逆变器包括用于执行权利要求1-14中任一项方法的控制部件,所述风力发电并网逆变器还包括电子制动开关、三相桥式半控整流电路、卸荷电路、逆变电路和并网开关,所述电子制动开关连接于风力发电机输出端与所述三相桥式半控整流电路输入端之间,所述三相桥式半控整流电路的输出端连接所述卸荷电路的输入端,所述卸荷电路的输出端连接直流母线,所述直流母线与所述逆变电路的直流侧连接,所述逆变电路的交流侧通过并网开关与电网连接,所述控制部件分别与所述电子制动开关、所述三相桥式半控整流电路、所述卸荷电路、所述逆变电路和所述并网开关连接。
16.根据权利要求15所述的风力发电并网逆变器,所述三相桥式半控整流电路与所述卸荷电路集成封装于同一IGBT模,所述逆变电路采用IPM模块。

说明书全文

发电并网逆变器及其控制方法

技术领域

[0001] 本申请涉及风力发电技术领域,特别是涉及一种风力发电并网逆变器及其控制方法。

背景技术

[0002] 目前,风力发电并网逆变器通常包括整流电路、卸荷电路、升压电路和逆变电路。风力发电并网逆变器与风力发电机以及电网构成风力发电并网系统。风力发电机的三相交流输出端与整流电路的输入端连接,整流电路的输出端通过卸荷电路与升压电路的输入端连接,升压电路的输出端与逆变电路的直流侧连接、逆变电路的交流侧与电网连接。
[0003] 为了保证直流母线电压低于预设阈值,以防止电压过高烧毁逆变器,现有技术中通常利用卸荷电路进行卸荷,以抑制直流母线电压的上升,保证直流母线电压低于预设阈值。然而,在风速迅速增大的情况下,直流母线电压也会迅速增大,利用卸荷电路进行卸荷不足以抑制直流母线电压的上升,导致直流母线电压过高。并网运行过程中,当风力发电机需要刹车时,如果直接卸荷进行刹车制动的话,电网能量会向逆变器倒灌,消耗电网能量;现有制动方法不能保证风力发电机安全有效地制动,容易烧毁风力发电机。
发明内容
[0004] 本申请的目的在于提供一种结构简单、运行可靠的风力发电并网逆变器及其控制方法,可以防止风力发电机刹车制动时电网能量倒灌至逆变器,快速、有效、安全地实现风力发电机刹车制动。
[0005] 具体技术方案如下:
[0006] 第一方面,提供了一种风力发电并网逆变器的控制方法,所述方法应用于风力发电并网逆变器的控制部件中,所述风力发电并网逆变器还包括:电子制动开关、三相桥式半控整流电路、卸荷电路、逆变电路和并网开关,所述电子制动开关连接于风力发电机输出端与所述三相桥式半控整流电路输入端之间,所述三相桥式半控整流电路的输出端连接所述卸荷电路的输入端,所述卸荷电路的输出端连接直流母线,所述直流母线与所述逆变电路的直流侧连接,所述逆变电路的交流侧通过所述并网开关与电网连接,所述控制部件分别与所述电子制动开关、三相桥式半控整流电路、所述卸荷电路、所述逆变电路和所述并网开关连接,所述风力发电并网逆变器的控制包括以下步骤:步骤S1、当检测到刹车指令时,控制所述逆变电路停止逆变;步骤S2、控制所述并网开关断开;步骤S3、控制所述卸荷电路进行卸荷;步骤S4、控制所述电子制动开关闭合。
[0007] 可选的,在所述步骤S2之前,所述方法还包括:判断所述逆变电路停止逆变后的时长是否达到第一预设时长;若达到第一预设时长,则执行所述步骤S2。
[0008] 可选的,所述步骤S3包括:控制所述卸荷电路中功率开关器件的占空比从零开始按照预设的第一步长增大至100%。
[0009] 可选的,所述步骤S3之后,还包括:控制所述三相桥式半控整流电路中的功率开关器件导通,同时,对风力发电机的输出电流进行限流控制。
[0010] 可选的,所述控制所述三相桥式半控整流电路中的功率开关器件导通包括:控制所述三相桥式半控整流电路中功率开关器件的占空比从零开始按照预设的第二步长增大至100%。
[0011] 可选的,所述对风力发电机的输出电流进行限流控制包括以下步骤:当判断风力发电机的输出电流超过预设的限制电流值时,根据预设的第三步长减小所述三相桥式半控整流电路中功率开关器件的占空比,以限制风力发电机输出电流继续增加。
[0012] 可选的,所述风力发电并网逆变器的控制方法还包括:在对风力发电机的输出电流进行限流控制过程中,所述风力发电机的输出电流在第二预设时长内持续超过预设的限制电流值时,则控制电子制动开关闭合。
[0013] 可选的,所述风力发电并网逆变器的控制方法还包括:采样风力发电机的转速,当风力发电机的转速大于预设的风力发电机切入转速且小于预设的最大转速阈值时,控制所述三相桥式半控整流电路根据转速-功率曲线表对所述风力发电机的输出进行最大功率跟踪
[0014] 可选的,所述风力发电并网逆变器的控制方法还包括:在控制所述三相桥式半控整流电路对所述风力发电机的输出进行最大功率跟踪控制的过程中,当检测到所述直流母线电压高于预设的并网开关导通电压时,控制所述并网开关导通,并在检测到所述直流母线电压高于预设的并网电压时,控制所述逆变电路进行逆变输出。
[0015] 可选的,控制所述逆变电路进行逆变输出,包括以下步骤:对所述逆变电路的输出电流进行克拉克Clarke变换,得到所述逆变电路的输出电流在αβ两相静止坐标系下的α轴电流分量igα和β轴电流分量igβ;对所述α轴电流分量igα和所述β轴电流分量igβ进行派克Park变换,得到所述α轴电流分量igα和所述β轴电流分量igβ在dq两相旋转坐标系下的无功电流igd和有功电流igq;将所述直流母线电压与预设的参考电压的差值进行比例积分运算,得到有功电流指令值i*gq;对所述无功电流igd与预设的无功电流指令值i*gd的差值进行比例积分运算,得到第一电压指令值u*sd;对所述有功电流igq与所述有功电流指令值i*gq的差值进行比例积分运算,得到第二电压指令值u*sq;对所述第一电压指令值u*sd和所述第二电压指令值u*sq进行Park反变换,得到第一控制量u*sα和第二控制量u*sβ;根据所述第一控制量u*sα和所述第二控制量u*sβ进行空间矢量脉宽调制SVPWM,生成用于控制所述逆变电路中功率开关器件通断的驱动信号
[0016] 可选的,所述风力发电并网逆变器的控制方法还包括:当检测到所述直流母线电压在第三预设时长内持续小于所述并网电压且所述风力发电并网逆变器的并网功率小于预设的最小并网功率,或检测到所述电网异常时,控制所述逆变电路停止逆变输出,其中,所述并网功率为所述风力发电机的输出功率与所述卸荷电路消耗的功率的差值。
[0017] 可选的,所述风力发电并网逆变器还包括手动制动开关,所述手动制动开关设置于所述风力发电机输出端与所述电子制动开关之间,用于在所述电子制动开关故障或检修时人工制动。
[0018] 可选的,所述风力发电并网逆变器的控制方法还包括:当检测到所述直流母线电压高于预设的卸荷电压时,控制所述卸荷电路进行卸荷,以抑制所述直流母线电压的上升;具体包括以下步骤:根据以下公式确定初始占空比:
[0019]
[0020] 其中,D1为初始占空比,U3为预设的卸荷电压,U4为预设的完全卸荷电压,Udc为直流母线电压,预设的完全卸荷电压U4大于预设的卸荷电压U3;将所述卸荷电路中功率开关器件的占空比调节至所述初始占空比;控制所述卸荷电路中功率开关器件的占空比从所述初始占空比开始按照预设的第四步长增大至100%。
[0021] 可选的,所述风力发电并网逆变器的控制方法还包括:当卸荷电路的卸荷占空比达到100%完全卸荷状态时,若直流母线电压仍然呈上升趋势并达到预设的最大电压阈值,则控制三相桥式半控整流电路中的功率开关器件的占空比从零开始按照预设的第五步长增大,同时,对风力发电机的输出电流进行限流控制;实时检测直流母线电压,若直流母线电压仍然呈上升趋势达到预设的刹车条件时,则执行刹车动作,若直流母线电压下降至预设的最大电压阈值或以下时,则断开三相桥式半控整流电路中的功率开关器件。
[0022] 另一方面,本申请还提供一种风力发电并网逆变器,所述风力发电并网逆变器包括用于执行上述任一项方法的控制部件,所述风力发电并网逆变器还包括电子制动开关、三相桥式半控整流电路、卸荷电路、逆变电路和并网开关,所述电子制动开关连接于风力发电机输出端与所述三相桥式半控整流电路输入端之间,所述三相桥式半控整流电路的输出端连接所述卸荷电路的输入端,所述卸荷电路的输出端连接直流母线,所述直流母线与所述逆变电路的直流侧连接,所述逆变电路的交流侧通过并网开关与电网连接,所述控制部件分别与所述电子制动开关、所述三相桥式半控整流电路、所述卸荷电路、所述逆变电路和所述并网开关连接。
[0023] 可选的,所述三相桥式半控整流电路与所述卸荷电路集成封装于同一IGBT模,所述逆变电路采用IPM模块。
[0024] 本申请中,当检测到刹车指令时,首先封逆变电路功率开关器件的驱动信号,停止逆变输出,然后断开并网开关,可以防止电网能量向卸荷电路倒灌,消耗电网能量。控制卸荷电路进行卸荷,直至完全卸荷(卸荷电阻完全接入),之后控制三相桥式半控整流桥下桥臂的功率开关器件导通,同时,对风力发电机的输出电流进行限流控制,防止电流过大烧毁风力发电机;最后控制电子制动开关闭合,使得风力发电机刹车制动。本申请提供的风力发电并网逆变器结构简单、运行可靠;在风力发电并网逆变器在制动过程中,通过卸荷电路与三相桥式半控整流桥配合实现逐步卸荷并最终达到安全制动的目的。
[0025] 当然,实施本申请的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。附图说明
[0026] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027] 图1为本申请实施例提供的一种风力发电并网逆变器系统拓扑结构框图
[0028] 图2为本申请实施例提供的一种风力发电并网逆变器系统拓扑结构示意图;
[0029] 图3为本申请实施例提供的一种风力发电并网逆变器的控制方法流程图
[0030] 图4为本申请实施例提供的一种风力发电并网逆变器卸荷控制方法流程图;
[0031] 图5为本申请实施例提供的一种风力发电并网逆变器逆变控制流程图。

具体实施方式

[0032] 下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
[0033] 本申请实施例提供了一种风力发电并网逆变器的控制方法,应用于风力发电并网逆变器的控制部件中,参见图1,该风力发电并网逆变器还包括:电子制动开关、三相桥式半控整流电路、卸荷电路、逆变电路和并网开关,三相桥式半控整流电路的输入端连接风力发电机的三相交流输出端,三相桥式半控整流电路的输出端连接卸荷电路的输入端,卸荷电路的输出端连接直流母线,直流母线与逆变电路的直流侧连接,逆变电路的交流侧通过并网开关与电网连接,风力发电机输出端与三相桥式半控整流电路之间设有电子制动开关,控制部件分别与三相桥式半控整流电路、卸荷电路、逆变电路、电子制动开关和并网开关连接。风力发电机可以将风能转换为电能,输出三相交流电;三相桥式半控整流电路可以对风力发电机输出的三相交流电进行整流,输出直流电;逆变电路可以对三相桥式半控整流电路输出的直流电进行逆变,向电网输出交流电。风力发电机、风力发电并网逆变器与电网构成了风力发电并网系统。
[0034] 参见图2,三相桥式半控整流电路由三个二极管D1、D2、D3和三个可控的开关器件V2、V3、V4组成,三个桥臂中每个桥臂包括一个二极管和一个可控的开关器件,为设计方便,本实施例给出的是下桥臂均为可控的开关器件。风力发电并网逆变器还可以包括机侧滤波器和网侧滤波器。机侧滤波器设置于三相桥式半控整流电路的输入端,用于对风力发电机输出的交流电进行滤波处理。三相桥式半控整流电路的输出端连接卸荷电路,卸荷电路由卸荷电阻R1和一个可控的功率开关管V1组成,卸荷电路的输出端与母线电容C1并联后连接逆变电路的输入端,逆变电路的输出端与网侧滤波器的一端连接,网侧逆变器用于对逆变电路输出的三相交流电进行滤波处理,网侧滤波器的另一端与并网开关的一端连接,并网开关的另一端与电网连接。
[0035] 风力发电并网逆变器还可以包括双路供电辅助开关电源,双路供电辅助开关电源的第一输入端与逆变电路的输入端连接,双路供电辅助开关电源的第二输入端与电网连接,双路辅助开关电源的输出端与控制部件连接。
[0036] 其中,双路供电辅助开关电源可以由电网向双路供电辅助开关电源供电,双路供电辅助开关电源可以将电网提供的电能转换成控制部件所需的电能,以向控制部件供电。或,双路供电辅助开关电源可以由逆变电路的输入端所连接的直流母线电压向双路供电辅助开关电源供电,双路供电辅助开关电源可以将直流母线电压转换成控制部件所需的电能,以向控制部件供电。
[0037] 双路供电辅助开关电源的具体工作过程如下:
[0038] 在电网没有电的情况下,当检测到直流母线电压低于双路供电辅助开关电源的工作电压时,双路供电辅助开关电源可以不将直流母线电压转换成控制部件所需的电能,也就是双路供电辅助开关电源没有向控制部件供电。当检测到直流母线电压达到双路供电辅助开关电源的工作电压时,双路供电辅助开关电源可以将直流母线电压转换成控制部件所需的电能,也就是双路供电辅助开关电源向控制部件供电。在电网有电的情况下,双路供电辅助开关电源可以由电网向双路供电辅助开关电源供电,双路供电辅助开关电源可以将电网提供的电能转换成控制部件所需的电能,以向控制部件供电,提高了系统进行通信与监控、实现能量调度的可靠性。
[0039] 下面将结合具体实施方式,对本申请实施例提供的一种风力发电并网逆变器的控制方法进行详细的说明,如图3所示,具体步骤如下:
[0040] S1、当检测到刹车指令时,控制逆变电路停止逆变,也即停止向逆变电路的功率开关器件输出驱动信号。
[0041] 需要注意的是,刹车指令为风力发电机的输出电流超过预设的刹车电流值时触发的刹车指令,或风力发电机的转速超过预设的刹车转速时触发的刹车指令,或风力发电机的输出电压超过预设的过压点时触发的刹车指令,或人为按下手动刹车按键时触发的刹车指令。
[0042] S2、控制并网开关断开。
[0043] 控制并网开关断开可以防止电网能量向卸荷电路倒灌,消耗电网能量。可选的,在控制并网开关断开之前,控制部件还判断逆变电路停止逆变后的时长是否达到第一预设时长;若达到第一预设时长,则执行控制并网开关断开的步骤。这里,等待第一预设时长使得在控制并网开关断开前网侧滤波器的输出电流已经接近于零,再控制并网开关断开操作将对系统没有影响,网侧滤波器输出电压也不会发生波动,可实现并网到离网过程的平滑切换。
[0044] S3、控制卸荷电路进行卸荷。
[0045] 可选的,控制卸荷电路进行卸荷的具体过程可以为:控制卸荷电路中功率开关器件的占空比从零开始按照预设的第一步长增大,直到占空比增大至100%,卸荷电阻始终完全接入电路。
[0046] S4、控制电子制动开关闭合,以锁定风力发电机。
[0047] 进一步地,为了在刹车制动过程中减小电流对风力发电机的冲击,可选的,在步骤S3之后,还包括控制三相桥式半控整流电路中的功率开关器件导通,同时,对风力发电机的输出电流进行限流控制的步骤。控制三相桥式半控整流电路中的功率开关器件导通具体过程可以为:控制三相桥式半控整流电路中功率开关器件的占空比从零开始按照预设的第二步长增大至100%。
[0048] 由于三相桥式半控整流电路中的功率开关器件逐渐导通过程中,风力发电机输出电流会逐渐增加,功率开关器件完全导通时,也即风力发电机三相输出端短路,所以,在此过程中,必须对风力发电机的输出电流进行监控,防止过电流损坏风力发电机。
[0049] 本申请实施例提供的一种对风力发电机的输出电流进行限流控制包括:判断风力发电机的输出电流是否超过预设的限制电流值时,若是,则根据预设的第三步长减小三相桥式半控整流电路中功率开关器件的占空比,以限制风力发电机输出电流继续增加。
[0050] 可选的,在对风力发电机的输出电流进行限流控制过程中,若风力发电机的输出电流在第二预设时长内持续超过预设的限制电流值时,则立即控制电子制动开关闭合。
[0051] 需要说明的是,上述风力发电机刹车制动的过程是在刹车条件下触发的,例如刹车指令可以为风力发电机的输出电流超过预设的刹车电流值,或风力发电机的转速超过预设的刹车转速,或风力发电机的输出电压超过预设的过压点,或人为按下手动刹车按键。
[0052] 请参考图4,本申请的风力发电并网逆变器的控制方法还包括单独的卸荷控制,风力发电并网逆变器处于运行时,控制部件实时检测直流母线电压(电容C1两端的电压Udc)。当风速较大时,检测到直流母线电压高于预设的卸荷电压时(卸荷条件成立),控制部件控制卸荷电路进行卸荷,以抑制直流母线电压的上升,防止直流母线电压过高。
[0053] 本申请实施例中,控制部件可以通过调节卸荷电路中功率开关器件的占空比进行卸荷,具体过程可以为:
[0054] S01、根据预设的占空比计算公式确定初始占空比,占空比计算公式如下:
[0055]
[0056] 其中,D1为初始占空比,U3为预设的卸荷电压,U4为预设的完全卸荷电压,Udc为直流母线电压。
[0057] S02、将卸荷电路中功率开关器件的占空比调节至初始占空比。
[0058] S03、控制卸荷电路中功率开关器件的占空比从初始占空比开始按照预设的第四步长增大至100%。
[0059] S04、当卸荷电阻完全接入的情况下,如果风速继续增大,直流母线电压还会迅速增大,利用卸荷电路卸荷不足以抑制直流母线电压的上升,导致直流母线电压继续升高至预设的最大电压阈值时,此时,控制部件控制逆变电路停止逆变输出,并控制三相桥式半控整流电路中的功率开关器件的占空比从零开始按照预设的第五步长增大,以抑制直流母线电压上升。
[0060] 该过程中同时对风力发电机的输出电流进行限流控制;实时检测直流母线电压,若直流母线电压仍然呈上升趋势达到预设的刹车条件时,则执行刹车动作,若直流母线电压下降至预设的最大电压阈值或以下时,则断开三相桥式半控整流电路中的功率开关器件。
[0061] 值得一提的是,在刹车过程中,控制部件比较当前刹车时的卸荷占空比与刹车之前单独卸荷过程中的卸荷占空比的大小,选择其中较大的占空比进行卸荷控制,这样更利于快速刹车。
[0062] 可选的,在控制卸荷电路进行卸荷过程中,控制部件还可以判断卸荷电路是否异常,判定卸荷电路异常后,控制部件可以输出报警信息。
[0063] 可选的,本申请的风力发电并网逆变器还包括手动制动开关,手动制动开关设置于风力发电机输出端与电子制动开关之间,用于在电子制动开关故障或检修时人工制动。
[0064] 本申请通过控制卸荷电路卸荷结合控制三相桥式半控整流电路中功率开关器件导通来抑制直流母线电压上升,可以有效的抑制直流母线电压的上升,防止直流母线电压过高。在刹车过程中,也是通过控制卸荷电路卸荷与三相桥式半控整流电路中开关器件导通相结合来实现快速、有效、安全的刹车制动。
[0065] 可选的,控制部件还可以对风力发电机的输出进行最大功率跟踪控制,具体过程可以包括以下步骤:
[0066] 利用检测装置采样风力发电机的转速;
[0067] 当判断风力发电机的转速大于预设的风力发电机切入转速且小于预设的最大转速阈值时,结合风力发电机当前的转速值,通过查找风力发电机的转速-功率曲线表获得风力发电机输出相电流参考值或输出功率参考值;
[0068] 然后根据风力发电机输出相电流参考值或输出功率参考值对风力发电机的输出进行偏差调节控制。
[0069] 所述偏差调节控制也即将风力发电机输出相电流与风力发电机输出相电流参考值作差得到电流误差值,将电流误差值进行偏差调节,例如比例积分调节(Proportional Integral Control,PI)或比例积分微分调节(Proportional Integral Differential Control,PID),从而获取控制风力发电机三相桥式半控整流电路的PWM控制信号;或将风力发电机输出功率与风力发电机功率参考值作差得到功率误差值,将功率误差值进行偏差调节,获取用于控制三相桥式半控整流电路的控制信号。
[0070] 需要注意的是,风力发电机功率曲线的表示形式有多种,例如可以表示为风力发电机转速与输出功率的关系、风力发电机输出电压与输出功率的关系、风力发电机输出电流与输出电压的关系或者风力发电机的转速与输出电流的关系等,各种功率曲线之间可以互相切换。
[0071] 可选的,控制部件还可以进行并网控制,具体过程可以为:在控制三相桥式半控整流电路对风力发电机的输出进行最大功率跟踪控制的过程中,当检测到直流母线电压高于预设的并网开关导通电压时,控制并网开关导通;当检测到直流母线电压高于预设的并网电压时,控制逆变电路进行逆变输出。
[0072] 参见图5,控制逆变电路进行逆变输出的具体过程可以为:
[0073] 对逆变电路的输出电流进行克拉克Clarke变换,得到逆变电路的输出电流在αβ两相静止坐标系下的α轴电流分量igα和β轴电流分量igβ;其中,对逆变电路的输出电流进行克拉克Clarke变换,需要获取电网电压的相位,作为示例,电网电压的相位θ可以通过PLL(PhaseLockedLoop,锁相环)检测得到;
[0074] 对α轴电流分量igα和β轴电流分量igβ进行派克Park变换,得到α轴电流分量igα和β轴电流分量igβ在dq两相旋转坐标系下的无功电流igd和有功电流igq;
[0075] 将直流母线电压与预设的参考电压的差值进行比例积分PI运算,得到有功电流指令值i*gq;
[0076] 对无功电流igd与预设的无功电流指令值i*gd的差值进行PI运算,得到第一电压指令值u*sd;
[0077] 对有功电流igq与有功电流指令值i*gq的差值进行PI运算,得到第二电压指令值u*sq;
[0078] 对第一电压指令值u*sd和第二电压指令值u*sq进行Park反变换,得到第一控制量u*sα和第二控制量u*sβ;
[0079] 根据第一控制量u*sα和第二控制量u*sβ进行空间矢量脉宽调制SVPWM,生成用于控制逆变电路中功率开关器件通断的驱动信号。
[0080] 其中,通过调节预设的无功电流指令值i*gd,可以调节风力发电并网逆变器运行的功率因数,例如,预设的无功电流指令值i*gd为0时,可以实现风力发电并网逆变器的单位功率因数运行。
[0081] 可选的,控制部件在检测到并网切出指令时,可以控制逆变电路停止逆变输出,具体过程可以为:当检测到在第三预设时长内直流母线电压小于并网电压且风力发电并网逆变器的并网功率小于预设的最小并网功率,或检测到电网异常时,控制逆变电路停止逆变输出。
[0082] 基于相同的技术构思,本申请还提供一种风力发电并网逆变器,风力发电并网逆变器包括用于执行上述任一项方法的控制部件,风力发电并网逆变器还包括电子制动开关、三相桥式半控整流电路、卸荷电路、逆变电路和并网开关,三相桥式半控整流电路的输入端连接风力发电机的三相输出端,三相桥式半控整流电路的输出端连接卸荷电路的输入端,卸荷电路的输出端连接直流母线,直流母线与逆变电路的直流侧连接,逆变电路的交流侧通过并网开关与电网连接,三相桥式半控整流电路与风力发电机输出端之间设有电子制动开关,控制部件分别与电子制动开关、三相桥式半控整流电路、卸荷电路、逆变电路和并网开关连接。
[0083] 可选的,三相桥式半控整流电路与卸荷电路集成封装于同一IGBT(Insulated Gate  Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)模块,逆变电路采用IPM模块(Intelligent Power Module,智能功率模块)。
[0084] 需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0085] 本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其,对于装置、系统而言,由于其基本相似于方法实施例,所以描述的比较简单,相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0086] 以上所述仅为本申请的较佳实施例而已,并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均包含在本申请的保护范围内。
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