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一种三相PWM整流器的控制方法及装置

阅读:2发布:2020-10-22

专利汇可以提供一种三相PWM整流器的控制方法及装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 申请 提供了一种三相PWM 整流器 的控制方法及装置,涉及电 力 技术领域。该方法包括:将 风 力发 电机 的输出三相 电压 分别变换到α‑β两相静止 坐标系 下的α轴电压分量ugα和β轴电压分量ugβ,及α*‑β*两相静止坐标系下的α*轴电压分量u*gα和β*轴电压分量u*gβ;确定调节系数kcm;根据kcm和u*gα,确定第一电压分量,并根据kcm和u*gβ,确定第二电压分量;将ugα与第一电压分量之和作为第一控制量,ugβ与第二电压分量之和作为第二控制量;根据第一控制量和第二控制量,生成用于控制三相PWM整流器各相桥臂功率 开关 器件通断的脉冲 信号 。采用本申请可以提高控制三相PWM整流器时的响应速度。,下面是一种三相PWM整流器的控制方法及装置专利的具体信息内容。

1.一种三相PWM整流器的控制方法,其特征在于,所述方法应用于发电系统中的控制部件,所述风力发电系统还包括风力发电机、三相PWM整流器、直流母线电容,所述三相PWM整流器的交流侧与所述风力发电机连接,所述三相PWM整流器的直流侧与所述直流母线电容连接,所述方法包括:
将所述风力发电机的输出三相电压变换到α-β两相静止坐标系下的α轴电压分量ugα和β轴电压分量ugβ;
将所述风力发电机的输出三相电压变换到α*-β*两相静止坐标系下的α*轴电压分量* *
ugα和β*轴电压分量ugβ,所述α*-β*两相静止坐标系为超前所述α-β两相静止坐标系90度的两相静止坐标系;
对所述三相PWM整流器的直流侧输出功率与所述风力发电机的最大输出功率的差值进行PI运算,并将运算结果进行限幅处理,得到调节系数kcm;
*
根据所述调节系数kcm和所述α*轴电压分量ugα,确定第一电压分量,并根据所述调节系数kcm和所述β*轴电压分量u*gβ,确定第二电压分量;
计算所述α轴电压分量ugα与所述第一电压分量之和,作为第一控制量,并计算所述β轴电压分量ugβ与所述第二电压分量之和,作为第二控制量;
根据所述第一控制量和所述第二控制量进行空间矢量脉宽调制SVPWM,生成用于控制所述三相PWM整流器各相桥臂功率开关器件通断的脉冲信号
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述调节系数kcm和所述α*轴电压分量u*gα,确定第一电压分量,并根据所述调节系数kcm和所述β*轴电压分量u*gβ,确定第二电压分量,包括:
计算所述调节系数与所述α*轴电压分量u*gα的乘积,作为第一电压分量;
计算所述调节系数与所述β*轴电压分量u*gβ的乘积,作为第二电压分量。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述调节系数kcm和所述α*轴电压分量u*gα,确定第一电压分量,并根据所述调节系数kcm和所述β*轴电压分量u*gβ,确定第二电压分量,包括:
根据以下公式对所述α*轴电压分量和所述β*轴电压分量进行归一化处理:
(u*gα1)2+(u*gβ1)2=1
其中,u*gα为所述α*轴电压分量,u*gβ为所述β*轴电压分量,u*gα1为归一化后的α*轴电压分量,u*gβ1为归一化后的β*轴电压分量;
计算所述调节系数与归一化后的α*轴电压分量u*gα1的乘积,作为第一电压分量;
计算所述调节系数与归一化后的β*轴电压分量u*gβ1的乘积,作为第二电压分量。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
计算所述直流母线电容的电压与所述直流母线电容的电流的乘积;
采用低通滤波器LPF对计算的乘积进行滤波,得到所述三相PWM整流器的直流侧输出功率。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
获取所述风力发电机的转速;
根据预设的最大输出功率与转速的对应关系,确定所述风力发电机的转速对应的所述风力发电机的最大输出功率。
6.一种三相PWM整流器的控制装置,其特征在于,所述装置应用于风力发电系统中的控制部件,所述风力发电系统还包括风力发电机、三相PWM整流器、直流母线电容,所述三相PWM整流器的交流侧与所述风力发电机连接,所述三相PWM整流器的直流侧与所述直流母线电容连接,所述装置包括:
第一变换模,用于将所述风力发电机的输出三相电压变换到α-β两相静止坐标系下的α轴电压分量ugα和β轴电压分量ugβ;
第二变换模块,用于将所述风力发电机的输出三相电压变换到α*-β*两相静止坐标系下的α*轴电压分量u*gα和β*轴电压分量u*gβ,所述α*-β*两相静止坐标系为超前所述α-β两相静止坐标系90度的两相静止坐标系;
调节系数生成模块,用于对所述三相PWM整流器的直流侧输出功率与所述风力发电机的最大输出功率的差值进行PI运算,并采用限幅器对运算结果进行限幅处理,得到调节系数kcm;
*
第一确定模块,用于根据所述调节系数kcm和所述α*轴电压分量u gα,确定第一电压分量,并根据所述调节系数与所述β*轴电压分量u*gβ,确定第二电压分量;
控制量生成模块,用于计算所述α轴电压分量ugα与所述第一电压分量之和,作为第一控制量,并计算所述β轴电压分量ugβ与所述第二电压分量之和,作为第二控制量;
SVPWM模块,用于根据所述第一控制量和所述第二控制量进行空间矢量脉宽调制SVPWM,生成用于控制所述三相PWM整流器各相桥臂功率开关器件通断的脉冲信号。
7.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,所述第一确定模块,包括:
第一计算单元,用于计算所述调节系数与所述α*轴电压分量u*gα的乘积,作为第一电压分量;
第二计算单元,用于计算所述调节系数与所述β*轴电压分量u*gβ的乘积,作为第二电压分量。
8.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,所述第一确定模块,包括:
归一化单元,用于根据以下公式对所述α*轴电压分量和所述β*轴电压分量进行归一化处理:
(u*gα1)2+(u*gβ1)2=1
* * *
其中,ugα为所述α*轴电压分量,ugβ为所述β*轴电压分量,ugα1为归一化后的α*轴电压分量,u*gβ1为归一化后的β*轴电压分量;
第三计算单元,用于计算所述调节系数与归一化后的α*轴电压分量u*gα1的乘积,作为第一电压分量;
第四计算单元,用于计算所述调节系数与归一化后的β*轴电压分量u*gβ1的乘积,作为第二电压分量。
9.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,所述装置还包括:
低通滤波器LPF,用于对所述直流母线电容的电压与所述直流母线电容的电流的乘积进行滤波,得到所述三相PWM整流器的直流侧输出功率。
10.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,所述装置还包括最大功率确定模块;
所述最大功率确定模块,用于获取所述风力发电机的转速;根据预设的最大输出功率与转速的对应关系,确定所述风力发电机的转速对应的所述风力发电机的最大输出功率。

说明书全文

一种三相PWM整流器的控制方法及装置

技术领域

[0001] 本申请涉及电技术领域,特别是涉及一种三相PWM整流器的控制方法及装置。

背景技术

[0002] 目前,三相PWM(Pulse width modulation,脉冲宽度调制)整流器因具备交流侧电流正弦化且可单位功率因数运行等优点,已被广泛应用到力发电等领域。
[0003] 现有的三相PWM整流器的控制策略通常是带相环节的控制策略和无锁相环节的控制策略,而带锁相环节的控制策略通常是建立在两相同步旋转坐标系上,依靠锁相环实现与交流侧电压矢量同步。锁相环的检测准确性是影响风力电机组控制性能的关键因素,但是在三相PWM整流器交流侧电压发生畸变或频率发生突变时,锁相环将无法快速精确地检测电压同步信号,降低了风力发电机组的运行性能。另外,锁相环也增加了控制系统的复杂性,使得在控制三相PWM整流器时响应速度较低。此外,带锁相环节的控制策略中,三相 PWM整流器在两相旋转坐标系下的模型含有交叉耦合项,需要前馈解耦控制,进一步增加了控制算法结构的复杂性,使得在控制三相PWM整流器时响应速度较低。
[0004] 而无锁相环节的控制策略通常是建立在固定旋转频率的虚拟dq坐标系上,即进行Park(派克)变换后,在dq坐标系中进行dq轴分量的解耦控制,同样增加了控制算法的复杂性,使得在控制三相PWM整流器时响应速度较低。发明内容
[0005] 本申请实施例的目的在于提供一种三相PWM整流器的控制方法及装置,可以提高控制三相PWM整流器时的响应速度。具体技术方案如下:
[0006] 第一方面,提供了一种三相PWM整流器的控制方法,所述方法应用于风力发电系统中的控制部件,所述风力发电系统还包括风力发电机、三相PWM 整流器、直流母线电容,所述三相PWM整流器的交流侧与所述风力发电机连接,所述三相PWM整流器的直流侧与所述直流母线电容连接,所述方法包括:
[0007] 将所述风力发电机的输出三相电压变换到α-β两相静止坐标系下的α轴电压分量ugα和β轴电压分量ugβ;
[0008] 将所述风力发电机的输出三相电压变换到α*-β*两相静止坐标系下的α*轴电压分量u*gα和β*轴电压分量u*gβ,所述α*-β*两相静止坐标系为超前所述α-β两相静止坐标系90度的两相静止坐标系;
[0009] 对所述三相PWM整流器的直流侧输出功率与所述风力发电机的最大输出功率的差值进行PI运算,并将运算结果进行限幅处理,得到调节系数kcm;
[0010] 根据所述调节系数kcm和所述α*轴电压分量u*gα,确定第一电压分量,并根据所述调节系数kcm和所述β*轴电压分量u*gβ,确定第二电压分量;
[0011] 计算所述α轴电压分量ugα与所述第一电压分量之和,作为第一控制量,并计算所述β轴电压分量ugβ与所述第二电压分量之和,作为第二控制量;
[0012] 根据所述第一控制量和所述第二控制量进行空间矢量脉宽调制SVPWM,生成用于控制所述三相PWM整流器各相桥臂功率开关器件通断的脉冲信号。
[0013] 可选的,所述根据所述调节系数kcm和所述α*轴电压分量u*gα,确定第一电压分量,并根据所述调节系数kcm和所述β*轴电压分量u*gβ,确定第二电压分量,包括:
[0014] 计算所述调节系数与所述α*轴电压分量u*gα的乘积,作为第一电压分量;
[0015] 计算所述调节系数与所述β*轴电压分量u*gβ的乘积,作为第二电压分量。
[0016] 可选的,所述根据所述调节系数kcm和所述α*轴电压分量u*gα,确定第一电压分量,*并根据所述调节系数kcm和所述β*轴电压分量ugβ,确定第二电压分量,包括:
[0017] 根据以下公式对所述α*轴电压分量和所述β*轴电压分量进行归一化处理:
[0018] (u*gα1)2+(u*gβ1)2=1
[0019]
[0020] 其中,u*gα为所述α*轴电压分量,u*gβ为所述β*轴电压分量,u*gα1为归一化后的α*轴电压分量,u*gβ1为归一化后的β*轴电压分量;
[0021] 计算所述调节系数与归一化后的α*轴电压分量u*gα1的乘积,作为第一电压分量;
[0022] 计算所述调节系数与归一化后的β*轴电压分量u*gβ1的乘积,作为第二电压分量。
[0023] 可选的,所述方法还包括:
[0024] 计算所述直流母线电容的电压与所述直流母线电容的电流的乘积;
[0025] 采用低通滤波器LPF对计算的乘积进行滤波,得到所述三相PWM整流器的直流侧输出功率。
[0026] 可选的,所述方法还包括:
[0027] 获取所述风力发电机的转速;
[0028] 根据预设的最大输出功率与转速的对应关系,确定所述风力发电机的转速对应的所述风力发电机的最大输出功率。
[0029] 第二方面,提供了一种三相PWM整流器的控制装置,所述装置应用于风力发电系统中的控制部件,所述风力发电系统还包括风力发电机、三相PWM 整流器、直流母线电容,所述三相PWM整流器的交流侧与所述风力发电机连接,所述三相PWM整流器的直流侧与所述直流母线电容连接,所述装置包括:
[0030] 第一变换模,用于将所述风力发电机的输出三相电压变换到α-β两相静止坐标系下的α轴电压分量ugα和β轴电压分量ugβ;
[0031] 第二变换模块,用于将所述风力发电机的输出三相电压变换到α*-β*两相静止坐标系下的α*轴电压分量u*gα和β*轴电压分量u*gβ,所述α*-β*两相静止坐标系为超前所述α-β两相静止坐标系90度的两相静止坐标系;
[0032] 调节系数生成模块,用于对所述三相PWM整流器的直流侧输出功率与所述风力发电机的最大输出功率的差值进行PI运算,并采用限幅器对运算结果进行限幅处理,得到调节系数kcm;
[0033] 第一确定模块,用于根据所述调节系数kcm和所述α*轴电压分量u*gα,确定第一电压分量,并根据所述调节系数与所述β*轴电压分量u*gβ,确定第二电压分量;
[0034] 控制量生成模块,用于计算所述α轴电压分量ugα与所述第一电压分量之和,作为第一控制量,并计算所述β轴电压分量ugβ与所述第二电压分量之和,作为第二控制量;
[0035] SVPWM模块,用于根据所述第一控制量和所述第二控制量进行空间矢量脉宽调制SVPWM,生成用于控制所述三相PWM整流器各相桥臂功率开关器件通断的脉冲信号。
[0036] 可选的,所述第一确定模块,包括:
[0037] 第一计算单元,用于计算所述调节系数与所述α*轴电压分量u*gα的乘积,作为第一电压分量;
[0038] 第二计算单元,用于计算所述调节系数与所述β*轴电压分量u*gβ的乘积,作为第二电压分量。
[0039] 可选的,所述第一确定模块,包括:
[0040] 归一化单元,用于根据以下公式对所述α*轴电压分量和所述β*轴电压分量进行归一化处理:
[0041] (u*gα1)2+(u*gβ1)2=1
[0042]
[0043] 其中,u*gα为所述α*轴电压分量,u*gβ为所述β*轴电压分量,u*gα1为归一化后的α*轴电压分量,u*gβ1为归一化后的β*轴电压分量;
[0044] 第三计算单元,用于计算所述调节系数与归一化后的α*轴电压分量u*gα1的乘积,作为第一电压分量;
[0045] 第四计算单元,用于计算所述调节系数与归一化后的β*轴电压分量u*gβ1的乘积,作为第二电压分量。
[0046] 可选的,所述装置还包括:
[0047] 低通滤波器LPF,用于对所述直流母线电容的电压与所述直流母线电容的电流的乘积进行滤波,得到所述三相PWM整流器的直流侧输出功率。
[0048] 可选的,所述装置还包括最大功率确定模块;
[0049] 所述最大功率确定模块,用于获取所述风力发电机的转速;根据预设的最大输出功率与转速的对应关系,确定所述风力发电机的转速对应的所述风力发电机的最大输出功率。
[0050] 本申请实施例提供了一种三相PWM整流器的控制方法及装置,应用于风力发电系统中的控制部件,风力发电系统还包括风力发电机、三相PWM整流器、直流母线电容,三相PWM整流器的交流侧与风力发电机连接,三相PWM 整流器的直流侧与直流母线电容连接,可以将风力发电机的输出三相电压变换到α-β两相静止坐标系下的α轴电压分量ugα和β轴电压分量ugβ;将风力发电机的输出三相电压变换到α*-β*两相静止坐标系下的α*轴电压分量u*gα和β* 轴电压分量u*gβ,α*-β*两相静止坐标系为超前α-β两相静止坐标系90度的两相静止坐标系;对三相PWM整流器的直流侧输出功率与风力发电机的最大输出功率的差值进行PI运算,并将运算结果进行限幅处理,得到调节系数kcm;根据调节系数kcm和α*轴电压分量u*gα,确定第一电压分量,并根据调节系数 kcm和β*轴电压分量u*gβ,确定第二电压分量;计算α轴电压分量ugα与第一电压分量之和,作为第一控制量,并计算β轴电压分量ugβ与第二电压分量之和,作为第二控制量;根据第一控制量和第二控制量进行SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation,空间矢量脉宽调制),生成用于控制三相PWM整流器各相桥臂功率开关器件通断的脉冲信号。
[0051] 本申请建立在两相静止坐标系上对三相PWM整流器进行控制,没有建立在固定旋转频率的虚拟dq坐标系上,也无需进行Park坐标变换,另外本申请也无需锁相环,简化了控制算法的结构,提高了控制三相PWM整流器时的响应速度。并且本申请没有使用锁相环,省去了额外的硬件锁相元件或复杂的软件锁相程序,减少了锁相环节中复杂的三函数运算、坐标旋转变换、解耦控制等问题,避免了锁相环在风力发电机输出电压波形畸变或频率突变情况下无法准确、快速地跟踪电压同步信号造成锁相误差,进而影响风力发电系统运行性能的问题。
[0052] 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
[0053] 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。
[0054] 图1为本申请实施例提供的一种风力发电系统的结构示意图;
[0055] 图2为本申请实施例提供的一种三相PWM整流器的控制方法流程图
[0056] 图3a为本申请实施例提供的一种风力发电机的输出三相电压分别在α-β两相静止坐标系下和α*-β*两相静止坐标系下的电压分量示意图;
[0057] 图3b为本申请实施例提供的一种电压矢量uref1与电压矢量uref2的合成示意图;
[0058] 图3c为本申请实施例提供的电感电流if与风力发电机输出电压uo的相位关系示意图;
[0059] 图4为对本申请实施例提供的一种在风力发电机的输出电压发生畸变的情况下三相PWM整流器输出仿真波形图;
[0060] 图5为本申请实施例提供的一种三相PWM整流器的控制装置结构示意图;
[0061] 图6为本申请实施例提供的另一种三相PWM整流器的控制装置结构示意图;
[0062] 图7为本申请实施例提供的另一种三相PWM整流器的控制装置结构示意图。

具体实施方式

[0063] 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。
[0064] 本申请实施例提供了一种三相PWM整流器的控制方法,应用于风力发电系统中的控制部件。参见图1,图1为本申请实施例提供的一种风力发电系统的结构示意图,风力发电系统包括风力发电机、三相PWM整流器、直流母线电容C、电池、滤波电感L及其寄生电阻R。风力发电机通过滤波电感和寄生电阻R与三相PWM整流器的交流侧连接,三相PWM整流器的直流侧分别与直流母线电容C和蓄电池连接。其中,控制部件与三相PWM整流器连接,用于向三相PWM整流器输出脉冲信号,以控制三相PWM整流器。
[0065] 下面将结合具体实施方式,对本申请实施例提供的一种三相PWM整流器的控制方法进行详细的说明,如图2所示,具体步骤如下:
[0066] 步骤201,将风力发电机的输出三相电压变换到α-β两相静止坐标系下的α轴电压分量ugα和β轴电压分量ugβ。
[0067] 本申请实施例中,控制部件可以检测风力发电机的输出三相电压uga、ugb、 ugc,直流母线电容的电压Udc和直流母线电容的电流Idc,及风力发电机的转速ω。控制部件可以根据检测的参数进行处理,控制部件根据公式(1)对风力发电机的输出三相电压在α-β两相静止坐标系下进行Clarke(克拉克)变换,得到风力发电机的输出三相电压在α-β两相静止坐*标系下的α轴电压分量ugα和β轴电压分量ugβ。
[0068]
[0069] 风力发电系统在α-β两相静止坐标系下的数学模型如下方公式(2)所示:
[0070]
[0071] 其中,uga、ugb和ugc为风力发电机的输出三相电压,ugα和ugβ分别是风力发电机的输出三相电压在α-β两相静止坐标系下的α轴电压分量和β轴电压分量, igα和igβ分别是风力发电机的输出电流在α-β两相静止坐标系下的α轴电流分量和β轴电流分量,ucα和ucβ分别是三相PWM整流器输入电压在α-β两相静止坐标系下的α轴电压分量和β轴电压分量,L为滤波电感L的值,R寄生电阻R的值。
[0072] 步骤202,将风力发电机的输出三相电压变换到α*-β*两相静止坐标系下的α*轴电压分量u*gα和β*轴电压分量u*gβ,α*-β*两相静止坐标系为超前α-β两相静止坐标系90度的两相静止坐标系。
[0073] 本申请实施例中,控制部件可以根据公式(3)对风力发电机的输出三相电压在α*-β*两相静止坐标系下进行Clarke(克拉克)变换,得到风力发电机的输出三相电压在α*-β*两相静止坐标系下的α*轴电压分量u*gα和β*轴电压分量 u*gβ。
[0074]
[0075] 其中,uga、ugb和ugc为风力发电机的输出三相电压,u*gα和u*gβ分别是α*-β* 两相静止坐标系下的α*轴电压分量和β*轴电压分量。
[0076] 其中,步骤201-步骤202可以同时执行,也可以步骤201先执行,步骤202 后执行,或者步骤202先执行,步骤201后执行,本申请并不对两者的执行顺序做具体限定。
[0077] 步骤203,对三相PWM整流器的直流侧输出功率与风力发电机的最大输出功率的差值进行PI运算,并将运算结果进行限幅处理,得到调节系数kcm。
[0078] 本申请实施例中,控制部件可以检测三相PWM整流器的直流侧输出功率。具体处理过程可以为:计算所述直流母线电容的电压与所述直流母线电容的电流的乘积;将计算的乘积输入至低通滤波器LPF(Low Pass Filter,LPF),得到三相PWM整流器的直流侧输出功率。
[0079] 控制部件可以检测风力发电机的最大输出功率,具体处理过程可以为:检测所述风力发电机的转速;根据预设的最大输出功率与转速的对应关系,确定所述风力发电机的转速对应的所述风力发电机的最大输出功率。
[0080] 控制部件可以计算三相PWM整流器的直流侧输出功率与风力发电机的最大输出功率的差值,并对差值进行PI运算,并将运算结果进行限幅处理,得到调节系数kcm,由于本申请中电能的流动方向是从风力发电机流向直流母线的,也即风力发电机的最大输出功率应该大于三相PWM整流器的直流侧输出功率,所以,调节系数kcm满足:kcm≥0,以防止三相PWM整流器的直流母线向风力发电机反向充电。
[0081] 步骤204,根据调节系数kcm和α*轴电压分量u*gα,确定第一电压分量,并根据调节系数kcm和β*轴电压分量u*gβ,确定第二电压分量。
[0082] 本申请实施例中,根据调节系数kcm和α*轴电压分量u*gα,确定第一电压分量,并根据调节系数kcm和β*轴电压分量u*gβ,确定第二电压分量的方式多种多样,本申请实施例提供了以下两种确定方式:
[0083] 方式一:计算调节系数与α*轴电压分量u*gα的乘积,作为第一电压分量;计算调节系数与β*轴电压分量u*gβ的乘积,作为第二电压分量。
[0084] 方式二:根据公式(4)和公式(5)对α*轴电压分量和β*轴电压分量进行归一化处理:
[0085] (u*gα1)2+(u*gβ1)2=1  (4)
[0086]
[0087] 其中,u*gα为α*轴电压分量,u*gβ为β*轴电压分量,u*gα1为归一化后的α*轴电压分量,u*gβ1为归一化后的β*轴电压分量;
[0088] 计算调节系数与归一化后的α*轴电压分量u*gα1的乘积,作为第一电压分量;计算调节系数与归一化后的β*轴电压分量u*gβ1的乘积,作为第二电压分量。
[0089] 步骤205,计算α轴电压分量ugα与第一电压分量之和,作为第一控制量,并计算β轴电压分量ugβ与第二电压分量之和,作为第二控制量。
[0090] 本申请实施例中,在第一电压分量为归一化后的α*轴电压分量u*gα1与调节系数kcm的乘积,第二电压分量为归一化后的β*轴电压分量u*gβ1与调节系数 kcm的乘积时,第一控制* * *量Vα=kcm ugα1+ugα,第二控制量Vβ=kcm ugβ1+ugβ,在第一电压分量为α*轴电压分量ugα与调节系数kcm的乘积,第二电压分量为β* 轴电压分量u*gβ与调节系数kcm的乘积时,第一控制量Vα=kcm u*gα+ugα,第二控制量Vβ=kcm u*gβ+ugβ。
[0091] 步骤206,根据第一控制量和第二控制量进行空间矢量脉宽调制SVPWM,生成用于控制三相PWM整流器各相桥臂功率开关器件通断的脉冲信号。
[0092] 本申请提供的方案中,是建立在两相静止坐标系上对三相PWM整流器进行控制,没有建立在固定旋转频率的虚拟dq坐标系上,也无需进行Park坐标变换,另外本申请也无需锁相环,简化了控制算法的结构,提高了控制三相PWM 整流器时的响应速度。并且本申请没有使用锁相环,省去了额外的硬件锁相元件或复杂的软件锁相程序,减少了锁相环节中复杂的三角函数运算、坐标旋转变换、解耦控制等问题,避免了锁相环在风力发电机输出电压的波形畸变或频率突变情况下无法准确、快速地跟踪电压同步信号造成锁相误差,进而影响风力发电系统运行性能的问题。
[0093] 参见图3a,图3a为风力发电机的输出三相电压分别在α-β两相静止坐标系下和α*-β*两相静止坐标系下的电压分量示意图,其中,ugα和ugβ合成的电压矢量为uref1(也即风力发电机输出电压uo),u*gα和u*gβ合成的电压矢量为uref2。参见图3b,图3b为电压矢量uref1与电压矢量uref2的合成示意图,其中,电压矢量uref1与电压矢量uref2合成的电压矢量为uref(也即三相PWM整流器输入电压uref)。由于α*-β*两相静止坐标系超前α-β两相静止坐标系90度,因此 uref2超前uref1 90度,如图3b所示。图1中电感L上的压降uf为风力发电机输出电压uo与三相PWM整流器输入电压uref之差,如图3c所示。由于电感L 上的电流if滞后电压uf 90度,因此电感电流if与风力发电机输出电压uo的相位相差180°,也即风力发电机的输出电流与风力发电机输出电压uo的相位相差180°,实现了风力发电机的单位功率因数运行。
[0094] 参见图4,图4为对本申请实施例提供的一种在风力发电机的输出电压发生畸变的情况下三相PWM整流器输出仿真波形图。从图4 中可以看出,在风力发电机的输出电压发生畸变的情况下,风力发电机的输出电流与输出电压相位相差180°,并且风力发电机的输出电流的正弦度较好,未受到风力发电机输出电压波形畸变的影响。
[0095] 基于相同的技术构思,如图5所示,本申请实施例还提供了一种三相PWM 整流器的控制装置,所述装置应用于风力发电系统中的控制部件,所述风力发电系统还包括风力发电机、三相PWM整流器、直流母线电容,所述三相PWM 整流器的交流侧与所述风力发电机连接,所述三相PWM整流器的直流侧与所述直流母线电容连接,所述装置包括:
[0096] 第一变换模块501,用于将所述风力发电机的输出三相电压变换到α-β两相静止坐标系下的α轴电压分量ugα和β轴电压分量ugβ;
[0097] 第二变换模块502,用于将所述风力发电机的输出三相电压变换到α*-β*两相静止坐标系下的α*轴电压分量u*gα和β*轴电压分量u*gβ,所述α*-β*两相静止坐标系为超前所述α-β两相静止坐标系90度的两相静止坐标系;
[0098] 调节系数生成模块503,用于对所述三相PWM整流器的直流侧输出功率与所述风力发电机的最大输出功率的差值进行PI运算,并采用限幅器对运算结果进行限幅处理,得到调节系数kcm;
[0099] 第一确定模块504,用于根据所述调节系数kcm和所述α*轴电压分量u*gα,确定第一电压分量,并根据所述调节系数与所述β*轴电压分量u*gβ,确定第二电压分量;
[0100] 控制量生成模块505,用于计算所述α轴电压分量ugα与所述第一电压分量之和,作为第一控制量,并计算所述β轴电压分量ugβ与所述第二电压分量之和,作为第二控制量;
[0101] SVPWM模块506,用于根据所述第一控制量和所述第二控制量进行空间矢量脉宽调制SVPWM,生成用于控制所述三相PWM整流器各相桥臂功率开关器件通断的脉冲信号。
[0102] 可选的,参见图6,所述第一确定模块504,包括:
[0103] 第一计算单元5041,用于计算所述调节系数与所述α*轴电压分量u*gα的乘积,作为第一电压分量;
[0104] 第二计算单元5042,用于计算所述调节系数与所述β*轴电压分量u*gβ的乘积,作为第二电压分量。
[0105] 可选的,参见图7,所述第一确定模块,包括:
[0106] 归一化单元5042,用于根据以下公式对所述α*轴电压分量和所述β*轴电压分量进行归一化处理:
[0107] (u*gα1)2+(u*gβ1)2=1
[0108]
[0109] 其中,u*gα为所述α*轴电压分量,u*gβ为所述β*轴电压分量,u*gα1为归一化后的α*轴电压分量,u*gβ1为归一化后的β*轴电压分量;
[0110] 第三计算单元5043,用于计算所述调节系数与归一化后的α*轴电压分量 u*gα1的乘积,作为第一电压分量;
[0111] 第四计算单元5044,用于计算所述调节系数与归一化后的β*轴电压分量 u*gβ1的乘积,作为第二电压分量。
[0112] 可选的,参见图5、图6和图7,所述装置还包括:
[0113] 低通滤波器LPF507,用于对所述直流母线电容的电压与所述直流母线电容的电流的乘积进行滤波,得到所述三相PWM整流器的直流侧输出功率。
[0114] 可选的,参见图5、图6和图7,所述装置还包括最大功率确定模块508;
[0115] 所述最大功率确定模块508,用于获取所述风力发电机的转速;根据预设的最大输出功率与转速的对应关系,确定所述风力发电机的转速对应的所述风力发电机的最大输出功率。
[0116] 本申请提供的方案中,是建立在两相静止坐标系上对三相PWM整流器进行控制,没有建立在固定旋转频率的虚拟dq坐标系上,也无需进行Park坐标变换,另外本申请也无需锁相环,简化了控制算法的结构,提高了控制三相PWM 整流器时的响应速度。并且本申请没有使用锁相环,省去了额外的硬件锁相元件或复杂的软件锁相程序,减少了锁相环节中复杂的三角函数运算、坐标旋转变换、解耦控制等问题,避免了锁相环在风力发电机输出电压的波形畸变或频率突变情况下无法准确、快速地跟踪电压同步信号造成锁相误差,进而影响风力发电系统运行性能的问题。
[0117] 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。
[0118] 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,对于装置实施例而言,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。
[0119] 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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