永磁直驱风机并网逆变器装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种永磁直驱风机并网逆变器装置及控制方法，所述装置包括：MPU控制器、整流器、LC滤波器、反激变换器、逆变桥、LCL滤波器、第一驱动模块、第二驱动模块、第一电压传感器、第二电压传感器、第三电压传感器、第四电压传感器和电流传感器；其中，MPU控制器通过第一电压传感器至第三电压传感器分别采集LC滤波器中第一电容、反激变换器中第二电容、LCL滤波器中第三电容的电压，通过第四电压传感器采集单相电网的电压，通过电流传感器采集逆变器的并网电流，并通过第一驱动模块和第二驱动模块分别控制反激变换器和逆变桥。本发明专利技术所述控制方法结合PI控制器与神经网络预测模型计算逆变桥PWM控制信号的占空比，可以有效降低逆变器并网电流的谐波含量，提高其电能质量。

【技术实现步骤摘要】
永磁直驱风机并网逆变器装置及控制方法
本专利技术涉及风电发电
，更为具体地，涉及一种永磁直驱风机并网逆变器装置及控制方法。
技术介绍
风力发电因具有储量大、清洁可再生等优点，已成为当前新能源发电的主要方向之一。小型风力发电具有成本低、安装灵活的特点，广泛应用于风力资源较好的西北部农村以及海岛、边防等大电网难以提供电力的地区。对于并网运行的小型风力发电系统，多采用永磁直驱风机加常规逆变器装置的简单结构。其中，并网电流的控制多采用PI控制器，具有谐波含量高、电能质量差的缺点。通过配置多级滤波单元可以在一定程度上抑制谐波，但是该方法容易导致系统不稳定。由于电网对所接入分布式发电的电能质量有较高要求，须探寻更好的控制方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种永磁直驱风机并网逆变器装置及控制方法，以有效提高小型风力发电系统的并网电流电能质量。本专利技术提供的永磁直驱风机并网逆变器装置，包括：MPU控制器、整流器、LC滤波器、反激变换器、逆变桥、LCL滤波器、第一驱动模块、第二驱动模块、第一电压传感器、第二电压传感器、第三电压传感器、第四电压传感器和电流传感器；其中，整流器的三相输入端与永磁直驱风机的三相输出端连接，整流器的单相输出正端与LC滤波器的输入正端连接，整流器的单相输出负端与LC滤波器的输入负端连接；LC滤波器的输出正端与反激变换器的输入正端连接，LC滤波器的输出负端与反激变换器的输入负端连接；反激变换器的输出正端与逆变桥的输入正端连接，反激变换器的输出负端与逆变桥的输入负端连接；逆变桥的输出正端与LCL滤波器的输入正端连接，逆变桥的输出负端与LCL滤波器的输入负端连接；LCL滤波器的输出正端与第四电压传感器的测量正端连接，LCL滤波器的输出负端与第四电压传感器的测量负端连接；第一电压传感器的测量正端与LC滤波器中第一电容的正极连接，第一电压传感器的测量负端与LC滤波器中第一电容的负极连接，第一电压传感器的测量信号输出端与MPU控制器连接；第二电压传感器的测量正端与反激变换器中第二电容的正极连接，第二电压传感器的测量负端与反激变换器中第二电容的负极连接，第二电压传感器的测量信号输出端与MPU控制器连接；第三电压传感器的测量正端与LCL滤波器中第三电容的正极连接，第三电压传感器的测量负端与LCL滤波器中第三电容的负极连接，第三电压传感器的测量信号输出端与MPU控制器连接；第四电压传感器的测量正端与LCL滤波器的输出正端连接，第四电压传感器的测量负端与LCL滤波器的输出负端连接，第四电压传感器的测量信号输出端与MPU控制器连接；电流传感器的测量正端与第四电压传感器的测量正端连接，电流传感器的测量负端与单相电网的火线接线端连接，电流传感器的测量信号输出端与MPU控制器连接；第一驱动模块的输入端与MPU控制器连接，第一驱动模块的输出端与反激变换器中第一功率管的栅极连接；第二驱动模块的输入端与MPU控制器连接，第二驱动模块的第一输出端与逆变桥中第二功率管的栅极以及第五功率管的栅极连接，第二驱动模块的第二输出端与逆变桥中第三功率管的栅极以及第四功率管的栅极连接。此外，优选的结构是，LC滤波器包括第一电感和第一电容；其中，第一电感的一端与整流器的单相输出正端连接，第一电感的另一端与第一电容的正极连接，第一电容的负极与整流器的单相输出负端连接。另外，优选的结构是，反激变换器包括反激变压器、第一功率管、第一二极管和第二电容；其中，反激变压器的一输入端与LC滤波器的输出正端连接，反激变压器的另一输入端与第一功率管的漏极连接；反激变压器的一输出端与第一二极管的正极连接，反激变压器的另一输出端与第二电容的负极连接；第一二极管的负极与第二电容的正极连接；第二电容的正极与逆变桥的输入正端连接，第二电容的负极与逆变桥的输入负端连接；第一功率管的栅极与第一驱动模块的输出端连接，第一功率管的源极与LC滤波器的输出负端连接，第一功率管的漏极与反激变压器的另一输入端连接。此外，优选的结构是，逆变桥包括第二功率管、第三功率管、第四功率管和第五功率管；其中，第二功率管的栅极和第五功率管的栅极分别与第二驱动模块的第一输出端连接，第三功率管的栅极和第四功率管的栅极分别与第二驱动模块的第二输出端连接，第二功率管的源极与第四功率管的漏极连接，第二功率管的漏极与反激变换器的输出正端连接，第三功率管的漏极与第二功率管的漏极连接，第三功率管的源极与第五功率管的漏极连接，第四功率管的源极与反激变换器的输出负端连接，第五功率管的源极与第四功率管的源极连接。再者，优选的结构是，LCL滤波器包括第二电感、第三电容和第三电感；其中，第二电感的一端与逆变桥的输出正端连接，第二电感的另一端与第三电容的正极连接；第三电容的负极与逆变桥的输出负端连接；第三电感的一端与第三电容的正极连接，第三电感的另一端与电流传感器的测量正端连接。本专利技术提供一种上述永磁直驱风机并网逆变器装置的控制方法，具体为：在k时刻，通过第一电压传感器采集第一电容的电压Vd(k)，通过第二电压传感器采集第二电容的电压Vb(k)，结合前馈控制器与PI控制器1计算反激变换器中第一功率管的PWM控制信号的占空比D1(k)：式(1)中，KpI为PI控制器1的比例参数，Ki1为PI控制器1的积分参数，K为复合系数，Nb为反激变压器变比，Vb*为第二电容的电压设定值；通过第三电压传感器采集LCL滤波器中第三电容的电压Vc(k)，通过第四电压传感器采集单相电网的电压Vg(k)，通过电流传感器采集逆变器并网电流ig(k)，并通过神经网络预测模型计算逆变桥PWM控制信号的占空比D2(k)，其中，神经网络预测模型的第一输入端为k时刻的LCL滤波器中第三电容的电压Vc(k)，第二输入端为k时刻的单相电网的电压Vg(k)，第三输入端为k时刻的PI控制器2输出ig1(k)，第四输入端为k-1时刻的PI控制器2输出ig1(k-1)，第五输入端为k-1时刻的逆变桥PWM控制信号的占空比D2(k-1)；上述PI控制器2输出ig1(k)的计算公式为：式(2)中，Kp2为PI控制器2的比例参数，Ki2为PI控制器2的积分参数，为k+1时刻的逆变器并网电流设定值。所述神经网络预测模型的建立和训练过程为：(1)收集训练样本；a.采集不同工况下的并网逆变器运行数据；令永磁直驱风机分别处于对应额定功率、75％额定功率、50％额定功率、25％额定功率的风速条件下，依据公式(1)计算反激变换器中第一功率管的PWM控制信号的占空比D1(k)，使得反激变换器中第二电容的电压为Vb*，通过第三电压传感器采集LCL滤波器中第三电容的电压Vc，通过第四电压传感器采集单相电网的电压Vg，通过电流传感器采集逆变器并网电流ig，取与单相电网的电压Vg同相位的为设定值，利用单回路PI控制器对逆变器并网电流ig进行控制，并连续采集M次LCL滤波器中第三电容的电压Vc、单相电网的电压Vg、逆变器并网电流ig、单回路PI控制器计算的逆变桥PWM信号的占空比D2，从而构成4M组运行数据；b.利用采集的运行数据构造样本；对于k时刻采集的运行数据，所构造的样本为{Vc(k)，Vg(k)，ig(k)，ig(k-1)，D2(k)，D2(k-1)}，其中，V本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁直驱风机并网逆变器装置，其特征在于，包括：MPU控制器(1)、整流器(2)、LC滤波器(3)、反激变换器(4)、逆变桥(5)、LCL滤波器(6)、第一驱动模块(7)、第二驱动模块(8)、第一电压传感器(UT1)、第二电压传感器(UT2)、第三电压传感器(UT3)、第四电压传感器(UT4)和电流传感器(CT)；其中，所述整流器(2)的三相输入端与永磁直驱风机(GS)的三相输出端连接，所述整流器(2)的单相输出正端与所述LC滤波器(3)的输入正端连接，所述整流器(2)的单相输出负端与所述LC滤波器(3)的输入负端连接；所述LC滤波器(3)的输出正端与所述反激变换器(4)的输入正端连接，所述LC滤波器(3)的输出负端与所述反激变换器(4)的输入负端连接；所述反激变换器(4)的输出正端与所述逆变桥(5)的输入正端连接，所述反激变换器(4)的输出负端与所述逆变桥(5)的输入负端连接；所述逆变桥(5)的输出正端与所述LCL滤波器(6)的输入正端连接，所述逆变桥(5)的输出负端与所述LCL滤波器(6)的输入负端连接；所述LCL滤波器(6)的输出正端与所述第四电压传感器(UT4)的测量正端连接，所述LCL滤波器(6)的输出负端与所述第四电压传感器(UT4)的测量负端连接；所述第一电压传感器(UT1)的测量正端与所述LC滤波器(3)中第一电容(C1)的正极连接，所述第一电压传感器(UT1)的测量负端与所述第一电容(C1)的负极连接，所述第一电压传感器(UT1)的测量信号输出端与所述MPU控制器(1)连接；所述第二电压传感器(UT2)的测量正端与所述反激变换器(4)中第二电容(C2)的正极连接，所述第二电压传感器(UT2)的测量负端与所述第二电容(C2)的负极连接，所述第二电压传感器(UT2)的测量信号输出端与所述MPU控制器(1)连接；所述第三电压传感器(UT3)的测量正端与所述LCL滤波器(6)中第三电容(C3)的正极连接，所述第三电压传感器(UT3)的测量负端与所述第三电容(C3)的负极连接，所述第三电压传感器(UT3)的测量信号输出端与所述MPU控制器(1)连接；所述第四电压传感器(UT4)的测量正端与所述LCL滤波器(6)的输出正端连接，所述第四电压传感器(UT4)的测量负端与所述LCL滤波器(6)的输出负端连接，所述第四电压传感器(UT4)的测量信号输出端与所述MPU控制器(1)连接；所述电流传感器(CT)的测量正端与所述第四电压传感器(UT4)的测量正端连接，所述电流传感器(CT)的测量负端与单相电网(9)的火线接线端连接，所述电流传感器(CT)的测量信号输出端与所述MPU控制器(1)连接；所述第一驱动模块(7)的输入端与所述MPU控制器(1)连接，所述第一驱动模块(7)的输出端与所述反激变换器(4)中第一功率管(Q1)的栅极连接；所述第二驱动模块(8)的输入端与所述MPU控制器(1)连接，所述第二驱动模块(8)的第一输出端与所述逆变桥(5)中第二功率管(Q2)的栅极和第五功率管(Q5)的栅极连接，所述第二驱动模块(8)的第二输出端与所述逆变桥(5)中第三功率管(Q3)的栅极和第四功率管(Q4)的栅极连接。...

【技术特征摘要】
1.一种永磁直驱风机并网逆变器装置，其特征在于，包括：MPU控制器(1)、整流器(2)、LC滤波器(3)、反激变换器(4)、逆变桥(5)、LCL滤波器(6)、第一驱动模块(7)、第二驱动模块(8)、第一电压传感器(UT1)、第二电压传感器(UT2)、第三电压传感器(UT3)、第四电压传感器(UT4)和电流传感器(CT)；其中，所述整流器(2)的三相输入端与永磁直驱风机(GS)的三相输出端连接，所述整流器(2)的单相输出正端与所述LC滤波器(3)的输入正端连接，所述整流器(2)的单相输出负端与所述LC滤波器(3)的输入负端连接；所述LC滤波器(3)的输出正端与所述反激变换器(4)的输入正端连接，所述LC滤波器(3)的输出负端与所述反激变换器(4)的输入负端连接；所述反激变换器(4)的输出正端与所述逆变桥(5)的输入正端连接，所述反激变换器(4)的输出负端与所述逆变桥(5)的输入负端连接；所述逆变桥(5)的输出正端与所述LCL滤波器(6)的输入正端连接，所述逆变桥(5)的输出负端与所述LCL滤波器(6)的输入负端连接；所述LCL滤波器(6)的输出正端与所述第四电压传感器(UT4)的测量正端连接，所述LCL滤波器(6)的输出负端与所述第四电压传感器(UT4)的测量负端连接；所述第一电压传感器(UT1)的测量正端与所述LC滤波器(3)中第一电容(C1)的正极连接，所述第一电压传感器(UT1)的测量负端与所述第一电容(C1)的负极连接，所述第一电压传感器(UT1)的测量信号输出端与所述MPU控制器(1)连接；所述第二电压传感器(UT2)的测量正端与所述反激变换器(4)中第二电容(C2)的正极连接，所述第二电压传感器(UT2)的测量负端与所述第二电容(C2)的负极连接，所述第二电压传感器(UT2)的测量信号输出端与所述MPU控制器(1)连接；所述第三电压传感器(UT3)的测量正端与所述LCL滤波器(6)中第三电容(C3)的正极连接，所述第三电压传感器(UT3)的测量负端与所述第三电容(C3)的负极连接，所述第三电压传感器(UT3)的测量信号输出端与所述MPU控制器(1)连接；所述第四电压传感器(UT4)的测量正端与所述LCL滤波器(6)的输出正端连接，所述第四电压传感器(UT4)的测量负端与所述LCL滤波器(6)的输出负端连接，所述第四电压传感器(UT4)的测量信号输出端与所述MPU控制器(1)连接；所述电流传感器(CT)的测量正端与所述第四电压传感器(UT4)的测量正端连接，所述电流传感器(CT)的测量负端与单相电网(9)的火线接线端连接，所述电流传感器(CT)的测量信号输出端与所述MPU控制器(1)连接；所述第一驱动模块(7)的输入端与所述MPU控制器(1)连接，所述第一驱动模块(7)的输出端与所述反激变换器(4)中第一功率管(Q1)的栅极连接；所述第二驱动模块(8)的输入端与所述MPU控制器(1)连接，所述第二驱动模块(8)的第一输出端与所述逆变桥(5)中第二功率管(Q2)的栅极和第五功率管(Q5)的栅极连接，所述第二驱动模块(8)的第二输出端与所述逆变桥(5)中第三功率管(Q3)的栅极和第四功率管(Q4)的栅极连接。2.权利要求1所述的永磁直驱风机并网逆变器装置，其特征在于，所述LC滤波器(3)包括第一电感(L1)和所述第一电容(C1)；其中，所述第一电感(L1)的一端与所述整流器(2)的单相输出正端连接，所述第一电感(L1)的另一端与所述第一电容(C1)的正极连接，所述第一电容(C1)的负极与所述整流器(2)的单相输出负端连接。3.权利要求1所述的永磁直驱风机并网逆变器装置，其特征在于，所述反激变换器(4)包括反激变压器(TX1)、所述第一功率管(Q1)、二极管(D)和所述第二电容(C2)；其中，所述反激变压器(TX1)的一输入端与所述LC滤波器(3)的输出正端连接，所述反激变压器(TX1)的另一输入端与所述第一功率管(Q1)的漏极连接；所述反激变压器(TX1)的一输出端与所述二极管(D)的正极连接，所述反激变压器(TX1)的另一输出端与所述第二电容(C2)的负极连接；所述二极管(D)的负极与所述第二电容(C2)的正极连接；所述第二电容(C2)的正极与所述逆变桥(5)的输入正端连接，所述第二电容(C2)的负极与所述逆变桥(5)的输入负端连接；所述第一功率管(Q1)的栅极与所述第一驱动模块(7)的输出端连接，所述第一功率管(Q1)的源极与所述LC滤波器(3)的输出负端连接，所述第一功率管(Q1)的漏极与所述反激变压器(TX1)的另一输入端连接。4.权利要求1所述的永磁直驱风机并网逆变器装置，其特征在于，所述逆变桥(5)包括所述第二功率管(Q2)、所述第三功率管(Q3)、所述第四功率管(Q4)和所述第五功率管(Q5)；其中，所述第二功率管(Q2)的栅极和所述第五功率管(Q5)的栅极分别与所述第二驱动模块(8)的第一输出端连接，所述第三功率管(Q3)的栅极和所述第四功率管(Q4)的栅极分别与所述第二驱动模块(8)的第二输出端连接，所述第二功率管(Q2)的源极与所述第四功率管(Q4)的漏极连接，所述第二功率管(Q2)的漏极与所述反激变换器(4)的输出正端连接，所述第三功率管(Q3)的漏极与所述第二功率管(Q2)的漏极连接，所述第三功率管(Q3)的源极与所述第五功率管(Q5)的漏极连接，所述第四功率管(Q4)的源极与所述反激变换器(4)的输出负端连接，所述第五功率管(Q5)的源极与所述第四功率管(Q4)的源极连接。5.权利要求1所述的永磁直驱风机并网逆变器装置，其特征在于，所述LCL滤波器(6)包括第二电感(L2)、所述第三电容(C3)和第三电感(L3)；其中，所述第二电感(L2)的一端与所述逆变桥(5)的输出正端连接，所述第二电感(L2)的另一端与所述第三电容(C3)的正极连接；所述第三电容(C3)的负极与所述逆变桥(5)的输出负端连接；所述第三电感(L3)的一端与所述第三电容(C3)的正极连接，所述第三电感(L3)的另一端与所述电流传感器(CT)的测量正端连接。6.如权利要求1所述的永磁直...

【专利技术属性】
技术研发人员：于萍，王挺，
申请(专利权)人：中科诺维北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11