一种直流母线变结构双馈强励变换器制造技术

本发明专利技术公布了一种直流母线变结构双馈强励变换器，由网侧两电平变换器、4组DAB变换器、2组串并联切换电路和转子侧NPC型三电平逆变器构成，其中4组DAB及2组串并联切换电路共输入直流电压构成两组能够串并联切换的输出电压，并将其连接至NPC型三电平逆变器的正负直流母线，转子侧NPC型三电平逆变器对DFIG转子电流进行闭环控制。本发明专利技术强励变换器利用双有源桥变换器以及串并联切换电路构建了变结构直流母线，可在电网电压跌落时使转子侧直流母线电压瞬时升压，提升对双馈风机转子电流的控制能力，实现双馈风机的低电压穿越；采用单移相控制实现了双有源桥输出电压闭环控制，有效避免了变压器的偏磁和饱和现象。避免了变压器的偏磁和饱和现象。避免了变压器的偏磁和饱和现象。

【技术实现步骤摘要】
一种直流母线变结构双馈强励变换器


[0001]本专利技术涉强励变换器
，特别涉及一种直流母线变结构双馈强励变换器。

技术介绍

[0002]随着风电的大力发展，为保证电网的安全运行，国家制定了严格的风电并网标准，其中一项要求为风电场的低电压穿越(Low Voltage Ride Though，LVRT)。
[0003]风电场不脱网运行要求为：（1）风电场内的风电机组应在风电场并网点电压标幺值U
T
跌至0.2 p.u.时保证至少连续并网运行625 ms；（2）风电场并网点电压在发生跌落后2 s内能够恢复到0.9 p.u.时，风电场内的风电机组应保证不脱网连续运行。
[0004]目前风力发电系统的主要风机类型为永磁同步发电机（Permanent Magnet Synchronous Generator，PMSG）和双馈感应发电机（Doubly
‑
Fed Induction Generator，DFIG）。PMSG风力发电系统中因其转子极对数较高，PMSG转子可直接与风机轴相连，无需机械齿轮箱，其定子需要背靠背式全功率变换器来实现风机与电网之间的能量交互，受电网电压跌落的影响小，但其永磁体需要使用稀土资源，并且存在失磁等问题；DFIG风力发电系统转子采用电励磁，受加工难度的限制，转子的极对数较少，需要变速箱来匹配发电机和风力机之间的转速差，DFIG定子直接与电网相连，转子励磁系统由网侧变换器和转子侧变换器组成，网侧变换器与电网相连，将电网的三相交流电整流为直流电，为转子侧变换器提供稳定的直流母线电压，转子侧变换器连接到DFIG转子，为DFIG转子提供交流励磁，同时实现变速恒频，转子绕组连接的背靠背式变换器的容量通常只有系统容量的1/3左右。
[0005]由于DFIG定子侧直接与电网相连，电网电压跌落时，DFIG定子电压也随之改变，根据楞次定律，定子磁链不能发生突变，所以定子磁链会产生直流分量，当电网发生不对称故障时还会出现负序分量。若电网电压角速度为ω
s
，转子转差率为s，则在电网电压不对称跌落时，DFIG定子磁链中会产生暂态直流分量和负序分量，其相对于转子的旋转角速度分别为(1
‑
s)ω
s
和(2
‑
s)ω
s
，转子绕组会出现较高的感应电压，当感应电压远大于直流母线电压时，会造成转子绕组过电流和转子侧变换器直流母线过电压，对DFIG转子励磁系统以及电网的安全运行产生威胁。随着风电的不断发展，双馈风机的LVRT问题成为阻碍其发展的一个重要瓶颈。
[0006]由于双馈风力发电系统受电网波动的影响较大，迫切需要一套坚强的励磁系统来使双馈风机满足风电场并网标准，并保证自身以及电网的安全稳定运行。

技术实现思路

[0007]为了弥补现有技术的不足，本专利技术提供了一种直流母线变结构双馈强励变换器。
[0008]本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种直流母线变结构双馈强励变换器，由网侧两电平变换器、4组DAB变换器、2组串并联切换电路和转子侧NPC型三电平逆变器构成，其中4组DAB及2组串并联切换电路共输入直流电压构成两组能够串并联切换的输出电压，并将其连接至NPC型三电平逆变器的正负直流母线，转子侧NPC型三电平逆变器对DFIG转子电
流进行闭环控制；直流母线变结构双馈强励变换器具有两种运行模式：并联模式DAB工作在并联运行模式，S1、S3、S4、S6导通，S2、S5关断，NPC型三电平逆变器直流链电压为U
dc
=U
o1
+U
o3
，此为正常运行模式，可实现能量的双向流动，同时可以降低稳态运行损耗；串联模式DAB工作在串联运行模式，S1、S3、S4、S6关断，S2、S5导通，NPC型三电平逆变器直流链电压为U
dc
=U
o1
+U
o2
+U
o3
+U
o4
，此为电压跌落后的应对措施，可实现在电网电压跌落时瞬间提升直流母线电压，提高转子侧变换器对转子电流的控制能力，避免电网电压跌落带来的转子过电流和直流母线过电压现象。
[0009]进一步地，两组DAB输入端并联，输入电压为U
i
，输出端U
o1
，U
o2
连接至串并联切换电路的电源输入端，经过串并联切换电路实现两个DAB输出端的串并联切换，构成变结构直流母线。
[0010]进一步地，串并联切换电路有两个电压输入端U
o1
、U
o2
，其由开关管S
1~3
组成，其输出电压为U
o
，负载电流为i
o
。
[0011]进一步地，串并联切换电路具有两种工作状态：并联运行和串联运行，并联运行时，开关管S1、S3导通，S2关断，此时输入电压U
o1
与U
o2
并联，即U
o
=U
o1
=U
o2
，当处于放电状态时，U
o1
和U
o2
经过开关管S1和S3的寄生二极管向外放电，当处于充电状态时，U
o
经过开关管S1和S3向U
o1
和U
o2
充电；串联运行时，开关管S2导通，S1、S3关断，此时输入电压U
o1
与U
o2
串联，即U
o
=U
o1
+U
o2
，此时两DAB输出电压U
o1
和U
o2
之间无相互关联，可采取分别闭环控制，实现输出电压U
o1
和U
o2
的恒定；当处于放电状态时，U
o1
和U
o2
经过开关管S2向外放电，当处于充电状态时，U
o
经过开关管S2的寄生二极管向U
o1
和U
o2
充电。
[0012]进一步地，为防止直通现象，在串联和并联切换过程中插入死区，死区时间为2 us。
[0013]进一步地，串并联切换电路中，当U
o1
和U
o2
的电压差绝对值小于2.7 V时，允许U
o1
和U
o2
由串联运行切换为并联运行，可有效避免切换时的电容电流冲击。
[0014]进一步地，DAB电路原边直流母线电压为U
i
，直流母线输出电流为i
i
，H桥开关管为S
1~4
，二极管为D
1~4
，副边直流母线电压为U
o
，H桥开关管为S
5~8
，二极管为D
5~8
，原副边H桥输出经串联电感L以及变压器T相连，其中电感L的电压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直流母线变结构双馈强励变换器，其特征在于：由网侧两电平变换器、4组DAB变换器、2组串并联切换电路和转子侧NPC型三电平逆变器构成，其中4组DAB及2组串并联切换电路共输入直流电压构成两组能够串并联切换的输出电压，并将其连接至NPC型三电平逆变器的正负直流母线，转子侧NPC型三电平逆变器对DFIG转子电流进行闭环控制；直流母线变结构双馈强励变换器具有两种运行模式：并联模式DAB工作在并联运行模式，S1、S3、S4、S6导通，S2、S5关断，NPC型三电平逆变器直流链电压为U
dc
=U
o1
+U
o3
，此为正常运行模式，可实现能量的双向流动，同时可以降低稳态运行损耗；串联模式DAB工作在串联运行模式，S1、S3、S4、S6关断，S2、S5导通，NPC型三电平逆变器直流链电压为U
dc
=U
o1
+U
o2
+U
o3
+U
o4
，此为电压跌落后的应对措施，可实现在电网电压跌落时瞬间提升直流母线电压，提高转子侧变换器对转子电流的控制能力，避免电网电压跌落带来的转子过电流和直流母线过电压现象。2.根据权利要求1所述的一种直流母线变结构双馈强励变换器，其特征在于：两组DAB输入端并联，输入电压为U
i
，输出端U
o1
，U
o2
连接至串并联切换电路的电源输入端，经过串并联切换电路实现两个DAB输出端的串并联切换，构成变结构直流母线。3.根据权利要求1所述的一种直流母线变结构双馈强励变换器，其特征在于：串并联切换电路有两个电压输入端U
o1
、U
o2
，其由开关管S
1~3
组成，其输出电压为U
o
，负载电流为i
o
。4.根据权利要求3所述的一种直流母线变结构双馈强励变换器，其特征在于：串并联切换电路具有两种工作状态：并联运行和串联运行，并联运行时，开关管S1、S3导通，S2关断，此时输入电压U
o1
与U
o2
并联，即U
o
=U
o1
=U
o2
，当处于放电状态时，U
o1
和U
o2
经过开关管S1和S3的寄生二极管向外放电，当处于充电状态时，U
o
经过开关管S1和S3向U
o1
和U
o2
充电；串联运行时，开关管S2导通，S1、S3关断，此时输入电压U
o1
与U
o2
串联，即U
o
=U
o1
+U
o2
，此时两DAB输出电压U
o1
和U
o2
之间无相互关联，可采取分别闭环控制，实现输出电压U
...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐峻涛，赵仁德，宣丛丛，刘元兵，张成义，苏恒，侯振，尹骁，何金奎，严庆增，胡慧慧，韩长忠，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：