一种多相大功率发电‑变流一体化系统及其控制方法与流程

技术特征：

1.一种多相大功率发电-变流一体化系统，其特征在于，包括一台模块化多电平逆变器和一台多相永磁发电机；模块化多电平逆变器采用A、B、C三相结构，每相由上桥臂和下桥臂串联组成；每相上桥臂由n个子模块GM和1个滤波电感依次串联组成，下桥臂由1个滤波电感和n个子模块GM依次串联组成，每相上下桥臂的滤波电感串联，其连接点即为对应相上下桥臂的连接点，构成对应相桥臂的输出端，输出端接入公共电网；A、B、C三相上桥臂的上端相互连接、A、B、C三相下桥臂的下端相互连接、A、B、C三相上桥臂的上端与A、B、C三相下桥臂的下端构成直流侧母线；

所述每个GM子模块包括一个三相PWM整流器、一个电容、上下两个IGBT；其中，上IGBT的发射极与下IGBT的集电极相连并构成子模块的正极输出端，上IGBT的集电极与电容C的正极相连，下IGBT的发射极与电容的负极相连并构成子模块的负极输出端；上IGBT和下IGBT的门极均接收外部设备提供的调制脉冲信号；电容C与三相PWM整流器的直流输出端并联；三相PWM整流器的交流端接多相永磁发电机的一个三相绕组；

所述多相永磁发电机具有6n个三相绕组，分别接入模块化多电平逆变器中的6n个三相PWM整流器的交流端。

2.根据权利要求1所述的多相大功率发电-变流一体化系统，其特征在于，模块化多电平逆变器的每条支路上桥臂投入子模块数与下桥臂投入子模块数之和为n，n的取值参考如下公式：

其中：V_dc为直流侧母线电压额定值，u_p为子模块电容电压额定值。

3.根据权利要求1所述的多相大功率发电-变流一体化系统，其特征在于，所述子模块中电容的值为1100uF，所述滤波电感的值为1.5mH。

4.根据权利要求1所述多相大功率发电-变流一体化系统，其特征在于，所述多相永磁发电机的绕组采用双层、分数槽集中整距结构，转子为V型内置式永磁转子；极对数P与槽数Z满足Z＝2P±1；每个三相绕组都采用Y型连接；转子磁钢采用钕铁硼材料。

5.一种多相大功率发电-变流一体化系统的控制方法，其特征在于，所述多相大功率发电-变流一体化系统为权利要求1～4中所述的多相大功率发电-变流一体化系统，其控制方法包括模块化多电平逆变器控制和多相永磁发电机控制两个部分；

所述模块化多电平逆变器控制是指针对模块化多电平逆变器中的每一相，进行以下控制：

(1)计算稳压控制的参考量U_ref1：

检测该相桥臂中所有子模块的电容电压u_{p_i}(i＝1,2,…,2n)，计算得到该相桥臂电容电压的平均值U_ave：

将该相桥臂电容电压的平均值U_ave与比较后，经过第一PI调节器得到环流参考值检测该相上桥臂电流i_up与该相下桥臂电流i_dw，并计算得到环流将i_cir与环流参考值比较后经过第二PI调节器得到稳压控制的参考量U_ref1；

(2)计算并网控制的参考信号U_ref2：将检测得到的直流侧母线电压V_jc与直流侧母线电压额定值V_dc比较，其差值通过第三PI调节器控制，结果乘以与电网公共电压同步的正弦信号，作为模块化多电平逆变器输出电流指令信号I_inf；

检测该相支路电流输出电流I_in，将I_in与I_inf比较，其差值经过第四PI调节器控制得到并网控制的参考信号U_ref2；

(3)将稳压控制的参考量U_ref1与并网控制的参考信号U_ref2相加，所得到的结果通过载波移相的方式获得该相各个子模块中的IGBT的脉冲控制信号；

所述多相永磁发电机控制是指针对多相永磁发电机的每一个三相绕组，进行以下有功与无功控制：

检测该三相绕组的电流i_a、i_b、i_c，再进行abc/dq变换得到i_d、i_q，然后将i_d与系统给定有功电流进行比较，其差值带入到第五PI调节器，得到u_d；将i_q与系统给定无功电流进行比较，其差值带入到第六PI调节器，得到u_q；再将u_d、u_q通过dq/abc反变换后得到参考信号U_ref3,再将U_ref3与三角波比较后得到脉冲信号，最后将该脉冲信号作为与该三相绕组所连接的PWM整流器的上桥臂开关器件的门极信号，PWM整流器的下桥臂开关器件的门极信号与上桥臂开关器件的门极信号互补。

6.根据权利要求5所述的多相大功率发电-变流一体化系统的控制方法，其特征在于，所述第一PI调节器的比例系数为0.46，积分系数为95；所述第二PI调节器的比例系数为0.53，积分系数为114；所述第三PI调节器的比例系数为0.5，积分系数为110；所述第四PI调节器的比例系数为0.53，积分系数为96；所述第五PI调节器的比例系数为0.5，积分系数为110；所述第六PI调节器的比例系数为0.53，积分系数为96；所述系统给定有功电流为147A；所述子模块电容电压额定值u_p为600V。