_02,iA1〈iA2,iB1〈iB2,V^Udc/2 ; (b)状态 2 :上桥臂，，下桥臂-(ViA1〈iA2,iB1〈iB2; (c)状态 3 :上桥臂 _02,下桥臂 _02,iA1〈iA2,iB1〈iB2; (d)状态 4 :上桥臂-〇 2,下桥臂-〇:，iA1〈iA2,iB1〈iB2， Vab<Udc/2 ；
[0023] 图6为五电平钳位型背靠背变流器的动态仿真波形；
[0024] 图7为直流母线电容电压仿真波形；
[0025] 图8为调制度分别为0.5和0.9的情况飞跨电容Cfl、Cf2电压波形；图8 (a)调制 度0.5,图8(b)调制度0.9;
[0026] 图9为调制度0. 5、单位功率因数情况下母线中点0的电压波形。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
[0028] 本发明公开了一种应用于永磁直驱风电变换系统的新型五电平背靠背变流器及 其控制策略。
[0029] 图1给出了五电平钳位型背靠背变流器的整体结构图，该变流器包括连接在风力 发电机侧的5L-Vienna整流器，完成AC-DC转换；中间直流母线连接整流器与逆变器，所连 直流母线电容对两边电压进行钳位；5L-NPC逆变器完成DC-AC转换。本发明将5L-Vienna 整流器、直流母线分压电容、中点平衡辅助桥臂以及5L-NPC逆变器组成变流器，采用 5L-Vienna整流器作为永磁同步发电机的变速控制器具有以下优点：首先，五电平结构可 以实现更高的耐压等级；其次减少了有源器件的数量，且没有直通短路问题，提高了可靠 性；最后，能够实现单位功率因数变速控制策略，且发电机电流可以被控制成正弦波，降低 了谐波影响。针对背靠背变流器直流母线中点不平衡问题，本发明中提出由上下两个串联 的三电平飞跨电容辅助桥臂（3L-FC)构成的辅助电路配合修改5L-Vienna整流器的SVM调 制策略来实现中点平衡。其中，3L-FC可以提供一个不平衡电流的流动路径，利用飞跨电容 的电压钳位原理来解决直流不平衡问题。
[0030] 所述5L-Vienna整流器以及5L-NPC逆变器均与直流母线的PN点相连，P点为直 流母线正端，N点为直流母线负端；它由6个有源开关和24个无源二极管构成，为单极性整 流器，它的A、B、C三相电路完全相同，每相电路由两个H桥串联而成，每个H桥由三条并联 支路构成，该三条并联支路分别为两个串联的二极管、一个有源开关以及两个串联的二极 管；所述直流母线分压电容为串联于直流母线PN点之间的四个相同的电容；所述中点平衡 辅助桥臂包括接在P0点之间的上三电平飞跨电容辅助桥臂以及接在ON点之间的下三电平 飞跨电容辅助桥臂，〇点为所述四个相同的电容的中点，所述5L-NPC逆变器为传统的五电 平电压钳位型逆变器；上三电平飞跨电容辅助桥臂的中点A、所述0点以及下三电平飞跨电 容辅助桥臂的中点B分别与5L-NPC逆变器以及5L-Vienna整流器的相连。
[0031] 上、下两个三电平飞跨电容辅助桥臂分别均包括四个有源开关和一个飞跨电容， 上三电平飞跨电容辅助桥臂连接在P、〇之间，包括有源开关Si?S4和飞跨电容Cfl，有源开 关Si?S4依次串联成一整体，该整体的一端由有源开关S^妾P点，另一端由有源开关54接 〇点，飞跨电容Cfl跨接在S2和S3上；下三电平飞跨电容辅助桥臂连接在0、N之间，包括有 源开关S5?S8和飞跨电容Cf2，有源开关S5?S8依次串联成一整体，该整体的一端由有源 开关35接0点，另一端由有源开关S8接N点，飞跨电容Cf2跨接在S6和S7上。
[0032] 5L_Vienna整流器控制策略：
[0033] 5L-Vienna整流器的主电路由6个IGBT、24个快恢复二极管构成6个整流桥，由于 5L-Vienna整流器为单极性整流器，其正常工作范围，即电压和电流允许的相差为±30°， 此时调制度为〇. 577。随着调制度的增加，允许工作范围在减小，直到调制度为1时，允许相 差为0°。为了使5L-Vienna整流器能够工作在较高的调制度下，所以这里采用基于电流定 向的控制策略，如图3所不。在该控制策略下首先对5L_Vienna整流器的二相电流进行静 止坐标变换获取电流相位即初始旋转角9i，然后经过电流定向旋转坐标变换求取电流反 馈i，5L-Vienna整流器的电流给定r与电流反馈i经过负偏差比较和电流调节器之后得 到5L-Vienna整流器电压给定u%将电压给定u""有效值除以VP(r^Vw之和，然后对其进行 归一化处理求取调制度m，最后将m和电流相位给定0i送入SVM调制算法，从而可以保证 5L-Vienna整流器输出电压与电流同相。
[0034] 5L-NPC逆变器控制策略：
[0035] 根据电网对网侧逆变器的要求，网侧5L-NPC逆变器必须具有快速的有功响应能 力，将5L-Vienna整流器变换的有功功率馈送至电网并实现对直流母线电压的控制，同时 还必须具备能够向电网提供无功支持的能力。因此这里采用基于电网电压定向的双闭环控 制策略，其中电压外环用以维持母线电压稳定，其控制过程如图4中①④部分所示，其中直 轴分量控制直流母线电压UD。，交轴分量控制流入电网的无功功率Q。电压给定与反馈UD。 经过偏差比较和电压调节器输出有功电流内环给定与电流反馈id经过电流调节器 得到d轴电压矢量给定ud;无功外环用以按照要求调节馈送至电网的无功大小，电网正常 工作时该给定为零。同理可以得到q轴电压矢量给定uq，最后经过归一化处理求取调制度 m和相对角0，最后将m和参考电压矢量相位给定0 + 0 6送入SVM调制算法获取逆变器开 关状态。
[0036] 直流母线中点电压平衡控制策略：
[0037] 由于本发明提出的功率变换系统是基于背靠背结构拓扑，5L_Vienna整流器和 5L-NPC逆变器共用同一直流母线，且两者通过0，A，B分别对应连接在一起。在系统正常工 作时，由于5L-Vienna整流器的调制度会随着发电机转速的变化而变化，这会造成流入与 流出A点，B点和0点的直流电流瞬时不可能完全平衡，这样同样会导致电容电压发生漂移 和脉动。为了更好的解决A，B两点的不平衡问题，这里引入了两个串联的3L飞跨电容辅助 桥臂，这两个3L飞跨电容辅助桥臂可以提供一个不平衡电流的流动路径，将不平衡电流馈 送到母线的P，N和0点上，从而可以解决A点和B点的直流不平衡问题。至于A点和B点 存在的低频脉动，由于引入的3L飞跨电容辅助桥臂将直流母线的电容中点转移到了桥臂 中点，因此只要能够维持辅助桥臂的飞跨电容两端电压始终保持不变，则A，B点的脉动就 可以得到抑制。
[0038] 如图4中②③部分所示。首先电压给定UDe/4与飞跨电容电压VFa、VFe2分别进行 偏差比较，然后经过PI调节器和限幅器处理输出控制变量a:和a2，控制变量ai分解成 (1+aJ/2和（1-aD/2,并分别作为上三电平飞跨电容辅助桥臂在开关状态0:和02时的 占空比，控制变量a2分解成（1+a2)/2和（l_a2)/2,并分别作为下三电平飞跨电容辅助桥 臂在开关状态仏和〇2时的占空比，从而通过占空比调整控制飞跨电容Cfl、Cf2的电压VFa、 VFC2，通过这两个电压闭环控制来调整上下3L-FC辅助桥臂在开关状态0:和02时的占空比， 即dM，'，d'^Pd'm。这个控制过程将使飞跨电容的电压VFa和Vrc2分别等于UDC/4,进 而实现中点A、B的平衡。除此之外，控制变量aJPa^同时也受到中点净电流ina和inb极 性的影响，即电流极性为正时，控制变量符号不变，电