基于MMC的阻抗源大功率高速发电机并网系统及其控制方法与流程

文档序号:14777430发布日期:2018-06-26 06:50阅读:来源:国知局
技术特征:

1.一种基于MMC整流的阻抗源大功率高速发电机并网系统,其特征在于,包括一台大功率高速永磁同步发电机、一台MMC整流器、一台阻抗源逆变器(Z源逆变器、准Z源逆变器或半准Z源逆变器等阻抗源逆变器)、一台三相滤波电抗器和两套控制器(控制器1和控制器2),两套控制器分别对MMC整流器和阻抗源逆变器进行控制。

2.根据权利要求1所述的基于MMC整流的阻抗源大功率高速发电机并网系统,其特征在于,所述MMC整流器由三3个桥臂并联组成,每一个桥臂由2n个子模块串联组成,每个子模块由两个IGBT串联后再并联一个电容构成;所述阻抗源逆变器由电感、电容、二极管构成的阻抗源网络和三个3个IGBT半桥电路并联组成;所述并网滤波电抗器由3个交流电感构成。

3.根据权利要求1所述的基于MMC整流的阻抗源大功率高速发电机并网系统,其特征在于,所述大功率高速永磁同步发电机的三相定子分别与MMC整流器三个桥臂的中点相连;所述MMC整流器的公共直流侧与阻抗源逆变器的输入端并联;所述阻抗源逆变器三相输出端接滤波电抗器后并入电网。

4.根据权利要求1所述的基于MMC整流的阻抗源大功率高速发电机并网系统,其特征在于,所述控制器1用于采集大功率高速永磁同步发电机的转速、转子位置角和三相定子电流,随后通过脉冲触发信号对发电机的转速和MMC整流器输入功率因数进行控制;所述控制器2用于采集阻抗源网络电容的端电压、阻抗源逆变器三相并网电压和阻抗源逆变器三相并网电流,随后通过直通控制策略构造出带直通零矢量的PWM脉冲信号,对阻抗源网络电容电压和并网功率因数进行控制。

5.一种基于MMC整流的阻抗源大功率高速发电机并网系统的控制方法,其特征在于,大功率高速发电机并网系统采用权利要求1所述的拓扑结构,其控制方法包括如下步骤:

(1) 实时检测高速永磁同步发电机的转速ωr、转子位置角Өr和高速发电机的三相定子电流;

(2) 利用所述的转子位置角Өr对高速发电机的三相定子电流进行dq变换,得到三相定子电流的dq轴分量;

(3) 通过机侧双闭环控制方法对高速发电机转速、发电机定子电流的dq轴分量进行比较计算,得到机侧电压参考值αβ分量;

(4) 实时检测阻抗源逆变器三相并网线电压和相电流,进而估算出相角Ө

(5) 利用所述的相角Ө对阻抗源逆变器三相并网电压和三相并网电流进行dq变换,得到三相并网电压的dq轴分量和三相并网电流的dq轴分量;

(6) 实时检测阻抗源网络电容的电压VC1

(7) 通过网侧双闭环控制方法对阻抗源逆变器三相并网电压、并网电流的dq轴分量、相角Ө和阻抗源网络电容电压VC1进行比较计算,得到网侧电压参考值αβ分量;

(8) 将直通占空比d0和(7)中得到的电压参考值αβ分量输入带直通零矢量的空间矢量脉冲宽度调制控制器,得到阻抗源逆变器并网的控制脉冲信号。

6.根据权利要求5所述的基于VIENNA整流器的阻抗源高速发电机两级升压并网系统的控制方法,其特征在于,所述的步骤(3)中的机侧双闭环控制以高速发电机的转速稳定和定子电流谐波小为控制目标。

7.根据权利要求5所述的基于MMC整流的阻抗源大功率高速发电机并网系统的控制方法,其特征在于,所述的步骤(3)中机侧电压参考值αβ分量具体由如下方法获得:将高速发电机转速的参考值和检测值进行比较,通过PI调节器后得到高速发电机q轴电流参考值,给定高速发电机d轴电流参考值为0,将高速发电机定子dq轴电流参考值和检测值进行比较后,通过PI调节器得到调制所需的电压给定dq轴分量,再通过dq-αβ变换将其转化为机侧电压参考值αβ分量。

8.根据权利要求5所述的基于MMC整流的阻抗源大功率高速发电机并网系统的控制方法,其特征在于,所述的步骤(7)中网侧双闭环控制方法以阻抗源网络电容电压稳定和单位功率因数并网为控制目标。

9.根据权利要求5所述的基于MMC整流的阻抗源大功率高速发电机并网系统的控制方法,其特征在于,所述的步骤(7)中网侧电压参考值αβ分量具体由如下方法获得:将阻抗源网络电容电压的参考值和检测值进行比较,通过PI调节器后得到并网电流d轴参考值,给定并网电流q轴参考值为0,将并网电流dq轴参考值和检测值进行比较后,通过PI调节器得到调制所需的电压给定dq轴分量,再通过dq-αβ变换将其转化为网侧电压参考值αβ分量。

10.根据权利要求5所述的基于MMC整流的阻抗源大功率高速发电机并网系统的控制方法,其特征在于,通过控制器1对机侧进行控制,通过控制器2对网侧进行控制,从而实现大功率高速发电机的高效、可靠并网。

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