基于无功循环电流的变流器主动热控制策略制造技术

本发明专利技术公开了基于无功循环电流的变流器主动热控制策略，包括：在机侧中，将MPPT控制的机侧变流器有功电流参考值进行滤波后，结合有功电流参考值、并联变流器功率分配比，计算得到无功电流参考值，降低热循环所造成的功率器件累计损伤。在网侧中，将有功电流给定信号进行滤波后，结合有功电流给定信号、并联变流器功率分配比，计算得到初始无功电流给定值，然后通过限制初始无功电流给定值使过励变流器调制度小于固定值，得到网侧并联变流器的无功电流给定值，避免了结温估计器对热控制器的计算负担。算负担。算负担。

【技术实现步骤摘要】
基于无功循环电流的变流器主动热控制策略


[0001]本专利技术属于变流器控制方法
，涉及基于无功循环电流的变流器主动热控制策略。

技术介绍

[0002]在风力发电系统运行过程中，风速的随机波动会导致变流器内部功率器件产生低频的结温波动，由于器件内部不同材料热膨胀系数的差异，这种热循环会造成器件累计损伤并最终导致失效。随着风电机组单机容量的快速增长以及海上风力发电的广泛应用，进行故障维修和部件更换的成本逐渐升高，因此如何通过控制策略减少热循环对功率器件所造成的损伤，延长变流器寿命，提高系统可靠性，成为近年来的研究热点。
[0003]主动热控制是一种通过控制器件功率损耗来降低结温波动的幅值或平均值的一种控制策略，不需要改变变流器的设计，也不需要增加额外的硬件成本。目前常用的方法有通过控制变流器的开关频率或使用离散PWM调制方法来控制损耗，但都受限于系统设计，可控制范围较小；无功循环电流热控制方法是一种在风力发电系统中适用性较强的主动热控制方法，但考虑到结温数据的获取困难以及无功循环电流对系统稳定性的影响，常规的控制策略包括了功率损耗和结温的迭代计算过程，并将估算的结温数据作为实时反馈量，计算量较大，且需要限制进网滤波器的大小以防止网侧变流器产生过调制导致系统发生不稳定，在实际应用时有较大的限制。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于无功循环电流的变流器主动热控制策略，解决了现有技术中存在的需要限制进网滤波器的大小的问题。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是，基于无功循环电流的变流器主动热控制策略，包括：
[0006]在机侧中，将MPPT控制的机侧变流器有功电流参考值输入自适应滤波器进行滤波得到将结合并联变流器功率分配比K，计算得到无功电流参考值
[0007]在网侧中，先将直流侧电压U
dc
、直流侧电压给定值输入直流侧电压PI，得到有功电流给定信号再将进行滤波得到将结合并联变流器功率分配比K，计算得到初始无功电流给定值，然后通过过励变流器调制度限制模块对无功电流输出值进行控制，在控制过程中通过无功电流限幅值i
gqmax
对初始无功电流给定值进行限制，保证过励运行变流器调制度小于固定值，得到网侧并联变流器的无功电流给定值
[0008]本专利技术的特点还在于：
[0009]通过控制策略控制三相变流器输出电流，在一个开关周期内，IGBT的平均导通损耗P
con_T
与二极管的平均导通损耗P
con_D
的计算方式为：
[0010][0011][0012]上式中，I
c
为功率器件的负载电流，M为过励变流器调制度限制模块的调制度，为调制电压与电流的夹角，V
CE0
、V
F0
分别为IGBT、二极管的正向导通压降的阈值电压，r
CE
、r
F
分别为IGBT和二极管的导通电阻，T
Tj
、T
Dj
分别为IGBT、二极管的结温。
[0013]IGBT的平均开关损耗P
sw_T
与二极管的平均开关损耗P
sw_D
分别为：
[0014][0015][0016]上式中，f
sw
为开关频率，E
on
、E
off
分别为IGBT的导通能量和关断能量，E
rec
为二极管的反向恢复能量，T
jN
、U
dcN
为计算开关损耗时的参考结温和参考电压，TC
Tsw
、TC
Dsw
为结温系数。
[0017]控制策略中功率器件的结温计算方式为：搭建热网络模型，将公式(1
‑
4)计算得到的损耗作为输入计算得到功率器件的结温。
[0018]利用器件的疲劳损伤对控制策略进行评价，疲劳损伤的计算方式如下：
[0019][0020]上式中，N
f
(i)、N(i)分别为第i个热循环水平下的失效周期数、实际热循环个数，D表示器件的累积损伤，当D＝1时，功率器件的损伤达到最大值，最终发生失效；
[0021][0022]其中，k1、k2为取决于功率器件的常数，E
a
为激活能量常数，k
B
为波兹尔曼常量。
[0023]本专利技术的有益效果是：本专利技术基于无功循环电流的变流器主动热控制策略，以变流器输出电流作为控制信号，间接实现对结温的控制，并对热循环幅值进行有效抑制，降低热循环所造成的功率器件累计损伤；然后通过限制网侧无功循环电流的值使过励运行变流器调制度始终保持在固定值以下，即保持系统稳定，该方法避免了结温估计器对热控制器的计算负担，以电流信号作为参考量，控制过程简单且控制效果明显，并且防止了在滤波器尺寸较大时可能导致系统不稳定的问题，解决了无功循环电流对进网滤波器的限制；计算思路清晰、易于工程实现。
附图说明
[0024]图1是本专利技术基于无功循环电流的变流器主动热控制策略的控制框图；
[0025]图2是本专利技术基于无功循环电流的变流器主动热控制策略的实施例中网侧变流器IGBT控制前后结温曲线对比图；
[0026]图3是本专利技术基于无功循环电流的变流器主动热控制策略的实施例中机侧变流器二极管控制前后结温曲线对比图；
[0027]图4是本专利技术基于无功循环电流的变流器主动热控制策略的实施例中网侧变流器IGBT控制前后热循环幅值分布图；
[0028]图5是本专利技术基于无功循环电流的变流器主动热控制策略的实施例中机侧变流器二极管控制前后热循环幅值分布图；
[0029]图6是本专利技术基于无功循环电流的变流器主动热控制策略的实施例中网侧变流器无功循环电流及限制值曲线图；
[0030]图7是本专利技术基于无功循环电流的变流器主动热控制策略的实施例中网侧过励运行状态变流器调制度曲线图。
具体实施方式
[0031]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0032]实施例1
[0033]基于无功循环电流的变流器主动热控制策略，包括以下步骤：
[0034]如图1所示，在机侧中，将MPPT控制的机侧变流器有功电流参考值输入自适应滤波器进行滤波得到将结合并联变流器功率分配比K，计算得到无功电流给定值进而得到无功电流参考值与
[0035]在网侧中，将直流侧电压U
dc
、直流侧电压给定值输入直流侧电压PI，得到有功电流给定信号将输入到自适应滤波器得到将结合并联变流器功率分配比K，计算得到初始无功电流给定值，并通过过励变流器调制度限制模块对无功电流输出值进行控制，在控制过程中通过无功电流限幅值i
gqmax
对无功电流给定值进行限制保证过励运行变流器调制度始终小于固定值M
*
，保持系统稳定，得到网侧并联变流器的无功电流给定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于无功循环电流的变流器主动热控制策略，其特征在于，包括：在机侧中，将MPPT控制的机侧变流器有功电流参考值输入自适应滤波器进行滤波得到将结合并联变流器功率分配比K，计算得到无功电流参考值在网侧中，先将直流侧电压U
dc
、直流侧电压给定值输入直流侧电压PI，得到有功电流给定信号再将进行滤波得到将结合并联变流器功率分配比K，计算得到初始无功电流给定值，然后通过过励变流器调制度限制模块对无功电流输出值进行控制，在控制过程中通过无功电流限幅值i
gqmax
对初始无功电流给定值进行限制，保证过励运行变流器调制度小于固定值，得到网侧并联变流器的无功电流给定值2.根据权利要求1所述的基于无功循环电流的变流器主动热控制策略，其特征在于，通过所述控制策略控制三相变流器输出电流，在一个开关周期内，IGBT的平均导通损耗P
con_T
与二极管的平均导通损耗P
con_D
的计算方式为：的计算方式为：上式中，I
c
为功率器件的负载电流，M为过励变流器调制度限制模块的调制度，为调制电压与电流的夹角，V
CE0
、V
F0
分别为IGBT、二极管的正向导通压降的阈值电压，r
CE
、r
F
分别为IGBT和二极管的导通电阻，T
Tj
、T
Dj
分别为IGBT、二极管的结温。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘军，王启超，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：