【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力变换控制，特别设计一种用于风力发电系统的模块化变流器及控制方法。
技术介绍
1、近年来海上风电的发展趋势为风电场规模不断增大、风机单机容量不断增加、逐渐向深远海发展等。海上风电的建造成本和运维成本较高，为降低度电成本，单台风机的容量和尺寸迅速提升。在单机容量增大的同时，电压等级也相应提高，因此，需要提出耐高压的风机内部新型变流器，以满足单台风机高压大容量化的发展要求。
2、中压大功率风电系统中目前应用的是690v的全功率两电平背靠背变流器，随着风机单机容量陆续突破10mw，但此类变流器方案的电流过大、并联数量过多，难以满足未来发展趋势的需要。为此，现有新提出的级联h桥大功率变流器采用模块化设计的思想，通过将各个h桥单元串联而提高总体的输出电压，同时降低电压纹波，而每个h桥本身并无需承担过高的电压。级联h桥的总体开关频率很高，输出波形质量较好，在风电系统中压大功率领域应用比较广泛。但是级联h桥存在直流侧功率二次波动的问题，需要大电容进行电压波动抑制，或改进新型拓扑以改善，这也使得其功率密度不高。
3、此外，现有中还提出模块化多电平变流器(modularmultilevelconverter，简称mmc)，mmc换流器有公共的直流母线，与级联h桥换流器不同，因其模块化的设计，有可扩展性强、输出电能质量高、功率因数可控等优点，但mmc拓扑也存在功率波动的问题，导致其输出的电压波形质量与功率特性不好，难以适用于如海上风力发电系统这样中压大功率变换的场景。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种用于风力发电系统的模块化变流器及控制方法，具有较高的输出电压波形质量和良好的功率特性，适用于中压大功率变换的应用场景。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种用于风力发电系统的模块化变流器，包括用于设置在所述风力发电系统的中压大功率风机的三相输出端上的三个桥臂；
4、所述桥臂由至少两个且串联设置的子模块组成，所述子模块的输入端和输出端均为y型连接；
5、所述子模块包括受控电压源模块、高频变压器以及脉冲翻转电路；
6、所述受控电压源模块的输入端为所述子模块的输入端，所述受控电压源模块的输出端与所述高频变压器的一次侧相连，所述高频变压器的二次侧与所述脉冲翻转电路的输入端相连，所述脉冲翻转电路的输出端为所述子模块的输出端。
7、为了解决上述技术问题，本专利技术采用的另一技术方案为：
8、一种用于风力发电系统的模块化变流器的控制方法，应用于上述的一种用于风力发电系统的模块化变流器，包括如下步骤：
9、s1、获取子模块和中压大功率风机的电路连接图，建立子模块的等效电路模型和中压大功率风机的数学模型，结合得到所述模块化变流器的系统数学模型；
10、s2、对所述系统数学模型采用前馈解耦控制策略，以调节所述模块化变流器的三相输入电压；
11、s3、采用基于载波移相脉宽调制策略的脉冲信号调控受控电压源模块，使得经由所述受控电压源模块的所述三相输入电压转变成流入高频变压器的高频电压；
12、s4、通过所述脉冲翻转电路，将所述高频电压转变为所述模块化变流器的低频输出电压。
13、本专利技术的有益效果在于：提供一种用于风力发电系统的模块化变流器及控制方法，采用高度模块化设计，在桥臂上集成设置了受控电压源模块、高频变压器以及脉冲翻转电路，对基于受控电压源模块的等效电路模型和中压大功率风机的数学模型得到的系统数学模型采用前馈解耦控制策略，通过电压的提升能够有效避免电流过大等问题，提高电路运行稳定性，有效抑制功率波动，提高后的电压经由高频变压器以及脉冲翻转电路后实现降频，以减少充电电流和电容效应，提高功率传输能力，提升输出电压波形质量，改善功率特性，适用于如风力发电等的中压大功率变换的应用场景。
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1.一种用于风力发电系统的模块化变流器，其特征在于，包括用于设置在所述风力发电系统的中压大功率风机的三相输出端上的三个桥臂；
2.根据权利要求1所述的一种用于风力发电系统的模块化变流器，其特征在于，所述脉冲翻转电路包括第一H桥电路和第二H桥电路；
3.根据权利要求1所述的一种用于风力发电系统的模块化变流器，其特征在于，所述受控电压源模块由两个背靠背的H桥电路组成。
4.根据权利要求1所述的一种用于风力发电系统的模块化变流器，其特征在于，所有所述桥臂的子模块的数量均为三个。
5.一种用于风力发电系统的模块化变流器的控制方法，应用于权利要求1至4任一所述的一种用于风力发电系统的模块化变流器，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种用于风力发电系统的模块化变流器的控制方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括：
7.根据权利要求5所述的一种用于风力发电系统的模块化变流器的控制方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：
8.根据权利要求7所述的一种用于风力发电系统的模块化变流器的控制方法，其特征
9.根据权利要求5所述的一种用于风力发电系统的模块化变流器的控制方法，其特征在于，所述采用基于载波移相脉宽调制策略的脉冲信号调控受控电压源模块具体为：
10.根据权利要求7所述的一种用于风力发电系统的模块化变流器的控制方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：
...【技术特征摘要】
1.一种用于风力发电系统的模块化变流器，其特征在于，包括用于设置在所述风力发电系统的中压大功率风机的三相输出端上的三个桥臂；
2.根据权利要求1所述的一种用于风力发电系统的模块化变流器，其特征在于，所述脉冲翻转电路包括第一h桥电路和第二h桥电路；
3.根据权利要求1所述的一种用于风力发电系统的模块化变流器，其特征在于，所述受控电压源模块由两个背靠背的h桥电路组成。
4.根据权利要求1所述的一种用于风力发电系统的模块化变流器，其特征在于，所有所述桥臂的子模块的数量均为三个。
5.一种用于风力发电系统的模块化变流器的控制方法，应用于权利要求1至4任一所述的一种用于风力发电系统的模块化变流器，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓东，林毅，严通煜，叶荣，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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