功率变换器脉宽调制（PWM）策略的同步和相移的控制方法技术

本发明专利技术提供对多个可用于接入供电网络、交流母线等的功率变换器1a、1b和1c进行控制的方法。每个功率变换器都包括网桥14，网桥14按照具有相同切换周期的脉宽调制（PWM）策略进行操作，所述脉宽调制策略在供电网络电压中导致至少一个有害谐波。该方法包括如下步骤，即为每个网桥的PWM策略的切换周期提供相对于时间基准的不同的时间偏移，以使得供电网络电压中的至少一个有害谐波被至少部分地消除。文中描述了两种提供时间偏移的可选途径。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及对使用脉宽调制(PWM)策略进行操作的功率变换器的同步进行控制的方法，其中这些功率变换器可以用于将提供变频可变电压的发电机接入具有标称固定电压和频率的电力网或者供电网络。然而，这些方法还可以用于使用PWM策略进行操作的功率变换器的同步，其中这些功率变换器例如可用于把需要变频可变电压的 电动机接入具有标称固定电压和频率的供电网络(交流母线)。其它的应用包括使用PWM策略进行操作的功率变换器的同步，其中这些功率变换器被配置为提供静态伏安无源(VAR)补偿。
技术介绍
关于上述潜在应用中的第一个，有可能通过使用风轮机直接地或借助变速箱来驱动发电机的转子来将风能转换成电能。在发电机的定子端产生的交流频率(“定子电压”)直接与转子的旋转速度成比例。发电机端的电压也作为速度的函数发生变化，并且取决于发电机的特定类型还会在磁通水平上发生变化。为了最优的能量获取，风轮机输出轴的旋转速度会根据驱动涡轮叶片的风的速度而变化。为了限制高风速下的能量获取，可以通过改变涡轮叶片的螺距来控制输出轴的旋转速度。通过使用功率变换器可以实现将发电机的可变电压和频率与供电网络的标称固定电压和频率相连接。功率变换器通常包括发电机桥，该发电机桥在正常操作中用作把电力提供给直流链路的有源整流器。发电机桥可以具有使用脉宽调制(PWM)策略进行完全控制和调节的一系列半导体功率开关器件的任何适宜的拓扑。发电机桥的直流输出电压被供给网桥的直流端，该网桥在正常操作中用作有源逆变器。对直流输出电压的主要控制是通过控制发电机桥来实现的，但是也可以使用其它控制直流链路电压的方法。网桥可以具有使用PWM策略进行完全控制和调节的一系列半导体功率开关器件的任何适宜的拓扑。网桥的交流输出电压被滤波并经过升压变压器提供至标称固定频率供电网络。保护性接电装置可被包括在其中以向供电网络提供可靠的连接，并且将发电机与变流器系统与供电网络隔离开以满足各种操作性和非操作性要求。输出至供电网络的电力必须符合由各种标准和电网规程的要求。例如，在一个相关标准中，与切换频率的边带相关的谐波电压失真的幅度应当保持为低于该供电网络处于基频时电压波形的电压幅度的O. 2%。在网桥中使用的PWM策略通常工作在给定的切换频率。电力网或供电网络的标称固定频率与PWM策略的切换频率之间的混合会导致网桥交流输出电压中的谐波。如果两个或更多功率变换器连接至普通供电网络或电力网(例如，在风电场的情况下，其中多个风轮机可能通过并联连接至供电网络)，则输出至供电网络的电力中的总谐波电压失真有可能超过为公共点限定的要求限制。
技术实现思路
本专利技术提供一种对多个可用于接入供电网络的功率变换器进行控制的方法，其中每个功率变换器都包括一个网桥，该网桥按照具有相同切换周期的脉宽调制(PWM)策略进行操作，其在供电网络电压中导致至少一个有害谐波，该方法包括如下步骤，即为每个网桥的PWM策略的切换周期提供不同的相对于时间基准的时间偏移，以使得供电网络电压中的至少一个有害谐波被至少部分地消除。此方法的一个优点是，至少一个有害谐波(例如，通过把电力网或供电网络的标称固定频率与PWM策略的切换频率混合起来而产生的有害谐波)可被部分地消除，并且在某些情况下可以完全消除。在每个功率变换器均用于把发电机接入供电网络的情况下，此方 法使得通过网桥阵列输出至供电网络的电力能够符合由各种标准和电网规程所限定的谐波失真上的要求。在每个功率变换器均用于把电动机接入供电网络(或母线)的情况下，此方法使得供电网络电压中任何由每个网桥的操作所导致的谐波失真能够被减小。类似地，在每个功率变换器均操作为静态伏安无源(VAR)补偿器时，此方法使得供电网络电压中任何由每个网桥的操作所导致的谐波失真能够被减小。每个功率变换器的操作，特别是应用于相关网桥的PWM策略，可以由电子控制器控制。控制器可以被集成到网桥中，或者作为分离的独立单元提供。无论如何，都应认识到控制器构成了更一般的功率变换器的一个组成部分，在本说明书中任何对控制器或网桥的引述均可认为是对其相关功率变换器的引述，反之亦然。更特别地，在本说明书中任何对由功率变换器提供的控制操作的引述也可以在适当处由控制器或网桥执行。从后面的说明书中容易认识到用来同各个时间偏移进行比较的“时间基准”可以是例如公共时间信号或者由级联阵列构造中的“主”功率变换器产生的时间信号的脉冲边沿(例如上升沿或下降沿)。依据环境和功率变换器的预计操作条件可以使用任何适当的“时间基准”。在本专利技术的第一实施例中，所述方法还包括如下步骤生成公共时间信号以用作时间基准，将公共时间信号提供给每个功率变换器，以及为每个网桥的PWM策略的切换周期提供不同的相对于公共时间信号的时间偏移，以使得至少一个供电网络电压中的有害谐波被至少部分地消除。每个网桥的PWM策略的切换周期都是标称(nominalIy )相同的，并且带着各自的时间偏移与公共时间信号同步(或“锁定”)。在使用该方法控制三个并联功率变换器的情况下，第一功率变换器的网桥可以按照一种具有给定切换周期的PWM策略进行操作，其中该给定切换周期相对于公共时间信号具有第一时间周期的偏移。第二功率变换器的网桥可以按照一种具有相同给定切换周期的PWM策略进行操作，其中该给定切换周期相对于公共时间信号具有第二时间周期的偏移。第三功率变换器的网桥可以按照一种具有相同给定切换周期的PWM策略进行操作，其中该给定切换周期相对于公共时间信号具有第三时间周期的偏移。第一、第二和第三偏移全不相同，并且对其的选择使得供电网络电压中的至少一个有害谐波被至少部分地消除。网桥中的一个的PWM策略的切换周期相对于公共时间信号偏移的时间周期可以为零。每个网桥的PWM策略相对于公共时间信号而错开的时间偏移可以用PWM策略的切换周期的百分比的方式表述。例如，在上述将该方法用于控制三个并联功率变换器的情况下，第一功率变换器的网桥可以按照一种具有给定切换周期的PWM策略进行操作，其中该给定切换周期具有占该切换周期0%的第一时间周期的偏移(S卩，第一功率变换器的网桥的PWM策略的切换周期相对于公共时间信号没有偏移)。第二功率变换器的网桥可以按照具有相同给定切换周期的PWM策略进行操作，其中该给定切换周期具有占该切换周期33. 3%的第二时间周期的偏移。第三功率变换器的网桥可以按照具有相同给定切换周期的PWM策略进行操作，其中该给定切换周期具有占该切换周期66. 6%的第三时间周期的偏移。PWM策略可以由具有标称PWM频率的载波波形代表。于是每个时间偏移都可以认为是等同于每个网桥的PWM策略的载波波形的相移。如果PWM周期等价于360°，并且第 一、第二、第三时间周期占切换周期的O %、33. 3 %和66. 6 %，则每个网桥的PWM策略的载波波形将分别相移0°、120°和240°相同的原理自然可以应用于带有任意数量的并联功率变换器的装置。每个网桥的PWM策略的时间偏移可以参照受到本专利技术的方法控制的功率变换器的数量来确定。因而，如果连接至供电网络的功率变换器的数量发生改变，则可以调整与网桥中的一个或多个相关联的时间偏移。这种调整确保了即便功率变换器中的一个或多个离线或者再次在线，供电网络电压中的至少一个有害谐波也能够本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对多个可用于接入交流供电网络的功率变换器进行控制的方法，其中每个功率变换器都包括一个网桥，该网桥具有连接至所述交流供电网络的交流端，该网桥按照由具有相同切换周期的载波波形代表的脉宽调制策略进行操作，所述脉宽调制策略在供电网络电压中导致至少一个有害谐波，该方法包括如下步骤：生成公共时间信号以用作时间基准；将公共时间信号提供给每个功率变换器；以及为每个网桥的脉宽调制策略的切换周期提供不同的相对于公共时间信号的时间偏移以在所述载波波形中提供不同的相移，以使得供电网络电压中的至少一个有害谐波被至少部分地消除，其中所述公共时间信号由独立定时控制器产生并发送至每个功率变换器。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗德尼·琼斯，罗伯特·弗农·富尔彻，亨里克·斯蒂斯达尔，
申请(专利权)人：科孚德机电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：