风力发电变流器直流母线的制动模块的控制系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种风力发电变流器直流母线的制动模块的控制系统和方法。所述直流母线电压的制动模块的控制系统，包括：电压检测单元，采集正直流母线电压信号和负直流母线电压信号；控制单元，根据正直流母线电压与启动制动电压门限之间的差以及负直流母线电压与启动制动电压门限的和进行运算来得到控制信号，并将控制信号输出到脉宽调制单元；脉宽调制单元，所述控制信号控制脉宽调制单元输出一定占空比的信号来驱动制动模块，泄放直流母线能量。本发明专利技术能够设定母线电压工作区间，能够平滑控制母线电压，并且能避免制动模块的频繁切入切出，另外能够针对有直流母线中点接地变流器系统的制动模块抑制母线电压不平衡，防止单边母线过压。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种。所述直流母线电压的制动模块的控制系统，包括：电压检测单元，采集正直流母线电压信号和负直流母线电压信号；控制单元，根据正直流母线电压与启动制动电压门限之间的差以及负直流母线电压与启动制动电压门限的和进行运算来得到控制信号，并将控制信号输出到脉宽调制单元；脉宽调制单元，所述控制信号控制脉宽调制单元输出一定占空比的信号来驱动制动模块，泄放直流母线能量。本专利技术能够设定母线电压工作区间，能够平滑控制母线电压，并且能避免制动模块的频繁切入切出，另外能够针对有直流母线中点接地变流器系统的制动模块抑制母线电压不平衡，防止单边母线过压。【专利说明】
本专利技术涉及一种风力发电系统的制动控制系统和方法，尤其涉及一种。
技术介绍
目前，兆瓦级直驱和双馈风力发电系统中，大多采用如图1、图2、图3、图4所示背靠背的双PWM变流器作为电能变换器。图1示意性示出了没有直流母线中点的双馈风力发电系统，其中5表示增速箱，4表示变压器，I表示机侧变流模块，2表示网侧变流模块，3表示Du/dt滤波器。图2示意性示出了直流母线中点接地的双馈风力发电系统。图3示意性示出了没有直流母线中点的直驱风力发电系统。图4示意性示出了直流母线中点接地的直驱风力发电系统。背靠背的双PWM变流器的基本结构均为交直交(AC-DC-AC)的拓扑结构，主要包括机侧变流模块1、直流母线、网侧变流模块2。风力发电机产生的三相交流电通过机侧变流模块I整流成直流电，能量存储在直流母线上，然后通过网侧变流模块2进行逆变，将直流母线上的能量转换成电网可以接收的三相电，这样就形成了一个由电机到电网的能量转换环，实现了能量的转移。需要关注的是，当发生如下工况时:(I)如果变流器的网侧变流模块2没有及时将直流母线上的能量送到电网去，而变流器的机侧变流模块又不断将发电机产生的能量注入到变流器直流母线上；(2)如果电网电压提升导致能量反灌至变流器直流母线上；会导致直流母线电压不断升高，会严重威胁到功率器件的安全，因而对直流母线过压的保护在整个变流器系统中就显得尤为重要。当前，为了快速消耗掉直流母线上过多的能量，大都采用在图1、图2、图3、图4中变流器的正负直流母线间增加一个制动模块来解决这一问题，如图5、图6所示。制动模块由一个单相的IGBT桥和制动电阻组成，当直流母线上的电压过压时候，通过制动模块的控制单元来控制IGBT功率模块的开断，通过母线电压检测模块和功率放电模块分别与变流器的母线电连接，让制动电阻投入工作，消耗掉直流母线上过多的能量，维持直流母线的平衡，达到保护功率器件和维持变流器正常工作的目的，这在电网低电压穿越的时候显得尤其重要。目前制动模块对于具有正、负直流母线系统和具有正、负、地的直流母线系统，均采用正负母线整体进行控制，即，该方法仅根据正母线电压和负母线电压之间的电压差来控制，在实际应用中并不完全适用于如图6所示的具有正、负、地的直流母线系统，因为具有正、负、地的直流母线系统存在正、负母线电压不平衡的情况，极有可能导致单边母线过压的情况发生，从而影响机组运行和寿命。而且传统控制方式仅采用开断方式，制动模块经常突然通断，不能平滑调节。
技术实现思路
风力发电变流器系统中制动模块是防止直流母线电压发生过压，及时有效进行控制，限制母线电压抬升，将多余能量泄放到制动电阻上消耗掉。因此，本专利技术设计了一种母线电压的制动模块的浮动控制方法，此控制方法能够有效控制器母线电压，保证变流器可靠运行。本专利技术采用基于脉宽调制(PWM)技术的母线电压的比例控制器+滤波器的制动模块的控制方法，能够设定母线电压工作区间，并且平滑控制母线电压；避免母线电压的大幅波动和制动模块的频繁切入切出，根据本专利技术的实施例的控制方法适用于图5和图6所示系统。本专利技术同时针对图2、图4所示具有正、负、地的直流母线系统，采用正负母线分别制动的控制方法，能够完全抑制母线电压不平衡导致的单边母线过压故障的发生，维持母线电压的平衡控制；根据本专利技术的实施例的一方面，提供一种直流母线电压的制动模块的控制系统，包括:电压检测单元，采集正直流母线电压信号和负直流母线电压信号；控制单元，根据正直流母线电压与启动制动电压门限之间的差以及负直流母线电压与启动制动电压门限的和进行运算来得到控制信号，并将控制信号输出到脉宽调制单元；脉宽调制单元，所述控制信号控制脉宽调制单元输出一定占空比的信号来驱动制动模块，泄放直流母线能量。控制单元包括:第一求和器件，第一求和器件将正母线电压与启动制动电压门限的相反数相加，相加之后的值被输出到第一限幅器；第二求和器件，第二求和器件将负母线电压与启动制动电压门限相加，相加之后的值被输出到第二限幅器；第一限幅器，第一限幅器根据从第一求和器件接收的值的大小相应地输出大小在正母线电压限幅最小值到正母线电压限幅最大值之间的值；第二限幅器，第二限幅器根据从第二求和器件接收的值的大小相应地输出大小在负母线电压限幅最小值到负母线电压限幅最大值之间的值；第三求和器件，第三求和器件将第一限幅器的输出值与第二限幅器的输出值的相反数进行求和运算，然后将运算后的值输出给比例控制器；比例控制器，将第三求和器件的输出值乘以预定的比例，然后将运算后的值输出给滤波器；滤波器，用于对从比例控制器输入的信号进行滤波，以去除噪声和平滑从比例控制器输入的信号，得到脉宽调制单元的占空比的设定值信号并输出该设定值信号。控制单元还包括:第三限幅器，对从滤波器输入的设定值信号进行限幅处理以得到控制信号，用于避免控制信号超过脉冲调制单元能接收的最大值，并将控制信号传输给脉宽调制单元。脉宽调制单元包括:脉冲波发生器，向比较器的反相输入端输出脉冲波形；比较器，比较器的同相输入端接收从控制单元输出的信号，反相输入端接收脉冲波发生器输出的信号，比较器的输出信号用于驱动制动模块。比较器的输出信号通过驱动器来驱动制动模块。所述脉冲波发生器是三角波发生器。滤波器为一阶、二阶或者更高阶的低通滤波器。根据本专利技术的实施例的另一方面，提供了一种直流母线电压的制动模块的控制方法，包括:采集正直流母线电压信号和负直流母线电压信号；控制单元根据正直流母线电压与启动制动电压门限之间的差以及负直流母线电压与启动制动电压门限的和进行运算来得到控制信号，并将控制信号输出到脉宽调制单元；利用所述控制信号控制脉宽调制单元输出一定占空比的信号来驱动制动模块，泄放直流母线能量。根据正直流母线电压与启动制动电压门限之间的差以及负直流母线电压与启动制动电压门限的和进行运算来得到控制信号的步骤包括:将正母线电压与启动制动电压门限的相反数相加，将相加之后的值输出到第一限幅器；将负母线电压与启动制动电压门限相加，将相加之后的值输出到第二限幅器；第一限幅器根据接收的值的大小相应地输出大小在正母线电压限幅最小值到正母线电压限幅最大值之间的值；第二限幅器根据接收的值的大小相应地输出大小在负母线电压限幅最小值到负母线电压限幅最大值之间的值；求和器件将第一限幅器的输出值与第二限幅器的输出值的相反数进行求和运算，然后将运算后的值输出给比例控制器；比例控制器将从求和器件接收的值乘以预定的比例，然后将运算后的值输出给滤波器，滤波器对从比例控制器输入的信号进行滤波，以去除噪声和平本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流母线电压的制动模块的控制系统，包括：电压检测单元，采集正直流母线电压信号和负直流母线电压信号；控制单元，根据正直流母线电压与启动制动电压门限之间的差以及负直流母线电压与启动制动电压门限的和进行运算来得到控制信号，并将控制信号输出到脉宽调制单元；脉宽调制单元，所述控制信号控制脉宽调制单元输出一定占空比的信号来驱动制动模块，泄放直流母线能量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：尹进峰，郭锐，蒋中川，刘炳，
申请(专利权)人：北京天诚同创电气有限公司，
类型：发明
国别省市：