專利名稱：基于逆疏松矩陣變換器的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力電子與電力傳動(dòng)以及可再生能源發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種新 型電力電子拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以及基于該拓?fù)涞娘L(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)配置方案，特別涉及一種基于逆疏 松矩陣變換器的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及其方法。
背景技術(shù)：
常見(jiàn)的永磁同步發(fā)電機(jī)(PMSG)發(fā)電系統(tǒng)的功率變換裝置包含交直交變換器或 交交變換器兩大類。其中，交直交變換器通常采用雙PWM變換器，通常需要大容量的電解電 容，以及笨重的濾波電抗器，電解電容的存在將嚴(yán)重限制發(fā)電系統(tǒng)的使用壽命，笨重的濾波 電抗器成本昂貴。總之，由該類拓?fù)浣M成的發(fā)電系統(tǒng)功能完備，但投資成本過(guò)高。還有一種 經(jīng)濟(jì)型功率變換裝置，由三相二極管整流橋、BOOST升壓環(huán)節(jié)和逆變器組成。該拓?fù)涑杀居?所降低，但由于二極管整流器，不可避免的會(huì)導(dǎo)致在PMSG定子繞組中產(chǎn)生大量諧波電流， 因此，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)，同時(shí)諧波損耗增大。傳統(tǒng)的交交變換器由大量晶閘管組成，諧波 嚴(yán)重，變頻范圍有限，不適合高性能風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。矩陣變換器是一種綠色交交變換器，由 于其具備正弦輸入輸出電流，無(wú)需中間儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，因而結(jié)構(gòu)緊湊，功率密度高。矩陣變換器 雖然具備諸多的優(yōu)點(diǎn)，但由于其開(kāi)關(guān)數(shù)目過(guò)于龐大，導(dǎo)致成本過(guò)高，可靠性降低，這些嚴(yán)重 限制了矩陣變換器在發(fā)電領(lǐng)域中的應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提出一種基于逆疏松矩陣變換器的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 及其方法，該基于逆疏松矩陣變換器的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)能夠綠色、高效、可靠地變換與傳輸能 量，同時(shí)保證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，成本低廉。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種基于逆疏松矩陣變換器的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，整流級(jí)的交流側(cè)與電網(wǎng)相接，整流 級(jí)的直流側(cè)與逆變級(jí)的直流側(cè)對(duì)接，逆變級(jí)的交流側(cè)與永磁同步發(fā)電機(jī)的輸出端相接，永 磁同步發(fā)電機(jī)與風(fēng)機(jī)相接；主動(dòng)保護(hù)電路的輸入側(cè)接逆變器的直流側(cè)，主動(dòng)保護(hù)電路的輸 出側(cè)與整流級(jí)的交流側(cè)相接；所述的整流級(jí)為由六個(gè)功率器件組件組成的三相整流橋，每一個(gè)功率器件組件由 一個(gè)可控半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)和功率二極管串接而成；逆變級(jí)是由6個(gè)IGBT組成的三相橋式逆變器。所述的主動(dòng)保護(hù)電路的電路結(jié)構(gòu)如下整流二極管模塊是由6個(gè)整流二極管相接形成的三相整流橋式電路；電容Ce跨接 在整流二極管模塊的直流側(cè)；電容Ce的負(fù)極接IGBT g3的發(fā)射極，IGBT g3的集電極和逆變級(jí)直流側(cè)的地端相 連、電容Ce的正極接IGBT gl的集電極，IGBT gl的發(fā)射極接逆變級(jí)直流側(cè)的正電壓端；由第一分壓電阻和第二分壓電阻串接而成的取樣電路與電容Ce并聯(lián)；
滯環(huán)比較器的輸入端接第一分壓電阻和第二分壓電阻的公共連接點(diǎn)，滯環(huán)比較器 的輸出端接IGBT g2的驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器的輸出接IGBT g2的門極，IGBT g2的發(fā)射極接電容 Ce的負(fù)極，IGBT g2的集電極經(jīng)電阻RD接電容Ce的正極。所述的整流級(jí)的交流側(cè)通過(guò)濾波器與電網(wǎng)相接。一種基于逆疏松矩陣變換器的風(fēng)力發(fā)電方法，采用前述的基于逆疏松矩陣變換器 的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，將永磁同步發(fā)電機(jī)輸出的電能饋送到電網(wǎng)中?；谀媸杷删仃囎儞Q器的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有兩種啟動(dòng)方式第一種啟動(dòng)方法逆變級(jí)所有IGBT均處于閉合狀態(tài)，相當(dāng)于二極管整流發(fā)電狀 態(tài)，而整流級(jí)則按正常方式運(yùn)行，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速上升至其所產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)高于電網(wǎng)電壓 時(shí)，這時(shí)發(fā)電機(jī)定子繞組有連續(xù)電流通過(guò)，再使逆變級(jí)所有IGBT完全按正常方式運(yùn)行，完 成了基于逆疏松矩陣變換器的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的啟動(dòng)；第二種啟動(dòng)方法，在啟動(dòng)之初，關(guān)閉整流級(jí)的所有可控半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)，開(kāi)啟主動(dòng) 保護(hù)電路中的IGBT gl和IGBT g3，主動(dòng)保護(hù)電路和逆變級(jí)一起構(gòu)成通用變頻器以控制永磁 發(fā)電機(jī)，從而避免第一種啟動(dòng)方式下的系統(tǒng)啟動(dòng)之初低速運(yùn)行不受控制的死區(qū)，直到發(fā)電 機(jī)定子電流大于IA時(shí)，關(guān)閉IGBT gl和g3，同時(shí)，啟動(dòng)逆疏松矩陣變換器的正常調(diào)制程序， 完成基于逆疏松矩陣變換器的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的啟動(dòng)。采用基于電流空間矢量角的閉環(huán)PI控制方法控制無(wú)功功率，控制量 ^ = U^ + lx^-g}+^)，其中θ為輸入電流參考矢量角，δ為電網(wǎng)電壓矢量角，δ
由鎖相環(huán)電路獲取，sat(.)為飽和函數(shù)，其上限為f，下限為-f，A-1O為拉普拉斯反變
換，s為拉普拉斯變換的復(fù)變量，、為無(wú)功電流，為電網(wǎng)電流矢量在電網(wǎng)電壓矢量方向上的 投影，為了實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)控制乂為無(wú)功電流給定值，、和Iii分別為比例系數(shù)和積分系數(shù)?？刂破鞯妮敵龆送ㄟ^(guò)驅(qū)動(dòng)電路與可控半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)、IGBT gl.IGBT的控制端相 接，為現(xiàn)有技術(shù)。有益效果本發(fā)明的基于逆疏松矩陣變換器的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及其方法，是一種全新的原創(chuàng)的 系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的原創(chuàng)性體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面(1)提出一種逆疏松矩陣變換器拓?fù)?，解決了傳統(tǒng)矩陣變換器功率開(kāi)關(guān)數(shù)量太多、 成本高以及可靠性差等問(wèn)題；(2)提出一種基于逆疏松矩陣變換器的永磁同步發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)配置方案， 解決了基于逆疏松矩陣變換器的永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制問(wèn)題；解決了該發(fā)電系統(tǒng)無(wú)功 控制問(wèn)題。(3)提出一種適合本系統(tǒng)的集成過(guò)壓抑制、箝位和輔助啟動(dòng)等功能的主動(dòng)保護(hù)電 路，解決了系統(tǒng)啟動(dòng)問(wèn)題、逆疏松矩陣變換器輸入端過(guò)壓保護(hù)問(wèn)題，中直流電壓箝位和發(fā)電 系統(tǒng)低壓穿越問(wèn)題。本發(fā)明中的逆疏松矩陣變換器的整流級(jí)的可控半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)數(shù)目減少至6個(gè)， 它的功率二極管數(shù)目也僅為6個(gè)；因而，系統(tǒng)成本大幅度降低，可靠性大大提高，系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)損耗也隨之降低。雖然其能量只能從逆疏松矩陣變換器的逆變端往整流端單向流動(dòng)，但 并不影響該系統(tǒng)發(fā)電運(yùn)行。逆疏松矩陣變換器的整流端通過(guò)輸入濾波器和電網(wǎng)相連，而其逆變端直接與永磁 同步發(fā)電機(jī)定子相連，將由風(fēng)能所轉(zhuǎn)換的電能通過(guò)逆疏松矩陣變換器注入電網(wǎng)。集成保護(hù)、箝位等功能的主動(dòng)電路由三相二極管整流器、功率電阻、IGBT和滯環(huán)比 較器等組成。具有抑制電網(wǎng)瞬時(shí)過(guò)壓、保護(hù)矩陣變換器功率開(kāi)關(guān)器件、系統(tǒng)停機(jī)時(shí)箝位以及 發(fā)電系統(tǒng)低壓穿越的功能。本發(fā)明的逆疏松矩陣變換器，輸入輸出電流正弦，功率器件數(shù)目小，能量能從逆疏 松矩陣變換器的逆變級(jí)往整流級(jí)流動(dòng)，但恰能滿足所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的要求。本發(fā)明所述的基于逆疏松矩陣變換器的永磁同步發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)配置，具有 以下優(yōu)點(diǎn)1、效率高，綠色無(wú)諧波污染；2、可靠性高；3、結(jié)構(gòu)緊湊；4控制方法簡(jiǎn)單。本發(fā)明所述的集成過(guò)壓抑制、箝位和輔助啟動(dòng)等功能的主動(dòng)保護(hù)電路大大提高了 系統(tǒng)的可靠性，具體為其中，二極管整流器一方面能為系統(tǒng)提供必要的啟動(dòng)能量，另一方 面可抑制逆疏松矩陣變換器的輸入端過(guò)壓。由IGBT和耗能電阻組成的主動(dòng)crowbar保護(hù) 電路，為系統(tǒng)提供了低壓穿越能力。通常研究的矩陣變換器為能量雙向流動(dòng)的矩陣變換器，它用到了雙向開(kāi)關(guān)，因而 需要大量的功率開(kāi)關(guān)，傳統(tǒng)矩陣變換器由18個(gè)IGBT組成，而疏松矩陣變換器是傳統(tǒng)矩陣 變換器的一種衍生拓?fù)洌溥\(yùn)行原理和基本功能和傳統(tǒng)矩陣變換器基本一致。本發(fā)明所命 名的逆疏松矩陣變換器是在疏松矩陣變換器的基礎(chǔ)上減少了功率開(kāi)關(guān)數(shù)目，但功能有所受 限，即能量只能從逆變側(cè)往整流側(cè)傳輸，通常的應(yīng)用是能量從整流側(cè)往逆變側(cè)傳輸。而本發(fā) 明剛好與之相反，故用“逆”字命名。相對(duì)傳統(tǒng)矩陣變換器而言，功率開(kāi)關(guān)數(shù)量減少，傳統(tǒng)矩陣變換器用到18個(gè)IGBT和 18個(gè)功率二極管。而逆疏松矩陣變換器僅用到12個(gè)IGBT和12個(gè)功率二極管，(說(shuō)明這 里不包括主動(dòng)保護(hù)電路所涉及的功率開(kāi)關(guān))相對(duì)疏松矩陣變換器而言，功率開(kāi)關(guān)數(shù)量減少，疏松矩陣變換器需要18個(gè)IGBT和 18個(gè)功率二極管。相對(duì)非常疏松矩陣變換器，功率開(kāi)關(guān)數(shù)量減少，非常疏松矩陣變換器需要12個(gè) IGBT, 30個(gè)功率二極管。綜上所述，所提逆疏松矩陣變換器成本較低。
圖1是逆疏松矩陣變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；圖2是基于逆疏松矩陣變換器的永磁同步發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是基于逆疏松矩陣變換器的永磁同步發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制框圖；圖4是集成保護(hù)、箝位等功能的主動(dòng)(crowbar)保護(hù)電路的示意圖；圖5為電網(wǎng)有功功率和無(wú)功功率曲線圖；圖6為逆疏松矩陣變換器輸入電流和電壓曲線圖；圖7為定子電流波形；圖8為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速曲線。
標(biāo)號(hào)說(shuō)明1-濾波器，2-整流級(jí)，3-主動(dòng)保護(hù)電路，4-逆變級(jí)，5-逆疏松矩陣變換 器，6-電網(wǎng)，7-永磁同步發(fā)電機(jī)，8-風(fēng)機(jī)，9-無(wú)功功率控制器，10-永磁同步發(fā)電機(jī)控制器， 11-整流二極管模塊，12-取樣電路，13-滯環(huán)比較器；
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明實(shí)施例1 圖1為逆疏松矩陣變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它由輸入濾波器(也稱為濾波器)、逆疏松 矩陣變換器整流級(jí)、主動(dòng)保護(hù)電路、逆疏松矩陣變換器逆變級(jí)組成。電流型整流級(jí)與電壓型 逆變級(jí)直接連接。可見(jiàn)逆疏松矩陣變換器的整流級(jí)的電流流動(dòng)方向是單向的，即能量只能 從逆變級(jí)流向整流級(jí)注入電網(wǎng)。正常運(yùn)行時(shí)，逆疏松矩陣變換器的調(diào)制策略和常規(guī)雙級(jí)矩陣變換器的調(diào)制策略沒(méi) 有任何出入，只是在啟動(dòng)的時(shí)候，略有所不同。系統(tǒng)有兩種啟動(dòng)方式，第一種，逆疏松矩陣變換器逆變級(jí)所有可控開(kāi)關(guān)器件均處 于閉合狀態(tài)，相當(dāng)于二極管整流發(fā)電狀態(tài)，而它的整流級(jí)則按正常方式運(yùn)行，IGBT gl，g3均 關(guān)閉(若采用這種啟動(dòng)方式，在設(shè)計(jì)時(shí)，IGBT gl，g3可以省略)當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速足夠高，發(fā)電 機(jī)定子繞組有電流流過(guò)時(shí)，逆疏松矩陣變換器才能完全受控，而且，采用這種方法時(shí)對(duì)圖1 中模塊中的整流二級(jí)管的功率等級(jí)要求更低；第二種啟動(dòng)方法，在啟動(dòng)之初，關(guān)閉整流級(jí)的 所有IGBT，開(kāi)啟IGBT gl，g3這樣，主動(dòng)保護(hù)電路和逆變級(jí)一起構(gòu)成通用變頻器，可方便控 制永磁發(fā)電機(jī)，從而避免了第一種啟動(dòng)方式下的系統(tǒng)啟動(dòng)之初不受控制的死區(qū)，直到發(fā)電 機(jī)定子電流已有足夠大時(shí)，關(guān)閉IGBT gl和g3，同時(shí)，啟動(dòng)逆疏松矩陣變換器的正常調(diào)制程 序。圖2為基于逆疏松矩陣變換器的永磁同步發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，它由電網(wǎng)，逆疏 松矩陣變換器，永磁同步發(fā)電機(jī)和風(fēng)機(jī)組成。由于逆疏松矩陣變換器只允許能量單向流動(dòng)，故它只適合用于永磁同步發(fā)電機(jī)等 具有高功率因數(shù)的發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中，而所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)正屬此類。逆疏松矩陣變換器的逆 變級(jí)負(fù)責(zé)控制永磁發(fā)電機(jī)，可實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能跟蹤等。而逆疏松矩陣變換器的整流級(jí)負(fù)責(zé)無(wú) 功功率控制。圖3為基于逆疏松矩陣變換器的永磁同步發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制框圖。其主 要由兩部分組成一部分為電網(wǎng)無(wú)功功率控制，另一部分為永磁發(fā)電機(jī)控制，其包括了最大 風(fēng)能跟蹤控制。電網(wǎng)無(wú)功功率控制為了發(fā)掘矩陣變換器電網(wǎng)無(wú)功功率可控的潛力，本發(fā)明提出一種簡(jiǎn)單有效的無(wú)功 功率閉環(huán)策略，電流空間矢量角的PI控制策略，如圖3所示，具體描述如下θ = Sat(V、(kp +k^iTq ~iq)} + 5)，S為拉普拉斯變換中的復(fù)變量。其中，δ為電網(wǎng)電壓矢量角，其由鎖相環(huán)電路獲取，作為控制的前饋部分，以提高 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)。sat(·)為飽和函數(shù)，以保證中間直流“上正下負(fù)”，A-1O為拉普拉斯反變 換。<為無(wú)功電流給定值，預(yù)先設(shè)定，<一般取零，當(dāng)需要對(duì)電網(wǎng)補(bǔ)償時(shí)，可以設(shè)定某一正值或負(fù)值。永磁發(fā)電機(jī)控制永磁發(fā)電機(jī)的控制采用如圖3所示的永磁同步發(fā)電機(jī)控制器10，由最大風(fēng)能跟蹤 控制器(MPPT)、單位功率因數(shù)發(fā)電控制器(unity power factor control為isd提供參考)， 一個(gè)PI速度控制器和兩個(gè)PI電流控制器組成。圖4為集成保護(hù)、箝位等功能的主動(dòng)crowbar保護(hù)電路(即主動(dòng)保護(hù)電路)的示 意圖。整流二極管模塊由6個(gè)整流二極管組成，一方面為啟動(dòng)提供電壓，另一方面提供過(guò)壓 保護(hù)功能。取樣電路為直流電壓測(cè)量模塊，它由兩個(gè)分壓電阻構(gòu)成。滯環(huán)比較模塊為低壓 穿越提供決策。正常工作時(shí)IGBT gl，g3關(guān)閉，IGBT g2也為關(guān)閉狀態(tài)。在啟動(dòng)之初，gl，g3 開(kāi)通，g2關(guān)閉，通過(guò)整流二極管和電容Ce為逆變級(jí)提供電壓。在發(fā)生電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，測(cè) 量環(huán)節(jié)測(cè)得的中間直流電壓一旦超過(guò)閾值上限設(shè)定值uh，IGBT g2開(kāi)通，釋放多余的能量， 直到測(cè)得的電壓低于閾值下限設(shè)定值U1,開(kāi)關(guān)g2才關(guān)閉。當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生瞬時(shí)過(guò)壓時(shí)，整 流二極管模塊以及電容C；將共同抑制瞬時(shí)過(guò)壓，保護(hù)逆疏松矩陣變換器。本實(shí)施例中，R1/R2 = 200/1，R2選100歐姆，Rl為20K歐姆，Rd為泄能電阻，選 20歐姆，1000瓦。Ce由兩個(gè)470uf，400V的電解電容串聯(lián)而成。滯環(huán)比較器的參數(shù)高電壓閾值Uh等于3. IV，低電壓閾值U1為2. 9v.輸入濾波電感為20A/0. 6mH,濾波電容選30uf的薄膜電容.圖5為端電網(wǎng)有功功率和無(wú)功功率；發(fā)電機(jī)發(fā)出將近3. 7Kw的功率，在0. 5秒前， 網(wǎng)側(cè)無(wú)功功率控制器未工作，結(jié)果有一定無(wú)功注入電網(wǎng)；0.5秒后，無(wú)功網(wǎng)側(cè)無(wú)功功率控制 器投入，實(shí)現(xiàn)了單位功率因數(shù)。圖6為對(duì)應(yīng)逆疏松矩陣變換器輸入電流和電壓狀況。圖7 永磁發(fā)電機(jī)定子電流波形；圖8發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，器給定速率為400rad/S。逆疏松矩陣變換器的所有的IGBT和二極管的功率等級(jí)可選擇一樣，主動(dòng)保護(hù)電 路中，gl和g3的功率等級(jí)可以較低，但g2的功率等級(jí)較高。由于電流通過(guò)的功率器件減少，因而系統(tǒng)效率提高，根據(jù)文獻(xiàn)，傳統(tǒng)矩陣變換器的 效率高達(dá)92 %，故該系統(tǒng)的效率可高于92 %。
權(quán)利要求
1.一種基于逆疏松矩陣變換器的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，整流級(jí)的交流側(cè)與電網(wǎng) 相接，整流級(jí)的直流側(cè)與逆變級(jí)的直流側(cè)對(duì)接，逆變級(jí)的交流側(cè)與永磁同步發(fā)電機(jī)的輸出 端相接，永磁同步發(fā)電機(jī)與風(fēng)機(jī)相接；主動(dòng)保護(hù)電路的輸入側(cè)接逆變器的直流側(cè)，主動(dòng)保護(hù) 電路的輸出側(cè)與整流級(jí)的交流側(cè)相接；所述的整流級(jí)為由六個(gè)功率器件組件組成的三相整流橋，每一個(gè)功率器件組件由一個(gè) 可控半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)和功率二極管串接而成；逆變級(jí)是由6個(gè)IGBT組成的三相橋式逆變器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于逆疏松矩陣變換器的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述 的主動(dòng)保護(hù)電路的電路結(jié)構(gòu)如下整流二極管模塊是由6個(gè)整流二極管相接形成的三相整流橋式電路；電容Ce跨接在整 流二極管模塊的直流側(cè)；電容Ce的負(fù)極接IGBT g3的發(fā)射極，IGBT g3的集電極和逆變級(jí)直流側(cè)的地端相連、 電容Ce的正極接IGBT gl的集電極，IGBT gl的發(fā)射極接逆變級(jí)直流側(cè)的正電壓端；由第一分壓電阻和第二分壓電阻串接而成的取樣電路與電容Ce并聯(lián)；滯環(huán)比較器的輸入端接第一分壓電阻和第二分壓電阻的公共連接點(diǎn)，滯環(huán)比較器的輸 出端接IGBT g2的驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器的輸出接IGBT g2的門極，IGBT g2的發(fā)射極接電容Ce的 負(fù)極，IGBT g2的集電極經(jīng)電阻RD接電容Ce的正極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于逆疏松矩陣變換器的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述 的整流級(jí)的交流側(cè)通過(guò)濾波器與電網(wǎng)相接。
4.一種基于逆疏松矩陣變換器的風(fēng)力發(fā)電方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1-3任一 項(xiàng)所述的基于逆疏松矩陣變換器的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，將永磁同步發(fā)電機(jī)輸出的電能饋送到電 網(wǎng)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于逆疏松矩陣變換器的風(fēng)力發(fā)電方法，其特征在于，基于 逆疏松矩陣變換器的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有兩種啟動(dòng)方式第一種啟動(dòng)方法逆變級(jí)所有IGBT均處于閉合狀態(tài)，相當(dāng)于二極管整流發(fā)電狀態(tài)，而 整流級(jí)則按正常方式運(yùn)行，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速上升至其所產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)高于電網(wǎng)電壓時(shí)，這 時(shí)發(fā)電機(jī)定子繞組有連續(xù)電流通過(guò)，再使逆變級(jí)所有IGBT完全按正常方式運(yùn)行，完成了基 于逆疏松矩陣變換器的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的啟動(dòng)；第二種啟動(dòng)方法，在啟動(dòng)之初，關(guān)閉整流級(jí)的所有可控半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)，開(kāi)啟主動(dòng)保護(hù) 電路中的IGBT gl和IGBT g3，主動(dòng)保護(hù)電路和逆變級(jí)一起構(gòu)成通用變頻器以控制永磁發(fā)電 機(jī)，從而避免第一種啟動(dòng)方式下的系統(tǒng)啟動(dòng)之初低速運(yùn)行不受控制的死區(qū)，直到發(fā)電機(jī)定 子電流大于IA時(shí)，關(guān)閉IGBT gl和g3，同時(shí)，啟動(dòng)逆疏松矩陣變換器的正常調(diào)制程序，完成 基于逆疏松矩陣變換器的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的啟動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于逆疏松矩陣變換器的風(fēng)力發(fā)電方法，其特 征在于，采用基于電流空間矢量角的閉環(huán)PI控制方法控制無(wú)功功率，控制量
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于逆疏松矩陣變換器的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及其方法，基于逆疏松矩陣變換器的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為整流級(jí)的交流側(cè)與電網(wǎng)相接，整流級(jí)的直流側(cè)與逆變級(jí)的直流側(cè)對(duì)接，逆變級(jí)的交流側(cè)與永磁同步發(fā)電機(jī)的輸出端相接，永磁同步發(fā)電機(jī)與風(fēng)機(jī)相接；主動(dòng)保護(hù)電路的輸入側(cè)接逆變器的直流側(cè)，主動(dòng)保護(hù)電路的輸出側(cè)與整流級(jí)的交流側(cè)相接；所述的整流級(jí)為由六個(gè)功率器件組件組成的三相整流橋，每一個(gè)功率器件組件由一個(gè)可控半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)和功率二極管串接而成；逆變級(jí)是由6個(gè)IGBT組成的三相橋式逆變器。該基于逆疏松矩陣變換器的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)能夠綠色、高效、可靠地變換與傳輸能量，同時(shí)保證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，成本低廉。
文檔編號(hào)H02J3/38GK102110990SQ20111004759
公開(kāi)日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2011年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月28日
發(fā)明者于晶榮, 孫堯, 廖威, 李幸, 楊建 , 桂衛(wèi)華, 潘攀, 王一軍, 王輝, 粟梅, 羅朝旭, 陳輝華, 韓華 申請(qǐng)人:中南大學(xué)