專利名稱：：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的背靠背三電平中點(diǎn)箝位變流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的背靠背三電平中點(diǎn)箝位變流器。
背景技術(shù)：
：近年來(lái)，多電平變流器在高壓、大功率領(lǐng)域受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的普遍關(guān)注。多電平變流器的思想最早于1981年由Nablae等人提出的，它的基本思路是由幾個(gè)電平臺(tái)階合成階梯波以逼近正弦輸出電壓。多電平變流器作為一種新型的高壓大容量功率變流器，從電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)入手，在得到高質(zhì)量輸出波形的同時(shí)，克服了兩電平變流器的諸多缺點(diǎn)，無(wú)須輸出變壓器和動(dòng)態(tài)均壓電路，開關(guān)頻率低，并有開關(guān)器件應(yīng)力小，系統(tǒng)效率高等一系列優(yōu)點(diǎn)。隨著開關(guān)器件容量的上升，開關(guān)導(dǎo)通特性的改善，多電平變流器的優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越顯著。其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在減少輸入輸出諧波，減小了輸入濾波器的體積與容量，降低電磁干擾(EMI)。相對(duì)兩電平變流器，多電平變流器開關(guān)頻率降低了25%，因此可以減少開關(guān)損耗。多電平變流器的主要缺點(diǎn)在于直流電壓的平衡問題。針對(duì)該問題，有硬件和軟件的解決方法。硬件法需要額外的開關(guān)管，增加系統(tǒng)的成本并減少穩(wěn)定性，軟件法需要對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行控制增加了計(jì)算負(fù)擔(dān)。對(duì)多電平的均壓?jiǎn)栴}，各國(guó)學(xué)者已有比較成熟的解決方案。風(fēng)力機(jī)市場(chǎng)的趨勢(shì)是額定容量、電壓電流等級(jí)不斷提高。而傳統(tǒng)的變流器由于電壓電流容量的限制不能直接應(yīng)用于大容量風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。比如美國(guó)專利7,239,535，是一個(gè)普通的兩電平6個(gè)功率開關(guān)管的電壓變流器，其控制方法也只是對(duì)其每相橋臂的兩個(gè)開關(guān)管進(jìn)行互補(bǔ)導(dǎo)通，即上下兩個(gè)開關(guān)管輪流導(dǎo)通，輸出的相電壓只有高低兩種電平。從其附圖5可以看出，其輸出的電流波形鋸齒很多，質(zhì)量較差。因此也限制了其電流電壓容量。所以多電平變流器的諸多優(yōu)點(diǎn)使其很適合應(yīng)用于新型的風(fēng)力機(jī)。隨著電壓等級(jí)的增加，多電平變流器可以直接接入分布式電網(wǎng)，省去沉重的升壓變壓器。多電平變流器的思想提出至今，出現(xiàn)了許多電路拓?fù)?，歸納起來(lái)主要有以下三種二極管箝位型多電平變流器(diode-clampedmulti-levelconverter),級(jí)聯(lián)H橋型多電平變流器(cascadeHbridgemulti-levelconverter)和飛跨電容型多電平變流器(flying-capacitormulti-levelconverter)。在這三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，二極管箝位三電平變流器由于其同時(shí)具有多重化和脈寬調(diào)制的特點(diǎn)，具有輸出功率大，器件開關(guān)頻率低，等效開關(guān)頻率高；交流側(cè)不需要變壓器連接，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，傳輸帶寬較寬等優(yōu)點(diǎn)在中高壓大功率場(chǎng)合應(yīng)用最為廣泛。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有變流器容量低諧波含量高的缺點(diǎn)，提出一種新的變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方法。本發(fā)明能夠大幅度地提高變流器的電壓電流容量，并明顯地改善輸出波形的形狀,以更好地適應(yīng)電網(wǎng)并網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明采用功率二極管作為箝位器件形成"多電平"功能。相對(duì)于傳統(tǒng)的兩電平變流器，本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)在于單個(gè)器件承受的電壓應(yīng)力小，更容易實(shí)現(xiàn)高壓大功率；在相同開關(guān)頻率下，輸出波形更接近正弦波，諧波含量更低；同時(shí)還大大減輕了電磁干擾(EMI)問題。本發(fā)明背靠背三電平中點(diǎn)箝位變流器所在的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由風(fēng)電機(jī)組、發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)側(cè)變流器、直流側(cè)電容、直流側(cè)卸荷電路、電網(wǎng)側(cè)變流器、電網(wǎng)側(cè)濾波電感和電網(wǎng)構(gòu)成。由風(fēng)電機(jī)組拖動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，把捕獲的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，通過發(fā)電機(jī)側(cè)變流器轉(zhuǎn)化為直流電，直流側(cè)電容作為能量緩沖環(huán)節(jié)，穩(wěn)定直流側(cè)電壓，由電網(wǎng)側(cè)變流器把直流電逆變?yōu)榻涣麟?，通過濾波電感并入電網(wǎng)。本發(fā)明背靠背三電平中點(diǎn)箝位變流器包括風(fēng)機(jī)側(cè)的整流器和電網(wǎng)側(cè)的逆變器，它們的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的原理相同，整流器在風(fēng)機(jī)側(cè)負(fù)責(zé)將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，逆變器在電網(wǎng)側(cè)負(fù)責(zé)將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，由于本發(fā)明背靠背三電平中點(diǎn)箝位變流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)允許能量雙向流動(dòng)，所以如果將整流器的輸入和輸出調(diào)換，就成了逆變器，反之亦然。本發(fā)明背靠背三電平中點(diǎn)箝位變流器在整流器和逆變器的直流母線連接處并入了一對(duì)串聯(lián)的電容，提供中點(diǎn)電壓和緩沖能量。本發(fā)明采用數(shù)字信號(hào)處理芯片DSP作為控制器的核心，DSP能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)采樣信號(hào)的實(shí)時(shí)處理，并根據(jù)控制需要發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。由它實(shí)現(xiàn)本發(fā)明中對(duì)電機(jī)側(cè)整流器和網(wǎng)側(cè)逆變器的空間矢量調(diào)制。外圍電路包括采樣電路和信號(hào)調(diào)理電路。采樣電路通過電壓、電流傳感器采集三相電網(wǎng)電壓、電流、以及每個(gè)變流器的交流電流、電容兩端的直流電壓等，送入信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，然后送入DSP的AD采樣通道。DSP計(jì)算出每個(gè)開關(guān)所需的導(dǎo)通、關(guān)斷時(shí)間后，由DSP的PWM口發(fā)出控制變流器每個(gè)開關(guān)所需要的開關(guān)信號(hào)，經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路放大、隔離后連接到每個(gè)功率器件的驅(qū)動(dòng)門極上，從而控制電機(jī)側(cè)整流器和網(wǎng)側(cè)逆變器正常工作。本發(fā)明工作過程如下在額定風(fēng)速以下，槳距角基本不變以保持風(fēng)能利用系數(shù)最大。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)最大功率算法得到系統(tǒng)輸入到電網(wǎng)的最大功率，由此得到發(fā)電機(jī)的最佳轉(zhuǎn)速，通過調(diào)節(jié)并網(wǎng)逆變器的有功電流使得系統(tǒng)的輸出功率最大，電機(jī)運(yùn)行在最佳轉(zhuǎn)速。在額定風(fēng)速之上，通過變槳來(lái)保持風(fēng)能利用系數(shù)最大。電機(jī)和變流器都運(yùn)行在額定條件下，系統(tǒng)輸出到電網(wǎng)的功率最大。當(dāng)風(fēng)速超過切出風(fēng)速時(shí)，系統(tǒng)停機(jī)，輸出到電網(wǎng)的功率為零。背靠背變流器中的整流器可以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出的無(wú)功功率，有效調(diào)節(jié)電機(jī)輸出功率因數(shù)，當(dāng)需要電機(jī)輸出為單位功率因數(shù)時(shí)，令無(wú)功電流為零，這樣可以使電機(jī)輸出最大有功功率。同時(shí)，由于無(wú)功輸出可調(diào)，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍更寬。電機(jī)側(cè)整流器還可以穩(wěn)定直流側(cè)電壓，給并網(wǎng)逆變器提供穩(wěn)定的直流電源。網(wǎng)側(cè)逆變器負(fù)責(zé)調(diào)解風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸入到電網(wǎng)的有功功率和無(wú)功功率，當(dāng)電網(wǎng)需要超前無(wú)功時(shí)，設(shè)定無(wú)功電流為負(fù)值；當(dāng)電網(wǎng)需要滯后無(wú)功時(shí)，設(shè)定無(wú)功電流為正值；當(dāng)需要輸入到電網(wǎng)的有功功率最大，無(wú)功功率為零時(shí)，可以設(shè)定無(wú)功電流為零，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)為1。以上為目前常用的直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的工作狀態(tài)。本發(fā)明通過12個(gè)功率開關(guān)管的27種開關(guān)狀態(tài)組合，每相橋臂輸入端產(chǎn)生3種電平，多個(gè)二極管對(duì)相應(yīng)開關(guān)元件進(jìn)行箝位，以保證每次一個(gè)橋臂只有一個(gè)開關(guān)動(dòng)作，并實(shí)現(xiàn)三電平輸出，而每個(gè)開關(guān)器件只承受1/2的直流母線電壓，既實(shí)現(xiàn)了交流側(cè)功率因數(shù)可調(diào)，減小了波形畸變率，也可實(shí)現(xiàn)大功率的傳輸。圖r直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)示意圖；圖2背靠背三電平中點(diǎn)箝位變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖3逆變器一相原理圖；圖4逆變器一相三電平生成原理圖；圖5背靠背變流器控制框圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。如圖1所示，直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組包括風(fēng)電機(jī)組、發(fā)電機(jī)、風(fēng)機(jī)側(cè)整流器、直流側(cè)電容、直流側(cè)卸荷電路、電網(wǎng)側(cè)逆變器、電網(wǎng)側(cè)濾波電感和電網(wǎng)。本發(fā)明背靠背三電平中點(diǎn)箝位變流器包括風(fēng)機(jī)側(cè)整流器和電網(wǎng)側(cè)的逆變器。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的定子三相電線分別連接到開關(guān)管S2和S3之間、S6和S7之間、S10和Sll之伺。整流器的輸出與逆變器的輸入連接于點(diǎn)A和點(diǎn)B，如圖2所示。和整流器的輸入一樣，逆變器的輸出經(jīng)過電感L后接到電網(wǎng)G。圖2為本發(fā)明背靠背三電平中點(diǎn)箝位變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。本發(fā)明背靠背三電平中點(diǎn)箝位變流器包括風(fēng)機(jī)側(cè)的整流器和電網(wǎng)側(cè)的逆變器，它們的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的原理相同，只不過在電網(wǎng)側(cè)的逆變器是把風(fēng)機(jī)側(cè)的整流器的輸入輸出調(diào)換后工作，也即所謂的背靠背。如圖2所示，風(fēng)機(jī)側(cè)的整流器和電網(wǎng)側(cè)的逆變器由開關(guān)管和功率二極管組成。每相包含四個(gè)開關(guān)管，一共三相。每個(gè)開關(guān)管都反并聯(lián)了一個(gè)功率二極管，以提供反向?qū)?。其具體連接方式是每相四個(gè)開關(guān)管S1S4、S5S8、S9S12串聯(lián)。以開關(guān)管Sl、S2、S3和S4串聯(lián)的一相為例，開關(guān)管S1的陽(yáng)極連接到直流母線A，開關(guān)管S1的陰極連接S2的陽(yáng)極，開關(guān)管S2的陽(yáng)極連接風(fēng)力發(fā)電機(jī)一相交流電線的輸入和開關(guān)管S3的陽(yáng)極，開關(guān)管S3的陰極連接開關(guān)管S4的陽(yáng)極，開關(guān)管S4的陰極連接直流母線B。在開關(guān)管Sl和S2之間連接的是二極管Dl的陰極，二極管Dl的陽(yáng)極連接到中點(diǎn)點(diǎn)位母線C和二極管D2的陰極，二極管D2的陽(yáng)極連接到開關(guān)管S3和S4之間。第二相是開關(guān)管S5、S6、S7和S8串聯(lián)，開關(guān)管S5的陽(yáng)極連接到直流母線A，開關(guān)管S5的陰極連接S6的陽(yáng)極，開關(guān)管S6的陽(yáng)極連接風(fēng)力發(fā)電機(jī)一相交流電線的輸入和開關(guān)管S7的陽(yáng)極，開關(guān)管S7的陰極連接開關(guān)管S8的陽(yáng)極，開關(guān)管S8的陰極連接直流母線B;在開關(guān)管S5和S6之間連接的是二極管D3的陰極，二極管D3的陽(yáng)極連接到中點(diǎn)點(diǎn)位母線C和二極管D4的陰極，二極管D4的陽(yáng)極連接到開關(guān)管S7和S8之間；第三相是開關(guān)管S9、SIO、S11和S12串聯(lián)，開關(guān)管S9的陽(yáng)極連接到直流母線A，開關(guān)管S9的陰極連接S10的陽(yáng)極，開關(guān)管SlO的陽(yáng)極連接風(fēng)力發(fā)電機(jī)一相交流電線的輸入和開關(guān)管Sll的陽(yáng)極，開關(guān)管Sll的陰極連接開關(guān)管S12的陽(yáng)極，開關(guān)管S12的陰極連接直流母線B;在開關(guān)管S9和S10之間連接的是二極管D5的陰極，二極管D5的陽(yáng)極連接到中點(diǎn)點(diǎn)位母線C和二極管D6的陰極，二極管D6的陽(yáng)極連接到開關(guān)管S11和S12之間。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的三相交流電輸入到每相整流橋的中間。以一相為例，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的三相交流電輸入到開關(guān)管S2和開關(guān)管S3之間。整流器的輸出是的兩條直流母線A和B，中間的是中點(diǎn)電位母線C。逆變器的輸入是整流器輸出的兩條直流母線A和B，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和整流器相同，輸出通過串聯(lián)電感L接到電網(wǎng)G。在兩條直流母線A和B之間串聯(lián)了兩個(gè)電容Cl和C2，而Cl和C2之間連接的就是中點(diǎn)電位母線C。本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，依據(jù)外界風(fēng)速的大小，主要有三種工作狀態(tài)-(1)當(dāng)風(fēng)速低于系統(tǒng)工作的額定風(fēng)速時(shí)，槳距角基本不變，以保持風(fēng)能利用系數(shù)最大。系統(tǒng)根據(jù)最大功率算法得到系統(tǒng)輸入到電網(wǎng)的最大功率，由此得到發(fā)電機(jī)的最佳轉(zhuǎn)速，通過調(diào)節(jié)并網(wǎng)逆變器的有功電流使得系統(tǒng)的輸出功率最大，電機(jī)運(yùn)行在最佳轉(zhuǎn)速。一般無(wú)功功率給定為零，使得系統(tǒng)工作在最大有功功率輸出狀態(tài)，提高系統(tǒng)的效率。當(dāng)電網(wǎng)需要無(wú)功支持的時(shí)候，可以根據(jù)需要向電網(wǎng)發(fā)送或者吸收電網(wǎng)的無(wú)功功率。有功功率和無(wú)功功率能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立調(diào)節(jié)。(2)當(dāng)風(fēng)速高于系統(tǒng)的額定風(fēng)速時(shí)，通過變槳來(lái)保持風(fēng)能利用系數(shù)最大。電機(jī)和變流器都運(yùn)行在額定條件下，系統(tǒng)輸出到電網(wǎng)的功率最大。(3)當(dāng)風(fēng)速超過系統(tǒng)的切出風(fēng)速時(shí)，系統(tǒng)停機(jī)，輸出到電網(wǎng)的功率為零。本發(fā)明的整流器的開關(guān)狀態(tài)組合如下對(duì)一相的開關(guān)管的幵關(guān)狀態(tài)，如下表，"l"表示打開，"O"表示關(guān)閉-6<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>可以看出，對(duì)應(yīng)于3種相電壓，4個(gè)開關(guān)管分別有3種開關(guān)狀態(tài)，所以對(duì)于三相的情況，12個(gè)開關(guān)管就有33=27種開關(guān)狀態(tài)。網(wǎng)側(cè)逆變器的三電平產(chǎn)生圖3為一個(gè)電網(wǎng)側(cè)逆變器其中一相的原理圖，二極管Dl和D2用于電壓箝位，電容CI和C2為三電平變流器提供E/2和-E/2的直流電壓。結(jié)合圖3和圖4，可以看出，二極管箝位三電平的工作原理如下(1)開關(guān)管Q1、Q2導(dǎo)通，Q3、Q4關(guān)斷時(shí)如圖4a所示，電流Ia為流出方向，則電容C1通過負(fù)載放電，電流流過開關(guān)管Ql、Q2，忽略管壓降，該相輸出端電壓V。ut=E/2。如圖4b所示,電流Ia為流入方向，電流流過與開關(guān)管Q1、Q2并聯(lián)的續(xù)流二極管對(duì)電容CI充電，則該相輸出端電壓是V。ut-E/2。(2)開關(guān)管Q2、Q3導(dǎo)通，Ql、Q4關(guān)斷時(shí)如圖4c所示，電流Ia為流出方向，則電流流過箝位二極管D1、開關(guān)管Q2，此時(shí)該相輸出端電壓V。u產(chǎn)0，并對(duì)電容C2進(jìn)行充電。如圖4d所示，電流Ia為流入方向，則電流流過主管Q3，再流過箝位二極管D2，則該相輸出端電壓是V。u產(chǎn)0，并對(duì)電容C1進(jìn)行充電。(3)開關(guān)管Q3、Q4導(dǎo)通，Ql、Q2關(guān)斷時(shí)如圖4e所示，電流Ia為流出方向，則電容C2通過負(fù)載放電，電流流過主管Q3、Q4，該相輸出端電壓V。ut=-E/2;如圖4F所示，電流13為流入方向，電流流過與開關(guān)管Q3、Q4并聯(lián)的二極管D1、D2對(duì)電容C2充電，則該相輸出端電壓是V。ut=-E/2。圖4a、c、e為變流器電流從直流電源E流出時(shí)的工作狀態(tài)。當(dāng)如圖4a和圖4c兩種狀態(tài)交替變化時(shí)，開關(guān)管Q2始終是處于開通狀態(tài)，那么開關(guān)管Ql和開關(guān)管Q3、Q4的續(xù)流二極管Dl、D2，以及負(fù)載電感就構(gòu)成了典型的BUCK電路，該相輸出的電壓在E/2、0之間切換。當(dāng)如圖4(c)和圖4(e)兩種狀S交替變化時(shí)，該橋臂仍然工作在BUCK電路狀態(tài)，該相輸出電壓在0、4/2之間切換。圖4b、d、f為變流器電流向直流電源E流入時(shí)的工作狀態(tài)。當(dāng)如圖4b和圖4d兩種狀態(tài)交替變化時(shí)，開關(guān)管Q3，開關(guān)管Q1、Q2的二極管D1、D2，以及負(fù)載電感就構(gòu)成了典型的boost電路，該相輸出的電壓在E/2、0之間切換。當(dāng)如圖4d和圖4f兩種狀態(tài)交替變化時(shí)，開關(guān)管Q3始終是處于開通狀態(tài)，該橋臂仍然工作在boost電路狀態(tài)，該相輸出的電壓在0、4/2之間切換。整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制框圖如圖5所示整流器采樣電機(jī)輸出的電流/。，4，Zc，利用光電碼盤或者無(wú)速度傳感器得到電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置角《，電流經(jīng)過派克變換得到電流的々分量&和^。^和M的給定"做差后進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，輸出為^的給定《，^給定為^，由電機(jī)側(cè)功率因數(shù)的要求給定，一般為零，使得電機(jī)輸出有功功率最大。/9和《作差，^和C作差后分別進(jìn)行PI調(diào)節(jié)后加上以上兩個(gè)差的補(bǔ)償項(xiàng)""^+力)和—"、、就可以得到整流器參考電壓的*分量"rf和A,再經(jīng)過派克反變換得到三相電壓的計(jì)算結(jié)果w",Wv，"w。最后經(jīng)過SVM算法得到控制信號(hào)，整流器在穩(wěn)定直流側(cè)電壓w必的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)輸出無(wú)功電流&的控制。逆變器采樣電網(wǎng)側(cè)電壓&。，",c和輸出到電網(wǎng)的電流I;。，&，&，經(jīng)過功率計(jì)算單元得到實(shí)際輸送到電網(wǎng)的有功功率P和無(wú)功功率Q。根據(jù)最大功率算法，利用有功功率P和電機(jī)轉(zhuǎn)速必得到電機(jī)最佳轉(zhuǎn)速參考"'，^'和"做差后經(jīng)過一個(gè)PI環(huán)，得到變流器輸入到電網(wǎng)的有功電流參考&，無(wú)功電流參考C一般給定為零，讓變流器輸入電網(wǎng)的有功功率最大，提高系統(tǒng)的效率。有功電流參考量^和無(wú)功電流參考量^和實(shí)際的有功無(wú)功電流分別做差后，經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器再加上以上兩個(gè)差補(bǔ)償項(xiàng)0ZwG和—w^A得到逆變器的電壓參考，再經(jīng)過派克反變換得到w。，叫，"c。最后經(jīng)過一個(gè)SVPWM控制的PWM發(fā)生器就能令逆變器工作在電網(wǎng)功率因數(shù)為l。由于有功功率等于電壓、電流和功率因數(shù)三者的乘積，而功率因數(shù)總是小于等于l,所以，當(dāng)電網(wǎng)功率因數(shù)為1時(shí)，輸入到電網(wǎng)的有功功率最大。本發(fā)明使用了箝位功率二極管，在結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了三個(gè)電平的輸入輸出。在控制方法中加入了中點(diǎn)電位Ud。的控制。兩者結(jié)合起來(lái)可以很好的避免現(xiàn)有的全功率變流器由于功率流動(dòng)不平衡，導(dǎo)致背靠背結(jié)構(gòu)中的中間電容電壓的升高的問題。權(quán)利要求1、一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的背靠背三電平中點(diǎn)箝位變流器，包括一個(gè)電機(jī)側(cè)整流器和一個(gè)網(wǎng)側(cè)逆變器，其特征在于，電機(jī)側(cè)整流器和網(wǎng)側(cè)逆變器背靠背連接，即電機(jī)側(cè)整流器的直流輸出和網(wǎng)側(cè)逆變器的直流輸入連接；電機(jī)側(cè)整流器和網(wǎng)側(cè)逆變器均使用二極管實(shí)現(xiàn)中點(diǎn)電位的穩(wěn)定；電機(jī)側(cè)整流器和網(wǎng)側(cè)逆變器的直流母線連接處并入了一對(duì)串聯(lián)的電容C1、C2，提供中點(diǎn)電壓和緩沖能量。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的背靠背三電平中點(diǎn)箝位變流器，其特征在于所述的電機(jī)側(cè)整流器中，每相四個(gè)開關(guān)管S1S4、S5S8、S9S12串聯(lián)；第一相是開關(guān)管S1、S2、S3和S4串聯(lián)，開關(guān)管S1的陽(yáng)極連接到直流母線A，開關(guān)管S1的陰極連接S2的陽(yáng)極，開關(guān)管S2的陽(yáng)極連接風(fēng)力發(fā)電機(jī)一相交流電線的輸入和開關(guān)管S3的陽(yáng)極，開關(guān)管S3的陰極連接開關(guān)管S4的陽(yáng)極，開關(guān)管S4的陰極連接直流母線B;在幵關(guān)管Sl和S2之間連接的是二極管Dl的陰極，二極管D1的陽(yáng)極連接到中點(diǎn)點(diǎn)位母線C和二極管D2的陰極，二極管D2的陽(yáng)極連接到開關(guān)管S3和S4之間；第二相是開關(guān)管S5、S6、S7和S8串聯(lián)，開關(guān)管S5的陽(yáng)極連接到直流母線A,開關(guān)管S5的陰極連接S6的陽(yáng)極，開關(guān)管S6的陽(yáng)極連接風(fēng)力發(fā)電機(jī)一相交流電線的輸入和開關(guān)管S7的陽(yáng)極，開關(guān)管S7的陰極連接開關(guān)管S8的陽(yáng)極，開關(guān)管S8的陰極連接直流母線B;在開關(guān)管S5和S6之間連接的是二極管D3的陰極，二極管D3的陽(yáng)極連接到中點(diǎn)點(diǎn)位母線C和二極管D4的陰極，二極管D4的陽(yáng)極連接到開關(guān)管S7和S8之間；第三相是開關(guān)管S9、SIO、S11和S12串聯(lián)，開關(guān)管S9的陽(yáng)極連接到直流母線A，開關(guān)管S9的陰極連接S10的陽(yáng)極，開關(guān)管S10的陽(yáng)極連接風(fēng)力發(fā)電機(jī)一相交流電線的輸入和開關(guān)管Sll的陽(yáng)極，開關(guān)管Sll的陰極連接開關(guān)管S12的陽(yáng)極，開關(guān)管S12的陰極連接直流母線B;在開關(guān)管S9和S10之間連接的是二極管D5的陰極，二極管D5的陽(yáng)極連接到中點(diǎn)點(diǎn)位母線C和二極管D6的陰極，二極管D6的陽(yáng)極連接到開關(guān)管SU和S12之間。3、根據(jù)權(quán)利要求l所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的背靠背三電平中點(diǎn)箝位變流器，其特征在于所述的網(wǎng)側(cè)逆變器中，使用了兩個(gè)二極管對(duì)相應(yīng)開關(guān)管進(jìn)行箝位，以保證每次一個(gè)橋臂只有一個(gè)開關(guān)動(dòng)作，并實(shí)現(xiàn)三電平輸出，而每個(gè)開關(guān)器件只承受1/2的直流母線電壓;通過使用空間矢量調(diào)制方法，輸出的交流電為三個(gè)電平。假設(shè)其直流輸入電壓為E,則輸出的交流電組成分為E/2、0、-E/2三個(gè)電平。全文摘要一種用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的背靠背三電平中點(diǎn)箝位變流器，它包括電機(jī)側(cè)整流器和網(wǎng)側(cè)逆變器，其交流輸入端與永磁同步發(fā)電機(jī)的定子側(cè)輸出端子相連，逆變器輸出端接到電網(wǎng)。整流器的輸出和逆變器的輸入相連，兩者的二極管箝位后的中點(diǎn)也相連。整流器和逆變器都需要用數(shù)字信號(hào)處理芯片DSP控制。本發(fā)明利用了二極管中點(diǎn)箝位的三電平整流器和逆變器，通過空間矢量控制方法，增加了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的容量，并明顯地改善了輸出到電網(wǎng)電壓波形的形狀，以更好地適應(yīng)電網(wǎng)并網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。文檔編號(hào)H02M5/458GK101316074SQ20081010275公開日2008年12月3日申請(qǐng)日期2008年3月26日優(yōu)先權(quán)日2008年3月26日發(fā)明者穎朱,李建林,許洪華,斌趙申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電工研究所;北京科諾偉業(yè)科技有限公司