專利名稱：控制簡便的三相整流升壓電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及的是ー種電カ電子技術(shù)領(lǐng)域的AC-DC變換器，具體是ー種控制簡便的三相整流升壓電路，可用于風(fēng)カ發(fā)電中作為三相整流升壓電路。
背景技術(shù)：
隨著我國智能電網(wǎng)的發(fā)展，風(fēng)カ發(fā)電等分布式發(fā)電系統(tǒng)在整個能源結(jié)構(gòu)中的比例逐步上升。由于風(fēng)速和負載的不穩(wěn)定性，以及風(fēng)電 變換器設(shè)計的不足等原因，風(fēng)カ機驅(qū)動永磁同步電機(PMSG)產(chǎn)生的電流往往不是標準的正弦波。這會引起PMSG轉(zhuǎn)矩脈動，損耗增カロ，功率因數(shù)降低等問題，大大影響風(fēng)電系統(tǒng)的效率，甚至造成設(shè)備損毀。在風(fēng)速較低的時候，發(fā)電機發(fā)出的三相電壓的幅值和頻率均會降低，導(dǎo)致傳統(tǒng)的ニ極管不控整流的風(fēng)電變換器輸出的電壓無法回饋電網(wǎng)，風(fēng)カ發(fā)電系統(tǒng)進入待機狀態(tài)，風(fēng)能利用率降低。而輸入端串聯(lián)升壓電感的三相PWM整流器不僅具有升壓功能，而且可實現(xiàn)單位功率因數(shù)運行，在風(fēng)電變換器領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。為了完成交流電壓輸入-標準電網(wǎng)電壓輸出，可以采用交-交變換器，也可以采用交-直-交兩級變換器結(jié)構(gòu)。其中，交-交變換器包括矩陣變換器和周波變換器，單相輸入的交-交變換器的電路簡單，控制容易，成本較低，但是其功能受限，調(diào)壓與變頻能力差，低壓穿越能力差，輸入功率因數(shù)低，如果不加以正確處理，エ頻交流電源就會出現(xiàn)功率因數(shù)不為I的情況，大量的諧波電流會產(chǎn)生多種危害，為此必須加以處置；三相輸入的交-交變換器的功能齊全，性能高，但是其電路復(fù)雜，控制繁瑣，成本高，低壓穿越能力差。単相、三相輸入的交-直-交變換器包括兩級結(jié)構(gòu)前級AC-DC變換器和后級DC-AC變換器，其功能齊全，性能高，低壓穿越能力強，需要采用功率因數(shù)校正器來降低網(wǎng)側(cè)諧波電流。經(jīng)過對現(xiàn)有適合交流電壓輸入-標準電網(wǎng)電壓輸出的應(yīng)用場合的風(fēng)電變換器技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，“永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)變流器拓撲分析”(電カ自動化設(shè)備，2008年第4期28卷)中描述的風(fēng)電變換器采用了ニ極管不控整流電路，雖然電路結(jié)構(gòu)簡單，實用性強，但是諧波含量高，功率因數(shù)低，輸出端需連接升壓環(huán)節(jié)，難以滿足電網(wǎng)電壓的要求；“直驅(qū)式風(fēng)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變換器控制策略研究”(可再生能源，2010年第5期28卷)中描述的風(fēng)電變換器控制策略復(fù)雜，應(yīng)用難度特別大。綜上所述，交-交變換器結(jié)構(gòu)簡単，成本較低，但存在調(diào)壓與變頻能力差，低壓穿越能力差，輸入功率因數(shù)低的不足，需要輸入功率因數(shù)校正來降低網(wǎng)側(cè)諧波干擾，不能適用于交流電壓輸入-標準電網(wǎng)電壓輸出的應(yīng)用場合；交-直-交變換器性能高，低壓穿越能力強，但是控制繁瑣，成本較高。隨著實踐應(yīng)用的擴大，設(shè)計一種功能全面、高輸入功率因數(shù)，控制策略簡單的風(fēng)電變換器已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員的當(dāng)務(wù)之急。

實用新型內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種控制簡便的三相整流升壓電路，使其實現(xiàn)交流-直流變換，具有線性輸入阻抗，解決低壓穿越問題，輸出直流電壓升降可調(diào)的功能，支持四象限工作，具有結(jié)構(gòu)簡單，控制容易和成本低廉的優(yōu)點。本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本實用新型包括風(fēng)電機組、整流電路和控制模塊，其中所述風(fēng)電機組的輸出端與所述整流電路的輸入端相連，所述控制模塊設(shè)有PWM脈沖輸出端，所述整流電路為設(shè)有隔離驅(qū)動器的三相PWM整流器，所述控制模塊的PWM脈沖輸出端與所述整流電路的隔離驅(qū)動器相連，整流電路輸出端的三相輸入電流和輸出直流電壓信號送入控制模塊，所述控制模塊的PWM脈沖輸出端將PWM脈沖控制信號送入所述整流電路。所述的風(fēng)電機組包括風(fēng)車、機械傳動軸和永磁同步電機，風(fēng)車通過機械傳動軸與永磁同步電機相連。所述的整流電路的結(jié)構(gòu)為六個逆導(dǎo)開關(guān)組成的三相全控整流橋，三相全控整流橋的輸入端串聯(lián)三個升壓電感，輸出端并聯(lián)濾波電容。整流電路的輸入端與風(fēng)電機組的輸出端相連，輸出端輸出直流電壓，供后級逆變器使用。所述的逆導(dǎo)開關(guān)的基極接受經(jīng)過隔離驅(qū)動器隔離的PWM脈沖控制信號。 所述的控制模塊為實現(xiàn)載波幅值可調(diào)的、負邏輯控制方式的功率因數(shù)校正策略的控制電路，最終輸出六路驅(qū)動脈沖。本實用新型通過以下方式進行工作風(fēng)車捕獲風(fēng)能，通過機械傳動軸帶動永磁同步電機旋轉(zhuǎn)，輸出三相交流電壓，該三相交流電壓經(jīng)三相PWM整流器整流，產(chǎn)生平穩(wěn)的直流電壓，后級可連接三相逆變器將直流電壓轉(zhuǎn)換為三相交流電回饋電網(wǎng)。由于輸入端串聯(lián)升壓電感，三相PWM整流器可等效為三級并聯(lián)的Boost升壓電路，在風(fēng)カ較小，產(chǎn)生的電壓較低的情況下依然可以保證輸出電壓等級滿足電網(wǎng)的要求。三相PWM整流器采用載波幅值可調(diào)的功率因數(shù)校正算法，使電機側(cè)功率因數(shù)為1，保證電機平穩(wěn)運行。其中控制模塊所需的電感電流通過電流互感器或電流傳感器測得，輸出電壓通過線性隔離放大器測得。本實用新型設(shè)計的用于風(fēng)電變換的控制簡便的三相整流升壓電路，可以實現(xiàn)靈活的、可靠的調(diào)壓能力和獲得線性輸入阻杭，克服交-交變換器電源與負載波動相互干擾的不足，并且在輸入電壓較低的情況下依然可以保證符合電網(wǎng)要求的電壓輸出。本實用新型風(fēng)カ發(fā)電中三相整流升壓電路具有設(shè)計結(jié)構(gòu)新穎、通用性強、控制簡便等優(yōu)點。

圖I為本實用新型實施例的電路原理圖。
具體實施方式
下面對本實用新型的實施例作詳細說明，本實施例在以本實用新型技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護范圍不限于下述的實施例。如圖I所示，本實施例提供一種控制簡便的三相整流升壓電路，包括風(fēng)電機組I、整流電路2和控制模塊3。其中風(fēng)電機組I的輸出端與整流電路2的輸入端相連，控制電路3的六路驅(qū)動脈沖輸出端與整流電路2的六只隔離驅(qū)動器的輸入端相連，整流電路2的三相輸入電流和輸出直流電壓信號送入控制模塊3 (本實施例中采用控制電路實現(xiàn))。所述的風(fēng)電機組I包括風(fēng)車Tul、機械傳動軸MSl和永磁同步電機MG1，風(fēng)車Tul通過機械傳動軸MSl與永磁同步電機MGl相連。所述的整流電路2的結(jié)構(gòu)為六個逆導(dǎo)開關(guān)SI S6組成的三相全控整流橋，三相全控整流橋的輸入端串聯(lián)三個升壓電感LI L3，輸出端并聯(lián)濾波電容E1。整流電路2的輸入端與風(fēng)電機組I的輸出端相連，輸出端輸出直流電壓。所述的逆導(dǎo)開關(guān)SI S6的基極接受經(jīng)過隔離驅(qū)動器隔離的PWM脈沖控制信號。本實施例中，所述的整流電路2為傳統(tǒng)的PWM整流器，但是輸入電壓的幅值和頻率受到風(fēng)電機組的直接影響，是實時可變的。所述的逆導(dǎo)開關(guān)SI S6為SiC功率MOSFET 15kV/5A/100°C，逆導(dǎo)開關(guān)的PWM驅(qū)動脈沖的占空比根據(jù)閉環(huán)控制結(jié)果可調(diào)，開關(guān)頻率20kHz。所述的升壓電感LI L3為非晶體材料，采用平面結(jié)構(gòu)，感值為750 ii H。所述的濾波電容El為鋁電解電容2200 u F/450V。如圖所示，本實施例中，所述的控制模塊3為實現(xiàn)載波幅值可調(diào)、負邏輯PWM發(fā)生的功率因數(shù)校正算法的控制電路，輸出直流電壓參考值Uref與實際值相減Uo，經(jīng)過誤差濾波放大器后，電壓外環(huán)產(chǎn)生電壓控制量，再與標準鋸齒載波Crl相乘，得到變幅值的鋸齒載波，該鋸齒載波再分別與檢測的整流電路2中電感電流進行iu、込和比較，產(chǎn)生三路原始置位脈沖序列，分別送入三只RS觸發(fā)器(雙穩(wěn)觸發(fā)器)，同時RS觸發(fā)器的復(fù)位端接收與準鋸齒載波同步的復(fù)位信號Syncl，每只RS觸發(fā)器得到反極性的兩路原始觸發(fā)脈沖，三只RS觸發(fā)器共計得到六路PWM原始驅(qū)動信號，驅(qū)動信號的標號與整流電路2中功率開關(guān)的標號--對應(yīng)。本實施例中，輸入風(fēng)速為6m/s，輸出直流電壓為690V，額定輸出功率為400kW。所有元器件均采用高精度。本實用新型的三相整流升壓電路作為風(fēng)電變換器，將永磁同步電機輸出的交流電變換為符合后級逆變器要求的直流電壓，可以實現(xiàn)電機側(cè)単位功率因數(shù)運行以及靈活、可靠的調(diào)壓能力，克服了電源與負載波動相互干擾的不足，并且在輸入電壓較低的情況下依然可以保證符合電網(wǎng)要求的電壓輸出。同時，整個電路非常簡單，檢測電量和被控電量少，控制模塊采用載波幅值可調(diào)、負邏輯PWM脈沖方式的功率因數(shù)校正算法，設(shè)計復(fù)雜度降低，已獲得仿真分析和實驗初歩驗證。而現(xiàn)有的不控整流加逆變、交交變換方案的共同不足是功能受限，控制繁瑣，不便于實現(xiàn)，調(diào)壓與變頻能力差，低壓穿越能力差，輸入功率因數(shù)低。如果不加以正確處理，電機側(cè)電源就會出現(xiàn)功率因數(shù)不為I的情況，大量的諧波電流會產(chǎn)生多種危害，如轉(zhuǎn)矩脈動、損耗増加，甚至損毀電機。本實用新型可以實現(xiàn)靈活的、可靠的調(diào)壓能力和獲得線性輸入阻杭，克服交-交變換器電源與負載波動相互干擾的不足，并且在輸入電壓較低的情況下依然可以保證符合電網(wǎng)要求的電壓輸出，無需檢測風(fēng)電機組輸出的三相交流電壓。本實用新型風(fēng)カ發(fā)電中三相整流升壓電路具有設(shè)計結(jié)構(gòu)新穎、通用性強、控制簡便等特征。盡管本實用新型的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應(yīng)當(dāng)認識到上述的描述不應(yīng)被認為是對本實用新型的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本實用新型的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本實用新型的保護范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求1.一種控制簡便的三相整流升壓電路，包括風(fēng)電機組、整流電路和控制模塊，其特征在干所述風(fēng)電機組的輸出端與所述整流電路的輸入端相連，所述控制模塊設(shè)有PWM脈沖輸出端，所述整流電路為設(shè)有隔離驅(qū)動器的三相PWM整流器，所述控制模塊的PWM脈沖輸出端與所述整流電路的隔離驅(qū)動器相連，整流電路輸出端的三相輸入電流和輸出直流電壓信號送入控制模塊，所述控制模塊的PWM脈沖輸出端將PWM脈沖控制信號送入所述整流電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制簡便的三相整流升壓電路，其特征是，所述的整流電路的結(jié)構(gòu)為六個逆導(dǎo)開關(guān)組成的三相全控整流橋，該三相全控整流橋的輸入端串聯(lián)三個升壓電感，輸出端并聯(lián)濾波電容；整流電路的輸入端與風(fēng)電機組的輸出端相連，輸出端輸出直流電壓，供后級逆變器使用。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制簡便的三相整流升壓電路，其特征是，所述的逆導(dǎo)開關(guān)的基極接受經(jīng)過隔離驅(qū)動器隔離的PWM脈沖控制信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的控制簡便的三相整流升壓電路，其特征是，所述的整流電路為輸入電壓的幅值和頻率受風(fēng)電機組直接影響的三相PWM整流器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述控制簡便的三相整流升壓電路，其特征是，所述的控制模塊為實現(xiàn)載波幅值可調(diào)的、負邏輯控制方式的功率因數(shù)校正策略的控制電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制簡便的三相整流升壓電路，其特征是，所述的風(fēng)電機組包括風(fēng)車、機械傳動軸和永磁同步電機，風(fēng)車通過機械傳動軸與永磁同步電機相連。
專利摘要本實用新型公開一種控制簡便的三相整流升壓電路，包括風(fēng)電機組、整流電路和控制模塊，所述風(fēng)電機組的輸出端與所述整流電路的輸入端相連，所述控制模塊設(shè)有PWM脈沖輸出端，所述整流電路設(shè)有隔離驅(qū)動器，所述控制模塊的PWM脈沖輸出端與所述整流電路的隔離驅(qū)動器相連，整流電路輸出端的三相輸入電流和輸出直流電壓信號送入控制模塊，所述控制模塊的PWM脈沖輸出端將PWM脈沖控制信號送入所述整流電路。本實用新型可以實現(xiàn)電機定子側(cè)單位功率因數(shù)運行和靈活可靠的調(diào)壓能力，在輸入電壓較低的情況下依然可以保證符合電網(wǎng)要求的電壓輸出，結(jié)構(gòu)新穎，實用性強，控制簡便，易于實現(xiàn)，成本較低，可以用于風(fēng)電變換器領(lǐng)域。
文檔編號H02M7/219GK202435295SQ20112056001
公開日2012年9月12日 申請日期2011年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月28日
發(fā)明者李華武, 楊喜軍, 馬紅星 申請人:上海交通大學(xué)