一種無需交直流電流傳感器的多電平風電變流裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種無需交直流電流傳感器的變流裝置，屬于發(fā)電、變電或配電技術 領域。
【背景技術】
[0002] 風能、太陽能是一種巨量的可再生能源，在國家政策的激勵下，我國可再生能源發(fā) 展迅速?？稍偕茉粗?，風電開發(fā)技術最成熟，開發(fā)成本最低，我國已規(guī)劃建設數(shù)十個百萬 千瓦和九個千萬千瓦風電基地。到2013年底我國風電裝機容量在全球搖搖領先，達到9.14 萬千瓦。由于成本等原因，我國太陽能光伏發(fā)電起步較晚，隨著光伏發(fā)電成本的答復降低， 近幾年發(fā)展迅速，2013年全年新增容量超過1000萬，是2012年的近3倍，至2013年底，我國光 伏發(fā)電裝機容量已超過1700萬千瓦。
[0003] 然而風力發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電是一種特殊的電力，具有許多不同于常規(guī)能源發(fā) 電的特點，它們具有間歇性和波動性的特點，因而大規(guī)模風電、光伏發(fā)電的并網(wǎng)對電網(wǎng)的安 全運行等諸多方面帶來了新的挑戰(zhàn)，同時風電的運些特性也將成為制約可再生大規(guī)模發(fā)展 的嚴重障礙。
[0004] 所W實際使用中如何解決風能的間歇性和波動性是一個將風能進行推廣過程中 需克服的很重要問題，現(xiàn)有技術將風能與大電容或超級電池相結合將其進行存儲后再利 用，在能源轉換過程中存在能量的損耗。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明要解決的技術問題是，針對現(xiàn)有技術不足，提出一種有兩個變流電路的無 需交直流電流傳感器的多電平風電變流裝置，用W將風電機組的變頻交流電轉換成定頻交 流電，W實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，同時在最大程度上降低風電機組對電網(wǎng)帶來的諧波影響。
[0006] 本發(fā)明為解決上述技術問題提出的技術方案是:一種無需交直流電流傳感器的多 電平風電變流裝置，該變流裝置串接于風電機組與電網(wǎng)之間，其特征在于包括：網(wǎng)側控制 器、MPPT控制器、第一變流單元、第二變流單元、陷波器；
[0007] 所述第一變流單元、所述第二變流單元及所述陷波器依次串聯(lián);所述網(wǎng)側控制器 的本地端與所述MPPT控制器的通訊端相連，所述網(wǎng)側控制器的通訊端與所述MPPT控制器的 本地端相連；
[000引所述網(wǎng)側控制器的控制端與所述第二變流單元的受控端相連，所述MPPT控制器的 控制端與所述第一變流單元的受控端相連；
[0009] 所述陷波器的輸出端連接有所述電壓互感器，所述電壓互感器輸出端連接到所述 網(wǎng)側控制器的電壓輸入端；
[0010] 所述MPPT控制器用于測量和匯總所述第一變流單元輸出端的母線電壓及所述風 電機組的輸出電壓；
[0011] 所述網(wǎng)側控制器用于測量所述電壓互感器上的電壓，并進行前饋控制計算，再將 計算結果反饋給所述MPPT控制器，所述MPPT控制器將收到的反饋與通過實測得到的所述第 一變流單元輸出端的母線上功率比較，根據(jù)比較結果調(diào)整所述第一變流單元W的轉換系 數(shù)，W保證所述第一變流單元傳輸給所述第二變流單元的電平恒定。
[0012] 上述技術方案的改進是:所述前饋控制計算是無需交直流電流的基于所述陷波器 的電網(wǎng)側電壓的前饋控制計算，該前饋控制計算包括第一加法器輸出fi計算、第二加法器 輸出f2計算、第Ξ加法器輸出f3計算、第四加法器輸出f4計算及第五加法器輸出fs計算，算 式如下，
[0013] fi = i*-iXH(s)
[0014] f2 = fi XGi(s)
[0015] f3= (f2-e*)/ZL
[0016] f4=i-f3
[0017] f 已二 e*-Vac
[001 引 e* = f4XZc
[0019] i = fs/ZLC
[0020] e*為所述第二變流單元的輸出電壓計算值；
[0021] Va。為所述陷波器的網(wǎng)側電壓測量值；
[0022] i為所述陷波器電流的估算值；
[0023] 所述陷波器的網(wǎng)側電流參考值；
[0024] H(s)為所述陷波器電流的反饋系數(shù)，0<||H(s)M<l;
[0025] Gi(s)為系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，0<| |Gi(s)||<l;
[00%]孔為所述陷波器的電感阻抗，Zc為所述陷波器的電容阻抗，Zlc為所述陷波器回路 中電容與電感的綜合阻抗；
[0027] 此外，所述第一變流單元輸出端的直流母線上功率的計算值為
η為所述第一變流單元的轉換效率。
[0028] 上述技術方案的改進是:所述第一變流單元輸出端的直流母線上功率的實測值為 Pdc，該功率的實測值與所述第一變流單元輸出端的直流母線電壓值Vdc成正比；所述第一變 流單元輸出端電壓值Vdc與所述風電機組的輸出電壓Vb成正比，比例系數(shù)為所述第一變流單 元的轉換系數(shù)。
[0029] 上述技術方案的改進是:所述陷波器為一個并聯(lián)諧振回路，且組成所述并聯(lián)諧振 回路的電感值L和電容值C與所述第二變流單元的開關頻率fs滿足：
[0030] 上述技術方案的改進是:所述MPPT控制器用于對所述第一變流單元進行獨立的最 大功率點跟蹤。
[0031] 上述技術方案的改進是：當該變流裝置在工作狀態(tài)下，所述第一變流單元用于為 所述第二變流單元提供恒定電平的信號，所述第二變流單元用于將收到的電平信號進行逆 變輸出交變信號;所述第一變流單元與第二變流單元均為Ξ電平電路結構。
[0032] 上述技術方案的改進是:所述第二變流單元用于將從第一變流單元接收到的恒壓 直流電轉換成交流電輸送給所述陷波器，所述第二變流單元為Ξ電平逆變電路。
[0033] 本發(fā)明采用上述技術方案的有益效果是:本發(fā)明利用第一變流電路將風電機組的 變頻交流電，即不是很穩(wěn)定的電能轉換成恒定的直流，也即第一變流電路實質實現(xiàn)的是整 流功能，然后再將恒定直流通過第二變流電路轉換成定頻交流電，因此運里第二變流電路 實質實現(xiàn)逆變功能，并利用前饋控制，來控制整個變流裝置W實現(xiàn)上述各部分所要達到的 功能;而整流逆變后的電能會存在的諧波分量，會影響整個電網(wǎng)的穩(wěn)定性，造成電涌等問題 出現(xiàn)，所W我們需要濾除諧波分量，一般使用濾波電路的組合。而在本案中，由于我們的逆 變電路使用的Ξ電平的電路，該電路特點是轉換后的諧波分量多集中在高頻，因此我們可 W集中處理高頻諧波分量，所W使用陷波器進行一個高頻諧波分量的處理，大大降低了濾 波難度和并網(wǎng)后諧波對電網(wǎng)產(chǎn)生的影響。同時通過限波器兩端電壓，計算出電流，取代了交 流電流傳感器;通過轉換效率計算儲能單元輸出功率，取消了直流傳感器，解決了交直流傳 感器帶來的測量精度和穩(wěn)定性問題。
【附圖說明】
[0034] 下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0035] 圖1是本發(fā)明實施例無需交直流電流傳感器的多電平風電變流裝置的結構示意 圖。
[0036] 圖2是圖1中第一變流電路/第二變流電路的結構示意圖。
[0037] 圖3是圖1中網(wǎng)側控制器的電路圖。
[003引圖4是圖1中MPPT控制器的電路圖。
[0039] 圖5是本發(fā)明實施例前饋控制計算的邏輯框圖。
【具體實施方式】
[0040] 實施例
[0041] 本實施例的一種無需交直流電流傳感器的多電平風電變流裝置，如圖1所示，該變 流裝置串接于風電機組與電網(wǎng)之間，網(wǎng)側控制器UMPPT控制器2、第一變流單元3、第二變流 單元4、陷波器5;
[0042] 第一變流單元3、第二變流單4元及陷波器5依次串聯(lián)；網(wǎng)側控制器1的本地端與 MPPT控制器2的通訊端相連，網(wǎng)側控制器1的通訊端與MPPT控制器2的本地端相連；
[0043] 網(wǎng)側控制器1的控制端與第二變流單元4的受控端相連，MPPT控制器2的控制端與 第一變流單元3的受控端相連；
[0044] 陷波器5的輸出端連接有電壓互感器，電壓互感器輸出端連接到網(wǎng)側控制器1的電 壓輸入端；
[0045] 網(wǎng)側控制器1用于測量電壓互感器上的電壓，并進行前饋控制計算。如圖5所示，前 饋控制計算是無需交直流電流的基于所述陷波器的電網(wǎng)側電壓的前饋控制計算，該前饋控 制計算包括第一加法器輸出fi計算、第二加法器輸出f2計算、第Ξ加法器輸出f3計算、第四 加法器輸出f4計算及第五加法器輸出fs計算，算式如下，
[0046] fi = i*-iXH(s)
[0047] f2 = fi X