CN103138594B - 中点箝位式变流器的控制系统及控制方法及补偿控制单元 - Google Patents

中点箝位式变流器的控制系统及控制方法及补偿控制单元 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种中点箝位式变流器的控制系统及控制方法及补偿控制单元。该控制系统包括：基本控制单元，提供基本命令以控制变流器实现基本电压转换功能；第一补偿控制单元，当该变流器工作在第一状态时注入第一补偿命令至该基本命令；第二补偿控制单元，当该变流器工作在第二状态时注入第二补偿命令至该基本命令；切换控制单元，侦测该变流器的工作状态，并在该变流器工作在第一及第二状态时分别输出第一及第二切换控制命令；切换执行单元，在该切换控制单元输出第一切换控制命令时控制该基本控制单元与该第一补偿控制单元之间实现通信，及在该切换控制单元输出第二切换控制命令时控制该基本控制单元与该第二补偿控制单元之间实现通信。

Description

中点箝位式变流器的控制系统及控制方法及补偿控制单元
技术领域
本发明涉及一种中点箝位式变流器(neutralpointclampedconverter)的控制系统及控制方法及补偿控制单元。
背景技术
近年来，多电平中点箝位式变流器已广泛应用于电源转换系统(powerconversionsystem)中，从电路拓扑结构入手，在得到高质量输出波形的同时，多电平中点箝位式变流器克服了两电平变流器的诸多缺点，无须输出变压器和动态均压电路，开关频率低，并具有开关器件应力小，系统效率高等一系列优点。
多电平中点箝位式变流器的主要缺点在于中点电压(neutralpointvoltage)的平衡问题，为了获得较佳的转换性能，中点电压的不平衡值通常需要被调整至零电位水平。典型地，脉宽调制(pulsewidthmodulation,PWM)控制策略可以被用来进行中点电压的平衡。
针对脉宽调制平衡控制策略，基本的原则是在基本脉宽调制的时候注入用来平衡中点电压的额外补偿命令。根据这一原则，中点电流被调整来对一电容组进行充电及放电，进而补偿电容电压之间的不平衡(即中点电压的不平衡)。但是，当仅仅使用一种额外补偿命令进行中点电压的平衡控制时，仍不能实现电源转换系统所有状态下的中点电压平衡控制，或者即使能实现但效果也不明显。
因此，有必要提供一种中点箝位式变流器的控制系统及控制方法及补偿控制单元来解决上述的技术问题。
发明内容
现在归纳本发明的一个或多个方面以便于本发明的基本理解，其中该归纳并不是本发明的扩展性纵览，且并非旨在标识本发明的某些要素，也并非旨在划出其范围。相反，该归纳的主要目的是在下文呈现更详细的描述之前用简化形式呈现本发明的一些概念。
本发明的一个方面在于提供一种制系统，用于平衡中点箝位式变流器的中点电压，其特征在于，该控制系统包括：
基本控制单元，用于提供基本命令以控制该变流器实现基本电压转换功能；
第一补偿控制单元，用于当该变流器工作在第一状态时注入第一补偿命令至该基本命令，以实现中点电压的平衡；
第二补偿控制单元，用于当该变流器工作在第二状态时注入第二补偿命令至该基本命令，以实现中点电压的平衡；
切换控制单元，用于侦测该变流器的工作状态，并在该变流器工作在第一状态及第二状态时分别输出一第一切换控制命令及一第二切换控制命令；及
切换执行单元，用于在该切换控制单元输出第一切换控制命令时控制该基本控制单元与该第一补偿控制单元之间实现通信，及用于在该切换控制单元输出第二切换控制命令时控制该基本控制单元与该第二补偿控制单元之间实现通信。
本发明的另一个方面在于提供一种控制方法，用于平衡中点箝位式变流器的中点电压，其特征在于，该控制方法包括：
获得一对应该变流器工作状态的参考参数；
根据该参考参数判断该变流器的工作状态；
提供一基本命令以控制该变流器实现基本电压转换功能；
提供一第一补偿命令及一第二补偿命令；
当该变流器工作在第一状态时，注入第一补偿命令至该基本命令，以实现中点电压的平衡；及
当该变流器工作在第二状态时注入第二补偿命令至该基本命令，以实现中点电压的平衡。
本发明的再一个方面在于提供一种补偿控制单元，用于提供补偿命令来平衡中点箝位式变流器的中点电压，其特征在于，该补偿控制单元包括：
一减法元件，用于获得中点电压的不平衡值；
一中点电压调节器，用于接收该中点电压的不平衡值，并通过运算产生一基本补偿命令以调整该中点电压的不平衡值趋于零；及
一奇次谐波信号产生器，该奇次谐波信号产生器用于将该基本补偿命令转换成位于旋转坐标系下的奇次谐波信号，并注入至用于控制该变流器实现基本电压转换功能的基本命令。
相较于现有技术，本发明的中点箝位式变流器的控制系统及控制方法可提供两种不同的补偿命令，并使该两种不同的补偿命令分别应用在与其对应适合的电源转换系统的两种不同工作状态，从而满足电源转换系统不同工作状态下对中点电压平衡的不同要求，进而提高了平衡中点电压的性能。
附图说明
通过结合附图对于本发明的实施方式进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：
图1为一种电源转换系统的较佳实施方式的示意图。
图2为图1中电源转换系统的变流器组合与本发明控制系统及调制器的较佳实施方式的电路示意图。
图3为图2中一个变流器的局部电路图。
图4为图2中控制系统的较佳实施方式的框图。
图5及图4中切换控制单元的第一较佳实施方式的示意图。
图6及图4中切换控制单元的第二较佳实施方式的示意图。
图7为本发明控制方法的较佳实施方式的流程图。
图8为图4中第一补偿控制单元及基本控制单元的较佳实施方式的示意图。
图9为图4中第二补偿控制单元及基本控制单元的较佳实施方式的示意图。
图10为图2控制系统应用图4第二补偿控制单元且在正常操作状态时的中点电流与中点电压不平衡值之间的三组函数关系示意图。
图11为图2控制系统应用图4第二补偿控制单元且在无风操作状态时的中点电流与中点电压不平衡值之间的三组函数关系示意图。
具体实施方式
以下将描述本发明的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本公开的内容不充分。
除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。
另外，本发明定义了电源转换系统的四种状态分别为“正常操作状态(normaloperationstate)”、“无风操作状态(windfreestate)”、“高功率因数状态(highpowerfactorstate)”及“低功率因数状态(lowpowerfactorstate)”。其中，正常操作状态是指电源转换系统在有功功率不等于零时的工作状态，也可以认为是功率因数不等于零或有风的工作状态；无风操作状态是指电源转换系统在有功功率等于零时的工作状态，也可以认为是功率因数等于零或无风的工作状态。高功率因数状态及低功率因数状态是指在正常操作状态下的两种状态，具体而言，高功率因数状态时的有功功率相对较高而低功率因数状态时的有功功率相对较低，也可以认为是高功率因数状态时的功率因数的绝对值相对较高，例如大于0.2，而低功率因数状态时的功率因数的绝对值相对较低，例如小于0.2。为了方便进行描述，本发明还定义了电源转换系统的第一状态及第二状态，具体地，当正常操作状态为第一状态时，该无风操作状态为第二状态；而当该高功率因数状态为第一状态时，该低功率因数状态为第二状态。
图1所示为一种电源转换系统10的较佳实施方式的示意图。该电源转换系统10包括一个风力涡轮机18、一个变流器组合19及一个电网16。该风力涡轮机18包括叶片11、主轴12及通过主轴12与叶片11耦合相连的发电机13，其中还可以根据具体需要增加变速箱等装置，为方面说明，这里仅是简易示意图。该变流器组合19用来将该发电机13产生的不固定频率的电压转换成固定频率的电压，然后再并入电网16，以使电网16正常工作。该变流器组合19包括一个源侧(source-side)变流器14及一个网侧(line-side)变流器15。该源侧变流器14电性耦合至该发电机13，以用来将发电机13产生的变化的交流电转换为直流电。该网侧变流器15电性耦合至该电网16，以用来将该直流电转换为符合并网要求的交流电后注入电网16。该源侧变流器14与该网侧变流器15之间通过一直流链路(DClink)17耦合连接。在一种实施方式中，该直流链路17包括一个上端电容C1及一下端电容C2。
为了方便描述，在该变流器组合19与该电网16之间的传统变压器、滤波器等元件未在图中示意出。另外，图1仅仅举例示意出了一个风力涡轮机用发电机13，而该发电机13还可以是其他可再生能源用发电机，例如太阳能用发电机等。其次，在其他实施方式中，该发电机13也可以使其他类型的发电设备，例如不间断电源等。
图2所示为该变流器组合19的较佳实施方式的电路图，此实施方式中，该变流器组合19为三电平拓扑结构的变流器组合。图2中该上端电容C1与下端电容C2之间的节点O为中点(neutralpoint)。为了得到最佳的性能，该中点O两端施加电压的幅值需要被控制为基本相同，也就是进行中点电压的平衡控制。在图2的实施方式中，该上端电容C1上的电压与下端电容C2上的电压需要被控制为基本相同，该中点电压的平衡是通过在源侧变流器14的开关149上或/及在网侧变流器15的开关159上施加相应的脉宽调制信号来实现的。该脉宽调制信号可通过一调制器(modulator)300接收一控制系统100发送的命令来实现。需要说明的是，本实施方式给出的开关149、159的拓扑结构仅仅一个例子，在其他实施方式中可以调整，例如调整为五电平或七电平拓扑结构等等。
请参考图3，为该网侧变流器15的局部电路图。在中点O处的中点电压不平衡值(以下用Δ表示)可通过以下公式得出：
Δ＝VdcUpr–VdcLwr＝V0+1/C∫IdcM·dt(1)
其中，VdcUpr为上端电容C1的电压，VdcLwr为下端电容C2的电压，IdcM为流经中点O的中点电流，V0为初始的中点电压不平衡值，C为上端电容C1及下端电容C2的电容值。通过公式(1)可以看出，该中点电压不平衡值Δ可由该中点电流IdcM所决定，也就是说可通过调整该中点电流IdcM来达到使该中点电压不平衡值Δ趋于零的目的，此为一种中点电压平衡的原则。
请参考图4，为图2中控制系统100的较佳实施方式的框图。该控制系统100包括一第一补偿控制单元110、一第二补偿控制单元120、一基本控制单元130、一切换控制单元140及一切换执行单元150。该切换控制单元140用于输出一切换控制命令Scmd给该切换执行单元150，以通过该切换执行单元150选择性的控制该第一补偿控制单元110及第二补偿控制单元120之一与该基本控制单元130实现通信。在一种实施方式中，当该电源转换系统10工作在第一状态时(即正常操作状态或高功率因数状态)，该切换控制单元140输出的切换控制命令Scmd通过该切换执行单元150控制该第一补偿控制单元110与该基本控制单元130实现通信；当该电源转换系统10工作在第二状态时(即无风操作状态或低功率因数状态)，该切换控制单元140输出的切换控制命令Scmd通过该切换执行单元150控制该第二补偿控制单元120与该基本控制单元130实现通信。在本实施方式中，该第一补偿控制单元110、第二补偿控制单元120、基本控制单元130、切换控制单元140及切换执行单元150为各自独立的元件或算法，在其他实施方式中，它们中的任意两个或多个也可以整合在一起作为一个独立的元件或算法。
该第一补偿控制单元110产生一第一补偿命令以调整由该基本控制单元130传输至该调制器300的基本命令，进而在该电源转换系统10工作在第一状态时实现中点电压的平衡。该第二补偿控制单元120产生一第二补偿命令以调整由该基本控制单元130传输至该调制器300的命令，进而在该电源转换系统10工作在第二状态时实现中点电压的平衡。换句话说，该第一补偿命令适合调整该电源转换系统10工作在第一状态时产生的中点电压不平衡，而该第二补偿命令则适合调整该电源转换系统10工作在第二状态时产生的中点电压不平衡。
请参考图5，为该切换控制单元140的第一较佳实施方式的示意图。在此实施方式中，该切换控制单元140包括一比较器141。该比较器141的输入端In用于接收一转矩命令G_trq，该转矩命令G_trq与该发电机13的转矩相关联，其可通过转矩传感器(未示出)等设备所侦测到或者进行预设的运算后得到。本实施方式中，“1”代表高电压信号例如5伏特电压信号，“0”代表低电压信号例如零伏特电压信号。该比较器141的阈值端Thrsh用于接收一参考阈值，例如“0”。该比较器141的输出端Out用于根据比较结果输出对应的切换控制命令Scmd。
本实施方式中，当该电源转换系统10工作在正常操作状态(第一状态)下时，则该转矩命令G_trq不等于零(即功率因数不等于零)，如此该比较器141输出为“0”的切换控制命令Scmd至该切换执行单元150，从而使该第一补偿控制单元110与该基本控制单元130之间实现了通信；当该电源转换系统10工作在无风操作状态(第二状态)下时，则该转矩命令G_trq等于零(即功率因数等于零)，如此该比较器141输出为“1”的切换控制命令Scmd至该切换执行单元150，从而使该第二补偿控制单元120与该基本控制单元130之间实现了通信。其他实施方式中，该比较器141可以由其他类型具有相似功能的运算单元来代替。
请参考图6，为该切换控制单元140的第二较佳实施方式的示意图。在此实施方式中，该切换控制单元140包括一滤波元件142、一绝对值计算元件143及一迟滞比较器(hysteresiscomparator)144。该滤波元件142用于接收并滤波一电流命令I_real。在本实施方式中，该电流命令I_real与该电源转换系统10的有功电流的有效值相关联，该电源转换系统10的有功电流可通过电流传感器(未示出)等设备所侦测到。该绝对值计算元件143用于获得滤波后的电流命令I_real的绝对值并输出至该迟滞比较器144。该迟滞比较器144用于根据该绝对值计算元件143的输出结果输出对应的切换控制命令Scmd。
本实施方式中，当该电源转换系统10工作在高功率因数状态(第一状态)下时，则该电流命令I_real大于一预设值(例如对应于功率因数的绝对值大于0.2)，如此该迟滞比较器144将输出为“0”的切换控制命令Scmd至该切换执行单元150，从而使该第一补偿控制单元110与该基本控制单元130之间实现了通信；当该电源转换系统10工作在低功率因数状态(第二状态)下时，该电流命令I_real小于该预设值，如此该迟滞比较器144输出为“1”的切换控制命令Scmd至该切换执行单元150，从而使该第二补偿控制单元120与该基本控制单元130之间实现了通信。其他实施方式中，该滤波元件142、绝对值计算元件143及迟滞比较器144可以由其他类型具有相似功能的运算单元来代替。
请参考图7，为本发明控制方法200应用该控制系统100的较佳实施方式的流程图。该控制方法200可通过编程的方法存储在计算机可读介质中，并通过相应的处理器来执行该控制方法200的相应步骤。该计算机可读介质包括易失性的、非易失性的介质，例如随机存取存储器、只读存储器、闪速存储器、数字信号处理器、光盘驱动器等。
本实施方式中，该控制方法200开始于步骤201。在步骤201中，该电源转换系统10的功率因数被获取。该功率因数的获取可通过不同的运算方法来获得，例如可应用图5中的转矩命令G_trq或图6中的电流命令I_real所计算得到。该获得的功率因数作为一对应该电源转换系统10工作状态的参考参数，在其他实施方式中，该参考参数也可以使其他类型的参数，例如有功功率等。
在步骤202中，该获得的功率因数(这里指其绝对值)将与零(对应图5)或者一预设值(对应图6)进行比较。如果该功率因数不等于零或者大于该预设值(例如0.2)时，表明该电源转换系统10工作在第一状态，进而进入步骤203；如果该功率因数等于零或者小于该预设值(例如0.2)时，表明该电源转换系统10工作在第二状态，进而进入步骤204。步骤203及204可以通过图5或图6或其他算法来实现。
在步骤203中，该基本控制单元130被切换至与该第一补偿控制单元110进行通信。在步骤204中，该基本控制单元130被切换至与该第二补偿控制单元120进行通信。
在步骤205中，该第一补偿控制单元110提供一第一补偿命令至该基本控制单元，进而产生第一命令至该调制器300以平衡中点电压。在步骤206中，该第二补偿控制单元120提供一第二补偿命令至该基本控制单元，进而产生第二命令至该调制器300以平衡中点电压。该控制方法200提供了两种不同的控制算法以分别平衡该电源转换系统10在两种不同状态下的中点电压，从而可有效提升平衡中点电压的性能。
请参考图8及图9，分别为该第一补偿控制单元110及第二补偿控制单元120与基本控制单元130的较佳实施方式的示意图。为了方便的进行描述，在图8及图9中未示意出连接在该基本控制单元130与该第一及第二补偿控制单元110及120之间的切换执行单元150。
请参考图8，该基本控制单元130用于产生基本命令以控制调制器300对该变流器组合19实现基本的电压转换功能而未加入中点电压平衡功能。该基本控制单元130包括一第一减法元件(differenceelement)131、一第二减法元件132、一基本电流控制模块133及一派克反变换器134。
该第一减法元件131用于获得一有功电流信号L_Ix_err，该有功电流信号L_Ix_err代表一实际有功电流命令L_IxCmd与一反馈有功电流命令L_IxFbk之间的差值。该第二减法元件132用于获得一无功电流信号L_Iy_err，该无功电流信号L_Iy_err代表一实际无功电流命令L_IyCmd与一反馈无功电流命令L_IyFbk之间的差值。该有功电流信号L_Ix_err与该无功电流信号L_Iy_err为该电源转换系统10位于旋转(dq)坐标系下的总的电流信号值。上述电流命令可通过电流传感器及相应的运算后获得，这里不详细说明。
该基本电流控制模块133用于将该有功电流信号L_Ix_err及无功电流信号L_Iy_err转换成一对应的有功调制命令L_UxCmd及一对应的无功调制命令L_UyCmd。该调制命令L_UxCmd及L_UyCmd用于调整该调制器300输出的脉宽调制信号的占空比，进而控制该变流器组合19实现基本的电压转换功能。在非限定的实施方式中，该基本电流控制模块133包括比例积分调节器(proportionalintegralregulator)或者比例积分微分调节器(proportionalintegraldifferentialregulator)。
由于该调制命令L_UxCmd及L_UyCmd位于旋转坐标系，不能用来直接控制该调制器300，故应用该派克反变换器134将该调制命令L_UxCmd及L_UyCmd对应变换成位于abc坐标系下的调制命令L_UaCmd、L_UbCmd、L_UcCmd。该调制命令L_UaCmd、L_UbCmd、L_UcCmd可直接用来调整该调制器300输出的脉宽调制信号的占空比，进而控制该变流器组合19实现基本的电压转换功能。
在图8的实施方式中，该第一补偿控制单元110包括一第三减法元件111及一中点电压调节器115。该第三减法元件111用于获得一电压信号L_Vdc_err，该电压信号L_Vdc_err代表该上端电容C1上电压的反馈值与该下端电容C2上电压的反馈值的差值，也就是代表中点电压的不平衡值Δ。该中点电压调节器115接收该电压信号L_Vdc_err，并通过运算产生一基本补偿命令L_DCOffSet(也可称为直流补偿值)以调整该电压信号L_Vdc_err趋于零。
为了获得平衡中点电压的功能，三个加法元件(summationelement)135、136及137被分别引入至该调制命令L_UaCmd、L_UbCmd、L_UcCmd的传输通道上，来接收来至第一补偿控制单元110传输的补偿命令，以调整该调制命令L_UaCmd、L_UbCmd、L_UcCmd，从而使其具有平衡中点电压的功能。
在非限定的实施方式中，该中点电压调节器115包括一滤波元件112及一结合限制器114的比例积分调节器113。其他实施方式中，该中点电压调节器115还可以应用其他元件或算法来获得该基本补偿命令L_DCOffSet。该基本补偿命令L_DCOffSet作为该第一补偿命令被注入至该三个加法元件135、136及137中，从而实现调整该调制命令L_UaCmd、L_UbCmd、L_UcCmd而达到平衡中点电压的目的。具体地，该加法元件135、136及137对应产生了三个命令L_UaCmd',L_UbCmd',andL_UcCmd'来调整该调制器300，从而在实现基本电压转换功能的同时，还增加了平衡中点电压的功能。
如果该源侧变流器14应用该基本控制单元130结合该第一补偿控制单元110来实现平衡中点电压的功能，而该网侧变流器15仅应用该基本控制单元130实现基本电压变换功能，假设Uout＝Asin(ωt)+δ；0<Δ<A<1；ω＝2πf。则该中点电流IdcM可以由以下公式确定：
I dcM &ap; 4 3 &Delta; ( 1 - &Delta; 2 ) &pi; P active V dc ( 1 MI G - 1 MI L ) + 4 3 &delta; ( 1 - &Delta; 2 ) &pi; P active V dc 1 MI G - - - ( 2 )
其中，Pactive为该电源转换系统10的有功功率，MIG为该源侧变流器14的调制指数，MIL为该网侧变流器15的调制指数，Vdc为该直流链路17的电压，δ为由该第一补偿控制单元110产生的直流补偿值,Iout为该电源转换系统10的输出电流,Uout为该电源转换系统10的输出电压,为功率因数角,IM为电流幅值,A为电压幅值,f代表频率,t代表时间。
根据上述公式(2)可知，如果有功功率Pactive等于零(即功率因数等于零)，则该中点电流IdcM等于零，因此当该电源转换系统10处于无风操作状态时(即有功功率Pactive等于零时)，中点电压不能通过该中点电流IdcM来进行平衡调整。换句话说，该第一补偿控制单元110可用于在该电源转换系统10处于正常操作状态时而不适用于在该电源转换系统10处于无风操作状态。另外，在一些情况下，该第一补偿控制单元110更适合于在该电源转换系统10处于高功率因数状态时而不太适用于在该电源转换系统10处于低功率因数状态时。总体来说，该第一补偿控制单元110更适合于在电源转换系统10处于第一状态时而不太适用于在该电源转换系统10处于第二状态时。
请参考图9，该第二补偿控制单元120包括一第四减法元件121及一中点电压调节器125。该中点电压调节器125包括一滤波元件122及一结合限制器124的比例积分调节器123。该第四减法元件121及中点电压调节器125的功能与该第三减法元件111及中点电压调节器115的功能相似，此处不再赘述。该第二补偿控制单元120还包括一奇次谐波信号产生器128，用于将该直流补偿值L_DCOffSet转换成位于旋转坐标系下的奇次谐波信号L_Ux及L_Uy，以作为该第二补偿命令。
在图9的实施方式中，该奇次谐波信号产生器128包括一第一乘法元件126及一第二乘法元件127。该第一乘法元件126用于将该直流补偿值L_DCOffSet与一第一角信号cos(-3(ωt+ψn))进行乘法运算后得到该奇次谐波信号L_Ux，该第二乘法元件127用于将该直流补偿值L_DCOffSet与一第二角信号sin(-3(ωt+ψn))进行乘法运算后得到该奇次谐波信号L_Uy。其中，ω＝2πf，ψn＝(n-1)(θ+π/2(n-1))/n，θ＝atan(L_Uycmd/L_Uxcmd)，ψn为谐波角，n为谐波次数，f代表频率，t代表时间。例如，当n＝3时,ψn＝(3-1)(θ+π/2(3-1))/3＝(2/3)·[atan(L_Uycmd/L_Uxcmd)+π/4]。在其他实施方式中，该谐波次数n也可以选用其它奇数，如5、7、9等。
请继续参考图9，为了获得平衡中点电压的功能，两个加法元件138及197被分别引入至该调制命令L_UxCmd及L_UyCmd的传输通道上，来接收来至第二补偿控制单元120传输的补偿命令L_Ux及L_Uy，以调整该调制命令L_UxCmd及L_UyCmd，从而使其具有平衡中点电压的功能。具体地，该加法元件138及139对应产生了两个命令L'_UxCmd及L'_UyCmd来调整该调制器300，从而在实现基本电压转换功能的同时，还增加了平衡中点电压的功能。
由于该调制命令L'_UxCmd及L'_UyCmd位于旋转坐标系，不能用来直接控制该调制器300，故需应用该派克反变换器134将该调制命令L'_UxCmd及L'_UyCmd对应变换成位于abc坐标系下的调制命令L_UaCmd'、L_UbCmd'、L_UcCmd'。该调制命令L_UaCmd'、L_UbCmd'、L_UcCmd'可直接用来调整该调制器300输出的脉宽调制信号的占空比，进而控制该变流器组合19实现基本的电压转换功能及中点电压平衡功能。
请参考图10，为该控制系统100应用该第二补偿控制单元120且在正常操作状态时的中点电流IdcM与中点电压不平衡值Δ之间的三组函数关系示意图。在图10中，曲线301、302、303分别代表功率因数(PF)等于1.0、0.9、0.5时的函数关系，可以看出当功率因数越高，应用该第二补偿控制单元120越不适合平衡中点电压；反之当功率因数越低时，应用该第二补偿控制单元120越适合平衡中点电压。
请参考图10，为该控制系统100应用该第二补偿控制单元120且在无风操作状态(功率因数等于零)时的中点电流IdcM与中点电压不平衡值Δ之间的三组函数关系示意图。在图11中，曲线401、402、403分别代表基本电压幅值(A1)等于0.9、0.8、0.6时的函数关系，可以看出当该控制系统100工作在无风操作状态时，应用该第二补偿控制单元120适合平衡中点电压。
通过图10及图11的模拟分析可知，该第二补偿控制单元120更适合于在电源转换系统10处于第二状态时而不太适用于在该电源转换系统10处于第一状态时。综上，无论该电源转换系统10工作在何种状态，均有对应合适的补偿控制单元来进行中点电压的平衡操作，故而大大提高了该电源转换系统10的工作性能。
虽然结合特定的实施方式对本发明进行了说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。

Claims (18)

1.一种控制系统，用于平衡中点箝位式变流器的中点电压，其特征在于，该控制系统包括：
基本控制单元，用于提供基本命令以控制该变流器实现基本电压转换功能；
第一补偿控制单元，用于当该变流器工作在第一状态时注入第一补偿命令至该基本命令，以实现中点电压的平衡；
第二补偿控制单元，用于当该变流器工作在第二状态时注入第二补偿命令至该基本命令，以实现中点电压的平衡；
切换控制单元，用于侦测该变流器的工作状态，并在该变流器工作在第一状态及第二状态时分别输出一第一切换控制命令及一第二切换控制命令；及
切换执行单元，用于在该切换控制单元输出第一切换控制命令时控制该基本控制单元与该第一补偿控制单元之间实现通信，及用于在该切换控制单元输出第二切换控制命令时控制该基本控制单元与该第二补偿控制单元之间实现通信。
2.如权利要求1所述的控制系统，其中该控制系统应用于风力涡轮机的电源转换系统中，该第一状态为该电源转换系统的正常工作状态，该第二状态为该电源转换系统的无风工作状态。
3.如权利要求2所述的控制系统，其中该切换控制单元包括一比较器，该比较器的输入端用于接收一转矩命令，该比较器的阈值端用于接收参考阈值零，该比较器的输出端用于在该转矩命令不等于零时输出该第一切换控制命令及用于在该转矩命令等于零时输出该第二切换控制命令。
4.如权利要求1所述的控制系统，其中该第一状态为高功率因数状态，该第二状态为低功率因数状态。
5.如权利要求4所述的控制系统，其中该切换控制单元包括包括一滤波元件、一绝对值计算元件及一迟滞比较器，该滤波元件用于接收并滤波一对应该变流器有功电流的有效值的电流命令，该绝对值计算元件用于获得滤波后的电流命令的绝对值并输出至该迟滞比较器，该迟滞比较器用于根据该绝对值计算元件的输出结果输出该第一及第二切换控制命令。
6.如权利要求1所述的控制系统，其中该基本控制单元包括一第一减法元件、一第二减法元件、一基本电流控制模块及一派克反变换器，该第一减法元件用于获得一有功电流信号，该第二减法元件用于获得一无功电流信号，该基本电流控制模块用于将该有功电流信号及无功电流信号转换成对应的有功调制命令及无功调制命令，该派克反变换器用于将位于旋转坐标系下的该有功调制命令及无功调制命令对应变换成位于abc坐标系下的调制命令。
7.如权利要求6所述的控制系统，其中该第一补偿控制单元包括一第三减法元件及一中点电压调节器，该第三减法元件用于获得中点电压的不平衡值，该中点电压调节器用于接收该中点电压的不平衡值，并通过运算产生一基本补偿命令以调整该中点电压的不平衡值趋于零，并注入该位于abc坐标系下的调制命令。
8.如权利要求7所述的控制系统，其中该中点电压调节器包括一滤波元件及一结合限制器的比例积分调节器。
9.如权利要求6所述的控制系统，其中该第二补偿控制电路包括一第三减法元件、一中点电压调节器及一奇次谐波信号产生器，该第三减法元件用于获得中点电压的不平衡值，该中点电压调节器用于接收该中点电压的不平衡值，并通过运算产生一基本补偿命令以调整该中点电压的不平衡值趋于零，该奇次谐波信号产生器用于将该基本补偿命令转换成位于旋转坐标系下的奇次谐波信号L_Ux及L_Uy，并注入该有功调制命令及无功调制命令。
10.如权利要求9所述的控制系统，其中该奇次谐波信号产生器包括一第一乘法元件及一第二乘法元件，该第一乘法元件用于将该基本补偿命令与一第一角信号进行乘法运算后得到一奇次谐波信号L_Ux，该第二乘法元件用于将该基本补偿命令与一第二角信号进行乘法运算后得到一奇次谐波信号L_Uy。
11.如权利要求10所述的控制系统，其中该第一角信号等于cos(-3(ωt+ψn))，该第二角信号等于sin(-3(ωt+ψn))，ω＝2πf，ψn＝(n-1)(θ+π/2(n-1))/n，θ＝atan(L_Uycmd/L_Uxcmd)，ψn为谐波角，n为谐波次数，f代表频率，t代表时间；L_Uxcmd为有功调制命令，L_Uycmd为无功调制命令。
12.如权利要求11所述的控制系统，其中该变流器为三电平变流器，n等于3。
13.一种控制方法，用于平衡中点箝位式变流器的中点电压，其特征在于，该控制方法包括：
获得一对应该变流器工作状态的参考参数；
根据该参考参数判断该变流器的工作状态；
提供一基本命令以控制该变流器实现基本电压转换功能；
提供一第一补偿命令及一第二补偿命令；
当该变流器工作在第一状态时，注入第一补偿命令至该基本命令，以实现中点电压的平衡；及
当该变流器工作在第二状态时注入第二补偿命令至该基本命令，以实现中点电压的平衡。
14.如权利要求13所述的控制方法，其中该参考参数为该变流器的功率因数，且当该变流器的功率因数不等于零时，判断该变流器工作在第一状态，当该变流器的功率因数等于零时，判断该变流器工作在第二状态，或者当该变流器的功率因数大于或等于一预设值时，判断该变流器工作在第一状态，当该变流器的功率因数小于该预设值时，判断该变流器工作在第二状态。
15.如权利要求13所述的控制方法，其中该第二补偿命令包括位于旋转坐标系下的奇次谐波信号。
16.一种补偿控制单元，用于提供补偿命令来平衡中点箝位式变流器的中点电压，其特征在于，该补偿控制单元包括：
一减法元件，用于获得中点电压的不平衡值；
一中点电压调节器，用于接收该中点电压的不平衡值，并通过运算产生一基本补偿命令以调整该中点电压的不平衡值趋于零；及
一奇次谐波信号产生器，该奇次谐波信号产生器用于将该基本补偿命令转换成位于旋转坐标系下的奇次谐波信号L_Ux及L_Uy，并注入至用于控制该变流器实现基本电压转换功能的基本命令。
17.如权利要求16所述的补偿控制单元，其中该奇次谐波信号产生器包括一第一乘法元件及一第二乘法元件，该第一乘法元件用于将该基本补偿命令与一第一角信号进行乘法运算后得到一奇次谐波信号L_Ux，该第二乘法元件用于将该基本补偿命令与一第二角信号进行乘法运算后得到一奇次谐波信号L_Uy。
18.如权利要求16所述的补偿控制单元，其中该变流器应用于风力涡轮机的电源转换系统，该补偿控制单元应用在该电源转换系统工作于无风操作状态或低功率因数状态。
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