CN106452098A - 一种高压大功率风力发电系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压大功率风力发电系统及其控制方法，由多相永磁直驱风力发电机，3n个三相全控整流桥换和H桥级联多电平逆变器组成。多相大功率永磁直驱风力发电机共有9n相输出，n为正整数，每3相构成一套绕组，共构成3n套绕组；每套绕组经过一个三相全控整流桥换流后，连接至H桥级联多电平逆变器每个子模块的直流侧，H桥级联多电平逆变器交流输出端接入三相电网。三相全控整流桥采用最大功率跟踪控制，实现风力发电机的单位功率因数输出。H桥级联多电平逆变器实现高压接入，交流侧直接接入35kV交流电。本发明可以将低压大功率永磁直驱风力发电系统通过变流器直接接入高压输电系统，省略了升压变压器，降低了成本。

Description

一种高压大功率风力发电系统及其控制方法

技术领域

本发明属于高压大功率电力电子技术领域，特别涉及一种高压大功率风力发电系统及其控制方法。

背景技术

自第二次工业革命以来，电能在全世界得到了广泛的应用，成为人们生产生活必须的二次能源，目前，电能的获得主要来自一次能源的转换，包括水能(水力发电)、热能(火力发电)、原子能(核电)、风能(风力发电)及光能(太阳能发电)等，一次能源的释放使原动机拖动发电机旋转，从而发出交流电，电能经过长距离输电线路输送到用户端。为减少输电线路的损耗，提高输电线路的传输效率，需要抬升线路的电压等级，通常是发电机与输电线路的首端之间加升压变压器，由于升压变压器的存在使得这种传统的发电系统体积庞大，成本高昂，为此，本文提出了一种多相大功率风力发电系统。

发明内容

本发明所解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种高压大功率风力发电系统及其控制方法，不仅省去了发电机与高压传输线之间的升压变，节约了系统空间，减少了系统的制造成本；同时实现了电机发出低压电到高压大功率传输线的直接高压接入。

为实现上述目的，本发明所采用的优化方案是：

一种高压大功率风力发电系统，包括多相发电机、3n个三相全控整流桥、H桥级联多电平逆变器；

所述多相发电机为多相永磁直驱风力发电机，其转子与装于风场的风力机同轴连接；多相发电机的定子有9n个绕组，n为正整数，每3个绕组构成一套三相交流绕组，共构成3n套三相交流绕组；每套绕组经过一个三相全控整流桥换流后，连接至H桥级联多电平逆变器每个子模块的直流侧，H桥级联多电平逆变器的交流输出端接入三相电网。

所述多相发电机的定子的9n个绕组依次标号为：A₁、B₁、C₁、A₂、B₂、C₂、A₃、B₃、C₃、…、A_3i+1、B_3i+1、C_3i+1、A_3i+2、B_3i+2、C_3i+2、A_3i+3、B_3i+3、C_3i+3、…、A_3n、B_3n、C_3n，下标i＝0、1、…、n-1；相邻绕组输出的交流电相位相差360°/(9n)；每3个绕组A_3i+1、B_3i+1和C_3i+1构成一套三相交流绕组，即A_3i+1、B_3i+1、C_3i+1构成多相发电机定子的第3i+1套三相交流绕组，多相发电机定子共有3n套三相交流绕组；

所述3n个三相全控整流桥分别命名为：R_u1、R_v1、R_w1、…、R_u(i+1)、R_v(i+1)、R_w(i+1)、…，R_un、R_vn、R_wn；下标i＝0、1、…、n-1；

R_u(i+1)的3个交流输入端AC_a、AC_b、AC_c分别与多相发电机的定子的第3i+1套三相交流绕组A_3i+1、B_3i+1、C_3i+1相连；

R_v(i+1)的3个交流输入端AC_a、AC_b、AC_c分别与多相发电机的定子的第3i+2套三相交流绕组A_3i+2、B_3i+2、C_3i+2相连；

R_w(i+1)的3个交流输入端AC_a、AC_b、AC_c分别与多相发电机的定子的第3i+2套三相交流绕组A_3i+3、B_3i+3、C_3i+3相连；

每个三相全控整流桥由a、b、c三相桥臂构成，每相桥臂由2个IGBT管T1_x、T2_x构成，下标x取a、b、c，分别表示a、b、c三相；T1_a的发射极与T2_a的集电极相连并构成a相桥臂的交流输入端AC_a，T1_b的发射极与T2_b的集电极相连并构成b相桥臂的交流输入端AC_b，T1_c的发射极与T2_c的集电极相连并构成c相桥臂的交流输入端AC_c；T1_a、T1_b、T1_c的集电极相连并构成该三相全控整流桥直流输出侧的正极，T2_a、T2_b、T2_c的发射极相连并构成该三相全控整流桥直流输出侧的负极；

所述H桥级联多电平逆变器由u、v、w三相桥臂构成；每相桥臂由1个电感L_s和n个子模块SM_y1，SM_y2，…，SM_yj，…，SM_yn依次串联而成，下标y取u、v、w，表示u、v、w三相，下标j＝1，2，…，n；

每个子模块SM_yj由4个IGBT管T1、T2、T3、T4和1个电容C构成；T1的发射极与T2的集电极相连并构成SM_yj的正端，T3的发射极与T4的集电极相连并构成SM_yj的负端；T1的集电极与T3的集电极相连并构成SM_yj的直流母线正极，T2的发射极与T4的发射极相连并构成SM_yj的直流母线负极；电容C的正极、负极分别与SM_yj的直流母线正极、直流母线负极相连；

每相桥臂由1个电感L_s和n个子模块SM_y1，SM_y2，…，SM_yj，…，SM_yn依次串联而成，即电感L_s的一端构成y相桥臂的输出端，另一端与SM_y1的正端相连，处于中间的SM_yk的正端与SM_y(k-1)的负端相连，SM_yk的负端与SM_y(k+1)的正端相连，k＝2，3，…，n-1；

SM_un的负端与SM_vn、SM_wn的负端相连并构成中性点N，中性点N接地；三相桥臂的输出端分别与35kV高压电网的a、b、c三相相连；

SM_u(i+1)的直流母线正极、直流母线负极分别与三相全控整流桥R_u(i+1)直流输出侧的正极、负极相连；

SM_v(i+1)的直流母线正极、直流母线负极分别与三相全控整流桥R_v(i+1)直流输出侧的正极、负极相连；

SM_w(i+1)的直流母线正极、直流母线负极分别与三相全控整流桥R_w(i+1)直流输出侧的正极、负极相连；

其中，n＝up(U_grid/U_sm)，函数up()表示向上取整，U_grid是所述35kV高压电网相电压峰值，U_sm取值为所述H桥级联多电平逆变器子模块中IGBT管额定电压的1/2。

一种高压大功率风力发电系统的控制方法，包括三相全控整流桥最大功率跟踪控制和H桥级联多电平逆变器并网控制两部分；

所述的三相全控整流桥最大功率跟踪控制为：针对每一个三相全控整流桥，分别进行以下控制，得到其IGBT脉冲控制信号：

(1)检测多相发电机转子的角速度ω_r，将ω_r与最佳角速度ω_ref进行比较，ω_ref由生产厂家提供，比较结果通过第一PI调节器进行调节，得到第一PI调节器的输出结果I_qref：

I_qref＝(ω_ref-ω_r)×(K_p1+K_i1×(1/s))

其中，1/s是积分因子，K_p1和K_i1分别为第一PI调节器的比例系数和积分系数；将I_qref除以3n，得到有功电流的参考值I_qref/3n；

(2)检测与该三相全控整流桥相连的三相交流绕组的输出电流i_A、i_B、i_C，通过abc/dq坐标变换得到有功电流分量i_q与无功电流分量i_d；

将i_q和i_d分别与I_qref/3n和0进行比较，比较结果分别采用第二、第三PI调节器进行调节，得到PI调节的输出结果交轴电压分量U_q和直轴电压分量U_d：

U_q＝(I_qref/3n-i_q)×(K_p2+K_i2×(1/s))

U_d＝(0-i_d)×(K_p3+K_i3×(1/s))

其中，K_p2和K_i2分别为第二PI调节器的比例系数和积分系数；K_p3和K_i3分别为第三PI调节器的比例系数和积分系数；

(3)将U_q和U_d进行dq/αβ坐标变换获得U_α和U_β；

(4)对U_α和U_β进行SVPWM空间矢量调制，得到该三相全控整流桥的IGBT脉冲控制信号；

所述H桥级联多电平逆变器并网控制为：针对H桥级联多电平逆变器的每一相桥臂，分别进行以下控制，得到其各子模块的IGBT脉冲控制信号：

(1)检测该相桥臂子模块SM_yk的电容电压U_{c_yk}，k＝1,2，…，n，对它们求和获得U_{sm_total}；通过锁相环PLL获得与该相桥臂的输出端相连的35kV高压电网对应相电压的同步相位角θ；将U_{sm_total}与n×U_sm进行比较，通过第四PI调节器进行调节，将第四PI调节器的输出与sinθ相乘，得到该相桥臂输出电流的参考值I_yref；即：

I_yref＝(n×U_sm-U_{sm_total})×(K_p4+K_i4×(1/s))×sinθ

其中，K_p4和K_i4分别为第四PI调节器的比例系数和积分系数；

(2)检测该相桥臂的输出电流i_y；将i_y与I_yref进行比较，其结果通过第五PI调节器进行调节；将第五PI调节器的输出作为H桥级联多电平逆变器该相桥臂的调制电压u_ry；即：

u_ry＝(i_y-I_yref)×(K_p5+K_i5×(1/s))

其中，K_p5和K_i5分别为第五PI调节器的比例系数和积分系数；

(3)将该相桥臂子模块SM_yk的电容电压U_{c_yk}与U_sm进行比较，其结果通过第六PI调节器进行调节，并将第六PI调节器的输出与u_ry/n相乘，再将乘积与u_ry/n进行比较，得到H桥级联多电平逆变器该相桥臂第k个子模块SM_yk的调制电压u_{r_smyk}；即：

u_{r_smyk}＝(u_ry/n)-(U_sm-U_{c_yk})×(K_p6+K_i6×(1/s))×(u_ry/n)

其中，K_p6和K_i6分别为第六PI调节器的比例系数和积分系数；

(4)对u_{r_smyk}进行SPWM调制，得到H桥级联多电平逆变器该相桥臂第k个子模块SM_yk的IGBT脉冲控制信号。

K_p1＝1，K_i1＝200；K_p2＝2，K_i2＝195；K_p3＝1，K_i3＝210；K_p4＝0.5，K_i4＝180；K_p5＝1.2，K_i5＝170；K_p6＝2.1，K_i6＝230。

本发明的原理为：

首先，由风力机捕获风能，提供源动力，将同轴连接的多相大功率永磁同步发电机拖动发电，发电机产生9n相交流电，每三相构成一套绕组，共有3n组三相交流输出，相邻两相交流电相位相差360°/(9n)，每组三相交流电输出的有功功率相等,均为P/3n，P为通过风力机捕获的有功功率；

然后，将发电机产生的每组三相交流电与采用全控型器件IGBT的三相全控整流桥的交流侧输入端相连，三相全控整流桥将发电机的3n组交流电变换为3n组稳定的直流输出；

最后，将3n个三相全控整流桥的直流母线的正、负极分别与H桥级联多电平逆变器的3n个子模块的直流母线的正、负极相连，同时，将H桥级联多电平逆变器三相交流输出端并入35kV高压电网，实现多相发电机低压发电到高压大功率传输线的直接高压接入。

本发明的有益效果是：

1)多相大功率永磁直驱风力发电系统采用多相大功率永磁同步发电机作为激励源，与传统的永磁同步发电机相比，其在保证输出功率不变的情况下通过一台发电设备即可同时输出多组三相交流电，降低了发电机输出的各相交流电流，从而减小了电机的输出线路的线径，降低了发电机绝缘等级，降低制造成本。同时多组三相交流电的输出，为H桥级联多电平逆变器所需的多个独立、有效直流电源的实现提供可行性，为该型逆变器实现换流提供了可靠的条件；

2)发电变流系统机侧变流器采用三相全控整流桥，与传统的桥式全控电路相比，其三相桥臂的六个开关器件全选用反并联二极管的全控器件IGBT，既能用作整流，又能用作逆变，允许能量的双向流动，可实现四象限运行。

3)发电变流系统网侧变流器采用H桥级联多电平逆变器，与传统的二极管钳位型多电平逆变器及飞跨电容型多电平逆变器比较，它无需大量钳位二极管和飞跨电容，其模块化的设计易于扩展，也支持冗余操作，同时具备输出电压谐波含量少，直流侧相互独立，电压均衡等优点。增加了逆变器的输出电平数，提高了母线电压的等级，可实现电机低压发电到大功率传输线路的高压接入；

4)多相大功率永磁直驱风力发电系统是将多相发电机产生的交流电经整流提供给H桥级联多电平逆变器，逆变器交流输出端直接并入高压电网。随着H桥级联多电平逆变器子模块数目的增加，电机产生的多组低电压等级的交流电，经过整流与逆变的转换，可以实现电能从低压到高压大功率的转变，从而实现高压接入，即直接并入35kV高压电网，无需中间升压变压器，节省了系统空间，降低了制造成本，同时，因为发电机各三相绕组输出电压等级低，其绝缘要求低，故而也降低了电机的成本。

附图说明

图1多相大功率永磁同步发电机拓扑结构图；

图2三相全控整流桥拓扑结构图；

图 3H桥级联多电平逆变器拓扑结构图；

图4高压大功率风力发电系统拓扑结构图；

图5三相全控整流桥控制框图；

图6 H桥级联多电平逆变器控制框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明专利进一步说明。

图1是多相大功率永磁同步发电机拓扑结构图，多相发电机的转子与风力机同轴连接，风力机将捕获的风能转化为机械能，拖动多相发电机发电；多相发电机的定子有9n相绕组，各相绕组依次标号为：A₁，B₁，C₁，A₂，B₂，C₂，A₃，B₃，C₃，…，A_3i+1，B_3i+1，C_3i+1，A_3i+2、B_3i+2，C_3i+2，A_3i+3，B_3i+3，C_3i+3，…，A_3n，B_3n,C_3n，i＝0，1，…，n-1；相邻两相绕组输出的交流电相位相差360°/(9n)；每3相绕组A_3i+1、B_3i+1、C_3i+1构成一套三相交流绕组，即A_3i+1、B_3i+1、C_3i+1构成多相发电机定子的第3i+1套三相交流绕组，共有3n套三相交流绕组，每套三相交流绕组输出的有功功率相等,均为P/3n，P为通过风力机捕获的有功功率。

图2是三相全控整流桥拓扑结构图，三相全控整流桥由a、b、c三相桥臂构成；每相桥臂由2个反并联二极管的IGBT管T1_x、T2_x构成，x取a、b、c，表示a、b、c相桥臂；以a相桥臂为例，IGBT管T1_a的发射极与IGBT管T2_a的集电极相连并构成a相桥臂的交流输入端a，IGBT管T1_a的集电极与三相全控整流桥的直流母线的正极相连，IGBT管T2_a的发射极与三相全控整流桥的直流母线的负极相连，IGBT管T1_a、T2_a的门极均接收外部设备提供的脉冲控制信号；三相全控整流桥的b、c相桥臂结构类似；多相大功率永磁直驱风力发电系统总共有3n个三相全控整流桥R_u1，R_v1，R_w1，…，R_u(i+1)、R_v(i+1)、R_w(i+1)，…，R_un，R_vn，R_wn；以三相全控整流桥R_u(i+1)为例，R_u(i+1)的3个交流输入端a、b、c分别与多相发电机定子的第3i+1套三相交流绕组A_3i+1、B_3i+1、C_3i+1相连；三相全控整流桥R_v(i+1)、R_w(i+1)的结构与R_u(i+1)的结构类似；R_v(i+1)的3个交流输入端a、b、c分别与多相发电机定子的第3i+2套三相交流绕组A_3i+2、B_3i+2、C_3i+2相连，R_w(i+1)的3个交流输入端a、b、c分别与多相发电机定子的第3i+3套三相交流绕组A_3i+3、B_3i+3、C_3i+3相连，三相全控整流桥将多相发电机的3n组交流电变换为3n组稳定的直流输出。

图3是H桥级联多电平逆变器拓扑结构图，H桥级联多电平逆变器由u、v、w三相桥臂构成；每相桥臂由n个子模块SM_y1，SM_y2，…，SM_yj，…，SM_yn和1个电感L_s构成，y取u、v、w，表示u、v、w相桥臂，j＝1，2，…，n；每个子模块SM_yj由4个反并联二极管的IGBT管T1～T4和1个电容C构成；SM_yj的IGBT管T1的发射极与IGBT管T2的集电极相连并构成SM_yj的正端，IGBT管T1的集电极与SM_yj的直流母线的正极相连，IGBT管T2的发射极与SM_yj的直流母线的负极相连，SM_yj的IGBT管T3的发射极与IGBT管T4的集电极相连并构成SM_yj的负端，IGBT管T3的集电极与SM_yj的直流母线的正极相连，IGBT管T4的发射极与SM_yj的直流母线的负极相连，IGBT管T1～T4的门极均接收外部设备提供的脉冲控制信号，电容C的正、负极分别与SM_yj的直流母线的正、负极并联；每相桥臂由电感L_s和n个子模块SM_y1，SM_y2，…，SM_yn依次串联而成；以u相桥臂为例，电感L_s的一端与SM_u1的正端相连，另一端构成H桥级联多电平逆变器的u相交流输出端，处于中间的SM_uk的正端与SM_u(k-1)的负端相连，SM_uk的负端与SM_u(k+1)的正端相连，k＝2，3，…，n-1，SM_un的负端与中性点N相连；SM_u(i+1)的直流母线的正、负极分别与三相全控整流桥R_u(i+1)的直流母线的正、负极相连；v、w相桥臂的结构类似；H桥级联多电平逆变器的中性点N接地，它的u、v、w三相交流输出端分别与35kV高压电网的a、b、c相相连。

n＝up(U_grid/U_sm)，其中，函数up()表示向上取整，U_grid是所述35kV高压电网相电压峰值，U_sm取值为所述H桥级联多电平逆变器子模块中IGBT管额定电压的1/2。

图4是高压大功率风力发电系统拓扑结构图，其由上述多相发电机、三相全控整流桥及H桥级联多电平逆变器组成，多相发电机由风力机拖动发电，其输出3n组三相交流电流经三相全控整流桥、H桥级联多电平逆变器最终送至电网，实现了低压发电到高压大功率送电的变换。

图5是三相全控整流桥控制框图，以三相全控整流桥R_u(i+1)为例，i＝0，1，2，…，n-1，控制步骤如下：

(1)检测多相发电机转子的角速度ω_r，将ω_r与最佳角速度ω_ref进行比较，ω_ref由生产厂家提供，通过第1个PI调节器进行调节，PI调节的输出为I_qref：

I_qref＝(ω_ref-ω_r)*(K_p1+K_i1*(1/s))

其中1/s是积分因子，K_p1＝1，K_i1＝200；

将I_qref除以3n得到多相发电机每套三相交流绕组有功电流的参考值I_qref/3n；

(2)检测多相发电机第3i+1套三相输出电流i_A(3i+1)、i_B(3i+1)、i_C(3i+1)，通过abc/dq坐标变换得到有功电流分量i_{q_u(i+1)}与无功电流分量i_{d_u(i+1)}，将i_{q_u(i+1)}、i_{d_u(i+1)}分别与I_qref/3n、0进行比较，采用第2、3个PI调节器进行调节，PI调节的输出分别为交轴电压分量U_{q_u(i+1)}与直轴电压分量U_{d_u(i+1)}：

U_{q_u(i+1)}＝(I_qref/3n-i_{q_u(i+1)})*(K_p2+K_i2*(1/s))

U_{d_u(i+1)}＝(0-i_{d_u(i+1)})*(K_p3+K_i3*(1/s))

其中K_p2＝2，K_i2＝195，K_p3＝1，K_i3＝210；

(3)将U_{q_u(i+1)}、U_{d_u(i+1)}进行dq/αβ坐标变换获得U_{α_u(i+1)}、U_{β_u(i+1)}，对U_{α_u(i+1)}、U_{β_u(i+1)}进行SVPWM空间矢量调制，得到三相全控整流桥R_ui+1的IGBT脉冲控制信号；

(4)其它三相全控整流桥的控制方法类似；

图6是H桥级联多电平逆变器控制框图，对于逆变器的控制主要是稳定各子模块电容上的电压，同时使逆变器单位功率因数输出，以逆变器u相为例，控制步骤如下：

(1)检测H桥级联多电平逆变器u相桥臂子模块SM_uk的电容电压U_{c_uk}，k＝1,2，…，n，对它们求和获得U_{sm_total}；通过锁相环PLL获得35kV高压电网a相电压u_a的同步相位角θ；将U_{sm_total}与n倍的子模块额定电压n*U_sm进行比较，通过第4个PI调节器进行调节，PI调节器的输出与sinθ相乘，得到H桥级联多电平逆变器u相桥臂输出电流的参考值I_uref：

I_uref＝(n*U_sm-U_{sm_total})*(K_p4+K_i4*(1/s))*sinθ

其中K_p4＝0.5，K_i4＝180；

(2)检测H桥级联多电平逆变器u相桥臂的输出电流i_u，将i_u与I_uref进行比较，通过第5个PI调节器进行调节，PI调节器的输出为逆变器u相桥臂的调制电压u_ru；

u_ru＝(i_u-I_uref)*(K_p5+K_i5*(1/s))

其中K_p5＝1.2，K_i5＝170；

(3)将H桥级联多电平逆变器u相桥臂子模块SM_uk的电容电压U_{c_uk}与子模块额定电压U_sm进行比较，通过第6个PI调节器进行调节，PI调节器的输出与u_ru/n相乘，再将乘积与u_ru/n进行比较，得到逆变器u相桥臂第k个子模块SM_uk的调制电压u_{r_smuk}；

u_{r_smuk}＝(u_ru/n)-(U_sm-U_{c_uk})*(K_p6+K_i6*(1/s))*(u_ru/n)

其中K_p6＝2.1，K_i6＝230；

(4)对u_{r_smuk}进行SPWM调制，得到H桥级联多电平逆变器u相桥臂第k个子模块SM_uk的IGBT脉冲控制信号；

(5)H桥级联多电平逆变器v、w相桥臂子模块的控制方法类似。

Claims (4)

1.一种高压大功率风力发电系统，其特征在于，包括多相发电机、3n个三相全控整流桥、H桥级联多电平逆变器；

所述多相发电机为多相永磁直驱风力发电机，其转子与装于风场的风力机同轴连接；多相发电机的定子有9n个绕组，n为正整数，每3个绕组构成一套三相交流绕组，共构成3n套三相交流绕组；每套绕组经过一个三相全控整流桥换流后，连接至H桥级联多电平逆变器每个子模块的直流侧，H桥级联多电平逆变器的交流输出端接入三相电网。

2.根据权利要求1所述的高压大功率风力发电系统，其特征在于，所述多相发电机的定子的9n个绕组依次标号为：A₁、B₁、C₁、A₂、B₂、C₂、A₃、B₃、C₃、…、A_3i+1、B_3i+1、C_3i+1、A_3i+2、B_3i+2、C_3i+2、A_3i+3、B_3i+3、C_3i+3、…、A_3n、B_3n、C_3n，下标i＝0、1、…、n-1；相邻绕组输出的交流电相位相差360°/(9n)；每3个绕组A_3i+1、B_3i+1和C_3i+1构成一套三相交流绕组，即A_3i+1、B_3i+1、C_3i+1构成多相发电机定子的第3i+1套三相交流绕组，多相发电机定子共有3n套三相交流绕组；

所述3n个三相全控整流桥分别命名为：R_u1、R_v1、R_w1、…、R_u(i+1)、R_v(i+1)、R_w(i+1)、…，R_un、R_vn、R_wn；下标i＝0、1、…、n-1；

R_u(i+1)的3个交流输入端AC_a、AC_b、AC_c分别与多相发电机的定子的第3i+1套三相交流绕组A_3i+1、B_3i+1、C_3i+1相连；

R_v(i+1)的3个交流输入端AC_a、AC_b、AC_c分别与多相发电机的定子的第3i+2套三相交流绕组A_3i+2、B_3i+2、C_3i+2相连；

R_w(i+1)的3个交流输入端AC_a、AC_b、AC_c分别与多相发电机的定子的第3i+2套三相交流绕组A_3i+3、B_3i+3、C_3i+3相连；

每个三相全控整流桥由a、b、c三相桥臂构成，每相桥臂由2个IGBT管T1_x、T2_x构成，下标x取a、b、c，分别表示a、b、c三相；T1_a的发射极与T2_a的集电极相连并构成a相桥臂的交流输入端AC_a，T1_b的发射极与T2_b的集电极相连并构成b相桥臂的交流输入端AC_b，T1_c的发射极与T2_c的集电极相连并构成c相桥臂的交流输入端AC_c；T1_a、T1_b、T1_c的集电极相连并构成该三相全控整流桥直流输出侧的正极，T2_a、T2_b、T2_c的发射极相连并构成该三相全控整流桥直流输出侧的负极；

所述H桥级联多电平逆变器由u、v、w三相桥臂构成；每相桥臂由1个电感L_s和n个子模块SM_y1，SM_y2，…，SM_yj，…，SM_yn依次串联而成，下标y取u、v、w，表示u、v、w三相，下标j＝1，2，…，n；

每个子模块SM_yj由4个IGBT管T1、T2、T3、T4和1个电容C构成；T1的发射极与T2的集电极相连并构成SM_yj的正端，T3的发射极与T4的集电极相连并构成SM_yj的负端；T1的集电极与T3的集电极相连并构成SM_yj的直流母线正极，T2的发射极与T4的发射极相连并构成SM_yj的直流母线负极；电容C的正极、负极分别与SM_yj的直流母线正极、直流母线负极相连；

每相桥臂由1个电感L_s和n个子模块SM_y1，SM_y2，…，SM_yj，…，SM_yn依次串联而成，即电感L_s的一端构成y相桥臂的输出端，另一端与SM_y1的正端相连，处于中间的SM_yk的正端与SM_y(k-1)的负端相连，SM_yk的负端与SM_y(k+1)的正端相连，k＝2，3，…，n-1；

SM_un的负端与SM_vn、SM_wn的负端相连并构成中性点N，中性点N接地；三相桥臂的输出端分别与35kV高压电网的a、b、c三相相连；

SM_u(i+1)的直流母线正极、直流母线负极分别与三相全控整流桥R_u(i+1)直流输出侧的正极、负极相连；

SM_v(i+1)的直流母线正极、直流母线负极分别与三相全控整流桥R_v(i+1)直流输出侧的正极、负极相连；

SM_w(i+1)的直流母线正极、直流母线负极分别与三相全控整流桥R_w(i+1)直流输出侧的正极、负极相连；

其中，n＝up(U_grid/U_sm)，函数up()表示向上取整，U_grid是所述35kV高压电网相电压峰值，U_sm取值为所述H桥级联多电平逆变器子模块中IGBT管额定电压的1/2。

3.根据权利要求2所述的高压大功率风力发电系统的控制方法，其特征在于，包括三相全控整流桥最大功率跟踪控制和H桥级联多电平逆变器并网控制两部分；

所述的三相全控整流桥最大功率跟踪控制为：针对每一个三相全控整流桥，分别进行以下控制，得到其IGBT脉冲控制信号：

(1)检测多相发电机转子的角速度ω_r，将ω_r与最佳角速度ω_ref进行比较，比较结果通过第一PI调节器进行调节，得到第一PI调节器的输出结果I_qref：

I_qref＝(ω_ref-ω_r)×(K_p1+K_i1×(1/s))

其中，1/s是积分因子，K_p1和K_i1分别为第一PI调节器的比例系数和积分系数；将I_qref除以3n，得到有功电流的参考值I_qref/3n；

(2)检测与该三相全控整流桥相连的三相交流绕组的输出电流i_A、i_B、i_C，通过abc/dq坐标变换得到有功电流分量i_q与无功电流分量i_d；

将i_q和i_d分别与I_qref/3n和0进行比较，比较结果分别采用第二、第三PI调节器进行调节，得到PI调节的输出结果交轴电压分量U_q和直轴电压分量U_d：

U_q＝(I_qref/3n-i_q)×(K_p2+K_i2×(1/s))

U_d＝(0-i_d)×(K_p3+K_i3×(1/s))

其中，K_p2和K_i2分别为第二PI调节器的比例系数和积分系数；K_p3和K_i3分别为第三PI调节器的比例系数和积分系数；

(3)将U_q和U_d进行dq/αβ坐标变换获得U_α和U_β；

(4)对U_α和U_β进行SVPWM空间矢量调制，得到该三相全控整流桥的IGBT脉冲控制信号；

所述H桥级联多电平逆变器并网控制为：针对H桥级联多电平逆变器的每一相桥臂，分别进行以下控制，得到其各子模块的IGBT脉冲控制信号：

(1)检测该相桥臂子模块SM_yk的电容电压U_{c_yk}，k＝1,2，…，n，对它们求和获得U_{sm_total}；通过锁相环PLL获得与该相桥臂的输出端相连的35kV高压电网对应相电压的同步相位角θ；将U_{sm_total}与n×U_sm进行比较，通过第四PI调节器进行调节，将第四PI调节器的输出与sinθ相乘，得到该相桥臂输出电流的参考值I_yref；即：

$U_{sm\_total}=\underset{k=1}{\overset{n}{\Σ}}{U}_{c\_yk}$

I_yref＝(n×U_sm-U_{sm_total})×(K_p4+K_i4×(1/s))×sinθ

其中，K_p4和K_i4分别为第四PI调节器的比例系数和积分系数；

(2)检测该相桥臂的输出电流i_y；将i_y与I_yref进行比较，其结果通过第五PI调节器进行调节；将第五PI调节器的输出作为H桥级联多电平逆变器该相桥臂的调制电压u_ry；即：

u_ry＝(i_y-I_yref)×(K_p5+K_i5×(1/s))

其中，K_p5和K_i5分别为第五PI调节器的比例系数和积分系数；

(3)将该相桥臂子模块SM_yk的电容电压U_{c_yk}与U_sm进行比较，其结果通过第六PI调节器进行调节，并将第六PI调节器的输出与u_ry/n相乘，再将乘积与u_ry/n进行比较，得到H桥级联多电平逆变器该相桥臂第k个子模块SM_yk的调制电压u_{r_smyk}；即：

u_{r_smyk}＝(u_ry/n)-(U_sm-U_{c_yk})×(K_p6+K_i6×(1/s))×(u_ry/n)

其中，K_p6和K_i6分别为第六PI调节器的比例系数和积分系数；

(4)对u_{r_smyk}进行SPWM调制，得到H桥级联多电平逆变器该相桥臂第k个子模块SM_yk的IGBT脉冲控制信号。

4.根据权利要求3所述控制方法，其特征在于，K_p1＝1，K_i1＝200；K_p2＝2，K_i2＝195；K_p3＝1，K_i3＝210；K_p4＝0.5，K_i4＝180；K_p5＝1.2，K_i5＝170；K_p6＝2.1，K_i6＝230。