CN108736470A - 一种可变频率变压器电路的级联变换器及相关电路 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种可变频率变压器电路的级联变换器，通过级联变换器的八个开关可以等效出H桥变换器和三相变换器，可以实现原有电路的功能，也就是等效H桥变换器可以控制可变频率变压器，三相变换器可以调节直流端电压，由于只使用了8个开关实现了10个开关的功能，降低了变换器的成本，进一步降低异步电网在建造时的总成本，提高资源的利用率。本申请还公开了一种可变频率变压器电路以及风电系统，具有以上有益效果。
Description
技术领域
本申请涉及电网异步互联技术领域，特别涉及一种可变频率变压器电路的级联变换器、可变频率变压器电路以及风电系统。
背景技术
随着电网的不断建设，不同国家之间的电网可以将电能资源进行共享。其中，可以通过可变频率变压器，将不同频率的电网之间相互连接。其中，可变频率变压器是一种新型电网异步互联装置，可以实现不同频率电网的相互连接。与背靠背高压直流输电相比，可变频率变压器具有更好的自然阻尼和惯性支撑能力；运行平滑，无谐波污染；控制简单且过载能力强。
现有技术中，为了实现可变频率变压器的正常运行，可以采用一种可变频率变压器电路。具体的，可以参考图1，图1为现有技术提供的一种可变频率变压器电路。其中，该可变频率变压器电路包括1个H桥变换器和1个三相变换器。其中，H桥变换器用于控制可变频率变压器的转速、相角和有功功率；并联三相变换器用于控制直流母线电压，为H桥变换器提供所需的电能。
但是，现有技术中用于控制可变频率变压器的H桥变换器需要由4个功率开关管组成，用于控制直流母线电压的三相变换器需要由6个功率开关管组成，也就是该电路中需要总共10个功率开关管，需要大量构建该电路，进一步的10个功率开关管会造成电路总成本的上升。
因此，如何降低可变频率变压器电路的总成本是本领域技术人员所关注的重点问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种可变频率变压器电路的级联变换器、可变频率变压器电路以及风电系统，通过级联变换器的八个开关可以等效出H桥变换器和三相变换器，可以实现原有电路的功能，也就是等效H桥变换器可以控制可变频率变压器，三相变换器可以调节直流端电压，由于只使用了8个开关实现了10个开关的功能，降低了变换器的成本，进一步降低异步电网在建造时的总成本，提高资源的利用率。
为解决上述技术问题，本申请提供一种可变频率变压器电路的级联变换器，包括：第一输出端、第二输出端、直流端、第一开关、第二开关直至第八开关；
所述第一输出端的正极分别与所述第一开关的第二端和所述第四开关的第一端连接，所述第一输出端的负极分别与所述第二开关的第二端和所述第五开关的第一端连接；所述第二输出端的第一相分别与所述第三开关的第二端和所述第六开关的第一端连接，所述第二输出端的第二相分别与所述第四开关的第二端和所述第七开关的第一端连接，所述第二输出端的第三相分别与所述第五开关的第二端和所述第八开关的第一端连接；
所述第一开关的第一端、所述第二开关的第一端、所述第三开关的第一端相互连接，其公共端作为所述直流端的正极；所述第六开关的第二端、所述第七开关的第二端、所述第八开关的第二端相互连接，其公共端作为所述直流端的负极。
可选的，所述第一开关、所述第二开关直至所述第八开关均包括绝缘栅双极型晶体管IGBT和二极管；
其中，所述IGBT的集电极与所述二极管的阴极连接，其公共端作为所述第一开关、所述第二开关直至所述第八开关的第一端；所述IGBT的发射极与所述二极管的阳极连接，其公共端作为所述第一开关、所述第二开关直至所述第八开关的第二端；所述IGBT的基极作为所述第一开关、所述第二开关直至所述第八开关的控制端。
可选的，所述第一开关、所述第二开关直至所述第八开关均包括金属氧化物半导体场效应晶体管MOS和二极管；
其中，所述MOS的漏极与所述二极管的阴极连接，其公共端作为所述第一开关、所述第二开关直至所述第八开关的第一端；所述MOS的源极与所述二极管的阳极连接，其公共端作为所述第一开关、所述第二开关直至所述第八开关的第二端；所述MOS的栅极作为所述第一开关、所述第二开关直至所述第八开关的控制端。
可选的，还包括与所述第一开关、所述第二开关直至所述第八开关分别并联的冗余开关。
可选的，所述冗余开关为继电器。
本申请还提供一种可变频率变压器电路，包括：第一电网、第二电网、可变频率变压器、滤波电感、直流电容、控制器以及如上所述的级联变换器；
其中，所述第一电网与所述可变频率变压器的定子连接，所述第二电网与所述可变频率变压器的转子连接；
所述级联变换器的第一输出端与所述可变频率变压器的电机连接；
所述级联变换器的第二输出端与所述滤波电感的第一端连接，所述滤波电感的第二端连接在所述第一电网和所述可变频率变压器的定子之间；所述级联变换器的直流端的正极与所述直流电容的第一端连接，所述级联变换器的直流端的负极与所述直流电容的第二端连接；
与所述级联变换器连接的控制器，用于对所述第一输出端输连接的开关出控制信号，以控制所述可变频率变压器的转速、相角和有功功率，并通过所述第二输出端调节所述直流端的电压。
本申请还提供一种风电系统，包括：风力机、鼠笼式异步发电机、可变频率变压器、滤波电感、直流电容、电网、控制器以及如上所述的级联变换器，其中：
所述风力机与所述鼠笼式异步发电机机械连接；所述鼠笼式异步发电机的定子与所述可变频率变压器的转子连接，所述可变频率变压器的定子与所述电网连接；
所述级联变换器的第一输出端与所述可变频率变压器的直流电机连接；所述级联变换器的第二输出端与所述滤波电感的第一端连接，所述滤波电感的第二端连接在所述电网和所述可变频率变压器的定子之间；所述级联变换器的直流端的正极与所述直流电容的第一端连接，所述级联变换器的直流端的负极与所述直流电容的第二端连接；
与所述级联变换器连接的控制器，用于通过所述第一输出端输出控制信号，以控制所述可变频率变压器的转速、相角和有功功率，并通过所述第二输出端调节所述直流端的电压。
本申请所提供的一种可变频率变压器电路的级联变换器，包括：第一输出端、第二输出端、直流端、第一开关、第二开关直至第八开关；所述第一输出端的正极分别与所述第一开关的第二端和所述第四开关的第一端连接，所述第一输出端的负极分别与所述第二开关的第二端和所述第五开关的第一端连接；所述第二输出端的第一相分别与所述第三开关的第二端和所述第六开关的第一端连接，所述第二输出端的第二相分别与所述第四开关的第二端和所述第七开关的第一端连接，所述第二输出端的第三相分别与所述第五开关的第二端和所述第八开关的第一端连接；所述第一开关的第一端、所述第二开关的第一端、所述第三开关的第一端相互连接，其公共端作为所述直流端的正极；所述第六开关的第二端、所述第七开关的第二端、所述第八开关的第二端相互连接，其公共端作为所述直流端的负极。
通过级联变换器的八个开关可以等效出H桥变换器和三相变换器，可以实现原有电路的功能，也就是等效H桥变换器可以控制可变频率变压器，三相变换器可以调节直流端电压，由于只使用了8个开关实现了10个开关的功能，降低了变换器的成本，进一步降低异步电网在建造时的总成本，提高资源的利用率。
本申请还提供一种可变频率变压器电路以及风电系统，具有以上有益效果，在此不做赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为现有技术提供的一种可变频率变压器电路；
图2为本申请实施例所提供的一种可变频率变压器电路的级联变换器的结构示意图；
图3为本申请实施例所提供的一种级联变换器的结构示意图；
图4为本申请实施例所提供的一种可变频率变压器电路的结构示意图；
图5为本申请实施例所提供的另一种可变频率变压器电路的结构示意图；
图6为本申请实施例所提供的一种等效H桥变换器的控制方法的流程示意图；
图7为本申请实施例所提供的一种等效并联三相变换器的控制方法的流程示意图；
图8为本申请实施例所提供的一种级联变换器的调制方法的流程示意图；
图9为本申请实施例所提供的一种风电系统的结构示意图；
图10为本申请实施例所提供的一种可变频率变压器转速控制方法的流程示意图；
图11为本申请实施例所提供的一种直流电容电压控制方法的流程示意图；
图12为本申请实施例所提供的一种级联变换器的编号示意图；
图13为本申请实施例所提供的一种调制方法的逻辑示意图。
具体实施方式
本申请的核心是提供一种可变频率变压器电路的级联变换器、可变频率变压器电路以及风电系统，通过级联变换器的八个开关可以等效出H桥变换器和三相变换器，可以实现原有电路的功能，也就是等效H桥变换器可以控制可变频率变压器，三相变换器可以调节直流端电压，由于只使用了8个开关实现了10个开关的功能，降低了变换器的成本，进一步降低异步电网在建造时的总成本，提高资源的利用率。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
具体的，请参考图2，图2为本申请实施例所提供的一种可变频率变压器电路的级联变换器的结构示意图。
本实施例提供的级联变换器可以包括：第一输出端、第二输出端、直流端、第一开关11、第二开关12直至第八开关18；
第一输出端的正极分别与第一开关11的第二端和第四开关14的第一端连接，第一输出端的负极分别与第二开关12的第二端和第五开关15的第一端连接；第二输出端的第一相分别与第三开关13的第二端和第六开关16的第一端连接，第二输出端的第二相分别与第四开关14的第二端和第七开关17的第一端连接，第二输出端的第三相分别与第五开关15的第二端和第八开关18的第一端连接；
第一开关11的第一端、第二开关12的第一端、第三开关13的第一端相互连接，其公共端作为直流端的正极；第六开关16的第二端、第七开关17的第二端、第八开关18的第二端相互连接，其公共端作为直流端的负极。
本实施例所指的第一输出端为两相端口，第二输出均为三相输出端，第一开关11、第二开关12直至第八开关18均为由开关管构成的开关单元，其中开关管可以是功率开关管。一般的开关管具有第一端、第二端和控制端，控制器向控制端输出控制信号，以控制开关管导通或是断开。
进一步，本实施例通过控制器对级联变换器进行分时控制，实现第一输出端和第二输出端的独立控制，即在一个开关周期内，先令第一开关11和第二开关12导通，此时第一输出端为全零的状态，不影响其输出，而第三开关13至第八开关组成一个变换器，控制第二输出端的输出；再令第三开关13、第六开关16至第八开关18导通，此时第二输出端为全零状态，第一开关11、第二开关12、第四开关14、第五开关15可以组成一个变换器，控制第一输出端的输出。相当于等效出现有技术中的三相变换器和H桥变换器。具体的，与第一输出端连接的开关，即第一开关11、第二开关12、第四开关14、第五开关15等效为H桥变换器，叫做等效H桥变换器，与第二输出端连接的开关，即第三开关13至第八开关18等效为三相变换器，叫做等效三相变换器。通过级联变换器的八个开关可以实现现有技术中两个变换器总共十个开关才可以实现的功能，减少变换器中开关的使用数量，降低电网建造成本，提高资源利用率，同时还可以降低电路的功率消耗。
在图2所示实施例的基础上，本实施例主要对级联变换器中的开关提供一个可选的具体方案，其他部分与上一实施例大体相同，相同部分可以参考上一实施例，在此不做赘述。
具体的，请参考图3，图3为本申请实施例所提供的一种级联变换器的结构示意图。
本实施例中的第一开关11、第二开关12直至第八开关18均包括绝缘栅双极型晶体管IGBT和二极管；
其中，IGBT的集电极与二极管的阴极连接，其公共端作为第一开关11、第二开关12直至第八开关18的第一端；IGBT的发射极与二极管的阳极连接，其公共端作为第一开关11、第二开关12直至第八开关18的第二端；IGBT的基极作为第一开关11、第二开关12直至第八开关18的控制端。
在图2所示实施例的基础上，本实施例主要对级联变换器中的开关提供另一个可选的具体方案，其他部分与上一实施例大体相同，相同部分可以参考上一实施例，在此不做赘述。
本实施例中的第一开关11、第二开关12直至第八开关18均包括金属氧化物半导体场效应晶体管MOS和二极管；
其中，MOS的漏极与二极管的阴极连接，其公共端作为第一开关11、第二开关12直至第八开关18的第一端；MOS的源极与二极管的阳极连接，其公共端作为第一开关11、第二开关12直至第八开关18的第二端；MOS的栅极作为第一开关11、第二开关12直至第八开关18的控制端。
在以上所有实施例的方案的基础上，本实施例主要对级联变换器中的开关提供另一个附加方案，其他部分与上一实施例大体相同，相同部分可以参考上一实施例，在此不做赘述。
本实施例中的级联变换器还包括与第一开关11、第二开关12直至第八开关18分别并联的冗余开关。
可选的，冗余开关可以是继电器。
也就是在第一开关11至第八开关18的每个第一端和第二端之间都连接了冗余开关，当该开关失效时，可以控制冗余开关使开关短路，电路的其他部分仍然可以正常工作。
本申请实施例提供了一种可变频率变压器电路的级联变换器，可以通过级联变换器的八个开关可以等效出H桥变换器和三相变换器，可以实现原有电路的功能，也就是等效H桥变换器可以控制可变频率变压器，并联三相变换器可以调节直流端电压，由于只使用了8个开关实现了10个开关的功能，降低了变换器的成本，进一步降低异步电网在建造时的总成本，提高资源的利用率。
基于以上实施例所提供的一种级联变换器，本实施例可以提供一种基于该级联变换器的可变频率变压器电路，通过该级联变换器，不仅可以实现可变频率变压器电路的功能，还可以降低该可变频率变压器电路的成本和功耗。
具体的，请参考图4，图4为本申请实施例所提供的一种可变频率变压器电路的结构示意图。
其中，该电路可以包括：第一电网、第二电网、可变频率变压器、滤波电感L、直流电容C、控制器以及如以上实施例的级联变换器10；
其中，第一电网与可变频率变压器的定子连接，第二电网与可变频率变压器的转子连接；
级联变换器10的第一输出端与可变频率变压器的电机连接；
级联变换器10的第二输出端与滤波电感L的第一端连接，滤波电感L的第二端连接在第一电网和可变频率变压器的定子之间；级联变换器10的直流端的正极与直流电容C的第一端连接，级联变换器10的直流端的负极与直流电容C的第二端连接；
与级联变换器10连接的控制器，用于对第一输出端输连接的开关出控制信号，以控制可变频率变压器的转速、相角和有功功率，并通过第二输出端调节直流端的电压。
基于以上实施例提供的可变频率变压器电路，本实施例主要是针对该电路中的级联变换器10做一个具体说明，其他部分可以参考上一实施例，在此不做赘述。
请参考图5，图5为本申请实施例所提供的另一种可变频率变压器电路的结构示意图。
本实施例中的级联变换器10可以包括：第一输出端、第二输出端、直流端、第一开关11、第二开关12直至第八开关18；
第一输出端的正极分别与第一开关11的第二端和第四开关14的第一端连接，第一输出端的负极分别与第二开关12的第二端和第五开关15的第一端连接；第二输出端的第一相分别与第三开关13的第二端和第六开关16的第一端连接，第二输出端的第二相分别与第四开关14的第二端和第七开关17的第一端连接，第二输出端的第三相分别与第五开关15的第二端和第八开关18的第一端连接；
第一开关11的第一端、第二开关12的第一端、第三开关13的第一端相互连接，其公共端作为直流端的正极；第六开关16的第二端、第七开关17的第二端、第八开关18的第二端相互连接，其公共端作为直流端的负极；
其中，第一开关11、第二开关12直至第八开关18均包括绝缘栅双极型晶体管IGBT和二极管；
其中，IGBT的集电极与二极管的阴极连接，其公共端作为第一开关11、第二开关12直至第八开关18的第一端；IGBT的发射极与二极管的阳极连接，其公共端作为第一开关11、第二开关12直至第八开关18的第二端；IGBT的基极作为第一开关11、第二开关12直至第八开关18的控制端。
在另一实施例中，第一开关11、第二开关12直至第八开关18均包括金属氧化物半导体场效应晶体管MOS和二极管；
其中，MOS的漏极与二极管的阴极连接，其公共端作为第一开关11、第二开关12直至第八开关18的第一端；MOS的源极与二极管的阳极连接，其公共端作为第一开关11、第二开关12直至第八开关18的第二端；MOS的栅极作为第一开关11、第二开关12直至第八开关18的控制端。
在以上所有实施例的基础上，级联变换器还包括与第一开关11、第二开关12直至第八开关18分别并联的冗余开关。
综上，本申请实施例提供的一种可变频率变压器电路，可以通过级联变换器的八个开关可以等效出H桥变换器和三相变换器，可以实现原有电路的功能，也就是等效H桥变换器可以控制可变频率变压器，并联三相变换器可以调节直流端电压，由于只使用了8个开关实现了10个开关的功能，降低了变换器的成本，进一步降低异步电网在建造时的总成本，提高资源的利用率。
此外，在以上实施例提供的级联变换器10和可变频率变压器电路的基础上，可以对级联变换器10提供的一种控制方法。由于级联本质上是等效出了H桥变换器和并联三相变换器，对于级联变换器的控制方法可以采用原有的H桥变换器和并联三相变换器的控制方法，还可以采用以下提供的对应的控制方法。需要说明的是以下方法是按照等效H桥变换器和等效并联三相变换器的角度进行说明，控制方法所得到的参考信号可以根据调制方法应用的级联变换器10中。
等效H桥变换器的控制方法
通过对等效H桥变换器进行控制，等效H桥变换器可以对可变频率变压器的转速、相角以及有功功率进行调节。
具体的，请参考图6，图6为本申请实施例所提供的一种等效H桥变换器的控制方法的流程示意图。
该控制方法可以包括：
步骤1：利用电压传感器采集第一电网电压vg1abc、第二电网电压vg2abc、定子电压vsabc、转子电压vrabc；
利用电流传感器采集定子电流isabc；
利用转速传感器采集可变频率变压器的转速n；
将第一电网电压vg1abc、第二电网电压vg2abc经过数字锁相环检测处理，得到第一电网电压频率fg1、第二电网电压频率fg2；
将定子电压vsabc、定子电流isabc经过功率计算处理，得到可变频率变压器的有功功率PVFT；
对第二电网电压vg2abc、转子电压vrabc分别经过三相静止两相静止坐标变换处理，得到在两相静止坐标系下第二电网电压矢量vg2αβ、转子电压矢量vrαβ；
将第二电网电压矢量vg2αβ经过相角计算处理，得到第二电网电压相位θg2；
将第二电网电压矢量vg2αβ、转子电压矢量vrαβ分别经过两相静止到两相旋转坐标变换处理，得到在同步旋转坐标系下第二电网电压直流分量vg2dq、转子电压直流分量vrdq。
步骤2：将第一电网频率fg1、第二电网频率fg2、转速n、第二电网电压直流分量vg2dq、转子电压直流分量vrdq、可变频率变压器的有功功率PVFT按照预设电压控制方程进行处理，得到等效H桥变换器的第一电压参考值第二电压参考值第三电压参考值
预设电压控制方程分别如下：
其中，Kp1和Ki1分别是等效H桥变换器转速PI调节器的比例系数和积分系数；Kp2和Ki2分别是等效H桥变换器相角PI调节器的比例系数和积分系数；Kp3和Ki3分别是等效H桥变换器有功功率PI调节器的比例系数和积分系数。
步骤3：将等效H桥变换器的第一电压参考值第二电压参考值第三电压参考值相加，得到等效H桥变换器直流电压参考值
等效并联三相变换器的控制方法
通过该控制方法可以对直流母线的电压进行调节。
具体的，请参考图7，图7为本申请实施例所提供的一种等效并联三相变换器的控制方法的流程示意图。
该控制方法可以包括：
步骤1：利用电压传感器采集定子电压vsabc、直流电容电压Vdc；
利用电流传感器采集滤波电感电流igscabc；
对定子电压vsabc、滤波电感电流igscabc分别经过三相静止两相静止坐标变换处理，得到在两相静止坐标系下定子电压矢量vsαβ、滤波电感电流矢量igscαβ；
将定子电压矢量vsαβ经过相角计算处理，得到定子电压相位θs；
将滤波电感电流矢量igscαβ经过两相静止到两相旋转坐标变换处理，得到在同步旋转坐标系下滤波电感电流直流分量igscdq。
步骤2：将直流电容电压Vdc、滤波电感电流直流分量igscdq按照预设电压控制方程进行处理，得到等效并联三相变换器的电压参考值vgscdq；
预设电压控制方程如下：
其中，Kp4和Ki4分别是等效并联三相变换器d轴电流PI调节器的比例系数和积分系数，Kp5和Ki5分别是等效并联三相变换器d轴电压PI调节器的比例系数和积分系数，Kp6和Ki6分别是等效并联三相变换器q轴电压PI调节器的比例系数和积分系数。
步骤3：将等效并联三相变换器的电压参考值vgscdq经过两相旋转到两相静止坐标变换处理，得到在两相静止坐标下等效并联三相变换器的电压参考值vgscαβ；
将等效并联三相变换器的电压参考值vgscαβ经过两相静止三相静止坐标变换处理，得到在三相静止坐标系下等效并联三相变换器三相电压参考值vgscabc。
级联变换器的调制方法
在以上控制方法的基础上，可以采用以下提供的一种级联变换器的调制方法。
具体的，请参考图8，图8为本申请实施例所提供的一种级联变换器的调制方法的流程示意图。
该方法可以包括：
等效H桥变换器直流电压参考值与偏置信号1相加，得到的调制信号与载波作比较，得到上桥臂开关信号1、HB、HC。
等效并联三相变换器三相电压参考值与偏置信号2相加，得到的调制信号与载波作比较，得到的开关信号SA、SB、SC。开关信号SA、SB、SC进行“非”逻辑运算，得到下桥臂开关信号LA、LB、LC。
开关信号1、HB、HC经过“非”逻辑运算后的开关信号与开关信号SA、SB、SC进行“异或”逻辑运算，得到中间桥臂开关信号MA、MB、MC。
其中，HB、HC对应第一开关、第二开关的控制信号，MA、MB、MC对应第三开关、第四开关、第五开关的控制信号，LA、LB、LC对应第六开关、第七开关、第八开关的控制信号。
基于以上实施例所提供的一种级联变换器10，本实施例可以提供一种基于该级联变换器的风电系统，通过该级联变换器10，不仅可以实现风电系统的功能，还可以降低该风电系统的成本和功耗。
具体的，请参考图9，图9为本申请实施例所提供的一种风电系统的结构示意图。
其中，该电路可以包括：风力机、鼠笼式异步发电机、可变频率变压器、滤波电感L、直流电容C、电网、控制器以及如以上实施例的级联变换器10，其中：
风力机与鼠笼式异步发电机机械连接；鼠笼式异步发电机的定子与可变频率变压器的转子连接，可变频率变压器的定子与电网连接；
级联变换器10的第一输出端与可变频率变压器的直流电机连接；级联变换器10的第二输出端与滤波电感L的第一端连接，滤波电感L的第二端连接在电网和可变频率变压器的定子之间；级联变换器10的直流端的正极与直流电容C的第一端连接，级联变换器10的直流端的负极与直流电容C的第二端连接；
与级联变换器10连接的控制器，用于通过第一输出端输出控制信号，以控制可变频率变压器的转速、相角和有功功率，并通过第二输出端调节直流端的电压。
其中，可变频率变压器包括双馈电机和直流电机。鼠笼式异步发电机的定子与双馈电机的转子连接，双馈电机的定子与电网连接。
在以上风电系统的基础上，可以提供多种对级联变换器10的控制方法。需要说明的是级联变换器10中的第一输出端又叫做直流输出端，第二输出端又叫做三相输入端。
可变频率变压器转速控制方法
请参考图10，图10为本申请实施例所提供的一种可变频率变压器转速控制方法的流程示意图。
步骤1：
判别电网电压是否跌落，若电网电压在允许范围内，可变频率变压器的转速给定值由最大风能捕获控制算法产生；
若电网电压跌落超出允许的范围，可变频率变压器的转速给定值为笼型异步风电机组额定转速与转速测量值之差。
步骤2：
可变频率变压器转速采用传统的直流电机转速电流双闭环控制方法：
可变频率变压器转速给定值与测量值的偏差，经过PI调节器，产生直流电机电枢电流给定值；
直流电机电枢电流给定值与测量值的偏差，经过PI调节器，产生直流电压给定值。
直流电容电压控制方法
无论在电网电压是否跌落时，直流电容电压控制均使用电网电压定向矢量控制技术即可。
请参考图11，图11为本申请实施例所提供的一种直流电容电压控制方法的流程示意图。
步骤1：
采集电网侧的电压Vgabc、直流电容电压Vdc、采集滤波电感电流igabc；
计算出定子电压角θg；
滤波电感电流igabc经过3/2变换与静止/旋转坐标变换后得igd、igq；
步骤2：
采用电压外环，电流内环的控制策略，直流电容电压给定值与测量值的偏差，
经过PI调节器，产生d轴电流给定值
d轴电流给定值与测量值的偏差，经过PI调节器，产生d轴电压给定值
q轴电流给定值与测量值的偏差，经过PI调节器，产生q轴电压给定值
步骤3：
d，q轴电压经过旋转/静止坐标变换与2/3变换后得到三相交流电压给定值
调制方法
请参考图12，图12为本申请实施例所提供的一种级联变换器的编号示意图。
请参考图13，图13为本申请实施例所提供的一种调制方法的逻辑示意图。
1、偏移量计算：
此调制方式需要三相交流电压给定值与直流电压给定值不能相交，所以信号应要有偏移量。若偏移量mac、mdc及调制参考波的幅值Vac、Vdc满足下式的条件，则始终可满足Vac(t)≥Vdc(t)。
2、模式判别：
在一个载波周期内，八开关变换器分别运行于三相PWM整流模式和H桥模式。两个模式的切换分界线为载波在Vdc-Vac＝0处，当载波大于Vdc-Vac，进入三相PWM模式，当载波小于Vdc-Vac，进入H桥模式。
3、开关管信号逻辑：
其中，三相交流电压给定值与mac相加，得到的信号与载波作比较，得到的1-3号管的开关信号；
直流电压给定值与mdc相加，再与载波作比较，得出8号管开关信号，8号管与3号管进行“异或”逻辑得出6号管开关信号；
Vdc-Vac与载波信号作比较得出模式判断信号，此信号与8号管开关信号进行“异或”逻辑得出7号管开关信号；
7号管与2号管进行“异或”逻辑得出5号管开关信号。1号开关管取反得出4号管开关信号。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上对本申请所提供的一种可变频率变压器电路的级联变换器、可变频率变压器电路以及风电系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种可变频率变压器电路的级联变换器，其特征在于，包括：第一输出端、第二输出端、直流端、第一开关、第二开关直至第八开关；
所述第一输出端的正极分别与所述第一开关的第二端和所述第四开关的第一端连接，所述第一输出端的负极分别与所述第二开关的第二端和所述第五开关的第一端连接；所述第二输出端的第一相分别与所述第三开关的第二端和所述第六开关的第一端连接，所述第二输出端的第二相分别与所述第四开关的第二端和所述第七开关的第一端连接，所述第二输出端的第三相分别与所述第五开关的第二端和所述第八开关的第一端连接；
所述第一开关的第一端、所述第二开关的第一端、所述第三开关的第一端相互连接，其公共端作为所述直流端的正极；所述第六开关的第二端、所述第七开关的第二端、所述第八开关的第二端相互连接，其公共端作为所述直流端的负极。
2.根据权利要求1所述的级联变换器，其特征在于，所述第一开关、所述第二开关直至所述第八开关均包括绝缘栅双极型晶体管IGBT和二极管；
其中，所述IGBT的集电极与所述二极管的阴极连接，其公共端作为所述第一开关、所述第二开关直至所述第八开关的第一端；所述IGBT的发射极与所述二极管的阳极连接，其公共端作为所述第一开关、所述第二开关直至所述第八开关的第二端；所述IGBT的基极作为所述第一开关、所述第二开关直至所述第八开关的控制端。
3.根据权利要求1所述的级联变换器，其特征在于，所述第一开关、所述第二开关直至所述第八开关均包括金属氧化物半导体场效应晶体管MOS和二极管；
其中，所述MOS的漏极与所述二极管的阴极连接，其公共端作为所述第一开关、所述第二开关直至所述第八开关的第一端；所述MOS的源极与所述二极管的阳极连接，其公共端作为所述第一开关、所述第二开关直至所述第八开关的第二端；所述MOS的栅极作为所述第一开关、所述第二开关直至所述第八开关的控制端。
4.根据权利要求1至3任一项所述的级联变换器，其特征在于，还包括与所述第一开关、所述第二开关直至所述第八开关分别并联的冗余开关。
5.根据权利要求4所述的级联变换器，其特征在于，所述冗余开关为继电器。
6.一种可变频率变压器电路，其特征在于，包括：第一电网、第二电网、可变频率变压器、滤波电感、直流电容、控制器以及如权利要求1至5任一项所述的级联变换器；
其中，所述第一电网与所述可变频率变压器的定子连接，所述第二电网与所述可变频率变压器的转子连接；
所述级联变换器的第一输出端与所述可变频率变压器的电机连接；
所述级联变换器的第二输出端与所述滤波电感的第一端连接，所述滤波电感的第二端连接在所述第一电网和所述可变频率变压器的定子之间；所述级联变换器的直流端的正极与所述直流电容的第一端连接，所述级联变换器的直流端的负极与所述直流电容的第二端连接；
与所述级联变换器连接的控制器，用于对所述第一输出端输连接的开关出控制信号，以控制所述可变频率变压器的转速、相角和有功功率，并通过所述第二输出端调节所述直流端的电压。
7.一种风电系统，其特征在于，包括：风力机、鼠笼式异步发电机、可变频率变压器、滤波电感、直流电容、电网、控制器以及如权利要求1至5任一项所述的级联变换器，其中：
所述风力机与所述鼠笼式异步发电机机械连接；所述鼠笼式异步发电机的定子与所述可变频率变压器的转子连接，所述可变频率变压器的定子与所述电网连接；
所述级联变换器的第一输出端与所述可变频率变压器的直流电机连接；所述级联变换器的第二输出端与所述滤波电感的第一端连接，所述滤波电感的第二端连接在所述电网和所述可变频率变压器的定子之间；所述级联变换器的直流端的正极与所述直流电容的第一端连接，所述级联变换器的直流端的负极与所述直流电容的第二端连接；
与所述级联变换器连接的控制器，用于通过所述第一输出端输出控制信号，以控制所述可变频率变压器的转速、相角和有功功率，并通过所述第二输出端调节所述直流端的电压。
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