CN201956905U - 用于风力发电变流系统的直流升压变换装置 - Google Patents

用于风力发电变流系统的直流升压变换装置 Download PDF

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冯其塔
刘凤龙
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Abstract

本实用新型提供了一种用于风力发电变流系统的直流升压变换装置，包括三重升压斩波器以及升压斩波控制单元，所述三重升压斩波器与所述升压斩波控制单元连接，其中，所述三重升压斩波器包括三个并联的升压斩波器；所述升压斩波控制单元包括电压外环控制模块和电流内环控制模块。本实用新型所述的用于风力发电变流系统的直流升压变换装置，解决了风力发电变流系统的升压控制的输入电流纹波大、中间直流电压不稳定等方面的不足。

Description

用于风力发电变流系统的直流升压变换装置
技术领域
本实用新型涉及一种直流升压变换装置，尤其涉及一种用于风力发电变流系统的直流升压变换装置。
背景技术
国内外对于直驱型风力发电系统变频器的研究在整流环节的区别主要分为PWM整流器主动整流和二极管被动整流两种。
PWM整流器主动整流，需要对整流侧开关管的控制，整流系统的复杂程度增加，在大功率应用方面技术还不是太成熟。
二极管被动整流则节省了功率器件的成本，通过对升压斩波环节的控制，虽然增加了电感设备，但控制系统相对简单，利于在大功率方面的应用。
二极管被动整流结构中电机输出的交流电经二极管不控整流后将幅值和频率变化的交流电变换为直流电，经不控整流后其输出的直流电压往往不能达到网侧逆变对中间直流电压的要求，因而需要升压斩波器以提高直流侧电压。
发明内容
本实用新型的主要目的在于提供一种用于风力发电变流系统的直流升压变换装置，解决了风力发电变流系统的升压控制的输入电流纹波大、中间直流电压不稳定等方面的不足。
为了达到上述目的，本实用新型提供了一种用于风力发电变流系统的直流升压变换装置，包括三重升压斩波器以及升压斩波控制单元，所述三重升压斩波器与所述升压斩波控制单元连接，其中，
所述三重升压斩波器包括三个并联的升压斩波器；
所述升压斩波控制单元包括电压外环控制模块和电流内环控制模块，其中，
所述电压外环控制模块包括电压采样电路和PI调节器，所述电压采样电路和所述PI调节器连接，其中，
所述电压采样电路，与所述三重升压斩波器的输出端并联，检测所述升压斩波器的输出电压，并将该输出电压传送至该PI调节器；
所述PI调节器，实现对该输出电压的稳定；
所述电压外环控制模块的PI调节器的给定电压是直流母线整流后需要的电压值；
所述电流内环控制模块，包括电感电流采样电路、PI调节器和PWM驱动电路，其中，所述电感电流采样电路，连接于各重所述升压斩波器的电感的前端，用于测量所述三重升压斩波器的各重电感电流，并将该各重电感电流传送至所述PI调节器的输入端；
所述电感电流采样电路的输出端和该PI调节器的输入端连接，所述PI调节器的输出端与所述PWM驱动电路的输入端连接，所述PWM驱动电路的输出端与各重所述升压斩波器的MOSFET管的输入级连接；
该PI调节器，以所述电压外环控制模块的输出为参考电流；
该PI调节器的输出作为所述三重升压斩波器的脉宽给定，再经过所述PWM驱动电路进行PWM调制后输出触发脉冲，分别控制三重升压斩波器中相应的IGBT器件。
实施时，所述电感电流采样电路的采样频率高于所述电压采样电路的采样频率，所述三重升压斩波器中的三个升压斩波器的控制脉冲具有相同的开关频率和占空比，三个该控制脉冲的相位之间相差三个开关周期。
与现有技术相比，本实用新型所述的用于风力发电变流系统的直流升压变换装置具有输入电流纹波小、输出直流电压稳定的特点，利于在大功率方面的应用。
附图说明
图1为本实用新型所述的用于风力发电变流系统的直流升压变换装置的主体电路图；
图2为本实用新型所述的用于风力发电变流系统的直流升压变换装置的软件流程图；
图3是本实用新型所述的用于风力发电变流系统的直流升压变换装置的一实施例的电路图(图中仅示出其中一重升压斩波电路的升压斩波控制单元的电路图)。
具体实施方式
本实用新型所述的用于风力发电变流系统的直流升压变换装置，解决了风力发电变流系统的升压控制的输入电流纹波大、中间直流电压不稳定等方面的不足。
如图1所示，本实用新型所述的直流升压变换装置采用三个升压斩波器并联在一起，即采用三重升压斩波电路。在相同的功率等级下，与单重升压斩波电路相比可以减少输入电流的高频纹波和降低主开关管的电流等级，利于在大功率方面的应用。
在本实用新型中，升压斩波单路的控制系统主要是进行电压、电流的采集、计算等。在本实用新型所述的直流升压变换装置的主电路中的三重升压斩波电路中，每一重升压斩波电路的控制原理完全相同，各控制脉冲具有相同的开关频率和占空比，各控制脉冲之间的相位各差1/3个开关周期，从而达到减小高频纹波的目的。
本实用新型所述的直流升压变换装置的控制方式是采用电压外环和电流内环的双闭环控制策略，电压外环通过电压传感器检测输出电压通过PI调节实现输出直流电压稳定，电流内环是通过电流传感器检测各重电感电流；电压外环的输出作为给定电流与反馈电流的误差通过PI调节器后作为升压斩波电路的脉宽给定，再经过PWM调制后输出触发脉冲，分别控制三重升压斩波电路中相应的IGBT器件，功率驱动电路采用放大控制信号。
如图2所示，主程序流程图中，定时器第一次中断后，进入电压外环采样子程序，采样输入电压和输出电压的瞬时值，完成电压环PI调节，其输出作为电流环参考电流；接着进行输入电流的A/D转换，然后完成电流环PI调节，内环的输出作为下个开关周期输出的PWM的脉宽值。在中断服务程序中对采样电流、电压进行限幅处理，电流内环的采样频率高于电压外环的采样频率，例如，电流每采样10次电压才采样一次。当反馈电流大于给定电流时，通过PI调节器减小脉冲宽度，从而减小升压斩波器输入电流；反之，当反馈电流小于给定电流时，增加脉冲宽度，使斩波器输入电流增加，从而达到输出直流电压稳定和减小输入电流纹波的目的。
本实用新型所述的用于风力发电变流系统的直流升压变换装置包括三重升压斩波器以及升压斩波控制单元，所述三重升压斩波器与所述升压斩波控制单元连接，其中，
所述三重升压斩波器包括三个并联的升压斩波器；
所述升压斩波控制单元包括电压外环控制模块和电流内环控制模块，其中，
如图3所示，所述电压外环控制模块包括电压采样电路和PI调节器，所述电压采样电路和所述PI调节器连接，其中，
所述电压采样电路，与所述三重升压斩波器的输出端并联，检测所述升压斩波器的输出电压，并将该输出电压传送至所述PI调节器；
所述PI调节器，实现对该输出电压的稳定；
所述电压外环控制模块的PI调节器的给定电压是直流母线整流后需要的电压值；
所述电流内环控制模块，包括电感电流采样电路、PI调节器和PWM驱动电路，其中，所述电感电流采样电路，连接于各重所述升压斩波器的电感的前端，用于测量所述三重升压斩波器的各重电感电流，并将该各重电感电流传送至所述PI调节器的输入端；
所述电感电流采样电路的输出端和该PI调节器的输入端连接，所述PI调节器的输出端与所述PWM驱动电路的输入端连接，所述PWM驱动电路的输出端与各重所述升压斩波器的MOSFET管的输入级连接；
该PI调节器，以所述电压外环控制模块的输出为参考电流；
该PI调节器的输出作为所述三重升压斩波器的脉宽给定，再经过所述PWM驱动电路进行PWM调制后输出触发脉冲，分别控制三重升压斩波器中相应的IGBT器件。
所述电感电流采样电路的采样频率高于所述电压采样电路的采样频率，所述三重升压斩波器中的三个升压斩波器的控制脉冲具有相同的开关频率和占空比，三个该控制脉冲的相位之间相差三个开关周期。
本实用新型所述的风力发电变流系统的直流升压变换装置经试验测试，由于采用了三重升压斩波控制，较现有技术中采用单重升压斩波控制的升压变换装置相比，具有输入电流纹波小、输出直流电压稳定的特点，利于在大功率方面的应用。
以上说明对实用新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改、变化或等效，但都将落入本实用新型的保护范围内。

Claims (2)

1.一种用于风力发电变流系统的直流升压变换装置，其特征在于，包括三重升压斩波器以及升压斩波控制单元，所述三重升压斩波器与所述升压斩波控制单元连接，其中，
所述三重升压斩波器包括三个并联的升压斩波器；
所述升压斩波控制单元包括电压外环控制模块和电流内环控制模块，其中，
所述电压外环控制模块包括电压采样电路和PI调节器，所述电压采样电路和所述PI调节器连接，其中，
所述电压采样电路，与所述三重升压斩波器的输出端并联，检测所述升压斩波器的输出电压，并将该输出电压传送至该PI调节器；
所述PI调节器，实现对该输出电压的稳定；
所述电压外环控制模块的PI调节器的给定电压是直流母线整流后需要的电压值；
所述电流内环控制模块，包括电感电流采样电路、PI调节器和PWM驱动电路，其中，所述电感电流采样电路，连接于各重所述升压斩波器的电感的前端，用于测量所述三重升压斩波器的各重电感电流，并将该各重电感电流传送至所述PI调节器的输入端；
所述电感电流采样电路的输出端和该PI调节器的输入端连接，所述PI调节器的输出端与所述PWM驱动电路的输入端连接，所述PWM驱动电路的输出端与各重所述升压斩波器的MOSFET管的输入级连接；
该PI调节器，以所述电压外环控制模块的输出为参考电流；
该PI调节器的输出作为所述三重升压斩波器的脉宽给定，再经过所述PWM驱动电路进行PWM调制后输出触发脉冲，分别控制三重升压斩波器中相应的IGBT器件。
2.如权利要求1所述的用于风力发电变流系统的直流升压变换装置，其特征在于，所述电感电流采样电路的采样频率高于所述电压采样电路的采样频率，所述三重升压斩波器中的三个升压斩波器的控制脉冲具有相同的开关频率和占空比，三个该控制脉冲的相位之间相差三个开关周期。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103378728A (zh) * 2012-04-24 2013-10-30 比亚迪股份有限公司 一种用于双向恒压的dc/dc及其控制方法
CN105099161A (zh) * 2014-05-15 2015-11-25 广东美的暖通设备有限公司 Pfc电路及具有其的整流装置
CN105939121A (zh) * 2015-11-23 2016-09-14 中国矿业大学 一种基于风力发电机调流调相控制的并联DCM Boost PFC变换器
CN110165882A (zh) * 2018-05-08 2019-08-23 北京机电工程研究所 用于上电缓冲的逆变电源

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