專利名稱：發(fā)電機與矩陣變換器組合的并網控制方法及裝置的制作方法
發(fā)電機與矩陣變換器組合的并網控制方法及裝置技術領域
本發(fā)明屬于發(fā)電領域，特別涉及一種發(fā)電機與矩陣變換器組合的并網發(fā)電控制 方法及其實現(xiàn)裝置。
背景技術：
隨著社會經濟的發(fā)展，電力需求日益增長，石油、煤炭等不可再生化石能源的日 漸消耗必然促使著人們尋求新的發(fā)電方式。利用各種可用和分散存在的能源，包括可再生 能源(太陽能、風能、水能等)的分布式發(fā)電系統(tǒng)有望成為電力系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。
在風能、水能的利用中，通常需要發(fā)電機將機械能轉換為電能，由于可再生能源的 不穩(wěn)定性，發(fā)電機的轉速通常不能保持恒定，其輸出電能的頻率也是變化的，因此需要電力 電子變換器作為發(fā)電機與電網之間的接口，將發(fā)電機輸出的電能變換為滿足電網幅值、相 位和諧波含量要求的電能傳輸給用戶使用。
交流電力變換裝置通?？煞譃榻?直-交型和交-交型兩種形式，其中， 交-直-交型電力變換裝置因其具有良好的控制性能得到了廣泛應用，但是，它存在直流儲 能電容，且變換裝置的體積大，可維護性低。矩陣變換器是一種能夠實現(xiàn)從m相輸入直接變 換到η相輸出的電力變換裝置，能夠實現(xiàn)AC-AC、AC-DC等多種變換。與傳統(tǒng)的交_直-交 型電力變換裝置相比，矩陣式變換器具有輸入功率因素高、輸入電流波形好、能量可雙向流 動、可實現(xiàn)四象限運行、無中間直流儲能環(huán)節(jié)、電路結構緊湊、體積小等優(yōu)點。發(fā)電機與矩陣 變換器組合的并網發(fā)電系統(tǒng)具有高功率密度、高可靠性，能夠實現(xiàn)低諧波含量的高質量電 能輸出，是并網發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)選方案之一。因此，本發(fā)明人即基于上述思路，為了實現(xiàn)發(fā)電 機與矩陣變換器的有效結合，提出一種并網控制方法，本案由此產生。發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是針對前述背景技術中的缺陷和不足，提供一種發(fā) 電機與矩陣變換器組合的并網控制方法及裝置，其可以使矩陣變換器有效地實現(xiàn)并網變流 器的功能。
本發(fā)明為解決上述技術問題，所采用的技術方案是 一種發(fā)電機與矩陣變換器組合的并網控制方法，包括如下步驟(1)在發(fā)電機側，檢測發(fā)電機的三相端電壓與三相繞組電流，據(jù)此估算出發(fā)電機的反電 勢信號；(2)將前述發(fā)電機的三相反電勢信號通過鎖相環(huán)計算得出其相角值Φ，并將Φ作為矩 陣變換器三相輸入電流參考信號的相角；(3)在電網側，檢測電網的三相電壓，通過鎖相環(huán)計算得出電網電壓的相角θ；(4)在以電網電壓相角q為基準的旋轉坐標系下，分別計算入網電流和電網電壓的交 軸和直軸分量id、iq> Ui和Uil，經有功功率和無功功率計算得到實際入網有功功率/^與無功 功率C的反饋值；(5)將有功功率給定值產與前述有功功率反饋值/^的偏差量經PI調節(jié)器后的輸出值 作為矩陣變換器期望輸出電壓的直軸分量^，無功功率給定值( 與前述無功功率反饋值Q 的偏差量經PI調節(jié)器后的輸出值作為矩陣變換器期望輸出電壓的交軸分量^v將前述^、 %兩個分量轉換到以電網電壓相角θ為基準的靜止坐標系下，得到矩陣變換器期望輸出的 三相電壓^、vb和。以此調節(jié)矩陣變換器的占空比信號；(6)采用矩陣變換器的瞬時值合成調制策略，得到對應開關管的驅動信號。
上述步驟(1)中，估算發(fā)電機的反電勢信號的公式為其中，‘ υν, ~分別為發(fā)電機輸出的三相端電壓，iu，iv,、分別為發(fā)電機三相繞組 電流，Za為發(fā)電機相繞組電感，兄為發(fā)電機相繞組電阻。
上述步驟(6)中，瞬時值合成調制策略的內容為將矩陣變換器的輸入電流參考信號劃分為6個扇區(qū)，其劃分規(guī)則是三相輸入電流參 考信號的正負極性在一個扇區(qū)時間內保持不變，將三相輸入電流參考信號中極性與其余兩 相不同的一相定義為ibase，其余兩相中呈上升變化的一相定義為iin。，呈下降變化的一相定 義為ide。，與之相對應的三相輸入電壓相分別定義為隊_，Uinc, Uiec ；將期望輸出線電壓rab，Kbc, r。a也劃分為6個扇區(qū)，其劃分規(guī)則是三相期望輸出線電 壓的最大值，中間值，最小值的順序保持不變，分別定義為Kmax，Kmid，Kfflin ； 當ibase為正值時
權利要求
1.一種發(fā)電機與矩陣變換器組合的并網控制方法，其特征在于包括如下步驟(1)在發(fā)電機側，檢測發(fā)電機的三相端電壓與三相繞組電流，據(jù)此估算出發(fā)電機的反電 勢信號；(2)將前述發(fā)電機的三相反電勢信號通過鎖相環(huán)計算得出其相角值Φ，并將Φ作為矩 陣變換器三相輸入電流參考信號的相角；(3)在電網側，檢測電網的三相電壓，通過鎖相環(huán)計算得出電網電壓的相角θ；(4)在以電網電壓相角q為基準的旋轉坐標系下，分別計算入網電流和電網電壓的交 軸和直軸分量id、iq> Ui和Uil，經有功功率和無功功率計算得到實際入網有功功率/^與無功 功率C的反饋值；(5)將有功功率給定值產與前述有功功率反饋值/^的偏差量經PI調節(jié)器后的輸出值 作為矩陣變換器期望輸出電壓的直軸分量^，無功功率給定值( 與前述無功功率反饋值Q 的偏差量經PI調節(jié)器后的輸出值作為矩陣變換器期望輸出電壓的交軸分量^V將前述^、 %兩個分量轉換到以電網電壓相角θ為基準的靜止坐標系下，得到矩陣變換器期望輸出的 三相電壓K、 和Kc ；(6)采用矩陣變換器的瞬時值合成調制策略，得到對應開關管的驅動信號。
2.如權利要求1所述的發(fā)電機與矩陣變換器組合的并網控制方法，其特征在于所述 步驟(1)中，估算發(fā)電機的反電勢信號的公式為其中，‘ uN, ~分別為發(fā)電機輸出的三相端電壓，iu，iv,、分別為發(fā)電機三相繞組 電流，、為發(fā)電機相繞組電感，兄為發(fā)電機相繞組電阻。
3.如權利要求1所述的發(fā)電機與矩陣變換器組合的并網控制方法，其特征在于所述 步驟(6)中，瞬時值合成調制策略的內容為將矩陣變換器的輸入電流參考信號劃分為6個扇區(qū)，其劃分規(guī)則是三相輸入電流參 考信號的正負極性在一個扇區(qū)時間內保持不變，將三相輸入電流參考信號中極性與其余兩 相不同的一相定義為ibase，其余兩相中呈上升變化的一相定義為iin。，呈下降變化的一相定 義為ide。，與之相對應的三相輸入電壓相分別定義為^base, Uinc, Uiec ；將期望輸出線電壓rab，Kbc, 也劃分為6個扇區(qū)，其劃分規(guī)則是三相期望輸出線電 壓的最大值，中間值，最小值的順序保持不變，分別定義為Kmax，Kmid，Kfflin ； 當ibase為正值時當ibase為負值時
4.一種發(fā)電機與矩陣變換器組合的并網控制裝置，其特征在于包括主控單元、發(fā)電 機、輸入濾波器、矩陣變換器、輸出濾波器、隔離變壓器、發(fā)電機電流檢測單元、端電壓檢測 單元、電網電壓檢測單元、入網電流檢測單元、驅動隔離電路、繼電器和并網控制開關；其中，發(fā)電機與矩陣變換器的三相輸入端直接相連；輸入濾波器并聯(lián)于矩陣變換器的 輸入端；發(fā)電機電流檢測單元測量發(fā)電機繞組電流大小，端電壓檢測單元測量矩陣變換器的輸 入電壓幅值，入網電流檢測單元檢測入網電流大小，電網電壓檢測單元測量得到的電網電 壓，前述測量值均輸入至主控單元，該主控單元經實時計算得到矩陣變換器的控制信號，并 經驅動隔離電路得到驅動信號；輸出濾波器串聯(lián)接入矩陣變換器的輸出端；隔離變壓器的星形連接繞組連接輸出濾波 器的輸出端，并經由該輸出濾波器連接矩陣變換器，另一端的三角形連接繞組則經由并網 控制開關連接電網；繼電器與并網控制開關連接，其驅動信號由主控單元輸出。
5.如權利要求4所述的發(fā)電機與矩陣變換器組合的并網控制裝置，其特征在于所述 輸入濾波器采用呈星形連接的三個電容，其三個輸出端分別并聯(lián)于矩陣變換器的三相輸入 端。
6.如權利要求4所述的發(fā)電機與矩陣變換器組合的并網控制方法，其特征在于所述 輸出濾波器為三個電感，分別與矩陣變換器的三相輸出端串聯(lián)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種發(fā)電機與矩陣變換器組合的并網控制方法，包括如下步驟利用發(fā)電機的三相端電壓與繞組電流估算出反電勢信號，再通過鎖相環(huán)計算得出相角值，作為矩陣變換器三相輸入電流參考信號的相角；利用電網的三相電壓計算得出相角，分別計算入網電流和電網電壓的交軸和直軸分量，得到實際入網有功功率與無功功率的反饋值；并將給定值與反饋值的偏差量經PI調節(jié)器后的輸出值作為矩陣變換器期望輸出電壓的直軸和交軸分量，得到三相電壓，以此調節(jié)占空比信號；采用矩陣變換器的瞬時值合成調制策略，得到對應開關管的驅動信號。此種控制方法可以使矩陣變換器有效地實現(xiàn)并網變流器的功能。本發(fā)明還公開一種發(fā)電機與矩陣變換器組合的并網控制裝置。
文檔編號H02J3/18GK102035216SQ201010588598
公開日2011年4月27日 申請日期2010年12月15日 優(yōu)先權日2010年12月15日
發(fā)明者劉曉宇, 史明明, 周波, 李全春, 毛怡然, 魏佳丹 申請人:南京航空航天大學