变流器的电压控制装置和方法、变流器与流程

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种变流器的电压控制装置和方法、变流器。

背景技术：

风力发电机组的经过整流后的发电量需要通过变流器并入电网中。当电网运行不稳定，比如电网电压升高或者跌落，使得能够并入电网的能量减小，但是风力发电机组的输出功率暂时保持不变，引起变流器的输入电压的波动。

为控制变流器的输入电压的波动，现有技术中的方法是由pi调节器根据变换器的输入电压给定值和电压反馈值相减后得到的电压误差，得到调制电压占空比，然后经过pwm发生器转换成pwm信号来驱动控制对象中的igbt，即根据电压差信号控制变流器的输入电流。

但是，本申请的发明人发现，现有技术中的根据电压差信号控制变流器的输入电流的方法，需要先将变流器的反馈电压信号转换为电流信号。由于控制环节中存在电压-电流的转换步骤，降低了对变流器电压控制的响应速率。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种变流器的电压控制装置和方法、变流器，能够提高对变流器电压控制的响应速率。

第一方面，本发明实施例提供了一种变流器的电压控制装置，该装置包括依次连接的第一比较模块、第一反馈调节模块、第二比较模块和第二反馈调节模块；其中，第一比较模块的第一输入端接收变流器的输入电压给定值，第一比较模块的第二输入端接收变流器的反馈电压值，第一反馈调节模块根据第一比较模块的比较结果输出电流给定值，第二比较模块的第一输入端接收第一比较模块输出的电流给定值，第二比较模块的第二输入端接收变流器的电流反馈值，第二反馈调节模块根据第二比较模块的比较结果输出用于驱动变流器中的igbt的脉冲宽度调制pwm信号，以调整变流器的输入电压。

在第一方面的一些实施例中，第二反馈调节模块为滞环调节器。

在第一方面的一些实施例中，第一反馈调节模块和第二比较模块之间的线路上设置有限流器，限流器中预设有限流值。

在第一方面的一些实施例中，第一反馈调节模块和第二比较模块之间的线路上设置有第一开关器件，第一开关器件用于在变流器的输出端连接到电压源上时断开，且第二比较模块的第一输入端接收预设的外部电流给定值。

在第一方面的一些实施例中，变流器为dc/ac变流器，dc/ac变流器的输出端接入三相电网；第二比较模块包括并联设置的三个比较器，第二反馈调节模块包括并联设置的与三个比较器分别连接的三个滞环调节器；该装置还包括锁相环和运算器；其中，锁相环根据三相电网的三相电压信号得到电网相位，运算器根据第一反馈调节模块输出的电流给定值和电网相位，输出三路电流给定值，每个比较器的第一端接收一路电流给定值，每个比较器的第二端接收三相电网中对应相的电流反馈值，每个滞环调节器根据对应比较器的比较结果输出用于驱动dc/ac变流器中对应igbt的脉冲宽度调制pwm信号，以调整dc/ac变流器的输入电压。

在第一方面的一些实施例中，第一反馈调节模块和第二比较模块之间的线路上设置有第二开关器件，第二开关器件用于在dc/ac变流器的直流侧连接到电压源上时断开，且第二比较模块的第一输入端接收预设的外部电流给定值。

第二方面，本发明实施例提供了一种变流器的电压控制方法，该方法包括：

由第一反馈调节模块根据变流器的输入电压给定值和变流器的反馈电压值输出电流给定值；

由第二反馈调节模块根据第一反馈调节模块输出的电流给定值和变流器的电流反馈值输出用于驱动变流器中的igbt的pwm信号，以调整变流器的输入电压。

在第二方面的一些实施例中，当变流器的输出端连接到电压源上时，控制第一开关器件断开，且控制第二反馈调节模块接收预设的外部电流给定值。

在第二方面的一些实施例中，变流器为dc/ac变流器，dc/ac变流器的输出端接入三相电网；第二反馈调节模块包括并联设置三个滞环调节器；装置还包括锁相环和运算器；该方法还包括：由锁相环根据三相电网的三相电压信号得到电网相位；由运算器根据第一反馈调节模块输出的电流给定值和电网相位，输出三路电流给定值；由每个滞环调节器根据一路电流给定值和三相电网中对应相的电流反馈值，输出用于驱动dc/ac变流器中对应igbt的pwm信号，以调整dc/ac变流器的输入电压。

第三方面，本发明实施例提供了一种变流器，该变流器包括如上所述变流器的电压控制装置。

如上所述，本发明实施例中的变流器的电压控制装置在第一比较模块和第一反馈调节模块的基础上，增加了第二比较模块和第二反馈调节模块，建立了对变流器的输入电压的电流内环控制机制。与现有技术中的需要先将变流器的反馈电压信号转换为电流信号(电压外环)，需要等到输出电压产生足够大的变化时才能产生修正作用相比，本发明实施例中的电流内环具有响应速度快的优点，当变流器的输入电流减小后，会立即更新第二反馈调节模块中pwm信号占空比，从而避免了输出电压不必要的波动，使变流器的供电电压更加稳定。

附图说明

从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。

图1为本发明实施例提供的变流器的电压控制装置的结构示意图；

图2为本发明另一实施例提供的变流器的电压控制装置的结构示意图；

图3为本发明又一实施例提供的变流器的电压控制装置的结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的变流器的电压控制方法的流程示意图；

图5为本发明另一实施例提供的变流器的电压控制方法的流程示意图。

附图标记说明：

101-第一比较模块；102-第一反馈调节模块；103-第二比较模块；

104-第二反馈调节模块；105-变流器；1011-第一比较器；

1021-pi调节器；1031-第二比较器；1041-滞环调节器；

1051-dc/ac变流器；302-锁相环；303-运算器。

具体实施方式

下面将详细描述本发明实施例的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明实施例的全面理解。

本发明实施例提供了一种变流器的电压控制装置和方法、变流器，用于对风力发电机组的变流器的输入电压进行控制，采用本发明实施例中的技术方案，能够通过设置电流内环提高对变流器电压控制的响应速率。

图1为本发明实施例提供的变流器105的电压控制装置的结构示意图。如图1所示，变流器105的电压控制装置包括依次连接的第一比较模块101、第一反馈调节模块102、第二比较模块103和第二反馈调节模块104。

其中，第一比较模块101的第一输入端接收变流器105的输入电压给定值u*，第一比较模块101的第二输入端接收变流器105的反馈电压值u，第一反馈调节模块102根据第一比较模块101的比较结果输出电流给定值i*，第二比较模块103的第一输入端接收第一比较模块101输出的电流给定值i*，第二比较模块103的第二输入端接收变流器105的电流反馈值i，第二反馈调节模块104根据第二比较模块103的比较结果输出用于驱动变流器105中的igbt的脉冲宽度调制pwm信号，以调整变流器105的输入电压。

如上所述，本发明实施例中的变流器105的电压控制装置在第一比较模块101和第一反馈调节模块102的基础上，增加了第二比较模块103和第二反馈调节模块104，建立了对变流器105的输入电压的电流内环控制机制。与现有技术中的需要先将变流器105的反馈电压信号转换为电流信号(电压外环)，需要等到输出电压产生足够大的变化时才能产生修正作用相比，本发明实施例中的电流内环具有响应速度快的优点，当变流器105的输入电流减小后，会立即更新第二反馈调节模块104中pwm信号占空比，从而避免了输出电压不必要的波动，使变流器105的供电电压更加稳定。

此外，变流器105的电压波动的减小意味着在对变流器105中的电容选型时可以将容值选小一些，有利于降低变流器105的成本和体积。

图2为本发明另一实施例提供的变流器的电压控制装置的结构示意图。图2与图1的不同之处在于，图2中的第一反馈调节模块102具体为pi调节器1021，第二反馈调节模块104具体为滞环调节器1041，第一比较模块101具体为第一比较器1011，第二比较模块103具体为第二比较器1031。

由于与其他类型的反馈调节器相比，滞环调节器1041具有响应速度快的优点，因此，本发明实施例中优选第二反馈调节模块104为滞环调节器1041。

图2的示例中的变流器105的电压控制装置的工作原理为：第一比较器1011的第一输入端接收变流器105的输入电压给定值u*，第一比较器1011的第二输入端接收变流器105的反馈电压值u，pi调节器1021根据第一比较器1011的比较结果u*-u输出电流给定值i*，第二比较器1031的第一输入端接收第一比较器1011输出的电流给定值i*，第二比较器1031的第二输入端接收变流器105的电流反馈值i，滞环调节器1041根据第二比较器1031的比较结果i*-i输出用于驱动变流器105中的igbt的脉冲宽度调制pwm信号，以调整变流器105的输入电压。

根据本发明的实施例，为防止变流器105的输入电流过大的情况出现，还可以对pi调节器1021输出的电流给定值i*进行限流，具体地，可以在pi调节器1021和第二比较器1031之间的线路上设置限流器(图中未示出)，限流器中预设有限流值，比如变流器105的最大运行电流。如此设置，当负载突然加重时，一旦电流给定信号达到最大，就会被限制住，使系统以最大电流运行，从而避免重载运行时因未对电流加以限制而导致的过流故障问题。

根据本发明的实施例，在一些仅需要对变流器105的输入进行电流的工况下，比如当变流器105的输出端接到电压源上时，可将电压外环断开。比如，在pi调节器1021和第二比较器1031之间的线路上设置有第一开关器件(图中未示出)，当变流器105的输出端连接到电压源上时断开，且第二比较模块103的第一输入端接收预设的外部电流给定值(比如，由用户直接设置电流给定信号)。如此设置，一方面控制了变流器105的输入功率，另一方面控制了输出到电压源的功率，从而达到对变流器105的精准控制。此外，为灵活应对不同工况，还可以在线切换这两种工作方式。

需要说明的是，风力发电机组中的变流器包括dc/dc变流器和dc/ac变流器，当变流器为dc/dc变流器时，可以直接按照图2中的接线方式构建本发明实施例中的变流器的电压控制装置。当变流器为dc/ac变流器时，由于dc/ac变流器的输出端接入到三相电网，因此需要对图2中的变流器的电压控制装置进行调整。

图3为本发明又一实施例提供的变流器的电压控制装置的结构示意图，用于展示当变流器为dc/ac变流器时，变流器的电压控制装置的各部件之间的连接结构。与图2的不同的是，图3中的变流器的电压控制装置还包括锁相环302和运算器303，且第二比较模块103包括并联设置的三个比较器，第二反馈调节模块104包括并联设置的与三个比较器分别连接的三个滞环调节器。

图3的示例中的dc/ac变流器1051的电压控制装置的工作原理为：

第一比较器1011的第一输入端接收变流器的输入电压给定值udc*，第一比较器1011的第二输入端接收变流器的反馈电压值udc，pi调节器根据第一比较器1011的比较结果udc*-udc输出电流给定值idc^*；锁相环302根据三相电网的三相电压信号(ua，ub，uc)得到电网相位θ，运算器303根据pi调节器输出的电流给定值idc^*和电网相位θ，输出三路电流给定值每个比较器的第一端接收一路电流给定值，每个比较器的第二端接收三相电网中对应相的电流反馈值，每个滞环调节器根据对应比较器的比较结果输出用于驱动dc/ac变流器1051中对应igbt的脉冲宽度调制pwm信号，以调整dc/ac变流器1051的输入电压。

根据本发明实施例，当ua，ub和uc为三相电压源时，通过同时控制交流电流和直流电压，可使得直流电压具有良好的稳定性。

当直流侧接电压源时，可断开电压环。比如，可以在pi调节器和第二比较模块103之间的线路上设置有第二开关器件，第二开关器件用于在dc/ac变流器1051的直流侧连接到电压源上时断开，且由第二比较模块103的第一输入端接收预设的外部电流给定值idc^*，比如，由用户直接给定idc^*，来控制输入到dc/ac变流器1051直流侧的功率。

图4为本发明一实施例提供的变流器的电压控制方法的流程示意图，用于对图1和图2中的变流器的电压控制装置。图4中示出了步骤401至步骤404。

在步骤401中，由第一比较模块101的第一输入端接收变流器的输入电压给定值，第一比较模块101的第二输入端接收变流器的反馈电压值。

在步骤402中，由第一反馈调节模块102根据第一比较模块101的比较结果输出电流给定值。

在步骤403中，由第二比较模块103的第一输入端接收第一比较模块101输出的电流给定值，第二比较模块103的第二输入端接收变流器的电流反馈值。

在步骤404中，由第二反馈调节模块104根据第二比较模块103的比较结果输出用于驱动变流器中的igbt的pwm信号，以调整变流器的输入电压。

根据本发明的实施例，在一些仅需要对变流器的输入进行电流的工况下，可以控制第一开关器件在变流器的输出端连接到电压源上时断开，且由第二比较模块103的第一输入端接收预设的外部电流给定值。

图5为本发明另一实施例提供的变流器的电压控制方法的流程示意图，用于对图3中的dc/ac变流器1051的电压控制装置。图5与图4的不同之处在于，图5中还包括步骤405至步骤408。

在步骤405中，由锁相环302根据三相电网的三相电压信号得到电网相位。

在步骤406中，由运算器303根据第一反馈调节模块102输出的电流给定值和电网相位，输出三路电流给定值。

在步骤407中，由每个比较器的第一端接收一路电流给定值，每个比较器的第二端接收三相电网中对应相的电流反馈值。

在步骤408中，由每个滞环调节器根据对应比较器的比较结果输出用于驱动dc/ac变流器1051中对应igbt的脉冲宽度调制pwm信号，以调整dc/ac变流器1051的输入电压。

本发明实施例还提供一种变流器，该变流器包括如上所述的变流器的电压控制装置。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于装置实施例而言，相关之处可以参见方法实施例的说明部分。本发明实施例并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。本领域的技术人员可以在领会本发明实施例的精神之后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(asic)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明实施例的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、rom、闪存、可擦除rom(erom)、软盘、cd-rom、光盘、硬盘、光纤介质、射频(rf)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。

本发明实施例可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本发明实施例的基本精神。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明实施例的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明实施例的范围之中。