對于功率轉(zhuǎn)換器中的非交錯并聯(lián)橋電路的電流平衡控制的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開大體上涉及功率轉(zhuǎn)換器，并且更特定地涉及提高發(fā)電系統(tǒng)(例如風(fēng)驅(qū)動雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng))中的功率轉(zhuǎn)換器的輸出功率的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]功率系統(tǒng)通常包括功率轉(zhuǎn)換器，其配置成將輸入功率轉(zhuǎn)換成合適的功率以應(yīng)用于例如發(fā)電機(jī)、馬達(dá)、電網(wǎng)等負(fù)載或其他合適的負(fù)載。例如，發(fā)電系統(tǒng)(例如風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng))可以包括功率轉(zhuǎn)換器，用于將在發(fā)電機(jī)處產(chǎn)生的交流功率轉(zhuǎn)換成處于電網(wǎng)頻率(例如，50/60HZ)的交流功率以應(yīng)用于公用事業(yè)電網(wǎng)。示范性發(fā)電系統(tǒng)可以使用風(fēng)驅(qū)動雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)(DFIG)來產(chǎn)生AC功率。功率轉(zhuǎn)換器可以調(diào)節(jié)在DFIG與電網(wǎng)之間的電功率流。
[0003]功率增加的DFIG系統(tǒng)可以包括功率轉(zhuǎn)換器，其對于DFIG的每個相具有并聯(lián)連接的多個橋電路。使多個橋電路(例如H橋電路)并聯(lián)連接可以提供DFIG系統(tǒng)的增加輸出功率能力。每個橋電路可以包括由控制命令驅(qū)動的多個開關(guān)元件(例如，絕緣柵雙極晶體管(IGBT))?？刂泼羁梢钥刂崎_關(guān)元件的脈寬調(diào)制(PWM)來提供功率轉(zhuǎn)換器的期望輸出。
[0004]可以根據(jù)各種開關(guān)模式控制并聯(lián)橋電路中的開關(guān)元件。在交錯開關(guān)模式中，并聯(lián)橋電路中的開關(guān)元件采用彼此異相的方式開關(guān)，例如彼此90°異相。在非交錯開關(guān)模式中，并聯(lián)橋電路中的開關(guān)元件采用幾乎同步的方式(即，同時)開關(guān)。
[0005]采用交錯模式操作并聯(lián)橋電路的開關(guān)元件可以使功率轉(zhuǎn)換器輸出的諧波含量減少。然而，差模扼流圈和其他部件對于減少可以由并聯(lián)橋電路的交錯控制所產(chǎn)生的電流不平衡可是必需的。根據(jù)非交錯開關(guān)模式操作并聯(lián)橋電路仍然可以在并聯(lián)橋電路之間導(dǎo)致電流不平衡，特別在瞬態(tài)(例如，開關(guān))期間。許多因素可以導(dǎo)致該不平衡。例如，用于驅(qū)動橋電路的驅(qū)動器電路可以包含光隔離器，用于隔離控制信號。這些光隔離器中的每個可以在控制信號中提供不同的延遲時間。控制信號中不同的延遲時間可以在橋電路中使用的開關(guān)元件(例如IGBT)的開關(guān)時間中引起微小差異。
[0006]典型地，至少一個感應(yīng)元件在多個橋電路之間耦合。感應(yīng)元件可以是在功率轉(zhuǎn)換器的并聯(lián)橋電路或輸出感應(yīng)器之間的雜散線路電感。開關(guān)元件的開關(guān)之間的定時中的任何差異可以跨至少一個感應(yīng)元件引起電壓，從而導(dǎo)致并聯(lián)橋電路之間的循環(huán)電流。循環(huán)電流可以引起并聯(lián)橋電路之間的電流不平衡。電流中的不平衡可以導(dǎo)致在并聯(lián)橋電路中使用的開關(guān)元件中的溫度差異，例如在開關(guān)元件中使用的IGBT的結(jié)溫中的差異。這因為總輸出電流能力受到具有最高溫度的開關(guān)元件的限制而使功率轉(zhuǎn)換器的總輸出功率能力降低。
[0007]從而，需要減少在發(fā)電系統(tǒng)(例如風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng))中使用的功率轉(zhuǎn)換器中的并聯(lián)橋電路之間的電流不平衡的系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的方面和優(yōu)勢將部分在下列描述中闡述，或可通過該描述明顯可見，或可通過本發(fā)明的實踐學(xué)習(xí)。
[0009]本公開的一個示范性方面針對功率轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括并聯(lián)耦合的多個橋電路。每個橋電路包括至少一個開關(guān)元件。系統(tǒng)進(jìn)一步包括控制系統(tǒng)，其配置成根據(jù)大致非交錯開關(guān)模式來控制多個橋電路的開關(guān)元件的脈寬調(diào)制。控制系統(tǒng)進(jìn)一步配置成調(diào)整控制命令的定時來減少并聯(lián)耦合的多個橋電路之間的電流不平衡。
[0010]本公開的另一個示范性方面針對向負(fù)載提供輸出功率的方法。該方法包括在功率轉(zhuǎn)換器處接收在發(fā)電機(jī)處產(chǎn)生的交流功率。方法進(jìn)一步包括利用功率轉(zhuǎn)換器將交流功率轉(zhuǎn)換成輸出功率。功率轉(zhuǎn)換器包括并聯(lián)耦合的多個橋電路。每個橋電路包括彼此串聯(lián)耦合的一對開關(guān)元件。方法進(jìn)一步包括接收控制命令以根據(jù)大致非交錯開關(guān)模式來控制開關(guān)元件的脈寬調(diào)制并且調(diào)整控制命令的定時來減少并聯(lián)耦合的多個橋電路之間的電流不平衡。
[0011]本公開的另外的示范性方面針對雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。該雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)包括雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)，其配置成產(chǎn)生交流功率。系統(tǒng)進(jìn)一步包括轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)換器，其配置成接收交流功率并且將交流功率轉(zhuǎn)換成DC輸出。功率轉(zhuǎn)換器進(jìn)一步包括線路側(cè)轉(zhuǎn)換器，其經(jīng)由DC總線耦合于轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)換器。線路側(cè)轉(zhuǎn)換器配置成從轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)換器接收DC輸出并且將DC功率轉(zhuǎn)換成輸出功率。轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)換器或線路側(cè)轉(zhuǎn)換器中的至少一個包括并聯(lián)耦合的多個橋電路。每個橋電路包括彼此串聯(lián)耦合的一對開關(guān)元件。功率轉(zhuǎn)換器進(jìn)一步包括控制器。該控制器配置成提供控制命令以根據(jù)大致非交錯開關(guān)模式來控制多個橋電路的開關(guān)元件的脈寬調(diào)制?？刂破鬟M(jìn)一步配置成調(diào)整控制命令的定時來減少并聯(lián)耦合的多個橋電路之間的電流不平衡。
[0012]本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)勢將參考下列描述和附上的權(quán)利要求而變得更好理解。包含在本說明書中并且構(gòu)成其一部分的附圖圖示本發(fā)明的實施例并且與描述一起起到解釋本發(fā)明的原理的作用。
【附圖說明】
[0013]針對本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員的本發(fā)明的完全和使能公開(包括其最佳模式)在該說明書中闡述，其參考附圖，其中:
圖1描繪根據(jù)本公開的示范性實施例的示范性雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)(DFIG)風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)；
圖2描繪根據(jù)本公開的示范性方面在DFIG風(fēng)力渦輪機(jī)中使用的示范性功率轉(zhuǎn)換器的方面；
圖3描繪根據(jù)本公開的示范性實施例在轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)換器中使用的示范性并聯(lián)橋電路的電路圖；
圖4描繪根據(jù)本公開的示范性實施例向負(fù)載提供輸出功率的示范性方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0014]現(xiàn)在將詳細(xì)參考本發(fā)明的實施例，其一個或多個示例在圖中圖示。每個示例以說明本發(fā)明而非限制本發(fā)明的方式提供。實際上，在本發(fā)明中可以做出各種修改和變化而不偏離本發(fā)明的范圍或精神，這對于本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將是明顯的。例如，圖示或描述為一個實施例的部分的特征可以與另一個實施例一起使用以產(chǎn)生再另外的實施例。從而，規(guī)定本發(fā)明涵蓋這樣的修改和變化，它們落在附上的權(quán)利要求和它們的等同物的范圍內(nèi)。
[0015]—般，本公開針對減少在發(fā)電系統(tǒng)(例如風(fēng)驅(qū)動雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)(DFIG)系統(tǒng))的功率轉(zhuǎn)換器中使用的并聯(lián)橋電路之間的電流不平衡。功率轉(zhuǎn)換器可以包括并聯(lián)耦合來增加系統(tǒng)的輸出功率能力的多個橋電路，例如多個H橋電路。橋電路中的每個可以包括彼此串聯(lián)耦合的一對開關(guān)元件，例如絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。并聯(lián)橋電路可以例如使用提供給開關(guān)元件的控制命令(例如，脈寬調(diào)制命令)來控制以向電網(wǎng)提供期望輸出。
[0016]根據(jù)本公開的方面，控制系統(tǒng)可以根據(jù)大致非交錯開關(guān)模式來控制并聯(lián)橋電路的開關(guān)元件的脈寬調(diào)制。特別地，并聯(lián)橋電路的開關(guān)元件可以彼此大致同相(即，同步)地開關(guān)。即使根據(jù)大致非交錯開關(guān)模式來控制開關(guān)元件，在并聯(lián)橋電路中的開關(guān)元件的開關(guān)之間可能存在小的定時差異。這些定時差異可以由例如用于調(diào)節(jié)對于開關(guān)元件的控制命令的驅(qū)動器電路的光隔離器和其他部件所提供的不同延遲時間產(chǎn)生。定時差異可以跨在多個并聯(lián)橋電路之間耦合的至少一個感應(yīng)元件感應(yīng)電壓，從而在并聯(lián)橋電路之間導(dǎo)致循環(huán)電流。該循環(huán)電流可以在并聯(lián)橋電路之間引起電流不平衡。
[0017]為了減少由這些微小定時差異產(chǎn)生的任何電流不平衡，控制系統(tǒng)可以配置成根據(jù)大致非交錯開關(guān)模式來調(diào)整提供給開關(guān)元件的控制命令的定時以減少并聯(lián)橋電路之間的電流不平衡。例如，控制系統(tǒng)可以配置成調(diào)整提供給開關(guān)元件的控制命令的定時來減少或消除并聯(lián)橋電路中的開關(guān)元件的任何微小定時差異?？刂葡到y(tǒng)可以使用閉環(huán)或開環(huán)控制過程來調(diào)整控制命令的定時。例如，在開環(huán)控制過程中，控制命令的定時可以例如由系統(tǒng)的操作者調(diào)整來減少電流不平衡。在閉環(huán)控制過程中，可以監(jiān)測并聯(lián)橋電路的橋電流并且將其用于基于測量的橋電流來調(diào)整控制命令的定時。
[0018]減少根據(jù)大致非交錯開關(guān)模式控制的并聯(lián)橋電路之間的電流不平衡可以提供增加的輸出功率能力。例如，可以控制并聯(lián)橋電路以具有平衡電流使得減少的功率作為在并聯(lián)橋電路之間循環(huán)的電流而耗散。另外，開關(guān)元件的溫度(例如，IGBT的結(jié)溫)中的差異可不再限制對于功率轉(zhuǎn)換器的輸出功率能力。
[0019]現(xiàn)在參考圖，現(xiàn)在將詳細(xì)論述本公開的示范性實施例。參考圖1，現(xiàn)在將詳細(xì)論述示范性DFIG風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)100。為了說明和論述目的，本公開將參考圖1的示范性DFIG風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)100來論述。本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員使用本文提供的公開應(yīng)理解本公開的方面在其他發(fā)電系統(tǒng)中也能適用。
[0020]在示范性系統(tǒng)100中，轉(zhuǎn)子106包括多個轉(zhuǎn)子葉片108，其耦合于旋轉(zhuǎn)轂110并且一起限定螺旋槳。該螺旋槳耦合于可選的齒輪箱118，其進(jìn)而耦合于發(fā)電機(jī)120。根據(jù)本公開的方面，發(fā)電機(jī)120是雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)(DFIG) 120。
[0021]DFIG 120典型地經(jīng)由轉(zhuǎn)子總線156耦合于定子總線154和功率轉(zhuǎn)換器162。定子總線154提供來自DFIG 120的定子的輸出多相功率(例如，三相功率)并且轉(zhuǎn)子總線156提供DFIG 120的轉(zhuǎn)子的輸出多相功率(例如，三相功率)。參考功