專利名稱：一種級聯型升壓斬波電路的控制方法
技術領域：
本發明屬于電機控制領域，涉及一種級聯型的升壓斬波電路的控制方法，本發明 可應用于電機調速、可再生能源發電等領域。
背景技術：
傳統升壓斬波電路廣泛應用于電氣傳動領域，例如繞線式感應電動機的內反饋串 級調速系統，永磁直流無刷電機調速系統等。尤其近年來隨著風力發電技術的廣泛關注和 應用，升壓斬波電路又有新的應用空間。如圖1所示，是一種典型的三相永磁同步風力發電 機接二極管整流橋后接升壓斬波電路接電壓型逆變器的拓撲結構，該拓撲采用二極管整流 橋降低了系統成本，同時升壓斬波電路的控制方式簡單，而且直流母線電容的存在降低了 電網波動對發電系統的影響，因此該結構近年來倍受青睞。但是該結構也存在一些不足，例 如二極管整流會導致定子電流畸變，升壓斬波電路的功率開關管通斷的上下限，會限制其 調速能力等問題。近年來，國內外科研人員提出了多種拓撲結構來解決這些問題。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種針對級聯型升壓斬波電路 運行方式的控制方法，該種控制方法是一種簡單可行、可靠性高的控制策略，可用于發電機 轉速調節。本發明采用如下的技術方案一種級聯型升壓斬波電路的控制方法，該種電路的結構為包括n個升壓斬波 電路單元以及連接在升壓斬波電路單元之間的級聯用二極管和換流用功率開關管，其中， n ^ 2，每個升壓斬波單元包括一個電感、一個升壓用功率開關管和一個快恢復二極管，所 述的電感串聯在本升壓斬波單元的輸入端上，所述的快恢復二極管連接在升壓用功率開關 管正向導通輸入端與本升壓斬波單元的輸出正極之間；設該n個升壓斬波單元按i = 1，
2......n順序編號，第1單元的輸出正極為整個升壓斬波電路的輸出正極，第n單元的輸
出負極為整個升壓斬波電路的輸出負極，兩者分別與濾波儲能電容的正極和負極相連，n個 升壓斬波單元的輸出端采用串聯方式，除第1單元的輸出正極和第n單元的輸出負極外，其 余每個單元的輸出端均通過一個換流用功率開關管串聯連接，其連接方式為，第i單元的 輸出負極與換流用功率開關管正向導通輸出端連接，第i+1單元的輸出正極與換流用功率
開關管正向導通輸入端連接，依次連接到第n單元，并按i = 1，2，......，n-1順序依次對
該n-1個換流用功率開關管編號；第i單元的輸入負極與第i+1單元的輸入負極通過一個 級聯用二極管連接，該級聯用二極管的陰極與第i單元負極連接，陽極與第i+1單元負極連 接，依次連接到第n單元；第i單元的升壓用功率開關管正向導通輸入端與第i+1單元的升 壓用功率開關管正向導通輸入端之間也通過一個級聯用二極管連接，該級聯用二極管陰極 與第i單元升壓用功率開關管正向導通輸入端連接，陽極與第i+1單元的升壓用功率開關 管正向導通輸入端連接，依次連接到第n單元。對上述的電路采用如下的控制方法給定每個升壓斬波單元的升壓用功率開關管
3相同的開關周期，相同相位載波，并根據要求和際情況給定其占空比的下限和上限，并采用 如下的轉速電流雙閉環控制根據采樣得到的電機轉速值和轉速給定值通過轉速外環PI 調節得到一個電流給定值，將該值乘以1/n后，得到每組電流環PI控制的電流給定值；若每 組換流用功率開關管均斷開，則每組電流環PI控制的電流反饋信號選用每組升壓斬波電 路單元各自的輸入電流值，否則，該電流反饋信號采用每個升壓斬波電路單元輸入電流平 均值；其中，對于換流用功率開關管的控制采用如下的控制策略當每組升壓斬波單元的占空比均同時達到上限時，判定最后一個編號換流用功率 開關管是否導通，若未導通，則依次按照從第n-1個換流用功率開關管到第1個換流用功率 開關管的順序，根據轉速環響應要求，逐步延遲導通；若在導通其中一個換流用功率開關管 的延遲過程中，每個升壓斬波單元的占空比不再同時達到上限時，則停止導通當前正在處 理的換流用功率開關管，并保持其余換流用功率開關管的導通和斷開狀態不變；當每組升壓斬波單元的占空比均同時達到下限時，判定第一個編號換流用功率開 關管是否斷開，若未斷開，則依次按照從第1個換流用功率開關管到第n-1個的換流用功率 開關管順序，根據轉速環響應要求，逐步延遲斷開換流用功率開關管；若在斷開其中一個換 流用功率開關管的延遲過程中，每個升壓斬波單元的占空比不再同時達到下限時，則停止 斷開當前正在處理的換流用功率開關管，并保持其余換流用功率開關管的導通和斷開狀態 不變；當每個升壓斬波單元的導通時間均在上限和下限之間時，保持全部換流用功率開 關管的導通和斷開狀態不變。本發明具有如下的有益效果1、本發明采用傳統的轉速電流雙閉環形式，不增加復雜的控制算法，僅采用PI控 制算法，便于處理器運行；2、本發明僅依靠改變每組電流環PI控制器的電流反饋信號，便可實現級聯型升 壓斬波電路在并聯運行狀態下均流控制，其他運行狀態下，給定每個升壓用功率開關管相 同占空比的控制效果；2、本發明對換流用功率開關管采用延遲通斷控制，有利于避免因轉速響應問題帶 來的不穩定情況發生。
圖1是單個升壓斬波電路應用到永磁風力發電系統的主電路原理圖。圖2是n單元級聯型升壓斬波電路應用到永磁風力發電系統的主電路原理圖。圖3是n單元級聯型升壓斬波電路原理圖。圖4是3單元級聯型升壓斬波電路應用到永磁風力發電系統的主電路原理圖。圖5是3個升壓斬波電路級聯時，即CVT1，CVT2斷開時，并聯運行狀態原理圖；圖 5(a)中虛線表示升壓斬波電路1并聯運行回路；圖5(b)中虛線表示升壓斬波電路2并聯 運行回路；圖5(c)中虛線表示升壓斬波電路3并聯運行回路；圖6是3個升壓斬波電路級聯時，即CVT1斷開，CVT2導通時，混聯運行狀態原理 圖；圖6(a)是升壓斬波電路1與升壓斬波電路3串聯形成的回路；圖6(b)是升壓斬波電路 2與升壓斬波電路3串聯形成的回路。
圖7是3個升壓斬波電路級聯時，即CVT1，CVT2導通時，串聯運行狀態原理圖。圖8是控制系統原理框圖。
圖9是控制程序流程圖。
具體實施例方式近年來，隨著新能源的開發利用，尤其在變速風力發電方面，因為采用二極管整流 后接升壓斬波電路的結構對發電機進行調速具有成本低，效率高，控制系統簡單等優點被 廣泛應用。但是傳統升壓斬波電路的調速范圍較窄，這也影響了它的應用效果。近年來，國 內外科研人員提出了多種拓撲結構來解決這些問題。如圖2所示的是一種采用了多脈波整 流電路，級聯型升壓斬波電路，電壓型并網逆變器的永磁風力發電變流系統。圖2中三相永 磁電機輸出接多相隔離變壓器的結構還可以用多相永磁同步發電機來代替。圖2中級聯型 升壓斬波電路的原理圖如圖3所示。結合圖2所示拓撲結構，本發明針對這種級聯型升壓 斬波電路提出一種控制策略。為敘述簡便，本實施例中，采用的主電路結構如圖4所示，包括風機，聯軸器，永磁 同步發電機(PMSG)，9相隔離整流變壓器(變比1 1)，二極管整流單元，3單元級聯型斬 波調速電路(升壓斬波電路1、2、3)，濾波儲能電容C，電壓型并網逆變器(VSI)等。其中級 聯型升壓斬波電路是由3個完全相同的升壓斬波電路級聯得到，升壓斬波電路單元的功率 開關管采用IGBT，換流用功率開關管采用IGBT，級聯用二極管采用快恢復二極管。升壓斬 波電路1、2、3的輸入正負極分別接3個獨立二極管整流單元輸出，輸入負極通過快恢復二 極管CVD2，CVD4連接；斬波電路IGBT集電極之間通過快恢復二極管CVD1，CVD3連接；電路 輸出端采用串聯方式，斬波電路1輸出正極接電容C正極，斬波電路1輸出負極與斬波電 路2輸出正極通過功率開關管CVT1連接，斬波電路2輸出負極與斬波電路3輸出正極通 過功率開關管CVT2連接，斬波電路3輸出負極接電容C負極。控制系統采用DSP28335為 主控芯片，其控制框圖如圖8所示，其中控制程序流程如圖9所示。圖8中表示轉 速環PI (比例積分)控制模塊，i^PI表示電流環PI控制模塊，3個模塊的控制系數 是完全相同的。給定每個升壓斬波單元的升壓用功率開關管相同的開關周期Ts，且載波相 位相同，并根據要求和實際情況給定其占空比的下限amin和上限a_，實施例中設其范圍為
。結合附圖4-7，首先以采用3個升壓斬波電路級聯結構作為調速電路的直驅式永 磁風力發電系統為例，分析在不同電路狀態下，級聯型升壓斬波電路中的每個升壓斬波電 路單元輸入輸出電壓之間的關系和每個升壓斬波電路單元輸入電流之間的關系，再對所提 出的控制策略具體控制方式予以詳細說明。首先介紹級聯型升壓斬波電路用于風力發電系統整體時的主電路運行情況。風機 的軸與永磁同步發電機的轉子軸通過聯軸器同軸聯接，風機捕獲風能驅動永磁同步發電機 旋轉。永磁同步風力發電機根據風速情況調節轉速從而輸出幅值和頻率都隨風速變化而變 化的3相電壓，經9相隔離整流變壓器后得到3組3相電壓，每組電壓的同一相電壓相位相 差20°，變壓器輸出3組3相電壓經3個3相二極管整流單元整流成幅值也在隨風速變化 的3個直流電壓Uinl，Uin2，Uin3。通過級聯型升壓斬波電路獲得一個直流母線電容電壓Ud。， 電容接電壓型并網逆變器，通過對逆變器電壓電流雙閉環控制實現電容電壓的穩定。當升壓斬波電路中的功率開關管的開關周期乙和占空比a的范圍確定時，在風機轉矩恒定時， 電路調速范圍將只能由升壓斬波電路輸出直流母線電壓決定。采用級聯型升壓斬波電路作 為發電機調速環節時，可以通過給定其換流用IGBT開關管CVT1，CVT2不同的通斷狀態，實 現單元升壓斬波電路等效輸出電壓的改變。下面結合圖5-7說明采用3單元級聯型升壓斬波電路中換流用IGBT不同通斷狀 態下的運行情況。狀態1 :CVT1，CVT2斷開時，升壓斬波電路1、2、3是并聯結構，如圖5(a) (b) (c)所
示。數學關系如下式
并聯回路 1
at
,Um2=RL2iL2+L2^ + Udc 并聯回路 2(1)
at
Um3=RL3lh3+L3^ + Udc 并聯回路 3 at其中，Ru，RL2, Rl3為電感Ll，L2，L3的內阻，L2，L3為電感Ll，L2，L3的電感值。 uinl，uin2，Uin3為每個二極管整流輸出的電壓。圖5中u。utl，U。ut2，U。ut3為各個升壓斬波電路等 效輸出電壓。并聯運行時，每個升壓斬波電路單元等效輸出電壓都等于整體直流母線電壓 Ud。。每個整流輸出電壓Uinl，Uin2，Uin3都相當于輸出接電容電壓為Udc時的情況，隔離變壓器 的變比為1 1，因此折算到發電機側，發電機空載反電動勢也相當于提供直流母線電容電 壓為ud。時的水平，所以此時電機轉速維持在較高的水平。另外若系統中變壓器各個繞組阻 抗和升壓斬波電路中升壓電感等參數不理想相等時，則會導致iu，iL2,、不相等。因此并 聯運行時，需要控制系統通過給定VT1，VT2，VT3不同的導通時間，在進行轉速電流雙閉環 控制同時，實現每個升壓電路均流運行。狀態2 :CVT1斷開，CVT2導通時，升壓斬波電路1、2、3是混聯結構，如圖6所示。升 壓斬波電路1和升壓斬波電路3是串聯關系，如圖6 (a)，升壓斬波電路2和升壓斬波電路3 是串聯關系，如圖6 (b)，而這兩組電路之間又是并聯關系。數學關系如下式混聯回路1:出
at
Um2+Um3=RL2iL2+Lj^混聯回路2
at從式⑵和(3)可知，升壓斬波電路1和3串聯運行回路中，若電路參數適當，則 每個升壓斬波電路輸出電壓相當于1/2的直流母線電壓，即Ud。/2。同理，升壓斬波電路1和 3串聯運行回路中也是如此。與狀態1并聯運行相比，在相同風機轉矩，即定子電流相同， VT1，VT2，VT3導通時間范圍確定時，因為每個升壓斬波電路輸出電壓相當于l/2Ud。，則每個 整流輸出電壓Uinl，Uin2，Uin3也都相當于接l/2Ud。時的情況，隔離變壓器的變比為1 1，因
(2)
(3)
6此折算到發電機側，發電機空載反電動勢也只有級聯型升壓斬波電路并聯運行時1/2的水 平，所以此時風機轉矩下，VTU VT2，VT3占空比相同時，電機轉速低于并聯運行時的情況， 而級聯后得到的直流母線電壓仍然不變。在混聯運行情況下，要求通過控制系統給定VT1， VT2, VT3相同的占空比。狀態3 :CVT1，CVT2導通時，升壓斬波電路1、2、3是串聯結構，如圖7所示。數學關 系如下式Uml +Um2+ Um3 = RJLI + A 去 at+WL2 +L2^1-(4)
dt+RhAs+L3 + Udc
at串聯運行時，3個整流輸出電流相等，即iu = iL2 = iLSO從公式⑷可知，串聯運行 時，若電路參數對稱，則每個升壓斬波電路輸出電壓相當于1/3的直流母線電壓，即Ud。/3。 另外串聯運行時，要求3個升壓斬波電路的IGBT，VTl, VT2，VT3同時導通和斷開。串聯運 行時，要求VT1，VT2，VT3有相同的導通情況。與狀態1并聯運行相比，在相同風機轉矩，即 定子電流相同，VT1、VT2，VT3導通時間范圍確定時，因為每個升壓斬波電路輸出電壓相當于 l/3Ud。，則每個整流輸出電壓Uinl，Uin2，Uin3也都相當于接l/3Ud。時的情況，隔離變壓器的變 比為1 1，因此折算到發電機側，發電機空載反電動勢也只有級聯型升壓斬波電路并聯運 行時1/3的水平，所以此時VT1、VT2，VT3導通時間相同時，與混聯和并聯運行時相比，電機 轉速是最低的，而級聯后得到的直流母線電壓仍然不變。結合圖4中的具體實施例，根據上述分析本發明給出如下的控制方法以用于這種 3單元級聯型升壓斬波電路，該方法包括如下幾個步驟1、電路運行狀態轉換控制，即換流用IGBT開關管CVTl和CVT2的通斷控制。轉速控制的結果是Ci1, a2，a3它們分別表示給定VT1，VT2，VT3脈沖的占空比。根 據α ρ α 2，a3確定通斷信號OCl和0C2，OCl = 0表示CVTl斷開，OCl = 1表示CVTl導通； 0C2 = 0表示CVT2斷開，0C2 = 1表示CVT2導通。當Ci1, α 2，a3同時達到占空比下限0.2時，系統先判定CVTl是否斷開，即OCl是 否等于0 ；若OCl不等于0，則系統一邊開始給變量cvti_count_open計數，一邊繼續進行轉 速電流雙閉環控制；直到cvtl_c0unt_0pen = m時，(表示經過了 m個系統控制周期，m根 據轉速環響應要求而定)，則給定OCl = 0，斷開CVTl ；若在計數過程中，α” a2，a3不再同 時等于0. 2，則變量CVtl_C0unt_0pen清零。若OCl等于0，則系統一邊開始給變量cvt2_ count_open計數，一邊繼續進行轉速電流雙閉環控制；直到cvt2_count+_open = m時，則 令0C2等于0，斷開CVT2。若在計數過程中，Ci1, a2, a3不再同時等于0.2，則變量cvt2_ C0imt_0pen清零。上述程序流程是電機升速時，逐步斷開換流用IGBT的情況。當α π α 2，a3同時達到占空比上限0. 6時，系統先判定CVT2是否導通，即0C2是 否等于1 ；若0C2不等于1，則系統一邊開始給變量CVt2_COunt_ClOSe計數，一邊繼續進行 轉速電流雙閉環控制；直到cvt2+_c0unt_cl0se = m時，則給定0C2 = 1，導通CVT2 ；若在計 數過程中，Q1, a2，a3不再同時等于0.6，則變量CVt2_COunt_ClOSe清零。若0C2等于1， 則系統一邊開始給變量CVtl_COimt_ClOSe計數，一邊繼續進行轉速電流雙閉環控制；直到cvtl_count_close = m時，則令OCl等于1，導通CVT1。若在計數過程中，Q1, α 2，a3不再 同時等于0. 6，則變量CVtl_COimt_ClOSe清零。上述程序流程是電機降速時，逐步導通換流 用IGBT的情況。當Ci1, a2，a3在區間
時，保持0C1，0C2不變即可。2、轉速電流雙閉環控制將采集得到的電機轉速信號，每組整流輸出電流信號進行標么處理，得到電機轉速信號ω',和電流信號i' u，i' L2'i' &根據電機轉速信號ω',和轉速給定值ω ‘ r ref通過轉速外環PI調節得到一個電流給定值i ’ s_refo3、根據電路運行狀態不同，采用不同的電流環反饋值0C1，0C2的值決定電路運行狀態，根據這兩個值確定電流環控制方式。若0C1，0C2 都等于0，電路處于并聯運行狀態，可以給定每個升壓用IGBT開關管VT1，VT2，VT3不同的 PI輸出結果，實現均流控制，即每個開關管的電流PI控制器，反饋值i' Li_Pi = i' u，給定 值i' L_ref = i' s—ref/3，i = 1，2，3 ；若0C1，0C2不都等于0，則要求給定每個升壓用IGBT 開關管VT1，VT2，VT3相同的PI輸出結果，即每個開關管的電流PI控制器反饋值和電流值 都相等，反饋值i' LLpi = i' Avg，給定值為i' L_ref = i' s—ref/3;此時每個ijl輸出都是 相等的。根據上述內容可以將控制系統歸結為框圖8和流程圖9下面將對上述3單元級聯型升壓斬波電路運行狀態和控制器原理的分析推廣到η 單元(n ^ 2)的情況。η單元級聯型升壓斬波電路的控制方法1、根據給定每個升壓用功率開關管的占空比α i(i = 1,2,3……η)，確定給定每個 換流用功率開關管的通斷信號0C(k)，其中，k= 1,2,3......Π-1。當ai同時達到占空比下限0. 2時，系統先判定CVTl是否斷開，即OCl是否等于0 ； 若OCl不等于0，則系統一邊開始給變量cvti_count_open計數，一邊繼續進行轉速電流雙 閉環控制；直到CVtl_C0imt_0pen = m時，(表示經過了 m個系統控制周期，m根據轉速環 響應要求而定)，則給定OCl =0，斷開CVTl ；若在計數過程中， 不再同時等于0.2，則變 量cvtl_count_open清零。若OCl等于0，則系統一邊開始給變量cvt2_count_open計數， 一邊繼續進行轉速電流雙閉環控制；直到cvt2_c0unt_0pen = m時，則令0C2等于0，斷開 CVT2。若在計數過程中， 不再同時等于0.2，則變量CVt2_C0imt_0pen清零。按上述方式 依次判斷是否斷開CVT(k)，直到CVT (n-1)。上述程序流程是電機升速時，逐步斷開換流用 IGBT的情況。當 同時達到占空比上限0.6時，系統先判定CVT(n-l)是否導通，即OC(n_l)是 否等于1 ；若OC(n-l)不等于1，則系統一邊開始給變量CVt(n-l)_COimt_ClOSe計數，一邊 繼續進行轉速電流雙閉環控制；直到cvt(n-l)_c0unt_cl0se = m時，則給定0C(n_l) = 1， 導通CVT (n-1)；若在計數過程中，不再同時等于0.6，則變量CVt(n-l)_COunt_ClOSe清 零。若OC(n-l)等于1，則系統一邊開始給變量CVt(n-2)_COunt_ClOSe計數，一邊繼續進 行轉速電流雙閉環控制；直到cvt(n-2)_c0unt_cl0se = m時，則令0C(n-2)等于1，導通 CVT(n-2)。若在計數過程中，不再同時等于0.6，則變量CVt(n-2)_COunt_ClOSe清零。按 上述方式依次判斷是否斷開CVT(k)，直到CVT1。上述程序流程是電機降速時，逐步導通換流用IGBT的情況。
2、轉速電流雙閉環控制將采集得到的電機轉速信號，每組整流輸出電流信號進行標么處理，得到電機轉 速信號ω' ^和每個升壓斬波電路單元輸入電流信號i'…根據電機轉速信號ω' ^和轉 速給定值ω' 通過轉速外環PI調節得到一個電流給定值i' s_ref03、根據0C(k)確定電流環控制方式。若0C(k)都等于0，根據前文所述，電路處 于并聯運行狀態，給定每個升壓用IGBT開關管VT(i)不同的PI輸出結果，實現均流控制， 即每個開關管的電流PI控制器，反饋值i' Li_Pi = i'…給定值i' L_ref = i' s—若 OC(k)不都等于0，則要求給定每個升壓用IGBT開關管VT(i)相同的PI輸出結果，即每個 開關管的電流PI控制器反饋值和電流值都相等，反饋值i' Li_PI = i' Avg，給定值為i' L ref = i' s_ref/n ；此時每個k PI輸出都是相等的。情況1假設風機轉矩穩定，級聯型升壓斬波電路處于串聯運行狀態，要求發電機升速，則 當給定VT1、VT2、VT3占空比同時等于0.2時，發電機達到該狀態的最高轉速。若還未滿足 轉速要求，則控制器開始給CVtl_C0imt_0pen計數，同時控制器繼續對電機進行轉速電流 雙閉環控制；若cvtl_count_open未計數到m時，給定VT1、VT2、VT3占空比已經不同時等于 0. 2，則cvtl_count_open清零，同時不給CVTl斷開信號，CVTl仍然導通；若cvtl_count_ open = m時，給定VT1、VT2、VT3占空比仍然同時等于0. 2，則給定CVTl斷開信號，此時電路 轉換為混聯狀態，每個升壓斬波電路對應的輸出電壓由原來的l/3Ud。近似變為l/2Ud。，由前 面分析可知，發電機轉速有了進一步的上升空間。若給定VT1、VT2、VT3占空比同時等于0.2 時，仍然未滿足轉速要求，則控制器開始給CVt2_C0imt_0pen計數，同時控制器繼續對電機 進行轉速電流雙閉環控制；若cvt2_c0unt_0pen未計數到m時，給定VT1、VT2、VT3占空比已 經不同時等于0. 2，則CVt2_C0imt_0pen清零，同時不給CVT2斷開信號，CVT2仍然導通；若 cvt2_count_open = m時，給定VT1、VT2、VT3占空比仍然同時等于0. 2，則給定CVT2斷開信 號，此時電路轉換為并聯狀態，每個升壓斬波電路對應的輸出電壓由原來的l/2Ud。變為Ud。， 發電機轉速又有了進一步的上升空間，繼續升速，直到達到轉速給定值。情況2假設風機轉矩穩定，級聯型升壓斬波電路處于并聯運行狀態，要求發電機降速，則 當給定VT1、VT2、VT3占空比同時等于0.6時，發電機達到該狀態的最低轉速。若還未滿足 轉速要求，則控制器開始給CVt2_COimt_ClOSe計數，同時控制器繼續對電機進行轉速電流 雙閉環控制；若cvt2_count_close未計數到m時，給定VT1、VT2、VT3占空比已經不同時 等于0. 6，則cvt2_count_close清零，同時不給CVT2導通信號，CVT2仍然斷開；若cvt2_ count_close = m時，給定VTl、VT2、VT3占空比仍然同時等于0. 6，則給定CVT2導通信號，此 時電路轉換為混聯狀態，每個升壓斬波電路對應的輸出電壓由原來的Udc近似變為l/2Ud。， 由前面分析可知，發電機轉速有了進一步的下降空間。若給定VT1、VT2、VT3占空比同時等 于0. 6時，仍然未滿足轉速要求，則控制器開始給CVtl_COimt_ClOSe計數，同時控制器繼續 對電機進行轉速電流雙閉環控制；若cvtl_c0unt_cl0se未計數到m時，給定VT1、VT2、VT3 占空比已經不同時等于0. 6，則cvtl_count_close清零，同時不給CVTl導通信號，CVTl仍 然斷開；若cvtl_c0unt_cl0se = m時，給定VTl、VT2、VT3占空比仍然同時等于0. 6，則給定CVTl導通信號，此時電路轉換為串聯狀態，每個升壓斬波電路對應的輸出電壓由原來的 l/2Ud。變為l/3Ud。，發電機轉速又有了進一步的下降空間，繼續降速，直到達到轉速給定值。
由上述兩種情況可知，該電路及其控制系統可以根據電機轉速升降需求，通過改 變換流用IGBT CVTl和CVT2的通斷狀態，改變了級聯的每個升壓斬波電路的等效輸出電 壓，從而逐步提高相同風機轉矩下發電機升降速的空間。并聯狀態下，當給定VT1、VT2、VT3 占空比等于0. 2時，為該風機轉矩下系統運行的最高轉速；同理，串聯狀態下，當給定VT1、 VT2、VT3占空比等于0.6時，為該風機轉矩下系統運行的最低轉速。另外，混聯狀態保證了 調速范圍的連續性。本發明的電路結構通過給換流用IGBT的通斷信號， 切換這3種運行狀 態，擴大了發電機的調速范圍。
權利要求
一種級聯型升壓斬波電路的控制方法，該種電路的結構為包括n個升壓斬波電路單元以及連接在升壓斬波電路單元之間的級聯用二極管和換流用功率開關管，其中，n≥2，每個升壓斬波單元包括一個電感、一個升壓用功率開關管和一個快恢復二極管，所述的電感串聯在本升壓斬波單元的輸入端上，所述的快恢復二極管連接在升壓用功率開關管正向導通輸入端與本升壓斬波單元的輸出正極之間；設該n個升壓斬波單元按i＝1，2......n順序編號，第1單元的輸出正極為整個升壓斬波電路的輸出正極，第n單元的輸出負極為整個升壓斬波電路的輸出負極，兩者分別與濾波儲能電容的正極和負極相連，n個升壓斬波單元的輸出端采用串聯方式，除第1單元的輸出正極和第n單元的輸出負極外，其余每個單元的輸出端均通過一個換流用功率開關管串聯連接，其連接方式為，第i單元的輸出負極與換流用功率開關管正向導通輸出端連接，第i+1單元的輸出正極與換流用功率開關管正向導通輸入端連接，依次連接到第n單元，并按i＝1，2，......，n-1順序依次對該n-1個換流用功率開關管編號；第i單元的輸入負極與第i+1單元的輸入負極通過一個級聯用二極管連接，該級聯用二極管的陰極與第i單元負極連接，陽極與第i+1單元負極連接，依次連接到第n單元；第i單元的升壓用功率開關管正向導通輸入端與第i+1單元的升壓用功率開關管正向導通輸入端之間也通過一個級聯用二極管連接，該級聯用二極管陰極與第i單元升壓用功率開關管正向導通輸入端連接，陽極與第i+1單元的升壓用功率開關管正向導通輸入端連接，依次連接到第n單元。對上述的電路采用如下的控制方法給定每個升壓斬波單元的升壓用功率開關管相同的開關周期，載波相位相同，并根據要求和實際情況給定其占空比的下限和上限，并采用如下的轉速電流雙閉環控制根據采樣得到的電機轉速值和轉速給定值通過轉速外環PI調節得到一個電流給定值，將該值乘以1/n后，得到每組電流環PI控制的電流給定值；若每組換流用功率開關管均斷開，則每組電流環PI控制的電流反饋信號選用每組升壓斬波電路單元各自的輸入電流值，否則，該電流反饋信號采用每個升壓斬波電路單元輸入電流平均值；其中，對于換流用功率開關管的控制采用如下的控制策略當給定每組升壓斬波單元升壓用功率開關管的占空比均同時達到上限時，判定最后一個編號換流用功率開關管是否導通，若未導通，則依次按照從第n-1個換流用功率開關管到第1個換流用功率開關管的順序，根據轉速環響應要求，逐步延遲導通換流用功率開關管；若在導通其中一個換流用功率開關管的延遲過程中，給定每組升壓斬波單元升壓用功率開關管的占空比不再同時達到上限時，則停止導通當前正在處理的換流用功率開關管，并保持其余換流用功率開關管的通斷狀態不變；當給定每組升壓斬波單元升壓用功率開關管的占空比均同時達到下限時，判定第一個編號換流用功率開關管是否斷開，若未斷開，則依次按照從第1個換流用功率開關管到第n-1個的換流用功率開關管順序，根據轉速環響應要求，逐步延遲斷開換流用功率開關管；若在斷開其中一個換流用功率開關管的延遲過程中，給定每組升壓斬波單元升壓用功率開關管的占空比不再同時達到下限時，則停止斷開當前正在處理的換流用功率開關管，并保持其余換流用功率開關管的通斷狀態不變；當給定每組升壓斬波單元升壓用功率開關管的占空比均在上限和下限之間時，保持全部換流用功率開關管的通斷狀態不變。
全文摘要
本發明屬于電機控制領域，涉及一種級聯型升壓斬波電路的控制方法，該方法所涉及的級聯型升壓斬波電路由普通升壓斬波電路、以及連接在升壓斬波電路單元之間的級聯用二極管和換流用功率開關管組成；本發明針對采用級聯型升壓斬波電路為調速環節的永磁風力發電系統，提出一種控制方法，該方法采用轉速電流雙閉環結構，通過對輸出占空比的判斷給定換流信號，實現級聯升壓斬波電路運行狀態的改變，從而擴展調速范圍。本發明采用傳統的轉速電流雙閉環形式，不增加復雜的控制算法，僅采用PI控制算法，便于處理器運行，具有方法簡單，可靠性高的特點。
文檔編號H02J3/38GK101854065SQ201010189949
公開日2010年10月6日 申請日期2010年6月2日 優先權日2010年6月2日
發明者史婷娜, 夏長亮, 王志強 申請人:天津大學