專利名稱：變速恒頻雙轉子永磁風力發(fā)電機并網(wǎng)控制系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種變速恒頻雙轉子永磁風力發(fā)電機并網(wǎng)控制系統(tǒng)及方法，屬于新能源發(fā)電技術領域。
背景技術：
變速恒頻發(fā)電是20世紀末發(fā)展起來的一種全新高效發(fā)電方式，適用于風力、水電等可再生能源開發(fā)利用，此外，由于變速恒頻技術可實現(xiàn)發(fā)電機組與電網(wǎng)系統(tǒng)之間良好的柔性連接，故而在風力發(fā)電領域得到廣泛應用。目前國際上使用較多的變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)有采用雙饋感應發(fā)電機的雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)以及采用低速直驅式永磁同步電機的永磁直驅發(fā)電系統(tǒng)，在實現(xiàn)并網(wǎng)的問題上，考慮到同步電機與電力系統(tǒng)之間的連接為剛性連接，并網(wǎng)條件比較苛刻，發(fā)電機輸出的頻率完全取決于原動機的速度，與其勵磁無關，并網(wǎng)前發(fā)電機的電壓需要與電網(wǎng)嚴格同步，并網(wǎng)后也必須保持轉速恒定；而雙饋異步電機并網(wǎng)則對于機組的精度要求降低，并網(wǎng)后不會震蕩失步，并網(wǎng)方式也較多，要求轉速接近同步速并網(wǎng)，可根據(jù)電網(wǎng)電壓和發(fā)電機轉速來調節(jié)勵磁電流，進而調節(jié)發(fā)電機輸出電壓來滿足并網(wǎng)條件，可實現(xiàn)變速條件下并網(wǎng)，實現(xiàn)與電力系統(tǒng)之間的柔性連接，兩者相比較而言，雙饋發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)更具優(yōu)勢。同時相比于目前比較成熟的三燈法并網(wǎng)，在發(fā)電機與電網(wǎng)間接入同步指示器，根據(jù)同步指示器的變化情況判斷是否滿足并網(wǎng)條件，其優(yōu)點是可以直接看出發(fā)電機與電網(wǎng)頻率的高低情況，投入電網(wǎng)瞬間電網(wǎng)與電機沒有沖擊，故而使用較多，缺點則是整步的過程比較復雜，難于操作。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種變速恒頻雙轉子永磁風力發(fā)電機并網(wǎng)控制系統(tǒng)及方法，使其并網(wǎng)更加安全可靠。本發(fā)明為解決其技術問題采用如下技術方案
一種變速恒頻雙轉子永磁風力發(fā)電機并網(wǎng)控制系統(tǒng)，包括風力機、雙轉子永磁風力發(fā)電機、發(fā)電機側功率變換器、網(wǎng)側功率變換器以及并網(wǎng)控制系統(tǒng)，其中，風力機與雙轉子永磁風力發(fā)電機同軸連接，雙轉子永磁風力發(fā)電機內轉子輸出端與發(fā)電機側功率變換器、直流電容環(huán)節(jié)以及網(wǎng)側功率變換器順序連接，雙轉子永磁風力發(fā)電機定子輸出端與并網(wǎng)控制系統(tǒng)連接，并網(wǎng)控制系統(tǒng)另一端與電網(wǎng)直接連接；所述并網(wǎng)控制系統(tǒng)包括并網(wǎng)控制信號發(fā)生裝置、開關、熔斷器及濾波器，開關、熔斷器和濾波器順序連接，并網(wǎng)控制信號發(fā)生裝置發(fā)出控制信號直接驅動開關通斷。所述的變速恒頻雙轉子永磁風力發(fā)電機并網(wǎng)控制系統(tǒng)的控制方法，是雙轉子永磁風力發(fā)電機并網(wǎng)之前，與雙轉子永磁風力發(fā)電機內轉子繞組連接的發(fā)電機側功率變換器不工作，雙轉子永磁風力發(fā)電機定子端空載，風力機在風力驅動下起動并拖動雙轉子永磁風力發(fā)電機內轉子旋轉，在雙轉子永磁風力發(fā)電機齒槽力矩的作用下，雙轉子永磁風力發(fā)電機的外轉子會隨著其內轉子以一個較低的速度旋轉，內、外兩個轉子存在轉速差，此時啟動與內轉子繞組相接的功率變換器，進行并網(wǎng)控制；根據(jù)雙轉子永磁風力發(fā)電機的數(shù)學模型，考慮定子端空載時，忽略定子電阻，采用定子磁鏈定向時，定子端電壓矢量滯后磁鏈90度，且雙轉子永磁風力發(fā)電機的定子直軸磁鏈和交軸磁鏈滿足
Wds = W1=0，直軸電'流和交軸電'流滿足i&= 4，其中#心和^分別表示發(fā)電機
定子直軸磁鏈和交軸磁鏈，ψ{表示定子磁鏈定向情況下的理想的定子直軸磁鏈，』&和&5表示電機定子繞組直軸電流和交軸電流；得到定子端空載運行時發(fā)電機的數(shù)學模型如下
權利要求
1.一種變速恒頻雙轉子永磁風力發(fā)電機并網(wǎng)控制系統(tǒng)，其特征在于包括風力機、雙轉子永磁風力發(fā)電機、發(fā)電機側功率變換器、網(wǎng)側功率變換器以及并網(wǎng)控制系統(tǒng)，其中，風力機與雙轉子永磁風力發(fā)電機同軸連接，雙轉子永磁風力發(fā)電機內轉子輸出端與發(fā)電機側功率變換器、直流電容環(huán)節(jié)以及網(wǎng)側功率變換器順序連接，雙轉子永磁風力發(fā)電機定子輸出端與并網(wǎng)控制系統(tǒng)連接，并網(wǎng)控制系統(tǒng)另一端與電網(wǎng)直接連接；所述并網(wǎng)控制系統(tǒng)包括并網(wǎng)控制信號發(fā)生裝置、開關、熔斷器及濾波器，開關、熔斷器和濾波器順序連接，并網(wǎng)控制信號發(fā)生裝置發(fā)出控制信號直接驅動開關通斷。
2.一種基于權利要求I所述的變速恒頻雙轉子永磁風力發(fā)電機并網(wǎng)控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，雙轉子永磁風力發(fā)電機并網(wǎng)之前，與雙轉子永磁風力發(fā)電機內轉子繞組連接的發(fā)電機側功率變換器不工作，雙轉子永磁風力發(fā)電機定子端空載，風力機在風力驅動下起動并拖動雙轉子永磁風力發(fā)電機內轉子旋轉，在雙轉子永磁風力發(fā)電機齒槽力矩的作用下，雙轉子永磁風力發(fā)電機的外轉子會隨著其內轉子以一個較低的速度旋轉，內、外兩個轉子存在轉速差，此時啟動與內轉子繞組相接的功率變換器，進行并網(wǎng)控制；根據(jù)雙轉子永磁風力發(fā)電機的數(shù)學模型，考慮定子端空載時，忽略定子電阻，采用定子磁鏈定向時，定子端電壓矢量滯后磁鏈90度，且雙轉子永磁風力發(fā)電機的定子直軸磁鏈和交軸磁鏈滿足Wds = W1，Ψ” =0直軸電流和交軸電流滿足i&= 4，其中分別表示發(fā)電機定子直軸磁鏈和交軸磁鏈，ψ\表示定子磁鏈定向情況下的理想的定子直軸磁鏈，和iqs表示電機定子繞組直軸電流和交軸電流；得到定子端空載運行時發(fā)電機的數(shù)學模型如下
3.根據(jù)權利要求2所述的變速恒頻雙轉子永磁風力發(fā)電機并網(wǎng)控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述并網(wǎng)控制方法是將矢量變換技術應用到并網(wǎng)控制中，對于發(fā)電機側功率變換器進行控制以調節(jié)變速恒頻雙轉子永磁風力發(fā)電機定子端輸出電壓；并網(wǎng)前，采集變速恒頻雙轉子永磁風力發(fā)電機內轉子三相電流U、&作為矢量變換的輸入信號，輸出同步旋轉坐標系下的內轉子繞組直軸電流信號^■和交軸電流信號~，作為輸入信號參與直軸參考電壓4和交軸參考電圧 的計算，同時通過電壓傳感器采集電網(wǎng)側三相電壓信號作為鎖相環(huán)模塊的輸入信號，輸出電網(wǎng)電壓的位置信號巧、頻率信號i同時通過變速恒頻雙轉子永磁風力發(fā)電機內轉子測速裝置采集內轉子的轉速》i和位置信號肖，并網(wǎng)后根據(jù)電網(wǎng)電壓相位計算得到定子端電壓位置信號P滿足5。=巧+90°，通過頻率力得到轉速0 ，通過電壓幅值K和轉速A以及外轉子在定子繞組感應的永磁磁鏈得到磁鏈砰，滿足Ψι = U1! H ,按照變速恒頻雙轉子永磁風力發(fā)電機空載時滿足的位置S =死-4以及磁鏈關系Ψι =，得到變速恒頻雙轉子永磁風力發(fā)電機內轉子電流的參考信號<,以及參與矢量計算的位置信號即取自變速恒頻雙轉子永磁風力發(fā)電機外轉子和內轉子兩者位置信號的差值￡3,將得到的參考電流<、<與實際的直軸電流信號k和交軸電流信號^相比較，經(jīng)由PI調節(jié)器，考慮電流前饋解耦分量，得到直軸的參考電壓信號< 和交軸的參考電壓信號^，與參與矢量計算的位置信號β—起送入矢量變換環(huán)節(jié)，輸出參與電壓 空間矢量變換的靜止坐標系下兩相參考電壓值<、\ ,與采集到的直流環(huán)節(jié)電壓值—起送入電壓空間矢量SVPWM信號發(fā)生器環(huán)節(jié)，得到調制后的用于驅動電機側功率變換器的空間矢量調制信號，將定子輸出端電壓調節(jié)到滿足并網(wǎng)條件后發(fā)出并網(wǎng)信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種變速恒頻雙轉子永磁風力發(fā)電機并網(wǎng)控制系統(tǒng)及方法，屬于新能源發(fā)電技術領域。該并網(wǎng)控制系統(tǒng)包括風力機、雙轉子永磁風力發(fā)電機、發(fā)電機側功率變換器、網(wǎng)側功率變換器以及并網(wǎng)控制系統(tǒng)組成，其中，并網(wǎng)控制系統(tǒng)由并網(wǎng)控制信號發(fā)生裝置、執(zhí)行信號的開關、熔斷器及濾波器組成。本發(fā)明通過測量模擬風力機的原動機轉速以及對變速恒頻雙轉子永磁風力發(fā)電機內轉子電流的控制來實現(xiàn)對于其定子端輸出電壓的調節(jié)，進而實現(xiàn)變速恒頻雙轉子永磁風力發(fā)電機與電網(wǎng)的柔性連接。電路結構簡單、控制靈活、安全可靠性較高，為雙轉子永磁風力發(fā)電機的并網(wǎng)提供了一種簡單有效的方法。
文檔編號H02J3/38GK102638058SQ201210129710
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月28日 優(yōu)先權日2012年4月28日
發(fā)明者張建忠, 王元元, 程明 申請人:東南大學