一种基于开绕组降容结构的风力发电系统及其控制方法

摘要

本发明公开了一种基于开绕组降容结构的风力发电系统，包括一台风力发电机、两台机侧变流器和一个控制器；机侧变流器为三相六桥臂结构，其中机侧变流器J1每个桥臂由至少一个不控型器件串联组成，机侧变流器J2每个桥臂由至少一个全控型器件串联组成；风力发电机任一相绕组的一端与机侧变流器J1中对应相上下桥臂的中心接点相连，另一端与机侧变流器J2中对应相上下桥臂的中心接点相连。本发明利用开绕组发电机结构以及小容量全控变流器实现了对开绕组永磁电机的控制，降低了变流器的容量以及器件的电压应力，减少了系统的成本。本发明还公开了上述风力发电系统的控制方法。

主权项

一种基于开绕组降容结构的风力发电系统的控制方法，所述的风力发电系统包括一台风力发电机、两台机侧变流器和一个控制器；所述的机侧变流器为三相六桥臂结构，其中：第一机侧变流器每个桥臂由至少一个不控型器件串联组成，第二机侧变流器每个桥臂由至少一个全控型器件串联组成；所述的风力发电机具有三相绕组；任一相绕组的一端与第一机侧变流器中对应相上下桥臂的中心接点相连，另一端与第二机侧变流器中对应相上下桥臂的中心接点相连；所述的机侧变流器直流输出侧并联有母线电容；所述的控制器用于采集风力发电机的端电压和相电流以及第二机侧变流器的直流母线电压，并根据这些信号构造出一组PWM信号以对第二机侧变流器进行控制；所述的控制方法包括如下步骤：(1)采集风力发电机的端电压和相电流以及第二机侧变流器的直流母线电压；根据所述的端电压和相电流利用反电势估测法估算出风力发电机的转速和转子位置角，进而根据所述的转子位置角对相电流进行dq变换，得到相电流的有功轴电流分量和无功轴电流分量；(2)根据所述的转速、有功轴电流分量和无功轴电流分量基于以下算式计算出风力发电机的实际输出功率、有功轴电压补偿量和无功轴电压补偿量：Δu_sq＝ω_sΨ_f‑ω_sL_sdi_sdΔu_sd＝ω_sL_sqi_sq$P=\frac{3}{2}{n}_p{\omega }_s[{\Psi }_f{i}_{\mathrm{sq}}+(L_{\mathrm{sd}}-L_{\mathrm{sq}})i_{\mathrm{sd}}{i}_{\mathrm{sq}}]$其中：P为风力发电机的实际输出功率，Δu_sd和Δu_sq分别为无功轴电压补偿量和有功轴电压补偿量，ω_s为风力发电机的转速，L_sd和L_sq分别为风力发电机直轴电感和交轴电感，i_sd和i_sq分别为无功轴电流分量和有功轴电流分量，Ψ_f为风力发电机的转子磁链，n_p为风力发电机的极对数；(3)根据所述的实际输出功率、有功轴电流分量、无功轴电流分量、有功轴电压补偿量和无功轴电压补偿量，通过基于无功轴电流为零的矢量控制算法计算出有功轴电压指令和无功轴电压指令，具体过程如下：a.使设定的目标输出功率减去所述的实际输出功率，得到功率误差；b.对所述的功率误差进行PI调节，得到有功轴电流指令，并令无功轴电流指令为零；c.使有功轴电流指令和无功轴电流指令分别减去有功轴电流分量和无功轴电流分量，得到有功轴电流误差和无功轴电流误差；d.对有功轴电流误差和无功轴电流误差分别进行PI调节，得到两个输出结果；使有功轴电压补偿量和无功轴电压补偿量分别减去这两个输出结果，得到有功轴电压指令和无功轴电压指令；(4)根据所述的有功轴电压指令、无功轴电压指令以及第二机侧变流器的直流母线电压，利用SVPWM方法生成一组PWM信号以对第二机侧变流器进行控制。