[发明专利]双馈风力发电机的太阳能励磁装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电气工程领域，特别涉及到一种利用太阳能来为双馈风力发电机 提供励磁的一种励磁装置及其控制方法。

背景技术

近年来，为了更好地利用绿色能源，人们开始将风力发电和太阳能发电结合 起来，利用它们的各自优势实现互补。主要采取的结合方式为，首先分别实现风 力发电和太阳能发电，然后再将这两个不同的发电单元并联接入电网。风力发电 单元由风车、风力发电机及其励磁装置等装置组成。太阳能发电单元主要由太阳 能电池板、储能装置、逆变器等装置构成。从风电技术的发展来看，目前风力发 电机主要为双馈风力发电机和永磁风力发电机两种，其中双馈风力发电机由于具 有变速恒频和能量双馈的优点，而被广泛应用。对于双馈风力发电机，现有的这 种与太阳能发电并联结合的方式存在有以下缺点：

(1)为了保持电网有功平衡，当风能转化的电能大于电网的需求时，必须 调节风车的桨距，减少转化的风能，或者在电网中另外增加一个容量较大的储能 装置及其充放电控制电路，来吸收风力发电单元产生的多余的电能，这必然会降 低整套发电装置的可靠性，增加控制的复杂性和装置的成本。

(2)风力发电单元产生的多余的电能总是先被送到电网上，再被储能装置 吸收，这必然会影响电网的正常运行，导致电压波动。

(3)在现有的结合方式中，风力发电单元和太阳能发电单元各自单独实施 发电控制，无法形成统一的整体发电控制策略，不利于电网稳定性的提高。

(4)双馈风力发电机的励磁装置中存在有电力变换装置，其逆变功能与太 阳能发电单元中的逆变器的功能相同，这不仅导致了具有相同功能的装置的重复 使用，增加了成本，而且由于电力电子器件的增多，也降低了整个系统的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能提高风能、太阳能的转化效率，增强电网的稳 定性的双馈风力发电机的太阳能励磁装置。本发明的目的还在于提供一种基于双 馈风力发电机的太阳能励磁装置的控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的双馈风力发电机的太阳能励磁装置的构成为：太阳能-电能转化装 置的输出经过电流传感器CT1接至直流变换电路的输入，且电压传感器VT1并联 接在太阳能-电能转化装置的输出端；电流传感器CT1和电压传感器VT1的输出 送至中央处理器；直流变换电路的输出接至直流母线；直流-交流变换电路的直 流侧接至直流母线，其交流侧接至双馈风力发电机的转子绕组；储能装置通过充 放电电路并联在直流母线上；电压传感器VT2并联接在电网中，其输出电压信号 送至中央处理器；测速装置安装在联接双馈风力发电机转子和风车的转轴上，其 输出转速信号送至中央处理器；中央处理器分别向升压电路、直流-交流变换电 路和储能装置的充放电电路提供控制信号。

本发明的双馈风力发电机的太阳能励磁控制方法为：

(1)数据采集、处理：中央处理器通过电压、电流传感器和测速装置对转 化的太阳能、电网电压和双馈风力发电机转子转速等数据进行检测，判断当前电 网的运行状态和风能、太阳能的大小；

(2)升压电路控制：中央处理器向升压电路发出控制信号，将太阳能-电能 转化装置输出的电能送至直流母线；

(3)判断有功是否平衡：中央处理器通过分析当前电网电压频率的大小， 判断出电网有功功率是否平衡，如果频率值位于允许的范围内，则认为电网有功 平衡，跳转至步骤(10)；如果频率值超出允许范围，则认为电网有功不平衡， 执行步骤(4)；

(4)判断有功是否不足：当频率值小于允许值时，为有功不足，中央处理 器计算出有功补偿值，执行步骤(5)；当频率值大于允许值时，为有功过剩，中 央处理器计算出有功多余值，执行步骤(8)；

(5)判断太阳能是否充足：中央处理器通过将太阳能-电能转化装置的输出 功率与计算出的有功补偿值进行比较，判断出太阳能转化的电能是否能满足有功 补偿的需求，如果能满足补偿，则执行步骤(6)，否则执行步骤(7)；

(6)太阳能提供补偿，储能装置充电：中央处理器向直流-交流变换电路发 出控制信号，使该变换电路处于逆变工作状态，将直流母线上的直流电能变换成 双馈风力发电机转子绕组所需的交流电能，进而发电机输出的有功功率满足电网 的有功需求；同时中央处理器向储能装置的充放电电路发出控制信号，使其处于 充电状态，储能装置吸收多余的太阳能转化来的电能；跳转至步骤(9)；