[实用新型]双馈风力发电机控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及电力控制领域，具体地说是一种双馈风力发电机控制系统。

背景技术

中国的风力发电设备制造起步较晚，大量的风电控制设备都必须从国外进口，随着国内风电需求的快速增长及其广阔前景吸引了国外风机制造商纷纷进入国内设厂。目前国内风机制造企业虽然逐步增多，但多数是购买欧洲制造企业的技术许可证，例如风电变流器的技术许可，风机控制核心技术依然牢牢控制在外资企业手中。国内庞大的风电市场急需有自主知识产权的风机控制系统产品的出现，用以代替国外品牌同类产品。

风电主控制系统和变流器系统的研发必然需要相应的实验平台，最理想的实验平台是1∶1模拟双馈风力发电机实验平台，也就是具有1.5～2MW的电动机及其拖动变频器、双馈风力发电机及并网主电路，搭建这样的平台耗资巨大，搭建周期也长，并非所有公司都能承受。

小容量(30kW)的小电机试验平台，能够控制电动机以设定好的风速曲线运行，其变流器控制系统能够为发电机电机提供励磁电流，进行空载并网和功率试验，完全能够验证功率解耦控制。因此，一套能够模拟电动机运行和发电机变速恒频控制的双馈风力发电机控制系统可以实现对控制算法和控制策略的验证。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种适用于小型(30kW)风力发电机试验平台模拟控制的双馈风力发电机控制系统。

为此，本实用新型采用的技术方案是：双馈风力发电机控制系统，包括变频器，其特征在于所述的变频器与一PLC控制器进行双向通信，变频器的三相输出接电动机，电动机带动发电机，PLC控制器通过以太网与一上位机相连，所述的上位机装有电动机控制软件，上位机通过以太网与一励磁变流器的控制器相连，该控制器输出驱动脉冲信号给励磁变流器，所述的励磁变流器包括网侧变流器和通过直流母线与其连接的机侧变流器，网侧变流器与交流电网连接，机侧变流器连接发电机的转子，发电机的定子通过并网开关与交流电网相连。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本实用新型采取以下技术措施：

上述的双馈风力发电机控制系统，网侧变流器通过其三相全桥IPM模块与所述的交流电网连接，两者之间依次串联一LCL滤波电路和网侧接触器；机侧变流器通过其三相全桥IPM模块与所述的发电机转子连接，两者之间串联一du/dt滤波电路，du/dt滤波电路与发电机转子之间并联有crowbar电路和RC滤波电路。

上述的双馈风力发电机控制系统，PLC控制器包括总控制器(简称MP)和通过485总线与总控制器相连的数字量输入板(简称DI)、模拟量输入板(简称AI)、数字量输出板(简称DO)和模拟量输出板(简称AO)，数字量输入板和模拟量输入板与变频器的信号输出端连接，数字量输出板和模拟量输出板与变频器的输入控制信号端连接，总控制器通过以太网与所述的上位机连接。

上述的双馈风力发电机控制系统，励磁变流器的控制器包括控制模块和通讯控制卡，两者之间通过CAN网连接，通讯控制卡通过以太网与上位机连接，与电动机控制软件实现通讯，控制模块输出驱动脉冲信号给励磁变流器。

上述的双馈风力发电机控制系统，直线母线上并联直流储能电容，交流电网与直流母线之间接有预充电电路，当该控制系统长时间停机后第一次启动时，通过预充电电路给直流储能电容充电，使励磁变流器能正常启动。

本实用新型模拟电动机驱动的原理为：通过电动机软件设定转速(转矩)-时间曲线，该曲线下载到MP中运行，MP控制DO输出，使变频器以转矩或转速方式运行，MP控制AO输出连续变化的模拟信号，该模拟信号即是实时的转速(转矩)值。该值控制变频器到电动机的输出电流，从而控制电动机按设定好的转速(转矩)-时间曲线进行连续的运转。电动机拖动发电机转动，可以控制发电机以任意转速变化运行。

本实用新型模拟变流器励磁的原理为：励磁变流器的网侧变流器控制直流电压维持在750V左右，机侧变流器根据发电机转速，提供频率、幅值变化的转子励磁电流，控制发电机定子电压幅值、相位、频率保持稳定，实现所谓“变速恒频”控制。当同期条件满足后，可以实现自动并网(也可以手动并网)。

本实用新型模拟最大风能追踪的原理为：在转矩-曲线控制模式下，MP逻辑可以根据当前的转矩、转速曲线，估算出发电机所能发出的最大功率，并以通讯的方式将功率值传递给励磁变流器，励磁变流器根据下发的功率值进行实时的调整，实现最大风能追踪功能，这也模拟了现在双馈风机主控与变流器的主要控制模式。