[发明专利]一种永磁同步风力发电机并网系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电并网系统，尤其是涉及一种永磁同步风力发电机并网系统。

背景技术

目前工业上应用的兆瓦级变速恒频的永磁同步风力发电系统，既适用于陆地风电场，也适用于海上风电场。风力发电机组的变速范围宽，省去了故障率高的齿轮箱，可靠性好，发电机与电网电气隔离。其中的永磁同步发电机(permant magnetsynchronous generator，PMSG)采用永磁体励磁，不需要励磁绕组及电刷和滑环，结构简单可靠，发电效率高。采用稀土永磁可增大气隙磁密，缩小电机体积，提高电机的功率密度。近年来高性能永磁材料制造工艺提高，高性能稀土永磁材料钕铁硼(NdFeB)逐渐引入风电机组，PMSG的性价比进一步提高。

直驱式永磁同步风力发电机一般采用多极低速结构，一种典型的并网电路是：定予PWM变换器+直流侧电容+并网PWM变换器，在整流部分采用PWM整流技术，控制方法灵活，有利于实现对永磁电机的最大转矩、最大效率、最小损耗控制，不足之处是并网电压仍然较低，仍需通过电力变压器升压再并网。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种永磁同步风力发电机并网系统，该系统结合固态变压器(solid state transformer，SST)的结构，采用高频变压器代替原有的工频变压器，以实现高压并网，而且采用超级电容储能，使系统具有良好的低电压运行性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种永磁同步风力发电机并网系统，包括风力机、永磁同步发电机、发电机侧变流器、直流升压模块、电网侧变流器、储能模块和控制模块，所述的风力机、永磁同步电机、发电机侧变流器、直流升压模块和电网侧变流器依次连接，发电机侧变流器与直流升压模块之间并联有第一电容，直流升压模块与电网侧变流器之间并联有第二电容，所述的储能模块并联在第二电容与电网侧变流器之间，所述的控制模块分别与发电机侧变流器、直流升压模块、电网侧变流器以及储能模块连接；风力机将风能转化为机械能，驱动永磁同步发电机输出电能，发电机侧变流器将永磁同步发电机输出的交流电整流为直流电，再通过直流升压模块升压，再经由电网侧变流器逆变为恒频恒压的交流电后送入电网。

所述的直流升压模块包括依次连接的单相全桥逆变电路、高频变压器和单相全桥整流电路。

所述的储能模块为crowbar储能电路，该crowbar储能电路包括由第一功率器件和第二功率器件同向串联组成的双向半桥buck-boost电路、电感、电阻以及超级电容，所述的双向半桥buck-boost电路的两端分别连接第二电容的两端，所述的电感、电阻和超级电容串联后，并联在第二功率器件的两端。

所述的第一功率器件和第二功率器件为IGBT、IGCT或电力MOSFET。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、用高频变压器结构替换常规的工频电力变压器并网，并网电压大幅升高，相当于将升压变压器整合到变频器中，电压升高后电流减小，发热损耗降低；

2、由于采用了高频变压器，实现了风电系统整流和逆变部分的电气隔离；

3、增加的超级电容可以在电网电压跌落时，将直流侧多余的能量储存在超级电容中，以增强风电系统的低电压运行能力。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为直流升压模块的电路图；

图3为crowbar储能电路的电路图；

图4为发电机侧变流器的解耦控制图；

图5为电网侧变流器的解耦控制图；

图6为本发明并网电压和电流的波形图；其中图6(a)为0～0.3s的波形图；图6(b)为0.6～0.9s的波形图；图6(c)为1.1～1.4s的波形图；

图7为本发明并网有功功率和功率因数的曲线图；其中图7(a)为功率的波形图，图7(b)为功率因数的波形图；

图8为本发明未增加储能器件时的仿真结果图；其中图8(a)为并网点的电压波形图，图8(b)为直流侧电压波形图，图8(c)为发电机转速波形图；

图9为本发明增加了超级电容后的仿真结果图；其中图9(a)为直流侧电压波形图，图9(b)为发电机转速波形图；图9(c)为并网电流波形图，图9(d)并网功率波形图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例