[发明专利]变速恒频双转子永磁风力发电机并网控制系统及方法

说明书

 技术领域

本发明涉及一种变速恒频双转子永磁风力发电机并网控制系统及方法，属于新能源发电技术领域。

 背景技术

变速恒频发电是20世纪末发展起来的一种全新高效发电方式，适用于风力、水电等可再生能源开发利用，此外，由于变速恒频技术可实现发电机组与电网系统之间良好的柔性连接，故而在风力发电领域得到广泛应用。目前国际上使用较多的变速恒频风力发电系统有采用双馈感应发电机的双馈风力发电系统以及采用低速直驱式永磁同步电机的永磁直驱发电系统，在实现并网的问题上，考虑到同步电机与电力系统之间的连接为刚性连接，并网条件比较苛刻，发电机输出的频率完全取决于原动机的速度，与其励磁无关，并网前发电机的电压需要与电网严格同步，并网后也必须保持转速恒定；而双馈异步电机并网则对于机组的精度要求降低，并网后不会震荡失步，并网方式也较多，要求转速接近同步速并网，可根据电网电压和发电机转速来调节励磁电流，进而调节发电机输出电压来满足并网条件，可实现变速条件下并网，实现与电力系统之间的柔性连接，两者相比较而言，双馈发电系统并网更具优势。

同时相比于目前比较成熟的三灯法并网，在发电机与电网间接入同步指示器，根据同步指示器的变化情况判断是否满足并网条件，其优点是可以直接看出发电机与电网频率的高低情况，投入电网瞬间电网与电机没有冲击，故而使用较多，缺点则是整步的过程比较复杂，难于操作。

发明内容

本发明提供了一种变速恒频双转子永磁风力发电机并网控制系统及方法，使其并网更加安全可靠。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种变速恒频双转子永磁风力发电机并网控制系统，包括风力机、双转子永磁风力发电机、发电机侧功率变换器、网侧功率变换器以及并网控制系统，其中，风力机与双转子永磁风力发电机同轴连接，双转子永磁风力发电机内转子输出端与发电机侧功率变换器、直流电容环节以及网侧功率变换器顺序连接，双转子永磁风力发电机定子输出端与并网控制系统连接，并网控制系统另一端与电网直接连接；所述并网控制系统包括并网控制信号发生装置、开关、熔断器及滤波器，开关、熔断器和滤波器顺序连接，并网控制信号发生装置发出控制信号直接驱动开关通断。

所述的变速恒频双转子永磁风力发电机并网控制系统的控制方法，是双转子永磁风力发电机并网之前，与双转子永磁风力发电机内转子绕组连接的发电机侧功率变换器不工作，双转子永磁风力发电机定子端空载，风力机在风力驱动下起动并拖动双转子永磁风力发电机内转子旋转，在双转子永磁风力发电机齿槽力矩的作用下，双转子永磁风力发电机的外转子会随着其内转子以一个较低的速度旋转，内、外两个转子存在转速差，此时启动与内转子绕组相接的功率变换器，进行并网控制；根据双转子永磁风力发电机的数学模型，考虑定子端空载时，忽略定子电阻，采用定子磁链定向时，定子端电压矢量滞后磁链90度，且双转子永磁风力发电机的定子直轴磁链和交轴磁链满足                                                =，=0, 直轴电流和交轴电流满足i_ds= i_qs，其中：和分别表示发电机定子直轴磁链和交轴磁链，表示定子磁链定向情况下的理想的定子直轴磁链，i_ds和i_qs表示电机定子绕组直轴电流和交轴电流；得到定子端空载运行时发电机的数学模型如下：

  （1）

式中，和分别表示双转子永磁风力发电机定子直轴电压和交轴电压；和分别表示发电机内转子直轴电压和交轴电压；和分别表示发电机永磁外转子在内转子绕组中产生的永磁磁链以及定子绕组中产生的永磁磁链；和分别表示发电机内转子绕组直轴电流和交轴电流； 表示发电机内转子内阻； 表示发电机外转子机械转速； 表示发电机内转子机械转速； 表示发电机外转子与内转子的转速差；表示发电机定子与内转子间互感；表示发电机内转子电感；、表示发电机定子以及内转子的转动惯量；表示风力机机械转矩；

针对此双转子永磁风力发电机空载时的数学模型（1）式指定此时的并网控制方法，需满足：

                      （2）