[发明专利]一种变频控制风力发电系统的拓扑结构和控制方法

权利要求书

1.一种变频控制风力发电系统的拓扑结构，其特征在于包括有与风轮机（7）连接的三相发电机（6）和与电网（4）连接的并网变压器（5），所述三相发电机（6）定子三相发电绕组输出端与并网变压器（5）之间连接有基于全控功率器件构成共用母线结构的能量双向流动的脉宽调制控制的双PWM变频器（1），所述双PWM变频器（1）为三相输入输出结构，所述双PWM变频器（1）两端并联有基于机械开关配合晶闸管或带同步开关功能的并网开关（2），所述双PWM变频器（1）包括有顺次连接的电机侧变频器（11）和电网侧变频器（12），所述电机侧变频器（11）输入端各线与并网开关（2）输入端各线对应连接后与三相发电机（6）三相发电绕组输出端对应连接，所述电网侧变频器（12）输出端各线与并网开关（2）输出端各线对应连接后连接在并网变压器（5）上，所述风力发电系统拓扑结构还包括有用于控制双PWM变频器（1）逆变并网或者运行在静止无功发生器模式的控制器（3），所述控制器（3）分别与双PWM变频器（1）控制门极、并网开关（2）控制端连接，所述控制器（3）上还连接有用于检测发电机输出的三相电流电压、并网开关（2）靠电机侧三相电流和并网变压器（5）二次侧三相电流电压的电量检测模块（31）。

2.根据权利要求1所述的一种变频控制风力发电系统的拓扑结构，其特征在于所述双PWM变频器（1）为基于全控器件如IGBT、IGCT或GTO的两电平双PWM变频器。

3.根据权利要求1所述的一种变频控制风力发电系统的拓扑结构，其特征在于所述双PWM变频器（1）为基于全控器件如IGBT、IGCT或GTO的三电平双PWM变频器。

4.根据权利要求1所述的一种变频控制风力发电系统的拓扑结构，其特征在于所述并网开关（2）包括有第一晶闸管（21）、第二晶闸管（22）、断路器（23），所述第一晶闸管（21）门极、第二晶闸管（22）门极和断路器（23）控制端分别与控制器（3）连接，所述第一晶闸管（21）与第二晶闸管（22）反并联后与断路器（23）并联连接。

5.一种变频控制风力发电系统的控制方法，其特征在于包括有如下步骤：

电量检测模块（31）实时检测发电机输出的三相电流电压、并网开关（2）靠电机侧三相电流和并网变压器（5）二次侧三相电流电压，控制器（3）计算有功无功，并控制并网开关的通断和双PWM变频器在不同功率段下工作模式的切换；

低风速小功率段，控制器（3）控制并网开关(2)断开，电机侧变频器（11）以全功率力矩控制方式进行风轮机的最佳尖速比控制运行获取最大风能，将发电机变速运行得到的变压变频的交流电能转化成直流电能；电网侧变频器（12）把该直流电能变化成定频、定压交流电送入电网；

高风速大功率段，控制器（3）控制并网开关（2）闭合，由发电机的三相发电绕组输出端直接输出，实现异步感应发电机的超同步运行或永磁、电励磁同步发电机的同步并网运行，所有发电机的有功通过并网开关（2）直接送入电网；而被并网开关（2）短路并网到并网变压器（5）二次侧的电机侧变频器（11）和电网侧变频器（12）实现并联运行，控制器（3）控制该双PWM变频器（1）运行在追踪电网电压的静止无功发生器模式进行风电单机的无功调节。