[发明专利]基于Z源逆变器的永磁同步机风力发电系统和控制方法

权利要求书

1.一种基于Z源逆变器的永磁同步机风力发电系统，包括风力发电机组，风力发电机组发出的电能经过整流电路后变换为直流电，输入到三相Z源逆变器变换为电压稳定的交流电，最后向电网或负载供电，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统包括最大功率跟踪控制单元、电容电压稳定控制单元和并网逆变控制单元，电容电压稳定控制单元：为由两个电感和两个电容交叉连接构成的二端网络，即Z源网络；并网逆变控制单元：包括三相逆变器、SPWM脉宽调制电路和电压电流双闭环解耦控制器；由Z源网络和三相逆变器组成三相Z源逆变器；最大功率跟踪控制单元：风力发电机输出有功功率和转速估计器输入到最大功率跟踪控制器；电容电压稳定控制单元中直流电压信号、基准值电压信号、逆变器侧交流电流信号输入到电压电流双闭环解耦控制器，电压电流双闭环解耦控制器输出、最大功率跟踪控制器输出和三角载波输入到SPWM脉宽调制电路中，SPWM脉宽调制电路输出触发脉冲信号到三相Z源逆变器，调整三相Z源逆变器输出交流电。

2.一种基于Z源逆变器的永磁同步机风力发电系统的控制方法，包括基于Z源逆变器的永磁同步机风力发电系统，其特征在于，具体包括如下方法：

1）由两个电感和两个电容交叉连接构成的二端网络输出电压值与基准电压值的差值作为电压电流双闭环解耦控制器的电压输入，电网输出端电流直流分量和交流分量为电流输入，电流内环采用PI调节器，并采用状态反馈解耦控制，电压外环采用PI调节器控制，

电压电流双闭环解耦控制器输出：

                

                 

K_P、K_I为比例和积分环节增益，i_d^*、i_q^*为电流指令值，通过u_d、u_q形成三相调制波对网侧逆变器交流侧电压进行控制，ω是电网角频率， L是电感值，e_d和e_q是交流侧电压经坐标变换后值；

2）最大功率跟踪控制系统控制方法:首先在额定风速以下运行，参照风机厂商提供的测量数据，得到最大功率曲线图；然后根据当前测得风力发电机输出有功功率，查表得出参考转速ω_ref，再和前一时刻发电机输出功率相比较，如果功率增加，可叠加转速增量△ω，直至功率减小，再减小转速增量△ω，经过数次循环调整后找到最大功率点对应的转速值，推算得出参考值再与转速值比较后，经过计算得到电流参考值，再与实际电流值相比较后，输出作为直通占空比d₀信号，将与调制波信号进行叠加，最终生成脉冲宽度调制信号，具体为：通过采用一组直线作为直通调制波来产生直通零矢量，当调制波的调制度M增大时，直通占空比将减小，下直通占空比上限是1-M，当三角载波大于上侧直通调制波V_p或者小于下侧直通调制波V_n时，输出直通零矢量，由于两侧直通调制波间距不变，直通占空比d₀始终保持恒定，得到的直通零矢量与传统PWM脉冲相叠加，得到控制三相逆变器的控制信号，控制供电输出。