[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电技术，特别涉及一种基于Z源逆变器的永磁同步机风力发电系统和控制方法。

背景技术

风力发电由于发电成本低，使用范围广阔，是新能源发电中极具前景的一种。按风力发电机特点主要分为双馈式风力发电方式和直驱式风力发电方式，虽然双馈式是风力发电的主流方式，但直驱式风力发电更具有优势:如省去庞大的变速齿轮箱，在效率和材料上大为减少；在更宽的风速变化范围内捕获风能，提高风能的利用率；实现发电机与网侧完全隔离，避免受到网侧过电流冲击和谐波影响等，将是风力发电的发展趋势。按负载侧特点包括并网发电系统和独立发电系统两种。其中的电力电子装置—逆变器或功率变换器在风力发电中起到的关键作用，是实现风力发电机与负载进行能量传递的重要环节，它的转换效率、发电质量、运行的可靠性及成本影响着风力发电系统。

应用于永磁同步发电机风力发电系统中的功率变换器拓扑结构，一般是全功率变换器构成的双级结构。比较双极结构和单极结构，说明后者优点，风力发电机所产生的功率受到了风速的影响，具有间歇性和不确定性。

发明内容

本发明是针对风力发电受风速影响，易产生波动的问题，提出了一种基于Z源逆变器的永磁同步机风力发电系统和控制方法，能够避免因风速变化出现风力发电机输出电压波动，对直流母线电压带来的影响，维持直流母线电压稳定。采用单级结构的Z源逆变器，可实现对风能的最大功率捕获，升压和逆变，有转换效率高、结构简单、运行可靠的特点。

本发明的技术方案为：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。

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，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值与基准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；