[发明专利]多定子绕组永磁同步风力发电系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种新型多通道变换器馈电多定子绕组永磁同步风力发电系统，属于风力发电技术领域。

背景技术

随着全球经济的迅速发展和工业规模的不断扩大，能源短缺和环境恶化已成为全球性的两大难题。风力发电技术是目前新能源发电技术中最有前景，且目前应用最多的发电技术，随着风电场在电力系统领域所占比例加重，人们对风力发电技术也有了更高的要求。目前应用的风力发电机大多采用单定子结构，通过单通道功率变换器传送功率入网。这种传统单通道永磁同步发电系统输出功率脉动较大，不平稳，容易产生很大的冲击电流，污染电网。而已有的多通道变换器馈电多绕组风力发电系统也都是基于单定子发电机结构，而且其在电机侧和电网侧操作都是基于不同通道变换器简单的并联运行，未对电机侧不同绕组进行交错控制来减小发电机转矩脉动，也未考虑将不同通道变换器在电网侧通过多电平变换器进行级联。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种多定子绕组永磁同步风力发电系统及其控制方法，该系统以及控制方法实现更小的发电机转矩脉动和更好的并网电流性能，设计了针对多定子多绕组发电机的移相控制操作，减小了由于大功率变换器较低开关频率引起的转矩脉动。在电网侧采用了二极管中点箝位式多电平变换器，得到多电平的输出电压，输出电压波形更接近正弦,谐波含量少,电压变化率小,有更高的额定电压等级和更大的输出容量。在电机侧采用了多组两电平变换器级联，可具有更高的电压等级，且能够与多定子电机的独特多绕组结构相配合。

为了实现以上目的，本发明的技术方案如下：

新型多定子绕组永磁同步风力发电系统，包括多定子绕组永磁同步电机、电机侧交直流变换器、滤波电容、并网侧逆变器和并网电感；

其中，多定子绕组永磁同步电机含有N个定子；

多定子绕组永磁同步电机的N个定子绕组的三相交流输出端连接对应的N个电机侧交直流变换器的交流输入端，所有电机侧交直流变换器的直流输出端串联并且每个电机侧交直流变换器的两个直流输出端并联电容值相等的电容；

并网侧逆变器并联于N个串联后的电机侧交直流变换器的两个输出端；

并网侧逆变器包括3个并联的支路，每个支路串联2N个开关管；

每个支路第i与第i+1个开关管的公共端，第2N-i个开关管和第2N-i+1个开关的公共端，这两个公共端之间反向并联两个二极管，其中1≤i≤N-1；

N个电机侧交直流变换器串联后两两之间的公共端连接对应位置所有所述的反向并联的两个二极管的公共端；

每个支路第N个开关管与第N+1个开关管的公共端连接并网电感，并网电感的另一端用于连接电网。

所述的多定子绕组永磁同步风力发电系统的控制方法，包括并网侧逆变器的控制和电机侧交直流变换器的控制；

并网侧逆变器的控制步骤如下：

1）从电网获得三相电压U_u、U_v、U_w和三相电流i_u、i_v、i_w，U_u、U_v、U_w经过PLL锁相环得到3S/2d所需的相位角

2）电网侧的三相电流i_u、i_v、i_w做3S/2d变换，得到两个直流分量q轴电流i_q和d轴电流i_d，将i_q和q轴给定参考值i_qref做比较之后输入PI调节器得到q轴电压U_q；

3）获得每个滤波电容上的电压，将获得的滤波电容上的电压和给定参考电压值U_dcref作比较后输入PI调节器得到d轴电流参考值i_dref；

4）将d轴电流i_d和d轴电流参考值i_dref做比较后输入一个PI调节器得到d轴电压U_d，将q轴电压U_q、d轴电压U_d和相位角作为空间矢量方法的输入量，经过调制后得到控制开关管的开关信号以对电网电流实现控制；

电机侧交直流变换器的控制步骤如下：