[实用新型]变速恒频双转子永磁风力发电系统的控制系统

说明书

技术领域

本实用新型是关于一种变速恒频双转子永磁风力发电系统控制技术，属于新能源发电技术领域。

背景技术

风能是一种清洁的可再生能源，在能源危机和环境问题不断凸显的今天，积极发展包括风能、太阳能等可再生能源的发电技术是当务之急，研制适合于风能高效转换利用、运行可靠、控制方便且成本较低的新型风力发电系统成为当前紧迫而又影响较大的技术问题，同时相对应的，如何使得电能的获取效率更高、更稳定、电能质量更好以及如何控制保证电网安全稳定运行成为了亟待解决的问题。

对于变速恒频风电机组控制系统而言，采用两电平的双PWM变换器，中间的直流环节可以实现前后两个变换器的解耦，使得两者的控制相对独立互不干扰，即使网侧出现轻微的故障，也可通过对于网侧变换器的调节有效控制直流母线电压稳定而不影响电机侧变换器的控制，反之，电机侧出现非正常运行情况时，只要通过对于电机侧变换器的控制即可保证最大风能跟踪即MPPT功能的实现，对于网侧变换器只相当于一个负载扰动，两者结合可以实现功率的双向流动以及对于电网故障有一定的适应能力。

对于变速恒频双转子永磁风力发电控制系统，采用了上述双PWM变换器，通过磁链定向以及电压定向的矢量控制策略以及SVPWM调制算法实现对于变换器的控制，可实现最大风能跟踪、单位功率因数运行、稳定直流环节电压以及功率的双向流动，此外，为增强对于电网故障的适应能力，在变换器中间的直流环节加入卸荷电路，当直流环节电压超出限定值时，可通过控制卸荷电路的功率器件保证直流环节电压在安全范围内，提高机组的不间断运行能力。

发明内容

技术问题：本实用新型的目的在于提供一种适用于并网的变速恒频双转子永磁风力发电控制系统，使其既可以实现发电机侧的最大风能跟踪功能，稳定直流环节电压，实现功率的双向流动，实现有功功率和无功功率的独立控制，又可以在电网故障时快速补偿系统直流环节电压的跌落，保证直流环节电压稳定，使得系统具有低电压穿越能力，保证机组的安全可靠运行。

技术方案：本实用新型所描述的变速恒频双转子永磁风力发电控制系统包括双PWM变换器的控制系统以及直流环节的低电压穿越控制系统。其中，所描述的双PWM变换器控制系统包括发电机侧和网侧PWM功率控制控制系统。前者先将外界风速作为MPPT模块的输入信号，输出的参考转速信号与电机内转子转速转速检测值作为转速控制模块的输入信号，输出信号为交轴参考电流信号，给定直轴电流参考值为零，将交直轴电流参考信号分别与经Clark变换和Park变换后得到的dq坐标系下内转子交直轴电流检测信号相比较，作为两电流控制模块的输入信号参与运算，将其输出信号与电流前馈解耦分量进行加减运算，输出的交直轴参考电压信号与测速装置得到的电机内、外转子位置差值接至矢量变换模块，输出αβ坐标系下两相电压，最后将上述电压信号与直流环节电压检测值作为SVPWM信号发生模块的输入信号，其输出信号为可驱动发电机侧PWM变换器的SVPWM信号；后者将直流侧电压给定值与其电压检测值作为网侧电压控制模块的输入信号，输出直轴参考电流，给定交轴参考电流值为零，将交直轴电流参考信号分别与经Clark变换和Park变换后得到的dq坐标系下网侧交直轴电流检测信号相比较，作为两电流控制模块的输入信号参与运算，将输出信号与电流前馈解耦分量、电压补偿分量进行加减运算，输出的交直轴参考电压信号与霍尔传感器得到的电机外转子位置值作为矢量变换模块的输入信号，输出的αβ坐标系下电压信号与直流环节电压检测值一起送入SVPWM信号发生模块，输出可驱动网侧PWM变换器的SVPWM信号；此外，所描述的直流环节的低电压穿越控制装置的卸荷电路包括功率器件和电阻，两者相串联，并接于电容两端，其卸荷电路控制系统包括：由直流环节电压的检测信号与故障状态时的参考电压相比较，经由PI调节器后送入比较器，用于生成控制功率器件导通占空比的调制信号，从而调节直流电压接近设定值。

对于双PWM变换器的控制，可实现发电机的MPPT控制、有功无功调节以及稳定直流环节电压的功能，所采用的矢量控制方法有定子磁链定向矢量控制、电网电压矢量控制等，通过电流前馈解耦结构以及电压前馈补偿结构等帮助实现控制功能；低电压穿越控制装置只在电网故障状态时工作用于补偿电压损失，系统正常运行时，该控制装置不工作，该低电压穿越装置采用绝缘栅双极型晶体管，通过对于功率器件的控制实现故障状态时补偿网络电压的损失，维持系统正常运行，保证电机正常并网。

SVPWM信号发生模块可以用DSP实现。