[发明专利]永磁直驱风力发电系统参与电网频率调节的方法

权利要求书

1.永磁直驱风力发电系统参与电网频率调节的方法，其特征在于，本方法同时包含对发电机侧变换器的控制、电网侧变换器的控制以及储能单元侧变换器的控制，各变换器的控制分别为： 

（A）发电机侧变换器的控制： 

发电机侧变换器采用矢量控制策略，其控制电压和直流链电压u_dc通过空间矢量调制产生发电机侧变换器PWM驱动信号； 

（B）电网侧变换器的控制为： 

电网侧变换器采用矢量控制策略，以功率外环控制方式稳定直流链电压，以反映飞轮侧变换器瞬时功率的P_f/e_gd与反映发电机侧变换器瞬时功率的P_e/e_gd两者之和作为前馈补偿量； 

电网侧变换器的控制电压和直流链电压u_dc通过空间矢量调制产生电网侧变换器PWM驱动信号； 

（C）储能单元变换器的控制步骤为： 

C1)利用电流霍尔传感器采集永磁同步发电/电动机的三相定子电流信号，电流信号为i_fa，i_fb，i_fc； 

C2)利用转子位置传感器检测飞轮电机转子位置及转速ω_f，根据和ω_f计算得到永磁同步电机转子电角速度p_fω_f及转子电角度p_f为永磁同步飞轮驱动电机极对数； 

C3)利用采集的三相定子电流i_fa，i_fb，i_fc和转子位置实现坐标变换，将飞轮电机三相定子电流从静止三相abc坐标系变换到dq同步旋转坐标轴系，采用恒功率变换得到i_fd和i_fq； 

C4)利用锁相环PLL检测得到电网频率f； 

C5)利用系统工频作为频率给定信号f^*，将f^*和步骤C4)得到的f做比例微分控制得到飞轮电机有功给定，飞轮电机有功给定计算方程为： 

式中，K_pf为飞轮电机功率环比例系数，τ_df为飞轮电机功率环微分时间常数； 

C6)采用转子磁场定向的矢量控制方式，此时飞轮电机侧变换器d轴电流给定为零，q轴电流给定通过d、q轴电流给定以及恒功率变换所得的d、q轴实际电流i_fd、i_fq，采用交叉耦合控制方式得d、q轴控制电压u_fd和u_fq，控制方程为： 

其中：K_p5、τ_i5、K_p6、τ_i6分别为定子d、q轴电流的PI输出；L_fd、L_fq分别为定子d、q轴电感；ψ_f为转子永磁体磁链； 

C7)通过电压和电流计算飞轮电机输出有功功率P_f，计算公式为P_f=u_fdi_fd+u_fqi_fq； 

C8)通过控制电压再结合转子位置角和直流链电压u_dc经空间矢量调制SVM得储能单元侧变换器的PWM驱动信号以控制电机； 

C9)在电机加速到最高转速时，切换电机的外环工作模式，将功率/电流闭环控制模式切换为转速/电流闭环控制模式，转速给定为飞轮电机额定转速；该过程持续至飞轮电机获得减速信号时，重新切换为功率/电流闭环控制模式； 

C10)在飞轮电机连续减速至零时，将转速外环给定值设定为零，控制电机转速为零，采用转速/电流闭环控制实现飞轮电机在零速下运行，直至要求飞轮电机重新进入加速状态，切换为功率/电流闭环控制模式。