[发明专利]离网型风电系统两发电机级联运行控制系统及方法

权利要求书

1.一种离网型风电系统两发电机级联运行控制系统，其特征是，结构为：两台永磁风力发电机，每台发电机定子接不控整流电路；每套不控整流电路后接一套升压斩波电路；每套升压斩波电路包括一个升压电感、一个升压用功率开关管和一个快恢复二极管，所述的升压电感串联在本升压斩波电路的输入正极与升压用功率开关管正向导通输入端之间，所述的快恢复二极管阳极与升压用功率开关管正向导通输入端连接，阴极与本升压斩波电路的输出正极连接；第1套升压斩波电路的输出正极和第2套升压斩波电路的输出负极分别与储能电容正负极相连，两套升压斩波电路的输出端通过一个换流用功率开关管串联连接，其连接方式为，第1套电路的输出负极与换流用功率开关管正向导通输出端连接，第2套电路的输出正极与换流用功率开关管正向导通输入端连接；第1套升压斩波电路的输入负极与第2套升压斩波电路的输入负极通过一个级联用二极管连接，该级联用二极管的阴极与第1套电路的输入负极连接，阳极与第2套电路的输入负极连接；第1套升压斩波电路的升压用功率开关管正向导通输入端与第2套升压斩波电路的升压用功率开关管正向导通输入端之间也通过一个级联用二极管连接，该级联用二极管阴极与第1套电路的升压用功率开关管正向导通输入端连接，阳极与第2套电路的升压用功率开关管正向导通输入端连接。

2.一种离网型风电系统两发电机级联运行控制方法，其特征是，借助于如权利要求1所述的系统实现，并包括如下步骤：

步骤一、由永磁风力发电机原理，并分析电流换相过程，得不控整流电路输出电压平均值为

U1d=36πKeω1-2Vdiode-36ω1LsI1sU2d=36πKeω2-2Vdiode-36ω2LsI2s]]>

式中，U_1d、U_2d分别为两套不控整流电路输出电压平均值；ω₁、ω₂分别为两台发电机转速；I_1s、I_2s分别为两台发电机相电流有效值；K_e为反电势系数；V_diode为不控整流电路二极管管压降；L_s为发电机定子相电感；

步骤二、分别计算升压斩波电路串、并联状态下升压用功率开关管占空比

由升压斩波电路原理可得不控整流电路输出电压平均值与升压斩波电路输出电压平均值间的关系为

U1dc=11-d1U1dU2dc=11-d2U2d]]>

式中，U_1dc、U_2dc分别为两套升压斩波电路输出电压平均值；d₁、d₂分别为两个升压用功率开关管的占空比。

当两套升压斩波电路处于串联状态时，直流侧电容电压为

U_dc＝U_1dc+U_2dc

式中，U_dc为直流侧电容电压。

当两套升压斩波电路处于并联状态时，直流侧电容电压为

U_dc＝U_1dc＝U_2dc

由以上公式即能够近似计算出不同转速、不同级联方式下的升压用功率开关管占空比；

步骤三、滞环控制方法

设定系统中升压用功率开关管占空比上下限，由上下限及计算得到的占空比确定状态切换临界转速；把计算得到的不同转速下占空比与上下限值相比较，在串联方式下，当计算得到的占空比低于下限值时，该转速即为由串联方式切换至并联方式的临界转速ω_max；在并联方式下，当计算得到的占空比高于上限值时，该转速即为由并联方式切换至串联方式的临界转速ω_min；

当风速较低时，发电机转速较慢、端电压较低，令换流用功率开关管导通，使系统工作于串联状态，以满足逆变器对直流侧电容电压的要求；当风速升高时，发电机转速升高，端电压较高，两台发电机转速均超过临界转速ω_max时，令换流用功率开关管关断，使系统工作于并联状态，保证直流侧电容电压的稳定，同时避免了升压用功率开关管出现极限占空比；当风速降低时，两台发电机转速均低于临界转速ω_min时，令换流用功率开关管导通，使系统重新回到串联状态。

3.如权利要求2所述的离网型风电系统两发电机级联运行控制方法，其特征是，令ω_max>ω_min，使得算法具有滞环功能，当风速在某处频繁振荡时，避免了频繁切换系统串、并联状态的情况。