[发明专利]改进T型三电平永磁直驱风电系统预测直接功率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及风电控制领域，尤其是一种改进T型三电平永磁直驱风电系统预测直接功率的方法，

背景技术

永磁直驱型风力发电机组的发电机最大特点是转子采用永磁体励磁，定子绕组通过全功率变换器与电网并网。功率变换器采用全功率变换器，其容量与发电机的相同，电机的变速范围从-100％到50％。永磁风力机直接与永磁发电机相连，无需增速齿轮箱。永磁同步发电机一般采用极对数较多的低速永磁同步发电机，这样对发电机的转速要求较感应发电机低，使得永磁同步电机发电机在低速运行能力较强。永磁直驱风力发电系统工作原理：发电机发出交流电经过发电机侧变换器整流成直流电，完成AC到DC的过程，然后电网侧变换器将直流电逆变成交流电并最终并入电网。

永磁直驱型风力发电机组与双馈感应风力发电机组相比有许多优势，如无需增速齿轮箱、维修频率低、噪声污染小、运维简单、受电网影响小、系统稳定可靠、低电压穿越能力强等。由于永磁直驱风力发电机定子通过全功率变换器与电网连接，能够实现全解耦，受电网波动的影响小，容易实现低电压穿越，而且发电机中不会出现过电压和过电流现象，能够在电网波动的时候继续工作。

永磁直驱风力发电机全功率变换器可分为机侧变换器和网侧变换器两部分：机侧变换器实现整流功能；网侧变换器实现逆变功能。永磁直驱风力发电机控制策略可以分为机侧变换器的控制策略和网侧变换器的控制策略。

机侧变换器的主要作用是作为网侧变换器的直流输入，通过控制永磁直驱发电机转速实现风力机时刻跟踪风速，用最佳叶尖速比法实现最大风力跟踪，从而提高风力发电的效率；网侧变换器的主要作用是维持直流侧母线电压稳定的同时向电网输送一定的无功功率，进而提高电网的功率因数。

网侧变换器的控制要求有以下两个：一是控制直流侧电压进而将有功功率输送至电网；二是向电网提供一定的无功功率，进而电网的提高功率因数。网侧变换器的控制策略主要是矢量控制。其又可以分为基于电网电压定向和虚拟磁链定向两种。前者是利用坐标变换实现有功无功解耦，通过控制dq坐标系下的电流大小分别控制有功功率和无功功率。后者将电网电压、电抗和电阻等效成虚拟电机，通过虚拟磁链来取代电网电压定向。

机侧变换器控制策略主要有矢量控制策略和直接转矩控制策略两种。矢量控制就是磁场定向控制，其核心思想是通过坐标变换，变换到旋转坐标系下，可像直流电机一样控制交流电机，对转矩和磁链解耦控制。其中矢量控制能够对发电机进行解耦控制，实现有功功率和无功功率的独立控制。矢量控制具有良好的解耦控制、良好的速度控制效果、转矩响应快等优点。但矢量控制需要大量的坐标变换和复杂的计算，难以实现精确解耦、系统较为复杂。

直接转矩控制的基本思想是定义开关表，根据转矩和磁链的变化利用转矩和磁链滞环决定开关器件的状态。直接转矩控制不需要复杂的坐标变换和调制信号发生器，鲁棒性能好、动态稳定性好，控制简单、受电机参数影响小。但是直接转矩具有开关频率不固定、转矩脉动大、电流波动大、滞环控制效果差。

对于以上控制不足，许多学者提出控制效果更好的控制策略。直接功率控制由于其优异的动态性能得到广泛的关注与研究。直接功率控制与直接转矩控制的最大不同之处是功率内环控制代替了转矩内环控制，此外外环同样为转速外环。直接功率控制具有控制简单、动态稳定性好、结构简单等诸多优点，因此对于直接功率控制策略得到广泛的研究和应用。但传统的直接功率控制策略即：外环为直流电压环，内环为以开关表为核心的功率环。该控制由电压外环得到有功功率给定值，无功功率给定值设为零，然后将其与各自的实际值比较，将比较结果送入滞环比较器，再经过事先设定好的开关表进行矢量的选择来驱动变换器，这种控制算法控制结构简单，动态响应快。但是，这种以开关表作为功率内环的直接功率控制策略也存在着一些问题，滞环比较器的加入，使得变换器的控制效果与滞环宽度的设定息息相关，而且这种控制策略的开关频率不固定，波动较大。

发明内容

本发明目的在于提供一种降低系统损耗、提高系统功率因数的改进T型三电平永磁直驱风电系统预测直接功率的方法。

为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明所述改进T型三电平永磁直驱风电系统通过两个背靠背的电压源型变流器接入电网，靠近电机的一侧称为机侧变流器，靠近电网的一侧称为网侧变流器；

机侧变换器控制策略为预测直接功率控制，外环为转速环，内环为功率环，内环不需要PI调节器；

网侧变换器控制策略为基于虚拟磁链定向的直接功率控制策略，不需要电网电压采样；