[实用新型]双馈型风力发电系统及其变流器的控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及风力发电中变频器的技术领域，尤其涉及双馈型风力发电系统中变流器的控制系统，以及包括该控制系统的双馈型风力发电系统。

背景技术

风力发电并网变流器是一种运用现代高科技技术，集成现代控制理论，微电子技术及现代电力电子变换技术等交叉学科的高新技术产品，是把风能转化为电能并入电网的纽带，既能对电网输送风力发电的有功分量，又能连结、调节电网端无功分量，起到无功补偿的作用。双馈型风力发电系统主要包括风轮机、齿轮箱、双馈发电机、变流器、变压器、电网等。当风吹动风轮机转动时，风轮机将其捕获的风能转化为机械能再通过齿轮箱传递到双馈发电机，双馈发电机将机械能转化为电能，再经变流器及变压器将其并入电网。通过系统控制器及变流器对桨叶、双馈发电机进行合理的控制使整个系统实现风能最大捕获。双馈异步发电机的定子与转子两侧都可以馈送能量，由于转子侧是通过变频器接入的低频电流起到了励磁作用，因此又名交流励磁发电机。

变流器通过对双馈发电机的转子进行励磁，使得双馈发电机的定子侧输出电压的幅值、频率和相位与电网相同，实现风力发电机软并网，减小并网冲击电流对电机和电网造成的不利影响。在变流器的控制中重点是对于机侧模块和网侧模块的控制。现阶段变流器的控制系统主要是各变流器厂家自行设计硬件电路，主要采用的设计方案为:

1、采用以DSP为核心，外围器件包括Canopen或Profibus通讯芯片，IO芯片，AI与AO模块芯片，将这些芯片设计在一块或多块集成电路板上，通过特殊编程实现对外围信号的读取及控制。

2、采用西门子Simotion控制器及自行设计的硬件电路板。

实用新型内容

本实用新型的目的之一是提供双馈型风力发电系统及其变流器的控制系统，该控制系统能够提高通用性，缩短开发周期、提高控制的同步性。

本实用新型的一个方面提供了双馈型风力发电系统中变流器的控制系统，包括：

一可编程逻辑控制器，其包括：

一CPU模块，

一数字量输入模块，其用于获取双馈型风力发电系统的一主断路器、一保护开关和一安全链中的一个或多个的状态，

一数字量输出模块，其用于控制双馈型风力发电系统的至少一外围设备的启动停止，

一电流输入模块，其用于采集变流器的一水冷系统的压力，和

一温度输入模块，其用于采集双馈型风力发电系统的温度；

一变流器机侧模块，其与CPU模块通过Profinet IRT通讯，并从CPU模块获得一频率值和一转速值，用于控制双馈型风力发电系统的一双馈发电机的励磁电流，调节双馈发电机的输出功率；和

一变流器网侧模块，其与CPU模块通过Profinet IRT通讯，并从CPU模块获得电压值，用于稳定双馈型风力发电系统的变流器的直流电压，调节网侧功率因数。该控制系统能够提高通用性，缩短开发周期、提高控制的同步性。

在控制系统的一种示意性的实施方式中，变流器机侧模块包括复数个第一子控制模块，CPU模块与每一第一子控制模块通过Profinet IRT通讯，以实现对复数个第一子控制模块的同步控制；

变流器网侧模块包括复数个第二子控制模块，CPU模块与每一第二子控制模块通过Profinet IRT通讯，以实现对复数个第二子控制模块的同步控制。这样能够提高稳定直流电压，控制功率因素的能力，也能够提高控制励磁电流，调节功率输出的能力。

在控制系统的另一种示意性的实施方式中，第一子控制模块和第二子控制模块均为IGBT模块。

本实用新型的另一个方面提供了双馈型风力发电系统，包括上述的控制系统。该控制系统能够提高通用性，缩短开发周期、提高控制的同步性。

在双馈型风力发电系统的一种示意性的实施方式中，还包括一主控系统，其与CPU模块通过Profinet IRT通讯，并向CPU模块发送一转矩值，CPU模块根据转矩值生成频率值和转速值。主控系统与变流器的控制系统之间的通讯的实时性及稳定性得到提高。

附图说明

下文将以明确易懂的方式通过对优选实施例的说明并结合附图来对本实用新型上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明，其中：

图1是本实用新型的实施例提供的双馈型风力发电系统的结构示意图；

图2是本实用新型的实施例提供的变流器的控制系统和主控系统的连接结构示意图。

标号说明：

10 风轮机

20 齿轮箱

30 双馈发电机