[发明专利]一种新型阻抗源直驱永磁风力发电系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种新型阻抗源直驱永磁风力发电系统及其控制方法，阻抗源直驱永磁风力发电系统包括：风叶、永磁同步发电机、三相不可控整流器、阻抗源网络、三相六开关逆变桥臂、滤波电感和一套控制器。本发明还公开了上述系统的控制方法，采样阻抗源网络电感电流i_L1、阻抗源网络电容电压V_C2、永磁同步发电机的位置角θ_r和转速ω_r、三相并网电压e_ga、e_gb、e_gc、三相并网电流i_a、i_b、i_c，通过一套控制器即可实现对永磁同步发电机转速、阻抗源网络电容电压稳定和并网功率因数的控制。本发明可实现宽风速变化下的有效并网，降低器件的电压应力，从而提高系统的可靠性和降低成本。

技术领域

本发明属于风力发电并网控制领域，具体涉及一种新型阻抗源直驱永磁风力发电系统及其控制方法。

背景技术

风力发电作为一种清洁可再生的新能源发电方式今年来发展迅猛，变流装置是风力发电系统中的核心装置，它不仅直接影响风力发电系统的可靠性和稳定性，还关系到整个系统的效率和成本。与电压型PWM逆变器相比，阻抗源逆变器具有允许逆变桥臂直通、单级控制等优势。目前，应用于风力发电的阻抗源逆变器包括Z源逆变器、准Z源逆变器等，传统阻抗源直驱永磁风力发电系统，由于其升压能力有限，当风速变化较宽时阻抗源逆变器的升压比已达到限值，只能通过增大其调制度升高电压，而此时必然引起阻抗源网络电容和三相六开关逆变桥臂承受更大的电压应力。因此，有必要设计一种高可靠性、低成本的新型阻抗源直驱永磁风力发电系统及其控制方法。

发明内容

针对背景技术所述的缺陷或不足，本发明提供了一种新型阻抗源直驱永磁风力发电系统及其控制方法，系统可靠性高，升压能力强。

一种新型阻抗源直驱永磁风力发电系统，包括风叶、永磁同步发电机、三相不可控整流器、阻抗源网络、三相六开关逆变桥臂、滤波电感和一套控制器，通过该控制器对永磁同步发电机转速、阻抗源网络电容电压稳定和并网功率因数进行控制。

所述阻抗源网络由二极管D₁、D₂、D₃、D₄、电感L₁、L₂、L₃和电容C₁、C₂构成。

所述控制器的输入为阻抗源网络电感电流i_L1、阻抗源网络电容电压V_C2、永磁同步发电机的位置角θ_r和转速ω_r、三相并网电压e_ga、e_gb、e_gc、三相并网电流i_a、i_b、i_c，控制器的输出为阻抗源逆变器的触发脉冲。

通过风叶将风能转化为机械能，经永磁同步发电机将机械能转化成电能，以幅值和频率均变化的三相交流电形式输出，经三相不可控整流后变为大小变化的直流电，再经阻抗源逆变器升压逆变成幅值和频率固定的交流电，经滤波电感后并网。

直驱永磁风力发电并网系统采用权利要求1所述的拓扑结构，其控制方法包括如下步骤：

(1) 实时检测永磁同步风力发电机的转子位置角θ_r 、转速ω_r 和阻抗源网络电感L₁的电流i_L1；

(2) 通过永磁同步风力发电机转速外环和阻抗源网络电感电流内环，得到阻抗源逆变器的直通占空比d₀；

(3) 实时检测阻抗源逆变器的并网电压和并网电流，并通过PLL计算出相角θ；