[发明专利]基于九开关变换器的双馈风力发电机组的控制装置

说明书

本发明公开了一种基于九开关变换器的双馈风力发电机组的控制装置，包括：第一电压感测器，安装在第一电流输出端，感测有源电力滤波器补偿电压值；第二电压感测器，安装在第二电流输出端，感测动态电压恢复器补偿电压值；运算器，根据有源电力滤波器补偿电压值以及动态电压恢复器补偿电压值，计算得到直流电容电压反馈值；PID控制器，根据直流电容电压反馈值与直流电压参考值得到九开关变换器的第一电流输出端的有源电力滤波器补偿电流参考值的有功分量。实施本发明能高效且低成本地对双馈发电机组的直流侧电压进行控制，在实现双馈发电机组的直流侧电压稳定的基础上，保证九开关变换器正常实现有源电力滤波器补偿以及动态电压恢复器补偿功能。

技术领域

本发明涉及风力发电机领域，特别涉及一种基于九开关变换器的双馈风力发电机组的控制装置。

背景技术

双馈感应电机(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)作为市场占有率超过50％的并网风电主流机型，其传统控制策略主要针对理想电网条件进行分析和设计，而实际电网经常伴随着电压故障或电流谐波，电网中的电能质量问题，可使DFIG风电机组出现暂态过电流、转矩脉动、谐波电流、直流侧暂态过压等问题，因此需要按非理想电网条件设计风电系统的运行与控制，以满足现代风电技术对实际电网环境的故障穿越性能和谐波抑制性能。研究可以治理电压畸变和电流谐波的设备对双馈风电机组的并网运行与控制具有重要意义。

传统的并网型DFIG风电机组低电压穿越(LowVoltage Ride Through,LVRT)大多采用Crowbar保护电路实现，近年来，广泛应用于电力系统的统一电能质量调节器(UnifiedPower Quality Conditioner,UPQC)因兼具电压补偿和电流补偿能力、容量配置灵活、动态性能优越等优点，在风电并网领域用于治理电压畸变、电流谐波以及实现LVRT具有理论可行性。目前大多文献集中于利用UPQC中串联补偿模块动态电压恢复器(Dynamic VoltageRestorer,DVR)减小机端电压波动和畸变。

九开关变换器(Nine Switch Converter,NSC)多应用于改善配电网电能质量，与采用12开关的背靠背双PWM变流器实现抑制电流畸变与补偿电压畸变方案相比，通过开关器件复用方式，减少了3个全控型开关器件，实现电路拓扑结构的替代，精简结构使NSC具有体积小、开关损耗低、驱动与保护简化、功率密度高、成本较低的优点。

风电对真实电网环境的适应能力已成为现代风电技术的研究热点。本文采用NSC提升双馈风电系统在非理想电网条件下的电网适应能力，仿真和实验结果显示所提NSC可在电网电压对称/不对称故障等各类工况下，实现DFIG电能质量控制和故障穿越运行一体化功能。基于NSC与DFIG风电系统如图1所示。基于九开关变换器的双馈风力发电机组包括：依次连接的风力机、齿轮箱、双馈发电机、转子励磁变频器以及九开关变换器，九开关变换器的第一电流输出端并联接入双馈发电机的三相电压传输线，九开关变换器的第二电流输出端通过变压器串联接入双馈风力发电机组的与并网连接点连接的网侧主线路。其利用NSC实现UPQC功能，应用于DFIG风电系统改善电能质量、提升故障穿越的现实需求。NSC在靠近电网侧通过串联接入动态电压恢复器，实现DVR功能，可维持风机端电压稳定；在靠近电机侧并联接入电流补偿单元，实现APF功能，补偿非线性负荷产生的谐波电流。

对于上述图1中的如何保证九开关变换器正常实现有源电力滤波器补偿以及动态电压恢复器补偿功能，是一个亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供一种基于九开关变换器的双馈风力发电机组的控制装置，以在实现双馈发电机组的直流侧电压稳定的基础上，保证九开关变换器正常实现有源电力滤波器补偿以及动态电压恢复器补偿功能。