[发明专利]基于双馈风力发电系统的直流微电网功率协调控制方法

说明书

本发明公开一种基于双馈风力发电系统的直流微电网功率协调控制方法，包括以下步骤：步骤S1，通过设计与双馈风力发电单元输入的机械功率相关联的虚拟阻抗得到直流端口电压的参考值；步骤S2，转子侧变换器采用定子磁链定向控制策略，使定子磁链与d轴同向，转子电流的d轴分量将用于调节气隙磁链的大小，通过转子电流的d轴分量控制定子端口电压幅值大小，即控制直流母线电压幅值；转子电流q轴分量作为支持直流负载提供所需的功率；步骤S3，转子侧变换器的控制结构采用电压电流双闭环结构，外环采用电压控制；内环采用电流控制；步骤S4：通过SPWM调制得到转子侧变换器的开关信号；最终通过控制各个双馈风力发电单元的直流端口电压以实现功率协调。

技术领域

本发明涉及独立直流微电网的功率协调控制领域，特别涉及一种双馈电机系统直流侧串 联结构的功率协调控制方法。

背景技术

电力系统中直流负载的不断增加推动了直流微电网的不断发展，双馈电机以其可以用容 量较小的转子侧变换器即可实现对全功率的控制。随着微电网规模的不断拓展，双馈电机以 其单机容量大，相对成本较低的特点，使得双馈电机直流串联系统在独立直流微电网系统中 具有良好的应用前景。

传统的独立直流微电网中一般采用基于永磁同步电机的风力发电机组或者是传统双馈风 力发电机再经过一个电力电子变换器进行整流得到直流。这两种应用于直流微电网中的结构 分别存在以下不足：

对于永磁同步电机的风力发电机组来说，尽管可是输出直流电压，但因为其采用的是一 种全功率变换器，整个变换器中需要流动全部的输出功率，因此所需要的电力电子变换器的 容量相较于本文所提出的双馈电机直流串联系统中采用的双馈风力发电单元，在输出同等大 小的功率的同时，需要更高的变换器成本。并且因为其输出侧的直流母线电压相对较高，因 此在配合储能单元使用时，需要储能单元提供一个较高的直流电压，故需要增加DC/DC变换 器的成本。

对于传统双馈风力发电机发出的交流电经过一个整流器得到直流的应用来说，尽管也可 以输出直流，但因为该整流器采用的也是一个相当于全功率变换器，这个变换器中需要流动 发电机输出的全部功率。相较于本发明所提出的双馈风力发电单元，在输出同等大小的功率 时，尽管减少了一个二极管不控整流装置的成本，但需要额外增加一个定子侧变换器以及全 功率电力电子变换器的成本，整体成本大大增加。并且因为其定子侧变换器直流母线电压较 高，还需要对储能单元进行升压，需要增加一个DC/DC变换器的成本。

基于双馈风力发电单元串联的直流微电网结构的目标就是致力于实现各个双馈风力发电 单元的功率灵活协调，减少储能的充放电次数。并且实现从低压储能单元到高电压直流输出， 且不需要额外的直流升压环节或者交流变压器。对于这些应用方式到目前还没有提出相关的 拓扑结构与相关控制方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，填补现有技术的空白，提供一种基于双馈 风力发电系统的直流微电网功率协调控制方法该方法能够直流微电网端口电压恒定的情况下， 实现双馈风力发电单元间的功率协调，在一定程度山减小储能单元的充放电次数。显著提高 了风能波动情况下的能量利用效率，增强系统的可靠性和稳定性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

基于双馈风力发电系统的直流微电网功率协调控制方法，双馈风力发电系统包括至少两 个带储能单元的双馈风力发电单元，每个双馈风力发电单元之间相互串联共同为负载供电， 每个双馈风力发电单元的转子绕组与转子侧变换器交流端口相连，转子侧变换器的直流端口 接储能单元；每个双馈风力发电单元通过接到定子绕组的不控整流桥将交流转化为直流；通 过采用在转子侧变换器控制环路中，对控制直流端口电压的电压外环的参考值给定方面，增 加虚拟阻抗控制策略的方式，以改变串联的各个双馈风力发电单元输出的直流电压值，进而 实现不同发电单元间的功率分配；具体包括以下步骤：