[发明专利]一种并网型风力发电系统

权利要求书

1.一种并网型风力发电系统，包括依次连接的风力发电机组、机侧变流器、网侧变流器、并网开关、并网变压器，所述风力发电机组产生的电能通过所述并网变压器并入电网，其特征在于，所述风力发电机组包括风力机、永磁同步发电机、逆变器、滤波电路、SPWM正弦脉宽调制和控制系统，所述控制系统对所述永磁同步发电机、所述网侧变流器以及所述机侧变流器进行控制，调节所述风力发电机组输出至电网的电能。

2.根据权利要求1所述的并网型风力发电系统，其特征在于，所述网侧变流器与所述机侧变流器通过直流母线环节进行连接，二者组合呈背靠背双PWM变流器。

3.根据权利要求2所述的并网型风力发电系统，其特征在于，所述控制系统包括机侧变流器进行控制的转速外环及电流内环控制模块、用以对网侧变流器进行控制的锁相控制模块以及用以对永磁同步发电机进行控制的最大功率跟踪控制模块。

4.根据权利要求3所述的并网型风力发电系统，其特征在于，对永磁同步发电机进行控制的具体内容为：

对发电机的转速控制采用i_sd＝0的矢量控制策略，即控制PMSG的d轴电流参考值为0，i_sd＝0；通过调节电磁转矩T_e调节风力机机械转速ω_g时，只需控制唯一变量i_sq；

根据已知转矩指令T_e*，在dq坐标系下，电流分量分别为：

PMSG稳态时控制方程为：

式中，i_sd、i_sq为定子电流，u_sd、u_sq为受控电压，ω_sL_sqi_sq、-ω_s(L_sdi_sd+ψ_f)为耦合电压，Ψ_f为永磁体的磁链。

5.根据权利要求4所述的并网型风力发电系统，其特征在于，采用前馈补偿控制策略实现i_sd、i_sq的解耦控制，分别对d-q轴电流进行闭环PI调节。

6.根据权利要求5所述的并网型风力发电系统，其特征在于，将PMSG的输出与PWM变换器相连，作为发电机侧变换器，发电机侧变换器是电压源型变换器将PMSG电压转换为直流电压，通过控制PMSG的转速调节转速，使其与风力机的最佳转速相匹配，最佳风速为风力涡轮机捕获最大风能的速度。

7.根据权利要求4所述的并网型风力发电系统，其特征在于，所述机侧变流器采用仿照直流电动机的转子磁场定向的控制方式，定向磁场中，转子的d轴与永磁体轴重合，将机械角速度ω_m作为控制策略的反馈信号，将d轴参考电流I_sd*设置为零，使定子电流只有q轴分量，进而使电磁转矩只取决于q轴定子电流，实现磁通电流和转矩电流的完全解耦，进而分别控制磁通电流和转矩电流。

8.根据权利要求7所述的并网型风力发电系统，其特征在于，网侧变换器为电压源型变换器，作为逆变器将直流电路电压转换为电网所需频率的交流电压，网侧变换器拓扑结构与机侧变流器相同，不同之处在于网侧变流器的输入为直流电压。

9.根据权利要求8所述的并网型风力发电系统，其特征在于，通过网侧PWM变换器将机侧变流器输出的直流电能转换为电网所需的交流电能实现风力发电的并网，通过获取网侧电流、电网电压以及母线电压信号来获取准确的电网角度实现最小相位差，进而实现有功、无功电流的解耦。

10.根据权利要求9所述的并网型风力发电系统，其特征在于，对网侧变流器进行控制的具体内容为：

根据基尔霍夫电压与电流定律获取网侧变流器在abc坐标系下的数学模型：

式中，其中，v_ca、v_cb、v_cc为电网电压，u_ga、u_gb、u_gc为机侧变流器三相电压，R为电阻，L_g为电感，i_ga、i_gb、i_gc为三相电流；

网侧变流器三相静止到两相旋转坐系下的数学模型为：

式中，v_cd、v_cq为逆变器d、q轴电压分量，i_d、i_q为三相电网在d、q轴的电流分量，u_gd、u_gq为三相电网电压在d、q轴的电压分量，ω_eLi_d、ω_eLi_q为微分环节在Park变换中出现的交叉耦合项，L为滤波电感；

在采用d轴电网电压定向时，有：

u_gq＝0,u_g＝u_gq+ju_gq＝u_gd

则网侧PWM变换器的有功、无功功率为：

通过坐标变换后，分开独立控制网侧变流器输送到电网的有功、无功功率，实现有功、无功的解耦。