[发明专利]具有容错运行能力的独立相控结构的风力发电系统

摘要

本发明公开了一种具有容错运行能力的独立相控结构的风力发电系统，包括风轮机、容错风力发电机、模块化功率变换器、多传感器信号检测器、设备电气故障判别与指示器、全风速最优转矩外环控制器、容错决策内环控制器、逻辑切换与脉宽调制驱动器。本发明具有容错运行能力和低转矩脉动的风力发电机组结构及其驱动控制技术，能够在出现一定的机组电气故障情况下，继续安全可靠和近额定容量地发电运行，并具有机械结构简单，电气可靠性强、模块化装配程度高和方便巡检维修等特点。

主权项

一种具有容错运行能力的独立相控结构的风力发电系统，其特征是：包括风轮机、容错风力发电机、模块化功率变换器、多传感器信号检测器、设备电气故障判别与指示器、全风速最优转矩外环控制器、容错决策内环控制器、逻辑切换与脉宽调制驱动器；所述容错风力发电机，包括在定子圆周空间内，均匀等间隔交错排列的m个定子电磁隔离齿和m个定子电枢发电齿、m个绕在定子电枢发电齿上的集中发电绕组相、表贴在转子外径上的正弦永磁体阵列；其转子与风轮机旋转主轴相连；所述模块化功率变换器，包括有m个H桥单相正弦逆变电路；每个H桥单相正弦逆变电路均通过2个电气可控开关分别与直流母线正极和负极相连接；每个H桥单相正弦逆变电路均通过1个电气可控开关与容错风力发电机的1个发电绕组相相连接；所述多传感器信号检测器，包括风速传感器、转速传感器、电压传感器、电流传感器；实现对风速、风轮机转速、容错风力发电机转速以及其m个绕组相的电压和电流的检测；所述设备电气故障判别与指示器，根据对多传感器信号检测器提供的容错风力发电机m个绕组的电压和电流信号的分析，向容错决策内环控制器提供出容错风力发电机k个故障绕组相的编号，以及k个故障绕组相的故障类型，其中k<m；并利用显示设备指示出k个故障绕组相的编号及其对应的故障类型；所述全风速最优转矩外环控制器，根据风轮机的风能吸收最佳转矩曲线关系以及多传感器信号检测器提供的风速、风轮机转速、容错风力发电机转速以及其m个发电绕组相的电流和电压信号，向容错决策内环控制器提供最优发电总电流控制指令信号；所述容错决策内环控制器，根据最优发电总电流控制指令信号和k个故障绕组相编号，按照协调等容分配算法，计算出容错风力发电机(m‑k)个非故障绕组相各自的最优发电相电流指令信号；所述逻辑切换与脉宽调制驱动器，根据容错决策内环控制器提供的容错风力发电机(m‑k)个非故障绕组相各自的最优发电相电流指令信号，形成对应(m‑k)个非故障相H桥单相正弦逆变电路的PWM控制信号；以及k个故障相对应的H桥单相正弦逆变电路中3k个电气可控开关的断开控制信号；容错风力发电机m个定子电磁隔离齿和m个定子电枢发电齿在定子圆周空间里，均匀等间隔交错排列，其末端均具有极靴结构，以获得较好的磁场正弦化分布特性；m个定子电磁隔离齿上均不绕装绕组；所述容错决策内环控制器计算出的容错风力发电机(m‑k)个非故障绕组相各自的最优发电相电流指令信号的数值不相同。