變速恒頻雙轉子永磁風力發電系統的控制系統技術方案

一種變速恒頻雙轉子永磁風力發電系統的控制系統，該控制系統包括雙PWM變換器控制系統和直流環節的低電壓穿越控制裝置；雙PWM變換器控制系統包括發電機側PWM變換器控制系統和網側PWM變換器控制系統；低電壓穿越控制裝置包括卸荷電路及其控制電路，卸荷電路并接于發電機側PWM變換器和網側PWM變換器之間的直流環節電容C兩端。本系統使整個風電系統既可以實現電機側的最大風能跟蹤功能，穩定直流環節電壓，實現功率的雙向流動及系統有功功率和無功功率的獨立控制，又可在電網故障時快速補償系統直流環節電壓的跌落，保證直流環節電壓穩定，使得系統具有低電壓穿越能力，保證機組的安全可靠運行。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術是關于一種變速恒頻雙轉子永磁風力發電系統控制技術，屬于新能源發電

技術介紹
風能是一種清潔的可再生能源，在能源危機和環境問題不斷凸顯的今天，積極發展包括風能、太陽能等可再生能源的發電技術是當務之急，研制適合于風能高效轉換利用、運行可靠、控制方便且成本較低的新型風力發電系統成為當前緊迫而又影響較大的技術問題，同時相對應的，如何使得電能的獲取效率更高、更穩定、電能質量更好以及如何控制保證電網安全穩定運行成為了亟待解決的問題。對于變速恒頻風電機組控制系統而言，采用兩電平的雙PWM變換器，中間的直流 環節可以實現前后兩個變換器的解耦，使得兩者的控制相對獨立互不干擾，即使網側出現輕微的故障，也可通過對于網側變換器的調節有效控制直流母線電壓穩定而不影響電機側變換器的控制，反之，電機側出現非正常運行情況時，只要通過對于電機側變換器的控制即可保證最大風能跟蹤即MPPT功能的實現，對于網側變換器只相當于一個負載擾動，兩者結合可以實現功率的雙向流動以及對于電網故障有一定的適應能力。對于變速恒頻雙轉子永磁風力發電控制系統，采用了上述雙PWM變換器，通過磁鏈定向以及電壓定向的矢量控制策略以及SVPWM調制算法實現對于變換器的控制，可實現最大風能跟蹤、單位功率因數運行、穩定直流環節電壓以及功率的雙向流動，此外，為增強對于電網故障的適應能力，在變換器中間的直流環節加入卸荷電路，當直流環節電壓超出限定值時，可通過控制卸荷電路的功率器件保證直流環節電壓在安全范圍內，提高機組的不間斷運行能力。
技術實現思路
技術問題本技術的目的在于提供一種適用于并網的變速恒頻雙轉子永磁風力發電控制系統，使其既可以實現發電機側的最大風能跟蹤功能，穩定直流環節電壓，實現功率的雙向流動，實現有功功率和無功功率的獨立控制，又可以在電網故障時快速補償系統直流環節電壓的跌落，保證直流環節電壓穩定，使得系統具有低電壓穿越能力，保證機組的安全可靠運行。技術方案本技術所描述的變速恒頻雙轉子永磁風力發電控制系統包括雙PWM變換器的控制系統以及直流環節的低電壓穿越控制系統。其中，所描述的雙PWM變換器控制系統包括發電機側和網側PWM功率控制控制系統。前者先將外界風速作為MPPT模塊的輸入信號，輸出的參考轉速信號與電機內轉子轉速轉速檢測值作為轉速控制模塊的輸入信號，輸出信號為交軸參考電流信號，給定直軸電流參考值為零，將交直軸電流參考信號分別與經Clark變換和Park變換后得到的dq坐標系下內轉子交直軸電流檢測信號相比較，作為兩電流控制模塊的輸入信號參與運算，將其輸出信號與電流前饋解耦分量進行加減運算，輸出的交直軸參考電壓信號與測速裝置得到的電機內、外轉子位置差值接至矢量變換模塊，輸出α β坐標系下兩相電壓，最后將上述電壓信號與直流環節電壓檢測值作為SVPWM信號發生模塊的輸入信號，其輸出信號為可驅動發電機側PWM變換器的SVPWM信號；后者將直流側電壓給定值與其電壓檢測值作為網側電壓控制模塊的輸入信號，輸出直軸參考電流，給定交軸參考電流值為零，將交直軸電流參考信號分別與經Clark變換和Park變換后得到的dq坐標系下網側交直軸電流檢測信號相比較，作為兩電流控制模塊的輸入信號參與運算，將輸出信號與電流前饋解耦分量、電壓補償分量進行加減運算，輸出的交直軸參考電壓信號與霍爾傳感器得到的電機外轉子位置值作為矢量變換模塊的輸入信號，輸出的α β坐標系下電壓信號與直流環節電壓檢測值一起送入SVPWM信號發生模塊，輸出可驅動網側PWM變換器的SVPWM信號；此外，所描述的直流環節的低電壓穿越控制裝置的卸荷電路包括功率器件和電阻，兩者相串聯，并接于電容兩端，其卸荷電路控制系統包括由直流環節電壓的檢測信號與故障狀態時的參考電壓相比較，經由PI調節器后送入比較器，用于生成控制功率器件導通占空比的調制信號，從而調節直流電壓接近設定值。對于雙PWM變換器的控制，可實現發電機的MPPT控制、有功無功調節以及穩定直 流環節電壓的功能，所采用的矢量控制方法有定子磁鏈定向矢量控制、電網電壓矢量控制等，通過電流前饋解稱結構以及電壓前饋補償結構等幫助實現控制功能；低電壓穿越控制裝置只在電網故障狀態時工作用于補償電壓損失，系統正常運行時，該控制裝置不工作，該低電壓穿越裝置采用絕緣柵雙極型晶體管，通過對于功率器件的控制實現故障狀態時補償網絡電壓的損失，維持系統正常運行，保證電機正常并網。SVPWM信號發生模塊可以用DSP實現。上述變速恒頻雙轉子永磁風力發電系統的控制方法為發電機側變換器可通過最佳葉尖速比法或功率反饋的方法實現MPPT控制，前者將采集的風速信號經由MPPT模塊與實際采集的內轉子轉速信號進行比較，得到交軸電流參考信號，而后者則是通過定子磁鏈定向控制，得到定子側的有功、無功功率，經推導可知存在這樣的關系，即通過調節定子交直流電流即可獨立調節實際功率，通過磁鏈關系得到定、轉子側電流關系，將定子電流與功率的關系轉化成功率與內轉子側電流的關系，使得可以通過對內轉子電流調節即可調節功率的變化，通過貝茨理論得到風機獲得的機械功率，通過確定最佳也減速比獲得最優轉速，得到不同風速時對應的最優功率曲線，由雙轉子電機的功率關系得到相應的最優的參考有功功率，通過對于內轉子電流的控制來調節電機實際有功功率追蹤參考的最優有功功率，兩者相比較得到交軸電流的參考信號，同樣可實現MPPT控制；將所得到的交流電流給定信號與直軸電流給定信號一同送入電流控制模塊，與實際采集變換得到的轉子側電流信號一同送入電流控制模塊比較，再經過矢量變換后輸入數字信號處理器DSP中，輸出的SVPWM信號用于驅動電機側變換器。電網側通過電壓定向控制，將直流環節的實際電壓與設定的參考電壓相比較，得到參考電流信號與實際電流信號相比較，經由電壓補償環節得到調制信號，再經過矢量變換最后輸入DSP中并輸出SVPWM信號驅動網側PWM變換器以穩定直流環節電壓；網側變換器通過給定無功電流分量來實現變換器的無功功率控制，通過矢量控制可實現發電機的有功功率和無功功率獨立控制運行；此外，電網電壓故障狀態時，直流環節的低電壓控制通過卸荷電路的控制器監測儲能電容兩端的直流電壓與設定值進行比較，當直流電壓超出限定值時，觸發卸荷電路的功率器件以調節直流電壓保證其值在安全的范圍內。有益效果本技術的優點在于一種適用于并網的變速恒頻雙轉子永磁風力發電控制系統，使整個風電系統既可以實現電機側的最大風能跟蹤功能，穩定直流環節電壓，實現功率的雙向流動及系統有功功率和無功功率的獨立控制，又可在電網故障時快速補償系統直流環節電壓的跌落，保證直流環節電壓穩定，使得系統具有低電壓穿越能力，保證機組的安全可靠運行；雙PWM變換器的控制器中的發電機側以及網側PWM功率變換器控制器電路包括電流、電壓采樣電路、轉速位置脈沖采集電路以及相應的信號處理電路和可產生SVPWM信號驅動功率變換器工作實現變速調節以及穩定直流環節電壓的DSP信號處理電路，電路結構簡單，控制靈活，采用的功率反饋控制以及電流解耦控制算法可實現有功無功的獨立控制，有利于功率因數的調節，而低電壓穿越控制裝置的使用則使得系統動態性能更好好，降低電機啟動合閘沖擊電流、電網故障以及各種擾動引起的瞬態電流響應本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種變速恒頻雙轉子永磁風力發電系統的控制系統，其特征在于該控制系統包括雙PWM變換器控制系統和直流環節的低電壓穿越控制裝置；雙PWM變換器控制系統包括發電機側PWM變換器控制系統和網側PWM變換器控制系統；低電壓穿越控制裝置包括卸荷電路及其控制電路，卸荷電路并接于發電機側PWM變換器和網側PWM變換器之間的直流環節電容C兩端；a、發電機側PWM變換器控制系統，包括：最大風能跟蹤模塊即MPPT模塊、轉速控制模塊、電流控制模塊和SVPWM信號發生模塊；外界風速信號作為MPPT模塊的輸入信號；MPPT模塊輸出的參考轉速信號與電機內轉子的轉速檢測值信號作為轉速控制模塊的輸入信號；轉速控制模塊的輸出信號為交軸參考電流信號，同時，給定直軸電流參考值為零；將交、直軸電流參考信號分別與經Clark變換和Park變換后得到的dq坐標系下內轉子交、直軸電流檢測值信號輸入給比較器相比較，比較結果作為電流控制模塊的輸入信號；電流控制模塊輸出信號與電流前饋解耦分量分別經加法器和減法器輸出交、直軸參考電壓信號；測速裝置測得的電機內、外轉子位置之間的差值信號以及交、直軸參考電壓信號作為矢量變換模塊的輸入信號，矢量變換模塊輸出αβ坐標系下兩相電壓信號；αβ坐標系下兩相電壓信號與直流環節電壓檢測值信號作為SVPWM信號發生模塊的輸入信號，SVPWM信號發生模塊輸出信號即為可驅動發電機側PWM變換器的SVPWM信號；b、網側PWM變換器控制系統，包括：網側電壓控制模塊、電流控制模塊和SVPWM信號發生模塊；將直流側電壓給定值與其直流側電壓檢測值作為網側電壓控制模塊的輸入信號；網側電壓控制模塊輸出直軸參考電流，同時，給定交軸參考電流值為零；該交、直軸電流參考信號分別與經Clark變換和Park變換后得到的dq坐標系下網側交、直軸電流檢測信號輸入比較器相比較，比較結果作為電流控制模塊的輸入信號；電流前饋解耦分量、電壓補償分量和電流控制模塊的輸出信號經加法器輸出交、直軸參考電壓信號；交、直軸參考電壓信號與霍爾傳感器測得的電機外轉子位置值作為矢量變換模塊的輸入信號；矢量變換模塊輸出αβ坐標系下電壓信號，αβ坐標系下電壓信號與直流環節電壓檢測值信號作為SVPWM信號發生模塊的輸入信號，SVPWM 信號發生模塊的輸出信號即可驅動網側PWM變換器的SVPWM信號；c、所述卸荷電路包括功率器件和電阻，功率器件的輸入/輸出端與電阻串聯后，并聯接于電容C兩端；卸荷電路控制電路包括PI調節器和比較器；由直流環節電壓檢測值與故障狀態時的參考電壓相比較后，經PI調節器后送入比較器的一個輸入端，比較器的另一輸入端輸入時鐘脈沖信號；比較器的輸出端連接功率器件的控制端。...

【技術特征摘要】
1.一種變速恒頻雙轉子永磁風カ發電系統的控制系統，其特征在于該控制系統包括雙PWM變換器控制系統和直流環節的低電壓穿越控制裝置；雙PWM變換器控制系統包括發電機側PWM變換器控制系統和網側PWM變換器控制系統；低電壓穿越控制裝置包括卸荷電路及其控制電路，卸荷電路并接于發電機側PWM變換器和網側PWM變換器之間的直流環節電容C兩端；a、發電機側PWM變換器控制系統，包括最大風能跟蹤模塊即MPPT模塊、轉速控制模塊、電流控制模塊和SVPWM信號發生模塊；外界風速信號作為MPPT模塊的輸入信號；MPPT模塊輸出的參考轉速信號與電機內轉子的轉速檢測值信號作為轉速控制模塊的輸入信號；轉速控制模塊的輸出信號為交軸參考電流信號，同時，給定直軸電流參考值為零；將交、直軸電流參考信號分別與經Clark變換和Park變換后得到的dq坐標系下內轉子交、直軸電流檢測值信號輸入給比較器相比較，比較結果作為電流控制模塊的輸入信號；電流控制模塊輸出信號與電流前饋解耦分量分別經加法器和減法器輸出交、直軸參考電壓信號；測速裝置測得的電機內、外轉子位置之間的差值信號以及交、直軸參考電壓信號作為矢量變換模塊的輸入信號，矢量變換模塊輸出α β坐標系下兩相電壓信號；α β坐標系下兩相電壓信號與直流環節電壓檢測值信號作為SVPWM信號發生模塊的輸入信...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張建忠，王元元，程明，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：實用新型
國別省市：