專利名稱：雙饋風力發(fā)電機低電壓穿越控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及屬于新能源利用與控制和電工、電力電子的交叉技術領域，具體涉及一種雙饋風力發(fā)電機低電壓穿越控制系統(tǒng)。
背景技術：
目前，能源消耗在全球范圍內(nèi)迅猛增長，其中礦物燃料能源的消耗仍將占據(jù)主導地位，隨之會引發(fā)環(huán)境、健康、經(jīng)濟和能源安全等諸多問題。在過去20年里，可再生能源技術在成功地降低了成本的同時，其可靠性和性能也取得了很大突破。其中風能作為可再生的、無污染的清潔能源受到人類越來越多的重視。雙饋感應電機由于其具有風能利用率高、所需變流器承受功率小、功率因數(shù)高等獨特的技術優(yōu)勢而成為研究熱點與發(fā)展方向。變速恒頻雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電機使用繞線式異步發(fā)電機，具有定、轉(zhuǎn)子兩套繞組，其定子直接與電網(wǎng)相聯(lián)，轉(zhuǎn)子連接于一個三相電力電子變換器，該變換器又分為網(wǎng)側(cè)變換器和機側(cè)變換器，機側(cè)變換器實現(xiàn)雙饋電機的交流勵磁與轉(zhuǎn)矩輸出，網(wǎng)側(cè)變換器的主要功能是保持直流母線電壓的穩(wěn)定、輸入電流正弦及可調(diào)的輸入功率因數(shù)，機側(cè)與網(wǎng)側(cè)的控制和運行是獨立的。由于大電機再加速、大電機啟動及電網(wǎng)故障引起的電壓跌落將致使雙饋電機轉(zhuǎn)子側(cè)過電流及過電壓進而對機側(cè)變流器的正常運行構(gòu)成很大威脅，傳統(tǒng)情況下，此時將把雙饋電機從電網(wǎng)中脫離出來，以規(guī)避由于過流引起的變流器損壞。但是現(xiàn)代風電系統(tǒng)并網(wǎng)規(guī)范中要求并網(wǎng)風電機組具備低電壓穿越能力。所謂低電壓穿越即要求聯(lián)網(wǎng)運行的風電機組在一定幅度和一定持續(xù)時間的電網(wǎng)電壓故障下不得脫網(wǎng)運行且需向故障電網(wǎng)提供電壓和頻率的協(xié)調(diào)控制以協(xié)助電網(wǎng)恢復。目前常用的雙饋電機故障穿越策略有采用轉(zhuǎn)子短路保護技術，選用新型的拓撲結(jié)構(gòu)技術，采用改進的勵磁控制算法。當橇棒電路投入運行之后，雙饋電機實際運行在籠型電機的狀態(tài)，其要從電網(wǎng)吸收無功，加大了電網(wǎng)恢復的難度，且增加了系統(tǒng)的成本；新型拓撲結(jié)構(gòu)需要改進系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)，而改造的成本相對較高；改進勵磁控制算法的可操作性比較差。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術所存在的不足之處，提出一種不需要增加系統(tǒng)硬件投入，在電網(wǎng)跌落情況下，雙饋風力發(fā)電機不脫網(wǎng)且能抑制轉(zhuǎn)子電流，避免觸發(fā)橇棒等保護電路，且能為電網(wǎng)恢復提供無功支持的雙饋風力發(fā)電機低電壓穿越控制系統(tǒng)。本發(fā)明解決技術問題采用如下技術方案雙饋風力發(fā)電機低電壓穿越控制系統(tǒng)，其特征在于包括有安裝于電機轉(zhuǎn)子上的電流傳感器和光電編碼器、安裝于電機定子上的電壓傳感器，所述的電流傳感器、光電編碼器、電壓傳感器分別通過一個電平轉(zhuǎn)換電路接入DSP處理器，DSP處理器將電網(wǎng)的三相電流信號、三相電壓信號以及電機的轉(zhuǎn)速信號經(jīng)過運算后通過PWM端口輸出至IPM模塊的驅(qū)動端口，IPM模塊的電壓輸出端連接電機轉(zhuǎn)子，電機定子通過接觸器與電網(wǎng)相連；DSP處理器內(nèi)部的具體控制方法如下I) DSP處理器將三相電壓信號經(jīng)過鎖相環(huán)電路得出電網(wǎng)當前角度及頻率，將三相電壓進行坐標變換得出同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的直流量；2) DSP處理器將三相電流信號經(jīng)過坐標變換成兩相旋轉(zhuǎn)坐標系下的直流量，與給定電流量進行比較，將偏差量送入PI調(diào)節(jié)器，將PI調(diào)節(jié)器的輸出與電網(wǎng)電壓前饋補償量及虛擬阻抗與變換電流量之積相比較之后再經(jīng)過坐標反變換而產(chǎn)生PWM波，用以驅(qū)動IPM模塊；3)虛擬阻抗其值隨閉環(huán)帶寬變化，其關系表達式為a=ln9/tHse，仁ise為上升時間。在傳統(tǒng)雙饋電機電流控制環(huán)的基礎上，引入了虛擬阻抗反饋，該反饋的涉入，可以增加雙饋電機的阻尼，從而使得雙饋電機在電網(wǎng)電壓跌落的情況下，具有更好的抵抗性能。與已有技術相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在1、本發(fā)明采用的基于虛擬阻抗的控制算法，可以有效地抑制故障下的轉(zhuǎn)子側(cè)沖擊電流，減小對轉(zhuǎn)動軸的機械應力，且能夠為電網(wǎng)電壓恢復提供一定無功支持。2、本發(fā)明不需增加系統(tǒng)的硬件成本,易于實現(xiàn),系統(tǒng)可靠性高。
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。圖2為雙饋風力發(fā)電機機側(cè)控制系統(tǒng)框圖。圖3為雙饋風力發(fā)電機等效原理圖。圖4為雙饋風力發(fā)電機電流環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖。圖5為雙饋風力發(fā)電機電流環(huán)受擾動后加入阻尼及阻抗與不加入時的對比波特圖。
具體實施例方式以下通過具體實施方式
，并結(jié)合附圖對本發(fā)明進行進一步描述如圖1所示，雙饋風力發(fā)電機低電壓穿越控制系統(tǒng)，包括有安裝于電機轉(zhuǎn)子2上的電流傳感器3和光電編碼器5、安裝于電機定子I上的電壓傳感器4，電流傳感器3、光電編碼器5、電壓傳感器4分別通過一個電平轉(zhuǎn)換電路6接入DSP處理器7，DSP處理器7將電網(wǎng)的三相電流信號、三相電壓信號以及電機的轉(zhuǎn)速信號經(jīng)過運算后通過PWM端口輸出至IPM模塊8的驅(qū)動端口，IPM模塊8的電壓輸出端連接電機轉(zhuǎn)子2，電機定子I通過接觸器9與電網(wǎng)10相連；DSP處理器7內(nèi)部的具體控制方法如下I) DSP處理器7將三相電壓信號經(jīng)過鎖相環(huán)電路得出電網(wǎng)當前角度及頻率，將三相電壓進行坐標變換得出同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的直流量；2) DSP處理器7將三相電流信號經(jīng)過坐標變換成兩相旋轉(zhuǎn)坐標系下的直流量，與給定電流量進行比較，將偏差量送入PI調(diào)節(jié)器，將PI調(diào)節(jié)器的輸出與電網(wǎng)電壓前饋補償量及虛擬阻抗與變換電流量之積相比較之后再經(jīng)過坐標反變換而產(chǎn)生PWM波，用以驅(qū)動IPM模塊；
3)虛擬阻抗其值隨閉環(huán)帶寬變化，其關系表達式為a=ln9/tHse，t&e為上升時間。雙饋風力發(fā)電機機側(cè)控制系統(tǒng)框圖如圖1所示，虛線框為電壓、電流及轉(zhuǎn)速信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路后送入數(shù)字信號處理器(DSP)及經(jīng)過運算處理后的脈沖調(diào)制信號(PWM)。在進行虛擬阻抗運算之前，先將雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)原理如圖3敘述如下雙饋電機模型的建立
權利要求
1.一種雙饋風力發(fā)電機低電壓穿越控制系統(tǒng)，其特征在于包括有安裝于電機轉(zhuǎn)子上的電流傳感器和光電編碼器、安裝于電機定子上的電壓傳感器，所述的電流傳感器、光電編碼器、電壓傳感器分別通過一個電平轉(zhuǎn)換電路接入DSP處理器，DSP處理器將電網(wǎng)的三相電流信號、三相電壓信號以及電機的轉(zhuǎn)速信號經(jīng)過運算后通過PWM端口輸出至IPM模塊的驅(qū)動端口，IPM模塊的電壓輸出端連接電機轉(zhuǎn)子，電機定子通過接觸器與電網(wǎng)相連； DSP處理器內(nèi)部的具體控制方法如下 1)DSP處理器將三相電壓信號經(jīng)過鎖相環(huán)電路得出電網(wǎng)當前角度及頻率，將三相電壓進行坐標變換得出同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的直流量； 2)DSP處理器將三相電流信號經(jīng)過坐標變換成兩相旋轉(zhuǎn)坐標系下的直流量，與給定電流量進行比較，將偏差量送入PI調(diào)節(jié)器，將PI調(diào)節(jié)器的輸出與電網(wǎng)電壓前饋補償量及虛擬阻抗與變換電流量之積相比較之后再經(jīng)過坐標反變換而產(chǎn)生PWM波，用以驅(qū)動IPM模塊； 3)虛擬阻抗其值隨閉環(huán)帶寬變化，其關系表達式為a=ln9/trise, trise為上升時間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙饋風力發(fā)電機低電壓穿越控制系統(tǒng)，雙饋風力發(fā)電機側(cè)變流器由以DSP(數(shù)字信號處理器)為控制器構(gòu)成的核心電路，由模擬量采集變換構(gòu)成的采樣電路及IPM智能開關模塊電路構(gòu)成的主電路組合而成。本發(fā)明針對電網(wǎng)電壓跌落的深度及跌落時雙饋風力發(fā)電機所運行的狀態(tài)造成機側(cè)變流器過流的問題，采用了虛擬阻抗技術來抑制轉(zhuǎn)子側(cè)過電流，以避免觸發(fā)橇棒保護電路，使雙饋電機在電網(wǎng)故障情況下還處于可控制狀態(tài)，從而保證了在雙饋風力發(fā)電機符合風機類并網(wǎng)的國家標準。
文檔編號H02J3/38GK103050991SQ20121051668
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月5日 優(yōu)先權日2012年5月30日
發(fā)明者謝震, 張興, 宋海華, 劉淳, 楊淑英, 王付勝 申請人:合肥工業(yè)大學