專利名稱：變速恒頻雙轉子永磁風力發(fā)電系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型是關于一種變速恒頻雙轉子永磁風力發(fā)電系統(tǒng)控制技術，屬于新能源發(fā)電技術領域。
背景技術：
風能是一種清潔的可再生能源，在能源危機和環(huán)境問題不斷凸顯的今天，積極發(fā)展包括風能、太陽能等可再生能源的發(fā)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(fā)電系統(tǒng)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(wěn)定、電能質量更好以及如何控制保證電網安全穩(wěn)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(tǒng)而言，采用兩電平的雙PWM變換器，中間的直流 環(huán)節(jié)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(jié)有效控制直流母線電壓穩(wěn)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(fā)電控制系統(tǒng)，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(wěn)定直流環(huán)節(jié)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(huán)節(jié)加入卸荷電路，當直流環(huán)節(jié)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(huán)節(jié)電壓在安全范圍內，提高機組的不間斷運行能力。
發(fā)明內容技術問題本實用新型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(fā)電控制系統(tǒng)，使其既可以實現發(fā)電機側的最大風能跟蹤功能，穩(wěn)定直流環(huán)節(jié)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(tǒng)直流環(huán)節(jié)電壓的跌落，保證直流環(huán)節(jié)電壓穩(wěn)定，使得系統(tǒng)具有低電壓穿越能力，保證機組的安全可靠運行。技術方案本實用新型所描述的變速恒頻雙轉子永磁風力發(fā)電控制系統(tǒng)包括雙PWM變換器的控制系統(tǒng)以及直流環(huán)節(jié)的低電壓穿越控制系統(tǒng)。其中，所描述的雙PWM變換器控制系統(tǒng)包括發(fā)電機側和網側PWM功率控制控制系統(tǒng)。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(huán)節(jié)電壓檢測值作為SVPWM信號發(fā)生模塊的輸入信號，其輸出信號為可驅動發(fā)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(huán)節(jié)電壓檢測值一起送入SVPWM信號發(fā)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(huán)節(jié)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(tǒng)包括由直流環(huán)節(jié)電壓的檢測信號與故障狀態(tài)時的參考電壓相比較，經由PI調節(jié)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(jié)直流電壓接近設定值。對于雙PWM變換器的控制，可實現發(fā)電機的MPPT控制、有功無功調節(jié)以及穩(wěn)定直 流環(huán)節(jié)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(tài)時工作用于補償電壓損失，系統(tǒng)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(tài)時補償網絡電壓的損失，維持系統(tǒng)正常運行，保證電機正常并網。SVPWM信號發(fā)生模塊可以用DSP實現。上述變速恒頻雙轉子永磁風力發(fā)電系統(tǒng)的控制方法為發(fā)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(jié)定子交直流電流即可獨立調節(jié)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(jié)即可調節(jié)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(yōu)轉速，得到不同風速時對應的最優(yōu)功率曲線，由雙轉子電機的功率關系得到相應的最優(yōu)的參考有功功率，通過對于內轉子電流的控制來調節(jié)電機實際有功功率追蹤參考的最優(yōu)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(huán)節(jié)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(huán)節(jié)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(wěn)定直流環(huán)節(jié)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(fā)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(tài)時，直流環(huán)節(jié)的低電壓控制通過卸荷電路的控制器監(jiān)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(fā)卸荷電路的功率器件以調節(jié)直流電壓保證其值在安全的范圍內。有益效果本實用新型的優(yōu)點在于一種適用于并網的變速恒頻雙轉子永磁風力發(fā)電控制系統(tǒng)，使整個風電系統(tǒng)既可以實現電機側的最大風能跟蹤功能，穩(wěn)定直流環(huán)節(jié)電壓，實現功率的雙向流動及系統(tǒng)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(tǒng)直流環(huán)節(jié)電壓的跌落，保證直流環(huán)節(jié)電壓穩(wěn)定，使得系統(tǒng)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(fā)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(jié)以及穩(wěn)定直流環(huán)節(jié)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(jié)，而低電壓穿越控制裝置的使用則使得系統(tǒng)動態(tài)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(tài)電流響應，提高系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能，優(yōu)化了電能質量。

圖I為包含直流環(huán)節(jié)低電壓穿越控制裝置的變速恒頻雙轉子風力發(fā)電系統(tǒng)圖；圖2為變速恒頻雙轉子風力發(fā)電控制系統(tǒng)結構圖；圖3為變速恒頻雙轉子風力發(fā)電控制系統(tǒng)原理圖。
具體實施方式
一種變速恒頻雙轉子永磁風力發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，步驟包括a、對發(fā)電機側PWM變換器的控制，可通過最佳葉尖速比法或者功率反饋法兩種方法分別實現最大風能跟蹤模塊即MPPT模塊控制最佳葉尖速比法，即指對于一臺確定的風力機，在保持漿距角β不變時總有一個對應于最大風能利用系數Cpmax的最佳葉尖速比λ _，使得此時風力機的轉換效率最高，也就是說，對于一個特定的風速V，風力機只有運行在一個特定的轉速ω/下才會有最高的風能轉換效率，由于外界風速時不斷變化的，因此，必須在風速變化時及時調整風力機轉速 r，使之滿足關系式《r= λ。。^/^，使Cp始終保持在最優(yōu)值Cpmax，進而實現MPPT控制?？刂浦袑⒉杉娘L速信號在MPPT模塊中通過關系式λ _V/R計算得到風力機運行的參考轉速ω/，而風力機與電機內轉子同軸直接相連，兩者轉速相同，即電機內轉子的參考轉速也為ω/，將其與采集到的內轉子轉速信號Oi相比較，經過PI調節(jié)器，可得到交軸電流的參考信號?，F有技術中，功率反饋法，即指將風輪的輸出功率P與風速V聯系起來，利用風速V與轉速ω滿足的關系ω = λ _V/R，對于每個輸出功率都有一個特定的轉速ω%獲得恒定的葉尖速比λ _，即在任何風速下，通過調節(jié)風機轉速ω，使其葉尖線速度與風速之比保持不變，且都滿足λ = λ _，則在風速不可測的情況下，通過測得的風力機轉速，根據風力機的功率曲線可求出此時對應的風速，從而確定此時的最大功率，即可實現MPPT控制。采用定子磁鏈定向控制，存在關系Vds = Ψ1； ￥qs = O以及Uds = O,Uqs = -U1成立，其中，￥ds和￥qs分別表示發(fā)電機定子直軸磁鏈和交軸磁鏈，F1表示定子磁鏈定向情況下的理想的定子直軸磁鏈，Uds和Uqs分別表示發(fā)電機定子直軸電壓和交軸電壓，U1表示電機定子端電壓幅值，ids和iqs表示電機定子繞組直軸電流和交軸電流；再根據功率反饋法通過風速及最佳葉尖速比值計算出最優(yōu)轉速，進而得到風機輸出的最大功率
_8] Pmax =kw3m, k = pA(R/Aopt)3Cpmax /2式中，Pmax表示風力機輸出的最大功率，Wm表示風力機的機械轉速，A是風力機風葉掃過的面積，A= jiR2，R為風機的葉片半徑，P表示空氣密度,Cpmax表示最大風能利用系數，λ _表示最佳葉尖速比，。根據上述功率關系可得到不同風速下最優(yōu)參考功率，描繪出最優(yōu)功率曲線，進而 構造定子輸出有功功率指令Pt=PmaJ{\-s)-AP = kw3m/(\-s)-AP式中，P*表示定子端輸出的最優(yōu)有功功率參考值，Pniax表示風力機輸出的最大功率，s表示內外轉子的轉差，Λ P表示功率損耗。磁鏈與電流存在這樣的關系Vds= Vmo+Lsids+LmidrVqs = Lsiqs+LmiqrVdr= Vmi+Lridr+LmidsVqr = Lriqr+Lmiqs式中，Vds 表不電機定子直、交軸磁鏈，表不電機內轉子直、交軸磁鏈，表不電機外轉子兩側永磁在定子與內轉子側的永磁磁鏈，ids 表不電機定子繞組直、交軸電流，idr iqr表示電機內轉子繞組直、交軸電流，Ls表示電機定子電感，Lr表示電機內轉子電感，Lm表示電機定子與內轉子間互感。通過上式推知定、轉子側電流的關系，獲得定子側有功、無功功率與定子電流分量存在如下關系P = -U1IqsQ = -U1Ids由上式可知通過調節(jié)定子交直流電流可獨立調節(jié)定子側實際功率；再根據定、轉子電流的關系，可將得到的定子側有功、無功功率與定子電流關系轉換為與內轉子電流之間的關系，則可以通過對內轉子電流調節(jié)來調節(jié)功率；將參考功率與實際反饋功率相比較可得到內轉子交直軸電流的參考值，同樣可實現MPPT模塊控制；上述兩種方法均可實現MPPT控制，進而得到電流控制環(huán)節(jié)需要的內轉子交直軸電流參考信號，再將得到的交流電流給定信號、直軸電流給定信號與實際采集并變換得到的轉子側電流反饋信號進行比較，再把比較結果經過矢量變換后送入SVPWM信號發(fā)生模塊，輸出的SVPWM信號用于驅動電機側變換器；b、對網側PWM控制器的控制先通過電壓定向控制，將直流環(huán)節(jié)的實際電壓與設定的參考電壓相比較，得到參考電流信號；再把該參考電流信號與實際電流信號相比較，然后根據比較結果經由電壓補償環(huán)節(jié)[0037]ud =Ud- (ids _ids)(^ +~L) + roLi
fSUq* = Uq-{iJ -iqs){Kp+^-)-^\,ids
S式中，ud Uq表示同步旋轉坐標系下實時采集的電網直軸和交軸電壓，ids i#表示同步旋轉坐標系下實時采集的定子端直軸和交軸電流，id/ 表示同步旋轉坐標系下的兩相電流給定的參考值，Kp Ki為PI調節(jié)器的比例系數，ω表示外轉子轉速，L表示電網的進線電抗值，u； iC表示同步旋轉坐標系下直軸和交軸電壓。通過上述環(huán)節(jié)進行電壓補償，得到調制信號；最后該調制信號經過矢量變換后輸入SVPWM信號發(fā)生模塊，最后由SVPWM信號發(fā)生模塊輸出SVPWM信號驅動網側PWM變換器 以穩(wěn)定直流環(huán)節(jié)電壓；C、在直流環(huán)節(jié)中，監(jiān)測發(fā)電機側PWM變換器和網側PWM變換器之間的直流環(huán)節(jié)電容C兩端的直流電壓，把該直流電壓與設定值進行比較，當直流電壓超過限定值時，調節(jié)直流電壓保證直流電壓值在安全的范圍內。一種變速恒頻雙轉子永磁風力發(fā)電系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括雙PWM變換器控制系統(tǒng)和直流環(huán)節(jié)的低電壓穿越控制裝置；|PWM變換器控制系統(tǒng)包括發(fā)電機側PWM變換器控制系統(tǒng)和網側PWM變換器控制系統(tǒng)；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(fā)電機側PWM變換器和網側PWM變換器之間的直流環(huán)節(jié)電容C兩端；a、發(fā)電機側PWM變換器控制系統(tǒng)，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(fā)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(huán)節(jié)電壓檢測值信號作為SVPWM信號發(fā)生模塊的輸入信號，SVPWM信號發(fā)生模塊輸出信號即為可驅動發(fā)電機側PWM變換器的SVPWM信號；b、網側PWM變換器控制系統(tǒng)，包括網側電壓控制模塊、電流控制模塊和SVPWM信號發(fā)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α β坐標系下電壓信號，α β坐標系下電壓信號與直流環(huán)節(jié)電壓檢測值信號作為SVPWM信號發(fā)生模塊的輸入信號，SVPWM信號發(fā)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(jié)器和比較器；由直流環(huán)節(jié)電壓檢測值與故障狀態(tài)時的參考電壓相比較后，經PI調節(jié)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。附圖非限制性地公開了本實用新型實施例的具體結構，
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。由圖I可見，包含直流環(huán)節(jié)低電壓穿越控制裝置的變速恒頻雙轉子風力發(fā)電系統(tǒng)組成，其連接方式是發(fā)電機側PWM變換器與雙轉子永磁發(fā)電機的內轉子繞組連接，王側PWM變換器與電網連接，低電壓穿越裝置并接于雙PWM變換器的直流環(huán)節(jié)電容兩端。 由圖2可見，變速恒頻雙轉子永磁風力發(fā)電控制系統(tǒng)包括發(fā)電機側和網側PWM變換器的控制系統(tǒng)以及直流環(huán)節(jié)的低電壓穿越控制裝置，其中，發(fā)電機側PWM變換器控制電路包括最大風能跟蹤模塊MPPT、轉速控制模塊、電流控制模塊，網側PWM變換器包括電壓控制模塊以及電流控制模塊，低電壓穿越裝置包括卸荷電路及其控制電路，其中，卸荷電路并接于雙PWM變換器中間直流環(huán)節(jié)電容兩端。由圖3可見，系統(tǒng)控制包括對于雙PWM變換器的控制以及直流環(huán)節(jié)低電壓穿越的控制技術。其中，發(fā)電機側PWM功率變換器的控制包括最佳葉尖速比控制、矢量控制及SVPWM調制信號產生環(huán)節(jié)構成，實現并輸出SVPWM調制信號用于驅動PWM功率變換器；網側PWM變換器的控制與發(fā)電機側相似，由產生的SVPWM調制信號驅動網側PWM功率變換器；直流環(huán)節(jié)低電壓穿越裝置包括卸荷電路及其控制電路，通過卸荷電路的控制器監(jiān)測儲能電容兩端的直流電壓與設定值進行比較，進行相應控制，保證電壓在安全范圍內運行。系統(tǒng)運行時，對于發(fā)電機側PWM功率變換器，由電流傳感器采集得到內轉子三相電流，經Clark變換和Park變換得到同步旋轉坐標系下的兩相電流id iq,并將被控電機同步旋轉坐標系下的兩相電流給定的參考值i/i/與上述實時采集到的兩相電流檢測值相比較的誤差送入電流PI調節(jié)器，其中，交軸的給定參考電流是通過轉速參考值ω *與采集到的內轉子轉速檢測值Qi相比較經轉速PI調節(jié)器得到，ω*是通過最佳葉尖速比法由采集到的自然界風速計算而來，采用直軸參考電流i/ = O提供直軸電流給定值；考慮電流前饋解耦，將上述電流PI調節(jié)器輸出的電壓值ud Uq與前饋補償分量相加減得到兩個電壓的給定值u/ U/，再經過Park反變換得到兩相靜止坐標系下的電壓u/ u/，其參與Park變換的角度值Θ是通過霍爾傳感器和光電編碼器得到的內、外轉子位置信號的差值；將上述得到的靜止坐標系下的兩相電壓值iC u/與采集到的直流環(huán)節(jié)電壓值Udc 一起送入SVPWM信號發(fā)生器環(huán)節(jié)，可得到調制后的用于驅動電機側PWM變換器的空間矢量調制信號。對于網側PWM功率變換器，由電流、電壓傳感器采集得到電網側三相電流、三相電壓信號，經Clark變換和Park變換得到同步旋轉坐標系下的兩相電流ids iqs>電壓ud uq,將被控電機同步旋轉坐標系下的兩相電流給定的參考值與上述實時采集到的兩相電流檢測值ids iqs比較的誤差信號送入電流PI調節(jié)器，其中，直軸的給定參考電流id/是通過直流環(huán)節(jié)電壓參考值Vdc*與實時采集到的直流環(huán)節(jié)檢測值Vd。相比較經電壓PI調節(jié)器得到，采用交軸參考電流= O提供交軸電流給定值；考慮電流前饋解耦環(huán)節(jié)以及電壓補償環(huán)節(jié)，將上述電流PI調節(jié)器輸出的電壓值與前饋補償分量以及采集到的網側的實時電壓值Ud IV三者加減得到兩個電壓的給定值u/ iC，再經過Park反變換得到兩相靜止坐標系下的電壓u/ u/，其參與Park變換的角度值Θ是通過霍爾傳感器得到的外轉子位置信號；將上述得到的靜止坐標系下的兩相電壓值u/ u/與采集到的直流環(huán)節(jié)電壓值Ud。一起送入SVPWM信號發(fā)生器環(huán)節(jié)，可得到調制后的用于驅動網側PWM變換器的空間矢量調制信號。對于直流環(huán)節(jié)低電壓穿越控制裝置，在發(fā)生低電壓故障的情況下啟動該控制模塊，通過直流側儲能電容兩端直流電壓實測值vd。與故障狀態(tài)的直流環(huán)節(jié)電壓設定值Vd。— 比較環(huán)節(jié)得到偏差信號Λ Vd。，偏差信號經過PI調節(jié)器得到參考電流i/再送入比較器，生成控制功率器件的導通占空比，控制功率器件的導通和關斷，從而調節(jié)直流電壓值接近設定值。
權利要求1.一種變速恒頻雙轉子永磁風カ發(fā)電系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，其特征在于該控制系統(tǒng)包括雙PWM變換器控制系統(tǒng)和直流環(huán)節(jié)的低電壓穿越控制裝置；雙PWM變換器控制系統(tǒng)包括發(fā)電機側PWM變換器控制系統(tǒng)和網側PWM變換器控制系統(tǒng)；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(fā)電機側PWM變換器和網側PWM變換器之間的直流環(huán)節(jié)電容C兩端；a、發(fā)電機側PWM變換器控制系統(tǒng)，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(fā)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(huán)節(jié)電壓檢測值信號作為SVPWM信號發(fā)生模塊的輸入信號,SVPWM信號發(fā)生模塊輸出信號即為可驅動發(fā)電機側PWM變換器的SVPWM信號；b、網側PWM變換器控制系統(tǒng)，包括網側電壓控制模塊、電流控制模塊和SVPWM信號發(fā)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α β坐標系下電壓信號，α β坐標系下電壓信號與直流環(huán)節(jié)電壓檢測值信號作為SVPWM信號發(fā)生模塊的輸入信號，SVPWM信號發(fā)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(jié)器和比較器；由直流環(huán)節(jié)電壓檢測值與故障狀態(tài)時的參考電壓相比較后，經PI調節(jié)器后送入比較器的一個輸入端，比較器的另ー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。
專利摘要一種變速恒頻雙轉子永磁風力發(fā)電系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括雙PWM變換器控制系統(tǒng)和直流環(huán)節(jié)的低電壓穿越控制裝置；雙PWM變換器控制系統(tǒng)包括發(fā)電機側PWM變換器控制系統(tǒng)和網側PWM變換器控制系統(tǒng)；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(fā)電機側PWM變換器和網側PWM變換器之間的直流環(huán)節(jié)電容C兩端。本系統(tǒng)使整個風電系統(tǒng)既可以實現電機側的最大風能跟蹤功能，穩(wěn)定直流環(huán)節(jié)電壓，實現功率的雙向流動及系統(tǒng)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(tǒng)直流環(huán)節(jié)電壓的跌落，保證直流環(huán)節(jié)電壓穩(wěn)定，使得系統(tǒng)具有低電壓穿越能力，保證機組的安全可靠運行。
文檔編號H02P9/04GK202617060SQ20122019431
公開日2012年12月19日 申請日期2012年4月28日 優(yōu)先權日2012年4月28日
發(fā)明者張建忠, 王元元, 程明 申請人:東南大學