微網(wǎng)用dwig交直流發(fā)電系統(tǒng)及寬風(fēng)速范圍能量雙向流動(dòng)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了微網(wǎng)用DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)及寬風(fēng)速范圍能量雙向流動(dòng)方法，屬于交直流微網(wǎng)的【技術(shù)領(lǐng)域】。系統(tǒng)包括主回路、檢測(cè)回路和控制回路。主回路包括：定子雙繞組異步電機(jī)、濾波電感、功率變換器、第一斷路器、第二斷路器、第三斷路器、第四斷路器。檢測(cè)回路包括：第一交流電流傳感器、直流電流傳感器、第二交流電流傳感器、第一直流電壓傳感器、第二直流電壓傳感器、第一交流電壓傳感器、第二交流電壓傳感器、第三交流電壓傳感器、風(fēng)速傳感器。控制回路包括：數(shù)字信號(hào)處理器、驅(qū)動(dòng)電路?？刂品椒ɡ靡慌_(tái)電機(jī)就實(shí)現(xiàn)了交直流同時(shí)發(fā)電，在無(wú)風(fēng)區(qū)充分利用功率變換器，拓寬了DWIG發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的風(fēng)速范圍，實(shí)現(xiàn)了寬風(fēng)速范圍內(nèi)能量雙向流動(dòng)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】微網(wǎng)用DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)及寬風(fēng)速范圍能量雙向流動(dòng)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開(kāi)了微網(wǎng)用DWIG(Dual Stator-ffinding Induct1n Generator,定子雙繞組異步發(fā)電機(jī))交直流發(fā)電系統(tǒng)及寬風(fēng)速范圍內(nèi)能量雙向流動(dòng)控制方法，尤其是用于微網(wǎng)交直流混合發(fā)電的定子雙繞組異步電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)及寬風(fēng)速范圍內(nèi)能量雙向流動(dòng)控制方法，屬于交直流混合微網(wǎng)的【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前能源的短缺和傳統(tǒng)能源帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題促進(jìn)了清潔能源的大規(guī)模接入與利用，提高能源利用效率，實(shí)施智能電網(wǎng)重大科技產(chǎn)業(yè)化工程，對(duì)于調(diào)整我國(guó)能源結(jié)構(gòu)、節(jié)能減排、應(yīng)對(duì)氣候變化具有重大意義。綜合世界各地區(qū)建設(shè)智能電網(wǎng)的進(jìn)程來(lái)看，智能電網(wǎng)的關(guān)注熱點(diǎn)包含有微網(wǎng)，微網(wǎng)是利用大規(guī)模清潔能源的接入。當(dāng)前可再生能源的種類(lèi)有很多例如風(fēng)能、潮汐能、水能等。由于清潔能源的不穩(wěn)定性，需要多種能源綜合利用，并配備能量型儲(chǔ)能和功率型儲(chǔ)能裝置以實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)優(yōu)化的目的。在構(gòu)建微網(wǎng)中，目前大部分的發(fā)電系統(tǒng)輸出電能方式只有單一的交流電或者直流電。那么如何采用簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)寬速范圍最大效率的發(fā)電是需要考慮的問(wèn)題。交直流混合微網(wǎng)中，往往需要一個(gè)交流電機(jī)、一個(gè)直流電機(jī)構(gòu)成相互獨(dú)立的交流發(fā)電系統(tǒng)和直流發(fā)電系統(tǒng)，當(dāng)交流電網(wǎng)與直流電網(wǎng)之間需要能量雙向流動(dòng)時(shí)，交流電網(wǎng)與直流電網(wǎng)之間需要一個(gè)雙向整流逆變裝置，存在需要額外的整流逆變裝置的缺陷，這增加系統(tǒng)的構(gòu)建成本和運(yùn)行維護(hù)成本同時(shí)也降低了系統(tǒng)的可靠性。
[0003]定子雙繞組異步發(fā)電機(jī)(DWIG)是二i^一世紀(jì)初由美國(guó)田納西理工大學(xué)Ojo教授提出的一種新型籠型異步電機(jī)，該電機(jī)的轉(zhuǎn)子仍為籠型結(jié)構(gòu)，繼承了傳統(tǒng)籠型異步電機(jī)的固有優(yōu)點(diǎn)，其定子上有兩套繞組，一套為控制繞組，接有功率變換器；另一套為功率繞組，向負(fù)載供電，兩套定子繞組具有相同的極對(duì)數(shù)，共享同一氣隙磁場(chǎng)，且它們?cè)陔姎馍蠜](méi)有直流連接，僅通過(guò)磁耦合，功能分開(kāi)，易實(shí)現(xiàn)高性能控制。由于DWIG結(jié)構(gòu)獨(dú)特且具有諸多優(yōu)點(diǎn)，它吸引了國(guó)內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。Ojo教授對(duì)DWIG恒速恒頻交流發(fā)電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制策略作了許多開(kāi)創(chuàng)性研究。國(guó)內(nèi)海軍工程大學(xué)的馬偉明教授以艦船獨(dú)立電源系統(tǒng)為應(yīng)用背景，對(duì)恒速運(yùn)行條件下的DWIG高壓直流發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究，主要包括拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，控制策略，穩(wěn)定性等。為拓寬DWIG的應(yīng)用場(chǎng)合，南京航空航天大學(xué)的研究人員從2004年開(kāi)始研究變速運(yùn)行條件下的DWIG高壓直流發(fā)電系統(tǒng)，如圖1所示，并重點(diǎn)對(duì)電機(jī)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)優(yōu)化、控制策略等開(kāi)展了研究工作。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述【背景技術(shù)】的不足，提供了微網(wǎng)用DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)及寬風(fēng)速范圍內(nèi)能量雙向流動(dòng)方法，以解決微網(wǎng)中發(fā)交流電和直流電需要構(gòu)建獨(dú)立的交流發(fā)電系統(tǒng)和直流發(fā)電系統(tǒng)、傳統(tǒng)交直流混合微網(wǎng)并網(wǎng)需要額外整流逆變裝置的缺陷、無(wú)風(fēng)區(qū)功率變換器閑置導(dǎo)致的系統(tǒng)不發(fā)電、DWIG發(fā)電系統(tǒng)在窄轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)這些技術(shù)問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案。
[0006]微網(wǎng)用DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)，包括主回路、檢測(cè)回路和控制回路，所述主回路包括:定子雙繞組異步電機(jī)、濾波電感、功率變換器、第一斷路器、第二斷路器、第三斷路器、第四斷路器，檢測(cè)回路包括:檢測(cè)第一斷路器輸出電流的第一交流電流傳感器、檢測(cè)功率變換器直流側(cè)輸出電流的直流電流傳感器、檢測(cè)定子雙繞組異步電機(jī)控制繞組輸出電流的第二交流電流傳感器、檢測(cè)功率變換器直流側(cè)輸出電壓的第一直流電壓傳感器、檢測(cè)直流電網(wǎng)電壓的第二直流電壓傳感器、檢測(cè)定子雙繞組異步電機(jī)功率繞組輸出電壓的第一交流電壓傳感器、檢測(cè)定子雙繞組異步電機(jī)控制繞組輸出電壓的第二交流電壓傳感器、檢測(cè)交流電網(wǎng)電壓的第三交流電壓傳感器、風(fēng)速傳感器，控制回路包括:數(shù)字信號(hào)處理器、驅(qū)動(dòng)電路；
定子雙繞組異步電機(jī)功率繞組出線(xiàn)經(jīng)過(guò)第一斷路器與交流電網(wǎng)連接，定子雙繞組異步電機(jī)控制繞組出線(xiàn)經(jīng)過(guò)第二斷路器與濾波電感一端連接，濾波電感另一端與功率變換器交流側(cè)連接，功率變換器直流側(cè)經(jīng)過(guò)第三斷路器與直流電網(wǎng)連接，定子雙繞組異步電機(jī)控制繞組出線(xiàn)、功率繞組出線(xiàn)之間接有第四斷路器，第一交流電壓傳感器接在定子雙繞組異步電機(jī)功率繞組出線(xiàn)上，第三交流電壓傳感器接交流電網(wǎng)側(cè)，第一交流電流傳感器接在第一斷路器出線(xiàn)上，第二交流電壓傳感器、第二交流電流傳感器均接在第二斷路器出線(xiàn)上，第一直流電壓傳感器、直流電流傳感器均接在功率變換器的直流側(cè)，第二直流電壓傳感器接在直流電網(wǎng)側(cè)，驅(qū)動(dòng)電路輸入端、第一直流電壓傳感器輸出端、第二直流電壓傳感器輸出端、第一交流電壓傳感器輸出端、第二交流電壓傳感器輸出端、第三交流電壓傳感器輸出端、第一交流電流傳感器輸出端、直流電流傳感器輸出端、第二交流電流傳感器輸出端分別與數(shù)字信號(hào)處理器連接，驅(qū)動(dòng)電路輸出端接功率變換器中功率器件控制端，各斷路器的控制器分別與數(shù)字信號(hào)處理器連接；
所述數(shù)字信號(hào)處理器，在功率變換器直流側(cè)輸出電壓與直流電網(wǎng)電壓同步時(shí)控制第三斷路器合閘，在定子雙繞組異步電機(jī)功率繞組輸出電壓與交流電網(wǎng)電壓同步時(shí)控制第一斷路器合閘，在系統(tǒng)沒(méi)有故障時(shí)維持第二斷路器處于合閘狀態(tài)，在系統(tǒng)有故障或者無(wú)風(fēng)時(shí)控制第一斷路器分閘、第二斷路器分閘、第四斷路器合閘，數(shù)字信號(hào)處理器根據(jù)風(fēng)速、定子雙繞組異步電機(jī)功率繞組輸出電壓、定子雙繞組異步電機(jī)控制繞組輸出電壓以及電流、交流電網(wǎng)電壓、直流電網(wǎng)電壓、第一斷路器輸出電流、功率變換器直流側(cè)輸出電壓以及電流得到驅(qū)動(dòng)電路的輸入信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)給功率變換器，功率變換器在驅(qū)動(dòng)信號(hào)作用下輸出交流電或者直流電。
[0007]所述微網(wǎng)用DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)寬風(fēng)速范圍能量雙向流動(dòng)控制方法，數(shù)字信號(hào)處理器根據(jù)風(fēng)速傳感器采集的風(fēng)速以及各傳感器采集的電信號(hào)生成各風(fēng)速區(qū)的控制策略:
無(wú)風(fēng)區(qū)控制策略，數(shù)字信號(hào)處理器控制第一斷路器分閘、第二斷路器分閘、第四斷路器合閘，通過(guò)功率變換器將直流電網(wǎng)的能量轉(zhuǎn)換成交流電網(wǎng)的無(wú)功功率和有功功率或者將交流電網(wǎng)的有功功率轉(zhuǎn)換成直流電網(wǎng)的有功功率，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)風(fēng)狀態(tài)下的交流電網(wǎng)與直流電網(wǎng)之間能量的雙向流動(dòng)；
低風(fēng)速區(qū)控制策略，數(shù)字信號(hào)處理器維持第一斷路器的分閘狀態(tài)、控制第二斷路器合閘、第四斷路器分閘，DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)的功率繞組與交流電網(wǎng)脫離，控制功率變換器輸出有功功率至直流側(cè)，數(shù)字信號(hào)處理器在功率變換器直流側(cè)輸出電壓與直流電網(wǎng)電壓同步時(shí)控制第三斷路器合閘，DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)并入直流電網(wǎng)；
高風(fēng)速區(qū)控制策略，數(shù)字信號(hào)處理器維持第二斷路器的合閘狀態(tài)、第四斷路器的分閘狀態(tài)、第三斷路器的合閘狀態(tài)，DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)處于并入直流電網(wǎng)的狀態(tài)，數(shù)字信號(hào)處理器控制功率變換器交流側(cè)輸出勵(lì)磁無(wú)功功率給定子雙繞組異步電機(jī)，數(shù)字信號(hào)處理器在定子雙繞組異步電機(jī)功率繞組輸出電壓與交流電網(wǎng)電壓同步時(shí)控制第一斷路器合閘，DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)并入交流電網(wǎng)。
[0008]所述微網(wǎng)用DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)寬風(fēng)速范圍能量雙向流動(dòng)控制方法，數(shù)字信號(hào)處理器根據(jù)風(fēng)速傳感器采集的風(fēng)速以及各傳感器采集的電信號(hào)生成各風(fēng)速區(qū)的控制策略:
無(wú)風(fēng)區(qū)以及低風(fēng)速區(qū)采用相同的控制策略，數(shù)字信號(hào)處理器控制第一斷路器分閘、第二斷路器分閘、第四斷路器合閘，通過(guò)功率變換器將直流電網(wǎng)的能量轉(zhuǎn)換成交流電網(wǎng)的無(wú)功功率和有功功率或者將交流電網(wǎng)的有功功率轉(zhuǎn)換成直流電網(wǎng)的有功功率，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)風(fēng)狀態(tài)下和低風(fēng)速區(qū)的交流電網(wǎng)與直流電網(wǎng)之間能量的雙向流動(dòng)，
高風(fēng)速區(qū)控制策略，數(shù)字信號(hào)處理器維持第二斷路器的合閘狀態(tài)、第四斷路器的分閘狀態(tài)、第三斷路器的合閘狀態(tài)，DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)處于并入直流電網(wǎng)的狀態(tài)，數(shù)字信號(hào)處理器控制功率變換器交流側(cè)輸出勵(lì)磁無(wú)功功率給定子雙繞組異步電機(jī)，數(shù)字信號(hào)處理器在定子雙繞組異步電機(jī)功率繞組輸出電壓與交流電網(wǎng)電壓同步時(shí)控制第一斷路器合閘，DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)并入交流電網(wǎng)。
[0009]作為所述寬風(fēng)速范圍能量雙向流動(dòng)控制方法的進(jìn)一步優(yōu)化方案,高風(fēng)速區(qū)控制策略中，利用定子雙繞組異步電機(jī)兩套繞組之間的磁場(chǎng)耦合原理，通過(guò)功率變換器調(diào)節(jié)定子雙繞組異步電機(jī)的控制繞組中的有功功率和無(wú)功功率以實(shí)現(xiàn)高風(fēng)速區(qū)的交流電網(wǎng)和直流電網(wǎng)之間能量的雙向流動(dòng)。
[0010]作為所述寬風(fēng)速范圍能量雙向流動(dòng)控制方法的進(jìn)一步優(yōu)化方案，無(wú)風(fēng)區(qū)控制策略中:采用矢量控制技術(shù)或直接功率控制技術(shù)，通過(guò)功率變換器將直流電網(wǎng)的能量轉(zhuǎn)換交流電網(wǎng)的無(wú)功功率和有功功率或者將交流電網(wǎng)的有功功率轉(zhuǎn)換成直流電網(wǎng)的有功功率。
[0011]作為所述寬風(fēng)速范圍能量雙向流動(dòng)控制方法的進(jìn)一步優(yōu)化方案，低風(fēng)速區(qū)控制策略中，采用電壓泵升技術(shù)控制功率變換器輸出有功功率至直流側(cè)。
[0012]本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果:
1、將DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用到微網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)了一臺(tái)發(fā)電機(jī)同時(shí)發(fā)交流電和直流電，改善了微網(wǎng)中發(fā)交流電和直流電需要構(gòu)建獨(dú)立的交流發(fā)電系統(tǒng)和直流發(fā)電系統(tǒng)的缺陷；
2、DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)中設(shè)置的斷路器在數(shù)字信號(hào)處理器的控制下控制交直流并網(wǎng)，改善了傳統(tǒng)交直流混合微網(wǎng)并網(wǎng)需要額外整流逆變裝置的缺陷；
3、寬風(fēng)速范圍內(nèi)能量雙向流動(dòng)控制方法設(shè)置的斷路器以及各傳感器采集的電信號(hào)生成不同風(fēng)速區(qū)的控制策略:無(wú)風(fēng)區(qū)通過(guò)控制接在定子雙繞組異步電機(jī)控制繞組出線(xiàn)、功率繞組出線(xiàn)之間的斷路器合閘，利用功率變換器實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)在無(wú)風(fēng)區(qū)內(nèi)的能量雙向流動(dòng)；低風(fēng)速區(qū)內(nèi)，功率變換器在向直流電網(wǎng)輸出有功功率實(shí)現(xiàn)直流發(fā)電以及系統(tǒng)并入直流電網(wǎng)，也可以?xún)H閉合功率繞組與控制繞組之間的斷路器使整個(gè)系統(tǒng)不發(fā)電僅實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)；在高風(fēng)速區(qū)通過(guò)功率變換器輸出無(wú)功功率控制DWIG控制繞組實(shí)現(xiàn)DWIG功率繞組輸出有功功率至交流電網(wǎng)，在系統(tǒng)已經(jīng)并入直流電網(wǎng)的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)交流發(fā)電以及系統(tǒng)并入交流電網(wǎng)，整個(gè)控制方法在無(wú)風(fēng)區(qū)充分利用功率變換器，拓寬了 DWIG發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的風(fēng)速范圍，改善了 DWIG發(fā)電系統(tǒng)在無(wú)風(fēng)區(qū)時(shí)功率變換器閑置的缺陷，
4、高風(fēng)速區(qū)可以利用定子雙繞組異步電機(jī)兩套繞組之間的磁場(chǎng)耦合原理實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，而無(wú)風(fēng)區(qū)能量的雙向流動(dòng)又能打破僅在高風(fēng)速區(qū)能量雙向流動(dòng)的局限，低風(fēng)速區(qū)也可選地采取雙向能量流動(dòng)的控制策略，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)在微網(wǎng)交直流混合場(chǎng)合下的寬風(fēng)速范圍內(nèi)能量雙向流動(dòng)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為現(xiàn)有的DWIG發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
[0014]圖2為DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)的示意圖。
[0015]圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明:1、定子雙繞組異步電機(jī)，2、濾波電感，3、功率變換器，4、第一交流電流傳感器，5、直流電流傳感器，6、第二交流電流傳感器，7、第一直流電壓傳感器，8、第二直流電壓傳感器，9、第一交流電壓傳感器，10、第二交流電壓傳感器，11、第三交流電壓傳感器，12、數(shù)字信號(hào)處理器，13、驅(qū)動(dòng)電路，14、第一斷路器，15、第二斷路器，16、第三斷路器，17、直流電網(wǎng)，18、交流電網(wǎng)，19、第四斷路器，20、風(fēng)速傳感器。

【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0017]本發(fā)明涉及的DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)如圖2所示，包括主回路、檢測(cè)回路和控制回路。主回路包括:定子雙繞組異步電機(jī)1、濾波電感2、功率變換器3、第一斷路器14、第二斷路器15、第三斷路器16、第四斷路器19。檢測(cè)回路包括:檢測(cè)第一斷路器14輸出電流的第一交流電流傳感器4、檢測(cè)功率變換器3直流側(cè)輸出電流的直流電流傳感器5、檢測(cè)定子雙繞組異步電機(jī)I控制繞組輸出電流的第二交流電流傳感器6、檢測(cè)功率變換器3直流側(cè)輸出電壓的第一直流電壓傳感器7、檢測(cè)直流電網(wǎng)17電壓的第二直流電壓傳感器8、檢測(cè)定子雙繞組異步電機(jī)I功率繞組輸出電壓的第一交流電壓傳感器9、檢測(cè)定子雙繞組異步電機(jī)I控制繞組輸出電壓的第二交流電壓傳感器10、檢測(cè)交流電網(wǎng)18電壓的第三交流電壓傳感器11、風(fēng)速傳感器20?？刂苹芈钒?數(shù)字信號(hào)處理器12、驅(qū)動(dòng)電路13。功率變換器3為將交流電整流為直流電或者將直流電逆變?yōu)榻涣麟姷哪芰侩p向流動(dòng)裝置。
[0018]采用圖2所示DWIG發(fā)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)中寬風(fēng)速范圍內(nèi)能量雙向流動(dòng)。利用DWIG功率繞組發(fā)出三相交流電，通過(guò)控制繞組以及功率變換器輸出直流電，實(shí)現(xiàn)一臺(tái)電機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)同時(shí)發(fā)出交流電和直流電，具體可以有以下三種實(shí)施方式。
[0019]第一種寬風(fēng)速范圍內(nèi)能量雙向流動(dòng)方法:無(wú)風(fēng)區(qū)閉合第四斷路器19，實(shí)現(xiàn)交直流側(cè)能量的雙向流動(dòng)；低風(fēng)速區(qū)控制第四斷路器19分閘、閉合第二斷路器15并斷開(kāi)功率繞組與交流側(cè)的連接，功率變換器輸出直流能量實(shí)現(xiàn)直流側(cè)并網(wǎng)；高風(fēng)速區(qū)在低風(fēng)速區(qū)已經(jīng)并入直流電網(wǎng)的狀態(tài)下，通過(guò)功率變換器調(diào)節(jié)DWIG控制套組勵(lì)磁無(wú)功功率實(shí)現(xiàn)交流側(cè)并網(wǎng)，該方法在無(wú)風(fēng)區(qū)充分利用功率變換器，拓寬了 DWIG發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的風(fēng)速范圍，改善了 DWIG發(fā)電系統(tǒng)在無(wú)風(fēng)區(qū)時(shí)功率變換器閑置的缺陷:
無(wú)風(fēng)區(qū)控制策略，數(shù)字信號(hào)處理器12控制第一斷路器14分閘、第二斷路器15分閘、第四斷路器19合閘，采用矢量控制技術(shù)或直接功率控制技術(shù)，功率變換器3將直流電網(wǎng)的能量轉(zhuǎn)換成交流電網(wǎng)的無(wú)功功率和有功功率或者將交流電網(wǎng)的有功功率轉(zhuǎn)換成直流電網(wǎng)的有功功率，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)風(fēng)區(qū)交流電網(wǎng)與直流電網(wǎng)之間能量的雙向流動(dòng)，
低風(fēng)速區(qū)控制策略，數(shù)字信號(hào)處理器12維持第一斷路器14的分閘狀態(tài)、控制第二斷路器15合閘、第四斷路器19分閘，DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)的功率繞組與交流電網(wǎng)脫離，采用電壓泵升技術(shù)控制功率變換器3輸出有功功率至直流側(cè)，數(shù)字信號(hào)處理器12在功率變換器3直流側(cè)輸出電壓與直流電網(wǎng)電壓同步時(shí)控制第三斷路器16合閘，DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)并入直流電網(wǎng)；
高風(fēng)速區(qū)控制策略，數(shù)字信號(hào)處理器12維持第二斷路器15的合閘狀態(tài)、第四斷路器19的分閘狀態(tài)、第三斷路器16的合閘狀態(tài)，DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)處于并入直流電網(wǎng)的狀態(tài)，數(shù)字信號(hào)處理器12控制功率變換器3交流側(cè)輸出勵(lì)磁無(wú)功功率給定子雙繞組異步電機(jī)1，數(shù)字信號(hào)處理器12在定子雙繞組異步電機(jī)I功率繞組輸出電壓與交流電網(wǎng)電壓同步時(shí)控制第一斷路器14合閘，DffIG交直流發(fā)電系統(tǒng)并入交流電網(wǎng)。
[0020]第二種寬風(fēng)速范圍內(nèi)能量雙向流動(dòng)方法:無(wú)風(fēng)區(qū)和低風(fēng)速區(qū)都采用第一種方法中的控制策略，高風(fēng)速區(qū)采用第一種方法中的高風(fēng)速區(qū)控制策略。與第一種方法不同的是，低風(fēng)速區(qū)電機(jī)不發(fā)電，不僅具有第一種方法的有點(diǎn)，而且整個(gè)系統(tǒng)與在低風(fēng)速區(qū)也實(shí)現(xiàn)了能量的雙向流動(dòng)。
[0021]第三種寬風(fēng)速范圍內(nèi)能量雙向流動(dòng)方法:在第一種或者第二種方法的基礎(chǔ)上，利用定子雙繞組異步電機(jī)兩套繞組之間的磁場(chǎng)耦合原理，通過(guò)功率變換器3調(diào)節(jié)定子雙繞組異步電機(jī)I的控制繞組中的有功功率和無(wú)功功率以實(shí)現(xiàn)高風(fēng)速區(qū)的交流電網(wǎng)和直流電網(wǎng)之間能量的雙向流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)在多個(gè)風(fēng)速區(qū)的能量雙向流動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)了電機(jī)在微網(wǎng)交直流混合場(chǎng)合下的寬風(fēng)速范圍內(nèi)能量雙向流動(dòng)。
【權(quán)利要求】
1.微網(wǎng)用DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)，包括主回路、檢測(cè)回路和控制回路，其特征在于，所述主回路包括:定子雙繞組異步電機(jī)(I)、濾波電感(2)、功率變換器(3)、第一斷路器(14)、第二斷路器(15)、第三斷路器(16)、第四斷路器(19)，檢測(cè)回路包括:檢測(cè)第一斷路器(14)輸出電流的第一交流電流傳感器(4)、檢測(cè)功率變換器(3)直流側(cè)輸出電流的直流電流傳感器(5)、檢測(cè)定子雙繞組異步電機(jī)(I)控制繞組輸出電流的第二交流電流傳感器(6)、檢測(cè)功率變換器(3)直流側(cè)輸出電壓的第一直流電壓傳感器(7)、檢測(cè)直流電網(wǎng)電壓的第二直流電壓傳感器(8)、檢測(cè)定子雙繞組異步電機(jī)(I)功率繞組輸出電壓的第一交流電壓傳感器(9)、檢測(cè)定子雙繞組異步電機(jī)(I)控制繞組輸出電壓的第二交流電壓傳感器(10)、檢測(cè)交流電網(wǎng)電壓的第三交流電壓傳感器(11)、風(fēng)速傳感器(20)，控制回路包括:數(shù)字信號(hào)處理器(12)、驅(qū)動(dòng)電路(13)； 定子雙繞組異步電機(jī)(I)功率繞組出線(xiàn)經(jīng)過(guò)第一斷路器(14)與交流電網(wǎng)連接，定子雙繞組異步電機(jī)(I)控制繞組出線(xiàn)經(jīng)過(guò)第二斷路器(15)與濾波電感(2) —端連接，濾波電感(2)另一端與功率變換器(3)交流側(cè)連接，功率變換器(3)直流側(cè)經(jīng)過(guò)第三斷路器(16)與直流電網(wǎng)連接，定子雙繞組異步電機(jī)(I)控制繞組出線(xiàn)、功率繞組出線(xiàn)之間接有第四斷路器(19)，第一交流電壓傳感器(9)接在定子雙繞組異步電機(jī)(I)功率繞組出線(xiàn)上，第三交流電壓傳感器(11)接交流電網(wǎng)側(cè)，第一交流電流傳感器(4)接在第一斷路器(14)出線(xiàn)上，第二交流電壓傳感器(10)、第二交流電流傳感器(6)均接在第二斷路器(15)出線(xiàn)上，第一直流電壓傳感器(7)、直流電流傳感器(5)均接在功率變換器(3)的直流側(cè)，第二直流電壓傳感器(8)接在直流電網(wǎng)側(cè)，驅(qū)動(dòng)電路(13)輸入端、第一直流電壓傳感器(7)輸出端、第二直流電壓傳感器(8)輸出端、第一交流電壓傳感器(9)輸出端、第二交流電壓傳感器(10)輸出端、第三交流電壓傳感器(11)輸出端、第一交流電流傳感器(4)輸出端、直流電流傳感器(5)輸出端、第二交流電流傳感器(6)輸出端分別與數(shù)字信號(hào)處理器(12)連接，驅(qū)動(dòng)電路(13)輸出端接功率變換器(3)中功率器件控制端，各斷路器的控制器分別與數(shù)字信號(hào)處理器(12)連接； 所述數(shù)字信號(hào)處理器(12)，在功率變換器(3)直流側(cè)輸出電壓與直流電網(wǎng)電壓同步時(shí)控制第三斷路器(16 )合閘，在定子雙繞組異步電機(jī)(I)功率繞組輸出電壓與交流電網(wǎng)電壓同步時(shí)控制第一斷路器(14)合閘，在系統(tǒng)沒(méi)有故障時(shí)維持第二斷路器(15)處于合閘狀態(tài)，在系統(tǒng)有故障或者無(wú)風(fēng)時(shí)控制第一斷路器(14)分閘、第二斷路器(15)分閘、第四斷路器(19)合閘，數(shù)字信號(hào)處理器(12)根據(jù)風(fēng)速、定子雙繞組異步電機(jī)(I)功率繞組輸出電壓、定子雙繞組異步電機(jī)(I)控制繞組輸出電壓以及電流、交流電網(wǎng)電壓、直流電網(wǎng)電壓、第一斷路器(14)輸出電流、功率變換器(3)直流側(cè)輸出電壓以及電流得到驅(qū)動(dòng)電路(13)的輸入信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路(13)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)給功率變換器(3)，功率變換器(3)在驅(qū)動(dòng)信號(hào)作用下輸出交流電或者直流電。
2.權(quán)利要求1所述微網(wǎng)用DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)的寬風(fēng)速范圍能量雙向流動(dòng)方法，其特征在于，數(shù)字信號(hào)處理器(12)根據(jù)風(fēng)速傳感器采集的風(fēng)速以及各傳感器采集的電信號(hào)生成各風(fēng)速區(qū)的控制策略: 無(wú)風(fēng)區(qū)控制策略，數(shù)字信號(hào)處理器(12)控制第一斷路器(14)分閘、第二斷路器(15)分閘、第四斷路器(19)合閘，通過(guò)功率變換器(3)將直流電網(wǎng)的能量轉(zhuǎn)換成交流電網(wǎng)的無(wú)功功率和有功功率或者將交流電網(wǎng)的有功功率轉(zhuǎn)換成直流電網(wǎng)的有功功率，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)風(fēng)狀態(tài)下的交流電網(wǎng)與直流電網(wǎng)之間能量的雙向流動(dòng)； 低風(fēng)速區(qū)控制策略，數(shù)字信號(hào)處理器(12)維持第一斷路器(14)的分閘狀態(tài)、控制第二斷路器(15)合閘、第四斷路器(19)分閘，DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)的功率繞組與交流電網(wǎng)脫離，控制功率變換器(3 )輸出有功功率至直流側(cè)，數(shù)字信號(hào)處理器(12 )在功率變換器(3 )直流側(cè)輸出電壓與直流電網(wǎng)電壓同步時(shí)控制第三斷路器(16)合閘，DffIG交直流發(fā)電系統(tǒng)并入直流電網(wǎng)； 高風(fēng)速區(qū)控制策略，數(shù)字信號(hào)處理器(12)維持第二斷路器(15)的合閘狀態(tài)、第四斷路器(19)的分閘狀態(tài)、第三斷路器(16)的合閘狀態(tài)，DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)處于并入直流電網(wǎng)的狀態(tài)，數(shù)字信號(hào)處理器(12)控制功率變換器(3)交流側(cè)輸出勵(lì)磁無(wú)功功率給定子雙繞組異步電機(jī)(I )，數(shù)字信號(hào)處理器(12)在定子雙繞組異步電機(jī)(I)功率繞組輸出電壓與交流電網(wǎng)電壓同步時(shí)控制第一斷路器(14)合閘，DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)并入交流電網(wǎng)。
3.權(quán)利要求1所述微網(wǎng)用DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)的寬風(fēng)速范圍能量雙向流動(dòng)方法，其特征在于，數(shù)字信號(hào)處理器(12)根據(jù)風(fēng)速傳感器采集的風(fēng)速以及各傳感器采集的電信號(hào)生成各風(fēng)速區(qū)的控制策略: 無(wú)風(fēng)區(qū)以及低風(fēng)速區(qū)采用相同的控制策略，數(shù)字信號(hào)處理器(12)控制第一斷路器(14)分閘、第二斷路器(15)分閘、第四斷路器(19)合閘，通過(guò)功率變換器(3)將直流電網(wǎng)的能量轉(zhuǎn)換成交流電網(wǎng)的無(wú)功功率和有功功率或者將交流電網(wǎng)的有功功率轉(zhuǎn)換成直流電網(wǎng)的有功功率，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)風(fēng)狀態(tài)下和低風(fēng)速區(qū)的交流電網(wǎng)與直流電網(wǎng)之間能量的雙向流動(dòng)， 高風(fēng)速區(qū)控制策略，數(shù)字信號(hào)處理器(12)維持第二斷路器(15)的合閘狀態(tài)、第四斷路器(19)的分閘狀態(tài)、第三斷路器(16)的合閘狀態(tài)，DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)處于并入直流電網(wǎng)的狀態(tài)，數(shù)字信號(hào)處理器(12)控制功率變換器(3)交流側(cè)輸出勵(lì)磁無(wú)功功率給定子雙繞組異步電機(jī)(1)，數(shù)字信號(hào)處理器(12)在定子雙繞組異步電機(jī)(I)功率繞組輸出電壓與交流電網(wǎng)電壓同步時(shí)控制第一斷路器(14)合閘，DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)并入交流電網(wǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的寬風(fēng)速范圍能量雙向流動(dòng)方法，其特征在于所述高風(fēng)速區(qū)控制策略中，利用定子雙繞組異步電機(jī)兩套繞組之間的磁場(chǎng)耦合原理，通過(guò)功率變換器(3)調(diào)節(jié)定子雙繞組異步電機(jī)(I)的控制繞組中的有功功率和無(wú)功功率以實(shí)現(xiàn)高風(fēng)速區(qū)的交流電網(wǎng)和直流電網(wǎng)之間能量的雙向流動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的寬風(fēng)速范圍能量雙向流動(dòng)方法，其特征在于所述無(wú)風(fēng)區(qū)控制策略中:采用矢量控制技術(shù)或直接功率控制技術(shù)，通過(guò)功率變換器(3)將直流電網(wǎng)的能量轉(zhuǎn)換交流電網(wǎng)的無(wú)功功率和有功功率或者將交流電網(wǎng)的有功功率轉(zhuǎn)換成直流電網(wǎng)的有功功率。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的寬風(fēng)速范圍能量雙向流動(dòng)方法，其特征在于所述低風(fēng)速區(qū)控制策略中，采用電壓泵升技術(shù)控制功率變換器(3)輸出有功功率至直流側(cè)。
【文檔編號(hào)】H02J5/00GK104377738SQ201410643084
【公開(kāi)日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】許海軍, 卜飛飛, 黃文新, 劉皓喆, 趙勇, 朱琳 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)