离网型风电系统两发电机级联运行控制系统及方法技术方案

本发明专利技术属于离网型永磁风电系统运行控制领域，为实现两台发电机同时并网运行，扩大系统容量的同时，拓展发电机调速范围。为此，本发明专利技术采取的技术方案是，离网型风电系统两发电机级联运行控制系统及方法，结构为：两台永磁风力发电机，每台发电机定子接不控整流电路；每套不控整流电路后接一套升压斩波电路；每套升压斩波电路包括一个升压电感、一个升压用功率开关管和一个快恢复二极管。以及步骤一、由永磁风力发电机原理，并分析电流换相过程，得不控整流电路输出电压平均值为：步骤二、分别计算升压斩波电路串、并联状态下升压用功率开关管占空比；步骤三、滞环控制方法。本发明专利技术主要应用于永磁风电系统运行控制。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于离网型永磁风电系统运行控制领域，为实现两台发电机同时并网运行，扩大系统容量的同时，拓展发电机调速范围。为此，本专利技术采取的技术方案是，，结构为：两台永磁风力发电机，每台发电机定子接不控整流电路；每套不控整流电路后接一套升压斩波电路；每套升压斩波电路包括一个升压电感、一个升压用功率开关管和一个快恢复二极管。以及步骤一、由永磁风力发电机原理，并分析电流换相过程，得不控整流电路输出电压平均值为：步骤二、分别计算升压斩波电路串、并联状态下升压用功率开关管占空比；步骤三、滞环控制方法。本专利技术主要应用于永磁风电系统运行控制。【专利说明】
本专利技术属于离网型永磁风电系统运行控制领域，涉及电力电子领域的相关技术。具体讲，涉及。 技术背景 我国地域辽阔，地形复杂，边远的牧区、农村、海岛和边防哨所等处存在用户分散、用电量相对较小等特点。离网型风电系统具有架设方便、成本低廉、形式灵活等优点，可以较好地满足上述地区的用电需求，因而得到广泛应用。随着经济的发展，居民用电设备越来越多，用电量也逐年增加。原有的离网型风电系统容量难以满足居民的用电需求，如抛弃原系统而使用新型较大容量的风电系统，会造成较大的浪费；简单串/并联又会限制发电机的运行范围，因此离网型风电系统增容问题亟待解决。目前单套离网型风电系统设计与控制方法方面的文献较多，但对多套系统级联并网运行方法未见报道。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，实现两台发电机同时并网运行，扩大系统容量的同时，拓展发电机调速范围。为此，本专利技术采取的技术方案是，离网型风电系统两发电机级联运行控制系统，结构为:两台永磁风力发电机，每台发电机定子接不控整流电路；每套不控整流电路后接一套升压斩波电路；每套升压斩波电路包括一个升压电感、一个升压用功率开关管和一个快恢复二极管，所述的升压电感串联在本升压斩波电路的输入正极与升压用功率开关管正向导通输入端之间，所述的快恢复二极管阳极与升压用功率开关管正向导通输入端连接，阴极与本升压斩波电路的输出正极连接；第I套升压斩波电路的输出正极和第2套升压斩波电路的输出负极分别与储能电容正负极相连，两套升压斩波电路的输出端通过一个换流用功率开关管串联连接，其连接方式为，第I套电路的输出负极与换流用功率开关管正向导通输出端连接，第2套电路的输出正极与换流用功率开关管正向导通输入端连接；第I套升压斩波电路的输入负极与第2套升压斩波电路的输入负极通过一个级联用二极管连接，该级联用二极管的阴极与第I套电路的输入负极连接，阳极与第2套电路的输入负极连接；第I套升压斩波电路的升压用功率开关管正向导通输入端与第2套升压斩波电路的升压用功率开关管正向导通输入端之间也通过一个级联用二极管连接，该级联用二极管阴极与第I套电路的升压用功率开关管正向导通输入端连接，阳极与第2套电路的升压用功率开关管正向导通输入端连接。 离网型风电系统两发电机级联运行控制方法，借助于前述装置实现，并包括如下步骤: 步骤一、由永磁风力发电机原理，并分析电流换相过程，得不控整流电路输出电压平均值为: ^ld =-KM ~ d1de __Tt03Il^Is 「 ?πλ/6 j厂 υ2? =-kZ01- ^Vdwde --J= c^ilJis _ πλ/6 式中，Uld、U2d分别为两套不控整流电路输出电压平均值；ωι、《2分别为两台发电机转速；Ils、I2s分别为两台发电机相电流有效值；Ke为反电势系数；VdiMte为不控整流电路二极管管压降；LS为发电机定子相电感； 步骤二、分别计算升压斩波电路串、并联状态下升压用功率开关管占空比 由升压斩波电路原理可得不控整流电路输出电压平均值与升压斩波电路输出电压平均值间的关系为 ^ltJc = ； 1-a, { =-U.一 \-d 式中，Uldc, U2d。分别为两套升压斩波电路输出电压平均值；+、(12分别为两个升压用功率开关管的占空比。 当两套升压斩波电路处于串联状态时，直流侧电容电压为 Udc = Uldc+U2dc 式中，Ude为直流侧电容电压。 当两套升压斩波电路处于并联状态时，直流侧电容电压为 Udc = Uldc = U2dc 由以上公式即能够近似计算出不同转速、不同级联方式下的升压用功率开关管占空比； 步骤三、滞环控制方法 设定系统中升压用功率开关管占空比上下限，由上下限及计算得到的占空比确定状态切换临界转速；把计算得到的不同转速下占空比与上下限值相比较，在串联方式下，当计算得到的占空比低于下限值时，该转速即为由串联方式切换至并联方式的临界转速ω_;在并联方式下，当计算得到的占空比高于上限值时，该转速即为由并联方式切换至串联方式的临界转速《min ; 当风速较低时，发电机转速较慢、端电压较低，令换流用功率开关管导通，使系统工作于串联状态，以满足逆变器对直流侧电容电压的要求；当风速升高时，发电机转速升高，端电压较高，两台发电机转速均超过临界转速ω_时，令换流用功率开关管关断，使系统工作于并联状态，保证直流侧电容电压的稳定，同时避免了升压用功率开关管出现极限占空比；当风速降低时，两台发电机转速均低于临界转速时，令换流用功率开关管导通，使系统重新回到串联状态。 令ω_> Comin，使得算法具有滞环功能，当风速在某处频繁振荡时，避免了频繁切换系统串、并联状态的情况。 与已有技术相比,本专利技术的技术特点与效果: 本专利技术提出了一种离网型风电系统两发电机级联运行控制方法，以两台永磁风力发电机、两套不控整流电路、两套升压斩波电路及相关外围器件为硬件基础，采用滞环控制算法实现两台发电机同时并网运行，因而可以有效增加系统容量，并扩展发电机调速范围；同时可使升压用功率开关管占空比运行于合理范围内，减小高次谐波，改善系统性能。 【专利附图】【附图说明】 图1本专利技术离网型风电系统框图。 图2发电机与不控整流电路等效电路图。 图3电流从c相换至a相的过程。 【具体实施方式】 针对离网型风电系统增容问题，提出了一种离网型风电系统两发电机级联运行控制方法，以两台永磁风力发电机、两套不控整流电路、两套升压斩波电路及相关外围器件为硬件基础，采用滞环控制算法实现两台发电机同时并网运行，扩大系统容量的同时，拓展了发电机调速范围。本专利技术采用的技术方案是: 步骤一、近似计算不控整流电路输出电压平均值 系统具体结构为:两台永磁风力发电机，每台发电机定子接不控整流电路；每套不控整流电路后接一套升压斩波电路；每套升压斩波电路包括一个升压电感、一个升压用功率开关管和一个快恢复二极管，所述的升压电感串联在本升压斩波电路的输入正极与升压用功率开关管正向导通输入端之间，所述的快恢复二极管阳极与升压用功率开关管正向导通输入端连接，阴极与本升压斩波电路的输出正极连接；第I套升压斩波电路的输出正极和第2套升压斩波电路的输出负极分别与储能电容正负极相连，两套升压斩波电路的输出端通过一个换流用功率开关管串联连接，其连接方式为，第I套电路的输出负极与换流用功率开关管正向导通输出端连接，第2套电路的输出正极与换流用功率开关管正向导通输入端连接；第I套升压斩波电路的输入负极与第2套升压斩波电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离网型风电系统两发电机级联运行控制系统，其特征是，结构为：两台永磁风力发电机，每台发电机定子接不控整流电路；每套不控整流电路后接一套升压斩波电路；每套升压斩波电路包括一个升压电感、一个升压用功率开关管和一个快恢复二极管，所述的升压电感串联在本升压斩波电路的输入正极与升压用功率开关管正向导通输入端之间，所述的快恢复二极管阳极与升压用功率开关管正向导通输入端连接，阴极与本升压斩波电路的输出正极连接；第1套升压斩波电路的输出正极和第2套升压斩波电路的输出负极分别与储能电容正负极相连，两套升压斩波电路的输出端通过一个换流用功率开关管串联连接，其连接方式为，第1套电路的输出负极与换流用功率开关管正向导通输出端连接，第2套电路的输出正极与换流用功率开关管正向导通输入端连接；第1套升压斩波电路的输入负极与第2套升压斩波电路的输入负极通过一个级联用二极管连接，该级联用二极管的阴极与第1套电路的输入负极连接，阳极与第2套电路的输入负极连接；第1套升压斩波电路的升压用功率开关管正向导通输入端与第2套升压斩波电路的升压用功率开关管正向导通输入端之间也通过一个级联用二极管连接，该级联用二极管阴极与第1套电路的升压用功率开关管正向导通输入端连接，阳极与第2套电路的升压用功率开关管正向导通输入端连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：耿强，夏长亮，王志强，单长帅，赵晨栋，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12