一种多相风机直流并网系统及其低压穿越控制方法技术方案

本发明专利技术实施例涉及一种多相风机直流并网系统及其低压穿越控制方法，该方法通过第一触发脉冲信号控制隔离变换模块的开关元件运行，以及采用第二触发脉冲信号控制半桥模块的开关元件运行，使多相风机直流并网系统实现低压穿越的直流并网。该多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法通过发电电机的转速外环控制实现发电电机侧最大功率跟踪，通过跟踪发生故障时，汇总半桥模块中半桥子模块的电容电压平均值实现直流并网低压穿越控制，无需辅助设备实现低电压穿越，也提高了多相风机直流并网系统的稳定性，解决了现有多相风机直流并网系统采用三相风机直流并网需要借助辅助设备实现低电压穿越，增加多相风机直流并网系统建设成的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种多相风机直流并网系统及其低压穿越控制方法
本专利技术涉及新能源发电
，尤其涉及一种多相风机直流并网系统及其低压穿越控制方法。
技术介绍
近年来全球经济规模快速增长，然而随之而来的日趋严重的环境保护及资源短缺等问题随之呈现。因此，能源再生利用与可持续发展成为当今社会发展追求目标。目前能源再生利用有风力发电技术，风力发电技术的快速发展使得使用风力发电代替传统化石燃料发电的比例正逐步上升，现代风力发电中应用最为广泛的是双馈风力多相风机直流并网系统和永磁同步风力多相风机直流并网系统。双馈风力多相风机直流并网系统的主要优点在于其变频控制器的最大功率仅为风机总功率的30％左右，这就显著降低了整个多相风机直流并网系统的成本；但其缺点在于风力发电机对所并电网的波动相对敏感，电网侧电压波动较大时，双馈风力多相风机直流并网系统容易跳闸和脱网。而永磁同步多相风机直流并网系统因为与所并电网是相对隔离的，永磁同步发电机所受冲击很小，寿命较长，故障率相对较低，特别是整个多相风机直流并网系统对电压波动不甚敏感，可以说是电网友好型风机，随着可控硅部件成本的同步降低，永磁同步风力多相风机直流并网系统会逐步主导今后风力发电的发展趋势。传统风力发电机采用三相电机，输出电压仅为数百伏，风电机组单机容量的增大使其输出电流大大增加，过大的输出电流增大了多相风机直流并网系统的损耗，提高了多相风机直流并网系统中变流器的功率器件的电流应力，影响多相风机直流并网系统的可靠性；并且，风力发电机产生的交流电经AC-DC-AC两级变换为工频交流电后，还需经变压器升压并入中压交流电网，其需要的工频升压变压器占地面积大、大大增加了发电厂的建设成本。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种多相风机直流并网系统及其低压穿越控制方法，用于解决现有多相风机直流并网系统采用三相风机直流并网需要借助辅助设备实现低电压穿越，增加多相风机直流并网系统建设成的技术问题。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供如下技术方案：一种多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法，应用于多相风机直流并网系统上，所述多相风机直流并网系统包括发电电机、整流模块、隔离变换模块和半桥模块，该多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法包括以下步骤：获取当前多相风机直流并网系统运行环境的风速以及获取所述发电电机的叶片半径和叶尖速比，采用电机转速公式计算得到参考电机转速；获取所述发电电机运行的实际转速，将所述参考电机转速与所述实际转速作差，得到转速差；并将所述转速差输入第一PI调节器，所述第一PI调节器输出参考电流；获取所述整流模块输出的电流，将所述电流与所述参考电流作差，得到第一电流差；并将所述第一电流差输入第二PI调节器，所述第二PI调节器输出初始调制信号；获取所述半桥模块中电容的电容额定电压、电容平均电压和电容允许穿越电压，若所述电容平均电压不大于电容阈值，对所述电容额定电压与所述电容平均电压作差，得到电容电压差值并将所述电容电压差值输入第三PI调节器，所述第三PI调节器输出低压穿越调制信号；若所述电容平均电压小于所述电容阈值，令所述低压穿越调制信号为0；将所述低压穿越调制信号与所述初始调制信号叠加，得到调制信号；并获取三角波信号，将所述三角波信号与所述调制信号比较得到第一触发脉冲信号；对所述电容额定电压与所述电容平均电压作差，得到电容电压差值并将所述电容电压差值输入第四PI调节器，所述第四PI调节器输出直流输电参考电流；获取多相风机直流并网系统输出的直流输电实际电流，将所述直流输电参考电流与所述直流输电实际电流作差，得到第二电流差；并将所述第二电流差输入第五PI调节器，所述第五PI调节器输出直流输电参考电压；采用最近电平逼近调制策略对所述直流输电参考电压进行处理，得到第二触发脉冲信号；通过所述第一触发脉冲信号控制所述隔离变换模块的开关元件运行，以及采用所述第二触发脉冲信号控制所述半桥模块的开关元件运行，使所述多相风机直流并网系统实现低压穿越的直流并网；其中，所述电机转速公式为ωref＝(λopt×v)/R，ωref为参考电机转速，λopt为叶尖速比，v为风速，R叶片半径；所述电压阈值为所述电容额定电压与所述电容允许穿越电压之和。优选地，该多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法包括获取频率为5Hz、幅值为1的三角波信号。优选地，所述第一PI调节器的比例系数和积分系数分别为1和30，所述第二PI调节器的比例系数和积分系数分别为0.1和52，所述第三PI调节器的比例系数和积分系数分别为1和20，所述第四PI调节器的比例系数和积分系数分别为100和160，所述第五PI调节器的比例系数和积分系数分别为20和500。本专利技术还提供一种多相风机直流并网系统，包括N相的发电电机、N个变流器组和输出连接端，每个所述变流器组包括整流模块、隔离变换模块和半桥模块，所述隔离变换模块包括K个并联连接的DC/DC变换器，所述半桥模块包括K个并联的半桥子模块，所述多相风机直流并网系统通过上述所述的多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法实现低压穿越的直流并网。优选地，第m个所述变流器组的所述整流模块的输入端与所述发电电机的三相绕组m连接，所述整流模块的输出端正极与所述隔离变换模块的输入端正极连接，所述整流模块的输出端负极与所述隔离变换模块的输入端负极连接，所述隔离变换模块的输出端正、负极分别与所述半桥模块的输入端正、负极连接，N个所述变流器组的半桥模块的输出端正、负极依次首尾连接；其中，m∈N，m、N、K均为自然数。优选地，第1个所述变流器组中第1个所述半桥子模块的输出端正极与所述输出连接端的正极连接，第N个所述变流器组中第K个所述半桥子模块的输出端负极与所述输出连接端的负极连接。优选地，第N个所述变流器组中第K个所述半桥子模块的输出端负极与所述输出连接的负极之间串联有电抗器。优选地，所述电抗器的电感为10mH。优选地，所述半桥子模块包括第一开关元件、第二开关元件和电容，所述第一开关元件的第一端与所述第二开关元件的第二端连接，所述电容的正极与所述第一开关元件的第二端连接，所述电容的负极与所述第二开关元件的第一端连接，所述电容的正、负极作为所述半桥子模块的输入端正、负极，所述第一开关元件的第一端与所述第二开关元件的第二端连接的节点作为所述半桥子模块的输出端正极，所述第二开关元件的第一端作为所述半桥子模块的输出端负极。优选地，所述电容的电荷量为4mF。从以上技术方案可以看出，本专利技术实施例具有以下优点：该多相风机直流并网系统及其低压穿越控制方法通过第一触发脉冲信号控制隔离变换模块的开关元件运行，以及采用第二触发脉冲信号控制半桥模块的开关元件运行，使多相风机直流并网系统实现低压穿越的直流并网。该多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法通过发电电机的转速外环控制实现发电电机侧最大功率跟踪，通过跟踪发生故障时，汇总半桥模块中半桥子模块的电容电压平均值实现直流并网低压穿越控制，无需辅助设备实现低本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法，应用于多相风机直流并网系统上，其特征在于，所述多相风机直流并网系统包括发电电机、整流模块、隔离变换模块和半桥模块，该多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法包括以下步骤：/n获取当前多相风机直流并网系统运行环境的风速以及获取所述发电电机的叶片半径和叶尖速比，采用电机转速公式计算得到参考电机转速；/n获取所述发电电机运行的实际转速，将所述参考电机转速与所述实际转速作差，得到转速差；并将所述转速差输入第一PI调节器，所述第一PI调节器输出参考电流；/n获取所述整流模块输出的电流，将所述电流与所述参考电流作差，得到第一电流差；并将所述第一电流差输入第二PI调节器，所述第二PI调节器输出初始调制信号；/n获取所述半桥模块中电容的电容额定电压、电容平均电压和电容允许穿越电压，若所述电容平均电压不大于电容阈值，对所述电容额定电压与所述电容平均电压作差，得到电容电压差值并将所述电容电压差值输入第三PI调节器，所述第三PI调节器输出低压穿越调制信号；若所述电容平均电压小于所述电容阈值，令所述低压穿越调制信号为0；/n将所述低压穿越调制信号与所述初始调制信号叠加，得到调制信号；并获取三角波信号，将所述三角波信号与所述调制信号比较得到第一触发脉冲信号；/n对所述电容额定电压与所述电容平均电压作差，得到电容电压差值并将所述电容电压差值输入第四PI调节器，所述第四PI调节器输出直流输电参考电流；/n获取多相风机直流并网系统输出的直流输电实际电流，将所述直流输电参考电流与所述直流输电实际电流作差，得到第二电流差；并将所述第二电流差输入第五PI调节器，所述第五PI调节器输出直流输电参考电压；/n采用最近电平逼近调制策略对所述直流输电参考电压进行处理，得到第二触发脉冲信号；/n通过所述第一触发脉冲信号控制所述隔离变换模块的开关元件运行，以及采用所述第二触发脉冲信号控制所述半桥模块的开关元件运行，使所述多相风机直流并网系统实现低压穿越的直流并网；/n其中，所述电机转速公式为ω...

【技术特征摘要】
1.一种多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法，应用于多相风机直流并网系统上，其特征在于，所述多相风机直流并网系统包括发电电机、整流模块、隔离变换模块和半桥模块，该多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法包括以下步骤：
获取当前多相风机直流并网系统运行环境的风速以及获取所述发电电机的叶片半径和叶尖速比，采用电机转速公式计算得到参考电机转速；
获取所述发电电机运行的实际转速，将所述参考电机转速与所述实际转速作差，得到转速差；并将所述转速差输入第一PI调节器，所述第一PI调节器输出参考电流；
获取所述整流模块输出的电流，将所述电流与所述参考电流作差，得到第一电流差；并将所述第一电流差输入第二PI调节器，所述第二PI调节器输出初始调制信号；
获取所述半桥模块中电容的电容额定电压、电容平均电压和电容允许穿越电压，若所述电容平均电压不大于电容阈值，对所述电容额定电压与所述电容平均电压作差，得到电容电压差值并将所述电容电压差值输入第三PI调节器，所述第三PI调节器输出低压穿越调制信号；若所述电容平均电压小于所述电容阈值，令所述低压穿越调制信号为0；
将所述低压穿越调制信号与所述初始调制信号叠加，得到调制信号；并获取三角波信号，将所述三角波信号与所述调制信号比较得到第一触发脉冲信号；
对所述电容额定电压与所述电容平均电压作差，得到电容电压差值并将所述电容电压差值输入第四PI调节器，所述第四PI调节器输出直流输电参考电流；
获取多相风机直流并网系统输出的直流输电实际电流，将所述直流输电参考电流与所述直流输电实际电流作差，得到第二电流差；并将所述第二电流差输入第五PI调节器，所述第五PI调节器输出直流输电参考电压；
采用最近电平逼近调制策略对所述直流输电参考电压进行处理，得到第二触发脉冲信号；
通过所述第一触发脉冲信号控制所述隔离变换模块的开关元件运行，以及采用所述第二触发脉冲信号控制所述半桥模块的开关元件运行，使所述多相风机直流并网系统实现低压穿越的直流并网；
其中，所述电机转速公式为ωref＝(λopt×v)/R，ωref为参考电机转速，λopt为叶尖速比，v为风速，R叶片半径；所述电压阈值为所述电容额定电压与所述电容允许穿越电压之和。


2.根据权利要求1所述的多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法，其特征在于，包括获取频率为5Hz、幅值为1的三角波信号。


3.根据权利要求1所述的多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法，其特征在于，所述第一PI调节器的比例系数...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨光源，周诗嘉，辛清明，王振，彭光强，武霁阳，冯雷，徐爽，潘烙，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心，南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东;44