基于矩阵式变换器的无刷双馈风力发电机控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于矩阵式变换器的无刷双馈风力发电机控制系统，包括３×３双向开关矩阵，控制器，矩阵式变换器的开关矩阵一侧与无刷双馈发电机组的控制绕组相连，另一侧与电网相连，根据无刷双馈发电机的转子转速，进行交－交变频，实现功率绕组的输出电能频率恒定，即变速恒频控制，保证电能质量。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及风力发动机的控制技术，具体是一种基于矩阵式变换器的 无刷双馈风力发电机控制系统。
技术介绍
风力发电机是一种利用风力机叶片捕获风能，并将其转换为旋转机械能， 进而驱动发电机发电的能源机器。传统的并网型风力发电机组一般采用异步发电机，且直接并网，风速变化 所带来的空气动力变化，会导致风力发电机组的负载增加，以及转速变化，影 响风力发电机寿命和风电品质。新发展的风力发电机组采用了双馈发电机组， 双馈发电机组可以实现变速恒频控制和最大风能捕获控制，对风力发电技术的 提高和应用推广起到了积极作用，但由于存在电刷和滑环，增加了维修工作量 和成本。无刷双馈发电机其转子类似于鼠笼式电机结构，而定子上有两套相互电磁 解耦的绕组_一功率绕组和控制绕组，功率绕组与控制绕组间通过笼形转子来 产生电^兹耦合，可通过控制绕组的电压、电流的频率、幅值、相位和相序调节， 来实现发电机组的输出频率以及有功功率和无功功率的解耦控制。功率绕组直 接与电网相连，而控制绕组通过变流器与电网相连。变流器根据发电机转子转速调节控制绕组的励磁频率，使功率绕组的输出电能频率维持工频50Hz不变。 目前的变流器采用的是交一直一交的结构形式，结构复杂，效率较低。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种结构简单、效率较高的基于矩阵式变换器 的无刷双馈风力发电机控制系统。一种基于矩阵式变换器的无刷双馈风力发电机控制系统，其特征在于包括矩阵式变换器，所述矩阵式变换器包括3x3双向开关矩阵及其控制器，各开关的动作由控制器控制；3x3双向开关矩阵的一侧与无刷双馈风力发电机的控 制绕组相连，另 一侧与电网相连。矩阵式变换器的输出波形采用空间矢量法进行调制，并对矩阵式变换器的 输出电流进行了闭环控制，以提高矩阵式变换器的抗干扰性。本技术与现有技术相比，结构筒单、效率较高，电能质量4交高。附图说明图1为基于矩阵式变换器的无刷双馈风力发电机控制系统的整体结构图； 图2为矩阵式变换器控制器的结构图； 图3为矩阵式变换器的输出闭环控制结构图。具体实施方式下面将结合附图详细讲解本技术提供的基于矩阵式变换器的无刷双馈 发电机控制系统结构和原理。 ，参考图1,基于矩阵式变换器的无刷双馈风力发电机控制系统包括双向开关 矩阵1和控制器2，该双向开关矩阵1包括9个双向开关。所述9个开关组成如 图所示的3x3阵列，阵列的一侧三相输入端与电网相连，另一侧的三相输出端 与无刷双馈发电机的控制绕组相连，开关的动作由控制器2控制。参考图2,该图为控制器2的内部结构图，其中釆样检测部分20检测三相 中的两相电流和电压的幅值、相位和频率。控制算法部分21为以高速数字处理 器DSP为核心的控制单元，功能为生成输出波形和产生必要的控制算法。外部 时钟22提供同步时钟信号。开关控制部分23其功能为根据控制算法生成开关 驱动信号。换流控制部分24保证开关的可靠反向关断。参考图3,该图为矩阵式变换器的输出闭环控制结构图，根据矩阵变换器间 接控制原理，将矩阵式变换器虚拟为交-直-交变换器，采用双环控制结构， 外环采取空间矢量控制，即由控制器2实现空间矢量控制(SVM),并生成输入 侧开关SAP、 SBP、 SCP、 SAN、 SBN、 SCN等开关的PWM控制信号。内环为矩阵式 变换器的电流跟踪控制环，由控制器3实现，控制器3首先根据空间矢量调制要求生成三相指令电流信号,'、《、并测量实际的三相电流信号/。、 ^、,，并分别将三相电流信号进行Park变换，形成d-q轴等效信号/二、 Z:和^、 ！g,电流反馈控制控制信号按下述公式计算 矩阵变换器的d-q轴模型为 屯<formula>formula see original document page 5</formula>式(l)中为两轴电压，" rf、 为负载星结点处两轴电压，及与丄分别为三相平衡负载的每相电阻和电感。按(2)式计算输出侧开关SaP、 SbP、 ScP、 SaN、 SbN、 ScN等开关的控制信号，在经空间矢量调制(SVM),生成开关P丽信号。<formula>formula see original document page 5</formula>式(2)表示的控制信号经Park反变换后，再实际控制双向开关阵列中的 双向开关动作。图3中所示虚拟矩阵式变换器的开关SAP、 SBP、 SCP、 SAN、 SBN、 SCN和SaP、 SbP、 ScP、 SaN、 SbN、 ScN，与图l中所示的实际开关SAa、 SAb、 Sac、 SBa、 SBb、 SBc、 SCa、 SCb、 SCc间的对开关状态的等效关系为<formula>formula see original document page 5</formula>限定条件为 1<1 + & + &<2 (4)其中，G， J, Ke (A, B， C); m, n, 16 (a， b, c )。且GAK, m#n-l。 式中，开关状态为开时，取Z直为1，开关状态为关时，取J直为0。权利要求1、一种基于矩阵式变换器的无刷双馈风力发电机控制系统，其特征在于包括矩阵式变换器，所述矩阵式变换器包括3×3双向开关矩阵及其控制器，各开关的动作由控制器控制；3×3双向开关矩阵的一侧与无刷双馈风力发电机的控制绕组相连，另一侧与电网相连。专利摘要本技术公开了一种基于矩阵式变换器的无刷双馈风力发电机控制系统，包括3×3双向开关矩阵，控制器，矩阵式变换器的开关矩阵一侧与无刷双馈发电机组的控制绕组相连，另一侧与电网相连，根据无刷双馈发电机的转子转速，进行交—交变频，实现功率绕组的输出电能频率恒定，即变速恒频控制，保证电能质量。文档编号H02M5/22GK201323550SQ20082020539公开日2009年10月7日 申请日期2008年12月16日 优先权日2008年12月16日专利技术者捷 吴, 杨俊华, 杨金明, 王孝洪 申请人:华南理工大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于矩阵式变换器的无刷双馈风力发电机控制系统，其特征在于：包括矩阵式变换器，所述矩阵式变换器包括３×３双向开关矩阵及其控制器，各开关的动作由控制器控制；３×３双向开关矩阵的一侧与无刷双馈风力发电机的控制绕组相连，另一侧与电网相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨金明，王孝洪，吴捷，杨俊华，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：实用新型
国别省市：81[中国|广州]