变速恒频双转子永磁风力发电系统的控制系统技术方案

一种变速恒频双转子永磁风力发电系统的控制系统，该控制系统包括双PWM变换器控制系统和直流环节的低电压穿越控制装置；双PWM变换器控制系统包括发电机侧PWM变换器控制系统和网侧PWM变换器控制系统；低电压穿越控制装置包括卸荷电路及其控制电路，卸荷电路并接于发电机侧PWM变换器和网侧PWM变换器之间的直流环节电容C两端。本系统使整个风电系统既可以实现电机侧的最大风能跟踪功能，稳定直流环节电压，实现功率的双向流动及系统有功功率和无功功率的独立控制，又可在电网故障时快速补偿系统直流环节电压的跌落，保证直流环节电压稳定，使得系统具有低电压穿越能力，保证机组的安全可靠运行。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术是关于一种变速恒频双转子永磁风力发电系统控制技术，属于新能源发电

技术介绍
风能是一种清洁的可再生能源，在能源危机和环境问题不断凸显的今天，积极发展包括风能、太阳能等可再生能源的发电技术是当务之急，研制适合于风能高效转换利用、运行可靠、控制方便且成本较低的新型风力发电系统成为当前紧迫而又影响较大的技术问题，同时相对应的，如何使得电能的获取效率更高、更稳定、电能质量更好以及如何控制保证电网安全稳定运行成为了亟待解决的问题。对于变速恒频风电机组控制系统而言，采用两电平的双PWM变换器，中间的直流 环节可以实现前后两个变换器的解耦，使得两者的控制相对独立互不干扰，即使网侧出现轻微的故障，也可通过对于网侧变换器的调节有效控制直流母线电压稳定而不影响电机侧变换器的控制，反之，电机侧出现非正常运行情况时，只要通过对于电机侧变换器的控制即可保证最大风能跟踪即MPPT功能的实现，对于网侧变换器只相当于一个负载扰动，两者结合可以实现功率的双向流动以及对于电网故障有一定的适应能力。对于变速恒频双转子永磁风力发电控制系统，采用了上述双PWM变换器，通过磁链定向以及电压定向的矢量控制策略以及SVPWM调制算法实现对于变换器的控制，可实现最大风能跟踪、单位功率因数运行、稳定直流环节电压以及功率的双向流动，此外，为增强对于电网故障的适应能力，在变换器中间的直流环节加入卸荷电路，当直流环节电压超出限定值时，可通过控制卸荷电路的功率器件保证直流环节电压在安全范围内，提高机组的不间断运行能力。
技术实现思路
技术问题本技术的目的在于提供一种适用于并网的变速恒频双转子永磁风力发电控制系统，使其既可以实现发电机侧的最大风能跟踪功能，稳定直流环节电压，实现功率的双向流动，实现有功功率和无功功率的独立控制，又可以在电网故障时快速补偿系统直流环节电压的跌落，保证直流环节电压稳定，使得系统具有低电压穿越能力，保证机组的安全可靠运行。技术方案本技术所描述的变速恒频双转子永磁风力发电控制系统包括双PWM变换器的控制系统以及直流环节的低电压穿越控制系统。其中，所描述的双PWM变换器控制系统包括发电机侧和网侧PWM功率控制控制系统。前者先将外界风速作为MPPT模块的输入信号，输出的参考转速信号与电机内转子转速转速检测值作为转速控制模块的输入信号，输出信号为交轴参考电流信号，给定直轴电流参考值为零，将交直轴电流参考信号分别与经Clark变换和Park变换后得到的dq坐标系下内转子交直轴电流检测信号相比较，作为两电流控制模块的输入信号参与运算，将其输出信号与电流前馈解耦分量进行加减运算，输出的交直轴参考电压信号与测速装置得到的电机内、外转子位置差值接至矢量变换模块，输出α β坐标系下两相电压，最后将上述电压信号与直流环节电压检测值作为SVPWM信号发生模块的输入信号，其输出信号为可驱动发电机侧PWM变换器的SVPWM信号；后者将直流侧电压给定值与其电压检测值作为网侧电压控制模块的输入信号，输出直轴参考电流，给定交轴参考电流值为零，将交直轴电流参考信号分别与经Clark变换和Park变换后得到的dq坐标系下网侧交直轴电流检测信号相比较，作为两电流控制模块的输入信号参与运算，将输出信号与电流前馈解耦分量、电压补偿分量进行加减运算，输出的交直轴参考电压信号与霍尔传感器得到的电机外转子位置值作为矢量变换模块的输入信号，输出的α β坐标系下电压信号与直流环节电压检测值一起送入SVPWM信号发生模块，输出可驱动网侧PWM变换器的SVPWM信号；此外，所描述的直流环节的低电压穿越控制装置的卸荷电路包括功率器件和电阻，两者相串联，并接于电容两端，其卸荷电路控制系统包括由直流环节电压的检测信号与故障状态时的参考电压相比较，经由PI调节器后送入比较器，用于生成控制功率器件导通占空比的调制信号，从而调节直流电压接近设定值。对于双PWM变换器的控制，可实现发电机的MPPT控制、有功无功调节以及稳定直 流环节电压的功能，所采用的矢量控制方法有定子磁链定向矢量控制、电网电压矢量控制等，通过电流前馈解稱结构以及电压前馈补偿结构等帮助实现控制功能；低电压穿越控制装置只在电网故障状态时工作用于补偿电压损失，系统正常运行时，该控制装置不工作，该低电压穿越装置采用绝缘栅双极型晶体管，通过对于功率器件的控制实现故障状态时补偿网络电压的损失，维持系统正常运行，保证电机正常并网。SVPWM信号发生模块可以用DSP实现。上述变速恒频双转子永磁风力发电系统的控制方法为发电机侧变换器可通过最佳叶尖速比法或功率反馈的方法实现MPPT控制，前者将采集的风速信号经由MPPT模块与实际采集的内转子转速信号进行比较，得到交轴电流参考信号，而后者则是通过定子磁链定向控制，得到定子侧的有功、无功功率，经推导可知存在这样的关系，即通过调节定子交直流电流即可独立调节实际功率，通过磁链关系得到定、转子侧电流关系，将定子电流与功率的关系转化成功率与内转子侧电流的关系，使得可以通过对内转子电流调节即可调节功率的变化，通过贝茨理论得到风机获得的机械功率，通过确定最佳也减速比获得最优转速，得到不同风速时对应的最优功率曲线，由双转子电机的功率关系得到相应的最优的参考有功功率，通过对于内转子电流的控制来调节电机实际有功功率追踪参考的最优有功功率，两者相比较得到交轴电流的参考信号，同样可实现MPPT控制；将所得到的交流电流给定信号与直轴电流给定信号一同送入电流控制模块，与实际采集变换得到的转子侧电流信号一同送入电流控制模块比较，再经过矢量变换后输入数字信号处理器DSP中，输出的SVPWM信号用于驱动电机侧变换器。电网侧通过电压定向控制，将直流环节的实际电压与设定的参考电压相比较，得到参考电流信号与实际电流信号相比较，经由电压补偿环节得到调制信号，再经过矢量变换最后输入DSP中并输出SVPWM信号驱动网侧PWM变换器以稳定直流环节电压；网侧变换器通过给定无功电流分量来实现变换器的无功功率控制，通过矢量控制可实现发电机的有功功率和无功功率独立控制运行；此外，电网电压故障状态时，直流环节的低电压控制通过卸荷电路的控制器监测储能电容两端的直流电压与设定值进行比较，当直流电压超出限定值时，触发卸荷电路的功率器件以调节直流电压保证其值在安全的范围内。有益效果本技术的优点在于一种适用于并网的变速恒频双转子永磁风力发电控制系统，使整个风电系统既可以实现电机侧的最大风能跟踪功能，稳定直流环节电压，实现功率的双向流动及系统有功功率和无功功率的独立控制，又可在电网故障时快速补偿系统直流环节电压的跌落，保证直流环节电压稳定，使得系统具有低电压穿越能力，保证机组的安全可靠运行；双PWM变换器的控制器中的发电机侧以及网侧PWM功率变换器控制器电路包括电流、电压采样电路、转速位置脉冲采集电路以及相应的信号处理电路和可产生SVPWM信号驱动功率变换器工作实现变速调节以及稳定直流环节电压的DSP信号处理电路，电路结构简单，控制灵活，采用的功率反馈控制以及电流解耦控制算法可实现有功无功的独立控制，有利于功率因数的调节，而低电压穿越控制装置的使用则使得系统动态性能更好好，降低电机启动合闸冲击电流、电网故障以及各种扰动引起的瞬态电流响应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变速恒频双转子永磁风力发电系统的控制系统，其特征在于该控制系统包括双PWM变换器控制系统和直流环节的低电压穿越控制装置；双PWM变换器控制系统包括发电机侧PWM变换器控制系统和网侧PWM变换器控制系统；低电压穿越控制装置包括卸荷电路及其控制电路，卸荷电路并接于发电机侧PWM变换器和网侧PWM变换器之间的直流环节电容C两端；a、发电机侧PWM变换器控制系统，包括：最大风能跟踪模块即MPPT模块、转速控制模块、电流控制模块和SVPWM信号发生模块；外界风速信号作为MPPT模块的输入信号；MPPT模块输出的参考转速信号与电机内转子的转速检测值信号作为转速控制模块的输入信号；转速控制模块的输出信号为交轴参考电流信号，同时，给定直轴电流参考值为零；将交、直轴电流参考信号分别与经Clark变换和Park变换后得到的dq坐标系下内转子交、直轴电流检测值信号输入给比较器相比较，比较结果作为电流控制模块的输入信号；电流控制模块输出信号与电流前馈解耦分量分别经加法器和减法器输出交、直轴参考电压信号；测速装置测得的电机内、外转子位置之间的差值信号以及交、直轴参考电压信号作为矢量变换模块的输入信号，矢量变换模块输出αβ坐标系下两相电压信号；αβ坐标系下两相电压信号与直流环节电压检测值信号作为SVPWM信号发生模块的输入信号，SVPWM信号发生模块输出信号即为可驱动发电机侧PWM变换器的SVPWM信号；b、网侧PWM变换器控制系统，包括：网侧电压控制模块、电流控制模块和SVPWM信号发生模块；将直流侧电压给定值与其直流侧电压检测值作为网侧电压控制模块的输入信号；网侧电压控制模块输出直轴参考电流，同时，给定交轴参考电流值为零；该交、直轴电流参考信号分别与经Clark变换和Park变换后得到的dq坐标系下网侧交、直轴电流检测信号输入比较器相比较，比较结果作为电流控制模块的输入信号；电流前馈解耦分量、电压补偿分量和电流控制模块的输出信号经加法器输出交、直轴参考电压信号；交、直轴参考电压信号与霍尔传感器测得的电机外转子位置值作为矢量变换模块的输入信号；矢量变换模块输出αβ坐标系下电压信号，αβ坐标系下电压信号与直流环节电压检测值信号作为SVPWM信号发生模块的输入信号，SVPWM 信号发生模块的输出信号即可驱动网侧PWM变换器的SVPWM信号；c、所述卸荷电路包括功率器件和电阻，功率器件的输入/输出端与电阻串联后，并联接于电容C两端；卸荷电路控制电路包括PI调节器和比较器；由直流环节电压检测值与故障状态时的参考电压相比较后，经PI调节器后送入比较器的一个输入端，比较器的另一输入端输入时钟脉冲信号；比较器的输出端连接功率器件的控制端。...

【技术特征摘要】
1.一种变速恒频双转子永磁风カ发电系统的控制系统，其特征在于该控制系统包括双PWM变换器控制系统和直流环节的低电压穿越控制装置；双PWM变换器控制系统包括发电机侧PWM变换器控制系统和网侧PWM变换器控制系统；低电压穿越控制装置包括卸荷电路及其控制电路，卸荷电路并接于发电机侧PWM变换器和网侧PWM变换器之间的直流环节电容C两端；a、发电机侧PWM变换器控制系统，包括最大风能跟踪模块即MPPT模块、转速控制模块、电流控制模块和SVPWM信号发生模块；外界风速信号作为MPPT模块的输入信号；MPPT模块输出的參考转速信号与电机内转子的转速检测值信号作为转速控制模块的输入信号；转速控制模块的输出信号为交轴參考电流信号，同时，给定直轴电流參考值为零；将交、直轴电流參考信号分别与经Clark变换和Park变换后得到的dq坐标系下内转子交、直轴电流检测值信号输入给比较器相比较，比较结果作为电流控制模块的输入信号；电流控制模块输出信号与电流前馈解耦分量分别经加法器和減法器输出交、直轴參考电压信号；测速装置测得的电机内、外转子位置之间的差值信号以及交、直轴參考电压信号作为矢量变换模块的输入信号，矢量变换模块输出α β坐标系下两相电压信号；α β坐标系下两相电压信号与直流环节电压检测值信号作为SVPWM信号发生模块的输入信...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建忠，王元元，程明，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：实用新型
国别省市：