[實用新型]直驅式永磁同步風力發電機并網與功率調節系統

無效

• 申請號: 200720052977.3
• 申請日: 2007-06-19
• 公開（公告）號: CN201118251Y
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發明（設計）人: 劉永強
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02P9/00;G05F1/66
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司
• 代理人: 李衛東

技術領域

本實用新型涉及發電機控制領域，具體涉及到直驅式永磁同步風力發電機并網與功率調節系統。

背景技術

隨著全球能源消耗速度的持續增長，常規能源資源日益枯竭。風能發電以其無污染，施工周期短，投資靈活，占地少，造價低等特點，越來越受到世界各國的重視。與傳統的風力發電機組拓撲結構相比，直驅式永磁同步風力發電機組因無需變速箱和傳動裝置等，具有縮短驅動鏈、減少機械應力、降低機械噪聲，提高輸出電能質量、增加能量捕捉等優點。隨著電力電子技術和電機技術的發展、永磁材料和現代控制技術的引入，直驅式永磁風力發電機組是風力發電發展的趨勢，國外形容其為風力發電的一場革命。風力發電技術的發展主要體現在并網型風力發電機組的并網技術以及最大風能捕獲即功率調節的控制技術上的提高。國內外對直驅式永磁同步風力發電機組的交流并網控制及最大風能捕獲進行了一定的研究。

風力機系統是一個非線性不穩定的復雜系統，系統具有不確定性，傳統的變速控制模式需要首先建立一個有效的系統模型，而由于空氣動力學的不確定性和電力電子模型的復雜性，系統模型的確定不是件容易的事情。從已列出的那些可能影響風力發電機組性能的誤差源和不確定性因數中，研究人員發現，由于雷諾數的變化會引起在功率上5％的誤差，而由于葉片上的沉積物和下雨可造成20％的功率變化，其它諸如大氣條件和老化等因素，也將在機組的能量轉換過程中引起不同程度的變化。因此所有基于某些有效系統模型的控制也僅適合于某個特定的系統和一定的工作周期。

綜上所述，傳統的風力發電系統存在以下缺陷或不足：

1、傳統的復雜的控制發電機數學模型的方法或通過中間直流變換或通過功率擾動實現風能跟蹤的方法，過分依賴數學模型，不能有效實現最大風能的跟蹤及捕獲。

2、現有的風力發電系統，一部分沒有采用并網準周期裝置或采用自同期裝置，在并網瞬間，造成對發電機和電力電子裝置電流沖擊、電壓應力很大；另一些即使采用并網準周期裝置，因并網與功率調節裝置分離，硬件結構復雜，成本昂貴，增加整機造價。

3、現有的風力發電系統大部分采用異步發電機直接接入電網，發電質量不高，諧波污染嚴重。

4、現有的風力發電系統或控制算法繁瑣或魯棒性不強，缺乏對直驅式永磁同步風力發電機組交流并網及功率調節控制系統的簡單可靠性研究。

5、傳動的風力發電系統大部分因采用變速箱，增加了傳動、驅動鏈和機械、摩擦損耗，造成能源浪費。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服現有技術的缺點，提供直驅式永磁同步風力發電機并網與功率調節系統，本實用新型并網與功率調節裝置合二為一，并能實現風能最大捕獲、控制方法簡單、系統結構簡單、穩定性好、成本低廉且易于實現。

本實用新型的目的通過下述技術方案實現：一種直驅式永磁同步風力發電機并網與功率調節控制系統，包括微處理器，所述微處理器同時與永磁同步發電機、三相整流電路、濾波電路、三相全橋逆變電路、變壓器連接。

所述微處理器的輸入端通過發電機輸出電壓互感器及其運算放大器與永磁同步發電機的輸出端連接；所述微處理器的輸入端通過電壓互感器及其運算放大器與濾波電路的輸出端連接；所述微處理器的輸出端通過IGBT驅動模塊與三相全橋逆變器電壓互感器的輸入端連接，所述微處理器的輸入端通過逆變器電壓互感器及其運算放大器與三相全橋逆變器電壓互感器的輸出端連接；所述微處理器的輸入端依次通過同步鎖相控制電路、整形電路與電網的輸出端連接，所述微處理器的輸入端還通過電壓及其運算放大器、電流互感器及其運算放大器與電網的輸出端連接。

所述微處理器是DSP控制器。

所述IGBT驅動模塊是EXB841。

本實用新型與現有技術相比具有如下優點和有益效果：

1、本實用新型通過逆變器輸出電壓與電網電壓的相位功角控制，從而對網側輸出功率直接控制，無需控制發電機，可以較好地實現最大風能跟蹤；

2、本實用新型可以實現變速恒頻、最大風能跟蹤、無沖擊并網控制，而且并網電流諧波含量很低，是一種簡單可行且具有實用價值的控制方法；

3、本實用新型采用自帶內置的AD轉換模塊的控制芯片DSP2407，其高度集成化，數字化和高速的運算功能，用它來做整個系統的數字直接控制時，可獲得高穩定性，高可靠性，小型化、便于維護和提高性能等控制效果，從而使整個系統控制簡單，穩定性好，成本低廉等特點；