[實用新型]基于矩陣式變換器的無刷雙饋風力發電機控制系統

無效

• 申請號: 200820205391.0
• 申請日: 2008-12-16
• 公開（公告）號: CN201323550Y
• 公開（公告）日: 2009-10-07
• 發明（設計）人: 楊金明;王孝洪;吳捷;楊俊華
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H02P9/00
• 分類號: H02P9/00;H02P9/42;H02M5/22
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本實用新型涉及風力發動機的控制技術，具體是一種基于矩陣式變換器的無刷雙饋風力發電機控制系統。

背景技術

風力發電機是一種利用風力機葉片捕獲風能，并將其轉換為旋轉機械能，進而驅動發電機發電的能源機器。

傳統的并網型風力發電機組一般采用異步發電機，且直接并網，風速變化所帶來的空氣動力變化，會導致風力發電機組的負載增加，以及轉速變化，影響風力發電機壽命和風電品質。新發展的風力發電機組采用了雙饋發電機組，雙饋發電機組可以實現變速恒頻控制和最大風能捕獲控制，對風力發電技術的提高和應用推廣起到了積極作用，但由于存在電刷和滑環，增加了維修工作量和成本。

無刷雙饋發電機其轉子類似于鼠籠式電機結構，而定子上有兩套相互電磁解耦的繞組——功率繞組和控制繞組，功率繞組與控制繞組間通過籠形轉子來產生電磁耦合，可通過控制繞組的電壓、電流的頻率、幅值、相位和相序調節，來實現發電機組的輸出頻率以及有功功率和無功功率的解耦控制。功率繞組直接與電網相連，而控制繞組通過變流器與電網相連。變流器根據發電機轉子轉速調節控制繞組的勵磁頻率，使功率繞組的輸出電能頻率維持工頻50Hz不變。目前的變流器采用的是交-直-交的結構形式，結構復雜，效率較低。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種結構簡單、效率較高的基于矩陣式變換器的無刷雙饋風力發電機控制系統。

一種基于矩陣式變換器的無刷雙饋風力發電機控制系統，其特征在于：包括矩陣式變換器，所述矩陣式變換器包括3×3雙向開關矩陣及其控制器，各開關的動作由控制器控制；3×3雙向開關矩陣的一側與無刷雙饋風力發電機的控制繞組相連，另一側與電網相連。

矩陣式變換器的輸出波形采用空間矢量法進行調制，并對矩陣式變換器的輸出電流進行了閉環控制，以提高矩陣式變換器的抗干擾性。

本實用新型與現有技術相比，結構簡單、效率較高，電能質量較高。

附圖說明

圖1為基于矩陣式變換器的無刷雙饋風力發電機控制系統的整體結構圖；

圖2為矩陣式變換器控制器的結構圖；

圖3為矩陣式變換器的輸出閉環控制結構圖。

具體實施方式

下面將結合附圖詳細講解本實用新型提供的基于矩陣式變換器的無刷雙饋發電機控制系統結構和原理。

參考圖1，基于矩陣式變換器的無刷雙饋風力發電機控制系統包括雙向開關矩陣1和控制器2，該雙向開關矩陣1包括9個雙向開關。所述9個開關組成如圖所示的3×3陣列，陣列的一側三相輸入端與電網相連，另一側的三相輸出端與無刷雙饋發電機的控制繞組相連，開關的動作由控制器2控制。

參考圖2，該圖為控制器2的內部結構圖，其中采樣檢測部分20檢測三相中的兩相電流和電壓的幅值、相位和頻率。控制算法部分21為以高速數字處理器DSP為核心的控制單元，功能為生成輸出波形和產生必要的控制算法。外部時鐘22提供同步時鐘信號。開關控制部分23其功能為根據控制算法生成開關驅動信號。換流控制部分24保證開關的可靠反向關斷。

參考圖3，該圖為矩陣式變換器的輸出閉環控制結構圖，根據矩陣變換器間接控制原理，將矩陣式變換器虛擬為交-直-交變換器，采用雙環控制結構，外環采取空間矢量控制，即由控制器2實現空間矢量控制(SVM)，并生成輸入側開關SAP、SBP、SCP、SAN、SBN、SCN等開關的PWM控制信號。內環為矩陣式變換器的電流跟蹤控制環，由控制器3實現，控制器3首先根據空間矢量調制要求生成三相指令電流信號i_a^*、i_b^*、i_c^*，并測量實際的三相電流信號i_a、i_b、i_c，并分別將三相電流信號進行Park變換，形成d-q軸等效信號i_d^*、i_q^*和i_d、i_q，電流反饋控制控制信號按下述公式計算：

矩陣變換器的d-q軸模型為：