[發明專利]直驅風力發電系統及系統中SPWM逆變控制信號的調制方式

有效

• 申請號: 200910116602.2
• 申請日: 2009-04-21
• 公開（公告）號: CN101599649A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發明（設計）人: 茆美琴;丁明;蘇建徽;張國榮;杜燕;汪海寧;張健
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02M7/527
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司
• 代理人: 何梅生

技術領域

本發明涉及一種應用在風力發電系統中的電能變換系統及控制方法。

背景技術

50KW以下的小型風力發電系統主要是采用變速、直驅永磁同步發電機以及定槳距葉片 結構。在這一結構中，永磁同步發電機通常采用低電感永磁同步發電機，電機與整流器、直 流環節的電容器和電壓型逆變器VSI依次相連。低電感永磁同步發電機由于內阻較小可以充 當電壓源，采用PWM控制的電壓型逆變器可用來產生所需的正弦電流。但是這種結構的主 要缺點是：

1、風速范圍有限

由于低電感永磁同步發電機與電力電子整流器構成的電壓源，其大小隨著風速的變化有 很大的波動，可達幾十伏至二百伏左右，但電壓型逆變器的輸出電壓卻固定為220V?AC或 380V?AC，因此，要求輸入電壓不能過低。這就大大限制了能將電能回饋給電網的風速范圍。 這對于風速長期較低的地方來說，采用這樣的結構便無法有效地利用系統設備。

2、成本昂貴

對應與低電感永磁同步發電機，現有的并網逆變器結構需要復雜的電力電子電路和控制 算法，比如，為了提升低速下的電壓而采取的BOOST電路。由于逆變控制器的成本通常是 發電機成本的好幾倍，顯然，這大大增加了系統成本，也因此阻礙了小型并網風機更為廣泛 的應用。

發明內容

本發明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種基于高電感永磁同步發電機 的直驅風力發電系統及系統中SPWM逆變控制信號的調制方式，以期使風力發電系統在風 速很低的情況下同樣能發電，同時不再需要使用變流器的直流電容，以簡化控制系統，提高 整機發電效率，降低成本。

本發明解決技術問題采用如下技術方案：

本發明直驅風力發電系統的結構特點是：

設置高電感永磁同步發電機與風力機同軸相連，所述高電感永磁發電機的交流信號輸出 端串聯由功率二極管D1-D6組成的三相不可控整流器；以所述三相不可控整流器中輸出的 直流電流Ir作為后繼電流型逆變器輸入信號，所述電流型逆變器的輸出信號Iout經濾波器 濾波后以正弦波電流Ig饋送至交流電網eg；

所述電流型逆變器由全控電力電子開關T5以及電流源型全橋逆變電路構成，所述全控 電力電子開關T5是以正弦波脈寬調制信號SPWM為控制信號；

設置基于數字信號處理器的DSP控制器，風力發電機電流采樣信號Igenm、風力發電機 電壓采樣信號Vgenm、并網電流采樣信號Igridm、電網電壓采樣信號Vgridm，以及所述三 相不可控整流器中輸出的直流電流采樣信號VSH1，電流型逆變電路輸出電流采樣信號Ioutm 分別接入所述DSP控制器的采樣信號輸入端，由所述DSP控制器生成用于控制電力電子開 關T5通斷的實時正弦波脈寬調制SPWM信號；以所述DSP控制器對構成電流源型全橋逆 變電路的功率電子開關T1～T4執行控制的順序為：對應于電網正半周，T1、T4導通，T2、 T3關斷；對應電網負半周，T2、T3導通，T1、T4關斷。

本發明直驅風力發電系統中正弦波脈寬調制信號SPWM的調制方式的特點是采用等面 積脈寬調制，所述等面積脈寬調制是按以下方式進行：

a、所述正弦波脈寬調制信號SPWM的調制波信號設定為兩倍電網頻率的正弦半波信號 V_ref；

b、所述正弦波脈寬調制信號SPWM的載波信號為高頻鋸齒波載波信號V_car，在每個周 期中，所述高頻鋸齒波載波信號V_car的幅值與所述三相不可控整流器中輸出直流電流的積分 成正比，而頻率保持不變；

c、將所述載波信號與調制波信號進行比較，在調制波信號大于載波信號時，輸出高電 平邏輯“1”，反之輸出低電平邏輯“0”，如此，得到一列高度及寬度不等、但面積按正弦 規律變化的SPWM脈沖控制信號，以所述SPWM脈沖控制信號控制電力電子開關T5得到 同樣波形的輸出電流I_inv。