[發明專利]一種基于DFIG的直流并網發電系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201310042541.6
• 申請日: 2013-01-31
• 公開（公告）號: CN103078341A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 年珩;易曦露
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36;H02J3/38;H02P21/14
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明屬于風力并網發電技術領域，具體涉及一種基于DFIG(雙饋異步風力發電機)的直流并網發電系統及其控制方法。

背景技術

隨著人口的增加，經濟的發展，人類對于能源的需求也越來越大，傳統的能源儲量正在日益枯竭，從而帶來了能源短缺的問題。隨著傳統能源的日益枯竭，風能已經成為一種十分具有潛力的新能源，而當今社會，風電產業已成為新能源領域的一大支柱產業。

伴隨著陸上風電場的廣泛應用，海上風電場也在持續發展。與陸上風電場相比，海上風電以其高風速、低風切變、低渦流、高產出等優點，成為重要的可持續能源。隨著海上風電場規模和風電場離岸距離的增大，交流輸電受到交流電纜充電電流的影響，傳輸容量和傳輸距離受到限制，不能滿足海上風電場的并網要求。直流輸電以其諸多優點成為大規模海上風電場與電網聯接的理想方式。

傳統的雙饋風機直流并網結構如圖1所示，主要由多臺DFIG組成，每臺DFIG依次連接轉子側變流器、網側變流器、濾波器、變壓器后通過送端站接入直流母線。這種并網系統必須使用送端站把DFIG輸出功率從交流傳輸變為直流傳輸，并且該送端站需要在不同的工況下維持穩定的電機定子端電壓，系統結構復雜，控制難度大。此外，國內對于DFIG風電場直流并網系統的研究多是將風電場簡化為單純的功率源進行分析，并沒有具體的結合DFIG的自身特性來設計其拓撲，對以DFIG為主要機型的風電場并網研究帶來很大的局限性。

因此，有必要研發出一種新型的風電直流并網系統拓撲結構，結合DFIG風機控制系統的相關特性，在保證并網效果的同時簡化系統的結構，降低其建造成本，提高其運行性能，達到更好的研究和實際工程應用。

發明內容

針對現有技術所存在的上述技術問題，本發明提供了一種基于DFIG的直流并網發電系統及其控制方法，結構簡單，成本低。

一種基于DFIG的直流并網發電系統，包括多臺DFIG和直流電網，每臺DFIG連接有定子變流器和轉子變流器；所述的定子變流器和轉子變流器共連有一臺控制器；

所述的定子變流器用于將DFIG的三相定子電壓轉換為直流電后一部分給轉子變流器供電，另一部分注入直流電網；

所述的轉子變流器用于為DFIG轉子提供勵磁，并控制DFIG的三相定子電壓為三相對稱正弦波；

所述的控制器用于采集DFIG的三相定子電壓、三相定子電流、三相轉子電流以及轉速，并根據這些信號構造出兩組PWM信號分別對定子變流器和轉子變流器進行控制。

所述的DFIG具有三相定子繞組和三相轉子繞組，所述的定子變流器和轉子變流器均為三相六橋臂結構；三相定子繞組的輸出端分別與定子變流器的三相輸入端相連，三相轉子繞組的輸出端分別與轉子變流器的三相輸入端相連，定子變流器的直流輸出端與轉子變流器的直流輸出端對應連接后接入直流電網。

優選地，所述的定子變流器的直流輸出端并聯有母線電容；能夠維持恒定的直流電壓。

所述的轉子變流器的控制方法，包括如下步驟：

(1)采集DFIG的三相定子電壓、三相定子電流、三相轉子電流和轉速；分別對三相定子電壓和三相定子電流進行Clarke變換得到三相定子電壓的α軸分量U_αs和β軸分量U_βs以及三相定子電流的α軸分量I_αs和β軸分量I_βs，對三相轉子電流進行dq變換得到三相轉子電流的d軸分量I_dr和q軸分量I_qr；

(2)根據步驟(1)中得到的信號計算出等效勵磁電流I_ms、轉子d軸電壓補償量ΔU_dr和轉子q軸電壓補償量ΔU_qr；

(3)根據步驟(2)中得到的信號，通過PI調節補償計算出轉子d軸電壓調制信號V_dr和轉子q軸電壓調制信號V_qr；

(4)根據轉子d軸電壓調制信號V_dr和轉子q軸電壓調制信號V_qr通過SVPWM(空間矢量脈寬調制)技術構造得到一組PWM信號以對轉子變流器進行控制。

所述的步驟(2)中，根據以下公式計算等效勵磁電流I_ms、轉子d軸電壓補償量ΔU_dr和轉子q軸電壓補償量ΔU_qr：

ψ_αs＝∫(U_αs-R_sI_αs)dt