[發(fā)明專利]一種基于RMC的DFIG直流并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及其磁鏈定向控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310324951.X
• 申請(qǐng)日: 2013-07-30
• 公開（公告）號(hào): CN103401231A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 易曦露;年珩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J1/10
• 分類號(hào): H02J1/10;H02M7/12
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于風(fēng)力并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于RMC（精簡(jiǎn)矩陣變換器）的DFIG直流并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及其磁鏈定向控制方法。

背景技術(shù)

隨著人口的增加，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對(duì)于能源的需求也越來越大，傳統(tǒng)的能源儲(chǔ)量正在日益枯竭，從而帶來了能源短缺的問題。隨著傳統(tǒng)能源的日益枯竭，風(fēng)能已經(jīng)成為一種十分具有潛力的新能源，而當(dāng)今社會(huì)，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)已成為新能源領(lǐng)域的一大支柱產(chǎn)業(yè)。

伴隨著陸上風(fēng)電場(chǎng)的廣泛應(yīng)用，海上風(fēng)電場(chǎng)也在持續(xù)發(fā)展。與陸上風(fēng)電場(chǎng)相比，海上風(fēng)電以其高風(fēng)速、低風(fēng)切變、低渦流、高產(chǎn)出等優(yōu)點(diǎn)，成為重要的可持續(xù)能源。隨著海上風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模和風(fēng)電場(chǎng)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(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)要求。HVDC（高壓直流輸電）以其諸多優(yōu)點(diǎn)成為大規(guī)模海上風(fēng)電場(chǎng)與電網(wǎng)聯(lián)接的理想方式。

傳統(tǒng)的雙饋風(fēng)機(jī)HVDC并網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由多臺(tái)DFIG組成，每臺(tái)DFIG（雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)）依次連接轉(zhuǎn)子變流器、網(wǎng)側(cè)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(wǎng)系統(tǒng)必須使用送端站把DFIG輸出功率從交流傳輸變?yōu)橹绷鱾鬏敚⑶以撍投苏拘枰诓煌墓r下維持穩(wěn)定的電機(jī)定子端電壓，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制難度大。此外，應(yīng)用于HVDC的傳統(tǒng)變流器轉(zhuǎn)換級(jí)數(shù)較多，增加了能量損耗，其穩(wěn)壓電解電容的使用又使得系統(tǒng)的體積和重量增加，同時(shí)降低了系統(tǒng)的可靠性。

因此，有必要研發(fā)出一種新型的風(fēng)電HVDC并網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，結(jié)合DFIG風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的相關(guān)特性，在保證并網(wǎng)效果的同時(shí)簡(jiǎn)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，降低其建造成本，提高其運(yùn)行性能，達(dá)到更好的研究和實(shí)際工程應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于RMC的DFIG直流并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及其磁鏈定向控制方法，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低，通過氣隙電勢(shì)及磁鏈定向的控制策略，保證了系統(tǒng)運(yùn)行性能穩(wěn)定。

一種基于RMC的DFIG直流并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，包括多臺(tái)DFIG和高壓直流電網(wǎng)，每臺(tái)DFIG連接有定子RMC換流器和轉(zhuǎn)子RMC換流器；所述的定子RMC換流器和轉(zhuǎn)子RMC換流器共連有一臺(tái)控制器。

所述的定子RMC換流器包括RMC、單相高頻變壓器和單相全橋不控型變流器；其中：所述的RMC用于將DFIG的三相定子電壓轉(zhuǎn)換為正負(fù)交變的脈沖電壓，該脈沖電壓通過單相高頻變壓器升壓后由單相全橋不控型變流器轉(zhuǎn)換為直流電，該直流電一部分給轉(zhuǎn)子RMC換流器供電，另一部分注入高壓直流電網(wǎng)。

所述的轉(zhuǎn)子RMC換流器包括RMC、單相高頻變壓器和單相全橋全控型變流器；其中：所述的單相全橋全控型變流器用于將高壓直流電網(wǎng)上的直流電壓轉(zhuǎn)換為正負(fù)交變的方波電壓，該方波電壓經(jīng)單相高頻變壓器降壓后通過RMC轉(zhuǎn)換為三相交流電為DFIG轉(zhuǎn)子提供勵(lì)磁，以控制DFIG的氣隙電勢(shì)為三相對(duì)稱正弦波。

所述的控制器用于采集DFIG的三相定子電流、三相轉(zhuǎn)子電流以及轉(zhuǎn)速，并根據(jù)這些信號(hào)構(gòu)造出兩組PWM信號(hào)分別對(duì)定子RMC換流器和轉(zhuǎn)子RMC換流器進(jìn)行控制。

所述的DFIG具有三相定子繞組和三相轉(zhuǎn)子繞組；所述的三相定子繞組分別與定子RMC換流器中RMC的三相交流側(cè)對(duì)應(yīng)連接，所述的三相轉(zhuǎn)子繞組分別與轉(zhuǎn)子RMC換流器中RMC的三相交流側(cè)對(duì)應(yīng)連接，所述的單相全橋不控型變流器的直流側(cè)與單相全橋全控型變流器的直流側(cè)對(duì)應(yīng)連接后接入高壓直流電網(wǎng)。

優(yōu)選地，所述的單相全橋不控型變流器的直流側(cè)與單相全橋全控型變流器的直流側(cè)共同并聯(lián)有母線濾波電容；能夠維持恒定的直流電壓。

所述的RMC為三相六橋臂結(jié)構(gòu)，其每個(gè)橋臂由一雙向功率開關(guān)構(gòu)建；所述的雙向功率開關(guān)由兩個(gè)IGBT管T₁～T₂組成；其中，IGBT管T₁的集電極為雙向功率開關(guān)的一端，IGBT管T₁的發(fā)射極與IGBT管T₂的發(fā)射極相連，IGBT管T₂的集電極為雙向功率開關(guān)的另一端，兩個(gè)IGBT管T₁～T₂的門極接收控制器提供的PWM信號(hào)。

上述的DFIG直流并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的磁鏈定向控制方法，如下：

對(duì)于轉(zhuǎn)子RMC換流器的控制，包括如下步驟：