[發明專利]一種基于單象限變換器弱磁控制的風電系統及其運行方法

有效

• 申請號: 201710091005.3
• 申請日: 2017-02-20
• 公開（公告）號: CN106602611B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 陳思哲;周琛;章云;張桂東;葉遠茂
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02M7/06
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 張春水;唐京橋

1.一種基于單象限變換器弱磁控制的風電系統，包括：風力發電機組、可變頻率變壓器、降壓變壓器和工頻電網，其特征在于，所述可變頻率變壓器包括雙饋電機、直流電機、單象限驅動變換器、勵磁變換器、直流母線電容、二極管整流器；

所述雙饋電機的轉子繞組連接風力發電機組，所述雙饋電機的定子繞組連接所述工頻電網，所述雙饋電機與所述直流電機同軸機械連接；

所述單象限驅動變換器的一端連接所述直流電機的轉子電樞繞組，所述單象限驅動變換器的另一端連接所述直流母線電容；

所述勵磁變換器的一端連接所述直流電機的定子勵磁繞組，所述勵磁變換器的另一端連接所述直流母線電容；

所述二極管整流器的交流輸入端通過所述降壓變壓器連接所述工頻電網，所述二極管整流器的直流輸出端連接所述直流母線電容；

其中，所述單象限驅動變換器用于提供單極性的電樞電壓和電樞電流至所述直流電機的轉子電樞繞組，所述勵磁變換器用于提供單極性的勵磁電壓和勵磁電流至所述直流電機的定子勵磁繞組。

2.根據權利要求1所述的一種基于單象限變換器弱磁控制的風電系統，其特征在于，所述單象限驅動變換器包括第一功率開關管和第一續流二極管；

所述第一功率開關管的發射極連接所述第一續流二極管的陰極；

所述第一功率開關管的集電極和所述第一續流二極管的陽極分別連接所述直流母線電容的正極和負極；

所述第一續流二極管的陰極和陽極分別連接所述直流電機的轉子電樞繞組的正極和負極。

3.根據權利要求1所述的一種基于單象限變換器弱磁控制的風電系統，其特征在于，所述勵磁變換器包括第二功率開關管和第二續流二極管；

所述第二功率開關管的發射極連接所述第二續流二極管的陰極；

所述第二功率開關管的集電極和所述第二續流二極管的陽極分別連接所述直流母線電容的正極和負極；

所述第二續流二極管的陰極和陽極分別連接所述直流電機的定子勵磁繞組的正極和負極。

4.根據權利要求1所述的一種基于單象限變換器弱磁控制的風電系統，其特征在于，所述二極管整流器包括六個整流二極管；

所述六個整流二極管兩兩同向串聯后與所述直流母線電容并聯；

所述降壓變壓器的三相接線分別連接串聯的所述整流二極管的連接處。

5.根據權利要求1所述的一種基于單象限變換器弱磁控制的風電系統，其特征在于，所述風力發電機組包括風力機、齒輪箱、同步發電機；

所述風力機通過所述齒輪箱與所述同步發電機機械連接；

所述同步發電機的定子繞組連接所述雙饋電機的轉子繞組。

6.根據權利要求1所述的一種基于單象限變換器弱磁控制的風電系統，其特征在于，所述單象限驅動變換器采用雙閉環控制算法；

轉速外環的比例積分調節器根據所述可變頻率變壓器的轉速給定值與對應的測量值的差值獲得所述直流電機的轉子電樞繞組電流給定值，所述轉子電樞繞組電流給定值的上限設定為所述單象限驅動變換器的額定電流，所述轉子電樞繞組電流給定值的下限設定為零；

電流內環的比例積分調節器根據所述直流電機的轉子電樞繞組電流給定值與對應的測量值的差值獲得所述單象限驅動變換器的占空比。

7.根據權利要求6所述的一種基于單象限變換器弱磁控制的風電系統，其特征在于，所述可變頻率變壓器的轉速給定值具體根據風力機的實時測量風速和最大風能捕獲控制算法計算得出。

8.根據權利要求1所述的一種基于單象限變換器弱磁控制的風電系統，其特征在于，所述勵磁變換器通過勵磁電流閉環控制算法進行控制；

所述勵磁變換器比例積分調節器根據所述直流電機的定子勵磁繞組電流給定值與對應的測量值的偏差計算得出所述勵磁變換器的占空比；

所述勵磁繞組電流給定值具體根據風力發電機組的實時測量轉速計算得出。

9.根據權利要求1所述的一種基于單象限變換器弱磁控制的風電系統，其特征在于，所述雙饋電機的轉子繞組連接的風力發電機組為一組或一組以上。

10.一種基于單象限變換器弱磁控制的風電系統運行方法，基于如權利要求1至9中任意一項所述的一種基于單象限變換器弱磁控制的風電系統進行運行，其特征在于，包括：

當風速上升時，可變頻率變壓器的單象限驅動變換器和勵磁變換器控制直流電機轉速下降，使風力發電機組的轉速上升，同時釋放雙饋電機和直流電機的旋轉儲能以補償風力發電機組的旋轉儲能；

當風力發電機組運行于額定轉速時，可變頻率變壓器的單象限驅動變換器和勵磁變換器控制直流電機轉速為零；

當風速下降時，可變頻率變壓器的單象限驅動變換器和勵磁變換器控制直流電機轉速上升，使風力發電機組的轉速下降，同時吸收風力發電機組的旋轉儲能至雙饋電機和直流電機的旋轉儲能；在風力發電機組的轉速隨風速下降的過程中，如果直流電機的轉子電樞繞組所需的控制電壓超過單象限驅動變換器中第一功率開關管和第一續流二極管的安全電壓，則減小勵磁變換器的勵磁繞組電流給定值，實現風力發電機組在低風速段的最大風能捕獲。