[發(fā)明專利]一種基于單象限變換器弱磁控制的風(fēng)電系統(tǒng)及其運(yùn)行方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710091005.3
• 申請日: 2017-02-20
• 公開（公告）號: CN106602611B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳思哲;周琛;章云;張桂東;葉遠(yuǎn)茂
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02M7/06
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 張春水;唐京橋

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于單象限變換器弱磁控制的風(fēng)電系統(tǒng)通過單象限驅(qū)動變換器提供單極性的電樞電壓和電樞電流至直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子電樞繞組，通過勵磁變換器提供單極性的勵磁電壓和勵磁電流至直流電機(jī)的定子勵磁繞組，通過二極管整流器連接直流母線電容與工頻電網(wǎng)之間，從而用單象限驅(qū)動變換器和勵磁變換器替換了橋式可逆PWM變換器，用二極管整流器替換了三相PWM整流器，使得功率開關(guān)管的數(shù)量和開關(guān)損耗大幅減少，同時補(bǔ)償了風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速快速響應(yīng)風(fēng)速變化以提高風(fēng)能利用率所引發(fā)的功率波動，解決了三相PWM整流器和橋式可逆PWM變換器導(dǎo)致過高的系統(tǒng)成本和開關(guān)損耗、存在因直通短路而損壞的風(fēng)險、風(fēng)能利用率與功率波動之間矛盾的技術(shù)問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新能源發(fā)電領(lǐng)域，尤其涉及一種基于單象限變換器弱磁控制的風(fēng)電系統(tǒng)及其運(yùn)行方法。

背景技術(shù)

可變頻率變壓器是一種新型的電網(wǎng)互連設(shè)備，該設(shè)備在解決風(fēng)電并網(wǎng)所面臨的諸多問題上具有獨(dú)特優(yōu)勢。一方面，可變頻率變壓器能夠用于對恒速風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行電網(wǎng)友好型改造，使其滿足電網(wǎng)對風(fēng)電機(jī)組輸出功率平滑、具備低電壓穿越能力、在電網(wǎng)電壓跌落期間提供無功支撐的要求。另一方面，利用可變頻率變壓器取代傳統(tǒng)風(fēng)電系統(tǒng)中的電力電子變流器，大大降低了電力電子裝置的容量和成本，其過載能力也顯著增強(qiáng)。鑒于其獨(dú)特的優(yōu)勢，可變頻率變壓器將會在風(fēng)電并網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。

目前應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電的可變頻率變壓器，必須能夠正反向旋轉(zhuǎn)，并且必須能夠提供正反向力矩，因此其直流電機(jī)必須采用電能可雙向傳輸?shù)淖儞Q器驅(qū)動。通常，如圖1所示，該變換器由三相PWM整流器和橋式可逆PWM變換器構(gòu)成，其中三相PWM整流器需要六個功率開關(guān)管和六個續(xù)流二極管，橋式可逆PWM變換器需要四個功率開關(guān)管和四個續(xù)流二極管。由此產(chǎn)生兩個不利影響，一是功率器件過多導(dǎo)致過高的系統(tǒng)成本和開關(guān)損耗，二是同一橋臂的上下兩個開關(guān)管存在因直通短路而損壞的風(fēng)險。

此外，現(xiàn)有基于可變頻率變壓器的包含三相PWM整流器和橋式可逆PWM變換器的風(fēng)電系統(tǒng)，只利用風(fēng)電機(jī)組的旋轉(zhuǎn)儲能，在風(fēng)速波動時減少輸出功率波動，而沒有在最大風(fēng)能捕獲過程中利用可變頻率變壓器的旋轉(zhuǎn)儲能在風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速快速跟隨風(fēng)速變化的同時減少功率波動。這種運(yùn)行方式的不利之處在于：在風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速跟隨風(fēng)速迅速上升期間，需將大量電能轉(zhuǎn)化為風(fēng)力機(jī)的旋轉(zhuǎn)動能，風(fēng)力機(jī)輸出功率會暫時下降，待風(fēng)力機(jī)運(yùn)行于新的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，其輸出功率又會迅速上升；反之，在風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速跟隨風(fēng)速迅速下降期間，需將大量的風(fēng)力機(jī)旋轉(zhuǎn)動能轉(zhuǎn)化為電能，風(fēng)力機(jī)輸出功率會暫時上升，待風(fēng)力機(jī)運(yùn)行于新的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，其輸出功率又會迅速下降。因此，現(xiàn)有風(fēng)電機(jī)組的動態(tài)響應(yīng)速度，必須在提高風(fēng)能利用率和減少功率波動之間進(jìn)行折中設(shè)計。

因此，三相PWM整流器和橋式可逆PWM變換器導(dǎo)致過高的系統(tǒng)成本和開關(guān)損耗、存在因直通短路而損壞的風(fēng)險、風(fēng)能利用率與功率波動之間矛盾是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于單象限變換器弱磁控制的風(fēng)電系統(tǒng)及其運(yùn)行方法，用于解決三相PWM整流器和橋式可逆PWM變換器導(dǎo)致過高的系統(tǒng)成本和開關(guān)損耗、存在因直通短路而損壞的風(fēng)險、風(fēng)能利用率與功率波動之間矛盾的技術(shù)問題。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于單象限變換器弱磁控制的風(fēng)電系統(tǒng)，包括：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、可變頻率變壓器、降壓變壓器和工頻電網(wǎng)，所述可變頻率變壓器包括雙饋電機(jī)、直流電機(jī)、單象限驅(qū)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(jī)的轉(zhuǎn)子繞組連接風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，所述雙饋電機(jī)的定子繞組連接所述工頻電網(wǎng)，所述雙饋電機(jī)與所述直流電機(jī)同軸機(jī)械連接；

所述單象限驅(qū)動變換器的一端連接所述直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子電樞繞組，所述單象限驅(qū)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(jī)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(wǎng)，所述二極管整流器的直流輸出端連接所述直流母線電容；