[發明專利]基于無刷雙饋電機的風力發電系統及其控制方法

在審

• 申請號: 201810112909.4
• 申請日: 2018-02-05
• 公開（公告）號: CN108390406A
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 徐海波;王一丁;劉金虹;孔銘;王雪帆;蘇建徽
• 申請（專利權）人: 易事特集團股份有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/42;H02P21/28;H02P27/08
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 舒丁

本發明公開了一種基于無刷雙饋電機的風力發電系統，包括無刷雙饋電機和風機，所述無刷雙饋電機包括定子和轉子，所述定子包括功率繞組和控制繞組，還包括四象限變流器，所述四象限變流器包括變換器和控制器，所述控制器根據所述風力發電系統工作狀態控制所述變換器使所述功率繞組側電壓在風力發電系統并網前跟隨電網電壓，所述控制器計算出當前風速下最大輸出功率作為設定值并控制所述變換器使所述風力發電系統輸出功率在并網后跟隨設定值。上述基于無刷雙饋電機的風力發電系統實現了風力發電系統的變速恒頻發電，保證在受到擾動的情況下能維持穩定發電，且運行效率高。本發明還公開了一種基于無刷雙饋電機的風力發電系統控制方法。

技術領域

本發明涉及電氣傳動與發電控制領域，特別是涉及一種基于無刷雙饋電機的風力發電系統及其控制方法。

背景技術

在風力發電系統中使用雙饋發電機可以減小變頻器容量，只需為發電機容量的20％～40％即可，大大降低了成本。但目前用于風力發電系統中的有刷雙饋電機包括電刷和滑環結構，在風力發電系統尤其是海上風電系統中維護成本較高。

無刷雙饋電機(Brushless doubly fed generator，BDFG)是一種新型電機，通過兩套定子繞組(分別為功率繞組和控制繞組)加特殊設計的轉子來實現無電刷結構，從而提高電機可靠性。無刷雙饋電機既可作發電機運行，也可作電動機運行。

無刷雙饋電機兼具異步電機和同步電機優點，它通過定子側勵磁，取消電刷和集電環，實現轉子無刷化，使轉子結構更簡單和堅固耐用，而在其他方面保留了轉差功率變換型系統的優點，適合在易燃、易爆、粉塵多等嚴苛的應用場合，在風力發電這樣的變速恒頻高效發電領域具有廣闊應用前景。

目前的風力發電系統實現變速恒頻發電效果的方法主要是將無刷雙饋電機應用到風力發電中，但目前的風力發電系統在并網前后易受擾動，無法維持穩定發電，并且由于實際運行中風速難以測量，無法根據風速使風力發電系統以最佳轉速運行，運行效率不高。

發明內容

基于此，有必要針對目前的變速恒頻風力發電系統在并網前后易受擾動，無法維持穩定發電，并且由于實際運行中風速難以測量，無法根據風速使風力發電系統以最佳轉速運行，運行效率不高的問題，提供一種基于無刷雙饋電機的風力發電系統及其控制方法。

一種基于無刷雙饋電機的風力發電系統，包括無刷雙饋電機、風機以及接觸器，所述無刷雙饋電機和所述風機同軸安裝，所述無刷雙饋電機包括定子和轉子，所述定子包括功率繞組和控制繞組，所述接觸器用于作為所述風力發電系統的并網開關，當所述接觸器閉合時，所述風力發電系統并網，當所述接觸器斷開時，所述風力發電系統離網，還包括四象限變流器，所述四象限變流器包括變換器和控制器，所述變換器個數至少為2個，分別為機側變換器和網側變換器，所述機側變換器與所述控制繞組連接，所述網側變換器與所述功率繞組連接，所述控制器根據所述風力發電系統工作狀態控制所述變換器使所述功率繞組側電壓在風力發電系統并網前跟隨電網電壓，所述控制器計算出當前風速下最大輸出功率作為設定值并控制所述變換器使所述風力發電系統輸出功率在并網后跟隨設定值。

在其中一個實施例中，所述控制器通過調整所述控制繞組的角速度以保證所述風力發電系統轉速變化時所述功率繞組的角速度不變，以實現變速恒頻發電。

在其中一個實施例中，所述四象限變流器還包括采樣裝置和采樣調理裝置，所述采樣裝置用于采樣所述風力發電系統的工作參數并將工作參數發送至所述采樣調理裝置，所述采樣調理裝置將所述數據處理后送入所述控制器，所述控制器根據接收到的數據判斷所述風力發電系統的工作狀況并決定所述風力發電系統的工作模式。

在其中一個實施例中，所述采樣裝置包括電流采樣裝置、電壓采樣裝置、溫度采樣裝置和采樣調理裝置，所述電流采樣裝置用于采樣所述控制繞組側的輸出電流和功率繞組側的輸出電流，所述電壓采樣裝置用于采樣所述功率繞組側輸出電壓和電網電壓，所述溫度采樣裝置用于檢測所述四象限變流器的溫度和所述無刷雙饋電機的溫度。