[發明專利]一種新型阻抗源直驅永磁風力發電系統及其控制方法

在審

• 申請號: 201810293066.2
• 申請日: 2018-04-04
• 公開（公告）號: CN108233429A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 張陽;程諄
• 申請（專利權）人: 湖南工業大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/18;H02J3/01;H02M5/458;H02P21/00;H02P101/15;H02P103/20
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本發明公開了一種新型阻抗源直驅永磁風力發電系統及其控制方法，阻抗源直驅永磁風力發電系統包括：風葉、永磁同步發電機、三相不可控整流器、阻抗源網絡、三相六開關逆變橋臂、濾波電感和一套控制器。本發明還公開了上述系統的控制方法，采樣阻抗源網絡電感電流i_L1、阻抗源網絡電容電壓V_C2、永磁同步發電機的位置角θ_r和轉速ω_r、三相并網電壓e_ga、e_gb、e_gc、三相并網電流i_a、i_b、i_c，通過一套控制器即可實現對永磁同步發電機轉速、阻抗源網絡電容電壓穩定和并網功率因數的控制。本發明可實現寬風速變化下的有效并網，降低器件的電壓應力，從而提高系統的可靠性和降低成本。

技術領域

本發明屬于風力發電并網控制領域，具體涉及一種新型阻抗源直驅永磁風力發電系統及其控制方法。

背景技術

風力發電作為一種清潔可再生的新能源發電方式今年來發展迅猛，變流裝置是風力發電系統中的核心裝置，它不僅直接影響風力發電系統的可靠性和穩定性，還關系到整個系統的效率和成本。與電壓型PWM逆變器相比，阻抗源逆變器具有允許逆變橋臂直通、單級控制等優勢。目前，應用于風力發電的阻抗源逆變器包括Z源逆變器、準Z源逆變器等，傳統阻抗源直驅永磁風力發電系統，由于其升壓能力有限，當風速變化較寬時阻抗源逆變器的升壓比已達到限值，只能通過增大其調制度升高電壓，而此時必然引起阻抗源網絡電容和三相六開關逆變橋臂承受更大的電壓應力。因此，有必要設計一種高可靠性、低成本的新型阻抗源直驅永磁風力發電系統及其控制方法。

發明內容

針對背景技術所述的缺陷或不足，本發明提供了一種新型阻抗源直驅永磁風力發電系統及其控制方法，系統可靠性高，升壓能力強。

一種新型阻抗源直驅永磁風力發電系統，包括風葉、永磁同步發電機、三相不可控整流器、阻抗源網絡、三相六開關逆變橋臂、濾波電感和一套控制器，通過該控制器對永磁同步發電機轉速、阻抗源網絡電容電壓穩定和并網功率因數進行控制。

所述阻抗源網絡由二極管D₁、D₂、D₃、D₄、電感L₁、L₂、L₃和電容C₁、C₂構成。

所述控制器的輸入為阻抗源網絡電感電流i_L1、阻抗源網絡電容電壓V_C2、永磁同步發電機的位置角θ_r和轉速ω_r、三相并網電壓e_ga、e_gb、e_gc、三相并網電流i_a、i_b、i_c，控制器的輸出為阻抗源逆變器的觸發脈沖。

通過風葉將風能轉化為機械能，經永磁同步發電機將機械能轉化成電能，以幅值和頻率均變化的三相交流電形式輸出，經三相不可控整流后變為大小變化的直流電，再經阻抗源逆變器升壓逆變成幅值和頻率固定的交流電，經濾波電感后并網。

直驅永磁風力發電并網系統采用權利要求1所述的拓撲結構，其控制方法包括如下步驟：

(1) 實時檢測永磁同步風力發電機的轉子位置角θ_r 、轉速ω_r 和阻抗源網絡電感L₁的電流i_L1；

(2) 通過永磁同步風力發電機轉速外環和阻抗源網絡電感電流內環，得到阻抗源逆變器的直通占空比d₀；

(3) 實時檢測阻抗源逆變器的并網電壓和并網電流，并通過PLL計算出相角θ；