[發(fā)明專利]一種18相風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110123297.0
• 申請(qǐng)日: 2021-01-29
• 公開（公告）號(hào): CN112832951B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周詩嘉;辛清明;楊光源;王振;彭光強(qiáng);武霽陽;馮雷;徐爽;潘烙
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司;中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司檢修試驗(yàn)中心
• 主分類號(hào): F03D7/04
• 分類號(hào): F03D7/04;F03D17/00;F03D80/00;H02K7/18
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 麥小嬋;郝傳鑫

1.一種18相風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)包括18相永磁同步發(fā)電機(jī)、18個(gè)單相橋式全控整流器和18個(gè)電力電子變壓器；

所述18相永磁同步發(fā)電機(jī)含有6套三相繞組，分別為A_m、B_m、C_m，m＝1，2，…6；每兩套相鄰的三相繞組之間相差10°電角度；6套三相繞組的中性點(diǎn)相連，作為18相永磁同步發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)N；

所述單相橋式全控整流器包括四個(gè)IGBT管T₁、T₂、T₃、T₄和一個(gè)電容C_f；其中，T₁的射極與T₂的集電極相連接，連接點(diǎn)作為單相橋式全控整流器的輸入端正極；T₃的射極與T₄的集電極相連接，連接點(diǎn)作為單相橋式全控整流器的輸入端負(fù)極；T₁和T₃的集電極與電容C_f的正極相連作為單相橋式全控整流器的輸出端正極；T₂和T₄的發(fā)射極與電容C_f的負(fù)極相連作為單相橋式全控整流器的輸出端負(fù)極；18個(gè)單相橋式全控整流器的輸入端正極分別與18相永磁同步發(fā)電機(jī)的18個(gè)繞組相連，輸入端負(fù)極與18相永磁同步發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)N相連；

所述電力電子變壓器包括單相逆變器、多繞組變壓器和k個(gè)單相橋式不控整流器；其中，所述單相逆變器包括四個(gè)IGBT管G₁、G₂、G₃、G₄；G₁和G₃的集電極相連作為電力電子變壓器的輸入端正極；G₂和G₄的發(fā)射極相連作為電力電子變壓器的輸入端負(fù)極；G₁的發(fā)射極與G₂的集電極相連接，連接點(diǎn)作為單相逆變器的輸出端正極；G₃的發(fā)射極與G₄的集電極相連接，連接點(diǎn)作為單相逆變器的輸出端負(fù)極；所述單相橋式不控整流器包括四個(gè)二極管L₁、L₂、L₃、L₄；L₁的陰極和L₃的陰極與電容C的正極相連作為單相橋式不控整流器的輸出端正極；L₂的陽極和L₄的陽極與電容C的負(fù)極相連作為單相橋式不控整流器的輸出端負(fù)極；L₁的陽極與L₂的陰極相連，連接點(diǎn)作為單相橋式不控整流器的輸入端正極；L₃的陽極與L₄的陰極相連，連接點(diǎn)作為單相橋式不控整流器的輸入端負(fù)極；所述多繞組變壓器的原邊與所述單相逆變器輸出端相連，所述多繞組變壓器的副邊每個(gè)繞組與一個(gè)單相橋式不控整流器的輸入端相連；將k個(gè)單相橋式不控整流器的輸出端依次首尾相連，將第一個(gè)單相橋式不控整流器的輸出端正極作為電力電子變壓器的輸出端正極，最后一個(gè)單相橋式不控整流器的輸出端負(fù)極作為電力電子變壓器的輸出端負(fù)極；電力電子變壓器的輸入端正極與單相橋式全控整流器的輸出端正極相連，電力電子變壓器的輸入端負(fù)極與單相橋式全控整流器的輸出端負(fù)極相連；將18個(gè)電力電子變壓器的輸出端依次首尾相連，第一個(gè)電力電子變壓器的輸出端正極與高壓直流電網(wǎng)正極相連，最后一個(gè)電力電子變壓器的輸出端負(fù)極與高壓直流電網(wǎng)的負(fù)極相連；

所述18相風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制方法包括以下步驟：

以18相永磁同步發(fā)電機(jī)的第1相為例，其余17相控制方法相同：

(1)檢測當(dāng)前風(fēng)速v，根據(jù)18相永磁同步發(fā)電機(jī)的葉片半徑R和最佳葉尖速比λ_opt計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)子角速度的參考值ω_ref：

(2)檢測18相永磁同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子實(shí)際角速度ω，將ω與ω_ref進(jìn)行比較，比較結(jié)果通過第一個(gè)PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，得到第一個(gè)PI調(diào)節(jié)器的輸出結(jié)果為機(jī)側(cè)q軸電流參考值i_{mq_ref}：

其中，K_P1和K_I1分別為第一個(gè)PI調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)和積分系數(shù)，s表示積分因子；

(3)將i_{mq_ref}乘以單位正弦量sin(θ_m1)，得到18相永磁同步發(fā)電機(jī)第1相輸出電流參考值i_{1_ref}：

i_{1_ref}＝i_{mq_ref}×sin(θ_m1)

其中，θm1通過對(duì)18相永磁同步發(fā)電機(jī)第1相相電壓鎖相得到；

(4)將i_{1_ref}與第1相輸出電流實(shí)際值i₁進(jìn)行比較，比較結(jié)果通過第二個(gè)PR調(diào)節(jié)器，得到第二個(gè)PR調(diào)節(jié)器的輸出結(jié)果為第一個(gè)單相橋式全控整流器的調(diào)制波T_Z1，將T_Z1與三角波進(jìn)行比較得到第一個(gè)單相橋式全控整流器的控制信號(hào)：

其中，K_P2和K_R2分別為第二個(gè)PR調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)和諧振系數(shù)；

(5)檢測第1相對(duì)應(yīng)的電容C_f的電壓U_C1，將U_C1與電容C_f的額定電壓U_{C_ref}進(jìn)行比較，比較結(jié)果通過第三個(gè)PI調(diào)節(jié)器，得到第三個(gè)PI調(diào)節(jié)器的輸出結(jié)果為第一個(gè)多繞組變壓器原邊電流的幅值i_{d1_ref}：

其中，K_P3和K_I3分別為第三個(gè)PI調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)和積分系數(shù)；

(6)將i_{d1_ref}通過第四個(gè)比例調(diào)節(jié)器得到第一個(gè)多繞組變壓器原邊電壓的幅值u_{d1_ref}：

u_{d1_ref}＝K_P4×i_{d1_ref}

其中，K_P4為第四個(gè)比例調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；

(7)將u_{d1_ref}乘以單位正弦量sin(1000πt)，得到第一個(gè)單相逆變器的輸出電壓參考值u_{n1_ref}，將u_{n1_ref}和第一個(gè)單相逆變器實(shí)際輸出電壓u_n1通過一個(gè)滯環(huán)比較器得到第一個(gè)單相逆變器的控制信號(hào)：

u_{n1_ref}＝u_{d1_ref}×sin(1000πt)

其中，t表示時(shí)間，從控制器上電開始計(jì)時(shí)。

2.如權(quán)利要求1所述的18相風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述多繞組變壓器的變比為1:1，且所述多繞組變壓器的二次側(cè)繞組數(shù)k為2；電容C_f的大小為6mF，電容C_f的額定電壓U_{C_ref}為580V；電容C的大小為2mF，電容C的額定電壓為580V；K_P1＝2，K_I1＝30，K_P2＝5，K_R2＝100，K_P3＝3，K_I3＝50，K_P4＝25，e＝20；其中，e為滯環(huán)比較器的滯環(huán)環(huán)寬。