本发明专利技术提供了一种变速恒频双馈风力发电系统，其特征在于：包括定子并网装置、发电机、控制板、双ＰＷＭ变频器、码盘；所述发电机的定子通过所述定子并网装置与电网相连；所述发电机的转子通过双ＰＷＭ变频器与电网相连；所述控制板与电网、发电机、双ＰＷＭ变频器、定子并网装置相连；所述控制板还通过所述码盘与转子相连。该系统通过在控制板内设计有电压幅值补偿器和转子位置角补偿器，消除了发电系统因某些参数偏差所造成的影响。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属 于风力发电
技术背景能源问题是当今世界的一个焦点问题。在煤炭、石油、天然气等传 统能源面临枯竭的今天，对于可再生能源的开发和利用就变得尤为重要。 风能作为一种具有大规模开发利用前景的可再生无污染的新能源，自然 成为了研究的热点。我国是一个风能资源丰富的国家，目前已探明的可利用风能储量约为253GW，大致与2000年底我国总发电装机容量相当。 因此，对风能发电技术的研究和开发对我国具有十分重要的战略意义。目前，风力发电技术主要分为恒速恒频风力发电机系统和变速恒频 风力发电机系统两大类。恒速恒频风力发电系统一般使用同步电机或者 鼠笼式异步电机作为发电机，通过定桨距失速控制的风轮机使发电机的 转速保持在恒定的数值继而保证发电机端输出电压的频率和幅值的恒 定，其运行范围比较窄，只能在一定风速下捕获风能，发电效率较低。 变速恒频风力发电系统一般采用永磁同步电机或者双馈电机作为发电 机，通过变桨距控制风轮使整个系统在很大的速度范围内按照最佳的效 率运行，是目前风力发电技术的发展方向。而在变速恒频风力发电系统中，变速恒频双馈风力发电系统更是以 其成本低廉成为了现今风力发电技术发展的主流。变速恒频双馈风力发 电系统主要由绕线式感应电机和接在转子绕组上的励磁变频器以及一些 检测保护装置组成。其中，发电机的定子绕组直接与电网连接，转子侧 利用变频器控制转子励磁电流的频率、幅值和相位实现交流励磁，通过 转子侧的交流励磁实现定子侧的恒频运行，使定子的输出电能可以直接 与电网实现并网。由上述变速恒频双馈风力发电系统的结构特点可知，该发电系统能 否良好运行的前提条件是发电机组是否能够顺利并网。而发电机组的顺 利并网是通过系统对转子侧的变频器实施相应的并网算法，控制转子励磁电流的频率、幅值和相位来实现的。可见，这一并网算法的设计是影 响变速恒频双馈发电系统性能的关键。现有变速恒频双馈风力发电系统 并网算法的基本思路是根据发电机的工作原理来设计控制规律，通过设 定转子电流的大小，来控制定子电压的幅值，当电压幅值达到额定时， 进行定子电压与电网的同步控制，通过调节转子电流的相位角来改变定 子电压的相位，等到定子电压与电网电压相位相同后，再进行并网操作。 这种方法实现简单，响应速度快，在电机参数准确的情况下能够有效的 控制电机定子电压跟踪电网电压，是一种比较理想的并网方案。但是， 经过实际使用发现，这种算法的可靠性是建立在并网算法的初始设定参 数可靠的前提下的。然而，当这种并网算法的初始设定参数不准确或是 由于长期使用造成相应参数改变时，现有的并网算法不具备对这些参数 的校正能力，往往会造成系统发电性能下降甚至无法实现并网的严重后 果。另外，由于发电系统的并网冲击电流比较大，会对电网及发电机组 本身造成损坏。尤其是近年来兆瓦级风力发电系统特别是兆瓦级双馈风 力发电系统已经成为风力发电场的主力机型，单机容量比较大，而且风 电厂一般建立在比较偏远的地区，电网结构比较薄弱。机组并网时的并 网电流冲击所引起的电网电压波动和闪变已经不能忽视，严重的情况下 还可能会导致电网电压的大幅度跌落甚至电网的崩溃。因此，最大限度 的抑制发电机组并网冲击电流，提高并网的可靠性，保障发电机组和电 网的安全运行也成为并网技术中的一个重要问题。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于解决上述现有技术中的问题，提供一种能够 对并网算法中的易偏离的电机参数实施闭环控制的变速恒频双馈风力发 电系统及其并网控制方法。本专利技术的专利技术目的还提供了一种能够抑制发电机组并网冲击电流的 变速恒频双馈风力发电系统。本专利技术的专利技术目的是通过下述技术方案予以实现的一种变速恒频双馈风力发电系统，其特征在于包括定子并网装置、 发电机、控制板、双PWM变频器、码盘；所述发电机的定子通过所述定子并网装置与电网相连；所述发电机 的转子通过双PWM变频器与电网相连；所述控制板与电网、发电机、双PWM变频器、定子并网装置相连；所述控制板还通过所述码盘与转 子相连。所述控制板内包括转子位置检测器、定子电压检测器、电网电压检 测器、控制参考值计算器、电压幅值补偿器、转子电流闭环控制器、PWM 发生器；所述转子位置检测器与所述码盘相连；所述定子电压检测器与发电机的定子相连；所述电网电压检测器与电网相连；所述控制参考值计算 器与该电网电压检测器相连；所述电压幅值补偿器与该定子电压检测器、电网电压检测器相连； 所述控制参考值计算器的输出信号经电压幅值补偿器补偿后输入所述转 子电流闭环控制器；所述转子电流闭环控制器与所述发电机的转子、转子位置检测器、 控制参考值计算器相连；所述PWM发生器与转子电流闭环控制器以及所述双PWM变频器 相连。所述控制板内还包括转子位置角补偿器；所述转子位置角补偿器与所述发电机的转子、转子位置检测器、定 子电压检测器相连；所述转子位置检测器的输出信号经转子位置角补偿 器补偿后输入所述转子电流闭环控制器。所述定子并网装置由断路器和接触器串联构成。在所述双PWM变频器与电网之间串接有网侧断路器；在所述双 PWM变频器与发电机的转子之间串接有机侧断路器；所述控制板与机 侧断路器相连。一种变速恒频双馈风力发电系统的并网控制方法，基于权利要求2 所述的发电系统实现，其特征在于包括如下步骤(1) 变速恒频双馈风力发电系统在定子并网装置断开情况下，启 动发电机；(2) 转子位置检测器检测码盘得到转子位置角的测量值(9;;定子电压检测器检测定子电压得到定子相电压幅值Us和定子磁链矢量位置 角<^,;电网电压检测器检测电网电压得到电网电压相电压幅值U和电 网电压矢量位置角《；(3) 控制参考值计算器根据电网电压检测器所输入的电网电压相电压幅值^和电网电压矢量位置角《，计算得到定子磁链矢量位置角参考值《《和励磁电流参考值o;;(4) 电压幅值补偿器根据电网电压检测器输入的电网电压相电压幅值^^和定子电压检测器输入的定子相电压幅值^^ ，计算得到补偿信号励磁电流补偿参考值。；(5) 控制参考值计算器输出的励磁电流参考值c:经励磁电流补偿 参考值g补偿后得到励磁电流^输入转子电流闭环控制器；(6) 转子电流闭环控制器根据转子输入的转子三相交流电流L和、转子位置检测器输入的转子位置角的测量值^、控制参考值计算 器输入的定子磁链矢量位置角参考值^f、经补偿后的励磁电流^，计算得到两相静止坐标系下的转子电压^、(7) PWM发生器以双PWM变频器5输入的直流母线电压^^为变 换参考值，将转子电流闭环控制器输入的ra、 ^经电压空间矢量 SVPWM调帝ij，产生对双PWM变频器5的驱动控制信号，并控制双PWM 变频器5对转子实现交流励磁；(8) 当定子的输出电能的与电网相匹配时，闭合定子并网装置，实 现并网。所述步骤(4)还包括下述具体步骤 (4a)电压幅值补偿器将电网电压检测器输入的电网电压相电压幅 值^和定子电压检测器输入的定子相电压幅值《人进行比较求差；(4b)电压幅值补偿器将电网电压相电压幅值U和定子相电压幅 值的差值经PI调制器得到励磁电流补偿参考值。。 在所述步骤(5)和(6)之间增加如下步骤(9) 转子位置角补偿器根据转子输入的三相交流电流^、；定子电压检测器输入的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种变速恒频双馈风力发电系统，其特征在于：包括定子并网装置、发电机、控制板、双ＰＷＭ变频器、码盘；所述发电机的定子通过所述定子并网装置与电网相连；所述发电机的转子通过双ＰＷＭ变频器与电网相连；所述控制板与电网、发电机、双ＰＷＭ变频器、定子并网装置相连；所述控制板还通过所述码盘与转子相连。
【技术特征摘要】
1. 一种变速恒频双馈风力发电系统，其特征在于包括定子并网装置、发电机、控制板、双PWM变频器、码盘；所述发电机的定子通过所述定子并网装置与电网相连；所述发电机的转子通过双PWM变频器与电网相连；所述控制板与电网、发电机、双PWM变频器、定子并网装置相连；所述控制板还通过所述码盘与转子相连。2、 如权利要求1所述的变速恒频双馈风力发电系统，其特征在于 所述控制板内包括转子位置检测器、定子电压检测器、电网电压检测器、 控制参考值计算器、电压幅值补偿器、转子电流闭环控制器、PWM发 生器；所述转子位置检测器与所述码盘相连；所述定子电压检测器与发电 机的定子相连；所述电网电压检测器与电网相连；所述控制参考值计算 器与该电网电压检测器相连；所述电压幅值补偿器与该定子电压检测器、电网电压检测器相连； 所述控制参考值计算器的输出信号经电压幅值补偿器补偿后输入所述转 子电流闭环控制器；所述转子电流闭环控制器与所述发电机的转子、转子位置检测器、 控制参考值计算器相连；所述PWM发生器与转子电流闭环控制器以及所述双PWM变频器 相连。3、 如权利要求1或2所述的变速恒频双馈风力发电系统，其特征在 于所述控制板内还包括转子位置角补偿器；所述转子位置角补偿器与所述发电机的转子、转子位置检测器、定 子电压检测器相连；所述转子位置检测器的输出信号经转子位置角补偿 器补偿后输入所述转子电流闭环控制器。4、 如权利要求1所述的变速恒频双馈风力发电系统，其特征在于 所述定子并网装置由断路器和接触器串联构成。5、 如权利要求1所述的变速恒频双馈风力发电系统，其特征在于 在所述双PWM变频器与电网之间串接有网侧断路器；在所述双PWM变频器与发电机的转子之间串接有机侧断路器；所述控制板与机侧断路 器相连。6、 一种变速恒频双馈风力发电系统的并网控制方法，基于权利要 求2所述的发电系统实现，其特征在于包括如下步骤(1) 变速恒频双馈风力发电系统在定子并网装置断开情况下，启 动发电机；(2) 转子位置检测器检测码盘得到转子位置角的测量值^T;定子电压检测器检测定子电压得到定子相电压幅值u,和定子磁链矢量位置角<^,;电网电压检测器检测电网电压得到电网电压相电压幅值和电 网电压矢量位置角《；(3) 控制参考值计算器根据电网电压检测器所输入的电网电压相电 压幅值^和电网电压矢量位置角《，计算得到定子磁链矢量位置角参考值^T和励磁电流参考值S;(4) 电压幅值补偿器根据电网电压检测器输入的电网电压相电压幅值和定子电压检测器输入的定子相电压幅值^7,，计算得到补偿信号 励磁电流补偿参考值。；(5) 控制...
【专利技术属性】
技术研发人员：苑国锋，郑艳文，龚细秀，
申请(专利权)人：北京清能华福风电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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