[发明专利]一种离网型双馈风力发电系统及其最大风能捕获方法

权利要求书

1.一种离网型双馈风力发电系统，其特征在于包括有风力机(1)、齿轮箱(2)、双馈发电机(3)、转子侧变流器(4)、直流母线电容(5)、负载侧变流器(6)、滤波电感(7)、负载(8)、蓄电池(9)、双向DC/DC变流器(10)、负载侧变流控制器(11)、转子侧变流控制器(12)、DC/DC变流控制器(13)、电压传感器(14)、电流传感器(15) 、编码器(16)、电流传感器(17)、电压传感器(18)，其中齿轮箱(2)的输入轴与风力机(1)的输出轴连接，双馈发电机(3)的输入轴与齿轮箱(2)的输出轴连接，且双馈发电机(3)的转子与编码器(16)同轴连接，双馈发电机(3)的转子绕组经转子侧变流器(4)与直流母线电容(5)连接，双馈发电机(3)的定子绕组经电流传感器(15)向负载(8)供电；直流母线电容(5)经负载侧变流器(6)及滤波电感(7)与负载(8)连接；蓄电池(9)经双向DC/DC变流器(10)与直流母线电容(5)连接；负载侧变流控制器(11)采样电压传感器(14)、电流传感器(15) 和编码器(16)的输出信号，生成空间矢量PWM信号驱动负载侧变流器(6)；转子侧变流控制器(12)采样电压传感器(14)和编码器(16)的输出信号，生成空间矢量PWM信号驱动转子侧变流器(4)；DC/DC变流控制器(13)采样电流传感器(17)和电压传感器(18)的输出信号，生成PWM信号驱动双向DC/DC变流器(10)。

2.一种根据权利要求1所述的离网型双馈风力发电系统的最大风能捕获方法，其特征在于包括如下步骤：

1）利用电压传感器(14)采样三相定子电压信号                                               ，利用电流传感器(15)采样三相定子电流信号，利用编码器(16)检测双馈发电机(3)的转速；

2）将采集得到的三相定子电压信号和定子电流信号分别经过静止三相/两相坐标变换，得到定子电压矢量和定子电流矢量；

3）根据定子电压、计算电压角度，求微分得同步转速；

4）将静止坐标系中的定子电压矢量和定子电流矢量分别经过旋转坐标变换，得到同步旋转坐标系中的定子电压、和定子电流、，由于控制器采用定子电压定向，、；

5）将采集到的发电机转速除以齿轮箱(2)变比得风力机转速，结合风力机(1)转速和最大功率曲线，计算实现最大风能捕获所需的双馈发电机(3)总输出有功功率，最大功率曲线表达式为；

6）根据双馈发电机(3)转速、同步转速和定、转子功率分配关系，计算双馈发电机(3)总输出有功功率为时的定子输出有功功率，定、转子功率分配关系的表达式为；

7）根据实现最大风能捕获所需的双馈发电机(3)定子有功功率和定子电压，计算双馈发电机(3)的定子d轴电流参考值，定子电流参考值的计算公式为；

8）将定子d轴电流参考值与实际值的偏差、定子q轴电流参考值与实际值的偏差分别经过PI控制，得到同步旋转坐标系中负载侧变流器(6)控制电压、；

9）将同步旋转坐标系中负载侧变流器(6)的控制电压、经过旋转坐标逆变换，产生静止坐标系中负载侧变流器(6)的控制电压、，经空间矢量PWM调制产生PWM信号控制负载侧变流器(6)中的功率开关器件。

3.根据权利要求2所述的离网型双馈风力发电系统的最大风能捕获方法，其特征在于上述转子侧变流器(4)不参与双馈发电机(3)的功率调节，只负责控制双馈发电机(3)三相定子电压的幅值、频率维持在额定值。

4.根据权利要求2所述的离网型双馈风力发电系统的最大风能捕获方法，其特征在于上述转子侧变流控制器(12)无需测量双馈发电机的转子电流，也无需对转子电流进行旋转坐标变换。

5.根据权利要求2所述的离网型双馈风力发电系统的最大风能捕获方法，其特征在于上述直流母线电容(5)借助蓄电池(9)的充放电减小直流电压波动。