[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

说明书

技术领域

本发明是一种离网型双馈风力发电系统及其最大风能捕获方法，属于离网型双馈风力发电系统及其最大风能捕获方法的改造技术。

背景技术

风力发电是解决当前能源短缺和环境污染问题的有效方式，按是否接入电网可分为并网型和离网型两种方式。对于电网难以覆盖且风能资源丰富的偏远地区，如果因地制宜地建设离网型风力发电系统，既可免去铺设长距离输电线路或远程运送燃料的费用，又可满足当地居民生产生活用电需求，促进经济文化发展。

双馈风力发电系统具有变速恒频发电、提高风能利用率、减小传动链应力等优点，而且其功率变流器容量仅为发电机容量的30%左右，大幅度降低了电力电子装置的成本，因此得到了广泛应用。

目前关于双馈风力发电系统控制技术的研究，主要围绕并网型发电系统，目前已成功解决了无冲击并网、功率解耦、最大风能捕获、低电压穿越、电网电压不平衡工况下的控制等关键技术问题。然而，对于离网型双馈风力发电系统，其最大风能捕获问题尚未得到解决。

对于并网型双馈风力发电系统，由于电网容量远大于发电机容量，并网发电后发电机定子电压恒等于电网电压，控制方案无需考虑对定子电压的控制，因此只需要采用转子侧变流器便可实现对双馈发电机输出功率的控制，从而使风力机的转速跟随风速变化，实现最大风能捕获。并网型双馈风力发电系统的最大风能捕获控制较为简单，而且目前已经取得很好的控制效果。

离网型双馈风力发电系统的输出与独立负载连接，其运行特点、控制策略与并网型发电系统存在很大的区别：

1、发电机容量与负载容量接近，发电系统失去无穷大电网的支撑，双馈发电机的转子侧变流器主要用于控制双馈发电机的定子电压，使其维持在额定值，无法再参与功率的调节；

2、双馈发电机的定子电压确定后，定子输出电流决定于负载电流，因此定子输出功率由负载功率决定，而不是根据风速改变，无法实现最大风能捕获，风能转换效率低。

综上所述，现有的离网型双馈风力发电系统控制方法，仅仅依靠转子侧变流器控制双馈发电机，而负载侧变流器仅负责控制直流母线电压，并未参与双馈发电机的功率控制。因此，现有控制方案只能将发电系统的输出电压维持在额定值，而发电系统的输出功率完全由负载决定，不能跟踪风速变化，发电系统不具备最大风能捕获能力。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种通过负载侧变流器控制双馈发电机定子绕组的有功电流分量，从而控制双馈发电机的输出功率和转速，使其跟踪风速变化，实现最大风能捕获，提高发电系统的风能利用率和经济效益的离网型双馈风力发电系统。

本发明的另一目的在于提供一种控制简单方便的离网型双馈风力发电系统的最大风能捕获方法。

本发明的技术方案是：本发明的离网型双馈风力发电系统，包括有风力机、齿轮箱、双馈发电机、转子侧变流器、直流母线电容、负载侧变流器、滤波电感、负载、蓄电池、双向DC/DC变流器、负载侧变流控制器、转子侧变流控制器、DC/DC变流控制器、电压传感器、电流传感器、编码器、电流传感器、电压传感器，其中齿轮箱的输入轴与风力机的输出轴连接，双馈发电机的输入轴与齿轮箱的输出轴连接，且双馈发电机的转子与编码器同轴连接，双馈发电机的转子绕组经转子侧变流器与直流母线电容连接，双馈发电机的定子绕组经电流传感器向负载供电；直流母线电容经负载侧变流器及滤波电感与负载连接；蓄电池经双向DC/DC变流器与直流母线电容连接；负载侧变流控制器采样电压传感器、电流传感器和编码器的输出信号，生成空间矢量PWM信号驱动负载侧变流器；转子侧变流控制器采样电压传感器和编码器的输出信号，生成空间矢量PWM信号驱动转子侧变流器；DC/DC变流控制器采样电流传感器和电压传感器的输出信号，生成PWM信号驱动双向DC/DC变流器。

本发明离网型双馈风力发电系统的最大风能捕获方法，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                                                ，利用电流传感器采样三相定子电流信号，利用编码器检测双馈发电机的转速；

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，、；