[发明专利]双馈风力发电机组双PWM变换器系统的协调控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电机控制及新能源风力发电技术领域，特别涉及一种双馈风力发电机组双PWM变换器系统的协调控制方法。

背景技术

当今世界风电市场发展迅猛，风电场装机容量逐年上升，逐步成为发展最快的可再生能源之一。双馈感应发电机的变速恒频发电方式以其调速范围宽、有功无功功率可独立调节以及励磁变换器容量小等优点，逐渐取代了恒频恒速发电。而变速恒频发电的关键技术在于对于励磁电源的控制，目前常用的励磁控制器中，晶闸管交-交变换器由于开关其开关频率较低、动态响应慢及谐波难以抑制等缺陷被传输性、功率因数高的两电平电压型双PWM变换器所取代。

这种两电平电压型双PWM变换器包括与电机转子相连的转子侧变换器、与电网相连的网侧变换器以及连接在转子侧变换器与网侧变换器直接的直流母线电容，在这种交-直-交的励磁变换结构中，直流母线电容使两变换器实现了解耦，可以分开独立控制，并且对外界因素诸如电网故障、转子不正常运行等变化有着较强的适应能力。

最大风能捕捉是变速恒频风力发电重要目标之一，所以转子转速可能在短时间内迅速变换，转子侧变换器和网侧变换器功率流向及大小都在不断变化，因此直流母线电压会出现波动，以往都是通过增大电容的方法减小电压波动，大电容的引入必然会带来成本的增加、体积的增大、发热的问题，而且大电容的引入，加大了电压环的时间常数，减慢了电压环的调节速度。所以如何从控制策略上协调解决直流母线电压波动的问题尤为重要，传统的协调控制方法主要从亚同步运行中的双馈风力机出发，充分利用整流部分与逆变部分之间的物理联系，将转子侧变换器和双馈电机看做网侧变换器的负载，并以转子功率对负载电流进行了估算，但随着风力发电机组单机容量不断增大，双馈电机转速运行范围不断增大，而其决定的转差功率也不断增大，也就意味着励磁变化器容量在不断增大，励磁变换器的损耗所占比重不断增大，同样，转子阻抗上的损耗也会影响负载电流的准确计算问题。所以上述的协调控制方法仍不能做到完全的协调控制。

发明内容

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

鉴于此，本发明提供了一种双馈风力发电机组双PWM变换器系统的协调控制方法，以解决现有协调控制方法不能做到完全协调控制的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种双馈风力发电机组双PWM变换器系统的协调控制方法，双馈风力发电机组双PWM变换器系统包括双馈风力发电机组和双PWM变换器，双馈风力发电机组包括风力机、齿轮箱和双馈电机，而双PWM变换器包括转子侧变换器、直流母线电容和网侧变换器；其中，风力机通过齿轮箱与双馈电机的转子相连，而双馈电机的定子通过变压器与电网相连；转子侧变换器与双馈电机的转子相连，网侧变换器通过滤波电感与电网相连；转子侧变换器通过直流母线电容与网侧变换器相连；双馈风力发电机组双PWM变换器系统的协调控制方法包括：获取双馈风力发电机组的定子输出有功功率、电网无功功率要求、转子电压、转子电流、转子转速和风速；根据风速和转子转速，获取风力机输出最大机械功率时发出的机械转矩指令，并将该机械转矩指令作为双馈风力发电机组的输入以使双馈电机在稳态时能够实现最大功率输出；获取电网电压、电流以及滤波电感的电感值，根据电网无功功率要求及直流母线电压基准值，建立直流母线电压反馈外环、电流反馈内环的双闭环控制系统；将转子侧变换器和双馈风力发电机组作为网侧变换器的负载，通过计算该负载电流，并将该负载电流的动态信息整合至网侧变换器的控制中，以建立稳定的直流母线电压，实现双PWM变换器的完全协调控制。