[发明专利]基于直流输电的低速齿轮箱双馈型风电机组优化设计方法

权利要求书

1.基于直流输电的低速齿轮箱双馈型风电机组优化设计方法，采用一种基于直流输电的双馈型风力发电系统拓扑结构对双馈型风电机组进行优化设计及控制，所述双馈型风力发电系统包括风力机、齿轮箱、双馈型风力发电机、直流变流器、直流母线，所述直流变流器包括定子侧变流器和转子侧变流器，所述双馈型风电机组包括所述齿轮箱、所述双馈型风力发电机和所述直流变流器，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，假设优化前后所述风力机的功率不变，所述双馈型风力发电机的极对数及其定子的感抗、转子的感抗和定转子之间的互感保持不变，定子磁通保持不变；采用定子磁通矢量定向控制策略，求取优化前后所述双馈型风力发电机的定子电流之比、优化前后所述双馈型风力发电机的转子电流之比、优化前后所述双馈型风力发电机的总电流之比和优化前后所述直流变流器的总电流之比；

步骤2，建立优化后所述双馈型风电机组的总成本的计算模型：

式中，C_s2为优化后所述双馈型风电机组的总成本，C_t1、C_g1、C_c1分别为优化前所述双馈型风力发电机的成本、所述齿轮箱的成本、所述直流变流器的成本，k₀、k₁、k₂、k₃分别为所述齿轮箱的成本曲线的拟合系数；λ为优化后所述齿轮箱的增速比与优化前所述齿轮箱的增速比之比；α为优化前所述双馈型风力发电机的转子电流d轴分量与定子电流q轴分量的比值，β为所述双馈型风力发电机的定子自感与定转子之间的互感之比值；

步骤3，根据步骤2中所述计算模型求所述双馈型风电机组的优化设计参数。

2.根据权利要求1所述基于直流输电的低速齿轮箱双馈型风电机组优化设计方法，其特征在于，所述步骤1中，令：

λ＝M/N (1)

式中，N、M分别为优化前所述齿轮箱的增速比和优化后所述齿轮箱的增速比，且MN，λ为优化后所述齿轮箱的增速比与优化前所述齿轮箱的增速比之比；按下列公式分别计算优化前后所述双馈型风力发电机的定子电流之比、优化前后所述双馈型风力发电机的转子电流之比、优化前后所述双馈型风力发电机的总电流之比和优化前后所述直流变流器的总电流之比：

式中，I_s1、I_sd1、I_sq1、I_r1、I_rd1、I_rq1、I_t1分别为优化前所述双馈型风力发电机的定子电流、定子电流d轴分量、定子电流q轴分量、转子电流、转子电流d轴分量、转子电流q轴分量、总电流，I_c1为优化前所述直流变流器的总电流；I_s2、I_sd2、I_sq2、I_r2、I_rd2、I_rq2、I_t2分别为优化后所述双馈型风力发电机的定子电流、定子电流d轴分量、定子电流q轴分量、转子电流、转子电流d轴分量、转子电流q轴分量、总电流，I_c2为优化后所述直流变流器的总电流；β为所述双馈型风力发电机的定子自感L_s与定转子之间的互感L_m之比值，即β＝L_s/L_m；α为优化前所述双馈型风力发电机的转子电流d轴分量与定子电流q轴分量的比值，即α＝I_rd1/I_sq1。

3.根据权利要求2所述基于直流输电的低速齿轮箱双馈型风电机组优化设计方法，其特征在于，所述步骤3具体包括以下步骤：

1)以λ为横坐标、以优化后所述双馈型风电机组的总成本C_s2为纵坐标，根据式(6)绘制曲线，求得优化后所述双馈型风电机组的总成本C_s2的最小值C_s2min，即优化后所述双馈型风电机组的最优成本，与之对应的λ即为最优齿轮箱增速比之比λ_opt；

2)将λ＝λ_opt代入式(1)，求得优化后所述齿轮箱的增速比M＝λ_optN；

3)将λ＝λ_opt分别代入式(2)、(3)，获得优化后所述双馈型风力发电机的定子电流I_s2和转子电流I_r2分别为：

4)根据优化后与优化前所述双馈型风力发电机的同步转速之比：

式中，n_1N、n_1M分别为优化前、优化后的所述双馈型风力发电机的同步转速，ω_m1、ω_m2分别为优化前、优化后的所述双馈型风力发电机的转子转速，n_w为所述风力机的转速；

将λ＝λ_opt代入式(9)，求得优化后的所述双馈型风力发电机的同步转速n_1M＝λ_optn_1N；

5)根据

式中，n₁为所述双馈型风力发电机得的同步转速，f₁为所述双馈型风力发电机的定子额定频率，n_p为所述双馈型风力发电机的极对数；

将n₁＝n_1M＝λ_optn_1N代入式(10)，求得优化后所述双馈型风力发电机的定子额定频率f_1N＝n_pλ_optn_1N/60。