[实用新型]直驱式永磁同步风力发电机并网与功率调节系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及发电机控制领域，具体涉及到直驱式永磁同步风力发电机并网与功率调节系统。

背景技术

随着全球能源消耗速度的持续增长，常规能源资源日益枯竭。风能发电以其无污染，施工周期短，投资灵活，占地少，造价低等特点，越来越受到世界各国的重视。与传统的风力发电机组拓扑结构相比，直驱式永磁同步风力发电机组因无需变速箱和传动装置等，具有缩短驱动链、减少机械应力、降低机械噪声，提高输出电能质量、增加能量捕捉等优点。随着电力电子技术和电机技术的发展、永磁材料和现代控制技术的引入，直驱式永磁风力发电机组是风力发电发展的趋势，国外形容其为风力发电的一场革命。风力发电技术的发展主要体现在并网型风力发电机组的并网技术以及最大风能捕获即功率调节的控制技术上的提高。国内外对直驱式永磁同步风力发电机组的交流并网控制及最大风能捕获进行了一定的研究。

风力机系统是一个非线性不稳定的复杂系统，系统具有不确定性，传统的变速控制模式需要首先建立一个有效的系统模型，而由于空气动力学的不确定性和电力电子模型的复杂性，系统模型的确定不是件容易的事情。从已列出的那些可能影响风力发电机组性能的误差源和不确定性因数中，研究人员发现，由于雷诺数的变化会引起在功率上5％的误差，而由于叶片上的沉积物和下雨可造成20％的功率变化，其它诸如大气条件和老化等因素，也将在机组的能量转换过程中引起不同程度的变化。因此所有基于某些有效系统模型的控制也仅适合于某个特定的系统和一定的工作周期。

综上所述，传统的风力发电系统存在以下缺陷或不足：

1、传统的复杂的控制发电机数学模型的方法或通过中间直流变换或通过功率扰动实现风能跟踪的方法，过分依赖数学模型，不能有效实现最大风能的跟踪及捕获。

2、现有的风力发电系统，一部分没有采用并网准周期装置或采用自同期装置，在并网瞬间，造成对发电机和电力电子装置电流冲击、电压应力很大；另一些即使采用并网准周期装置，因并网与功率调节装置分离，硬件结构复杂，成本昂贵，增加整机造价。

3、现有的风力发电系统大部分采用异步发电机直接接入电网，发电质量不高，谐波污染严重。

4、现有的风力发电系统或控制算法繁琐或鲁棒性不强，缺乏对直驱式永磁同步风力发电机组交流并网及功率调节控制系统的简单可靠性研究。

5、传动的风力发电系统大部分因采用变速箱，增加了传动、驱动链和机械、摩擦损耗，造成能源浪费。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供直驱式永磁同步风力发电机并网与功率调节系统，本实用新型并网与功率调节装置合二为一，并能实现风能最大捕获、控制方法简单、系统结构简单、稳定性好、成本低廉且易于实现。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：一种直驱式永磁同步风力发电机并网与功率调节控制系统，包括微处理器，所述微处理器同时与永磁同步发电机、三相整流电路、滤波电路、三相全桥逆变电路、变压器连接。

所述微处理器的输入端通过发电机输出电压互感器及其运算放大器与永磁同步发电机的输出端连接；所述微处理器的输入端通过电压互感器及其运算放大器与滤波电路的输出端连接；所述微处理器的输出端通过IGBT驱动模块与三相全桥逆变器电压互感器的输入端连接，所述微处理器的输入端通过逆变器电压互感器及其运算放大器与三相全桥逆变器电压互感器的输出端连接；所述微处理器的输入端依次通过同步锁相控制电路、整形电路与电网的输出端连接，所述微处理器的输入端还通过电压及其运算放大器、电流互感器及其运算放大器与电网的输出端连接。

所述微处理器是DSP控制器。

所述IGBT驱动模块是EXB841。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点和有益效果：

1、本实用新型通过逆变器输出电压与电网电压的相位功角控制，从而对网侧输出功率直接控制，无需控制发电机，可以较好地实现最大风能跟踪；

2、本实用新型可以实现变速恒频、最大风能跟踪、无冲击并网控制，而且并网电流谐波含量很低，是一种简单可行且具有实用价值的控制方法；

3、本实用新型采用自带内置的AD转换模块的控制芯片DSP2407，其高度集成化，数字化和高速的运算功能，用它来做整个系统的数字直接控制时，可获得高稳定性，高可靠性，小型化、便于维护和提高性能等控制效果，从而使整个系统控制简单，稳定性好，成本低廉等特点；