[发明专利]一种基于RMC的DFIG直流并网发电系统及其转矩控制方法

说明书

技术领域

本发明属于风力并网发电技术领域，具体涉及一种基于RMC（精简矩阵变换器）的DFIG直流并网发电系统及其转矩控制方法。

背景技术

随着人口的增加，经济的发展，人类对于能源的需求也越来越大，传统的能源储量正在日益枯竭，从而带来了能源短缺的问题。随着传统能源的日益枯竭，风能已经成为一种十分具有潜力的新能源，而当今社会，风电产业已成为新能源领域的一大支柱产业。

伴随着陆上风电场的广泛应用，海上风电场也在持续发展。与陆上风电场相比，海上风电以其高风速、低风切变、低涡流、高产出等优点，成为重要的可持续能源。随着海上风电场规模和风电场离岸距离的增大，交流输电受到交流电缆充电电流的影响，传输容量和传输距离受到限制，不能满足海上风电场的并网要求。高压直流输电（HVDC）以其诸多优点成为大规模海上风电场与电网联接的理想方式。

传统的双馈风机HVDC并网结构如图1所示，主要由多台DFIG（双馈异步风力发电机）组成，每台DFIG依次连接转子侧变流器、网侧变流器、滤波器、变压器后通过送端站接入直流母线。这种并网系统必须使用送端站把DFIG输出功率从交流传输变为直流传输，并且该送端站需要在不同的工况下维持稳定的电机定子端电压，系统结构复杂，控制难度大。此外，应用于HVDC的传统变流器转换级数较多，增加了能量损耗，其稳压电解电容的使用又使得系统的体积和重量增加，同时降低了系统的可靠性。

因此，有必要研发出一种新型的风电HVDC并网系统拓扑结构，结合DFIG风机控制系统的相关特性，在保证并网效果的同时简化系统的结构，降低其建造成本，提高其运行性能，达到更好的研究和实际工程应用。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种基于RMC的DFIG直流并网发电系统及其转矩控制方法，结构简单成本低，通过气隙磁链定向的控制策略，保证了系统输出电磁转矩恒定，运行性能稳定；通过电流给定计算，灵活控制定、转子输出有功功率和无功功率的比例，保证了两者相等。

一种基于RMC的DFIG直流并网发电系统，包括多台DFIG和高压直流电网，每台DFIG连接有定子RMC换流器和转子RMC换流器；所述的定子RMC换流器和转子RMC换流器共连有一台控制器。

所述的定子RMC换流器用于在DFIG启动阶段，将高压直流电网上的直流电压转换为正负交变的方波电压，并对该方波电压进行降压，进而将降压后的方波电压转换为三相交流电以为DFIG定子提供初始励磁；在DFIG运行阶段，定子RMC换流器将DFIG的三相定子电压转换为正负交变的脉冲电压，并对该脉冲电压进行升压，进而将升压后的脉冲电压转换为直流电以注入高压直流电网。

所述的转子RMC换流器用于将高压直流电网上的直流电压转换为正负交变的方波电压，并对该方波电压进行降压，进而将降压后的方波电压转换为三相交流电以为DFIG转子提供励磁。

所述的定子RMC换流器和转子RMC换流器均由RMC、单相高频变压器和单相全桥全控型变流器依次连接构成。

所述的控制器用于采集DFIG的三相定子电流、三相转子电流、转子位置角以及转速，并根据这些信号构造出两组PWM信号分别对定子RMC换流器和转子RMC换流器进行协同控制。

所述的DFIG具有三相定子绕组和三相转子绕组；所述的三相定子绕组分别与定子RMC换流器中RMC的三相交流侧对应连接，所述的三相转子绕组分别与转子RMC换流器中RMC的三相交流侧对应连接，定子RMC换流器中单相全桥全控型变流器的直流侧与转子RMC换流器中单相全桥全控型变流器的直流侧对应连接后接入高压直流电网。

优选地，所述的定子RMC换流器中单相全桥全控型变流器的直流侧与转子RMC换流器中单相全桥全控型变流器的直流侧共同并联有母线滤波电容；能够维持恒定的直流电压。

所述的RMC为三相六桥臂结构，其每个桥臂由一双向功率开关构建；所述的双向功率开关由两个IGBT管T₁～T₂组成；其中，IGBT管T₁的集电极为双向功率开关的一端，IGBT管T₁的发射极与IGBT管T₂的发射极相连，IGBT管T₂的集电极为双向功率开关的另一端，两个IGBT管T₁～T₂的门极接收控制器提供的PWM信号。

上述DFIG直流并网发电系统的转矩控制方法，如下：

对于定子RMC换流器的控制，包括如下步骤：