[发明专利]一种全功率风电并网系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于风力发电技术和矩阵变换器领域，用来实现将大功率风力发电机输出的变频变压电能转换为恒频恒压电能，同时具有最大风能追踪和定功率并网控制功能。

技术背景

随着经济和社会的发展，各国对能源的需求持续增长。风能作为一种可再生、无污染、储量大的能源，受到高度重视。直驱式永磁同步风电机组是一种新型的变速恒频风力发电系统，它直接与低速风力机连接，省去了升速齿轮箱，减少了故障率并可降低维护成本，较容易做到40对以上的极对数，通过全功率换流器并网。由于具有发电效率高、可靠性高、运行及维护成本低、对电网扰动适应能力更强等优点，直驱式永磁同步风电机组近年来得到了国内外科研人员的广泛关注，成为了目前风力发电技术领域的重要发展方向。

作为风力发电机与电网连接的接口，全功率电力电子换流器在整个系统中担负着极为重要的作用。常见的全功率交直交变流器逆变侧一般采用IGBT作为开关器件的PWM型，整流侧可采用以IGBT作为开关器件的全控型、以晶闸管为开关器件的半可控型、以二极管作为开关器件的不可控型和BOOST升压电路等组成。随着风电机组功率等级的提高，常规变流器已经不能满足功率要求，除此之外，常规变流器存在输出电流谐波含量大、功率因数低等缺点。研发适用于高功率等级、高电能质量的直驱式永磁同步风电机组变流器及并网系统变得尤为重要。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种全功率风电并网系统及控制方法，其结构更加紧凑，能实现大功率换流及并网，同时具有良好的输入输出特性，减少对风力发电机的冲击，提高并网电能质量。

为实现上述目的，本发明提出一种全功率风电并网系统，其特征在于包括机侧滤波器、3×6矩阵变换器、网侧滤波器、三绕组变压器、控制部分。

机侧滤波器连接直驱式风机和3×6矩阵变换器，限制输入电流的谐波干扰；

3×6矩阵变换器包括18个双向开关，有一组三相输入端和两组三相输出端，输入端通过机侧滤波器和风机连接，输出端通过网侧滤波器和三绕组变压器连接，实现把风机输出的三相电能转换为两组对应电压相位角分别差30°的三相电能；

网侧滤波器接在3×6矩阵变换器和三绕组变压器之间，主要用来滤除矩阵变换器开关器件产生的高频谐波，并实现定功率并网控制；

三绕组变压器绕组1和绕组2分别通过网侧滤波器和3×6矩阵变换器的六相输出端相连，绕组3和电网连接。其中三绕组变压器的绕组1为Y型接线，绕组2为Δ型接线，绕组3为Y型接线。最终实现风力发电机和电网的并网；

控制部分包括机侧控制模块、网侧控制模块、PWM开关信号生成模块，用来实现风机的最大功率追踪控制和双定有功功率、无功功率的并网控制，并通过控制矩阵变换器的开关信号来实现。

进一步，所述机侧滤波器采用将电容按Y型接法并联在3×6矩阵变换器输入端的方式，主要功能是减少风力发电系统对矩阵变换器的影响，限制输入电流的谐波干扰。

进一步，所述网侧滤波器采用将电感串联在3×6矩阵变换器输出端的方式，用于滤除高频谐波。

进一步，所述矩阵变换器的双向开关为共集电极反向串联型IGBT组合。

同时，针对一种全功率风电并网系统，本发明提出一种全功率风电并网系统的控制方法，其特征在于机侧控制用来实现风机的最大功率追踪控制；网侧采用双定功率控制，实现三绕组变压器绕组1的有功功率、无功功率和绕组2的有功功率、无功功率并网控制，其控制模块产生的3×6矩阵变换器输入电流参考信号和输出电压参考信号生成PWM开关信号，实现对3×6矩阵变换器的控制。

进一步，机侧采用电流闭环的控制方式，通过控制机侧输入电流i_q的值来实现风机转矩控制，从而实现最大功率追踪控制。

进一步，网侧采用功率闭环控制方式，分别通过控制三绕组变压器绕组1和绕组2的输入电流，从而控制绕组1的有功功率、无功功率和绕组2的有功功率、无功功率输入，最终实现并网功率控制。

进一步，3×6矩阵变换器的调制策略采用双SVPWM的方式，由控制模块产生的3×6矩阵变换器输入参考电流信号和输出参考电压信号生成SVPWM开关信号，实现对3×6矩阵变换器的控制。

有益效果：