[发明专利]一种直流自同步增强型永磁直驱风机的控制系统及其方法

说明书

本发明公开了一种直流自同步增强型永磁直驱风机的控制系统及其方法。控制系统包括风力发电机、机侧变流器、直流电容、网侧变流器和电网侧结构。方法包括：机侧变流器通过功率控制环、第一电流内环、第一派克变换器和第一空间矢量脉宽调制器进行机侧变流器控制，网侧变流器通过同步环、无功‑电压下垂环、电压外环、第二电流内环、第二派克变换器、第二空间矢量脉宽调制器进行网侧变流器控制，最终实现风力发电机的控制。本发明为直驱风机提供了组网能力和惯量支撑，提升了其在弱网下的同步性能，避免了因电流限幅导致暂态失稳的问题以及直流电压波动问题，并有效降低风能损失。

技术领域

本发明涉及了一种永磁直驱风机的控制系统，具体涉及一种直流自同步增强型永磁直驱风机的控制系统及其方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展，越来越多的永磁直驱风电机组通过变流器并入电网。这为电网提供便利的同时也为其安全运行带来了新的挑战。

目前常见的直驱风机主要为电流源型直驱风机和电压源型直驱风机两种。其中，电流源型直驱风机采用锁相环实现并网同步，其不具备电压和频率支撑能力，不能为电网提供其所需惯量，弱网下因外环和同步环的耦合，容易发生稳定性问题。电压源型直驱风机通过直接或间接模仿同步机特性，提供电压和频率支撑的能力，不易发生小干扰失稳。

在不借助储能情况下，直驱风机可采用机侧转子动能或者直流电容能量来实现惯量支撑，机侧转子能量支撑能力强但造成大量风能损失，而直流电容能量可避免机侧响应但支撑能力受限于电容容量。此外，直驱风机模仿同步机时，外特性作为电压源会在暂态下由于电流限幅的原因蜕化为电流源，使得功角曲线发生切换，稳定分析变得复杂，稳定裕度降低，更容易发生暂态失稳。因此，使直驱风机同时保证足够惯量支撑和暂态稳定性的同时，还可减少风能损失的控制系统和方法有待进一步研究。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种直流自同步增强型永磁直驱风机的控制系统及其方法。

本发明采用的技术方案是：

一、一种直流自同步增强型永磁直驱风机的控制系统：

控制系统包括风力发电机、机侧变流器、直流电容、网侧变流器和电网侧结构，风力发电机、机侧变流器、直流电容、网侧变流器和电网侧结构依次连接；电网侧结构包括LCL滤波器、线路和电网，电网依次经线路和LCL滤波器后与网侧变流器的三相输入端连接。风力发电机具体为直流自同步增强型永磁直驱风机。

二、一种直流自同步增强型永磁直驱风机的控制系统的控制方法：

所述的风力发电机将风力发电机的定子电流输入到机侧变流器中，机侧变流器通过功率控制环、第一电流内环、第一派克变换器和第一空间矢量脉宽调制器SVPWM进行机侧变流器控制，第一空间矢量脉宽调制器SVPWM连接机侧变流器的三相控制端；机侧变流器将机侧变流器输出的直流电压通过直流电容输入到网侧变流器中，网侧变流器将网侧变流器电流输入电网侧结构，网侧变流器通过同步环、无功-电压下垂环、电压外环、第二电流内环、第二派克变换器、第二空间矢量脉宽调制器SVPWM进行网侧变流器控制，第二空间矢量脉宽调制器SVPWM连接网侧变流器的三相控制端，最终实现风力发电机的控制。

所述的机侧变流器控制中的功率控制环接收机侧变流器的有功功率P_s、直流电压V_DC、附加直流电压控制参考值以及风力发电机转子角速度ω_r进行处理，处理后输出机侧q轴电流参考值功率控制环对机侧变流器输出的直流电压V_DC和附加直流电压控制参考值进行附加直流电压控制以提高惯量支撑能力及稳定性，具体如下：