一種永磁風力發電系統電網同步化方法與流程

本發明涉及一種永磁風力發電系統，尤其涉及一種永磁風力發電系統電網同步化方法。

背景技術：

大功率直驅型永磁風力發電系統是目前最具實用前景的風力發電系統之一，但該系統中網側變流器的電網電壓同步信號易受電網電壓不對稱和畸變的干擾，因此電網同步化是網側變流器控制的難點。目前對直驅型永磁風力發電系統的研究主要集中在變流系統的控制策略上。

目前常見的方法有：直驅型永磁風力發電系統槳距角和發電機轉速的控制策略；針對LCL濾波器對并網逆變器系統帶來的不穩定性，提出的基于橋臂輸出電流閉環與電壓電流雙前饋相結合的間接控制策略；一種電網短路故障時保持交流勵磁風力發電機不脫網運行的新型勵磁控制策略等等。

電網同步化需要用于坐標變換，有功功率和無功功率潮流計算的空間電壓相量角。傳統保持電網同步的方法是對兩相靜止坐標系下的β軸電壓和α軸電壓的比值取反正切來求取電壓相量角。由于負序電壓的影響，這種開環的方法在電網電壓不對稱和畸變時會在電壓相量角中產生諧波分量，影響系統的正常工作。

技術實現要素：

為了克服電網電壓同步信號易受電網電壓不對稱和畸變的干擾的難題，本發明提出一種永磁風力發電系統電網同步化方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：永磁風力發電系統電網同步化方法將一種新型鎖相環應用于直驅型永磁風力發電系統的相位同步檢測中，該鎖相環以軟件方式實現，通過全通濾波器和簡單數學運算分離出不對稱電網在dq同步旋轉坐標下的正序分量，同時為減少高次諧波的影響加入了低通濾波器。

永磁風力發電系統電網同步化方法包括電壓正序分量分離，新型鎖相環和網側變換器控制三個部分。

所述電壓正序分量分離通過正序和負序2個同步旋轉坐標分別對正序和負序電壓相量分解，得到正序電壓。

所述新型鎖相環為消除諧波分量將全通濾波器加入該鎖相環中產生移相，并使用比例積分(PI)調節器控制，還加入低通濾波器來消除高次諧波。

所述網側變換器控制的變流器主電路采用三相脈寬調制(pulse width modulation，PWM)整流和三相PWM 逆變的雙PWM 結構，并采用電壓電流雙閉環控制。

本發明的有益效果是：本發明采用的新型鎖相環是通過全通濾波器和數學運算分離出不對稱電網電壓在雙dq同步旋轉坐標下的正序分量再進行相位提取的一種新方法。該新型鎖相環適合應用在直驅型永磁風力發電系統的電網同步化中，且在不平衡輸入電壓情況下具有更優的表現。

附圖說明

圖1為電壓正序分量分離圖。

圖2為新型鎖相環控制原理圖。

圖3為網側變流器控制圖。

具體實施方式

請參閱圖1，三相不對稱電壓u_a、u_b、u_c可采用對稱分量法分解成正序分量和負序分量。空間電壓相量被分解成了2個旋轉相量：以w旋轉的正序電壓相量和以-w旋轉的負序電壓相量。使用鎖相環算法并選用合適的參數可以達到θg=wt。因此可以寫出電壓u_d和u_q。電網不對稱時由于負序電壓的影響u_d和u_q中均產生了2w的諧波分量。為消除諧波分量，將全通濾波器加入該鎖相環中產生移相π/2的u_d和u_q。全通濾波器的截止頻率設定為2w。圖2中，對u_d和u_q進行了適當的加減法分離出正序同步坐標下的u_d.p和u_q.p。

圖3中，先將abc三相電壓經過坐標變換變為兩相同步旋轉坐標下的d,q 分量，同時將d 軸分量給定為零以實現鎖相的目的，使用比例積分(PI)調節器控制該變量并輸出角頻率w，w與一擾動角頻率w₀ (一般取基波的角頻率值，以便在輸入掉電的情況下仍能輸出基波頻率)相加后得到電網電壓角頻率w_g，然后經積分環節輸出即得到電網電壓的空間相量角θg，該相位角反饋后用于αβ-dq的坐標變換。加入低通濾波器來消除5，7和11次等高次諧波的影響，低通濾波器的截止頻率設定盡可能高以便不影響系統的動態性能。

直驅型永磁風力發電系統主要由永磁同步發電機、機側變流器和網側變流器構成。變流器主電路采用三相脈寬調制(pulse width modulation，PWM)整流和三相PWM逆變的雙PWM結構。圖3中，SVPWM為空間矢量脈寬調制(space vector pulse width modulation)。網側控制采用直流母線電壓控制為外環，電流控制為內環的雙閉環控制結構，其中電壓外環保證穩定的直流輸出，電流內環用于提高系統的動態性能和實現限流保護，同時承擔調節電網功率因數的任務。

由于網側變流器與電網相連，因此電壓相量角θg易受電網不對稱和畸變的干擾。如果不采取合適方式保證θg與電網同步將對整個系統的穩定性產生很大的影響。因此，將新型鎖相環應用于直驅型永磁風力發電系統來保證θg與電網同步。