本發(fā)明涉及無刷雙饋發(fā)電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種繞線式轉(zhuǎn)子無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)低電壓穿越裝置和方法。

背景技術(shù)：

隨著國(guó)家新能源發(fā)展線路的明確，風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展正在被越來越多的人所關(guān)注和期待。為滿足在風(fēng)力速度多變的情況下，能夠更好的滿足變速恒頻發(fā)電的需求，研究者們提出和采用了各種結(jié)構(gòu)形式的交流發(fā)電機(jī)及其控制方法。無刷雙饋電機(jī)就是近年這方面研究的一種新型電機(jī)。

風(fēng)速具有隨機(jī)性及間歇性的特點(diǎn)，這將導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)后具有較大的波動(dòng)性以及輸出的不穩(wěn)定性。隨著風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量的增加，改善風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的可靠性及自身保護(hù)越來越成為保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的突出問題。

為了應(yīng)對(duì)諸多的不利因素，世界各國(guó)相繼制定了風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)規(guī)范，針對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行的可靠性提出了具體要求。非常突出的就是，電網(wǎng)的電壓跌落情況下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能夠做到不脫網(wǎng)運(yùn)行，也就是通常所說的低電壓穿越(Low-voltage Ride Through，LVRT)技術(shù)。

無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)由兩套相互獨(dú)立的定子繞組(功率繞組和控制繞組)和轉(zhuǎn)子組成，采用電網(wǎng)電源和變頻電源同時(shí)饋電的方式，利用可逆變頻器調(diào)節(jié)控制繞組的電源實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。

無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率繞組和控制繞組共用一套鐵芯，兩套繞組之間沒有直接的電磁耦合。在電機(jī)結(jié)構(gòu)上取消了電刷和滑環(huán)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固耐用，幾乎不需要維護(hù)或者極少量的維護(hù)。而且，此類電機(jī)的功率因數(shù)調(diào)節(jié)具備同步機(jī)特性等諸多優(yōu)點(diǎn)。

對(duì)于這種性能優(yōu)異的新型電機(jī)，目前缺少無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越技術(shù)方面的研究以及能滿足實(shí)際工程需要的可行性技術(shù)。因此，為了滿足越來越嚴(yán)苛的風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)要求，此類無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)急需先進(jìn)的低電壓穿越裝置和方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易，體積小，成本低，不需要增加額外的硬件組件，可以實(shí)現(xiàn)高可靠、高動(dòng)態(tài)響應(yīng)低電壓穿越技術(shù)的繞線式轉(zhuǎn)子無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)低電壓穿越裝置和方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：繞線式轉(zhuǎn)子無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)低電壓穿越裝置，其特征在于，包括：

信號(hào)采集模塊，用于采集無刷雙饋發(fā)電機(jī)功率繞組的電壓和電流信號(hào)、控制繞組的電壓和/或電流信號(hào)、電網(wǎng)信號(hào)、風(fēng)力機(jī)信號(hào)；

變流模塊，用于對(duì)無刷雙饋發(fā)電機(jī)輸出所需的控制電流；

控制模塊，用于接收所述信號(hào)采集模塊的信號(hào)，根據(jù)所述信號(hào)采集模塊的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算并控制所述變流模塊電流的輸出，并在電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常后，通過控制繞組控制發(fā)電機(jī)組退出低電壓穿越狀態(tài)；

接觸器K1，用于功率繞組與變壓器Ⅰ的通斷；

接觸器K2，用于變流模塊與變壓器Ⅱ的通斷。

優(yōu)選的，還包括人機(jī)界面和通訊模塊，所述人機(jī)界面和所述通訊模塊與所述控制模塊連接，所述人機(jī)界面和所述通訊模塊用于接收外部的操作指令及反饋系統(tǒng)的運(yùn)行情況。

優(yōu)選的，所述接觸器K1、所述接觸器K2的控制回路與所述控制模塊連接，所述控制模塊用于控制所述接觸器K1、所述接觸器K2的通斷。

優(yōu)選的，所述信號(hào)采集模塊包括電流采集電路和電壓采集電路。

優(yōu)選的，所述電流采集電路包括濾波電路和轉(zhuǎn)換電路。

優(yōu)選的，所述電壓采集電路包括濾波電路和轉(zhuǎn)換電路。

另一方面，本發(fā)明還提供一種采用上述任一項(xiàng)低電壓穿越裝置的方法，包括以下步驟：

(1)無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組已經(jīng)并網(wǎng)運(yùn)行；

(2)信號(hào)采集模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)電壓；

(3)檢測(cè)到電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落；

(4)無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)入低電壓穿越狀態(tài)；

(5)控制模塊根據(jù)電網(wǎng)電壓、當(dāng)前發(fā)電功率、變槳角度，執(zhí)行矢量自適應(yīng)算法；

(6)控制模塊同時(shí)執(zhí)行保護(hù)限定程序；

(7)控制模塊根據(jù)矢量自適應(yīng)算法計(jì)算得到的數(shù)據(jù)，執(zhí)行輸出電壓控制、輸出電流控制、變槳控制；

(8)控制模塊驅(qū)動(dòng)變流模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)控制繞組的輸出；

(9)在整個(gè)低電壓穿越狀態(tài)過程中，重復(fù)執(zhí)行以上步驟，確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)組不脫網(wǎng)、機(jī)組無故障；

(10)電網(wǎng)電壓逐步恢復(fù)正常過程中，控制模塊根據(jù)電網(wǎng)電壓、當(dāng)前發(fā)電功率、變槳角度、風(fēng)電場(chǎng)下發(fā)指令，繼續(xù)執(zhí)行矢量自適應(yīng)算法；

(11)電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常后，控制模塊根據(jù)當(dāng)前發(fā)電的有功功率、無功功率、風(fēng)電場(chǎng)下發(fā)指令，繼續(xù)控制機(jī)組正常發(fā)電運(yùn)行；

(12)無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組退出低電壓穿越狀態(tài)。

優(yōu)選的，所述矢量自適應(yīng)控制算法包括以下步驟：

(1)根據(jù)發(fā)電機(jī)參數(shù)、風(fēng)力機(jī)信號(hào)，計(jì)算出發(fā)電機(jī)勵(lì)磁；

(2)將信號(hào)采集模塊獲取的功率繞組三相電流由三相靜止坐標(biāo)系變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，所述兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系包括pM軸和pT軸，得到功率繞組在pM軸和pT軸上的電流分量i_pM、i_pT，i_pM和i_pT初始值為默認(rèn)給定值；

(3)將信號(hào)采集模塊獲取的控制繞組三相電流由三相靜止坐標(biāo)系變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，所述兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系包括cM軸和cT軸，得到控制繞組在cM軸和cT軸上的電流分量i_cM、i_cT，i_cM和i_cT初始值為默認(rèn)給定值；

(4)根據(jù)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁及設(shè)定的運(yùn)行電流上限，計(jì)算出控制繞組的電流給定值i^*_cM、i^*_cT；

(5)根據(jù)i_pM、i_pT、i^*_cM、i^*_cT，通過解耦自適應(yīng)算法計(jì)算出控制繞組的三相電壓U_cU、U_cV、U_cW，并通過驅(qū)動(dòng)變流模塊使控制繞組的三相電壓為U_cU、U_cV、U_cW；

(6)通過自適應(yīng)算法中的功率控制，調(diào)整發(fā)電機(jī)的有功功率、無功功率輸出；

(7)根據(jù)控制模塊指令，重復(fù)執(zhí)行上述計(jì)算。

優(yōu)選的，所述控制模塊實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)o刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，以及及時(shí)改變所述變流模塊對(duì)無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)提供的電流。

采用上述技術(shù)方案本發(fā)明得到的有益效果為：低電壓穿越裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，控制方法實(shí)現(xiàn)容易，不需要增加額外的硬件組件，運(yùn)行安全可靠，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，能夠?qū)崿F(xiàn)高動(dòng)態(tài)響應(yīng)控制。而且該控制方法控制無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)噪聲較小，提高了無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的壽命。而且該低電壓穿越裝置和方法適應(yīng)性強(qiáng)，能夠使用在各種型號(hào)的無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明繞線式轉(zhuǎn)子無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)低電壓穿越裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明繞線式轉(zhuǎn)子無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)低電壓穿越方法的流程框圖；

圖3為本發(fā)明繞線式轉(zhuǎn)子無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)低電壓穿越方法中矢量自適應(yīng)算法的控制流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說明。在此需要說明的是，對(duì)于這些實(shí)施方式的說明用于幫助理解本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

圖1為繞線式轉(zhuǎn)子無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)低電壓穿越裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，包括接觸器K1，用于功率繞組與變壓器Ⅰ的通斷，功率繞組側(cè)變壓器Ⅰ用于并網(wǎng)升壓；還包括接觸器K2，用于低電壓穿越裝置與變壓器Ⅱ的通斷，變壓器Ⅱ用于給低電壓穿越裝置提供電源；還包括信號(hào)采集模塊，用于采集無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率繞組的電壓和電流信號(hào)、控制繞組的電壓和電流信號(hào)、電網(wǎng)信號(hào)、風(fēng)力機(jī)信號(hào)；還包括變流模塊，用于對(duì)無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出所需的控制電流；還包括控制模塊，用于接收所述信號(hào)采集模塊的信號(hào)，根據(jù)所述信號(hào)采集模塊的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算并控制所述變流模塊電流的輸出；還包括人機(jī)界面和通訊模塊，所述人機(jī)界面和所述通訊模塊與所述控制模塊連接，所述人機(jī)界面和所述通訊模塊用于接收外部的操作指令及反饋系統(tǒng)的運(yùn)行情況；所述信號(hào)采集模塊包括電流采集電路和電壓采集電路；電流采集電路和電壓采集電路包括濾波電路和轉(zhuǎn)換電路。

圖2為繞線式轉(zhuǎn)子無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)低電壓穿越方法的流程框圖，包括以下步驟：

(1)無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組已經(jīng)并網(wǎng)運(yùn)行；

(2)信號(hào)采集模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)電壓；

(3)檢測(cè)到電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落；

(4)無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)入低電壓穿越狀態(tài)；

(5)控制模塊根據(jù)電網(wǎng)電壓、當(dāng)前發(fā)電功率、變槳角度，執(zhí)行矢量自適應(yīng)算法；

(6)控制模塊同時(shí)執(zhí)行保護(hù)限定程序；

(7)控制模塊根據(jù)矢量自適應(yīng)算法計(jì)算得到的數(shù)據(jù)，執(zhí)行輸出電壓控制、輸出電流控制、變槳控制；

(8)控制模塊驅(qū)動(dòng)變流模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)控制繞組的輸出；

(9)在整個(gè)低電壓穿越狀態(tài)過程中，重復(fù)執(zhí)行以上步驟，確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)組不脫網(wǎng)、機(jī)組無故障；

(10)電網(wǎng)電壓逐步恢復(fù)正常過程中，控制模塊根據(jù)電網(wǎng)電壓、當(dāng)前發(fā)電功率、變槳角度、風(fēng)電場(chǎng)下發(fā)指令，繼續(xù)執(zhí)行矢量自適應(yīng)算法；

(11)電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常后，控制模塊根據(jù)當(dāng)前發(fā)電的有功功率、無功功率、風(fēng)電場(chǎng)下發(fā)指令，繼續(xù)控制機(jī)組正常發(fā)電運(yùn)行；

(12)無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組退出低電壓穿越狀態(tài)。

本控制方法中的控制模塊實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)o刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中的運(yùn)行數(shù)據(jù)，以及及時(shí)改變變流模塊對(duì)無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)提供的電流。

圖3是繞線式轉(zhuǎn)子無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)低電壓穿越方法中矢量自適應(yīng)算法的控制流程圖，本發(fā)明中的矢量自適應(yīng)算法流程包括以下步驟：

(1)根據(jù)發(fā)電機(jī)參數(shù)、風(fēng)力機(jī)信號(hào)，計(jì)算出發(fā)電機(jī)勵(lì)磁；

(2)將信號(hào)采集模塊獲取的功率繞組三相電流由三相靜止坐標(biāo)系變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，所述兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系包括pM軸和pT軸，得到功率繞組在pM軸和pT軸上的電流分量i_pM、i_pT，i_pM和i_pT初始值為默認(rèn)給定值；

(3)將信號(hào)采集模塊獲取的控制繞組三相電流由三相靜止坐標(biāo)系變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，所述兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系包括cM軸和cT軸，得到控制繞組在cM軸和cT軸上的電流分量i_cM、i_cT，i_cM和i_cT初始值為默認(rèn)給定值；

(4)根據(jù)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁及設(shè)定的運(yùn)行電流上限，計(jì)算出控制繞組的電流給定值i^*_cM、i^*_cT；

(5)根據(jù)i_pM、i_pT、i^*_cM、i^*_cT，通過解耦自適應(yīng)算法計(jì)算出控制繞組的三相電壓U_cU、U_cV、U_cW，并通過驅(qū)動(dòng)變流模塊使控制繞組的三相電壓為U_cU、U_cV、U_cW；

(6)通過自適應(yīng)算法中的功率控制，調(diào)整發(fā)電機(jī)的有功功率、無功功率輸出；

(7)根據(jù)控制模塊指令，重復(fù)執(zhí)行上述計(jì)算。

本發(fā)明的低電壓穿越裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，控制方法實(shí)現(xiàn)容易，不需要增加額外的硬件組件，運(yùn)行安全可靠，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，能夠?qū)崿F(xiàn)高動(dòng)態(tài)響應(yīng)控制。而且該控制方法控制無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)噪聲較小，提高了無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的壽命。而且該低電壓穿越裝置和方法適應(yīng)性強(qiáng)，能夠使用在各種型號(hào)的無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作了詳細(xì)說明，但本發(fā)明不限于所描述的實(shí)施方式。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明原理和精神的情況下，對(duì)這些實(shí)施方式進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。