一种永磁风力发电系统电网同步化方法与流程

本发明涉及一种永磁风力发电系统，尤其涉及一种永磁风力发电系统电网同步化方法。

背景技术：

大功率直驱型永磁风力发电系统是目前最具实用前景的风力发电系统之一，但该系统中网侧变流器的电网电压同步信号易受电网电压不对称和畸变的干扰，因此电网同步化是网侧变流器控制的难点。目前对直驱型永磁风力发电系统的研究主要集中在变流系统的控制策略上。

目前常见的方法有：直驱型永磁风力发电系统桨距角和发电机转速的控制策略；针对LCL滤波器对并网逆变器系统带来的不稳定性，提出的基于桥臂输出电流闭环与电压电流双前馈相结合的间接控制策略；一种电网短路故障时保持交流励磁风力发电机不脱网运行的新型励磁控制策略等等。

电网同步化需要用于坐标变换，有功功率和无功功率潮流计算的空间电压相量角。传统保持电网同步的方法是对两相静止坐标系下的β轴电压和α轴电压的比值取反正切来求取电压相量角。由于负序电压的影响，这种开环的方法在电网电压不对称和畸变时会在电压相量角中产生谐波分量，影响系统的正常工作。

技术实现要素：

为了克服电网电压同步信号易受电网电压不对称和畸变的干扰的难题，本发明提出一种永磁风力发电系统电网同步化方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：永磁风力发电系统电网同步化方法将一种新型锁相环应用于直驱型永磁风力发电系统的相位同步检测中，该锁相环以软件方式实现，通过全通滤波器和简单数学运算分离出不对称电网在dq同步旋转坐标下的正序分量，同时为减少高次谐波的影响加入了低通滤波器。

永磁风力发电系统电网同步化方法包括电压正序分量分离，新型锁相环和网侧变换器控制三个部分。

所述电压正序分量分离通过正序和负序2个同步旋转坐标分别对正序和负序电压相量分解，得到正序电压。

所述新型锁相环为消除谐波分量将全通滤波器加入该锁相环中产生移相，并使用比例积分(PI)调节器控制，还加入低通滤波器来消除高次谐波。

所述网侧变换器控制的变流器主电路采用三相脉宽调制(pulse width modulation，PWM)整流和三相PWM 逆变的双PWM 结构，并采用电压电流双闭环控制。

本发明的有益效果是：本发明采用的新型锁相环是通过全通滤波器和数学运算分离出不对称电网电压在双dq同步旋转坐标下的正序分量再进行相位提取的一种新方法。该新型锁相环适合应用在直驱型永磁风力发电系统的电网同步化中，且在不平衡输入电压情况下具有更优的表现。

附图说明

图1为电压正序分量分离图。

图2为新型锁相环控制原理图。

图3为网侧变流器控制图。

具体实施方式

请参阅图1，三相不对称电压u_a、u_b、u_c可采用对称分量法分解成正序分量和负序分量。空间电压相量被分解成了2个旋转相量：以w旋转的正序电压相量和以-w旋转的负序电压相量。使用锁相环算法并选用合适的参数可以达到θg=wt。因此可以写出电压u_d和u_q。电网不对称时由于负序电压的影响u_d和u_q中均产生了2w的谐波分量。为消除谐波分量，将全通滤波器加入该锁相环中产生移相π/2的u_d和u_q。全通滤波器的截止频率设定为2w。图2中，对u_d和u_q进行了适当的加减法分离出正序同步坐标下的u_d.p和u_q.p。

图3中，先将abc三相电压经过坐标变换变为两相同步旋转坐标下的d,q 分量，同时将d 轴分量给定为零以实现锁相的目的，使用比例积分(PI)调节器控制该变量并输出角频率w，w与一扰动角频率w₀ (一般取基波的角频率值，以便在输入掉电的情况下仍能输出基波频率)相加后得到电网电压角频率w_g，然后经积分环节输出即得到电网电压的空间相量角θg，该相位角反馈后用于αβ-dq的坐标变换。加入低通滤波器来消除5，7和11次等高次谐波的影响，低通滤波器的截止频率设定尽可能高以便不影响系统的动态性能。

直驱型永磁风力发电系统主要由永磁同步发电机、机侧变流器和网侧变流器构成。变流器主电路采用三相脉宽调制(pulse width modulation，PWM)整流和三相PWM逆变的双PWM结构。图3中，SVPWM为空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation)。网侧控制采用直流母线电压控制为外环，电流控制为内环的双闭环控制结构，其中电压外环保证稳定的直流输出，电流内环用于提高系统的动态性能和实现限流保护，同时承担调节电网功率因数的任务。

由于网侧变流器与电网相连，因此电压相量角θg易受电网不对称和畸变的干扰。如果不采取合适方式保证θg与电网同步将对整个系统的稳定性产生很大的影响。因此，将新型锁相环应用于直驱型永磁风力发电系统来保证θg与电网同步。