专利名称：双馈异步风力发电机变频控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及风力发电机，特别涉及风力发电机变频控制技术，确切的说是涉及一 种双馈异步风力发电机变频控制系统。
背景技术：
目前，全球的电能消耗与日剧增，而现在的电能主要还是火力发电，是以牺牲传统 能源(如煤炭、石油)换取电能的，而随着传统能源的不断减少，新能源的出现是大势所趋。 风能，作为一种绿色能源，日益受到专家学者的重视。同时，风力发电技术也逐渐成为科研 人员研究的热点。风力发电的过程就是风能经由机械能转换为电能的过程，其中风力发电 机负责将机械能转换为电能，但风力发电 机发出的电能的好坏取决于对其控制的风机变频 器，因此，研制适用于风电转换的高可靠性的风机变频器系统，是风力发电技术的研究重 点。目前市场上的主流产品是1. 5MW的双馈异步风力发电机，但与其配套的1. 5MW的双馈 异步风力发电机变频器却一直是难以解决的难题，这一部分是整个系统的核心，直接影响 着整个系统的性能、效率和电能质量。现有技术的双馈异步风力发电机变频器一股由两个 背靠背的交-直-交变换器及其控制系统组成。在双馈异步风力发电机处于亚同步运行状 态时，与电网连接的第一变换器接收电网电能经过交_直转换向母线系统传输电能，通过 与风力发电机连接的第二变换器，向风力发电机转子提供交流励磁电流。这时变频器作为 电网负载将会受到电网输出电压中有害信号的干扰，同时，变频器工作过程中产生的各种 干扰信号(主要包括高次谐波等)也会对电网造成干扰。当双馈异步风力发电机处于超同 步运行状态时，与风力发电机连接的第二变换器接收风力发电机输出的电能，经过交-直 转换向母线系统传输电能，通过与电网连接的第一变换器向电网提供交流电能。这时变频 器向电网提供电能，发电机输出电压中的干扰信号及变频器本身产生的各种干扰信号都会 对电网造成干扰。在上述两种情况下，风力发电机变频器都会与电网之间产生相互干扰，这 种干扰会对变频器的工作产生不利影响，甚至造成变频器故障或损坏。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是针对现有技术的风力发电机变频器与电网之间 相互干扰的问题，提供一种双馈异步风力发电机变频控制系统，可以降低变频器与电网之 间的相互干扰。本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，双馈异步风力发电机变频控制系 统，包括第一变换器，通过主变压器与电网连接；用于接收电网电能经过交-直转换向母 线系统传输电能；或，接收母线系统传输的电能经过直-交转换向电网输出电能；第二变换器，通过母线系统连接第一变换器；用于接收母线系统上传输的电能经 过直-交转换向发电机提供交流励磁电流；或，接收发电机输出的电能经过交-直转换向母 线系统传输电能；
控制单元，分别与第一变换器和第二变换器连接，用于处理检测数据和运行内部 程序，对第一变换器和第二变换器进行控制；其特征在于，所述第一变换器和主变压器之间连接有LCL滤波器；所述LCL滤波器 由6只电感线圈和3只电容器构成，每一相线上串联2只电感线圈，3只电容器一端分别连 接在每一相线上串联的2只电感线圈之间，另一端连接在一起。具体的，所述电容器为无极性电容器。 更具体的，所述电容器为聚酯薄膜电容器。进一步的，所述主变压器与LCL滤波器之间连接有无功补偿电路。具体的，所述无功补偿电路包括3组电容器，每组3只电容器接成三角形，3个三角 形的顶点分别连接在三根相线上。进一步的，三根相线分别通过电阻器与三角形的顶点连接。更进一步的，所述三角形的顶点通过电阻器和电容器的并联电路接地。本发明的有益效果是，能够降低变频器输出的干扰信号对电网的影响，也能够减 弱电网电压中有害信号对变频器的影响，从而大大提高系统的可靠性。本发明特别适用于 大容量变频器系统，能够在同等功率输出的情况下，减小变频系统的容量，从而减少系统的 成本和维护费用，满足风电转换的高可靠性、高效率的要求。
图1是实施例的系统结构示意图；图2是LCL滤波器结构及无功补偿电路结构示意图；图中1_主变压器；2-辅助变压器；3-LCL滤波器；4_无功补偿电路；5_第一变换 器；6-直流支撑电容和母排；7-第二变换器；8-输出电抗器；9-主控制单元；10-1. 5丽双 馈异步风力发电机；11-电压电流传感器。LCL 滤波器包括电感线圈 1^31、1^32、1^33、1^34、1^35、1^36和电容器031、032、〇33。无功补偿电路包括电容器C10、C11、C12，C13、C14、C15，C16、C17、C18 ；C21、C22， C23 和电阻器 R11、R12、R13，R21、R22、R23。
具体实施例方式
下面结合附图及实施例，详细描述本发明的技术方案。本发明的变频控制系统能够实现交流到直流(简称为交_直转换)，直流到交流 (简称为直-交转换)的双向变频转换，如图1中的双向箭头所示。在风力发电机输出功率 一定的情况下，可以减小约2/3的变频器容量，从而减少系统的成本和维护费用，同时对风 力发电机安装空间和体积也减小了很多，方便安装和使用。LCL滤波器的接入，减小了输出 电流的谐波含量以及对电网的污染和冲击，更能够满足并网要求。实施例参见图1和图2。电网的IOKV三相交流电，通过主变压器1接入本例的1. 5丽双 馈异步风力发电机变频控制系统。图ι中，主变压器1将IOKV三相交流电转换成690V三 相交流电(即图2中的U、V、W三相交流电)。参见图1，在双馈异步风力发电机10处于亚同步运行时，690V三相交流电通过LCL滤波器3进入第一变换器5 (此时为网侧整流器)，将690V三相交流电转换成1IOOV直流 电，1100V直流电通过直流支撑电容和母排6 (统称为母线系统)的稳压作用，进入第二变换 器7(此时为机侧逆变器)，将1100V直流电转换为电压、电流、频率可调的三相交流电，通过 输出电抗器8给双馈异步风力发电机10的转子提供交流励磁。为了保证风力发电机发出 的电压频率与电网频率一致，需要变频控制系统向风力发电机转子提供正相序励磁，给转 子绕组输入一个其旋转磁场方向与转子机械旋转方向相同的励磁电流，此时，转子的制动 转矩与转子的机械旋转方向相反，转子的电流必须与转子的感应反电动势反方向，风力发 电机定子向电网馈送电能(图1中的单向箭头所示)，本例变频控制系统作为电网负载接收 电网能量向转子绕组输入电能(交流励磁电流)。在双馈异步风力发电机10处于超同步运行时，为了保证发电机发出的电压频率与电网频率一致，需要给转子绕组输入一个其旋转磁场方向与转子机械旋转方向相反的励 磁电流，此时本发明的变频控制系统向发电机转子提供负相序励磁，转子绕组输出电能。变 频器系统从转子绕组接收电能，通过输出电抗器8、进入第二变换器7 (此时为机侧整流器) 将发电机输出的三相交流电转换成直流电，通过母线系统6进入第一变换器5 (此时为网侧 逆变器)，其工作在馈网状态，将直流电转换成690V三相交流电，通过LCL滤波器3和主变 压器1将转子输出的能量馈送给电网，同时，双馈异步风力发电机10的定子侧输出的690V 的三相交流电也通过主变压器1将能量输送给电网。图1中，主变压器1输出的690V交流电还有一条支路通过辅助变压器2，转换成 380V/220V市电，为控制单元9提供电源。本例控制单元9分别与第一变换器和第二变换器 连接，通过电压电流传感器11，温度检测模块(图1中未示出)等，检测系统各项数据，并根 据内部程序进行处理后对对第一变换器和第二变换器进行控制。控制单元9包括FPGA (现场可编程门阵列)模块、DSP (数字信号处理器)模块、 CPLD(复杂可编程逻辑器件)及相应的控制算法、故障保护和处理，远程网络通讯等内部程 序，其属于本领域现有技术，本发明不在此赘述。本例的LCL滤波器结构如图2所示，由6只电感线圈，图中标号为L31、L32、L33、 L34、L35、L36和3只电容器，图中标号为C31、C32、C33构成。每一相线上串联2只电感线 圈，图2中，U相线串联L31、L32两只电感线圈，V相线串联L33、L34两只电感线圈，W相线 串联L35、L36两只电感线圈。电容器C31、C32、C33的一端分别连接在电感线圈L31、L32 之间、L33、L34之间和L35、L36之间，3只电容器另一端连接在一起。本例中电感线圈L31、 L32、L33、L34、L35、L36结构、参数相同，电容器C31、C32、C33结构、参数相同。图2中还示 出了连接在主变压器1与LCL滤波器3之间的无功补偿电路，其组成包括电容器C10、C11、 C12, C13、C14、C15，C16、C17、C18 ；C21、C22，C23 和电阻器 R11、R12、R13，R21、R22、R23。电 容器 C10、C11、C12 为一组，C13、C14、C15 为一组，C16、C17、C183 为一，组共 3 组。每组 3 只 电容器接成三角形，3个三角形的顶点分别通过电阻R11、R12、R13连接在三根相线上，用于 补偿系统的无功功率参数。图2中的阻容并联电路(图2中的电阻器R21与电容器C21、电 阻器R22与电容器C22和电阻器R23与C23) —端连接在3个三角形顶点上，另一端接地。 主要作用是过滤电网和变频器运行中产生的高次谐波，可以提高系统的可靠性。
权利要求
双馈异步风力发电机变频控制系统，包括第一变换器，通过主变压器与电网连接；用于接收电网电能经过交-直转换向母线系统传输电能；或，接收母线系统传输的电能经过直-交转换向电网输出电能；第二变换器，通过母线系统连接第一变换器；用于接收母线系统上传输的电能经过直-交转换向发电机提供交流励磁电流；或，接收发电机输出的电能经过交-直转换向母线系统传输电能；控制单元，分别与第一变换器和第二变换器连接，用于处理检测数据和运行内部程序，对第一变换器和第二变换器进行控制；其特征在于，所述第一变换器和主变压器之间连接有LCL滤波器；所述LCL滤波器由6只电感线圈和3只电容器构成，每一相线上串联2只电感线圈，3只电容器一端分别连接在每一相线上串联的2只电感线圈之间，另一端连接在一起。
2.根据权利要求1所述的双馈异步风力发电机变频控制系统，其特征在于，所述电容 器为无极性电容器。
3.根据权利要求2所述的双馈异步风力发电机变频控制系统，其特征在于，所述电容 器为聚酯薄膜电容器。
4.根据权利要求1、2或3所述的双馈异步风力发电机变频控制系统，其特征在于，所述 主变压器与LCL滤波器之间连接有无功补偿电路。
5.根据权利要求4所述的双馈异步风力发电机变频控制系统，其特征在于，所述无功 补偿电路包括3组电容器，每组3只电容器接成三角形，3个三角形的顶点分别连接在三根 相线上。
6.根据权利要求5所述的双馈异步风力发电机变频控制系统，其特征在于，三根相线 分别通过电阻器与所述三角形的顶点连接。
7.根据权利要求6所述的双馈异步风力发电机变频控制系统，其特征在于，所述三角 形的顶点通过电阻器和电容器的并联电路接地。
全文摘要
本发明涉及一种双馈异步风力发电机变频控制系统。本发明针对现有技术的风力发电机变频器与电网之间相互干扰的问题，公开了一种双馈异步风力发电机变频控制系统。本发明的技术方案包括第一变换器，通过主变压器与电网连接；第二变换器，通过母线系统连接第一变换器；控制单元，分别与第一变换器和第二变换器连接，用于处理检测数据和运行内部程序，对第一变换器和第二变换器进行控制；所述第一变换器和主变压器之间连接有LCL滤波器；所述LCL滤波器由6只电感线圈和3只电容器构成，每一相线上串联2只电感线圈，3只电容器一端分别连接在每一相线上串联的2只电感线圈之间，另一端连接在一起。本发明主要用于双馈异步风力发电机系统。
文档编号H02J3/01GK101847877SQ201010190339
公开日2010年9月29日 申请日期2010年6月2日 优先权日2010年6月2日
发明者崔销义, 张新忠 申请人:四川吉风电源科技有限公司