微網(wǎng)用dwig交直流發(fā)電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了微網(wǎng)用DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制方法，屬于交直流混合微網(wǎng)的【技術(shù)領(lǐng)域】。系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括主回路、檢測(cè)回路和控制回路。主回路包括：定子雙繞組異步電機(jī)、濾波電感、交交變換器、三相整流橋、第一斷路器、第二斷路器、第三斷路器、第四斷路器、第五斷路器。檢測(cè)回路包括：第一交流電壓傳感器、第一直流電壓傳感器、第二直流電壓傳感器、第二交流電壓傳感器、第三交流電壓傳感器，第一交流電流傳感器、直流電流傳感器、第二交流電流傳感器，風(fēng)速傳感器?？刂苹芈钒ǎ簲?shù)字信號(hào)處理器、驅(qū)動(dòng)電路。并網(wǎng)方法實(shí)現(xiàn)了一臺(tái)發(fā)電機(jī)同時(shí)發(fā)交流電和直流電，在無風(fēng)區(qū)實(shí)現(xiàn)交流電能向直流側(cè)的傳遞以及寬風(fēng)速范圍內(nèi)的交直流并網(wǎng)。
【專利說明】微網(wǎng)用DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了微網(wǎng)用DWIG(Dual Stator-ffinding Induct1n Generator,定子雙繞組異步發(fā)電機(jī))交直流發(fā)電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制方法，尤其是用于微網(wǎng)交直流混合發(fā)電的定子雙繞組異步電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)及寬風(fēng)速范圍內(nèi)直流并網(wǎng)發(fā)電方法，屬于交直流混合微網(wǎng)的【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前能源的短缺和傳統(tǒng)能源帶來的環(huán)境問題促進(jìn)了清潔能源的大規(guī)模接入與利用，提高能源利用效率，實(shí)施智能電網(wǎng)重大科技產(chǎn)業(yè)化工程，對(duì)于調(diào)整我國能源結(jié)構(gòu)、節(jié)能減排、應(yīng)對(duì)氣候變化具有重大意義。綜合世界各地區(qū)建設(shè)智能電網(wǎng)的進(jìn)程來看，智能電網(wǎng)的關(guān)注熱點(diǎn)包含有微網(wǎng)，微網(wǎng)是利用大規(guī)模清潔能源的接入。當(dāng)前可再生能源的種類有很多例如風(fēng)能、潮汐能、水能等。由于清潔能源的不穩(wěn)定性，需要多種能源綜合利用，并配備能量型儲(chǔ)能和功率型儲(chǔ)能裝置以實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)優(yōu)化的目的。在構(gòu)建微網(wǎng)中，目前大部分的發(fā)電系統(tǒng)輸出電能方式只有單一的交流電或者直流電。那么如何采用簡單的方式實(shí)現(xiàn)寬速范圍最大效率的發(fā)電是需要考慮的問題。交直流混合微網(wǎng)中，往往需要一個(gè)交流電機(jī)、一個(gè)直流電機(jī)構(gòu)成相互獨(dú)立的交流發(fā)電系統(tǒng)和直流發(fā)電系統(tǒng)，當(dāng)交流電網(wǎng)與直流電網(wǎng)之間需要能量雙向流動(dòng)時(shí)，交流電網(wǎng)與直流電網(wǎng)之間需要一個(gè)雙向整流逆變裝置，存在需要額外的整流逆變裝置的缺陷，這增加系統(tǒng)的構(gòu)建成本和運(yùn)行維護(hù)成本同時(shí)也降低了系統(tǒng)的可靠性。
[0003]定子雙繞組異步發(fā)電機(jī)(DWIG)是二i^一世紀(jì)初由美國田納西理工大學(xué)Ojo教授提出的一種新型籠型異步電機(jī)，該電機(jī)的轉(zhuǎn)子仍為籠型結(jié)構(gòu)，繼承了傳統(tǒng)籠型異步電機(jī)的固有優(yōu)點(diǎn)，其定子上有兩套繞組，一套為控制繞組，接有功率變換器；另一套為功率繞組，向負(fù)載供電，兩套定子繞組具有相同的極對(duì)數(shù)，共享同一氣隙磁場，且它們?cè)陔姎馍蠜]有直流連接，僅通過磁耦合，功能分開，易實(shí)現(xiàn)高性能控制。由于DWIG結(jié)構(gòu)獨(dú)特且具有諸多優(yōu)點(diǎn)，它吸引了國內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。Ojo教授對(duì)DWIG恒速恒頻交流發(fā)電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制策略作了許多開創(chuàng)性研究。國內(nèi)海軍工程大學(xué)的馬偉明教授以艦船獨(dú)立電源系統(tǒng)為應(yīng)用背景，對(duì)恒速運(yùn)行條件下的DWIG高壓直流發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究，主要包括拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，控制策略，穩(wěn)定性等。為拓寬DWIG的應(yīng)用場合，南京航空航天大學(xué)的研究人員從2004年開始研究變速運(yùn)行條件下的DWIG高壓直流發(fā)電系統(tǒng)，如圖1所示，并重點(diǎn)對(duì)電機(jī)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)優(yōu)化、控制策略等開展了研究工作。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述【背景技術(shù)】的不足，提供了微網(wǎng)用DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制方法，以解決微網(wǎng)中發(fā)交流電和直流電需要構(gòu)建獨(dú)立的交流發(fā)電系統(tǒng)和直流發(fā)電系統(tǒng)、交直流并網(wǎng)發(fā)電控制復(fù)雜且輸入能量遇與電網(wǎng)側(cè)能量協(xié)調(diào)性不佳、傳統(tǒng)交直流混合微網(wǎng)并網(wǎng)需要額外整流逆變裝置這些技術(shù)問題。
[0005]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案。
[0006]微網(wǎng)用DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括主回路、檢測(cè)回路和控制回路，所述主回路包括:定子雙繞組異步電機(jī)、濾波電感、交交變換器、三相整流橋、第一斷路器、第二斷路器、第三斷路器、第四斷路器、第五斷路器，檢測(cè)回路包括:檢測(cè)交流電網(wǎng)電壓的第一交流電壓傳感器、檢測(cè)直流電網(wǎng)電壓的第一直流電壓傳感器、檢測(cè)三相整流橋直流側(cè)輸出電壓的第二直流電壓傳感器、檢測(cè)定子雙繞組異步電機(jī)控制繞組輸出電壓的第二交流電壓傳感器、檢測(cè)交交變換器傳遞給交流電網(wǎng)側(cè)電壓的第三交流電壓傳感器、檢測(cè)交交變換器與濾波電感連接處電流的第一交流電流傳感器、檢測(cè)三相整流橋直流側(cè)輸出電流的直流電流傳感器、檢測(cè)定子雙繞組異步電機(jī)控制繞組輸出電流的第二交流電流傳感器，以及風(fēng)速傳感器，控制回路包括:數(shù)字信號(hào)處理器、驅(qū)動(dòng)電路；
定子雙繞組異步電機(jī)功率繞組出線經(jīng)過第四斷路器與三相整流橋的交流側(cè)連接，三相整流橋直流側(cè)經(jīng)過第二斷路器與直流電網(wǎng)連接，定子雙繞組異步電機(jī)控制繞組出線經(jīng)過第一斷路器與交交變換器一側(cè)連接，交交變換器另一側(cè)與濾波電感一端連接，濾波電感另一端與經(jīng)過第三斷路器與交流電網(wǎng)連接，定子雙繞組異步電機(jī)控制繞組出線、功率繞組出線之間接有第五斷路器，第一交流電壓傳感器接在交流電網(wǎng)側(cè)，第一直流電壓傳感器接在直流電網(wǎng)側(cè)，第二直流電壓傳感器接在三相整流橋直流側(cè)，第二交流電壓傳感器、第二交流電流傳感器均接在第一斷路器出線上，第三交流電壓傳感器接在第三斷路器進(jìn)線上，第一交流電流傳感器接在交交變換器與濾波電感的連接處，直流電流傳感器接在三相整流橋直流偵牝驅(qū)動(dòng)電路輸入端、第一交流電壓傳感器輸出端、第一直流電壓傳感器輸出端、第二直流電壓傳感器輸出端、第二交流電壓傳感器輸出端、第三交流電壓傳感器輸出端、第一交流電流傳感器輸出端、直流電流傳感器輸出端、第二交流電流傳感器輸出端分別與數(shù)字信號(hào)處理器連接，驅(qū)動(dòng)電路輸出端接交交變換器中功率器件控制端，各斷路器的控制器分別與數(shù)字信號(hào)處理器連接；
數(shù)字信號(hào)處理器根據(jù)風(fēng)速、交流電網(wǎng)電壓、直流電網(wǎng)電壓、三相整流橋直流側(cè)輸出電壓以及電流、定子雙繞組異步電機(jī)控制繞組輸出電壓以及電流、第三斷路器進(jìn)線電壓、交交變換器與濾波電感連接處電流得到驅(qū)動(dòng)電路的輸入信號(hào)，交交變換器在驅(qū)動(dòng)信號(hào)作用下將交流電網(wǎng)的能量傳遞給直流電網(wǎng)或者同時(shí)將能量傳遞給交流電網(wǎng)、直流電網(wǎng)，數(shù)字信號(hào)處理器在三相整流橋直流側(cè)輸出電壓與直流電網(wǎng)電壓同步時(shí)控制第二斷路器合閘，數(shù)字信號(hào)處理器在交交變換器傳遞給交流電網(wǎng)側(cè)的電壓與交流電網(wǎng)電壓同步時(shí)控制第三斷路器合閘。
[0007]作為所述微網(wǎng)用DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的進(jìn)一步優(yōu)化方案，交交變換器包括第一電容、第二電容、第三電容、第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)、第四開關(guān)、第五開關(guān)、第六開關(guān)，所述第一電容一極、第一開關(guān)一端、第四開關(guān)一端相連，第二電容一極與第一電容另一極連接，第二開關(guān)一端與第一開關(guān)另一端連接，第五開關(guān)一端與第四開關(guān)另一端連接，第三電容一極與第二電容另一極連接，第三開關(guān)一端與第二開關(guān)另一端連接，第六開關(guān)一端與第五開關(guān)另一端連接，第三電容另一極、第三開關(guān)另一端、第六開關(guān)另一端相連，第一電容與第二電容的連接點(diǎn)、第一開關(guān)與第二開關(guān)的連接點(diǎn)、第四開關(guān)與第五開關(guān)的連接點(diǎn)構(gòu)成交交變換器的一側(cè)端子，第二電容與第三電容的連接點(diǎn)、第二開關(guān)與第三開關(guān)的連接點(diǎn)、第五開關(guān)與第六開關(guān)的連接點(diǎn)構(gòu)成交交變換器的另一側(cè)端子。
[0008]所述微網(wǎng)用DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，數(shù)字信號(hào)處理器根據(jù)風(fēng)速傳感器采集的風(fēng)速以及各傳感器采集的電信號(hào)生成各風(fēng)速區(qū)的控制策略: 無風(fēng)速區(qū)控制策略，數(shù)字信號(hào)處理器控制第一斷路器分閘、第四斷路器分閘、第五斷路器合閘、第三斷路器合閘，交交變換器將交流電網(wǎng)能量傳遞給直流電網(wǎng)；
低風(fēng)速區(qū)控制策略，交交變換器調(diào)節(jié)定子雙繞組異步電機(jī)控制繞組的有功功率和無功功率，并通過交交變換器將交流電能傳遞給交流電網(wǎng)，數(shù)字信號(hào)處理器在交交變換器傳遞給交流電網(wǎng)側(cè)的電壓與交流電網(wǎng)電壓同步時(shí)控制第三斷路器合閘，DWIG發(fā)電系統(tǒng)并入交流電網(wǎng)；
高風(fēng)速區(qū)控制策略，交交變換器調(diào)節(jié)定子雙繞組異步電機(jī)控制繞組的有功功率和無功功率，既從控制繞組、交交變換器將變壓變頻的交流電能變換成恒壓恒頻的交流電能傳遞給交流電網(wǎng)，又從功率繞組、三相整流橋?qū)⒔涣麟娔苷鞒芍绷麟娔軅鬟f給直流電網(wǎng)，數(shù)字信號(hào)處理器在三相整流橋直流側(cè)輸出電壓與直流電網(wǎng)電壓同步時(shí)控制第二斷路器合閘，DWIG發(fā)電系統(tǒng)并入直流電網(wǎng)，在交交變換器傳遞給交流電網(wǎng)側(cè)的電壓與交流電網(wǎng)電壓同步時(shí)控制第三斷路器合閘，DWIG發(fā)電系統(tǒng)并入交流電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了交直流同時(shí)并網(wǎng)。
[0009]作為所述控制方法的進(jìn)一步優(yōu)化方案，低風(fēng)速區(qū)控制策略以及高風(fēng)速區(qū)控制策略中，還可以利用定子雙繞組異步電機(jī)兩套繞組的耦合關(guān)系，通過交交變換器調(diào)節(jié)控制繞組側(cè)的有功功率和無功功率。
[0010]作為所述控制方法的進(jìn)一步優(yōu)化方案，其特征在于所述低風(fēng)速區(qū)域控制策略中，利用電壓泵升原理通過交交變換器將交流電能傳遞給交流電網(wǎng)。
[0011]本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果:
1、將DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用到微網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)了一臺(tái)發(fā)電機(jī)同時(shí)發(fā)交流電和直流電，改善了微網(wǎng)中發(fā)交流電和直流電需要構(gòu)建獨(dú)立的交流發(fā)電系統(tǒng)和直流發(fā)電系統(tǒng)的缺陷；
2、DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)中設(shè)置的斷路器在數(shù)字信號(hào)處理器的控制下控制交直流并網(wǎng)，改善了傳統(tǒng)交直流混合微網(wǎng)并網(wǎng)需要額外整流逆變裝置的缺陷；
3、寬風(fēng)速范圍內(nèi)并網(wǎng)發(fā)電方法中，無風(fēng)速區(qū)通過閉合功率繞組、控制繞組之間接有的斷路器，實(shí)現(xiàn)電能從交流側(cè)傳遞至直流側(cè)；低風(fēng)速區(qū)，通過交交變換器調(diào)節(jié)定子雙繞組異步電機(jī)控制繞組的有功功率和無功功率實(shí)現(xiàn)交流并網(wǎng)；高風(fēng)速區(qū)，既從控制繞組、交交變換器將變壓變頻的交流電能變換成恒壓恒頻的交流電能傳遞給交流電網(wǎng)，又從功率繞組、三相整流橋?qū)⒔涣麟娔苷鞒芍绷麟娔軅鬟f給直流電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)交直流同時(shí)并網(wǎng)。整個(gè)方法實(shí)現(xiàn)了寬風(fēng)速范圍內(nèi)的交直流并網(wǎng)。在直流電網(wǎng)所需電能大于輸入電能時(shí)，不足部分由交流電網(wǎng)傳遞至直流電網(wǎng)，能夠在不同的工況下按照輸入功率、交流電網(wǎng)、直流電網(wǎng)三者之間的關(guān)系，合理分配能量；
4、提出了一種開關(guān)器件數(shù)目少、開關(guān)損耗小的交交變換器。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為現(xiàn)有的DWIG發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
[0013]圖2為DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)的示意圖。
[0014]圖3為交交變換器的電路圖。
[0015]圖中標(biāo)號(hào)說明:1、定子雙繞組異步電機(jī)，2、濾波電感，3、交交變換器，4、第一交流電流傳感器，5、直流電流傳感器，6、第二交流電流傳感器，7、第一交流電壓傳感器，8、第一直流電壓傳感器，9、第二直流電壓傳感器，10、第二交流電壓傳感器，11、第三交流電壓傳感器，12、數(shù)字信號(hào)處理器，13、驅(qū)動(dòng)電路，14、三相整流橋，15、第一斷路器，16第二斷路器，17、第三斷路器，18、交流電網(wǎng)，19、直流電網(wǎng)，20、第四斷路器，21、第五斷路器，22、風(fēng)速傳感器，Cl、第一電容，C2、第二電容，C3、第三電容，S1、第一開關(guān)，S2、第二開關(guān)，S3、第三開關(guān)，S4、第四開關(guān)，S5、第五開關(guān)，S6、第六開關(guān)。

【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0017]微網(wǎng)用DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)如圖2所示，包括主回路、檢測(cè)回路和控制回路。主回路包括:定子雙繞組異步電機(jī)1、濾波電感2、交交變換器3、三相整流橋14、第一斷路器15、第二斷路器16、第三斷路器17、第四斷路器20、第五斷路器21。檢測(cè)回路包括:檢測(cè)交流電網(wǎng)18電壓的第一交流電壓傳感器7、檢測(cè)直流電網(wǎng)19電壓的第一直流電壓傳感器8、檢測(cè)三相整流橋14直流側(cè)輸出電壓的第二直流電壓傳感器9、檢測(cè)定子雙繞組異步電機(jī)I控制繞組輸出電壓的第二交流電壓傳感器10、檢測(cè)交交變換器3傳遞給交流電網(wǎng)側(cè)電壓的第三交流電壓傳感器11，檢測(cè)交交變換器3與濾波電感2連接處電流的第一交流電流傳感器4，檢測(cè)三相整流橋3直流側(cè)輸出電流的直流電流傳感器5，檢測(cè)定子雙繞組異步電機(jī)I控制繞組輸出電流的第二交流電流傳感器6，以及風(fēng)速傳感器22?？刂苹芈钒?數(shù)字信號(hào)處理器
12、驅(qū)動(dòng)電路13。
[0018]交交變換器如圖3所不,包括第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3、第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2、第三開關(guān)S3、第四開關(guān)S4、第五開關(guān)S5、第六開關(guān)S6。開關(guān)均為全控型器件，能夠?qū)崿F(xiàn)能量的雙向流動(dòng)。串接的第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3組成一個(gè)橋臂，串接的第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2、第三開關(guān)S3組成一個(gè)橋臂，串接的第四開關(guān)S4、第五開關(guān)S5、第六開關(guān)S6組成一個(gè)橋臂，三個(gè)橋臂并聯(lián)連接組成一個(gè)對(duì)稱結(jié)構(gòu)的交交變換器。A、B、C三個(gè)連接點(diǎn)引出交交變換器的一個(gè)交流側(cè)端子，D、E、F三個(gè)連接點(diǎn)引出交交變換器另一個(gè)交流側(cè)端子。該交交變換器相比于傳統(tǒng)的交交變換器，具有開關(guān)器件數(shù)少，開關(guān)損耗小的優(yōu)點(diǎn)。
[0019]采用圖2所示的DWIG發(fā)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)寬風(fēng)速范圍內(nèi)交直流并網(wǎng)。在無風(fēng)區(qū)，通過閉合接在電機(jī)兩套繞組之間的斷路器實(shí)現(xiàn)交流側(cè)電能流向直流側(cè)，這決定了在不同的工況下按照輸入功率、交流電網(wǎng)、直流電網(wǎng)三者之間的關(guān)系，合理分配能量；在低風(fēng)速區(qū)，通過交交變換器調(diào)節(jié)定子雙繞組異步電機(jī)控制繞組的有功功率和無功功率實(shí)現(xiàn)交流并網(wǎng)；高風(fēng)速區(qū)，既從控制繞組、交交變換器將變壓變頻的交流電能變換成恒壓恒頻的交流電能傳遞給交流電網(wǎng)，又從功率繞組、三相整流橋?qū)⒔涣麟娔苷鞒芍绷麟娔軅鬟f給直流電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)交直流同時(shí)并網(wǎng):
無風(fēng)速區(qū)控制策略，數(shù)字信號(hào)處理器12控制第一斷路器15分閘、第四斷路器20分閘、第五斷路器21合閘、第三斷路器17合閘，交交變換器3將交流電網(wǎng)能量傳遞給直流電網(wǎng)；低風(fēng)速區(qū)控制策略，交交變換器3調(diào)節(jié)定子雙繞組異步電機(jī)控制繞組的有功功率和無功功率，利用電壓泵升原理通過交交變換器3將交流電能傳遞給交流電網(wǎng)，數(shù)字信號(hào)處理器12在交交變換器3傳遞給交流電網(wǎng)側(cè)的電壓與交流電網(wǎng)電壓同步時(shí)控制第三斷路器17合閘，DffIG發(fā)電系統(tǒng)并入交流電網(wǎng)。
[0020]高風(fēng)速區(qū)控制策略，交交變換器3調(diào)節(jié)定子雙繞組異步電機(jī)控制繞組的有功功率和無功功率，既從控制繞組、交交變換器3將變壓變頻的交流電能變換成恒壓恒頻的交流電能傳遞給交流電網(wǎng)，又從功率繞組、三相整流橋15將交流電能整流成直流電能傳遞給直流電網(wǎng)，數(shù)字信號(hào)處理器12在三相整流橋14直流側(cè)輸出電壓與直流電網(wǎng)電壓同步時(shí)控制第二斷路器16合閘，DWIG發(fā)電系統(tǒng)并入直流電網(wǎng)，在交交變換器3傳遞給交流電網(wǎng)側(cè)的電壓與交流電網(wǎng)電壓同步時(shí)控制第三斷路器17合閘，DWIG發(fā)電系統(tǒng)并入交流電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了交直流同時(shí)并網(wǎng)。
[0021]低風(fēng)速區(qū)控制策略以及高風(fēng)速區(qū)控制策略中，還可以利用定子雙繞組異步電機(jī)兩套繞組的耦合關(guān)系，通過交交變換器3調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)功率繞組側(cè)和控制繞組側(cè)的能量分配以及實(shí)現(xiàn)交流側(cè)能量向直流側(cè)能量傳遞。
【權(quán)利要求】
1.微網(wǎng)用DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括主回路、檢測(cè)回路和控制回路，其特征在于，所述主回路包括:定子雙繞組異步電機(jī)(I)、濾波電感(2)、交交變換器(3)、三相整流橋(14)、第一斷路器(15)、第二斷路器(16)、第三斷路器(17)、第四斷路器(20)、第五斷路器(21)，檢測(cè)回路包括:檢測(cè)交流電網(wǎng)電壓的第一交流電壓傳感器(7)、檢測(cè)直流電網(wǎng)電壓的第一直流電壓傳感器(8)、檢測(cè)三相整流橋(14)直流側(cè)輸出電壓的第二直流電壓傳感器(9)、檢測(cè)定子雙繞組異步電機(jī)(I)控制繞組輸出電壓的第二交流電壓傳感器(10)、檢測(cè)交交變換器(3)傳遞給交流電網(wǎng)側(cè)電壓的第三交流電壓傳感器(11)、檢測(cè)交交變換器(3)與濾波電感(2)連接處電流的第一交流電流傳感器(4)、檢測(cè)三相整流橋(3)直流側(cè)輸出電流的直流電流傳感器(5 )、檢測(cè)定子雙繞組異步電機(jī)(I)控制繞組輸出電流的第二交流電流傳感器(6)，以及風(fēng)速傳感器(22)，控制回路包括:數(shù)字信號(hào)處理器(12)、驅(qū)動(dòng)電路(13)； 定子雙繞組異步電機(jī)(I)功率繞組出線經(jīng)過第四斷路器(20)與三相整流橋(14)的交流側(cè)連接，三相整流橋(14)直流側(cè)經(jīng)過第二斷路器(16)與直流電網(wǎng)連接，定子雙繞組異步電機(jī)(I)控制繞組出線經(jīng)過第一斷路器(15)與交交變換器(3) —側(cè)連接，交交變換器(3)另一側(cè)與濾波電感(2) —端連接，濾波電感(2)另一端與經(jīng)過第三斷路器(17)與交流電網(wǎng)連接，定子雙繞組異步電機(jī)(I)控制繞組出線、功率繞組出線之間接有第五斷路器(21)，第一交流電壓傳感器(7 )接在交流電網(wǎng)側(cè)，第一直流電壓傳感器(8 )接在直流電網(wǎng)側(cè)，第二直流電壓傳感器(9)接在三相整流橋(14)直流側(cè)，第二交流電壓傳感器(10)、第二交流電流傳感器(6)均接在第一斷路器(15)出線上，第三交流電壓傳感器(11)接在第三斷路器(17)進(jìn)線上，第一交流電流傳感器(4)接在交交變換器(3)與濾波電感(2)的連接處，直流電流傳感器(5)接在三相整流橋(14)直流側(cè)，驅(qū)動(dòng)電路(13)輸入端、第一交流電壓傳感器(7)輸出端、第一直流電壓傳感器(8)輸出端、第二直流電壓傳感器(9)輸出端、第二交流電壓傳感器(10)輸出端、第三交流電壓傳感器(11)輸出端、第一交流電流傳感器(4)輸出端、直流電流傳感器(5)輸出端、第二交流電流傳感器(6)輸出端分別與數(shù)字信號(hào)處理器(12)連接，驅(qū)動(dòng)電路(13)輸出端接交交變換器(3)中功率器件控制端，各斷路器的控制器分別與數(shù)字信號(hào)處理器(12)連接； 數(shù)字信號(hào)處理器(12)根據(jù)風(fēng)速、交流電網(wǎng)電壓、直流電網(wǎng)電壓、三相整流橋(14)直流側(cè)輸出電壓以及電流、定子雙繞組異步電機(jī)(I)控制繞組輸出電壓以及電流、第三斷路器(17)進(jìn)線電壓、交交變換器(3)與濾波電感(2)連接處電流得到驅(qū)動(dòng)電路(13)的輸入信號(hào)，交交變換器(3 )在驅(qū)動(dòng)信號(hào)作用下將交流電網(wǎng)的能量傳遞給直流電網(wǎng)或者同時(shí)將能量傳遞給交流電網(wǎng)、直流電網(wǎng)，數(shù)字信號(hào)處理器(12 )在三相整流橋(14 )直流側(cè)輸出電壓與直流電網(wǎng)電壓同步時(shí)控制第二斷路器(16)合閘，數(shù)字信號(hào)處理器(12)在交交變換器(3)傳遞給交流電網(wǎng)側(cè)的電壓與交流電網(wǎng)電壓同步時(shí)控制第三斷路器(17)合閘。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微網(wǎng)用DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于所述交交變換器(3)包括第一電容(Cl)、第二電容(C2)、第三電容(C3)、第一開關(guān)(SI)、第二開關(guān)(S2)、第三開關(guān)(S3)、第四開關(guān)(S4)、第五開關(guān)(S5)、第六開關(guān)(S6)，所述第一電容(Cl)一極、第一開關(guān)(SI) —端、第四開關(guān)(S4) —端相連,第二電容(C2) —極與第一電容(Cl)另一極連接，第二開關(guān)(S2) —端與第一開關(guān)(SI)另一端連接，第五開關(guān)(S5) —端與第四開關(guān)(S4)另一端連接，第三電容(C3) —極與第二電容(C2)另一極連接，第三開關(guān)(S3) —端與第二開關(guān)(S2)另一端連接，第六開關(guān)(S6) —端與第五開關(guān)(S5)另一端連接，第三電容(C3)另一極、第三開關(guān)(S3)另一端、第六開關(guān)(S6)另一端相連,第一電容(Cl)與第二電容(C2)的連接點(diǎn)、第一開關(guān)(SI)與第二開關(guān)(S2)的連接點(diǎn)、第四開關(guān)(S4)與第五開關(guān)(S5)的連接點(diǎn)構(gòu)成交交變換器的一側(cè)端子，第二電容(C2)與第三電容(C3)的連接點(diǎn)、第二開關(guān)(S2)與第三開關(guān)(S3)的連接點(diǎn)、第五開關(guān)(S5)與第六開關(guān)(S6)的連接點(diǎn)構(gòu)成交交變換器的另一側(cè)端子。
3.權(quán)利要求1或2所述微網(wǎng)用DWIG交直流發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，數(shù)字信號(hào)處理器(12)根據(jù)風(fēng)速傳感器采集的風(fēng)速以及各傳感器采集的電信號(hào)生成各風(fēng)速區(qū)的控制策略: 無風(fēng)速區(qū)控制策略，數(shù)字信號(hào)處理器(12)控制第一斷路器(15)分閘、第四斷路器(20)分閘、第五斷路器(21)合閘、第三斷路器(17)合閘，交交變換器(3)將交流電網(wǎng)能量傳遞給直流電網(wǎng)； 低風(fēng)速區(qū)控制策略，交交變換器(3)調(diào)節(jié)定子雙繞組異步電機(jī)控制繞組的有功功率和無功功率，并通過交交變換器(3)將交流電能傳遞給交流電網(wǎng)，數(shù)字信號(hào)處理器(12)在交交變換器(3)傳遞給交流電網(wǎng)側(cè)的電壓與交流電網(wǎng)電壓同步時(shí)控制第三斷路器(17)合閘，DWIG發(fā)電系統(tǒng)并入交流電網(wǎng)； 高風(fēng)速區(qū)控制策略，交交變換器(3)調(diào)節(jié)定子雙繞組異步電機(jī)控制繞組的有功功率和無功功率，既從控制繞組、交交變換器(3)將變壓變頻的交流電能變換成恒壓恒頻的交流電能傳遞給交流電網(wǎng)，又從功率繞組、三相整流橋(15)將交流電能整流成直流電能傳遞給直流電網(wǎng)，數(shù)字信號(hào)處理器(12)在三相整流橋(14)直流側(cè)輸出電壓與直流電網(wǎng)電壓同步時(shí)控制第二斷路器(16 )合閘，DWIG發(fā)電系統(tǒng)并入直流電網(wǎng)，在交交變換器(3 )傳遞給交流電網(wǎng)側(cè)的電壓與交流電網(wǎng)電壓同步時(shí)控制第三斷路器(17)合閘，DWIG發(fā)電系統(tǒng)并入交流電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了交直流同時(shí)并網(wǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述控制方法，其特征在于所述低風(fēng)速區(qū)控制策略以及高風(fēng)速區(qū)控制策略中，還可以利用定子雙繞組異步電機(jī)兩套繞組的耦合關(guān)系，通過交交變換器(3 )調(diào)節(jié)控制繞組側(cè)的有功功率和無功功率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述控制方法，其特征在于所述低風(fēng)速區(qū)域控制策略中，利用電壓泵升原理通過交交變換器(3 )將交流電能傳遞給交流電網(wǎng)。
【文檔編號(hào)】H02J1/12GK104377737SQ201410643081
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】許海軍, 卜飛飛, 黃文新, 劉皓喆, 趙勇, 朱琳 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)