本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種直流串聯(lián)永磁風(fēng)電場拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其控制方法。

背景技術(shù)：

能源是人類生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，在社會發(fā)展中起到關(guān)鍵性的作用，然而，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，一方面人們對能源的需求與日俱增，另一方面人們遭遇到了由能源短缺問題和能源消耗導(dǎo)致的環(huán)境污染問題引起的巨大挑戰(zhàn)，新能源發(fā)電技術(shù)成為國內(nèi)外尋求解決能源問題的研究熱點(diǎn)。風(fēng)能是一種清潔、無污染的自然能源，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)正得到廣泛的推廣與應(yīng)用。

國內(nèi)外研究資料表明，風(fēng)電場通過直流并網(wǎng)可以改善功率因數(shù)，以最高效率輸送電能，它與電網(wǎng)耦合性較低，能夠?qū)崿F(xiàn)有功功率和無功功率的獨(dú)立控制。當(dāng)直流并網(wǎng)結(jié)構(gòu)中多回直流換相失敗后，直流大部分回退的功率可以被就地平衡，對整個送端系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行不會產(chǎn)生較大影響?，F(xiàn)階段含風(fēng)場的分布式電源并網(wǎng)多采用交流結(jié)構(gòu)，即將風(fēng)電場發(fā)出的交流電能，通過背靠背換流站或者直接經(jīng)變壓器升壓后與交流大電網(wǎng)連接。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對成熟，但交流并網(wǎng)條件較苛刻，對頻率、相位等因素要求很高，一旦不滿足，則容易產(chǎn)生大量諧波和無功分量，導(dǎo)致并網(wǎng)失敗。此外，交流傳輸線路會產(chǎn)生大量容性無功功率，需要添加無功補(bǔ)償設(shè)備，這又從另一方面增加了系統(tǒng)構(gòu)造的成本。

直流并網(wǎng)的結(jié)構(gòu)具有靈活性優(yōu)勢，各個風(fēng)電機(jī)組通過相應(yīng)的接口電路并入直流母線，可以簡化電網(wǎng)的控制，排除了電壓相位、無功功率等一些交流電能質(zhì)量指標(biāo)，只需要控制風(fēng)電場內(nèi)部電網(wǎng)的電壓，整個電網(wǎng)呈現(xiàn)出一種最為簡單的純阻性直流電路，這使得控制更為簡單，效率得以提高。

在直流串聯(lián)拓?fù)浜Ｉ巷L(fēng)場中，直驅(qū)風(fēng)機(jī)經(jīng)變流器整流后，直流電流相同，直流側(cè)出口電壓是隨著風(fēng)機(jī)捕獲的風(fēng)能按比例分配，串聯(lián)組中一臺風(fēng)機(jī)風(fēng)速上升，則此直流風(fēng)機(jī)直流側(cè)出口電壓也隨著上升，其他直流風(fēng)機(jī)直流側(cè)電壓按新的電磁功率比例隨之降低以維持總直流傳輸母線電壓不變，這使得風(fēng)機(jī)之間的耦合嚴(yán)重，且若單臺機(jī)組直流側(cè)電壓上升過高，會危及整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，要實(shí)現(xiàn)串聯(lián)組風(fēng)機(jī)之間的解耦控制，則需增加額外的蓄電池等儲能設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種直流串聯(lián)永磁風(fēng)電場拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以解決現(xiàn)有用于常規(guī)串聯(lián)結(jié)構(gòu)風(fēng)電場所存在輸出電壓耦合、及交流并網(wǎng)所選在的成本高和功率損耗高的技術(shù)問題。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種直流串聯(lián)永磁風(fēng)電場拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其包括：n個串聯(lián)支路和直流母線，所述串聯(lián)支路包括順序連接的直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)、pwm整流器和半橋子模塊，所述半橋子模塊包括一個電容和2個串聯(lián)的igbt，所述電容與所述串聯(lián)后的2個igbt并聯(lián)，且所述兩個igbt相互連接點(diǎn)為所述半橋子模塊的中間點(diǎn)；

所述第一個串聯(lián)支路的半橋子模塊的中間點(diǎn)和所述第n個串聯(lián)支路的半橋子模塊的中間點(diǎn)分別與所述的直流母線相連；

且所述第n-1個串聯(lián)支路的輸出端分別與第n個所述串聯(lián)支路的半橋子模塊的中間點(diǎn)相連接，其中，n≥3。

在上述方案基礎(chǔ)上優(yōu)選，所述電容的容量為1200uf，所述igbt的耐壓值為1200v。(此處建議發(fā)明人予以給出相應(yīng)的范圍值)

本發(fā)明還提供了一種直流串聯(lián)永磁風(fēng)電場拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的控制方法，其包括以下步驟：

s1.獲取每一個串聯(lián)支路中所述電容的端電壓值udcn，獲取電容的平均電壓udcav和直流側(cè)電流參考值其中，n≥3；

s2.將直流側(cè)電流參考值與直流側(cè)電流實(shí)際值idc做差，并將獲取的差值經(jīng)第一pi調(diào)節(jié)器獲取電流閉環(huán)控制的輸出信號；

s3.將所獲取的電容的平均電壓udcav與每一個串聯(lián)支路的所述電容的電壓值udcn進(jìn)行比較，獲取兩者之差，并將獲取的差值通過第二pi調(diào)節(jié)器以獲取每一個串聯(lián)支路的輸出信號；

s4.將獲取到的電流閉環(huán)控制的輸出信號分別與每一個串聯(lián)支路的輸出信號進(jìn)行疊加，并通過spwm逆變器控制輸出得到所述每一個半橋子模塊的開關(guān)信號，以控制串聯(lián)支路子模塊的通斷。

在上述方案基礎(chǔ)上優(yōu)選，所述步驟s1中直流側(cè)電流參考值的獲取方法進(jìn)一步包括以下步驟：

將所述電容的平均電壓udcav與電容電壓參考值比較以獲取兩者的差值，將所獲取的差值通過第三pi調(diào)節(jié)器，以得到所述的直流側(cè)電流參考值

在上述方案基礎(chǔ)上優(yōu)選，所述的第一pi調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)為0.5，積分系數(shù)為100。

在上述方案基礎(chǔ)上優(yōu)選，所述第二pi調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)為0.5，積分系數(shù)為110。

在上述方案基礎(chǔ)上優(yōu)選，所述的第三pi調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)為0.55，積分系數(shù)為110。

在上述方案基礎(chǔ)上優(yōu)選，所述電容電壓參考值為800v。

在上述方案基礎(chǔ)上優(yōu)選，所述步驟s1中電容的平均電壓udcav表達(dá)方式如下：

其中，udcn表示第n個串聯(lián)支路的電壓值，且n≥3。

本申請?zhí)岢鲆环N直流串聯(lián)永磁風(fēng)電場拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)將串聯(lián)支路進(jìn)行模塊化，簡單可行，易于實(shí)現(xiàn)，提高了整個系統(tǒng)的可靠性和冗余性；

2)解決了常規(guī)串聯(lián)結(jié)構(gòu)中輸出電壓耦合的弊端，且無需蓄電池儲能，實(shí)現(xiàn)能量的動態(tài)控制。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種直流串聯(lián)永磁風(fēng)電場拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)示意圖圖；

圖2為本發(fā)明的半橋子模塊的放大圖；

圖3為本發(fā)明的一種直流串聯(lián)永磁風(fēng)電場拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的控制方法流程圖；

圖4為發(fā)明的一種直流串聯(lián)永磁風(fēng)電場拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的控制方法原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

請參閱圖1所示，本發(fā)明提供了一種直流串聯(lián)永磁風(fēng)電場拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其包括：n個串聯(lián)支路和直流母線，串聯(lián)支路包括順序連接的直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)、pwm整流器和半橋子模塊，且n為大于等于3的正整數(shù)。

其中，本發(fā)明的半橋子模塊包括一個電容和2個串聯(lián)的igbt，電容與串聯(lián)后的2個igbt并聯(lián)，且定義兩個igbt相互連接點(diǎn)為半橋子模塊的中間點(diǎn)，具體結(jié)構(gòu)見圖2所示。

本發(fā)明的n個串聯(lián)支路相互串聯(lián)，并使第一個串聯(lián)支路的半橋子模塊的中間點(diǎn)和所述第n個串聯(lián)支路的半橋子模塊的中間點(diǎn)分別與直流母線相連；

且第n-1個串聯(lián)支路的輸出端分別與第n個串聯(lián)支路的半橋子模塊的中間點(diǎn)相連接。

優(yōu)選的，本發(fā)明電容的容量為1200uf，igbt的耐壓值為1200v。

請繼續(xù)參閱圖3所示，本發(fā)明還提供了一種直流串聯(lián)永磁風(fēng)電場拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的控制方法，其包括以下步驟：

s1.獲取每一個串聯(lián)支路中電容的端電壓值udcn，獲取電容的平均電壓udcav和直流側(cè)電流參考值其中，n≥3；

s2.將直流側(cè)電流參考值與直流側(cè)電流實(shí)際值idc做差，并將獲取的差值經(jīng)第一pi調(diào)節(jié)器獲取電流閉環(huán)控制的輸出信號；

s3.將獲取的電容的平均電壓udcav與每一個串聯(lián)支路的udcn進(jìn)行比較，獲取兩者之差，并將獲取的差值通過第二pi調(diào)節(jié)器以獲取每一個串聯(lián)支路的輸出信號；

s4.將獲取到的電流閉環(huán)控制的輸出信號分別與每一個串聯(lián)支路的輸出信號進(jìn)行疊加，并通過spwm逆變器控制輸出得到所述每一個半橋子模塊的開關(guān)信號，對串聯(lián)支路子模塊進(jìn)行開通與關(guān)斷控制。

為了便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，請繼續(xù)參閱圖4所示，以下將詳細(xì)介紹本發(fā)明的步驟s1獲取直流側(cè)電流參考值及電容的平均電壓udcav的詳細(xì)步驟。

本發(fā)明中直流側(cè)電流參考值的獲取方法進(jìn)一步包括以下步驟：

首先，將電容的平均電壓udcav與電容電壓參考值比較以獲取兩者的差值，將所獲取的差值通過第三pi調(diào)節(jié)器，以得到直流側(cè)電流參考值

優(yōu)選，本發(fā)明的第一pi調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)為0.5，積分系數(shù)為100；第二pi調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)為0.5，積分系數(shù)為110；且第三pi調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)為0.55，積分系數(shù)為110；且該電容電壓參考值為800v，能夠使得系統(tǒng)調(diào)節(jié)穩(wěn)定、迅速。

本發(fā)明中電容的平均電壓udcav的獲取表達(dá)方式如下：

其中，udcn表示第n個串聯(lián)支路的電壓值，且n≥3。

以下將進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明的整個控制流程；

首先，檢測各個串聯(lián)支路的電容的端電壓udcn，根據(jù)公式1計算獲取電容的平均電壓udcav，并將電容電壓參考值與電容的平均電壓udcav比較以獲取兩者的差值，將所獲取的差值通過第三pi調(diào)節(jié)器，以得到直流側(cè)電流參考值

然后，將直流側(cè)電流參考值與直流側(cè)電流實(shí)際值idc做差，并將獲取的差值經(jīng)第一pi調(diào)節(jié)器獲取電流閉環(huán)控制的輸出信號；

并將獲取的電容的平均電壓udcav與第一個串聯(lián)支路的udc1進(jìn)行比較，獲取兩者之差，并將獲取的差值通過第二pi調(diào)節(jié)器以獲取第一個串聯(lián)支路的輸出信號；

將獲取到的電流閉環(huán)控制的輸出信號與第一個串聯(lián)支路的輸出信號進(jìn)行疊加，并通過spwm逆變器調(diào)制輸出得到第一個半橋子模塊中igbt的開關(guān)信號，對第一個串聯(lián)支路子模塊進(jìn)行開通與關(guān)斷，其它的第二個半橋子模塊至第n個半橋子模塊中的igbt的開關(guān)信號獲取同第一個半橋子模塊中igbt的開關(guān)信號獲取方式，在此不再贅述。

本申請?zhí)岢鲆环N直流串聯(lián)永磁風(fēng)電場拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)將串聯(lián)支路進(jìn)行模塊化，簡單可行，易于實(shí)現(xiàn)，提高了整個系統(tǒng)的可靠性和冗余性；

2)解決了常規(guī)串聯(lián)結(jié)構(gòu)中輸出電壓耦合的弊端，且無需蓄電池儲能，實(shí)現(xiàn)能量的動態(tài)控制。

最后，本申請的方法僅為較佳的實(shí)施方案，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。