CN108390406A - 基于无刷双馈电机的风力发电系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于无刷双馈电机的风力发电系统，包括无刷双馈电机和风机，所述无刷双馈电机包括定子和转子，所述定子包括功率绕组和控制绕组，还包括四象限变流器，所述四象限变流器包括变换器和控制器，所述控制器根据所述风力发电系统工作状态控制所述变换器使所述功率绕组侧电压在风力发电系统并网前跟随电网电压，所述控制器计算出当前风速下最大输出功率作为设定值并控制所述变换器使所述风力发电系统输出功率在并网后跟随设定值。上述基于无刷双馈电机的风力发电系统实现了风力发电系统的变速恒频发电，保证在受到扰动的情况下能维持稳定发电，且运行效率高。本发明还公开了一种基于无刷双馈电机的风力发电系统控制方法。

Description

基于无刷双馈电机的风力发电系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及电气传动与发电控制领域，特别是涉及一种基于无刷双馈电机的风力发电系统及其控制方法。
背景技术
在风力发电系统中使用双馈发电机可以减小变频器容量，只需为发电机容量的20％～40％即可，大大降低了成本。但目前用于风力发电系统中的有刷双馈电机包括电刷和滑环结构，在风力发电系统尤其是海上风电系统中维护成本较高。
无刷双馈电机(Brushless doubly fed generator，BDFG)是一种新型电机，通过两套定子绕组(分别为功率绕组和控制绕组)加特殊设计的转子来实现无电刷结构，从而提高电机可靠性。无刷双馈电机既可作发电机运行，也可作电动机运行。
无刷双馈电机兼具异步电机和同步电机优点，它通过定子侧励磁，取消电刷和集电环，实现转子无刷化，使转子结构更简单和坚固耐用，而在其他方面保留了转差功率变换型系统的优点，适合在易燃、易爆、粉尘多等严苛的应用场合，在风力发电这样的变速恒频高效发电领域具有广阔应用前景。
目前的风力发电系统实现变速恒频发电效果的方法主要是将无刷双馈电机应用到风力发电中，但目前的风力发电系统在并网前后易受扰动，无法维持稳定发电，并且由于实际运行中风速难以测量，无法根据风速使风力发电系统以最佳转速运行，运行效率不高。
发明内容
基于此，有必要针对目前的变速恒频风力发电系统在并网前后易受扰动，无法维持稳定发电，并且由于实际运行中风速难以测量，无法根据风速使风力发电系统以最佳转速运行，运行效率不高的问题，提供一种基于无刷双馈电机的风力发电系统及其控制方法。
一种基于无刷双馈电机的风力发电系统，包括无刷双馈电机、风机以及接触器，所述无刷双馈电机和所述风机同轴安装，所述无刷双馈电机包括定子和转子，所述定子包括功率绕组和控制绕组，所述接触器用于作为所述风力发电系统的并网开关，当所述接触器闭合时，所述风力发电系统并网，当所述接触器断开时，所述风力发电系统离网，还包括四象限变流器，所述四象限变流器包括变换器和控制器，所述变换器个数至少为2个，分别为机侧变换器和网侧变换器，所述机侧变换器与所述控制绕组连接，所述网侧变换器与所述功率绕组连接，所述控制器根据所述风力发电系统工作状态控制所述变换器使所述功率绕组侧电压在风力发电系统并网前跟随电网电压，所述控制器计算出当前风速下最大输出功率作为设定值并控制所述变换器使所述风力发电系统输出功率在并网后跟随设定值。
在其中一个实施例中，所述控制器通过调整所述控制绕组的角速度以保证所述风力发电系统转速变化时所述功率绕组的角速度不变，以实现变速恒频发电。
在其中一个实施例中，所述四象限变流器还包括采样装置和采样调理装置，所述采样装置用于采样所述风力发电系统的工作参数并将工作参数发送至所述采样调理装置，所述采样调理装置将所述数据处理后送入所述控制器，所述控制器根据接收到的数据判断所述风力发电系统的工作状况并决定所述风力发电系统的工作模式。
在其中一个实施例中，所述采样装置包括电流采样装置、电压采样装置、温度采样装置和采样调理装置，所述电流采样装置用于采样所述控制绕组侧的输出电流和功率绕组侧的输出电流，所述电压采样装置用于采样所述功率绕组侧输出电压和电网电压，所述温度采样装置用于检测所述四象限变流器的温度和所述无刷双馈电机的温度。
在其中一个实施例中，所述变换器为IGBT三相全桥逆变器；及/或所述控制器为DSP模块或单片机模块。
一种基于无刷双馈电机的风力发电系统基于无刷双馈电机的风力发电系统控制方法，所述控制方法应用于上述基于无刷双馈电机的风力发电系统，包括以下步骤：
通过PI控制器控制所述无刷双馈电机的功率绕组侧电压的幅值、频率、相序、相位跟随电网电压，保持幅值、频率、相序、相位相同；
并网；
计算所述风力发电系统在当前风速下能达到的最大输出功率，并将最大输出功率作为所述风力发电系统输出功率的设定值；
通过PI控制器控制所述无刷双馈电机的功率绕组侧的输出功率跟随设定值。
在其中一个实施例中，所述计算所述风力发电系统在当前风速下能达到的最大输出功率的步骤包括：
步骤1，对所述风力发电系统加入第一角速度扰动，加入扰动前所述风力发电系统的输出功率为第一输出功率，加入扰动后所述风力发电系统的输出功率为第二输出功率；
步骤2，设定阈值，将所述第一输出功率与所述第二输出功率差值的绝对值与预设阈值进行比较，若所述绝对值大于所述阈值则进入步骤3，若所述第一输出功率与所述第二输出功率差值的绝对值小于所述阈值，则所述第二输出功率为当前风速下能达到的最大输出功率，计算结束；
步骤3，计算所述第二输出功率与所述第一输出功率的差值，若所述差值大于0，则加入第二角速度扰动，所述第二角速度扰动为所述第一角速度扰动的α倍，0＜α＜1，并进入步骤2，若所述差值小于0，则加入第三角速度扰动，所述第三角速度扰动为所述第一角速度扰动的β倍，-1＜β＜0，并进入步骤2。
在其中一个实施例中，所述通过PI控制器控制所述无刷双馈电机的功率绕组侧电压的幅值、频率、相序、相位跟随电网电压，保持幅值、频率、相序、相位相同包括：
采样电网电压锁相，得到电网电压相位；
对功率绕组侧电压进行Clarke-Park变换，计算控制绕组角度；
以电网电压作为输入，功率绕组侧电压作为反馈，差值做PI控制，PI控制器输出为控制绕组电流给定值；
将所述控制绕组电流给定值与所述控制绕组电流实际值的差值送入PI控制器，得到的PI控制器输出与所述控制绕组角度进行Clarke-Park反变换，得到控制绕组侧电压。
在其中一个实施例中，所述通过PI控制器控制所述无刷双馈电机的功率绕组侧的输出功率跟随设定值包括：
将设定值作为输入，所述功率绕组侧的实际输出功率作为反馈，差值作PI控制，PI控制器输出为控制绕组电流给定值；
通过所述转子角速度计算控制绕组角度；
将所述控制绕组电流给定值与所述控制绕组电流实际值的差值送入PI控制器，得到的PI控制器输出与所述控制绕组角度进行Clarke-Park反变换，得到控制绕组侧电压，进而控制所述功率绕组侧输出功率达到设定值。
在其中一个实施例中，还包括：
采样所述转子角速度；
将所述转子角速度和所述功率绕组角速度标准值进行运算，得到所述控制绕组角速度给定值；
根据所述控制绕组角速度给定值控制所述控制绕组角速度，以保持所述功率绕组角速度恒定。
上述基于无刷双馈电机的风力发电系统及其控制方法，在并网前通过预同步控制，避免并网时对电网的冲击，并网后通过最大功率点跟踪计算出最大输出功率并将最大输出功率作为设定值，控制输出功率跟随设定值，使风力发电系统以最佳转速运行，增强了系统对突发情况和受到扰动的稳定性，在受到扰动的情况下能维持高效稳定发电，且运行效率高。
附图说明
图1为本发明的实施例的基于无刷双馈电机的风力发电系统的示意图；
图2为本发明的实施例的基于无刷双馈电机的风力发电系统中四象限变流器的结构示意图；
图3为本发明的实施例的基于无刷双馈电机的风力发电系统中无刷双馈电机的结构图；
图4为本发明的实施例的基于无刷双馈电机的风力发电系统中无刷双馈电机的定子和转子磁场旋转情况的示意图；
图5为风机在不同风速下输出功率与转速关系的曲线图；
图6为本发明的实施例的基于无刷双馈电机的风力发电系统控制方法的流程示意图；
图7为本发明的实施例的基于无刷双馈电机的风力发电系统控制方法中变换器预同步控制算法原理框图；
图8为本发明的实施例的基于无刷双馈电机的风力发电系统控制方法中最大功率点跟踪的流程示意图；
图9为本发明的实施例的基于无刷双馈电机的风力发电系统控制方法中变换器并网控制算法原理框图；
图10为本发明的实施例的基于无刷双馈电机的风力发电系统控制方法中并网预同步过程的电压曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参见图1，图1为本发明的实施例的基于无刷双馈电机的风力发电系统的示意图。
在本实施例中，所述基于无刷双馈电机的风力发电系统包括无刷双馈电机101、风机102、四象限变流器103和接触器104。所述无刷双馈电机101和所述风机102同轴安装。所述无刷双馈电机101包括定子和转子，所述定子包括功率绕组和控制绕组，所述功率绕组与电网或负载相连，所述控制绕组与所述四象限变流器103相连。
在本实施例中，所述接触器104用于作为所述风力发电系统的并网开关，当所述接触器104闭合时，所述风力发电系统并网，当所述接触器104断开时，所述风力发电系统离网。在其它实施例中，可以采用其它器件作为并网开关。
请参见图2，图2为本发明的实施例的基于无刷双馈电机的风力发电系统的四象限变流器103的示意图。在本实施例中，所述四象限变流器103包括变换器、控制器203、监控面板204、PWM调制电路205、驱动电路206、电流采样装置、电压采样装置、温度采样装置和采样调理装置207。所述变换器个数为2个，分别为机侧变换器201和网侧变换器202，所述机侧变换器201与所述控制绕组连接，所述网侧变换器202与所述功率绕组连接。在本实施例中，所述变换器为IGBT三相全桥逆变器。在本实施例中，所述网侧变换器202承担整流作用，用于给所述机侧变换器201提供稳定的直流母线电压。在其它实施例中，所述变换器个数可以为多个，所述变换器类型可以为其它变换器，可根据实际情况做相应变化。
在本实施例中，所述控制器203为DSP模块，用于控制所述变换器，所述控制器203根据所述风力发电系统工作状态控制所述变换器使所述功率绕组侧电压在风力发电系统并网前跟随电网电压，所述控制器203计算出当前风速下最大输出功率作为设定值并控制所述变换器使所述风力发电系统输出功率在并网后跟随设定值。在其它实施例中，所述控制器203可以采用单片机等其它芯片，只需起到控制作用即可。
在本实施例中，所述电流采样装置用于采样所述控制绕组侧的输出电流和功率绕组侧的输出电流，所述电压采样装置用于采样所述功率绕组侧输出电压和电网电压，所述温度采样装置用于检测所述四象限变流器103的温度和所述无刷双馈电机101的温度，所述电流采样装置、电压采样装置和温度采样装置将采样得到的数据送入所述采样调理装置207，所述采样调理装置207将所述数据处理后送入所述控制器203，所述控制器203根据接收到的数据判断所述风力发电系统的工作状况并决定所述风力发电系统的工作模式。
在本实施例中，所述PWM调制电路205用于接收所述控制器203的控制信号并通过PWM调制输出相应控制电流给所述驱动电路206，通过驱动电路206控制所述变换器，达到以数字信号控制模拟电路的目的。
在本实施例中，所述监控面板204通过本地通讯接口与所述风力发电系统相连，用户可以通过监控面板204实现开关机控制，以及查看实时运行信息和设置控制参数。
在本实施例中，所述风力发电系统还包括上位机105，所述上位机105通过远程通讯接口与所述四象限变流器103相连。所述上位机105利用远程通讯接口对所述四象限变流器103进行开关控制、运行模式选择以及实现功率调度控制。通过所述上位机105，可远程查看风力发电系统的运行参数包括电机功率绕组电压/电流，控制绕组电压/电流，机组运行转速，电网电压，直流母线侧电压，四象限变流器、电机前后轴温度等，并可以下发开关机命令、运行模式命令以及功率调度命令。
在本实施例中，所述风力发电系统还包括滤波器106、熔断器107和断路器108。所述滤波器106用于过滤电路噪声，所述熔断器107和断路器108用于保护电路。
上述基于无刷双馈电机的风力发电系统，在并网前通过预同步控制，避免并网时对电网的冲击，并网后通过最大功率点跟踪计算出最大输出功率并将最大输出功率作为设定值，控制输出功率跟随设定值，使风力发电系统以最佳转速运行，增强了系统对突发情况和受到扰动的稳定性，在受到扰动的情况下能维持高效稳定发电，且运行效率高。
无刷双馈电机101(Brushless Doubly Fed Generator，BDFG)是一种新型交流励磁电机，其定子上有两套极对数不同的绕组，分别为功率绕组(Power Winding，PW)和控制绕组(Control Winding，CW)，其中功率绕组直接接电网或负载；另一个为控制绕组，可通过变频器(一般为四象限变频器)接电网侧。BDFG兼具异步电机和同步电机优点，它通过定子侧励磁，取消电刷和集电环，实现转子无刷化，使转子结构更简单和坚固耐用，而在其他方面保留了转差功率变换型系统的优点，适合在易燃、易爆、粉尘多等严苛的应用场合，在柴油发电、风力发电、水力发电等变速恒频高效发电领域具有广阔应用前景。
无刷双馈电机101的基本结构如图3所示，设PW极对数为pp，CW极对数为pc，控制绕组接四象限背靠背变流器，通过变流器给电机励磁。
同步模式下无刷双馈电机101的定子和转子磁场旋转情况如图4所示。此时转子角速度ωr为：
其中ωp是功率绕组PW角速度，ωc是控制绕组CW角速度。从式(1)可看出，ωp是ωr和ωc的函数：
ωp＝(pp+pc)ωr-ωc(2)
这样，在机组运行转速变化时，相应地调整控制绕组角速度ωc，就能保证功率绕组角速度ωp恒定，保证频率恒定，实现变速恒频发电。
上述基于无刷双馈电机的风力发电系统将无刷双馈电机101应用到风机102上，并使用所述控制器203调节所述控制绕组的角速度以保证所述风力发电系统转速变化时所述功率绕组的角速度不变，实现了变速恒频发电操作，有以下的有益效果：
(1)新型绕线转子绕组无刷双馈电机101省去了滑环和电刷、结构简单、坚固可靠、运行效率高、便于维修，用于风力发电系统更能发挥出其优异性能；
(2)变换器容量只占电机总功率的1/3，可降低变换器容量，从而节约成本；
(3)可独立灵活控制有功、无功功率，对电网干扰小，同时可补偿无功功率，既降低了电机成本，又提高了系统运行可靠性；
(4)基于无刷双馈电机的风力发电系统可实现变速恒频发电，实现最大功率点跟踪。
风机102在不同风速下输出功率与转速的关系如图5所示。风速相同时，机组转速不同，风机102输出机械功率不同；机组转速相同时，风速不同，风机102输出的机械功率也不同。风机102输出功率可表示为：
公式(3)中Kw是与风机102有关的常数，ωw是风机102的旋转角速度，N为齿轮箱的增速比。
由图5所示风机102输出功率曲线单峰特性可知，风速不变时，存在一个最佳转速使风机102输出功率最大。由于实际运行中风速难以准确测量，因此也难以给出对应的最佳转速，导致风机102无法输出最大功率，运行效率低。
上述基于无刷双馈电机的风力发电系统，在并网前通过预同步控制，避免并网时对电网的冲击，并网后通过最大功率点跟踪计算出最大输出功率并将最大输出功率作为设定值，控制输出功率跟随设定值，使风力发电系统以最佳转速运行，增强了系统对突发情况和受到扰动的稳定性，在受到扰动的情况下能维持高效稳定发电，且运行效率高。
本发明还公开了一种基于无刷双馈电机的风力发电系统控制方法，所述控制方法应用于上述基于无刷双馈电机的风力发电系统。
请参见图6，图6为本发明的实施例的基于无刷双馈电机的风力发电系统控制方法的流程示意图。
所述无刷双馈电机101的控制绕组角度计算如公式(4)：
θc＝θgrid-(pp+pc)θr(4)
其中θc是控制绕组角，θgrid为经过锁相得到的电网电压角，pp和pc分别是无刷双馈电机101定子功率绕组和控制绕组的极对数，θr是转子的角。通过公式(4)的计算，即可得到所述机侧变换器201输出的控制绕组角度。
在本实施例中，所述基于无刷双馈电机的风力发电系统控制方法包括：
步骤601，通过PI控制器控制所述无刷双馈电机101的功率绕组侧电压的幅值、频率、相序、相位跟随电网电压，保持幅值、频率、相序、相位相同。
具体地，请参见图7，所述步骤601包括：
采样电网电压锁相，得到电网电压相位；
对功率绕组侧电压进行Clarke-Park变换，计算控制绕组角度；
以电网电压作为输入，功率绕组侧电压作为反馈，差值做PI控制，PI控制器输出为控制绕组电流给定值；
将所述控制绕组电流给定值与所述控制绕组电流实际值的差值送入PI控制器，得到的PI控制器输出与所述控制绕组角度进行Clarke-Park反变换，得到控制绕组侧电压。
在本实施例中，所述控制绕组角度为所述功率绕组dq坐标系下的控制绕组角度。
上述步骤使所述功率绕组侧电压跟随电网电压，保持幅值、频率、相序、相位相同，完成了并网前的预同步控制，避免并网时对电网的冲击。
步骤602，并网。
具体地，上位机判定机组满足并网条件，下发接触器闭合指令，所述风力发电系统接入电网。
步骤603，计算所述风力发电系统在当前风速下能达到的最大输出功率，并将最大输出功率作为所述风力发电系统输出功率的设定值。
具体地，请参见图8，所述步骤603包括：
步骤801，对所述风力发电系统加入第一角速度扰动，加入扰动前所述风力发电系统的输出功率为第一输出功率，加入扰动后所述风力发电系统的输出功率为第二输出功率；
步骤802，设定阈值，将所述第一输出功率与所述第二输出功率差值的绝对值与预设阈值进行比较，若所述绝对值大于所述阈值则进入下一步骤，若所述第一输出功率与所述第二输出功率差值的绝对值小于上所述阈值则所述第二输出功率为当前风速下能达到的最大输出功率，计算结束；
步骤803，计算所述第二输出功率与所述第一输出功率的差值，若所述差值大于0，则加入第二角速度扰动，所述第二角速度扰动为所述第一角速度扰动的α倍，0＜α＜1，并进入上一步骤，若所述差值小于0，则加入第三角速度扰动，所述第三角速度扰动为所述第一角速度扰动的β倍，-1＜β＜0，并进入上一步骤。
上述步骤在风速难以测量，无法根据风速使风力发电系统以最佳转速运行的情况下通过最大功率点跟踪计算出最大输出功率并将最大输出功率作为设定值，使风力发电系统能够以最佳转速运行，提高运行效率。
步骤604，通过PI控制器控制所述无刷双馈电机101的功率绕组侧的输出功率跟随设定值。
具体地，请参见图9，所述步骤604包括：
将设定值作为输入，所述功率绕组实际输出功率作为反馈，差值作PI控制，PI控制器输出为控制绕组电流给定值；
通过所述转子角速度计算控制绕组角度；
将所述控制绕组电流给定值与所述控制绕组电流实际值的差值送入PI控制器，得到的PI控制器输出与所述控制绕组角度进行Clarke-Park反变换，得到控制绕组侧电压，进而控制所述功率绕组侧输出功率达到设定值。
在本实施例中，所述控制绕组角度为所述功率绕组dq坐标系下的控制绕组角度。
上述步骤采用功率环电流环双环的控制结构，通过矢量控制实现对输出有功功率、无功功率的独立控制。功率外环有功功率给定值P*通过最大功率点跟踪得到，在本实施例中使用爬山法实现最大功率点跟踪，如步骤503所示。无功功率给定值Q*根据运行工况(如低电压穿越)给定；外环实际发出功率计算如公式(5)：
上述步骤通过最大功率点跟踪计算出最大输出功率并将最大输出功率作为设定值，控制输出功率跟随设定值，使风力发电系统以最佳转速运行，增强了系统对突发情况和受到扰动的稳定性，在受到扰动的情况下能维持高效稳定发电，且运行效率高。
在本实施例中，所述基于无刷双馈电机的风力发电系统控制方法还包括：
采样所述转子角速度；
将所述转子角速度和所述功率绕组角速度标准值进行运算，得到所述控制绕组角速度给定值；
根据所述控制绕组角速度给定值控制所述控制绕组角速度，以保持所述功率绕组角速度恒定。
具体地，所述功率绕组角速度标准值为100πrad/s或120πrad/s。在其它实施例中，当所述风力发电系统输出频率发生变化时，所述功率绕组角速度标准值对应发生变化。
请参见图10，图10为上述基于无刷双馈电机的风力发电系统控制方法中并网预同步过程的电压曲线图。这一曲线图体现了并网预同步过程中电网电压和所述变换器输出电压随时序变化的过程。当所述电网电压和所述变换器输出电压重叠时，即可完成并网预同步，开始并网。上述方法中的锁相包含软件锁相和硬件锁相。软件锁相采用在dq坐标下正负序结构的锁相方式，可以解决电网电压不对称情况下的锁相问题。硬件锁相采用硬件过零锁相问题，算法简单可靠，适用于电网电压对称的情况。锁相采用调节频率间接调节变换器相位的方法，变换器输出相位不会突变，不会对变换器上带的负荷供电产生影响。锁相完成后，所述变换器的相位、频率、幅值均和电网电压相同，此时满足并网条件，所述变换器可以自行合闸，切换到并网模式。
上述基于无刷双馈电机的风力发电系统及其控制方法将无刷双馈电机101应用在风机102上，实现了不同负荷下高效风力发电系统的高效节能变速恒频发电，并且在并网前通过预同步控制，避免并网时对电网的冲击，并网后通过最大功率点跟踪计算出最大输出功率并将最大输出功率作为设定值，控制输出功率跟随设定值，使风力发电系统以最佳转速运行，增强了系统对突发情况和受到扰动的稳定性，在受到扰动的情况下能维持高效稳定发电，且运行效率高。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于无刷双馈电机的风力发电系统，包括无刷双馈电机、风机以及接触器，所述无刷双馈电机和所述风机同轴安装，所述无刷双馈电机包括定子和转子，所述定子包括功率绕组和控制绕组，所述接触器用于作为所述风力发电系统的并网开关，当所述接触器闭合时，所述风力发电系统并网，当所述接触器断开时，所述风力发电系统离网，其特征在于，还包括四象限变流器，所述四象限变流器包括变换器和控制器，所述变换器个数至少为2个，分别为机侧变换器和网侧变换器，所述机侧变换器与所述控制绕组连接，所述网侧变换器与所述功率绕组连接，所述控制器根据所述风力发电系统工作状态控制所述变换器使所述功率绕组侧电压在风力发电系统并网前跟随电网电压，所述控制器计算出当前风速下最大输出功率作为设定值并控制所述变换器使所述风力发电系统输出功率在并网后跟随设定值。
2.根据权利要求1所述的基于无刷双馈电机的风力发电系统，其特征在于，所述控制器通过调整所述控制绕组的角速度以保证所述风力发电系统转速变化时所述功率绕组的角速度不变，以实现变速恒频发电。
3.根据权利要求1所述的基于无刷双馈电机的风力发电系统，其特征在于，所述四象限变流器还包括采样装置和采样调理装置，所述采样装置用于采样所述风力发电系统的工作参数并将工作参数发送至所述采样调理装置，所述采样调理装置将所述数据处理后送入所述控制器，所述控制器根据接收到的数据判断所述风力发电系统的工作状况并决定所述风力发电系统的工作模式。
4.根据权利要求3所述的基于无刷双馈电机的风力发电系统，其特征在于，所述采样装置包括电流采样装置、电压采样装置、温度采样装置和采样调理装置，所述电流采样装置用于采样所述控制绕组侧的输出电流和功率绕组侧的输出电流，所述电压采样装置用于采样所述功率绕组侧输出电压和电网电压，所述温度采样装置用于检测所述四象限变流器的温度和所述无刷双馈电机的温度。
5.根据权利要求1所述的基于无刷双馈电机的风力发电系统，其特征在于，所述变换器为IGBT三相全桥逆变器；及/或所述控制器为DSP模块或单片机模块。
6.一种基于无刷双馈电机的风力发电系统控制方法，所述控制方法应用于权利要求1-5任一项所述的基于无刷双馈电机的风力发电系统，其特征在于，包括以下步骤：
通过PI控制器控制所述无刷双馈电机的功率绕组侧电压的幅值、频率、相序、相位跟随电网电压，保持幅值、频率、相序、相位相同；
并网；
计算所述风力发电系统在当前风速下能达到的最大输出功率，并将最大输出功率作为所述风力发电系统输出功率的设定值；
通过PI控制器控制所述无刷双馈电机的功率绕组侧的输出功率跟随设定值。
7.根据权利要求6所述的基于无刷双馈电机的风力发电系统控制方法，其特征在于，所述计算所述风力发电系统在当前风速下能达到的最大输出功率的步骤包括：
步骤1，对所述风力发电系统加入第一角速度扰动，加入扰动前所述风力发电系统的输出功率为第一输出功率，加入扰动后所述风力发电系统的输出功率为第二输出功率；
步骤2，设定阈值，将所述第一输出功率与所述第二输出功率差值的绝对值与预设阈值进行比较，若所述绝对值大于所述阈值则进入步骤3，若所述第一输出功率与所述第二输出功率差值的绝对值小于所述阈值，则所述第二输出功率为当前风速下能达到的最大输出功率，计算结束；
步骤3，计算所述第二输出功率与所述第一输出功率的差值，若所述差值大于0，则加入第二角速度扰动，所述第二角速度扰动为所述第一角速度扰动的α倍，0＜α＜1，并进入步骤2，若所述差值小于0，则加入第三角速度扰动，所述第三角速度扰动为所述第一角速度扰动的β倍，-1＜β＜0，并进入步骤2。
8.根据权利要求6所述的基于无刷双馈电机的风力发电系统控制方法，其特征在于，所述通过PI控制器控制所述无刷双馈电机的功率绕组侧电压的幅值、频率、相序、相位跟随电网电压，保持幅值、频率、相序、相位相同包括：
采样电网电压锁相，得到电网电压相位；
对功率绕组侧电压进行Clarke-Park变换，计算控制绕组角度；
以电网电压作为输入，功率绕组侧电压作为反馈，差值做PI控制，PI控制器输出为控制绕组电流给定值；
将所述控制绕组电流给定值与所述控制绕组电流实际值的差值送入PI控制器，得到的PI控制器输出与所述控制绕组角度进行Clarke-Park反变换，得到控制绕组侧电压。
9.根据权利要求6所述的基于无刷双馈电机的风力发电系统控制方法，其特征在于，所述通过PI控制器控制所述无刷双馈电机的功率绕组侧的输出功率跟随设定值包括：
将设定值作为输入，所述功率绕组侧的实际输出功率作为反馈，差值作PI控制，PI控制器输出为控制绕组电流给定值；
通过所述转子角速度计算控制绕组角度；
将所述控制绕组电流给定值与所述控制绕组电流实际值的差值送入PI控制器，得到的PI控制器输出与所述控制绕组角度进行Clarke-Park反变换，得到控制绕组侧电压，进而控制所述功率绕组侧输出功率达到设定值。
10.根据权利要求6所述的基于无刷双馈电机的风力发电系统控制方法，其特征在于，还包括：
采样所述转子角速度；
将所述转子角速度和所述功率绕组角速度标准值进行运算，得到所述控制绕组角速度给定值；
根据所述控制绕组角速度给定值控制所述控制绕组角速度，以保持所述功率绕组角速度恒定。
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