CN113315114B - 一种多相风机直流并网系统及其低压穿越控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及一种多相风机直流并网系统及其低压穿越控制方法，该方法通过第一触发脉冲信号控制隔离变换模块的开关元件运行，以及采用第二触发脉冲信号控制半桥模块的开关元件运行，使多相风机直流并网系统实现低压穿越的直流并网。该多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法通过发电电机的转速外环控制实现发电电机侧最大功率跟踪，通过跟踪发生故障时，汇总半桥模块中半桥子模块的电容电压平均值实现直流并网低压穿越控制，无需辅助设备实现低电压穿越，也提高了多相风机直流并网系统的稳定性，解决了现有多相风机直流并网系统采用三相风机直流并网需要借助辅助设备实现低电压穿越，增加多相风机直流并网系统建设成的技术问题。

Description

一种多相风机直流并网系统及其低压穿越控制方法
技术领域
本发明涉及新能源发电技术领域，尤其涉及一种多相风机直流并网系统及其低压穿越控制方法。
背景技术
近年来全球经济规模快速增长，然而随之而来的日趋严重的环境保护及资源短缺等问题随之呈现。因此，能源再生利用与可持续发展成为当今社会发展追求目标。
目前能源再生利用有风力发电技术，风力发电技术的快速发展使得使用风力发电代替传统化石燃料发电的比例正逐步上升，现代风力发电中应用最为广泛的是双馈风力多相风机直流并网系统和永磁同步风力多相风机直流并网系统。双馈风力多相风机直流并网系统的主要优点在于其变频控制器的最大功率仅为风机总功率的30％左右，这就显著降低了整个多相风机直流并网系统的成本；但其缺点在于风力发电机对所并电网的波动相对敏感，电网侧电压波动较大时，双馈风力多相风机直流并网系统容易跳闸和脱网。而永磁同步多相风机直流并网系统因为与所并电网是相对隔离的，永磁同步发电机所受冲击很小，寿命较长，故障率相对较低，特别是整个多相风机直流并网系统对电压波动不甚敏感，可以说是电网友好型风机，随着可控硅部件成本的同步降低，永磁同步风力多相风机直流并网系统会逐步主导今后风力发电的发展趋势。
传统风力发电机采用三相电机，输出电压仅为数百伏，风电机组单机容量的增大使其输出电流大大增加，过大的输出电流增大了多相风机直流并网系统的损耗，提高了多相风机直流并网系统中变流器的功率器件的电流应力，影响多相风机直流并网系统的可靠性；并且，风力发电机产生的交流电经AC-DC-AC两级变换为工频交流电后，还需经变压器升压并入中压交流电网，其需要的工频升压变压器占地面积大、大大增加了发电厂的建设成本。
发明内容
本发明实施例提供了一种多相风机直流并网系统及其低压穿越控制方法，用于解决现有多相风机直流并网系统采用三相风机直流并网需要借助辅助设备实现低电压穿越，增加多相风机直流并网系统建设成的技术问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
一种多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法，应用于多相风机直流并网系统上，所述多相风机直流并网系统包括发电电机、整流模块、隔离变换模块和半桥模块，该多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法包括以下步骤：
获取当前多相风机直流并网系统运行环境的风速以及获取所述发电电机的叶片半径和叶尖速比，采用电机转速公式计算得到参考电机转速；
获取所述发电电机运行的实际转速，将所述参考电机转速与所述实际转速作差，得到转速差；并将所述转速差输入第一PI调节器，所述第一PI调节器输出参考电流；
获取所述整流模块输出的电流，将所述电流与所述参考电流作差，得到第一电流差；并将所述第一电流差输入第二PI调节器，所述第二PI调节器输出初始调制信号；
获取所述半桥模块中电容的电容额定电压、电容平均电压和电容允许穿越电压，若所述电容平均电压不大于电压阈值，对所述电容额定电压与所述电容平均电压作差，得到电容电压差值并将所述电容电压差值输入第三PI调节器，所述第三PI调节器输出低压穿越调制信号；若所述电容平均电压小于所述电压阈值，令所述低压穿越调制信号为0；
将所述低压穿越调制信号与所述初始调制信号叠加，得到调制信号；并获取三角波信号，将所述三角波信号与所述调制信号比较得到第一触发脉冲信号；
对所述电容额定电压与所述电容平均电压作差，得到电容电压差值并将所述电容电压差值输入第四PI调节器，所述第四PI调节器输出直流输电参考电流；
获取多相风机直流并网系统输出的直流输电实际电流，将所述直流输电参考电流与所述直流输电实际电流作差，得到第二电流差；并将所述第二电流差输入第五PI调节器，所述第五PI调节器输出直流输电参考电压；
采用最近电平逼近调制策略对所述直流输电参考电压进行处理，得到第二触发脉冲信号；
通过所述第一触发脉冲信号控制所述隔离变换模块的开关元件运行，以及采用所述第二触发脉冲信号控制所述半桥模块的开关元件运行，使所述多相风机直流并网系统实现低压穿越的直流并网；
其中，所述电机转速公式为ωref＝(λopt×v)/R，ωref为参考电机转速，λopt为叶尖速比，v为风速，R叶片半径；所述电压阈值为所述电容额定电压与所述电容允许穿越电压之和。
优选地，该多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法包括获取频率为5Hz、幅值为1的三角波信号。
优选地，所述第一PI调节器的比例系数和积分系数分别为1和30，所述第二PI调节器的比例系数和积分系数分别为0.1和52，所述第三PI调节器的比例系数和积分系数分别为1和20，所述第四PI调节器的比例系数和积分系数分别为100和160，所述第五PI调节器的比例系数和积分系数分别为20和500。
本发明还提供一种多相风机直流并网系统，包括N相的发电电机、N个变流器组和输出连接端，每个所述变流器组包括整流模块、隔离变换模块和半桥模块，所述隔离变换模块包括K个并联连接的DC/DC变换器，所述半桥模块包括K个并联的半桥子模块，所述多相风机直流并网系统通过上述所述的多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法实现低压穿越的直流并网。
优选地，第m个所述变流器组的所述整流模块的输入端与所述发电电机的三相绕组m连接，所述整流模块的输出端正极与所述隔离变换模块的输入端正极连接，所述整流模块的输出端负极与所述隔离变换模块的输入端负极连接，所述隔离变换模块的输出端正、负极分别与所述半桥模块的输入端正、负极连接，N个所述变流器组的半桥模块的输出端正、负极依次首尾连接；其中，m∈N，m、N、K均为自然数。
优选地，第1个所述变流器组中第1个所述半桥子模块的输出端正极与所述输出连接端的正极连接，第N个所述变流器组中第K个所述半桥子模块的输出端负极与所述输出连接端的负极连接。
优选地，第N个所述变流器组中第K个所述半桥子模块的输出端负极与所述输出连接的负极之间串联有电抗器。
优选地，所述电抗器的电感为10mH。
优选地，所述半桥子模块包括第一开关元件、第二开关元件和电容，所述第一开关元件的第一端与所述第二开关元件的第二端连接，所述电容的正极与所述第一开关元件的第二端连接，所述电容的负极与所述第二开关元件的第一端连接，所述电容的正、负极作为所述半桥子模块的输入端正、负极，所述第一开关元件的第一端与所述第二开关元件的第二端连接的节点作为所述半桥子模块的输出端正极，所述第二开关元件的第一端作为所述半桥子模块的输出端负极。
优选地，所述电容的电荷量为4mF。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：该多相风机直流并网系统及其低压穿越控制方法通过第一触发脉冲信号控制隔离变换模块的开关元件运行，以及采用第二触发脉冲信号控制半桥模块的开关元件运行，使多相风机直流并网系统实现低压穿越的直流并网。该多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法通过发电电机的转速外环控制实现发电电机侧最大功率跟踪，通过跟踪发生故障时，汇总半桥模块中半桥子模块的电容电压平均值实现直流并网低压穿越控制，无需辅助设备实现低电压穿越，也提高了多相风机直流并网系统的稳定性，解决了现有多相风机直流并网系统采用三相风机直流并网需要借助辅助设备实现低电压穿越，增加多相风机直流并网系统建设成的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例所述的多相风机直流并网系统的拓扑结构示意图。
图2为本发明实施例所述的多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法的步骤流程图。
图3为本发明实施例所述的多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法的低压穿越控制框图。
图4为本发明实施例所述的多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法的并网控制框图。
图5为本发明实施例所述的多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法的发电电机转速图。
图6为本发明实施例所述的多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法的电压跌落前直流输出电压图。
图7为本发明实施例所述的多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法的电压跌落后直流输出电压图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例提供了一种多相风机直流并网系统及其低压穿越控制方法，应用于多相风机直流并网系统上，解决了现有多相风机直流并网系统采用三相风机直流并网需要借助辅助设备实现低电压穿越，增加多相风机直流并网系统建设成的技术问题。
图1为本发明实施例所述的多相风机直流并网系统的拓扑结构示意图。
如图1所示，本发明实施例提供了一种多相风机直流并网系统，包括N相的发电电机10、N个变流器组20和输出连接端HVDC，每个变流器组20包括整流模块UR、隔离变换模块和半桥模块，隔离变换模块包括K个并联连接的DC/DC变换器，半桥模块包括K个并联的半桥子模块SM。
需要说明的是，发电电机10优先选为永磁同步发电机，N表示发电电机的绕组数量。整流模块UR优先选为三相桥式不可控整流器。如图1所示，DC/DC变换器主要由电容、开关元件、变压器和二极管组成，开关元件主要为三极管、场效应晶体管或IGBT管。在本实施例中，该多相风机直流并网系统包括3个N相的发电电机10。
在本发明实施例中，在每个变流器组20中，整流模块UR的输出端正极与隔离变换模块的输入端正极连接，整流模块的输出端负极与隔离变换模块的输入端负极连接，隔离变换模块的输出端正、负极分别与半桥模块的输入端正、负极连接。
如图1所示，在本发明实施例中，第m个变流器组20的整流模块URm的输入端与发电电机10的三相绕组m连接。N个变流器组的半桥模块的输出端正、负极依次首尾连接，其中，m∈N，m、N、K均为自然数。
需要说明的是，在本实施例中，N的数值为6，K的数值为4。
如图1所示，在本发明实施例中，第1个变流器组中第1个半桥子模块的输出端正极与输出连接端的正极连接，第N个变流器组中第K个半桥子模块的输出端负极与输出连接的负极连接。其中，第N个变流器组中第K个半桥子模块的输出端负极与输出连接端的负极之间串联有电抗器。
需要说明的是，电抗器的电感为10mH。
在本发明实施例中，半桥子模块SM包括第一开关元件T1、第二开关元件T2和电容C，第一开关元件T1的第一端与第二开关元件T2的第二端连接，电容C的正极与第一开关元件T1的第二端连接，电容C的负极与第二开关元件T2的第一端连接，电容C的正、负极作为半桥子模块SM的输入端正、负极，第一开关元件T1的第一端与第二开关元件T2的第二端连接的节点作为半桥子模块SM的输出端正极，第二开关元件T2的第一端作为半桥子模块SM的输出端负极。
需要说明的是，电容的电荷量为4mF。第一开关元件T1和第二开关元件T2均可以为三极管，也可以为MOS管或其他具有相同功能的场效应晶体管。若第一开关元件T1和第二开关元件T2均为三极管，第一开关元件T1和第二开关元件T2的第一端均为三极管的发射极，第一开关元件T1和第二开关元件T2的第二端均为三极管的集电极。
在本发明提供的多相风机直流并网系统是通过N组三相绕组的发电电机与对应N个变流器组的整流模块连接，每个变流器组包括整流模块、隔离变换模块和半桥模块，且每个变流器组的半桥模块的输出端正、负极依次首尾连接构成的。
需要说明的是，本发明提供的多相风机直流并网系统采用的3个N相绕组的永磁同步发电机，相比传统的三相发电机，在相同的定子电压下，传输的功率更大；同时，由于发电机相数增多提高了发电电机的容错性，在定子谐波电流的作用下，发电电机的电磁转矩脉动更低，可靠性大大提高。
图2为本发明实施例所述的多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法的步骤流程图，图3为本发明实施例所述的多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法的低压穿越控制框图，图4为本发明实施例所述的多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法的并网控制框图。
如图2至图4所示，基于上述的多相风机直流并网系统，本发明实施例提供了一种多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法，包括以下步骤：
S10.获取当前多相风机直流并网系统运行环境的风速以及获取发电电机的叶片半径和叶尖速比，采用电机转速公式计算得到参考电机转速。
需要说明的是，电机转速公式为ωref＝(λopt×v)/R，ωref为参考电机转速，λopt为叶尖速比，v为风速，R叶片半径。
S20.获取发电电机运行的实际转速，将参考电机转速与实际转速作差，得到转速差；并将转速差输入第一PI调节器，第一PI调节器输出参考电流。
需要说明的是，第一PI调节器的比例系数和积分系数分别优先选为1和30。在本实施例中，在第一PI调节器中，得到参考电流的公式为：
Figure GDA0004079150670000071
其中，ω为实际转速，1/s是积分因子，KP1和KI1分别是第一PI调节器的比例系数和积分系数，iref为参考电流。
S30.获取整流模块输出的电流，将电流与参考电流作差，得到第一电流差；并将第一电流差输入第二PI调节器，第二PI调节器输出初始调制信号。
需要说明的是，第二PI调节器的比例系数和积分系数分别优先选为0.1和52。在本实施例中，在第二PI调节器中，得到初始调制信号Dm的公式为：
Figure GDA0004079150670000081
其中，im为第m个变流器组中整流模块输出的电流，1/s是积分因子，KP2和KI2分别是第二PI调节器的比例系数和积分系数。
S40.获取半桥模块中电容的电容额定电压、电容平均电压和电容允许穿越电压，若电容平均电压不大于电压阈值，对电容额定电压与电容平均电压作差，得到电容电压差值并将电容电压差值输入第三PI调节器，第三PI调节器输出低压穿越调制信号；若电容平均电压小于电压阈值，令低压穿越调制信号为0。
需要说明的是，第三PI调节器的比例系数和积分系数分别优先选为1和20。在本实施例中，获得电容平均电压Uc_ave为K个半桥子模块中所有电容的电压平均值，即是，K个电容的电压的平均值。电压阈值为电容额定电压Uc_ref与电容允许穿越电压ΔU之和。在本实施例中，在第三PI调节器中，得到低压穿越调制信号Dmk的公式为：
Figure GDA0004079150670000082
其中，1/s是积分因子，KP3和KI3分别是第三PI调节器的比例系数和积分系数。ΔU为低电压穿越时半桥子模块SM中的电容允许过电压，这个数值可以根据需求设定。在本实施例中，ΔU优先选为200V，电容额定电压Uc_ref优选选为1000V。
S50.将低压穿越调制信号与初始调制信号叠加，得到调制信号D；并获取三角波信号，将三角波信号与调制信号比较得到第一触发脉冲信号DCmj。
需要说明的是，在步骤S50中，优先选用三角波信号是频率为5Hz、幅值为1的三角波信号。
S60.对电容额定电压与电容平均电压作差，得到电容电压差值并将电容电压差值输入第四PI调节器，第四PI调节器输出直流输电参考电流。
需要说明的是，第四PI调节器的比例系数和积分系数分别优先选为100和160。在本实施例中，在第四PI调节器中，得到直流输电参考电流id_ref的公式为：
Figure GDA0004079150670000091
其中，1/s是积分因子，KP4和KI4分别是第四PI调节器的比例系数和积分系数。
S70.获取多相风机直流并网系统输出的直流输电实际电流，将直流输电参考电流与直流输电实际电流作差，得到第二电流差；并将第二电流差输入第五PI调节器，第五PI调节器输出直流输电参考电压。
需要说明的是，第五PI调节器的比例系数和积分系数分别优先选为20和500。在本实施例中，在第五PI调节器中，得到直流输电参考电压Uhvdc_ref的公式为：
Figure GDA0004079150670000092
其中，1/s是积分因子，KP5和KI5分别是第五PI调节器的比例系数和积分系数，id为直流输电实际电流。
S80.采用最近电平逼近调制策略对直流输电参考电压进行处理，得到第二触发脉冲信号。
需要说明的是，最近电平逼近调制策略是本领域的公知常识，如在2012年的《大功率变流技术》第4期华东交通大学电气与电子工程学院公开了名称为模块化多电平变流器的最近电平逼近调制策略，其作者是：王楚、宋平岗、李云丰。
S90.通过第一触发脉冲信号控制隔离变换模块的开关元件运行，以及采用第二触发脉冲信号控制半桥模块的开关元件运行，使多相风机直流并网系统实现低压穿越的直流并网。
需要说明的是，主要是将得到的第一触发脉冲信号控制DC/DC变换器中开关元件的开通或关断来实现DC/DC变换器的功能。将得到的第二触发脉冲信号控制半桥子模块SM中第一开关元件T1和第二开关元件T2的开通或关断，控制半桥子模块SM的投切来实现升压并网。
在本发明实施例中，本发明提供的多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法在多相风机直流并网系统的并网侧电压跌落会造成需求功率降低、半桥子模块电容电压升高，超过设定阈值时，低电压穿越控制环路投入，降低DC/DC变换器调制信号所产生第一触发脉冲信号占空比，调节发电电机的输出功率达到新的功率平衡。且低电压穿越控制投入对半桥子模块控制没有影响，半桥子模块的第二触发脉冲信号依然只控制半桥子模块的投切来完成多相风机直流并网系统的直流并网。
图5为本发明实施例所述的多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法的发电电机转速图，图6为本发明实施例所述的多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法的电压跌落前直流输出电压图，图7为本发明实施例所述的多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法的电压跌落后直流输出电压图。
如图5所示，采用本发明提供多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法对多相风机直流并网系统进行直流并网，不管风速如何变化，发电电机的转速稳定在17r/min不受风速波动的影响，实现该多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法具有良好的最大功率跟踪效果。
如图6所示，采用本发明提供多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法对多相风机直流并网系统进行直流并网，不管风速如何变化，直流并网的输出电压稳定在20KV不受风速波动的影响，验证了该多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法的正确性。
如图7所示，采用本发明提供多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法对多相风机直流并网系统进行直流并网，不管风速如何变化，直流并网的输出电压稳定在15KV系统不受电压跌落影响，验证了该多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法的正确性。
本发明提供的一种多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法通过第一触发脉冲信号控制隔离变换模块的开关元件运行，以及采用第二触发脉冲信号控制半桥模块的开关元件运行，使多相风机直流并网系统实现低压穿越的直流并网。该多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法通过发电电机的转速外环控制实现发电电机侧最大功率跟踪，通过跟踪发生故障时，汇总半桥模块中半桥子模块的电容电压平均值实现直流并网低压穿越控制，无需辅助设备实现低电压穿越，也提高了多相风机直流并网系统的稳定性，解决了现有多相风机直流并网系统采用三相风机直流并网需要借助辅助设备实现低电压穿越，增加多相风机直流并网系统建设成的技术问题。
示例性的，计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器中，并由处理器执行，以完成本申请。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序在终端设备中的执行过程。
终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，并不构成对终端设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器可以是终端设备的内部存储单元，例如终端设备的硬盘或内存。存储器也可以是终端设备的外部存储设备，例如终端设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(SmartMedia Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，存储器还可以既包括终端设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器用于存储计算机程序以及终端设备所需的其他程序和数据。存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法，应用于多相风机直流并网系统上，其特征在于，所述多相风机直流并网系统包括发电电机、整流模块、隔离变换模块和半桥模块，该多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法包括以下步骤：
获取当前多相风机直流并网系统运行环境的风速以及获取所述发电电机的叶片半径和叶尖速比，采用电机转速公式计算得到参考电机转速；
获取所述发电电机运行的实际转速，将所述参考电机转速与所述实际转速作差，得到转速差；并将所述转速差输入第一PI调节器，所述第一PI调节器输出参考电流；
获取所述整流模块输出的电流，将所述电流与所述参考电流作差，得到第一电流差；并将所述第一电流差输入第二PI调节器，所述第二PI调节器输出初始调制信号；
获取所述半桥模块中电容的电容额定电压、电容平均电压和电容允许穿越电压，若所述电容平均电压不大于电压阈值，对所述电容额定电压与所述电容平均电压作差，得到电容电压差值并将所述电容电压差值输入第三PI调节器，所述第三PI调节器输出低压穿越调制信号；若所述电容平均电压小于所述电压阈值，令所述低压穿越调制信号为0；
将所述低压穿越调制信号与所述初始调制信号叠加，得到调制信号；并获取三角波信号，将所述三角波信号与所述调制信号比较得到第一触发脉冲信号；
对所述电容额定电压与所述电容平均电压作差，得到电容电压差值并将所述电容电压差值输入第四PI调节器，所述第四PI调节器输出直流输电参考电流；
获取多相风机直流并网系统输出的直流输电实际电流，将所述直流输电参考电流与所述直流输电实际电流作差，得到第二电流差；并将所述第二电流差输入第五PI调节器，所述第五PI调节器输出直流输电参考电压；
采用最近电平逼近调制策略对所述直流输电参考电压进行处理，得到第二触发脉冲信号；
通过所述第一触发脉冲信号控制所述隔离变换模块的开关元件运行，以及采用所述第二触发脉冲信号控制所述半桥模块的开关元件运行，使所述多相风机直流并网系统实现低压穿越的直流并网；
其中，所述电机转速公式为ωref＝(λopt×v)/R，ωref为参考电机转速，λopt为叶尖速比，v为风速，R叶片半径；所述电压阈值为所述电容额定电压与所述电容允许穿越电压之和；
所述第一PI调节器的比例系数和积分系数分别为1和30，所述第二PI调节器的比例系数和积分系数分别为0.1和52，所述第三PI调节器的比例系数和积分系数分别为1和20，所述第四PI调节器的比例系数和积分系数分别为100和160，所述第五PI调节器的比例系数和积分系数分别为20和500。
2.根据权利要求1所述的多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法，其特征在于，包括获取频率为5Hz、幅值为1的三角波信号。
3.一种多相风机直流并网系统，其特征在于，包括N相的发电电机、N个变流器组和输出连接端，每个所述变流器组包括整流模块、隔离变换模块和半桥模块，所述隔离变换模块包括K个并联连接的DC/DC变换器，所述半桥模块包括K个并联的半桥子模块，所述多相风机直流并网系统通过如权利要求1或2所述的多相风机直流并网系统的低压穿越控制方法实现低压穿越的直流并网。
4.根据权利要求3所述的多相风机直流并网系统，其特征在于，第m个所述变流器组的所述整流模块的输入端与所述发电电机的三相绕组m连接，所述整流模块的输出端正极与所述隔离变换模块的输入端正极连接，所述整流模块的输出端负极与所述隔离变换模块的输入端负极连接，所述隔离变换模块的输出端正、负极分别与所述半桥模块的输入端正、负极连接，N个所述变流器组的半桥模块的输出端正、负极依次首尾连接；其中，m∈N，m、N、K均为自然数。
5.根据权利要求3所述的多相风机直流并网系统，其特征在于，第1个所述变流器组中第1个所述半桥子模块的输出端正极与所述输出连接端的正极连接，第N个所述变流器组中第K个所述半桥子模块的输出端负极与所述输出连接端的负极连接。
6.根据权利要求5所述的多相风机直流并网系统，其特征在于，第N个所述变流器组中第K个所述半桥子模块的输出端负极与所述输出连接的负极之间串联有电抗器。
7.根据权利要求6所述的多相风机直流并网系统，其特征在于，所述电抗器的电感为10mH。
8.根据权利要求3所述的多相风机直流并网系统，其特征在于，所述半桥子模块包括第一开关元件、第二开关元件和电容，所述第一开关元件的第一端与所述第二开关元件的第二端连接，所述电容的正极与所述第一开关元件的第二端连接，所述电容的负极与所述第二开关元件的第一端连接，所述电容的正、负极作为所述半桥子模块的输入端正、负极，所述第一开关元件的第一端与所述第二开关元件的第二端连接的节点作为所述半桥子模块的输出端正极，所述第二开关元件的第一端作为所述半桥子模块的输出端负极。
9.根据权利要求8所述的多相风机直流并网系统，其特征在于，所述电容的电荷量为4mF。
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