CN116827183A - 一种双馈双电机无刷风机的变速恒频控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于风力发电控制技术领域，具体涉及一种双馈双电机无刷风机的变速恒频控制方法及系统，包括：获取双馈双电机无刷风机的实时转速和同步转速；当所获取的实时转速小于同步转速时，则双馈双电机无刷风机处于亚同步速运行，双馈双电机无刷风机的定子第二绕组的电流频率为正，转子励磁电流所建立的旋转磁场转动方向与转子转动方向相同，双馈双电机无刷风机从大电网吸收转差功率；当所获取的实时转速等于同步转速时，则大电网与转子绕组之间没有功率交换；当所获取的实时转速大于同步转速时，则双馈双电机无刷风机处于超同步速运行，双馈双电机无刷风机向大电网输出转差功率。

Description

一种双馈双电机无刷风机的变速恒频控制方法及系统
技术领域
本发明属于风力发电控制技术领域，具体涉及一种双馈双电机无刷风机的变速恒频控制方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
双馈双电机无刷风机采用两个彼此绝缘的定子绕组，其中一个定子绕组的输出直接与电网连接；另一个定子绕组的输出连接网侧变流器，产生的电压为网侧变流器提供交流输入，通过转子侧变流器为电机转子输入励磁电流。定子双绕组双馈风机的网侧变流器不与电网连接，不会将谐波输入到大电网，适应于装机容量较大的风力发电系统。
据发明人了解，目前的定子双绕组式双馈风机在风电并网过程中无法保证风力发电系统运行的稳定性，无法实现变速恒频控制；超同步工作状态下，传统的双馈风力系统中网侧变流器通过变压器连接至电网，变流器引起的谐波通过变压器传到电网，造成对电网的污染。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种双馈双电机无刷风机的变速恒频控制方法及系统，通过励磁调节电机与定子第二绕组耦合至电网，励磁调节电机与定子第二绕组都采用分布式布线方式，消除变流器奇次谐波对电网的影响，实现双馈上电机无刷风机的变速恒频控制。
根据一些实施例，本发明的第一方案提供了一种双馈双电机无刷风机的变速恒频控制方法，采用如下技术方案：
一种双馈双电机无刷风机的变速恒频控制方法，包括：
获取双馈双电机无刷风机的实时转速和同步转速；
当所获取的实时转速小于同步转速时，则双馈双电机无刷风机处于亚同步速运行，双馈双电机无刷风机从大电网吸收转差功率；
当所获取的实时转速等于同步转速时，则大电网与转子绕组之间没有功率交换；
当所获取的实时转速大于同步转速时，则双馈双电机无刷风机处于超同步速运行，双馈双电机无刷风机向大电网输出转差功率。
作为进一步的技术限定，所述双馈双电机无刷风机的定子第一绕组和定子第二绕组设置在同一个定子槽内，所述双馈双电机无刷风机的定子第一绕组的电流频率与定子第二绕组的电流频率相同。
作为进一步的技术限定，所述双馈双电机无刷风机的定子第一绕组的电流频率与定子第二绕组的电流频率满足：
fs1＝fs2
其中，fs1表示定子第一绕组的电流频率，fs2表示定子第二绕组的电流频率，p表示双馈双电机无刷风机的极对数，n表示双馈双电机无刷风机的实时转速，fr表示转子绕组的电流频率。
作为进一步的技术限定，所述双馈双电机无刷风机中的定子第一绕组连接大电网，定子第二绕组与励磁调节电机定子绕组相连接，转子绕组与变流器的DC/AC变流器相连接，变流器的AC/DC变流器与励磁调节电机转子绕组相连接。
作为进一步的技术限定，当双馈双电机无刷风机处于亚同步速运行时，定子第二绕组的电流频率为正，转子励磁电流所建立的旋转磁场转动方向与转子转动方向相同，此时，双馈双电机无刷风机通过定子第二绕组和AC/DC变流器从大电网吸收转差功率。
作为进一步的技术限定，当则双馈双电机无刷风机处于超同步速运行时，定子第二绕组的电流频率为负，转子励磁电流所建立的旋转次方转动方向与转子转动方向相反，双馈双电机无刷风机通过第二绕组、AC/DC变流器和励磁调节电机向大电网输出转差功率。
进一步的，所述AC/DC变流器通过励磁调节电机与定子第二绕组耦合至大电网，鉴于定子第二绕组和励磁调节电机的定子绕组都属于分布式绕组布线方式，这种布线方式产生的反电势具有平滑的正弦特性，能够天然消除变流器逆变产生的谐波。
根据一些实施例，本发明的第二方案提供了一种双馈双电机无刷风机的变速恒频控制系统，采用如下技术方案：
一种双馈双电机无刷风机的变速恒频控制系统，包括：
获取模块，其被配置为获取双馈双电机无刷风机的实时转速和同步转速；
控制模块，其被配置为当所获取的实时转速小于同步转速时，则双馈双电机无刷风机处于亚同步速运行，双馈双电机无刷风机从大电网吸收转差功率；当所获取的实时转速等于同步转速时，则大电网与转子绕组之间没有功率交换；当所获取的实时转速大于同步转速时，则双馈双电机无刷风机处于超同步速运行，双馈双电机无刷风机向大电网输出转差功率。
根据一些实施例，本发明的第三方案提供了一种计算机可读存储介质，采用如下技术方案：
一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本发明第一方案所述的双馈双电机无刷风机的变速恒频控制方法中的步骤。
根据一些实施例，本发明的第四方案提供了一种电子设备，采用如下技术方案：
一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明第一方案所述的双馈双电机无刷风机的变速恒频控制方法中的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明在保持定子端输出电流等级不变的情况下，采用价格低廉的低压交直交变流器，将发电机定子端电压从低压(690V)提高到高压(10kV)，节省了升压变压器成本；采用发电机、变流器、励磁调节电机同轴转动的方式，系统电压的输出都是通过电磁感应输出，取消电刷，能够大大节省风机的维护成本；系统频率调节范围广，既可工作在超同步状态，也可工作在亚同步状态和同步状态，确保了其变速恒频发电运行；在定子高压输出节省升压变压器的基础上，发电机定子第二绕组的存在代替了双馈风力发电机中降压变压器，大大缩减了双馈风力发电系统的成本投入；在超同步工作状态下，传统的双馈风力系统中网侧变流器通过变压器连接至电网，变流器引起的谐波通过变压器传到电网，造成对电网的污染；通过励磁调节电机与定子第二绕组耦合至电网，励磁调节电机与定子第二绕组都采用分布式布线方式，消除了变流器奇次谐波对电网的影响。
附图说明
构成本实施例的一部分的说明书附图用来提供对本实施例的进一步理解，本实施例的示意性实施例及其说明用于解释本实施例，并不构成对本实施例的不当限定。
图1为本发明实施例一中的双馈双电机无刷风机的变速恒频控制方法的流程图；
图2为本发明实施例一中的双馈双电机无刷风机的结构示意图；
图3为本发明实施例二中的双馈双电机无刷风机的变速恒频控制系统的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
本发明实施例一介绍了一种双馈双电机无刷风机的变速恒频控制方法。
如图1所示的一种双馈双电机无刷风机的变速恒频控制方法，包括：
获取双馈双电机无刷风机的实时转速和同步转速；
当所获取的实时转速小于同步转速时，则双馈双电机无刷风机处于亚同步速运行，双馈双电机无刷风机从大电网吸收转差功率；
当所获取的实时转速等于同步转速时，则大电网与转子绕组之间没有功率交换；
当所获取的实时转速大于同步转速时，则双馈双电机无刷风机处于超同步速运行，双馈双电机无刷风机向大电网输出转差功率。
如图2所示，本实施例中的双馈双电机无刷风机包括定子双绕组双馈风机、交直交变流器和励磁调节电机；其中，定子双绕组双馈风机包括定子第一绕组、定子第二绕组和转子绕组；所述定子第一绕组通过并网开关K1连接大电网或经过变压器接入35kV电网；定子第二绕组通过三相开关K2与励磁调节电机定子绕组相连接；转子绕组与所述交直交变流器的DC/AC变流器相连接，交直交变流器的AC/DC变流器与所述励磁调节电机转子绕组相连接。
如图2所示，当风速达到切入风速后，闭合超级电容与变流器的直流开关K0，超级电容向变流器的直流母线充电，建立稳定的母线电压，然后启动DC/AC变流器，变流器根据发电机转速的大小及方向，调整其励磁电流的频率和幅值，最终使发电机定子第一绕组和第二绕组都感应出与电网频率、相位、幅值都相同的电压，为发电机并网做好准备。
当发电机定子第一绕组和第二绕组都感应出与电网频率、相位、幅值都相同的电压后，闭合并网开关K1，发电机并入电网。当并网达到稳态后，由于发电机定子第一绕组直接连接到电网，而定子的第二绕组因与定子第一绕组同槽放置，在某种意义上来说相当于一台变压器，定子第二绕组即可间接的通过定子第一绕组与电网相连，从而感应出电压，此时闭合三相开关K2，励磁调节电机定子端获得电源，在励磁调节电机的转子绕组感应出三相交流电压，通过AC/DC变流器整流后向直流母线充电从而接替超级电容为发电机电磁调节提供能量，最后断开直流开关K0。
发电机的定子第一绕组与第二绕组处于同一定子槽中，其定子第一绕组电流频率与第二绕组电流频率相同。根据电机原理，若要实现行之有效的机电能量转换，发电机定子绕组与转子绕组电流产生的旋转磁场必须相对静止。
双馈双电机无刷风机的定子第一绕组的电流频率与定子第二绕组的电流频率满足：
fs1＝fs2
其中，fs1表示定子第一绕组的电流频率，fs2表示定子第二绕组的电流频率，p表示双馈双电机无刷风机的极对数，n表示双馈双电机无刷风机的实时转速，fr表示转子绕组的电流频率。
为实现双馈双电机无刷风机的变速恒频控制，当风速发生变化时，需调整双馈双电机无刷风机的转子绕组的电流频率fr以保证定子第一绕组电流频率fs1和定子第二绕组电流频率fs2的恒定。
当所获取的实时转速小于同步转速时，则双馈双电机无刷风机处于亚同步速运行，定子第二绕组的电流频率为正，转子励磁电流所建立的旋转磁场转动方向与转子转动方向相同，此时，双馈双电机无刷风机通过定子第二绕组和AC/DC变流器从大电网吸收转差功率；
当所获取的实时转速等于同步转速时，电网与转子绕组间没有功率交换，变流器向转子提供直流励磁，此时发电机作为同步发电机运行；
当所获取的实时转速大于同步转速时，则双馈双电机无刷风机处于超同步速运行，定子第二绕组的电流频率为负，转子励磁电流所建立的旋转次方转动方向与转子转动方向相反，双馈双电机无刷风机通过第二绕组、AC/DC变流器和励磁调节电机向大电网输出转差功率。
本实施例在保持定子端输出电流等级不变的情况下，采用价格低廉的低压交直交变流器，将发电机定子端电压从低压(690V)提高到高压(10kV)，节省了升压变压器成本；采用发电机、变流器、励磁调节电机同轴转动的方式，系统电压的输出都是通过电磁感应输出，取消电刷；既可工作在超同步状态，也可工作在亚同步状态和同步状态，确保了其变速恒频发电运行；在定子高压输出节省升压变压器的基础上，发电机定子第二绕组的存在代替了双馈风力发电机中降压变压器，大大缩减了双馈风力发电系统的成本投入；在超同步工作状态下，传统的双馈风力系统中网侧变流器通过变压器连接至电网，变流器引起的谐波通过变压器传到电网，造成对电网的污染；通过励磁调节电机与定子第二绕组耦合至电网，励磁调节电机与定子第二绕组都采用分布式布线方式，消除了变流器奇次谐波对电网的影响。
实施例二
本发明实施例二介绍了一种双馈双电机无刷风机的变速恒频控制系统。
如图3所示的一种双馈双电机无刷风机的变速恒频控制系统，包括：
获取模块，其被配置为获取双馈双电机无刷风机的实时转速和同步转速；
控制模块，其被配置为当所获取的实时转速小于同步转速时，则双馈双电机无刷风机处于亚同步速运行，双馈双电机无刷风机从大电网吸收转差功率；当所获取的实时转速等于同步转速时，则大电网与转子绕组之间没有功率交换；当所获取的实时转速大于同步转速时，则双馈双电机无刷风机处于超同步速运行，双馈双电机无刷风机向大电网输出转差功率。
详细步骤与实施例一提供的双馈双电机无刷风机的变速恒频控制方法相同，在此不再赘述。
实施例三
本发明实施例三提供了一种计算机可读存储介质。
一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本发明实施例一所述的双馈双电机无刷风机的变速恒频控制方法中的步骤。
详细步骤与实施例一提供的双馈双电机无刷风机的变速恒频控制方法相同，在此不再赘述。
实施例四
本发明实施例四提供了一种电子设备。
一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明实施例一所述的双馈双电机无刷风机的变速恒频控制方法中的步骤。
详细步骤与实施例一提供的双馈双电机无刷风机的变速恒频控制方法相同，在此不再赘述。
以上所述仅为本实施例的优选实施例而已，并不用于限制本实施例，对于本领域的技术人员来说，本实施例可以有各种更改和变化。凡在本实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双馈双电机无刷风机的变速恒频控制方法，其特征在于，包括：
获取双馈双电机无刷风机的实时转速和同步转速；
当所获取的实时转速小于同步转速时，则双馈双电机无刷风机处于亚同步速运行，双馈双电机无刷风机从大电网吸收转差功率；
当所获取的实时转速等于同步转速时，则大电网与转子绕组之间没有功率交换；
当所获取的实时转速大于同步转速时，则双馈双电机无刷风机处于超同步速运行，双馈双电机无刷风机向大电网输出转差功率。
2.如权利要求1中所述的一种双馈双电机无刷风机的变速恒频控制方法，其特征在于，所述双馈双电机无刷风机的定子第一绕组和定子第二绕组设置在同一个定子槽内，所述双馈双电机无刷风机的定子第一绕组的电流频率与定子第二绕组的电流频率相同。
3.如权利要求1中所述的一种双馈双电机无刷风机的变速恒频控制方法，其特征在于，所述双馈双电机无刷风机的定子第一绕组的电流频率与定子第二绕组的电流频率满足：
fs1＝fs2
其中，fs1表示定子第一绕组的电流频率，fs2表示定子第二绕组的电流频率，p表示双馈双电机无刷风机的极对数，n表示双馈双电机无刷风机的实时转速，fr表示转子绕组的电流频率。
4.如权利要求1中所述的一种双馈双电机无刷风机的变速恒频控制方法，其特征在于，所述双馈双电机无刷风机中的定子第一绕组连接大电网，定子第二绕组与励磁调节电机定子绕组相连接，转子绕组与变流器的DC/AC变流器相连接，变流器的AC/DC变流器与励磁调节电机转子绕组相连接。
5.如权利要求1中所述的一种双馈双电机无刷风机的变速恒频控制方法，其特征在于，当双馈双电机无刷风机处于亚同步速运行时，定子第二绕组的电流频率为正，转子励磁电流所建立的旋转磁场转动方向与转子转动方向相同，此时，双馈双电机无刷风机通过定子第二绕组和AC/DC变流器从大电网吸收转差功率。
6.如权利要求1中所述的一种双馈双电机无刷风机的变速恒频控制方法，其特征在于，当则双馈双电机无刷风机处于超同步速运行时，定子第二绕组的电流频率为负，转子励磁电流所建立的旋转次方转动方向与转子转动方向相反，双馈双电机无刷风机通过第二绕组、AC/DC变流器和励磁调节电机向大电网输出转差功率。
7.如权利要求6中所述的一种双馈双电机无刷风机的变速恒频控制方法，其特征在于，所述AC/DC变流器通过励磁调节电机与定子第二绕组耦合至大电网，鉴于定子第二绕组和励磁调节电机的定子绕组都属于分布式绕组布线方式，这种布线方式产生的反电势具有平滑的正弦特性，能够天然消除变流器逆变产生的谐波。
8.一种双馈双电机无刷风机的变速恒频控制系统，其特征在于，包括：
获取模块，其被配置为获取双馈双电机无刷风机的实时转速和同步转速；
控制模块，其被配置为当所获取的实时转速小于同步转速时，则双馈双电机无刷风机处于亚同步速运行，双馈双电机无刷风机从大电网吸收转差功率；当所获取的实时转速等于同步转速时，则大电网与转子绕组之间没有功率交换；当所获取的实时转速大于同步转速时，则双馈双电机无刷风机处于超同步速运行，双馈双电机无刷风机向大电网输出转差功率。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现了如权利要求1-7任一项所述的双馈双电机无刷风机的变速恒频控制方法的步骤。
10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现了如权利要求1-7任一项所述的双馈双电机无刷风机的变速恒频控制方法的步骤。
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