專利名稱：一種基于自抗擾的雙饋電機風(fēng)電并網(wǎng)轉(zhuǎn)子勵磁控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種風(fēng)電系統(tǒng)的并網(wǎng)控制裝置，尤其是一種基于自抗擾的雙饋電機 風(fēng)電并網(wǎng)轉(zhuǎn)子勵磁控制裝置。
背景技術(shù)：
隨著世界環(huán)境日趨惡化，風(fēng)力發(fā)電作為一種重要的可再生能源，越來越受到人們 的廣泛關(guān)注，風(fēng)電并網(wǎng)迅猛發(fā)展。與常規(guī)發(fā)電機組相比，風(fēng)力發(fā)電機組具有顯著的特點(1) 風(fēng)速的隨機性和不確定性決定風(fēng)電功率具有隨機性和不確定性；(2)陸地風(fēng)電場距離主電 網(wǎng)和負荷中心較遠，多與薄弱的地方電力系統(tǒng)相聯(lián)；(3)異步風(fēng)力發(fā)電機組運行時從電網(wǎng) 吸收無功功率。風(fēng)力發(fā)電最終的目的是并網(wǎng)，投入運行，在風(fēng)力發(fā)電的諸多問題中，并網(wǎng)控 制也成為一項關(guān)鍵技術(shù)之一。目前實現(xiàn)并網(wǎng)的方法和技術(shù)很多，有模糊邏輯實現(xiàn)風(fēng)電并網(wǎng) 控制，也有風(fēng)電空載并網(wǎng)控制。雙饋發(fā)電機是一種繞線式異步電機，具有高階非線性強耦合 的特點，直接對其進行控制難度很大，通過矢量變換可以簡化電機模型，使異步電機控制變 得如直流電機控制一樣方便。但是發(fā)電機在運行中由于磁路飽和將會引起電感的變化，溫 升將會引起電阻的變化，這給依賴電機參數(shù)的矢量控制帶來了困難。同時，商業(yè)化的機組如 果每臺發(fā)電機都需要測量其參數(shù)并且修改控制器，這將會帶來額外的成本。所以設(shè)計一種 自身不需要電機參數(shù)的控制算法或者能夠辨識發(fā)電機參數(shù)的控制系統(tǒng)變得非常必要。因而 用自抗擾控制器實現(xiàn)并網(wǎng)控制就成為必然選擇。
(三)實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于設(shè)計一種基于自抗擾的雙饋電機風(fēng)電并網(wǎng)轉(zhuǎn)子勵磁控制 裝置，它可以克服現(xiàn)有并網(wǎng)控制裝置的不足，是一種一種既能保留矢量控制優(yōu)良的動態(tài)性 能又可以摒棄矢量控制依賴電機參數(shù)的弱點的新型并網(wǎng)控制裝置。本實用新型的技術(shù)方案一種基于自抗擾的雙饋電機風(fēng)電并網(wǎng)轉(zhuǎn)子勵磁控制裝 置，包括雙PWM變換器，其特征在于它是由內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)子d軸電流控制單元、內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)子q軸電流 控制單元以及外環(huán)定子電壓控制單元構(gòu)成；所說的外環(huán)定子電壓控制單元的輸入端采集經(jīng) 坐標(biāo)變換后的發(fā)電機定子電壓測量信號，其輸出端連接內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)子d軸電流控制單元的輸入 端；所說的內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)子d軸電流控制單元的輸入端和內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)子q軸電流控制單元的輸入端采 集經(jīng)Park和旋轉(zhuǎn)后的轉(zhuǎn)子電流，二者的輸出端分別經(jīng)旋轉(zhuǎn)變換和三相/兩相變換后連接雙 PWM變換器。上述所說的內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)子d軸電流控制單元和內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)子q軸電流控制單元結(jié)構(gòu)相同， 均是由比例模塊、控制量限幅模塊、控制對象模塊以及擴張狀態(tài)觀測器構(gòu)成；其中所說的比 例模塊接收外環(huán)電壓控制單元輸出的轉(zhuǎn)子勵磁電流給定信號，其輸出端與控制量限幅模塊 的輸入端連接；所說的控制量限幅模塊的輸入端還與擴張狀態(tài)觀測器的輸出端連接，其輸 出端與控制對象模塊的輸入端連接；所說的控制對象模塊的輸出端輸出轉(zhuǎn)子勵磁電流信 號給擴張狀態(tài)觀測器的輸入端；所說的擴張狀態(tài)觀測器的輸出端還與比例模塊的輸入端連接。上述所說的控制量限幅模塊采用三極管限幅電路，它是由電阻Rb、電阻R。和三極 管T構(gòu)成，其連接為常規(guī)連接。上述所說的外環(huán)定子電壓控制單元由線性微分跟蹤器、絕對值變換單元、邏輯判 斷模塊和計算模塊構(gòu)成，其中，所說的線性微分跟蹤器采集定子電壓測量信號，輸出信號經(jīng) 絕對值變換單元后輸入給邏輯判斷模塊；所說的絕對值變換單元的輸入端采集定子電壓給 定信號和電壓測量信號的差值信號Au，經(jīng)絕對值變換后輸入給邏輯判斷模塊；所說的邏 輯判斷模塊的輸出端與計算模塊的輸入端連接；所說的計算模塊的輸入端同樣采集定子電 壓給定信號和電壓測量信號的差值信號Au，其輸出端輸出勵磁電流給定信號。本實用新型的工作原理首先從電網(wǎng)測量得到a、b、c三相電壓Uga、Ugb、Ug。，經(jīng)過Park變換和直角坐標(biāo)/極 坐標(biāo)的變換，得到定子電壓測量信號u* ；同時a、b、c三相給定電壓信號Usa、Usb、Usc也經(jīng)過 Park變換和直角坐標(biāo)/極坐標(biāo)的變換，得到定子電壓給定信號us。定子電壓測量信號u*和 定子電壓給定信號us經(jīng)過電壓控制器后得到d(q)軸轉(zhuǎn)子勵磁電流給定i/，然后通過電流 控制器的控制從而得到d軸定子電壓給定信號‘ oc)，后經(jīng)旋轉(zhuǎn)變換和三相/兩相變換得 到雙PWM變流器所對應(yīng)的a、b、c三相電壓控制信號Ura、Urb、Urc,實現(xiàn)定子電壓和轉(zhuǎn)子電流 的控制。微分跟蹤器采用常規(guī)線性跟蹤器，它根據(jù)定子電壓測量信號估計出其微分信 號，求出其絕對值，將定子電壓給定信號與電機定子電壓測量信號作差，并求出其絕對值
Au|，邏輯單元判斷條件“| Au| > e并且二 是否為真，若為真，則11 =、否則h =
0。邏輯判斷模塊判斷電流控制器動態(tài)過程是否完成以及電壓偏差是否在誤差限外，只有滿 足這兩個條件，電壓控制器才會動作；然后通過計算模塊計算轉(zhuǎn)子電流給定值，對其進行微 調(diào)。電壓控制模塊通過觀測輸出信號的微分，判斷電流控制器對上次“勵磁電流給定”的執(zhí) 行情況，等到適當(dāng)?shù)臅r候才根據(jù)電壓差值增加勵磁電流給定。本實用新型的優(yōu)越性在于①電流控制器結(jié)構(gòu)簡單，容易工程實現(xiàn)；②無需變更 參數(shù)；③考慮了工程中限幅因素，不會因為限幅而影響控制性能；④控制器不依賴對象參 數(shù)，具有較強的魯棒性；⑤電壓控制器只需對轉(zhuǎn)子d軸電流給定值進行微調(diào)，這樣可以最大 限度地利用裝置的有效信息，改善裝置的動態(tài)性能；⑥無需電機參數(shù)，更換機組無需更改控 制器參數(shù)，抗干擾能力強。


圖1為本實用新型所涉一種基于自抗擾的雙饋電機風(fēng)電并網(wǎng)轉(zhuǎn)子勵磁控制裝置 的雙饋異步發(fā)電機連接框圖。圖2為本實用新型所涉一種基于自抗擾的雙饋電機風(fēng)電并網(wǎng)轉(zhuǎn)子勵磁控制裝置 的整體框圖。圖3為本實用新型所涉一種基于自抗擾的雙饋電機風(fēng)電并網(wǎng)轉(zhuǎn)子勵磁控制裝置 中內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)子d軸電流控制單元和內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)子q軸電流控制單元的結(jié)構(gòu)框圖。圖4為本實用新型所涉一種基于自抗擾的雙饋電機風(fēng)電并網(wǎng)轉(zhuǎn)子勵磁控制裝置中外環(huán)定子電壓控制單元的結(jié)構(gòu)框圖。圖5為本實用新型所涉一種基于自抗擾的雙饋電機風(fēng)電并網(wǎng)轉(zhuǎn)子勵磁控制裝置 中內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)子d軸電流控制單元和內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)子q軸電流控制單元中的三極管限幅電路。
具體實施方式
實施例一種基于自抗擾的雙饋電機風(fēng)電并網(wǎng)轉(zhuǎn)子勵磁控制裝置(見圖1、圖2)， 包括雙PWM變換器，其特征在于它是由內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)子d軸電流控制單元、內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)子q軸電流控制 單元以及外環(huán)定子電壓控制單元構(gòu)成；所說的外環(huán)定子電壓控制單元的輸入端采集經(jīng)坐標(biāo) 變換后的發(fā)電機定子電壓測量信號，其輸出端連接內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)子d軸電流控制單元的輸入端； 所說的內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)子d軸電流控制單元的輸入端和內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)子q軸電流控制單元的輸入端采集經(jīng) Park和旋轉(zhuǎn)后的轉(zhuǎn)子電流，二者的輸出端分別經(jīng)旋轉(zhuǎn)變換和三相/兩相變換后連接雙PWM 變換器。上述所說的內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)子d軸電流控制單元和內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)子q軸電流控制單元結(jié)構(gòu)相同 (見圖3)，均是由比例模塊、控制量限幅模塊、控制對象模塊以及擴張狀態(tài)觀測器構(gòu)成；其 中所說的比例模塊接收外環(huán)電壓控制單元輸出的轉(zhuǎn)子勵磁電流給定信號，其輸出端與控制 量限幅模塊的輸入端連接；所說的控制量限幅模塊的輸入端還與擴張狀態(tài)觀測器的輸出端 連接，其輸出端與控制對象模塊的輸入端連接；所說的控制對象模塊的輸出端輸出轉(zhuǎn)子勵 磁電流信號給擴張狀態(tài)觀測器的輸入端；所說的擴張狀態(tài)觀測器的輸出端還與比例模塊的 輸入端連接。上述所說的控制量限幅模塊(見圖5)采用三極管限幅電路，它是由電阻Rb、電阻 R。和三極管T構(gòu)成，其連接為常規(guī)連接。上述所說的外環(huán)定子電壓控制單元(見圖4)由線性微分跟蹤器、絕對值變換單 元、邏輯判斷模塊和計算模塊構(gòu)成，其中，所說的線性微分跟蹤器采集定子電壓測量信號， 輸出信號經(jīng)絕對值變換單元后輸入給邏輯判斷模塊；所說的絕對值變換單元的輸入端采集 定子電壓給定信號和電壓測量信號的差值信號Au，經(jīng)絕對值變換后輸入給邏輯判斷模塊； 所說的邏輯判斷模塊的輸出端與計算模塊的輸入端連接；所說的計算模塊的輸入端同樣采 集定子電壓給定信號和電壓測量信號的差值信號Au，其輸出端輸出勵磁電流給定信號。
權(quán)利要求一種基于自抗擾的雙饋電機風(fēng)電并網(wǎng)轉(zhuǎn)子勵磁控制裝置，包括雙PWM變換器，其特征在于它是由內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)子d軸電流控制單元、內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)子q軸電流控制單元以及外環(huán)定子電壓控制單元構(gòu)成；所說的外環(huán)定子電壓控制單元的輸入端采集經(jīng)坐標(biāo)變換后的發(fā)電機定子電壓測量信號，其輸出端連接內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)子d軸電流控制單元的輸入端；所說的內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)子d軸電流控制單元的輸入端和內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)子q軸電流控制單元的輸入端采集經(jīng)Park和旋轉(zhuǎn)后的轉(zhuǎn)子電流，二者的輸出端分別經(jīng)旋轉(zhuǎn)變換和三相/兩相變換后連接雙PWM變換器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述一種基于自抗擾的雙饋電機風(fēng)電并網(wǎng)轉(zhuǎn)子勵磁控制裝置，其 特征在于所說的內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)子d軸電流控制單元和內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)子q軸電流控制單元結(jié)構(gòu)相同，均是 由比例模塊、控制量限幅模塊、控制對象模塊以及擴張狀態(tài)觀測器構(gòu)成；其中所說的比例模 塊接收外環(huán)電壓控制單元輸出的轉(zhuǎn)子勵磁電流給定信號，其輸出端與控制量限幅模塊的輸 入端連接；所說的控制量限幅模塊的輸入端還與擴張狀態(tài)觀測器的輸出端連接，其輸出端 與控制對象模塊的輸入端連接；所說的控制對象模塊的輸出端輸出轉(zhuǎn)子勵磁電流信號給擴 張狀態(tài)觀測器的輸入端；所說的擴張狀態(tài)觀測器的輸出端還與比例模塊的輸入端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述一種基于自抗擾的雙饋電機風(fēng)電并網(wǎng)轉(zhuǎn)子勵磁控制裝置，其 特征在于所說的外環(huán)定子電壓控制單元由線性微分跟蹤器、絕對值變換單元、邏輯判斷模 塊和計算模塊構(gòu)成，其中，所說的線性微分跟蹤器采集定子電壓測量信號，輸出信號經(jīng)絕對 值變換單元后輸入給邏輯判斷模塊；所說的絕對值變換單元的輸入端采集定子電壓給定信 號和電壓測量信號的差值信號Au，經(jīng)絕對值變換后輸入給邏輯判斷模塊；所說的邏輯判 斷模塊的輸出端與計算模塊的輸入端連接；所說的計算模塊的輸入端同樣采集定子電壓給 定信號和電壓測量信號的差值信號Au，其輸出端輸出勵磁電流給定信號。
專利摘要一種基于自抗擾的雙饋電機風(fēng)電并網(wǎng)轉(zhuǎn)子勵磁控制裝置，它是由內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)子d軸電流控制單元、內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)子q軸電流控制單元以及外環(huán)定子電壓控制單元構(gòu)成；其優(yōu)越性①結(jié)構(gòu)簡單，容易工程實現(xiàn)；②無需變更參數(shù)；③不會因為限幅而影響控制性能；④魯棒性較強；⑤可以最大限度地利用裝置的有效信息，改善裝置的動態(tài)性能；⑥抗干擾能力強。
文檔編號H02J3/38GK201563098SQ20092025002
公開日2010年8月25日 申請日期2009年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月9日
發(fā)明者周雪松, 張書瑞, 李季, 楊海珊, 武磊, 許立瑾, 問虎龍, 馬幼捷 申請人:天津理工大學(xué)