專利名稱：雙饋風力發(fā)電機勵磁控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風力發(fā)電機，特別涉及連接到電網(wǎng)雙饋風力發(fā)電機勵磁控制方法。
背景技術(shù)：
在能源消耗日益增長、環(huán)境污染日漸嚴重的今天，作為可再生綠色能源的風能受到世界各國的普遍重視，風力發(fā)電技術(shù)也成為近年來各國學(xué)者競相研究的熱點。風能是一種變化頻繁的隨機能源，變速恒頻風力發(fā)電技術(shù)可以保證在絕大多數(shù)風速下的風能得到最大限度的捕獲和利用，并具有傳統(tǒng)恒速恒頻風力發(fā)電技術(shù)所無法比擬的優(yōu)越性，而雙饋風力發(fā)電機能很好地滿足變速恒頻風力發(fā)電的技術(shù)要求，成為目前比較優(yōu)化的一種控制策略。它是通過雙PWM變流器在雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子側(cè)施加三相交流電進行勵磁，通過調(diào)節(jié)勵磁電流的有效值、相位和頻率，實現(xiàn)定子側(cè)輸出有功和無功功率的控制。雙饋風力發(fā)電機的的基本硬件拓撲如

圖1所示，發(fā)電機的定子直接連接到電網(wǎng)， 轉(zhuǎn)子繞組通過集電環(huán)經(jīng)變流器與電網(wǎng)相連，通過控制轉(zhuǎn)子電流的頻率、有效值，相位和相序，利用雙PWM變流器，通過SPWM控制技術(shù)，可以獲得正弦波轉(zhuǎn)子電流，以減小發(fā)電機中的諧波轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)定子側(cè)輸出有功和無功功率的控制。由于雙饋發(fā)電機的電路存在磁路上的耦合，且其三相坐標系下的數(shù)學(xué)模型是非線性、時變的高階系統(tǒng)。為了實現(xiàn)有功、無功解耦控制，通常采用矢量控制法，矢量控制根據(jù)矢量變換理論，采用按定子磁場方向定向，把轉(zhuǎn)子電流矢量分解為在同步旋轉(zhuǎn)坐標系中的兩個互相垂直的電流分量，實現(xiàn)對發(fā)電機有功功率和無功功率的解耦調(diào)節(jié)。但為使電機實現(xiàn)解耦，需要簡化電機模型，還要進行矢量旋轉(zhuǎn)變化等復(fù)雜的變換和計算，而且電流控制模塊控制敏感度較高，變流器系統(tǒng)的電路參數(shù)、測量延時以及鎖相環(huán)性能對電流控制都具有較大的影響，這些因素造成了矢量控制法的魯棒性偏低。當電路參數(shù)，測量延時以及其他系統(tǒng)因素發(fā)生變化時，控制器穩(wěn)定性會發(fā)生明顯改變，加大了控制器參數(shù)的調(diào)試難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有雙饋風力發(fā)電機有功功率控制方法的不足，提供一種不需要進行矢量旋轉(zhuǎn)變化等復(fù)雜的變換和計算，可實現(xiàn)有功、無功解耦控制的雙饋風力發(fā)電機勵磁控制方法。設(shè)發(fā)電機的定子電壓、電流、磁鏈矢量為《、厶和<，轉(zhuǎn)子電壓、電流、磁鏈矢量為 Ur，t和沁，則在穩(wěn)態(tài)運行時，電機電壓方程為IJs=Rjs+j0slf/s⑴Ur = RrIr + j(ms -(Or)Xjzs⑵其中Rs、艮、ω3、分別為電機定子、轉(zhuǎn)子每相電阻，定子同步旋轉(zhuǎn)磁場、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)角速度，式中矢量在空間相對靜止，均以同步速度旋轉(zhuǎn)，在同步旋轉(zhuǎn)坐標dq軸系下
〔0010〕
權(quán)利要求
1.一種雙饋風力發(fā)電機的勵磁控制方法，所述雙饋風力發(fā)電機具有雙饋電機，該電機具有向電網(wǎng)供電的定子，所述電網(wǎng)具有額定值的電壓；與所述定子耦合的驅(qū)動轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子一端通過變速齒輪連接到風力渦輪機，所述轉(zhuǎn)子繞組為三相繞線式轉(zhuǎn)子繞組，電網(wǎng)通過變流器為轉(zhuǎn)子供電，所述變流器通過電刷和集電環(huán)與轉(zhuǎn)子繞組連接，所述方法包括如下步驟(a)利用空載和堵轉(zhuǎn)試驗來測定電機定子電阻民、定子繞組電感Ls、定轉(zhuǎn)子繞組互感Lm 等參數(shù)，轉(zhuǎn)步驟(b)；(b)預(yù)先給定一轉(zhuǎn)子勵磁電流A，在風力渦輪機拖動下，并入電網(wǎng)，轉(zhuǎn)步驟(c)；(c)給定定子輸出有功功率為P*，無功功率為獷，轉(zhuǎn)步驟⑷；(d)給定采樣周期T，通過光電編碼盤檢測發(fā)電機轉(zhuǎn)子位置，進而通過微分可求出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，從而得到電機轉(zhuǎn)差頻率ω 2，測量定子第K次輸出的電壓、電流矢量UK、Ik,并計算出定子第K次輸出的有功功率Pk，其中K = 1,2……，計算P*與的差Δ & = Ρ*-Ρκ ；計算出定子第K次輸出的無功功率Qk,比較Q*與Qk,得到Q*與Qk的差A(yù)Qk = Q*-QK,并將Δ Ρκ、Δ Qk 存儲到控制器的存儲單元中；測量出或根據(jù)磁鏈模型，計算出定子磁鏈的有效值Vs及其在靜止α β坐標軸上的相位，將其折算到dq同步旋轉(zhuǎn)坐標軸上，得到定子磁鏈矢量與d軸夾角，令該夾角為A，將轉(zhuǎn)子勵磁電流廣也映射到dq旋轉(zhuǎn)軸上，在該坐標軸上，可得到定子磁鏈與轉(zhuǎn)子勵磁電流的夾角識，令不紳，Z2=/uii^，轉(zhuǎn)步驟(e)；(e)在APk^AQk的基礎(chǔ)上，利用PI增量調(diào)節(jié)算法可得到X2與X1的增量ΔΧκ,Δ、，轉(zhuǎn)步驟(f)；(f)求出Xk = X2+Δ XK, Yk = X1+Δ、，轉(zhuǎn)步驟(g)；(g)給定
2.如權(quán)利要求1所述的雙饋風力發(fā)電機的勵磁控制方法，其中步驟(e)中，得到)(2的增量的方法以及&的增量的PI增量調(diào)節(jié)算法為
3.如權(quán)利要求1所述的雙饋風力發(fā)電機的勵磁控制方法，其中步驟(c)中，磁鏈模型為 u-i電壓電流模型。
4.如權(quán)利要求1所述的雙饋風力發(fā)電機的勵磁控制方法，其中步驟(c)中，在定子α 軸和β軸的氣隙處嵌放磁敏元件，直接檢測出定子磁鏈在定子《軸和β軸的分量Vas和 Ψ03。據(jù)此可求得定子磁鏈的有效值以及與α軸的夾角。
全文摘要
一種雙饋風力發(fā)電機的勵磁控制方法，所述雙饋風力發(fā)電機具有雙饋電機，該電機具有向電網(wǎng)供電的定子，所述電網(wǎng)具有額定值的電壓；與所述定子耦合的驅(qū)動轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子一端通過變速齒輪連接到風力渦輪機，所述轉(zhuǎn)子繞組為三相繞線式轉(zhuǎn)子繞組，電網(wǎng)通過變流器為轉(zhuǎn)子供電，通過將定子電壓、定子磁鏈分解到同步旋轉(zhuǎn)dq坐標軸上，可以實現(xiàn)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流而控制發(fā)電機定子輸出的功率。該方法無需進行矢量旋轉(zhuǎn)變化等復(fù)雜的變換和計算，可實現(xiàn)有功、無功解耦控制，電流控制模塊控制敏感度較低，變流器系統(tǒng)的電路參數(shù)、測量延時對電流控制都具有的影響較小，控制技術(shù)簡單，控制器的成本也因此降低。
文檔編號H02P21/14GK102522942SQ20111027935
公開日2012年6月27日 申請日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月20日
發(fā)明者劉嫣紅, 楊柳, 毛志懷 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)