專利名稱：雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)有功功率的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)，特別涉及連接到電網(wǎng)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)有功功率的控制方法。
背景技術(shù)：
在能源消耗日益增長、環(huán)境污染日漸嚴(yán)重的今天，作為可再生綠色能源的風(fēng)能受到世界各國的普遍重視，風(fēng)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(diǎn)。風(fēng)能是一種變化頻繁的隨機(jī)能源，變速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)可以保證在絕大多數(shù)風(fēng)速下的風(fēng)能得到最大限度的捕獲和利用，并具有傳統(tǒng)恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)所無法比擬的優(yōu)越性，而雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)能很好地滿足變速恒頻風(fēng)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(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)施加三相交流電進(jìn)行勵(lì)磁，通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的有效值、相位和頻率，實(shí)現(xiàn)定子側(cè)輸出有功和無功功率的控制。雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的的基本硬件拓?fù)淙?br>
圖1所示，發(fā)電機(jī)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(jī)中的諧波轉(zhuǎn)矩，實(shí)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(jī)的電路存在磁路上的耦合，且其三相坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型是非線性、時(shí)變的高階系統(tǒng)。為了實(shí)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(biāo)系中的兩個(gè)互相垂直的電流分量，實(shí)現(xiàn)對發(fā)電機(jī)有功功率和無功功率的解耦調(diào)節(jié)。但為使電機(jī)實(shí)現(xiàn)解耦，需要簡化電機(jī)模型，還要進(jìn)行矢量旋轉(zhuǎn)變化等復(fù)雜的變換和計(jì)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(shí)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(dāng)電路參數(shù)，測量延時(shí)以及其他系統(tǒng)因素發(fā)生變化時(shí)，控制器穩(wěn)定性會(huì)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(fēng)力發(fā)電機(jī)有功功率控制方法的不足，提供一種不需要進(jìn)行矢量旋轉(zhuǎn)變化等復(fù)雜的變換和計(jì)算的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)有功功率控制方法。設(shè)發(fā)電機(jī)的定子電壓、電流、磁鏈?zhǔn)噶繛閬枴?amp;和么，轉(zhuǎn)子電壓、電流、磁鏈?zhǔn)噶繛?Ur，丄和之，則在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)電壓方程為
權(quán)利要求
1.一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)有功功率的控制方法，所述雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有雙饋電機(jī)，該電機(jī)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(dòng)轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子一端通過變速齒輪連接到風(fēng)力渦輪機(jī)，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(yàn)來測定電機(jī)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(lì)磁電流A，在風(fēng)力渦輪機(jī)拖動(dòng)下，并入電網(wǎng)，轉(zhuǎn)步驟(c)；(c)給定定子輸出有功功率為P*，轉(zhuǎn)步驟(d)；(d)給定采樣周期T，通過光電編碼盤檢測發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，進(jìn)而通過微分可求出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，從而得到電機(jī)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(jì)算出定子第K次輸出的有功功率Pk(K = 1，2……)，比較P*與Ρκ，得到P*與Pk的差ΔΡΚ = Ρ*-Ρκ, 并將ΔΙ\存儲到控制器的存儲單元中，測量出或根據(jù)磁鏈模型，計(jì)算出定子磁鏈的有效值 Vs及其在靜止α β坐標(biāo)軸上的相位，將其折算到dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸上，得到定子磁鏈?zhǔn)噶颗cd軸夾角為A，將轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流廣也映射到dq旋轉(zhuǎn)軸上，在該坐標(biāo)軸上，可得到定子磁鏈與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的夾角0，令夂2 =AKSin^轉(zhuǎn)步驟(e)；(e)在ΔPk的基礎(chǔ)上，利用PI增量調(diào)節(jié)算法可得到X2的增量ΔΧΚ，轉(zhuǎn)步驟(f)；(f)求出Xk = X2+Δ\，轉(zhuǎn)步驟(g)；(g)給定<為在30到90度之間任一角度，在變流控制器的控制作用下，向轉(zhuǎn)子繞組輸出變換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸dq上與d軸夾角為Λ *有效值為
2.如權(quán)利要求1所述的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)有功功率的控制方法，其中步驟(e)中，PI增量調(diào)節(jié)算法得到\的增量的方法為
3.如權(quán)利要求1所述的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)有功功率的控制方法，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(fēng)力發(fā)電機(jī)有功功率的控制方法，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α軸和β軸的分量 Vas和Ves。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(fēng)力發(fā)電機(jī)有功功率的控制方法，所述雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有雙饋電機(jī)，該電機(jī)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(dòng)轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子一端通過變速齒輪連接到風(fēng)力渦輪機(jī)，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(biāo)軸上，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流而控制發(fā)電機(jī)定子輸出的有功功率。該方法無需進(jìn)行矢量旋轉(zhuǎn)變化等復(fù)雜的變換和計(jì)算，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(shí)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，適合小功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)的應(yīng)用。
文檔編號H02P21/14GK102332861SQ201110279529
公開日2012年1月25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)