制頻率提高1倍。將式（19)、式（20)經(jīng)過變形可得：
轉(zhuǎn)子磁鏈無差拍預測控制的目標是使轉(zhuǎn)子磁鏈在k+1時刻達到給定值，所以式中Wjk+l)、Wjk+1)分別為轉(zhuǎn)子磁鏈A▽軸在k+1時刻的給定值WJ(k+1)、Wj(k+1)。
[0019] 兩相轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速義旋轉(zhuǎn)的坐標系下，定子和轉(zhuǎn)子磁鏈方程可以表示為： ^：=LSI：+LJ：(25) ^；=LtI：+LJ：(26) 其中/3和Tr分別表示定子電流和轉(zhuǎn)子電流，W3和表示定子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈，上標r表示以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速&旋轉(zhuǎn)兩相坐標系，下標s和r分別表示定子側的變量和轉(zhuǎn)子側變量。
[0020] 由式（25)和式（26)可以得到：

//為定子電流的額定值，W/為定子磁鏈的實際值。通過定轉(zhuǎn)子磁鏈與定轉(zhuǎn)子電流的 關系，以及轉(zhuǎn)子磁鏈弱磁控制方法，得到纖大小，在故障期間廁以隨變換自適應改 變，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子磁鏈的實時最優(yōu)控制。故障瞬間的值最大，此時戚X最大值，由式（28) 可以看出，屬_大，轉(zhuǎn)子故障電流值越小，因此可以實現(xiàn)故障瞬間對轉(zhuǎn)子電流有效地控制， 故障瞬間對轉(zhuǎn)子過電流的控制尤為重要。雙饋風力發(fā)電機定子側直接與電網(wǎng)相連，定子側 電流的畸變對電網(wǎng)危害很大，因此故障期間//取額定值，以實現(xiàn)故障期間對定子電流的調(diào) 節(jié)，控制定子電流在其允許的最大電流以內(nèi)，最后將得到的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速&旋轉(zhuǎn)的兩相轉(zhuǎn)子坐 標系下的的轉(zhuǎn)子磁鏈給定值，經(jīng)過坐標轉(zhuǎn)換，得到兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的轉(zhuǎn)子磁鏈給定 值。
[0022] 雙饋風力發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁鏈無差拍控制方法，設置控制系統(tǒng)的控制頻率提高1倍， 它具有動態(tài)響應速度快，控制精度高，故障過程中無過沖等特點，不但能夠控制轉(zhuǎn)子故障電 流在I. 5~1. 6倍額定電流以內(nèi)，而且故障期間電磁轉(zhuǎn)矩脈動較小，減小對發(fā)電機組的沖擊， 可有效提高雙饋風力發(fā)電機在電網(wǎng)電壓故障下不脫網(wǎng)運行能力。
[0023] 檢測雙饋風力發(fā)電機并網(wǎng)點的三相電壓，在穩(wěn)態(tài)情況下采用如圖3所示的控制， 當故障發(fā)生時采用如圖4所示的控制。具體步驟如下：（1 )、當電網(wǎng)電壓穩(wěn)定運行時，采集 定子三相電壓和定子三相電流經(jīng)過坐標轉(zhuǎn)換得到兩相靜止坐標系下的兩相定 子電壓和兩相定子電流/su，采集轉(zhuǎn)子三相電壓^(^和轉(zhuǎn)子三相電流經(jīng)過坐 標轉(zhuǎn)換得到兩相轉(zhuǎn)子坐標系下的兩相轉(zhuǎn)子電壓和兩相轉(zhuǎn)子電流計算出 定子磁鏈空間位置角A，將測得的轉(zhuǎn)子角速度義進行積分計算得到匕;（3)、基于定子 磁場定向的兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系，計算定子磁鏈與轉(zhuǎn)子〃軸夾角〃i-匕，然后對定子兩 相電壓L#、定子兩相電流/s 4、轉(zhuǎn)子兩相電壓G4和轉(zhuǎn)子兩相電流Tr 4進行坐標轉(zhuǎn)換 得到定轉(zhuǎn)子電流的么^軸分量；（4)、將兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的定子電流is,、&，轉(zhuǎn)子 電流id、iq，定子自感A3，轉(zhuǎn)子自感4?和定轉(zhuǎn)子間互感4進行定子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈計算 得到定子磁鏈A7軸分量ws,、Wsjp轉(zhuǎn)子磁鏈A7軸分量w (5)、雙饋風力發(fā)電
上標s表示所有變量均在同步旋轉(zhuǎn)坐標系，下標s和r分別表示定子變量和轉(zhuǎn)子變量，Vs、G分別表示定子電壓和轉(zhuǎn)子電壓，疋、A分別表示定子電阻和轉(zhuǎn)子電阻，/,、石分別表示定子電 流和轉(zhuǎn)子電流，叫、義分別表示同步角速度和轉(zhuǎn)子角速度，W 別表示定子磁鏈和轉(zhuǎn)

%(1〇，將《d(k)、％(k)經(jīng)過坐標反變換得到兩相轉(zhuǎn)子參考坐標系下的轉(zhuǎn)子電壓，然后進 行PWM調(diào)制；（11)、當電網(wǎng)電壓跌落時，進行雙饋風力發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁鏈無差拍預測控制， 設置控制系統(tǒng)的控制頻率提高1倍，由步驟（10)中雙饋風力發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓離散公式經(jīng)
子磁鏈實際值，上標r表示以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速義旋轉(zhuǎn)的兩相坐標系，下標s表示定子側的變量。 在故障期間以隨W/變換自適應改變，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子磁鏈的實時最優(yōu)控制，將得到的以轉(zhuǎn) 子轉(zhuǎn)速義旋轉(zhuǎn)的兩相轉(zhuǎn)子坐標系下的轉(zhuǎn)子磁鏈給定值，經(jīng)過坐標轉(zhuǎn)換，得到兩相同步旋轉(zhuǎn) 坐標系下的轉(zhuǎn)子磁鏈給定值；（13)、將步驟（11)中％,(k)、《q(k)經(jīng)過坐標反變換得到兩相 轉(zhuǎn)子參考坐標系下的轉(zhuǎn)子電壓，然后進行PWM調(diào)制。
[0024] 圖5為電網(wǎng)電壓正常時和故障時采用不同控制方法的運行結果圖。在0-0. 3s 時，轉(zhuǎn)子變換器采用功率預測控制，此控制方法可以使轉(zhuǎn)子電流穩(wěn)態(tài)運行，電磁轉(zhuǎn)矩基本無 波動，可以保持有功功率和無功功率的穩(wěn)定性；在〇. 3s，電網(wǎng)電壓發(fā)生三相對稱跌落70% 故障，轉(zhuǎn)子側變換器切換到轉(zhuǎn)子磁鏈無差拍控制，此方法可以控制故障期間轉(zhuǎn)子電流在 1. 5-1. 6倍額定電流以內(nèi)，電磁轉(zhuǎn)矩波動較小，有功功率和無功功率波動較小，提高了雙饋 風力發(fā)電機故障運行能力。
[0025] 圖6為電網(wǎng)電壓正常時和故障時采用不同控制方法的運行結果圖。在0-0.3s時， 轉(zhuǎn)子變換器采用功率預測控制，此控制方法可以使轉(zhuǎn)子電流穩(wěn)態(tài)運行，電磁轉(zhuǎn)矩基本無波 動，可以保持有功功率和無功功率的穩(wěn)定性；在〇. 3s，電網(wǎng)電壓發(fā)生故障，轉(zhuǎn)子側變換器切 換到轉(zhuǎn)子磁鏈無差拍控制，此方法可以控制故障期間轉(zhuǎn)子電流在1. 5-1. 6倍額定電流以 內(nèi)，電磁轉(zhuǎn)矩波動較小，有功功率和無功功率波動較小，提高了雙饋風力發(fā)電機故障運行能 力。
[0026] 以上實施例描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點，本行業(yè)的技術人員應該 了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原 理，在不脫離本發(fā)明原理的范圍下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進均落入 本發(fā)明保護的范圍內(nèi)。
【主權項】
1.雙饋風力發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁鏈無差拍故障運行方法，其特征在于具體步驟為： (1) 、當電網(wǎng)電壓穩(wěn)定運行時，采集定子三相電壓和定子三相電流Tsaie經(jīng)過坐標轉(zhuǎn) 換得到兩相靜止坐標系下的兩相定子電壓和兩相定子電流/sm，采集轉(zhuǎn)子三相電壓 和轉(zhuǎn)子三相電流石^經(jīng)過坐標轉(zhuǎn)換得到兩相轉(zhuǎn)子坐標系下的兩相轉(zhuǎn)子電壓和兩 相轉(zhuǎn)子電流TrM; (2) 、計算出定子磁鏈空間位置角Mf測得的轉(zhuǎn)子角速度義進行積分計算得到匕； (3)、基于定子磁場定向的兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系，計算定子磁鏈與轉(zhuǎn)子〇軸夾角 〃「匕，然后對定子兩相電壓、定子兩相電流Zs 4、轉(zhuǎn)子兩相電壓G4和轉(zhuǎn)子兩相電 流^ 4進行坐標轉(zhuǎn)換得到定轉(zhuǎn)子電流的t/、<7軸分量； (4) 、將兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的定子電流isrf、，轉(zhuǎn)子電流iq，定子自感Zs，轉(zhuǎn)子 自感4和定轉(zhuǎn)子間互感4進行定子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈計算得到定子磁鏈0<7軸分量$m、 W轉(zhuǎn)子磁鏈么清自分量W^ (5)、雙饋風力發(fā)電機在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的電壓方程和磁鏈方程系，下標s和r分別表不定子變量和轉(zhuǎn)子變量，i(分別表不定子電壓和轉(zhuǎn)子電壓，疋、忍 分別表示定子電阻和轉(zhuǎn)子電阻，/3、；分別表示定子電流和轉(zhuǎn)子電流，叫、義分別表示同步 角速度和轉(zhuǎn)子角速度，叫 3、^^分別表示定子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈，分別表示定子自感、 轉(zhuǎn)子自感以及定轉(zhuǎn)子之間的互感；(9)、模型預測控制目的是使定子有功功率和無功功率跟隨其給定值，在k時刻，定子別為轉(zhuǎn)子電壓在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的分量，將步驟（9)中一個周期內(nèi)有功功率和無功 功率變化量代入轉(zhuǎn)子電壓公式可得：^^(1〇，將《d(k)、《q(k)經(jīng)過坐標反變換得到兩相轉(zhuǎn)子參考坐標系下的轉(zhuǎn)子電壓，然后進行PWM調(diào)制； (11)、當電網(wǎng)電壓跌落時，進行雙饋風力發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁鏈無差拍預測控制，設置控 制系統(tǒng)的控制頻率提高1倍，由步驟（10)中雙饋風力發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓離散公式經(jīng)過變差拍預測控制的目標是使轉(zhuǎn)子磁鏈在k+1時刻達到給定值，式中Wd(k+l)、Wq(k+l)分別 為轉(zhuǎn)子磁鏈A▽軸在k+1時刻的給定值WJ(k+1)、'/(k+l);//為定子電流額定值，W/為定子磁鏈實際值，上標r表示以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速義旋轉(zhuǎn)的兩相坐標 系，下標s表示定子側的變量，在故障期間以隨W/變換自適應改變，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子磁鏈 的實時最優(yōu)控制，將得到的以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速&旋轉(zhuǎn)的兩相轉(zhuǎn)子坐標系下的轉(zhuǎn)子磁鏈給定值，經(jīng) 過坐標轉(zhuǎn)換，得到兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的轉(zhuǎn)子磁鏈給定值； (13)、將步驟（11)中《M(k)、《q(k)經(jīng)過坐標反變換得到兩相轉(zhuǎn)子參考坐標系下的轉(zhuǎn)子 電壓，然后進行PWM調(diào)制。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙饋風力發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁鏈無差拍故障運行方法，電網(wǎng)電壓跌落時，通過轉(zhuǎn)子電壓的預測模型，在模型中為了使轉(zhuǎn)子磁鏈跟隨其給定值，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子磁鏈的無差拍控制，需要將下一時刻轉(zhuǎn)子的磁鏈的值替換為轉(zhuǎn)子磁鏈在下一時刻的給定值，轉(zhuǎn)子磁鏈的給定值跟隨定子磁鏈的實際值，將預測到的兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的轉(zhuǎn)子電壓，經(jīng)過坐標反轉(zhuǎn)換，得到兩相轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)坐標系下的轉(zhuǎn)子電壓，最后經(jīng)過PWM調(diào)制。本發(fā)明具有實施簡單、解耦性較好、動態(tài)響應快、魯棒性強的優(yōu)點，在電網(wǎng)故障狀態(tài)下提出了轉(zhuǎn)子磁鏈無差拍控制方法，可以控制轉(zhuǎn)子故障電流在1.5-1.6倍額定電流以內(nèi)，故障期間電磁轉(zhuǎn)矩脈動較小，動態(tài)響應速度快，控制精度高。
【IPC分類】H02P101/15, H02P9/10, H02P21/08
【公開號】CN104967376
【申請?zhí)枴緾N201510393247
【發(fā)明人】王萌, 逯亞瑩, 施艷艷, 楊新偉, 高金輝
【申請人】河南師范大學
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年7月7日