專利名稱：雙饋風力發(fā)電機勵磁控制方法
技術領域：
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：
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)電技術也成為近年來各國學者競相研究的熱點。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)電機的轉子側施加三相交流電進行勵磁，通過調節(jié)勵磁電流的有效值、相位和頻率，實現(xiàn)定子側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)， 轉子繞組通過集電環(huán)經變流器與電網(wǎng)相連，通過控制轉子電流的頻率、有效值，相位和相序，利用雙PWM變流器，通過SPWM控制技術，可以獲得正弦波轉子電流，以減小發(fā)電機中的諧波轉矩，實現(xiàn)定子側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，把轉子電流矢量分解為在同步旋轉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，還要進行矢量旋轉變化等復雜的變換和計算，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)的調試難度。
發(fā)明內容
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變化等復雜的變換和計算，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。設發(fā)電機的定子電壓、電流、磁鏈矢量為《、厶和<，轉子電壓、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、轉子每相電阻，定子同步旋轉磁場、轉子旋轉磁場的旋轉角速度，式中矢量在空間相對靜止，均以同步速度旋轉，在同步旋轉坐標dq軸系下
〔0010〕
權利要求
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動轉子，所述轉子一端通過變速齒輪連接到風力渦輪機，所述轉子繞組為三相繞線式轉子繞組，電網(wǎng)通過變流器為轉子供電，所述變流器通過電刷和集電環(huán)與轉子繞組連接，所述方法包括如下步驟(a)利用空載和堵轉試驗來測定電機定子電阻民、定子繞組電感Ls、定轉子繞組互感Lm 等參數(shù)，轉步驟(b)；(b)預先給定一轉子勵磁電流A，在風力渦輪機拖動下，并入電網(wǎng)，轉步驟(c)；(c)給定定子輸出有功功率為P*，無功功率為獷，轉步驟⑷；(d)給定采樣周期T，通過光電編碼盤檢測發(fā)電機轉子位置，進而通過微分可求出轉子轉速，從而得到電機轉差頻率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AQk = 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，將轉子勵磁電流廣也映射到dq旋轉軸上，在該坐標軸上，可得到定子磁鏈與轉子勵磁電流的夾角識，令不紳，Z2=/uii^，轉步驟(e)；(e)在APk^AQk的基礎上，利用PI增量調節(jié)算法可得到X2與X1的增量ΔΧκ,Δ、，轉步驟(f)；(f)求出Xk = X2+Δ XK, Yk = X1+Δ、，轉步驟(g)；(g)給定
2.如權利要求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增量調節(jié)算法為
3.如權利要求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動轉子，所述轉子一端通過變速齒輪連接到風力渦輪機，所述轉子繞組為三相繞線式轉子繞組，電網(wǎng)通過變流器為轉子供電，通過將定子電壓、定子磁鏈分解到同步旋轉dq坐標軸上，可以實現(xiàn)調節(jié)轉子電流而控制發(fā)電機定子輸出的功率。該方法無需進行矢量旋轉變化等復雜的變換和計算，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:中國農業(yè)大學