本發(fā)明涉及一種永磁同步風(fēng)力發(fā)電機，尤其涉及一種永磁同步風(fēng)力發(fā)電機單位功率因數(shù)控制方法。
背景技術(shù)：
永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)采用風(fēng)輪機與永磁同步發(fā)電機直接相連的方式，利用全容量變頻器實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，由于其省去了電刷、滑環(huán)和齒輪箱，因此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)得以簡化，提高了發(fā)電效率和運行可靠性，在今后的大型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中將有廣闊的應(yīng)用空間。
采用不可控整流和可控逆變作為并網(wǎng)電路，實現(xiàn)了直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機的最大風(fēng)能跟蹤控制，但其缺點是電機側(cè)整流器功率因數(shù)不可控，不可控整流還會增大發(fā)電機的定子諧波電流，加大電機損耗和轉(zhuǎn)矩脈動。采用雙PWM變換器并網(wǎng)的永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)進(jìn)行了研究，其針對永磁同步發(fā)電機采用按轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制方式，控制發(fā)電機d軸電流為零，同時控制發(fā)電機q軸電流實現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲，然而該方案中由于發(fā)電機d軸控制電壓不為零，則造成系統(tǒng)滿載時發(fā)電機將吸收較大的無功功率，使得發(fā)電機功率因數(shù)降低。對于兆瓦級的大型永磁直驅(qū)風(fēng)電機組而言，電機功率因數(shù)的降低將增加電機側(cè)變換器的容量和機組成本。因此，有必要研究針對直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機的單位功率因數(shù)運行控制方法，這將有助于減少電機側(cè)變換器的運行容量和成本及提高永磁直驅(qū)風(fēng)電機組的運行可靠性。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了克服風(fēng)力發(fā)電機功率因數(shù)降低的難題，本發(fā)明提出一種永磁同步風(fēng)力發(fā)電機單位功率因數(shù)控制方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：本發(fā)明提出一種適用于永磁同步發(fā)電機的單位功率因數(shù)運行控制方法。采用雙PWM變換器作為發(fā)電機的并網(wǎng)電路，通過控制電機側(cè)變換器實現(xiàn)發(fā)電機的單位功率因數(shù)控制和最大風(fēng)能捕獲。
永磁同步風(fēng)力發(fā)電機單位功率因數(shù)控制方法包括雙PWM變換器、電流雙閉環(huán)控制和空間矢量調(diào)制三個部分。
所述雙PWM變換器包括電機側(cè)變換器和電網(wǎng)側(cè)變換器，通過控制其開關(guān)管通斷實現(xiàn)了單位功率因數(shù)控制。
所述電流雙閉環(huán)控制外環(huán)可采用有功功率的閉環(huán)PI控制，內(nèi)環(huán)則分別實現(xiàn)定子d、q軸電流的閉環(huán)控制。
所述空間矢量調(diào)制的給定信號時電流雙閉環(huán)控制得到的直軸和交軸電壓信號，經(jīng)過空間矢量調(diào)制得到控制雙PWM變換器的開關(guān)信號。
本發(fā)明的有益效果是：采用雙PWM變換器作為直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機的并網(wǎng)電路，提出一種適用于永磁同步發(fā)電機的單位功率因數(shù)運行控制策略，通過控制電機側(cè)變換器實現(xiàn)發(fā)電機的單位功率因數(shù)控制和最大風(fēng)能捕獲控制。實現(xiàn)了永磁同步發(fā)電機單位功率因數(shù)運行，對于減小電機側(cè)變換器的運行容量有實用意義，同時該發(fā)電系統(tǒng)具有良好的動靜態(tài)控制性能，可實現(xiàn)最大風(fēng)能跟蹤、并網(wǎng)有功和無功獨立控制以及變速恒頻發(fā)電運行。
附圖說明
圖1為直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)圖。
具體實施方式
請參閱圖1，發(fā)電機以單位功率因數(shù)運行時，定子相電壓和相電流保持反相位，要使得定子d 軸電壓和d 軸電流均為零，則必有坐標(biāo)系q 軸與定子相電壓綜合相量相重合，即定子電壓綜合相量為定子q 軸電壓分量，定子電流綜合相量為定子q 軸電流分量。新同步坐標(biāo)軸系的d 軸不再與轉(zhuǎn)子永磁體的磁場方向保持同向，其相對于定子A 相繞組的同步角為θ。
為實現(xiàn)永磁直驅(qū)風(fēng)電機組的最佳風(fēng)能跟蹤控制，通過對發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)實現(xiàn)。控制定子電流q 軸分量可實現(xiàn)對電磁轉(zhuǎn)矩的控制，當(dāng)風(fēng)速變化時，通過調(diào)節(jié)發(fā)電機的電磁轉(zhuǎn)矩來及時調(diào)整風(fēng)力機轉(zhuǎn)速，使其始終保持最佳葉尖速比運行即可實現(xiàn)對發(fā)電機電磁功率和輸出有功的準(zhǔn)確控制。當(dāng)風(fēng)速變化時，永磁同步發(fā)電機輸出的最佳有功功率指令。有功指令控制發(fā)電機輸出的有功功率可使風(fēng)力機實時捕獲最大風(fēng)能，從而實現(xiàn)發(fā)電機的最大風(fēng)能跟蹤控制。
由此，永磁同步發(fā)電機控制系統(tǒng)外環(huán)可采用有功功率的閉環(huán)PI控制，其調(diào)節(jié)輸出量作為發(fā)電機定子電流的有功電流分量給定，控制系統(tǒng)內(nèi)環(huán)則分別實現(xiàn)定子d、q 軸電流的閉環(huán)控制。對d、q 軸電流可分別進(jìn)行閉環(huán)PI調(diào)節(jié)控制，得到相應(yīng)的控制電壓，并分別加上交叉耦合電壓補償項，即可得到最終的d、q 軸控制電壓分量，結(jié)合d 軸位置角和直流電容電壓，經(jīng)空間矢量調(diào)制( space vector modulation，SVM) 可得到電機側(cè)變換器所需的PWM 驅(qū)動信號。
由于要控制電網(wǎng)側(cè)變換器來保持直流側(cè)電壓恒定，因此運行過程中直流側(cè)電容的充放電功率變化很小?？烧J(rèn)為發(fā)電機輸出的有功功率經(jīng)雙PWM變換器后全部饋入電網(wǎng)。因此，發(fā)電機輸出的有功功率可通過間接測量網(wǎng)側(cè)變換器饋入電網(wǎng)的有功功率來近似獲得。