本發(fā)明涉及一種高速永磁發(fā)電機(jī)弱磁控制方法與裝置。

背景技術(shù)：

隨著高速永磁風(fēng)電機(jī)組技術(shù)已日趨成熟，高速永磁風(fēng)電機(jī)組大規(guī)模的投入運(yùn)行，應(yīng)對(duì)機(jī)組湍流風(fēng)速造成的機(jī)組超速問(wèn)題越來(lái)越受到重視，常見(jiàn)控制方法采用增大機(jī)組功率控制的方案從而達(dá)到使機(jī)組超速控制在一定的范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組發(fā)電機(jī)的超速控制。

由于高速永磁發(fā)電機(jī)的通常采用轉(zhuǎn)矩電流閉環(huán)的控制策略，通用的超速策略增大機(jī)組功率方法可以實(shí)現(xiàn)小湍流風(fēng)速的機(jī)組超速控制，但湍流及陣風(fēng)的加劇往往此方案無(wú)法達(dá)到對(duì)機(jī)組超速的控制。

弱磁控制方法在調(diào)節(jié)弱磁電流(即矢量控制中d軸負(fù)方向電流)實(shí)現(xiàn)對(duì)超速時(shí)的控制。如公開(kāi)號(hào)為CN105634358A的中國(guó)專利文獻(xiàn)提供了永磁同步電機(jī)的弱磁控制方法。

但是現(xiàn)有方法通常僅從功率角度考慮，而未充分考慮發(fā)電機(jī)特性即超速引起的端口高電壓危害功率器件及機(jī)組變流器的問(wèn)題，雖然達(dá)到了一般范圍內(nèi)的超速控制的目的，但無(wú)法滿足更高范圍內(nèi)超速的控制要求，無(wú)法根本解決機(jī)組超速控制問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種高速永磁發(fā)電機(jī)弱磁控制方法與裝置，用以解決的現(xiàn)有弱磁控制方法無(wú)法滿足更高范圍內(nèi)超速控制要求的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括：

一種高速永磁發(fā)電機(jī)弱磁控制方法，步驟如下：

1)檢測(cè)發(fā)電機(jī)輸出電壓并進(jìn)行坐標(biāo)變換處理，生成d軸電流分量i_d和q軸電流分量i_q，d軸電壓分量u_d和q軸電壓分量u_q；

2)當(dāng)檢測(cè)到發(fā)電機(jī)超速時(shí)，采用弱磁控制，弱磁電流為：ω_r為電機(jī)轉(zhuǎn)速，L_d為d軸電感，Ψ_f為永磁磁鏈；

3)以弱磁電流i_f為d軸電流給定i_d^*執(zhí)行閉環(huán)控制。

進(jìn)一步的，當(dāng)檢測(cè)到發(fā)電機(jī)超速，并且達(dá)到設(shè)定程度時(shí)，電機(jī)端口電壓u_{s_fdb}與電機(jī)電壓給定u_s^*做差，經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)后得到U_{PI_out}，以i_f-U_{PI_out}為d軸電流給定i_d^*執(zhí)行閉環(huán)控制。

進(jìn)一步的，所述電機(jī)端口電壓

進(jìn)一步的，通過(guò)檢測(cè)發(fā)電機(jī)輸出電壓判斷發(fā)電機(jī)超速和超速程度，或者通過(guò)編碼器檢測(cè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速以判斷發(fā)電機(jī)超速和超速程度。

一種高速永磁發(fā)電機(jī)弱磁控制裝置，包括如下模塊：

1)檢測(cè)發(fā)電機(jī)輸出電壓并進(jìn)行坐標(biāo)變換處理，生成d軸電流分量i_d和q軸電流分量i_q，d軸電壓分量u_d和q軸電壓分量u_q的模塊；

2)當(dāng)檢測(cè)到發(fā)電機(jī)超速時(shí)，采用弱磁控制的模塊；弱磁電流為：ω_r為電機(jī)轉(zhuǎn)速，L_d為d軸電感，Ψ_f為永磁磁鏈；

3)以弱磁電流i_f為d軸電流給定i_d^*執(zhí)行閉環(huán)控制的模塊。

進(jìn)一步的，當(dāng)檢測(cè)到發(fā)電機(jī)超速，并且達(dá)到設(shè)定程度時(shí)，電機(jī)端口電壓u_{s_fdb}與電機(jī)電壓給定u_s^*做差，經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)后得到U_{PI_out}，以i_f-U_{PI_out}為d軸電流給定i_d^*執(zhí)行閉環(huán)控制。

進(jìn)一步的，所述電機(jī)端口電壓

進(jìn)一步的，通過(guò)檢測(cè)發(fā)電機(jī)輸出電壓判斷發(fā)電機(jī)超速和超速程度，或者通過(guò)編碼器檢測(cè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速以判斷發(fā)電機(jī)超速和超速程度。

本發(fā)明提出的高速永磁發(fā)電機(jī)超速恒壓控制是解決機(jī)組超速控制的有效方法。通過(guò)本發(fā)明的方案，可以快速降低(機(jī)側(cè))變流器交流端口電壓，以保障超速安全。

同時(shí)，在超速嚴(yán)重時(shí)進(jìn)一步采用恒壓控制，保證電壓穩(wěn)定，進(jìn)一步確保了電機(jī)安全運(yùn)行。

附圖說(shuō)明

圖1是MW級(jí)高速永磁發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明的控制方法實(shí)施例的控制結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

如圖1所示為MW級(jí)高速永磁同步發(fā)電機(jī)組，為直驅(qū)型風(fēng)力機(jī)組，電機(jī)輸出通過(guò)機(jī)側(cè)變流器，網(wǎng)側(cè)變流器連接電網(wǎng)。網(wǎng)側(cè)變流器采用PWM逆變控制方式，負(fù)責(zé)把機(jī)組能量并入電網(wǎng)，機(jī)側(cè)變流器采用PWM整流控制方式；直流側(cè)DC-Chopper電路負(fù)責(zé)機(jī)網(wǎng)側(cè)之間的不平衡能量的泄荷。變流器的功率模塊采用絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)。具體的，可以采用SVPWM調(diào)制以提高電壓利用率。

本發(fā)明的弱磁控制方法的控制對(duì)象是機(jī)側(cè)變流器，步驟如下：

檢測(cè)發(fā)電機(jī)電壓(機(jī)側(cè)變流器交流電壓)；具體的，包括坐標(biāo)變換的過(guò)程，生成d軸電流分量i_d和q軸電流分量i_q，d軸電壓分量u_d和q軸電壓分量u_q；

當(dāng)檢測(cè)到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)額定值時(shí)(即超速。超速有兩張檢測(cè)方式，一種是通過(guò)安裝在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的編碼器直接檢測(cè)，適合于速度較低的發(fā)電機(jī)；另一種是通過(guò)檢測(cè)機(jī)側(cè)變流器交流端口電壓來(lái)計(jì)算和判斷，這種方式適合高速發(fā)電機(jī)，本實(shí)施例采用這種方式)，采用弱磁控制，弱磁電流公式為：ω_r為電機(jī)轉(zhuǎn)速，L_d為d軸電感，Ψ_f為永磁磁鏈；ω_r，L_d，Ψ_f通過(guò)磁鏈計(jì)算和速度計(jì)算得到，具體計(jì)算過(guò)程屬于現(xiàn)有技術(shù)，故不做介紹。

通過(guò)上述方案，可快速降低變流器端口電壓，實(shí)現(xiàn)機(jī)組超速時(shí)控制的快速性，保證機(jī)組變流器超速的安全性。從而解決的現(xiàn)有弱磁控制方法無(wú)法滿足更高范圍內(nèi)超速控制要求的問(wèn)題。

如圖2，進(jìn)一步的，當(dāng)超速達(dá)到一定程度，比如當(dāng)機(jī)側(cè)變流器交流端口電壓大于1.1pu，機(jī)側(cè)變流器進(jìn)行電機(jī)電壓恒壓閉環(huán)PI控制：

電機(jī)端口電壓公式：i_q為q軸電流分量，

ω_r為電機(jī)轉(zhuǎn)速，L_q為q軸電感。

電機(jī)端口電壓u_{s_fdb}與電機(jī)電壓u_s^*疊加，即u_s^*-u_{s_fdb}后經(jīng)過(guò)PI得到U_{PI_out}，d軸電流給定i_d^*為i_f-U_{PI_out}，i_f為上述弱磁電流。以i_d^*為d軸電流給定，i_{d_fdb}為反饋，經(jīng)過(guò)PI生成電壓環(huán)的d軸指令，以i_q^*為q軸電流給定，i_{q_fdb}為反饋，經(jīng)過(guò)PI生成電壓環(huán)的q軸指令，執(zhí)行SVPWM控制。

在超速嚴(yán)重時(shí)進(jìn)一步采用恒壓控制，保證電壓穩(wěn)定，進(jìn)一步確保了電機(jī)安全運(yùn)行。

本發(fā)明還提供了一種高速永磁發(fā)電機(jī)弱磁控制裝置，包括：

1)檢測(cè)發(fā)電機(jī)的電壓并進(jìn)行坐標(biāo)變換處理，生成電流、電壓d軸分量和電流、電壓q軸分量的模塊；

2)當(dāng)檢測(cè)到發(fā)電機(jī)電機(jī)超過(guò)額定值時(shí)，采用弱磁控制的模塊，弱磁電流公式為：ω_r為電機(jī)轉(zhuǎn)速，L_d為d軸電感，Ψ_f為永磁磁鏈；

3)以弱磁電流i_f為d軸電流給定i_d^*執(zhí)行閉環(huán)控制的模塊。

上述高速永磁發(fā)電機(jī)弱磁控制裝置實(shí)際為一種軟件程序，構(gòu)成它的模塊為實(shí)現(xiàn)上述方法步驟的進(jìn)程或程序；該軟件程序用于機(jī)側(cè)變流器的控制。

以上給出了本發(fā)明涉及的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施方式。在本發(fā)明給出的思路下，采用對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言容易想到的方式對(duì)上述實(shí)施例中的技術(shù)手段進(jìn)行變換、替換、修改，并且起到的作用與本發(fā)明中的相應(yīng)技術(shù)手段基本相同、實(shí)現(xiàn)的發(fā)明目的也基本相同，這樣形成的技術(shù)方案是對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行微調(diào)形成的，這種技術(shù)方案仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。