專利名稱：：雙饋風(fēng)電變流器控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電變流控制
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種雙饋型風(fēng)電變換器的控制方法。
背景技術(shù)：
：隨著常規(guī)能源的不斷枯竭以及環(huán)境嚴(yán)重的污染，作為可再生、無污染的風(fēng)能，已經(jīng)備受關(guān)注。風(fēng)電變流器是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的核心部件，其性能的好壞直接關(guān)乎到能否高效、穩(wěn)定、安全的利用風(fēng)能。風(fēng)電變流器的控制策略是其性能的關(guān)鍵。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明根據(jù)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作特點，提出了一種能夠?qū)崿F(xiàn)對雙饋風(fēng)電變流器的并網(wǎng)發(fā)電控制的方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明專利的技術(shù)方案如下1)建立雙饋電機(jī)數(shù)學(xué)模型采用電網(wǎng)電壓定向矢量控制方法，定子采用發(fā)電機(jī)慣例，轉(zhuǎn)子采用電動機(jī)慣例，雙饋異步電機(jī)在同步坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型為Γ\usd=Dyzsd―①伙叫一RJsd彳(1)<{(2)[urq=Dyzrq+C^yzrd+RrIrqr，\ψsd=一LJad+Lmird<(3)(4){Ψ,-q一Lrlrq_LmlsqTem=1.5pLm(isqird-isdirq)(5)usd、us(1、isd、is(1、￥sd,ΨS(1分別是定子電壓、電流和磁鏈的d、q軸分量；urf、i^、irf、irq>￥rd>￥分別是轉(zhuǎn)子電壓、電流、磁鏈的d、q軸分量；Lm為互感，其中Lm=1.5L12=1.5L21;Ls為定子自感，其中Ls=Ln+Lm;Lr為轉(zhuǎn)子自感，其中k=L21+Lm；ω”ω2分別為同步角速度和轉(zhuǎn)差角速度；微分算子用D表示，雙饋電機(jī)采用電網(wǎng)電壓定向矢量控制時，由于功率變換器在轉(zhuǎn)子一側(cè)，需要把轉(zhuǎn)子電流通過矢量坐標(biāo)變換到同步坐標(biāo)系中，因此，需要知道轉(zhuǎn)子對于定子A相繞組的空間位置角；雙饋電機(jī)并網(wǎng)條件是定子電壓和電網(wǎng)電壓的幅值、頻率及相位相等，這樣才可以實現(xiàn)無沖擊并網(wǎng)，這里將雙饋變流器并網(wǎng)控制分為三個階段1、電網(wǎng)電壓鑒相階段；2、定子電壓建立階段；3、雙饋電機(jī)的并網(wǎng)階段；其中2、1)電網(wǎng)電壓鑒相階段采用軟件三相鎖相環(huán)的方法，鎖相環(huán)一般由鑒相器、環(huán)路濾波器和振蕩器構(gòu)成，首先通過坐標(biāo)變換將三相電壓轉(zhuǎn)換到d_q坐標(biāo)系下，為使d軸分量與電壓矢量完全同相，設(shè)定q軸電壓參考值vq_ref=0，將q軸電壓偏差值vq_err作為鑒相器輸出的角度偏差；經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器輸出得到頻率，再經(jīng)過一個積分環(huán)節(jié)得到角度值。當(dāng)電網(wǎng)電壓中只存在正序基波分量時，其d_q坐標(biāo)系下穩(wěn)態(tài)值為直流量，通過控制q軸分量為零，可以實現(xiàn)相位頻率鎖定，當(dāng)電網(wǎng)電壓q軸分量恒定為零時，鎖相環(huán)已經(jīng)準(zhǔn)確鎖定了電網(wǎng)電壓相位，由于鎖相環(huán)內(nèi)部采用了閉環(huán)結(jié)構(gòu)，可以有效抑制電網(wǎng)輕微擾動對相位檢測帶來的干擾；因此，這種方法也適用于電網(wǎng)電壓質(zhì)量稍差的情況。2、2)、定子電壓建立階段在定子電壓的建立階段，雙饋電機(jī)定子空載運(yùn)行，勵磁電流全部由轉(zhuǎn)子電流提供，通過控制雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子電流進(jìn)而間接控制定子電壓，使其滿足并網(wǎng)條件，將式(3)代入式(1)，考慮定子電流為零，整理得權(quán)利要求雙饋風(fēng)電變流器控制方法，其特征在于采用電網(wǎng)電壓定向矢量控制方法，(1)建立雙饋電機(jī)數(shù)學(xué)模型定子采用發(fā)電機(jī)慣例，轉(zhuǎn)子采用電動機(jī)慣例，雙饋異步電機(jī)在同步坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型為<mrow><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><msub><mi>u</mi><mi>sd</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>Dψ</mi><mi>sd</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>ω</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>ψ</mi><mi>sq</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>R</mi><mi>s</mi></msub><msub><mi>i</mi><mi>sd</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>u</mi><mi>sq</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>Dψ</mi><mi>sq</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>ω</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>ψ</mi><mi>sd</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>R</mi><mi>s</mi></msub><msub><mi>i</mi><mi>sq</mi></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><msub><mi>u</mi><mi>rd</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>Dψ</mi><mi>rd</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>ω</mi><mn>2</mn></msub><msub><mi>ψ</mi><mi>rq</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>R</mi><mi>r</mi></msub><msub><mi>i</mi><mi>rd</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>u</mi><mi>rq</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>Dψ</mi><mi>rq</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>ω</mi><mn>2</mn></msub><msub><mi>ψ</mi><mi>rd</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>R</mi><mi>r</mi></msub><msub><mi>i</mi><mi>rq</mi></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><msub><mi>ψ</mi><mi>sd</mi></msub><mo>=</mo><mo>-</mo><msub><mi>L</mi><mi>s</mi></msub><msub><mi>i</mi><mi>sd</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>L</mi><mi>m</mi></msub><msub><mi>i</mi><mi>rd</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>ψ</mi><mi>sq</mi></msub><mo>=</mo><mo>-</mo><msub><mi>L</mi><mi>s</mi></msub><msub><mi>i</mi><mi>sq</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>L</mi><mi>m</mi></msub><msub><mi>i</mi><mi>rq</mi></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><msub><mi>ψ</mi><mi>rd</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>L</mi><mi>r</mi></msub><msub><mi>i</mi><mi>rd</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>L</mi><mi>m</mi></msub><msub><mi>i</mi><mi>sd</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>ψ</mi><mi>rq</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>L</mi><mi>r</mi></msub><msub><mi>i</mi><mi>rq</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>L</mi><mi>m</mi></msub><msub><mi>i</mi><mi>sq</mi></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>Tem＝1.5pLm(isqirdisdirq)(5)usd、usq、isd、isq、ψsd、ψsq分別是定子電壓、電流和磁鏈的d、q軸分量；urd、urq、ird、irq、ψrd、ψrq分別是轉(zhuǎn)子電壓、電流、磁鏈的d、q軸分量；Lm為互感，其中Lm＝1.5L12＝1.5L21；Ls為定子自感，其中Ls＝L1l+Lm；Lr為轉(zhuǎn)子自感，其中Lr＝L2l+Lm；ω1、ω2分別為同步角速度和轉(zhuǎn)差角速度；微分算子用D表示，雙饋電機(jī)采用電網(wǎng)電壓定向矢量控制時，由于功率變換器在轉(zhuǎn)子一側(cè)，需要把轉(zhuǎn)子電流通過矢量坐標(biāo)變換到同步坐標(biāo)系中，因此，需要知道轉(zhuǎn)子對于定子A相繞組的空間位置角；(2)雙饋變流器并網(wǎng)控制雙饋電機(jī)并網(wǎng)條件是定子電壓和電網(wǎng)電壓的幅值、頻率及相位相等，這樣才可以實現(xiàn)無沖擊并網(wǎng)，這里將雙饋變流器并網(wǎng)控制分為三個階段電網(wǎng)電壓鑒相階段；定子電壓建立階段；雙饋電機(jī)的并網(wǎng)階段；其中(2.1)電網(wǎng)電壓鑒相階段采用軟件三相鎖相環(huán)的方法，鎖相環(huán)一般由鑒相器、環(huán)路濾波器和振蕩器構(gòu)成，首先通過坐標(biāo)變換將三相電壓轉(zhuǎn)換到dq坐標(biāo)系下，為使d軸分量與電壓矢量完全同相，設(shè)定q軸電壓參考值vq_ref＝0，將q軸電壓偏差值vq_err作為鑒相器輸出的角度偏差；經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器輸出得到頻率，再經(jīng)過一個積分環(huán)節(jié)得到角度值，當(dāng)電網(wǎng)電壓中只存在正序基波分量時，其dq坐標(biāo)系下穩(wěn)態(tài)值為直流量，通過控制q軸分量為零，可以實現(xiàn)相位頻率鎖定，當(dāng)電網(wǎng)電壓q軸分量恒定為零時，鎖相環(huán)已經(jīng)準(zhǔn)確鎖定了電網(wǎng)電壓相位，由于鎖相環(huán)內(nèi)部采用了閉環(huán)結(jié)構(gòu)，可以有效抑制電網(wǎng)輕微擾動對相位檢測帶來的干擾；因此，這種方法也適用于電網(wǎng)電壓質(zhì)量稍差的情況；(2.2)定子電壓建立階段在定子電壓的建立階段，雙饋電機(jī)定子空載運(yùn)行，勵磁電流全部由轉(zhuǎn)子電流提供，通過控制雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子電流進(jìn)而間接控制定子電壓，使其滿足并網(wǎng)條件，將式(3)代入式(1)，考慮定子電流為零，整理得<mrow><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><msub><mi>i</mi><mi>rd</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><msub><mi>ω</mi><mn>1</mn></msub></mfrac><msub><mi>Di</mi><mi>rq</mi></msub><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>ω</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>L</mi><mi>m</mi></msub></mrow></mfrac><msub><mi>u</mi><mi>sq</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>i</mi><mi>rq</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><msub><mi>ω</mi><mn>1</mn></msub></mfrac><msub><mi>Di</mi><mi>rd</mi></msub><mo>-</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>ω</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>L</mi><mi>m</mi></msub></mrow></mfrac><msub><mi>u</mi><mi>sd</mi></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>6</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>選擇電壓環(huán)控制器<mrow><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><msub><mi>i</mi><mi>rdref</mi></msub><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><msub><mi>K</mi><mi>up</mi></msub><mo>+</mo><mfrac><msub><mi>K</mi><mi>uI</mi></msub><mi>s</mi></mfrac><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><msub><mi>u</mi><mi>sqref</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>u</mi><mi>sq</mi></msub><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>i</mi><mi>rqref</mi></msub><mo>=</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><msub><mi>K</mi><mi>up</mi></msub><mo>+</mo><mfrac><msub><mi>K</mi><mi>uI</mi></msub><mi>s</mi></mfrac><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><msub><mi>u</mi><mi>sdref</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>u</mi><mi>sd</mi></msub><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>7</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>這里定子電壓的參考固定值usdref＝U，U為電網(wǎng)電壓幅值，usqref＝0，當(dāng)定子電壓建立且滿足并網(wǎng)條件時，通過控制并網(wǎng)接觸器閉合實現(xiàn)雙饋電機(jī)并網(wǎng)；(2.3)雙饋電機(jī)的并網(wǎng)階段成功實現(xiàn)并網(wǎng)后，雙饋電機(jī)的定子電壓由電網(wǎng)電壓決定，為定值，在這一階段雙饋電機(jī)的控制方法由定子電壓閉環(huán)控制切換為定子側(cè)功率閉環(huán)控制，并網(wǎng)運(yùn)行過程中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制器根據(jù)實際風(fēng)速和電網(wǎng)要求動態(tài)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出有功和無功功率，雙饋電機(jī)定子側(cè)功率在同步坐標(biāo)系下的表達(dá)式為<mrow><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><msub><mi>P</mi><mi>s</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>3</mn><mn>2</mn></mfrac><msub><mi>U</mi><mi>s</mi></msub><msub><mi>i</mi><mi>sd</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>Q</mi><mi>s</mi></msub><mo>=</mo><mo>-</mo><mfrac><mn>3</mn><mn>2</mn></mfrac><msub><mi>U</mi><mi>s</mi></msub><msub><mi>i</mi><mi>sq</mi></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>8</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>將式(3)代入式(8)，忽略定子電阻上的壓降，可以導(dǎo)出轉(zhuǎn)子電流的關(guān)系式為<mrow><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><msub><mi>i</mi><mi>rd</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><msub><mi>L</mi><mi>s</mi></msub><msub><mi>L</mi><mi>m</mi></msub></mfrac><mfrac><msub><mrow><mn>2</mn><mi>P</mi></mrow><mi>s</mi></msub><msub><mrow><mn>3</mn><mi>U</mi></mrow><mi>s</mi></msub></mfrac></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>i</mi><mi>rq</mi></msub><mo>=</mo><mo>-</mo><mfrac><msub><mi>L</mi><mi>s</mi></msub><msub><mi>L</mi><mi>m</mi></msub></mfrac><mfrac><msub><mrow><mn>2</mn><mi>Q</mi></mrow><mi>s</mi></msub><msub><mrow><mn>3</mn><mi>U</mi></mrow><mi>s</mi></msub></mfrac><mo>-</mo><mfrac><msub><mi>U</mi><mi>s</mi></msub><mrow><msub><mi>ω</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>L</mi><mi>m</mi></msub></mrow></mfrac></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>9</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>所以定子側(cè)的有功和無功功率是互相解耦的，功率控制器為<mrow><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><msub><mi>i</mi><mi>rdref</mi></msub><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><msub><mi>K</mi><mi>pp</mi></msub><mo>+</mo><mfrac><msub><mi>K</mi><mi>pI</mi></msub><mi>s</mi></mfrac><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><msub><mi>P</mi><mi>sref</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>P</mi><mi>a</mi></msub><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>i</mi><mi>rqref</mi></msub><mo>=</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><msub><mi>K</mi><mi>pp</mi></msub><mo>+</mo><mfrac><msub><mi>K</mi><mi>pI</mi></msub><mi>s</mi></mfrac><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><msub><mi>Q</mi><mi>sref</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>Q</mi><mi>s</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mfrac><msub><mi>U</mi><mi>s</mi></msub><mrow><msub><mi>ω</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>L</mi><mi>m</mi></msub></mrow></mfrac></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>10</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>定子電壓建立階段向功率控制階段轉(zhuǎn)換時，由于無功功率控制器式(10)中，由于Us/ω1Lm項的存在，可以保持轉(zhuǎn)子電流參考值的連續(xù)性，避免沖擊。全文摘要雙饋風(fēng)電變流器控制方法，本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電變流控制
技術(shù)領(lǐng)域：
，采用電網(wǎng)電壓定向矢量控制方法，主要分為以下幾個控制階段1、建立雙饋電機(jī)數(shù)學(xué)模型；2、雙饋變流器并網(wǎng)控制；雙饋變流器并網(wǎng)控制還分為三個階段電網(wǎng)電壓鑒相階段；定子電壓建立階段；雙饋電機(jī)的并網(wǎng)階段；這種控制方法可以實現(xiàn)雙饋風(fēng)力發(fā)電變流器的平滑并網(wǎng)、并網(wǎng)時無沖擊、穩(wěn)定的運(yùn)行，本發(fā)明還具有控制方法先進(jìn)、成熟的優(yōu)點，并且采用電網(wǎng)電壓定向矢量控制方法可以做到定向準(zhǔn)確，且不受電機(jī)參數(shù)的影響。文檔編號H02J3/38GK101950975SQ201010262910公開日2011年1月19日申請日期2010年8月26日優(yōu)先權(quán)日2010年8月26日發(fā)明者何秀成,周維來,孫業(yè)福,孫敬華,裴景斌申請人:哈爾濱九洲電氣股份有限公司