变桨电机的VF控制方法技术

本发明专利技术公开了一种变桨电机的VF控制方法，包括以下步骤：S1)根据叶片变桨载荷需求，确定变桨电机稳态等效电路及其参数；S2)依据电机稳态等效电路及其参数确定临界转差频率fm、起动转矩T0、最大转矩Tm、起动电流I；S3)对步骤S2中的临界转差频率fm、起动转矩T0、最大转矩Tm、起动电流I进行参数优化，根据临界转差频率fm、起动转矩T0、最大转矩Tm、起动电流I确定补偿电压；S4)以转差频率fs、补偿电压为参数组合，选取多种不同的参数组合进行转矩及温升测试。S5)通过温升测试确定最佳参数组合，以最佳参数组合来控制变桨电机。本发明专利技术的变桨电机的VF控制方法在满足变桨电机输出转矩的情况下，使变桨电机在持续工作的情况下不至于超温。

【技术实现步骤摘要】
变桨电机的VF控制方法
本专利技术所属风力发电设备
，尤其涉及一种变桨电机的VF控制方法。
技术介绍
随着传统能源的日益紧缺，新能源的开发与利用得到世界各国的广泛关注，越来越多的国家采取了鼓励新能源发展的政策和措施。风力发电作为新能源领域最重要的应用，其发展越来越迅速，伴随着大功率，更大风轮直径，长叶片，且有逐渐向近海方向发展的趋势。变桨系统作为风电机组最重要的系统，时刻影响着风电机组的安全。由于风速变化的不确定性，使变桨电机动作频繁，再加上轮毂封闭环境导致电机自然热耗散较慢，变桨电机长期处于一个较高的温度水平，有时会超过电机允许的常时工作温度，触发变桨电机超温故障且影响电机寿命。良好的、可靠的变桨控制方式是风电机组设计的最重要要求。现在大多数的机组均采用电气变桨方式，使用变桨驱动器驱动变桨电机的方式进行变桨。因此，保证变桨电机在频繁的变桨动作下不出现超温就显得尤为重要。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种变桨电机的VF控制方法，该变桨电机的VF控制方法保证了在满足变桨电机输出转矩的情况下，优化电机的温升，使变桨电机在持续工作的情况下不至于超温。本专利技术通过以下技术手段解决上述技术问题：本专利技术的一种变桨电机的VF控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1)根据叶片变桨载荷需求，确定变桨电机稳态等效电路及其参数；S2)依据电机稳态等效电路及其参数确定临界转差频率fm、起动转矩T0、最大转矩Tm、起动电流I；S3)对步骤S2中的临界转差频率fm、起动转矩T0、最大转矩Tm、起动电流I进行参数优化，根据临界转差频率fm、起动转矩T0、最大转矩Tm、起动电流I确定补偿电压；S4)以转差频率fs、补偿电压为参数组合，选取多种不同的参数组合进行转矩及温升测试。转差频率fs应低于临界转差频率，以保持电机运行过程中的稳定性，其特性见图5。S5)通过温升测试确定最佳参数组合，以最佳参数组合来控制变桨电机。进一步的，步骤S1中所述变桨电机稳态等效电路参数确定为：转差频率fs、转子电阻Rr、定子电阻Rs、定子漏电抗Xls、转子漏电抗Xlr。进一步的，步骤S2中所述确定临界转差频率fm、起动转矩T0、最大转矩Tm、起动电流I满足以下公式：a)临界转差频率：b)最大转矩：c)起动转矩：d)电机电流：上述公式中：为电机电压、为电机电流、Lls为归算到定子侧电感及其电感感抗值Xls、Llr为归算到转子侧电感及其感抗值Xlr。进一步的，步骤S3中对临界转差频率fm、起动转矩T0、最大转矩Tm、起动电流I进行参数优化的方法如下：首先根据电机的等效电路图确定各典型频率点的临界转差频率fm；再计算电机的最大转矩Tm及电机电流I，在保证转矩满足要求的情况下，尽量使电机电流更小以降低温升；其中：A)临界转差频率确定典型频率点，计算各典型频率点的临界转差频率fm；B)最大转矩选取预设补偿电压值，计算各补偿电压点的电机最大输出转矩；C)电机电流计算各补偿电压点的电机电流，确定补偿电压的设定值在电机和点击驱动器能够承受的范围内。进一步的，步骤S4中所述转矩测试的设定情况为：变桨电机以额定转速以及较低转速起停及持续单方向运转。进一步的，步骤S4中所述温升测试的设定情况为：变桨电机以额定转速以及较低转速，施加额定负载的负载，在设定的角度范围内往返持续运行，测试电机在持续运行过程中的温升情况。本专利技术的有益效果：本专利技术的变桨电机的VF控制方法在变桨电机上采用了V/F控制与转差控制相结合的方式，以叶片位置作为控制目标，选取合适的V/F控制曲线，结合不同工况下叶片转动的电气传动需求力矩，保证在满足变桨电机输出转矩的情况下，优化电机的温升，使变桨电机在持续工作的情况下不至于超温。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述。图1为本专利技术变桨电机的VF控制方法中确定的变频调速异步电动机的稳态等效电路结构示意图；图2为本专利技术变桨电机的VF控制方法中确定的V/f控制曲线图；图3为本专利技术变桨电机的VF控制方法中确定的低频补偿电压曲线图；图4为本专利技术变桨电机的VF控制方法中确定的异步电机的转速-转矩特性曲线图；图5为转差频率与电机转矩稳定性特性曲线图；图6为本专利技术变桨电机的VF控制方法中参数设置及优化流程图；图7为参数组合1的0度位置不变桨温度曲线图；图8为参数组合2的0度位置不变桨温度曲线图；图9为参数组合1的持续变桨过程温度曲线图；图10为参数组合2的持续变桨过程温度曲线图；图11为参数组合1的满发风速温度曲线图；图12为参数组合2的满发风速温度曲线图。具体实施方式以下将结合附图对本专利技术进行详细说明：本专利技术的一种变桨电机的VF控制方法，包括以下步骤：S1)根据叶片变桨载荷需求，确定变桨电机稳态等效电路及其参数；S2)依据电机稳态等效电路及其参数确定临界转差频率fm、起动转矩T0、最大转矩Tm、起动电流I；S3)对步骤S2中的临界转差频率fm、起动转矩T0、最大转矩Tm、起动电流I进行参数优化，根据临界转差频率fm、起动转矩T0、最大转矩Tm、起动电流I确定补偿电压；S4)以转差频率fs、补偿电压为参数组合，选取多种不同的参数组合进行转矩及温升测试。转差频率fs应低于临界转差频率，以保持电机运行过程中的稳定性，其特性见图5。S5)通过温升测试确定最佳参数组合，以最佳参数组合来控制变桨电机。更为具体地方法，如下所述：1、变桨电机控制方式及V/F参数分析由于风速变化的不确定性，变桨电机动作较为频繁，再加上由于轮毂的封闭环境导致电机的自然热耗散较慢。因此变桨电机长期处于一个较高的温度水平，特别是在变桨过程中，电机温度常达到100℃左右，有时温度会超过电机允许的常时工作温度，触发变桨电机超温故障且影响电机寿命。因此需要通过优化电机控制，达到降低变桨电机温度的目的。通常变桨角度的控制方式为位置控制，机组的主控系统根据机组所处的工况状态，以及功率速度控制曲线，决定叶片的变桨位置。变桨系统通过计算发送变桨电机的转速命令到驱动器，其实际发送的是一个频率信号。另，变桨电机通常采用稳定性较高的异步电机。因此可用V/F控制与转差频率控制相结合的方式控制变桨电机。在一般工程计算中，在忽略铁损耗、忽略饱和以及不考虑空间和时间谐波条件下，变频调速异步电动机的稳态等效电路如图1所示。1.1V/F控制转速频率信号从0Hz到额定频率，电压是线性增长的，达到额定频率时，电压同时也达到了最大(线性斜率可以通过参数修改)。这样保证了磁通量在达到额定频率之前是恒定的，同时可以保证力矩的恒定(如果电机能输出足够大的功率)。在高频范围内有较高的定子电压，因此定子的阻抗电压降相对的可以忽略，气隙磁通基本不变。但在低频范围内，虽然定子的漏电抗正比于频率fs而降低，但定子电阻却基本不发生变化。这部分的电阻压降由于端电压的降低就显得非常显著，使气隙磁通迅速减少，转矩急速下降，造成变桨电机的输出转矩不足，因此应考虑予以补偿。通常控制曲线如图2和3所示。因此，电机的实际V/F控制曲线为一个叠加曲线。因此在按异步电机等效电路计算转矩及电流时应予以注意。1.2转差频率控制根据电机原理可知，异步电动机的特性如图4所示。在同步转速时，转差率为0，转矩为0；当转差率很小时，转矩随着速度的减小以近乎直线的曲线上升到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变桨电机的VF控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1)根据叶片变桨载荷需求，确定变桨电机稳态等效电路及其参数；S2)依据电机稳态等效电路及其参数确定临界转差频率fm、起动转矩T0、最大转矩Tm、起动电流I；S3)对步骤S2中的临界转差频率fm、起动转矩T0、最大转矩Tm、起动电流I进行参数优化，根据临界转差频率fm、起动转矩T0、最大转矩Tm、起动电流I确定补偿电压；S4)以转差频率fs、补偿电压为参数组合，选取多种不同的参数组合进行转矩及温升测试，转差频率fs应低于临界转差频率，以保持电机运行过程中的稳定性。S5)通过温升测试确定最佳参数组合，以最佳参数组合来控制变桨电机。

【技术特征摘要】
1.一种变桨电机的VF控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1)根据叶片变桨载荷需求，确定变桨电机稳态等效电路及其参数；S2)依据电机稳态等效电路及其参数确定临界转差频率fm、起动转矩T0、最大转矩Tm、起动电流I；S3)对步骤S2中的临界转差频率fm、起动转矩T0、最大转矩Tm、起动电流I进行参数优化，根据临界转差频率fm、起动转矩T0、最大转矩Tm、起动电流I确定补偿电压；S4)以转差频率fs、补偿电压为参数组合，选取多种不同的参数组合进行转矩及温升测试，转差频率fs应低于临界转差频率，以保持电机运行过程中的稳定性。S5)通过温升测试确定最佳参数组合，以最佳参数组合来控制变桨电机。2.根据权利要求1所述的变桨电机的VF控制方法，其特征在于：步骤S1中所述变桨电机稳态等效电路参数确定为：转差频率fs、转子电阻Rr、定子电阻Rs、定子漏电抗Xls、转子漏电抗Xlr。3.根据权利要求2所述的变桨电机的VF控制方法，其特征在于：步骤S2中所述确定临界转差频率fm、起动转矩T0、最大转矩Tm、起动电流I满足以下公式：a)临界转差频率：b)最大转矩：c)起动转矩：d)电机电流：上述公式中：为电机电压、...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘亚林，张朝远，罗元宏，毛继光，王清飞，张帆，文茂诗，唐伟，王灿，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团海装风电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50