一种永磁同步风力发电系统的最大功率控制方法技术方案

一种永磁同步风力发电系统的最大功率控制方法，包括最大功率追踪控制、转子位置检测和网侧变换器控制三个部分。本发明专利技术提出的最大功率控制方法包括一种最大功率追踪方法和一种转子初始位置检测的方法，并采用矢量控制对永磁同步发电机进行控制。通过对控制方法的稳态和动态的验证，证实了所提出的初始位置检测方法和最大功率追踪方案的有效性，且整个系统及其最大功率控制方法具有良好的动静态性能。

Maximum power control method of permanent magnet synchronous wind power generation system

A maximum power control method for a permanent magnet synchronous wind power generation system includes three parts: maximum power tracking control, rotor position detection and network side converter control. The maximum power control method of the invention includes a maximum power tracking method and a rotor initial position detection method, and uses vector control to control the permanent magnet synchronous generator. Through the verification of the control method of static and dynamic, confirmed the effectiveness of the proposed tracking initial position detection method and the maximum power, and the maximum power system and its control method has good dynamic and static performance.

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步风力发电系统的最大功率控制方法
本专利技术涉及一种永磁同步风力发电系统，尤其涉及一种永磁同步风力发电系统的最大功率控制方法。
技术介绍
目前风力发电的成本已接近于火力发电的成本，且对环境几乎没有污染，因此风力发电受到广泛重视。变速恒频风力发电技术能够实现最大功率追踪，提高系统的效率，成为目前风力发电的主流。双馈风力发电系统和直驱式永磁同步风力发电系统是2种典型的变速恒频风力发电系统。后者因其省去了齿轮箱，采用全功率的变换器，具有效率高、对电网异常的适应力强等特点，逐渐成为研究热点。直驱式永磁同步风力发电机发出频率变化的交流电通过发电机侧变换器转换成直流电，再经网侧变换器转换成频率与电网一致的交流电送到电网。发电机侧的AC/DC变换器有2种类型：1）二极管不控整流器或附加Boost或Buck-Boost电路构成；2）由全控电力电子器件构成的脉宽调制(pulsewidthmodulation，PWM)变换器。前者具有成本低、无位置传感器及控制方法简单等优点，但由于无法直接控制发电机的电磁转矩和磁链，所以动态响应慢，输出最大功率受到限制，且由于不控整流使定子电流中谐波分量较大，电机的损耗和振动增大。后者可以有效控制发电机的转矩和磁链，更有效地进行最大功率追踪、优化发电机的运行性能，正得到越来越多的应用。网侧变换器一般采用三相电压型PWM变换器，其主要作用是将发电机侧变换器输出的电能高质量地输送到电网。
技术实现思路
为了克服初始位置检测和最大功率跟踪的难题，本专利技术提出一种永磁同步风力发电系统的最大功率控制方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：本专利技术通过对风力机特性的分析，提出一种基于最佳电磁转矩给定的最大功率追踪方案，采用矢量控制对永磁同步发电机进行控制，并提出转子初始位置检测的方法。一种永磁同步风力发电系统的最大功率控制方法包括最大功率追踪控制、转子位置检测和网侧变换器控制三个部分。所述最大功率追踪控制是根据系统的转速实时计算最佳转矩，控制系统采用电流闭环。所述转子位置检测是通过检测转子磁极的初始位置，确定光电编码器的零刻度与转子磁极初始角之间的角度差。所述网侧变换器控制是通过控制直流母线电压的稳定将电能送到电网上，还可根据电网的需要调节功率因数。本专利技术的有益效果是：本专利技术提出的最大功率追踪方案和一种转子初始位置检测的方法，采用矢量控制对永磁同步发电机进行控制。通过对控制方法的稳态和动态的验证，证实了所提出的初始位置检测方法和最大功率追踪方案的有效性，且整个系统及其最大功率控制方法具有良好的动静态性能。附图说明图1为转矩-转速关系图。图2为最大功率追踪控制图。具体实施方式请参阅图1，控制发电机的机械特性，使转矩与转速之间满足最佳转矩曲线关系，则系统会在风力机转矩特性与发电机机械特性(即最佳转矩曲线)的交点上达到平衡，图1中的A、B、C、D4点。这4个点分别是相应风速下的风力机输出最大功率点，此时风力机运行于最佳叶尖速比下，而且这4点都是稳定的平衡点。控制发电机从轴上吸收的机械转矩与转速符合最佳转矩曲线的关系。在电机控制中，无论控制转速还是控制功率，最终均是通过控制电磁转矩或表征电磁转矩的有功电流来实现的。通过转矩控制来实现最大功率追踪更为直接简便。将最佳转矩减去空载转矩，作为电磁转矩的指令。空载转矩，是铁耗、摩擦损耗及杂散损耗对应的转矩。转矩控制实现最大功率追踪的关键是如何快速准确地控制发电机的电磁转矩。对于永磁同步发电机来说，采用矢量控制可以实现对电磁转矩的有效控制。图2中，根据系统的转速实时计算最佳转矩，减去铁耗、摩擦损耗及杂散损耗引起的阻转矩，即得到最佳电磁转矩指令。若在发电机运行过程中，控制定子d轴电流为0，则电磁转矩与q轴电流成比例。对d、q轴电流进行闭环控制，即可实现最大功率追踪。控制系统只有电流闭环，非常简洁，控制参数的设计有成熟的工程设计方法，所以控制系统中最为关键的不是控制器的设计，而是转子位置角的检测。由于发电机与电动机有差别，即发电机在没有进行初始位置检测之前就转动起来，故电动机初始位置检测的方法对其不适用。因此，初始位置的确定只是中间目标，光电编码器的零刻度与转子磁极初始角之间的角度差才是最终目标，这个角度差还可以有另外一种描述，就是光电编码器的输出与转子实际位置之间的角度差。在光电编码器转至零刻度时检测发电机的空载端电压，可以得到转子位置的电角度。发电机侧变换器控制发电机捕获最大的风能，并将其送到直流母线上，从而引起直流母线电压的波动。网侧变换器通过控制直流母线电压的稳定将电能送到电网上，还可根据电网的需要调节功率因数。其运行性能直接决定了送向电网的电能质量，也决定了整个风力发电系统的运行性能。因此对网侧变换器采用电网电压定向的矢量控制。在d轴电网电压定向的同步旋转坐标系中，d、q轴电流分别为有功和无功电流。控制d轴电流的大小，可以控制流向电网的有功功率的大小，及时将发电机发出的能量输送到电网上，就可保证直流母线电压的稳定。控制q轴电流，可以控制系统流向电网的无功功率，通常控制q轴电流为0以获得单位功率因数。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁同步风力发电系统的最大功率控制方法，其特征在于：包括最大功率追踪控制、转子位置检测和网侧变换器控制三个部分。

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步风力发电系统的最大功率控制方法，其特征在于：包括最大功率追踪控制、转子位置检测和网侧变换器控制三个部分。2.如权利要求1所述的永磁同步风力发电系统的最大功率控制方法，其特征在于所述最大功率追踪控制是根据系统的转速实时计算最佳转矩，控制系统采用电流闭环。3.如权利要求1所述的永磁同步风力...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚秋丽，
申请(专利权)人：姚秋丽，
类型：发明
国别省市：辽宁,21