一种双馈电机预测功率控制方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种双馈电机预测功率控制方法和装置，包括：利用传统有功功率的表达式和扩展无功功率的表达式结合双馈电机数学模型生成传统有功功率微分表达式和扩展无功功率微分表达式；利用一阶欧拉离散方法，将得到的所述微分表达式离散化，由当前时刻功率值计算下一时刻功率值；利用无差拍预测功率控制的方法，根据得到的所述下一时刻功率值计算目标转子电压矢量参考值；利用空间矢量脉宽调制技术SVPWM，得到所述目标转子电压矢量参考值所需要的三个电压矢量及其作用时间，最终得到驱动逆变器开关管的驱动信号。

A Predictive Power Control Method and Device for Doubly-fed Machines

The invention discloses a predictive power control method and device for doubly-fed machine, which includes: generating traditional active power differential expression and extended reactive power differential expression by using traditional active power expression and extended reactive power expression combined with doubly-fed machine mathematical model; using first-order Euler discretization method, the obtained differential expression is discretized from the current time. The instantaneous power value is used to calculate the power value of the next moment; the reference value of the target rotor voltage vector is calculated according to the power value of the next moment obtained by the deadbeat predictive power control method; and the three voltage vectors and their operating time required for the reference value of the target rotor voltage vector are obtained by using space vector pulse width modulation (SVPWM) technology, and finally the switching tube of the driving inverter is obtained. The driving signal of the system.

【技术实现步骤摘要】
一种双馈电机预测功率控制方法和装置
本专利技术涉及双馈电机风力发电领域，特别是指一种双馈电机预测功率控制方法和装置。
技术介绍
传统的双馈电机控制通常建立在理想电网基础上，当发生不平衡故障时，电网会产生负序分量，导致定子电压、定子电流以及转子电流中出现负序分量，电磁转矩出现较大的脉动，输送向电网的功率发生震荡。因此需要研究不平衡电网下双馈电机的高性能控制策略来实现定转子绕组中负序电流的消除或者抑制有功功率和无功功率的二倍频波动。目前，有许多文献涉及不平衡电网下的双馈电机控制策略，如《IEEETransactionsonPowerElectronics》2010年第25卷第2期的文献《DirectPowerControlofDoubly-Fed-Induction-Generator-BasedWindTurbinesUnderUnbalancedGridvoltage》提出一种不平衡电网下双馈电机的直接功率控制(DPC)方法，通过推导得出各种控制目标下的功率补偿值，将其直接与原有功率参考值进行叠加，实现了消除转矩脉动和维持定子电流正弦的控制目标，但是这种方法的稳态性能受限于开关矢量表和滞环比较器，功率波动和电流畸变都很大。现有文献中大多数方法是基于传统功率理论解决问题的，但是采用传统功率定义的控制方法在实现控制目标时增加了系统的复杂度，不利于实施和应用。《IEEETransactionsonPowerDelivery》2006年第21卷第3期的文献《ModelingandAnalysisofInstantaneousActiveandReactivePowerforPWMAC/DCConverterUnderGeneralizedUnbalancedNetwork》中提出了扩展的瞬时无功功率理论，这种扩展无功功率具体表示为电流与电压延迟信号的点积，相比传统无功功率定义更加适用于不平衡电网下的功率控制。但目前尚缺少这种新型功率定义在双馈电机预测控制领域中的应用，以简化双馈电机在不平衡电网下的控制策略，以提升其稳态性能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种简化控制系统结构的双馈电机预测功率控制方法和装置，提升控制的稳态性能。基于上述目的，本专利技术提供的双馈电机预测功率控制方法，包括：对传统有功功率的表达式和扩展无功功率的表达式利用双馈电机数学模型生成传统有功功率微分表达式和扩展无功功率微分表达式；利用一阶欧拉离散方法，将得到的所述微分表达式离散化，由当前时刻功率值计算下一时刻功率值；利用无差拍预测功率控制的方法，根据得到的所述下一时刻功率值计算目标转子电压矢量参考值；利用空间矢量脉宽调制技术SVPWM，得到所述目标转子电压矢量参考值所需要的三个电压矢量及其作用时间，最终得到驱动逆变器开关管的驱动信号。进一步的，所述对传统有功功率的表达式和扩展无功功率的表达式利用双馈电机数学模型生成传统有功功率微分表达式和扩展无功功率微分表达式，步骤包括：设定子电压为us，定子电流为is；设传统有功功率表示为Ps，扩展无功功率表示为根据双馈电机数学模型，定义传统有功功率表达式为扩展无功功率表达式为其中u′s为延时1/4T后的定子电压，“*”表示该变量的共轭值；结合双馈电机方程，生成所述传统有功功率微分表达式为和扩展无功功率微分表达式为其中，Lm，Ls，Lr分别为互感、定子自感和转子自感，Rs，Rr为定子电阻和转子电阻，ur为转子侧电压，ir为转子电流值，ωs,ωr,ωsl,为当前时刻的双馈电机同步速、转速和转差速，ψs为定子磁链值，r、s、m分别表示转子侧变量、定子侧变量和互感变量。进一步的，所述利用一阶欧拉离散方法，将得到的所述微分表达式离散化，由当前时刻功率值计算下一时刻功率值步骤包括：利用一阶欧拉离散方法将得到的所述传统有功功率微分表达式和扩展无功功率微分表达式离散化，得到离散方法的表达式和其中上标“k”为变量在当前时刻的值，上标“k+1”为变量在下一时刻的值，Ts为系统控制周期；通过公式：利用得到的所述传统有功功率微分表达式、扩展无功功率微分表达式和k时刻计算得到的功率值，计算k+1时刻的功率值。进一步的，所述利用无差拍预测功率控制的方法，根据得到的所述下一时刻功率值计算目标转子电压矢量参考值步骤包括：设传统有功功率参考值表示为扩展无功功率参考值表示为目标转子电压矢量参考值表示为通过公式：将下一时刻的功率值定义为功率参考值；根据得到的所述离散方法表达式，利用功率无差拍预测控制的方法，通过公式：计算转子侧参考电压矢量，其中，下标“dq”表示转子坐标系中的dq轴，下标“sd”表示定子侧变量在转子坐标系d轴上的值，下标“sq”表示定子侧变量在转子坐标系q轴上的值，下标“rd”表示转子侧变量在转子坐标系d轴上的值，下标“rq”表示转子侧变量在转子坐标系q轴上的值；通过公式：计算目标转子电压矢量参考值。进一步的，利用空间矢量脉宽调制技术SVPWM合成得到的所述目标转子电压矢量参考值的三个电压矢量v0,v1,v2及其作用时间t0,t1,t2，最终得到驱动逆变器开关管的驱动信号。另一方面，本专利技术还提供一种双馈电机预测功率控制装置，包括：双向直流源、双馈电机、可回收式电网模拟器、电压电流采样电路、DSP控制器和驱动电路；其中，电压电流采样电路利用电压霍尔传感器和电流霍尔传感器分别采集直流母线电压、双馈电机定子侧两相电压、双馈电机定子侧两相电流和转子侧两相电流，采样信号经过信号调理电路后进入DSP控制器转换为数字信号；DSP控制器完成所述的双馈电机柔性功率控制方法，输出六路开关脉冲，然后经过驱动电路后得到逆变器的六个开关管的驱动信号。从上面所述可以看出，本专利技术提供的双馈电机预测功率控制方法和装置，通过采用扩展无功功率定义的控制方法，无需计算额外的功率补偿值即可实现消除有功功率和扩展无功功率二倍频波动，并实现定子电流正弦不畸变，简化了控制系统结构，显著提升控制的稳态性能；在平衡电网下，本专利技术采用的扩展无功功率和传统有功功率效果相同，本专利技术提出的双馈电机预测功率控制方法完全适用于平衡电网下的控制；通过采用空间矢量脉宽调制技术，进一步提升控制的稳态性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术提供的双馈电机预测功率控制方法实施例流程图；图2为基于本专利技术提供的双馈电机预测功率控制方法的原理框图；图3为本专利技术提供的双馈电机预测功率控制装置硬件结构示意图；图4为不平衡电网下基于扩展无功功率的双馈电机预测功率控制一个实施例的稳态仿真波形；图5为不平衡电网下基于扩展无功功率的双馈电机预测功率控制一个实施例的稳态实验波形；图6为图5中所示的稳态实验波形中定子一相电流的THD。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。如图1所示，为本专利技术提供的双馈电机预测功率控制方法实施例流程图，包括：步骤101，对传统有功功率的表达式和扩展无功功本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双馈电机预测功率控制方法，其特征在于包括：利用传统有功功率的表达式和扩展无功功率的表达式结合双馈电机数学模型生成传统有功功率微分表达式和扩展无功功率微分表达式；利用一阶欧拉离散方法，将得到的所述微分表达式离散化，由当前时刻功率值计算下一时刻功率值；利用无差拍预测功率控制的方法，根据得到的所述下一时刻功率值计算目标转子电压矢量参考值；利用空间矢量脉宽调制技术SVPWM，得到所述目标转子电压矢量参考值所需要的三个电压矢量及其作用时间，最终得到驱动逆变器开关管的驱动信号。

【技术特征摘要】
1.一种双馈电机预测功率控制方法，其特征在于包括：利用传统有功功率的表达式和扩展无功功率的表达式结合双馈电机数学模型生成传统有功功率微分表达式和扩展无功功率微分表达式；利用一阶欧拉离散方法，将得到的所述微分表达式离散化，由当前时刻功率值计算下一时刻功率值；利用无差拍预测功率控制的方法，根据得到的所述下一时刻功率值计算目标转子电压矢量参考值；利用空间矢量脉宽调制技术SVPWM，得到所述目标转子电压矢量参考值所需要的三个电压矢量及其作用时间，最终得到驱动逆变器开关管的驱动信号。2.根据权利要求1所述的一种双馈电机预测功率控制方法，其特征在于，所述对传统有功功率的表达式和扩展无功功率的表达式利用双馈电机数学模型生成传统有功功率微分表达式和扩展无功功率微分表达式，步骤包括：设定子电压为us，定子电流为is；设传统有功功率表示为Ps，扩展无功功率表示为根据双馈电机数学模型，定义传统有功功率表达式为扩展无功功率表达式为其中u′s为延时1/4T后的定子电压，“*”表示该变量的共轭值；结合双馈电机方程，生成所述传统有功功率微分表达式为和所述扩展无功功率微分表达式为其中，Lm，Ls，Lr分别为互感、定子自感和转子自感，Rs，Rr为定子电阻和转子电阻，ur为转子侧电压，ir为转子电流值；ωs,ωr,ωsl,分别为当前时刻的双馈电机同步速、转速和转差速，ψs为定子磁链值，r、s、m分别表示转子侧变量，定子侧变量和互感变量。3.根据权利要求2所述的一种双馈电机预测功率控制方法，其特征在于所述利用一阶欧拉离散方法，将得到的所述微分表达式离散化，由当前时刻功率值计算下一时刻功率值步骤包括：利用一阶欧拉离散方法将得到的所述传统有功功率微分表达式和...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永昌，焦健，徐东林，
申请(专利权)人：北方工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11