一种直驱永磁发电机弱磁控制方法技术

本发明专利技术涉及电力系统三相变流器的控制技术领域，特别是涉及一种直驱永磁发电机弱磁控制方法，包括机侧转子磁链定向步骤及无功电流给定值计算；所述无功电流给定值计算具体包括以下步骤：将通过机侧转子磁链定向步骤得到的两相旋转坐标系下d、q轴转子磁链定向，并锁相得出频率；计算阻抗及相关中间值；根据旋转坐标系下永磁同步电机稳态弱磁控制方程，计算出无功功率转化的转矩的上下限值，并得出无功电流给定值。通过本方法，能有效解决现有同步电机弱磁控制方法比较复杂的问题。机弱磁控制方法比较复杂的问题。机弱磁控制方法比较复杂的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种直驱永磁发电机弱磁控制方法


[0001]本专利技术涉及电力系统三相变流器的控制
，特别是涉及一种直驱永磁发电机弱磁控制方法。

技术介绍

[0002]永磁同步发电机/电动机由于具有高功率密度、高可靠性和高效率等特点，在风力发电、电动汽车等要求较高的场合得到了广泛的应用。永磁同步电机在高速运行时定子电压会随着转速升高，必须采用弱磁控制技术来降低定子电压，以保护电力电子器件，对永磁同步电机采取弱磁控制来拓宽转速运行范围十分重要。永磁同步电机弱磁控制的思想来自于对他励直流电机的调磁控制，对永磁同步电机弱磁控制的研究始于20世纪80年代中期。并于90年代初形成了完善的弱磁理论。
[0003]目前采用的同步电机弱磁控制方法主要有两种：一种是基于磁场定向(field
‑
oriented control，FOC)，另一种是最大转矩电流比(maximum torque per ampere，MTPA)控制。MTPA控制主要用于低转速运行时提高电机效率，而FOC控制主要在于设计d轴、q轴电流调节器。常见的弱磁控制策略有公式计算法、查表法、梯度下降法、负id补偿法、单电流调节法、电流角度法等。公式计算法的精度依赖于电机数学模型的精度，实际中要想建立一个准确的模型很难，故很少在实际工程中应用。查表法通过大量的实验数据并制成表格，减少了电机控制芯片的实时计算量，实现起来较为复杂。梯度下降法计算量大，实现较复杂。负id补偿法实现简单，但不能实现在弱磁区域III的弱磁。电流角度法不能实现在弱磁区域III的弱磁。单电流调节法以电压为调节对象，实现了深度弱磁，具有一定发展前景，同时也存在一定缺点，有待改进。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种直驱永磁发电机弱磁控制方法，能有效解决现有同步电机弱磁控制方法比较复杂的问题。
[0005]本专利技术是通过采用下述技术方案实现的：
[0006]一种直驱永磁发电机弱磁控制方法，其特征在于：包括机侧转子磁链定向步骤及无功电流给定值计算；所述无功电流给定值计算具体包括以下步骤：
[0007]S
21
.将通过机侧转子磁链定向步骤得到的两相旋转坐标系下d、q轴转子磁链定向，并锁相得出频率；
[0008]S
22
.计算阻抗及相关中间值；
[0009]S
23
.根据旋转坐标系下永磁同步电机稳态弱磁控制方程，计算出无功功率转化的转矩的上下限值，并得出无功电流给定值。
[0010]所述机侧转子磁链定向步骤具体包括以下步骤：
[0011]S
11
.将定子的三相线电压和电流分别转化为两相静止坐标系下的电压瞬时值和电流瞬时值；
[0012]S
12
.由两相静止坐标系下的电压瞬时值和电流瞬时值，经永磁同步发电机两相静止坐标系下数学模型预估出两相静止坐标系下α、β轴转子磁链；
[0013]S
13
.对两相静止坐标系下转子磁链进行坐标旋转变换将α、β轴转子磁链变换为两相旋转坐标系下d、q轴转子磁链。
[0014]所述步骤S
11
具体指：将定子的三相线电压v
ab
(t)、v
bc
(t)、v
ca
(t)转化为两相静止坐标系下的电压瞬时值u
α
、u
β
，将定子的三相电流i
a
(t)、i
b
(t)、i
c
(t)转化为两相静止坐标系下的电流瞬时值i
α
、i
β
；其中，
[0015][0016][0017]所述步骤S
12
中两相静止坐标系下α、β轴转子磁链为：
[0018][0019]其中，ψ
α
、ψ
β
为两相静止坐标系下α、β轴转子磁链，R
s
为定子电阻，L
d
、L
q
为定子电感，u
α
、u
β
分别为两相静止坐标系下的电压瞬时值，i
α
、i
β
分别为两相静止坐标系下的电流瞬时值。
[0020]所述步骤S
13
中两相旋转坐标系下d、q轴转子磁链为：
[0021][0022]其中，ψ
d
、ψ
q
为两相旋转坐标系下d、q轴转子磁链，θ为转子电角度；ψ
α
、ψ
β
为两相静止坐标系下α、β轴转子磁链。
[0023]所述相关中间值包括转子电角速度ω和反电动势U
f
；其中，
[0024]ω＝2*π*f
[0025]U
f
＝ωψ
f
[0026]其中，f为频率，ψ
f
为永磁体磁链。
[0027]所述步骤S
23
中无功功率转化的转矩的上下限值为：
[0028][0029][0030]其中，为无功功率转化的转矩；为逆变器最大允许交流输出电压有效值，U
d
、U
q
为两相旋转坐标系下定子电压的d、q轴分量；P＝ωψ
f
I
d
为有功功率，ψ
f
为永磁体磁链，I
d
为两相旋转坐标系下定子电流的d轴分量；ωL
d
为阻抗；ω为转子电角速度；ψ
d
、ψ
q
为两相旋转坐标系下d、q轴转子磁链；R
s
为定子电阻。
[0031]所述步骤S
23
中，无功电流给定值具体为：
[0032][0033]其中，I_ref为无功电流给定值，T
q
为有功转矩给定，为无功功率转化的转矩；ψ
d
、ψ
q
为两相旋转坐标系下d、q轴转子磁链。
[0034]与现有技术相比，本专利技术的有益效果表现在：
[0035]1、本专利技术所述的直驱永磁发电机弱磁控制方法计算过程简单，计算量不大，易于程序实现，且需要电机参数少，能实现精准弱磁，弥补了传统的公式计算法和查表法的不足，在运算量和精度二者之间找到了很好的平衡。
附图说明
[0036]下面将结合说明书附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明，其中：
[0037]图1为三相静止坐标系、两相静止坐标系及两相旋转坐标系坐标变换向量图。
具体实施方式
[0038]实施例1
[0039]作为本专利技术基本实施方式，本专利技术包括一种直驱永磁发电机弱磁控制方法，包括机侧转子磁链定向步骤及无功电流给定值计算。其中，所述无功电流给定值计算具体包括以下步骤：
[0040]S
21
.将通过机侧转子磁链定向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直驱永磁发电机弱磁控制方法，其特征在于：包括机侧转子磁链定向步骤及无功电流给定值计算；所述无功电流给定值计算具体包括以下步骤：S
21
.将通过机侧转子磁链定向步骤得到的两相旋转坐标系下d、q轴转子磁链定向，并锁相得出频率；S
22
.计算阻抗及相关中间值；S
23
.根据旋转坐标系下永磁同步电机稳态弱磁控制方程，计算出无功功率转化的转矩的上下限值，并得出无功电流给定值。2.根据权利要求1所述的一种直驱永磁发电机弱磁控制方法，其特征在于：所述机侧转子磁链定向步骤具体包括以下步骤：S
11
.将定子的三相线电压和电流分别转化为两相静止坐标系下的电压瞬时值和电流瞬时值；S
12
.由两相静止坐标系下的电压瞬时值和电流瞬时值，经永磁同步发电机两相静止坐标系下数学模型预估出两相静止坐标系下α、β轴转子磁链；S
13
.对两相静止坐标系下转子磁链进行坐标旋转变换将α、β轴转子磁链变换为两相旋转坐标系下d、q轴转子磁链。3.根据权利要求2所述的一种直驱永磁发电机弱磁控制方法，其特征在于：所述步骤S
11
具体指：将定子的三相线电压v
ab
(t)、v
bc
(t)、v
ca
(t)转化为两相静止坐标系下的电压瞬时值u
α
、u
β
，将定子的三相电流i
a
(t)、i
b
(t)、i
c
(t)转化为两相静止坐标系下的电流瞬时值i
α
、i
β
；其中，其中，4.根据权利要求3所述的一种直驱永磁发电机弱磁控制方法，其特征在于：所述步骤S
12
中两相静止坐标系下α、β轴转子磁链为：其中，ψ
α
、ψ
β
为两相静止坐标系下α、β轴转子磁链，R
s
为定子电阻，L
d
、L
q
为定子电感，u
α<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘红，彭涛，李盛儒，李华银，邵勤丰，孟新光，王昌垒，何光俊，刘志林，傅炜娜，辛旺，李豪，耿庆龙，王宸，陈明，刘江华，石义金，曾百惠，李鑫，
申请(专利权)人：东方电气自动控制工程有限公司，
类型：发明
国别省市：