一种双馈风力发电机转子侧变流器的控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种双馈风力发电机转子侧变流器的控制方法及系统，涉及新能源风力发电技术领域。所述控制方法基于所述控制系统以实现，具体为：基于电信号采集装置采集的定子电压信号、定子电流信号和转子电流信号，并通过转子磁链和定子磁链计算模块、定子有功功率和定子无功功率计算模块、预设转子电压矢量对应定子有功和无功功率斜率计算模块、最优预设电压矢量持续时间模块和转子最佳电压矢量模块，得到转子最佳电压矢量，进而通过SVPWM模块实现对双馈风力发电机转子侧变流器的控制。本发明专利技术提出的控制方法具有固定的开关频率和快速的动态响应，且具有较低的定子功率纹波。且具有较低的定子功率纹波。且具有较低的定子功率纹波。

【技术实现步骤摘要】
一种双馈风力发电机转子侧变流器的控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及新能源风力发电
，尤其涉及一种双馈风力发电机转子侧变流器的控制方法及系统。

技术介绍

[0002]双馈风力发电机由于其变速结构，已在新能源风力发电
被广泛应用。这种类型的风力涡轮机的发电机可以亚同步和超同步速度工作，以便跟踪最大功率点并向电网注入最大功率。学者们已经提出了不同的控制方法来控制双馈风力发电机的转子侧变流器和网侧变流器，例如磁场定向控制、直接功率控制和直接转矩控制等。其中磁场定向控制可以容易地在工业中实现，并且具有固定的开关频率。然而，它的动态响应时间较慢。相反，直接功率控制和直接转矩控制具有快速的动态响应，但开关频率是可变的，功率波动较高。
[0003]针对双馈风力发电机的转子侧变流器和网侧变流器，学者们提出了先进的控制策略，如模型预测控制，以改善动态响应时间并解决传统控制方法的问题。然而，模型预测控制会带来高采样频率问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的是提出一种双馈风力发电机转子侧变流器的控制方法以避免高采样频率问题，并在保持快速动态响应的同时具有更好的性能。该方法基于控制系统以实现，所述控制系统包括电信号采集装置及控制模块；
[0005]所述电信号采集装置用以采集双馈风力发电机的定子电压、定子电流和转子电流信号；
[0006]所述控制模块包括功率给定模块、预设转子电压矢量模块、转子磁链和定子磁链计算模块、定子有功功率和定子无功功率计算模块、预设转子电压矢量对应定子有功和无功功率斜率计算模块、最优预设电压矢量持续时间模块、转子最佳电压矢量模块、SVPWM模块；
[0007]该方法包括以下步骤：
[0008]步骤A：对所述控制系统设定离散采样周期为T
s
及采样时刻k，并初始化k＝0；
[0009]步骤B：所述电信号采集装置采集第k时刻的定子电流矢量信号I
s
(k)和转子电流矢量信号I
r
(k)，经所述转子磁链和定子磁链计算模块，得到第k时刻的转子磁链矢量信号Ψ
r
(k)和第k时刻的定子磁链矢量信号Ψ
s
(k)；
[0010]所述转子磁链和定子磁链计算模块的计算方式为：
[0011]Ψ
r
(k)＝L
r
I
r
(k)+L
m
I
s
(k)
[0012]Ψ
s
(k)＝L
s
I
s
(k)+L
m
I
r
(k)
[0013]其中：L
r
为转子绕组自感；L
m
为定转子互感，L
s
为定子绕组自感；
[0014]步骤C：基于所述第k时刻的转子磁链矢量信号Ψ
r
(k)和所述第k时刻的定子磁链矢量信号Ψ
s
(k)，经过所述定子有功功率和定子无功功率计算模块，得到双馈风力发电机
第k时刻的定子有功功率P
s
(k)和第k时刻的定子无功功率Q
s
(k)；
[0015]所述定子有功功率和定子无功功率计算模块的计算方式为：
[0016]P
s
(k)＝1.5ω
s
σL
m
Im{[Ψ
r
(k)]*
Ψ
s
(k)}
[0017]Q
s
(k)＝1.5ω
s
σ[L
r
|Ψ
s
(k)|2‑
L
m
Re{[Ψ
r
(k)]*
Ψ
s
(k)}][0018]其中：ω
s
为同步旋转角频率；σ为漏磁系数，且σ＝1/[L
s
L
r
‑
(L
m
)2]；*为向量的共轭；Im{
·
}表示虚部；Re{
·
}表示实部；
[0019]步骤D：基于所述电信号采集装置采集第k时刻的定子电压矢量信号U
s
(k)、双馈风力发电机第k时刻的定子有功功率P
s
(k)和第k时刻的定子无功功率Q
s
(k)、以及所述预设转子电压矢量模块产生第k时刻的预设转子电压矢量U
ri
(k)、U
rj
(k)和U
r0
(k)，经过所述预设转子电压矢量对应定子有功和无功功率斜率计算模块，得到第k时刻的预设转子电压矢量分别对应的定子有功和无功功率斜率D
pi
(k)、D
pj
(k)、D
p0
(k)、D
qi
(k)、D
qj
(k)和D
q0
(k)；
[0020]步骤E：基于所述双馈风力发电机第k时刻的定子有功功率P
s
(k)和第k时刻的定子无功功率Q
s
(k)、所述第k时刻的预设转子电压矢量分别对应的定子有功和无功功率斜率D
pi
(k)、D
pj
(k)、D
p0
(k)、D
qi
(k)、D
qj
(k)和D
q0
(k)，以及所述功率给定模块产生第k+1时刻的定子有功功率给定值P
sf
(k+1)和无功功率给定值Q
sf
(k+1)，经所述最优预设电压矢量持续时间模块，得到第k+1时刻的最优预设电压矢量U
ri
(k)和U
rj
(k)分别对应的持续时间T
i
(k+1)和T
j
(k+1)；
[0021]步骤F：基于所述第k+1时刻的最优预设电压矢量分别对应的持续时间T
i
(k+1)和T
j
(k+1)，经所述转子最佳电压矢量模块，得到最优第k+1时刻的转子电压矢量参考值V
r
(k+1)；
[0022]步骤G：基于所述最优第k+1时刻的转子电压矢量参考值V
r
(k+1)，经所述SVPWM模块，得到双馈风力发电机转子侧变流器开关管第k时刻的驱动信号，进而驱动风力发电机转子侧变流器工作；
[0023]步骤H：将k+1赋值给k，等待下一采样周期，返回步骤B执行。
[0024]进一步地，在所述步骤D中，经过所述预设转子电压矢量对应定子有功和无功功率斜率计算模块，得到第k时刻的预设转子电压矢量分别对应的定子有功和无功功率斜率D
pi
(k)、D
pj
(k)、D
p0
(k)、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双馈风力发电机转子侧变流器的控制方法，该方法基于控制系统以实现，所述控制系统包括电信号采集装置及控制模块；所述电信号采集装置用以采集双馈风力发电机的定子电压、定子电流和转子电流信号；所述控制模块包括功率给定模块、预设转子电压矢量模块、转子磁链和定子磁链计算模块、定子有功功率和定子无功功率计算模块、预设转子电压矢量对应定子有功和无功功率斜率计算模块、最优预设电压矢量持续时间模块、转子最佳电压矢量模块、SVPWM模块；其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤A：对所述控制系统设定离散采样周期为T
s
及采样时刻k，并初始化k＝0；步骤B：所述电信号采集装置采集第k时刻的定子电流矢量信号I
s
(k)和转子电流矢量信号I
r
(k)，经所述转子磁链和定子磁链计算模块，得到第k时刻的转子磁链矢量信号Ψ
r
(k)和第k时刻的定子磁链矢量信号Ψ
s
(k)；所述转子磁链和定子磁链计算模块的计算方式为：Ψ
r
(k)＝L
r
I
r
(k)+L
m
I
s
(k)Ψ
s
(k)＝L
s
I
s
(k)+L
m
I
r
(k)其中：L
r
为转子绕组自感；L
m
为定转子互感，L
s
为定子绕组自感；步骤C：基于所述第k时刻的转子磁链矢量信号Ψ
r
(k)和所述第k时刻的定子磁链矢量信号Ψ
s
(k)，经过所述定子有功功率和定子无功功率计算模块，得到双馈风力发电机第k时刻的定子有功功率P
s
(k)和第k时刻的定子无功功率Q
s
(k)；所述定子有功功率和定子无功功率计算模块的计算方式为：P
s
(k)＝1.5ω
s
σL
m
Im{[Ψ
r
(k)]
*
Ψ
s
(k)}Q
s
(k)＝1.5ω
s
σ[L
r
|Ψ
s
(k)|2‑
L
m
Re{[Ψ
r
(k)]
*
Ψ
s
(k)}]其中：ω
s
为同步旋转角频率；σ为漏磁系数，且σ＝1/[L
s
L
r
‑
(L
m
)2]；*为向量的共轭；Im{
·
}表示虚部；Re{
·
}表示实部；步骤D：基于所述电信号采集装置采集第k时刻的定子电压矢量信号U
s
(k)、双馈风力发电机第k时刻的定子有功功率P
s

【专利技术属性】
技术研发人员：李小凡，李慧媛，张春富，何佳昊，姚金泽，朱昊冬，黄鑫，王一舟，陈洁，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：