基于同步化模型的风电双馈电机定子功率控制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于同步化模型的风电双馈电机定子功率控制方法，其包括以下步骤：１）设置包括有功控制器、无功控制器、转子电压发生器和转子电压电流控制器的系统，在有功控制器和无功控制器中分别预设定子有功功率值和无功功率值；２）采集定子三相电压、电流，计算出定子的有功功率值和无功功率值；３）有功控制器将计算的有功功率值与预设值进行比较，计算出转子电流频率；无功控制器将计算的无功功率值与预设值进行比较，计算出转子电压幅值；４）转子电压发生器根据转子电流频率和电压幅值，计算出转子三相电压；５）转子电压电流控制器根据采集的转子三相电压和计算的转子三相电压，计算出转子三相电流值；６）转子电压电流控制器根据采集的转子三相电流和计算的三相电流值，计算出控制信号；７）转子逆变器将控制信号输送给双馈电机，双馈电机按照预设的有功功率值和无功功率值输送给电网。本发明专利技术可以应用在双馈风电并网控制、风电直驱并网控制、光伏逆变并网控制等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种风力发电机控制方法，特别是关于一种基于同步化模型的风电双馈电机定子功率控制方法。
技术介绍
风力发电(简称"风电")系统分为恒速恒频和变速恒频两种，恒速恒频风电机组结构简单，早期的风电大都采用恒速恒频技术，由于恒速恒频风电机组在很大风速范围内不能保持最佳叶尖速比，对风能的利用率不高。随着控制技术及电力电子器件水平的发展，变速恒频技术于20世纪90年代开始兴起。变速恒频风力发电机组风轮转速随着风速的变化而变化，可以更有效地利用风能，并且通过变速恒频技术可以得到恒定频率的电能。变速恒频风力发电技术日益成熟，兆瓦级以上的风电机组大都采用变速恒频技术。 双馈风电技术是变速恒频风电技术的一种，其双馈电机定子直接与电网相连，转子轴通过升速齿轮箱与风机同轴，转子绕组通过双向变频器与电网连接，通过控制转子电流，实现变速恒频的目的。双馈风电的特点是功率变流器容量小(相当于整个发电容量的20 25% )，成本低，发电机为双馈异步电机，发电机转速低于同步速时，转子通过双向变流器从电网馈入功率，发电机转速高于同步速时，转子通过双向变流器向电网输出功率。对于双馈风电系统而言，最重要的要求就是运行的可靠性，尽量减少故障的发生。风电装置的故障会对风电场的正常运行造成很大影响，一方面增加了检修的成本，增加了风电投资的回收时间；另一方面也降低了风电场全年的有效利用时间，降低了风电场发电的效率。因此，提高风电装置的可靠性有十分重要的意义。 双馈风电系统中电气系统的故障比例较高，据统计显示电气系统的故障占所有故障的17.5%，传感器的故障占14. 1%，控制系统的故障占12.9%，由此看出，这些和电控相关的故障占了较大比例。双馈风电系统中最常用的控制策略是矢量控制，采用矢量控制可以实现有功和无功的解耦控制，达到良好的控制效果。而矢量控制中的坐标变换不仅复杂，比如常用的派克(PARK)坐标变化，而且坐标变换还需要精确的电网电压角度和转子位置信息。目前电网电压角度信息可以采用软件锁相环来获得，以避免硬件锁相环受干扰的问题；转子位置信息一般是控制系统通过对编码器信号处理来获得准确的转子位置信息。然而，风电系统运行的环境通常比较恶劣，干扰比较大，角度测量信号容易受到干扰。目前很多控制芯片(如TI公司的240x系列、281x系列)都带有增量式编码器接口。其基本原理都是通过一个内部计数器得到转子位置信息A、 B脉冲4倍频之后作为这个计数器的计数脉冲；Z脉冲作为计数器的清零脉冲，Z脉冲的宽度比较窄，并且转速越高，脉冲越窄。而外界干扰脉冲容易被误认为是Z脉冲，这样容易导致系统稳定性不高，从而使得电网的电能供应也极为不稳定。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种提高风电双馈电机控制系统稳定性的基4于同步化模型的风电双馈电机定子功率控制方法。 为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案一种基于同步化模型的风电双馈电机定子功率的控制方法，其包括以下步骤1)设置一包括有功控制器、无功控制器、转子电压发生器和转子电压电流控制器的系统，在有功控制器和无功控制器中分别预设双馈电机的定子有功功率值和无功功率值；2)采集定子三相电压和三相电流，计算出定子的有功功率值和无功功率值，将计算得到的有功功率输送给有功控制器，将无功功率值输送给无功控制器；3)有功控制器将步骤2)计算得到的有功功率值与步骤1)预设的有功功率值进行比较，计算出输送给转子电压发生器的转子电流频率；无功控制器将步骤2)计算得到的无功功率值与步骤1)预设的无功功率值进行比较，计算出输送给转子电压发生器的转子电压幅值；4)转子电压发生器根据转子电流频率和电压幅值，计算出输送给转子电压电流控制器的转子三相电压；5)转子电压电流控制器根据采集到的转子三相电压，和经步骤4)计算得到的转子三相电压，计算出转子三相电流值；6)转子电压电流控制器根据采集到的转子三相电流，和经步骤5)计算得到的三相电流值，计算出输送给转子逆变器的控制信号；7)转子逆变器将控制信号输送给双馈电机，双馈电机按照步骤l)中预设的有功功率值和无功功率值输送给电网。 所述步骤3)中，转子电流频率的计算公式如下 "r = kpl(Ps-Ps' )+ku / (PS_PS' )dt，其中，Ps是预设的有功功率值，Ps'是经步骤2)计算得到的有功功率值，kpl和kn分别是有功控制器的控制系数，O < kpl < 1000，0 < ku < 1000 ; 转子电压的幅值|Url的计算公式如下 |Ur| =kp2(Qs-Qs' )+ki2 / (Qs-Qs' )dt，其中，Qs是预设的无功功率测量值，Qs'是经步骤2)计算得到的无功功率值，k^和k^分别是无功控制器的控制系数，0 < kp2 < 1000，0 < ki2 < 1000。所述步骤4)中，双馈电机转子三相电压ua/、 ub/、 u。/的计算公式如下如下式中，<formula>formula see original document page 5</formula>分别是经步骤3)计算得到的双馈电机子电流频率、电压幅值。所述步骤5)中，电压控制得到双馈电机转子三相电流值的计算公式<formula>formula see original document page 5</formula>式中，Ua/、Ub/、U。/是经步骤4)计算出的转子三相电压，uas、ubs、u。s是采集到的转子三相电压，kp3和ki3分别是转子电压控制的控制系数，0 < kp3 < 1000，0<ki3< 1000。所述步骤6)中，电流控制得到并输出控制信号V 、 Vto、 V 的计算公式如下<formula>formula see original document page 6</formula> 式中，ia/、 ito*、 i *是经步骤5)计算得到的电压控制得到转子三相电流值，i 、 ito、 iCT是采集到的双馈电机转子三相电流，kp4和ki4分别是转子电流控制的控制系数，O < kp4 < 1000， 0 < ki4 < 1000。 本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本专利技术在有功控制器和无功 控制器中分别预设一双馈电机定子的有功功率值和无功功率值，通过采集双馈电机定子三 相电压和三相电流，计算出双馈电机定子的有功功率和无功功率值，分别输送给有功控制 器、无功控制器，再由有功控制器通过比较有功功率测量值与预设的有功功率值，计算出输 送给转子电压发生器的双馈电机转子电流的频率，同时通过无功控制器比较有功功率测量 值与预设的无功功率，计算出输送给转子电压发生器的双馈电机转子电压的幅值，转子电 压发生器根据双馈电机转子电流的频率和电压的幅值，计算出输送给转子电压电流控制器 的双馈电机转子三相电压，之后转子电压电流控制器根据采集到的双馈电机转子三相电压 和电流，结合计算得到的双馈电机转子三相电压和电流，通过电压、电流控制得到输送给转 子逆变器的控制信号，因此只要转子逆变器将上述计算得到的控制信号输送给双馈本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于同步化模型的风电双馈电机定子功率控制方法，其包括以下步骤：１）设置一包括有功控制器、无功控制器、转子电压发生器和转子电压电流控制器的系统，在有功控制器和无功控制器中分别预设双馈电机的定子有功功率值和无功功率值；２）采集定子三相电压和三相电流，计算出定子的有功功率值和无功功率值，将计算得到的有功功率输送给有功控制器，将无功功率值输送给无功控制器；３）有功控制器将步骤２）计算得到的有功功率值与步骤１）预设的有功功率值进行比较，计算出输送给转子电压发生器的转子电流频率；无功控制器将步骤２）计算得到的无功功率值与步骤１）预设的无功功率值进行比较，计算出输送给转子电压发生器的转子电压幅值；４）转子电压发生器根据转子电流频率和电压幅值，计算出输送给转子电压电流控制器的转子三相电压；５）转子电压电流控制器根据采集到的转子三相电压，和经步骤４）计算得到的转子三相电压，计算出转子三相电流值；６）转子电压电流控制器根据采集到的转子三相电流，和经步骤５）计算得到的三相电流值，计算出输送给转子逆变器的控制信号；７）转子逆变器将控制信号输送给双馈电机，双馈电机按照步骤１）中预设的有功功率值和无功功率值输送给电网。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙元章，李国杰，王中，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]