永磁直驱风电机组的最大可用转矩弱磁控制方法技术

本发明专利技术涉及风力发电领域，具体将是一种用于永磁直驱风电机组的最大可用转矩弱磁控制方法，其特征在于：获取永磁直驱风电机组的最大风能跟踪设计曲线：，在给定的转速下，以直、交轴电流为优化变量，离线求解约束最优化问题，记该最优化问题的优化变量解为，得到最大可用转矩弱磁控制方法的弱磁电流给定；以适当的步长改变转子转速，即令；将得到的一系列(，)点连成曲线，从而获取各个转速下的弱磁电流给定曲线。根据风电机组控制有其自身的特殊性，即机组的整体控制策略使得永磁同步发电机的转矩指令与当前转速呈现一一对应的关系。这就为简化风电机组的弱磁控制器设计提供了可能。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及风力发电领域，具体将是一种用于，其特征在于：获取永磁直驱风电机组的最大风能跟踪设计曲线：，在给定的转速下，以直、交轴电流为优化变量，离线求解约束最优化问题，记该最优化问题的优化变量解为，得到最大可用转矩弱磁控制方法的弱磁电流给定；以适当的步长改变转子转速，即令；将得到的一系列(，)点连成曲线，从而获取各个转速下的弱磁电流给定曲线。根据风电机组控制有其自身的特殊性，即机组的整体控制策略使得永磁同步发电机的转矩指令与当前转速呈现一一对应的关系。这就为简化风电机组的弱磁控制器设计提供了可能。【专利说明】
本专利技术涉及风力发电领域，具体将是一种用于。
技术介绍
永磁直驱风电机组因其结构紧凑、性能可靠而在风力发电领域得到了广泛的应用。兆瓦级的大容量永磁直驱机组一般采用全功率背靠背变流器作为永磁同步电机的驱动单元。为了捕获较多的风能，在风速较高的情况下，永磁同步发电机的运行转速也较高，进而使得发电机的感应电动势也较高。由于背靠背变流器的直流母线电压有限，若发电机定子感应电动势过高，则发电机无法输出足够多的有功功率。这将降低直驱机组的发电量甚至影响其稳定性。此时，为了保证发电机能够输出足够多的有功功率，机侧变流器需进行弱磁控制。机侧变流器一般采用矢量控制方式，定子的A 7轴电流进行独立控制。传统的控制方式下，当发电机处于低转速运行区域时，一般控制V轴电流为零，而通过控制7轴电流来实现发电机的转矩控制，实现最大风能跟踪(Maximum Point Power Tracking, MPPT)运行；当发电机进入高转速运行区后，则切换到弱磁控制方式，通过适当地控制定子轴电流来削弱气隙磁通，达到降低发电机的感应电动势，保障充足的功率输出的目的。现有的针对直驱风电机组的弱磁控制方法主要来自电机驱动领域的永磁同步电动机弱磁控制方法。其基本思路都是基于输出的调制指令超出变流器直流母线最大利用值的误差部分，来对弱磁电流进行反馈调节。例如: 汪令祥，张兴，张崇巍等.兆瓦级永磁同步风力发电机矢量控制策略.合肥永夜大学学报(自然科学版).33(3).pp.379-383.2010.其技术方案为: 在发电机切入速度与转折速度间采用最大转矩电流比(MTPA, Maximum Torque PerAmpere)控制方式提高系统的发电功率，在转折速度至极限速度间，采用最大功率输出的弱磁控制方式提高系统的稳定性；根据实时检测的发电机运行状况，2种控制策略实现相互转换。又如专利号申请号为200680056165.4，申请日2006.10.19，名称为“永磁同步电动机的矢量控制装置”的专利技术专利，其技术方案为:在将电压与设定值进行比较、控制电流指令值的方法中，需要根据电压变动使设定值变化，需要进行复杂的控制。此专利技术所涉及的永磁同步电动机的矢量控制装置，包括:利用基于调制比算出的电流指令值校正值来校正电流指令值的电流指令值校正部，从而能用简单的结构实现在高速区域以单脉冲模式进行稳定的弱磁控制。再如专利号申请号为201010268866.2，申请日2010.08.27，名为“永磁同步电机的弱磁控制方法和装置”，其技术方案为:通过调节等效于转子坐标系下的d轴电流的给定值和q轴电流的给定值以减小所述永磁同步电机的反电势；d轴电流的给定值和q轴电流的给定值通过如下方法获得:将转子的实际角速度信号与预先给定角速度信号进行比较，对比较信号进行PI调节后，获得转子的给定转矩；根据给定转矩获得d轴电流的初始给定值；根据实际角速度信号、输出电压信号和牵引逆变器的最大给定电压值获得d轴电流的调节值；根据d轴电流的初始给定值和d轴电流的调节值获得d轴电流的给定值；然后根据给定转矩和d轴电流的给定值获得q轴电流的给定值。上述弱磁技术都直接借鉴电机驱动领域中的控制策略，而没有考虑到风力发电系统的特殊性。传统的电动机驱动领域中，电动机的转矩指令和当前转速并无必然联系:即在同一转速下，随动态要求的不同，其转矩指令可能完全不同。这就要求弱磁控制器的设计必须覆盖任意转速下所有可能出现的转矩指令。这是一个二维的优化问题，因此使得其弱磁控制实现起来相对复杂，必须引入误差比较与反馈控制环节，控制参数不容易整定。
技术实现思路
为了克服现有直驱风电机组永磁同步发电机的弱磁控制方法原理复杂、参数不易整定的问题，在充分结合风电机组的整体控制策略基础上，现在特别提出一种具有结构简洁，稳定性好且无需参数整定的永磁直驱风电机组的最大可用转矩(Maximum AvailableTorque, MAT)弱磁控制方法。为达到上述目的，本专利技术的解决方案是: ，其特征在于: a、获取永磁同步发电机的电气参数:包括空载额定电压Ujf，定子额定电流&，定子直轴电感，交轴电感七，定子电阻J，转子磁链幅值，极对数气。b、获取背靠背变流器的电气参数:包括额定直流母线电压￥，直流母线电压调MbtKt。C、获取永磁直驱风电机组的最大风能跟踪设计曲线【权利要求】1.，其特征在于: 获取永磁同步发电机的电气参数:包括空载额定电压定子额定电流Jn,定子直轴电感，交轴电感妥，定子电阻，转子磁链幅值妗，极对数％ ; 获取背靠背变流器的电气参数:包括额定直流母线电压％?，直流母线电压调制比i* ； 获取永磁直驱风电机组的最大风能跟踪设计曲线= MPPTK)，式中《V为转子电角速度；?；.表示发电机转矩的指令值，2；为发电机转矩实际值； 开始获取最大可用转矩弱磁控制曲线，首先初始化转速变量终=U为最低并网转速； 在给定的转速吟下，以直、交轴电流^为优化变量，离线求解下述约束最优化问题: 2.根据权利要求1所述的，其特征在于:所述d步骤中?,取值范围为0~l.2 p.u.。3.根据权利要求1所述的，其特征在于:所述g步骤中AfiV取值范围为0.01~0.1 p.u.。【文档编号】H02P21/00GK103746623SQ201310725070【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月25日 优先权日:2013年12月25日 【专利技术者】周宏林, 吴小田, 代同振, 刘静波 申请人:中国东方电气集团有限公司本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周宏林，吴小田，代同振，刘静波，
申请(专利权)人：中国东方电气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：