專利名稱：：并網(wǎng)型雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種并網(wǎng)型雙饋式風(fēng)力發(fā)電才M爭(zhēng)子位置的檢測(cè)方法，屬于變速恒頻雙饋式風(fēng)力發(fā)電積4支術(shù)領(lǐng)域。技術(shù)背景雙饋i(A力發(fā)電機(jī)是一種交伊u^電機(jī)，具有控制靈活、功率因數(shù)可調(diào)、效率高、變頻裝置容量小等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最廣泛的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電她的關(guān)鍵部件。目前，雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制"fi4^用矢量控制的方法，對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的樹則一般通過安^發(fā)電枳轉(zhuǎn)子上的傳感器得到，進(jìn)一步通過運(yùn)算得到轉(zhuǎn)子變換角，用于機(jī)組的矢量控制。所用傳感器可以是位置傳感器，也可以是it^傳感器。其存在的缺點(diǎn)是采用傳感器硬件方式測(cè)量轉(zhuǎn)子位置、轉(zhuǎn)速信號(hào)，一方面，由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實(shí)際工作環(huán)境比較復(fù)雜，安裝位置傳感器不僅維護(hù)不便，而且會(huì)P爭(zhēng)j睡個(gè)系統(tǒng)的可靠性；另一方面，由于目前風(fēng)力發(fā)電才;ii且容量的不斷增加，在實(shí)際運(yùn)行中需要考慮位置傳感器故障時(shí)如何維"^N^且的正常運(yùn)行或如何實(shí)m^i且的^f亭機(jī)問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置硬件檢測(cè)技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種并網(wǎng)型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法，使雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下并網(wǎng)型雙饋式風(fēng)力發(fā)電M爭(zhēng)子位置4^則方法，在4HM則變流器控制器硬件環(huán)境中運(yùn)行，其特征是包4^。下步驟一、采集^目定子電壓、電流、電網(wǎng)電壓、轉(zhuǎn)子電流；二、由采集到的電網(wǎng)電壓，獲取電網(wǎng)電壓矢量角g;三、判斷才;ii且運(yùn)行狀態(tài)，若才;ii且處于并網(wǎng)前狀態(tài)，轉(zhuǎn)到步驟四；若機(jī)組處于并網(wǎng)后狀態(tài)，轉(zhuǎn)到步驟六；四、將采集的三湘定子電壓根據(jù)(1)式轉(zhuǎn)換為d、q坐標(biāo)系下的分量U、，并將獲得的定子電壓d軸分量作為轉(zhuǎn)子位置角偏差控制量進(jìn)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>(1)(l)式中，"■S3、^sA、^SC分別為定子的^目電壓，、"S《分別是d、q坐標(biāo)系下的定子電壓分量；五、將步驟四得到的機(jī)組并網(wǎng)前轉(zhuǎn)子位置角偏差控制量作為轉(zhuǎn)子位置PI調(diào)節(jié)的輸入,調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)的給定為零，經(jīng)PI調(diào)節(jié)后得到4^4估計(jì)值"，由"經(jīng)積分運(yùn)算和轉(zhuǎn)子電流閉環(huán)調(diào)節(jié)得到實(shí)際的轉(zhuǎn)子位置角《，將《帶入(2)式y(tǒng)=es"6r，獲得轉(zhuǎn)子變換角度值y,將該角度值y作為積i且轉(zhuǎn)子電流閉環(huán)控制變換角的初始值，用于才;ii且運(yùn)行的矢量控制；<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>六、將步驟五中并網(wǎng)瞬間的轉(zhuǎn)子變換角H乍為并網(wǎng)后轉(zhuǎn)子電流變換的初始角e。；將采集的^目定子電流、轉(zhuǎn)子電^t艮悟(3)式和(4)式轉(zhuǎn)換為d、q坐才示系下的介ti*s《*W*w(3)式和(4)式中，^a、Z力、&。Zra、Zr6、4分別為定子、轉(zhuǎn)子的^f目電流，^、、、^'、^'分別為d、q坐標(biāo)系下的定、轉(zhuǎn)子電流分量，步驟七；七、將定子電壓、電流d、q坐標(biāo)系下的分量i^、、，L、、帶入(5)式得轉(zhuǎn)子電流實(shí)際值^、、；—i-.R丄sL"人A(5)將轉(zhuǎn)子電流實(shí)際值"、、與(4)式所得d、q坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)子電流分量zW'、/'帶入(6)式A^vC-^."'，M乍為轉(zhuǎn)子位置角偏差控制量八、將步驟七得到的機(jī)組并網(wǎng)后轉(zhuǎn)子位置角偏差控制量A作為轉(zhuǎn)子位<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>置PI調(diào)節(jié)的輸入，調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)的給定為零，經(jīng)PI調(diào)節(jié)后得到壽^t估計(jì)值"，由"經(jīng)積&逸算和轉(zhuǎn)子電流閉環(huán)調(diào)節(jié)得到實(shí)際的轉(zhuǎn)子位置角&,將《帶入(2)式7=es~er，獲得轉(zhuǎn)子變換角>1值^,將該角度值y作為枳ia轉(zhuǎn)子電流閉環(huán)控制變換角的初始值，用于才;ii且運(yùn)行的矢量控制。本發(fā)明的有益效果如下1、本方法適用于并網(wǎng)型雙饋風(fēng)力發(fā)電才M爭(zhēng)子位置;^則，可以^f戈安裝在發(fā)電積4爭(zhēng)子上的傳感器硬件檢測(cè)方式，避免轉(zhuǎn)子位置傳感器硬件檢測(cè)帶來(lái)的安裝、維修困難等不利影響；2、針對(duì)風(fēng)電才;ii且并網(wǎng)前的運(yùn)行工況,若轉(zhuǎn)子變換角度存在偏差^時(shí)，在定子側(cè)空載電壓也會(huì)出現(xiàn)角度偏差，定子側(cè)空載電壓q軸分量、將不為零，控制調(diào)節(jié)定子電壓的q軸^J:等于零，可以控制消除轉(zhuǎn)子角度偏差，準(zhǔn)確得到轉(zhuǎn)子的位置和掩逸，實(shí)現(xiàn)機(jī)組并網(wǎng)前的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁控制；3、發(fā)電才幾并網(wǎng)運(yùn)行后，當(dāng)轉(zhuǎn)子位置角出現(xiàn)偏差時(shí)，同步坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)子電流測(cè)量值"'將與實(shí)際值"出現(xiàn)偏差，取轉(zhuǎn)子位置角偏差控制量為△=".C-^"'，由轉(zhuǎn)子位置PI調(diào)節(jié)及機(jī)組閉環(huán)控制動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)將壽計(jì)位置角偏差控制量A調(diào)節(jié)為零，當(dāng)A等于零時(shí)，得到轉(zhuǎn)子位置角的準(zhǔn)確值。4、本方法實(shí)用性強(qiáng)，只需庫(kù)欠件手^殳可以簡(jiǎn)單、方便、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)發(fā)電才M爭(zhēng)子位置檢測(cè)和機(jī)組的控制，無(wú)需增加石更件，經(jīng)濟(jì)成本低。圖l為4^發(fā)明方法4空制^^呈才匡圖。圖2為本發(fā)明方法中轉(zhuǎn)子位置PI調(diào)節(jié)原理示意圖。M實(shí)施方式下面參照附圖并結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。但是本發(fā)明不P艮于所給出的例子。例這里以電網(wǎng)電壓定向的雙饋發(fā)電機(jī)矢量控制方式為例，有"^=-a4^、=0，a為定子角it^，在轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制器的控制下，按照?qǐng)D1所示流程，具體實(shí)施步驟如下采樣發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流、定子電壓、電流以及電網(wǎng)電壓；由釆集到的電網(wǎng)電壓，經(jīng)過鎖相環(huán)^l取電網(wǎng)電壓矢量角S;判斷才;ii且運(yùn)^亍狀態(tài)1、若機(jī)組處于并網(wǎng)前空載勵(lì)磁控制階敬，雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)與變流器相聯(lián)，定子側(cè)〗緣開路，即定子電流為零。1)定子電壓測(cè)量值通過(1)式坐標(biāo)變換得到的q軸分量作為轉(zhuǎn)子位置PI調(diào)節(jié)的輸入；2)將定子電壓q軸^f:給定值設(shè)為0,經(jīng)轉(zhuǎn)子位置PI調(diào)節(jié)后可以得到4tii估計(jì)值以;SJ至過積分得到的轉(zhuǎn)子位置估計(jì)值，在轉(zhuǎn)子電流閉環(huán)一空制的調(diào)節(jié)下將輸入轉(zhuǎn)子位置偏差控制量逐步調(diào)節(jié)至零，即獲得實(shí)際轉(zhuǎn)子位置角《，PI調(diào)節(jié)原理如圖2所示；3)由公式(2)求得轉(zhuǎn)子變換角度值y,將該角度值H乍為才;ii且轉(zhuǎn)子電流閉環(huán)控制變換角的初始值，用于完成發(fā)電機(jī)的矢量控制。當(dāng)空載勵(lì)磁階段完g，發(fā)電機(jī)定子電壓頻率、幅值和相位均與電網(wǎng)電壓iijij一致，滿足并網(wǎng)要求。此時(shí)可以在系統(tǒng)的指令下閉合并網(wǎng)控制器實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)。由于轉(zhuǎn)子4lii和位置均是連續(xù)變量，在并網(wǎng)時(shí)刻，需要將并網(wǎng)前瞬間的轉(zhuǎn)子4^4及位置角作為并網(wǎng)后#^位置估計(jì)控制器的前饋輸入量，避免并網(wǎng)過程中控制方法切換造成的電流沖擊。2、若才;ii且處于并網(wǎng)狀態(tài)，定子電壓與電網(wǎng)電壓完4^致。將步驟五中并網(wǎng)瞬間的轉(zhuǎn)子變換角^作為并網(wǎng)后轉(zhuǎn)子電流變換的初始角&,此時(shí)轉(zhuǎn)子位置的4^則^^呈如下l)由于定子電壓電流坐標(biāo)系變換角與轉(zhuǎn)子位置角無(wú)關(guān)，由定子電壓、電流d、q軸^t所表示的轉(zhuǎn)子電流關(guān)系，由(5)式可以得到轉(zhuǎn)子電流在定子側(cè)d、q坐標(biāo)系下的實(shí)際值^、、；2)將步驟1)中轉(zhuǎn)子電流實(shí)際值"、、與轉(zhuǎn)子電流實(shí)際^^則值得d、q分量"'、"代入(6)式運(yùn)算得到轉(zhuǎn)子位置角偏差控制量A作為轉(zhuǎn)子位置PI調(diào)節(jié)的輸入，調(diào)節(jié)后得到實(shí)際的轉(zhuǎn)速計(jì)算值以;^j至過積分后的轉(zhuǎn)子位置估計(jì)值,在轉(zhuǎn)子電流閉環(huán)控制的調(diào)節(jié)下將輸入偏差量逐步調(diào)節(jié)至零，獲得實(shí)際轉(zhuǎn)子位置角《；3)根據(jù)(2)式求得轉(zhuǎn)子變換角度值y,將該角度值r作為才;ii且轉(zhuǎn)子電流閉環(huán)控制變換角的初始值，用于準(zhǔn)確有效的實(shí)現(xiàn)雙饋發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)后的矢量控制，取代常用的傳感器器件，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。本發(fā)明在雙饋i^X電才;ii且中轉(zhuǎn)子位置^^則的原Jl^用說明，不限于本實(shí)施例，還可以包括其它的形式完^J1計(jì)位置偏差控制量的調(diào)節(jié)，對(duì)于本發(fā)明所使用的控制原理及方法具有通用性。權(quán)利要求1、并網(wǎng)型雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法，在轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制器硬件環(huán)境中運(yùn)行，其特征是包括如下步驟一、采集三相定子電壓、電流、電網(wǎng)電壓、轉(zhuǎn)子電流；二、由采集到的電網(wǎng)電壓，獲取電網(wǎng)電壓矢量角θs；三、判斷機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，若機(jī)組處于并網(wǎng)前狀態(tài)，轉(zhuǎn)到步驟四；若機(jī)組處于并網(wǎng)后狀態(tài)，轉(zhuǎn)到步驟六；四、將采集的三相定子電壓根據(jù)(1)式轉(zhuǎn)換為d、q坐標(biāo)系下的分量usd、usq，并將獲得的定子電壓q軸分量usq作為轉(zhuǎn)子位置角偏差控制量進(jìn)入步驟五；<math-cwu><![CDATA[<math><mrow><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>u</mi><mi>sd</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>u</mi><mi>sq</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>u</mi><mn>0</mn></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>=</mo><msqrt><mfrac><mn>2</mn><mn>3</mn></mfrac></msqrt><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mrow><mi>cos</mi><mi>θ</mi></mrow><mi>s</mi></msub></mtd><mtd><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>θ</mi><mi>s</mi></msub><mo>-</mo><mfrac><mn>2</mn><mn>3</mn></mfrac><mi>π</mi><mo>)</mo></mrow></mtd><mtd><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>θ</mi><mi>s</mi></msub><mo>+</mo><mfrac><mn>2</mn><mn>3</mn></mfrac><mi>π</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>-</mo><msub><mrow><mi>sin</mi><mi>θ</mi></mrow><mi>s</mi></msub></mtd><mtd><mo>-</mo><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>θ</mi><mi>s</mi></msub><mo>-</mo><mfrac><mn>2</mn><mn>3</mn></mfrac><mi>π</mi><mo>)</mo></mrow></mtd><mtd><mo>-</mo><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>θ</mi><mi>s</mi></msub><mo>+</mo><mfrac><mn>2</mn><mn>3</mn></mfrac><mi>π</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mfrac><mn>1</mn><msqrt><mn>2</mn></msqrt></mfrac></mtd><mtd><mfrac><mn>1</mn><msqrt><mn>2</mn></msqrt></mfrac></mtd><mtd><mrow><mfrac><mn>1</mn><msqrt><mn>2</mn></msqrt></mfrac></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>u</mi><mi>sa</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>u</mi><mi>sb</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>u</mi><mi>sc</mi></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow></math>]]></math-cwu><!--imgid="icf0001"file="S2008100232516C00011.gif"wi="135"he="31"top="151"left="43"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="no"/-->(1)式中，usa、usb、usc分別為定子的三相電壓，usd、usq分別是d、q坐標(biāo)系下的定子電壓分量；五、將步驟四得到的機(jī)組并網(wǎng)前轉(zhuǎn)子位置角偏差控制量usq作為轉(zhuǎn)子位置PI調(diào)節(jié)的輸入，調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)的給定為零，經(jīng)PI調(diào)節(jié)后得到轉(zhuǎn)速估計(jì)值ω，由ω經(jīng)積分運(yùn)算和轉(zhuǎn)子電流閉環(huán)調(diào)節(jié)得到實(shí)際的轉(zhuǎn)子位置角θr，將θr帶入(2)式γ＝θs-θr，獲得轉(zhuǎn)子變換角度值γ，將該角度值γ作為機(jī)組轉(zhuǎn)子電流閉環(huán)控制變換角的初始值，用于機(jī)組運(yùn)行的矢量控制；六、將步驟五中并網(wǎng)瞬間的轉(zhuǎn)子變換角γ作為并網(wǎng)后轉(zhuǎn)子電流變換的初始角θ0；將采集的三相定子電流、轉(zhuǎn)子電流根據(jù)(3)式和(4)式轉(zhuǎn)換為d、q坐標(biāo)系下的分量isd、isq、ird′、irq′；<math-cwu><![CDATA[<math><mrow><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>i</mi><mi>sd</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>i</mi><mi>sq</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>i</mi><mn>0</mn></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>=</mo><msqrt><mfrac><mn>2</mn><mn>3</mn></mfrac></msqrt><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mrow><mi>cos</mi><mi>θ</mi></mrow><mi>s</mi></msub></mtd><mtd><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>θ</mi><mi>s</mi></msub><mo>-</mo><mfrac><mn>2</mn><mn>3</mn></mfrac><mi>π</mi><mo>)</mo></mrow></mtd><mtd><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>θ</mi><mi>s</mi></msub><mo>+</mo><mfrac><mn>2</mn><mn>3</mn></mfrac><mi>π</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>-</mo><msub><mrow><mi>sin</mi><mi>θ</mi></mrow><mi>s</mi></msub></mtd><mtd><mo>-</mo><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>θ</mi><mi>s</mi></msub><mo>-</mo><mfrac><mn>2</mn><mn>3</mn></mfrac><mi>π</mi><mo>)</mo></mrow></mtd><mtd><mo>-</mo><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>θ</mi><mi>s</mi></msub><mo>+</mo><mfrac><mn>2</mn><mn>3</mn></mfrac><mi>π</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mfrac><mn>1</mn><msqrt><mn>2</mn></msqrt></mfrac></mtd><mtd><mfrac><mn>1</mn><msqrt><mn>2</mn></msqrt></mfrac></mtd><mtd><mrow><mfrac><mn>1</mn><msqrt><mn>2</mn></msqrt></mfrac></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>i</mi><mi>sa</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>i</mi><mi>sb</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>i</mi><mi>sc</mi></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow></math>]]></math-cwu><!--imgid="icf0002"file="S2008100232516C00021.gif"wi="132"he="30"top="59"left="43"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="no"/--><math-cwu><![CDATA[<math><mrow><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msup><msub><mi>i</mi><mi>rd</mi></msub><mo>′</mo></msup></mtd></mtr><mtr><mtd><msup><msub><mi>i</mi><mi>rq</mi></msub><mo>′</mo></msup></mtd></mtr><mtr><mtd><msup><msub><mi>i</mi><mn>0</mn></msub><mo>′</mo></msup></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>=</mo><msqrt><mfrac><mn>2</mn><mn>3</mn></mfrac></msqrt><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mrow><mi>cos</mi><mi>θ</mi></mrow><mn>0</mn></msub></mtd><mtd><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>θ</mi><mn>0</mn></msub><mo>-</mo><mfrac><mn>2</mn><mn>3</mn></mfrac><mi>π</mi><mo>)</mo></mrow></mtd><mtd><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>θ</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mfrac><mn>2</mn><mn>3</mn></mfrac><mi>π</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>-</mo><msub><mrow><mi>sin</mi><mi>θ</mi></mrow><mn>0</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