專利名稱：一種永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)機(jī)側(cè)變流器的優(yōu)化控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)機(jī)側(cè)變流器的優(yōu)化控制方法。
背景技術(shù)：
目前，在永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，需要對機(jī)側(cè)變流器進(jìn)行很好的控制，以保證系統(tǒng)獲得較大的最大風(fēng)能跟范圍。在變速發(fā)電系統(tǒng)中，風(fēng)力機(jī)能在各種風(fēng)速下通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速到最佳值，可運(yùn)行在最大功率點(diǎn)，為了實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)控制和產(chǎn)生盡可能多的輸出功率，對許多控制方法進(jìn)行了研究。現(xiàn)有技術(shù)中，直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)在應(yīng)用中所采用的控制策略主要有模糊控制，滑膜控制、自適應(yīng)控制與矢量控制等。例如采用矢量控制，系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤功能主要在機(jī)側(cè)變流器控制實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)側(cè)變流器主要實(shí)現(xiàn)功率解耦、穩(wěn)定直流母線電壓和保證系統(tǒng)諧波畸變率；通過對發(fā)電機(jī)電磁阻轉(zhuǎn)矩的及時調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)對發(fā)電機(jī)電磁功率和輸出有功的準(zhǔn)確控制。但上述現(xiàn)有技術(shù)方案，機(jī)側(cè)變流器最大功率點(diǎn)跟蹤范圍較小，進(jìn)而影響了系統(tǒng)的輸出功率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)機(jī)側(cè)變流器的優(yōu)化控制方法，該方法能夠優(yōu)化機(jī)側(cè)變流器的控制策略，從而能夠擴(kuò)大機(jī)側(cè)變流器跟蹤最大功率的范圍，達(dá)到弱磁降壓、進(jìn)而擴(kuò)大跟蹤范圍的結(jié)果。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，一種永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)機(jī)側(cè)變流器的優(yōu)化控制方法，所述方法包括根據(jù)永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，在電力系統(tǒng)實(shí)時數(shù)字仿真器RTDS中搭建風(fēng)電系統(tǒng)模型；利用傳統(tǒng)矢量控制搭建永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)機(jī)側(cè)脈寬調(diào)制變流器的控制模型；基于所建立的控制模型，根據(jù)永磁同步電動機(jī)弱磁控制的電磁關(guān)系，分析永磁同步發(fā)電機(jī)內(nèi)部的電磁關(guān)系，通過對id參考值進(jìn)行重新設(shè)定，優(yōu)化機(jī)側(cè)脈寬調(diào)制變流器傳統(tǒng)定子磁鏈定向id=0的矢量控制，其中id為直軸電流。所述根據(jù)永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，在電力系統(tǒng)實(shí)時數(shù)字仿真器RTDS中搭建風(fēng)電系統(tǒng)模型，具體包括通過永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的傳遞函數(shù)來建立永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)一步在電力系統(tǒng)實(shí)時數(shù)字仿真器RTDS中搭建風(fēng)電系統(tǒng)模型。所述方法還包括；網(wǎng)側(cè)脈寬調(diào)制變流器采用電網(wǎng)電壓定向iq=0的矢量控制，其中iq為交軸電流；機(jī)側(cè)脈寬調(diào)制變流器采用定子磁鏈定向id=0的矢量控制。
在優(yōu)化機(jī)側(cè)脈寬調(diào)制變流器之后，所述方法還包括根據(jù)永磁同步發(fā)電機(jī)勵磁與永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)無功功率的關(guān)系，利用永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)無功功率經(jīng)過PI控制得到直軸電流id的參考值，利用所得到的id參考值在電力系統(tǒng)實(shí)時數(shù)字仿真器RTDS中對優(yōu)化控制策略的效果進(jìn)行驗(yàn)證。由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，所述方法包括根據(jù)永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，在電力系統(tǒng)實(shí)時數(shù)字仿真器RTDS中搭建風(fēng)電系統(tǒng)模型；利用傳統(tǒng)矢量控制搭建永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)機(jī)側(cè)脈寬調(diào)制變流器的控制模型；基于所建立的控制模型，根據(jù)永磁同步電動機(jī)弱磁控制的電磁關(guān)系,分析永磁同步發(fā)電機(jī)內(nèi)部的電磁關(guān)系,通過對id參考值進(jìn)行重新設(shè)定，優(yōu)化機(jī)側(cè)脈寬調(diào)制變流器傳統(tǒng)定子磁鏈定向id=0的矢量控制，其中id為直軸電流。該方法能夠優(yōu)化機(jī)側(cè)變流器的控制策略，從而能夠擴(kuò)大機(jī)側(cè)變流器跟蹤最大功率的范圍，達(dá)到弱磁降壓、進(jìn)而擴(kuò)大跟蹤范圍的結(jié)果。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)機(jī)側(cè)變流器的優(yōu)化控制方法流程示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例所提供的永磁同步發(fā)電機(jī)PMSG基本矢量/」、意圖;圖3為本發(fā)明實(shí)施例所提供的優(yōu)化機(jī)側(cè)變流器的控制結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例所提供的優(yōu)化控制策略較傳統(tǒng)控制策略比較機(jī)端電壓的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述，如圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例提供的永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)機(jī)側(cè)變流器的優(yōu)化控制方法流程示意圖，所述方法包括步驟11:根據(jù)永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，在電力系統(tǒng)實(shí)時數(shù)字仿真器RTDS中搭建風(fēng)電系統(tǒng)模型在該步驟11中，永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型可參考現(xiàn)有常用模型，具體可通過永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的傳遞函數(shù)來建立永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,并進(jìn)一步在電力系統(tǒng)實(shí)時數(shù)字仿真器RTDS中搭建風(fēng)電系統(tǒng)模型，上述永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)可以包括風(fēng)力機(jī)、永磁同步發(fā)電機(jī)(凸極機(jī))、雙PWM控制器、電網(wǎng)等，具體來說以風(fēng)力機(jī)為例，風(fēng)力機(jī)建模風(fēng)力機(jī)的輸入功率表達(dá)式如下
權(quán)利要求
1.一種永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)機(jī)側(cè)變流器的優(yōu)化控制方法，其特征在于，所述方法包括根據(jù)永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，在電力系統(tǒng)實(shí)時數(shù)字仿真器RTDS中搭建風(fēng)電系統(tǒng)模型；利用傳統(tǒng)矢量控制搭建永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)機(jī)側(cè)脈寬調(diào)制變流器的控制模型；基于所建立的控制模型，根據(jù)永磁同步電動機(jī)弱磁控制的電磁關(guān)系，分析永磁同步發(fā)電機(jī)內(nèi)部的電磁關(guān)系，通過對id參考值進(jìn)行重新設(shè)定，優(yōu)化機(jī)側(cè)脈寬調(diào)制變流器傳統(tǒng)定子磁鏈定向id=0的矢量控制，其中id為直軸電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)機(jī)側(cè)變流器的優(yōu)化控制方法，其特征在于，所述根據(jù)永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，在電力系統(tǒng)實(shí)時數(shù)字仿真器RTDS中搭建風(fēng)電系統(tǒng)模型，具體包括通過永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的傳遞函數(shù)來建立永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,并進(jìn)一步在電力系統(tǒng)實(shí)時數(shù)字仿真器RTDS中搭建風(fēng)電系統(tǒng)模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)機(jī)側(cè)變流器的優(yōu)化控制方法，其特征在于，所述方法還包括；網(wǎng)側(cè)脈寬調(diào)制變流器采用電網(wǎng)電壓定向iq=0的矢量控制，其中iq為交軸電流；機(jī)側(cè)脈寬調(diào)制變流器采用定子磁鏈定向id=0的矢量控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)機(jī)側(cè)變流器的優(yōu)化控制方法，其特征在于，在優(yōu)化機(jī)側(cè)脈寬調(diào)制變流器之后，所述方法還包括根據(jù)永磁同步發(fā)電機(jī)勵磁與永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)無功功率的關(guān)系，利用永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)無功功率經(jīng)過PI控制得到直軸電流id的參考值，利用所得到的id參考值在電力系統(tǒng)實(shí)時數(shù)字仿真器RTDS中對優(yōu)化控制策略的效果進(jìn)行驗(yàn)證。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)機(jī)側(cè)變流器的優(yōu)化控制方法。所述方法包括根據(jù)永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，在電力系統(tǒng)實(shí)時數(shù)字仿真器RTDS中搭建風(fēng)電系統(tǒng)模型；利用傳統(tǒng)矢量控制搭建永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)機(jī)側(cè)脈寬調(diào)制變流器的控制模型；基于所建立的控制模型，根據(jù)永磁同步電動機(jī)弱磁控制的電磁關(guān)系，分析永磁同步發(fā)電機(jī)內(nèi)部的電磁關(guān)系，通過對id參考值進(jìn)行重新設(shè)定，優(yōu)化機(jī)側(cè)脈寬調(diào)制變流器傳統(tǒng)定子磁鏈定向id=0的矢量控制，其中id為直軸電流。該方法能夠優(yōu)化機(jī)側(cè)變流器的控制策略，從而能夠擴(kuò)大機(jī)側(cè)變流器跟蹤最大功率的范圍，達(dá)到弱磁降壓、進(jìn)而擴(kuò)大跟蹤范圍的結(jié)果。
文檔編號H02J3/38GK103023072SQ20131000957
公開日2013年4月3日 申請日期2013年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月10日
發(fā)明者薛安成, 畢天姝, 陳進(jìn)美, 楊奇遜 申請人:華北電力大學(xué)