籠型轉(zhuǎn)子無(wú)刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的間接功率控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明與籠型轉(zhuǎn)子無(wú)刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的間接功率控制方法有關(guān)，更詳細(xì)地說(shuō)是 在無(wú)刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后的一種能在靜止坐標(biāo)系下實(shí)現(xiàn)的有功功率和無(wú)功功率的控 制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)力發(fā)電是解決當(dāng)前突出的能源和環(huán)境問題的有效手段，因而得到了普遍重視和 大規(guī)模開發(fā)利用，是目前世界上增長(zhǎng)速度最快的能源。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組經(jīng)常位于人類活動(dòng)比 較少的高山、荒野、海島等邊遠(yuǎn)地區(qū)，又受無(wú)規(guī)律的風(fēng)力以及強(qiáng)陣風(fēng)的作用，加之所處自然 環(huán)境交通不便，一旦出現(xiàn)故障，修復(fù)十分困難。故對(duì)其可靠性的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它的電氣及 機(jī)械設(shè)備。因此研制高可靠性的風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其控制技術(shù)對(duì)于風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展具有十分重 要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0003] 無(wú)刷雙饋電機(jī)是近年來(lái)廣受矚目的一種新型電機(jī)，其結(jié)構(gòu)是定子上有兩套繞組， 即功率繞組和控制繞組，分別連接電網(wǎng)和變頻器；轉(zhuǎn)子采用特殊的籠型或者磁阻結(jié)構(gòu)，本發(fā) 明針對(duì)籠型轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子上沒有電刷和滑環(huán)，大大提高了工作可靠性，特別適合用在變速恒頻 風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域。和目前變速恒頻風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域最廣泛采用的有刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)相比，無(wú) 刷雙饋發(fā)電機(jī)的運(yùn)行行為與其類似，除了具有有刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的所有優(yōu)點(diǎn)外，還有一 個(gè)獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，即在無(wú)刷的情況下實(shí)現(xiàn)雙饋運(yùn)行，極大地提高了系統(tǒng)的可靠性，更能滿足無(wú)或 少維護(hù)的工作環(huán)境。
[0004] 在變速恒頻風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，對(duì)于并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，在提高風(fēng)電能量轉(zhuǎn)換效 率的同時(shí)，還應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)有功功率跟蹤風(fēng)速實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤和無(wú)功功率的控制。現(xiàn) 有文獻(xiàn)中已有將矢量控制方法應(yīng)用于籠型轉(zhuǎn)子無(wú)刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的報(bào)導(dǎo)（ShaoSY， AbdiE，BaratiF，McMahonR.Stator-Flux-OrientedVectorControlforBrushless DoublyFedInductionGenerator[J].IEEETransactionsonIndustrialElectronics, 2009，56(10): 4220-4228)，但是該方法在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系實(shí)現(xiàn)有功和無(wú)功功率的控制， 因而需要磁場(chǎng)定位及旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，致使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且由于磁場(chǎng)定位的精度直接影響 到電機(jī)的性能，因而對(duì)磁場(chǎng)定位的精度提出了較高的要求。針對(duì)這種情況，本發(fā)明提出了籠 型轉(zhuǎn)子無(wú)刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)間接功率控制方法。該方法在靜止坐標(biāo)系實(shí)現(xiàn)有功和無(wú)功功率 的控制，具有無(wú)需旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換和磁場(chǎng)定位、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所需電機(jī)參數(shù)少，靜、動(dòng)態(tài)性能 優(yōu)良的優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 問題的提出：針對(duì)無(wú)刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)矢量控制方法系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題、提出 一種用于籠型轉(zhuǎn)子無(wú)刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的間接功率控制方法。
[0006] 本發(fā)明采取的是一種基于靜止坐標(biāo)系的間接功率控制方法，通過下列步驟實(shí)現(xiàn)有 功功率和無(wú)功功率的控制 (一） 首先建立有功功率和控制繞組磁鏈之間的關(guān)系式（7)如下所示：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于籠型轉(zhuǎn)子無(wú)刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的間接功率控制方法，包括有功功率和無(wú)功 功率的控制方法，實(shí)現(xiàn)該控制方法首先要建立有功功率和控制繞組磁鏈之間的關(guān)系式，如 (7) 所示：
式（7)中，產(chǎn)為有功功率，么其中 <為籠型轉(zhuǎn)子嵌套單元數(shù)， 為功率繞組與轉(zhuǎn)子繞組每一個(gè)單元的互感幅值，為控制繞組與轉(zhuǎn)子繞組每一個(gè)單元 的互感幅值；4、4和4分別為功率繞組自感、控制繞組自感和轉(zhuǎn)子繞組自感；死f為控制 繞組磁鏈?zhǔn)噶?；為功率繞組電壓矢量；和〃M分別為功率繞組電壓矢量和控制繞組 磁鏈?zhǔn)噶康南辔唤牵凰觯?)式中，功率繞組電壓矢量4、電機(jī)參數(shù)4P、4、4和4是 常數(shù)，由式（7)中得到通過控制控制繞組磁鏈?zhǔn)噶康南辔唤呛头祦?lái)控制有功功率A其次是構(gòu)建籠型轉(zhuǎn)子無(wú)刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)間接功率控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)有功功率和無(wú)功功 率的閉環(huán)控制； (1) 根據(jù)式（7)中的控制繞組的磁鏈?zhǔn)噶克纅和有功功率間的關(guān)系，利用有功功率 給定值產(chǎn)與計(jì)算值M過有功PI調(diào)節(jié)器（5)輸出控制繞組磁鏈動(dòng)態(tài)相位增量，將其與靜態(tài) 相位增量相加得到控制繞組磁鏈相位增量A 無(wú)功功率給定值講與計(jì)算值經(jīng)過無(wú)功PI調(diào)節(jié)器（16)輸出控制繞組磁鏈幅值給定； 再將控制繞組磁鏈幅值和計(jì)算值經(jīng)磁鏈PI調(diào)節(jié)器（10)輸出控制繞組磁鏈幅值增量； (2)基于上述步驟（1)構(gòu)建籠型轉(zhuǎn)子無(wú)刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)間接功率控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)該控 制方法的過程如下： 1) 籠型轉(zhuǎn)子無(wú)刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)通過并網(wǎng)開關(guān)（18)并網(wǎng)運(yùn)行； 2) 在三相靜止坐標(biāo)系下分別觀測(cè)控制繞組和功率繞組電壓、電流的A相和B相分量 I、4、4、i3P和對(duì)上述物理量通過3/2變換器（13)進(jìn)行坐標(biāo)變換，得到控制 繞組和功率繞組各自靜止坐標(biāo)系下的電壓和電流、、、、i&、和i#; 3) 利用、、和心源過控制繞組磁鏈計(jì)算（12)計(jì)算控制繞組磁鏈分量、，根據(jù)和計(jì)算 控制繞組磁鏈幅值； 4) 通過有功功率、無(wú)功功率計(jì)算（15)計(jì)算有功功率和無(wú)功功率； 5) 通過控制繞組磁鏈靜態(tài)相位增量計(jì)算（7)得到控制繞組靜態(tài)相位增量，通過 有功功率PI調(diào)節(jié)器（5)得到控制繞組磁鏈動(dòng)態(tài)相位增量△尤，二者之和即下一個(gè)采樣周期 Tp"內(nèi)的控制繞組磁鏈相位增量A 6) 利用無(wú)功功率的給定值f與計(jì)算值經(jīng)過無(wú)功PI調(diào)節(jié)器（16)輸出控制繞組磁鏈 幅值給定，和計(jì)算值經(jīng)磁鏈PI調(diào)節(jié)器（10)輸出控制繞組磁鏈幅值增量；利用控制繞組磁鏈 分量、、控制繞組磁鏈幅值增量和控制繞組磁鏈相位增量通過控制繞組磁鏈增量計(jì)算 (8) 得到控制繞組磁鏈增量、； 7) 利用控制繞組磁鏈增量、，通過控制繞組電壓、計(jì)算（11)，得到下一個(gè)周期內(nèi)所 需的電壓矢量、； 8 )SVPWM發(fā)生器（3 )根據(jù)和生成調(diào)制信號(hào)，并通過雙向變流器（2 )的電機(jī)側(cè)變流器控制 無(wú)刷雙饋風(fēng)力電機(jī)（14)的控制繞組。
【專利摘要】一種用于籠型轉(zhuǎn)子無(wú)刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的間接功率控制方法，包括籠型轉(zhuǎn)子無(wú)刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)有功功率和無(wú)功功率的控制方法，尤其是有功功率與控制繞組磁鏈的解析關(guān)系以及構(gòu)建的籠型轉(zhuǎn)子無(wú)刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)有功功率和無(wú)功功率的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明解決了籠型轉(zhuǎn)子無(wú)刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后有功功率跟蹤風(fēng)速實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤以及無(wú)功功率的控制問題。本控制系統(tǒng)只需要兩個(gè)定子繞組的電阻，所需電機(jī)參數(shù)少，無(wú)需旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，在靜止坐標(biāo)系下實(shí)現(xiàn)了籠型轉(zhuǎn)子無(wú)刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)有功功率和無(wú)功功率的控制，控制方法簡(jiǎn)單，效果明顯。
【IPC分類】H02P103-00, H02J3-38, H02P9-00
【公開號(hào)】CN104579060
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510046957
【發(fā)明人】趙榮理, 王淑紅, 馬赟, 閆珺, 張愛玲
【申請(qǐng)人】太原理工大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2015年1月30日