專利名稱：雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)控制領(lǐng)域，特別是指在雙饋型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中通 過加入并網(wǎng)電壓偏差調(diào)節(jié)的方法來抑制雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)在并網(wǎng)過程中引起的電流沖擊 的方法。
背景技術(shù)：
交流勵磁變速恒頻是風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域中應(yīng)用較為廣泛的一類技術(shù)，它是通過對雙饋 異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子進(jìn)行交流勵磁控制來實(shí)現(xiàn)在定子側(cè)輸出電流的變速恒頻，它可以實(shí)現(xiàn)功 率的解耦控制和最大風(fēng)能的跟蹤控制，且其變流器具有容量小的優(yōu)勢。在兆瓦級的風(fēng)電機(jī) 組中，常見的并網(wǎng)方式是采用空載并網(wǎng)技術(shù)，目的在于減小并網(wǎng)過程中的電流沖擊，從而減 小風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)過程中對電網(wǎng)的沖擊，同時也可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)更加安全穩(wěn)定的運(yùn)行，對減小 電機(jī)的沖擊振動以及延長運(yùn)行壽命等方面都有很大的好處。由于雙饋風(fēng)機(jī)在空載運(yùn)行過程 中需要消耗一部分無功功率來建立磁場，因此傳統(tǒng)的開環(huán)控制方法會引起定子電壓控制精 度不足，由此帶來的直接影響就是雙饋風(fēng)機(jī)在并網(wǎng)過程中引起的沖擊電流較大，顯然對雙 饋風(fēng)機(jī)和電力系統(tǒng)都是不利的。雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)控制涉及電機(jī)參數(shù)、變流器控制以及轉(zhuǎn)子位置檢測等技術(shù)， 為了降低并網(wǎng)過程的沖擊電流，目前國內(nèi)一般采用直接空載并網(wǎng)方法，即雙饋風(fēng)機(jī)在并網(wǎng) 前的功率指令被置為零，待并網(wǎng)成功后再接受風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的功率指令。為了推導(dǎo)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的空載并網(wǎng)模型，我們將電機(jī)控制中的矢量控制技術(shù)引 入變速恒頻風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中，建立兩相旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系統(tǒng)，配合圖1所示，同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo) 系中采取定子磁鏈定向，將定子磁鏈定向于d軸，d軸逆時針旋轉(zhuǎn)90度為q軸方向。在圖1中，a 為兩相靜止坐標(biāo)系，a工軸為定子A相繞組軸線正方向，a2、32 為以轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角速度《2為參考的兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，《2軸為轉(zhuǎn)子a相繞組軸線正方向。、 為a2軸與a工軸的夾角，其角度由光電編碼器給出。dq軸為兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，d軸與 a i軸的夾角為es，其角度由控制系統(tǒng)軟件對電網(wǎng)電壓磁鏈的鎖相定位得到。在電動機(jī)慣 例下，雙饋異步發(fā)電機(jī)空載并網(wǎng)的轉(zhuǎn)子電壓方程算式
Udr=Rrldr+PLrldr-C°SlLrlqrj式 1
Uqr=Rrlqr+PLrlqr+(0SlLrldr其中已為轉(zhuǎn)子繞組電阻為dq坐標(biāo)系下轉(zhuǎn)子的等效自感；Uto、U(ff為轉(zhuǎn)子電壓的 dq軸分量；、、iqr為轉(zhuǎn)子電流的dq軸分量；《sl為轉(zhuǎn)差，p為微分算子?？梢钥闯?，空載并網(wǎng)過程的關(guān)鍵是通過控制勵磁變流器，使得轉(zhuǎn)子勵磁電壓滿足 等式1，而其電流約束條件由等式2給出j式 2
i =0
、V其中，uqs為定子電壓的q軸分量；《 i為電網(wǎng)角頻率；Lm為dq坐標(biāo)系下定、轉(zhuǎn)子的等效互感。而式1是在電機(jī)勵磁過程中無任何功率消耗以及電機(jī)參數(shù)準(zhǔn)確、電機(jī)轉(zhuǎn)子位置 檢測無誤的前提下才能滿足。實(shí)際上前已述及，建立磁場需要的無功消耗將直接導(dǎo)致按照 開環(huán)控制方式勵磁的電機(jī)定子電壓要偏小，從而引起并網(wǎng)過程中明顯的沖擊電流和電機(jī)的 機(jī)械振動。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對前述背景技術(shù)中的缺陷和不足，提供一種雙饋風(fēng) 力發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)控制方法，其可消除空載并網(wǎng)過程中的動態(tài)和靜態(tài)電壓誤差，改善因雙饋 風(fēng)力發(fā)電機(jī)自身無功消耗而導(dǎo)致的定子電壓控制精度不足現(xiàn)象。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，所采用的技術(shù)方案是一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)控制方法，包括如下步驟(1)分別采集定子磁鏈定向下電網(wǎng)電壓的d、q軸分量和定子電壓的d、q軸分量， 計算q軸上定子電壓Uqg和電網(wǎng)電壓Uqs的偏差Δ u (t)，并將其送入PI調(diào)節(jié)器；(2)將PI調(diào)節(jié)器的輸出信號作為電壓誤差補(bǔ)償分量，引入d軸空載勵磁電流，將d 軸空載勵磁電流Uqs/ ω ^Lm和電壓偏差的PI調(diào)節(jié)器輸出量之和作為總的d軸勵磁電流，而 q軸參考分量仍然為0 ；(3)將前述d、q軸勵磁電流代入雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)空載并網(wǎng)的轉(zhuǎn)子電壓方程進(jìn)行計 算，得到三相功率器件的開斷控制信號，來調(diào)節(jié)勵磁變流器控制發(fā)電機(jī)的電壓幅值、頻率和 相位，實(shí)現(xiàn)對雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)進(jìn)行控制。上述步驟(3)中，將前述d、q軸勵磁電流代入雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)空載并網(wǎng)的轉(zhuǎn)子電 壓方程，利用空間矢量調(diào)制法控制轉(zhuǎn)子變流器，得到三相功率器件的開斷控制信號來控制 發(fā)電機(jī)的電壓幅值、頻率和相位；采集發(fā)電機(jī)的定子電壓幅值、頻率和相位，并在其與電網(wǎng) 電壓同步一致時控制定子開關(guān)將雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)電網(wǎng)。上述步驟(1)中，采集并網(wǎng)點(diǎn)電壓和定子電壓，并在電網(wǎng)電壓磁鏈定向下對前述 采集的三相電壓進(jìn)行等幅值坐標(biāo)變換，得到電網(wǎng)電壓在d、q軸的分量和定子電壓在d、q軸 的分量。采用上述方案后，本發(fā)明利用基于PI調(diào)節(jié)的定子電壓偏差自動校正原理，將定子 電壓和電網(wǎng)電壓的偏差經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器后得到補(bǔ)償分量，將該補(bǔ)償分量反饋至控制系統(tǒng)而 動態(tài)調(diào)節(jié)勵磁電流矢量，最終實(shí)現(xiàn)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定子電壓和電網(wǎng)電壓的同步一致進(jìn)而 實(shí)現(xiàn)軟切入控制。
圖1是雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的矢量控制坐標(biāo)變換示意圖；圖2是本發(fā)明中采用電壓閉環(huán)控制的控制示意圖；圖3是本發(fā)明的流程圖。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)過程與工作原理進(jìn)行詳細(xì)說明。配合圖3所示，本發(fā)明提供一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)控制方法，包括如下步驟
(1)分別采集并網(wǎng)點(diǎn)電壓和定子電壓，并在定子電壓磁鏈定向下對前述采集的三 相電壓進(jìn)行等幅值坐標(biāo)變換，得到電網(wǎng)電壓在d、q軸的分量uds、uqs和定子電壓在d、q軸的 分量 udg、uqg ；(2)配合圖2所示，計算前述q軸下定子電壓uqg和電網(wǎng)電壓uqs的偏差a u⑴，并 將所述偏差送入pi調(diào)節(jié)器，pi調(diào)節(jié)器的輸出的△ 作為d軸勵磁電流的補(bǔ)償量以補(bǔ)償空 載勵磁過程中的電壓偏差，其計算公式如下
權(quán)利要求
1.一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)控制方法，其特征在于包括如下步驟(1)分別采集定子磁鏈定向下電網(wǎng)電壓的d、q軸分量和定子電壓的d、q軸分量，計算 q軸上定子電壓Uqg和電網(wǎng)電壓Uqs的偏差Δ u (t)，并將其送入PI調(diào)節(jié)器；(2)將PI調(diào)節(jié)器的輸出信號作為電壓誤差補(bǔ)償分量，引入d軸空載勵磁電流，將d軸空 載勵磁電流Uqs/ ω ^m和電壓偏差的PI調(diào)節(jié)器輸出量之和作為總的d軸勵磁電流，而q軸參 考分量仍然為0 ；(3)將前述d、q軸勵磁電流代入雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)空載并網(wǎng)的轉(zhuǎn)子電壓方程進(jìn)行計算， 得到三相功率器件的開斷控制信號，來調(diào)節(jié)勵磁變流器控制發(fā)電機(jī)的電壓幅值、頻率和相 位，實(shí)現(xiàn)對雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)進(jìn)行控制。
2.如權(quán)利要求1所述的一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)控制方法，其特征在于所述步驟 (3)中，將前述d、q軸勵磁電流代入雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)空載并網(wǎng)的轉(zhuǎn)子電壓方程，利用空間矢 量調(diào)制法控制轉(zhuǎn)子變流器，得到三相功率器件的開斷控制信號來控制發(fā)電機(jī)的電壓幅值、 頻率和相位；采集發(fā)電機(jī)的定子電壓幅值、頻率和相位，并在其與電網(wǎng)電壓同步一致時控制 定子開關(guān)將雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)電網(wǎng)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)控制方法，其特征在于所述步驟 (1)中，采集并網(wǎng)點(diǎn)電壓和定子電壓，并在電網(wǎng)電壓磁鏈定向下對前述采集的三相電壓進(jìn)行 等幅值坐標(biāo)變換，得到電網(wǎng)電壓在d、q軸的分量和定子電壓在d、q軸的分量。
全文摘要
本發(fā)明公開一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)控制方法，包括如下步驟(1)將定子磁鏈定向下電網(wǎng)電壓和定子磁鏈在q軸分量的偏差送入PI調(diào)節(jié)器；(2)將PI調(diào)節(jié)器的輸出信號作為電壓誤差補(bǔ)償分量，引入d軸空載勵磁電流，將d軸空載勵磁電流和電壓偏差的PI調(diào)節(jié)器輸出量之和作為總的d軸勵磁電流；(3)將前述dq軸勵磁電流代入雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)空載并網(wǎng)的轉(zhuǎn)子電壓方程，得到三相功率器件的開斷控制信號，來調(diào)節(jié)勵磁變流器控制發(fā)電機(jī)的電壓幅值、頻率和相位，實(shí)現(xiàn)對雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)進(jìn)行控制。此種控制方法通過采用閉環(huán)控制方式，可消除空載并網(wǎng)過程中的動態(tài)和靜態(tài)電壓誤差，改善因雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)自身無功消耗而導(dǎo)致的定子電壓控制精度不足現(xiàn)象。
文檔編號H02P21/06GK102005782SQ20101056554
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者吳小丹, 周啟文, 方太勛, 楊兵, 楊浩, 王宇 申請人:南京南瑞繼保工程技術(shù)有限公司, 南京南瑞繼保電氣有限公司