專利名稱：一種雙饋交流勵磁發(fā)電機定子磁鏈測量方法
技術領域：
本發(fā)明屬于風カ發(fā)電變流器控制領域，具體為ー種雙饋交流勵磁發(fā)電機定子磁鏈測量方法。
背景技術：
磁鏈觀測一般采用的模型有 三種形式u_i模型、i_w模型、u-w模型。u_i模型法是用定子電壓與定子電流來確定定子磁鏈的方法，此方法計算時包含有電機參數(shù)定子電阻Rs，在轉速很低時，電阻上的壓降就不能忽視，使電壓測量誤差偏大，磁鏈觀測不準確；此夕卜，ii模型也受轉子電阻、漏電感、主電感等電機參數(shù)的影響，尤其是轉子時間常數(shù)，它們也隨轉速的變化而變化，高速時此模型觀測不如電壓模型準確模型，早期是用積分的方式實現(xiàn)，電壓、電流信號中微小的直流偏差仍會產(chǎn)生較大的累計誤差而導致積分結果偏移甚至飽和，而影響觀測精度，現(xiàn)一般通過直角坐標系與極坐標的變換，將磁鏈的幅和相位信息進行分離，這種方法在一定程度上避免了積分器的飽和，但卻由于慣性環(huán)節(jié)的引入而増加了延時，同時導致系統(tǒng)變得復雜。一般的定子磁鏈觀測器依賴于電機參數(shù)，受電機參數(shù)影響比較大，而影響觀測精度。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種雙饋交流勵磁發(fā)電機定子磁鏈測量方法的技術方案。所述的ー種雙饋交流勵磁發(fā)電機定子磁鏈測量方法，其特征在于利用三相軟件鎖相環(huán)，通過鎖相得到定子電壓矢量相角Θ u和定子電壓矢量幅值U1，從而得到定子磁鏈相角
Θ s= Θ u+90° ,定子磁鏈幅值 F1= U1/(O1，其中 ω 1=100 η 0所述的ー種雙饋交流勵磁發(fā)電機定子磁鏈測量方法，其特征在于所述的三相軟件鎖相環(huán)由鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器組成，三相軟件鎖相環(huán)首先通過坐標變換將三相電網(wǎng)電壓轉換到dq坐標系下，采用電網(wǎng)電壓定向矢量控制，將同步旋轉dq坐標系d軸定向于電網(wǎng)電壓矢量Us的方向上,為使d軸分量Usd與電壓矢量完全同相,設定q軸電壓參考值Usq ref=O,將q軸電壓偏差值1!3(^ 作為鑒相器輸出的角度偏差，經(jīng)過環(huán)路濾波器輸出得到頻率，再經(jīng)過壓控振蕩器得到角度值，實現(xiàn)相位頻率鎖定，當d軸與Us完全同相吋，Usq =0，Usd
=U3O本發(fā)明鎖相環(huán)內(nèi)部采用了閉環(huán)結構，可以有效抑制電網(wǎng)輕微擾動對相位觀測帶來的干擾，這種方法也適合用于電網(wǎng)質量稍差的情況，準確而又快速地獲得定子磁鏈的相角和幅值，對風電變流器的設計具有非常重要的意義。
圖I為本發(fā)明的結構 圖2矢量相位差示意圖；圖3三相軟件鎖相環(huán)的結構 圖4三相軟件鎖相環(huán)的非線性數(shù)學模型；
圖5三相軟件鎖相環(huán)的線性數(shù)學模型。
具體實施例方式下面結合說明書附圖對本發(fā)明做進ー步說明
雙饋風カ發(fā)電系統(tǒng)中交流勵磁發(fā)電機的定子繞組直接接在電網(wǎng)側，因電網(wǎng)容量無窮大，電網(wǎng)電壓矢量角觀測較為簡易且不受參數(shù)的影響，在分析電網(wǎng)電壓與定子磁鏈之間關系的基礎上，提出了一種雙饋交流勵磁發(fā)電機定子磁鏈測量方法。如圖I所示，一種雙饋交流勵磁發(fā)電機定子磁鏈測量方法，利用三相軟件鎖相環(huán) (SPLL)的方法，通過鎖相得到定子電壓矢量相角eu和定子電壓矢量幅值U1，從而得到定子磁鏈相角Qs=Qu+90° ,定子磁鏈幅值V1= u/ω i，ω flOO 31 (電網(wǎng)額定頻率)。三相軟件鎖相環(huán)(SPLL)由鑒相器(圖I虛線框內(nèi)的坐標變換)、環(huán)路濾波器(Cpll)、壓控振蕩器(積分環(huán)節(jié)1/S)組成。三相軟件鎖相環(huán)首先通過坐標變換(鑒相器)將三相電網(wǎng)電壓轉換到dq坐標系下，采用電網(wǎng)電壓定向矢量控制，將同步旋轉dq坐標系d軸定向于電網(wǎng)電壓矢量Us的方向上,為使d軸分量Usd與電壓矢量完全同相,設定q軸電壓參考值Usq ref=O,將q軸電壓偏差值1^ 作為鑒相器輸出的角度偏差，經(jīng)過環(huán)路濾波器輸出得到頻率，再經(jīng)過(積分環(huán)節(jié))壓控振蕩器得到角度值，實現(xiàn)相位頻率鎖定，當d軸與Us完全同相時，Usq =0，Usd = U3O雙饋風カ發(fā)電系統(tǒng)中勵磁發(fā)電機定子繞組直接接在大電網(wǎng)的低壓側，可以近似地認為定子的電壓幅值、頻率都是恒定的，即為電網(wǎng)電壓幅值和頻率，所以交流勵磁雙饋發(fā)電機多選擇定子電壓或定子磁場定向方式。這里采用定子磁鏈定向，將同步旋轉dq坐標系的d軸定向在定子磁鏈W1方向上，d、q軸上的磁鏈分量分別是Vds=V1, ￥qs=0,由于電機定子側頻率為エ頻，定子繞組電阻遠小于定子繞組電抗，可以忽略，即Rs=O,感應電動勢近似等于定子電壓，按發(fā)電機慣例，感應電動勢滯后磁鏈90° ,有uds =0, uqs =~uv U1為定子電壓矢量的幅值，當定子端并入理想電網(wǎng)時,U1等于電網(wǎng)電壓矢量的幅值，為常數(shù)。根據(jù)Rs=O,Uds=O, Uqs=-U1, ￥ds=￥1； Ψ M=O,及定子繞組磁鏈方程和電壓方程,得定子磁鏈幅值F1= U1/CO1, Q1=IOO 31 (電網(wǎng)額定頻率)。對于三相電網(wǎng)，如圖2所示，當電網(wǎng)電壓幅值，即電壓合成矢量Us的幅值不變時，Us的q軸分量Usq反映了 d軸與電網(wǎng)電壓Us的相位關系。UsqX)時，d軸滯后us，應增大同步信號頻率；usq〈0吋，d軸超前Us，應減小同步信號頻率；usq=0吋，d軸與Us同相，Usd =Us0因此，可以通過控制Usq，使Usq =0來實現(xiàn)兩者之間的同相，基于這一思想，設計了ー種三相軟件鎖相環(huán)(SPLL)得到電網(wǎng)電壓相角Θ u。三相軟件鎖相環(huán)(SPLL)的基本結構如圖3所示，包括鑒相器(圖中虛線框內(nèi)的坐標變換)，環(huán)路濾波器(Cpll),壓控振蕩器(積分環(huán)節(jié)1/S)。為壓控振蕩器的固有頻率，此處ωΗ=100π (電網(wǎng)額定頻率)。設平衡三相電壓為
權利要求
1.一種雙饋交流勵磁發(fā)電機定子磁鏈測量方法，其特征在于利用三相軟件鎖相環(huán)，通過鎖相得到定子電壓矢量相角e u和定子電壓矢量幅值U1，從而得到定子磁鏈相角 0S=0U+9O° ,定子磁鏈幅值 V1= U1/W1，其中 Q1=IOO o
2.根據(jù)權利要求I所述的一種雙饋交流勵磁發(fā)電機定子磁鏈測量方法，其特征在于所述的三相軟件鎖相環(huán)由鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器組成，三相軟件鎖相環(huán)首先通過坐標變換將三相電網(wǎng)電壓轉換到dq坐標系下，采用電網(wǎng)電壓定向矢量控制，將同步旋轉dq坐標系d軸定向于電網(wǎng)電壓矢量Us的方向上,為使d軸分量Usd與電壓矢量完全同相,設定q軸電壓參考值Usq =0,將q軸電壓偏差值Usq 作為鑒相器輸出的角度偏差，經(jīng)過環(huán)路濾波器輸出得到頻率，再經(jīng)過壓控振蕩器得到角度值，實現(xiàn)相位頻率鎖定，當d軸與Us完全同相時，usq =0, usd = us。
全文摘要
本發(fā)明屬于風力發(fā)電變流器控制領域，具體為一種雙饋交流勵磁發(fā)電機定子磁鏈測量方法。雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)中交流勵磁發(fā)電機的定子繞組直接接在大電網(wǎng)的低壓側，可以近似地認為定子電壓幅值、頻率都是恒定的，為電網(wǎng)電壓幅值、頻率。本發(fā)明利用三相軟件鎖相環(huán)，通過鎖相得到定子電壓矢量相角θu和定子電壓矢量幅值u1，從而得到定子磁鏈相角θs=θu+90°，定子磁鏈幅值ψ1=u1/ω1，其中ω1=100π。本發(fā)明鎖相環(huán)內(nèi)部采用了閉環(huán)結構，可以有效抑制電網(wǎng)輕微擾動對相位觀測帶來的干擾，這種方法也適合用于電網(wǎng)質量稍差的情況，準確而又快速地獲得定子磁鏈的相角和幅值，對風電變流器的設計具有非常重要的意義。
文檔編號H02P21/14GK102651630SQ20121012358
公開日2012年8月29日 申請日期2012年4月25日 優(yōu)先權日2012年4月25日
發(fā)明者段新紅, 葛華勇, 馬萬慶, 黃華圣 申請人:浙江天煌科技實業(yè)有限公司