本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域,尤其是一種雙饋電機(jī)的輪轂/發(fā)電機(jī)的位置控制方法,更具體的說,是一種基于雙饋?zhàn)兞髌鞯妮嗇?發(fā)電機(jī)的位置控制方法。
背景技術(shù):
隨著清潔能源裝機(jī)容量逐漸擴(kuò)大,雙饋發(fā)電機(jī)大量應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電。風(fēng)電機(jī)組在安裝、檢修等多個場合需要將輪轂/發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動至某個位置,目前常用的方法是人工轉(zhuǎn)動輪轂/發(fā)電機(jī),目視觀測到輪轂/發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動到目標(biāo)位置后停止轉(zhuǎn)動。該方法存在定位精度不足的問題,可能需要反復(fù)調(diào)整,風(fēng)速較快時難度大,甚至無法完成定位,同時人工操作存在較高危險(xiǎn)性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
因此,針對上述的問題,本發(fā)明提出一種雙饋電機(jī)的位置控制方法,針對現(xiàn)有的風(fēng)電機(jī)組輪轂/發(fā)電機(jī)定位方法存在的定位精度不足的問題,提供一種基于變流器的輪轂/發(fā)電機(jī)位置控制方法,實(shí)現(xiàn)其自動定位,無需反復(fù)調(diào)整,尤其對于風(fēng)速較快時也能快速完成定位,且可杜絕人工操作時存在的潛在風(fēng)險(xiǎn),從而解決現(xiàn)有技術(shù)之不足。
為了解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明所采用思路是,基于變流器實(shí)現(xiàn)對風(fēng)電機(jī)組輪轂/發(fā)電機(jī)的位置控制,首先利用網(wǎng)側(cè)變換器實(shí)現(xiàn)雙饋電機(jī)定子短接,或者利用機(jī)側(cè)變換器實(shí)現(xiàn)雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子短接;當(dāng)利用網(wǎng)側(cè)變換器實(shí)現(xiàn)雙饋電機(jī)定子短接時,基于機(jī)側(cè)變換器及其控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)雙饋電機(jī)的位置控制;當(dāng)利用機(jī)側(cè)變換器實(shí)現(xiàn)雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子短接時,基于網(wǎng)側(cè)變換器及其控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)雙饋電機(jī)的位置控制。
具體的,本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是,一種雙饋電機(jī)的位置控制方法,運(yùn)用于雙饋電機(jī)系統(tǒng)中,該雙饋電機(jī)系統(tǒng)包括雙饋電機(jī)、網(wǎng)側(cè)變換器、機(jī)側(cè)變換器和直流母線電容,雙饋電機(jī)具有定子和轉(zhuǎn)子,網(wǎng)側(cè)變換器的一端連接直流母線電容的第一端,網(wǎng)側(cè)變換器的另一端連接電網(wǎng)和雙饋電機(jī)的定子;直流母線電容的第二端連接機(jī)側(cè)變換器的一端,機(jī)側(cè)變換器的另一端連接雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接;雙饋電機(jī)的位置控制方法包括:利用網(wǎng)側(cè)變換器將雙饋電機(jī)的定子短接,或者利用機(jī)側(cè)變換器將雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子短接;在雙饋電機(jī)的定子短接時,基于機(jī)側(cè)變換器實(shí)現(xiàn)雙饋電機(jī)的位置控制;在雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子短接時,基于網(wǎng)側(cè)變換器實(shí)現(xiàn)雙饋電機(jī)的位置控制。
進(jìn)一步的,上述利用網(wǎng)側(cè)變換器將雙饋電機(jī)的定子短接,或者利用機(jī)側(cè)變換器將雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子短接之前還包括:斷開電網(wǎng)開關(guān)。更進(jìn)一步的,所述斷開電網(wǎng)開關(guān)之后還包括:給直流母線電容充電。
利用網(wǎng)側(cè)變換器將雙饋電機(jī)的定子短接,是通過同時開通網(wǎng)側(cè)變換器三相上橋臂或者下橋臂開關(guān)管實(shí)現(xiàn)定子短接;利用機(jī)側(cè)變換器將雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子短接,是通過同時開通機(jī)側(cè)變換器三相上橋臂或者下橋臂開關(guān)管實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子短接。
其中,基于機(jī)側(cè)變換器實(shí)現(xiàn)雙饋電機(jī)的位置控制,包括如下過程:利用位置信息、轉(zhuǎn)速信息以及檢測得到的電壓、電流信號控制機(jī)側(cè)變換器的輸出實(shí)現(xiàn)雙饋電機(jī)的位置控制。其中的位置信息和轉(zhuǎn)速信息可利用碼盤檢測得到,也可通過計(jì)算得到。具體的,其包括如下過程:
碼盤檢測雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置,并根據(jù)檢測的轉(zhuǎn)子位置和預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)子目標(biāo)位置計(jì)算后經(jīng)過位置調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)獲得轉(zhuǎn)速環(huán)給定值;
碼盤測量雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)速,并根據(jù)轉(zhuǎn)速環(huán)給定值和雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)速確定電流環(huán)q軸給定,通過公式計(jì)算獲得電流環(huán)d軸給定;所述電流環(huán)d軸給定是通過以下公式獲得:
檢測雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流,通過坐標(biāo)變換獲得電流環(huán)d軸反饋和電流環(huán)q軸反饋,并根據(jù)電流環(huán)q軸給定和q軸反饋,通過電流調(diào)節(jié)器確定q軸的參考電壓,根據(jù)電流環(huán)d軸給定和d軸反饋,通過電流調(diào)節(jié)器確定d軸參考電壓;及
將q軸的參考電壓和d軸參考電壓通過坐標(biāo)變換為逆變器控制信號,雙饋電機(jī)根據(jù)逆變器控制信號以及直流母線電壓驅(qū)動機(jī)側(cè)變換器驅(qū)動雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)位置。
基于網(wǎng)側(cè)變換器實(shí)現(xiàn)雙饋電機(jī)的位置控制,包括如下過程:利用碼盤檢測得到的位置信息、轉(zhuǎn)速信息以及檢測得到的電壓、電流信號控制網(wǎng)側(cè)變換器的輸出實(shí)現(xiàn)雙饋電機(jī)的位置控制。具體的,其包括如下過程:
碼盤檢測雙饋電機(jī)的定子位置,根據(jù)檢測的定子位置和預(yù)設(shè)的定子目標(biāo)位置計(jì)算后經(jīng)過位置調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)獲得轉(zhuǎn)速環(huán)給定值;
碼盤測量雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)速,根據(jù)轉(zhuǎn)速環(huán)給定值和雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)速確定電流環(huán)q軸給定,通過公式計(jì)算獲得電流環(huán)d軸給定;其中,所述電流環(huán)d軸給定是通過以下公式獲得:
檢測雙饋電機(jī)的定子電流,通過坐標(biāo)變換獲得電流環(huán)d軸反饋和電流環(huán)q軸反饋,并根據(jù)電流環(huán)q軸給定和q軸反饋,通過電流調(diào)節(jié)器確定q軸的參考電壓,根據(jù)電流環(huán)d軸給定和d軸反饋,通過電流調(diào)節(jié)器確定d軸參考電壓;
將q軸的參考電壓和d軸參考電壓通過坐標(biāo)變換為逆變器控制信號,雙饋電機(jī)根據(jù)逆變器控制信號以及直流母線電壓驅(qū)動網(wǎng)側(cè)變換器驅(qū)動雙饋電機(jī)定子旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)位置。
本發(fā)明的雙饋電機(jī)的位置控制方法是基于現(xiàn)有的雙饋發(fā)電系統(tǒng)而設(shè)計(jì),與現(xiàn)有技術(shù)相比,無需增加硬件器件,僅軟件升級,成本低廉,易于操作。另外,本發(fā)明的方法無需改變現(xiàn)有的雙饋發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),易于實(shí)現(xiàn),穩(wěn)定可靠;其控制算法可快速自動實(shí)現(xiàn)雙饋發(fā)電系統(tǒng)位置控制,具有效率高、安全性好、實(shí)用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明提供的方法能夠?qū)崿F(xiàn)利用雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動輪轂的轉(zhuǎn)動,節(jié)省了人力,降低了維護(hù)人員的工作強(qiáng)度。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的雙饋電機(jī)位置控制框圖;
圖2為實(shí)施例1中利用網(wǎng)側(cè)變換器短接定子的雙饋電機(jī)位置控制方法拓?fù)鋱D;
圖3a為同時開通網(wǎng)側(cè)模塊三相上橋臂實(shí)現(xiàn)定子短接的示意圖;
圖3b為同時開通網(wǎng)側(cè)模塊三相下橋臂實(shí)現(xiàn)定子短接的示意圖;
圖4為實(shí)施例2中利用機(jī)側(cè)模塊短接轉(zhuǎn)子的雙饋電機(jī)位置控制方法拓?fù)鋱D;
圖5a為同時開通機(jī)側(cè)模塊三相上橋臂實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子短接的示意圖;
圖5b為同時開通機(jī)側(cè)模塊三相下橋臂實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子短接的示意圖;
圖6為實(shí)施例3中的雙饋發(fā)電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
針對現(xiàn)有的風(fēng)電機(jī)組輪轂/發(fā)電機(jī)定位方法存在的諸多問題,提供一種基于變流器的輪轂/發(fā)電機(jī)位置控制方法,實(shí)現(xiàn)其自動定位。該方法基于變流器實(shí)現(xiàn)對風(fēng)電機(jī)組輪轂/發(fā)電機(jī)的位置控制。具體的,上述方法步驟如下:s1:利用網(wǎng)側(cè)變換器實(shí)現(xiàn)雙饋電機(jī)定子短接或者利用機(jī)側(cè)變換器實(shí)現(xiàn)雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子或者定子短接;s2:當(dāng)利用網(wǎng)側(cè)變換器實(shí)現(xiàn)雙饋電機(jī)定子短接時,基于機(jī)側(cè)變換器及其控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)雙饋電機(jī)的位置控制;當(dāng)利用機(jī)側(cè)變換器實(shí)現(xiàn)雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子短接時,基于網(wǎng)側(cè)變換器及其控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)雙饋電機(jī)的位置控制。具體控制方案如下。首先建立雙饋電機(jī)磁鏈方程:
其中,
轉(zhuǎn)子電流用定子電流可表示(短接定子時,則用轉(zhuǎn)子電流表示定子電流)為:
建立雙饋電機(jī)電壓方程如下:
其中,usd為d軸定子電壓,usq為q軸定子電壓;urd為d軸轉(zhuǎn)子電壓,urq為q軸轉(zhuǎn)子電壓;rs為定子電阻,rr為轉(zhuǎn)子電阻;ω1為同步角頻率,ωs為滑差角頻率;p為微分算子。
由于將雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子短接,因此電壓方程可寫成(如果短接定子,則定子電壓為0):
雙饋電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩方程如下:
其中,te為電磁轉(zhuǎn)矩,np為電機(jī)極對數(shù)。
將式(1)代入式(4),轉(zhuǎn)子電壓方程可表示為:
將dq坐標(biāo)系d軸方向與轉(zhuǎn)子磁鏈方向重合,那么
將式(7)代入式(5)、式(6),電機(jī)磁鏈和轉(zhuǎn)矩方程可表示為:
以上結(jié)果實(shí)現(xiàn)了雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩的解耦,同時滑差角頻率ωs可表示為:
同步角速度ω1=ωr+ωs,磁場定向角度θ1為:
θ1=∫ω1dt=∫(ωr+ωs)dt(11)
雙饋電機(jī)位置控制流程如下:令θ*表示雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子的目標(biāo)位置,作為位置環(huán)的給定,實(shí)測的雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置θ作為位置環(huán)的反饋,θ與θ*運(yùn)算后經(jīng)過位置調(diào)節(jié)器pr作用后輸出ω*,ω*作為轉(zhuǎn)速環(huán)給定;碼盤實(shí)測雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)速ω作為轉(zhuǎn)速環(huán)反饋,ω與ω*運(yùn)算后經(jīng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器sr作用后輸出
雙饋電機(jī)位置控制框圖參見圖1所示,圖1中θ*表示雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子的目標(biāo)位置,作為位置環(huán)的給定,碼盤實(shí)測雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置作為位置環(huán)的反饋,經(jīng)位置調(diào)節(jié)器pr作用后輸出ω*作為轉(zhuǎn)速環(huán)給定,碼盤實(shí)測發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速作為轉(zhuǎn)速環(huán)反饋,經(jīng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器sr作用后輸出
實(shí)施例1
本實(shí)施例以基于網(wǎng)側(cè)變換器實(shí)現(xiàn)雙饋電機(jī)的位置控制為例來具體闡述。參見圖2,雙饋電機(jī)系統(tǒng)一般包括雙饋電機(jī)、網(wǎng)側(cè)變換器、網(wǎng)側(cè)電感、機(jī)側(cè)變換器、機(jī)側(cè)電感、預(yù)充電回路、直流母線電容、電網(wǎng)開關(guān)q以及并網(wǎng)開關(guān)kp。其中,網(wǎng)側(cè)變換器、機(jī)側(cè)變換器、直流母線電容構(gòu)成變流器。網(wǎng)側(cè)變換器通過網(wǎng)側(cè)電感與電網(wǎng)grid連接;機(jī)側(cè)變換器通過機(jī)側(cè)電感與雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接,雙饋電機(jī)的定子通過并網(wǎng)開關(guān)kp與電網(wǎng)grid連接,網(wǎng)側(cè)變換器和機(jī)側(cè)變換器通過直流母線電容連接。另外雙饋電機(jī)系統(tǒng)還包括網(wǎng)側(cè)電流、母線電壓vdc、轉(zhuǎn)子電流ir,碼盤轉(zhuǎn)速等信號的檢測以及控制系統(tǒng)。網(wǎng)側(cè)電感一般采用電感實(shí)現(xiàn),機(jī)側(cè)電感采用dudt電感實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明僅對預(yù)充電路進(jìn)行了改進(jìn),一般的預(yù)充電路設(shè)置在斷路器之后,而本發(fā)明的預(yù)充電回路接在電網(wǎng)和斷路器之間;另外,一般的預(yù)充電回路只做軟啟動用,給母線電容充電之后立即切除,而本發(fā)明預(yù)充電回路需要預(yù)充電回路為逆變器持續(xù)提供能量,因此在逆變器工作時持續(xù)投入工作。以上兩點(diǎn)預(yù)充電回路與現(xiàn)有技術(shù)的差別導(dǎo)致不可能在與本發(fā)明不同的預(yù)充電回路的硬件拓?fù)渖蠈?shí)現(xiàn)本發(fā)明的方案。
本發(fā)明其它實(shí)施例中,機(jī)側(cè)電感和網(wǎng)側(cè)電感也可以省略。
具體的,雙饋電機(jī)位置控制方法包括以下步驟:
s1:斷開電網(wǎng)開關(guān)q;
s2:閉合并網(wǎng)開關(guān)kp;
s3:通過預(yù)充電回路給直流母線電容充電,為后續(xù)的機(jī)側(cè)變換器驅(qū)動提供能量;
本實(shí)施例中,預(yù)充電回路在機(jī)側(cè)變換器工作過程中持續(xù)投入工作。
本發(fā)明其他實(shí)施例中,還可以通過不間斷電壓替代預(yù)充電回路給直流母線電容充電。另外,如果直流母線電容上的殘留電壓足夠驅(qū)動機(jī)側(cè)變換,則該預(yù)充電回路也可以不需要給直流母線電容充電。
s4:利用網(wǎng)側(cè)變換器短接雙饋電機(jī)定子繞組,是同時開通網(wǎng)側(cè)變換器三相上橋臂或者同時開通網(wǎng)側(cè)變換器下橋臂開關(guān)管;圖3a為同時開通網(wǎng)側(cè)模塊三相上橋臂實(shí)現(xiàn)定子短接,圖3b為同時開通網(wǎng)側(cè)模塊三相下橋臂實(shí)現(xiàn)定子短接;
s5:利用碼盤檢測得到的位置信息、轉(zhuǎn)速信息以及檢測得到的電壓、電流信號控制機(jī)側(cè)變換器實(shí)現(xiàn)雙饋電機(jī)的位置控制,具體包括如下步驟:
s5.1:給定雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子的目標(biāo)位置,作為位置環(huán)的給定,碼盤實(shí)測雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置作為位置環(huán)的反饋,經(jīng)位置調(diào)節(jié)器pr作用后輸出ω*作為轉(zhuǎn)速環(huán)給定;
s5.2:碼盤實(shí)測發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速作為轉(zhuǎn)速環(huán)反饋,經(jīng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器sr作用后輸出
s5.3:檢測轉(zhuǎn)子電流ira、irb、irc經(jīng)3s/2r坐標(biāo)變換之后得到ird、irq分別作為電流環(huán)d、q軸反饋,經(jīng)電流調(diào)節(jié)器cr作用后得到urdref、urqref;
s5.4:urdref、urqref經(jīng)3s/2r坐標(biāo)變換,結(jié)合母線電壓控制機(jī)側(cè)變換器。
本發(fā)明其他實(shí)施例中,位置信息和轉(zhuǎn)速信息也可以通過計(jì)算獲得,不需要通過碼盤檢測。
本實(shí)施例通過網(wǎng)側(cè)變換器實(shí)現(xiàn)定子短接,不僅自動實(shí)現(xiàn)短接,而且無需改變現(xiàn)有的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),即可將風(fēng)輪自動精確停在某一位置,具有改造成本低廉的特點(diǎn)。
實(shí)施例2
圖4所示的雙饋發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與圖2相同,其雙饋電機(jī)位置控制方法具體包括:
s1:斷開電網(wǎng)開關(guān)q;
s2:閉合并網(wǎng)開關(guān)kp;
s3:通過預(yù)充電回路給直流母線電容充電,為后續(xù)的網(wǎng)側(cè)變換器驅(qū)動提供能量;
本實(shí)施例中,預(yù)充電回路在網(wǎng)側(cè)變換器工作過程中持續(xù)投入工作。
s4:利用機(jī)側(cè)變換器短接雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組,是同時開通機(jī)側(cè)變換器三相上橋臂或者同時開通機(jī)側(cè)變換器下橋臂開關(guān)管;圖5a為同時開通機(jī)側(cè)模塊三相上橋臂實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子短接的示意圖;圖5b為同時開通機(jī)側(cè)模塊三相下橋臂實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子短接的示意圖;
s5:利用碼盤檢測得到的位置信息、轉(zhuǎn)速信息以及檢測得到的電壓、電流信號控制機(jī)側(cè)變換器實(shí)現(xiàn)雙饋電機(jī)的位置控制,具體包括如下步驟:
s5.1:給定雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子的目標(biāo)位置,作為位置環(huán)的給定,碼盤實(shí)測雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置作為位置環(huán)的反饋,經(jīng)位置調(diào)節(jié)器pr作用后輸出ω*作為轉(zhuǎn)速環(huán)給定;
s5.2:碼盤實(shí)測發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速作為轉(zhuǎn)速環(huán)反饋,經(jīng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器sr作用后輸出
s5.3:檢測定子電流isa、isb、isc,并經(jīng)3s/2r坐標(biāo)變換之后得到isd、isq分別作為電流環(huán)d、q軸反饋,經(jīng)電流調(diào)節(jié)器cr作用后得到ugdref、ugqref;
s5.4:ugdref、ugqref經(jīng)3s/2r坐標(biāo)變換,結(jié)合母線電壓控制網(wǎng)側(cè)變換器。
實(shí)施例3
本實(shí)施例的雙饋發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖6所示,其雙饋電機(jī)位置控制方法具體包括:
s1:斷開電網(wǎng)開關(guān)q;
本實(shí)施例中,電路拓?fù)錄]有并網(wǎng)開關(guān),利用直流母線殘壓或者其他電源提供能量。
步驟s2與實(shí)施例1的步驟s4相同,步驟s3與實(shí)施例1的步驟s5相同。這里不再贅述。
本發(fā)明通過網(wǎng)側(cè)變換器實(shí)現(xiàn)定子短接或者機(jī)側(cè)變換器實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子短接,自動實(shí)現(xiàn)短接,無需改變現(xiàn)有的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),而且本發(fā)明無需進(jìn)行人工定位的工作,即可實(shí)現(xiàn)自動將風(fēng)輪精確停在某一位置。
盡管結(jié)合優(yōu)選實(shí)施方案具體展示和介紹了本發(fā)明,但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白,在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi),在形式上和細(xì)節(jié)上可以對本發(fā)明做出各種變化,均為本發(fā)明的保護(hù)范圍。