[发明专利]双凸极电机的风轮机模拟器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风轮机模拟器及其控制方法，尤其涉及一种双凸极电机的风轮机模拟器及其控制方法。

背景技术

风能是一种无污染、可再生绿色能源。开发风能，大力发展风力发电，对于解决全球性的能源危机和环境危机具有重要意义。近几十年来，风力发电技术得到了飞速发展，变桨矩控制、变速恒频发电、无齿轮箱直驱等众多先进技术从实验室走向现场，得到了广泛应用。实验室先期探讨对风力发电技术发展起着重要的引导作用，伴随着科研人员的艰辛探索，更多的新技术和新理论在实验室里被孕育和验证。但是由于条件的限制，大多数实验室不具备风场环境或风轮机，或者由于频繁进行风洞试验的成本过于昂贵，使得风力发电系统开发成本高，研制周期长，这为风力发电技术的实验室研究带来了很大的困难。实验室环境下风力发电技术研究迫切需要可以用来代替风洞和风轮机的模拟器。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的缺陷提出一种双凸极电机的风轮机模拟器及其控制方法。

本发明双凸极电机的风轮机模拟器，由双凸极电机、主功率电路和控制电路组成，其中主功率电路包括电源和IPM，电源的两个输出端分别与IPM的两个输入端连接，IPM的三个输出端分别与双凸极电机的三个输入端连接，所述控制电路包括隔离电路、故障检测电路、电流电压采样电路、位置检测电路、PWM控制电路、过流过压保护电路、ADC模块、转速计算电路、逻辑控制电路、转矩观测器、捕获单元、转矩环、滞环比较器和风力机数学模型，其中故障检测电路的输入端接IPM的输出端，故障检测电路的输出端接过流过压保护电路的输入端，过流过压保护电路的输出端接逻辑控制电路的输入端；电流电压采样电路的三个输入端分别与IPM的三个输出端连接，电流电压采样电路的输出端与ADC模块的输入端连接，ADC模块的两个输出端分别与转矩观测器的两个输入端连接；位置检测电路的输入端与双凸极电机的输出端连接，位置检测电路的一个输出端与捕获单元的输入端连接，捕获单元的输出端与逻辑控制电路的输入端连接连接，位置检测电路的另一个输出端与转速计算电路的输入端连接，转速计算电路的输出端分别与转矩观测器的输入端、风力机数学模型的输入端连接；风力机数学模型的输出端和转矩观测器的输出端分别与转矩环的输入端连接，转矩环的输出端通过滞环比较器与逻辑控制电路的输入端连接，逻辑控制电路的输出端依次通过PWM控制电路、隔离电路与IPM的输入端连接。

双凸极电机的风轮机模拟器的控制方法，采用电源通过IPM驱动双凸极电机，采用位置检测电路检测双凸极电机得到双凸极电机的转子位置角θ，将双凸极电机的转子位置角θ经过捕获单元得到脉冲信号，将双凸极电机的转子位置角θ经过转速计算电路得到双凸极电机的转子角速度ω；采用电流电压采样电路采集双凸极电机的三相输入电压和三相输入电流，将采集的双凸极电机的三相输入电压和三相输入电流经过ADC模块得到相电压和相电流，将所述双凸极电机的转子角速度ω和ADC模块输出的相电压和相电流通过转矩观测器得到实时反馈转矩T_e，将所述双凸极电机的转子角速度ω和给定风速V经过风力机数学模型得到双凸极电机的参考转矩，将双凸极电机的实时反馈转矩T_e和参考转矩依次经过转矩环、滞环比较器得到阶跃信号；采用故障检测电路检测IPM得到双凸极电机的故障信号，将双凸极电机的故障信号经过过流过压保护电路得到高低电平信号；将所述脉冲信号、阶跃信号、高低电平信号经过逻辑控制电路得到激励信号，将激励信号经过隔离电路得到IPM的驱动信号用于控制IPM输出的驱动电压和驱动电流即双凸极电机的三相输入电压和电流；其中转矩观测器的构建包括如下步骤：

a)采用转矩观测器接收所述转速计算电路输出的双凸极电机的转子角速度ω，ADC模块输出的相电压u_p和相电流i_p，p为双凸极电机三相绕组中的一相绕组；

b)构建电压方程、磁链方程和转矩方程分别为：