[发明专利]风力发电机转矩控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电技术，尤其涉及一种风力发电机转矩控制方法及系统。

背景技术

随着常规化石油、煤矿能源的日益短缺以及大众环保意识的提高，风能作为一种重要的可再生能源已经被广泛地应用于发电领域。由此，风机与发电机直接连接驱动链结构越来越受到人们的重视，为提高系统效率，通常使用同步发电机。

同步发电机输出电压的增幅和频率都随风速的变化而变化，因此，采用同步发电机的风力发电系统需要在尽可能地捕获风能的情况下，将同步发电机的输出电压和频率都随风速不断变化的交流电能变换成电压和频率都恒定的三相交流电输送到电网。

现有技术中有一种直接转矩控制方式，其基本思想是在准确观测定子磁链的空间位置和大小并保持其幅值基本恒定以及准确计算负载转矩的条件下，通过控制电机的瞬时输入电压来控制电机定子磁链的瞬时旋转速度，来改变它对转子的瞬时转差率，达到直接控制同步发电机输出的目的。由于其实通过直接控制转矩和磁链来间接控制电流，不需要复杂的坐标变换。因此具有结构简单、转矩响应快等优点的直接控制转矩方式，被广泛应用于风力发电系统中。

如图1所示，为采用直接转矩控制方式控制同步发电机的系统的结构图，主要由转矩控制模块111和同步发电机100组成。转矩控制模块111包括转速PI调节器101、磁链转矩观测单元102、转矩滞环比较器103、磁链滞环比较器104、选择单元105、逆变器106、3/2坐标变换单元107和扇区判别单元108组成。具体的工作原理是：将给定转矩和实时转矩输入到转速PI调节器101中，得到转矩误差实时转矩与实时磁链的反馈均通过磁链转矩观测单元102完成，并由磁链转矩观测单元102将所观测到的经过3/2坐标变换单元107的数据反馈到转速PI调节器101中。当大于滞环宽度时，转矩滞环比较器103输出为1，要求增大转矩；当小于滞环宽度时，转矩滞环比较器103输出为0，要求减小转矩。同理，结合同步发电机100的转速，得到磁链误差当大于滞环宽度时，磁链滞环比较器104输出为1，要求增大磁链；当小于滞环宽度时，磁链滞环比较器104输出为0，要求减小磁链。扇区判别单元108用于根据磁链转矩观测单元102反馈的数据判别当前磁链所在的扇区，根据转矩滞环比较器103和磁链滞环比较器104的输出以及当前磁链所在的扇区，由选择单元105选择相应地非零电压矢量，将选择的该非零电压矢量输入到逆变器106中，由逆变器106根据电压矢量控制同步发电机100中，增大或减小转矩以使同步发电机100达到给定转矩。

但是这种直接转矩控制会产生较大的转矩脉动。即，在一个采样周期内，所选择的电压矢量一直作用于同步电动机，定子电流、转矩始终沿着一个方向变化。在转矩误差较小的情况下，所选择的电压矢量使转矩在一个采样周期内很快就达到给定转矩，这样在一个采样周期剩余的时间下，由于没有发生逆变器开关状态转换，所选择的电压矢量仍然作用于同步发电机100，使转矩继续沿着原来的方向变化，产生了较大的转矩脉动。大的转矩脉动不仅影响风电机组的控制效果，更会缩短发电机的运行寿命，影响整个风电机组的运行安全。

发明内容

本发明提供一种风力发电机转矩控制方法及系统，用于减小转矩脉动对风电机组控制效果的影响，提高整个风电机组的运行安全。

本发明实施例提供一种风力发电机转矩控制方法，包括：

在当前采样周期T_s的开始时刻，获取给定转矩和实时转矩，并根据所述给定转矩和所述实时转矩获取非零电压矢量；

确定所述非零电压矢量的施加时间t₁；

在开始时刻至t₁的时间段内，向逆变器输入所述非零电压矢量以控制同步发电机，使所述同步发电机的转矩到达所述给定转矩；

在t₁至T_s的时间段内，向所述逆变器施加零电压矢量以控制所述同步发电机。

如上所述的方法，优选地，所述同步发电机为隐极式永磁同步发电机，确定所述非零电压矢量的施加时间t₁为；