[发明专利]微网构建中基于功率因素校正整流算法的发电机控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微网构建中基于功率因素校正整流算法的永磁风力发电机控制方法，采用PFC(Power Factor Correction，功率因数校正)方法对PMSG进行控制，同时为了满足控制中所需要的转子位置信息，将初始位置di/dt检测法、旋转高频电压注入法和双重凸极解耦观测器结合在一起。

背景技术

目前，在各种结构的风力发电系统中，采用永磁同步发电机(PMSG)的方案及其效率较高，具有无需励磁电路等优点，有着重要的地位。特别是在小型风力发电系统中，PMSG由于这些优点而得到了更多的应用。采用PMSG的风力发电系统，需要通过全功率电力电子变换器，将发电机输出的变压变频的交流电变换为一定电压的直流电，再逆变成恒频恒压的交流电，满足并网或者离网用户的要求。其中常见的电机侧整流方案有两类：“脉宽调值(PWM)整流器”和“不可控整流+斩波器升压”。PWM整流器既可以使直流电压稳定，又能控制交流电流波形，但其电路结构和控制较复杂，成本较高。“不可控整流+斩波器升压”方案因其较为简单的电路结构和较低的成本，在小型风力发电系统中得到了更广泛的应用。但不可控整流使电机电流的谐波含量较大，损耗增加，电机的工作状态恶化。而这些控制方式中，又需实时要得到PMSG的转子位置角。

一般情况下，PMSG采用机械式位置传感器来检测转子位置，如光电编码器和旋转变压器。然而，机械式传感器的存在带来了很多弊端：1)电机与控制器之间的连接元件增多，坑干扰能力变差，降低了系统可靠性；2)加大了电机空间尺寸和体积，减少了功率密度，增加了系统的硬件成本和维护成本；3)在高温与强腐蚀环境中，将使传感器性能变差、甚至失效，导致电机驱动系统无法正常工作。以上几点都是造成风力发电系统不稳定工作的主要原因。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种微网构建中基于功率因素校正整流算法的永磁风力发电机控制方法，准确、有效的为PMSG电流控制提供准确可靠的转子位置信息，使风力发电系统稳定工作。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种微网构建中基于功率因素校正整流算法的永磁风力发电机控制方法，采用PFC方法对三相PMSG进行控制，同时为了满足控制中所需要的转子位置信息，将初始位置di/dt检测法、旋转高频电压注入法和双重凸极解耦观测器结合在一起，具体包括以下步骤：

(1)采用PFC整流的三相PMSG系统结构，包括三组单相PFC整流器和一台三相PMSG，单相Buck型PFC的电流平均控制算法用于每一相PFC整流器中，即设计三组相同的单相PFC整流控制算法；

所述单相PFC整流控制算法为：设计电压外环和电流内环，为了使直流母线电压u_dc保持为给定电压不变，将电压外环PI调节器的输出作为电流内环的参考电流幅值电流内环的作用为控制电动势基本相位与实际电流相位保持一致，其电动势基波波形由定子电动势相位决定，即PMSG转子位置角θ_r决定；同时θ_r与做积得到电流内环的参考电流参考电流与实际电流的差值ε经过PI调节器，其输出作为开关管的占空比d_x，从而控制开关管的通断；

(2)在三相PMSG运行之前，采用di/dt检测法确定转子位置角的初始位置，具体为：首先向三相PMSG的电枢绕组施加不同的空间电压矢量，利用等效电路时间常数的不同，最后通过比较响应电流的衰减时间，确定PMSG转子初始位置；

(3)在三相PMSG初始位置角检测完成并顺利启动后，通过无位置传感器控制算法确定转子位置角θ_r，具体为：采用旋转式高频电压注入法实时检测三相PMSG的转子位置，通过软件锁相环实现对负序高频电流的相位的跟踪，从而获取矢量角误差，同时采用PI调节器调节矢量角的误差使之趋于零，就可以使PMSG转子位置的估计值收敛于真实值。

所述步骤(3)中，采用旋转式高频注入法的同时为了避免电机多重凸极效应的影响，在高频电压注入法的结构上加入双重凸极解耦观测器。

所述步骤(3)中，采用旋转式高频注入法的同时为了解决了当风速不稳定时所产生的转子位置磁极收敛的问题，在高频电压注入法的结构上加入转子位置鲁棒观测器解。

PFC方法利用三相PMSG电枢电感和漏电感作为储能电感，主动对风力发电机的电流波形进行主动控制，在使直流电机得到稳定的同时，使PMSG定子绕组电流正弦，且与感应电动势相位一致，从而使得电机的运行状况得以改善。