[发明专利]双馈风力发电机组无速度传感器控制方法

说明书

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种双馈风力发电机组无速度传感器控制方法。

背景技术

风能作为一种洁净无污染的可再生能源，是一种最具有竞争力的非常规能源。变速恒频双馈风力发电技术由于具有风能转换效率高、机电系统柔性连接、功率因数可调、励磁变换器容量小等特点，成为当前风力发电流行机组之一。在双馈电机(doubly-fed induction generator，DFIG)的矢量控制中，需要获得转子的速度和位置信息。目前，国内外的双馈机组大多通过安装光电编码器等机械传感器直接进行速度检测，但高精度的位置传感器存在着价格昂贵、安装复杂、维护工作量大等缺陷，且传感器和控制器之间需要较长电缆，因而大大降低了运行环境比较恶劣的风力发电系统的可靠性。但从理论的角度，可以通过双馈电机的电压、电流获得电机的转速和转子位置角度，即双馈风力发电机不需要光电编码器等机械传感器仍然可以实现磁场定向的矢量控制。双馈风力发电机采用无速度传感器的矢量控制技术能够省去传感器和控制器之间电缆，大大提高了运行环境比较恶劣的风力发电系统的可靠性，也解决了高精度的位置传感器存在着价格昂贵、安装复杂、维护工作量大等缺陷问题。

在中国发明专利申请公开说明书CN101388639A中公开了一种双馈风力发电机无位置传感器矢量控制方法，该方法采用的是基于定子磁链的模型参考自适应速度辨识方法，该方法具有良好的动静态性能，但在工程应用过程中存在的主要问题：(1)该方法的前提条件必须有转子励磁。原因是当转子电流为0时，不含估测转子角度项，无法正确辨识转子位置。(2)该方法利用“电压型磁链观测模块”获得转子磁链为避免转子反电动势在低速及零频率时纯积分的初始值和积分漂移，增加了算法的复杂性。(3)该方法在静止坐标系中设计观测器，PI控制器需要调节复杂的增益系数，在实施上有一定难度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种双馈风力发电机组无速度传感器控制方法，该方法所提出的控制技术算法较简，不仅可以降低发电机的成本、降低硬件的复杂性、对双馈电机的参数变化及负载扰动具有较强的鲁棒性，并且可靠性好，较易实施，具有较强的工程应用价值。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

双馈风力发电机组无速度传感器控制方法，包括下述步骤：

(1)检测定子线电压u_sab、u_sbc，定子两相相电流i_sa、i_sb以及转子两相相电流i_ra、i_rb；

(2)利用定子线电压u_sab、u_sbc获得定子三相电压u_sa、u_sb、u_sc，再通过锁相环(PLL)技术得到定子电压空间矢量的幅值及其矢量角θ_s，再将定子电压矢量角θ_s进行微分运算，得到同步旋转角速度ω_s；

(3)将所述定子三相电压u_sa、u_sb、u_sc再经过Clarke变换得到定子两相静止αβ坐标系下的定子电压u_sα、u_sβ；将所述定子两相相电流i_sa、i_sb经过Clarke变换得到定子两相静止αβ坐标系下的定子电流i_sα、i_sβ；将所述转子两相相电流i_ra、i_rb经过Clarke变换得到转子两相静止αβ坐标系下的转子电流i_rα、i_rβ；

(4)将所述定子两相静止αβ坐标系下的定子电压u_sα、u_sβ和定子电流i_sα、i_sβ及转子两相静止αβ坐标系下的转子电流i_rα、i_rβ通过变结构模型参考自适应观测器得到转子位置角θ_r和转子转速ω_r；