[发明专利]一种直驱风电变流器无定子电压测量矢量控制方法

说明书

一种直驱风电变流器无定子电压测量矢量控制方法，包含定子电流计算环节、初始磁链计算环节、磁链锁相环节、参考电流计算环节、电流闭环控制环节五部分。定子电流计算环节采集三相定子电流I_sa、I_sb、I_sc，转化为αβ坐标系上的定子电流I_sα、I_sβ和DQ坐标上的定子电流I_sd、I_sq；初始磁链计算环节通过输出7个ΔT0时间的零矢量，分8个阶段确定允许起动时刻的发电机角频率ω₀和磁链角度初值θ_ψ0，输出机侧变流器允许起动标识ST_Per；磁链锁相环节在ST_Per＝1后在ω₀、θ_ψ0的基础上进行锁相，输出发电机角频率ω和磁链角度θ_ψd；参考电流计算环节输出DQ坐标系上的定子参考电流I_sdRef、I_sqRef；电流闭环控制环节采用PI调节器对DQ坐标系上的定子电流进行闭环控制，输出αβ坐标系上的定子控制电压U_sca、U_scβ和DQ坐标系上的定子控制电压U_scd、U_scq。

技术领域

本发明涉及一种直驱风电变流器无定子电压测量矢量控制方法。

背景技术

近年来随着绿色能源的大力推广与发展，我国风电事业得到了飞速的发展，累计装机总量和年新增装机总量均位居世界第一。随着陆上低风速风电场的开发和海上风电的快速发展，陆上及海上风电采用大兆瓦级风电机组已达成共识，功率等级基本从4MW起步，一般采用基于永磁同步发电机的直驱技术路线，变流器采用三相电压型交-直-交双向变流器。受制于产业链影响，目前大功率海上直驱风电机组电压等级大多还是沿用陆上风电的690V低压技术路线，存在电缆过多引起的系列问题，越来越多的整机厂尝试采用1.14kV或3.3kV中压技术路线，对应的变流器功率单元为二极管箝位三电平拓扑。

直驱风电变流器分为机侧变流器和网侧变流器两部分，其中机侧变流器一般采用磁链定向矢量控制方式，需要定子电压、直流母线电压和输出电流信息。直流母线电压测量用于保证直流电压的稳定，交流电流测量提供电流反馈信号，实现过流保护，两者一般不宜省去。由于机侧变流器直接或者通过小感值的du/dt电感间接连接到发电机定子，输出为基波频率不固定的高频脉宽波，定子电压无法通过常规PT进行测量，需要采用高成本的传感器隔离方案或低成本的电阻分压非隔离方案。690V低压技术路线中一般采用电阻分压非隔离方案，这种方案在电压等级越来越高时安全隐患逐渐凸显。为了降低变流器成本和规避中压技术路线相关的安全隐患，最好方法是采用无定子电压测量的变流器控制技术。

专利201510755713.3“一种无电压传感器的三相变流器模型预测控制方法”，公开了一种基于二次规划求解算法寻优的无电压传感器的变流器模型预测控制方法，可以减小计算量、减少参数整定的难度，但控制对象仅是频率固定的电网，同时未考虑控制方法的磁链初值问题；论文《无电网电压传感器三相PWM整流器虚拟电网磁链定向矢量控制研究》(赵仁德，贺益康等)提出一种基于电网虚拟磁链的无电网电压传感器三相PWM整流器矢量控制技术，在控制方法运行之前通过输出连续几个PWM周期的零矢量获取控制方法中的虚拟磁链初值，仅适用于频率固定的电网，且应用在大兆瓦海上直驱风电变流器时连续输出几个PWM周期的零矢量会引起严重的过电流问题。

发明内容

本发明克服现有技术的缺点，提出一种针对直驱风电变流器的无定子电压测量矢量控制方法。