[发明专利]定子双绕组高压双馈风力发电机有功无功解耦控制方法

说明书

本发明提出定子双绕组高压双馈风力发电机有功无功解耦控制方法,包括通过构建发电机在三相同步旋转坐标系下矢量方程，并根据磁链矢量定义获得定子第一绕组和第二绕组磁链矢量公式，继而获得定子两个绕组的励磁电流，再根据电磁原理推导得到转子磁链的表达式，再将获得的公式带入构建的矢量方程内，并根据电网电压的状态对其进行简化，再根据简化后的矢量方程来获得通过定子向电网输出的有功功率以及通过定子向电网输出的无功功率，即本发明以定子双绕组高压双馈风力发电机的数学模型为基础来进行设计，采用有功、无功解耦控制方法对定子双绕组高压双馈风力发电机进行控制，从而达到对控制对象有效控制的目的。

技术领域

本发明涉及风力发电机技术领域，尤其涉及定子双绕组高压双馈风力发电机有功无功解耦控制方法。

背景技术

定子双绕组式风力发电机是一种新型的高压发电机多用于大容量的海上风力发电。其定子中包括两个绕组：定子第一绕组和定子第二绕组；两个绕组位于同一个定子槽内，彼此之间相互绝缘；其中，定子第一绕组为主绕组，其输出与电网连接；定子第二绕组的输出连接网侧变流器，其产生的电压为网侧变流器提供交流输入，进而通过转子侧变流器为电机转子输入励磁电流。定子双绕组式双馈风机的网侧变流器不再与电网连接，不会将谐波传入电网；同时由于极大提高了定子端的电压输出，使得在发电系统电流相对较小的情况下，极大提高了发电机容量；另外，还能保证发电机的双变流器的电压保持低电压状态，较小的电流电路也可使用较细的电缆进行输电，这些降低了制造成本和难度；

定子双绕组高压双馈风力发电机系统的功率控制主要是通过转子侧变流器实施的，因此，对转子侧变换器控制的研究与定子双绕组高压双馈风力发电机系统运行控制紧密相连。定子双绕组高压双馈风力发电机的有功和无功功率与转子电流密切相关，因此对定子双绕组高压双馈风力发电机功率控制是通过转子侧变换器对定子双绕组高压双馈风力发电机转子电流的有效控制来实现的。由此可见，定子双绕组高压双馈风力发电机是控制的对象，转子侧变换器是发出控制指令的指挥官，但现有的转子侧变换器并不能对控制对象实现有效控制，因此本发明提出定子双绕组高压双馈风力发电机有功无功解耦控制方法以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提出定子双绕组高压双馈风力发电机有功无功解耦控制方法，该定子双绕组高压双馈风力发电机有功无功解耦控制方法具对定子双绕组高压双馈风力发电机有功无功功率的有效控制优点，解决现有技术中不能对控制对象实现有效控制的问题。

为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：定子双绕组高压双馈风力发电机有功无功解耦控制方法，包括以下步骤：

步骤一：设ω为同步转速，构建定子双绕组高压双馈风力发电机在三相同步旋转坐标系下矢量方程：

式中，u_s1、u_s2、u_r分别为定子两个绕组和转子端电压矢量，i_s1、 i_s2、ir分别为定子第一绕组、第二绕组和转子绕组中的电流矢量，Ψ_s1、Ψ_s2、Ψ_r分别为定子第一绕组、第二绕组和转子绕组磁链矢量，L_s1、 L_s2、L_r分别为定子主绕组、第二绕组和转子绕组的自感，L_m为激磁互感，根据磁链矢量定义：

ψ_s＝L_mi_ms (3)

式中，i_ms为定子励磁电流矢量形式，于是得到定子第一绕组、第二绕组磁链矢量公式：

得到定子两个绕组的励磁电流为：