[发明专利]双馈风力发电机转子磁链无差拍故障运行方法

摘要

本发明公开了一种双馈风力发电机转子磁链无差拍故障运行方法，电网电压跌落时，通过转子电压的预测模型，在模型中为了使转子磁链跟随其给定值，实现转子磁链的无差拍控制，需要将下一时刻转子的磁链的值替换为转子磁链在下一时刻的给定值，转子磁链的给定值跟随定子磁链的实际值，将预测到的两相同步旋转坐标系下的转子电压，经过坐标反转换，得到两相转子转速旋转坐标系下的转子电压，最后经过PWM调制。本发明具有实施简单、解耦性较好、动态响应快、鲁棒性强的优点，在电网故障状态下提出了转子磁链无差拍控制方法，可以控制转子故障电流在1.5‑1.6倍额定电流以内，故障期间电磁转矩脉动较小，动态响应速度快，控制精度高。

主权项

双馈风力发电机转子磁链无差拍故障运行方法，其特征在于具体步骤为：(1)、当电网电压稳定运行时，采集定子三相电压Usabc和定子三相电流Isabc经过坐标转换得到两相静止坐标系下的两相定子电压Usαβ和两相定子电流Isαβ，采集转子三相电压Urabc和转子三相电流Irabc经过坐标转换得到以转子转速ωr旋转的两相坐标系的两相转子电压Urαβ和两相转子电流Irαβ；(2)、计算出定子磁链空间位置角θ1，将测得的转子角速度ωr进行积分计算得到θr；(3)、基于定子磁场定向的两相同步旋转坐标系，计算定子磁链与转子α轴夹角θ1‑θr，然后对定子两相电压Usαβ、定子两相电流Isαβ、转子两相电压Urαβ和转子两相电流Irαβ进行坐标转换得到定转子电流的d、q轴分量；(4)、将两相同步旋转坐标系下的定子电流isd、isq，转子电流ird、irq，定子自感Ls，转子自感Lr和定转子间互感Lm进行定子磁链和转子磁链计算得到定子磁链d、q轴分量Ψsd、Ψsq和转子磁链d、q轴分量Ψrd、Ψrq；(5)、双馈风力发电机在两相同步旋转坐标系下的电压方程和磁链方程为：式中：上标s表示所有变量均在同步旋转坐标系，下标s和r分别表示定子变量和转子变量，Us、Ur分别表示定子电压和转子电压，Rs、Rr分别表示定子电阻和转子电阻，Is、Ir分别表示定子电流和转子电流，ω1、ωr分别表示同步角速度和转子角速度，Ψs、Ψr分别表示定子磁链和转子磁链，Ls、Lr、Lm分别表示定子自感、转子自感以及定转子之间的互感；(6)、由步骤(5)中的定转子磁链公式定子电流可得：式中：在电网电压稳定运行时，双馈风力发电机定子电压是个常数，忽略定子电阻的影响，定子磁链的幅值为：|Ψs|＝|∫(Us‑RsIs)dt|≈|∫Usdt|；(7)、由步骤(5)中定子电压公式和步骤(6)中的定子电流公式得出定子有功功率和无功功率为：Ps＝‑kσω1|Ψs||Ψr|sinθ，式中：kσ＝1.5Lm/σLsLr，θ为定转子磁链之间的夹角；(8)、把同步旋转坐标系的d轴定向在定子磁链上，即：|Ψs|＝Ψsd，定子有功功率和无功功率用d、q轴坐标系下的分量表示即为：Ps＝‑kσω1ΨsdΨrq，定子侧有功功率由转子磁链所决定；(9)、模型预测控制目的是使定子有功功率和无功功率跟随其给定值，在k时刻，定子有功功率和无功功率误差表示为：在k+1时刻要满足下式：在k时刻定子有功功率和无功功率变化量为：由步骤(8)中的公式得到在一个采样周期内有功功率和无功功率变化量为：△Ps(k)＝‑kσω1Ψsd(k)△Ψrq(k)，△Qs(k)＝kσω1Ψsd(k)△Ψrd(k)；(10)、假定采样周期为Ts，将双馈风力发电机的的转子电压公式离散可得：△Ψrd(k)＝Ψrd(k+1)‑Ψrd(k)＝Ts[urd‑Rrird+Ψrq(ω1‑ωr)]△Ψrq(k)＝Ψrq(k+1)‑Ψrq(k)＝Ts[urq‑Rrirq‑Ψrd(ω1‑ωr)]，式中：urd、urq分别为转子电压在两相同步旋转坐标系下的分量，将步骤(9)中一个周期内有功功率和无功功率变化量代入转子电压公式可得：从公式中得到urd(k)、urq(k)，将urd(k)、urq(k)经过坐标反变换得到以转子转速ωr旋转的两相坐标系下的转子电压，然后进行PWM调制；(11)、当电网电压跌落时,进行双馈风力发电机转子磁链无差拍预测控制，设置控制系统的控制频率提高1倍，由步骤(10)中双馈风力发电机转子电压离散公式经过变形可得：转子磁链无差拍预测控制的目标是使转子磁链在k+1时刻达到给定值，式中Ψrd(k+1)、Ψrq(k+1)分别为转子磁链d、q轴在k+1时刻的给定值Ψrd*(k+1)、Ψrq*(k+1)；(12)、转子磁链的给定值进行计算，即：Ψr*＝MΨs，其中Isr为定子电流额定值，Ψsr为定子磁链实际值，上标r表示以转子转速ωr旋转的两相坐标系，下标s表示定子侧的变量，在故障期间M可以随Ψsr变换自适应改变，实现对转子磁链的实时最优控制，将得到的以转子转速ωr旋转的两相坐标系下的转子磁链给定值，经过坐标转换，得到两相同步旋转坐标系下的转子磁链给定值；(13)、将步骤(11)中urd(k)、urq(k)经过坐标反变换得到以转子转速ωr旋转的两相坐标系下的转子电压，然后进行PWM调制。