专利名称：双馈风力发电机无功功率的控制方法
技术领域：
本发明涉及一种风力发电机，特别涉及连接到电网双馈风力发电机无功功率的控制方法。
背景技术：
在能源消耗日益增长、环境污染日渐严重的今天，作为可再生绿色能源的风能受到世界各国的普遍重视，风力发电技术也成为近年来各国学者竞相研究的热点。风能是一种变化频繁的随机能源，变速恒频风力发电技术可以保证在绝大多数风速下的风能得到最大限度的捕获和利用，并具有传统恒速恒频风力发电技术所无法比拟的优越性，而双馈风力发电机能很好地满足变速恒频风力发电的技术要求，成为目前比较优化的一种控制策略。它是通过双PWM变流器在双馈发电机的转子侧施加三相交流电进行励磁，通过调节励磁电流的有效值、相位和频率，实现定子侧输出有功和无功功率的控制。双馈风力发电机的的基本硬件拓扑如
图1所示，发电机的定子直接连接到电网， 转子绕组通过集电环经变流器与电网相连，通过控制转子电流的频率、有效值，相位和相序，利用双PWM变流器，通过SPWM控制技术，可以获得正弦波转子电流，以减小发电机中的谐波转矩，实现定子侧输出有功和无功功率的控制。由于双馈发电机的电路存在磁路上的耦合，且其三相坐标系下的数学模型是非线性、时变的高阶系统。为了实现有功、无功解耦控制，通常采用矢量控制法，矢量控制根据矢量变换理论，采用按定子磁场方向定向，把转子电流矢量分解为在同步旋转坐标系中的两个互相垂直的电流分量，实现对发电机有功功率和无功功率的解耦调节。但为使电机实现解耦，需要简化电机模型，还要进行矢量旋转变化等复杂的变换和计算，而且电流控制模块控制敏感度较高，变流器系统的电路参数、测量延时以及锁相环性能对电流控制都具有较大的影响，这些因素造成了矢量控制法的鲁棒性偏低。当电路参数，测量延时以及其他系统因素发生变化时，控制器稳定性会发生明显改变，加大了控制器参数的调试难度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有双馈风力发电机无功功率控制方法的不足，提供一种不需要进行矢量旋转变化等复杂的变换和计算的双馈风力发电机无功功率控制方法。设发电机的定子电压、电流、磁链矢量为仏，之和么，转子电压、电流、磁链矢量为
Ur，A和沁，则在稳态运行时，电机电压方程为IJs=Rjs+ j0slf/s⑴Ur = RrIr + j(ms -(Or)Xjzs⑵其中Rs、艮、ω3、分别为电机定子、转子每相电阻，定子同步旋转磁场、转子旋转磁场的旋转角速度，式中矢量在空间相对静止，均以同步速度旋转，在同步旋转坐标dq轴系下
权利要求
1.一种双馈风力发电机无功功率的控制方法，所述双馈风力发电机具有双馈电机，该电机具有向电网供电的定子，所述电网具有额定值的电压；与所述定子耦合的驱动转子，所述转子一端通过变速齿轮连接到风力涡轮机，所述转子绕组为三相绕线式转子绕组，电网通过变流器为转子供电，所述变流器通过电刷和集电环与转子绕组连接，所述方法包括如下步骤(a)利用空载和堵转试验来测定电机定子电阻民、定子绕组电感Ls、定转子绕组互感Lm 等参数，转步骤(b)；(b)预先给定一转子励磁电流A，在风力涡轮机拖动下，并入电网，转步骤(c)；(c)给定定子输出无功功率为纩，转步骤(d)；(d)给定采样周期T，通过光电编码盘检测发电机转子位置，进而通过微分可求出转子转速，从而得到电机转差频率ω 2，测量定子第K次输出的电压、电流矢量UK、Ik,并计算出定子第K次输出的无功功率Qk (K = 1,2……)，比较Q*与QK，得到Q*与Qk的差Δ Qk = Q*-QK, 并将△ %存储到控制器的存储单元中，测量出或根据磁链模型，计算出定子磁链的有效值 Vs及其在静止α β坐标轴上的相位，将其折算到dq同步旋转坐标轴上，得到定子磁链矢量与d轴夹角为A，将转子励磁电流广也映射到dq旋转轴上，在该坐标轴上，可得到定子磁链与转子励磁电流的夹角识，令不=/U0S(3，转步骤(e)；(e)在AQk的基础上，利用PI增量调节算法可得到Xl的增量ΔΧΚ，转步骤(f)；(f)求出A= X^AXk,转步骤(g)；(g)给定<为在0到60度之间任一角度，在变流控制器的控制作用下，向转子绕组输出变换到同步旋转坐标轴dq上与d轴夹角为A *有效值为< =，频率为转差频率A-,COS 炉ω 2的转子电流；转步骤(h)；(h)令K= K+1，在同步旋转坐标轴dq上令总的有效值为/:，其与d轴夹角为AV，转步骤(c)。
2.如权利要求1所述的双馈风力发电机无功功率的控制方法，其中步骤(e)中，PI增量调节算法得到&的增量的方法为AXk =Kq(AQk-AQk^+^rAQk)1Q其中，Kq为比例系数，Tq为积分时间常数，可通过常规的参数整定方法确定。而Δ%、 △Qh为第K次与第K-I次采样周期中给定定子输出无功功率与定子实际输出的无功功率的差，T为一个采样周期的时间。
3.如权利要求1所述的双馈风力发电机无功功率的控制方法，其中步骤(C)中，磁链模型为u-i电压电流模型。
4.如权利要求1所述的双馈风力发电机无功功率的控制方法，其中步骤(C)中，在定子α轴和β轴的气隙处嵌放磁敏元件，直接检测出定子磁链在定子α轴和β轴的分量 Vas和Ves。据此可求得定子磁链的有效值以及与α轴的夹角。
全文摘要
一种双馈风力发电机无功功率的控制方法，所述双馈风力发电机具有双馈电机，该电机具有向电网供电的定子，所述电网具有额定值的电压；与所述定子耦合的驱动转子，所述转子一端通过变速齿轮连接到风力涡轮机，所述转子绕组为三相绕线式转子绕组，电网通过变流器为转子供电，通过将定子电压、定子磁链分解到同步旋转dq坐标轴上，可以实现调节转子电流而控制发电机定子输出的无功功率。该方法无需进行矢量旋转变化等复杂的变换和计算，电流控制模块控制敏感度较低，变流器系统的电路参数、测量延时对电流控制都具有的影响较小，控制技术简单，控制器的成本也因此降低，适合小功率风力发电机的应用。
文档编号H02P21/14GK102355192SQ20111027943
公开日2012年2月15日 申请日期2011年9月20日 优先权日2011年9月20日
发明者刘嫣红, 杨柳, 毛志怀 申请人:中国农业大学