一种低成本的电力发电系统控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力发电系统控制技术的领域，尤其是涉及一种低成本的电力发电系 统控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着电力电子技术、电力传动技术的日益发展，电力发电系统现已得到了广泛的 应用。但近几年，随着新能源以及科技的不断发展，很多电力发电场合对发电机电力发电系 统的成本、动态性能以及可靠性上提出了较高的要求。
[0003]目前发电机发电控制方法仍存在一些不足或待改进之处：目前的发电机都需要位 置传感器，位置传感器将增加系统的成本和体积，而且在一些恶劣的环境下是不方便使用 位置传感器的；此外，在发电过程中传统的电压PI调节器其自适应能力和抗扰动能力还比 较差，发出的电压还不够稳定；同时，其采用的电流PI控制器，存在固有的滞后特性，从而 会影响系统的动态性能和限制系统带宽的增加，响应速度受限；其发电系统控制的可靠性 差，当遇到发电机出现绕组断路或短路故障后无法进行稳定正常发电，严重影响了发电机 的发电性能。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是克服现有技术中存在的上述缺陷，提供一种低成本的电力发电系 统控制方法，使其无需位置传感器，能降低系统成本和减小体积，能适用于恶劣的环境中， 此外，能够在发电过程中稳定地进行电压调节，具有较好的自适应能力和抗扰动能力，同时 能使发电系统具有很好地动态性能，减少滞后影响，且能使发电系统具有较高的可靠性，即 使在发电机出现故障情况下仍能稳定正常发电，从而使之适用于对系统成本、动态性能以 及可靠性要求较高的发电场合。
[0005] 为了实现上述目的，本发明提供了一种低成本的电力发电系统控制方法，该方法 包括如下步骤：
[0006] (1)在Park反变换中注入高频信号UmCOS(?ht)，其中下标h代表高频分量，Un^ 注入高频信号的幅值，为注入高频信号的角频率，t为时间，启动原动机带动发电机运转 进入发电状态，通过霍尔传感器采集发电机的三相电流ia、ib、i。，然后将其通过Clark变换 和Park变换得到d-q坐标系下发电机的实际高频电流响应值U、iqh;
[0007] (2)分别对得到的高频电流响应值iqh通过低通滤波器LPF滤波后，得到d-q 坐标系下发电机的实际电流值id、iq，对q轴高频电流响应值iqh进行信号处理，得到发电机 的转子位置信号估计值义其中q轴高频电流响应值iqh可表示为：
【主权项】
1. 一种低成本的电力发电系统控制方法，其特征在于，包括w下步骤： (1) 在Park反变换中注入高频信号Umcos (?ht)，其中下标h代表高频分量，Um为注入 高频信号的幅值，为注入高频信号的角频率，t为时间，启动原动机带动发电机运转进 入发电状态，通过霍尔传感器采集发电机的S相电流i。、ib、i。，然后将其通过Clark变换和 Park变换得到d-q坐标系下发电机的实际高频电流响应值idh、iqh; (2) 分别对得到的高频电流响应值idh、iqh通过低通滤波器LPF滤波后，得到d-q坐标 系下发电机的实际电流值对q轴高频电流响应值iqh进行信号处理，得到发电机的转 子位置信号估计值八其中q轴高频电流响应值iqh可表示为：
式中，Ld、L。分别为发电机的d轴和q轴电感值，= A 0为位置信号估计误差 值，0为位置信号实际值，当A 0 = 0时，即可得到0 = 0，该样就可W通过iqh进行信号处 理，得到较准确的发电机转子位置信号估计值^供Park反变换和Park变换使用； (3) 通过电压检测器采集四桥臂变换器端上的直流电压Ud。，将给定的电压Ud/与反馈 的实际电压叫。送入模糊PI调节器进行处理，得到具有自适应能力强和抗扰动能力强的能 使电压稳定控制的给定电流iq% (4) 将给定的d-q轴电流及i /送入预测控制器，其中i /= 0,便于实现对发电 机有功和无功的解禪控制，同时将上一次输出的d-q轴电压u/(k-l)、Uqt化-1) W及上一次 反馈回来的电流i<i(k-l)和i。化-1) 一同送入预测控制器，得到预测出的d-q轴电压U/似 和Uqt(k)，其预测表达式为： U/化）=Alid 化-D+Asi/化)+A3i。化-D+A4U/化-1) Uqt 化）=Bii。化-D+Bsiqt 化)+B3id 化-D+B^qt 化-1) 其中，k为第k个控制周期，k-1表示第k-1个周期，即上一个周期，U/(k)和Uq*(k)分 别为预测出的第k个控制周期的d-q轴电压，i/似和iqt似分别为第k个控制周期内给 定的d-q轴电流，Ai、As、As、A4为U /似的调节参数，Bi、B2、Bs、B4为U。>似的调节参数，根 据发电机自身不同的特性决定； 妨将得到的预测出的d-q轴电压U/似和U。*化)，经Park反变换后得到静止两相正 交坐标系下给定的发电机电压u/、u/，当系统正常时，通过电压空间矢量脉宽调制（SVM) 得到a、b、c S个桥臂的功率管开通、关断的脉宽调制信号Sg、Sb、S。，然后通过驱动四桥臂逆 变器中的a、b、C S个桥臂使其输出相应的；相电流i。、ib、i。来控制发电机跟随给定信号 稳定正常发电； (6)当系统出现一相绕组断路或一相绕组短路故障时，例如a相绕组出现断路或短路 故障后，该时将用与发电机=相绕组中屯、点相连的第四桥臂n来代替出现故障的a桥臂，切 除掉a桥臂，调整给定的发电机电压为故障下的u/、u/，同时将故障相a的电压矢量由第 四桥臂n代替，即通过电压空间矢量脉宽调制（SVM)得到断路或短路故障态下的功率管开 通、关断的脉宽调制信号S"、Sb、S。，然后通过驱动四桥臂逆变器中的n、b、c S个桥臂使其输 出相应的S相电流i。、ib、i。来控制发电机跟随给定信号调压发电，使发电机在故障下仍能
稳定正常地发电。
【专利摘要】本发明公开了一种低成本的电力发电系统控制方法，该控制方法在Park反变换中注入了高频信号，从而能获得含有转子位置信号信息的q轴高频电流响应值，再进行信号处理后，即可实现无需位置传感器便可简单易行地获得发电机转子位置信号估计值，从而降低了成本和减小了体积；在电压调节中采用了模糊PI调节器来代替传统的电压PI调节器，增加了发电机的自适应能力和抗扰动能力，能使发出的电压更稳定；在电流调节中采用了预测控制器来代替传统的电流PI控制器，解决了传统电流PI控制器的滞后特性，提高了发电系统的带宽和动态性能；最后采用了SVM结合四桥臂变换器的控制方法来提高系统的可靠性，使发电系统能在发电机出现故障情况下仍能稳定正常发电。
【IPC分类】H02P21-14, H02P9-00, H02P21-00
【公开号】CN104601065
【申请号】CN201410827048
【发明人】李洁, 蒋和平, 蒋顺恺
【申请人】蒋和平
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月25日