专利名称：双馈风电机组定转子电流冗余信号的获取方法
技术领域：
本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种双馈风电机组定转子电流冗余信号 的获取方法。
背景技术：
随着我国并网风力发电机组的单机容量日益增大，以及大型风电场尤其是海上风 电场的规划、建设和运行，风电机组将面临更恶劣的运行环境条件和更高的运行、维护成 本，如何提高和保障风力发电机组的运行可靠性和安全性已经成为国内外工程界和学术界 关注的焦点。并网风力发电机组的控制系统是一个综合性控制系统，包括风电机组主控制 系统、变流器系统、变桨系统以及远程监控系统等。风电机组控制系统不仅要监视电网、风 况和机组运行参数，对机组运行进行控制，而且还要根据自然风速与风向的随机变化，对机 组进行优化控制，以提高机组的运行效率和发电量。风力发电机组控制系统的好坏直接关 系到风力发电机的工作状态、设备的运行安全以及发电量的多少和发电质量。因此，为了保 证电网和风电机组的安全性、稳定性和可靠性，提高风电机组控制系统的运行和测试的可 靠性是保障机组稳定运行的关键。双馈风电机组是目前风力发电系统中应用最为广泛的机型之一，其定子三相绕组 接工频电网，转子绕组与幅值、频率、相位和相序均可调节的四象限变频器相连。通过双PWM 变流器的解耦控制可以实现双馈风电机组有功和无功功率的解耦以及变速恒频发电。目前，双馈风电机组控制系统中大多数传感器没有进行冗余设计，有实现冗余设 计的也都是利用硬件冗余的方法来确保传感器输出信号的正确性，如低、高速轴转子转速 传感器，然而每一个信号都需要两个传感器进行测量，必然带来成本的增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双馈风电机组定转子电流冗余信号的获取方法，无需 增加硬件设备，基于现有控制系统信号可以实现电流传感器信号的冗余。本发明的目的是通过下述技术方案实现双馈风电机组定转子电流冗余信号的获 取方法，包括下述步骤(1)通过双馈风电机定子电压传感器测得定子电压信号Uabc s ；通过获取转子侧变 流器PWM发生器的转子电压控制信号，获得转子电压信号Uabc r ；通过转子转速传感器测得 转子的转速信号ω…(2)将定子电压信号Uabc—S和和转子电压信号Uabc^变换到同步旋转坐标系下，获得 同步旋转坐标系下的定子电压信号Udq s和转子电压信号ud9—r ；(3)通过同步旋转坐标系下的定子电压信号Udq s、转子电压信号U^r和转子的转 速信号构造同步旋转坐标系下的定子电流信号/^ i和转子电流信号；(4)将同步旋转坐标系下的定子电流信号和转子电流信号/^ i 逆变换到静止
坐标轴系下，经过坐标变换的定子电流信号/^L j和转子电流信号/&一,作为电流冗余信号输出ο进一步，所述步骤(2)中将定子电压信号Uab。s*转子电压信号Uab。r经3/2相坐 标变换到同步旋转坐标系下；步骤(4)中将同步旋转坐标系下的定子电流信号/;,和转子 电流信号/;—,通过2/3相坐标逆变换到静止坐标轴系下；进一步，步骤(3)中，将同步旋转坐标系下的定子电压信号Udtis、转子电压信号Udq r和转子的转速信号乍为输入量，通过下式构造同步旋转坐标系下的定子电流信号
和转子电流信号 式中
义=
；Usd、Usa分别为定子电压信号Udq s在同步旋转坐标系下的d、q
轴分量洱d、Urq分别为转子电压信号UdU在同步旋转坐标系下的d、q轴分量；Isd、Isq分别 为定子电流信号Id(LS在同步旋转坐标系下的d、q轴分量；Irf、Irq分别为转子电流信号Idq ^在同步旋转坐标系下的d、q轴分量；Rs、Rr分别表示定、转子电阻；Lm表示电机激磁电感； Ls、k分别表示定、转子全电感，且Ls = Lls+Lmar = LyLm ； GJs为定子磁场旋转的同步电角 速度；为转子旋转电角速度。 本发明无需增加冗余的硬件电流传感器，而利用现有的传感器信号及控制信号， 获得冗余的电流信号，该信号一方面可以作为真实传感器信号的校对，同时也用于相应传 感器的故障诊断以及风电机组容错控制等，这样不但可以节省一部分硬件传感器的安装， 节约成本，而且可以减少了测量器件的安装空间。
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进 一步的详细描述图1为双馈风电机组控制系统及冗余设计方案的框图；图2为双馈风电机组定、转子电流观测器框图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步的描述。从双馈风电机电磁暂态数学模型出发，推导定、转子电流状态方程，从而建立相应 的观测器模型。现假定d、q轴为同步旋转坐标轴系，d轴超前q轴90°，双馈风电机定子、 转子电压电流正方向按照电动机惯例规定，应用原型电机的电磁方程可得出用综合相量表 示的双馈风电机的电压方程为
式中 75.、ur、Is, Ir, φχ、<分别表示定、转子电压、电流、和磁链的空 间矢量；Rs、艮分别表示定、转子电阻；ω3为同步电角速度；G^表示电机转子电角速度；Lm 表示电机激磁电感；Ls、Lr分别表示定、转子全电感，且Ls = Lls+Lm、Lr = Llr+Lm，其中Lls, L 分别为定、转子漏感。P是微分算子。将式(2)代入式(1)，并将其写成同步坐标轴系下的电压电流暂态方程为 现以同步旋转坐标系下的双馈风电机定、转子电压d、q轴分量作为输入量U，定、 转子电流d、q轴分量为状态量X，i为X的微分量，式(3)可写成状态空间方程的形式为 其中，
；Usd^Usq分别为定子电压信号Udq s在同步旋转坐标系下的d、q
轴分量洱d、Urq分别为转子电压信号UdU在同步旋转坐标系下的d、q轴分量；Isd、Isq分别 为定子电流信号““在同步旋转坐标系下的d、q轴分量；InnIni分别为转子电流信号Idt^ 在同步旋转坐标系下的d、q轴分量。
将式(5)中的同步转速和转子转速分别单独列出，矩阵A可以化简成式(7)。 参见图1、图2，本发明获取双馈风电机组定转子电流冗余信号的方法，具体包括 如下步骤A)通过双馈风电机定子电压传感器测得定子电压信号Uab。s ；通过获取转子侧变 流器PWM发生器的转子电压控制信号，获得转子电压信号Uabc r ；通过转子转速传感器测得 转子的转速信号ω… B)将定子电压信号Uabc s和转子电压信号Uabc—r经3/2相坐标变换变换到同步旋转 坐标系下，获得同步旋转坐标系下的定子电压信号Udtis和转子电压信号UuC)通过同步旋转坐标系下的定子电压信号Udq s、转子电压信号Udq—r和转子的转速 信号通过式⑷构造同步旋转坐标系下的定子电流信号和转子电流信号/;_,，本步 骤在同步旋转坐标轴系下进行的计算，而定、转子电流观测器算法中只用到定、转子电压和 转子转速信号，没有用到定、转子电流真实传感器输出值作为反馈；D)将同步旋转坐标系下的定子电流信号/;—.、.和转子电流信号经2/3相坐标变换逆变换到静止坐标轴系下，经过坐标变换的定子电流信号/I)和转子电流信号作 为电流冗余信号输出。 如图1、图2所示，可通过在双馈风电机组控制系统中设置一定转子电流冗余信号 发生器，由定转子电流冗余信号发生器执行上述步骤，实现获取输出电流冗余信号。
权利要求
双馈风电机组定转子电流冗余信号的获取方法，其特征在于包括下述步骤(1)通过双馈风电机定子电压传感器测得定子电压信号Uabc_s；通过获取转子侧变流器PWM发生器的转子电压控制信号，获得转子电压信号Uabc_r；通过转子转速传感器测得转子的转速信号ωr；(2)将定子电压信号Uabc_s和转子电压信号Uabc_r变换到同步旋转坐标系下，获得同步旋转坐标系下的定子电压信号Udq_s和转子电压信号Udq_r；(3)通过同步旋转坐标系下的定子电压信号Udq_s、转子电压信号Udq_r和转子的转速信号ωr构造同步旋转坐标系下的定子电流信号和转子电流信号(4)将同步旋转坐标系下的定子电流信号和转子电流信号逆变换到静止坐标轴系下，经过坐标变换的定子电流信号和转子电流信号作为电流冗余信号输出。FSA00000229175200011.tif,FSA00000229175200012.tif,FSA00000229175200013.tif,FSA00000229175200014.tif,FSA00000229175200015.tif,FSA00000229175200016.tif
2.如权利要求1所述的双馈风电机组定转子电流冗余信号的获取方法，其特征在于 所述步骤⑵中将定子电压信号Uab。s*转子电压信号Uabc^经3/2相坐标变换到同步旋转 坐标系下；步骤⑷中将同步旋转坐标系下的定子电流信号和转子电流信号通过 2/3相坐标逆变换到静止坐标轴系下
3.如权利要求1或2所述的双馈风电机组定转子电流冗余信号的获取方法，其特征在 于步骤(3)中，将同步旋转坐标系下的定子电压信号Udti s、转子电压信号扎“和转子的转 速信号乍为输入量，通过下式构造同步旋转坐标系下的定子电流信号和转子电流 usd、Usci分别为定子电压信号Udci s在同步旋转坐标系下的d、q轴分量；Urf、Ura分别为转子电压信号在同步旋转坐标系下的d、q轴分量；Isd、Isa分别为定子电流信号Id(L3在同步旋转坐标系下的d、q轴分量、‘分别为转子电流信号Idt^在 同步旋转坐标系下的d、q轴分量；RS、艮分别表示定、转子电阻，Lm表示电机激磁电感；Ls、k 分别表示定、转子全电感，且Ls = Lls+Lm、Lr = Llr+Lm, Lls、Llr分别为定、转子漏感；为定 子磁场旋转的同步电角速度；为发电机转子旋转电角速度。
全文摘要
本发明提供了一种双馈风电机组定转子电流冗余信号的获取方法，该方法基于双馈风电机定、转子电流观测器算法，通过现有传感器获得的定子电压信号、转子电压信号和转子的转速信号，在同步旋转坐标系下构造定子电流信号和转子电流信号，最后将其逆变换回到静止坐标轴系下，即可获得冗余的定、转子电流信号，该信号一方面可以作为真实传感器信号的校对，同时也用于相应传感器的故障诊断以及风电机组容错控制等，这样不但可以节省一部分硬件传感器的安装，节约成本，而且可以减少了测量器件的安装空间，本发明可有效避免了硬件冗余设计中可能带来的一系列问题。
文档编号H02P21/14GK101917154SQ20101025318
公开日2010年12月15日 申请日期2010年8月13日 优先权日2010年8月13日
发明者李辉, 杨超, 赵斌, 赵猛, 陈宏文 申请人:重庆大学