笼型转子无刷双馈风力发电机的间接功率控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明与笼型转子无刷双馈风力发电机的间接功率控制方法有关，更详细地说是 在无刷双馈风力发电机并网后的一种能在静止坐标系下实现的有功功率和无功功率的控 制方法。
【背景技术】
[0002] 风力发电是解决当前突出的能源和环境问题的有效手段，因而得到了普遍重视和 大规模开发利用，是目前世界上增长速度最快的能源。风力发电机组经常位于人类活动比 较少的高山、荒野、海岛等边远地区，又受无规律的风力以及强阵风的作用，加之所处自然 环境交通不便，一旦出现故障，修复十分困难。故对其可靠性的要求远远高于其它的电气及 机械设备。因此研制高可靠性的风力发电机及其控制技术对于风电技术的发展具有十分重 要的现实意义。
[0003] 无刷双馈电机是近年来广受瞩目的一种新型电机，其结构是定子上有两套绕组， 即功率绕组和控制绕组，分别连接电网和变频器；转子采用特殊的笼型或者磁阻结构，本发 明针对笼型转子，转子上没有电刷和滑环，大大提高了工作可靠性，特别适合用在变速恒频 风力发电领域。和目前变速恒频风力发电领域最广泛采用的有刷双馈感应发电机相比，无 刷双馈发电机的运行行为与其类似，除了具有有刷双馈感应发电机的所有优点外，还有一 个独特优点，即在无刷的情况下实现双馈运行，极大地提高了系统的可靠性，更能满足无或 少维护的工作环境。
[0004] 在变速恒频风力发电领域，对于并网型风力发电机来说，在提高风电能量转换效 率的同时，还应该能够实现有功功率跟踪风速实现最大功率跟踪和无功功率的控制。现 有文献中已有将矢量控制方法应用于笼型转子无刷双馈风力发电机的报导（ShaoSY， AbdiE，BaratiF，McMahonR.Stator-Flux-OrientedVectorControlforBrushless DoublyFedInductionGenerator[J].IEEETransactionsonIndustrialElectronics, 2009，56(10): 4220-4228)，但是该方法在两相旋转坐标系实现有功和无功功率的控制， 因而需要磁场定位及旋转坐标变换，致使系统结构复杂，且由于磁场定位的精度直接影响 到电机的性能，因而对磁场定位的精度提出了较高的要求。针对这种情况，本发明提出了笼 型转子无刷双馈风力发电机间接功率控制方法。该方法在静止坐标系实现有功和无功功率 的控制，具有无需旋转坐标变换和磁场定位、系统结构简单，所需电机参数少，静、动态性能 优良的优点。
【发明内容】
[0005] 问题的提出：针对无刷双馈风力发电机矢量控制方法系统结构复杂的问题、提出 一种用于笼型转子无刷双馈风力发电机的间接功率控制方法。
[0006] 本发明采取的是一种基于静止坐标系的间接功率控制方法，通过下列步骤实现有 功功率和无功功率的控制 (一） 首先建立有功功率和控制绕组磁链之间的关系式（7)如下所示：
【主权项】
1. 一种用于笼型转子无刷双馈风力发电机的间接功率控制方法，包括有功功率和无功 功率的控制方法，实现该控制方法首先要建立有功功率和控制绕组磁链之间的关系式，如 (7) 所示：
式（7)中，产为有功功率，么其中 <为笼型转子嵌套单元数， 为功率绕组与转子绕组每一个单元的互感幅值，为控制绕组与转子绕组每一个单元 的互感幅值；4、4和4分别为功率绕组自感、控制绕组自感和转子绕组自感；死f为控制 绕组磁链矢量；为功率绕组电压矢量；和〃M分别为功率绕组电压矢量和控制绕组 磁链矢量的相位角；所述（7)式中，功率绕组电压矢量4、电机参数4P、4、4和4是 常数，由式（7)中得到通过控制控制绕组磁链矢量的相位角和幅值来控制有功功率A其次是构建笼型转子无刷双馈风力发电机间接功率控制系统，实现有功功率和无功功 率的闭环控制； (1) 根据式（7)中的控制绕组的磁链矢量死f和有功功率间的关系，利用有功功率 给定值产与计算值M过有功PI调节器（5)输出控制绕组磁链动态相位增量，将其与静态 相位增量相加得到控制绕组磁链相位增量A 无功功率给定值讲与计算值經过无功PI调节器（16)输出控制绕组磁链幅值给定； 再将控制绕组磁链幅值和计算值经磁链PI调节器（10)输出控制绕组磁链幅值增量； (2)基于上述步骤（1)构建笼型转子无刷双馈风力发电机间接功率控制系统，实现该控 制方法的过程如下： 1) 笼型转子无刷双馈风力发电机通过并网开关（18)并网运行； 2) 在三相静止坐标系下分别观测控制绕组和功率绕组电压、电流的A相和B相分量 I、4、4、i3P和对上述物理量通过3/2变换器（13)进行坐标变换，得到控制 绕组和功率绕组各自静止坐标系下的电压和电流、、、、i&、和i#; 3) 利用、、和心源过控制绕组磁链计算（12)计算控制绕组磁链分量、，根据和计算 控制绕组磁链幅值； 4) 通过有功功率、无功功率计算（15)计算有功功率和无功功率； 5) 通过控制绕组磁链静态相位增量计算（7)得到控制绕组静态相位增量，通过 有功功率PI调节器（5)得到控制绕组磁链动态相位增量△尤，二者之和即下一个采样周期 Tp"内的控制绕组磁链相位增量A 6) 利用无功功率的给定值f与计算值經过无功PI调节器（16)输出控制绕组磁链 幅值给定，和计算值经磁链PI调节器（10)输出控制绕组磁链幅值增量；利用控制绕组磁链 分量、、控制绕组磁链幅值增量和控制绕组磁链相位增量通过控制绕组磁链增量计算 (8) 得到控制绕组磁链增量、； 7) 利用控制绕组磁链增量、，通过控制绕组电压、计算（11)，得到下一个周期内所 需的电压矢量、； 8 )SVPWM发生器（3 )根据和生成调制信号，并通过双向变流器（2 )的电机侧变流器控制 无刷双馈风力电机（14)的控制绕组。
【专利摘要】一种用于笼型转子无刷双馈风力发电机的间接功率控制方法，包括笼型转子无刷双馈风力发电机有功功率和无功功率的控制方法，尤其是有功功率与控制绕组磁链的解析关系以及构建的笼型转子无刷双馈风力发电机有功功率和无功功率的控制系统结构。本发明解决了笼型转子无刷双馈风力发电机并网后有功功率跟踪风速实现最大功率跟踪以及无功功率的控制问题。本控制系统只需要两个定子绕组的电阻，所需电机参数少，无需旋转坐标变换，在静止坐标系下实现了笼型转子无刷双馈风力发电机有功功率和无功功率的控制，控制方法简单，效果明显。
【IPC分类】H02P103-00, H02J3-38, H02P9-00
【公开号】CN104579060
【申请号】CN201510046957
【发明人】赵荣理, 王淑红, 马赟, 闫珺, 张爱玲
【申请人】太原理工大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月30日