一种风电机组实现自主拖动功能的方法与流程

本发明涉及风电，尤其涉及一种风电机组实现自主拖动功能的方法。

背景技术：

1、随着电力电子控制技术的发展，对风电机组控制、测试、维护性能、便捷性和风机系统成本方面提出更高的要求。电机厂希望在不使用拖动电机的情况下，发电机可以自主实现输出一定的电磁转矩，且能在较宽的转速范围运行，测试电机的转速范围，带负载转矩能力。在进行风电机组维护时，希望在不使用拖动电机的情况下，发电机代替电机进行风叶位置调整进行维护工作。

2、为了适应客户需求，从减小系统复杂度，降低双馈发电机测试系统和风电机组维护的成本角度出发，需要设计相应定子短路装置电路和拖动软件控制算法，实现双馈电机高性能拖动功能。

3、现有技术提出关于风电机组实现自主拖动方法如下：

4、根据电机参数，设定v/f曲线，通过调节逆变输出电压的频率和幅值实现电机的速度调节。

5、上述速度开环控制方式，调速精度和动态响应特性并不是十分理想，尤其是在低速区域由于转子电阻的压降不容忽视而使电压调整比较困难，低速下不能获得较大的电磁转矩，不能得到较大的调速范围和较高的调速精度。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提出一种风电机组实现自主拖动功能的方法，该风电机组实现自主拖动功能的方法使发电机组系统维护更加便捷，满足经济效益的要求，同时又充分利用风电变流器对双馈发电机进行相应的测试，降低发电机组测试系统的整体成本。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种风电机组实现自主拖动功能的方法，所述风电机组包括双馈风力发电机、主控单元、变流器、短路装置，所述变流器包括网侧变换器及机侧变换器，所述网侧变换器和机侧变换器直流端相连形成直流母线，所述短路装置与所述双馈风力发电机定子相连使定子绕组形成闭合回路，所述风力发电机组在制造、测试、维护过程中需要双馈风力发电机有一定的带负载能力及在一段转速范围内工作的需求时，所述双馈风力发电机通过所述短路装置工作在异步电机模式；

3、检测双馈风力发电机转子端口侧的端口电流irabc，通过变换得到转子电流dq轴分量irdq及转子电流磁链αβ轴分量irαβ，检测双馈风力发电机转子端口电压值uref，通过变换得到转子电压磁链αβ轴分量urαβ，将转子端口电压值ure与转子电压最大允许值urmax作差再经过比例积分控制器转化得到转子弱磁给定量ψfw；

4、检测双馈风力发电机转子角速度ω，将转子角速度ω、转子电流d轴分量ird、转子电流q轴分量irq经过转速电流型磁链模型计算得到定子磁链角度θ及定子磁链值ψs，或者将转子电流磁链αβ轴分量irαβ、转子电压磁链αβ轴分量urαβ经过电压电流型磁链模型计算得到定子磁链角度θ及定子磁链值ψs；

5、设定转子角速度给定值ω*，将转子角速度给定值ω*减去转子角速度ω，再经过转子转速环比例积分控制器得到转子电流q轴分量给定值irq*，将转子电流q轴分量给定值irq*减去转子电流q轴分量irq，再经过转子电流环比例积分控制器得到转子端口电压q轴分量初始给定值，将转子端口电压q轴分量初始给定值与转子端口前馈电压q轴分量uq求和得到转子端口电压q轴分量给定值urq*；设定定子磁链给定值ψs*，将定子磁链给定值ψs*减去定子磁链值ψs及转子弱磁给定量ψfw，再经过转子磁链环比例积分控制器得到转子电流d轴分量给定值ird*,将转子电流d轴分量给定值ird*减去转子电流d轴分量ird，再经过转子电流环比例积分控制器得到转子端口电压d轴分量初始给定值,将转子端口电压d轴分量初始给定值与转子端口前馈电压d轴分量ud求和得到转子端口电压给定值d轴分量urd*；将转子端口电压q轴分量给定值urq*及转子端口电压给定值d轴分量urd*经过变换后得电机控制输出值输入至双馈风力发电机。

6、优选地，当所述双馈风力发电机工作在低速模式时，采用转速电流型磁链模型计算定子磁链角度θ及定子磁链值ψs，所述转速电流型磁链模型为：其中，lm为电机激磁电感，ω为电机转子角速度，ts为电机时间常数，p为微分算子。

7、优选地，当所述双馈风力发电机工作在高速模式时，采用电压电流型磁链模型计算定子磁链角度θ及定子磁链值ψs，所述电压电流型磁链模型为：

8、

9、其中，ψsα及ψsβ为定子磁链αβ轴分量，urα及urβ为转子电压磁链αβ轴分量，irα及irβ为转子电流磁链αβ轴分量，lr为电机转子互感，lm为电机激磁电感，ls为电机定子互感。

10、优选地，所述转子端口电压q轴分量给定值urq*为：

11、其中，所述转子端口电压q轴分量初始给定值为(rr+σlrp)irp，所述转子端口前馈电压q轴分量uq为rr为电机转子电阻，σ为电机漏感系数，lr为电机转子互感，p为微分算子，lm为电机激磁电感，ls为电机定子互感。

12、优选地，所述转子端口电压d轴分量给定值urd*为：

13、其中，所述转子端口电压d轴分量初始给定值为(rr+σlrp)irp，所述转子端口前馈电压d轴分量ud为rr为电机转子电阻，σ为电机漏感系数，lr为电机转子互感，p为微分算子，lm为电机激磁电感，ls为电机定子互感。

14、优选地，所述双馈风力发电机转子端口电压值为：其中，urd为检测得到的转子端口电压d轴分量，urq为检测得到的转子端口电压q轴分量。

15、优选地，所述“将转子端口电压q轴分量给定值urq*及转子端口电压给定值d轴分量urd*经过变换后得电压输出值输入至双馈风力发电机”具体为：将转子端口电压q轴分量给定值urq*及转子端口电压给定值d轴分量urd*经过坐标变换和pwm变换得电机控制输出值输入至双馈风力发电机。

16、采用上述方法之后，所述风电机组实现自主拖动功能的方法，所述风电机组包括双馈风力发电机、主控单元、变流器、短路装置，所述变流器包括网侧变换器及机侧变换器，所述网侧变换器和机侧变换器直流端相连形成直流母线，所述短路装置与所述双馈风力发电机定子相连使定子绕组形成闭合回路，所述风力发电机组在制造、测试、维护过程中需要双馈风力发电机有一定的带负载能力及在一段转速范围内工作的需求时，所述双馈风力发电机通过所述短路装置工作在异步电机模式；检测双馈风力发电机转子端口侧的端口电流irabc，通过变换得到转子电流dq轴分量irdq及转子电流磁链αβ轴分量irαβ，检测双馈风力发电机转子端口电压值uref，通过变换得到转子电压磁链αβ轴分量urαβ，将转子端口电压值uref与转子电压最大允许值urmax作差再经过比例积分控制器转化得到转子弱磁给定量ψfw；检测双馈风力发电机转子角速度ω，将转子角速度ω、转子电流d轴分量ird、转子电流q轴分量irq经过转速电流型磁链模型计算得到定子磁链角度θ及定子磁链值ψs，或者将转子电流磁链αβ轴分量irαβ、转子电压磁链αβ轴分量urαβ经过电压电流型磁链模型计算得到定子磁链角度θ及定子磁链值ψs；设定转子角速度给定值ω*，将转子角速度给定值ω*减去转子角速度ω，再经过转子转速环比例积分控制器得到转子电流q轴分量给定值irq*，将转子电流q轴分量给定值irq*减去转子电流q轴分量irq，再经过转子电流环比例积分控制器得到转子端口电压q轴分量初始给定值，将转子端口电压q轴分量初始给定值与转子端口前馈电压q轴分量uq求和得到转子端口电压q轴分量给定值urq*；设定定子磁链给定值ψs*，将定子磁链给定值ψs*减去定子磁链值ψs及转子弱磁给定量ψfw，再经过转子磁链环比例积分控制器得到转子电流d轴分量给定值ird*,将转子电流d轴分量给定值ird*减去转子电流d轴分量ird，再经过转子电流环比例积分控制器得到转子端口电压d轴分量初始给定值,将转子端口电压d轴分量初始给定值与转子端口前馈电压d轴分量ud求和得到转子端口电压给定值d轴分量urd*；将转子端口电压q轴分量给定值urq*及转子端口电压给定值d轴分量urd*经过变换后得电机控制输出值输入至双馈风力发电机；该风电机组实现自主拖动功能的方法通过短路装置sc2动作，短接双馈发电机的定子，双馈发电机相当于双绕线异步电机，变流器通过控制异步电机的转子端口电压来控制电机的状态，通过给定转速指令调节电机的转速。可以在维护过程中实现对风电机组的风叶位置调整，在发电机测试过程输出一定的电磁转矩和转速，使发电机组系统维护更加便捷，满足经济效益的要求，同时又充分利用风电变流器对双馈发电机进行相应的测试，降低发电机组测试系统的整体成本。