永磁直驱风力发电机电磁扭矩控制方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及风电技术领域，尤其涉及一种永磁直驱风力发电机电磁扭矩控制方法 及装置。
【背景技术】
[0002] 永磁直驱风力发电机属于大功率发电机，其功率一般超过1. 5MW，额定扭矩可以达 到80万N?m以上，当前没有如此大量程的扭矩传感器。
[0003] 传统永磁直驱风力发电机矢量控制中，发电机的电磁扭矩采用开环控制。具体的， 发电机的电磁扭矩采用公式Te=l.SpjTDflq+ad-I^Idlq)计算，由于在大功率永磁直驱发 电机中Ld-Lq~0,电磁扭矩采用近似公式1\= 1.5pni])fIq计算，其中Iq为交轴电流。因此， 可通过PI调节器控制实际交轴电流跟踪交轴电流的给定值，从而实现发电机电磁扭矩的 开环控制。
[0004] 在实现上述电磁扭矩控制的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题： 在永磁直驱风力发电机实际运行过程中，发电机磁链值丨1受温度变化或制造偏差的影响 会出现±10%的变化，发电机磁链值±10%的变化导致发电机电磁扭矩的控制精度只能 达到±10%。当发电机电磁扭矩变化超过电磁扭矩给定值10%时，会导致风力发电机超发 故障停机；当发电机电磁扭矩变化小于电磁扭矩给定值10%时，会导致风力发电机欠发损 失发电量。上述超发和欠发现象都会导致发电机的发电效率降低。
【发明内容】
[0005] 本发明的实施例提供了一种永磁直驱风力发电机电磁扭矩控制方法及装置，提高 了发电机电磁扭矩的控制精度，避免了超发和欠发现象的发生，从而提高了发电机的发电 效率。
[0006] 为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
[0007] 一方面，本发明提供一种永磁直驱风力发电机电磁扭矩控制方法，包括：
[0008] 根据发电机扭矩的实际值和发电机扭矩的给定值控制发电机电磁扭矩的实际值 跟踪发电机电磁扭矩的给定值。
[0009] 另一方面，本发明提供一种永磁直驱风力发电机电磁扭矩控制装置，包括：
[0010] 控制模块，用于根据发电机扭矩的实际值和发电机扭矩的给定值控制发电机电磁 扭矩的实际值跟踪发电机电磁扭矩的给定值。
[0011] 本发明实施例的永磁直驱风力发电机电磁扭矩控制方法及装置，根据发电机扭矩 的实际值和发电机扭矩的给定值控制发电机电磁扭矩的实际值跟踪发电机电磁扭矩的给 定值，实现了对发电机电磁扭矩的给定值的闭环跟踪，提高了发电机电磁扭矩的控制精度， 避免了超发和欠发现象的发生，从而提高了发电机的发电效率。
【附图说明】
[0012] 图1为永磁直驱风力发电机组的拓扑结构示意图；
[0013] 图2为本发明提供的永磁直驱风力发电机电磁扭矩控制方法一个实施例的流程 示意图；
[0014] 图3为对发电机电磁扭矩闭环控制的流程示意图；
[0015] 图4为本发明提供的永磁直驱风力发电机电磁扭矩控制方法又一个实施例的流 程不意图；
[0016] 图5为本发明提供的永磁直驱风力发电机电磁扭矩控制方法又一个实施例的流 程不意图；
[0017] 图6为本发明提供的永磁直驱风力发电机电磁扭矩控制装置一个实施例的结构 示意图；
[0018] 图7为本发明提供的永磁直驱风力发电机电磁扭矩控制装置又一个实施例的结 构示意图。
【具体实施方式】
[0019] 在对本发明的永磁直驱风力发电机电磁扭矩控制方法及装置进行描述之前，先来 介绍一下永磁直驱风力发电机组的拓扑结构。
[0020] 图1为永磁直驱风力发电机组的拓扑结构示意图。如图1所示，叶轮11直接驱动 永磁直驱风力发电机12运行，永磁直驱风力发电机12输出端连接发电机开关柜13，发电机 开关柜13起到过流断路保护的作用，发电机开关柜13的输出端连接发电机侧RLC滤波器 14,发电机侧RLC滤波器14起到降低Du/Dt的滤波作用，发电机侧RLC滤波器14的输出端 与发电机侧三相逆变器15连接，发电机侧三相逆变器15的输出端与网侧逆变器及电网系 统16连接。
[0021 ] 下面结合附图对本发明实施例永磁直驱风力发电机电磁扭矩控制方法及装置进 行详细描述。
[0022] 实施例一
[0023] 图2为本发明提供的永磁直驱风力发电机电磁扭矩控制方法一个实施例的流程 示意图。本实施例的永磁直驱风力发电机电磁扭矩控制方法具体可以包括以下步骤：
[0024] 根据发电机扭矩的实际值Tac;tiTC和发电机扭矩的给定值T控制发电机电磁扭矩 的实际值Te_ac;tiJl踪发电机电磁扭矩的给定值Te
[0025] 具体的，本步骤中的发电机扭矩T具体可以为发电机电磁扭矩I；或发电机输出扭 矩。发电机电磁扭矩的给定值T@f根据发电机的主控制器的控制策略获得。
[0026] 上述步骤具体可以包括以下步骤：
[0027]S201，计算发电机扭矩的实际值Taetive和发电机扭矩的给定值!\#之间的扭矩差值 Tdiff。
[0028]S202,根据扭矩差值Tdiff调节发电机交轴电流的给定值Iuef，使得发电机电磁扭 矩的实际值Te_ac;tiTC稳定在发电机电磁扭矩的给定值Te 附近。
[0029] 具体的，如图3所示为对发电机电磁扭矩闭环控制的流程示意图。将发电机扭矩 的实际值Tac;tive和发电机扭矩的给定值T 之间的扭矩差值Tdiff=Tac;tiTC-TM^为扭矩PI 调节器的输入，以调节发电机交轴电流的给定值Iq_Mf，从而调节发电机矢量控制器中发电 机电磁扭矩的给定值（TeMf= 1.SpuiDflgJ，以实现对发电机电磁扭矩的给定值TeMf的闭 环跟踪，即实现对发电机电磁扭矩I；的闭环控制。
[0030] 本实施例的永磁直驱风力发电机电磁扭矩控制方法，根据发电机扭矩的实际值和 发电机扭矩的给定值控制发电机电磁扭矩的实际值跟踪发电机电磁扭矩的给定值，实现了 对发电机电磁扭矩的给定值的闭环跟踪，即实现了对发电机电磁扭矩的闭环控制，提高了 发电机电磁扭矩的控制精度，避免了超发和欠发现象的发生，从而提高了发电机的发电效 率。
[0031] 实施例二
[0032] 图4为本发明提供的永磁直驱风力发电机电磁扭矩控制方法又一个实施例的流 程示意图。如图4所示，本实施例的永磁直驱风力发电机电磁扭矩控制方法给出了图2所 示实施例的永磁直驱风力发电机电磁扭矩控制方法的一种具体实现方式（根据发电机电 磁扭矩的实际值和发电机电磁扭矩的给定值控制发电机电磁扭矩的实际值跟踪发电机电 磁扭矩的给定值），本实施例的永磁直驱风力发电机电磁扭矩控制方法具体可以包括：
[0033] S401，根据发电机定子绕组的实际温度taetive和初始温度ts下发电机定子绕组的 初始电阻值Rs计算得到发电机定子绕组的实际电阻值Rartive。
[0034] 具体的，在发电机实际运行过程中，发电机定子绕组的温度t会发生变化，进而导 致发电机定子绕组的电阻值R会发生变化。由于发电机定子绕组在初始温度％下的初始 电阻值Rs已知，且发电机定子绕组的电阻值R随温度每上升（下降）1度上升（下降）的 百分比K可以通过测量得到，当前发电机定子绕组的实际温度tac;tiV6可以通过安装在发电 机定子绕组上的温度传感器测量得到，因此当前发电机定子绕组的实际温度tac;tive下，发电 机定子绕组的实际电阻值Rac;tive可以通过以下公式计算得到：
[0035] Ractive=((tactive-ts)*K+100% )RS
[0036] S402,根据发电机定子绕组的实际电阻值Raetive和发电机相电流的实际值Iaetive计 算得到发电机铜损功率的实际值P?_ac;tiTC。
[0037] 具体的，发电机定子绕组的实际电阻值Raetive已通过上述步骤S401计算得到，发 电机相电流的实际值Iac;tive可以通过发电机侧逆变器采样得到，因此当前发电机铜损功率 的实际值Pra_a。^可以通过以下公式计算得到：
[0038]
[0039] 对于三相发电机而言，可以通过发电机侧三相逆变器采样发电机三相电流的瞬时 值Ia、Ib、I。，计算发电机三相电流的有效值IaMS、Ib ,ms、I。,ms，发电机三相定子绕组的实际电 阻值^^、^^、^^可以分别根据发电机三相定子绕组的实际温度!：^^、、。^』、 tac;tiTC_。计算得到，因此当前发电机铜损功率的实际值P?_a。^可以通过以下公式计算得到：
[0040]
[0041] 为了简化计算，发电机铜损功率的实际值Praa。^可以通过以下公式计算得到：
[0042] Irms-avg= (I a-rms+Ib-rms+Ic- rms)/3
[0043]
[0044] S403,根据发电机相电流的实际值Iaetive和发电机端电压的实际值Uaetive计算得到 发电机输出有功功率的实际值
[0045] 具体的，对于三相发电机而言，可以通过发电机侧三相逆变器采样发电机三相电 流的瞬时值Ia、Ib、I。和发电机端电压（直流电压）Ud、Uq，通过坐标变换得到发电机的直轴 电流Id和交轴电流I，，^、仏分别为逆变器矢量