一種基於自抗擾的雙饋電機風電併網轉子勵磁控制系統的製作方法
2023-10-29 07:56:12
專利名稱：一種基於自抗擾的雙饋電機風電併網轉子勵磁控制系統的製作方法
技術領域：
本發明是一種風電系統的併網控制系統，尤其是一種基於自抗擾的雙饋電機風電
併網轉子勵磁控制系統。
(二)
背景技術：
隨著世界環境日趨惡化，風力發電作為一種重要的可再生能源，越來越受到人們 的廣泛關注，風電併網迅猛發展。與常規發電機組相比，風力發電機組具有顯著的特點(l) 風速的隨機性和不確定性決定風電功率具有隨機性和不確定性；(2)陸地風電場距離主電 網和負荷中心較遠，多與薄弱的地方電力系統相聯；(3)異步風力發電機組運行時從電網 吸收無功功率。風力發電最終的目的是併網，投入運行，在風力發電的諸多問題中，併網控 制也成為一項關鍵技術之一。目前實現併網的方法和技術很多，有模糊邏輯實現風電併網 控制，也有風電空載併網控制。雙饋發電機是一種繞線式異步電機，具有高階非線性強耦合 的特點，直接對其進行控制難度很大，通過矢量變換可以簡化電機模型，使異步電機控制變 得如直流電機控制一樣方便。但是發電機在運行中由於磁路飽和將會引起電感的變化，溫 升將會引起電阻的變化，這給依賴電機參數的矢量控制帶來了困難。同時，商業化的機組如 果每臺發電機都需要測量其參數並且修改控制器，這將會帶來額外的成本。所以設計一種 自身不需要電機參數的控制算法或者能夠辨識發電機參數的控制系統變得非常必要。因而 用自抗擾控制器實現併網控制就成為必然選擇。
(三)
發明內容
本發明的發明目的在於設計一種基於自抗擾的雙饋電機風電併網轉子勵磁控制 系統，它可以克服現有併網控制系統的不足，是一種一種既能保留矢量控制優良的動態性 能又可以摒棄矢量控制依賴電機參數的弱點的新型併網控制系統。 本發明的技術方案一種基於自抗擾的雙饋電機風電併網轉子勵磁控制系統，包 括雙P麗變換器，其特徵在於它是由內環轉子d軸電流控制單元、內環轉子q軸電流控制單 元以及外環定子電壓控制單元構成；所說的外環定子電壓控制單元的輸入端採集經坐標變 換後的發電機定子電壓測量信號，其輸出端連接內環轉子d軸電流控制單元的輸入端；所 說的內環轉子d軸電流控制單元的輸入端和內環轉子q軸電流控制單元的輸入端採集經 Park和旋轉後的轉子電流，二者的輸出端分別經旋轉變換和三相/兩相變換後連接雙P麗 變換器。 上述所說的內環轉子d軸電流控制單元和內環轉子q軸電流控制單元結構相同， 均是由比例模塊、控制量限幅模塊、控制對象模塊以及擴張狀態觀測器構成；其中所說的比 例模塊接收外環電壓控制單元輸出的轉子勵磁電流給定信號，其輸出端與控制量限幅模塊 的輸入端連接；所說的控制量限幅模塊的輸入端還與擴張狀態觀測器的輸出端連接，其輸 出端與控制對象模塊的輸入端連接；所說的控制對象模塊的輸出端輸出轉子勵磁電流信 號給擴張狀態觀測器的輸入端；所說的擴張狀態觀測器的輸出端還與比例模塊的輸入端連
上述所說的控制量限幅模塊採用三極體限幅電路，它是由電阻Rb、電阻Re和三極 管T構成，其連接為常規連接。 上述所說的外環定子電壓控制單元由線性微分跟蹤器、絕對值變換單元、邏輯判
斷模塊和計算模塊構成，其中，所說的線性微分跟蹤器採集定子電壓測量信號，輸出信號經
絕對值變換單元後輸入給邏輯判斷模塊；所說的絕對值變換單元的輸入端採集定子電壓給
定信號和電壓測量信號的差值信號Au，經絕對值變換後輸入給邏輯判斷模塊；所說的邏
輯判斷模塊的輸出端與計算模塊的輸入端連接；所說的計算模塊的輸入端同樣採集定子電
壓給定信號和電壓測量信號的差值信號Au，其輸出端輸出勵磁電流給定信號。 本發明的工作原理 首先從電網測量得到a、b、c三相電壓U^、Ugb、Ug。，經過Park變換和直角坐標/極 坐標的變換，得到定子電壓測量信號u*洞時a、 b、 c三相給定電壓信號Usa、 Usb、 Us。也經過 Park變換和直角坐標/極坐標的變換，得到定子電壓給定信號us。定子電壓測量信號u*和 定子電壓給定信號us經過電壓控制器後得到d(q)軸轉子勵磁電流給定i/，然後通過電流 控制器的控制從而得到d軸定子電壓給定信號ud* (uq*)，後經旋轉變換和三相/兩相變換得 到雙P麗變流器所對應的a、 b、 c三相電壓控制信號UM、 UA、 UM，實現定子電壓和轉子電流 的控制。 微分跟蹤器採用常規線性跟蹤器，它根據定子電壓測量信號估計出其微分信 號，求出其絕對值，將定子電壓給定信號與電機定子電壓測量信號作差，並求出其絕對值
Aul，邏輯單元判斷條件"l Au| > e並且
< & "是否為真，若為真，則h = h。，否則h
0。邏輯判斷模塊判斷電流制器動態過程是否完成以及電壓偏差是否在誤差限外，只有滿 足這兩個條件，電壓控制器才會動作；然後通過計算模塊計算轉子電流給定值，對其進行微 調。電壓控制模塊通過觀測輸出信號的微分，判斷電流控制器對上次"勵磁電流給定"的執 行情況，等到適當的時候才根據電壓差值增加勵磁電流給定。 本發明的優越性在於①電流控制器結構簡單，容易工程實現；②無需變更參數； ③考慮了工程中限幅因素，不會因為限幅而影響控制性能；④控制器不依賴對象參數，具有 較強的魯棒性；⑤電壓控制器只需對轉子d軸電流給定值進行微調，這樣可以最大限度地 利用系統的有效信息，改善系統的動態性能；⑥無需電機參數，更換機組無需更改控制器參 數，抗幹擾能力強。
圖1為本發明所涉一種基於自抗擾的雙饋電機風電併網轉子勵磁控制系統的雙 饋異步發電機連接框圖。 圖2為本發明所涉一種基於自抗擾的雙饋電機風電併網轉子勵磁控制系統的整 體框圖。 圖3為本發明所涉一種基於自抗擾的雙饋電機風電併網轉子勵磁控制系統中內 環轉子d軸電流控制單元和內環轉子q軸電流控制單元的結構框圖。 圖4為本發明所涉一種基於自抗擾的雙饋電機風電併網轉子勵磁控制系統中外環定子電壓控制單元的結構框圖。 圖5為本發明所涉一種基於自抗擾的雙饋電機風電併網轉子勵磁控制系統中內 環轉子d軸電流控制單元和內環轉子q軸電流控制單元中的三極體限幅電路。
具體實施例方式
實施例一種基於自抗擾的雙饋電機風電併網轉子勵磁控制系統(見圖1、圖2)， 包括雙P麗變換器，其特徵在於它是由內環轉子d軸電流控制單元、內環轉子q軸電流控制 單元以及外環定子電壓控制單元構成；所說的外環定子電壓控制單元的輸入端採集經坐標 變換後的發電機定子電壓測量信號，其輸出端連接內環轉子d軸電流控制單元的輸入端； 所說的內環轉子d軸電流控制單元的輸入端和內環轉子q軸電流控制單元的輸入端採集經 Park和旋轉後的轉子電流，二者的輸出端分別經旋轉變換和三相/兩相變換後連接雙P麗 變換器。 上述所說的內環轉子d軸電流控制單元和內環轉子q軸電流控制單元結構相同 (見圖3)，均是由比例模塊、控制量限幅模塊、控制對象模塊以及擴張狀態觀測器構成；其 中所說的比例模塊接收外環電壓控制單元輸出的轉子勵磁電流給定信號，其輸出端與控制 量限幅模塊的輸入端連接；所說的控制量限幅模塊的輸入端還與擴張狀態觀測器的輸出端 連接，其輸出端與控制對象模塊的輸入端連接；所說的控制對象模塊的輸出端輸出轉子勵 磁電流信號給擴張狀態觀測器的輸入端；所說的擴張狀態觀測器的輸出端還與比例模塊的 輸入端連接。 上述所說的控制量限幅模塊(見圖5)採用三極體限幅電路，它是由電阻Rb、電阻 Rc和三極體T構成，其連接為常規連接。 上述所說的外環定子電壓控制單元(見圖4)由線性微分跟蹤器、絕對值變換單 元、邏輯判斷模塊和計算模塊構成，其中，所說的線性微分跟蹤器採集定子電壓測量信號， 輸出信號經絕對值變換單元後輸入給邏輯判斷模塊；所說的絕對值變換單元的輸入端採集 定子電壓給定信號和電壓測量信號的差值信號Au，經絕對值變換後輸入給邏輯判斷模塊； 所說的邏輯判斷模塊的輸出端與計算模塊的輸入端連接；所說的計算模塊的輸入端同樣採 集定子電壓給定信號和電壓測量信號的差值信號Au，其輸出端輸出勵磁電流給定信號。
權利要求
一種基於自抗擾的雙饋電機風電併網轉子勵磁控制系統，包括雙PWM變換器，其特徵在於它是由內環轉子d軸電流控制單元、內環轉子q軸電流控制單元以及外環定子電壓控制單元構成；所說的外環定子電壓控制單元的輸入端採集經坐標變換後的發電機定子電壓測量信號，其輸出端連接內環轉子d軸電流控制單元的輸入端；所說的內環轉子d軸電流控制單元的輸入端和內環轉子q軸電流控制單元的輸入端採集經Park和旋轉後的轉子電流，二者的輸出端分別經旋轉變換和三相/兩相變換後連接雙PWM變換器。
2. 根據權利要求1中所述一種基於自抗擾的雙饋電機風電併網轉子勵磁控制系統，其 特徵在於所說的內環轉子d軸電流控制單元和內環轉子q軸電流控制單元結構相同，均是 由比例模塊、控制量限幅模塊、控制對象模塊以及擴張狀態觀測器構成；其中所說的比例模 塊接收外環電壓控制單元輸出的轉子勵磁電流給定信號，其輸出端與控制量限幅模塊的輸 入端連接；所說的控制量限幅模塊的輸入端還與擴張狀態觀測器的輸出端連接，其輸出端 與控制對象模塊的輸入端連接；所說的控制對象模塊的輸出端輸出轉子勵磁電流信號給擴 張狀態觀測器的輸入端；所說的擴張狀態觀測器的輸出端還與比例模塊的輸入端連接。
3. 根據權利要求l中所述一種基於自抗擾的雙饋電機風電併網轉子勵磁控制系統，其 特徵在於所說的外環定子電壓控制單元由線性微分跟蹤器、絕對值變換單元、邏輯判斷模 塊和計算模塊構成，其中，所說的線性微分跟蹤器採集定子電壓測量信號，輸出信號經絕對 值變換單元後輸入給邏輯判斷模塊；所說的絕對值變換單元的輸入端採集定子電壓給定信 號和電壓測量信號的差值信號Au，經絕對值變換後輸入給邏輯判斷模塊；所說的邏輯判 斷模塊的輸出端與計算模塊的輸入端連接；所說的計算模塊的輸入端同樣採集定子電壓給 定信號和電壓測量信號的差值信號Au，其輸出端輸出勵磁電流給定信號。
全文摘要
一種基於自抗擾的雙饋電機風電併網轉子勵磁控制系統，它是由內環轉子d軸電流控制單元、內環轉子q軸電流控制單元以及外環定子電壓控制單元構成；其優越性①結構簡單，容易工程實現；②無需變更參數；③不會因為限幅而影響控制性能；④魯棒性較強；⑤可以最大限度地利用系統的有效信息，改善系統的動態性能；⑥抗幹擾能力強。
文檔編號H02J3/38GK101699759SQ20091022807
公開日2010年4月28日 申請日期2009年11月9日 優先權日2009年11月9日
發明者周雪松, 張書瑞, 李季, 楊海珊, 武磊, 許立瑾, 問虎龍, 馬幼捷 申請人:天津理工大學