CN101699759A - 一种基于自抗扰的双馈电机风电并网转子励磁控制*** - Google Patents

一种基于自抗扰的双馈电机风电并网转子励磁控制*** Download PDF

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周雪松
问虎龙
马幼捷
李季
许立瑾
张书瑞
杨海珊
武磊
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Abstract

一种基于自抗扰的双馈电机风电并网转子励磁控制***，它是由内环转子d轴电流控制单元、内环转子q轴电流控制单元以及外环定子电压控制单元构成；其优越性：①结构简单，容易工程实现；②无需变更参数；③不会因为限幅而影响控制性能；④鲁棒性较强；⑤可以最大限度地利用***的有效信息，改善***的动态性能；⑥抗干扰能力强。

Description

一种基于自抗扰的双馈电机风电并网转子励磁控制***
(一)技术领域：
本发明是一种风电***的并网控制***，尤其是一种基于自抗扰的双馈电机风电并网转子励磁控制***。
(二)背景技术：
随着世界环境日趋恶化，风力发电作为一种重要的可再生能源，越来越受到人们的广泛关注，风电并网迅猛发展。与常规发电机组相比，风力发电机组具有显著的特点：(1)风速的随机性和不确定性决定风电功率具有随机性和不确定性；(2)陆地风电场距离主电网和负荷中心较远，多与薄弱的地方电力***相联；(3)异步风力发电机组运行时从电网吸收无功功率。风力发电最终的目的是并网，投入运行，在风力发电的诸多问题中，并网控制也成为一项关键技术之一。目前实现并网的方法和技术很多，有模糊逻辑实现风电并网控制，也有风电空载并网控制。双馈发电机是一种绕线式异步电机，具有高阶非线性强耦合的特点，直接对其进行控制难度很大，通过矢量变换可以简化电机模型，使异步电机控制变得如直流电机控制一样方便。但是发电机在运行中由于磁路饱和将会引起电感的变化，温升将会引起电阻的变化，这给依赖电机参数的矢量控制带来了困难。同时，商业化的机组如果每台发电机都需要测量其参数并且修改控制器，这将会带来额外的成本。所以设计一种自身不需要电机参数的控制算法或者能够辨识发电机参数的控制***变得非常必要。因而用自抗扰控制器实现并网控制就成为必然选择。
(三)发明内容：
本发明的发明目的在于设计一种基于自抗扰的双馈电机风电并网转子励磁控制***，它可以克服现有并网控制***的不足，是一种一种既能保留矢量控制优良的动态性能又可以摒弃矢量控制依赖电机参数的弱点的新型并网控制***。
本发明的技术方案：一种基于自抗扰的双馈电机风电并网转子励磁控制***，包括双PWM变换器，其特征在于它是由内环转子d轴电流控制单元、内环转子q轴电流控制单元以及外环定子电压控制单元构成；所说的外环定子电压控制单元的输入端采集经坐标变换后的发电机定子电压测量信号，其输出端连接内环转子d轴电流控制单元的输入端；所说的内环转子d轴电流控制单元的输入端和内环转子q轴电流控制单元的输入端采集经Park和旋转后的转子电流，二者的输出端分别经旋转变换和三相/两相变换后连接双PWM变换器。
上述所说的内环转子d轴电流控制单元和内环转子q轴电流控制单元结构相同，均是由比例模块、控制量限幅模块、控制对象模块以及扩张状态观测器构成；其中所说的比例模块接收外环电压控制单元输出的转子励磁电流给定信号，其输出端与控制量限幅模块的输入端连接；所说的控制量限幅模块的输入端还与扩张状态观测器的输出端连接，其输出端与控制对象模块的输入端连接；所说的控制对象模块的输出端输出转子励磁电流信号给扩张状态观测器的输入端；所说的扩张状态观测器的输出端还与比例模块的输入端连接。
上述所说的控制量限幅模块采用三极管限幅电路，它是由电阻Rb、电阻Rc和三极管T构成，其连接为常规连接。
上述所说的外环定子电压控制单元由线性微分***、绝对值变换单元、逻辑判断模块和计算模块构成，其中，所说的线性微分***采集定子电压测量信号，输出信号经绝对值变换单元后输入给逻辑判断模块；所说的绝对值变换单元的输入端采集定子电压给定信号和电压测量信号的差值信号Δu，经绝对值变换后输入给逻辑判断模块；所说的逻辑判断模块的输出端与计算模块的输入端连接；所说的计算模块的输入端同样采集定子电压给定信号和电压测量信号的差值信号Δu，其输出端输出励磁电流给定信号。
本发明的工作原理：
首先从电网测量得到a、b、c三相电压Uga、Ugb、Ugc，经过Park变换和直角坐标/极坐标的变换，得到定子电压测量信号u*；同时a、b、c三相给定电压信号Usa、Usb、Usc也经过Park变换和直角坐标/极坐标的变换，得到定子电压给定信号us。定子电压测量信号u*和定子电压给定信号us经过电压控制器后得到d(q)轴转子励磁电流给定id *，然后通过电流控制器的控制从而得到d轴定子电压给定信号ud *(uq *)，后经旋转变换和三相/两相变换得到双PWM变流器所对应的a、b、c三相电压控制信号Ura、Urb、Urc，实现定子电压和转子电流的控制。
微分***采用常规线性***，它根据定子电压测量信号估计出其微分信号，求出其绝对值，将定子电压给定信号与电机定子电压测量信号作差，并求出其绝对值|Δu|，逻辑单元判断条件“|Δu|＞ε并且
Figure G2009102280773D0000031
”是否为真，若为真，则h＝h0，否则h＝0。逻辑判断模块判断电流制器动态过程是否完成以及电压偏差是否在误差限外，只有满足这两个条件，电压控制器才会动作；然后通过计算模块计算转子电流给定值，对其进行微调。电压控制模块通过观测输出信号的微分，判断电流控制器对上次“励磁电流给定”的执行情况，等到适当的时候才根据电压差值增加励磁电流给定。
本发明的优越性在于：①电流控制器结构简单，容易工程实现；②无需变更参数；③考虑了工程中限幅因素，不会因为限幅而影响控制性能；④控制器不依赖对象参数，具有较强的鲁棒性；⑤电压控制器只需对转子d轴电流给定值进行微调，这样可以最大限度地利用***的有效信息，改善***的动态性能；⑥无需电机参数，更换机组无需更改控制器参数，抗干扰能力强。
(四)附图说明：
图1为本发明所涉一种基于自抗扰的双馈电机风电并网转子励磁控制***的双馈异步发电机连接框图。
图2为本发明所涉一种基于自抗扰的双馈电机风电并网转子励磁控制***的整体框图。
图3为本发明所涉一种基于自抗扰的双馈电机风电并网转子励磁控制***中内环转子d轴电流控制单元和内环转子q轴电流控制单元的结构框图。
图4为本发明所涉一种基于自抗扰的双馈电机风电并网转子励磁控制***中外环定子电压控制单元的结构框图。
图5为本发明所涉一种基于自抗扰的双馈电机风电并网转子励磁控制***中内环转子d轴电流控制单元和内环转子q轴电流控制单元中的三极管限幅电路。
(五)具体实施方式：
实施例：一种基于自抗扰的双馈电机风电并网转子励磁控制***(见图1、图2)，包括双PWM变换器，其特征在于它是由内环转子d轴电流控制单元、内环转子q轴电流控制单元以及外环定子电压控制单元构成；所说的外环定子电压控制单元的输入端采集经坐标变换后的发电机定子电压测量信号，其输出端连接内环转子d轴电流控制单元的输入端；所说的内环转子d轴电流控制单元的输入端和内环转子q轴电流控制单元的输入端采集经Park和旋转后的转子电流，二者的输出端分别经旋转变换和三相/两相变换后连接双PWM变换器。
上述所说的内环转子d轴电流控制单元和内环转子q轴电流控制单元结构相同(见图3)，均是由比例模块、控制量限幅模块、控制对象模块以及扩张状态观测器构成；其中所说的比例模块接收外环电压控制单元输出的转子励磁电流给定信号，其输出端与控制量限幅模块的输入端连接；所说的控制量限幅模块的输入端还与扩张状态观测器的输出端连接，其输出端与控制对象模块的输入端连接；所说的控制对象模块的输出端输出转子励磁电流信号给扩张状态观测器的输入端；所说的扩张状态观测器的输出端还与比例模块的输入端连接。
上述所说的控制量限幅模块(见图5)采用三极管限幅电路，它是由电阻Rb、电阻Rc和三极管T构成，其连接为常规连接。
上述所说的外环定子电压控制单元(见图4)由线性微分***、绝对值变换单元、逻辑判断模块和计算模块构成，其中，所说的线性微分***采集定子电压测量信号，输出信号经绝对值变换单元后输入给逻辑判断模块；所说的绝对值变换单元的输入端采集定子电压给定信号和电压测量信号的差值信号Δu，经绝对值变换后输入给逻辑判断模块；所说的逻辑判断模块的输出端与计算模块的输入端连接；所说的计算模块的输入端同样采集定子电压给定信号和电压测量信号的差值信号Δu，其输出端输出励磁电流给定信号。

Claims (3)

1.一种基于自抗扰的双馈电机风电并网转子励磁控制***，包括双PWM变换器，其特征在于它是由内环转子d轴电流控制单元、内环转子q轴电流控制单元以及外环定子电压控制单元构成；所说的外环定子电压控制单元的输入端采集经坐标变换后的发电机定子电压测量信号，其输出端连接内环转子d轴电流控制单元的输入端；所说的内环转子d轴电流控制单元的输入端和内环转子q轴电流控制单元的输入端采集经Park和旋转后的转子电流，二者的输出端分别经旋转变换和三相/两相变换后连接双PWM变换器。
2.根据权利要求1中所述一种基于自抗扰的双馈电机风电并网转子励磁控制***，其特征在于所说的内环转子d轴电流控制单元和内环转子q轴电流控制单元结构相同，均是由比例模块、控制量限幅模块、控制对象模块以及扩张状态观测器构成；其中所说的比例模块接收外环电压控制单元输出的转子励磁电流给定信号，其输出端与控制量限幅模块的输入端连接；所说的控制量限幅模块的输入端还与扩张状态观测器的输出端连接，其输出端与控制对象模块的输入端连接；所说的控制对象模块的输出端输出转子励磁电流信号给扩张状态观测器的输入端；所说的扩张状态观测器的输出端还与比例模块的输入端连接。
3.根据权利要求1中所述一种基于自抗扰的双馈电机风电并网转子励磁控制***，其特征在于所说的外环定子电压控制单元由线性微分***、绝对值变换单元、逻辑判断模块和计算模块构成，其中，所说的线性微分***采集定子电压测量信号，输出信号经绝对值变换单元后输入给逻辑判断模块；所说的绝对值变换单元的输入端采集定子电压给定信号和电压测量信号的差值信号Δu，经绝对值变换后输入给逻辑判断模块；所说的逻辑判断模块的输出端与计算模块的输入端连接；所说的计算模块的输入端同样采集定子电压给定信号和电压测量信号的差值信号Δu，其输出端输出励磁电流给定信号。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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