CN106169896B - 永磁同步发电机的控制器及转子磁链在线修正方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的永磁同步发电机的控制器及转子磁链在线修正方法和装置，根据最大转矩电流比控制时的转矩‑电流转换算法，计算得到基于定子电流定向的坐标系轴的定子电流给定值i_s ^*和功率因数角α；然后根据实时采集的定子三相交流电流计算得到当前定子相电压的幅值u_s；通过实时采集得到的定子三相电压计算得到三相电压的平均值u_av；若u_s与u_av之间的差值大于预设阈值M，则得到修正后的转子磁链ψ_f(1)＝K·ψ_f；重新执行上述过程，直至u_s与u_av之间的差值小于M，最终实现了对于永磁同步发电机的转子磁链在线修正；避免了复杂而繁琐的参数辨识，克服了发电机参数波动对最大转矩电流比控制的影响，实现转矩电流和励磁电流给定值的最优化，有效提高风力发电***运行的稳定性。

Description

永磁同步发电机的控制器及转子磁链在线修正方法和装置

技术领域

本发明涉及永磁同步发电机技术领域，特别涉及一种永磁同步发电机的控制器及转子磁链在线修正方法和装置。

背景技术

在变速恒频风力发电技术中，直驱型风力发电***采用风机直接驱动多极低速永磁同步发电机(PMSM)发电，然后将通过全功率变流器转换后的电能并入电网。相对于双馈异步电机(DFIG)风电***，直驱型风力发电***由于省略了齿轮箱，且发电机与电网之间没有直接耦合，因而具有能量损失少、维护成本低、抗电网波动能力强、可靠性高等优点，从而成为变速恒频风力发电技术中最具发展潜力的主流技术之一。

兆瓦级永磁同步直驱***属于直驱型风力发电***中的一种，其对电机的控制需采用最大转矩电流比控制和弱磁控制。此方案以控制发电机输出电压在变流器控制裕度范围内为目标，在转折速度以下，按最大转矩电流比控制方式获取转矩电流和励磁电流给定值，从而控制定子电流的矢量幅值；在转折速度以上，为了抑制过高的发电机定子电压，通过调节定子电流矢量角度值来弱磁稳定发电机定子电压，从而根据实际发电机不同的转速，实现最大转矩电流比矢量控制和弱磁控制的良好切换，保证最大发电功率控制。

但是，上述传统最大转矩电流比矢量控制存在一个重要缺点，即需要依赖发电机的参数。由于永磁同步发电机自身的定转子工作温度会在运行过程中升高，而其物理参数如定子绕组电阻值和转子永磁磁链幅值都是温度的单调函数；发电机长期运行于风场特殊的环境中，个体运行工况不同，各发电机的磁场环境也会发生改变；以上因素均会使得发电机的参数会出现动态波动。发电机参数的波动，会导致依据发电机参数理论计算获得的转矩电流和励磁电流给定值不是最优值，电磁转矩控制精度下降，对主控下发转矩的跟踪偏差过大，从而会出现发电机转矩脉动、发电功率减小、发电量损失，严重时会影响机组的稳定可靠运行。

发明内容

本发明提供一种永磁同步发电机的控制器及转子磁链在线修正方法和装置，以解决现有技术中需要依赖发电机的参数的问题。

为实现所述目的，本申请提供的技术方案如下：

一种永磁同步发电机的转子磁链在线修正方法，包括：

根据最大转矩电流比控制时的转矩-电流转换算法，计算得到基于定子电流定向的坐标系轴的定子电流给定值i_s ^*和功率因数角α；

根据基于定子电流定向的坐标系轴的定子电流给定值i_s ^*和功率因数角α，通过电流可控的变流器对永磁同步发电机的输出电流进行控制；

实时采集所述永磁同步发电机的定子三相交流电流I_u、I_v、I_w；

根据基于转子空载电动势e₀定向的角度，将定子三相交流电流I_u、I_v、I_w转换为基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴的电流分量i_d、i_q；

根据基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴的电流分量i_d、i_q，计算得到当前定子相电压的幅值u_s；

实时采集所述永磁同步发电机的定子三相电压U_u、U_v、U_w；

根据定子三相电压U_u、U_v、U_w，计算得到三相电压的平均值u_av；

判断当前定子相电压的幅值u_s与三相电压的平均值u_av之间的差值是否大于预设阈值M；

若当前定子相电压的幅值u_s与三相电压的平均值u_av之间的差值大于预设阈值M，则将当前进行所述转矩-电流转换算法计算的转子磁链ψ_f乘以修正系数K，得到修正后的转子磁链ψ_f(1)＝K·ψ_f；

根据修正后的转子磁链ψ_f(1)，重新执行上述步骤，直至当前定子相电压的幅值u_s与三相电压的平均值u_av之间的差值小于预设阈值M。

优选的，所述根据最大转矩电流比控制时的转矩-电流转换算法，计算得到基于定子电流定向的坐标系轴的定子电流给定值i_s ^*和功率因数角α的步骤包括：

根据最大转矩电流比控制时的转矩-电流转换算法，计算得到基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴分量的定子电流给定值i_d ^*和i_q ^*；

根据定子电流给定值i_d ^*和i_q ^*计算得到基于定子电流定向的坐标系轴的定子电流给定值i_s ^*，以及功率因数角α。

优选的，所述根据最大转矩电流比控制时的转矩-电流转换算法，计算得到基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴分量的定子电流给定值i_d ^*和i_q ^*所依据的公式为：

所述根据定子电流给定值i_d ^*和i_q ^*计算得到基于定子电流定向的坐标系轴的定子电流给定值i_s ^*所依据的公式为：

所述根据定子电流给定值i_d ^*和i_q ^*计算得到基于定子电流定向的坐标系轴的功率因数角α所依据的公式为：

其中，δ为功率角，φ为内功率因数角，u_d和u_q分别为永磁同步电机在稳态运行时基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴分量的定子电压矢量值，L_q为交轴电感，L_d为直轴电感，R_s为定子相电阻，ω_s为同步电角速度。

优选的，所述根据基于转子空载电动势e₀定向的角度，将定子三相交流电流I_u、I_v、I_w转换为基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴的电流分量i_d、i_q的步骤包括：

根据基于转子空载电动势e₀定向的角度，通过Clark变换和Park变换，将定子三相交流电流I_u、I_v、I_w转换为基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴的电流分量i_d、i_q。

优选的，所述根据基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴的电流分量i_d、i_q，计算得到当前定子相电压的幅值u_s所依据的公式为：

其中，u_d和u_q分别为永磁同步电机在稳态运行时基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴分量的定子电压矢量值，L_q为交轴电感，L_d为直轴电感，ω_s为同步电角速度。

优选的，所述根据定子三相电压U_u、U_v、U_w，计算得到三相电压的平均值u_av所依据的公式为：

优选的，所述若当前定子相电压的幅值u_s与三相电压的平均值u_av之间的差值大于预设阈值M，则将当前进行所述转矩-电流转换算法计算的转子磁链ψ_f乘以修正系数K，得到修正后的转子磁链ψ_f(1)＝K·ψ_f的步骤包括：

若u_s-u_av＞M，则将当前进行所述转矩-电流转换算法计算的转子磁链ψ_f乘以修正系数K1(0.9<K1<1)，得到修正后的转子磁链ψ_f(1)＝K₁·ψ_f；

若u_av-u_s＞M，则将当前进行所述转矩-电流转换算法计算的转子磁链ψ_f乘以修正系数K2(1<K2<1.1)，得到修正后的转子磁链ψ_f(1)＝K₂·ψ_f。

一种永磁同步发电机的转子磁链在线修正装置，包括：

第一计算单元，用于根据最大转矩电流比控制时的转矩-电流转换算法，计算得到基于定子电流定向的坐标系轴的定子电流给定值i_s ^*和功率因数角α；

控制单元，用于根据基于定子电流定向的坐标系轴的定子电流给定值i_s ^*和功率因数角α，通过电流可控的变流器对永磁同步发电机的输出电流进行控制；

第一采集单元，用于实时采集所述永磁同步发电机的定子三相交流电流I_u、I_v、I_w；

转换单元，用于根据基于转子空载电动势e₀定向的角度，将定子三相交流电流I_u、I_v、I_w转换为基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴的电流分量i_d、i_q；

第二计算单元，用于根据基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴的电流分量i_d、i_q，计算得到当前定子相电压的幅值u_s；

第二采集单元，用于实时采集所述永磁同步发电机的定子三相电压U_u、U_v、U_w；

第三计算单元，用于根据定子三相电压U_u、U_v、U_w，计算得到三相电压的平均值u_av；

判断单元，用于判断当前定子相电压的幅值u_s与三相电压的平均值u_av之间的差值是否大于预设阈值M；

修正单元，用于若当前定子相电压的幅值u_s与三相电压的平均值u_av之间的差值大于预设阈值M，则将当前进行所述转矩-电流转换算法计算的转子磁链ψ_f乘以修正系数K，得到修正后的转子磁链ψ_f(1)＝K·ψ_f；

输出单元，用于将修正后的转子磁链ψ_f(1)输出至所述第一计算单元，重新执行上述步骤，直至所述判断单元判断当前定子相电压的幅值u_s与三相电压的平均值u_av之间的差值小于预设阈值M。

优选的，所述第一计算单元包括：

第一计算模块，用于根据最大转矩电流比控制时的转矩-电流转换算法，计算得到基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴分量的定子电流给定值i_d ^*和i_q ^*；

第二计算模块，用于根据定子电流给定值i_d ^*和i_q ^*计算得到基于定子电流定向的坐标系轴的定子电流给定值i_s ^*，以及功率因数角α。

优选的，所述修正单元包括：

第一修正模块，用于若u_s-u_av＞M，则将当前进行所述转矩-电流转换算法计算的转子磁链ψ_f乘以修正系数K1(0.9<K1<1)，得到修正后的转子磁链ψ_f(1)＝K₁·ψ_f；

第二修正模块，用于若u_av-u_s＞M，则将当前进行所述转矩-电流转换算法计算的转子磁链ψ_f乘以修正系数K2(1<K2<1.1)，得到修正后的转子磁链ψ_f(1)＝K₂·ψ_f。

一种永磁同步发电机的控制器，包括上述任一所述的永磁同步发电机的转子磁链在线修正装置。

本发明提供的所述永磁同步发电机的转子磁链在线修正方法，首先根据最大转矩电流比控制时的转矩-电流转换算法，计算得到基于定子电流定向的坐标系轴的定子电流给定值i_s ^*和功率因数角α；然后根据上述计算结果通过电流可控的变流器对永磁同步发电机的输出电流进行控制；再根据基于转子空载电动势e₀定向的角度，将实时采集的所述永磁同步发电机的定子三相交流电流I_u、I_v、I_w转换为基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴的电流分量i_d、i_q，再计算得到当前定子相电压的幅值u_s；通过实时采集得到的所述永磁同步发电机的定子三相电压U_u、U_v、U_w，计算得到三相电压的平均值u_av；若当前定子相电压的幅值u_s与三相电压的平均值u_av之间的差值大于预设阈值M，则将当前进行所述转矩-电流转换算法计算的转子磁链ψ_f乘以修正系数K，得到修正后的转子磁链ψ_f(1)＝K·ψ_f；根据修正后的转子磁链ψ_f(1)，重新执行上述步骤，直至当前定子相电压的幅值u_s与三相电压的平均值u_av之间的差值小于预设阈值M，最终实现了对于永磁同步发电机的转子磁链在线修正；避免了复杂而繁琐的参数辨识，计算简单，易于软件实现；克服了发电机参数波动对最大转矩电流比控制的影响，实现转矩电流和励磁电流给定值的最优化，改善电磁转矩的控制精度，避免发电机转矩脉动和发电量损失，有效提高风力发电***运行的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述内的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的永磁同步发电机的转子磁链在线修正方法的流程图；

图2是本发明另一实施例提供的永磁同步发电机的转子磁链在线修正方法的另一流程图；

图3是本发明另一实施例提供的永磁同步发电机的转子磁链在线修正方法的另一流程图；

图4是本发明另一实施例提供的永磁同步发电机的空间矢量图图；

图5是本发明另一实施例提供的永磁同步发电机的转子磁链在线修正装置的结构示意图；

图6是本发明另一实施例提供的永磁同步发电机的转子磁链在线修正装置的另一结构示意图；

图7是本发明另一实施例提供的永磁同步发电机的转子磁链在线修正装置的另一结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

本发明提供一种永磁同步发电机的转子磁链在线修正方法，以解决现有技术中需要依赖发电机的参数的问题。

具体的，所述永磁同步发电机的转子磁链在线修正方法，如图1所示，包括：

S101、根据最大转矩电流比控制时的转矩-电流转换算法，计算得到基于定子电流定向的坐标系轴的定子电流给定值i_s ^*和功率因数角α；

S102、根据基于定子电流定向的坐标系轴的定子电流给定值i_s ^*和功率因数角α，通过电流可控的变流器对永磁同步发电机的输出电流进行控制；

S103、实时采集所述永磁同步发电机的定子三相交流电流I_u、I_v、I_w；

S104、根据基于转子空载电动势e₀定向的角度，将定子三相交流电流I_u、I_v、I_w转换为基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴的电流分量i_d、i_q；

S105、根据基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴的电流分量i_d、i_q，计算得到当前定子相电压的幅值u_s；

S106、实时采集所述永磁同步发电机的定子三相电压U_u、U_v、U_w；

S107、根据定子三相电压U_u、U_v、U_w，计算得到三相电压的平均值u_av；

S108、判断当前定子相电压的幅值u_s与三相电压的平均值u_av之间的差值是否大于预设阈值M；

若当前定子相电压的幅值u_s与三相电压的平均值u_av之间的差值大于预设阈值M，则执行步骤S109、将当前进行所述转矩-电流转换算法计算的转子磁链ψ_f乘以修正系数K，得到修正后的转子磁链ψ_f(1)＝K·ψ_f；

根据修正后的转子磁链ψ_f(1)，重新执行步骤S101至S109，直至当前定子相电压的幅值u_s与三相电压的平均值u_av之间的差值小于预设阈值M。

其中，步骤S101至S107属于计算和检测阶段，主要通过采用最大转矩电流比矢量控制计算得到定子电流给定值和功率因数角，在此基础上通过电流可控的变流器进行永磁同步发电机输出电流的控制；实时采集永磁同步发电机定子三相交流电流，经过坐标变换为dq轴分量后，计算当前定子相电压的幅值；并实时采集所述永磁同步发电机的定子三相电压，计算得到三相电压的平均值。

步骤S108和S109分别属于判断和修正阶段，通过比较判断定子相电压的计算值(当前定子相电压的幅值u_s)与实时采集值(三相电压的平均值u_av)之间的差值是否大于预设阈值M，当判断定子相电压的计算值与实时采集值之间的所述差值大于预设阈值M时，将电机转子磁链乘以修正系数，然后根据修正后的转子磁链，通过最大转矩电流比控制时的转矩-电流转换算法，实时计算和更新定子电流给定值和功率因数角，在此基础上根据所述的永磁同步发电机的输出电流重新计算当前定子相电压的幅值u_s，直至定子相电压的计算值与实时采集值之间的差值小于预设阈值M，从而实现转子磁链的在线实时估算和修正。

值得说明的是，步骤S106及S107并不一定限定在步骤S105执行完成之后才开始执行，只要在步骤S108之前分别通过步骤S101至S105和步骤S106与S107得到定子相电压的计算值(当前定子相电压的幅值u_s)与实时采集值(三相电压的平均值u_av)即可，均在本申请的保护范围内；图1仅为一种示例，如图1所示的永磁同步发电机的转子磁链在线修正方法，其实时采集值(三相电压的平均值u_av)更为精准。

本实施例所述的永磁同步发电机的转子磁链在线修正方法，通过上述过程，最终实现了对于永磁同步发电机的转子磁链在线修正；避免了复杂而繁琐的参数辨识，计算简单，易于软件实现；克服了发电机参数波动对最大转矩电流比控制的影响，实现转矩电流和励磁电流给定值的最优化，改善电磁转矩的控制精度，避免发电机转矩脉动和发电量损失，有效提高风力发电***运行的稳定性。

本发明另一具体的实施例中，在图1的基础之上，如图2所示，步骤S101包括：

S111、根据最大转矩电流比控制时的转矩-电流转换算法，计算得到基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴分量的定子电流给定值i_d ^*和i_q ^*；

优选的，根据最大转矩电流比控制时的转矩-电流转换算法，计算得到基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴分量的定子电流给定值i_d ^*和i_q ^*所依据的公式为：

其中，L_q为交轴电感，L_d为直轴电感；

S112、根据定子电流给定值i_d ^*和i_q ^*计算得到基于定子电流定向的坐标系轴的定子电流给定值i_s ^*，以及功率因数角α。

优选的，所述根据定子电流给定值i_d ^*和i_q ^*计算得到基于定子电流定向的坐标系轴的定子电流给定值i_s ^*所依据的公式为：

所述根据定子电流给定值i_d ^*和i_q ^*计算得到基于定子电流定向的坐标系轴的功率因数角α所依据的公式为：

其中，δ为功率角，φ为内功率因数角，u_d和u_q分别为永磁同步电机在稳态运行时基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴分量的定子电压矢量值，L_q为交轴电感，L_d为直轴电感，R_s为定子相电阻，ω_s为同步电角速度。

优选的，步骤S104包括：

根据基于转子空载电动势e₀定向的角度，通过Clark变换和Park变换，将定子三相交流电流I_u、I_v、I_w转换为基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴的电流分量i_d、i_q。

优选的，步骤S105中根据基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴的电流分量i_d、i_q，计算得到当前定子相电压的幅值u_s所依据的公式为：

其中，u_d和u_q分别为永磁同步电机在稳态运行时基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴分量的定子电压矢量值，L_q为交轴电感，L_d为直轴电感，ω_s为同步电角速度。

优选的，步骤S107中根据定子三相电压U_u、U_v、U_w，计算得到三相电压的平均值u_av所依据的公式为：

图4是本发明所提供的永磁同步发电机的转子磁链在线修正方法中永磁同步发电机的空间矢量图。其中，e₀为永磁体基波磁场产生的空载感应电动势，其值等于ω_sψ_f；e为永磁体基波磁场产生电枢感应电动势；δ为功率角，以u_s逆时针滞后e₀为正；α为功率因数角，以i_s逆时针u_s超前为正；φ为内功率因数角，以i_s逆时针滞后e₀为正。

采用图4中基于转子空载电动势e₀定向的dq同步旋转坐标系为参考坐标系，可以得到永磁同步电机在稳态运行时基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴分量的定子电压矢量值：

当所述永磁同步发电机为凸极式电机时，则定子电流给定值的计算公式为：

根据图4可以得到，定子电流的内功率因数角为：

当所述永磁同步发电机为隐极式电机时，则上式中的i_d ^*＝0，内功率因数角φ＝0。

根据定子电流d轴和q轴分量的给定值i_d ^*、i_q ^*，可以计算得到永磁同步电机在稳态运行时基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴分量的定子电压矢量值u_d、u_q，则电机功率角为：

由图4，功率因数角α与φ和功率角δ之间的关系为：

α＝δ-φ。

进而得到上述功率因数角α的计算公式。

本发明另一具体的实施例中，在图1的基础之上，如图3所示，步骤S109包括：

若u_s-u_av＞M，则执行步骤S191、将当前进行所述转矩-电流转换算法计算的转子磁链ψ_f乘以修正系数K1(0.9<K1<1)，得到修正后的转子磁链ψ_f(1)＝K₁·ψ_f；

若u_av-u_s＞M，则执行步骤S192、将当前进行所述转矩-电流转换算法计算的转子磁链ψ_f乘以修正系数K2(1<K2<1.1)，得到修正后的转子磁链ψ_f(1)＝K₂·ψ_f。

当u_s-u_av＞M时，说明定子实际电压与理论值相比较为偏低，根据定子电压与转子磁链之间的单调递增关系，应将当前进行所述转矩-电流转换算法计算的转子磁链ψ_f乘以修正系数K1(0.9<K1<1)，得到修正后的转子磁链ψ_f(1)＝K₁·ψ_f；当u_av-u_s＞M时，说明定子实际电压与理论值相比较为偏高，应将当前进行所述转矩-电流转换算法计算的转子磁链ψ_f乘以修正系数K2(1<K2<1.1)，得到修正后的转子磁链ψ_f(1)＝K₂·ψ_f；

根据修正后的转子磁链ψ_f(1)，返回步骤S101至S108，重新进行定子电流给定值、功率因数角、定子相电压幅值和平均值的计算，当当前定子相电压的幅值u_s与三相电压的平均值u_av之间的差值仍旧大于预设阈值M时，将当前进行所述转矩-电流转换算法计算的转子磁链在ψ_f(1)的基础上再次乘以相应的修正系数，在转子磁链修正值为：

或的情况下，重复循环N次执行步骤S101至S108(N＝1,2,3,…)，直至当前定子相电压的幅值u_s与三相电压的平均值u_av之间的差值小于预设阈值M。

本发明另一实施例还提供了一种永磁同步发电机的转子磁链在线修正装置，如图5所示，包括：第一计算单元101、控制单元102、第一采集单元103、转换单元104、第二计算单元105、第二采集单元106、第三计算单元107、判断单元108、修正单元109及输出单元110；其中：

第一计算单元101用于根据最大转矩电流比控制时的转矩-电流转换算法，计算得到基于定子电流定向的坐标系轴的定子电流给定值i_s ^*和功率因数角α；

控制单元102用于根据基于定子电流定向的坐标系轴的定子电流给定值i_s ^*和功率因数角α，通过电流可控的变流器对永磁同步发电机的输出电流进行控制；

第一采集单元103用于实时采集所述永磁同步发电机的定子三相交流电流I_u、I_v、I_w；

转换单元104用于根据基于转子空载电动势e₀定向的角度，将定子三相交流电流I_u、I_v、I_w转换为基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴的电流分量i_d、i_q；

第二计算单元105用于根据基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴的电流分量i_d、i_q，计算得到当前定子相电压的幅值u_s；

第二采集单元106用于实时采集所述永磁同步发电机的定子三相电压U_u、U_v、U_w；

第三计算单元107用于根据定子三相电压U_u、U_v、U_w，计算得到三相电压的平均值u_av；

判断单元108用于判断当前定子相电压的幅值u_s与三相电压的平均值u_av之间的差值是否大于预设阈值M；

修正单元109用于若当前定子相电压的幅值u_s与三相电压的平均值u_av之间的差值大于预设阈值M，则将当前进行所述转矩-电流转换算法计算的转子磁链ψ_f乘以修正系数K，得到修正后的转子磁链ψ_f(1)＝K·ψ_f；

输出单元110用于将修正后的转子磁链ψ_f(1)输出至所述第一计算单元，重新执行上述步骤，直至所述判断单元判断当前定子相电压的幅值u_s与三相电压的平均值u_av之间的差值小于预设阈值M。

本实施例所述的永磁同步发电机的转子磁链在线修正装置，通过上述原理，最终实现了对于永磁同步发电机的转子磁链在线修正；避免了复杂而繁琐的参数辨识，计算简单，易于软件实现；克服了发电机参数波动对最大转矩电流比控制的影响，实现转矩电流和励磁电流给定值的最优化，改善电磁转矩的控制精度，避免发电机转矩脉动和发电量损失，有效提高风力发电***运行的稳定性。

优选的，如图6所示，第一计算单元101包括：

第一计算模块111，用于根据最大转矩电流比控制时的转矩-电流转换算法，计算得到基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴分量的定子电流给定值i_d ^*和i_q ^*；

第二计算模块112，用于根据定子电流给定值i_d ^*和i_q ^*计算得到基于定子电流定向的坐标系轴的定子电流给定值i_s ^*，以及功率因数角α。

优选的，如图7所示，修正单元109包括：

第一修正模块191，用于若u_s-u_av＞M，则将当前进行所述转矩-电流转换算法计算的转子磁链ψ_f乘以修正系数K1(0.9<K1<1)，得到修正后的转子磁链ψ_f(1)＝K₁·ψ_f；

第二修正模块192，用于若u_av-u_s＞M，则将当前进行所述转矩-电流转换算法计算的转子磁链ψ_f乘以修正系数K2(1<K2<1.1)，得到修正后的转子磁链ψ_f(1)＝K₂·ψ_f。

具体的工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本发明另一实施例还提供了一种永磁同步发电机的控制器，包括上述实施例任一所述的永磁同步发电机的转子磁链在线修正装置。

具体的，所述永磁同步发电机的转子磁链在线修正装置，如图5所示，包括：第一计算单元101、控制单元102、第一采集单元103、转换单元104、第二计算单元105、第二采集单元106、第三计算单元107、判断单元108、修正单元109及输出单元110；其中：

第一计算单元101用于根据最大转矩电流比控制时的转矩-电流转换算法，计算得到基于定子电流定向的坐标系轴的定子电流给定值i_s ^*和功率因数角α；

控制单元102用于根据基于定子电流定向的坐标系轴的定子电流给定值i_s ^*和功率因数角α，通过电流可控的变流器对永磁同步发电机的输出电流进行控制；

第一采集单元103用于实时采集所述永磁同步发电机的定子三相交流电流I_u、I_v、I_w；

转换单元104用于根据基于转子空载电动势e₀定向的角度，将定子三相交流电流I_u、I_v、I_w转换为基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴的电流分量i_d、i_q；

第二计算单元105用于根据基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴的电流分量i_d、i_q，计算得到当前定子相电压的幅值u_s；

第二采集单元106用于实时采集所述永磁同步发电机的定子三相电压U_u、U_v、U_w；

第三计算单元107用于根据定子三相电压U_u、U_v、U_w，计算得到三相电压的平均值u_av；

判断单元108用于判断当前定子相电压的幅值u_s与三相电压的平均值u_av之间的差值是否大于预设阈值M；

修正单元109用于若当前定子相电压的幅值u_s与三相电压的平均值u_av之间的差值大于预设阈值M，则将当前进行所述转矩-电流转换算法计算的转子磁链ψ_f乘以修正系数K，得到修正后的转子磁链ψ_f(1)＝K·ψ_f；

输出单元110用于将修正后的转子磁链ψ_f(1)输出至所述第一计算单元，重新执行上述步骤，直至所述判断单元判断当前定子相电压的幅值u_s与三相电压的平均值u_av之间的差值小于预设阈值M。

优选的，如图6所示，第一计算单元101包括：

第一计算模块111，用于根据最大转矩电流比控制时的转矩-电流转换算法，计算得到基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴分量的定子电流给定值i_d ^*和i_q ^*；

第二计算模块112，用于根据定子电流给定值i_d ^*和i_q ^*计算得到基于定子电流定向的坐标系轴的定子电流给定值i_s ^*，以及功率因数角α。

优选的，如图7所示，修正单元109包括：

第一修正模块191，用于若u_s-u_av＞M，则将当前进行所述转矩-电流转换算法计算的转子磁链ψ_f乘以修正系数K1(0.9<K1<1)，得到修正后的转子磁链ψ_f(1)＝K₁·ψ_f；

第二修正模块192，用于若u_av-u_s＞M，则将当前进行所述转矩-电流转换算法计算的转子磁链ψ_f乘以修正系数K2(1<K2<1.1)，得到修正后的转子磁链ψ_f(1)＝K₂·ψ_f。

具体的工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (11)

1.一种永磁同步发电机的转子磁链在线修正方法，其特征在于，包括：

根据最大转矩电流比控制时的转矩-电流转换算法，计算得到基于定子电流定向的坐标系轴的定子电流给定值i_s ^*和功率因数角α；

根据基于定子电流定向的坐标系轴的定子电流给定值i_s ^*和功率因数角α，通过电流可控的变流器对永磁同步发电机的输出电流进行控制；

实时采集所述永磁同步发电机的定子三相交流电流I_u、I_v、I_w；

根据基于转子空载电动势e₀定向的角度，将定子三相交流电流I_u、I_v、I_w转换为基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴的电流分量i_d、i_q；

根据基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴的电流分量i_d、i_q，计算得到当前定子相电压的幅值u_s；

实时采集所述永磁同步发电机的定子三相电压U_u、U_v、U_w；

根据定子三相电压U_u、U_v、U_w，计算得到三相电压的平均值u_av；

判断当前定子相电压的幅值u_s与三相电压的平均值u_av之间的差值是否大于预设阈值M；

若当前定子相电压的幅值u_s与三相电压的平均值u_av之间的差值大于预设阈值M，则将当前进行所述转矩-电流转换算法计算的转子磁链ψ_f乘以修正系数K，得到修正后的转子磁链ψ_f(1)＝K·ψ_f；

根据修正后的转子磁链ψ_f(1)，重新执行上述步骤，直至当前定子相电压的幅值u_s与三相电压的平均值u_av之间的差值小于预设阈值M。

2.根据权利要求1所述的永磁同步发电机的转子磁链在线修正方法，其特征在于，所述根据最大转矩电流比控制时的转矩-电流转换算法，计算得到基于定子电流定向的坐标系轴的定子电流给定值i_s ^*和功率因数角α的步骤包括：

根据最大转矩电流比控制时的转矩-电流转换算法，计算得到基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴分量的定子电流给定值i_d ^*和i_q ^*；

根据定子电流给定值i_d ^*和i_q ^*计算得到基于定子电流定向的坐标系轴的定子电流给定值i_s ^*，以及功率因数角α。

3.根据权利要求2所述的永磁同步发电机的转子磁链在线修正方法，其特征在于，所述根据最大转矩电流比控制时的转矩-电流转换算法，计算得到基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴分量的定子电流给定值i_d ^*和i_q ^*所依据的公式为：

所述根据定子电流给定值i_d ^*和i_q ^*计算得到基于定子电流定向的坐标系轴的定子电流给定值i_s ^*所依据的公式为：

所述根据定子电流给定值i_d ^*和i_q ^*计算得到基于定子电流定向的坐标系轴的功率因数角α所依据的公式为：

其中，δ为功率角，φ为内功率因数角，u_d和u_q分别为永磁同步电机在稳态运行时基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴分量的定子电压矢量值，L_q为交轴电感，L_d为直轴电感，R_s为定子相电阻，ω_s为同步电角速度。

4.根据权利要求1所述的永磁同步发电机的转子磁链在线修正方法，其特征在于，所述根据基于转子空载电动势e₀定向的角度，将定子三相交流电流I_u、I_v、I_w转换为基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴的电流分量i_d、i_q的步骤包括：

根据基于转子空载电动势e₀定向的角度，通过Clark变换和Park变换，将定子三相交流电流I_u、I_v、I_w转换为基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴的电流分量i_d、i_q。

5.根据权利要求1所述的永磁同步发电机的转子磁链在线修正方法，其特征在于，所述根据基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴的电流分量i_d、i_q，计算得到当前定子相电压的幅值u_s所依据的公式为：

其中，u_d和u_q分别为永磁同步电机在稳态运行时基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴分量的定子电压矢量值，L_q为交轴电感，L_d为直轴电感，ω_s为同步电角速度。

6.根据权利要求1所述的永磁同步发电机的转子磁链在线修正方法，其特征在于，所述根据定子三相电压U_u、U_v、U_w，计算得到三相电压的平均值u_av所依据的公式为：

7.根据权利要求1所述的永磁同步发电机的转子磁链在线修正方法，其特征在于，所述若当前定子相电压的幅值u_s与三相电压的平均值u_av之间的差值大于预设阈值M，则将当前进行所述转矩-电流转换算法计算的转子磁链ψ_f乘以修正系数K，得到修正后的转子磁链ψ_f(1)＝K·ψ_f的步骤包括：

若u_s-u_av＞M，则将当前进行所述转矩-电流转换算法计算的转子磁链ψ_f乘以修正系数K1(0.9<K1<1)，得到修正后的转子磁链ψ_f(1)＝K₁·ψ_f；

若u_av-u_s＞M，则将当前进行所述转矩-电流转换算法计算的转子磁链ψ_f乘以修正系数K2(1<K2<1.1)，得到修正后的转子磁链ψ_f(1)＝K₂·ψ_f。

8.一种永磁同步发电机的转子磁链在线修正装置，其特征在于，包括：

第一计算单元，用于根据最大转矩电流比控制时的转矩-电流转换算法，计算得到基于定子电流定向的坐标系轴的定子电流给定值i_s ^*和功率因数角α；

控制单元，用于根据基于定子电流定向的坐标系轴的定子电流给定值i_s ^*和功率因数角α，通过电流可控的变流器对永磁同步发电机的输出电流进行控制；

第一采集单元，用于实时采集所述永磁同步发电机的定子三相交流电流I_u、I_v、I_w；

转换单元，用于根据基于转子空载电动势e₀定向的角度，将定子三相交流电流I_u、I_v、I_w转换为基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴的电流分量i_d、i_q；

第二计算单元，用于根据基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴的电流分量i_d、i_q，计算得到当前定子相电压的幅值u_s；

第二采集单元，用于实时采集所述永磁同步发电机的定子三相电压U_u、U_v、U_w；

第三计算单元，用于根据定子三相电压U_u、U_v、U_w，计算得到三相电压的平均值u_av；

判断单元，用于判断当前定子相电压的幅值u_s与三相电压的平均值u_av之间的差值是否大于预设阈值M；

修正单元，用于若当前定子相电压的幅值u_s与三相电压的平均值u_av之间的差值大于预设阈值M，则将当前进行所述转矩-电流转换算法计算的转子磁链ψ_f乘以修正系数K，得到修正后的转子磁链ψ_f(1)＝K·ψ_f；

输出单元，用于将修正后的转子磁链ψ_f(1)输出至所述第一计算单元，重新执行上述步骤，直至所述判断单元判断当前定子相电压的幅值u_s与三相电压的平均值u_av之间的差值小于预设阈值M。

9.根据权利要求8所述的永磁同步发电机的转子磁链在线修正装置，其特征在于，所述第一计算单元包括：

第一计算模块，用于根据最大转矩电流比控制时的转矩-电流转换算法，计算得到基于转子空载电动势e₀定向的dq坐标系d轴和q轴分量的定子电流给定值i_d ^*和i_q ^*；

第二计算模块，用于根据定子电流给定值i_d ^*和i_q ^*计算得到基于定子电流定向的坐标系轴的定子电流给定值i_s ^*，以及功率因数角α。

10.根据权利要求8所述的永磁同步发电机的转子磁链在线修正装置，其特征在于，所述修正单元包括：

第一修正模块，用于若u_s-u_av＞M，则将当前进行所述转矩-电流转换算法计算的转子磁链ψ_f乘以修正系数K1(0.9<K1<1)，得到修正后的转子磁链ψ_f(1)＝K₁·ψ_f；

第二修正模块，用于若u_av-u_s＞M，则将当前进行所述转矩-电流转换算法计算的转子磁链ψ_f乘以修正系数K2(1<K2<1.1)，得到修正后的转子磁链ψ_f(1)＝K₂·ψ_f。

11.一种永磁同步发电机的控制器，其特征在于，包括权利要求8至10任一所述的永磁同步发电机的转子磁链在线修正装置。