CN109524987A - 一种基于恒压控制的双馈风力发电机互感参数辨识方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于恒压控制的双馈风力发电机互感参数辨识方法，该方法为：根据双馈风力发电机的数学模型(转子采用电动机惯例，定子采用发电机惯例)，在双馈风力发电机空载并网控制过程中分别对电网电压和定子电压定向，采用双馈电机恒压控制方法调节电压误差信号辨识出准确的互感参数；辨识过程使用一个PI控制器调节电压误差信号对q轴励磁电流参考信号进行控制。在实现恒压控制的同时，利用比较信号c、控制输出信号η和互感初始值L_m‑o之间的数学关系辨识出准确互感值。在辨识出互感参数后可以去掉PI控制，降低***控制复杂度。

Description

一种基于恒压控制的双馈风力发电机互感参数辨识方法

技术领域

本发明涉及一种基于恒压控制的双馈风力发电机互感参数辨识方法

背景技术

对于柔性并网控制以及并网后的功率解耦控制，基于矢量定向的控制方法需要电机互感参数来获得准确的内环电流信号参考值，或者增加一个补偿控制环节使定子电压跟踪上电网电压。对于参数不确定的DFIG柔性并网控制,使用传统的电压补偿控制虽然可以实现恒压控制，但因缺少互感参数或者不准确的互感参数使得功率解耦控制切换出现大幅度的抖动，影响控制的稳定性。为解决DFIG参数不确定问题，不同参数辨识方法被相继提出。基于双馈电机描述方程计算参数的方法不需要控制辨识，但需要实现功率控制。基于***等价模型的最小二乘目标函数估计法一般需要短路定子三相绕组或者跌落定子电压，算法复杂且操作具有一定危险性。基于滑膜观测器的参数辨识方法需要先估计磁链才能辨识参数。采用粒子群优化算法进行辨识也需要定子三相短路条件。此外还有通过求解一矩阵积分方程获得精确解，方法计算繁琐。因此，一个算法(控制)简单的不需要额外辨识条件与过程的双馈风力发电机互感参数辨识方法更为符合实际应用场合。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种基于恒压控制的双馈风力发电机互感参数辨识方法，无需建立定子短路电流、跌落定子电压等苛刻条件，无需单独建立辨识过程，仅对传统恒压控制结构进行改造便获得准确的互感参数，并且在相位不同步情况下也能实现恒压控制。

本发明采取的技术方案为：一种基于恒压控制的双馈风力发电机互感参数辨识方法，该方法为：根据双馈风力发电机的数学模型，在双馈风力发电机空载并网控制过程中分别对电网电压和定子电压定向，采用双馈电机恒压控制方法调节电压误差信号辨识出准确的互感参数。

双馈风力发电机的数学模型包括转子采用电动机惯例和定子采用发电机惯例，具体模型如下：

式中，v_ds，v_qs，i_ds，i_qs分别为定子电压和电流的dq轴分量；v_dr，v_qr，i_dr，i_qr分别为转子电压和电流的dq轴分量；λ_ds，λ_qs，λ_ds，λ_qs分别为定子和转子磁链的dq轴分量；R_s，R_r分别为定子和转子的电阻；L_ss，L_rr分别为定子和转子的自感；L_m为互感；ω_s，ω_r分别为同步角速度和转子角速度。

采用双馈电机恒压控制方法调节电压误差信号辨识出准确的互感参数为：当对电网电压和定子电压分别定向，定子电压与电网电压满足：

式中，U_g为电网电压幅值(d轴定向)，U_s为定子电压幅值(d轴定向)，L_m-o为互感初始值，L_m-r为互感真实值。根据式(5)定义比较信号c为：

根据转子电流参考值和式(6)推导出励磁q轴电流参考值i_qr ^*为：

式中，η为控制器输出信号，根据转子电流参考值和式(7)得到互感辨识值L_m-i为：

式(7)和式(8)中，η不等于0且初始值为1，以保证数值计算的有效性。

该互感参数辨识策略选择对电网电压和定子电压分别进行d轴定向，在存在相位误差时也能有效控制电压，使用一个PI控制器调节电压误差信号对q轴励磁电流参考信号进行控制，在实现恒压控制的同时，利用比较信号c、控制输出信号η和互感初始值L_m-o之间的数学关系辨识出准确互感值，在辨识出互感参数后可以去掉PI控制，降低***控制复杂度。

有益效果：与现有技术相比，本发明通过对电网电压以及定子电压分别定向，利用电压误差信号同时进行变速恒压控制与互感参数辨识，无需建立定子短路电流、跌落定子电压等苛刻条件，无需单独建立辨识过程，仅对传统恒压控制结构进行改造便获得准确的互感参数，并且在相位不同步情况下也能实现恒压控制，无需定子电压相位与电网电压相位同步便可同时实现互感参数准确辨识与恒压控制，降低了参数辨识的复杂性。

附图说明

图1为互感参数辨识策略框图；

图2为双馈风力发电机互感参数辨识框图；

图3为互感初始值为100mH时的电压波形和互感参数辨识曲线；

图4为互感初始值为40mH时的电压波形和互感参数辨识曲线。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实验实施例对发明进行进一步介绍。

一种基于恒压控制的双馈风力发电机互感参数辨识方法，该方法为：根据双馈风力发电机的数学模型，在双馈风力发电机空载并网控制过程中分别对电网电压和定子电压定向，采用双馈电机恒压控制方法调节电压误差信号辨识出准确的互感参数。

双馈风力发电机的数学模型包括转子采用电动机惯例和定子采用发电机惯例，具体模型如下：

式中，v_ds，v_qs，i_ds，i_qs分别为定子电压和电流的dq轴分量；v_dr，v_qr，i_dr，i_qr分别为转子电压和电流的dq轴分量；λ_ds，λ_qs，λ_ds，λ_qs分别为定子和转子磁链的dq轴分量；R_s，R_r分别为定子和转子的电阻；L_ss，L_rr分别为定子和转子的自感；L_m为互感；ω_s，ω_r分别为同步角速度和转子角速度。

采用双馈电机恒压控制方法调节电压误差信号辨识出准确的互感参数为：当对电网电压和定子电压分别定向，定子电压与电网电压满足：

式中，U_g为电网电压幅值(d轴定向)，U_s为定子电压幅值(d轴定向)，L_m-o为互感初始值，L_m-r为互感真实值。根据式(5)定义比较信号c为：

根据转子电流参考值和式(6)推导出励磁q轴电流参考值i_qr ^*为：

式中，η为控制器输出信号，根据转子电流参考值和式(7)得到互感辨识值L_m-i为：

式(7)和式(8)中，η不等于0且初始值为1，以保证数值计算的有效性。

该互感参数辨识策略参见图1，选择对电网电压和定子电压分别进行d轴定向，在存在相位误差时也能有效控制电压，使用一个PI控制器调节电压误差信号对q轴励磁电流参考信号进行控制，在实现恒压控制的同时，利用比较信号c、控制输出信号η和互感初始值L_m-o之间的数学关系辨识出准确互感值。在辨识出互感参数后可以去掉PI控制，降低***控制复杂度。

实施例1：图2所示的控制框图中，双馈风力发电机极对数＝3，并网电压＝100V(线电压)，并网功率＝300W。采用滤波型励磁结构,励磁直流电压＝50V，电网由IPM(智能功率控制模块)控制模拟，三相异步电动机机作为原动机，由旋转编码器获取转子矢量角。

图3为互感参数辨识控制期间，互感初始值为100mH时的电压波形和互感参数辨识曲线。定子电压控制与互感参数辨识时间一样，约在65ms内完成。并且在定子电压相位超前于电网电压情况下，定子电压波形与参数辨识曲线变化平滑无冲击，实现电压跟踪，互感参数辨识值L_m-i＝52.8649mH。

图4为互感参数辨识控制期间，互感初始值为40mH时的电压波形和互感参数辨识曲线。定子电压控制与互感参数辨识时间约为55ms。在有相位误差情况下，电压波形与参数辨识曲线变化平滑无冲击，定子电压跟踪上电网电压，互感参数辨识值L_m-i＝52.8593mH。两次互感参数的辨识结果轻微不同是由于双馈电机定子电压有一定的谐波引起电压幅值计算轻微抖动。实验中通过电能质量分析仪(C.A8335)测量得定子电压THD＝0.8％-1.2％,达到小于5％的要求。因此辨识结果有效，且两次实验结果定子电压与电网电压保持同样幅值，说明互感参数辨识的高度准确性。

实验结论：本发明提出的基于恒压控制的DFIG互感参数辨识方法仅需要一个控制器，无需定子电压相位与电网电压相位同步便可同时实现互感参数准确辨识与恒压控制，降低了参数辨识的复杂性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种基于恒压控制的双馈风力发电机互感参数辨识方法，其特征在于：该方法为：根据双馈风力发电机的数学模型，在双馈风力发电机空载并网控制过程中分别对电网电压和定子电压定向，采用双馈电机恒压控制方法调节电压误差信号辨识出准确的互感参数。

2.根据权利要求1所述的一种基于恒压控制的双馈风力发电机互感参数辨识方法，其特征在于：双馈风力发电机的数学模型包括转子采用电动机惯例和定子采用发电机惯例，具体模型如下：

式中，v_ds、v_qs、i_ds和i_qs分别为定子电压和电流的dq轴分量；v_dr、v_qr、i_dr和i_qr分别为转子电压和电流的dq轴分量；λ_ds、λ_qs、λ_ds和λ_qs分别为定子和转子磁链的dq轴分量；R_s和R_r分别为定子和转子的电阻；L_ss和L_rr分别为定子和转子的自感；L_m为互感；ω_s和ω_r分别为同步角速度和转子角速度。

3.根据权利要求1所述的一种基于恒压控制的双馈风力发电机互感参数辨识方法，其特征在于：采用双馈电机恒压控制方法调节电压误差信号辨识出准确的互感参数为：当对电网电压和定子电压分别定向，定子电压与电网电压满足：

式中，U_g为d轴定向的电网电压幅值，U_s为d轴定向的定子电压幅值，L_m-o为互感初始值，L_m-r为互感真实值，根据式(5)定义比较信号c为：

根据转子电流参考值和式(6)推导出励磁q轴电流参考值i_qr ^*为：

式中，η为控制器输出信号，根据转子电流参考值和式(7)得到互感辨识值L_m-i为：

式(7)和式(8)中，η不等于0且初始值为1。