專利名稱：并網型雙饋式風力發電機的雙閉環控制方法及控制裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及風力發電技術領域，更具體地說，涉及并網型雙饋式風力發電機的雙 閉環控制方法及控制裝置。
背景技術：
雙饋式風力發電機是一種交流發電機，具有控制靈活、功率因數可調、效率高、變 頻裝置容量小等優點，是目前應用最廣泛的變速恒頻風力發電機組的關鍵部件。目前，雙饋式風力發電機的控制普遍采用矢量控制的方法，對發電機參數的依賴 性較高，尤其是電機互感參數。例如，申請號為CN200410009701. 8的中國專利申請揭示了一種變速恒頻雙饋發 電機系統及其并網控制方法。在該采用雙饋感應電機作為發電機的變速恒頻風力發電系統 中包括雙饋感應電機、勵磁變換器、DSP單元、電量采集單元、速度、位置測量單元以及驅動 單元。它對勵磁變換器進行控制，利用勵磁變換器控制雙饋發電機定子產生電壓，對電機定 子電壓相位、幅值和頻率同時控制，無需單獨進行電網電壓與電機定子電壓同步；在電機速 度范圍在0 0. 5s時，驅動單元開始驅動勵磁變換器，這樣，電機并網的轉速速度范圍很 寬，并網控制對速度要求不嚴格，同時，控制過程采用電流開環控制，簡化了系統，減輕了系 統處理器的負擔，使得電流控制變得簡單，易行，使得雙饋電機易于并網。再例如，申請號為CN200810105607. 0的中國專利申請揭示了一種變速恒頻雙饋 風力發電系統及其并網控制方法。該申請提供了一種變速恒頻雙饋風力發電系統，包括定 子并網裝置、發電機、控制板、雙PWM變頻器、碼盤；發電機的定子通過定子并網裝置與電網 相連；發電機的轉子通過雙PWM變頻器與電網相連；控制板與電網、發電機、雙PWM變頻器、 定子并網裝置相連；控制板還通過碼盤與轉子相連。該系統通過在控制板內設計有電壓幅 值補償器和轉子位置角補償器，消除了發電系統因某些參數偏差所造成的影響。現有技術存在的缺點是發電機實際運行時，電機參數尤其是互感參數會發生波 動，從而使整個控制系統的輸出不準確，如定子電壓的幅值、頻率、相位出現相應的波動，從 而在并網時會產生較大的沖擊電流，嚴重時會振蕩，使得系統進入不穩定狀態，最終降低了 整個系統的可靠性。由于目前風力發電機組容量的不斷增加，在實際運行中需要考慮由于 參數變動而引起的并網狀態不穩定以及如何實現機組的軟并網問題。

發明內容
本發明旨在提供一種并網型雙饋式風力發電機的雙閉環控制方法及控制裝置，以 消除電機參數波動對整個風力發電機系統帶來的影響。根據本發明的實施例，提出一種并網型雙饋式風力發電機的雙閉環控制方法，包 括采集步驟，采集發電機定子三相電壓、發電機定子三相電流、電網電壓、發電機轉 子電流、發電機轉子轉速；
坐標變換步驟，將所采集的發電機定子三相電壓、發電機定子三相電流、電網電 壓、發電機轉子電流、發電機轉子轉速通過Clark變換和Park變換變換到同步旋轉坐標系 下；發電機轉子電流內環控制步驟，將發電機轉子電流輸入到比例積分器中，通過比 例積分器輸出發電機轉子電壓的d、q分量對該并網型雙饋式風力發電機進行勵磁控制，形 成發電機轉子電流內環控制；發電機定子電壓外環控制步驟，將發電機定子電壓輸入到比例積分器中，通過比 例積分器輸出發電機定子電壓的d、q分量對該并網型雙饋式風力發電機進行勵磁控制，形 成發電機定子電壓外環控制；利用發電機轉子電流內環控制和發電機定子電壓外環控制，對并網型雙饋式風力 發電機進行雙閉環控制。在一個實施例中，發電機定子電壓外環控制是基于發電機定子電壓的瞬時值。在一個實施例中，通過電壓調節器得到發電機轉子電壓的d、q分量的參考值。根據本發明的實施例，提出一種并網型雙饋式風力發電機的雙閉環控制裝置，包 括采集裝置、坐標變換裝置、發電機轉子電流內環控制裝置、發電機定子電壓外環控制裝置。采集裝置采集發電機定子三相電壓、發電機定子三相電流、電網電壓、發電機轉子 電流、發電機轉子轉速。坐標變換裝置將所采集的發電機定子三相電壓、發電機定子三相電流、電網電壓、 發電機轉子電流、發電機轉子轉速通過Clark變換和Park變換變換到同步旋轉坐標系下。發電機轉子電流內環控制裝置將發電機轉子電流輸入到比例積分器中，通過比例 積分器輸出發電機轉子電壓的d、q分量對該并網型雙饋式風力發電機進行勵磁控制，形成 發電機轉子電流內環控制。發電機定子電壓外環控制裝置將發電機定子電壓輸入到比例積分器中，通過比例 積分器輸出發電機定子電壓的d、q分量對該并網型雙饋式風力發電機進行勵磁控制，形成 發電機定子電壓外環控制。發電機轉子電流內環控制裝置和發電機定子電壓外環控制裝置對并網型雙饋式 風力發電機進行雙閉環控制。在一個實施例中，發電機定子電壓外環控制裝置基于發電機定子電壓的瞬時值進 行發電機定子電壓外環控制。在一個實施例中，通過電壓調節器得到發電機轉子電壓的d、q分量的參考值。本發明利用電壓外環電流內環的控制結構，能夠有效地抑制風電機組在并網前由 于電機參數變動等因素出現的頻率、相位、幅值的偏差而對整個系統產生的影響，本發明的 雙閉環控制方法及控制裝置使定子電壓的輸出跟蹤電網電壓，有效克服了變差，可以順利 實現軟并網。本發明實用性強，只需軟件手段可以簡單、方便、準確的實現發電機輸出電壓 的控制，無需增加硬件，經濟成本低。


本發明的上述的以及其他的特征、性質和優勢將通過下面結合附圖和實施例的描述而變得更加明顯，在附圖中，相同的附圖標記始終表示相同的特征，其中圖1揭示了根據本發明的一實施例的并網型雙饋式風力發電機的雙閉環控制方 法的流程圖。圖2揭示了根據本發明的一實施例的并網型雙饋式風力發電機的雙閉環控制裝 置的結構圖。圖3揭示了根據本發明的一實施例的雙閉環控制過程的空載控制原理框圖。圖4揭示了根據本發明的一實施例的雙閉環控制過程的并網控制原理框圖。
具體實施例方式本發明首先揭示了一種并網型雙饋式風力發電機的雙閉環控制方法，參考圖1所 示，該方法包括下述的步驟采集步驟102，在采集步驟102中采集發電機定子三相電壓、發電機定子三相電 流、電網電壓、發電機轉子電流、發電機轉子轉速。坐標變換步驟104，坐標變換步驟104將所采集的發電機定子三相電壓、發電機定 子三相電流、電網電壓、發電機轉子電流、發電機轉子轉速通過Clark變換和Park變換變換 到同步旋轉坐標系下。發電機轉子電流內環控制步驟106，發電機轉子電流內環控制步驟106將發電機 轉子電流輸入到比例積分器中，通過比例積分器輸出發電機轉子電壓的d、q分量對該并網 型雙饋式風力發電機進行勵磁控制，形成發電機轉子電流內環控制。發電機定子電壓外環控制步驟108，發電機定子電壓外環控制步驟108將發電機 定子電壓輸入到比例積分器中，通過比例積分器輸出發電機定子電壓的d、q分量對該并網 型雙饋式風力發電機進行勵磁控制，形成發電機定子電壓外環控制。在一個實施例中，發電 機定子電壓外環控制是基于發電機定子電壓的瞬時值，并且通過電壓調節器得到發電機轉 子電壓的d、q分量的參考值。控制步驟110，控制步驟110利用發電機轉子電流內環控制和發電機定子電壓外 環控制，對并網型雙饋式風力發電機進行雙閉環控制。參考圖2所示，本發明還揭示了一種并網型雙饋式風力發電機的雙閉環控制裝 置，包括包括采集裝置202、坐標變換裝置204、發電機轉子電流內環控制裝置206、發電機 定子電壓外環控制裝置208。采集裝置202采集發電機定子三相電壓、發電機定子三相電流、電網電壓、發電機 轉子電流、發電機轉子轉速。坐標變換裝置204將所采集的發電機定子三相電壓、發電機定子三相電流、電網 電壓、發電機轉子電流、發電機轉子轉速通過Clark變換和Park變換變換到同步旋轉坐標 系下。發電機轉子電流內環控制裝置206將發電機轉子電流輸入到比例積分器中，通過 比例積分器輸出發電機轉子電壓的d、q分量對該并網型雙饋式風力發電機進行勵磁控制， 形成發電機轉子電流內環控制。發電機定子電壓外環控制裝置208將發電機定子電壓輸入到比例積分器中，通過 比例積分器輸出發電機定子電壓的d、q分量對該并網型雙饋式風力發電機進行勵磁控制，形成發電機定子電壓外環控制。在一個實施例中，發電機定子電壓外環控制裝置208基于 發電機定子電壓的瞬時值進行發電機定子電壓外環控制，并且通過電壓調節器得到發電機 轉子電壓的d、q分量的參考值。 發電機轉子電流內環控制裝置206和發電機定子電壓外環控制裝置208對并網型 雙饋式風力發電機進行雙閉環控制。圖3和圖4揭示了根據本發明的一實施例的并網型雙饋式風力發電機的雙閉環控 制過程的控制原理，其中圖3揭示了根據本發明的一實施例的雙閉環控制過程的空載控制 原理框圖，圖4揭示了根據本發明的一實施例的雙閉環控制過程的并網控制原理框圖。在該實施例中，進行的雙閉環控制過程如下首先是采集發電機定子三相電壓、發電機定子三相電流、電網電壓、發電機轉子電 流、發電機轉子轉速。所采集的發電機定子三相電壓、發電機定子三相電流、電網電壓、發電機轉子電 流、發電機轉子轉速通過Clark變換和Park變換變換到同步旋轉坐標系下。據并網型雙饋 式風力發電機在兩相同步旋轉坐標系下的數學模型，并考慮發電機空載時ids = iqs = 0，可磁鏈方程為
權利要求
1.一種并網型雙饋式風力發電機的雙閉環控制方法，其特征在于，包括采集步驟，采集發電機定子三相電壓、發電機定子三相電流、電網電壓、發電機轉子電 流、發電機轉子轉速；坐標變換步驟，將所采集的發電機定子三相電壓、發電機定子三相電流、電網電壓、發 電機轉子電流、發電機轉子轉速通過Clark變換和Park變換變換到同步旋轉坐標系下；發電機轉子電流內環控制步驟，將發電機轉子電流輸入到比例積分器中，通過比例積 分器輸出發電機轉子電壓的d、q分量對該并網型雙饋式風力發電機進行勵磁控制，形成發 電機轉子電流內環控制；發電機定子電壓外環控制步驟，將發電機定子電壓輸入到比例積分器中，通過比例積 分器輸出發電機定子電壓的d、q分量對該并網型雙饋式風力發電機進行勵磁控制，形成發 電機定子電壓外環控制；利用發電機轉子電流內環控制和發電機定子電壓外環控制，對并網型雙饋式風力發電 機進行雙閉環控制。
2.如權利要求1所述的并網型雙饋式風力發電機的雙閉環控制方法，其特征在于， 發電機定子電壓外環控制是基于發電機定子電壓的瞬時值。
3.如權利要求1所述的并網型雙饋式風力發電機的雙閉環控制方法，其特征在于， 通過電壓調節器得到發電機轉子電壓的d、q分量的參考值。
4.一種并網型雙饋式風力發電機的雙閉環控制裝置，其特征在于，包括采集裝置，采集發電機定子三相電壓、發電機定子三相電流、電網電壓、發電機轉子電 流、發電機轉子轉速；坐標變換裝置，將所采集的發電機定子三相電壓、發電機定子三相電流、電網電壓、發 電機轉子電流、發電機轉子轉速通過Clark變換和Park變換變換到同步旋轉坐標系下；發電機轉子電流內環控制裝置，將發電機轉子電流輸入到比例積分器中，通過比例積 分器輸出發電機轉子電壓的d、q分量對該并網型雙饋式風力發電機進行勵磁控制，形成發 電機轉子電流內環控制；發電機定子電壓外環控制裝置，將發電機定子電壓輸入到比例積分器中，通過比例積 分器輸出發電機定子電壓的d、q分量對該并網型雙饋式風力發電機進行勵磁控制，形成發 電機定子電壓外環控制；發電機轉子電流內環控制裝置和發電機定子電壓外環控制裝置對并網型雙饋式風力 發電機進行雙閉環控制。
5.如權利要求4所述的并網型雙饋式風力發電機的雙閉環控制裝置，其特征在于，發電機定子電壓外環控制裝置基于發電機定子電壓的瞬時值進行發電機定子電壓外 環控制。
6.如權利要求4所述的并網型雙饋式風力發電機的雙閉環控制裝置，其特征在于， 通過電壓調節器得到發電機轉子電壓的d、q分量的參考值。
全文摘要
本發明揭示了一種并網型雙饋式風力發電機的雙閉環控制方法，包括采集步驟，采集發電機定子三相電壓、發電機定子三相電流、電網電壓、發電機轉子電流、發電機轉子轉速；坐標變換步驟，將所采集參數通過Clark變換和Park變換變換到同步旋轉坐標系下；發電機轉子電流內環控制步驟，將發電機轉子電流輸入到比例積分器中，輸出發電機轉子電壓的d、q分量對該并網型雙饋式風力發電機進行勵磁控制；發電機定子電壓外環控制步驟，將發電機定子電壓輸入到比例積分器中，輸出發電機定子電壓的d、q分量對該并網型雙饋式風力發電機進行勵磁控制；利用發電機轉子電流內環控制和發電機定子電壓外環控制，對并網型雙饋式風力發電機進行雙閉環控制。
文檔編號H02P9/14GK102111101SQ20091024733
公開日2011年6月29日 申請日期2009年12月29日 優先權日2009年12月29日
發明者夏偉, 張揚, 張瑛, 徐志武, 李長樂, 楊浩然, 柴熠, 董立駿 申請人:上海電科電器科技有限公司