一種永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)單位功率因數(shù)控制方法技術(shù)

一種永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)單位功率因數(shù)控制方法，包括雙PWM變換器、電流雙閉環(huán)控制和空間矢量調(diào)制三個(gè)部分。本發(fā)明專利技術(shù)采用雙PWM變換器作為直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)電路，通過控制電機(jī)側(cè)變換器實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的單位功率因數(shù)控制和最大風(fēng)能捕獲控制。實(shí)現(xiàn)了永磁同步發(fā)電機(jī)單位功率因數(shù)運(yùn)行，對(duì)于減小電機(jī)側(cè)變換器的運(yùn)行容量有實(shí)用意義，同時(shí)該發(fā)電系統(tǒng)具有良好的動(dòng)靜態(tài)控制性能，可實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能跟蹤、并網(wǎng)有功和無功獨(dú)立控制以及變速恒頻發(fā)電運(yùn)行。

Unit power factor control method of permanent magnet synchronous wind power generator

The invention relates to a unit power factor control method of a permanent magnet synchronous wind power generator, comprising three parts: a double PWM converter, a current double closed loop control and a space vector modulation. The invention adopts the double PWM converter as the grid connected circuit of the direct drive permanent magnet synchronous wind-driven generator, and realizes the unit power factor control and the maximum wind energy capture control of the generator by controlling the motor side converter. The permanent magnet synchronous generator unit power factor, has the practical significance for the operation capacity reducing motor side converter, the power system has a good dynamic control performance, can realize the maximum wind power tracking, grid connected active and reactive power control and VSCF power generation operation.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)單位功率因數(shù)控制方法
本專利技術(shù)涉及一種永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，尤其涉及一種永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)單位功率因數(shù)控制方法。
技術(shù)介紹
永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)采用風(fēng)輪機(jī)與永磁同步發(fā)電機(jī)直接相連的方式，利用全容量變頻器實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，由于其省去了電刷、滑環(huán)和齒輪箱，因此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)得以簡化，提高了發(fā)電效率和運(yùn)行可靠性，在今后的大型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中將有廣闊的應(yīng)用空間。采用不可控整流和可控逆變作為并網(wǎng)電路，實(shí)現(xiàn)了直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最大風(fēng)能跟蹤控制，但其缺點(diǎn)是電機(jī)側(cè)整流器功率因數(shù)不可控，不可控整流還會(huì)增大發(fā)電機(jī)的定子諧波電流，加大電機(jī)損耗和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。采用雙PWM變換器并網(wǎng)的永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)進(jìn)行了研究，其針對(duì)永磁同步發(fā)電機(jī)采用按轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制方式，控制發(fā)電機(jī)d軸電流為零，同時(shí)控制發(fā)電機(jī)q軸電流實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲，然而該方案中由于發(fā)電機(jī)d軸控制電壓不為零，則造成系統(tǒng)滿載時(shí)發(fā)電機(jī)將吸收較大的無功功率，使得發(fā)電機(jī)功率因數(shù)降低。對(duì)于兆瓦級(jí)的大型永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組而言，電機(jī)功率因數(shù)的降低將增加電機(jī)側(cè)變換器的容量和機(jī)組成本。因此，有必要研究針對(duì)直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的單位功率因數(shù)運(yùn)行控制方法，這將有助于減少電機(jī)側(cè)變換器的運(yùn)行容量和成本及提高永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行可靠性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了克服風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率因數(shù)降低的難題，本專利技術(shù)提出一種永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)單位功率因數(shù)控制方法。本專利技術(shù)解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：本專利技術(shù)提出一種適用于永磁同步發(fā)電機(jī)的單位功率因數(shù)運(yùn)行控制方法。采用雙PWM變換器作為發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)電路，通過控制電機(jī)側(cè)變換器實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的單位功率因數(shù)控制和最大風(fēng)能捕獲。永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)單位功率因數(shù)控制方法包括雙PWM變換器、電流雙閉環(huán)控制和空間矢量調(diào)制三個(gè)部分。所述雙PWM變換器包括電機(jī)側(cè)變換器和電網(wǎng)側(cè)變換器，通過控制其開關(guān)管通斷實(shí)現(xiàn)了單位功率因數(shù)控制。所述電流雙閉環(huán)控制外環(huán)可采用有功功率的閉環(huán)PI控制，內(nèi)環(huán)則分別實(shí)現(xiàn)定子d、q軸電流的閉環(huán)控制。所述空間矢量調(diào)制的給定信號(hào)時(shí)電流雙閉環(huán)控制得到的直軸和交軸電壓信號(hào)，經(jīng)過空間矢量調(diào)制得到控制雙PWM變換器的開關(guān)信號(hào)。本專利技術(shù)的有益效果是：采用雙PWM變換器作為直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)電路，提出一種適用于永磁同步發(fā)電機(jī)的單位功率因數(shù)運(yùn)行控制策略，通過控制電機(jī)側(cè)變換器實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的單位功率因數(shù)控制和最大風(fēng)能捕獲控制。實(shí)現(xiàn)了永磁同步發(fā)電機(jī)單位功率因數(shù)運(yùn)行，對(duì)于減小電機(jī)側(cè)變換器的運(yùn)行容量有實(shí)用意義，同時(shí)該發(fā)電系統(tǒng)具有良好的動(dòng)靜態(tài)控制性能，可實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能跟蹤、并網(wǎng)有功和無功獨(dú)立控制以及變速恒頻發(fā)電運(yùn)行。附圖說明圖1為直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)圖。具體實(shí)施方式請(qǐng)參閱圖1，發(fā)電機(jī)以單位功率因數(shù)運(yùn)行時(shí)，定子相電壓和相電流保持反相位，要使得定子d軸電壓和d軸電流均為零，則必有坐標(biāo)系q軸與定子相電壓綜合相量相重合，即定子電壓綜合相量為定子q軸電壓分量，定子電流綜合相量為定子q軸電流分量。新同步坐標(biāo)軸系的d軸不再與轉(zhuǎn)子永磁體的磁場方向保持同向，其相對(duì)于定子A相繞組的同步角為θ。為實(shí)現(xiàn)永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組的最佳風(fēng)能跟蹤控制，通過對(duì)發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)。控制定子電流q軸分量可實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩的控制，當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩來及時(shí)調(diào)整風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速，使其始終保持最佳葉尖速比運(yùn)行即可實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)電磁功率和輸出有功的準(zhǔn)確控制。當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，永磁同步發(fā)電機(jī)輸出的最佳有功功率指令。有功指令控制發(fā)電機(jī)輸出的有功功率可使風(fēng)力機(jī)實(shí)時(shí)捕獲最大風(fēng)能，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的最大風(fēng)能跟蹤控制。由此，永磁同步發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)外環(huán)可采用有功功率的閉環(huán)PI控制，其調(diào)節(jié)輸出量作為發(fā)電機(jī)定子電流的有功電流分量給定，控制系統(tǒng)內(nèi)環(huán)則分別實(shí)現(xiàn)定子d、q軸電流的閉環(huán)控制。對(duì)d、q軸電流可分別進(jìn)行閉環(huán)PI調(diào)節(jié)控制，得到相應(yīng)的控制電壓，并分別加上交叉耦合電壓補(bǔ)償項(xiàng)，即可得到最終的d、q軸控制電壓分量，結(jié)合d軸位置角和直流電容電壓，經(jīng)空間矢量調(diào)制(spacevectormodulation，SVM)可得到電機(jī)側(cè)變換器所需的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)。由于要控制電網(wǎng)側(cè)變換器來保持直流側(cè)電壓恒定，因此運(yùn)行過程中直流側(cè)電容的充放電功率變化很小。可認(rèn)為發(fā)電機(jī)輸出的有功功率經(jīng)雙PWM變換器后全部饋入電網(wǎng)。因此，發(fā)電機(jī)輸出的有功功率可通過間接測量網(wǎng)側(cè)變換器饋入電網(wǎng)的有功功率來近似獲得。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)單位功率因數(shù)控制方法，其特征在于：包括雙PWM變換器、電流雙閉環(huán)控制和空間矢量調(diào)制三個(gè)部分。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)單位功率因數(shù)控制方法，其特征在于：包括雙PWM變換器、電流雙閉環(huán)控制和空間矢量調(diào)制三個(gè)部分。2.如權(quán)利要求1所述的永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)單位功率因數(shù)控制方法，其特征在于所述雙PWM變換器包括電機(jī)側(cè)變換器和電網(wǎng)側(cè)變換器，通過控制其開關(guān)管通斷實(shí)現(xiàn)了單位功率因數(shù)控制。3.如權(quán)利要求1所述的永磁同...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：姚秋麗，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：姚秋麗，
類型：發(fā)明
國別省市：遼寧,21