CN102148603A - 双馈发电机转子初始位置零位偏差的辨识方法及控制装置 - Google Patents
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双馈发电机转子初始位置零位偏差的辨识方法及控制装置，适用于双馈风力发电。控制装置通过角度闭环控制补偿纠正，根据电网电压的角度分量与定子电压的角度分量进行辨识，实现矢量控制定向角度的闭环控制，真正实现有功与无功的完全解耦。该方法能够实现兆瓦级双馈发电机的控制，用最少的励磁电流就能使定子电压满足并网运行，减少了变流器和发电机的损耗，实现软并网。在整个控制过程中装置在电网接入点电压、电流畸变率小，电机定子侧单位功率因数运行，减小了对电网的无功冲击，变流器开关频率低，减小了系统发热，提高了变流器效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种双馈风力发电系统的控制方法及装置，特别是一种双馈风力发电机转子初始位置零位偏差的辨识方法及控制装置。
背景技术
双馈风力发电系统采用以虚拟电网磁链定向的矢量变换控制可以得到较好的控制效果，通过矢量控制技术调节发电机转子励磁电流，可以实现有功功率和无功功率的独立控制；通过变速恒频发电方式可以实现发电机和电力系统的柔性连接。因此，精确检测发电机转子旋转的位置及转速是双馈风力发电系统进行矢量控制、实现变速恒频发电的关键。
采用绝对式编码器，可以精确地检测出转子绝对位置，但是转速检测较为复杂。实际风力发电都采用增量式光电编码器，当检测到双馈发电机转子初始零位时，校正转子位置。
增量式光电编码器有二路输出信号，即两路相互正交的转速脉冲信号（A，B）和一路定位信号（Z），当电机轴上的光电编码器产生正交编码脉冲时，可以通过两路脉冲的先后次序确定发电机的转动方向，根据脉冲的个数和频率，分别确定发电机的位置角和角速度。
众所周知，双馈发电机定、转子绕组均分为A ,B ,C三相，发电机旋转时，每相定转子绕组的轴线之间有相对运动，定义定、转子对应相轴线重合为转子的初始零位，转子到达初始零位时编码器正好发出零位脉冲信号。
传统做法是将电机的定子侧通入三相交流电，转子侧开路，观测转子感应电压与定子对应相电压波形的相位关系，转动转子，直至转子感应电压波形与定子对应相电压波形相位完全重合，此时即为转子的初始零位。重新调整、安装光电编码器，这样，每当转子转到初始零位，光电编码器定位信号输出端Z就输出一个零位脉冲信号。
但是上述传统做法应用于兆瓦级双馈风力发电系统不仅复杂，而且实用性也大打折扣。
发明内容
本发明的目的是提供一种方法简单、性能可靠、控制效果好的双馈发电机转子初始位置零位偏差的辨识方法及控制装置。
本发明的目的是这样实现的：双馈发电机转子初始位置零位偏差的控制方法：
（1）达到切入风速时，启动变流器进行预激磁，通过电压传感器测量的定子、电网电压辨识电机转子初始位置零位偏差；通过电压传感器对定子三相电压和电网三相电压的信息进行采集，经过CLAKE坐标变换和PARK坐标变换，先将三相静止坐标系变换到两相静止坐标系，然后通过旋转变换将两相静止坐标系变换到两相旋转坐标系，变换得到定子电压和电网电压的角度分量，这两个角度分量相比较得到的差值，经过PI调节器输出得到转子初始位置零位偏差的补偿分量；
（2）采用增量型光电编码器获得转子位置角度，通过控制器基于C语言基础上的角度闭环算法实现虚拟电网磁链定向控制的定向角的计算，在辨识双馈风力发电机转子初始位置零位偏差完毕以后，控制器对发电机定子电压相位和幅值进行闭环控制，控制定子的电压与电网电压相位和幅值相同，控制器给并网柜一个并网指令，接通定子和电网，实现软并网；
（3）控制器依据风机的主控系统给定的有功指令以及无功指令调节转子电压幅值和频率，使双馈发电机定子三相电压幅值和频率与电网三相电压的电压幅值和频率相一致，实现柔性发电控制。
控制装置包括三相电抗器、变流柜、滤波器、控制器、双馈发电机、增量编码器和并网柜，双馈发电机的定子绕组通过并网柜连接到三相电网上；变流柜通过滤波器与双馈发电机的转子绕组连接，同时变流柜通过三相电抗器连接到三相电网上；在三相电网和三相电抗器之间有电压和电流检测装置，在变流器与双馈发电机之间有电压和电流检测装置，在双馈发电机与三相电网之间有电压和电流检测装置，所有的电压和电流检测装置的输出端均分别与控制器连接，增量编码器安装在双馈发电机的转子轴上。
有益效果，由于采用了上述方案，双馈发电机转子初始位置零位偏差的控制方法及控制装置，采用转子侧变频矢量控制方法，实现转矩电流和励磁电流的解耦控制；控制装置通过角度闭环控制补偿纠正，根据电网电压的角度分量与定子电压的角度分量进行辨识，实现矢量控制定向角度的闭环控制，真正实现有功与无功的完全解耦。该方法能够实现兆瓦级双馈发电机的控制，用最少的励磁电流就能使定子电压满足并网运行，减少了变流器和发电机的损耗，实现软并网。本发明能使系统接入点电网电压、电流畸变率低，且提高了系统功率因数，使功率因数接近1，在本技术领域内具有广泛的实用性。达到了本发明的目的。
优点：该方法能够实现兆瓦级双馈发电机的控制，用最少的励磁电流就能使定子电压满足并网运行，减少了变流器和发电机的损耗，实现软并网。在整个控制过程中装置在电网接入点电压、电流畸变率小，电机定子侧单位功率因数运行，减小了对电网的无功冲击，变流器开关频率低，减小了系统发热，提高了变流器效率。
附图说明
图1为本发明双馈发电机转子初始位置零位偏差的控制装置结构图。
图中：1、三相电网；2、三相电抗器；3、变流柜；4、滤波器；5、控制器；6、双馈发电机；7、增量编码器；8、并网柜；9、主控系统。
具体实施方式
实施例1：双馈发电机转子初始位置零位偏差的控制方法：
（1）达到切入风速时，启动变流器进行预激磁，通过电压传感器测量的定子、电网电压辨识电机转子初始位置零位偏差；通过电压传感器对定子三相电压和电网三相电压的信息进行采集，经过CLAKE坐标变换和PARK坐标变换，先将三相静止坐标系变换到两相静止坐标系，然后通过旋转变换将两相静止坐标系变换到两相旋转坐标系，变换得到定子电压和电网电压的角度分量，这两个角度分量相比较得到的差值，经过PI调节器输出得到转子初始位置零位偏差的补偿分量；
（2）采用增量型光电编码器获得转子位置角度，通过控制器5基于C语言基础上的角度闭环算法实现虚拟电网磁链定向控制的定向角的计算，在辨识双馈风力发电机转子初始位置零位偏差完毕以后，控制器对发电机定子电压相位和幅值进行闭环控制，控制定子的电压与电网电压相位和幅值相同，控制器给并网柜一个并网指令，接通定子和电网，实现软并网；
（3）控制器依据风机的主控系统给定的有功指令以及无功指令调节转子电压幅值和频率，使电压幅值和频率与电网三相电压的电压幅值和频率相一致，实现柔性发电控制。
控制装置包括三相电抗器2、变流柜3、滤波器4、控制器5、双馈发电机6、增量编码器7和并网柜8，双馈发电机6的定子绕组通过并网柜8连接到三相电网1上；变流柜3通过滤波器4与双馈发电机6的转子绕组连接，同时变流柜3通过三相电抗器2连接到三相电网1上；在三相电网1和三相电抗器2之间有电压和电流检测装置，在变流器与双馈发电机6之间有电压和电流检测装置，双馈发电机6与三相电网1之间有电压和电流检测装置，所有的电压和电流检测装置的输出端均分别与控制器5连接，增量编码器7安装在双馈发电机6的转子轴上。
所述的变流器由三相电抗器2、变流柜3、滤波器4、控制器5和并网柜8构成。
所述的控制器为DSP 2812。
当风速达到切入风速时，控制器接收主控系统发过来的启动信号，控制变频柜的预充电路开始工作，将直流母线电压充至设定值；直流母线电压达到设定值后，变频柜内的可控整流器投入运行，按照预设电压经过电压、电流双闭环控制后将直流母线电压调节至预设值；同时变频柜内的逆变器投入运行，进行预激磁，控制器通过测量双馈发电机的定子、电网电压辨识电机转子位置零位偏差；电机转子位置角辨识完成后，根据给定的电网电压经过幅值、相位双闭环控制后，将双馈发电机的定子电压调节至给定值，满足并网条件后自动并网发电。
可控整流器在预充电完毕之后进入工作状态。三电平可控整流器进行电网电压定向后再加以前馈补偿，实现了有功、无功电流的完全解耦。通过给定的直流电压 
与电压传感器检测得到的实际直流电压
进行偏差运算，把运算所得的偏差值作为PI调节器的输入，PI调节器的输出值作为有功电流的给定。有功电流的反馈值为检测所得的电流值经过CLAKE坐标变换及PARK坐标变换后的
，通过和
的偏差运算，偏差值输入到PI调节器后，PI调节器的输出再结合前馈补偿值进行运算，最终得到PWM整流器的给定电压；无功电流可根据需要设置成常值或者变量，通过与反馈的无功电流进行偏差运算，将偏差结果输入PI调节器，PI调节器的输出再结合前馈补偿值进行运算，最终得到PWM整流器的给定电压。获得给定电压、
后，将这两个电压进行反PARK变换，变换到两相静止坐标系下，作为SVPWM波形发生器的输入，SVPWM波形发生器产生的PWM波形信号驱动可控整流器，最终获得给定的直流电压。逆变器在可控整流器建立起直流电压之后开始进入运行状态。对双馈发电机进行电网虚拟磁链定向后再加以前馈补偿，实现了电机有功、无功电流的完全解耦。逆变器的进行预激磁后，控制器由检测到的定子电压和电网电压量进行CLARKE变换和PARK变换后的各自的幅值分量、和角度分量
、
，然后通过幅值分量与
进行偏差运算，把运算所得的偏差值作为PI调节器的输入，PI调节器的输出值作为幅值闭环的调节值，调节定子电压的幅值跟随电网电压幅值，通过角度分量
与
进行偏差运算，把运算所得的偏差值作为PI调节器的输入，PI调节器的输出值作为转子零位偏差和定子与电网相位偏差的调节值，调节定子电压的相位跟随电网电压相位。当满足并网条件后，控制器发出指令，使定子通过并网柜连接电网，并网以后根据主控给的有功指令进行发电控制。
所述的三相电抗器2、变流柜3、滤波器4、控制器5、并网柜8构成双馈风电变流器，并公开上市，产品型号为ZNWG-DF-1500。
Claims (2)
1.一种双馈风力发电机转子初始位置零位偏差的辨识方法，其特征为：双馈发电机转子初始位置零位偏差的控制方法：
（1）达到切入风速时，启动变流器进行预激磁，通过电压传感器测量的定子、电网电压辨识电机转子初始位置零位偏差；通过电压传感器对定子三相电压和电网三相电压的信息进行采集，经过CLAKE坐标变换和PARK坐标变换，先将三相静止坐标系变换到两相静止坐标系，然后通过旋转变换将两相静止坐标系变换到两相旋转坐标系，变换得到定子电压和电网电压的角度分量，这两个角度分量相比较得到的差值，经过PI调节器输出得到转子初始位置零位偏差的补偿分量；
（2）采用增量型光电编码器获得转子位置角度，通过控制器（5）基于C语言基础上的角度闭环算法实现虚拟电网磁链定向控制的定向角的计算，在辨识双馈风力发电机转子初始位置零位偏差完毕以后，控制器对发电机定子电压相位和幅值进行闭环控制，控制定子的电压与电网电压相位和幅值相同，控制器给并网柜一个并网指令，接通定子和电网，实现软并网；
（3）控制器依据风机的主控系统给定的有功指令以及无功指令调节转子电压幅值和频率，使双馈发电机定子三相电压电压幅值和频率与电网三相电压电压幅值和频率相一致，实现柔性发电控制。
2.一种双馈风力发电机转子初始位置零位偏差的辨识方法的控制装置，其特征为：控制装置包括三相电抗器、变流柜、滤波器、控制器、双馈发电机、增量编码器和并网柜，双馈发电机的定子绕组通过并网柜连接到三相电网上；变流柜通过滤波器与双馈发电机的转子绕组连接，同时变流柜通过三相电抗器连接到三相电网上；在三相电网和三相电抗器之间有电压和电流检测装置，在变流器与双馈发电机之间有电压和电流检测装置，双馈发电机与三相电网之间有电压和电流检测装置，所有的电压和电流检测装置的输出端均分别与控制器连接，增量编码器安装在双馈发电机的转子轴上。
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