CN106160612B - 一种高速永磁发电机弱磁控制方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高速永磁发电机弱磁控制方法与装置，当湍流风速突然增大时高速永磁发电机瞬时超速机侧端口电压急剧上升，在电机端口电压超过机侧变流器端口允许电压时采取恒压控制策略，保证机组变流器的安全。实现高速永磁全功率机组超速工况的安全运行。

Description

一种高速永磁发电机弱磁控制方法与装置

技术领域

本发明涉及一种高速永磁发电机弱磁控制方法与装置。

背景技术

随着高速永磁风电机组技术已日趋成熟，高速永磁风电机组大规模的投入运行，应对机组湍流风速造成的机组超速问题越来越受到重视，常见控制方法采用增大机组功率控制的方案从而达到使机组超速控制在一定的范围内，实现对机组发电机的超速控制。

由于高速永磁发电机的通常采用转矩电流闭环的控制策略，通用的超速策略增大机组功率方法可以实现小湍流风速的机组超速控制，但湍流及阵风的加剧往往此方案无法达到对机组超速的控制。

弱磁控制方法在调节弱磁电流(即矢量控制中d轴负方向电流)实现对超速时的控制。如公开号为CN105634358A的中国专利文献提供了永磁同步电机的弱磁控制方法。

但是现有方法通常仅从功率角度考虑，而未充分考虑发电机特性即超速引起的端口高电压危害功率器件及机组变流器的问题，虽然达到了一般范围内的超速控制的目的，但无法满足更高范围内超速的控制要求，无法根本解决机组超速控制问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高速永磁发电机弱磁控制方法与装置，用以解决的现有弱磁控制方法无法满足更高范围内超速控制要求的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

一种高速永磁发电机弱磁控制方法，步骤如下：

1)检测发电机输出电压并进行坐标变换处理，生成d轴电流分量i_d和q轴电流分量i_q，d轴电压分量u_d和q轴电压分量u_q；

2)当检测到发电机超速时，采用弱磁控制，弱磁电流为：ω_r为电机转速，L_d为d轴电感，Ψ_f为永磁磁链；

3)以弱磁电流i_f为d轴电流给定i_d ^*执行闭环控制。

进一步的，当检测到发电机超速，并且达到设定程度时，电机端口电压u_{s_fdb}与电机电压给定u_s ^*做差，经过PI调节后得到U_{PI_out}，以i_f-U_{PI_out}为d轴电流给定i_d ^*执行闭环控制。

进一步的，所述电机端口电压

进一步的，通过检测发电机输出电压判断发电机超速和超速程度，或者通过编码器检测发电机转速以判断发电机超速和超速程度。

一种高速永磁发电机弱磁控制装置，包括如下模块：

1)检测发电机输出电压并进行坐标变换处理，生成d轴电流分量i_d和q轴电流分量i_q，d轴电压分量u_d和q轴电压分量u_q的模块；

2)当检测到发电机超速时，采用弱磁控制的模块；弱磁电流为：ω_r为电机转速，L_d为d轴电感，Ψ_f为永磁磁链；

3)以弱磁电流i_f为d轴电流给定i_d ^*执行闭环控制的模块。

进一步的，当检测到发电机超速，并且达到设定程度时，电机端口电压u_{s_fdb}与电机电压给定u_s ^*做差，经过PI调节后得到U_{PI_out}，以i_f-U_{PI_out}为d轴电流给定i_d ^*执行闭环控制。

进一步的，所述电机端口电压

进一步的，通过检测发电机输出电压判断发电机超速和超速程度，或者通过编码器检测发电机转速以判断发电机超速和超速程度。

本发明提出的高速永磁发电机超速恒压控制是解决机组超速控制的有效方法。通过本发明的方案，可以快速降低(机侧)变流器交流端口电压，以保障超速安全。

同时，在超速严重时进一步采用恒压控制，保证电压稳定，进一步确保了电机安全运行。

附图说明

图1是MW级高速永磁发电机组结构图；

图2是本发明的控制方法实施例的控制结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示为MW级高速永磁同步发电机组，为直驱型风力机组，电机输出通过机侧变流器，网侧变流器连接电网。网侧变流器采用PWM逆变控制方式，负责把机组能量并入电网，机侧变流器采用PWM整流控制方式；直流侧DC-Chopper电路负责机网侧之间的不平衡能量的泄荷。变流器的功率模块采用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。具体的，可以采用SVPWM调制以提高电压利用率。

本发明的弱磁控制方法的控制对象是机侧变流器，步骤如下：

检测发电机电压(机侧变流器交流电压)；具体的，包括坐标变换的过程，生成d轴电流分量i_d和q轴电流分量i_q，d轴电压分量u_d和q轴电压分量u_q；

当检测到发电机转速超过额定值时(即超速。超速有两张检测方式，一种是通过安装在发电机转轴上的编码器直接检测，适合于速度较低的发电机；另一种是通过检测机侧变流器交流端口电压来计算和判断，这种方式适合高速发电机，本实施例采用这种方式)，采用弱磁控制，弱磁电流公式为：ω_r为电机转速，L_d为d轴电感，Ψ_f为永磁磁链；ω_r，L_d，Ψ_f通过磁链计算和速度计算得到，具体计算过程属于现有技术，故不做介绍。

通过上述方案，可快速降低变流器端口电压，实现机组超速时控制的快速性，保证机组变流器超速的安全性。从而解决的现有弱磁控制方法无法满足更高范围内超速控制要求的问题。

如图2，进一步的，当超速达到一定程度，比如当机侧变流器交流端口电压大于1.1pu，机侧变流器进行电机电压恒压闭环PI控制：

电机端口电压公式：i_q为q轴电流分量，

ω_r为电机转速，L_q为q轴电感。

电机端口电压u_{s_fdb}与电机电压u_s ^*叠加，即u_s ^*-u_{s_fdb}后经过PI得到U_{PI_out}，d轴电流给定i_d ^*为i_f-U_{PI_out}，i_f为上述弱磁电流。以i_d ^*为d轴电流给定，i_{d_fdb}为反馈，经过PI生成电压环的d轴指令，以i_q ^*为q轴电流给定，i_{q_fdb}为反馈，经过PI生成电压环的q轴指令，执行SVPWM控制。

在超速严重时进一步采用恒压控制，保证电压稳定，进一步确保了电机安全运行。

本发明还提供了一种高速永磁发电机弱磁控制装置，包括：

1)检测发电机的电压并进行坐标变换处理，生成电流、电压d轴分量和电流、电压q轴分量的模块；

2)当检测到发电机电机超过额定值时，采用弱磁控制的模块，弱磁电流公式为：ω_r为电机转速，L_d为d轴电感，Ψ_f为永磁磁链；

3)以弱磁电流i_f为d轴电流给定i_d ^*执行闭环控制的模块。

上述高速永磁发电机弱磁控制装置实际为一种软件程序，构成它的模块为实现上述方法步骤的进程或程序；该软件程序用于机侧变流器的控制。

以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种高速永磁发电机弱磁控制方法，其特征在于，步骤如下：

1)检测发电机输出电压并进行坐标变换处理，生成d轴电流分量i_d和q轴电流分量i_q，d轴电压分量u_d和q轴电压分量u_q；

2)当检测到发电机超速时，采用弱磁控制，弱磁电流为：ω_r为电机转速，L_d为d轴电感，Ψ_f为永磁磁链；

3)以弱磁电流i_f为d轴电流给定i_d ^*执行闭环控制。

2.根据权利要求1所述的一种高速永磁发电机弱磁控制方法，其特征在于，当检测到发电机超速，并且达到设定程度时，电机端口电压u_{s_fdb}与电机电压给定u_s ^*做差，经过PI调节后得到U_{PI_out}，以i_f-U_{PI_out}为d轴电流给定i_d ^*执行闭环控制。

3.根据权利要求2所述的一种高速永磁发电机弱磁控制方法，其特征在于，所述电机端口电压L_q为q轴电感。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种高速永磁发电机弱磁控制方法，其特征在于，通过检测发电机输出电压判断发电机超速和超速程度，或者通过编码器检测发电机转速以判断发电机超速和超速程度。

5.一种高速永磁发电机弱磁控制装置，其特征在于，包括如下模块：

1)检测发电机输出电压并进行坐标变换处理，生成d轴电流分量i_d和q轴电流分量i_q，d轴电压分量u_d和q轴电压分量u_q的模块；

2)当检测到发电机超速时，采用弱磁控制的模块；弱磁电流为：ω_r为电机转速，L_d为d轴电感，Ψ_f为永磁磁链；

3)以弱磁电流i_f为d轴电流给定i_d ^*执行闭环控制的模块。

6.根据权利要求5所述的一种高速永磁发电机弱磁控制装置，其特征在于，当检测到发电机超速，并且达到设定程度时，电机端口电压u_{s_fdb}与电机电压给定u_s ^*做差，经过PI调节后得到U_{PI_out}，以i_f-U_{PI_out}为d轴电流给定i_d ^*执行闭环控制。

7.根据权利要求6所述的一种高速永磁发电机弱磁控制装置，其特征在于，所述电机端口电压L_q为q轴电感。

8.根据权利要求5-7中任一项所述的一种高速永磁发电机弱磁控制装置，其特征在于，通过检测发电机输出电压判断发电机超速和超速程度，或者通过编码器检测发电机转速以判断发电机超速和超速程度。