CN114679093A - 一种直驱永磁风力发电机的低电流脉动占空比优化方法 - Google Patents

一种直驱永磁风力发电机的低电流脉动占空比优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种直驱永磁风力发电机的低电流脉动占空比优化方法，具体步骤包括：采集发电机实时数据，计算dq轴参考电压；根据参考电压相位角，计算其所在扇区；通过对矢量占空比求一阶偏导，得到相邻两个矢量的占空比αg1、αg2；当αg1、αg2小于0时，取消相对应电压矢量的作用，当αg1、αg2大于1时，矢量占空比大于1的电压矢量作用整个周期，当αg1、αg2处于[0,1]时，对矢量占空比进行重新分配；对发电机的三相占空比进行重新分配。本发明可有效减小发电机定子电流脉动，提升系统的稳定性。

Description

一种直驱永磁风力发电机的低电流脉动占空比优化方法
技术领域
本发明属于风力发电变流控制领域，具体涉及一种直驱永磁风力发电机的低电流脉动占空比优化方法。
背景技术
直驱永磁风力发电机由于其省去了齿轮箱、功率密度大、效率高等优点得到了广泛应用。发电机电流脉动不仅会引起发电机的抖动，降低稳定性，还会导致发电机效率降低，甚至引起磁饱和。因此，有必要设计一种直驱永磁风力发电机的低电流脉动占空比优化方法。
发明内容
针对背景技术所述的缺陷或不足，本发明提供了一种直驱永磁风力发电机的低电流脉动占空比优化方法，提高了系统的稳定性。
一种直驱永磁风力发电机的低电流脉动占空比优化方法，步骤包括：
(1)采集风力发电机实时数据，计算k时刻dq轴参考电压ud *(k)和uq *(k)；
(2)将
Figure BDA0003606824140000011
进行park逆变换，求得αβ坐标系下的参考电压uα *(k)和uβ *(k)，计算参考电压矢量的相位角θ，根据参考电压矢量的相位角θ计算其所在扇区sec；
(3)通过对矢量占空比αg1、αg2求一阶偏导，计算得到αg1、αg2的值；
(4)当αg1、αg2小于0时，取消矢量占空比小于0的电压矢量的作用；
(5)当αg1、αg2大于1时，矢量占空比大于1的电压矢量作用整个周期；
(6)当αg1、αg2处于[0,1]时，对矢量占空比αg1、αg2进行重新分配；
(7)对风力发电机的三相占空比da、db、dc进行重新分配。
所述步骤(1)中k时刻dq轴参考电压ud *(k)和uq *(k)计算公式如下：
Figure BDA0003606824140000012
式中
Figure BDA0003606824140000013
为当前时刻dq轴参考电流，id(k)、iq(k)为k时刻dq轴采样电流，ed(k)、eq(k)为k时刻风力发电机的dq轴反电动势，Rs为风力发电机的定子电阻，Ls为风力发电机的定子电感。
所述步骤(2)中参考电压矢量的相位角θ计算公式如下：
Figure BDA0003606824140000021
所述步骤(2)中所在扇区sec的计算公式如下：
Figure BDA0003606824140000022
式中floor为下取整函数。
所述步骤(2)中矢量占空比αg1、αg2的计算公式为：
Figure BDA0003606824140000023
Figure BDA0003606824140000024
式中
Figure BDA0003606824140000025
其中，udg1、udg2、uqg1、uqg2分别为相邻的两个有效矢量ug1、ug2在d、q轴电压分量，
Figure BDA0003606824140000026
Figure BDA0003606824140000027
的计算公式如下：
Figure BDA0003606824140000028
所述步骤(6)中对矢量占空比αg1、αg2进行重新分配的方法如下：
Figure BDA0003606824140000029
所述步骤(7)中对风力发电机的三相占空比da、db、dc进行重新分配方法如下：
Figure BDA0003606824140000031
式中da、db、dc为风力发电机A、B、C三相占空比；零电压矢量占空比α0＝1-αg1-αg2；S为有效电压矢量开关状态，S＝[100 110 010 011 001 101]T。
本发明与现有技术相比的益处在于：
(1)该方法通过对矢量占空比αg1、αg2直接求一阶偏导，获得αg1、αg2的值，简化了矢量占空比的计算过程；
(2)该方法通过对矢量占空比和三相占空比的重新分配，有效了降低了直驱永磁风力发电机的电流脉动。
附图说明
图1为本发明实施方法的结构框图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图和实施方式对本发明做进一步说明。
如图1所示，一种直驱永磁风力发电机的低电流脉动占空比优化方法，步骤包括：
(1)采集风力发电机实时数据，计算k时刻dq轴参考电压ud *(k)和uq *(k)；
(2)将
Figure BDA0003606824140000032
进行park逆变换，求得αβ坐标系下的参考电压uα *(k)和uβ *(k)，计算参考电压矢量的相位角θ，根据参考电压矢量的相位角θ计算其所在扇区sec；
(3)通过对矢量占空比αg1、αg2求一阶偏导，计算得到αg1、αg2的值；
(4)当αg1、αg2小于0时，取消矢量占空比小于0的电压矢量的作用；
(5)当αg1、αg2大于1时，矢量占空比大于1的电压矢量作用整个周期；
(6)当αg1、αg2处于[0,1]时，对矢量占空比αg1、αg2进行重新分配；
(7)对风力发电机的三相占空比da、db、dc进行重新分配。
步骤(1)中k时刻dq轴参考电压ud *(k)和uq *(k)计算公式如下：
Figure BDA0003606824140000041
式中
Figure BDA0003606824140000042
为当前时刻dq轴参考电流，id(k)、iq(k)为k时刻dq轴采样电流，ed(k)、eq(k)为k时刻风力发电机的dq轴反电动势，Rs为风力发电机的定子电阻，Ls为风力发电机的定子电感。
步骤(2)中参考电压矢量的相位角θ计算公式如下：
Figure BDA0003606824140000043
步骤(2)中所在扇区sec的计算公式如下：
Figure BDA0003606824140000044
式中floor为下取整函数。
步骤(2)中矢量占空比αg1、αg2的计算公式为：
Figure BDA0003606824140000045
Figure BDA0003606824140000046
式中
Figure BDA0003606824140000047
其中，udg1、udg2、uqg1、uqg2分别为相邻的两个有效矢量ug1、ug2在d、q轴电压分量，
Figure BDA0003606824140000048
Figure BDA0003606824140000049
的计算公式如下：
Figure BDA0003606824140000051
步骤(6)中对矢量占空比αg1、αg2进行重新分配的方法如下：
Figure BDA0003606824140000052
步骤(7)中对风力发电机的三相占空比da、db、dc进行重新分配方法如下：
Figure BDA0003606824140000053
式中da、db、dc为风力发电机A、B、C三相占空比；零电压矢量占空比α0＝1-αg1-αg2；S为有效电压矢量开关状态，S＝[100 110 010 011 001 101]T。
应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明，凡在本发明思路和原则下的修改、改进方案均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种直驱永磁风力发电机的低电流脉动占空比优化方法，其特征在于，步骤包括：
(1)采集风力发电机实时数据，计算k时刻dq轴参考电压ud *(k)和uq *(k)；
(2)将
Figure FDA0003606824130000011
进行park逆变换，求得αβ坐标系下的参考电压uα *(k)和uβ *(k)，计算参考电压矢量的相位角θ，根据参考电压矢量的相位角θ计算其所在扇区sec；
(3)通过对矢量占空比αg1、αg2求一阶偏导，计算得到αg1、αg2的值；
(4)当αg1、αg2小于0时，取消矢量占空比小于0的电压矢量的作用；
(5)当αg1、αg2大于1时，矢量占空比大于1的电压矢量作用整个周期；
(6)当αg1、αg2处于[0,1]时，对矢量占空比αg1、αg2进行重新分配；
(7)对风力发电机的三相占空比da、db、dc进行重新分配。
所述步骤(1)中k时刻dq轴参考电压ud *(k)和uq *(k)计算公式如下：
Figure FDA0003606824130000012
式中
Figure FDA0003606824130000013
为当前时刻dq轴参考电流，id(k)、iq(k)为k时刻dq轴采样电流，ed(k)、eq(k)为k时刻风力发电机的dq轴反电动势，Rs为风力发电机的定子电阻，Ls为风力发电机的定子电感。
所述步骤(2)中参考电压矢量的相位角θ计算公式如下：
Figure FDA0003606824130000014
所述步骤(2)中所在扇区sec的计算公式如下：
Figure FDA0003606824130000015
式中floor为下取整函数。
所述步骤(2)中矢量占空比αg1、αg2的计算公式为：
Figure FDA0003606824130000016
Figure FDA0003606824130000021
式中
Figure FDA0003606824130000022
其中，udg1、udg2、uqg1、uqg2分别为相邻的两个有效矢量ug1、ug2在d、q轴电压分量，
Figure FDA0003606824130000023
Figure FDA0003606824130000024
的计算公式如下：
Figure FDA0003606824130000025
2.根据权利要求1所述的一种直驱永磁风力发电机的低电流脉动占空比优化方法，其特征在于，所述步骤(6)中对矢量占空比αg1、αg2进行重新分配的方法如下：
Figure FDA0003606824130000026
3.根据权利要求1所述的一种直驱永磁风力发电机的低电流脉动占空比优化方法，其特征在于，所述步骤(7)中对风力发电机的三相占空比da、db、dc进行重新分配方法如下：
Figure FDA0003606824130000027
式中da、db、dc为风力发电机A、B、C三相占空比；零电压矢量占空比α0＝1-αg1-αg2；S为有效电压矢量开关状态，S＝[100 110 010 011 001 101]T。
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