CN115065284A - 一种dq坐标系下双馈风力发电机功率损耗优化方法和系统 - Google Patents

一种dq坐标系下双馈风力发电机功率损耗优化方法和系统 Download PDF

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CN115065284A CN202210770828.XA CN202210770828A CN115065284A CN 115065284 A CN115065284 A CN 115065284A CN 202210770828 A CN202210770828 A CN 202210770828A CN 115065284 A CN115065284 A CN 115065284A
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Abstract

本发明提供了一种dq坐标系下双馈风力发电机功率损耗优化方法和系统，包括：在dq坐标系下根据双馈风力发电机参数，通过铜损和铁损的计算式，获得双馈风力发电机的铜损和铁损；基于所述铜损和铁损，计算双馈风力发电机的总功率损耗；通过总功率损耗导数表达式，计算最小功率损耗的d轴电流参考值
Figure DDA0003724151530000011
基于所述最小功率损耗的d轴电流参考值
Figure DDA0003724151530000012
通过电机侧变流器降损策略进行功率降损；其中，所述电机侧变流器降损策略通过比例积分环节和空间矢量脉宽调制，获得降损开关驱动控制信号进行功率降损，本发明通过电机侧变流器降损策略的执行，实现功率降损，且本发明适用于风电机组并网运行后的全功率阶段，可有效降低发电机的功率损耗，提升机组的发电性能。

Description

一种dq坐标系下双馈风力发电机功率损耗优化方法和系统
技术领域
本发明属于风力发电领域，具体涉及一种dq坐标系下双馈风力发电机功率损耗优化方法和系统。
背景技术
在能源转型的大背景下，风电产业快速发展。由于双馈式风电机组的变流器容量仅为系统容量的30％左右，相比使用全功率变流器的风电机组，具有体积小、损耗少、成本低的优势，在市场中得到了广泛应用，占比超过60％，双馈风电机组由不同的机械、电气部件组成，主要包括主轴、齿轮箱、发电机、变流器、变桨系统等，机组运行时产生的功率损耗可分为机械损耗和电气损耗。其中齿轮箱引起的功率损耗包括齿轮啮合损耗(取决于传输功率)和空载损失(包括轴承转动、风阻等)。发电机的功率损耗与通过电机的电流、频率、磁通量和转速等相关，按照类型可分为铜损耗、磁滞损耗、铁芯涡流损耗、风阻损耗和附加负荷损耗等。
目前，双馈风电机组的功率控制策略是实现有功功率、无功功率的解耦控制，未考虑功率损耗的影响。现有机组制造商采用的功率降损技术主要通过风电机组的控制方法及外加设备降低机组损耗，现有技术主要通过断开并网开关，降低机组自耗电损失的方法降低功率损耗，仅适用于风电机组未并网运行的情况。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种dq坐标系下双馈风力发电机功率损耗优化方法，包括：
在dq坐标系下根据双馈风力发电机参数，通过铜损和铁损的计算式，获得双馈风力发电机的铜损和铁损；
基于所述铜损和铁损，计算双馈风力发电机的总功率损耗；
通过总功率损耗导数表达式，计算最小功率损耗的d轴电流参考值
Figure BDA0003724151510000011
基于所述最小功率损耗的d轴电流参考值
Figure BDA0003724151510000012
通过电机侧变流器降损策略进行功率降损；
其中，所述电机侧变流器降损策略通过比例积分环节和空间矢量脉宽调制，获得降损开关驱动控制信号进行功率降损。
优选的，所述双馈风力发电机参数，包括：定子q轴电流、定子d轴电流、定子电感、定子电阻和励磁电感。
优选的，所述电机侧变流器降损策略，包括：
将定子q轴电压vqs和最小功率损耗的d轴电流参考值
Figure BDA0003724151510000021
输入到无功功率的参考值表达式中，获得d轴电流参考值
Figure BDA0003724151510000022
将电机端的有功功率P*与实际有功功率Pmeas通过PI调节器获得q轴电流参考值
Figure BDA0003724151510000023
将所述d轴电流参考值
Figure BDA0003724151510000024
和所述q轴电流参考值
Figure BDA0003724151510000025
通过比例积分环节转换成电机侧变流器的d轴电压参考值
Figure BDA0003724151510000026
和q轴电压参考值
Figure BDA0003724151510000027
将所述d轴电压参考值
Figure BDA0003724151510000028
和q轴电压参考值
Figure BDA0003724151510000029
通过空间矢量脉宽调制，获得电机侧变流器的降损开关驱动控制信号，进行功率降损。
优选的，所述无功功率的参考值表达式，按下式计算：
Figure BDA00037241515100000210
其中，Qs为最小功率损耗时的无功功率的参考值，vqs为定子q轴电压，
Figure BDA00037241515100000211
为最小功率损耗的d轴电流参考值。
优选的，所述铜损的计算式如下：
Figure BDA00037241515100000212
其中，P铜损为双馈风力发电机的铜损，Rs为定子电阻，Ls为定子电感，Lm为励磁电感，Rr为转子电阻，ids为定子d轴电流，λds为定子d轴磁通，Te为电磁转矩，Kt为扭矩常数。
优选的，所述铁损的计算式如下：
Figure BDA00037241515100000213
其中，P铁损为双馈风力发电机的铁损，Lls为定子漏感，iqs为定子q轴电流，λds为定子d轴磁通，ids为定子d轴电流，Te为电磁转矩，Kt为扭矩常数，ωe为电气角频率，Ri为磁路电阻。
优选的，所述总功率损耗导数表达式如下：
Figure BDA0003724151510000031
其中，d(P铜损+P铁损)/dids为总功率损耗导数，ids为定子d轴电流，Rs为定子电阻，Ls为定子电感，Lm为励磁电感，Rr为转子电阻，ωe为电气角频率，Lls为定子漏感，Ri为磁路电阻，λds为定子d轴磁通。
优选的，所述最小功率损耗的d轴电流参考值，按下式计算：
Figure BDA0003724151510000032
其中，
Figure BDA0003724151510000033
为最小功率损耗的d轴电流参考值，Rs为定子电阻，Ls为定子电感，Lm为励磁电感，Rr为转子电阻，ωe为电气角频率，Lls为定子漏感，Ri为磁路电阻，λds为定子d轴磁通。
优选的，所述无功功率的参考值表达式，按下式计算：
Figure BDA0003724151510000034
其中，Qs为最小功率损耗时的无功功率的参考值，vqs为定子q轴电压，
Figure BDA0003724151510000035
为最小功率损耗的d轴电流参考值。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种dq坐标系下双馈风力发电机功率损耗优化系统，包括：
铜损、铁损计算模块、总功率损耗计算模块、电流参考值计算模块和降损策略执行模块；
所述铜损、铁损计算模块，用于在dq坐标系下根据双馈风力发电机参数，通过铜损和铁损的计算式，获得双馈风力发电机的铜损和铁损；
所述总功率损耗计算模块，用于基于所述铜损和铁损，计算双馈风力发电机的总功率损耗；
所述电流参考值计算模块，通过总功率损耗导数表达式，计算最小功率损耗的d轴电流参考值
Figure BDA0003724151510000036
所述降损策略执行模块，用于基于所述最小功率损耗的d轴电流参考值
Figure BDA0003724151510000037
通过电机侧变流器降损策略进行功率降损；
其中，所述电机侧变流器降损策略通过比例积分环节和空间矢量脉宽调制，获得降损开关驱动控制信号进行功率降损。
优选的，所述铜损、铁损计算模块中双馈风力发电机参数，包括：定子q轴电流、定子d轴电流、定子电感、定子电阻和励磁电感。
优选的，所述降损策略执行模块，具体用于：
将定子q轴电压vqs和最小功率损耗的d轴电流参考值
Figure BDA0003724151510000041
输入到无功功率的参考值表达式中，获得d轴电流参考值
Figure BDA0003724151510000042
将电机端的有功功率P*与实际有功功率Pmeas通过PI调节器获得q轴电流参考值
Figure BDA0003724151510000043
将所述d轴电流参考值
Figure BDA0003724151510000044
和所述q轴电流参考值
Figure BDA0003724151510000045
通过比例积分环节转换成电机侧变流器的d轴电压参考值
Figure BDA0003724151510000046
和q轴电压参考值
Figure BDA0003724151510000047
将所述d轴电压参考值
Figure BDA0003724151510000048
和q轴电压参考值
Figure BDA0003724151510000049
通过空间矢量脉宽调制，获得电机侧变流器的降损开关驱动控制信号，进行功率降损。
优选的，所述降损策略执行模块中无功功率的参考值表达式，按下式计算：
Figure BDA00037241515100000410
其中，Qs为最小功率损耗时的无功功率的参考值，vqs为定子q轴电压，
Figure BDA00037241515100000411
为最小功率损耗的d轴电流参考值。
优选的，所述铜损、铁损计算模块中铜损的计算式如下：
Figure BDA00037241515100000412
其中，P铜损为双馈风力发电机的铜损，Rs为定子电阻，Ls为定子电感，Lm为励磁电感，Rr为转子电阻，ids为定子d轴电流，λds为定子d轴磁通，Te为电磁转矩，Kt为扭矩常数。
优选的，所述铜损、铁损计算模块中铁损的计算式如下：
Figure BDA00037241515100000413
其中，P铁损为双馈风力发电机的铁损，Lls为定子漏感，iqs为定子q轴电流，λds为定子d轴磁通，ids为定子d轴电流，Te为电磁转矩，Kt为扭矩常数，ωe为电气角频率，Ri为磁路电阻。
优选的，所述电流参考值计算模块中总功率损耗导数表达式如下：
Figure BDA0003724151510000051
其中，d(P铜损+P铁损)/dids为总功率损耗导数，ids为定子d轴电流，Rs为定子电阻，Ls为定子电感，Lm为励磁电感，Rr为转子电阻，ωe为电气角频率，Lls为定子漏感，Ri为磁路电阻，λds为定子d轴磁通。
优选的，所述电流参考值计算模块中最小功率损耗的d轴电流参考值，按下式计算：
Figure BDA0003724151510000052
其中，
Figure BDA0003724151510000053
为最小功率损耗的d轴电流参考值，Rs为定子电阻，Ls为定子电感，Lm为励磁电感，Rr为转子电阻，ωe为电气角频率，Lls为定子漏感，Ri为磁路电阻，λds为定子d轴磁通。
优选的，所述降损策略执行模块中无功功率的参考值表达式，按下式计算：
Figure BDA0003724151510000054
其中，Qs为最小功率损耗时的无功功率的参考值，vqs为定子q轴电压，
Figure BDA0003724151510000055
为最小功率损耗的d轴电流参考值。
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：
1.本发明提供了一种dq坐标系下双馈风力发电机功率损耗优化方法和系统，包括：在dq坐标系下根据双馈风力发电机参数，通过铜损和铁损的计算式，获得双馈风力发电机的铜损和铁损；基于所述铜损和铁损，计算双馈风力发电机的总功率损耗；通过总功率损耗导数表达式，计算最小功率损耗的d轴电流参考值
Figure BDA0003724151510000056
基于所述最小功率损耗的d轴电流参考值
Figure BDA0003724151510000057
通过电机侧变流器降损策略进行功率降损；其中，所述电机侧变流器降损策略通过比例积分环节和空间矢量脉宽调制，获得降损开关驱动控制信号进行功率降损；本发明通过计算双馈风力发电机的铜损、铁损，得到忽略机械损耗后的发电机总电功率损耗，通过总功率损耗导数表达式，计算最小功率损耗的d轴电流参考值
Figure BDA0003724151510000058
为后续的电机侧变流器降损策略提供了输入数据，通过电机侧变流器降损策略的执行，实现功率降损，且本发明适用于风电机组并网运行后的全功率阶段，可有效降低发电机的功率损耗，提升机组的发电性能。
2.本发明的电机侧变流器降损策略不同于常规控制的双馈风力发电机控制目标是实现电机有功功率、无功功率的解耦控制，以实现对新能源的最大功率跟踪，本发明将获得d轴电流参考值
Figure BDA0003724151510000061
通过电机侧变流器降损策略的后续操作，实现发电机功率损耗最小方案。
附图说明
图1为本发明提供的一种dq坐标系下双馈风力发电机功率损耗优化方法流程示意图；
图2为本发明提供的一种dq坐标系下双馈风力发电机功率损耗优化方法的双馈风电机组的基本结构示意图；
图3为本发明提供的一种dq坐标系下双馈风力发电机功率损耗优化方法的dq坐标轴下双馈风力发电机的等效电路图；
图4为本发明提供的一种dq坐标系下双馈风力发电机功率损耗优化方法的双馈风电机组的总体功率流向图；
图5为本发明提供的一种dq坐标系下双馈风力发电机功率损耗优化方法的不同风速下发电机损耗占比图；
图6为本发明提供的一种dq坐标系下双馈风力发电机功率损耗优化方法的电机侧变流器降损策略图；
图7为本发明采用功率降损方法后的双馈风电机组的电网侧变流器控制策略框图；
图8为现有风电机组功率降损技术的实现方案流程图；
图9为发电机的功率损耗对比图；
图10为本发明提供的一种dq坐标系下双馈风力发电机功率损耗优化系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
实施例1：
本发明提供了一种dq坐标系下双馈风力发电机功率损耗优化方法，其流程示意图如图1所示，包括：
步骤1：在dq坐标系下根据双馈风力发电机参数，通过铜损和铁损的计算式，获得双馈风力发电机的铜损和铁损；
步骤2：基于所述铜损和铁损，计算双馈风力发电机的总功率损耗；
步骤3：通过总功率损耗导数表达式，计算最小功率损耗的d轴电流参考值
Figure BDA0003724151510000062
步骤4：基于所述最小功率损耗的d轴电流参考值
Figure BDA0003724151510000071
通过电机侧变流器降损策略进行功率降损；
具体的，步骤1包括：
采用如图2所示的双馈风力发电机的三相电压和三相电流，并计算得到发电机输出电势的幅值和相位角，利用相位角分别对三相电压和三相电流进行旋转坐标变换，得到对应dq坐标下的电压矢量和电流矢量，在dq坐标下，根据双馈风力发电机参数，计算双馈风力发电机的铜损，此时铜损的计算式为：
Figure BDA0003724151510000072
其中，P铜损为双馈风力发电机的铜损，iqs为定子q轴电流，ids为定子d轴电流，Rs为定子电阻，Rr为转子电阻，idr为转子d轴电流，iqr为转子q轴电流；为了将转子侧的电流idr、iqr统一折算到定子侧，所以结合附图3的双馈风力发电机等效电路，将铜损的计算式进一步改写为：
Figure BDA0003724151510000073
其中，P铜损为双馈风力发电机的铜损，Rs为定子电阻，Ls为定子电感，Lm为励磁电感，Rr为转子电阻，ids为定子d轴电流，λds为定子d轴磁通，Te为电磁转矩，Kt为扭矩常数。
在dq坐标下定子磁链表达式如下：
λds＝λdm+Llsids,λqs＝λqm+Llsiqs
其中，λds为定子d轴磁通，λdm为励磁支路d轴磁通，Lls为定子漏感，λqs为定子q轴磁通，λqm为励磁支路q轴磁通，ids为定子d轴电流，iqs为定子q轴电流。
在额定转矩下，dq坐标系下磁通近似保持恒定。当发电机在弱磁区运行时，磁通随转速的变化发生变化。忽略磁通变化的影响，铁芯支路中的电流损耗表达式如下：
Riidi＝-ωeλqm
Riiqi＝-ωeλdm
其中，Ri为磁路电阻，idi为磁路d轴电流，iqi为磁路q轴电流，ωe为电气角频率，λqm为磁路q轴磁通，λdm为磁路d轴磁通。
流过铁芯支路的电流表达式为：
idi＝-ωe(λqs-Llsiqs)/Ri
iqi＝ωe(λds-Llsids)/Ri
其中，idi为磁路d轴电流，ωe为电气角频率，λqs为定子q轴磁通，Lls为定子漏感，iqsRi为磁路电阻，iqi为磁路q轴电流，λds为定子d轴磁通，ids为定子d轴电流。
双馈风力发电机铁损的表达式为：
Figure BDA0003724151510000081
其中，P铁损为双馈风力发电机的铁损，Ri为磁路电阻，idi为磁路d轴电流，iqi为磁路q轴电流。
将铁芯支路中的电流损耗表达式和流过铁芯支路的电流表达式代入双馈风力发电机铁损的表达式，双馈风力发电机的铁损表达式进一步表示为：
Figure BDA0003724151510000082
其中，P铁损为双馈风力发电机的铁损，Lls为定子电感，iqs为定子q轴电流，λds为定子d轴磁通，ids为定子d轴电流，ωe为电气角频率，Ri为磁路电阻。
iqs的表达式为：
Figure BDA0003724151510000083
其中，iqs为定子q轴电流，ωe为电气角频率，Lm为励磁电感，Ls为定子电感，Ri为磁路电阻，λds为定子d轴磁通，Lls为定子漏感，ids为定子d轴电流。
将iqs的表达式代入双馈风力发电机的铁损表达式：
Figure BDA0003724151510000084
其中，d(P铜损+P铁损)/dids为总功率损耗导数，ids为定子d轴电流，Rs为定子电阻，Ls为定子电感，Lm为励磁电感，Rr为转子电阻，ωe为电气角频率，Lls为定子漏感，Ri为磁路电阻，λds为定子d轴磁通；双馈风力发电机的功率控制策略是实现有功功率、无功功率的解耦控制，未考虑到功率损耗的影响，本发明通过双馈风力发电机等效电路，计算出在dq轴上双馈风力发电机的铁损和铜损，通过计算出双馈风力发电机的铁损和铜损可以获得双馈风力发电机的总体功率损耗值，方便进行下一步操作。
具体的，步骤2包括：
双馈风力发电机组的总体功率流向如图4所示，双馈风力发电机组运行时产生的功率损耗可分为机械损耗和电气损耗，双馈风力发电机的功率损耗与通过电机的电流、频率、磁通量和转速等相关，按照类型可分为铜损耗、磁滞损耗、铁芯涡流损耗、风阻损耗和附加负荷损耗等，在额定工况下发电机损耗中铁损占比1.5％，铜损及附加损耗占比1.15％，摩擦、风阻及冷却损失占比0.5％，励磁损耗占比0.75％，如图5所示为本发明不同风速下发电机损耗占比，其中额定工况下发电机功率损耗占比约为3.9％；可见铁损和铜损在发电机损耗中占比较大，因此将铁损和铜损作为发电机的总功率功耗进行计算；本发明通过分析在额定工况下发电机各电气部件的损耗占比，确定损耗最多的电气部件，并将损耗最多的电气部件损耗作为发电机的总功率功耗进行计算，虽然与真实发电机的总功率功耗值不完全一致，但是差距不大，节省了计算时间。
具体的，步骤3包括：
铜损的导数表达式：
Figure BDA0003724151510000091
其中，dP铜损/dids为对铜损取ids的导数，Rs为定子电阻，ids为定子d轴电流，Rr为转子电阻，Ls为定子电感，λds为定子d轴磁通，Lm为励磁电感。
铁损的导数表达式：
Figure BDA0003724151510000092
其中，dP铁损/dids为对铁损取ids的导数，ωe为电气角频率，Lls为定子漏感，ids为定子d轴电流，λds为定子d轴磁通，Ri为磁路电阻。
总功率损耗导数表达式：
Figure BDA0003724151510000093
其中，d(P铜损+P铁损)/dids为总功率损耗导数，ids为定子d轴电流，Rs为定子电阻，Ls为定子电感，Lm为励磁电感，Rr为转子电阻，ωe为电气角频率，Lls为定子漏感，Ri为磁路电阻，λds为定子d轴磁通。
为使发电机功率损耗最小，铜损和铁损的导数之和应为0.即：
Figure BDA0003724151510000101
在dq坐标系下，对应最小功率损耗的d轴电流参考值为：
Figure BDA0003724151510000102
其中，
Figure BDA0003724151510000103
为最小功率损耗的d轴电流参考值，Rs为定子电阻，Ls为定子电感，Lm为励磁电感，Rr为转子电阻，ωe为电气角频率，Lls为定子漏感，Ri为磁路电阻，λds为定子d轴磁通；本发明通过对总功率损耗求ids的导数，获得发电机功率损耗最小表达式，并计算出最小功率损耗的d轴电流参考值，有利于将双馈风力发电机功率损耗降到最低。
具体的，步骤4包括：
如图6所示，将定子q轴电压vqs和最小功率损耗的d轴电流参考值
Figure BDA0003724151510000104
输入到无功功率的参考值表达式中，获得d轴电流参考值
Figure BDA0003724151510000105
无功功率的参考值表达式：
Figure BDA0003724151510000106
其中，Qs为无功功率的参考值，vqs为定子q轴电压，
Figure BDA0003724151510000107
为最小功率损耗的d轴电流参考值；将电机端的有功功率P*与实际有功功率Pmeas通过PI调节器获得q轴电流参考值
Figure BDA0003724151510000108
将所述d轴电流参考值
Figure BDA0003724151510000109
和所述q轴电流参考值
Figure BDA00037241515100001010
通过比例积分环节转换成电机侧变流器的d轴电压参考值
Figure BDA00037241515100001011
和q轴电压参考值
Figure BDA00037241515100001012
将所述d轴电压参考值
Figure BDA00037241515100001013
和q轴电压参考值
Figure BDA00037241515100001014
通过空间矢量脉宽调制，获得电机侧变流器的降损开关驱动控制信号，进行功率降损。
如图7所示，通过采集变流器直流母线环节电压实际值Vdc及参考值信息
Figure BDA00037241515100001015
通过电压控制PI调节器后分别得到网侧变流器的q轴电流参考值
Figure BDA00037241515100001016
和d轴电流参考值
Figure BDA00037241515100001017
再与解耦项ωL叠加产生网侧变流器的q轴、d轴电压参考值
Figure BDA00037241515100001018
和
Figure BDA00037241515100001019
最后通过空间矢量脉宽调制(SVPWM)得到电网侧变流器的开关驱动控制信号
Figure BDA00037241515100001020
采用常规控制策略，维持变流器直流侧DC-link环节电压稳定；现有技术中如图8所示主要通过断开并网开关，降低机组自耗电损失的方法降损，仅适用于风电机组未并网运行的情况，本发明的技术可适用于风电机组并网运行后的全功率阶段，可有效降低发电机的功率损耗，提升机组的发电性能。
下面给出一个采用本发明进行功率降损的具体案例：
采用测试平台对3MW风电机组的发电机进行实验，通过控制策略对比，采集发电机出口的有功功率，并与输入的机械功率对比，测试时忽略齿轮箱等机械损耗的影响，得到发电机的功率损耗如附图9所示。从图中可见，采用本技术后，双馈风力发电机在中低速转速段功率损耗降低较为显著，平均有功功率提升约在50kW左右，对应降低功率损耗1.6％左右。
实施例2：
本发明提供了一种dq坐标系下双馈风力发电机功率损耗优化系统，其流程示意图如图10所示，包括：
铜损、铁损计算模块、总功率损耗计算模块、电流参考值计算模块和降损策略执行模块；
所述铜损、铁损计算模块，用于在dq坐标系下根据双馈风力发电机参数，通过铜损和铁损的计算式，获得双馈风力发电机的铜损和铁损；
所述总功率损耗计算模块，用于基于所述铜损和铁损，计算双馈风力发电机的总功率损耗；
所述电流参考值计算模块，通过总功率损耗导数表达式，计算最小功率损耗的d轴电流参考值
Figure BDA0003724151510000111
所述降损策略执行模块，用于基于所述最小功率损耗的d轴电流参考值
Figure BDA0003724151510000112
通过电机侧变流器降损策略进行功率降损；
其中，所述电机侧变流器降损策略通过比例积分环节和空间矢量脉宽调制，获得降损开关驱动控制信号进行功率降损。
具体的，所述铜损、铁损计算模块中双馈风力发电机参数，包括：定子q轴电流、定子d轴电流、定子电感、定子电阻和励磁电感。
具体的，所述降损策略执行模块，具体用于：
将定子q轴电压vqs和最小功率损耗的d轴电流参考值
Figure BDA0003724151510000113
输入到无功功率的参考值表达式中，获得d轴电流参考值
Figure BDA0003724151510000114
将电机端的有功功率P*与实际有功功率Pmeas通过PI调节器获得q轴电流参考值
Figure BDA0003724151510000115
将所述d轴电流参考值
Figure BDA0003724151510000116
和所述q轴电流参考值
Figure BDA0003724151510000117
通过比例积分环节转换成电机侧变流器的d轴电压参考值
Figure BDA0003724151510000118
和q轴电压参考值
Figure BDA0003724151510000119
将所述d轴电压参考值
Figure BDA0003724151510000121
和q轴电压参考值
Figure BDA0003724151510000122
通过空间矢量脉宽调制，获得电机侧变流器的降损开关驱动控制信号，进行功率降损。
具体的，所述铜损、铁损计算模块中铜损的计算式如下：
Figure BDA0003724151510000123
其中，P铜损为双馈风力发电机的铜损，Rs为定子电阻，Ls为定子电感，Lm为励磁电感，Rr为转子电阻，ids为定子d轴电流，λds为定子d轴磁通，Te为电磁转矩，Kt为扭矩常数。
具体的，所述铜损、铁损计算模块中铁损的计算式如下：
Figure BDA0003724151510000124
其中，P铁损为双馈风力发电机的铜损，Lls为定子电感，iqs为定子q轴电流，λds为定子d轴磁通，ids为定子d轴电流，ωe为电气角频率，Ri为磁路电阻。
具体的，所述电流参考值计算模块中总功率损耗导数表达式如下：
Figure BDA0003724151510000125
其中，d(P铜损+P铁损)/dids为总功率损耗导数，ids为定子d轴电流，Rs为定子电阻，Ls为定子电感，Lm为励磁电感，Rr为转子电阻，ωe为电气角频率，Lls为定子漏感，Ri为磁路电阻，λds为定子d轴磁通。
具体的，所述电流参考值计算模块中最小功率损耗的d轴电流参考值，按下式计算：
Figure BDA0003724151510000126
其中，
Figure BDA0003724151510000127
为最小功率损耗的d轴电流参考值，Rs为定子电阻，Ls为定子电感，Lm为励磁电感，Rr为转子电阻，ωe为电气角频率，Lls为定子漏感，Ri为磁路电阻，λds为定子d轴磁通。
具体的，所述降损策略执行模块中无功功率的参考值表达式，按下式计算：
Figure BDA0003724151510000128
其中，Qs为最小功率损耗时的无功功率的参考值，vqs为定子q轴电压，
Figure BDA0003724151510000129
为最小功率损耗的d轴电流参考值。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本发明后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (11)

1.一种dq坐标系下双馈风力发电机功率损耗优化方法，其特征在于，包括：
在dq坐标系下根据双馈风力发电机参数，通过铜损和铁损的计算式，获得双馈风力发电机的铜损和铁损；
基于所述铜损和铁损，计算双馈风力发电机的总功率损耗；
通过总功率损耗导数表达式，计算最小功率损耗的d轴电流参考值
Figure FDA0003724151500000011
基于所述最小功率损耗的d轴电流参考值
Figure FDA0003724151500000012
通过电机侧变流器降损策略进行功率降损；
其中，所述电机侧变流器降损策略通过比例积分环节和空间矢量脉宽调制，获得降损开关驱动控制信号进行功率降损。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述双馈风力发电机参数，包括：定子q轴电流、定子d轴电流、定子电感、定子电阻和励磁电感。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电机侧变流器降损策略，包括：
将定子q轴电压vqs和最小功率损耗的d轴电流参考值
Figure FDA0003724151500000013
输入到无功功率的参考值表达式中，获得d轴电流参考值
Figure FDA0003724151500000014
将电机端的有功功率P*与实际有功功率Pmeas通过PI调节器获得q轴电流参考值
Figure FDA0003724151500000015
将所述d轴电流参考值
Figure FDA0003724151500000016
和所述q轴电流参考值
Figure FDA0003724151500000017
通过比例积分环节转换成电机侧变流器的d轴电压参考值
Figure FDA0003724151500000018
和q轴电压参考值
Figure FDA0003724151500000019
将所述d轴电压参考值
Figure FDA00037241515000000110
和q轴电压参考值
Figure FDA00037241515000000111
通过空间矢量脉宽调制，获得电机侧变流器的降损开关驱动控制信号，进行功率降损。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述无功功率的参考值表达式，按下式计算：
Figure FDA00037241515000000112
其中，Qs为最小功率损耗时的无功功率的参考值，vqs为定子q轴电压，
Figure FDA00037241515000000113
为最小功率损耗的d轴电流参考值。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铜损的计算式如下：
Figure FDA00037241515000000114
其中，P铜损为双馈风力发电机的铜损，Rs为定子电阻，Ls为定子电感，Lm为励磁电感，Rr为转子电阻，ids为定子d轴电流，λds为定子d轴磁通，Te为电磁转矩，Kt为扭矩常数。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铁损的计算式如下：
Figure FDA0003724151500000021
其中，P铁损为双馈风力发电机的铁损，Lls为定子漏感，iqs为定子q轴电流，λds为定子d轴磁通，ids为定子d轴电流，Te为电磁转矩，Kt为扭矩常数，ωe为电气角频率，Ri为磁路电阻。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述总功率损耗导数表达式如下：
Figure FDA0003724151500000022
其中，d(P铜损+P铁损)/dids为总功率损耗导数，ids为定子d轴电流，Rs为定子电阻，Ls为定子电感，Lm为励磁电感，Rr为转子电阻，ωe为电气角频率，Lls为定子漏感，Ri为磁路电阻，λds为定子d轴磁通。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述最小功率损耗的d轴电流参考值，按下式计算：
Figure FDA0003724151500000023
其中，
Figure FDA0003724151500000024
为最小功率损耗的d轴电流参考值，Rs为定子电阻，Ls为定子电感，Lm为励磁电感，Rr为转子电阻，ωe为电气角频率，Lls为定子漏感，Ri为磁路电阻，λds为定子d轴磁通。
9.一种dq坐标系下双馈风力发电机功率损耗优化系统，其特征在于，包括：
铜损、铁损计算模块、总功率损耗计算模块、电流参考值计算模块和降损策略执行模块；
所述铜损、铁损计算模块，用于在dq坐标系下根据双馈风力发电机参数，通过铜损和铁损的计算式，获得双馈风力发电机的铜损和铁损；
所述总功率损耗计算模块，用于基于所述铜损和铁损，计算双馈风力发电机的总功率损耗；
所述电流参考值计算模块，通过总功率损耗导数表达式，计算最小功率损耗的d轴电流参考值
Figure FDA0003724151500000025
所述降损策略执行模块，用于基于所述最小功率损耗的d轴电流参考值
Figure FDA0003724151500000031
通过电机侧变流器降损策略进行功率降损；
其中，所述电机侧变流器降损策略通过比例积分环节和空间矢量脉宽调制，获得降损开关驱动控制信号进行功率降损。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述铜损、铁损计算模块中双馈风力发电机参数，包括：定子q轴电流、定子d轴电流、定子电感、定子电阻和励磁电感。
11.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述降损策略执行模块，具体用于：
将定子q轴电压vqs和最小功率损耗的d轴电流参考值
Figure FDA0003724151500000032
输入到无功功率的参考值表达式中，获得d轴电流参考值
Figure FDA0003724151500000033
将电机端的有功功率P*与实际有功功率Pmeas通过PI调节器获得q轴电流参考值
Figure FDA0003724151500000034
将所述d轴电流参考值
Figure FDA0003724151500000035
和所述q轴电流参考值
Figure FDA0003724151500000036
通过比例积分环节转换成电机侧变流器的d轴电压参考值
Figure FDA0003724151500000037
和q轴电压参考值
Figure FDA0003724151500000038
将所述d轴电压参考值
Figure FDA0003724151500000039
和q轴电压参考值
Figure FDA00037241515000000310
通过空间矢量脉宽调制，获得电机侧变流器的降损开关驱动控制信号，进行功率降损。
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