[發明專利]一種模塊分離式風力發電機控制系統及方法

有效

• 申請號: 201710285067.8
• 申請日: 2017-04-27
• 公開（公告）號: CN107147338B
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發明（設計）人: 閆士杰;張坤;張化光;高文忠
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: H02P9/30
• 分類號: H02P9/30;H02P21/26;H02P21/18;H02P101/15
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

1.一種模塊分離式風力發電機控制系統的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：三組永磁同步發電機無速度傳感器控制單元同時采集電機側的A相、B相、C相電流檢測信號壓和零序載波電壓信號；

步驟2：三組永磁同步發電機無速度傳感器控制單元分別根據所采集電機側的A相、B相、C相電流檢測信號壓和零序載波電壓信號，協調控制獲得PWM信號；

步驟2-1：根據零序載波電壓信號獲得轉子速度估計值，并同時發送至每個控制單元，實現單元間通信；

步驟2-1-1：利用數模轉換技術采集定子模塊的零序載波電壓信號，并將采集來的電壓信號進行帶通濾波；

步驟2-1-2：將帶通濾波后的電壓信號與高頻余弦電壓信號相乘，獲得包含位置和轉速信息的電流信號；

步驟2-1-3：采用PI算法獲得轉子轉速估計值，將轉速估計值通過積分器獲得轉子相角估計值，用于坐標轉換；

步驟2-2：構建無向圖來描述三個控制單元間的通信關系，并建立各個單元的鄰接權重矩陣；所述鄰接權重矩陣為對稱矩陣，該矩陣行和列都為3；矩陣中的元素為0或1，當無速度傳感器控制單元間存在通信關系時，元素為1，否則為0；

步驟2-3：根據構建的無向圖建立各個控制單元的鄰接權重矩陣，并根據轉速估計值、給定轉速值、同步誤差補償系數和鄰接權重矩陣建立系統誤差矩陣；

步驟2-4：通過設定實數矩陣和設定值，根據建立的系統誤差矩陣得到分布式協同控制器的輸出值；

步驟2-5：根據采集的A相、B相和C相電流和分布式協同控制器輸出值，根據上述輸出和采樣值獲得兩相靜止坐標系下直軸參考電壓和交軸參考電壓，再采用空間矢量調制獲得輸出的PWM信號；

步驟3：PWM信號改變定子電壓和頻率，實現各個定子單元協同控制、最大功率追蹤和最大效率利用風能；

步驟4：電網側控制單元采集電網A相、B相和C相電流電壓信號和逆變電路直流側電壓信號作為控制單元的輸入，通過控制單元控制產生PWM信號作為H橋五電平逆變器的控制信號；

所述模塊分離式風力發電機控制系統，包含模塊分離式永磁同步發電機、三組永磁同步發電機無速度傳感器控制單元、H橋五電平逆變器、電網側控制單元及LC濾波電路；其中，三組永磁同步發電機無速度傳感器控制單元通過并聯的方式協調控制模塊分離式永磁同步發電機的三個定子單元；模塊分離式永磁同步發電機的整圓定子采用分瓣式結構，先將定子單元根據拆分規則分成t₀個獨立的子模塊，再將相鄰的三個子模塊通過繞組換相連接和星型連接方式組成定子單元；其中三個定子單元共用一個轉子，轉子采用表貼結構；

所述的永磁同步發電機無速度傳感器控制單元包括控制單元和PWM整流器單元，所述的控制單元通過相互通信實現模塊分離式永磁同步電機的協同控制；

所述的控制單元包括分布式協同控制器、轉速與位置估算單元和電流控制單元；其中，轉速與位置估算單元輸出的每個定子單元的轉速值作為分布式協同控制器的輸入，分布式協同控制器輸出的最優電流控制量作為電流控制單元的輸入，電流控制單元輸出兩相靜止坐標系下的直軸參考電壓和交軸參考電壓通過SVPWM發生器獲得PWM整流電路驅動信號作為PWM整流器單元的輸入，PWM整流器單元輸出的直流電壓相互串聯作為H橋五電平逆變器的輸入直流電壓，電網側控制單元產生PWM信號來控制H橋五電平逆變器的輸出，再通過LC濾波電路得到濾波后的三相正弦交流電。

2.根據權利要求1所述模塊分離式風力發電機控制系統的控制方法，其特征在于，所述步驟2-3的同步誤差補償系數為兩個定子單元的轉動慣量比值；系統誤差矩陣為3行1列的矩陣，其中的元素為其中一個控制單元轉速估計值與其他控制單元轉速估計值之差乘以系數1，加上其中一個控制單元轉速估計值與給定轉速估計值之差乘以系數2；此中的系數1為鄰接權重矩陣中的元素與相應同步誤差補償系數的乘積；系數2值都為1。