[發明專利]雙饋型風力發電機轉子位置角的自適應觀測方法

有效

• 申請號: 201810949792.5
• 申請日: 2018-08-20
• 公開（公告）號: CN109039196B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 吳丹琦;楊俊華;鄒子君
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H02P21/13
• 分類號: H02P21/13;H02P21/18;H02P9/00;H02P101/15
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

1.雙饋型風力發電機轉子位置角的自適應觀測方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：在三相靜止坐標系A-B-C中構建雙饋風力發電機的數學模型；

S2：根據坐標變換法，得到雙饋型風力發電機在兩相靜止α-β坐標系下的數學模型，構建參考模型和可調模型；

S3：將參考模型和可調模型輸入模型參考自適應系統，得到轉子位置角觀測模型；

S4：通過轉子位置角觀測模型進行風力發電機轉子位置角的自適應觀測；

所述步驟S1包括以下步驟：

S11：構建三相定轉子繞組的電壓方程：設發電機氣隙均勻且不計鐵芯飽和，則雙饋型風力發電機數學模型的定轉子電壓方程的矩陣形式為：

其中，U為定子和轉子繞組端電壓矩陣，I為定子和轉子繞組電流矩陣，R為定子和轉子繞組電阻矩陣，ψ為定子和轉子繞組磁鏈矩陣；

其中：

U＝[u_sA u_sB u_sC u_ra u_rb u_rc]^T，

I＝[i_sA i_sB i_sC i_ra i_rb i_rc]^T，

R＝diag[R_s R_s R_s R_r R_r R_r]^T，

ψ＝[ψ_sA ψ_sB ψ_sC ψ_ra ψ_rb ψ_rc]^T，

其中，下標s表示定子側參數，定子三相繞組的電氣值由下標sA、sB、sC表示，其空間位置相差120°并成對稱分布；三相定子繞組的電阻均為R_s；下標r表示轉子側參數，轉子三相繞組的電氣值由下標ra、rb、rc表示，其空間位置固定且相差120°并成對稱分布；三相轉子繞組的電阻均為R_r；

則三相定子繞組電壓平衡方程為：

三相轉子繞組電氣參數折算到定子側后的電壓平衡方程為：

S12：構建三相定轉子繞組磁鏈方程：繞組磁鏈是其自感繞組和其他繞組對其的互感繞組之和，雙饋型風力發電機數學模型的定轉子磁鏈方程的矩陣形式為：

ψ＝-LI；

其中，L為定子和轉子繞組電感矩陣，表示為：

其中：

其中，M_s為與一相定子繞組交鏈的最大互感磁通對應的定子繞組互感；M_r為與一相轉子繞組交鏈的最大互感磁通對應的轉子繞組互感；M_sr為定子和轉子繞組之間的互感，M_sr＝2M_s＝2M_r；L_ss為定子繞組自感，L_ss＝2M_s+L_sσ，其中，L_sσ為定子繞組漏感；L_rr為轉子繞組自感，L_rr＝2M_r+L_rσ，其中，L_rσ為轉子繞組漏感；θ_r為轉子a相軸線與定子A相軸線間夾角，即為轉子位置角；

S13：構建三相電磁轉矩方程：假定雙饋發電機的電磁轉矩為T_e，雙饋型風力發電機電磁轉矩表達式為：

其中，p為雙饋型風力發電機極對數；

S14：構建轉子運動方程：忽略電力拖動系統中粘性摩擦和扭轉彈性，各個轉矩之間的平衡關系：

其中，ω_r為轉子旋轉電角速度；T_e為發電機電磁轉矩；T_m為發電機機械轉矩；j為發電機轉動慣量；k_F為阻尼系數；k_θ為扭轉彈性轉矩系數；p為雙饋型風力發電機極對數；

所述步驟S2具體為：

S21：采用幅值不變原則進行坐標變換，將三相靜止坐標系A-B-C變換為兩相靜止坐標系α-β，坐標變換后得到雙饋型風力發電機在兩相靜止α-β下的數學模型，具體方程如下：

定子的電壓方程：

定子的磁鏈方程：

轉子電壓方程：

轉子磁鏈方程：

其中，u_sα和u_sβ分別是在α軸和β軸上的定子電壓，ψ_sα和ψ_sβ分別是在α軸和β軸上的定子磁鏈，u_ra和u_rβ分別是在α軸和β軸上的轉子電壓，ψ_rα和ψ_rβ分別是在α軸和β軸上的轉子磁鏈；R_s和R_r分別為定子和轉子繞組電阻，L_s、L_r和L_m分別為α-β坐標系下定子等效電感、轉子等效電感、以及定子和轉子等效互感；i_sα和i_sβ分別為定子電流的α軸分量和β軸分量，i_rα和i_rβ分別為轉子電流的α軸分量和β軸分量；p為微分算子即代替

根據兩相靜止在α-β坐標系下的數學模型得到兩種雙饋型磁鏈模型：

第一種模型：

第二種模型：

S22：第一種雙饋型磁鏈模型中，磁鏈模型與定子電壓、定子電流有關，與轉子轉速無關，故將第一種雙饋型磁鏈模型作為參考模型；

S23：第二種雙饋型磁鏈模型中，磁鏈模型與定子電壓、定子電流以及轉子轉速均有關，故將第二種雙饋型磁鏈模型作為可調模型；

所述步驟S3包括以下步驟：

S31：對可調模型進行變換，得：

其中，為待觀測的物理量；

S32：定義廣義偏差e為：

則有：

令e＝[e_sα e_sβ]^T，則有：

將e和w代入波波夫積分不等式中，可得：

取的自適應率為：

整理得到：

將上式分解為兩個不等式，有：

其中，不等式具有相同的積分結構，并且針對的自適應率相同，故可進一步分解為：

式中，均為有限正實數；結合不等式：

取函數k_if(t)使其滿足：

可得：

取：

得到的自適應率為：

故：

式中，ε為基于模型參考自適應的轉子位置角觀測模型。