永磁直驱风电机组的最大可用转矩弱磁控制方法

摘要

本发明涉及风力发电领域，具体将是一种用于永磁直驱风电机组的最大可用转矩弱磁控制方法，其特征在于：获取永磁直驱风电机组的最大风能跟踪设计曲线：，在给定的转速下，以直、交轴电流为优化变量，离线求解约束最优化问题，记该最优化问题的优化变量解为，得到最大可用转矩弱磁控制方法的弱磁电流给定；以适当的步长改变转子转速，即令；将得到的一系列(，)点连成曲线，从而获取各个转速下的弱磁电流给定曲线。根据风电机组控制有其自身的特殊性，即机组的整体控制策略使得永磁同步发电机的转矩指令与当前转速呈现一一对应的关系。这就为简化风电机组的弱磁控制器设计提供了可能。

主权项

永磁直驱风电机组的最大可用转矩弱磁控制方法，其特征在于：步骤a、获取永磁同步发电机的电气参数：包括空载额定电压U_N，定子额定电流I_N，定子直轴电感L_d，交轴电感L_q，定子电阻R，转子磁链幅值ψ_r，极对数n_p；步骤b、获取背靠背变流器的电气参数：包括额定直流母线电压U_dcN，直流母线电压调制比k_dc；步骤c、获取永磁直驱风电机组的最大风能跟踪设计曲线：T_e^*＝MPPT(ω_r)，式中ω_r为转速；T_e^*表示发电机转矩的指令值，T_e为发电机转矩实际值；步骤d、开始获取最大可用转矩弱磁控制曲线，首先初始化转速变量ω_r＝ω_rmin，ω_rmin为最低并网转速；步骤e、在给定的转速ω_r下，以直、交轴电流i_d,i_q为优化变量，离线求解下述约束最优化问题：$\underset{i_d,i_q}{min}{T}_e=\frac{3}{2}{n}_p({\psi }_r{i}_q+(L_d-L_q\left)i_d{i}_q\right)$$\begin{array}{cc}s.t.& {({\mathrm{Ri}}_d-{\omega }_r{L}_q{i}_q)}^2+{({\mathrm{Ri}}_q+{\omega }_r{L}_d{i}_d+{\omega }_r{\psi }_r)}^2\le {k_{dc}}^2{U_{dcN}}^2\end{array}$i_d²+i_q²≤2I_N²i_d≤0i_q≤0记该最优化问题的优化变量解为i_dOPT,i_qOPT；给定转速ω_r是指代步骤d设定的初始转速值或者经过步骤g算得的新转速值ω_r，i_d为永磁同步发电机定子的直轴电流，i_q则为永磁同步发电机定子的交轴电流，表示求“使得T_e达到最小”的一组i_d,i_q的值，即i_dOPT,i_qOPT；步骤f、得到最大可用转矩弱磁控制方法的弱磁电流给定i_d^*＝i_dOPT；步骤g、按设计所需，以适当的步长Δω_r改变转子转速ω_r，即令ω_r＝ω_r+Δω_r；步骤h、若ω_r尚未到最高并网转速ω_rmax，则重复步骤e，若已达到最高转速则进行下一步；步骤i、将得到的一系列(ω_r，i_d^*)点连成曲线，从而获取各个转速下的弱磁电流给定曲线i_d^*＝MAT(ω_r)；MAT表示最大可用转矩Maximum Available Torque；步骤j、在线实现的转矩与弱磁控制器的输入为转速ω_r，输出为q轴电流给定指令i_q^*与弱磁电流给定指令i_d^*；所述控制器包括MPPT转矩单元、MAT弱磁单元以及q轴电流给定单元；步骤k、转速ω_r一方面输入MPPT转矩单元，通过式T_e^*＝MPPT(ω_r)得到输出的转矩指令T_e^*；步骤l、转速ω_r另一方面输入MAT弱磁单元，通过式i_d^*＝MAT(ω_r)得到输出的弱磁电流给定指令i_d^*；步骤m、转矩指令T_e^*与弱磁电流给定指令i_d^*输入q轴电流给定单元，通过式得到输出的q轴电流给定指令i_q^*。