混合励磁风力发电系统的最大功率跟踪与母线电压协调控制方法

摘要

本发明涉及一种混合励磁风力发电系统的最大功率跟踪与母线电压协调控制方法，该方法通过调节励磁机的励磁电流实现最大功率跟踪与母线电压的协调控制。励磁电流由动态分量和稳态分量组成。不仅动态响应好，而且算法简单实用，便于实现。由于需要调节的是励磁机的励磁电流，磁场控制能效高、励磁控制器容量小、成本低、可靠性高。

主权项

1.一种混合励磁风力发电系统的最大功率跟踪与母线电压协调控制方法，其特征在于该方法的步骤如下：(1)根据实时检测的风速v，结合发电机转速、风速、风力机输出功率的关系表，通过查表得到对应检测的风速v下，跟踪最大功率的发电机指令转速ω^*；(2)将检测的发电机实际转速ω_bak与指令转速ω^*相比较，其差值Δω＝ω_bak-ω^*通过比例积分运算I，得到励磁电流动态分量Δ_fd；比例积分运算I通过下式实现：ΔI_fd＝K_NP*Δω+K_NI*∫Δωdt其中，K_NP为转速比例系数，K_NI为转速积分系数；(3)根据检测的发电机实际转速ω_bak、母线电压U_dc和母线电流I_dc，通过稳态励磁电流的计算，得到励磁电流稳态分量I_fs；稳态励磁电流的计算通过下式实现：$I_{\mathrm{fs}}=\frac{{\lambda }_{\mathrm{hybrid}}-{\lambda }_{\mathrm{PM}}}{M_{\mathrm{af}}}$其中${\lambda }_{\mathrm{hybrid}}=\frac{[I_{\mathrm{dc}}{K}_I\sin \delta X_d+U_{\mathrm{dc}}\cos \delta /K_U+I_{\mathrm{dc}}{K}_1{R}_S\cos \delta ]*\sqrt{2}}{{\omega }_{\mathrm{bak}}},$$\delta =\arctan \left(\frac{I_S{X}_q}{I_S{R}_S+U_S}\right)=\arctan \left(\frac{I_{\mathrm{dc}}{K}_1{X}_q}{I_{\mathrm{dc}}{K}_1{R}_S+U_{\mathrm{dc}}/K_U}\right)$λ_hybrid为空载合成气隙磁链，λ_PM为永磁磁链，M_af为电励磁和定子d轴电枢的互感，δ为功率角，I_s为相电流有效值，U_s为相电压有效值，X_d为直轴同步电抗，X_q为交轴同步电抗，R_s为电枢绕组电阻，K_U、K_I分别为不可控整流的电压、电流系数，其值与电机绕组连接方式及相数有关；(4)根据步骤(2)得到的励磁电流动态分量ΔI_fd和步骤(3)得到的励磁电流稳态分量I_fs进行合成励磁电流的计算，得到合成励磁电流I_f^*；合成励磁电流的计算通过下式实现：$I_f^{*}=\Delta I_{\mathrm{fd}}+I_{\mathrm{fs}}$(5)将步骤(4)得到的合成励磁电流I_f^*与检测的励磁电流I_{f_bak}相比较，其差值经过比例积分运算II，得到励磁机的励磁电压U_f；比例积分运算II通过下式实现：U_f＝K_IP*ΔI_f+K_II*∫ΔI_fdt其中，K_IP为励磁电流比例系数，K_II为励磁电流积分系数；(6)将步骤(5)得到的励磁电压U_f经过占空比的计算，得到PWM驱动信号，驱动励磁控制器的全桥变换器，实现混合励磁风力发电系统的最大功率跟踪与母线电压的协调控制；占空比的计算通过下式实现：$U_f=\frac{t_{\mathrm{on}}}{T}E-\frac{T-t_{\mathrm{on}}}{T}E=(2\frac{t_{\mathrm{on}}}{T}-1)E=(2\rho -1)E$其中，ρ为占空比，t_on为开通时间，T为开关周期，E为直流电源电压。