永磁直驅(qū)風力發(fā)電機電磁扭矩控制方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及風電技術領域，尤其涉及一種永磁直驅(qū)風力發(fā)電機電磁扭矩控制方法 及裝置。
【背景技術】
[0002] 永磁直驅(qū)風力發(fā)電機屬于大功率發(fā)電機，其功率一般超過1. 5MW，額定扭矩可以達 到80萬N?m以上，當前沒有如此大量程的扭矩傳感器。
[0003] 傳統(tǒng)永磁直驅(qū)風力發(fā)電機矢量控制中，發(fā)電機的電磁扭矩采用開環(huán)控制。具體的， 發(fā)電機的電磁扭矩采用公式Te=l.SpjTDflq+ad-I^Idlq)計算，由于在大功率永磁直驅(qū)發(fā) 電機中Ld-Lq~0,電磁扭矩采用近似公式1\= 1.5pni])fIq計算，其中Iq為交軸電流。因此， 可通過PI調(diào)節(jié)器控制實際交軸電流跟蹤交軸電流的給定值，從而實現(xiàn)發(fā)電機電磁扭矩的 開環(huán)控制。
[0004] 在實現(xiàn)上述電磁扭矩控制的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術中至少存在如下問題： 在永磁直驅(qū)風力發(fā)電機實際運行過程中，發(fā)電機磁鏈值丨1受溫度變化或制造偏差的影響 會出現(xiàn)±10%的變化，發(fā)電機磁鏈值±10%的變化導致發(fā)電機電磁扭矩的控制精度只能 達到±10%。當發(fā)電機電磁扭矩變化超過電磁扭矩給定值10%時，會導致風力發(fā)電機超發(fā) 故障停機；當發(fā)電機電磁扭矩變化小于電磁扭矩給定值10%時，會導致風力發(fā)電機欠發(fā)損 失發(fā)電量。上述超發(fā)和欠發(fā)現(xiàn)象都會導致發(fā)電機的發(fā)電效率降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的實施例提供了一種永磁直驅(qū)風力發(fā)電機電磁扭矩控制方法及裝置，提高 了發(fā)電機電磁扭矩的控制精度，避免了超發(fā)和欠發(fā)現(xiàn)象的發(fā)生，從而提高了發(fā)電機的發(fā)電 效率。
[0006] 為達到上述目的，本發(fā)明的實施例采用如下技術方案：
[0007] 一方面，本發(fā)明提供一種永磁直驅(qū)風力發(fā)電機電磁扭矩控制方法，包括：
[0008] 根據(jù)發(fā)電機扭矩的實際值和發(fā)電機扭矩的給定值控制發(fā)電機電磁扭矩的實際值 跟蹤發(fā)電機電磁扭矩的給定值。
[0009] 另一方面，本發(fā)明提供一種永磁直驅(qū)風力發(fā)電機電磁扭矩控制裝置，包括：
[0010] 控制模塊，用于根據(jù)發(fā)電機扭矩的實際值和發(fā)電機扭矩的給定值控制發(fā)電機電磁 扭矩的實際值跟蹤發(fā)電機電磁扭矩的給定值。
[0011] 本發(fā)明實施例的永磁直驅(qū)風力發(fā)電機電磁扭矩控制方法及裝置，根據(jù)發(fā)電機扭矩 的實際值和發(fā)電機扭矩的給定值控制發(fā)電機電磁扭矩的實際值跟蹤發(fā)電機電磁扭矩的給 定值，實現(xiàn)了對發(fā)電機電磁扭矩的給定值的閉環(huán)跟蹤，提高了發(fā)電機電磁扭矩的控制精度， 避免了超發(fā)和欠發(fā)現(xiàn)象的發(fā)生，從而提高了發(fā)電機的發(fā)電效率。
【附圖說明】
[0012] 圖1為永磁直驅(qū)風力發(fā)電機組的拓撲結構示意圖；
[0013] 圖2為本發(fā)明提供的永磁直驅(qū)風力發(fā)電機電磁扭矩控制方法一個實施例的流程 示意圖；
[0014] 圖3為對發(fā)電機電磁扭矩閉環(huán)控制的流程示意圖；
[0015] 圖4為本發(fā)明提供的永磁直驅(qū)風力發(fā)電機電磁扭矩控制方法又一個實施例的流 程不意圖；
[0016] 圖5為本發(fā)明提供的永磁直驅(qū)風力發(fā)電機電磁扭矩控制方法又一個實施例的流 程不意圖；
[0017] 圖6為本發(fā)明提供的永磁直驅(qū)風力發(fā)電機電磁扭矩控制裝置一個實施例的結構 示意圖；
[0018] 圖7為本發(fā)明提供的永磁直驅(qū)風力發(fā)電機電磁扭矩控制裝置又一個實施例的結 構示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 在對本發(fā)明的永磁直驅(qū)風力發(fā)電機電磁扭矩控制方法及裝置進行描述之前，先來 介紹一下永磁直驅(qū)風力發(fā)電機組的拓撲結構。
[0020] 圖1為永磁直驅(qū)風力發(fā)電機組的拓撲結構示意圖。如圖1所示，葉輪11直接驅(qū)動 永磁直驅(qū)風力發(fā)電機12運行，永磁直驅(qū)風力發(fā)電機12輸出端連接發(fā)電機開關柜13，發(fā)電機 開關柜13起到過流斷路保護的作用，發(fā)電機開關柜13的輸出端連接發(fā)電機側(cè)RLC濾波器 14,發(fā)電機側(cè)RLC濾波器14起到降低Du/Dt的濾波作用，發(fā)電機側(cè)RLC濾波器14的輸出端 與發(fā)電機側(cè)三相逆變器15連接，發(fā)電機側(cè)三相逆變器15的輸出端與網(wǎng)側(cè)逆變器及電網(wǎng)系 統(tǒng)16連接。
[0021 ] 下面結合附圖對本發(fā)明實施例永磁直驅(qū)風力發(fā)電機電磁扭矩控制方法及裝置進 行詳細描述。
[0022] 實施例一
[0023] 圖2為本發(fā)明提供的永磁直驅(qū)風力發(fā)電機電磁扭矩控制方法一個實施例的流程 示意圖。本實施例的永磁直驅(qū)風力發(fā)電機電磁扭矩控制方法具體可以包括以下步驟：
[0024] 根據(jù)發(fā)電機扭矩的實際值Tac;tiTC和發(fā)電機扭矩的給定值T控制發(fā)電機電磁扭矩 的實際值Te_ac;tiJl蹤發(fā)電機電磁扭矩的給定值Te
[0025] 具體的，本步驟中的發(fā)電機扭矩T具體可以為發(fā)電機電磁扭矩I；或發(fā)電機輸出扭 矩。發(fā)電機電磁扭矩的給定值T@f根據(jù)發(fā)電機的主控制器的控制策略獲得。
[0026] 上述步驟具體可以包括以下步驟：
[0027]S201，計算發(fā)電機扭矩的實際值Taetive和發(fā)電機扭矩的給定值!\#之間的扭矩差值 Tdiff。
[0028]S202,根據(jù)扭矩差值Tdiff調(diào)節(jié)發(fā)電機交軸電流的給定值Iuef，使得發(fā)電機電磁扭 矩的實際值Te_ac;tiTC穩(wěn)定在發(fā)電機電磁扭矩的給定值Te 附近。
[0029] 具體的，如圖3所示為對發(fā)電機電磁扭矩閉環(huán)控制的流程示意圖。將發(fā)電機扭矩 的實際值Tac;tive和發(fā)電機扭矩的給定值T 之間的扭矩差值Tdiff=Tac;tiTC-TM^為扭矩PI 調(diào)節(jié)器的輸入，以調(diào)節(jié)發(fā)電機交軸電流的給定值Iq_Mf，從而調(diào)節(jié)發(fā)電機矢量控制器中發(fā)電 機電磁扭矩的給定值（TeMf= 1.SpuiDflgJ，以實現(xiàn)對發(fā)電機電磁扭矩的給定值TeMf的閉 環(huán)跟蹤，即實現(xiàn)對發(fā)電機電磁扭矩I；的閉環(huán)控制。
[0030] 本實施例的永磁直驅(qū)風力發(fā)電機電磁扭矩控制方法，根據(jù)發(fā)電機扭矩的實際值和 發(fā)電機扭矩的給定值控制發(fā)電機電磁扭矩的實際值跟蹤發(fā)電機電磁扭矩的給定值，實現(xiàn)了 對發(fā)電機電磁扭矩的給定值的閉環(huán)跟蹤，即實現(xiàn)了對發(fā)電機電磁扭矩的閉環(huán)控制，提高了 發(fā)電機電磁扭矩的控制精度，避免了超發(fā)和欠發(fā)現(xiàn)象的發(fā)生，從而提高了發(fā)電機的發(fā)電效 率。
[0031] 實施例二
[0032] 圖4為本發(fā)明提供的永磁直驅(qū)風力發(fā)電機電磁扭矩控制方法又一個實施例的流 程示意圖。如圖4所示，本實施例的永磁直驅(qū)風力發(fā)電機電磁扭矩控制方法給出了圖2所 示實施例的永磁直驅(qū)風力發(fā)電機電磁扭矩控制方法的一種具體實現(xiàn)方式（根據(jù)發(fā)電機電 磁扭矩的實際值和發(fā)電機電磁扭矩的給定值控制發(fā)電機電磁扭矩的實際值跟蹤發(fā)電機電 磁扭矩的給定值），本實施例的永磁直驅(qū)風力發(fā)電機電磁扭矩控制方法具體可以包括：
[0033] S401，根據(jù)發(fā)電機定子繞組的實際溫度taetive和初始溫度ts下發(fā)電機定子繞組的 初始電阻值Rs計算得到發(fā)電機定子繞組的實際電阻值Rartive。
[0034] 具體的，在發(fā)電機實際運行過程中，發(fā)電機定子繞組的溫度t會發(fā)生變化，進而導 致發(fā)電機定子繞組的電阻值R會發(fā)生變化。由于發(fā)電機定子繞組在初始溫度％下的初始 電阻值Rs已知，且發(fā)電機定子繞組的電阻值R隨溫度每上升（下降）1度上升（下降）的 百分比K可以通過測量得到，當前發(fā)電機定子繞組的實際溫度tac;tiV6可以通過安裝在發(fā)電 機定子繞組上的溫度傳感器測量得到，因此當前發(fā)電機定子繞組的實際溫度tac;tive下，發(fā)電 機定子繞組的實際電阻值Rac;tive可以通過以下公式計算得到：
[0035] Ractive=((tactive-ts)*K+100% )RS
[0036] S402,根據(jù)發(fā)電機定子繞組的實際電阻值Raetive和發(fā)電機相電流的實際值Iaetive計 算得到發(fā)電機銅損功率的實際值P?_ac;tiTC。
[0037] 具體的，發(fā)電機定子繞組的實際電阻值Raetive已通過上述步驟S401計算得到，發(fā) 電機相電流的實際值Iac;tive可以通過發(fā)電機側(cè)逆變器采樣得到，因此當前發(fā)電機銅損功率 的實際值Pra_a。^可以通過以下公式計算得到：
[0038]
[0039] 對于三相發(fā)電機而言，可以通過發(fā)電機側(cè)三相逆變器采樣發(fā)電機三相電流的瞬時 值Ia、Ib、I。，計算發(fā)電機三相電流的有效值IaMS、Ib ,ms、I。,ms，發(fā)電機三相定子繞組的實際電 阻值^^、^^、^^可以分別根據(jù)發(fā)電機三相定子繞組的實際溫度!：^^、、。^』、 tac;tiTC_。計算得到，因此當前發(fā)電機銅損功率的實際值P?_a。^可以通過以下公式計算得到：
[0040]
[0041] 為了簡化計算，發(fā)電機銅損功率的實際值Praa。^可以通過以下公式計算得到：
[0042] Irms-avg= (I a-rms+Ib-rms+Ic- rms)/3
[0043]
[0044] S403,根據(jù)發(fā)電機相電流的實際值Iaetive和發(fā)電機端電壓的實際值Uaetive計算得到 發(fā)電機輸出有功功率的實際值
[0045] 具體的，對于三相發(fā)電機而言，可以通過發(fā)電機側(cè)三相逆變器采樣發(fā)電機三相電 流的瞬時值Ia、Ib、I。和發(fā)電機端電壓（直流電壓）Ud、Uq，通過坐標變換得到發(fā)電機的直軸 電流Id和交軸電流I，，^、仏分別為逆變器矢量