[0052]如圖2所示，一種雙饋風(fēng)電變流器開(kāi)關(guān)頻率的控制方法，包括以下步驟:
[0053]I)檢測(cè)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速；
[0054]2)獲取開(kāi)關(guān)頻率優(yōu)化特性表，并通過(guò)查開(kāi)關(guān)頻率優(yōu)化特性表獲取對(duì)應(yīng)運(yùn)行轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器優(yōu)化開(kāi)關(guān)頻率fsw—_α);
[0055]21)確定開(kāi)關(guān)頻率優(yōu)化指標(biāo)及限值。
[0056]選取發(fā)電機(jī)定子電流PWM諧波Ish與轉(zhuǎn)速脈動(dòng)PWM分量ω ?作為開(kāi)關(guān)頻率優(yōu)化指標(biāo)。其限值的確定有兩種方法:I)可根據(jù)電網(wǎng)諧波以及機(jī)組軸系機(jī)械振動(dòng)技術(shù)要求分別確定定子電流PWM諧波限值Ishjiax和轉(zhuǎn)速脈動(dòng)PWM分量限值ω rh max；2)可通過(guò)實(shí)驗(yàn)或仿真獲取發(fā)電機(jī)最惡劣工況下(即額定開(kāi)關(guān)頻率、最高轉(zhuǎn)速、滿載以及最大過(guò)勵(lì)工作點(diǎn))的定子電流PWM諧波與轉(zhuǎn)速脈動(dòng)PWM分量值，將其作為優(yōu)化指標(biāo)限值。其中方法2)更便于工程實(shí)施。
[0057]22)確定優(yōu)化工作點(diǎn)的轉(zhuǎn)速坐標(biāo)。
[0058]開(kāi)關(guān)頻率優(yōu)化特性表由多個(gè)離散的優(yōu)化工作點(diǎn)組成，其橫坐標(biāo)為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，縱坐標(biāo)為優(yōu)化開(kāi)關(guān)頻率，相鄰優(yōu)化工作點(diǎn)之間應(yīng)間隔一定轉(zhuǎn)速差以確保機(jī)組控制穩(wěn)定性。各優(yōu)化工作點(diǎn)轉(zhuǎn)速坐標(biāo)的確定原則為:1)綜合考慮優(yōu)化性能與機(jī)組控制穩(wěn)定性。一般而言，優(yōu)化工作點(diǎn)設(shè)置越密集優(yōu)化性能越好，但可能不利于機(jī)組的控制穩(wěn)定性；2)由于PWM諧波變化顯著，同步轉(zhuǎn)速附近應(yīng)設(shè)置較多的優(yōu)化工作點(diǎn)。實(shí)際系統(tǒng)中可根據(jù)以上原則通過(guò)實(shí)驗(yàn)或仿真確定各優(yōu)化工作點(diǎn)的轉(zhuǎn)速坐標(biāo)。
[0059]23)確定優(yōu)化工作點(diǎn)的優(yōu)化開(kāi)關(guān)頻率。
[0060]如圖3所示，對(duì)于各個(gè)優(yōu)化工作點(diǎn)，適當(dāng)減小轉(zhuǎn)子側(cè)變流器開(kāi)關(guān)頻率使得發(fā)電機(jī)定子電流PWM諧波Ish和轉(zhuǎn)速脈動(dòng)PWM分量ω ?同時(shí)滿足優(yōu)化指標(biāo)sh〈Ish—max且ω rh<?rh_
max °
[0061]3)根據(jù)查得的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器優(yōu)化開(kāi)關(guān)頻率fSW ()pt(t)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)PWM脈沖周期Tpwm(t)，并根據(jù)PWM脈沖占空比D⑴產(chǎn)生PWM脈沖，控制轉(zhuǎn)子側(cè)變流器。
[0062]轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制器中每個(gè)PWM脈沖由當(dāng)前時(shí)刻的占空比D⑴與優(yōu)化開(kāi)關(guān)頻率fsw (jpt(t)共同確定。變開(kāi)關(guān)頻率運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子側(cè)控制器根據(jù)最優(yōu)開(kāi)關(guān)表輸出的開(kāi)關(guān)頻率fsw—_(t)實(shí)時(shí)更新當(dāng)前PWM脈沖的開(kāi)關(guān)周期TPWM(t) = l/fsw(t)，然后根據(jù)控制與調(diào)制算法計(jì)算得到的當(dāng)前占空比D(t)產(chǎn)生PWM脈沖。
[0063]占空比取決于調(diào)制算法、變流器直流母線電壓Vd。以及轉(zhuǎn)子電壓指令u Λ典型的調(diào)制算法包括正弦波脈沖寬度調(diào)制SPWM或空間矢量脈沖寬度調(diào)制SVPWM等，實(shí)際系統(tǒng)中它們?cè)谵D(zhuǎn)子側(cè)變流器控制器中通過(guò)數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)；直流母線電壓Vd。由控制器實(shí)時(shí)檢測(cè)得到；轉(zhuǎn)子電壓指令由轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制算法(如矢量控制或直接功率控制等)根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)到的電網(wǎng)電壓ug、定子電流^、轉(zhuǎn)子電流h、轉(zhuǎn)子位置角Θ 號(hào)計(jì)算得到。以SPWM調(diào)制為例，當(dāng)前時(shí)刻的占空比D(t) = 0.5+0.5m(t)，其中m(t) = 2u；(t)/Vdc(t)為當(dāng)前時(shí)刻調(diào)制參考波的瞬時(shí)值，優(yōu)化開(kāi)關(guān)頻率fsw—_(t)由開(kāi)關(guān)頻率優(yōu)化特性表根據(jù)當(dāng)前檢測(cè)到的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ωΓα)查表得到。
[0064]如圖4所示，圖為用于仿真的2MW雙饋風(fēng)電機(jī)組最大功率點(diǎn)跟蹤控制特性曲線。
[0065]如圖5和圖6所示，圖為開(kāi)關(guān)頻率優(yōu)化控制前后2麗雙饋風(fēng)電機(jī)組靜態(tài)性能仿真結(jié)果。從圖^a)46c)中可以看出:優(yōu)化前轉(zhuǎn)子側(cè)變流器運(yùn)行開(kāi)關(guān)頻率保持額定值fsw =2000Hz不變，雙饋發(fā)電機(jī)定子電流PWM諧波和轉(zhuǎn)速脈動(dòng)PWM分量均隨著轉(zhuǎn)子頻率f2降低而顯著減小。充分利用該特性，本發(fā)明提出以定子電流PWM諧波和轉(zhuǎn)速脈動(dòng)PWM分量為優(yōu)化指標(biāo)的開(kāi)關(guān)頻率優(yōu)化方法。如仿真結(jié)果所示，兩個(gè)優(yōu)化指標(biāo)的最大值均出現(xiàn)在發(fā)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速過(guò)勵(lì)滿載運(yùn)行條件。以此為限值，通過(guò)仿真計(jì)算，可得到如圖5所示的2MW雙饋風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器開(kāi)關(guān)頻率優(yōu)化特性表。圖^a) 46c)中優(yōu)化后的定子電流PWM諧波和轉(zhuǎn)速脈動(dòng)PWM分量有所增加，但并未超過(guò)最大限值，從而確保開(kāi)關(guān)頻率優(yōu)化后雙饋風(fēng)電機(jī)組仍能滿足系統(tǒng)電氣與機(jī)械運(yùn)行性能的要求。圖(6d)-(6f)對(duì)比了優(yōu)化前后轉(zhuǎn)子側(cè)變流器開(kāi)關(guān)器件的結(jié)溫與損耗情況。仿真結(jié)果表明，本發(fā)明提出的開(kāi)關(guān)頻率優(yōu)化控制技術(shù)能有效降低器件結(jié)溫與損耗，從而提高變流器運(yùn)行可靠性與效率。優(yōu)化控制效果在同步轉(zhuǎn)速點(diǎn)附近最為顯著，其中IGBT結(jié)溫波動(dòng)與平均結(jié)溫分別下降了約10°C與30°C，而損耗減少約45%。二極管的結(jié)溫與損耗下降與IGBT相似。
[0066]如圖7所示，圖為開(kāi)關(guān)頻率優(yōu)化控制前后雙饋風(fēng)電機(jī)組動(dòng)態(tài)性能仿真結(jié)果。其中粗實(shí)線為開(kāi)關(guān)頻率優(yōu)化后結(jié)果，細(xì)虛線為開(kāi)關(guān)頻率了優(yōu)化前結(jié)果。仿真中模擬了風(fēng)速突然下降的動(dòng)態(tài)運(yùn)行條件。為實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤運(yùn)行，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速按圖4所示的特性曲線逐漸下降。仿真結(jié)果表明:在開(kāi)關(guān)頻率優(yōu)化控制下，系統(tǒng)能夠動(dòng)態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行且開(kāi)關(guān)器件結(jié)溫與損耗顯著降低。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種雙饋風(fēng)電變流器開(kāi)關(guān)頻率的控制方法，提高雙饋風(fēng)電變流器運(yùn)行可靠性與效率，其特征在于，包括以下步驟: 1)檢測(cè)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速； 2)獲取開(kāi)關(guān)頻率優(yōu)化特性表，并通過(guò)查開(kāi)關(guān)頻率優(yōu)化特性表獲取對(duì)應(yīng)運(yùn)行轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器優(yōu)化開(kāi)關(guān)頻率fsw—_α); 3)根據(jù)查得的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器優(yōu)化開(kāi)關(guān)頻率fsw—_(t)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)PWM脈沖周期TPWM(t)，并根據(jù)PWM脈沖占空比D (t)產(chǎn)生PWM脈沖，控制轉(zhuǎn)子側(cè)變流器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙饋風(fēng)電變流器開(kāi)關(guān)頻率的控制方法，其特征在于，所述的步驟2)中獲取開(kāi)關(guān)頻率優(yōu)化特性表具體包括以下步驟: 21)選定發(fā)電機(jī)定子電流PWM諧波Ish與轉(zhuǎn)速脈動(dòng)PWM分量ω?作為開(kāi)關(guān)頻率優(yōu)化指標(biāo)，并確定其限值； 22)設(shè)定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與開(kāi)關(guān)頻率分別作為開(kāi)關(guān)頻率優(yōu)化特性表的橫、縱坐標(biāo)，逐步確定優(yōu)化工作點(diǎn)并繪制開(kāi)關(guān)頻率優(yōu)化特性表。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種雙饋風(fēng)電變流器開(kāi)關(guān)頻率的控制方法，其特征在于，所述的步驟21)中確定限值有以下兩種方法: 方法一:根據(jù)電網(wǎng)諧波以及機(jī)組軸系機(jī)械振動(dòng)技術(shù)要求分別確定定子電流PWM諧波限值Ishjiax和轉(zhuǎn)速脈動(dòng)PWM分量限值ω rh max； 方法二:獲取發(fā)電機(jī)最惡劣工況下的定子電流PWM諧波與轉(zhuǎn)速脈動(dòng)PWM分量值，將其作為優(yōu)化指標(biāo)限值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種雙饋風(fēng)電變流器開(kāi)關(guān)頻率的控制方法，其特征在于，所述的發(fā)電機(jī)最惡劣工況為額定開(kāi)關(guān)頻率、最高轉(zhuǎn)速、滿載和最大過(guò)勵(lì)工作。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種雙饋風(fēng)電變流器開(kāi)關(guān)頻率的控制方法，其特征在于，所述的步驟22)中各優(yōu)化工作點(diǎn)橫坐標(biāo)的確定原則為: 1)綜合考慮優(yōu)化性能與機(jī)組控制穩(wěn)定性，優(yōu)化工作點(diǎn)設(shè)置越密集優(yōu)化性能越好； 2)由于PWM諧波變化顯著，同步轉(zhuǎn)速附近應(yīng)設(shè)置較多的優(yōu)化工作點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種雙饋風(fēng)電變流器開(kāi)關(guān)頻率的控制方法，其特征在于，所述的步驟22)中各優(yōu)化工作點(diǎn)縱坐標(biāo)的確定原則為: 在各個(gè)優(yōu)化工作點(diǎn)中，減小轉(zhuǎn)子側(cè)變流器開(kāi)關(guān)頻率使得發(fā)電機(jī)定子電流PWM諧波1311和轉(zhuǎn)速脈動(dòng)PWM分量同時(shí)滿足優(yōu)化指標(biāo):I sh〈Ish—max和ω ?〈ω?—_。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙饋風(fēng)電變流器開(kāi)關(guān)頻率的控制方法，其特征在于，所述的步驟3)包括以下具體步驟: 31)根據(jù)PWM調(diào)制器的調(diào)制算法、變流器直流母線電壓Vd。以及轉(zhuǎn)子電壓指令u/，獲取PWM脈沖占空比D (t)；32)根據(jù)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器優(yōu)化開(kāi)關(guān)頻率fSW()pt(t)得到PWM脈沖的開(kāi)關(guān)周期Tpwm (t): TpiM (t) = l/fsw_out(t)； 33)根據(jù)PWM脈沖占空比D(t)和PWM脈沖的開(kāi)關(guān)周期Tpwm⑴確定轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制器中的PWM脈沖。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種雙饋風(fēng)電變流器開(kāi)關(guān)頻率的控制方法，其特征在于，所述的步驟31)中的PWM調(diào)制器的調(diào)制算法包括正弦波脈沖寬度SPWM算法和空間矢量脈沖寬度調(diào)制SVPWM算法。
9.一種實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-7所述的雙饋風(fēng)電變流器開(kāi)關(guān)頻率的控制方法的控制系統(tǒng)，包括風(fēng)電機(jī)組(I)、齒輪箱(2)、雙饋發(fā)電機(jī)(3)、變壓器(4)、電網(wǎng)母線(5)、轉(zhuǎn)子側(cè)變流器(6)、網(wǎng)側(cè)變流器(7)和濾波器(8)，所述的風(fēng)電機(jī)組(1)、齒輪箱(2)、雙饋發(fā)電機(jī)(3)的轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子側(cè)變流器￠)、網(wǎng)側(cè)變流器(7)、濾波器(8)、變壓器(4)和電網(wǎng)母線(5)依次連接，所述的雙饋發(fā)電機(jī)(3)的定子與變壓器(4)連接，其特征在于，該系統(tǒng)還包括轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制器(9)和PWM調(diào)制器(10)，所述的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制器(9)通過(guò)PWM調(diào)制器(10)與轉(zhuǎn)子側(cè)變流器(6)連接。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種雙饋風(fēng)電變流器開(kāi)關(guān)頻率的控制方法及系統(tǒng)，該方法包括以下步驟：1)檢測(cè)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速；2)獲取開(kāi)關(guān)頻率優(yōu)化特性表，并通過(guò)查開(kāi)關(guān)頻率優(yōu)化特性表獲取對(duì)應(yīng)運(yùn)行轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器優(yōu)化開(kāi)關(guān)頻率fsw_opt(t)；3)根據(jù)查得的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器優(yōu)化開(kāi)關(guān)頻率fsw_opt(t)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)PWM脈沖周期TPWM(t)，并根據(jù)PWM脈沖占空比D(t)產(chǎn)生PWM脈沖，控制轉(zhuǎn)子側(cè)變流器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能在不影響風(fēng)電機(jī)組其它運(yùn)行性能的前提下提高變流器運(yùn)行可靠性與效率，且具有簡(jiǎn)便經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】H02M5-458, H02J3-38
【公開(kāi)號(hào)】CN104795835
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510136652
【發(fā)明人】向大為, 王傳東
【申請(qǐng)人】同濟(jì)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年3月26日