基于可变开关频率的风力发电双馈变流器SVPWM的控制方法

摘要

本发明公开了基于可变开关频率的风力发电双馈变流器SVPWM的控制方法，双馈电机正常并网发电情况下，采样电机转子侧三相电流，将三相静止坐标系的电压值转换到两相同步旋转坐标系，通过光电编码器采样电机转子的转速，根据风功率曲线得到对应转速下的转矩，再计算出机侧的q轴电流分量；将得到的两相旋转坐标系下的电流值作为反馈值、变流器q轴电流分量作为给定值，通过计算得到电流给定值，共同输入到变流器机侧电流给定的PID环节，计算出给定的电流值，得到两相静止坐标系下的，同时根据变流器q轴电流的给定和反馈值，计算出SVPWM的频率；根据机侧变流器三相桥臂的开关函数不同值，得到三相桥式电路的上管和下管的导通或关断。

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电机拖动技术，尤其是涉及一种可变开关频率的风力发电 双馈变流器SVPWM的控制策略，属于电力电子及电力拖动领域。

背景技术

在双馈式风力发电变流器的应用中，一般采用网侧、机侧双SVPWM控制 技术。双SVPWM变换器具有良好的输入、输出特性，功率可以双向流动，实 现网侧，机侧都能吸收或者发出能量；利用电压矢量定向，计算得到分解出来的 d，q轴分量，从而进行分别控制。其中，以往的SVPWM调制，开关频率是固 定的一个常数，在高风速的情况下，双馈风力发电机馈入电网的功率比较高，电 流较大，此时，相对较高的开关频率会使开关器件温升过高；而在低风速情况下， 双馈电机输入电网的功率比较小，此时，相对较高的开关频率使开关器件损耗加 大，又会影响系统的效率。因此，可以得出结论，在风速变化幅度较大的风场， 固定开关频率的SVPWM控制策略并不是较好的解决方案。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提出了风力发电双馈变流器SVPWM的 控制策略，其技术方案为：一种基于可变开关频率的风力发电双馈变流器SVPWM 的控制方法，

步骤一、双馈电机正常并网发电情况下，采样电机转子侧三相电流，将三相 静止坐标系的电压值转换到两相同步旋转坐标系，得出两相旋转坐标系下的电流 值；

步骤二、双馈电机正常并网发电情况下，通过光电编码器采样电机转子的转 速，根据风功率曲线得到对应转速下的转矩，再计算出机侧的q轴电流分量；

步骤三，将步骤一中得到的两相旋转坐标系下的电流值作为反馈值，将步骤 二中得到的变流器q轴电流分量作为给定值，通过计算得到电流给定值（Id₂）， 共同输入到变流器机侧电流给定的PID环节，计算出给定的电流值 （PID_Iq,PID_Id），通过反变换函数得到两相静止坐标系下的电压的α,β值 （U_α,U_β），同时根据变流器q轴电流（Iq）的给定和反馈值，通过函数计算出 SVPWM的频率；

步骤四、进行SVPWM计算，根据机侧变流器三相桥臂的开关函数不同值，得 到三相桥式电路的上管和下管的导通或关断。

本发明的有益效果：在本发明中，根据变流器机侧q轴电流调节功率器件 的开关频率，优化了双馈式风电变流器功率器件IGBT开关频率的控制策略，进 一步平衡了变流器的输出谐波和功率器件的开关损耗，提高了变流器的输出效率。

附图说明

图1是基于可变开关频率的风电双馈变流器SVPWM控制的原理图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明作具体介绍如下。

实施环节一：如图1所示，双馈电机正常并网发电情况下，采样电机转子侧 三相电流，将三相静止坐标系的电压值转换到两相同步旋转坐标系，具体计算函 数如下：

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{Ia}=\mathrm{AD}\_\mathrm{Ia}\\ \mathrm{Ib}=\mathrm{AD}\_\mathrm{Ib}\\ \mathrm{Ic}=\mathrm{AD}\_\mathrm{Ic}\end{array}\right)$(公式1)

TRS_Id₁/TRS_Iq₁＝Ftrs(Ia,Ib,Ic)    （公式2）。

公式1中，Ia,Ib,Ic为采样的电机转子侧的三相电流， AD_Ia,AD_Ib,AD_Ic为实际电机转子侧的三相电流。

公式2中，Ftrs(x,y,z)为坐标变换函数，其功能是将三相静止坐标系下的电 流量变换得到两相静止下的dq量；TRS_Id₁,TRS_Iq₁为两相旋转坐标系下的电 流值。

实施环节二：如图1所示，双馈电机正常并网发电情况下，通过光电编码器 采样电机转子的转速，根据风功率曲线得到对应转速下的转矩，再计算出机侧的 q轴电流分量，具体计算函数如下：

Trf＝F_T-V(V)        （公式3）

Iq₂＝k_qF_Q-T(Trf)    （公式4）。

公式3中，V为风力发电机的转子的转速，Trf为对应V下的转矩，F_T-V(x) 为转矩转速函数。

公式4中，Iq₂为变流器q轴电流分量，k_q为比例系数，F_Q-T(x)为转矩函 数，其功能是根据给定的转矩计算出q轴的电流分量。

实施环节三：如图1所示，将环节一中得到的TRS_Id₁,TRS_Iq₁作为反馈 值，将环节二中得到的Iq₂作为给定值，通过计算得到Id₂，共同输入到变流器机 侧电流给定的PID环节，计算出给定的电流值PID_Iq,PID_Id，通过反变换函 数得到两相静止坐标系下的U_α，U_β，同时根据Iq的给定和反馈值，通过函数计 算出SVPWM的频率，具体计算函数如下：

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{PID}\_\mathrm{Id}=F_{\mathrm{PID}}({\mathrm{Id}}_2,\mathrm{TRS}\_{\mathrm{Id}}_1)\\ \mathrm{PID}\_\mathrm{Iq}=F_{\mathrm{PID}}({\mathrm{Iq}}_2,\mathrm{TRS}\_{\mathrm{Iq}}_1)\end{array}\right)$(公式5)

U_α，U_β＝k_U-IFatrs(PID_Id，PID_Iq)    (公式6)

f＝Fq(Iq₂，TRS_Iq₁)  其中f＜f_sw-max    (公式7)。

公式5中，PID_Iq，PID_Id为PID环节的输出电流值，Id₂，Iq₂为计算得出 的电流给定值，F_PID(x，y)为PID调节函数。

公式6中，U_α，U_β为两相静止坐标系下电压的α，β值，k_U-I为电压电流转 换系数，为反变换函数，其功能是将两相旋转坐标系变换成两相静止坐标系。

公式7中，f为SVPWM的频率，f_sw-max为IGBT的最大开关频率，Fq(x，y)函 数功能为根据Iq计算出相应的频率f。

实施环节四：进行SVPWM计算，具体函数如下：

$\left(\begin{array}{c}S\left(a\right)=F_{\mathrm{SVPWM}}(U_{ϵ},U_{\beta },f)\\ S\left(b\right)=F_{\mathrm{SVPWM}}(U_{ϵ},U_{\beta },f)\\ S\left(c\right)=F_{\mathrm{SVPWM}}(U_{ϵ},U_{\beta },f)\end{array}\right)$(公式8)。

公式8中，S(x)分别为机侧变流器三相桥臂的开关函数，其中：

S_k＝1为三相桥式电路的上管导通，下管关断，

S_k＝0为三相桥式电路的上管关断，下管导通，(k＝a，b，c)。

以上实施例只是对于本发明的部分功能进行描述，但实施例和附图并不是用来限 定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同 样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界 定的内容为标准。