[实用新型]直驱永磁同步风力发电系统的电机侧变流器控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及电机驱动控制系统，特别涉及直驱永磁同步风力发电系统的电机侧变流器控制系统。 

背景技术

直驱型风力发电机组和双馈型风力发电机组是当前风力发电中最具发展潜力和市场前景的两类机组，直驱型风力发电机组采用永磁同步发电机、不需要升速齿轮箱、不存在电刷和滑环、机组运行的稳定性和可靠性高，已经成为了当前风力发电中最重要的发展方向。图1所示为直驱永磁同步风力发电系统的结构框图，其采用双PWM变流器作为其并网电路，采用机侧变流器控制发电机，该发电系统包括风力机、传动机构、永磁同步发电机、电机侧变流器、直流侧电容、电网侧变流器、电机侧变流器控制系统10、电网侧变流器控制系统20等组成。通过电机侧变流器对发电机转速的控制，实现发电机输出功率的准确控制和最大风能跟踪控制。 

永磁同步发电机(permanent magnet synchronous generator，PMSG)的数学模型是一种强耦合的非线性系统，直接设计电流闭环比例–积分(proportional integral，简称为PI型)控制器，方法复杂、控制器参数难以整 定，并且当电机的内部参数发生变化或是系统受到外界干扰、风速变化等影响时，控制器无法发出准确的指令信号，使电机转速和转矩脉动较大。电机的转速控制受到大的影响，也会影响风电的电能质量，不利于风电并网。 

实用新型内容

现有的直驱永磁同步风力发电系统电机侧变流器的控制系统多采用PI型控制器，设计方法复杂，控制系统参数难以整定，并且PI控制器对电机的内部参数变化和外部扰动较为敏感，鲁棒性差。为了克服这一点，本实用新型提供了一种直驱永磁同步风力发电系统的新型控制系统及其控制方法。 

本实用新型的直驱永磁同步风力发电系统的电机侧变流器控制系统，包括：风力机，传动机构，永磁同步发电机，电机侧变流器，直流侧电容，电网侧变流器，电机侧变流器控制系统，以及电网侧变流器控制系统，其中风力机通过传动机构连接到永磁同步发电机，永磁同步发电机连接电机侧变流器，电机侧变流器连接到电网侧变流器，直流侧电容安装在电机侧变流器与电网侧变流器之间，电网侧变流器连接到电网；电机侧变流器控制系统连接控制电机侧变流器，电网侧变流器控制系统连接控制电网侧变流器。 

本实用新型的直驱永磁同步风力发电系统的电机侧变流器控制系统，包括： 

数学模型建立单元，结合转子磁链定向矢量控制，建立永磁同步发电机在dq坐标系下的数学模型； 

功率控制环设计单元，由最大风能捕获原理和永磁同步发电机功率方程之间的关系，得出功率环的指令值，并通过对该指令值与实测功率反馈值进行PI型调节器运算，得出电流环的指令值； 

变结构控制单元，采用指数趋近律的设计方法设计出伪线性系统的滑模变结构控制律； 

伪线性系统单元，求出永磁同步发电机的逆系统表达式，并将其串联在原系统之前构成伪线性系统，将上述滑模变结构控制律代入上述逆系统表达式中，反解出原系统的控制量作为输出；以及 

正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation，SPWM)单元，将上述伪线性系统单元输出的控制量经Park逆变换和正弦脉宽调制，得出电机侧变流器的驱动控制信号。 

本实用新型的直驱永磁同步风力发电系统，其特征在于，包括：风力机，传动机构，永磁同步发电机，电机侧变流器，直流侧电容，电网侧变流器，电机侧变流器控制系统，以及电网侧变流器控制系统， 

其中，电机侧变流器控制系统包括： 

数学模型建立单元，结合转子磁链定向矢量控制，建立永磁同步发电机在dq坐标系下的数学模型； 

功率控制环设计单元，由最大风能捕获原理和永磁同步发电机功率方程之间的关系，得出功率环的指令值，并通过对该指令值与实测功率反馈 值进行PI型调节器运算，得出电流环的指令值； 

变结构控制单元，采用指数趋近律的设计方法设计出伪线性系统的滑模变结构控制律； 

伪线性系统单元，求出永磁同步发电机的逆系统表达式，并将其串联在原系统之前构成伪线性系统，将上述滑模变结构控制律代入上述逆系统表达式中，反解出原系统的控制量作为输出；以及 

正弦脉宽调制单元，将上述伪线性系统单元输出的控制量经Park逆变换和正弦脉宽调制，得出电机侧变流器的驱动控制信号。 

本实用新型的直驱永磁同步风力发电系统的电机侧变流器控制系统的控制方法，其特征在于，包括：