[发明专利]一种无刷双馈感应发电机效率优化控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种无刷双馈感应发电机效率优化控制方法及系统，属于无刷双馈感应发电机控制技术领域，包括：(1)在当前控制周期，根据根据功率绕组电压幅值反馈值和阻性负载值计算输出功率，根据直流母线电压和直流母线电流计算直流输入功率，并根据转子角速度和电磁转矩计算转化为输入电磁功率的机械功率，从而计算当前控制周期的电机效率η；(2)若η大于当前的最优电机效率，则将最优发电效率更新为η，将最优发电频率更新为当前发电频率f后更新控制绕组角频率给定值；(3)将发电频率增加Δf后，若未超过发电频率上限，则转入步骤(1)开始下一个控制周期的效率优化；否则，使发电机按照运行，优化控制结束。

技术领域

本发明属于无刷双馈感应发电机控制技术领域，更具体地，涉及一种无刷双馈感应发电机效率优化控制方法及系统。

背景技术

无刷双馈感应发电机(Brushless doubly-fed induction generator,BDFIG)作为一种新型交流感应电机，取消了电刷和滑环，相较于有刷双馈感应发电机而言，不仅运行可靠性大幅提升，而且基本免维护，具有良好的应用前景。

无刷双馈感应发电机含有两套不同极对数的定子绕组，分别称为功率绕组(PowerWindings，PW)和控制绕组(Control Windings，CW)，其转子绕组经过特殊设计，能使功率绕组和控制绕组所产生的旋转磁场间接相互作用而不存在直接耦合。功率绕组主要用于控制有功功率，控制绕组主要用于控制无功功率和维持直流母线电压稳定。无刷双馈感应发电机可应用于船舶轴带发电系统、水力发电系统、风力发电系统等。

现有的无刷双馈感应发电机采用恒压恒频的发电方式，即发电过程中，直流母线电压和发电频率均维持恒定，由此能够得到可直接使用的电能。但是，这种发电方式不利于提高能源利用率，也不利于节能减排，无刷双馈感应发电机的特殊结构也使得电机效率偏低。现有电机效率优化控制方法主要针对旋转感应电机和直线感应电机，而在无刷双馈感应电机领域，研究集中在对损耗的建模和分析上，目前尚无对应的效率优化控制方法。因此，如何对无刷双馈感应发电机的电机效率进行优化，是一个亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种无刷双馈感应发电机效率优化控制方法及系统，其目的在于，有效解决无刷双馈感应发电机效率不高的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种无刷双馈感应发电机效率优化控制方法，包括如下步骤：

(1)在当前控制周期，根据功率绕组电压幅值反馈值U_p和阻性负载值R计算电机的输出功率P_out，根据直流母线电压U_dc和直流母线电流I_dc计算电机的直流输入功率P_dc，并获得无刷双馈感应发电机的转子角速度ω_r和电磁转矩T_em，以计算转化为输入电磁功率的机械功率P_em，从而计算当前控制周期的电机效率为η＝P_out/(P_em+P_dc)；

(2)若当前控制周期中的电机效率大于当前的最优发电效率，则将最优发电效率更新为当前控制周期中的电机效率，将最优发电频率更新为当前控制周期中的发电频率f，并根据更新后的最优发电频率更新控制绕组角频率给定值之后转入步骤(3)；否则，直接转入步骤(3)；

(3)将发电频率f增加预设的频率步长Δf后作为新的发电频率f，若更新后发电频率f未超过预设的发电频率上限，则将下一个控制周期作为当前控制周期，并转入步骤(1)；否则，使无刷双馈感应发电机按照最优发电频率运行，优化控制结束。

进一步地，步骤(2)中，根据更新后的最优发电频率更新控制绕组角频率给定值包括：

将最优发电频率扩大2π倍，得到功率绕组角频率给定值