[发明专利]一种模块分离式风力发电机控制系统及方法

摘要

本发明公开了一种模块分离式风力发电机控制系统及方法。以模块分离式永磁同步发电机为控制对象，通过对永磁同步发电机在不同风速下的最大功率跟踪控制，解决风力发电系统中由于定子整体研制、运输和装配，导致施工困难问题和多模块定子协调控制和冗余控制问题。在模块分离式永磁电机发电机转速和位置估计上，采用零序载波电压检测无速度传感器系统，设计了分布式协调控制器实现多模块的协同控制，节省成本提高系统可靠性和估算精度；发电机侧采用电压型PWM整流电路提高电机侧功率因素，降低谐波干扰；在电网侧采用H桥五电平逆变电路，提高电能质量，降低风力发电不稳定因素对电网的干扰，实现有功功率和无功功率的控制。

主权项

1.一种模块分离式风力发电机控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：三组永磁同步发电机无速度传感器控制单元同时采集电机侧的A相、B相、C相电流检测信号压和零序载波电压信号；步骤2：三组永磁同步发电机无速度传感器控制单元分别根据所采集电机侧的A相、B相、C相电流检测信号压和零序载波电压信号，协调控制获得PWM信号；步骤2‑1：根据零序载波电压信号获得转子速度估计值，并同时发送至每个控制单元，实现单元间通信；步骤2‑1‑1：利用数模转换技术采集定子模块的零序载波电压信号，并将采集来的电压信号进行带通滤波；步骤2‑1‑2：将带通滤波后的电压信号与高频余弦电压信号相乘，获得包含位置和转速信息的电流信号；步骤2‑1‑3：采用PI算法获得转子转速估计值，将转速估计值通过积分器获得转子相角估计值，用于坐标转换；步骤2‑2：构建无向图来描述三个控制单元间的通信关系，并建立各个单元的邻接权重矩阵；所述邻接权重矩阵为对称矩阵，该矩阵行和列都为3；矩阵中的元素为0或1，当无速度传感器控制单元间存在通信关系时，元素为1，否则为0；步骤2‑3：根据构建的无向图建立各个控制单元的邻接权重矩阵，并根据转速估计值、给定转速值、同步误差补偿系数和邻接权重矩阵建立系统误差矩阵；步骤2‑4：通过设定实数矩阵和设定值，根据建立的系统误差矩阵得到分布式协同控制器的输出值；步骤2‑5：根据采集的A相、B相和C相电流和分布式协同控制器输出值，根据上述输出和采样值获得两相静止坐标系下直轴参考电压和交轴参考电压，再采用空间矢量调制获得输出的PWM信号；步骤3：PWM信号改变定子电压和频率，实现各个定子单元协同控制、最大功率追踪和最大效率利用风能；步骤4：电网侧控制单元采集电网A相、B相和C相电流电压信号和逆变电路直流侧电压信号作为控制单元的输入，通过控制单元控制产生PWM信号作为H桥五电平逆变器的控制信号；所述模块分离式风力发电机控制系统，包含模块分离式永磁同步发电机、三组永磁同步发电机无速度传感器控制单元、H桥五电平逆变器、电网侧控制单元及LC滤波电路；其中，三组永磁同步发电机无速度传感器控制单元通过并联的方式协调控制模块分离式永磁同步发电机的三个定子单元；模块分离式永磁同步发电机的整圆定子采用分瓣式结构，先将定子单元根据拆分规则分成t₀个独立的子模块，再将相邻的三个子模块通过绕组换相连接和星型连接方式组成定子单元；其中三个定子单元共用一个转子，转子采用表贴结构；所述的永磁同步发电机无速度传感器控制单元包括控制单元和PWM整流器单元，所述的控制单元通过相互通信实现模块分离式永磁同步电机的协同控制；所述的控制单元包括分布式协同控制器、转速与位置估算单元和电流控制单元；其中，转速与位置估算单元输出的每个定子单元的转速值作为分布式协同控制器的输入，分布式协同控制器输出的最优电流控制量作为电流控制单元的输入，电流控制单元输出两相静止坐标系下的直轴参考电压和交轴参考电压通过SVPWM发生器获得PWM整流电路驱动信号作为PWM整流器单元的输入，PWM整流器单元输出的直流电压相互串联作为H桥五电平逆变器的输入直流电压，电网侧控制单元产生PWM信号来控制H桥五电平逆变器的输出，再通过LC滤波电路得到滤波后的三相正弦交流电。