專利名稱：雙饋風力發電機的逆軟儀表的制作方法
技術領域：
本發明是一種用于在線實時測量雙饋風力發電機中一些關鍵待測變量的逆軟儀表，其中的關鍵待測變量包括轉子電流d軸分量和轉子電流q軸分量，屬于電力系統測量的技術領域。
背景技術：
雙饋風力發電機目前在風力發電系統中得到了廣泛應用。雙饋風力發電機中轉子電流d軸分量和轉子電流q軸分量的測量對于雙饋風力發電機的運行監控具有重要意義，也是許多控制策略能夠實際應用的重要前提。為實現雙饋風力發電機轉子電流d軸分量和轉子電流q軸分量的在線實時測量， 通常有兩種方法一種是坐標變換法，需要測量雙饋風力發電機的轉子三相電流，這類方法的缺點是坐標變換相當復雜，應用較麻煩；另一種是間接測量法，即基于特定的雙饋風力發電機模型和一些直接可測變量(如定子電壓、定子電流、轉子電流等)計算或估計出待測變量。目前已有的間接測量方法主要只針對模型中的定子磁鏈方程，而且需要測量定子端的三相電壓和電流，其中旋轉變換所需的定子電壓相角精度也難以保證。為了進一步提高雙饋風力發電機轉子電流d軸分量It和轉子電流q軸分量的在線實時測量精度，同時又在費用上經濟，在應用上簡便，需要設計針對完整的雙饋風力發電機模型的測量裝置，以滿足風力發電高性能監控系統及控制器的設計需求。
發明內容
技術問題本發明的目的是提供一種可在線實時測量雙饋風力發電機中轉子電流 d軸分量和轉子電流q軸分量的逆軟儀表。技術方案雙饋風力發電機逆軟儀表的實現方法是首先，確定雙饋風力發電機中在線直接可測的變量(包括定子有功功率Ps、定子無功功率Qs、定子電壓Us、同步角速度 ω3)和關鍵待測變量(雙饋風力發電機的轉子電流d軸分量Ito、轉子電流q軸分量Itff);然后，根據雙饋風力發電機的數學模型，建立雙饋風力發電機的逆模型；最后，基于逆模型實現逆軟儀表，并將逆軟儀表串接在雙饋風力發電機之后，實現對轉子電流d軸分量、轉子電流q軸分量的在線實時測量。該逆軟儀表的輸入信號為雙饋風力發電機的I個直接可測輸入變量，即同步角速度，以及3個直接可測輸出變量，即定子有功功率Ps、定子無功功率Qs和定子電壓Us ;輸出為雙饋風力發電機的2個關鍵待測變量，分別為轉子電流d軸分量Ito和轉子電流q軸分量;逆軟儀表的第一輸入端接雙饋風力發電機的第一輸出端，逆軟儀表的第二輸入端接雙饋風力發電機的第二輸出端，逆軟儀表的第三輸入端接雙饋風力發電機的第三輸出端， 逆軟儀表的第四輸入端接雙饋風力發電機的輸入端，逆軟儀表的2個輸出端分別為轉子電流d軸分量Ito和轉子電流q軸分量Itff。逆軟儀表采用數字信號處理器即DSP控制器及其外圍設備實現；逆軟儀表通過逆軟測量運算子程序實現；定子有功功率Ps、定子無功功率Qs、定子電壓Us和同步角速度通過模數轉換器即AD轉換器轉換成相應的數字量，并以中斷方式讀入DSP控制器；然后， DSP控制器進行逆軟測量運算，得到轉子電流d軸分量、轉子電流q軸分量的數值，并通過輸出顯示單元顯示輸出。DSP控制器的運行包括；DSP主程序先進行初始化，然后進入數據顯示和故障診斷的循環；如果接收到主程序結束命令，則結束主程序；在主程序數據顯示和故障診斷期間，按O. 05秒的(也可以給一個時間區間)時間間隔運行逆軟測量中斷服務程序；同時，在主程序數據顯示和故障診斷期間，如果出現命令或保護故障，則運行異常中斷服務程序；逆軟測量中斷服務程序的處理流程為首先對主程序進行現場保護，再通過AD轉換器采集定子有功功率Ps、定子無功功率Qs、定子電壓Us和同步角速度，然后運行逆軟測量運算程序，得到轉子電流d軸分量、轉子電流q軸分量的數值，并把運算結果輸出到顯示單元的存儲器中，最后恢復現場并返回主程序。有益效果本發明的原理是通過構造雙饋風力發電機的逆軟儀表，并將其串接在雙饋風力發電機之后，實現對轉子電流d軸分量、轉子電流q軸分量的在線實時測量。它基于雙饋風力發電機嚴格的數學模型，經過嚴格的數學推導得到逆軟儀表，所設計的逆軟儀表具有較高的精度和很好的實用價值，可應用于許多雙饋風力發電機的控制器設計中。本發明的優點在于a.所設計的逆軟儀表基于雙饋風力發電機常用的同步旋轉坐標下的模型進行嚴格推導后獲得，可充分反映實際雙饋風力發電機的動態特征，具有較高的精度。b.所設計的逆軟儀表所需的輸入信號均為實際工程中容易獲得的本地直接可測變量，逆軟儀表本身通過附加的軟硬件實現，不需要對雙饋風力發電機本體進行任何改動， 實現費用低，安全可靠，易于工程實現。本發明可用于雙饋風力發電機轉子電流d軸分量、轉子電流q軸分量Itff的在線實時測量，對提高風力發電系統的監控水平和設計高性能的雙饋風力發電機控制器具有重要意義，應用前景十分廣闊。
圖I是雙饋風力發電機I的輸入變量、直接可測的輸出量及關鍵待測變量示意圖。 該雙饋風力發電機I的輸入變量是同步角速度;直接可測的輸出量包括定子有功功率 Ps、定子無功功率Qs、定子電壓Us ;關鍵待測變量包括轉子電流d軸分量Ito、轉子電流q軸分量Iqr°圖2是逆模型2的示意圖。逆模型2的輸入是？3、03、1及0^，輸出是1&、1(^。圖3是逆軟儀表3的具體結構圖及逆軟儀表3與雙饋風力發電機I的串接關系。圖4是采用DSP控制器4作為逆軟儀表3的本發明裝置組成示意圖。其中有鎖相環5、定子電壓傳感器6、定子無功功率傳感器7、定子有功功率傳感器8、AD轉換器41和輸出顯示單元42。圖5是采用DSP控制器4作為逆軟儀表3實現本發明的系統流程框圖。
具體實施例方式首先確定逆軟儀表的直接可測的輸出量與所需的關鍵待測變量，建立雙饋風力發電機的模型；接著建立雙饋風力發電機的逆模型；最后，基于逆模型實現逆軟儀表，并將逆軟儀表串接在雙饋風力發電機之后，實現對轉子電流d軸分量、轉子電流q軸分量Itff的在線實時測量。雙饋風力發電機逆軟儀表的具體實施分為以下3步I確定雙饋風力發電機直接可測的輸出變量與關鍵待測變量。雙饋風力電機的數學模型(同步旋轉坐標下模型)為
權利要求
1.一種雙饋風力發電機的逆軟儀表實現方法，其特征在于該逆軟儀表(3)的輸入信號為雙饋風力發電機(I)的I個直接可測輸入變量，即同步角速度，以及3個直接可測輸出變量，即定子有功功率Ps、定子無功功率1和定子電壓Us ;輸出為雙饋風力發電機(I)的 2個關鍵待測變量，分別為轉子電流d軸分量Ito和轉子電流q軸分量;逆軟儀表(3)的第一輸入端(BI)接雙饋風力發電機(I)的第一輸出端(Al),逆軟儀表(3)的第二輸入端 (B2)接雙饋風力發電機⑴的第二輸出端(A2)，逆軟儀表(3)的第三輸入端(B3)接雙饋風力發電機(I)的第三輸出端(A3)，逆軟儀表(3)的第四輸入端(B4)接雙饋風力發電機 ⑴的輸入端(A4)，逆軟儀表(3)的2個輸出端分別為轉子電流d軸分量Ito(B5)和轉子電流q軸分量IV(B6)。
2.根據權利要求I所述的雙饋風力發電機的逆軟儀表實現方法，其特征在于逆軟儀表(3)采用數字信號處理器即DSP控制器(4)及其外圍設備實現；逆軟儀表(3)通過逆軟測量運算子程序實現；定子有功功率Ps、定子無功功率Qs、定子電壓Us和同步角速度ω s通過模數轉換器即AD轉換器(41)轉換成相應的數字量，并以中斷方式讀入DSP控制器(4);然后，DSP控制器(4)根據下式
3.根據權利要求2所述的雙饋風力發電機的逆軟儀表實現方法，其特征在于DSP控制器⑷的運行包括；DSP主程序先進行初始化，然后進入數據顯示和故障診斷的循環；如果接收到主程序結束命令，則結束主程序；在主程序數據顯示和故障診斷期間，按O. 05秒的時間間隔運行逆軟測量中斷服務程序；同時，在主程序數據顯示和故障診斷期間，如果出現命令或保護故障，則運行異常中斷服務程序；逆軟測量中斷服務程序的處理流程為首先對主程序進行現場保護，再通過AD轉換器(41)采集定子有功功率Ps、定子無功功率Qs、定子電壓Us和同步角速度，然后運行逆軟測量運算程序，得到轉子電流d軸分量、轉子電流q軸分量的數值，并把運算結果輸出到顯示單元(42)的存儲器中，最后恢復現場并返回主程序。
全文摘要
雙饋風力發電機的逆軟儀表是一種可在線實時測量雙饋風力發電機中關鍵待測變量(即轉子電流d軸分量和轉子電流q軸分量)的逆軟儀表，適用于雙饋風力發電機的高性能監控系統和控制器設計，該裝置由逆軟儀表(3)組成；逆軟儀表(3)的輸入端(B1、B2、B3、B4)分別接雙饋風力發電機(1)的第一輸出端(A1)、第二輸出端(A2)、第三輸出端(A3)、輸入端(A4)；逆軟儀表(3)的輸出(B5、B6)分別為待測的雙饋風力發電機(1)的轉子電流d軸分量和轉子電流q軸分量。
文檔編號G01R19/25GK102608412SQ201210046489
公開日2012年7月25日 申請日期2012年2月28日 優先權日2012年2月28日
發明者孫立, 張凱鋒, 戴先中, 許淼 申請人:東南大學