[发明专利]双馈型风力发电机转子位置角的自适应观测方法

权利要求书

1.双馈型风力发电机转子位置角的自适应观测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在三相静止坐标系A-B-C中构建双馈风力发电机的数学模型；

S2：根据坐标变换法，得到双馈型风力发电机在两相静止α-β坐标系下的数学模型，构建参考模型和可调模型；

S3：将参考模型和可调模型输入模型参考自适应系统，得到转子位置角观测模型；

S4：通过转子位置角观测模型进行风力发电机转子位置角的自适应观测；

所述步骤S1包括以下步骤：

S11：构建三相定转子绕组的电压方程：设发电机气隙均匀且不计铁芯饱和，则双馈型风力发电机数学模型的定转子电压方程的矩阵形式为：

其中，U为定子和转子绕组端电压矩阵，I为定子和转子绕组电流矩阵，R为定子和转子绕组电阻矩阵，ψ为定子和转子绕组磁链矩阵；

其中：

U＝[u_sA u_sB u_sC u_ra u_rb u_rc]^T，

I＝[i_sA i_sB i_sC i_ra i_rb i_rc]^T，

R＝diag[R_s R_s R_s R_r R_r R_r]^T，

ψ＝[ψ_sA ψ_sB ψ_sC ψ_ra ψ_rb ψ_rc]^T，

其中，下标s表示定子侧参数，定子三相绕组的电气值由下标sA、sB、sC表示，其空间位置相差120°并成对称分布；三相定子绕组的电阻均为R_s；下标r表示转子侧参数，转子三相绕组的电气值由下标ra、rb、rc表示，其空间位置固定且相差120°并成对称分布；三相转子绕组的电阻均为R_r；

则三相定子绕组电压平衡方程为：

三相转子绕组电气参数折算到定子侧后的电压平衡方程为：

S12：构建三相定转子绕组磁链方程：绕组磁链是其自感绕组和其他绕组对其的互感绕组之和，双馈型风力发电机数学模型的定转子磁链方程的矩阵形式为：

ψ＝-LI；

其中，L为定子和转子绕组电感矩阵，表示为：

其中：

其中，M_s为与一相定子绕组交链的最大互感磁通对应的定子绕组互感；M_r为与一相转子绕组交链的最大互感磁通对应的转子绕组互感；M_sr为定子和转子绕组之间的互感，M_sr＝2M_s＝2M_r；L_ss为定子绕组自感，L_ss＝2M_s+L_sσ，其中，L_sσ为定子绕组漏感；L_rr为转子绕组自感，L_rr＝2M_r+L_rσ，其中，L_rσ为转子绕组漏感；θ_r为转子a相轴线与定子A相轴线间夹角，即为转子位置角；

S13：构建三相电磁转矩方程：假定双馈发电机的电磁转矩为T_e，双馈型风力发电机电磁转矩表达式为：

其中，p为双馈型风力发电机极对数；

S14：构建转子运动方程：忽略电力拖动系统中粘性摩擦和扭转弹性，各个转矩之间的平衡关系：

其中，ω_r为转子旋转电角速度；T_e为发电机电磁转矩；T_m为发电机机械转矩；j为发电机转动惯量；k_F为阻尼系数；k_θ为扭转弹性转矩系数；p为双馈型风力发电机极对数；

所述步骤S2具体为：

S21：采用幅值不变原则进行坐标变换，将三相静止坐标系A-B-C变换为两相静止坐标系α-β，坐标变换后得到双馈型风力发电机在两相静止α-β下的数学模型，具体方程如下：

定子的电压方程：

定子的磁链方程：

转子电压方程：

转子磁链方程：

其中，u_sα和u_sβ分别是在α轴和β轴上的定子电压，ψ_sα和ψ_sβ分别是在α轴和β轴上的定子磁链，u_ra和u_rβ分别是在α轴和β轴上的转子电压，ψ_rα和ψ_rβ分别是在α轴和β轴上的转子磁链；R_s和R_r分别为定子和转子绕组电阻，L_s、L_r和L_m分别为α-β坐标系下定子等效电感、转子等效电感、以及定子和转子等效互感；i_sα和i_sβ分别为定子电流的α轴分量和β轴分量，i_rα和i_rβ分别为转子电流的α轴分量和β轴分量；p为微分算子即代替

根据两相静止在α-β坐标系下的数学模型得到两种双馈型磁链模型：

第一种模型：

第二种模型：

S22：第一种双馈型磁链模型中，磁链模型与定子电压、定子电流有关，与转子转速无关，故将第一种双馈型磁链模型作为参考模型；

S23：第二种双馈型磁链模型中，磁链模型与定子电压、定子电流以及转子转速均有关，故将第二种双馈型磁链模型作为可调模型；

所述步骤S3包括以下步骤：

S31：对可调模型进行变换，得：

其中，为待观测的物理量；

S32：定义广义偏差e为：

则有：

令e＝[e_sα e_sβ]^T，则有：

将e和w代入波波夫积分不等式中，可得：

取的自适应率为：

整理得到：

将上式分解为两个不等式，有：

其中，不等式具有相同的积分结构，并且针对的自适应率相同，故可进一步分解为：

式中，均为有限正实数；结合不等式：

取函数k_if(t)使其满足：

可得：

取：

得到的自适应率为：

故：

式中，ε为基于模型参考自适应的转子位置角观测模型。