[发明专利]一种低成本的电力发电系统控制方法

摘要

本发明公开了一种低成本的电力发电系统控制方法，该控制方法在Park反变换中注入了高频信号，从而能获得含有转子位置信号信息的q轴高频电流响应值，再进行信号处理后，即可实现无需位置传感器便可简单易行地获得发电机转子位置信号估计值，从而降低了成本和减小了体积；在电压调节中采用了模糊PI调节器来代替传统的电压PI调节器，增加了发电机的自适应能力和抗扰动能力，能使发出的电压更稳定；在电流调节中采用了预测控制器来代替传统的电流PI控制器，解决了传统电流PI控制器的滞后特性，提高了发电系统的带宽和动态性能；最后采用了SVM结合四桥臂变换器的控制方法来提高系统的可靠性，使发电系统能在发电机出现故障情况下仍能稳定正常发电。

主权项

1.一种低成本的电力发电系统控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在Park反变换中注入高频信号Umcos(ωht)，其中下标h代表高频分量，Um为注入高频信号的幅值，ωh为注入高频信号的角频率，t为时间，启动原动机带动发电机运转进入发电状态，通过霍尔传感器采集发电机的三相电流ia、ib、ic，然后将其通过Clark变换和Park变换得到d‑q坐标系下发电机的实际高频电流响应值idh、iqh；(2)分别对得到的高频电流响应值i_dh、i_qh通过低通滤波器LPF滤波后，得到d‑q坐标系下发电机的实际电流值i_d、i_q，对q轴高频电流响应值i_qh进行信号处理，得到发电机的转子位置信号估计值其中q轴高频电流响应值i_qh可表示为：式中，L_d、L_q分别为发电机的d轴和q轴电感值，Δθ为位置信号估计误差值，θ为位置信号实际值，当Δθ＝0时，即可得到这样就可以通过i_qh进行信号处理，得到较准确的发电机转子位置信号估计值供Park反变换和Park变换使用；(3)通过电压检测器采集四桥臂变换器端上的直流电压Udc，将给定的电压Udc*与反馈的实际电压Udc送入模糊PI调节器进行处理，得到具有自适应能力强和抗扰动能力强的能使电压稳定控制的给定电流iq*；(4)将给定的d‑q轴电流iq*以及id*送入预测控制器，其中id*＝0，便于实现对发电机有功和无功的解耦控制，同时将上一次输出的d‑q轴电压Ud*(k‑1)、Uq*(k‑1)以及上一次反馈回来的电流id(k‑1)和iq(k‑1)一同送入预测控制器，得到预测出的d‑q轴电压Ud*(k)和Uq*(k)，其预测表达式为：Ud*(k)＝A1id(k‑1)+A2id*(k)+A3iq(k‑1)+A4Ud*(k‑1)Uq*(k)＝B1iq(k‑1)+B2iq*(k)+B3id(k‑1)+B4Uq*(k‑1)其中，k为第k个控制周期，k‑1表示第k‑1个周期，即上一个周期，Ud*(k)和Uq*(k)分别为预测出的第k个控制周期的d‑q轴电压，id*(k)和iq*(k)分别为第k个控制周期内给定的d‑q轴电流，A1、A2、A3、A4为Ud*(k)的调节参数，B1、B2、B3、B4为Uq*(k)的调节参数，根据发电机自身不同的特性决定；(5)将得到的预测出的d‑q轴电压Ud*(k)和Uq*(k)，经Park反变换后得到静止两相正交坐标系下给定的发电机电压uα*、uβ*，当系统正常时，通过电压空间矢量脉宽调制(SVM)得到a、b、c三个桥臂的功率管开通、关断的脉宽调制信号Sa、Sb、Sc，然后通过驱动四桥臂逆变器中的a、b、c三个桥臂使其输出相应的三相电流ia、ib、ic来控制发电机跟随给定信号稳定正常发电；(6)当系统出现一相绕组断路或一相绕组短路故障时，即a相绕组出现断路或短路故障后，这时将用与发电机三相绕组中心点相连的第四桥臂n来代替出现故障的a桥臂，切除掉a桥臂，调整给定的发电机电压为故障下的uα*、uβ*，同时将故障相a的电压矢量由第四桥臂n代替，即通过电压空间矢量脉宽调制(SVM)得到断路或短路故障态下的功率管开通、关断的脉宽调制信号Sn、Sb、Sc，然后通过驱动四桥臂逆变器中的n、b、c三个桥臂使其输出相应的三相电流in、ib、ic来控制发电机跟随给定信号调压发电，使发电机在故障下仍能稳定正常地发电。