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专利名称：双馈风力发电机的逆软仪表的制作方法
技术领域：
本发明是一种用于在线实时测量双馈风力发电机中一些关键待测变量的逆软仪表，其中的关键待测变量包括转子电流d轴分量和转子电流q轴分量，属于电力系统测量的技术领域。
背景技术：
双馈风力发电机目前在风力发电系统中得到了广泛应用。双馈风力发电机中转子电流d轴分量和转子电流q轴分量的测量对于双馈风力发电机的运行监控具有重要意义，也是许多控制策略能够实际应用的重要前提。为实现双馈风力发电机转子电流d轴分量和转子电流q轴分量的在线实时测量， 通常有两种方法一种是坐标变换法，需要测量双馈风力发电机的转子三相电流，这类方法的缺点是坐标变换相当复杂，应用较麻烦；另一种是间接测量法，即基于特定的双馈风力发电机模型和一些直接可测变量(如定子电压、定子电流、转子电流等)计算或估计出待测变量。目前已有的间接测量方法主要只针对模型中的定子磁链方程，而且需要测量定子端的三相电压和电流，其中旋转变换所需的定子电压相角精度也难以保证。为了进一步提高双馈风力发电机转子电流d轴分量It和转子电流q轴分量的在线实时测量精度，同时又在费用上经济，在应用上简便，需要设计针对完整的双馈风力发电机模型的测量装置，以满足风力发电高性能监控系统及控制器的设计需求。

发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种可在线实时测量双馈风力发电机中转子电流 d轴分量和转子电流q轴分量的逆软仪表。技术方案双馈风力发电机逆软仪表的实现方法是首先，确定双馈风力发电机中在线直接可测的变量(包括定子有功功率Ps、定子无功功率Qs、定子电压Us、同步角速度 ω3)和关键待测变量(双馈风力发电机的转子电流d轴分量Ito、转子电流q轴分量Itff);然后，根据双馈风力发电机的数学模型，建立双馈风力发电机的逆模型；最后，基于逆模型实现逆软仪表，并将逆软仪表串接在双馈风力发电机之后，实现对转子电流d轴分量、转子电流q轴分量的在线实时测量。该逆软仪表的输入信号为双馈风力发电机的I个直接可测输入变量，即同步角速度，以及3个直接可测输出变量，即定子有功功率Ps、定子无功功率Qs和定子电压Us ;输出为双馈风力发电机的2个关键待测变量，分别为转子电流d轴分量Ito和转子电流q轴分量;逆软仪表的第一输入端接双馈风力发电机的第一输出端，逆软仪表的第二输入端接双馈风力发电机的第二输出端，逆软仪表的第三输入端接双馈风力发电机的第三输出端， 逆软仪表的第四输入端接双馈风力发电机的输入端，逆软仪表的2个输出端分别为转子电流d轴分量Ito和转子电流q轴分量Itff。逆软仪表采用数字信号处理器即DSP控制器及其外围设备实现；逆软仪表通过逆软测量运算子程序实现；定子有功功率Ps、定子无功功率Qs、定子电压Us和同步角速度通过模数转换器即AD转换器转换成相应的数字量，并以中断方式读入DSP控制器；然后， DSP控制器进行逆软测量运算，得到转子电流d轴分量、转子电流q轴分量的数值，并通过输出显示单元显示输出。DSP控制器的运行包括；DSP主程序先进行初始化，然后进入数据显示和故障诊断的循环；如果接收到主程序结束命令，则结束主程序；在主程序数据显示和故障诊断期间，按O. 05秒的(也可以给一个时间区间)时间间隔运行逆软测量中断服务程序；同时，在主程序数据显示和故障诊断期间，如果出现命令或保护故障，则运行异常中断服务程序；逆软测量中断服务程序的处理流程为首先对主程序进行现场保护，再通过AD转换器采集定子有功功率Ps、定子无功功率Qs、定子电压Us和同步角速度，然后运行逆软测量运算程序，得到转子电流d轴分量、转子电流q轴分量的数值，并把运算结果输出到显示单元的存储器中，最后恢复现场并返回主程序。有益效果本发明的原理是通过构造双馈风力发电机的逆软仪表，并将其串接在双馈风力发电机之后，实现对转子电流d轴分量、转子电流q轴分量的在线实时测量。它基于双馈风力发电机严格的数学模型，经过严格的数学推导得到逆软仪表，所设计的逆软仪表具有较高的精度和很好的实用价值，可应用于许多双馈风力发电机的控制器设计中。本发明的优点在于a.所设计的逆软仪表基于双馈风力发电机常用的同步旋转坐标下的模型进行严格推导后获得，可充分反映实际双馈风力发电机的动态特征，具有较高的精度。b.所设计的逆软仪表所需的输入信号均为实际工程中容易获得的本地直接可测变量，逆软仪表本身通过附加的软硬件实现，不需要对双馈风力发电机本体进行任何改动， 实现费用低，安全可靠，易于工程实现。本发明可用于双馈风力发电机转子电流d轴分量、转子电流q轴分量Itff的在线实时测量，对提高风力发电系统的监控水平和设计高性能的双馈风力发电机控制器具有重要意义，应用前景十分广阔。


图I是双馈风力发电机I的输入变量、直接可测的输出量及关键待测变量示意图。 该双馈风力发电机I的输入变量是同步角速度;直接可测的输出量包括定子有功功率 Ps、定子无功功率Qs、定子电压Us ;关键待测变量包括转子电流d轴分量Ito、转子电流q轴分量Iqr°图2是逆模型2的示意图。逆模型2的输入是？3、03、1及0^，输出是1&、1(^。图3是逆软仪表3的具体结构图及逆软仪表3与双馈风力发电机I的串接关系。图4是采用DSP控制器4作为逆软仪表3的本发明装置组成示意图。其中有锁相环5、定子电压传感器6、定子无功功率传感器7、定子有功功率传感器8、AD转换器41和输出显示单元42。图5是采用DSP控制器4作为逆软仪表3实现本发明的系统流程框图。
具体实施例方式首先确定逆软仪表的直接可测的输出量与所需的关键待测变量，建立双馈风力发电机的模型；接着建立双馈风力发电机的逆模型；最后，基于逆模型实现逆软仪表，并将逆软仪表串接在双馈风力发电机之后，实现对转子电流d轴分量、转子电流q轴分量Itff的在线实时测量。双馈风力发电机逆软仪表的具体实施分为以下3步I确定双馈风力发电机直接可测的输出变量与关键待测变量。双馈风力电机的数学模型(同步旋转坐标下模型)为
权利要求
1.一种双馈风力发电机的逆软仪表实现方法，其特征在于该逆软仪表(3)的输入信号为双馈风力发电机(I)的I个直接可测输入变量，即同步角速度，以及3个直接可测输出变量，即定子有功功率Ps、定子无功功率1和定子电压Us ;输出为双馈风力发电机(I)的 2个关键待测变量，分别为转子电流d轴分量Ito和转子电流q轴分量;逆软仪表(3)的第一输入端(BI)接双馈风力发电机(I)的第一输出端(Al),逆软仪表(3)的第二输入端 (B2)接双馈风力发电机⑴的第二输出端(A2)，逆软仪表(3)的第三输入端(B3)接双馈风力发电机(I)的第三输出端(A3)，逆软仪表(3)的第四输入端(B4)接双馈风力发电机 ⑴的输入端(A4)，逆软仪表(3)的2个输出端分别为转子电流d轴分量Ito(B5)和转子电流q轴分量IV(B6)。
2.根据权利要求I所述的双馈风力发电机的逆软仪表实现方法，其特征在于逆软仪表(3)采用数字信号处理器即DSP控制器(4)及其外围设备实现；逆软仪表(3)通过逆软测量运算子程序实现；定子有功功率Ps、定子无功功率Qs、定子电压Us和同步角速度ω s通过模数转换器即AD转换器(41)转换成相应的数字量，并以中断方式读入DSP控制器(4);然后，DSP控制器(4)根据下式
3.根据权利要求2所述的双馈风力发电机的逆软仪表实现方法，其特征在于DSP控制器⑷的运行包括；DSP主程序先进行初始化，然后进入数据显示和故障诊断的循环；如果接收到主程序结束命令，则结束主程序；在主程序数据显示和故障诊断期间，按O. 05秒的时间间隔运行逆软测量中断服务程序；同时，在主程序数据显示和故障诊断期间，如果出现命令或保护故障，则运行异常中断服务程序；逆软测量中断服务程序的处理流程为首先对主程序进行现场保护，再通过AD转换器(41)采集定子有功功率Ps、定子无功功率Qs、定子电压Us和同步角速度，然后运行逆软测量运算程序，得到转子电流d轴分量、转子电流q轴分量的数值，并把运算结果输出到显示单元(42)的存储器中，最后恢复现场并返回主程序。
全文摘要
双馈风力发电机的逆软仪表是一种可在线实时测量双馈风力发电机中关键待测变量(即转子电流d轴分量和转子电流q轴分量)的逆软仪表，适用于双馈风力发电机的高性能监控系统和控制器设计，该装置由逆软仪表(3)组成；逆软仪表(3)的输入端(B1、B2、B3、B4)分别接双馈风力发电机(1)的第一输出端(A1)、第二输出端(A2)、第三输出端(A3)、输入端(A4)；逆软仪表(3)的输出(B5、B6)分别为待测的双馈风力发电机(1)的转子电流d轴分量和转子电流q轴分量。
文档编号G01R19/25GK102608412SQ201210046489
公开日2012年7月25日 申请日期2012年2月28日 优先权日2012年2月28日
发明者孙立, 张凯锋, 戴先中, 许淼 申请人:东南大学