专利汇可以提供永磁直驱风机的软并网控制装置及控制方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供一种永磁直驱 风 机的软并网控制装置及控制方法,包括:MPU 控制器 、 整流器 、 LC 滤波器 、Boost变换器、逆变桥、LCL滤波器、第一驱动模 块 、第二驱动模块、辅助负载、第一 接触 器、第二接触器、第一 电压 传感器 、第二电压传感器、第三电压传感器、第四电压传感器和 电流 传感器。本发明通过在并网侧引入辅助负载,使永磁直驱风机并网前带载运行,可避免空载并网时 稳定性 差的缺点,以及,通过 支持向量机 预测模型 控制永磁直驱风机的 输出电压 ,可使其幅值、 频率 、 相位 更好的与 电网 电压保持一致,从而减弱并网时对电网的冲击。,下面是永磁直驱风机的软并网控制装置及控制方法专利的具体信息内容。
1.一种永磁直驱风机的软并网控制装置,其特征在于,包括:
MPU控制器(1)、整流器(2)、LC滤波器(3)、Boost变换器(4)、逆变桥(5)、LCL滤波器(6)、第一驱动模块(7)、第二驱动模块(8)、辅助负载(Rz)、第一接触器(K1)、第二接触器(K2)、第一电压传感器(UT1)、第二电压传感器(UT2)、第三电压传感器(UT3)、第四电压传感器(UT4)和电流传感器(CT1);其中,
所述整流器(2)的三相输入端与永磁直驱风机(GS)的三相输出端连接,所述整流器(2)的单相输出正端与所述LC滤波器(3)的输入正端连接,所述整流器(2)的单相输出负端与所述LC滤波器(3)的输入负端连接;
所述LC滤波器(3)的输出正端与所述Boost变换器(4)的输入正端连接,所述LC滤波器(3)的输出负端与所述Boost变换器(4)的输入负端连接;
所述Boost变换器(5)的输出正端与所述逆变桥(5)的输入正端连接,所述Boost变换器(5)的输出负端与所述逆变桥(5)的输入负端连接;
所述逆变桥(5)的输出正端与所述LCL滤波器(6)的输入正端连接,所述逆变桥(5)的输出负端与所述LCL滤波器(6)的输入负端连接;
所述LCL滤波器(6)的输出正端与所述第三电压传感器(UT3)的测量正端连接,所述LCL滤波器(6)的输出负端与所述第三电压传感器(UT3)的测量负端连接;
所述第一接触器(K1)的一端与所述LCL滤波器(6)的输出正端连接,所述第一接触器
(K1)的另一端与所述辅助负载(Rz)的一端连接,所述辅助负载(Rz)的另一端与单相电网的零线接线端连接;
所述第二接触器(K2)的一端与所述LCL滤波器(6)的输出正端连接,所述第二接触器
(K2)的另一端与所述单相电网的火线接线端连接;
所述第一电压传感器(UT1)的测量正端与所述LC滤波器(3)的输出正端连接,所述第一电压传感器(UT1)的测量负端与所述LC滤波器(3)的输出负端连接,所述第一电压传感器(UT1)的测量信号输出端与所述MPU控制器(1)连接;
所述第二电压传感器(UT2)的测量正端与所述Boost变换器(4)的输出正端连接,所述第二电压传感器(UT2)的测量负端与所述Boost变换器(4)的输出负端连接,所述第二电压传感器(UT2)的测量信号输出端与所述MPU控制器(1)连接;
所述第三电压传感器(UT3)的测量正端与所述LCL滤波器(6)的输出正端连接,所述第三电压传感器(UT3)的测量负端与所述LCL滤波器(6)的输出负端连接,所述第三电压传感器(UT3)的测量信号输出端与所述MPU控制器(1)连接;
所述第四电压传感器(UT4)的测量正端与所述单相电网的火线接线端连接,所述第四电压传感器(UT4)的测量负端与所述单相电网的零线接线端连接,所述第四电压传感器(UT4)的测量信号输出端与所述MPU控制器(1)连接;
所述电流传感器(CT1)的测量正端和测量负端分别与所述LCL滤波器(6)连接,所述电流传感器(CT1)的测量信号输出端与所述MPU控制器(1)连接;
所述第一驱动模块(7)的输入端与所述MPU控制器(1)连接,所述第一驱动模块(7)的输出端与所述Boost变换器(4)连接;
所述第二驱动模块(8)的输入端与所述MPU控制器(1)连接,所述第二驱动模块(8)的两个输出端分别与所述逆变桥(5)连接。
2.权利要求1所述的永磁直驱风机的软并网控制装置,其特征在于,
所述LC滤波器(3)包括第一电感(L1)和第一电容(C1);其中,所述第一电感(L1)的一端与所述整流器(2)的单相输出正端连接,所述第一电感(L1)的另一端与所述第一电容(C1)的正极连接,所述第一电容(C1)的负极与所述整流器(2)的单相输出负端连接。
3.权利要求2所述的永磁直驱风机的软并网控制装置,其特征在于,所述整流器(2)为不控整流器。
4.权利要求1所述的永磁直驱风机的软并网控制装置,其特征在于,
所述Boost变换器(4)包括第二电感(L2)、第一功率管(Q1)、二极管(D)和第二电容
(C2);其中,所述第二电感(L2)的一端与所述LC滤波器(3)的输出正端连接,所述第二电感(L2)的另一端与所述二极管(D)的正极连接,所述第一功率管(Q1)的漏极与所述二极管(D)的正极连接,所述第一功率管(Q1)的栅极与所述第一驱动模块(7)的输出端连接,所述第一功率管(Q1)的源极与所述LC滤波器(3)的输出负端连接;所述二极管(D)的负极与所述第二电容(C2)的正极连接;所述第二电容(C2)的正极与所述逆变桥(5)的输入正端连接,所述第二电容(C2)的负极与所述逆变桥(5)的输入负端连接。
5.权利要求1所述的永磁直驱风机的软并网控制装置,其特征在于,
所述逆变桥(5)包括第二功率管(Q2)、第三功率管(Q3)、第四功率管(Q4)和第五功率管(Q5);其中,所述第二功率管(Q2)的栅极和所述第五功率管(Q5)的栅极分别与所述第二驱动模块(8)的第一输出端连接,所述第三功率管(Q3)的栅极和所述第四功率管(Q4)的栅极分别与所述第二驱动模块(8)的第二输出端连接,所述第二功率管(Q2)的源极与所述第四功率管(Q4)的漏极连接,所述第二功率管(Q2)的漏极与所述Boost变换器(4)的输出正端连接,所述第三功率管(Q3)的漏极与所述第二功率管(Q2)的漏极连接,所述第三功率管(Q3)的源极与所述第五功率管(Q5)的漏极连接,所述第四功率管(Q4)的源极与所述Boost变换器(4)的输出负端连接,所述第五功率管(Q5)的源极与所述第四功率管(Q4)的源极连接。
6.权利要求1所述的永磁直驱风机的软并网控制装置,其特征在于,
所述LCL滤波器(6)包括第三电感(L3)、第三电容(C3)和第四电感(L4);其中,所述第三电感(L3)的一端与所述逆变桥(5)的输出正端连接,所述第三电感(L3)的另一端与所述电流传感器(CT1)的测量正端连接,所述第三电容(C3)的正极与所述电流传感器(CT1)的测量负端连接,所述第三电容(C3)的负极与所述逆变桥(5)的输出负端连接,所述第四电感(L4)的一端与所述第三电容(C3)的正极连接,所述第四电感(L4)的另一端与所述第三电压传感器(UT3)的测量正端连接。
7.权利要求1所述的永磁直驱风机的软并网控制装置,其特征在于其控制方法的工作步骤为,
步骤1:在永磁直驱风机(GS)并网前,闭合第一接触器(K1),进行永磁直驱风机(GS)的输出电压调节,令所述MPU控制器(1)按照如下方式运作:
在k时刻,通过第一电压传感器(UT1)采集第一电容(C1)的电压Vd(k),通过第二电压传感器(UT2)采集第二电容(C2)的电压Vb(k),结合前馈补偿器与第一PI控制器计算Boost变换器(4)中第一功率管(Q1)的PWM控制信号的占空比D1(k),通过第三电压传感器(UT3)采集永磁直驱风机(GS)的输出电压Vo(k),通过第四电压传感器(UT4)采集单相电网的电压Vg(k),通过电流传感器(CT1)采集LCL滤波器(6)中第三电感(L3)的电流iL(k),并通过支持向量机预测模型计算逆变桥(5)PWM控制信号的占空比D2(k),其中,支持向量机预测模型的第一输入端为k时刻的第三电感(L3)的电流iL(k),第二输入端为k时刻的永磁直驱风机(GS)的输出电压Vo(k),第三输入端为k-1时刻的永磁直驱风机(GS)的输出电压Vo(k-1),第四输入端为k-2时刻的永磁直驱风机(GS)的输出电压Vo(k-2),第五输入端为k-1时刻的逆变桥(5)PWM控制信号的占空比D2(k-1),第六输入端为k-2时刻的逆变桥(5)PWM控制信号的占空比D2(k-2),第七输入端为k时刻的单相电网的电压Vg(k);
上述前馈补偿器的输出Db(k)的计算方式为:
上述第一PI控制器的输出DPI(k)的计算方式为:
其中,Kp1为第一PI控制器的比例参数,Ki1为第一PI控制器的积分参数,Vb*为第二电容(C2)的电压设定值;
上述占空比D1(k)的计算方式为:
D1(k)=Db(k)+DPI(k);
步骤2:闭合第二接触器(K2),采用第二PI控制器调节永磁直驱风机(GS)输出功率P至某一数值PT,即逆变桥(5)PWM控制信号的占空比D2(k)的计算方式改为:
其中,Kp2为第二PI控制器的比例参数,Ki2为第二PI控制器的积分参数;iL*为第三电感(L3)的电流设定值,其在k时刻的计算方式为:
其中,Vgm为单相电网电压Vg的有效值,θ(k)为k时刻单相电网电压Vg的相角;
然后,断开第一接触器(K1),以切除辅助负载(Rz)。
8.权利要求7所述的永磁直驱风机的软并网控制装置的控制方法,其特征在于所述支持向量机预测模型的建立过程包括如下步骤:
步骤1:收集训练样本,具体为:
步骤a.基于永磁直驱风机软并网控制装置采集运行数据;
在Boost变换器(4)中第二电容(C2)的电压为Vb*的工况下,闭合第一接触器(K1),断开第二接触器(K2),通过第三电压传感器(UT3)采集永磁直驱风机(GS)的输出电压Vo,通过第四电压传感器(UT4)采集单相电网的电压Vg,通过电流传感器(CT1)采集LCL滤波器(6)中第三电感(L3)的电流iL,取单相电网的电压Vg为设定值,利用单回路PI控制器对永磁直驱风机(GS)的输出电压Vo进行控制,并连续采集M次永磁直驱风机(GS)的输出电压Vo、LCL滤波器(6)中第三电感(L3)的电流iL、单相电网的电压Vg、单回路PI控制器计算的逆变桥(5)PWM信号的占空比D2,从而构成M组运行数据;
步骤b.利用采集的运行数据构造样本;
对于k时刻,所构造的样本为{iL(k),Vo(k),Vo(k-1),Vo(k-2),D2(k),D2(k-1),D2(k-2),Vg(k)},其中,iL(k)为k时刻的LCL滤波器(6)中第三电感(L3)的电流,Vo(k)为k时刻的永磁直驱风机(GS)的输出电压,Vo(k-1)为k-1时刻的永磁直驱风机(GS)的输出电压,Vo(k-2)为k-2时刻的永磁直驱风机(GS)的输出电压,D2(k)为k时刻的单回路PI控制器计算的逆变桥(5)PWM信号的占空比,D2(k-1)为k-1时刻的单回路PI控制器计算的逆变桥(5)PWM信号的占空比,D2(k-2)为k-2时刻的单回路PI控制器计算的逆变桥(5)PWM信号的占空比,Vg(k)为k时刻的单相电网的电压;
步骤2:建立并训练支持向量机预测模型;
建立包括七个输入端、一个输出端的支持向量机预测模型,选取高斯函数作为核函数,对应样本{iL(k),Vo(k),Vo(k-1),Vo(k-2),D2(k),D2(k-1),D2(k-2),Vg(k)},取其第一个输入端为iL(k),第二个输入端为Vo(k),第三个输入端为Vo(k-1),第四个输入端为Vo(k-2),第五个输入端为D2(k-1),第六个输入端为D2(k-2),第七个输入端为Vg(k),输出端为D2(k);
均匀抽取M个样本中的80%作为训练样本,剩余20%个样本作为检验样本,对建立的支持向量机预测模型进行训练;为防止产生过学习现象或者欠学习现象,分别取支持向量机中的高斯核参数函数C=10-1、100、101、102、103;δ2=10-2、10-1、100、101、102,利用训练样本进行学习,计算在检验样本上的平均相对误差ΔMRE,并选择最小的平均相对误差ΔMRE所对应的模型作为最终预测模型。
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