一種雙饋異步風力發(fā)電機高電壓穿越的協(xié)調控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙饋異步風力發(fā)電機高電壓穿越的協(xié)調控制方法，其以雙饋異步風力發(fā)電機及其網(wǎng)側和轉子側變換器的數(shù)學模型為基礎，計算電網(wǎng)電壓高電壓時雙饋風電機組網(wǎng)側和轉子側變流器有功、無功功率的分配原則，給出了其有功、無功電流的極限表達，基于此提出了一種能為電網(wǎng)有效提供動態(tài)無功支持和消除直流母線電壓、有功功率、無功功率和電磁轉矩波動的高電壓穿越實現(xiàn)方案。本發(fā)明可以克服現(xiàn)有技術中風電機組高壓穿越能力弱和電網(wǎng)穩(wěn)定性差等缺陷，達到電網(wǎng)電壓高電壓時對發(fā)電機優(yōu)化控制的目標；并完全可在原有低電壓穿越硬件基礎上實施，與機組現(xiàn)有低電壓穿越方案實現(xiàn)銜接，構成可應對電網(wǎng)電壓幅值驟變的廣義電壓故障穿越控制策略。
【專利說明】-種雙饋異步風力發(fā)電機高電壓穿越的協(xié)調控制方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于風力發(fā)電機控制【技術領域】，具體涉及一種雙饋異步風力發(fā)電機高電壓 穿越的協(xié)調控制方法。

【背景技術】
[0002] 雙饋異步風力發(fā)電機（DFIG)系統(tǒng)中發(fā)電機定子通過變壓器與電網(wǎng)直接聯(lián)接，電 網(wǎng)出現(xiàn)的故障將直接影響到發(fā)電機本身的運行。另外其與轉子相連的勵磁變換器的容量有 限，僅能對發(fā)電機實施有限能力的控制，與基于全功率變換器的風力發(fā)電系統(tǒng)相比，雙饋異 步風電系統(tǒng)表現(xiàn)出對電網(wǎng)故障非常敏感，承受能力也較差的特點。
[0003] 目前，大量發(fā)明及研究均是關于電網(wǎng)電壓跌落故障對風電機組的影響及低電壓穿 越（LVRT)技術，而電網(wǎng)電壓驟升對風電機組的影響及相應的高電壓穿越（HVRT)【技術領域】 的研究與發(fā)明相對較少。與電壓跌落相對應，電壓驟升也是一種電網(wǎng)電壓異?，F(xiàn)象，發(fā)生在 電網(wǎng)電壓恢復或電網(wǎng)無功功率過剩時刻。在配置無功補償裝置的風電場中，正常情況下其 無功功率處于動態(tài)平衡，但當電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落時，常會引發(fā)一些無 LVRT能力的風電機組 從電網(wǎng)中解列，此時無功補償裝置如未得到及時調節(jié)，將導致電網(wǎng)無功功率過剩，進而抬升 并網(wǎng)點的端電壓。那些曾通過LVRT考驗的機組如未考慮過電壓保護設計，此時也不得不繼 續(xù)從電網(wǎng)中解列，再次造成風電機組大規(guī)模脫網(wǎng)。因此，DFIG暫態(tài)保護設計中除需認真考 慮電壓跌落故障外，還需防范電壓驟升的危害，以實現(xiàn)機組的高電壓穿越運行。
[0004] 隨著風力發(fā)電裝機容量的不斷擴大和并網(wǎng)準則的完善，具有HVRT能力已逐步成 為對風電場的必然要求。近年來關于HVRT方案的研究與發(fā)明可概括為兩大類：基于增加硬 件電路的HVRT方案；基于改進系統(tǒng)控制策略的HVRT方案。其中基于硬件的HVRT方案主要 是通過附加硬件設備對雙饋風電變流器實施拓撲結構的改造以提升風電機組HVRT能力。 顯然這些基于硬件的解決方案中，由于增加了成套的硬件系統(tǒng)，成本大幅增加，同時系統(tǒng)的 設計和控制也更加復雜。
[0005] 而很多基于改進系統(tǒng)控制策略的HVRT的發(fā)明，沒有深入討論電網(wǎng)電壓驟升期間 風電機組網(wǎng)側變流器、轉子側變流器的運行安全要求，也未分析兩變流器各自及其相互間 的有功、無功功率約束關系，所提出的控制策略尚未考慮風電機組的動態(tài)無功支持能力，難 以滿足并網(wǎng)導則對風電機組日益嚴格的入網(wǎng)要求，而有些僅從變流器角度給出了 HVRT的 解決思路，沒有充分考慮電機自身的電磁暫態(tài)特性。


【發(fā)明內容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術所存在的上述技術問題，本發(fā)明提供了一種雙饋異步風力發(fā)電機高 電壓穿越的協(xié)調控制方法，具有風電機組高壓穿越能力強和電網(wǎng)適應性好的優(yōu)點，以及對 已經(jīng)裝備低電壓穿越設施的風電機組本發(fā)明無需增加額外硬件，且控制結構簡單，能夠達 到較好的靜態(tài)和動態(tài)性能。
[0007] -種雙饋異步風力發(fā)電機高電壓穿越的協(xié)調控制方法，如下：
[0008] 對于DFIG機側變流器的控制；
[0009] A1.采集DFIG的三相定子電壓Usab。、三相定子電流Isab。、三相轉子電流I rab。、轉速 和轉子位置角利用鎖相環(huán)（PLL)提取三相定子電壓的角頻率c〇s和相位0s，進而 根據(jù)相位Θ s對三相定子電壓Usab。、三相定子電流Isab。和三相轉子電流I Mb。進行dq變換， 對應得到d_q旋轉坐標系中的定子電壓矢量Usdq、定子電流矢量1_和轉子電流矢量;
[0010] A2.根據(jù)轉子電流矢量通過解耦補償算法計算出轉子電壓前饋補償量Λ ; 根據(jù)定子電壓矢量U_和定子電流矢量Isdq通過暫態(tài)磁鏈補償算法計算出轉子電流滅磁補 償量1__。_，并通過定子功率計算得到DFIG的機側有功功率P s和機側無功功率Qs ;
[0011] A3.使給定的機側參考有功功率PSMf和機側參考無功功率Q_f分別減去機側有功 功率Ps和機側無功功率Qs后，通過PI調節(jié)并利用轉子電流滅磁補償量1__。_進行補償， 得到轉子電流指令I__Mf;使轉子電流指令減去轉子電流矢量1_后，通過PI調節(jié) 并利用轉子電壓前饋補償量△ 進行補償，得到轉子電壓指令U_ ;
[0012] A4.對轉子電壓指令Urigef進行Park反變換得到α-β靜止坐標系下的轉子電 壓指令，進而通過SVPWM(空間矢量脈寬調制）構造得到一組開關信號以對DFIG機側變流 器進行控制；
[0013] 對于DFIG網(wǎng)側變流器的控制；
[0014] B1.采集三相電網(wǎng)電壓Ugab。和三相電網(wǎng)電流Igab。以及DFIG網(wǎng)側變流器的直流母 線電壓v d。和直流母線電流Id。；利用鎖相環(huán)提取三相電網(wǎng)電壓的角頻率ω g和相位Θ g，進 而根據(jù)相位Θ g對三相電網(wǎng)電壓Ugab。和三相電網(wǎng)電流Igab。進行dq變換，對應得到d_q旋轉 坐標系中的電網(wǎng)電壓矢量U gd(^P電網(wǎng)電流矢量Igdq ;
[0015] B2.根據(jù)電網(wǎng)電壓矢量UgdjP電網(wǎng)電流矢量Igdq通過解耦補償算法計算出電網(wǎng)電 壓前饋補償量Λ Ugdq ;使給定的參考直流母線電壓Vd_f減去直流母線電壓Vd。后通過PI調 節(jié)，得到網(wǎng)側d軸電流指令值I gdMf ;
[0016] B3.使網(wǎng)側d軸電流指令值Igd,ef減去電網(wǎng)電流矢量Igdq的d軸分量I gd并加上負 載電流前饋補償量Λ IlMd，使給定的網(wǎng)側q軸電流指令值Ig_f減去電網(wǎng)電流矢量I gdq的q 軸分量Igq，進而通過PI調節(jié)并利用電網(wǎng)電壓前饋補償量Λ Ugdq進行補償，得到網(wǎng)側電壓指 7 Ugdq-ref ;
[0017] B4.對網(wǎng)側電壓指令Ugd(LMf進行Park反變換得到α-β靜止坐標系下的網(wǎng)側電 壓指令，進而通過SVPWM構造得到一組開關信號以對DFIG網(wǎng)側變流器進行控制。
[0018] 所述的步驟A2中通過暫態(tài)磁鏈補償算法計算轉子電流滅磁補償量1_。_的具體 過程如下：
[0019] 首先，根據(jù)定子電壓矢量Usd(^P定子電流矢量1_，通過定子磁鏈觀測計算出DFIG 的定子磁鏈vs;
[0020] 然后，使定子磁鏈通過陷波器分離得到其穩(wěn)態(tài)分量Vsf，使定子磁鏈減去 其穩(wěn)態(tài)分量v sf得到定子磁鏈的暫態(tài)分量Ψ3η;
[0021] 最后，對暫態(tài)分量Ψ3η進行比例放大后即得到轉子電流滅磁補償量
[0022] 所述的機側參考有功功率Ps,ef為DFIG在正常電網(wǎng)條件下的最大風能追蹤模式指 令值。
[0023] 所述的機側參考無功功率Q_f在滿足以下關系式的條件下取值：
[0024]

【權利要求】
1. 一種雙饋異步風力發(fā)電機高電壓穿越的協(xié)調控制方法，如下： 對于DFIG機側變流器的控制； A1.采集DFIG的三相定子電壓Usabc、三相定子電流Isabc、三相轉子電流I Mbc、轉速、和 轉子位置角利用鎖相環(huán)提取三相定子電壓的角頻率c〇s和相位0s，進而根據(jù)相位0s 對三相定子電壓Usab。、三相定子電流Isab。和三相轉子電流Irab。進行dq變換，對應得到d-q 旋轉坐標系中的定子電壓矢量Usdq、定子電流矢量1_和轉子電流矢量; A2.根據(jù)轉子電流矢量通過解耦補償算法計算出轉子電壓前饋補償量AU_;根據(jù) 定子電壓矢量U_和定子電流矢量通過暫態(tài)磁鏈補償算法計算出轉子電流滅磁補償量 Iri(L_P，并通過定子功率計算得到DFIG的機側有功功率Ps和機側無功功率Q s ; A3.使給定的機側參考有功功率PSMf和機側參考無功功率Q_f分別減去機側有功功率 Ps和機側無功功率Qs后，通過PI調節(jié)并利用轉子電流滅磁補償量1__。_進行補償，得到轉 子電流指令;使轉子電流指令減去轉子電流矢量后，通過PI調節(jié)并利用 轉子電壓前饋補償量△仏 (1(1進行補償，得到轉子電壓指; A4.對轉子電壓指令進行Park反變換得到α-β靜止坐標系下的轉子電壓指 令，進而通過SVPWM構造得到一組開關信號以對DFIG機側變流器進行控制； 對于DFIG網(wǎng)側變流器的控制； Β1.采集三相電網(wǎng)電壓Ugab。和三相電網(wǎng)電流Igab。以及DFIG網(wǎng)側變流器的直流母線電 壓1。和直流母線電流Id。；利用鎖相環(huán)提取三相電網(wǎng)電壓的角頻率c〇g和相位0g，進而根 據(jù)相位Θ g對三相電網(wǎng)電壓Ugab。和三相電網(wǎng)電流Igab。進行dq變換，對應得到d-q旋轉坐標 系中的電網(wǎng)電壓矢量U gd(^P電網(wǎng)電流矢量Igdq ; B2.根據(jù)電網(wǎng)電壓矢量Ugdq和電網(wǎng)電流矢量Igdq通過解耦補償算法計算出電網(wǎng)電壓前 饋補償量Λ Ugdq ;使給定的參考直流母線電壓Vd_f減去直流母線電壓Vd。后通過PI調節(jié)， 得到網(wǎng)側d軸電流指令值I gdMf ; B3.使網(wǎng)側d軸電流指令值IgdMf減去電網(wǎng)電流矢量Igdq的d軸分量18(1并加上負載電流 前饋補償量Λ IlMd，使給定的網(wǎng)側q軸電流指令值Ig_f減去電網(wǎng)電流矢量I gdq的q軸分量 ΙΜ，進而通過PI調節(jié)并利用電網(wǎng)電壓前饋補償量Λ Ugdq進行補償，得到網(wǎng)側電壓指令Ugdq ref * B4.對網(wǎng)側電壓指令Ugd(LMf進行Park反變換得到α-β靜止坐標系下的網(wǎng)側電壓指 令，進而通過SVPWM構造得到一組開關信號以對DFIG網(wǎng)側變流器進行控制。
2. 根據(jù)權利要求1所述的協(xié)調控制方法，其特征在于：所述的步驟A2中通過暫態(tài)磁鏈 補償算法計算轉子電流滅磁補償量的具體過程如下 ： 首先，根據(jù)定子電壓矢量Usd(^P定子電流矢量1_，通過定子磁鏈觀測計算出DFIG的定 子磁鏈; 然后，使定子磁鏈通過陷波器分離得到其穩(wěn)態(tài)分量Vsf，使定子磁鏈11^減去其穩(wěn) 態(tài)分量Vsf得到定子磁鏈的暫態(tài)分量Ψ3η; 最后，對暫態(tài)分量1^"進行比例放大后即得到轉子電流滅磁補償量1__。_。
3. 根據(jù)權利要求1所述的協(xié)調控制方法，其特征在于：所述的機側參考有功功率PSMf 為DFIG在正常電網(wǎng)條件下的最大風能追蹤模式指令值。
4. 根據(jù)權利要求1所述的協(xié)調控制方法，其特征在于：所述的機側參考無功功率QSMf 在滿足以下關系式的條件下取值：
其中：Us為三相定子電壓Usab。的幅值，Ls為DFIG的定子電感，L m為DFIG的定轉子互 感，s為DFIG的滑差率且s = (c〇s-c^)/c〇s，Pt為DFIG總的有功功率，〇^為電網(wǎng)角頻率， IM為DFIG機側變流器的最大允許電流。
5.根據(jù)權利要求1所述的協(xié)調控制方法，其特征在于：所述的網(wǎng)側q軸電流指令值 Ig_f在滿足以下關系式的條件下取值：
其中：Ug為三相電網(wǎng)電壓Ugab。的幅值，Ι_χ為DFIG網(wǎng)側變流器的最大允許電流，s為 DFIG的滑差率且s = (c〇s-c^)/cos，Pt為DFIG總的有功功率，ωι為電網(wǎng)角頻率，L g為進 線電抗器的電感。
【文檔編號】H02P9/10GK104113077SQ201410305648
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年6月30日 優(yōu)先權日:2014年6月30日
【發(fā)明者】孫丹, 熊平化, 方揚 申請人:浙江大學