不平衡电压下双馈感应风电系统平衡总输出电流的方法
【专利摘要】本发明公开了一种不平衡电压下双馈感应风电系统平衡总输出电流的方法，本方法涉及对串联网侧变换器的控制、并联网侧变换器的控制以及电机侧变换器的控制。应用该发明，串联网侧变换器向定子回路注入串联电压矢量可使得定子电压保持平衡，从而保证了发电机的安全稳定运行，通过并联网侧变换器输出合适的电流即可实现整个系统无负序电流注入电网，有效提高了不平衡电压下双馈感应风电系统所并电网的电能质量。
【专利说明】不平衡电压下双馈感应风电系统平衡总输出电流的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及采用串联网侧变换器的双馈感应风力发电系统技术改进，特别是涉及 不平衡电压下双馈感应风力发电系统平衡总输出电流的方法，属于电力控制【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 双馈感应发电机（doublyfedinductiongenerator, DFIG)定子直接与电网相连的 结构决定了其对于电网的扰动非常敏感，很小的定子电压不平衡将导致定、转子电流出现 较大程度的不平衡，最终使得发电机的电磁转矩、输出功率产生大幅度的波动，严重影响发 电机的安全稳定运行及发电系统的输出电能质量。此外，不平衡电压下DFIG系统总输出电 流也将出现较大程度的不平衡，随着风电并网容量的增加，新的电网运行导则也要求并网 电流负序含量在一定限度以内来满足并网电能质量的要求。目前，针对不平衡电压下DFIG 系统的运行行为与控制策略已有一些解决方法，如已公开的下列文献：
[0003] (1)胡家兵，贺益康，郭晓明等.不平衡电网电压下双馈异步风力发电系统的建模 与控制[J]·电力系统自动化，2007,31(14) :47-56.
[0004] (2)郑艳文，李永东，柴建云，等.不平衡电压下双馈发电系统控制策略[J].电力 系统自动化，2009, 33 (15) :89-93.
[0005] 文献（1)提出了小值稳态不平衡电网电压条件下增强DFIG不间断运行能力的四 种可供选择的控制方案，有效提高了小值稳态不平衡电网条件下双馈风电机组的不间断运 行能力。然而上述方案受转子电流控制变量的限制，无法同时实现电机定、转子电流平衡、 输出功率和电磁转矩无波动等运行目标，使得不平衡电压下DFIG的增强运行能力受到限 制。此外，所提方法也无法实现整个系统无负序电流注入电网。
[0006] 文献（2)提出一种基于比例谐振调节器的DFIG系统矢量控制策略，该方法可有效 抑制电磁转矩、无功功率以及直流母线电压的脉动，实现DFIG系统在不平衡电压下的稳定 运行，但该文献并未提出不平衡电压下平衡系统总输出电流的可行方案。
【发明内容】
[0007] 针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提出一种不平衡电压下双馈感 应风电系统平衡总输出电流的方法，该控制方法在保证发电机安全稳定运行的同时亦实现 了对DFIG系统总输出负序电流的抑制。
[0008] 本发明的技术方案是这样实现的：
[0009] 不平衡电压下双馈感应风电系统平衡总输出电流的方法，本方法涉及对串联网侧 变换器的控制、并联网侧变换器的控制以及电机侧变换器的控制，各变换器的控制方法分 别为：
[0010] A)串联网侧变换器控制步骤：
[0011] A1)将电压传感器采集到的电网三相电压信号ugab。经过数字锁相环后得到电网正 序电压电角度Θ g以及同步电角速度ω ;
[0012] A2)将采集到的电网三相电压信号ugab。、发电机定子三相电压信号usab。分别经过 静止三相abc坐标轴系到静止两相α β坐标轴系恒功率变换，转换为静止两相α β坐标 轴系下电压信号，即uga e，usa e ;
[0013] A3)采用电网正序电压定向方式，将步骤Α2)所得ugae、usae经静止两相α β 坐标轴系分别到正向、反向同步角速度旋转坐标轴系的恒功率变换后，再经过2ω陷波 器滤波后得到电网三相电压、定子三相电压在正向、反向同步旋转坐标系下dq轴分量
【权利要求】
1.不平衡电压下双馈感应风电系统平衡总输出电流的方法，其特征在于：本方法涉及 对串联网侧变换器的控制、并联网侧变换器的控制以及电机侧变换器的控制，各变换器的 控制方法分别为： A) 串联网侧变换器控制步骤： Al)将电压传感器采集到的电网三相电压信号Ugab。经过数字锁相环后得到电网正序电 压电角度eg以及同步电角速度《 ; A2)将采集到的电网三相电压信号Ugab。、发电机定子三相电压信号Usab。分别经过静止 三相abc坐标轴系到静止两相a0坐标轴系恒功率变换，转换为静止两相a0坐标轴系 下电压信号，即ugae，usae ; A3)采用电网正序电压定向方式，将步骤A2)所得Ugae、Usae经静止两相a@坐 标轴系分别到正向、反向同步角速度旋转坐标轴系的恒功率变换后，再经过2?陷波 器滤波后得到电网三相电压、定子三相电压在正向、反向同步旋转坐标系下dq轴分量 " gdq+、以gdq -、"sdq+、"sdq -; A4)串联网侧变换器采用电压闭环控制实现向定子回路注入串联电压矢量使得定子电 压保持平衡，正、反转双同步角速度旋转坐标系下串联网侧变换器的正、负序电压控制方程 分别如下：
其中，Kpl和Kil分别为正序电压PI调节器的比例系数和积分系数，Kp2和Ki2分别为负 序电压PI调节器的比例系数和积分系数，Kpl〈0,Kp2〈0。 A5)将步骤A4)所得到的串联网侧变换器正、负序控制电压分别经正向 同步角速度旋转坐标轴系到静止两相a0坐标轴系的恒功率变换及反向同步角速度旋转 坐标轴系到静止两相aP坐标轴系的恒功率变换后通过空间矢量调制产生串联网侧变换 器PWM驱动信号； B) 并联网侧变换器的控制步骤为： BI)将电流传感器采集到的双馈感应发电机定子三相电流信号isab。经静止abc三相坐 标轴系到静止两相a0坐标轴系恒功率变换和静止两相a0坐标轴系到正向同步角速度 旋转坐标轴系的恒功率变换得到发电机定子电流在正向同步旋转坐标系下dq轴分量 将电流传感器采集到的并联网侧变换器三相电流信号igab。经静止abc三相坐标轴系 到静止两相aP坐标轴系恒功率变换、静止两相aP坐标轴系到正向同步角速度旋转坐 标轴系的恒功率变换、静止两相aP坐标轴系到反向同步角速度旋转坐标轴系的恒功率 变换及2?陷波器滤波得到并联网侧变换器电流在正向、反向同步旋转坐标系下dq轴分量 4*1+、-; B2)将步骤A3)所得<[1+和Wgliq、步骤BI)所得'+、并联网侧变换器平均无功功率给定 以及由直流母线电压闭环获得的并联网侧变换器平均有功功率给定值送入并联 网侧变换器内环参考电流指令计算模块，获得并联网侧变换器参考电流指令的正负序分量 ^gdq+' ^gdq- 5 B3)并联网侧变换器在正、反转双同步旋转坐标轴系中的正、负序控制电压方程为：
其中：Kp3+和Ki3+分别为正序分量PI调节器的比例系数和积分系数，尤*和尤I3分别为 负序分量PI调节器的比例系数和积分系数，《为同步电角速度，Lg为并联网侧变换器的进 线电抗器的电感； B4)将步骤B3)所得到的并联网侧变换器正负序控制电压叫；+、\-分别经正向同步角 速度旋转坐标轴系到静止两相a0坐标轴系的恒功率变换、反向同步角速度旋转坐标轴 系到静止两相a0坐标轴系的恒功率变换后通过空间矢量调制产生并联网侧变换器PWM 驱动信号； C)电机侧变换器的控制策略为： Cl)电机侧变换器采用传统矢量控制策略，其控制电压和直流侧电压ud。通过空间矢量 调制产生电机侧变换器PWM驱动信号。
2.根据权利要求1所述的不平衡电压下双馈感应风电系统平衡总输出电流的方法，其 特征在于，所述的步骤B2)包括以下步骤： B2. 1)计算并联网侧变换器电流参考指令的正序分量，令并联网侧变换器基波正序电 流指令为：
B2. 2)设定并联网侧变换器电流参考指令的负序分量为：
其中可根据电网的无功需求而设定。
【文档编号】H02J3/26GK104242327SQ201410528001
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年10月8日 优先权日:2014年10月8日
【发明者】姚骏, 周特, 赵磊, 余梦婷 申请人:重庆大学