风力发电机组谐振抑制方法及装置与流程

本发明涉及风力发电领域，具体而言，涉及一种风力发电机组谐振抑制方法及装置。

背景技术：

全球能源危机和环境问题日益加剧，以风电为代表的可再生能源得到了越来越多的关注。双馈感应发电机因励磁电流器容量小、造价低、能变速恒频运行等优点成为风电机组的主流机型。然而，双馈感应发电机的变流器对配电网的安全性、稳定性造成了不小的挑战。

随着带有电力电子变流器等非线性设备的电机的数量增多，谐波电流也不断增大。在风力发电机组本身或输电线路中的电容的参与下，会引起配电网的串并联谐振，由此造成的因无法耐受电网谐振电压而导致的机组脱网事故时有发生，严重阻碍机组的安全稳定运行。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种风力发电机组谐振抑制方法及装置，以改善现有风力发电机组谐振较难抑制、阻碍机组的安全稳定运行的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种风力发电机组谐振抑制方法，所述方法包括：第一虚拟指令计算模块获取滤波器的电感电流以及电容电压，对所述电感电流以及电容电压进行计算，根据计算结果输出第一虚拟电流以及虚拟电压；第一参考电压计算模块获得所述第一虚拟指令计算模块输出的所述第一虚拟电流以及虚拟电压，对所述第一虚拟电流以及虚拟电压进行计算，根据计算结果输出第一电压控制信号；网侧变流器接收所述第一电压控制信号，根据所述第一电压控制信号控制所述网侧变流器的开关频率，并且将所述第一电压控制信号作为输出量向所述滤波器输出。

本发明实施例还提供了一种风力发电机组谐振抑制装置，所述装置包括：第一虚拟指令计算模块获取滤波器的电感电流以及电容电压，对所述电感电流以及电容电压进行计算，根据计算结果输出第一虚拟电流以及虚拟电压；第一参考电压计算模块获得所述第一虚拟指令计算模块输出的所述第一虚拟电流以及虚拟电压，对所述第一虚拟电流以及虚拟电压进行计算，根据计算结果输出第一电压控制信号；网侧变流器接收所述第一电压控制信号，根据所述第一电压控制信号控制所述网侧变流器的开关频率，并且将所述第一电压控制信号作为输出量向所述滤波器输出。

本发明实施例提供的风力发电机组谐振抑制方法及装置的有益效果为：

本发明实施例提供的风力发电机组谐振抑制方法及装置获取滤波器的电感电流以及电容电压，并通过装置中的第一虚拟指令计算模块、第一参考电压计算模块对电感电流以及电容电压进行处理，以获得第一电压控制信号。然后把第一电压控制信号输入至网侧变流器，使网侧变流器根据第一电压控制信号控制自身的开关频率，并且将第一电压控制信号作为输出量向滤波器输出。本发明提供的风力发电机组谐振抑制方法通过引入虚拟阻抗的方式有效抑制谐振，同时又不增加多余的电子元器件，不会改变系统的效率，不增加损耗，有着较强的实用价值。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明较佳实施例提供的风力发电机组谐振抑制方法的流程图；

图2是图1中步骤S110的具体步骤的流程图；

图3是图1中步骤S120的具体步骤的流程图；

图4是本发明较佳实施例提供的风力发电机组谐振抑制方法的具体实施方式的流程图；

图5是图4中步骤S140的具体步骤的流程图；

图6是图4中步骤S150的具体步骤的流程图；

图7是本发明较佳实施例提供的风力发电机组谐振抑制的模块过程示意图；

图8是图7中第一虚拟指令计算模块的运算过程示意图；

图9是图7中第一参考电压计算模块的运算过程示意图；

图10是图7中第二虚拟指令计算模块的运算过程示意图；

图11是图7中第二参考电压计算模块的运算过程示意图；

图12是加入虚拟电阻后的滤波器等效电路图；

图13是加入虚拟电阻后的风力发电机组的电机的等效电路图；

图14是本发明实施例提供的风力发电机组谐振抑制装置。

100-谐振抑制装置；110-第一虚拟指令计算模块；120-第一参考电压计算模块；130-网侧变流器；140-第二虚拟指令计算模块；150-第二参考电压计算模块；160-机侧变流器；170-风力发电机组；180-滤波器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

详情请参见图1，图1示出了本发明实施例提供的风力发电机组170谐振抑制方法，包括如下步骤：

步骤S110，第一虚拟指令计算模块110获取滤波器180的电感电流以及电容电压，对所述电感电流以及电容电压进行计算，根据计算结果输出第一虚拟电流以及虚拟电压。

第一虚拟指令计算模块110获取滤波器180的电感电流以及电容电压，然后对电感电流以及电容电压进行第一坐标变换，获得第一变换电流以及第一变换电压。

第一虚拟指令计算模块110内部包括有陷波器，第一虚拟指令计算模块110可以利用陷波器提取第一变换电流的谐波分量，并且第一虚拟指令计算模块110将第一变换电流的谐波分量与第一虚拟电阻相乘，便可以获得虚拟电压。

同样的，第一虚拟指令计算模块110利用陷波器提取第一变换电压的谐波分量，将该谐波分量除以第二虚拟电阻，可以获得第一虚拟电流。

步骤S120，第一参考电压计算模块120获得所述第一虚拟指令计算模块110输出的所述第一虚拟电流以及虚拟电压，对所述第一虚拟电流以及虚拟电压进行计算，根据计算结果输出第一电压控制信号。

第一参考电压计算模块120获得网侧变流器130的直流电压参考值与网侧直流电压的实时测量值两者的差，并且将该差值送入第一比例积分控制器，获得网侧电流第一分量指令值，网侧电流第一分量指令值为网侧电流d轴分量指令值。

然后，第一参考电压计算模块120将网侧电流第一分量指令值与网侧电流第一分量以及第一虚拟电流第一分量比较，并将比较获得的差值送入第二比例积分控制器，从而获得网侧电压第一分量解耦项。第一参考电压计算模块120将网侧电压第一分量解耦项与网侧电压第一分量、虚拟电压第一分量比较，获得网侧电压第一分量差值。

第一参考电压计算模块120还将网侧电流第二分量指令值、网侧电流第二分量、第一虚拟电流第二分量比较，并将比较结果送入第三比例积分控制器，获得网侧电压第二分量解耦项。随后，第一参考电压计算模块120将网侧电压第二分量解耦项与网侧电压第二分量、虚拟电压第二分量比较，获得网侧电压第二分量差值。第一参考电压计算模块120对网侧电压第一分量差值以及网侧电压第二分量差值进行第二坐标变换，获得第一电压控制信号。

步骤S130，网侧变流器130接收所述第一电压控制信号，根据所述第一电压控制信号控制所述网侧变流器130的开关频率，并且将所述第一电压控制信号作为输出量向所述滤波器180输出。

网侧变流器130获得第一参考电压计算模块120输出的第一电压控制信号，并根据第一电压控制信号控制网侧变流器130的开关频率，并且将第一电压控制信号作为输出量向滤波器180输出。

网侧变流器130向滤波器180输出的第一电压控制信号即是经过引入虚拟阻抗后而产生的电压控制信号。故将第一电压控制信号输入滤波器180可以在不增加电子元器件、不增加损耗的前提下有效抑制谐振，有着较强的实用价值。

详情请参见图2，图2示出了图1中步骤S110的具体步骤，具体包括如下步骤：

步骤S111，对电感电流以及电容电压进行第一坐标变换，获得第一变换电流以及第一变换电压。

详情请参见图8，图8示出了第一虚拟指令计算模块110对电感电流以及电容电压进行处理地过程示意图。电感电流为图8示出的i₁，i₂，i₃；电容电压为图8示出的u₁，u₂，u₃。通过dq/abc坐标转换，将i₁，i₂，i₃变换为i_d和i_q，将u₁，u₂，u₃变换为u_d和u_q。

其中，i_d为第一变换电流第一分量，i_q为第一变换电流第二分量。u_d为第一变换电压第一分量，u_q为第一变换电压第二分量。

步骤S112，利用陷波器提取所述第一变换电流的谐波分量。

陷波器的表达式为与i_d相乘，获得第一变换电流第一分量的谐波分量。与i_q相乘，获得第一变换电流第二分量的谐波分量。

步骤S113，将所述第一变换电流的谐波分量与第一虚拟电阻相乘，获得虚拟电压。

根据公式获得虚拟电压第一分量。其中，u’_gd为虚拟电压第一分量，与i_d相乘，获得第一变换电流第一分量的谐波分量，R₁为第一虚拟电阻，详情请参见图12，第一虚拟电阻R₁为模拟与电感L₁串联的电阻。

根据公式获得虚拟电压第二分量。其中，u’_gq为虚拟电压第二分量，与i_q相乘，获得第一变换电流第二分量的谐波分量。该谐波分量与第一虚拟电阻相乘R₁，获得虚拟电压第二分量。

步骤S114，利用所述陷波器提取所述第一变换电压的谐波分量。

陷波器的表达式为与u_d相乘，获得第一变换电压第一分量的谐波分量，与u_q相乘，获得第一变换电压第二分量的谐波分量。

步骤S115，将所述第一变换电压的谐波分量除以所述第二虚拟电阻，获得第一虚拟电流。

根据公式获得第一虚拟电流第一分量。其中，i’_gd为第一虚拟电流第一分量。与u_d相乘，获得第一变换电压第一分量的谐波分量，该谐波分量除以第二虚拟电阻R₂，获得第一虚拟电流第一分量。详情请参见图12，第二虚拟电阻R₂是模拟与电容C并联的电阻。

根据公式获得第一虚拟电流第二分量。其中，i’_gq为第一虚拟电流第二分量。与u_q相乘，获得第一变换电压第二分量的谐波分量，该谐波分量除以第二虚拟电阻R₂获得第一虚拟电流第二分量。

详情请参见图3，图3示出了图1中步骤S120的具体步骤，包括如下步骤：

步骤S121，获得所述网侧变流器130的直流电压参考值与网侧直流电压的实时测量值两者的差，并将该差值送入第一比例积分控制器，获得网侧电流第一分量指令值。

详情请参见图9，图9示出了第一参考电压计算模块120的过程示意图。u_{gd_ref}为网侧变流器130的直流电压参考值。u_dc为网侧直流电压的实时测量值。其中，u_{gd_ref}可以设定为恒定值，优选地，可以设置为1.1。两者的差为(u_{gd_ref}-u_dc)，该差值送入第一比例积分控制器(即如图9示出的右下角的PI控制器)，获得网侧电流第一分量指令值i_{gd_ref}。应当理解，网侧电流第一分量指令值i_{gd_ref}为参考值。

步骤S122，将所述网侧电流第一分量指令值与网侧电流第一分量、第一虚拟电流第一分量比较，并将比较获得的差值送入第二比例积分控制器，获得网侧电压第一分量解耦项。

网侧电流第一分量i_gd为实际测量的dq轴电流分量，第一虚拟电流第一分量i’_gd为第一虚拟指令计算模块110输出的。网侧电流第一分量指令值与网侧电流第一分量、第一虚拟电流第一分量比较获得的差值具体为(i_{gd_ref}-i’_gd-i_gd)。该差值送入第二比例积分控制器，获得网侧电压第一分量解耦项u_k(图未示)。网侧电压第一分量解耦项u_k即为从第二比例积分控制器输出的量。

步骤S123，将所述网侧电压第一分量解耦项与网侧电压第一分量、虚拟电压第一分量比较，获得网侧电压第一分量差值。

网侧电压第一分量u_gd为实际测量的dq轴电压分量，虚拟电压第一分量u’_gd为第一虚拟指令计算模块110输出的。网侧电压第一分量解耦项与网侧电压第一分量、虚拟电压第一分量比较，获得的网侧电压第一分量差值为(u_k-u’_gd-u_gd)。

步骤S124，将网侧电流第二分量指令值、电流第二分量、第一虚拟电流第二分量比较并将比较获得的差送入第三比例积分控制器，获得网侧电压第二分量解耦项。

网侧电流第二分量指令值i_{gq_ref}为给定值，一般为0。网侧电流第二分量i_gq为实际测量的dq轴电流分量。第一虚拟电流第二分量i’_gq为第一虚拟指令计算模块110输出的。网侧电流第二分量指令值、网侧电流第二分量、第一虚拟电流第二分量比较获得的差为(i_{gq_ref}-i_gq-i’_gq)。该差值可以被送入第三比例积分控制器，获得网侧电压第二分量解耦项u_s(图未示)。应当理解，i_{gq_ref}为参考值。步骤S125，将所述网侧电压第二分量解耦项与网侧电压第二分量、虚拟电压第二分量比较，获得网侧电压第二分量差值。

网侧电压第二分量u_gq为实际测量的dq轴电压分量，虚拟电压第二分量u’_gq为第一虚拟指令计算模块110输出的。所述网侧电压第二分量解耦项与网侧电压第二分量、虚拟电压第二分量比较后获得的网侧电压第二分量差值为(u_s-u_gq-u’_gq)。

步骤S126，将所述网侧电压第一分量差值以及网侧电压第二分量差值进行第二坐标变换，获得第一电压控制信号。

对网侧电压第一分量差值(u_k-u’_gd-u_gd)以及网侧电压第二分量差值(u_s-u_gq-u’_gq)进行dq/abc坐标变换，便可以获得第一电压控制信号u_{ga_ref}、u_{gb_ref}和u_{gc_ref}。应当理解，u_{ga_ref}、u_{gb_ref}和u_{gc_ref}为参考值，作为输入量输入给网侧变流器130时，才作为电压控制信号。

详情请参见图4，图4示出了本发明实施例提供的风力发电机组170还包括的步骤示意图，包括如下步骤：

步骤S140，第二虚拟指令计算模块140获取风力发电机组170的定子侧电压，对所述定子侧电压进行计算，根据计算结果输出第二虚拟电流。

第二虚拟指令计算模块140可以对所述定子侧电压进行第三坐标变换，获得第三变换电压。然后利用陷波器提取所述第三变换电压的谐波分量。接着将所述第三变换电压的谐波分量除以第三虚拟电阻，获得所述第二虚拟电流

步骤S150，第二参考电压计算模块150获得所述第二虚拟电流，对所述第二虚拟电流进行计算，根据计算结果输出第二电压控制信号。

第二参考电压计算模块150可以将定子电流第一分量指令值与第二虚拟电流第一分量相减，并将获得的差值送入转子电流指令计算模块，获得转子电流第一分量指令值。具体地，转子电流第一分量指令值为转子d轴电流的参考值。

然后第二参考电压计算模块150对所述转子电流第一分量指令值依次经过比例积分运算以及e^-st运算，获得第一转子侧电压指令值。

第二参考电压计算模块150将定子电流第一分量指令值与第二虚拟电流第二分量相减，并将获得的差值送入转子电流指令计算模块，获得转子电流第二分量指令值。具体地，转子电流第二分量指令值为转子q轴电流的参考值。

接着，第二参考电压计算模块150将所述转子电流第二分量指令值依次经过比例积分运算以及e^-st运算，获得第二转子侧电压指令值。

第二参考电压计算模块150对所述第一转子侧电压指令值以及第二转子侧电压指令值进行第四坐标变换，获得所述第二电压控制信号。

步骤S160，机侧变流器160接收所述第二电压控制信号，根据所述第二电压控制信号控制所述机侧变流器160的开关频率，并且将所述第二电压控制信号作为输出量向所述风力发电机组170输出。

第二电压控制信号作为输出量向风力发电机组170输出，第二电压控制信号即为经过虚拟阻抗调节过的输出量。

详情请参见图5，图5示出了图4中步骤S140的具体步骤，包括如下步骤：

步骤S141，对所述定子侧电压进行第三坐标变换，获得第三变换电压。

详情请参见图4以及图10，定子侧电压为u_a、u_b以及u_c。对u_a、u_b以及u_c进行abc/dq变换，获得u’_d以及u’_q。其中，u’_d为第三变换电压第一分量，u’_q为第三变换电压第二分量。

步骤S142，利用陷波器提取所述第三变换电压的谐波分量。

与u’_d相乘，获得第三变换电压第一分量的谐波分量，与u’_q相乘，获得第三变换电压第二分量的谐波分量。

步骤S143，将所述第三变换电压的谐波分量除以第三虚拟电阻，获得所述第二虚拟电流。

根据公式获得第二虚拟电流第一分量，R₃为第三虚拟电阻，i’_sd为第二虚拟电流第一分量。根据公式获得第二虚拟电流第二分量，i’_sq为第二虚拟电流第二分量。第三虚拟电阻R₃模拟如图13示出的与电机定子侧并联的电阻R₃。

详情请参见图6，图6示出了图4中步骤S150的具体步骤。包括如下步骤：

步骤S151，将定子电流第一分量指令值与第二虚拟电流第一分量相减，并将获得的差值送入转子电流指令计算模块，获得转子电流第一分量指令值。

详情请参见图7和图11，定子电流第一分量指令值i_{sd_ref}为定子电流d轴分量指令值，i’_sd为第二虚拟电流第一分量。定子电流第一分量指令值与第二虚拟电流第一分量相减，获得的差值为(i_{sd_ref}-i’_sd)。该差值送入转子电流指令计算模块后进行如下计算：

获得转子电流第一分量指令值i_{rd_ref}。应当理解，i_{rd_ref}为参考值。

步骤S152，将所述转子电流第一分量指令值依次经过比例积分运算以及e^-st运算，获得第一转子侧电压指令值。

转子电流第一分量指令值i_{rd_ref}依次经过比例积分运算以及e^-st运算，获得第一转子侧电压指令值u_{rd_ref}。

步骤S153，将定子电流第一分量指令值与第二虚拟电流第二分量相减，并将获得获得的差值送入转子电流指令计算模块，获得转子电流第二分量指令值。

定子电流第一分量指令值i_{sq_ref}为定子电流q轴分量指令值。第二虚拟电流第二分量i’_sq通过第二虚拟指令计算模块140获得。定子电流第一分量指令值与第二虚拟电流第二分量相减，获得的差值为(i_{sq_ref}-i’_sq)。该差值送入转子电流指令计算模块经过如下计算：

获得转子电流第二分量指令值i_{rq_ref}。应当理解，i_{rq_ref}为参考值。

步骤S154，将所述转子电流第二分量指令值依次经过比例积分运算以及e^-st运算，获得第二转子侧电压指令值。

转子电流第二分量指令值i_{rq_ref}依次经过比例积分运算以及e^-st运算，获得第二转子侧电压指令值u_{rq_ref}。

步骤S155，对所述第一转子侧电压指令值以及第二转子侧电压指令值进行第四坐标变换，获得所述第二电压控制信号。

对所述第一转子侧电压指令值u_{rd_ref}以及第二转子侧电压指令值u_{rq_ref}进行第四坐标变换，即dq/abc变换，获得第二电压控制信号u_{ra_ref}、u_{rb_ref}以及u_{rc_ref}。应当理解，u_{ra_ref}、u_{rb_ref}以及u_{rc_ref}为参考值。

本发明实施例还提供了一种风力发电机组谐振抑制装置100，详情请参见图14，该装置100包括：

第一虚拟指令计算模块110，用于获取滤波器180的电感电流以及电容电压，对所述电感电流以及电容电压进行计算，根据计算结果输出第一虚拟电流以及虚拟电压。

第一参考电压计算模块120，用于获得所述第一虚拟指令计算模块110输出的所述第一虚拟电流以及虚拟电压，对所述第一虚拟电流以及虚拟电压进行计算，根据计算结果输出第一电压控制信号。

网侧变流器130，用于接收所述第一电压控制信号，根据所述第一电压控制信号控制所述网侧变流器130的开关频率，并且将所述第一电压控制信号作为输出量向所述滤波器180输出。

本发明实施例提供的风力发电机组谐振抑制装置100主要用于实现上述的风力发电机组170谐振抑制方法，风力发电机组谐振抑制装置100实现该方法的过程可以参见上文中的详细描述，在此便不做赘述。

本发明实施例提供的风力发电机组170谐振抑制方法及装置获取滤波器180的电感电流以及电容电压，并通过装置中的第一虚拟指令计算模块110、第一参考电压计算模块120对电感电流以及电容电压进行处理，以获得第一电压控制信号。然后把第一电压控制信号发送至网侧变流器130，使网侧变流器130根据第一电压控制信号控制自身的开关频率，并且将第一电压控制信号作为输出量向滤波器180输出。本发明提供的风力发电机组170谐振抑制方法通过引入虚拟阻抗的方式有效抑制谐振，同时又不增加多余的电子元器件，不会改变系统的效率，不增加损耗，有着较强的实用价值。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法的可能实现的体系架构、功能和操作。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。