L5(UsqIsd-UsJsq)(11) 双馈风力发电机电磁转矩可以表示为：
式中是发电机的极对数，由转子磁链弱磁给定W/=Ws,可以得到在故障期间电磁 转矩为0。
[0014] 转子磁链实际值与转子磁链的最优给定值进行比较后，得到转子磁链偏差，经过 双谐振PR控制器进行调节，其中谐振控制器R的加入，可以实现对转子磁链的无静差控制， 而且不需要复杂的补偿项，可以得到两相同步旋转坐标系下的转子电压。
[0015] 双谐振PR控制器的传递函数为：
式中2分别为比例常数、积分时间常数1、积分时间常数2, ％和％为谐振 频率1和谐振频率2,当给定交流信号的角频率为^^或％2时，则G/s)的幅值趋于无限 大。在电网电压发生三相对称跌落故障时，通过设置控制器谐振频率A1为％-%，实现 对转子磁链偏差进行无静差控制，在电网电压发生单相跌落故障时，通过同时设置控制器 谐振频率Wtll为％_ %和％2为2 %，实现对转子磁链偏差进行无静差控制。经过双 谐振PR控制器得到两相同步旋转坐标系下的转子电压士,、，经过坐标反变换得到两相转 子参考坐标系下的转子电压，然后进行PWM调制。
[0016] 当电网电压稳态运行时，双馈风力发电机转子侧变换器采用基于定子磁链定向的 矢量控制，当电网电压发生故障时，双馈风力发电机转子侧变换器采用定转子磁链同步弱 磁控制方法，设置定转子磁链同步弱磁控制的控制频率是基于定子磁链定向的矢量控制的 2倍，提高了对故障响应的速度，在故障瞬间对转子电流进行了有效地控制，提高了双馈风 力发电机在故障状态下不脱网运行的能力。
[0017] 图2为本发明定转子磁链同步弱磁控制的结构框图。当定子电压发生故障时，双 馈风力发电机进行故障运行控制，即定转子磁链同步弱磁方法，其步骤如下：（1)、将检测 到的定子三相电压和定子三相电流7^,经过坐标转换得到两相静止坐标系下定子两 相电压和定子两相电流/sm，将检测到的转子三相电流经过坐标转换得到两相 转子坐标系下转子两相电流/,4;(2)、将测得的转子角速度义进行积分计算得到匕； (3)、基于定子磁链定向，计算出定子磁链空间位置角〃i和定子磁链在转子坐标系下的位 置角〃i-匕，然后对定子两相电流/sm和转子两相电流TrM进行坐标转换得到定转子电 流的t/、<7轴分量；（4)、将两相同步旋转坐标系下的定子电流isrf、isg，转子电流&，定子 自感A3，转子自感4?和定转子间互感4进行定子磁链和转子磁链计算，即：W ，^^=44+44。，(5)、转子磁链的给定值进行计算，即：
际值，上标r表示以转子角速度&旋转的两相转子坐标系，下标S表示定子侧的变量。在 故障期间W/变换自适应改变，实现对转子磁链的实时最优控制，将得到的以转子角速 度义旋转的两相转子坐标系下的转子磁链给定值，经过坐标转换，得到两相同步旋转坐标 系下的转子磁链给定值；（6)、将转子磁链给定值与计算得到的转子磁链A轴分量作差， 得到转子磁链偏差；采用双谐振PR控制器，可实现对指定频率正弦量的无静差控制，在两 相同步旋转坐标系下采用双谐振PR控制器，不需要复杂的补偿项，双谐振PR控制器的传递
分时间常数1、积分时间常数2, 为谐振频率1和谐振频率2,当给定交流信号的 角频率为％i或％2时，则&^(S)的幅值趋于无限大。在电网电压发生三相对称跌落故障 时，通过设置控制器谐振频率A1为％-义，实现对转子磁链偏差进行无静差控制，在电网 电压发生单相跌落故障时，通过同时设置控制器谐振频率％i为％-义和％2为2 实现对转子磁链偏差进行无静差控制；（7)、双谐振PR控制器输出为两相同步旋转坐标系 下的转子电压~，经过坐标反变换得到两相转子参考坐标系下的转子电压，然后进行 PWM调制。
[0018] 图3为电网发生对称故障时基于定子磁场定向的矢量控制的运行结果图，在0. 3s 时，电网发生三相电压跌落70%的故障，从图中可以看出，电磁转矩波动较大，因此对发电 机组冲击比较大，故障瞬间，转子电流和定子电流超出2倍额定峰值电流，定子侧有功功率 和无功功率波动较大，定子磁链的波形发生畸变，转子磁链的波动也比较大，此控制方法在 故障情况下不适用。图4为电网发生对称故障时定转子磁链同步弱磁控制的运行结果图， 在0.3s时电网发生三相电压跌落70%的故障，从图中可以看出，电磁转矩几乎为零，波动较 小，在电网稳定运行时，转子电流为2000A，当故障发生时，采用定转子同步弱磁控制，此时 转子电流为3000A，转子电流控制在1. 5倍额定峰值电流以内，有功功率和无功功率有较小 的波动，定子磁链和转子磁链波动较小，并且转子磁链跟随定子磁链同步变化，达到了其控 制目标。
[0019] 图5为电网电压发生单相跌落故障时基于定子磁场定向的矢量控制的运行结果 图，在0. 3s时，电网发生单相电压跌落90%的故障，电磁转矩波动较大，转子电流和定子电 流超出2倍额定峰值电流，对发电机组冲击性大，定子侧有功功率和无功功率变化较大，特 别是有功功率波动，发电机与电网之间功率传输不平衡，定子磁链和转子磁链变化较大，对 定子电流和转子电流影响较大，此控制方法在故障情况下不适用。图6为电网电压发生单 相跌落故障时定转子磁链同步弱磁控制的运行结果图，在0. 3s时，电网发生单相电压跌落 90%的故障，电磁转矩几乎为零，波动较小，在电网稳定运行时，转子电流为2000A，当故障 发生时，采用定转子同步弱磁控制，此时转子电流为3200A，转子电流控制在1. 6倍额定峰 值电流以内，定子侧有功功率和无功功率与基于定子磁场定向的矢量控制相比波动较小， 定子磁链和转子磁链波动较小，并且转子磁链跟随定子磁链同步变化，达到了其控制目标。
[0020] 以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该 了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原 理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入 本发明保护的范围内。
【主权项】
1.电网故障下双馈风力发电机定转子磁链同步弱磁控制方法，其特征在于：电网电压 正常时，双馈风力发电机转子侧变换器采用基于定子磁链定向的矢量控制，电网电压发生 故障时，双馈风力发电机转子侧变换器采用定转子磁链同步弱磁控制方法，同时设置定转 子磁链同步弱磁控制的控制频率为基于定子磁链定向的矢量控制的2倍，其具体实施步骤 为： (1) 、将检测到的定子三相电压UP定子三相电流/saAe经过坐标转换得到两相静止 坐标系下定子两相电压和定子两相电流/sm，将检测到的转子三相电流Trafc经过坐 标转换得到两相转子坐标系下转子两相电流Tr (2) 、将测得的转子角速度义进行积分计算得到匕； (3 )、基于定子磁链定向，计算出定子磁链空间位置角〃i和定子磁链在转子坐标系下 的位置角〃i-l，然后对定子两相电流/sm和转子两相电流TrM进行坐标转换得到定转 子电流的t/、<7轴分量； (4)、将两相同步旋转坐标系下的定子电流isrf、isg，转子电流iq，定子自感Zs，转子 自感4和定转子间互感4进行定子磁链和转子磁链计算得到定子磁链0<7轴分量$m、 W转子磁链么清自分量W^为定子电流额定值，为定子磁链实际值，上标r表示以转子角速度义旋转的两相坐标 系，下标s表示定子侧的变量，在故障期间W/变换自适应改变，实现对转子磁链的实 时最优控制，将得到的以转子角速度&旋转的两相转子坐标系下的转子磁链给定值经过 坐标转换得到两相同步旋转坐标系下的转子磁链给定值； (6)、将转子磁链给定值与计算得到的转子磁链A清自分量作差得到转子磁链偏差， 通过双谐振PR控制器对转子磁链偏差进行调节，双谐振PR控制器的谐振频率分别设为 we- 和 2we-wr; (7 )、双谐振PR控制器输出为两相同步旋转坐标系下的转子电压经过坐标反变 换得到两相转子参考坐标系下的转子电压，然后进行PWM调制。
【专利摘要】本发明公开了一种电网故障下双馈风力发电机定转子磁链同步弱磁控制方法。本发明的技术方案要点为：电网电压发生故障时，双馈风力发电机转子侧变换器采用高控制频率的定转子磁链同步弱磁控制方法。本发明控制方法的所有变量基于两相同步旋转坐标系，在故障发生时，通过控制转子侧变换器对转子磁链进行调节，实现转子磁链与定子磁链的同步控制，减弱定子磁链对转子磁链的故障冲击，从而降低转子故障过电流。该方法能够控制转子故障电流是额定电流的1.5-1.6倍，并且故障期间电磁转矩脉动较小，减小了故障期间对机组的冲击力，定子侧有功功率和无功功率波动较小，可有效提高双馈风力发电机在电网电压故障下的不脱网运行能力。
【IPC分类】H02P21/00
【公开号】CN104967384
【申请号】CN201510393224
【发明人】王萌, 逯亚莹, 施艳艳, 马鹏飞, 刘玉伟
【申请人】河南师范大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年7月7日