一种双馈异步电机的低频电流振荡抑制方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种故障电网条件下的双馈异步电机改进控制技术。
【背景技术】
[0002] 近年来，受国家节能减排、发展新能源等国策的趋势，我国风电行业取得了快速发 展，累计风电装机容量已跃居世界第一位。但由于我国风电场大多设置在"三北"地区等 电力系统末端，所接入的电网环境较为恶劣，时常伴有电压不平衡、谐波污染等各类电网故 障。特别地，因大功率非对称负荷投切引发的低频电压波动问题，对并网风电机组安全可靠 运行的巨大威胁。对于目前占据主导地位的双馈型风电机组而言，电网中所含低频电压波 动势必会引起双馈异步电机定子电流中产生同样频率的低频波动分量，进而导致机组因过 流保护而脱网。因此，如何抑制此类故障工况下异步电机的低频电流振荡问题，就成为一项 富有理论价值、工程价值的工作。然而，目前已有研究大多集中于电网电压不平衡、电压跌 落等传统电网故障下双馈机组的不脱网运行控制，尚缺乏对电网低频振荡影响的评估及机 组控制改进研究。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种双馈异步电机的低频电流振荡抑 制方法，通过改进双馈异步电机转子侧变流器（RSC)的控制结构，实现机组运行性能的总 体优化，提高双馈机组的不间断运行能力。
[0004] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种双馈异步电机的低频电流振荡 抑制方法，包括以下步骤：
[0005] 1.利用一组（三个）电压霍尔传感器采集双馈异步电机的定子三相电压Usabc，利 用一组（三个）电流霍尔传感器采集双馈异步电机的定子三相电流Isab。，利用一个光电编 码器采集双馈异步电机的转子角频率ω」
[0006] 2.将步骤1采集到的定子三相电压Usab。、定子三相电流Isab。进行静止坐标变换 (Clarke变换），得到静止坐标系下包含低频谐波成分在内的定子两相电压Usae、定子两相 电流Isap;
[0007] 3.将步骤1采集到的定子三相电压Usab。送入传统的数字锁相环PLL，得到定子电 压位置角Θi、定子电压角频率coJP定子电压幅值Us;将步骤1采集到的转子角频率ω龙 行积分运算，得到双馈异步电机的转子位置角Θ」
[0008] 4.利用步骤3得到的定子电压位置角Θi对步骤2得到的定子两相电流Isa ^进 行旋转坐标变换（Park变换），得到正转同步速旋转坐标系下的定子电流矢量Isdq;
[0009] 5.利用步骤2得到的定子两相电压Usap、定子两相电流Isap计算双馈异步电机 的定子输入有功功率Ps、定子输入无功功率Qs;
[0010] 6.将双馈异步电机的定子有功功率指令ij、定子无功功率指令0、分别与步骤5 得到的定子输入有功功率Ps、定子输入无功功率Qs作差（减法运算），其差值分别送入比例 积分（PI)控制器进行调节，得到转子电压调节矢量v_;
[0011] 7.利用步骤3~6得到的定子电压幅值Us、定子输入有功功率Ps、定子输入无功 功率Qs和转子电压调节矢量V_，计算转子电压基本矢量U_;其计算方程为：
[0012]
[0013] 式中：Urd、Urq分别为转子电压基本矢量U响的d轴、q轴分量；Ls。、Lr。分别为定子 绕组和转子绕组的漏感，k为转子绕组的自感，L"为定子、转子绕组的互感；ωs为双馈异步 电机的转差角频率，且有ws=ω^0^;
[0014] 8.定子补偿电流指令/^ (其值设置为零）与定子电流矢量Isdq的差值送入谐振 补偿器，得到转子电压补偿矢量;其中，谐振补偿器在s域下的传递函数为：
[0015]
[0016] 式中：ωη为静止坐标系下定子电流中低频振荡成分的角频率，ω。为谐振补偿器 的带宽；
[0017] 9.将步骤7得到的转子电压基本矢量1]_与步骤8得到的转子电压补偿矢量 求和（加法运算），并将和值进行旋转坐标逆变换（Park逆变换），得到转差速坐标系下的 转子电压调制矢量
[0018] 10.将步骤9得到的转子电压调制矢量14α{!进行空间矢量调制（SVM)，即可获得 转子侧变流器（RSC)的开关信号，实现双馈异步电机的预期控制目标。
[0019] 本发明的有益效果是：
[0020] (1)大幅抑制双馈异步电机定子电流中的低频振荡，获得相对对称的定子电流波 形；
[0021] (2)显著抑制机组输入有功功率、无功功率中的低频振荡成分，提高电能输入质 量；
[0022] (3)提高双馈风电机组的故障电网运行能力。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明的一种双馈异步电机的低频电流振荡抑制方法的控制结构图；
[0024] 图2为某:MW商用双馈异步电机定子电压中含有低频振荡成分时的仿真运行波 形；
[0025] 图中，转子侧变流器RSC、空间矢量调制SVM、数字锁相环PLL。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图和实施案例对本发明作进一步说明。
[0027] 图1表示本发明的一种双馈异步电机的低频电流振荡抑制方法的控制结构图，参 照图1，本发明所描述的一种双馈异步电机的低频电流振荡抑制方法包括以下步骤：
[0028] 1.利用一组（三个）电压霍尔传感器采集双馈异步电机的定子三相电压Usabc，利 用一组（三个）电流霍尔传感器采集双馈异步电机的定子三相电流Isab。，利用一个光电编 码器采集双馈异步电机的转子角频率ω」
[0029] 2.将步骤1采集到的定子三相电压Usab。、定子三相电流Isab。进行静止坐标变换 (Clarke变换），得到静止坐标系下包含低频谐波成分在内的定子两相电压Usae、定子两相 电流Isap;
[0030] 以定子三相电压的坐标变换为例，Clarke变换的矩阵方程如下：
[0031]
(1)
[0032] 式中：Usa、Usb、Usc分别为定子三相电压U^的A相、B相和C相分量；Usa、US{!分别 为定子两相电压Usa{^^a轴、β轴分量。
[0033] 3.将步骤1采集到的定子三相电压Usab。送入传统的数字锁相环PLL，得到定子电 压位置角Θi、定子电压角频率coJP定子电压幅值Us;将步骤1采集到的转子角频率ω龙 行积分运算，得到双馈异步电机的转子位置角Θ」
[0034] 4.利用步骤3得到的定子电压位置角Θi对步骤2得到的定子两相电流Isa ^进 行旋转坐标变换（Park变换），得到正转同步速旋转坐标系下的定子电流矢量Isdq;
[0035] 旋转坐标变换（Park变换）的矩阵方程为：
[0036]
(2)
[0037] 式中：Isa、Is{!分别为定子两相电流Isa{^α轴、β轴分量；Isd、Isq分别为定子 电流矢量Isdq的d轴、q轴分量。
[0038] 5.利用步骤2得到的定子两相电压Usap、定子两相电流Isap计算得到双馈异步 电机的定子输入有功功率Ps、定子输入无功功率Qs;其计算方程如下：
[0039]
(λ?
[0040]6.将双馈异步电机的定子有功功率指令if、定子无功功率指令分别与步骤5 得到的定子输入有功功率Ps、定子输入无功功率Qs作差（减法运算），其差值分别送入比例 积分（PI)控制器进行调节，得到转子电压调节矢量
[0041] 这里，比例积分控制器的调节过程可表示为：
[0042]
(4)
[0043] 式中：kp、h分别为比例积分控制器的比例系数和积分系数；V& (q分别为转子电 压调节矢量1#的d轴、q轴分量。
[0044] 7.利用步骤3~6得到的定子电压幅值Us、定子输入有功功率Ps、定子输入无功 功率Qs和转子电压调节矢量V_，计算得到转子电压基本矢量其计算方程为：
[0045]
[0046]式中：UH、l4q分别为转子电压基本矢量U_的d轴、q轴分量；Ls。、L"分别为定子 绕组和转子绕组的漏感，k为转子绕组的自感，L"为定子、转子绕组的互感；ωs为双馈异步 电机的转差角频率，且有ws=ω^0^;
[0047] 式（5)为双馈异步电机采用直接功率控制时转子电压基本矢量的表达式，其推导 过程如下：
[0048] 正转同步速旋转坐标系下，双馈异步电机的瞬时功率一般可以表示为：
[0049]
[0050] 式中：Usdq为正转同步速旋转坐标系下的定子电压矢量；分别为定子 磁链矢量和转子磁链矢量Φ_的共辄矢量；之&为Isdq的共辄矢量；Ls为定子绕组的 自感。
[0051] 当梁用d轴宙子电压宙向时，有