一种双馈风力发电机组电网电压不平衡骤升的无功功率控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于风力发电领域，具体来说是一种双馈风力发电机组电网电压不平衡骤 升的无功功率控制方法。
【背景技术】
[0002] 双馈型风力发电机是目前兆瓦级变速恒频风力发电机的主流机型，电网电压骤升 情况下无功功率脉动是当前双馈机组研宄的主要目标之一。为了适应电网导则，风力发电 机组必须具有一定的高电压穿越能力，例如澳大利亚提出的高电压穿越准则，当高压侧电 网电压骤升至额定电压的130%时，风电机组应维持60ms不脱网，而电网电压骤升期间，无 功功率将产生很大的脉动，如果不对其进行控制，将会影响系统的稳定性。
[0003] 现有的对称电网电压骤升通常采用向电网注入正序感性无功功率，如果仅注入 正序感性的无功电流，特别是在分布式风力发电系统中，风电场接入弱电网或风电场位于 电网末端，当电网电压阻抗较大时，将会使并网点三相电压都减小，只影响并网点的正序电 压，而负序电压并没有发生改变，会造成未发生故障骤升的相电压过补偿，导致相应没有骤 升相的电压降低，发电机定子端电压的不对称度变大，加剧相角跳变，同时增加定子侧无功 功率脉动。
[0004] 目前文献主要集中于对称电网电压骤升下无功功率控制，例如：徐海亮，章玮，陈 建生，孙丹，贺益康.考虑动态无功支持的双馈风电机组高电压穿越控制策略[J].中国电 机工程学报，2013, 33(36) 讨论电网电压对称骤升时双馈风电机组网侧和转子 侧变流器有功、无功功率的分配原则，提出一种能有效提供动态无功支持的高电压穿越实 现方案。但是不对称电网电压骤升无功功率脉动量与对称骤升下无功功率脉动量不同，导 致对称电网电压骤升下的无功功率控制策略不能有效抑制不对称电网电压骤升下的功率 脉动。
[0005] 而对于不对称电网电压骤升双馈电机组控制相关文献也仅限于谢震，张兴，杨淑 英，等.电网电压不对称骤升下双馈风力发电机改进控制策略[J].中国电机工程学报， 2013,33(15) :109-118.但是其并没有考虑双馈风力发电机在无功功率下的控制策略。
【发明内容】
[0006] 本发明为了克服现有技术的不足之处，提出了一种新型的双馈风力发电机在电网 电压不对称骤升下无功功率优化控制方法，以期能控制定子电流和正负序无功功率分配， 从而实现发电机机端电压不对称度和无功功率脉动抑制的复合控制目标。
[0007] 本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
[0008] 本发明一种双馈风力发电机组电网电压不平衡骤升的无功功率控制方法，所述双 馈风力发电机组包括：转子侧变流器、双馈风力发电机、电网和处理器模块；所述处理器模 块包括：锁相环、PR调节器、第一PI调节器、第二PI调节器和SVPWM模块；所述电网通过输 电线路与所述双馈风力发电机的定子相连；所述双馈风力发电机的转子通过输电线路与转 子侧变流器相连；其特点是，所述无功功率优化控制方法按如下步骤进行：
[0009] 步骤1、当电网电压发生不对称骤升时，分别检测所述双馈风力发电机的定子侧三 相电压usab。、定子侧三相电流isab。、转子侧三相电流iMb。和转子电角度0p并传递给所述处 理器模块；
[0010] 步骤2、所述处理器模块利用所述锁相环将所述定子侧三相电压usab。解耦成正序 定子电压《丨和负序定子电压K，所述正序定子电压<的幅值为R+，所述负序定子电压t的 幅值为并利用式（1)和式（2)分别将所述正序定子电压 < 和所述负序定子电压分量（ 进行分解；
【主权项】
1. 一种双馈风力发电机组电网电压不平衡骤升的无功功率控制方法，所述双馈风力发 电机组包括：转子侧变流器、双馈风力发电机、电网和处理器模块；所述处理器模块包括： 锁相环、PR调节器、第一 PI调节器、第二PI调节器和SVPWM模块；所述电网通过输电线路 与所述双馈风力发电机的定子相连；所述双馈风力发电机的转子通过输电线路与转子侧变 流器相连；其特征是，所述无功功率优化控制方法按如下步骤进行： 步骤1、当电网电压发生不对称骤升时，分别检测所述双馈风力发电机的定子侧三相电 压Usab。、定子侧三相电流isab。、转子侧三相电流iMb。和转子电角度Θ p并传递给所述处理器 丰吴块； 步骤2、所述处理器模块利用所述锁相环将所述定子侧三相电压Usab。解耦成正序定子 电压 <和负序定子电压（，所述正序定子电压《丨的幅值为tC，所述负序定子电压的幅 值为并利用式（1)和式（2)分别将所述正序定子电压〃丨和所述负序定子电压分量（ 进行分解；
式⑴中，wI/表示正序定子sd+轴电压，<表示正序定子sq+轴电压； 式⑵中，6表示负序定子sd-轴电压，< 表示负序定子sq_轴电压； 步骤3、所述处理器模块将检测到的定子侧三相电流isab。按式（3)进行旋转坐标系的 坐标变换，得到正序同步旋转坐标系dq+下定子电流isdq+和负序同步旋转坐标系dq-下定 子电流i sd(r:
式（3)中，R( Θ s)表示正序坐标系变换，并有：
式（4)中W (- Θ s)表示负序坐标系变换，并有：
式（3)和（4)中，03为同步旋转坐标系与两相静止坐标系α β之间的夹角； 利用式（6)对i^+和i __进行分解：
式（6)中，isd+为正序定子sd+轴电流，isq+为正序定子sq+轴电流；isd_为负序定子 sd-轴电流，isq_为负序定子sq-轴电流； 步骤4、将所述定子电压正序分量R+输入所述第一 PI调节器获得定子无功电流13;将 所述定子电压负序分量输入第二PI调节器获得正序无功功率指令值这与总无功功率 指令值Q#之比k; 利用式（7)获得所述正序无功功率ρ丨：
式⑵中，Usd+表示所述正序定子Sd+轴电压4的幅值；Usq+示所述正序定子sq+轴电 压W^的幅值；Isd+表示所述正序定子Sd+轴电流i sd+的幅值；I sq+示所述正序定子sq+轴电 流iS(1+的幅值； 利用式（8)获得负序无功功率
式⑶中，Usd_表示所述负序定子sd-轴电压Mfd的幅值；Ustr表示所述负序定子sq-轴 电压的幅值；Isd^表示所述负序定子sd-轴电流isd_的幅值；Istr表示所述负序定子sq-轴 电流iS(r的幅值； 利用式（9)获得所述总无功功率(T:
步骤5、定子电流指令值计算： 利用式（10)获得正序sd+轴定子电流指令值Z=+和正序sq+轴定子电流指令值<+;
式（10)中，η表示电网电压不对称度，即负序定子电压（的幅值与正序定子电压< 的幅值为L之比，，表示正序有功功率指令值，并有：
利用式（12)获得负序sd-轴定子电流指令值和负序sq-轴定子电流指令值?_;
式（12)中，表示负序有功功率指令值，并有：
步骤6、转子电流指令值计算： 利用式（14)获得正序rd+轴转子电流指令值匕和正序rq+轴转子电流指令值'：
I 式（14)中，表示所述正序定子电压《丨的标量值，LS表示定子电感值，Lm表示定子与 转子之间的互感值，为同步旋转角频率； 利用式（15)获得负序rd-轴转子电流指令值匕和负序rq-轴转子电流指令值匕：
式（15)中，表示所述负序定子电压K的幅值； 步骤7、利用式（16)对所述转子电流指令值进行坐标变换：
式（16)中，表示正序两相静止坐标系α β+下转子电流，/,?为负序两相静止坐标 系α β-下转子电流，并有：
步骤8、利用式（18)获得两相静止坐标系α β下转子电流指令值
步骤9、将所述转子侧三相电流irab。进行坐标变换得到，再将以所述转 子电角度吣进行旋转获得两相静止坐标系α β下转子电流Lafi; 步骤10、利用式（19)获得转子电流差值
步骤11、将所述转子电流差值输入到所述PR调节器中，获得转子电压Δ Ur a e;将 所述转子电压所述负的转子电角度Θ 行旋转后输入到所述SVPWM模块中获得 PWM驱动信号，以所述PWM驱动信号对转子侧变流器进行控制，从而实现所述双馈风力发电 机组电网电压不平衡骤升的无功功率控制方法。
【专利摘要】本发明公开了一种双馈风力发电机组电网电压不平衡骤升的无功功率控制方法，其特征是按如下步骤进行：1、双馈电机定子电压的正负序解耦；2、定子无功电流的计算；3、正序无功功率在总无功功率中的比例计算；4、转子电流指令值的计算及合成；5、转子电流闭环控制。本发明能控制定子电流和正负序无功功率分配，从而实现发电机机端电压不对称度和无功功率脉动抑制的复合控制目标。
【IPC分类】H02J3-18
【公开号】CN104538978
【申请号】CN201510030500
【发明人】谢震, 李厚涛, 张兴, 杨淑英, 刘坤
【申请人】合肥工业大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2015年1月21日