一种风电双馈变流器网侧整流器有源阻尼控制方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种风电双馈变流器网侧整流器有源阻尼控制方法和系统，该方法包括如下步骤：S1.获取网侧整流器的网侧电压和网侧电流，以及直流侧母线电压；S2.计算网侧电压轴分量，抑制谐振补偿分量，网侧电流轴分量和网侧电流有功指令值；S3.计算网侧变流器补偿量；S4.计算网侧变流器指令电压；S5.将网侧变流器指令电压变换为网侧变流器三相指令电压，并进行SVPWM调制，用调制所得到的控制脉冲调整变流器；该系统包括：参数获取模块、第一计算模块、第二计算模块、第三计算模块、控制模块。本发明具有成本低、控制算法简单、可靠性高、稳定性高等优点。
【专利说明】
-种风电双馈变流器网侧整流器有源阻尼控制方法及系统
技术领域
[0001] 本发明设及风电双馈变流器控制领域，尤其设及一种风电双馈变流器网侧整流器 有源阻尼控制方法。
【背景技术】
[0002] 近年来全球可再生能源的利用率在逐年增长，特别是风能发电，其利用率的增长 一直是世界上最快的。风电技术的成熟和规模效应的显现促使风电机组价格不断下降，由 此带来的风电成本持续降低，极大刺激了风电设备国产化的快速发展。变流器网侧整流器 在风力发电系统中起着交直流电能变换的关键作用，是风力发电系统并网运行的核屯、设 备。
[0003] 目前，滤波器由于电容C的引入，产生了一个谐振峰，如果运个谐振峰得不到很好 的阻尼，则有可能造成并网电流产生高次谐波甚至是威胁系统的稳定性。常用的阻尼方式 分为无源阻尼和有源阻尼，无源阻尼可W通过在电容上串联电阻实现，不过运种方式不仅 增加了系统的功率损耗，而且还会降低滤波器对高频段谐波的抑制能力;有源阻尼是通过 改变控制器的结构方式来实现，不会带来额外的功率损耗。
[0004] 为解决无阻尼电阻情况下滤波器带来的谐振问题，有些文献已经做出详细的比 较;如LCL滤波的风电网侧变流器有源阻尼策略，在该文献中将采样到的交流滤波电容电流 送至微处理器进行处理后将交流滤波电容电流送至交流控制器。交流电流控制器由坐标变 换器、虚拟阻抗调节器和除法器构成。坐标变换器将=相交流滤波电容电流变换为两相坐 标系下的电流，经虚拟电阻调节器后得到流过虚拟电阻的电流，再经除法器得交流侧的控 制量，将其叠加到直流侧控制量上，但是由于需要采集交流滤波电容上的电流，需要增加硬 件成本，控制算法较复杂。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题就在于:针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一 种不需要增加任何硬件、成本低、控制算法简单、可靠性高、稳定性高的风电双馈变流器网 侧整流器有源阻尼控制方法。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种风电双馈变流器网侧整流 器有源阻尼控制方法，包括如下步骤：
[0007] SI.获取网侧整流器的网侧电压(Ua、化、Uc)和网侧电流。3、^、1。），^及直流侧母 线电压Udc;
[0008] S2.根据所述网侧整流器的网侧电压(Ua、Ub、Uc)计算网侧电压轴分量(Ud、Uq)，抑制 谐振补偿分量(1<1。、1。。），根据所述网侧电流。3、16、1。)计算网侧电流轴分量。<1、1。），根据所 述网侧整流器的网侧电压(Ua、化、Uc )和直流侧母线电压山。计算网侧电流有功指令值1^1 ;
[0009] S3. W所述抑制谐振补偿分量（idD、iq。)作为反馈量，根据所述网侧电流有功指令 值1^1和预设的网侧电流无功指令值1%计算网侧变流器补偿量（A Ud、A Uq);
[0010] S4.W所述网侧电压轴分量(Ud、Uq)为前馈量，并解禪，根据所述网侧变流器补偿量 (A Ud、A Uq)计算网侦唆流器指令电压(机、町）；
[001U S5.将所述网侧变流器指令电压(的、町)变换为网侧变流器立相指令电压(护a、U \、护。），并进行SVPWM调制，用调制所得到的控制脉冲调整变流器。
[0012]作为本发明的进一步改进，所述步骤S2中，所述网侧电压轴分量化d、Uq)通过对所 述网侧整流器的网侧电压(Ua、化、Uc)进行dq轴同步坐标变换计算得到；
[001；3]所述抑制谐振补偿分量(13。、1。。)的计算步骤包括:对所述网侧电压轴分量(山、1]。） 进行低通滤波，得到低通轴分量(山1。邱333、而1。町333)，对所述网侧电压轴分量(山、而)和低通 轴分量(Udlwpass、Uql?pass)进行单电压反馈处理计算得到电网电压反馈量化Aq、UAd)，并乘W 预设的前馈系数，计算得到所述抑制谐振补偿分量(idD、iq。）；
[0014] 所述网侧电流轴分量(id、iq)通过对所述网侧电流(13、：[1)、：[。)进行(19轴同步坐标变 换计算得到；
[001引所述网侧电流有功指令值1^1的计算步骤包括:根据所述网侧整流器的网侧电压 (Ua、Ub、Uc)计算直流侧母线电压指令值Ifdc，并对所述直流侧母线电压Udc和所述直流侧母线 电压指令值机。进行?1调节，计算得到所述网侧电流有功指令值1^1。
[0016] 作为本发明的进一步改进，所述低通轴分量(山1。^333、11。1。^333)的计算公式如式 (1)所示：
[0017]
(1)
[001 8] 式（1 )中，Udlowpass、Uqlowpass分别为低通轴分量，护dlowpass为对所述网侧电压轴分量 Ud进行低通滤波后的值，Ij/qlwpass为对所述网侧电压轴分量Uq进行低通滤波后的值，Ud、Uq均 为网侧电压轴分量，kc为预设的比例系数；
[0019] 所述单电压反馈处理的计算公式如式(2)所示：
[0020]
(2)
[0021] 式(2 )中，UAq、UAd均为电网电压反馈量，Udlwpass、Uqlwpass均为低通轴分量，Ud、Uq均 为网侧电压轴分量，kvdl、kvd2、kvql、kvq2均为预设的比例系数；
[0022] 所述抑制谐振补偿分量(idD、iq。)的计算公式如式(3)所示：
[0rm1 (3)
[0024] 式(3)心。、1。。均为抑制谐振补偿分量，1^。、1^满为电网电压反馈量，旨脚曰1119为预 设的前馈系数，￥<1。。。3*、￥。。。。3*均为预设的补偿常量；
[0025] 所述直流侧母线电压指令值U*d。的计算公式如式(4)所示：
[0026] Udc*=max(Ua,化，Uc)*k+be 化（4)
[0027] 式(4)中，机C为直流侧母线电压指令值，Ua、Ub、Uc均为网侧整流器的网侧电压，k为 预设的比例系数，beta为预设的补偿值。
[0028] 作为本发明的进一步改进，所述预设的比例系数kc取值为0.3。
[0029] 作为本发明的进一步改进，所述步骤S3的具体步骤包括：
[0030] 将所述抑制谐振补偿分量1<1。作为反馈量反馈至所述网侧电流有功指令值1^1，并 与所述网侧电流轴分量id进行PI调节，计算得到网侧变流器补偿量A Ud;
[0031] 将所述抑制谐振补偿分量iq。作为反馈量反馈至所述网侧电流无功指令值i\，并 与所述网侧电流轴分量iq进行PI调节，计算得到网侧变流器补偿量A Uq。
[0032] 作为本发明的进一步改进，所述步骤S4的中计算网侧变流器指令电压(U*d、U*q)的 计算公式如式(5)所示：
[0033]
(5)
[0034] 式(5)中，机、Ifq均为网侧变流器指令电压，Ud、Uq均为网侧电压轴分量，A Ud、AUq 均为网侧变流器补偿量，1^1为网侧电流有功指令值，1%为网侧电流无功指令值，1为预设的 电抗值，巧为预设的系数。
[0035] -种风电双馈变流器网侧整流器有源阻尼控制系统，包括：
[0036] 参数获取模块：用于获取网侧整流器的网侧电压（Ua、化、U。）和网侧电流（ia、ib、 ic)，W及直流侧母线电压Udc;
[0037] 第一计算模块：用于根据所述网侧整流器的网侧电压(Ua、化、Uc)计算网侧电压轴 分量(Ud、Uq)，抑制谐振补偿分量(id。、iq。），根据所述网侧电流(ia、ib、i。)计算网侧电流轴分 量(id、iq)，根据所述网侦尴流器的网侧电压(山、化、1]。)和直流侧母线电压山。计算网侧电流 有功指令值1^1;
[003引第二计算模块：用于W所述抑制谐振补偿分量（idD、iq。)作为反馈量，根据所述网 侧电流有功指令值i^^和预设的网侧电流无功指令值i\计算网侧变流器补偿量（ Aud、A Uq)；
[0039] 第立计算模块:用于W所述网侧电压轴分量(Ud、Uq)为前馈量，并解禪，根据所述网 侧变流器补偿量（A Ud、A Uq)计算网侧变流器指令电压(U*d、U*q);
[0040] 控制模块:用于将所述网侧变流器指令电压变换为网侧变流器=相指令电压(U*a、 机、护。），并进行SVPWM调制，用调制所得到的控制脉冲调整变流器。
[0041] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0042] 1、本发明无需要额外增加硬件设备，通过检测输入的=相电网电压，并提取高频 分量，通过电压反馈控制的方法即可在无需阻尼电阻的情况下有效抑制LC滤波器引起的谐 振问题。
[0043] 2、本发明算法简单，动态响应快速、平稳，可靠性高，稳定性高。
【附图说明】
[0044] 图1为本发明具体实施例流程示意图。
[0045] 图2为本发明具体实施例抑制谐振补偿分量计算控制框图。
[0046] 图3为本发明具体实施例控制框图。
【具体实施方式】
[0047] W下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而 限制本发明的保护范围。
[0048] 如图1所示，本实施例风电双馈变流器网侧整流器有源阻尼控制方法，包括如下步 骤:SI.获取网侧整流器的网侧电压化3、化、Uc)和网侧电流(ia、ib、ic)，W及直流侧母线电压 Udc;S2.根据网侦尴流器的网侧电压(Ua、Ub、Uc)计算网侧电压轴分量(Ud、Uq)，抑制谐振补偿 分量(idD、iq。），根据网侧电流(ia、ib、i。)计算网侧电流轴分量(id、iq)，根据网侦尴流器的网 侧电压(Ua、Ub、Uc)和直流侧母线电压山。计算网侧电流有功指令值1^1 ; S3. W抑制谐振补偿 分量(1<1。、1。。)作为反馈量，根据网侧电流有功指令值1^1和预设的网侧电流无功指令值1%计 算网侧变流器补偿量（A Ud、A Uq) ;S4. W网侧电压轴分量化d、Uq)为前馈量，并解禪，根据网 侦峻流器补偿量（A ud、A Uq)计算网侧变流器指令电压(机、町）；S5.将网侧变流器指令电 压(机、护q)变换为网侧变流器立相指令电压化\、机、护。），并进行SVP歷调制，用调制所得 到的控制脉冲调整变流器。
[0049] 在本实施例中，步骤S2中，网侧电压轴分量化d、Uq)通过对网侧整流器的网侧电压 化3、化、Uc)进行dq轴同步坐标变换计算得到;抑制谐振补偿分量（id。、iq。）的计算步骤包括： 对网侧电压轴分重化d、Uq)进化低通滤波,得到低通轴分重化dlowpass、Uqlowpass ),对网侧电压 轴分量(Ud、Uq)和低通轴分量(Udlowpass、Uqlowpass)进行单电压反馈处理计算得到电网电压反 馈量化Aq、UAd)，并乘W预设的前馈系数，计算得到抑制谐振补偿分量(id。、iq。）；网侧电流轴 分量(id、iq)通过对网侧电流(ia、ib、i。)进行dq轴同步坐标变换计算得到；网侧电流有功指 令值1^1的计算步骤包括:根据网侧整流器的网侧电压化3、化、1]。)计算直流侧母线电压指令 值机C，并对直流侧母线电压Udc和直流侧母线电压指令值机C进行PI调节，计算得到网侧电 流有功指令值1^1。
[0050] 在本实施例中，低通轴分量(山1。叩333、1191。町333)的计算公式如式（1)所示：
[0化1 ]
(1)
[0052] 式（1 )中，Udlowpass、Uqlowpass分别为低通轴分量，护dlowpass为对网侧电压轴分量Ud进 行低通滤波后的值，U%lDwpass为对网侧电压轴分量Uq进行低通滤波后的值，Ud、Uq均为网侧电 压轴分量，kc为预设的比例系数；
[0053]单电压反馈处理的计算公式如式(2)所示：
[0化4]
C2)
[0055] 式（2 )中，UAq、UAd均为电网电压反馈量，Udlowpass、Uqlowpass均为低通轴分量，Ud、Uq均 为网侧电压轴分量，kvdl、kvd2、kvql、kvq2均为预设的比例系数；
[0056] 抑制谐振补偿分量(idD、iq。)的计算公式如式(3)所示：
[0化7] (3)
[005引式(3)心。、1。。均为抑制谐振补偿分量，11&。、1^满为电网电压反馈量，旨脚曰1119为预 设的前馈系数，￥<1。。。3*、￥。。。。3*均为预设的补偿常量；
[0059] 直流侧母线电压指令值Ifd。的计算公式如式(4)所示：
[0060] Udc*=max(Ua,化，Uc)*k+be1:a (4)
[00W] 式(4)中，机C为直流侧母线电压指令值，Ua、Ub、Uc均为网侧整流器的网侧电压，k为 预设的比例系数，beta为预设的补偿值。在本实施例中，预设的比例系数kc取值为0.3。当 然，也可W为其它值。
[0062] 如图2所示，网侧电压轴分量化d、Uq)经abc/dq进行dq轴同步坐标变换得到网侧电 压轴分量（Ud、Uq)，再经Iowpassf iIter进行如式（1)所示的低通滤波得到低通轴分量 (山1。邱333、1]。1。邱333)，对网侧电压轴分量化<1、1]。)和低通轴分量(叫1。邱333、1]。1。邱333)进行如式 (2)所示的单电压反馈处理计算得到电网电压反馈量(UAq、UAd)，经H(S)乘W预设的前馈系 数进行如式(3)所示计算，得到抑制谐振补偿分量(id。、iq。）。
[0063] 在本实施例中，如图3所示，步骤S3的具体步骤包括:将抑制谐振补偿分量id。作为 反馈量反馈至网侧电流有功指令值，并与网侧电流轴分量1(1进行？ I调节，计算得到网侧 变流器补偿量A Ud;将抑制谐振补偿分量iq。作为反馈量反馈至网侧电流无功指令值i%，并 与网侧电流轴分量iq进行PI调节，计算得到网侧变流器补偿量A Uq。
[0064] 在本实施例中，步骤S4的中计算网侧变流器指令电压(护d、护q)的计算公式如式 (5)所示：
[00 化]
C5 )
[0066] 式(5)中，机、Ifq均为网侧变流器指令电压，Ud、Uq均为网侧电压轴分量，A Ud、AUq 均为网侧变流器补偿量，1^1为网侧电流有功指令值，1%为网侧电流无功指令值，1为预设的 电抗值，巧为预设的系数。
[0067] 在本实施例中，将网侧变流器指令电压(机、护q)变换为网侧变流器；相指令电压 (护3、机、护C)，并进行SVP歷调制，得到整流电路IGBT开关管的占空比，经过驱动保护电路， 控制整流电路开关管的开通与判断，从而实现对变流器的调整。一种风电双馈变流器网侧 整流器有源阻尼控制系统，包括：
[0068] 参数获取模块：用于获取网侧整流器的网侧电压（Ua、化、U。）和网侧电流（ia、ib、 ic)，W及直流侧母线电压Udc;
[0069] 第一计算模块：用于根据网侧整流器的网侧电压化3、化、Uc)计算网侧电压轴分量 (Ud、Uq)，抑制谐振补偿分量（idD、iq。），根据网侧电流。3、：^、1。)计算网侧电流轴分量（1(1、 iq)，根据网侧整流器的网侧电压化3、化、Uc)和直流侧母线电压Udc计算网侧电流有功指令值 i*d；
[0070] 第二计算模块：用于W抑制谐振补偿分量（idD、iq。)作为反馈量，根据网侧电流有 功指令值1^1和预设的网侧电流无功指令值1%计算网侧变流器补偿量（A Ud、A Uq);
[0071] 第=计算模块：用于W网侧电压轴分量化d、Uq)为前馈量，并解禪，根据网侧变流器 补偿量（A Ud、A Uq)计算网侧变流器指令电压(U*d、U*q);
[0072] 控制模块:用于将网侧变流器指令电压变换为网侧变流器=相指令电压(U*a、U*b、 护。），并进行SVPWM调制，用调制所得到的控制脉冲调整变流器。
[0073] 上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明 已W较佳实施例掲露如上，然而并非用W限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的 内容，依据本发明技术实质对W上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在 本发明技术方案保护的范围内。
【主权项】
1. 一种风电双馈变流器网侧整流器有源阻尼控制方法，其特征在于，包括如下步骤：51. 获取网侧整流器的网侧电压(Ua、化、Uc)和网侧电流。3、^、1。），^及直流侧母线电 压 Udc;52. 根据所述网侧整流器的网侧电压化、化、1]。)计算网侧电压轴分量(山、而），抑制谐振 补偿分量。<1。、1。。），根据所述网侧电流。3、山、1。)计算网侧电流轴分量。<1、1。），根据所述网 侧整流器的网侧电压(山、化、11。)和直流侧母线电压山。计算网侧电流有功指令值1^1;83.^所述抑制谐振补偿分量。<1。、1。。)作为反馈量，根据所述网侧电流有功指令值1^1 和预设的网侧电流无功指令值i%计算网侧变流器补偿量（A ud、Δ uq); 54. W所述网侧电压轴分量化d、Uq)为前馈量，并解禪，根据所述网侧变流器补偿量（Δ Ud、Δ Uq)计算网侧变流器指令电压(机、町）；55. 将所述网侧变流器指令电压(护d、护q)变换为网侧变流器S相指令电压(护3、护b、U ，并进行5￥?￥1调制，用调制所得到的控制脉冲调整变流器。2. 根据权利要求1所述的风电双馈变流器网侧整流器有源阻尼控制方法，其特征在于： 所述步骤S2中，所述网侧电压轴分量(Ud、Uq)通过对所述网侧整流器的网侧电压(Ua、Ub、Uc) 进行dq轴同步坐标变换计算得到； 所述抑制谐振补偿分量(idD、iq。)的计算步骤包括:对所述网侧电压轴分量(Ud、Uq)进行 低通滤波，得到低通轴分量(山1。爭33、1]。1。邱333)，对所述网侧电压轴分量(山、1]。)和低通轴分 量化(11胃333、1]。1胃333)进行单电压反馈处理计算得到电网电压反馈量化&。、1]&(1)，并乘^预设 的前馈系数，计算得到所述抑制谐振补偿分量(idD、iq。）； 所述网侧电流轴分量(id、iq)通过对所述网侧电流。3、^、1。)进行(^轴同步坐标变换计 算得到； 所述网侧电流有功指令值1^1的计算步骤包括:根据所述网侧整流器的网侧电压(山、化、 化)计算直流侧母线电压指令值护dc，并对所述直流侧母线电压Udc和所述直流侧母线电压指 令值护<1。进行?1调节，计算得到所述网侧电流有功指令值1^1。3. 根据权利要求2所述的风电双馈变流器网侧整流器有源阻尼控制方法，其特征在于： 所述低通轴分量(Udl?pass、Uql?pass)的计算公式如式（1 )所示：：(1) 式（1)中，Udl?pass、Uql?pass分别为低通轴分量，IJ/ dlowpass为对所述网侧电压轴分量Ud进行 低通滤波后的值，U%lDwpass为对所述网侧电压轴分量Uq进行低通滤波后的值，Ud、Uq均为网侧 电压轴分量，kc为预设的比例系数； 所述单电压反馈处理的计算公式如式(2)所示：(3) 式(2)中，UAq、UAd均为电网电压反馈量，叫1胃333、1]。1。町333均为低通轴分量，山、1]。均为网 侦帕压轴分量，kvdl、kvd2、kvql、kvq2均为预设的比例系数； 所述抑制谐振补偿分量(idD、iq。)的计算公式如式(3)所示：(3) 式(3)，id。、iq。均为抑制谐振补偿分量，UΛq、UΛd均为电网电压反馈量，gKDamp为预设的 前馈系数，乂<1。。。3*、￥。。。。3*均为预设的补偿常量； 所述直流侧母线电压指令值Ifd。的计算公式如式(4)所示： Udc*=max(Ua,&,Uc)*k+be1:a (4) 式(4)中，机C为直流侧母线电压指令值，Ua、化、Uc均为网侧整流器的网侧电压，k为预设 的比例系数，beta为预设的补偿值。4. 根据权利要求3所述的风电双馈变流器网侧整流器有源阻尼控制方法，其特征在于： 所述预设的比例系数kc取值为0.3。5. 根据权利要求1至4任一项所述的风电双馈变流器网侧整流器有源阻尼控制方法，其 特征在于，所述步骤S3的具体步骤包括： 将所述抑制谐振补偿分量1<1。作为反馈量反馈至所述网侧电流有功指令值1^1，并与所述 网侧电流轴分量id进行PI调节，计算得到网侧变流器补偿量A ud; 将所述抑制谐振补偿分量iq。作为反馈量反馈至所述网侧电流无功指令值i%，并与所述 网侧电流轴分量iq进行PI调节，计算得到网侧变流器补偿量Δ Uq。6. 根据权利要求5所述的风电双馈变流器网侧整流器有源阻尼控制方法，其特征在于， 所述步骤S4的中计算网侧变流器指令电压(的、听)的计算公式如式(5)所示：(5) 式(5)中，机、护q均为网侧变流器指令电压，Ud、Uq均为网侧电压轴分量，Aud、AUq均为 网侧变流器补偿量，1^1为网侧电流有功指令值，1%为网侧电流无功指令值，1为预设的电抗 值，巧为预设的系数。7. -种风电双馈变流器网侧整流器有源阻尼控制系统，其特征在于，包括： 参数获取模块：用于获取网侧整流器的网侧电压(山、化、Uc)和网侧电流（ia、ib、ic)，W 及直流侧母线电压Udc; 第一计算模块：用于根据所述网侧整流器的网侧电压化3、化、Uc)计算网侧电压轴分量 (Ud、Uq )，抑制谐振补偿分量（i d。、i q。），根据所述网侧电流（i a、ib、i C)计算网侧电流轴分量 (id、iq)，根据所述网侧整流器的网侧电压(Ua、Ub、Uc)和直流侧母线电压Udc计算网侧电流有 功指令值1^1; 第二计算模块:用于W所述抑制谐振补偿分量(idD、iq。)作为反馈量，根据所述网侧电流 有功指令值1^1和预设的网侧电流无功指令值1%计算网侧变流器补偿量（A Ud、Δ Uq); 第立计算模块:用于W所述网侧电压轴分量(Ud、Uq)为前馈量，并解禪，根据所述网侧变 流器补偿量（A Ud、Δ Uq)计算网侧变流器指令电压(U*d、U*q); 控制模块:用于将所述网侧变流器指令电压变换为网侦唆流器S相指令电压(护3、听、 护。），并进行SVPWM调制，用调制所得到的控制脉冲调整变流器。
【文档编号】H02J3/24GK106099953SQ201610564504
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月18日
【发明人】邬冬临, 佘岳, 张少云, 盛建科, 徐凤星, 谭宇, 黄禹文, 陈明
【申请人】株洲中车时代电气股份有限公司