一種雙饋風(fēng)電系統(tǒng)不對稱高電壓故障穿越控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙饋風(fēng)電系統(tǒng)不對稱高電壓故障穿越控制方法，本方法在電網(wǎng)電壓不對稱驟升故障下，分別對雙饋風(fēng)電系統(tǒng)串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器、并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器以及轉(zhuǎn)子側(cè)變換器進行控制。本方法實現(xiàn)了電網(wǎng)電壓不對稱驟升下雙饋風(fēng)電系統(tǒng)定子端電壓維持不變并抑制定子磁鏈暫態(tài)直流分量、發(fā)電機定轉(zhuǎn)子電壓和電流平衡、系統(tǒng)總輸出有功或無功功率無波動以及為電網(wǎng)電壓不對稱驟升故障電網(wǎng)提供動態(tài)無功支持的控制目標(biāo)，保證了雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行并提高了系統(tǒng)所并電網(wǎng)的電能質(zhì)量。
【專利說明】
一種雙饋風(fēng)電系統(tǒng)不對稱高電壓故障穿越控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及雙饋風(fēng)電系統(tǒng)技術(shù)改進，特別是涉及該系統(tǒng)在電網(wǎng)電壓發(fā)生不對稱驟 升故障時的故障穿越控制方法，屬于電力控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，由于并網(wǎng)變流器容量小且發(fā)電機定子繞組直接與電網(wǎng) 相連，導(dǎo)致發(fā)電系統(tǒng)對電網(wǎng)的故障異常敏感。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生單相或兩相接地故障及負(fù)載 突降等時均可能引起電網(wǎng)電壓不對稱驟升故障，電網(wǎng)電壓不對稱驟升故障期間，發(fā)電機定 子電壓將隨電網(wǎng)電壓升高，這可能損壞定子繞組的絕緣材料、降低定子繞組的絕緣水平；同 時，故障時由磁鏈?zhǔn)睾阋鸬臅簯B(tài)過程將使發(fā)電機定子磁鏈出現(xiàn)暫態(tài)直流分量與負(fù)序分 量，這將進一步導(dǎo)致發(fā)電機轉(zhuǎn)子側(cè)過電壓并引起定、轉(zhuǎn)子電壓與電流的不平衡，進而使得發(fā) 電機的電磁轉(zhuǎn)矩及系統(tǒng)總輸出功率產(chǎn)生較大程度的二倍頻脈動，嚴(yán)重影響雙饋風(fēng)力發(fā)電系 統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行及系統(tǒng)所并電網(wǎng)的電能質(zhì)量。因此，電網(wǎng)電壓不對稱驟升故障對風(fēng)電機 組的影響及相應(yīng)的不對稱高電壓故障穿越控制技術(shù)應(yīng)得到充分關(guān)注。目前，針對電網(wǎng)電壓 不對稱驟升下雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的故障穿越運行已有一些解決方法，如已公開的下列文 獻：
[0003] (1)謝震，張興，楊淑英，等.電網(wǎng)電壓不對稱驟升下雙饋風(fēng)力發(fā)電機改進控制策略 [J].中國電機工程學(xué)報，2013,33(15): 109-118.
[0004] (2)謝震，劉坤，張興，等.雙饋風(fēng)力發(fā)電機在電網(wǎng)電壓不對稱驟升下無功功率優(yōu)化 控制[J].中國電工技術(shù)學(xué)報，2015,35(13): 3211-3220 ?
[0005] 文獻（1)提出了電網(wǎng)電壓不對稱驟升時基于有源阻尼的雙饋電機高電壓穿越改進 控制策略，有效抑制了定、轉(zhuǎn)子側(cè)負(fù)序電流及電磁轉(zhuǎn)矩的振蕩，并加快了故障過程中定子負(fù) 序電流控制的響應(yīng)時間，但所提改進控制策略未實現(xiàn)電網(wǎng)電壓不對稱驟升故障恢復(fù)時雙饋 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)對故障電網(wǎng)的無功支撐，同時也未考慮故障期間雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)總輸出功 率波動對所并電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響。
[0006] 文獻(2)在建立電網(wǎng)電壓不對稱驟升下雙饋風(fēng)力發(fā)電機的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，對轉(zhuǎn) 子側(cè)變流器正、負(fù)序無功電流的分配問題進行了分析，并提出了一種柔性的正、負(fù)序電壓閉 環(huán)的無功優(yōu)化控制策略。但所提控制策略并未考慮變流器容量及直流母線電壓輸出交流電 電壓能力對雙饋風(fēng)力發(fā)電機定子側(cè)正、負(fù)序無功電流最大輸出能力的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提出一種電網(wǎng)電壓不對稱驟升 下雙饋風(fēng)電系統(tǒng)實現(xiàn)故障穿越運行的方法，該方法在保證雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行 的同時亦實現(xiàn)了對故障電網(wǎng)提供最大程度的動態(tài)無功支撐，并進一步抑制系統(tǒng)總輸出有功 或無功功率的二倍頻波動以提高雙饋風(fēng)電系統(tǒng)所并電網(wǎng)的電能質(zhì)量。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：
[0009] -種雙饋風(fēng)電系統(tǒng)不對稱高電壓故障穿越控制方法，本方法涉及電網(wǎng)電壓不對稱 驟升故障下對雙饋風(fēng)電系統(tǒng)串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器、并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器以及轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的控制， 各變換器的控制方法分別為：
[0010] A)串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的控制方法為：
[0011 ] A1)利用電壓傳感器采集電網(wǎng)三相電壓ugabc、雙饋感應(yīng)發(fā)電機定子三相電壓usabc及 直流母線電壓Udc的信號；
[0012] A2)利用電流傳感器采集雙饋感應(yīng)發(fā)電機定子三相電流isabc的信號；
[0013] A3)利用鎖相功能部件取得ugabc的電網(wǎng)正序電壓電角度08和同步電角速度c〇s;
[0014] A4)將步驟A1)采集到的usabc及步驟A2)采集到的isabc分別經(jīng)靜止三相abc坐標(biāo)軸系 到靜止兩相邱坐標(biāo)軸系的恒功率坐標(biāo)變換，得靜止兩相邱坐標(biāo)軸系下的定子電壓信號Usae 和電流彳目號i sag;
[0015] A5)采用電網(wǎng)正序電壓d軸定向方式，將步驟A3)所得0g和步驟A4)所得usae經(jīng)過靜 止兩相邱坐標(biāo)軸系到正向及反向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系的恒功率變換，得到定子電壓在 正向及反向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系下的d、q軸分量，即:Usdp、Usqp、Usdn、Usqn ;
[0016] A6)將步驟A4)所得usae、isae經(jīng)磁鏈觀測器得定子磁鏈暫態(tài)直流分量在靜止兩相邱 坐標(biāo)軸系下的 a、0軸分量，即JsaDCNltsgDC;
[0017] A7)串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器采用電壓閉環(huán)來實現(xiàn)對定子電壓正序、負(fù)序分量及定子磁鏈 暫態(tài)直流分量的控制，在電網(wǎng)正序電壓定向方式下串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器對各分量的控制電壓方 程如下： ?sc4p = \KV1 (^ + 1) rns](um -usAv) ?scqp = IX丨(￥ + 0 ￥] (〇 - M-) =「[p2 ( U + i) ￥] (0 - J
[0018] { ' ： = |_^P2 ( +1) J (〇 - Wsqn ) = [[p3 (ww ] (〇 -rsaDC) ?咐：[~(W +1) q j J (0 - rsP0c)
[0019] 其中，UScdP、USCq P及Uscdn、USCqn分別為電網(wǎng)正序電壓定向方式下串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器對 定子電壓正序及負(fù)序分量的控制電壓d、q軸分量，Uscc^UsrfA別為串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器對定子 磁鏈暫態(tài)直流分量的控制電壓a、e軸分量，Kp1、Kp2、Kp3和mm3分別為PI控制器的比例 系數(shù)和積分時間常數(shù);U m為正常運行時定子電壓矢量的幅值；
[0020] A8)將步驟A3)所得0g和步驟A7)所得Uscdp、USCqp和Uscdn、USCq n經(jīng)正向和反向同步角速 度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系到靜止兩相邱坐標(biāo)軸系的恒功率變換，得到靜止兩相邱坐標(biāo)軸系下串聯(lián)網(wǎng) 側(cè)變換器對定子電壓正、負(fù)序分量的控制電壓，即Uscap、Use*和Uscan、USC*1;
[0021 ] A9)將步驟A7)所得UscmKUscW加上步驟A8)所得Uscap、Uscp p和Uscan、Uscfti構(gòu)成靜止兩 相邱坐標(biāo)軸系下串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的控制電壓Use^Usefl，即：
[0022]卜
[Wsc[i =?ScPp +WScf5n +WScfi￥
[0023] A10)將步驟A9)所得Usca、Usce和步驟A1)所得Udc經(jīng)空間矢量脈寬調(diào)制產(chǎn)生串聯(lián)網(wǎng)側(cè) 變換器的PWM驅(qū)動信號；
[0024] B)并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的控制方法為：
[0025] B1)利用電流傳感器采集并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的三相進線電流信號igabc;
[0026] B2)將步驟A1)采集到的ugabc及步驟B1)采集到的igabc經(jīng)靜止三相abc坐標(biāo)系到靜止 兩相邱坐標(biāo)軸系的恒功率變換，得靜止兩相邱坐標(biāo)軸系下電網(wǎng)電壓Ugae、并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的 進線電流igccfs;
[0027] B3)采用電網(wǎng)正序電壓d軸定向，將步驟A3)所得0g、步驟A4)所得isae及步驟B2)所 得1!柯、1柯經(jīng)靜止兩相邱坐標(biāo)軸系到正向及反向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系的恒功率變換， 得雙饋感應(yīng)發(fā)電機定子電流、電網(wǎng)電壓及并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器進線電流在電網(wǎng)正序電壓定向的 正向及反向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系下的d、q軸分量，即：i sdqp、Ugdqp、Ugdqn、igdqp、i gdqn ;
[0028] B4)直流母線電壓給定值設(shè)定為t/i，將步驟Al)所得Udc與[4的差值經(jīng)PI調(diào)節(jié)器進 行調(diào)節(jié)，得流經(jīng)并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的平均有功功率給定值，即：
[0029] =[^pu + l)/riU'v](C/l -仏)-C/l
[0030] 其中，KPU和t1u分別為PI調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)和積分時間常數(shù)；
[0031] B5)將步驟B3)所得ugdqP、ugdqn&i sdqP送入串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器功率計算模塊，得串聯(lián)網(wǎng) 側(cè)變換器有功功率二倍頻脈動分量，即:Psc^w、PSC；_Sin2 ;
[0032] B6)并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器無功功率給定值設(shè)定為(?.. .1.，將步驟B3)所得UgdqP、Ugdqn、步驟 B4)所得i5:、步驟B5)所得及經(jīng)并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器電流參考值計算模塊計 算，得并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的參考電流指令值，即：
[0033] B7)將步驟B3)所得igdqp、igdqn與步驟B6)所得$qp、。的差值經(jīng)PI調(diào)節(jié)器進行調(diào)節(jié) 丫守至丨_| "gtiqp、;
[0034] B8)將步驟B3)所得ugdqP、ugdqn及步驟B7)所得分別加上d、q軸控制電壓的 補償分量得到并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的電網(wǎng)正序電壓定向的正向及反向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸 系下的控制電壓U gdqP、Ugdqn ;
[0035] B9)將步驟A3)所得0g和步驟B8)所得ugdqP、ugdqn經(jīng)正向及反向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo) 軸系到靜止兩相邱坐標(biāo)軸系的恒功率變換后求和，得靜止兩相邱坐標(biāo)軸系下并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換 器的控制電壓Ugafi;
[0036] B10)將步驟B9)所得ugae和步驟A1)所得Udc經(jīng)空間矢量脈寬調(diào)制，得并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換 器的PWM驅(qū)動信號；
[0037] C)轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的控制方法為：
[0038]轉(zhuǎn)子側(cè)變換器采用傳統(tǒng)矢量控制策略，其控制電壓和直流母線電壓Udcdl過空間矢 量脈寬調(diào)制產(chǎn)生轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的PWM驅(qū)動信號;其功率外環(huán)的有功功率給定值Pmdl據(jù)并聯(lián) 網(wǎng)側(cè)變換器最大輸出負(fù)序電流能力適當(dāng)調(diào)整，其電流環(huán)的無功電流給定值i rqmax經(jīng)轉(zhuǎn)子側(cè)變 換器無功電流給定值計算模塊計算得到。
[0039]步驟C)中轉(zhuǎn)子側(cè)變換器電流環(huán)的無功電流給定值計算方法如下式：
[0041 ]其中，PpSPGSC容量，s為雙饋風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)差率，Ls、Lm分別為發(fā)電機定子繞組的 自感及定轉(zhuǎn)子繞組的互感，irmax為發(fā)電機轉(zhuǎn)子所允許的三相電流合成矢量最大幅值，ird為 發(fā)電機定子側(cè)采用定子正序電壓定向的正向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系下定子電流的d軸分 量。
[0042] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0043] 本方法實現(xiàn)了電網(wǎng)電壓不對稱驟升下雙饋風(fēng)電系統(tǒng)定子端電壓維持不變并抑制 定子磁鏈暫態(tài)直流分量、發(fā)電機定轉(zhuǎn)子電壓和電流平衡、系統(tǒng)總輸出有功或無功功率無波 動以及為電網(wǎng)電壓不對稱驟升故障電網(wǎng)提供動態(tài)無功支持的控制目標(biāo)，保證了雙饋風(fēng)力發(fā) 電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行并提高了系統(tǒng)所并電網(wǎng)的電能質(zhì)量。
【附圖說明】
[0044]圖1為本發(fā)明的原理框圖。
[0045] 圖2為電網(wǎng)電壓單相驟升至1.2倍額定電網(wǎng)電壓時雙饋風(fēng)電系統(tǒng)采用傳統(tǒng)控制策 略的仿真波形圖。其中，（a)為電網(wǎng)電壓波形，（b)為發(fā)電機定子端電壓波形，（c)為轉(zhuǎn)子繞組 端電壓波形，（d)為直流母線電壓波形，（e)為發(fā)電機定子電流波形，（f)為轉(zhuǎn)子電流波形， (g)為發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩波形，（h)為發(fā)電機定子側(cè)有功與無功功率波形，（i)為并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換 器有功與無功功率波形，（j)為雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)總輸出有功與無功功率波形。
[0046] 圖3為電網(wǎng)電壓單相驟升至1.2倍額定電網(wǎng)電壓基于串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的雙饋風(fēng)電 系統(tǒng)采用本控制方法的仿真波形圖。圖3中(a)-(j)各波形的物理量與圖2-一對應(yīng)。
[0047] 圖4為電網(wǎng)電壓單相驟升至1.3倍額定電網(wǎng)電壓基于串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的雙饋風(fēng)電 系統(tǒng)采用本控制方法的仿真波形圖。圖4中(a)-(j)各波形的物理量與圖2-一對應(yīng)。
【具體實施方式】
[0048] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細(xì)說明。
[0049] 如圖1所示，本發(fā)明雙饋風(fēng)電系統(tǒng)不對稱高電壓故障穿越控制方法，它包括的控制 對象有:直流鏈電容1，轉(zhuǎn)子側(cè)變換器2，并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器3，空間矢量脈寬調(diào)制模塊4，雙饋感 應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機5，串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器6，電流傳感器7，電壓傳感器8，速度傳感器9，鎖相環(huán)(PLL) 10，轉(zhuǎn)子側(cè)變換器無功電流給定值計算模塊11，并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器電流參考值計算模塊12，串 聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器功率計算模塊13,正向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系到靜止兩相邱坐標(biāo)軸系的恒 功率變換模塊14,反向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系到靜止兩相邱坐標(biāo)軸系的恒功率變換模塊 15,靜止abc三相坐標(biāo)軸系到靜止兩相邱坐標(biāo)軸系的恒功率變換模塊16,靜止兩相邱坐標(biāo)軸 系到正向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系的恒功率變換模塊17,靜止兩相邱坐標(biāo)軸系到反向同步 角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系的恒功率變換模塊18,磁鏈觀測器模塊19。
[0050] 本發(fā)明具體實施步驟如下：
[0051] A)串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的控制方法為：
[0052] A1)利用電壓傳感器8采集電網(wǎng)三相電壓ugabc、雙饋感應(yīng)發(fā)電機定子三相電壓usabc 及直流母線電壓Udc的信號；
[0053] A2)利用電流傳感器7采集雙饋感應(yīng)發(fā)電機定子三相電流isab。的信號；
[0054] A3)將步驟A1采集到的ugabc經(jīng)過數(shù)字鎖相環(huán)(PLL)10,得到電網(wǎng)正序電壓的電角度 08和同步電角速度《s;
[0055] A4)將步驟A1采集到的Usabc及步驟A2)采集到的isabc經(jīng)靜止三相abc坐標(biāo)軸系到靜 止兩相邱坐標(biāo)軸系的恒功率坐標(biāo)變換模塊16,得到靜止兩相邱坐標(biāo)軸系下的定子電壓信 號，艮PusaP、isae;
[0056] A5)采用電網(wǎng)電壓d軸定向方式，將步驟A3所得0g和步驟A4所得Usafi經(jīng)靜止兩相 坐標(biāo)軸系到正向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系的恒功率變換模塊17及靜止兩相邱坐標(biāo)軸系到 反向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系的恒功率變換模塊18,得到定子電壓在正向及反向同步角速 度轉(zhuǎn)坐豐不軸系下的d、q分里，即：Usdp、Usqp、Usdn、Usqn ;
[0057] A6)將步驟A4所得usae、isa{!經(jīng)磁鏈觀測器模塊19得定子磁鏈暫態(tài)直流分量在靜止 兩相坐標(biāo)軸系下的a、0軸分量，即：i]) saDdeDC;
[0058] A7)串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器6采用電壓閉環(huán)來實現(xiàn)對定子電壓正序、負(fù)序分量及定子磁鏈 暫態(tài)直流分量的控制，參見圖1，在電網(wǎng)正序電壓定向方式下串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器對各分量的控 制電壓方程分別如下： I# 二['1 ( ￥ +1) ￥] (% -《_) ?卿[X 丨.(￥+1):￥] (〇 -?-) 'dn 二y 十 I} y ] (〇 - ?_ )
[0059] | , ?scqn ^ [Kp2 (ri2^ +1) J (0 - wsqil) ?sc釋：[~(W 0 W] (〇 - V-c) Wscpv : ( rBS + 1) ri3S] (〇 - VsPDC )
[0060] 其中，Uscdp、Uscqp和Uscdn、Uscqn分別為以電網(wǎng)正序電壓定向方式下串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器 對定子電壓正序及負(fù)序分量的控制電壓d、q軸分量， Usc^、UscW分別為串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器對定 子磁鏈暫態(tài)直流分量的控制電壓a、0軸分量，K pi、KP2、KP3和_^1、1^2、1^3分別為？1控制器的比 例系數(shù)和積分時間常數(shù);仏為正常運行時定子電壓矢量的幅值。
[0061 ] A8 )將步驟A3所得0g和步驟A7所得Uscdp、Uscqp和Uscdn、Uscqn經(jīng)正向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐 標(biāo)軸系到靜止兩相邱坐標(biāo)軸系的恒功率變換模塊14及反向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系到靜 止兩相邱坐標(biāo)軸系的恒功率變換模塊15,得到靜止兩相邱坐標(biāo)軸系下串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器對定 子電壓正、負(fù)序分量的控制電壓，即Uscap、Uscflp和Uscan、Uscfti;
[0062] A9 )將步驟A7所得Usca!])、UscW加上步驟A8所得uscap、Use*和Uscan、UscPn構(gòu)成靜止兩相a 0坐標(biāo)軸系下串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的控制電壓usca、Usce，參見圖1，即：
[0063] I LWscp - Wsc|3p + "scfin +
[0064] A10)將步驟A9所得usca、usce和步驟A1所得Udc經(jīng)空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM)模塊4產(chǎn) 生串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的PWM驅(qū)動信號。
[0065] B)并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的控制步驟為：
[0066] B1)利用電流傳感器7采集并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器3的三相進線電流信號igabc;
[0067] B2)將步驟A1)采集到的ugabc及步驟B1)采集到的igabc經(jīng)靜止三相abc坐標(biāo)系到靜止 兩相邱坐標(biāo)軸系的恒功率變換模塊16，得到靜止兩相邱坐標(biāo)軸系下電網(wǎng)電壓Uga{!、并聯(lián)網(wǎng)側(cè) 變換器的進線電流igae;
[0068] B3)采用電網(wǎng)正序電壓d軸定向，將步驟A3)所得0g、步驟A4)所得i sae及步驟B2)所 得11_、1_經(jīng)靜止兩相邱坐標(biāo)軸系到正向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系的恒功率變換模塊17及 靜止兩相邱坐標(biāo)軸系到反向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系的恒功率變換模塊18,得到雙饋感應(yīng) 發(fā)電機定子電流、電網(wǎng)電壓及并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器進線電流在電網(wǎng)正序電壓定向的正向及反向 問步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系下的d、q軸分里，即：isdqp、Ugdqp、Ugdqn、igdqp、igdqn ;
[0069] B4)直流母線電壓給定值設(shè)定為將步驟Al)所得Udc與￡4的差值經(jīng)PI調(diào)節(jié)器進 行調(diào)節(jié)，得流經(jīng)并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的平均有功功率給定值巧、，參見附圖1，即：
[0070] P*. = [kpu (rius + l)/riu5] (C/^c - l/dc) ? U*dc
[0071 ]其中，KPU和t1u分別為PI調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)和積分時間常數(shù)；
[0072] B5)將步驟B3)所得ugdqP、ugdqn及isdqP送入串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器功率計算模塊13,得串聯(lián) 網(wǎng)側(cè)變換器有功功率二倍頻脈動分量，即:Psc^w、PSa_Sin2 ;
[0073] B6)并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器無功功率給定值設(shè)定為2二，將步驟B3)所得ugdqp、u gdqn、步驟 B4)所得C、、步驟B5)所得Psc^s2、P sc；_sin2及^1、經(jīng)并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器電流參考值計算模塊12， 得到并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的參考電流指令值，即：
[0074] B7)將步驟B3)所得igdqp、igdqn與步驟B6所得l;P、'的差值經(jīng)PI調(diào)節(jié)器進行調(diào)節(jié) 得
[0075] ^gdqp ^ *
[0076] B8)將步驟B3)所得ugdqP、ugdqn及B7)所得、》_分別加上d、q軸控制電壓的補償 分量，參見附圖1，得到并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器在電網(wǎng)正序電壓定向的正向及反向同步角速度旋轉(zhuǎn) 坐標(biāo)軸系下的控制電壓Ugdqp、Ugdqn ;
[0077] B9)將步驟A3)所得0g和步驟B8)所得ugdqP、u gdqn經(jīng)正向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系到 靜止兩相邱坐標(biāo)軸系的恒功率變換模塊14及反向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系到靜止兩相邱 坐標(biāo)軸系的恒功率變換模15并相加，參見附圖1，得到靜止兩相邱坐標(biāo)軸系下并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換 器的控制電壓Ugafi;
[0078] B10)將步驟B9)所得ugae和步驟A1)所得Udc經(jīng)空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM)模塊4，得 并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的PWM驅(qū)動信號。
[0079] C)轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的控制方法為：
[0080]轉(zhuǎn)子側(cè)變換器采用傳統(tǒng)矢量控制策略，其控制電壓和直流母線電壓Udcdl過空間矢 量脈寬調(diào)制產(chǎn)生轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的PWM驅(qū)動信號;其功率外環(huán)的有功功率給定值Pmdl據(jù)并聯(lián) 網(wǎng)側(cè)變換器最大輸出負(fù)序電流能力適當(dāng)調(diào)整，其電流環(huán)的無功電流給定值i rqmax經(jīng)轉(zhuǎn)子側(cè)變 換器無功電流給定值計算模塊11計算得到。
[0081]轉(zhuǎn)子側(cè)變換器采用傳統(tǒng)的功率、電流雙閉環(huán)矢量控制，其中，功率外環(huán)給定值為發(fā) 電機定子側(cè)可輸出的有功、無功功率值，根據(jù)雙饋感應(yīng)發(fā)電機在正向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo) 軸系下的數(shù)學(xué)模型，將功率外環(huán)經(jīng)PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后的輸出值分別作為發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流的q、 d軸分量的給定值，經(jīng)電流內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)并根據(jù)發(fā)電機的轉(zhuǎn)子回路方程對控制電壓進行 補償，即可得到實現(xiàn)定子側(cè)輸出有功、無功功率解耦控制的轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的控制電壓。該方 法中，設(shè)置故障期間發(fā)電機定子側(cè)輸出的有功功率P max根據(jù)并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器最大輸出負(fù)序 電流能力適當(dāng)調(diào)整，當(dāng)并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器輸出負(fù)序電流超出其最大輸出負(fù)序電流能力時，發(fā) 電機定子側(cè)輸出有功功率P max應(yīng)適當(dāng)減小，反之則維持故障期間定子側(cè)輸出有功功率為非 故障期間的數(shù)值。
[0082]轉(zhuǎn)子側(cè)變換器電流環(huán)的無功電流給定值根據(jù)并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器變流容量及轉(zhuǎn)子繞 組絕緣限制選定為可輸出的最大無功電流值，計算方法如下式：
[0084]其中，PPSPGSC容量，s為雙饋風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)差率，Ls、Lm分別為發(fā)電機定子繞組自 感及定轉(zhuǎn)子繞組，irmax為發(fā)電機轉(zhuǎn)子所允許的三相電流合成矢量的最大幅值，ird為發(fā)電機 定子側(cè)采用定子正序電壓定向的正向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系下定子電流的d軸分量。
[0085] 通過對比圖2、圖3可知，本發(fā)明在電網(wǎng)單相電壓驟升至1.2倍額定電網(wǎng)電壓時實現(xiàn) 了雙饋風(fēng)電系統(tǒng)定子端電壓維持不變并抑制定子磁鏈暫態(tài)直流分量、發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓與電 流平衡及系統(tǒng)總輸出有功或無功功率無波動控制目標(biāo)的同時，還向故障電網(wǎng)提供最大程度 的動態(tài)無功支撐控制目標(biāo)，有效增強了系統(tǒng)的故障穿越能力及所并電網(wǎng)的運行穩(wěn)定性。通 過對比圖3、圖4可知，本發(fā)明在電網(wǎng)單相電壓驟升至1.3倍額定電網(wǎng)電壓時通過在并聯(lián)網(wǎng)側(cè) 變換器實現(xiàn)系統(tǒng)總輸出有功或無功功率無波動所需負(fù)序電流大于其輸出最大負(fù)序電流能 力情況下適當(dāng)減小發(fā)電機定子側(cè)輸出有功功率后仍可實現(xiàn)電網(wǎng)單相電壓驟升至1.2倍額定 電網(wǎng)電壓下全部控制目標(biāo)。
[0086]最后需要說明的是，本發(fā)明的上述實例僅僅是為說明本發(fā)明所作的舉例，而并非 是對本發(fā)明的實施方式的限定。盡管
【申請人】參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)說明，對 于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其他不同形式的變化和 變動。這里無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引申出的顯而 易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之列。
【主權(quán)項】
1. 一種雙饋風(fēng)電系統(tǒng)不對稱高電壓故障穿越控制方法，其特征在于，本方法涉及電網(wǎng) 電壓不對稱驟升故障下對雙饋風(fēng)電系統(tǒng)串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器、并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器以及轉(zhuǎn)子側(cè)變換 器的控制，各變換器的控制方法分別為： A)串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的控制方法為： A1)利用電壓傳感器采集電網(wǎng)三相電壓ugabc、雙饋感應(yīng)發(fā)電機定子三相電壓usabc及直流 母線電壓Udc的信號； A2)利用電流傳感器采集雙饋感應(yīng)發(fā)電機定子三相電流isab。的信號； A3)利用鎖相功能部件取得ugabc的電網(wǎng)正序電壓電角度08和同步電角速度cos; A4)將步驟A1)采集到的usabc及步驟A2)采集到的isabc分別經(jīng)靜止三相abc坐標(biāo)軸系到靜 止兩相αβ坐標(biāo)軸系的恒功率坐標(biāo)變換，得靜止兩相αβ坐標(biāo)軸系下的定子電壓信號Usa{!和電 流?目號i sag; A5)采用電網(wǎng)正序電壓d軸定向方式，將步驟A3)所得0g和步驟A4)所得usa{!經(jīng)過靜止兩相 αβ坐標(biāo)軸系到正向及反向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系的恒功率變換，得到定子電壓在正向及 反向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系下的d、q軸分量，即:Usdp、U Sqp、Usdn、USqn ; A6)將步驟A4)所得Usc^isae經(jīng)磁鏈觀測器得定子磁鏈暫態(tài)直流分量在靜止兩相αβ坐標(biāo) 軸系下的α、β軸分量，即：^aDCNltsPDC; A7)串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器采用電壓閉環(huán)來實現(xiàn)對定子電壓正序、負(fù)序分量及定子磁鏈暫態(tài) 直流分量的控制，在電網(wǎng)正序電壓定向方式下串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器對各分量的控制電壓方程如 下：其中，Uscdp、Uscqp及Uscdn、Uscqn分別為電網(wǎng)正序電壓定向方式下串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器對定子電 壓正序及負(fù)序分量的控制電壓d、q軸分量，UsccnKUscW分別為串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器對定子磁鏈暫 態(tài)直流分量的控制電壓α、β軸分量，K pl、Kp2、Kp3和Til、Ti2、 Ti3分別為PI控制器的比例系數(shù)和 積分時間常數(shù);um為正常運行時定子電壓矢量的幅值； A8 )將步驟A3 )所得0g和步驟A7 )所得Uscdp、Uscqp和Uscdn、Uscqn經(jīng)正向和反向同步角速度旋 轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系到靜止兩相αβ坐標(biāo)軸系的恒功率變換，得到靜止兩相αβ坐標(biāo)軸系下串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變 換器對定子電壓正、負(fù)序分量的控制電壓，即U sc；ap、Usc；ep和Usc；a n、Usc*i; A9 )將步驟A7 )所得Usca!])、UscW加上步驟A8 )所得Uscap、UscPp和Uscan、Uscfc構(gòu)成靜止兩相αβ 坐標(biāo)軸系下串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的控制電壓11_、11^，即：A10)將步驟A9)所得Usca、Usc{!和步驟A1)所得Udc經(jīng)空間矢量脈寬調(diào)制產(chǎn)生串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換 器的PWM驅(qū)動信號； B) 并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的控制方法為： B1)利用電流傳感器采集并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的三相進線電流信號igabc; B2)將步驟A1)采集到的ugabc及步驟B1)采集到的igabc經(jīng)靜止三相abc坐標(biāo)系到靜止兩相 αβ坐標(biāo)軸系的恒功率變換，得靜止兩相αβ坐標(biāo)軸系下電網(wǎng)電壓uga{!、并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的進線 電流igafi; B3)采用電網(wǎng)正序電壓d軸定向，將步驟A3)所得0g、步驟A4)所得i sa{!及步驟B2)所得uga{!、 經(jīng)靜止兩相αβ坐標(biāo)軸系到正向及反向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系的恒功率變換，得雙饋 感應(yīng)發(fā)電機定子電流、電網(wǎng)電壓及并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器進線電流在電網(wǎng)正序電壓定向的正向及 反向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系下的d、q軸分量，即：i sdqp、Ugdqp、Ugdqn、igdqp、i gdqn ; B4)直流母線電壓給定值設(shè)定為￡4,將步驟A1)所得^與以的差值經(jīng)PI調(diào)節(jié)器進行調(diào) 節(jié)，得流經(jīng)并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的平均有功功率給定值/1、，即：其中，KPU和T1U分別為PI調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)和積分時間常數(shù)； B5)將步驟B3)所得UgdqP、Ugdqr^isd qP送入串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器功率計算模塊，得串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變 換器有功功率二倍頻脈動分量，即:、Ρ^&2; Β6)并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器無功功率給定值設(shè)定為么> 將步驟Β3)所得ugdqp、ugdqn、步驟Μ)所 得步驟Β5)所得?^_2、？^_2及0;經(jīng)并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器電流參考值計算模塊計算，得 并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的參考電流指令值，即 Β7)將步驟Β3)所得igdqp、igdqn與步驟Β6)所得〗丄的差值經(jīng)ΡΙ調(diào)節(jié)器進行調(diào)節(jié)得到 Kgdqp·、以 gdqn.， B8)將步驟B3)所得ugdqP、ugdqn及步驟B7)所得<dqp、分別加上d、q軸控制電壓的補償 分量得到并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的電網(wǎng)正序電壓定向的正向及反向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系下 的控制電壓Ugd qP、Ugdqn; B9)將步驟A3)所得0g和步驟B8)所得ugdqP、ugdqn經(jīng)正向及反向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系 到靜止兩相邱坐標(biāo)軸系的恒功率變換后求和，得靜止兩相αβ坐標(biāo)軸系下并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的 控制電壓Ugafi; B10)將步驟B9)所得Uga{!和步驟A1)所得Udc經(jīng)空間矢量脈寬調(diào)制，得并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的 PWM驅(qū)動信號； C) 轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的控制方法為： 轉(zhuǎn)子側(cè)變換器采用傳統(tǒng)矢量控制策略，其控制電壓和直流母線電壓Ud。通過空間矢量脈 寬調(diào)制產(chǎn)生轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的PWM驅(qū)動信號;其功率外環(huán)的有功功率給定值Pmax根據(jù)并聯(lián)網(wǎng)側(cè) 變換器最大輸出負(fù)序電流能力適當(dāng)調(diào)整，其電流環(huán)的無功電流給定值i rqmax經(jīng)轉(zhuǎn)子側(cè)變換器 無功電流給定值計算模塊計算得到。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙饋風(fēng)電系統(tǒng)不對稱高電壓故障穿越控制方法，其特征在于， 步驟C)中轉(zhuǎn)子側(cè)變換器電流環(huán)的無功電流給定值計算方法如下式：其中，PpSPGSC容量，S為雙饋風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)差率，Ls、Lm*別為發(fā)電機定子繞組的自感 及定轉(zhuǎn)子繞組的互感，irmax為發(fā)電機轉(zhuǎn)子所允許的三相電流合成矢量最大幅值，ird為發(fā)電 機定子側(cè)采用定子正序電壓定向的正向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系下定子電流的d軸分量。
【文檔編號】H02J3/16GK105958534SQ201610390859
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月4日
【發(fā)明人】姚駿, 尹瀟, 郭利莎, 曾欣, 譚義
【申請人】重慶大學(xué)