一种DFIG-DC系统的定子电流正弦化控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种DFIG‑DC系统的定子电流正弦化控制方法，使得定子电流正弦化，降低定转子谐波电流，同时降低转矩和功率脉动；本发明专利技术不用电压传感器，直接采用定子电流表示定子电压，然后通过双馈电机模型得到需要的转子谐波电压，转子侧加入合适的谐波电压后实现定子电流的正弦化，这种控制方法能够降低定转子谐波电流损耗，提升系统运行效率和运行性能，是一种非常适合这种拓扑的优化控制方法。

【技术实现步骤摘要】
一种DFIG-DC系统的定子电流正弦化控制方法
本专利技术属于新能源发电
，具体涉及一种DFIG-DC系统的定子电流正弦化控制方法。
技术介绍
在最近的十几年，基于新能源发电设备组建的直流微网得到越来越多的研究和应用。直流微网具有稳定性高、并网简单、没有无功损耗和节省导线成本等优点，而且对于光伏、风力发电等新能源发电单元大部分都具有直流端口，负载也大多为直流负载，所以对于这些新能源发电设备采用直流微网更加经济实惠可靠。在新能源发电中，基于双馈电机的风力发电占有很高的比例，所以在研究新能源直流并网中，研究双馈电机直流并网具有很重要的意义。目前大部分的双馈电机直流并网都还是采用基于VSC(电压源变换器)-HVDC(高压直流输电)的直流并网拓扑，这种拓扑结构的好处是双馈电机的控制策略可以直接移植交流并网中的，缺点是转换级数过多，导致效率偏低，而且需要很多变压器，成本增高。在文献《基于双馈式风力发电系统的直流并网拓扑与控制策略研究》中学者易曦露提出了一种基于SSC(定子侧变流器)-RSC(转子侧变流器)结构的双馈电机直流结构，这种结构直接将传统的双馈电机中的转子侧背靠背的变流器中的母线通过DC/DC变换器接到直流电网上，这种拓扑的优点是降低了成本，而且拓宽了双馈电机的转速运行范围。但是还是需要两个变流器，而且在转差率控制不是最优的情况下，两个变流器的容量大于转差率倍功率的容量，成本还是较高。在这个基础上，西班牙的学者G.D.Marques等人提出了一种基于单变流器的双馈电机直流并网结构，这种结构在双变流器的基础上，将定子变流器变成不控整流桥，进一步降低拓扑结构的成本，而且只需要控制一台变流器，进一步提高控制的可靠性；但是，由于定子侧的不控整流桥，导致定转子电流畸变，导致功率和转矩具有很大的脉动。
技术实现思路
针对DFIG(Double-FedInductionGenerator，双馈异步风力发电机)-DC拓扑结构，由于定子侧是不控整流桥，极易导致定子电流畸变，故本专利技术提供了一种DFIG-DC系统的定子电流正弦化控制方法，能够降低定转子谐波电流，降低转矩和功率脉动，提升系统运行效率，提升系统的运行性能，且其采用前馈控制策略，避免采用谐振控制器或者重复控制器，实现定子电流正弦又可以降低算法复杂度，具有很好的应用前景。一种DFIG-DC系统的定子电流正弦化控制方法，包括如下步骤：(1)采集DFIG的三相定子电流Isabc和三相转子电流Irabc，同时利用码盘检测出DFIG的转速ωr和转子位置角θr；(2)利用定子磁链锁相环估算出当前时刻的定子磁链角θs，使定子磁链角θs减去转子位置角θr得到转差角θslip，进而利用转差角θslip对三相转子电流Irabc进行坐标变换，得到同步旋转坐标系下转子电流的d轴分量Ird和q轴分量Irq；(3)将定子频率参考值ωref设定为定子的额定频率，进而使定子频率误差通过PI控制得到转子电流d轴参考值Irdref；(4)根据转子电流的d轴分量Ird和q轴分量Irq以及转子电流d轴参考值Irdref和给定的转子电流q轴参考值Irqref，使转子电流dq轴误差分别通过PI控制得到转子电压的d轴平均分量Ud_PI和q轴平均分量Uq_PI；(5)根据转子电流的d轴分量Ird和q轴分量Irq计算出转子电压的d轴补偿量ΔUdr和q轴补偿量ΔUqr；(6)根据三相定子电流Isabc确定DFIG的三相定子电压Usabc，使所述三相定子电压Usabc通过50Hz的陷波器得到三相定子谐波电压Usabch，进而利用定子磁链角θs对三相定子谐波电压Usabch进行坐标变换，得到同步旋转坐标系下定子谐波电压的d轴分量Usdh和q轴分量Usqh；(7)根据定子谐波电压的d轴分量Usdh和q轴分量Usqh通过转子谐波电压发生器得到转子谐波电压的d轴分量Urdh和q轴分量Urqh；(8)使Ud_PI+ΔUdr+Urdh得到转子电压d轴调制信号Vdr，使Uq_PI+ΔUqr+Urqh得到转子电压q轴调制信号Vqr，基于Vdr和Vqr通过SVPWM(SpaceVectorPulseWidthModulation，空间矢量脉宽调制)技术构造得到一组PWM信号以对DFIG的转子变流器进行控制。进一步地，所述步骤(2)中利用定子磁链锁相环估算出当前时刻的定子磁链角θs，具体算法如下：ψsq'＝LsIsq'+LmIrq'θs＝∫ωs'其中：Ls和Lm分别为DFIG的定子电感和定转子互感，Kps和Kis分别为定子磁链锁相环的比例系数和积分系数，ψsq'为上一时刻的定子磁链q轴分量，ωs'为上一时刻的定子频率，s为拉普拉斯算子，Irq'和Isq'分别为上一时刻的转子电流q轴分量和定子电流q轴分量。进一步地，所述步骤(3)中通过以下公式使定子频率误差通过PI控制得到转子电流d轴参考值Irdref：其中：Kpf和Kif分别为定子频率控制外环的比例系数和积分系数，ωs为当前时刻的定子频率，s为拉普拉斯算子。进一步地，所述步骤(4)中通过以下公式使转子电流dq轴误差分别通过PI控制得到转子电压的d轴平均分量Ud_PI和q轴平均分量Uq_PI：其中：Kpi和Kii分别为给定的比例系数和积分系数，s为拉普拉斯算子。进一步地，所述步骤(5)中通过以下公式计算出转子电压的d轴补偿量ΔUdr和q轴补偿量ΔUqr：ΔUdr＝-ωslipσLrIrqΔUqr＝ωslipσLrIrd其中：ωslip为转差速度且ωslip＝ωs-ωr，σ为DFIG的漏磁系数，Lr为DFIG的转子电感。进一步地，所述步骤(6)中通过以下表达式确定DFIG的三相定子电压Usabc：其中：Usa、Usb和Usc分别对应为DFIG的A相、B相和C相定子电压，Isa、Isb和Isc分别对应为DFIG的A相、B相和C相定子电流，Udc为DFIG-DC系统的直流母线电压。进一步地，所述步骤(7)中通过以下计算表达式得到转子谐波电压的d轴分量Urdh和q轴分量Urqh；其中：Lr和Lm分别为DFIG的转子电感和定转子互感，ωslip为转差速度且ωslip＝ωs-ωr，ωs为当前时刻的定子频率，s为拉普拉斯算子。本专利技术涉及的DFIG-DC系统主要包括DFIG、转子变流器、定子不控整流桥以及直流电网；DFIG定子通过不控整流桥接到直流电网上，DFIG转子通过转子侧变流器同时连接到直流电网上，通过控制转子变流器提供励磁电流建立定子电压，定子电压使得定子侧不控整流桥工作在连续导通模式，定子侧不控整流桥实现将交流电流变为直流电能传输到直流电网中。本专利技术在拓扑结构上的优势是只采用一个转差倍功率的逆变器就可以实现DFIG电能输送到直流电网，可以显著地降低拓扑结构的成本。本专利技术在控制方法上的优势是针对定子电压畸变造成的定转子电流谐波，采用转子谐波电压补偿进行定子电流正弦化，这种方法直接基于DFIG的数学模型，直接通过定子谐波电压得到需要的转子电压，避免采用一组谐振控制器或者重复控制器，减少了参数设计工作，降低了算法的复杂度。而且，本专利技术所使用的定子电压是基于不控整流桥的特性通过定子电流得到的，避免使用电压传感器，进一步降低控制系统的复杂度和成本，在实际应用中具有很好的前景。附图说明图1为本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种DFIG‑DC系统的定子电流正弦化控制方法，包括如下步骤：(1)采集DFIG的三相定子电流Isabc和三相转子电流Irabc，同时利用码盘检测出DFIG的转速ωr和转子位置角θr；(2)利用定子磁链锁相环估算出当前时刻的定子磁链角θs，使定子磁链角θs减去转子位置角θr得到转差角θslip，进而利用转差角θslip对三相转子电流Irabc进行坐标变换，得到同步旋转坐标系下转子电流的d轴分量Ird和q轴分量Irq；(3)将定子频率参考值ωref设定为定子的额定频率，进而使定子频率误差通过PI控制得到转子电流d轴参考值Irdref；(4)根据转子电流的d轴分量Ird和q轴分量Irq以及转子电流d轴参考值Irdref和给定的转子电流q轴参考值Irqref，使转子电流dq轴误差分别通过PI控制得到转子电压的d轴平均分量Ud_PI和q轴平均分量Uq_PI；(5)根据转子电流的d轴分量Ird和q轴分量Irq计算出转子电压的d轴补偿量ΔUdr和q轴补偿量ΔUqr；(6)根据三相定子电流Isabc确定DFIG的三相定子电压Usabc，使所述三相定子电压Usabc通过50Hz的陷波器得到三相定子谐波电压Usabch，进而利用定子磁链角θs对三相定子谐波电压Usabch进行坐标变换，得到同步旋转坐标系下定子谐波电压的d轴分量Usdh和q轴分量Usqh；(7)根据定子谐波电压的d轴分量Usdh和q轴分量Usqh通过转子谐波电压发生器得到转子谐波电压的d轴分量Urdh和q轴分量Urqh；(8)使Ud_PI+ΔUdr+Urdh得到转子电压d轴调制信号Vdr，使Uq_PI+ΔUqr+Urqh得到转子电压q轴调制信号Vqr，基于Vdr和Vqr通过SVPWM技术构造得到一组PWM信号以对DFIG的转子变流器进行控制。...

【技术特征摘要】
1.一种DFIG-DC系统的定子电流正弦化控制方法，包括如下步骤：(1)采集DFIG的三相定子电流Isabc和三相转子电流Irabc，同时利用码盘检测出DFIG的转速ωr和转子位置角θr；(2)利用定子磁链锁相环估算出当前时刻的定子磁链角θs，使定子磁链角θs减去转子位置角θr得到转差角θslip，进而利用转差角θslip对三相转子电流Irabc进行坐标变换，得到同步旋转坐标系下转子电流的d轴分量Ird和q轴分量Irq；(3)将定子频率参考值ωref设定为定子的额定频率，进而使定子频率误差通过PI控制得到转子电流d轴参考值Irdref；(4)根据转子电流的d轴分量Ird和q轴分量Irq以及转子电流d轴参考值Irdref和给定的转子电流q轴参考值Irqref，使转子电流dq轴误差分别通过PI控制得到转子电压的d轴平均分量Ud_PI和q轴平均分量Uq_PI；(5)根据转子电流的d轴分量Ird和q轴分量Irq计算出转子电压的d轴补偿量ΔUdr和q轴补偿量ΔUqr；(6)根据三相定子电流Isabc确定DFIG的三相定子电压Usabc，使所述三相定子电压Usabc通过50Hz的陷波器得到三相定子谐波电压Usabch，进而利用定子磁链角θs对三相定子谐波电压Usabch进行坐标变换，得到同步旋转坐标系下定子谐波电压的d轴分量Usdh和q轴分量Usqh；(7)根据定子谐波电压的d轴分量Usdh和q轴分量Usqh通过转子谐波电压发生器得到转子谐波电压的d轴分量Urdh和q轴分量Urqh；(8)使Ud_PI+ΔUdr+Urdh得到转子电压d轴调制信号Vdr，使Uq_PI+ΔUqr+Urqh得到转子电压q轴调制信号Vqr，基于Vdr和Vqr通过SVPWM技术构造得到一组PWM信号以对DFIG的转子变流器进行控制。2.根据权利要求1所述的定子电流正弦化控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中利用定子磁链锁相环估算出当前时刻的定子磁链角θs，具体算法如下：ψsq'＝LsIsq'+LmIrq'θs＝∫ωs'其中：Ls和Lm分别为DFIG的定子电感和定转子互感，Kps和Kis分别为定子磁链锁相环的比例系数和积分系数，ψsq'为上一时刻的定子磁链q轴分量，ωs'为上一时刻的定子频率，s为拉普拉斯算子，Irq'和Isq'分别为上一时刻的转子电流q轴分量和定子电流q轴分量。3.根据权利要求1所述的定子电流正弦化控制方法，其特征在于：所述步骤(3)中通过以下公式使定子频率误差通过PI控制得到转子电流d轴参考值Irdref：其中：Kpf和Kif分别为定...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴超，年珩，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33