电网故障下双馈感应风力发电机暂态电流跟踪控制方法技术

本发明专利技术公开了一种电网故障下双馈感应风力发电机暂态电流跟踪控制方法，属于风力发电技术领域。通过在转子侧变流器的电流环中附加与转子暂态电流指令相关的转子电流指令前馈分量，来提高原电流环对交流指令的跟踪能力，从而将该暂态电流指令所对应的特性充分发掘出来，以增强双馈感应风力发电机的低电压穿越能力。本发明专利技术所提的控制方法结构简单、易于实现，并且不会改变原电流环的稳定性，此外对电网频率波动和双馈感应风力发电机参数漂移也具有较高的鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于风力发电
，更具体地，涉及一种电网故障下双馈感应风力发 电机暂态电流跟踪控制方法。
技术介绍
随着风电在电网中渗透率的提高，各国对风电机组提出了相应的并网规范；其中， 关注度最高的当属低电压穿越要求，即电网故障期间，风电机组能不脱网运行并在规定时 间内向电网提供无功支撑。 在多种风电机组中，双馈式风电机组具有变流器容量小、变频恒速、无功有功解 親控制等优点，成为了当前主流机型；然而，双馈感应风力发电机（Doublyfedinduction generator,DFIG)的定子与电网直接相连，对电网电压非常敏感；当电网发生深度故障时， 会在转子侧感应电动势中激励出远超过直流母线电压的暂态和负序分量，容易导致转子侧 变流器出现过压过流问题。 目前，低电压穿越方案主要分为以下两类：-类是附加硬件方案，主流的低电压穿越解决装置是撬棒（Crowbar)，其结构简 单、成本较低。但是，Crowbar投入后，系统不可控，并且双馈感应风力发电机将类似于鼠 笼型电机运行，会向电网吸收大量的无功功率；为此，一些学者也相继提出了串联网侧变流 器、电压动态恢复器、静止同步补偿器等解决方案，可维持系统可控，但是，这类附加硬件的 解决方案均会增加系统的硬件成本和控制复杂性。 另一类是通过改进励磁控制方案，由于其具有较高的灵活性而得到了广泛关注， 如：通过在转子电流指令中注入与定子磁链相关的暂态分量的磁链有源衰减控制方法;在转子电流指令中注入与定子磁链 相关的暂态、负序分量的灭磁控制方法.IEEETransactionsonEnergyConversion，2006,21 (3): 652-662.];在中国专利技术专利说明书CN103633913A中公开了一种在转子电流指令中注入与 定子电流相关的正序、暂态、负序分量的反向电流跟踪控制方法。该类方法通过在转子电流 指令中注入一定的暂态（或负序）分量，可有效降低转子侧变流器电压需求，进而增强双馈 感应风力发电机在深度电网故障下的可控低电压穿越能力。然而，在矢量控制系统所在的 同步旋转坐标系下，该暂态、负序电流指令分别表现为50Hz、100Hz的交流量，然而，经典的 PI控制器无法精确跟踪该指令，进而降低了这类改进控制策略的有效性。因此，必须对转子 侧变流器电流环的控制结构进行相应改造，以适应电网故障条件下转子侧变流器对暂态控 制目标的精确实现。 目前，已有一些提高电流环对暂态电流跟踪能力的研究工作，例如： XuLie,WangYi.DynamicmodelingandcontrolofDFIG-Basedwind turbinesunderunbalancednetworkconditions.IEEETransactionsonPower Systems,2007,22(1) ：314-323. HuJiabing，HeYikang.ReinforcedcontrolandoperationofDFIG-Based wind-power-generationsystemunderunbalancedgridvoltageconditions.IEEE TransactionsonEnergyConversion，2009,24(4) ：905-915. HuJiabing,HeYikang,XuLie,etal.ImprovedcontrolofDFIGsystems duringnetworkunbalanceusingPI-Rcurrentregulators.IEEETransactionson IndustrialElectronics,2009,56 (2) ：439-451. 文献提出了 一种正、负序双dq坐标系下PI控制方案，实现了双馈感应 风力发电机对正、负序电流的独立调节与有效控制，但是，由于需要使用滤波器来对 电流的正、负序分量进行分离，会引入延时和幅值衰减，影响了控制系统的动态响应 速度和稳态控制精度。文献提出了在两相定子静止a0坐标系下的比例谐振 (Proportional-Resonant,P-R)控制方案，实现了对双馈感应风力发电机转子正、负序电流 无需分离的统一调节，然而，该方案需对基于稳态条件下设计的传统矢量控制系统进行较 大的结构改动，影响了该方案的工业应用前景。文献提出了在同步旋转坐标系下PI-R 控制方法，借助于谐振控制器来实现对交流分量指令的精确控制，但是，谐振分量的相位滞 后会导致原系统动态性能的下降。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本申请提供的是电网故障下双馈感应风力发电机暂 态电流跟踪控制方法，其中通过在转子侧变流器的电流环中附加与转子暂态电流指令相关 的暂态电流指令前馈分量，实现了提高原电流环对交流指令的跟踪能力，从而将该暂态电 流指令所对应的特性充分发掘出来，以增强双馈感应风力发电机的低电压穿越能力，因而 尤其适用于风力发电的励磁控制的应用场合。 为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种电网故障下双馈感应风力 发电机暂态电流跟踪控制方法，其特征在于该方法包含以下各步骤： ⑴获取所述双馈感应风力发电机的电机参数，所述参数包括定子自感Ls、定转子 互感Lm、定子电阻Rs、转子电阻艮和转子自感L^ (2)通过电压、电流霍尔传感器来获得所述双馈感应风力发电机的定子三相电压 Usabc、定子三相电流Isab。和转子三相电流Irabc; (3)使用锁相环来获取所述电网并网点电压的角频率《s; (4)采用编码器来获取所述双馈感应风力发电机的转子机械角频率 (5)根据步骤（3)获得的所述并网点电压的角频率步骤⑷中获得的所述 转子机械角频率来获得转差角频率《 2= ? 并将转差角频率《2进行积分来获得 转差角92; (6)根据步骤（5)中的转差角0 2，对上述步骤⑵中的所述定子三相电压Usab。、所 述定子三相电流Isab。和所述转子三相电流I。分别进行abc/dq坐标变换，来获得同步旋 转坐标系下的所述双馈感应风力发电机的定子d轴电压usd、定子q轴电压usq、定子d轴电 流isd、定子q轴电流isq和转子d轴电流im、转子q轴电流iq; (7)根据步骤⑴中的所述双馈感应风力发电机的所述定子自感Ls、所述定转子 互感1^以及步骤（6)中的所述定子d轴电流isd、所述定子q轴电流isq、所述转子d轴电流 i?i、所述转子q轴电流iq，来计算得到所述双馈感应风力发电机的定子d轴磁链也sd、定子 q轴磁链itsq，其计算公式为 (8)根据步骤（6)中的所述转子d轴电流所述转子q轴电流L分别与所述转 子d轴电流指令^、所述转子q轴电流指令相减来获得d轴误差信号q轴误差信号 iq，其计算公式为 (9)通过控制器来对所述d轴误差信号ied、所述q轴误差信号'进行闭环处理， 得到转子电压控制量 (10)根据上述步骤（1)中的所述定子自感Ls、所述定转子互感k、所述定子电阻札 和所述转子自感k，步骤（6)中的所述双馈感应风力发电机的所述定子d轴电压usd、所述 转子d轴电流i#所述转子q轴电流iq，步骤（7)中的所述定子d轴磁链$sd、所述定子q 轴磁链以及步骤（4)、（5)中的所述转子机械角频率cop本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电网故障下双馈感应风力发电机暂态电流跟踪控制方法，其特征在于该方法包含以下各步骤：(1)获取所述双馈感应风力发电机的电机参数，所述参数包括定子自感Ls、定转子互感Lm、定子电阻Rs、转子电阻Rr和转子自感Lr；(2)通过电压、电流霍尔传感器来获得所述双馈感应风力发电机的定子三相电压Usabc、定子三相电流Isabc和转子三相电流Irabc；(3)使用锁相环来获取所述电网并网点电压的角频率ωs；(4)采用编码器来获取所述双馈感应风力发电机的转子机械角频率ωr；(5)根据步骤(3)获得的所述并网点电压的角频率ωs与步骤(4)中获得的所述转子机械角频率ωr来获得转差角频率ω2＝ωs‑ωr，并将转差角频率ω2进行积分来获得转差角θ2；(6)根据步骤(5)中的转差角θ2，对上述步骤(2)中的所述定子三相电压Usabc、所述定子三相电流Isabc和所述转子三相电流Irabc分别进行abc/dq坐标变换，来获得同步旋转坐标系下的所述双馈感应风力发电机的定子d轴电压usd、定子q轴电压usq、定子d轴电流isd、定子q轴电流isq和转子d轴电流ird、转子q轴电流irq；(7)根据步骤(1)中的所述双馈感应风力发电机的所述定子自感Ls、所述定转子互感Lm以及步骤(6)中的所述定子d轴电流isd、所述定子q轴电流isq、所述转子d轴电流ird、所述转子q轴电流irq，来计算得到所述双馈感应风力发电机的定子d轴磁链ψsd、定子q轴磁链ψsq，其计算公式为：ψsd=Lsisd+Lmirdψsq=Lsisq+Lmirq;]]>(8)根据步骤(6)中的所述转子d轴电流ird、所述转子q轴电流irq分别与转子d轴电流指令转子q轴电流指令相减来获得d轴误差信号ied、q轴误差信号ieq，其计算公式为：ied=ird*-irdieq=irq*-irq;]]>(9)通过控制器来对所述d轴误差信号ied、所述q轴误差信号ieq进行闭环处理，得到转子电压控制量(10)根据上述步骤(1)中的所述定子自感Ls、所述定转子互感Lm、所述定子电阻Rs和所述转子自感Lr，步骤(6)中的所述双馈感应风力发电机的所述定子d轴电压usd、转子d轴电流ird、所述转子q轴电流irq，步骤(7)中的所述定子d轴磁链ψsd、所述定子q轴磁链ψsq以及步骤(4)、(5)中的所述转子机械角频率ωr、所述转差角频率ω2来计算得到前馈补偿值Vrdc、Vrqc，其计算公式为：Vrdc=-ω2σLrirq+LmLs(usd-RsLsψsd+ωrψsq)Vrqc=ω2σLrird+LmLs(-RsLsψsq-ωrψsd);]]>其中，σ=1-Lm2/LsLr]]>为漏感系数；(11)根据上述步骤(1)中的所述转子电阻Rr、所述转子自感Lr以及所述转子d轴电流指令所述转子q轴电流指令来计算获得转子电流指令前馈值Vfcrdc、Vfcrqc，其计算公式为：Vfcrdc=Rrird*+σLrddtird*Vfcrqc=Rrirq*+σLrddtirq*;]]>(12)根据上述步骤(9)中的转子电压控制量步骤(10)中的所述前馈补偿值Vrdc、Vrqc，以及步骤(11)中的转子电流指令前馈值Vfcrdc、Vfcrqc，来计算获得转子电压需求值其计算公式为：Vrd*=urd*+Vrdc+VfcrdcVrq*=urq*+Vrqc+Vfcrqc;]]>(13)对步骤(12)中的转子电压需求值进行空间矢量脉宽调制，来获得转子侧变流器三对开关管的开关信号Sa、Sb、Sc。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邹旭东，朱东海，周诗颖，黄清军，董稳，康勇，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42