双馈风机故障穿越的优化虚拟阻抗控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了双馈风机故障穿越的优化虚拟阻抗控制方法，包括:采集双馈风机的转子侧变流器输出电压并进行转换得到转子暂态电流；将转子暂态电流与参考电流作差；基于差值信号在考虑电流主控制回路使转子侧变流器对暂态衰减分量表现出来的等效阻抗特性的基础上，让转子侧变流器表现出与故障暂态分量电路的固有阻抗具有相同阻抗角；输出信号经过坐标反转换得到转子侧变流器的控制信号，使转子侧变流器对暂态分量表现出最优阻抗。在电压跌落故障中采用改进虚拟阻抗控制，可以抑制转子过电流，降低暂态电气应力的幅值。

【技术实现步骤摘要】
双馈风机故障穿越的优化虚拟阻抗控制方法及系统
本专利技术属于控制
，尤其涉及双馈风机故障穿越的优化虚拟阻抗控制方法及系统。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。随着传统化石能源的日渐枯竭以及可再生能源发电的迅速发展，我国的风力发电产业也得到了迅速的发展，其中DFIG(双馈风力发电机)由于其变流器容量小、功率独立解耦控制、成本较低等优点被广泛应用，成为了风力发电机组的主流机型。风电的大规模并网改善了我国的能源结构，但是也对电网的安全稳定运行产生了一些不利的影响。随着风电规模的不断扩大，需要风电机组在遭受电网故障扰动后能够保持不脱网持续运行，即故障穿越运行，并向电网提供主动支撑。当外电网出现电压跌落时，DFIG会受到电网电压扰动的直接影响引发复杂的暂态过程，定、转子中产生暂态电流以及暂态感应电动势，引起转子过流、直流过压等一系列问题，威胁风机自身安全稳定运行，是DFIG故障穿越运行面临的主要压力。在故障穿越期间，为确保双馈风机的安全运行，有许多的软硬件策略被提出：其中一种硬件策略是在转子绕组中接入撬棒电路，在转子绕组电流超过规定值以后投入撬棒电路，能够有效保护转子绕组；目前应用更为广泛的硬件策略是在转子过电流后闭锁RSC(转子侧变流器)的IGBT，通过二极管进行不控整流，避免IGBT被过电流损坏，同时暂态功率通过二极管不控整流流入直流母线中引起直流母线电压的上升，此时再通过直流chopper电路消耗掉直流母线电容中的多余能量抑制直流母线电压的上升。这些硬件保护策略的投入都会使DFIG失去可控性，并且额外的硬件电路会使成本增加，但它们是面对电网严重故障时不可缺少的保护手段。在面临轻度电网故障或硬件保护策略退出后续问题时，虚拟阻抗控制是目前应用较多的控制策略，能够有效地抑制故障暂态期间转子侧暂态电流，避免转子过电流。但是，专利技术人在研究中发现，参见附图1所示，传统虚拟阻抗控制没有考虑转子侧变流器(RSC)在原有电流控制作用下的等效阻抗，也没有考虑RSC等效阻抗(包括原有等效阻抗与附加阻抗)与电路固有物理阻抗之间的相位关系，不能在有限RSC输出交流电压限制下达到最优的抑制效果；此外，传统虚拟阻抗控制还需要额外的滤波手段获得暂态转子电流来进行附加阻抗的控制，使准确性下降同时控制复杂度上升。
技术实现思路
为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了双馈风机故障穿越的优化虚拟阻抗控制方法，考虑电流主控制回路使转子侧变流器对暂态衰减分量表现出来的等效阻抗特性，让转子侧变流器表现出与故障暂态分量电路的固有阻抗具有相同阻抗角的一个阻抗特性，以达到相同阻抗幅值下对暂态衰减分量转子电流的最佳抑制效果。为实现上述目的，本专利技术的一个或多个实施例提供了如下技术方案：双馈风机故障穿越的优化虚拟阻抗控制方法，包括:测量转子电流，将转子电流与参考电流的差值输出至PI调节器，形成转子电流主控制回路；主控制回路在考虑电流主控制回路使转子侧变流器对暂态衰减分量表现出来的等效阻抗特性的基础上，让转子侧变流器表现出与故障暂态分量电路的固有阻抗具有相同阻抗角而增加额外补偿信号；额外补偿信号经过坐标反转换得到转子侧变流器的控制信号，使转子侧变流器对暂态分量表现出最优阻抗。进一步的技术方案，还包括根据双馈风力发电机简化暂态衰减分量状态方程模型，通过对定子暂态磁链的检测来决定实现最佳虚拟阻抗的转子侧变换器补偿电压信号。进一步的技术方案，关于双馈风力发电机简化暂态衰减分量状态方程模型的建立：对DFIG建立三阶复数状态空间方程模型；在电网电压扰动后将其分解为描述工频分量调整过程的GPT状态方程和描述由电压扰动引起的暂态衰减分量的ZTS状态方程；仅考虑ZTS的状态变量的主要暂态分量MTC，对ZTS这一三阶状态方程进行降阶，并对主要暂态分量进行求解。进一步的技术方案，考虑主控制回路使转子侧变流器对暂态衰减分量表现出来的等效阻抗特性，具体为：转子侧变流器对主要暂态分量表现为一定的阻抗以抑制转子暂态电流幅值时，得到转子暂态电流表达式，基于转子暂态电流表达式得到转子侧变流器对主要暂态分量表现出的阻抗的阻抗角。进一步的技术方案，转子侧变流器对主要暂态分量表现出的阻抗的阻抗角，得到转子侧变流器对主要暂态分量表现出来的电阻和电抗。进一步的技术方案，通过对定子暂态磁链的检测来决定实现最佳虚拟阻抗的转子侧变换器补偿电压信号，包括：检测定子暂态磁链，将定子暂态磁链及转子侧变流器对自然暂态分量表现出来的电阻和电抗输入至双馈风机的传递函数表达式，得到在电流控制PI调节器后额外补偿信号。进一步的技术方案，在电流控制PI调节器后额外补偿信号表达式为：另一方面，公开了双馈风机故障穿越的优化虚拟阻抗控制系统，包括:信号采集模块及转子电流主控制回路；所述信号采集模块测量转子电流；所述转子电流与参考电流的差值输出至PI调节器，形成转子电流主控制回路；所述转子电流主控制回路在考虑电流主控制回路使转子侧变流器对暂态衰减分量表现出来的等效阻抗特性的基础上，让转子侧变流器表现出与故障暂态分量电路的固有阻抗具有相同阻抗角而增加额外补偿信号；额外补偿信号经过坐标反转换得到转子侧变流器的控制信号，使转子侧变流器对暂态分量表现出最优阻抗。以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：本公开技术方案改进的虚拟阻抗控制让转子侧变流器表现出与故障暂态分量电路的固有阻抗具有相同阻抗角的一个阻抗特性，以达到相同阻抗幅值下对暂态衰减分量转子电流的最佳抑制效果，需要考虑主控制回路使转子侧变流器对暂态衰减分量表现出来的等效阻抗特性。并且是考虑主电流控制回路的等效阻抗后让RSC对暂态分量整体表现出最优阻抗，而不是再额外附加一个阻抗。在电压跌落故障中采用改进虚拟阻抗控制，可以抑制转子过电流，降低暂态电气应力的幅值。本公开技术方案根据简化暂态衰减分量状态方程模型，通过对暂态定子磁链的检测来决定实现最佳虚拟阻抗的转子侧变换器补偿电压信号，就无需采用额外的滤波手段提取出自然暂态分量电流后再获得虚拟阻抗所需要的额外电压信号。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为本专利技术实施例引入虚拟阻抗后的转子侧变流器电流内环控制结构；图2为本专利技术实施例改进虚拟阻抗控制框图；图3为本专利技术实施例虚拟阻抗控制转子电流幅值对比图；图4为本专利技术实施例虚拟阻抗控制RSC输出电压幅值对比图；图5为本专利技术实施例虚拟阻抗控制直流母线电压对比图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.双馈风机故障穿越的优化虚拟阻抗控制方法，其特征是，包括:/n测量转子电流，将转子电流与参考电流的差值输出至PI调节器，形成转子电流主控制回路；/n主控制回路在考虑电流主控制回路使转子侧变流器对暂态衰减分量表现出来的等效阻抗特性的基础上，让转子侧变流器表现出与故障暂态分量电路的固有阻抗具有相同阻抗角而增加额外补偿信号；/n额外补偿信号经过坐标反转换得到转子侧变流器的控制信号，使转子侧变流器对暂态分量表现出最优阻抗。/n

【技术特征摘要】
1.双馈风机故障穿越的优化虚拟阻抗控制方法，其特征是，包括:
测量转子电流，将转子电流与参考电流的差值输出至PI调节器，形成转子电流主控制回路；
主控制回路在考虑电流主控制回路使转子侧变流器对暂态衰减分量表现出来的等效阻抗特性的基础上，让转子侧变流器表现出与故障暂态分量电路的固有阻抗具有相同阻抗角而增加额外补偿信号；
额外补偿信号经过坐标反转换得到转子侧变流器的控制信号，使转子侧变流器对暂态分量表现出最优阻抗。


2.如权利要求1所述的双馈风机故障穿越的优化虚拟阻抗控制方法，其特征是，还包括根据双馈风力发电机简化暂态衰减分量状态方程模型，通过对定子暂态磁链的检测来决定实现最佳虚拟阻抗的转子侧变换器补偿电压信号。


3.如权利要求1所述的双馈风机故障穿越的优化虚拟阻抗控制方法，其特征是，关于双馈风力发电机简化暂态衰减分量状态方程模型的建立：
对DFIG建立三阶复数状态空间方程模型；
在电网电压扰动后将其分解为描述工频分量调整过程的GPT状态方程和描述由电压扰动引起的暂态衰减分量的ZTS状态方程；
仅考虑ZTS的状态变量的主要暂态分量MTC，对ZTS这一三阶状态方程进行降阶，并对主要暂态分量进行求解。


4.如权利要求1所述的双馈风机故障穿越的优化虚拟阻抗控制方法，其特征是，考虑主控制回路使转子侧变流器对暂态衰减分量表现出来的等效阻抗特性，具体为：
转子侧变流器对主要暂态分量表现为一定的阻抗以抑制转子暂态电流幅值时，得到转子暂态电流表达式，基于转子暂态电流表达式得到转子侧变流器对主要暂态分量表现出的阻抗的阻抗角。


5.如权利要求4所述的双馈风机故障穿越的优化虚拟阻抗控制方法，其特征是...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁磊，朱国防，高雪松，徐建建，刘沛霖，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37