本发明专利技术公开了交流励磁双馈异步风力发电机（ＤＦＩＧ）转子电流无延时控制方法。通过采集三相转子电流信号进行旋转坐标变换，获得正转同步速旋转坐标系中的转子电流反馈量，与相同坐标系中的转子电流指令进行比较，误差信号输入到比例－积分－谐振调节器进行调节，反馈补偿解耦后获得正转同步速旋转坐标系中的转子参考电压，再转换为转子坐标系中空间矢量脉宽调制用转子参考电压，生成转子侧变换器功率器件的开关信号，控制ＤＦＩＧ并网运行。本发明专利技术方法在电网电压平衡和不平衡下均无需进行转子电流正、负序分解，不会引入分解延时，可实现不平衡电网电压下发电系统的增强控制目标，有效提高该类风电系统电网故障下的不间断运行（穿越）能力。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及风力发电机转子电流的控制方法，尤其是一种适用于电网电压平衡和不平衡(包括小值稳态和大值瞬态不平衡)条件下交流励磁双馈异步风力发电机(DFIG)转子电流无延时控制方法。
技术介绍
现代大型风力发电系统主要有双馈异步发电机(DFIG)和永磁同步发电机两种类型，为提高发电效率，均实行变速恒频发电运行，其中DFIG系统是当前的主流机型。目前我国的风电技术大多停留在理想电网条件下的运行控制，由于实际电网经常有各类对称、不对称故障发生，因此必须开展电网故障下的运行控制研究并提出相应控制方法。近年来国际上DFIG风电运行技术的研究多集中在对称故障下的运行控制与穿越运行，但电网不对称故障更为频繁、几率更大，因此DFIG故障运行研究已从对称故障向不对称故障延伸。这是因为DFIG控制系统中若未曾考虑电网电压的不平衡，很小的不平衡电压将造成定子电流的高度不平衡，致使定子绕组产生不平衡发热，发电机产生转矩脉动，导致输向电网的功率发生振荡。若风电机组相对电网容量足够大，这种缺乏不平衡电网电压控制能力的风电机组不得不从电网中解列，以防引发后续的更大电网故障。但从电网安全角度又要求风电机组能承受最大达2％的稳态和相对较大瞬态不平衡电压而不退出电网，这就要求风电机组能实现电网故障穿越运行。目前，国内、外对这种不平衡电网电压条件下DFIG发电机及相关励磁变频器的控制方法与实施方案研究很少，检索到的相关专利和研究文章仅有 I.胡家兵，贺益康等.不平衡电网电压条件下双馈异步风力发电系统的建模与控制.电力系统自动化，2007，31(14)47-56. II.L Xu，and Y. Wang，“Dynamic Modeling and Control of DFIG Based WindTurbines under Unbalanced Network Conditions，”IEEE Trans.Power System，Vo1.22，No.1，pp.314-323，Feb.2007. III.CARTWRIGHTP，XU L.System controller tor e.g.wind powered doublyfed induction generator attached to wind turbine，has grid imbalance detector whichcontrols current to cancel imbalance in grid served by generators.PatentNumber.·GB2420456-A.Date.·20060524.Application Number.·GB025662.Date.·20041123. 不平衡电网电压条件下，上述文献所提出的控制方法(可称为传统方法)可用图1来说明，DFIG5的转子侧变换器1，采用双比例-积分调节器16分别对转子正、负序电流作独立控制。但为实现正、负序转子电流的分别调节，必须首先获得反馈转子电流的正、负序分量，其处理过程是利用两个电流霍尔传感器2分别采集三相定、转子电流信号，电压霍尔传感器7采集三相定子电压信号，采集得到的三相定、转子电流信号Isabc和Irabc，定子电压信号Vsabc分别经过静止三相/二相坐标变换模块3，转换得到包含正、负序分量的综合矢量Isαβs和Irrαβ，Vsαβs，其中Vsαβs、Isαβs分别通过旋转坐标变换模块8，9转换得到正、反转同步速旋转坐标系中包含直流量与两倍频交流量之和的Vsdq+、Vsdq-，Isdq+、Isdq-(在电网电压不平衡条件下)，Irαβr通过两个不同的旋转坐标变换模块10，11转换，分别得到正、反转同步速旋转坐标系中包含直流量与两倍频交流量之和的Irdq+、Irdq-(在电网电压不平衡条件下)。该方法中采用了两倍电网频率2ωs的陷波器来滤除信号Vsdq+、Vsdq-，Isdq+、Isdq-和Irdq+、Irdq-中2ωs频率的交流成分，其中Vsdq+、Vsdq-，Isdq+、Isdq-通过第一个陷波器13-1分别获得其正、负序分量Vsdq++、Vsdq--，Isdq++、Isdq--(直流量)；Irdq+、Irdq-通过第二个陷波器13-2分别获得其正、负序分量Irdq++、Irdq--(直流量)。在此基础上，定子磁链观测器14获取转子电流指令值计算模块15和反馈补偿解耦模块12所需的定子磁链分量ψsdq++、ψsdq--。根据电网电压不平衡条件下DFIG不同的控制目标由转子电流指令值计算模块15计算获得转子电流指令Irdq++*、Irdq-*-，并与第二个陷波器13-2输出的反馈信号Irdq++、Irdq--比较获得误差信号，然后分别在正、反转同步速旋转坐标系中采用比例-积分器16对误差信号作比例-积分调节，调节后的信号经反馈补偿解耦模块12补偿解耦，获得正、反转同步速旋转坐标系中的正、负序转子电压参考值Vrdq++*、Vrdq--*，分别通过不同的旋转坐标变换模块17，18转换得到转子坐标系中的正、负序转子电压参考值，并相加后得到空间矢量脉宽调制(SVPWM)模块19的参考信号Vrαβr*，经过SVPWM模块19调制获得转子侧变换器1中功率器件的开关信号以控制DFIG运行，实现不平衡电网电压条件下DFIG正、负序转子电流在正、反转同步旋转坐标系中的独立闭环控制，达到所要求的控制目标。 此外，该方法采用软件锁相环(PLL)6电路对电网电压的频率和相位进行准确检测和跟踪，转子位置和速度采用编码器4测定，为定、转子电压、电流信号实现正、反转旋转坐标变换提供依据。 由上述分析过程可见，电网电压不平衡条件下传统DFIG控制方法的实质是将不对称系统分解成正、负序对称分量系统后，再分别在正、反转同步旋转坐标系中实现d、q轴解耦控制。虽然转子正、负序电流在正、反转同步旋转坐标系中各自表现为直流量，分别采用两个PI调节器即可实现无静差独立跟踪控制，但控制实施的前提是已实现对采集转子电流的正、负序分离。图1所示传统控制方法中正、负序分离普遍采用了2ωs频率陷波器13(或低通滤波器或1/4电网电压基波周期延时等)方法。分离中除引入延时外，控制系统的带宽将受到影响，会造成动态跟踪误差，动态控制效果不理想。更有甚者，该电路无法区分电网电压是平衡还是不平衡，是否需要进行正、负序系统分解。如果DFIG运行在严格电网电压平衡状态下，控制系统仍将采用陷波器来分离转子变量，这将给系统正常控制带来了不必要的延时，严重影响了系统的动态控制性能。 因此，亟需探索一种无延时的正、负序转子电流控制方法，以适应电网平衡与不平衡条件下DFIG风电机组的运行控制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种在不平衡电网电压下无需进行转子电流正、负序分解的。该方法在电网电压严格平衡下亦不会因不必要的正、负序分解操作而引入控制延时，从而有效提高DFIG风电系统在各类电网电压条件下的运行控制性能，确保供电电能质量和电力系统的运行稳定性及安全。 本专利技术的技术解决方案为，包括以下步骤 (i)利用两个电流霍尔传感器分别采集三相定子电流Isabc和转子电流信号Irabc，电压霍尔传感器采集三相本文档来自技高网...
【技术保护点】
交流励磁双馈异步风力发电机转子电流无延时控制方法，其特征在于包括以下步骤：（ｉ）利用两个电流霍尔传感器（２）分别采集三相定子电流Ｉ↓［ｓａｂｃ］和转子电流信号Ｉ↓［ｒａｂｃ］，电压霍尔传感器（７）采集三相定子电压信号Ｖ↓［ｓａｂｃ］ ；（ｉｉ）采集得到的三相定子电压信号Ｖ↓［ｓａｂｃ］经软件锁相环（６）检测，得到电网／定子电压角频率ω↓［ｓ］和相位θ↓［ｓ］；与此同时采用编码器（４）检测ＤＦＩＧ转子位置角θ↓［ｒ］及转速ω↓［ｒ］；并分别经加减计算器计算出滑差角 度±θ↓［ｓ］－θ↓［ｒ］和滑差角频率ω↓［ｓｌｉｐ＋］＝ω↓［ｓ］－ω↓［ｒ］，ω↓［ｓｌｉｐ－］＝－ω↓［ｓ］－ω↓［ｒ］；（ｉｉｉ）将采集得到的三相定、转子电流信号Ｉ↓［ｓａｂｃ］、Ｉ↓［ｒａｂｃ］和定子电压信号Ｖ↓［ｓａｂｃ ］分别经过静止三相／二相坐标变换模块（３），得到包含正、负序分量的定子电压综合矢量Ｖ↓［ｓαβ］↑［ｓ］，定、转子电流综合矢量Ｉ↓［ｓαβ］↑［ｓ］和Ｉ↓［ｒαβ］↑［ｒ］；（ｉｖ）将得到的定子静止坐标系中定子电压、电流综合矢量Ｖ↓ ［ｓαβ］↑［ｓ］、Ｉ↓［ｓαβ］↑［ｓ］均通过正转同步速旋转坐标变换模块（９），分别得到在电网电压不平衡条件下正转同步速旋转坐标系中含有直流量与两倍频２ω↓［ｓ］交流量之和的电压矢量Ｖ↓［ｓｄｑ］↑［＋］、电流矢量Ｉ↓［ｓｄｑ］↑［＋］，再将定子电压综合矢量Ｖ↓［ｓαβ］↑［ｓ］通过反转同步速旋转坐标模块（８），得到在电网电压不平衡条件下反转同步速旋转坐标系中含有直流量与两倍频２ω↓［ｓ］交流量之和的电压矢量Ｖ↓［ｓｄｑ］↑［－］；（ｖ）采用两倍电网频率的２ω↓［ｓ ］陷波器（１３）滤除正、反转同步速旋转坐标系中电压矢量Ｖ↓［ｓｄｑ］↑［＋］、Ｖ↓［ｓｄｑ］↑［－］中的２ω↓［ｓ］频率交流成分，获得正、负序电压直流分量Ｖ↓［ｓｄｑ＋］↑［＋］、Ｖ↓［ｓｄｑ－］↑［－］；（ｖｉ）采用定子磁链观测器 （１４），获取转子电流指令值计算模块（１５）计算所需正、反转同步旋转坐标系中的定子磁链直流分量ψ↓［ｓｄｑ＋］↑［＋］、ψ↓［ｓｄｑ－］↑［－］，以及反馈补偿解耦模块（２０）进行补偿所需的正转同步速旋转坐标系中定子磁链分量ψ↓［ｓｄｑ］↑［＋］；（ｖｉｉ）将得到的转子电流综合矢量Ｉ↓［ｒαβ］↑［ｒ］经旋转坐标变换模块（１０）转换为正转同步速旋转坐标系中的转子电流...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：胡家兵，贺益康，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
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