双馈风力发电机系统电机侧变流器控制方法、模块及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种双馈风力发电机系统电机侧变流器控制方法、模块及装置，该方法包括：当对电机侧的变流器控制时，对于除用于控制电机d轴的控制量以外的控制量，采用电压源型并网逆变控制方式产生，所述用于控制电机d轴的控制量中对转子电压d轴的控制量按照电流源型控制方式产生，以形成电压源型与电流源型融合的控制方式控制所述电机侧的变流器。本发明专利技术具有实现方法简单、稳定可靠性强、且具备频率支撑特性，同时能够快速响应等优点。同时能够快速响应等优点。同时能够快速响应等优点。

【技术实现步骤摘要】
双馈风力发电机系统电机侧变流器控制方法、模块及装置


[0001]本专利技术涉及双馈风力发电机系统
，尤其涉及一种双馈风力发电机系统电机侧变流器控制方法、模块及装置。

技术介绍

[0002]随着新能源发电设备电网渗透率的逐步扩大，使得电网逐步表现出高阻抗、低惯量、弱阻尼及低短路比的弱电网特征。双馈风力发电系统如图1所示，其定子绕组直接与电网相连，转子绕组通过变流器与电网连接，转子绕组电源的频率、电压、幅值和相位按运行要求由变频器自动调节，机组可以在不同的转速下实现恒频发电，满足用电负载和并网的要求。由于采用了交流励磁，发电机和电力系统构成了“柔性连接”，即可以根据电网电压、电流和发电机的转速来调节励磁电流，精确的调节发电机输出电流，使其能满足要求。
[0003]双馈风力发电机系统的性能主要取决于机侧变流器的控制性能，目前针对于机侧变流器的控制，通常是采用基于定子电压定向的矢量控制策略，即为电流源型的控制方式。电流源型的控制方式如图2所示，其中i
rd*
为转子d轴参考电流、i
rq*
为转子q轴参考电流、θs为电网锁相角度，定子电压定向采用锁相环，将同步旋转坐标系的轴与定子的电压矢量重合，顺时针旋转的方向为轴方向，并且内坐标系与电压矢量以相同的速度旋转。上述电流源型的控制策略，由于需要依赖于锁相环与电网保持同步，因而当电网出现扰动时，会通过锁相环影响定子电压电流的输出，从而影响系统的稳定性。在实际运行过程中，当前新能源发电占比高的电网就曾多次发生出由于次同步振荡导致的变流器脱网问题，而上述电流源型的控制方式由于不具备对于电网的主动频率及电压支撑的能力，因而对于电网及电流器自身的稳定运行造成了很大的风险。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种实现方法简单、稳定可靠性强、且具备频率支撑特性，同时能够快速响应的双馈风力发电机系统电机侧变流器控制方法、模块及装置。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
[0006]一种双馈风力发电机系统电机侧变流器控制方法，该方法包括：当对电机侧的变流器控制时，对于除用于控制电机d轴的控制量以外的控制量，采用电压源型并网逆变控制方式产生，所述用于控制电机d轴的控制量中对转子电压d轴的控制量按照电流源型控制方式产生，以形成电压源型与电流源型融合的控制方式控制所述电机侧的变流器。
[0007]进一步的，所述电压源型并网逆变控制方式中，控制外环采用虚拟同步控制以模拟同步电机的电机特性，得到定子侧角度参考信号。
[0008]进一步的，所述虚拟同步控制中，只进行有功的虚拟同步控制，不进行无功的下垂控制。
[0009]进一步的，所述虚拟同步控制时，先根据网压u
ABC
和定子电流i
ABC
计算得到当前的
有功功率P
e
，根据所述有功功率P
e
通过预先配置的虚拟同步控制器得到定子侧角度参考θ
s
，所述虚拟同步控制器中只进行有功的虚拟同步控制，不进行无功的下垂控制。
[0010]进一步的，所述电压源型并网逆变控制方式中，所述控制外环采用虚拟同步控制后，还包括根据网压信号、转子电流信号以及所述虚拟同步控制得到的定子侧角度参考信号，得网压dq轴与转子电流dq轴的控制分量。
[0011]进一步的，根据所述网压信号以及所述定子侧角度参考信号，经过3s/2r变换得到所述网压dq轴的控制分量，根据所述转子电流信号以及所述定子侧角度参考信号，经过3s/2r变换得到所述转子电流dq轴的控制分量。
[0012]进一步的，所述电压源型并网逆变控制方式中，在控制内环按照电流源型控制方式产生所述对转子电压d轴的控制量，包括：将d轴电流参数i
rd*
和d轴电流反馈参数i
rd
进行PI控制，得到所述转子电压d轴的控制量。
[0013]进一步的，所述电压源型并网逆变控制方式中，在控制内环根据网压q轴的控制分量、转子电流q轴的控制分量以及q轴电压反馈信号，控制产生转子电流q轴的控制量。
[0014]进一步的，所述控制产生转子电流q轴的控制量包括：将q轴电压参考信号u
rq*
与q轴电压反馈信号u
rq
进行PI控制，得到电流参考信号，将得到的所述电流参考信号加入电流前馈信号i
rq*
后进行电流PI控制，得到所述转子电流q轴的控制量。
[0015]进一步的，所述电压源型并网逆变控制方式中，在控制内环产生所述对转子电压d轴的控制量、转子电流q轴的控制量后，还包括将所述对转子电压d轴的控制量、转子电流q轴的控制量经过变换得到电压参考值，根据所述电压参考值驱动逆变器，产生转子电流值输出给转子以完成闭环控制。
[0016]一种双馈风力发电机系统电机侧变流器控制方法，步骤包括：
[0017]按照上述控制方法控制电机侧变流器；
[0018]当判断到电网发生低电压穿越时，切换采用电流源型的控制方式控制电机侧变流器。
[0019]进一步的，具体当电机启动时，先采用电流源型的控制方式控制电机侧变流器；
[0020]当判断到电机进入预设工况时，控制切换按照上述的控制方法控制电机侧变流器。
[0021]进一步的，还包括当判断到电网从低电压穿越恢复到正常状态时，切换回按照上述控制方法控制电机侧变流器。
[0022]进一步的，还包括当判断到电网发生低电压穿越且不能恢复时，判定当前处于故障态，控制发送对应的预设报警信息。
[0023]进一步的，一种双馈风力发电机系统电机侧变流器控制模块，包括控制外环、控制内环，所述控制外环包括用于采用虚拟同步控制以模拟同步电机的转动惯性及频率下垂特性的虚拟同步单元，所述控制内环包括相互连接的dq轴控制量产生单元以及变换单元，所述dq轴控制量产生单元对采用电压源型并网逆变控制方式产生q轴控制量，按照电流源型控制方式产生对转子电压d轴的控制量，经过变换单元产生电压参考值输出。
[0024]进一步的，所述虚拟同步单元为只进行有功的虚拟同步控制、不进行无功的下垂控制的虚拟同步控制器，用于根据所述有功功率P
e
通过预先配置的虚拟同步控制器得到定子侧角度参考θ
s
。
[0025]进一步的，所述dq轴控制量产生单元包括：
[0026]3s/2r子单元，用于根据所述网压信号以及所述定子侧角度参考信号，经过3s/2r变换得到网压dq轴的控制分量，以及根据所述转子电流信号以及所述定子侧角度参考信号，经过3s/2r变换得到转子电流dq轴的控制分量；
[0027]q轴控制量产生子单元，用于将q轴电压参考信号u
rq*
与q轴电压反馈信号u
rq
进行PI控制，得到电流参考信号，将得到的所述电流参考信号加入电流前馈信号i
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双馈风力发电机系统电机侧变流器控制方法，其特征在于，该方法包括：当对电机侧的变流器控制时，对于除用于控制电机d轴的控制量以外的控制量，采用电压源型并网逆变控制方式产生，所述用于控制电机d轴的控制量中对转子电压d轴的控制量按照电流源型控制方式产生，以形成电压源型与电流源型融合的控制方式控制所述电机侧的变流器。2.根据权利要求1所述的双馈风力发电机系统电机侧变流器控制方法，其特征在于：所述电压源型并网逆变控制方式中，控制外环采用虚拟同步控制以模拟同步电机的电机特性，得到定子侧角度参考信号。3.根据权利要求2所述的双馈风力发电机系统电机侧变流器控制方法，其特征在于：所述虚拟同步控制中，只进行有功的虚拟同步控制，不进行无功的下垂控制。4.根据权利要求3所述的双馈风力发电机系统电机侧变流器控制方法，其特征在于：所述虚拟同步控制时，先根据网压u
ABC
和定子电流i
ABC
计算得到当前的有功功率P
e
，根据所述有功功率P
e
通过预先配置的虚拟同步控制器得到定子侧角度参考θ
s
，所述虚拟同步控制器中只进行有功的虚拟同步控制，不进行无功的下垂控制。5.根据权利要求2所述的双馈风力发电机系统电机侧变流器控制方法，其特征在于：所述电压源型并网逆变控制方式中，所述控制外环采用虚拟同步控制后，还包括根据网压信号、转子电流信号以及所述虚拟同步控制得到的定子侧角度参考信号，得网压dq轴与转子电流dq轴的控制分量。6.根据权利要求5所述的双馈风力发电机系统电机侧变流器控制方法，其特征在于，根据所述网压信号以及所述定子侧角度参考信号，经过3s/2r变换得到所述网压dq轴的控制分量，根据所述转子电流信号以及所述定子侧角度参考信号，经过3s/2r变换得到所述转子电流dq轴的控制分量。7.根据权利要求1～6中任意一项所述的双馈风力发电机系统电机侧变流器控制方法，其特征在于，所述电压源型并网逆变控制方式中，在控制内环按照电流源型控制方式产生所述对转子电压d轴的控制量，包括：将d轴电流参数i
rd*
和d轴电流反馈参数i
rd
进行PI控制，得到所述转子电压d轴的控制量。8.根据权利要求1～6中任意一项所述的双馈风力发电机系统电机侧变流器控制方法，其特征在于，所述电压源型并网逆变控制方式中，在控制内环根据网压q轴的控制分量、转子电流q轴的控制分量以及q轴电压反馈信号，控制产生转子电流q轴的控制量。9.根据权利要求8所述的双馈风力发电机系统电机侧变流器控制方法，其特征在于，所述控制产生转子电流q轴的控制量包括：将q轴电压参考信号u
rq*
与q轴电压反馈信号u
rq
进行PI控制，得到电流参考信号，将得到的所述电流参考信号加入电流前馈信号i
rq*
后进行电流PI控制，得到所述转子电流q轴的控制量。10.根据权利要求1～6中任意一项所述的双馈风力发电机系统电机侧变流器控制方法，其特征在于，所述电压源型并网逆变控制方式中，在控制内环产生所述对转子电压d轴的控制量、转子电流q轴的控制量后，还包括将所述对转子电压d轴的控制量、转子电流q轴的控制量经过变换得到电压参考值，根据所述电压参考值驱动逆变器，产生转子电流值输出给转子以完成闭环控制。11.一种双馈风力发电机系统电机侧变流器控制方法，其特征在于，步骤包括：按照权利要求1～10中任意一项所述的控制方法控制电机侧变流器；
当判断到电网发生低电压穿越时，切换采用电流源型的控制方式控制电机侧变流器。12.根据权利要求11所述的双馈风力发电机系统电机侧变流器控制方法，其特征在于，当电机启动时，先采用电流源型的控制方式控制电机侧变流器；当判断到电机进入预设工...

【专利技术属性】
技术研发人员：张少云，贺西，何成昭，戴茜茜，徐凤星，
申请(专利权)人：株洲变流技术国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：