直驱风机的二倍频功率波动抑制方法、系统、设备和介质技术方案

本发明专利技术一种直驱风机的二倍频功率波动抑制方法、系统、设备和介质，包括以下步骤：确定不平衡电网条件下，网侧逆变器的正负序电流指令值；基于确定的网侧逆变器的正负序电流指令值以及预设控制策略，对网侧逆变器输出的有功功率二倍频波动以及无功功率二倍频波动进行抑制。本发明专利技术能良好抑制网侧有功功率及无功功率二倍频波动以在不对称故障期间稳定直流侧电压并连续、稳定地向电网提供无功支撑，可以广泛应用于风力发电技术。广泛应用于风力发电技术。广泛应用于风力发电技术。

【技术实现步骤摘要】
直驱风机的二倍频功率波动抑制方法、系统、设备和介质


[0001]本专利技术属于风力发电
，尤其涉及一种不对称故障下直驱风机的二倍频功率波动抑制方法、系统、设备和介质。

技术介绍

[0002]基于背靠背变流器的直驱永磁同步风力发电机组，具有调节速度快，输出有功功率稳定，以及良好的无功调节性能等显著优势。同时，由于双PWM(脉冲宽度调制)变流器的隔离作用，直驱永磁同步风力发电机组在低电压运行能力上相对于双馈风力发电机组具有一定的优越性。因此，在大规模风电场中，直驱永磁同步风力发电机组的应用非常广泛。
[0003]但是背靠背变流器在电网电压跌落时会有网侧逆变器过电流以及直流侧电压升高的现象发生，当电网电压跌落幅度较大时，若不对网侧逆变器过电流以及直流侧电压升高采取抑制措施，将会造成变流器和直流侧电容损坏，进而导致直驱风机脱网，对电网造成巨大危害。因此随着风电规模的扩大，我国制定了关于风电场并网发电的相关技术要求，并对风电场低电压穿越能力提出了明确要求。
[0004]传统的故障穿越控制策略，通常是机侧整流器实现对永磁同步发电机的有功控制，网侧逆变器实现对电网的无功支撑和直流侧电压控制，直流侧通过耗能Crowbar(撬棒电阻)抑制直流侧过电压。考虑到电网中故障大多数为不对称故障，而传统故障穿越控制中未涉及不对称故障下出现的有功、无功功率二倍频波动抑制，或仅涉及其一，因此在不对称故障情况下需针对传统控制策略进行改进。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种直驱风机的二倍频功率波动抑制方法、系统、设备和介质，在不对称故障穿越过程中，控制网侧逆变器正序、负序电流，并通过最小二乘法优化电流指令值以达到同时抑制有功、无功二倍频波动。与此同时，机侧整流器切换为直压控制，以稳定直流侧电压，并使得网侧逆变器正序、负序电流有更大的调控裕度以适应各种故障。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种直驱风机的二倍频功率波动抑制方法，其包括以下步骤：
[0008]确定不平衡电网条件下，网侧逆变器的正负序电流指令值；
[0009]基于确定的网侧逆变器的正负序电流指令值以及预设控制策略，对网侧逆变器输出的有功功率二倍频波动以及无功功率二倍频波动进行抑制。
[0010]进一步，所述确定不平衡电网条件下，网侧逆变器的正负序电流指令值的方法，包括：
[0011]建立网侧逆变器在不平衡电网条件下的数学模型；
[0012]根据瞬时功率理论建立网侧逆变器在不平衡电网条件下的功率表达式；
[0013]对建立的网侧逆变器在不平衡电网条件下的数学模型及功率表达式进行对比分析，并在正负序电网电压定向的情况下，得到网侧逆变器的正负序电流指令值。
[0014]进一步，所述网侧逆变器在不平衡电网条件下的数学模型为：
[0015][0016][0017]其中，为网侧逆变器输出d轴电流正序分量，为电网d轴电压正序分量，R为线路电阻，ω
g
为额定角频率，L为滤波电感，为网侧逆变器输出q轴电流正序分量，为网侧逆变器输出d轴电压正序分量，为电网q轴电压正序分量，为电网d轴电压负序分量，为网侧逆变器输出d轴电流负序分量，为网侧逆变器输出q轴电流负序分量，为网侧逆变器输出d轴电压负序分量，为电网q轴电压负序分量，为网侧逆变器输出q轴电流负序分量，为网侧逆变器输出q轴电压负序分量。
[0018]进一步，所述网侧逆变器的正负序电流指令值的计算公式为：
[0019][0020]式中，为网侧逆变器d轴电流正序分量指令值，为网侧逆变器d轴电流负序分量指令值，为网侧逆变器q轴电流正序分量指令值，为网侧逆变器q轴电流负序分量指令值，为电网实际d轴电压正序分量，为电网实际d轴电压正序分量，P0、Q0分别为有功功率以及无功功率指令值。
[0021]进一步，所述基于确定的网侧逆变器的正负序电流指令值以及预设控制策略，对网侧逆变器输出的有功功率二倍频波动以及无功功率二倍频波动进行抑制的方法，包括：
[0022]基于得到的网侧逆变器的正负序电流指令值，设计基于PI
‑
R控制器的正负序电压定向控制策略，使网侧逆变器输出的实际正负序电流跟随正负序电流指令值；
[0023]设计基于定子电压定向的直流电压控制策略，使得机侧整流器在网侧逆变器抑制输出有功、无功功率二倍频波动的同时控制直压，以配合网侧逆变器控制实现不对称故障下的故障穿越。
[0024]进一步，所述基于PI
‑
R控制器的正负序电压定向控制策略为：
[0025]基于得到的网侧逆变器的正负序电流指令值，将负序dq旋转坐标系下的负序电流指令值转换至正序dq旋转坐标系下，转换后表现为正序dq旋转坐标系下的两倍工频分量指令值；
[0026]将得到的负序d轴两倍工频分量指令值与正序d轴直流分量指令值相加，并将结果与此时网侧逆变器实际d轴电流做差，此差值作为第一PI
‑
R控制器的输入；
[0027]采用与上一步骤相同的方法，对q轴电流进行处理，并输入第二PI
‑
R控制器；
[0028]基于建立的网侧逆变器在不平衡电网条件下的数学模型以及第一PI
‑
R控制器和第二PI
‑
R控制器的输出结果，计算得到网侧逆变器输出电压指令值，再经脉宽调制控制实现对输出电压的控制，进而实现对网侧逆变器实际输出正负序电流的控制。
[0029]进一步，所述基于定子电压定向的直流电压控制策略为：
[0030]由直流电压指令值与直流电压实际值做差作为第一PI控制器的输入，其输出作为机侧电流d轴指令值；
[0031]由定子电压指令值与定子电压实际值做差作为第二PI控制器的输入，其输出作为机侧电流q轴指令值；
[0032]将所求机侧电流d轴和q轴指令值分别与实际值做差，并将差值分别作为第三PI控制器和第四控制器的输入，构建电流内环，实现直流电压外环与定子电压外环，达到控制直流电压跟踪直流电压指令值的目的。
[0033]第二方面，本专利技术提供一种直驱风机的二倍频功率波动抑制系统，其包括：
[0034]指令值确定模块，用于确定网侧逆变器在不平衡电网条件下的正负序电流指令值；
[0035]波动抑制模块，用于基于确定的网侧逆变器的正负序电流指令值以及预设控制策略，对网侧逆变器输出的有功功率二倍频波动以及无功功率二倍频波动进行抑制。
[0036]第三方面，本专利技术提供一种处理设备，所述处理设备至少包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序时执行以实现所述直驱风机的二倍频功率波动抑制方法的步骤。
[0037]第四方面，本专利技术提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令可被处理器执行以实现所述直驱风机的二倍频功率波动抑制方法的步骤。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直驱风机的二倍频功率波动抑制方法，其特征在于：包括以下步骤：确定不平衡电网条件下，网侧逆变器的正负序电流指令值；基于确定的网侧逆变器的正负序电流指令值以及预设控制策略，对网侧逆变器输出的有功功率二倍频波动以及无功功率二倍频波动进行抑制。2.根据权利要求1所述的一种直驱风机的二倍频功率波动抑制方法，其特征在于：所述确定不平衡电网条件下，网侧逆变器的正负序电流指令值的方法，包括：建立网侧逆变器在不平衡电网条件下的数学模型；根据瞬时功率理论建立网侧逆变器在不平衡电网条件下的功率表达式；对建立的网侧逆变器在不平衡电网条件下的数学模型及功率表达式进行对比分析，并在正负序电网电压定向的情况下，得到网侧逆变器的正负序电流指令值。3.根据权利要求2所述的一种直驱风机的二倍频功率波动抑制方法，其特征在于：所述网侧逆变器在不平衡电网条件下的数学模型为：网侧逆变器在不平衡电网条件下的数学模型为：其中，为网侧逆变器输出d轴电流正序分量，为电网d轴电压正序分量，R为线路电阻，ω
g
为额定角频率，L为滤波电感，为网侧逆变器输出q轴电流正序分量，为网侧逆变器输出d轴电压正序分量，为电网q轴电压正序分量，为电网d轴电压负序分量，为网侧逆变器输出d轴电流负序分量，为网侧逆变器输出q轴电流负序分量，为网侧逆变器输出d轴电压负序分量，为电网q轴电压负序分量，为网侧逆变器输出q轴电流负序分量，为网侧逆变器输出q轴电压负序分量。4.根据权利要求2所述的一种直驱风机的二倍频功率波动抑制方法，其特征在于：所述网侧逆变器的正负序电流指令值的计算公式为：式中，为网侧逆变器d轴电流正序分量指令值，为网侧逆变器d轴电流负序分量指令值，为网侧逆变器q轴电流正序分量指令值，为网侧逆变器q轴电流负序分量指
令值，为电网实际d轴电压正序分量，为电网实际d轴电压正序分量，P0、Q0分别为有功功率以及无功功率指令值。5.根据权利要求2所述的一种直驱风机的二倍频功率波动抑制方法，其特征在于：所述基于确定的网侧逆变器的正负序电流指令值以及预设控制策略，对网侧逆变器输出的有功功率二倍频波动以及无功功率二倍频波动进行抑制的方法，包括：基于得到的网侧逆变器的正负序电流指令值，设计基于PI
‑
R控制器的正负序电压定向控制策略，使网侧逆变器输出的实际正负序电流跟随正负序电流指令值；设计基于定子电压定向的直流电压控制策略，使得机侧整流器在网侧逆变器抑制输出有功、无功...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟启迪，万子镜，王帅，李明，田震，张涛，查晓明，蒲莹，卢亚军，邹铁锐，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：