变速恒频双馈风力发电系统电网电流的谐波抑制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种变速恒频双馈风力发电系统电网电流的谐波抑制方法，包括以下步骤：采集定子磁链定向的同步旋转坐标系下的ｄｑ轴分量；在系统稳态时采集定子磁链定向的同步旋转坐标系下的ｄｑ轴分量参考值；提取电网中的交流谐波电流分量；获取为抑制各次谐波电流所需加入的网侧逆变器谐波电流参考值；将各次网侧逆变器谐波电流参考值求和并将其加入到网侧逆变器交流侧电流ｄｑ轴分量参考值中，产生相反的电流谐波来消除电网电流中已有的谐波电流。本发明专利技术可有效抑制双馈风力发电系统中电网电流中危害最大的低次谐波，改善了电网电流波形，其实现方法简单、便于控制，可广泛应用于在风力发电系统的电网电流谐波抑制应用上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于风力发电领域，尤其是一种变速恒频双馈风力发电系统电网电流的谐 波抑制方法。
技术介绍
针对当前能源危机和环境污染问题的日益严重，作为可再生能源的风力发电在世 界范围内得到了迅猛的发展。为使风力机在大的风速范围内按最佳效率运行，现代大型风 力发电系统均采用变速恒频发电运行方式，其采用的发电机主要有两种类型一种是双馈 感应发电机(DFIG)，另一种是永磁同步发电机，由于双馈式风力发电系统的功率变流器容 量较小(通常为25% 40% )，损耗也较小，已成为目前大功率风力发电的主流机型。双馈 异步发电机的结构与绕线式感应电机相类似，在电机的设计和制造过程中，由于电机绕组、 气隙和齿槽等非线性因素的影响，即使转子通三相平衡正弦电流，发电机定子电流中也会 包含不同程度的由电机固有谐波特性产生的谐波电流分量，另外，通常风力发电系统输入 电网电压三相平衡，但是也会包含少量的低次谐波，对于大功率双馈发电机而言，即使该低 次谐波较小，也会在电机定子回路中产生较大谐波电流分量。当采用功率变流器控制双馈 发电机进入正常并网发电状态时，如图1所示，电网电流由定子电流和网侧逆变器交流侧 电流组成，因此定子回路的谐波电流将流入电网，给电网造成谐波污染，尤其是风力发电系 统在次同步转差率较高情况下，由于低次转差谐波较大，而基波有功电流较小，故电网电流 的总谐波畸变较大，波形较差，同时，当风力发电系统接入变压器容量较小时，较大的电网 电流谐波除了会增加线路和变压器损耗外，还会引起输入电网电压畸变，进一步恶化风力 发电系统的控制性能。因此，迫切需要一种能够有效抑制变速恒频双馈风力发电系统电网 电流谐波的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种变速恒频双馈风力发电系统电 网电流的谐波抑制方法，该方法在变速恒频双馈风力发电系统中输入电网电压三相平衡的 情况下，能够有效地抑制电网电流中由电网电压谐波和双馈发电机结构引起的谐波电流分 量，提高了双馈风力发电系统的控制性能。本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的一种，包括以下步骤(1)采集定子磁链定向的同步旋转坐标系下的dq轴分量；(2)在系统稳态时采集定子磁链定向的同步旋转坐标系下的dq轴分量参考值；(3)按下述公式提取电网中的交流谐波电流分量ILD_H = ILD-IGD_REF-ISD_REFILQ_H = ILQ-IGQ_REF-ISQ_REF式中ILD_H和ILQ_H为电网中的交流谐波电流分量，ILD和ILQ为电网电流dq轴分量，IGD_REF和IGQ_REF为网侧逆变器交流侧电流dq轴分量参考值，ISD_REF和ISQ_REF 为双馈发电机定子电流dq轴分量参考值；(4)根据电网中的交流谐波电流分量所含低次谐波的幅值大小和正负序情况，消 除电网电流中包含的正序低次谐波和负序低次谐波，得到为抑制各次谐波电流所需加入的 网侧逆变器谐波电流参考值；(5)将各次网侧逆变器谐波电流参考值求和得到为抑制各次谐波电流所需加入的 网侧逆变器谐波电流的总参考值，然后将其加入到网侧逆变器交流侧电流dq轴分量参考 值中，通过网侧逆变器的电流闭环控制，产生相反的电流谐波来消除电网电流中已有的谐 波电流。而且，所述的采集定子磁链定向的同步旋转坐标系下的dq轴分量的方法如下(1)读取电网电流、网侧逆变器交流侧电流、双馈发电机转子电流、电网输入三相 电压、变频器直流电压和转子位置检测角；(2)将三相电网电压瞬时值送入数字锁相环中，得到电网电压相位角、定子磁链相 位角，并通过下述公式计算转差角度Oe= Y-Pg式中σ κ为转差角度，、为定子磁链相位角，P G为转子位置检测角；(3)将网侧逆变器交流侧电流和电网电流按照定子磁链相位角进行旋转变换，将 双馈发电机转子电流按照转差角度进行旋转变换，分别得到定子磁链定向的同步旋转坐标 系下的dq轴分量电网电流dq轴分量ILD和ILQ，网侧逆变器交流侧电流dq轴分量IGD和 IGQ，双馈发电机转子电流dq轴分量IRD和IRQ。而且，所述的采集定子磁链定向的同步旋转坐标系下的dq轴分量参考值的方法 如下通过对网侧逆变器进行直流电压控制，实现直流电压恒定和网侧逆变器输入单位功 率因数，通过对转子侧逆变器进行功率控制，实现双馈风力发电机按主控系统指令输出有 功和无功功率，在系统稳态状态下，分别得到定子磁链定向的同步旋转坐标系下的dq轴分量参考值网侧逆变器交流侧电流dq轴分量参考值IGD_REF = I⑶，IGQ_REF = IGQ ；双馈发电机转子电流dq轴分量参考值IRD_REF = IRD, IRQ_REF = IRQ ；双馈发电机定子电流dq轴分量参考值ISD_REF和ISQ_REF按下述公式计算得到式中IRD_REF和IRQ_REF双馈发电机转子电流dq轴分量参考值，Ls和Lm为双馈 发电机的定子电感和励磁电感，Us和We为电网线电压和电网频率，k为双馈电机定转子匝 比。而且，所述消除电网电流中包含的正序低次谐波方法为将交流谐波电流分量按 照(n-1) Y角进行旋转变换，经过低通滤波得到电网电流中表现为直流量的正序低次谐 波；将正序低次谐波与零参考值比较，进行PI调节，再按(n-1) Y角进行反旋转变换得到为1, 1sd^ref ~ τ ι rd_refLs k — Mko^eLs L· 1 .sq 一 ref ~Jc 叫- ref5抑制该次谐波电流所需加入的网侧逆变器谐波电流参考值，其中η = 3、5、7。而且，所述消除电网电流中包含的负序低次谐波的方法为将交流谐波电流分量 按照-(η+1) γ角进行旋转变换，经过低通滤波得到电网电流中表现为直流量的负序低次 谐波；将负序低次谐波与零参考值比较，进行PI调节，再按-(n+1) Y角进行反旋转变换得 到为抑制该次谐波电流所需加入的网侧逆变器谐波电流参考值，其中η = 3、5、7。而且，所述的低次谐波包括3次转差次谐波、3次过谐波、5次谐波和7次谐波。本专利技术的优点和积极效果是1、本谐波抑制方法提取电网电流中的交流谐波电流分量并以相反的谐波角方向 反变换为相应的谐波控制量，作为网侧逆变器的谐波电流参考值，通过网侧逆变器控制输 出与电网电流中原有谐波分量极性相反的电流谐波以抵消电网电流中原有谐波分量，有效 地抑制了电网电流中因电网电压存在谐波和双馈发电机自身产生的谐波电流分量，尤其是 对危害较大的3次转差次谐波和过谐波以及5次谐波和7次谐波等低次谐波电流具有明 显的抑制效果，解决了在次同步转差率较高情况下现场运行电网电流总谐波含量较高的难 题。2、本谐波抑制方法通过从电网电流dq轴分量ILD和ILQ中减去网侧逆变器交流 侧电流dq轴分量参考值IGD_REF和IGQ_REF以及双馈发电机定子电流dq轴分量参考值 ISD_REF和ISQ_REF的方法来提取电网电流中的交流谐波电流分量ILD_H和ILQ_H，具有实 现方法简单的特点。3、本谐波抑制方法将电网电流中的交流谐波分量变换到以需要消除谐波频率的 速度旋转的dq坐标系下，由于电网电流中的交流谐波分量dq表现为dq轴的直流量，即所 要消除谐波分量表现为直流量，其它次谐波均为交流量，便于各次谐波分量的提取和通过 PI调节器控制。4、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变速恒频双馈风力发电系统电网电流的谐波抑制方法，其特征在于：包括以下步骤：（１）采集定子磁链定向的同步旋转坐标系下的ｄｑ轴分量；（２）在系统稳态时采集定子磁链定向的同步旋转坐标系下的ｄｑ轴分量参考值；（３）按下述公式提取电网中的交流谐波电流分量：ＩＬＤ＿Ｈ＝ＩＬＤ－ＩＧＤ＿ＲＥＦ－ＩＳＤ＿ＲＥＦＩＬＱ＿Ｈ＝ＩＬＱ－ＩＧＱ＿ＲＥＦ－ＩＳＱ＿ＲＥＦ式中：ＩＬＤ＿Ｈ和ＩＬＱ＿Ｈ为电网中的交流谐波电流分量，ＩＬＤ和ＩＬＱ为电网电流ｄｑ轴分量，ＩＧＤ＿ＲＥＦ和ＩＧＱ＿ＲＥＦ为网侧逆变器交流侧电流ｄｑ轴分量参考值，ＩＳＤ＿ＲＥＦ和ＩＳＱ＿ＲＥＦ为双馈发电机定子电流ｄｑ轴分量参考值；（４）根据电网中的交流谐波电流分量所含低次谐波的幅值大小和正负序情况，消除电网电流中包含的正序低次谐波和负序低次谐波，得到为抑制各次谐波电流所需加入的网侧逆变器谐波电流参考值；（５）将各次网侧逆变器谐波电流参考值求和，得到为抑制各次谐波电流所需加入的网侧逆变器谐波电流的总参考值，然后将其加入到网侧逆变器交流侧电流ｄｑ轴分量参考值中，通过网侧逆变器的电流闭环控制，产生相反的电流谐波来消除电网电流中已有的谐波电流。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孟永庆，侯立军，周玲玲，张永斌，
申请(专利权)人：天津瑞能电气有限公司，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]