用于双馈感应机器的控制系统技术方案

一种用于通过变频器控制双馈感应机器的方法和设备，该变频器包括：转子侧变换器（INU），该转子侧变换器连接至双馈感应机器（DFIG）的转子电路并且具有利用转子磁链作为反馈变量的控制系统；电网侧变换器（ISU），该电网侧变换器连接至交流电力网络；以及直流电压中间电路（DC），该直流电压中间电路连接在转子侧变换器（INU）与电网侧变换器（ISU）之间。该方法包括：形成转子磁链参考（ψr,ref），形成阻尼信号（ψref,D），对阻尼信号与转子磁链参考求和以获得经修改的转子磁链参考（ψref），以及将所述经修改的转子磁链参考馈送至转子侧变换器（INU）的控制器以对次同步谐振进行阻尼。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及双馈机器，尤其涉及通过双馈机器的控制对交流(AC)电力网络的次谐波振荡进行阻尼。
技术介绍
双馈感应机器用在各种发电机和马达驱动器中。一种包括变换器的这样的电机驱动器是双馈滑环发电机配置，其转子电路包括两个变换器，在两个变换器之间具有直流电压中间电路。一个变换器电气地位于直流电压中间电路与转子之间，而另一个变换器电气地位于直流电压中间电路与要被供给的电网之间。这样的双馈滑环发电机通常用于风轮机中。有时，这些种类的风轮机中的许多风轮机位于以下地方其中到电网的连接需要长传输线。长线具有趋于限制所生成的电力的 传输的相当大的电感。惯例是通过使用与传输线串联连接的电容来减轻该问题。然而，这种对电感的串联补偿具有下述缺点电容器与线和供电网络的电感形成谐振频率低于电网的标称频率(50Hz或60Hz)的谐振电路。这种次同步谐振的激励引起电压幅值和相位的快速变化，这会引起对连接至网络的设备的机械和电应力，有时会导致永久损害。例如，在文件“ Jindal, A.，Irwin, G. and Woodford, D. : Sub-SynchronousInteractions with Wind Farms Connected Near Series Compensated AC Lines.Proceedings of 9th International Workshop on Large-Scale Integration of WindPower into Power Systems as well as on Transmission Networks for Offshore WindPower Plants, Oct. 18-19，2010，Quebec City, Canada” 中，描述了通过双馈发电机的次同步谐振的激励。然而，在该文件中未给出用于对谐振进行阻尼的明确装置。在文件“Hughes, M.，Anaya-Lara, 0.，Jenkins, N. and Strbac, G. : APowerSystem Stabilizer for DFIG-Based Wind Generation. IEEE Transactions on PowerSystems, Vol. 21, No. 2，May 2006, pp. 763-772”中，提出了测量定子中的有功功率并且在对转子变换器的相位角参考进行高通滤波之后馈送信号。该方法的问题是当发电机速度接近于同步速度时，转子电压非常低，由此其相位角的变化具有小的阻尼效应。为此，如果网络中存在谐振，则不可以以该速度范围操作变换器。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种方法以及用于实施该方法的设备以解决与双馈感应发电机关联的上述问题。本专利技术的目的是通过以独立权利要求中所陈述的内容为特征的方法和设备来实现的。在从属权利要求中公开了本专利技术的优选实施例。本专利技术基于以下构思对控制转子磁链的控制系统中的转子磁链参考进行修改。经修改的转子磁链参考是通过对阻尼信号与通常用作转子磁链参考的信号求和而获得的。然后在控制中将经修改的转子磁链信号作为参考信号来使用。优选地，基于估计的机器转矩或者具有类似特性的其它信号来形成阻尼信号。本方法和设备的优点是其高效地对次同步振荡进行阻尼，以使得可以安全地使用电网并且电力产生稳定。本专利技术的另外的优点是其可以遍及整个速度范围来使用，用于使操作稳定。本专利技术的方法和设备需要对电流控制结构的最小改变，因此容易实现本专利技术。附图说明以下将参照附图借助于优选实施例更详细地描述本专利技术，在附图中图I示出了当次同步谐振被激励时利用现有技术控制系统的网络电压振荡的模拟；图2示出了根据本专利技术的实施例的包括阻尼控制的控制系统；图3示出了阻尼信号的形成的框图；图4示出了利用根据本专利技术的阻尼控制的、与图I中的模拟相同的模拟；以及图5示出了在电网中发生故障从而引起电压暂降时根据本专利技术的阻尼控制的性倉泛。具体实施例方式图2示出了根据本专利技术的实施例的控制系统连同用于控制双馈感应发电机(DFIG)的变频器的示例。图2中的控制系统是基于直接转矩控制的。发现直接转矩控制易于激励已处于传输线电感的适中补偿水平的次同步谐振。例如在美国专利6，741，059中公开了传统的现有技术直接转矩受控系统的示例。在直接转矩受控系统中，例如在上述美国专利中的直接转矩受控系统中，机器转矩和转子磁链是受控变量。根据测量的定子电流矢量、测量的转子电流矢量和定子磁链矢量来估计转矩和转子磁链矢量的实际值。通过对定子电压矢量进行积分来估计定子磁链矢量。在图2中，双馈感应发电机的定子连接至具有相A、相B、相C的供电网络。此外，电网侧变换器(ISU)连接至网络并且连接至直流中间电路(DC)。转子侧变换器(INU)连接至具有相a、相b、相c的DFIG的转子。图2还示出了连接至转子电路的撬棒电路20。测量定子电流isA、isB和电压VsA、Vsb，将这些值馈送至转矩和磁链估计器块21。转矩和磁链估计器块21从定子磁链计算块30接收另外计算的定子磁链矢量^^以及该定子磁链的幅值|vl|。根据测量的定子电压、定子电流并且根据定子电阻来计算定子磁链。转矩和磁链估计器块21还接收无功功率参考Qref。转矩和转子磁链估计器块21估计机器的转矩Tel、Te2和转子磁链4古计的转矩Tel与转矩参考I；ef —起被馈送至三级滞环控制块26。估计的转子磁链矢量被馈送至磁链扇区识别块(flux sector identification block)23 以及 ABS 块 22,该 ABS 块 22 计算转子磁链矢量的长度并将其进一步馈送至DTC控制块25内部的二级滞环控制块24。二级滞环控制块24还接收转子磁链的参考Ψ&。在传统的DTC控制中，磁链参考Ψμ直接从转矩和转子磁链估计器块21获得。然而，在本专利技术中，供应给DTC调制器的磁链参考是通过对来自转矩和转子磁链估计器21的参考与来自阻尼块29的阻尼信号求和而获得的经修改的磁链参考。根据图2的实施例，阻尼信号是使用转矩参考TMf和转矩估计Te2而获得的。在图2的示例中，在估计器块21中计算用于阻尼的转矩估计。二级滞环控制块24和三级滞环控制块26还接收来自滞环带控制块27的输入。滞环带控制块27控制滞环带的宽度并且由此影响切换频率。因此，滞环带控制块接收来自对切换频率&￥进行控制的切换状态逻辑和切换频率计算块28的输入。滞环控制块输出用于切换状态逻辑块28的磁链位和转矩位，切换状态逻辑块28还接收来自磁链扇区识别块23的关于转子磁链的扇区的信息。切换状态逻辑和切换频率计算块28向转子侧变换器输出切换指令sa、Sb、S。。如上所述，在调制器中使用经修改的转子磁链参考。图3示出了该经修改的信号的计算的示例。从转矩估计Te中减去31转矩参考T rf。对该减法的结果进行高通滤波32 和低通滤波33 二者，用于将可能的偏移和高频噪声从差信号中移除。滤波后的信号进一步与放大因子Kd相乘，该放大因子Kd可以用于限定与如图2所示的磁链参考相加的阻尼信号的校正幅值。应清楚，可以将低通滤波器和高通滤波器组合以形成带通滤波器。如果需要，除了放大调整之外，还可以使用合适的相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过变频器控制双馈感应机器的方法，所述变频器包括：转子侧变换器（INU），所述转子侧变换器连接至所述双馈感应机器（DFIG）的转子电路并且具有利用转子磁链作为反馈变量的控制系统，电网侧变换器（ISU），所述电网侧变换器连接至交流电力网络，以及直流电压中间电路（DC），所述直流电压中间电路连接在所述转子侧变换器（INU）与所述电网侧变换器（ISU）之间，所述方法包括：形成转子磁链参考（ψr,ref），其特征在于，所述方法包括：形成阻尼信号（ψref,D），对所述阻尼信号与所述转子磁链参考求和，以获得经修改的转子磁链参考（ψref），以及将所述经修改的转子磁链参考馈送至所述转子侧变换器（INU）的控制器，以对次同步谐振进行阻尼。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：约科·尼拉宁，斯拉沃米尔·塞曼，雷约·弗塔嫩，
申请(专利权)人：ABB公司，
类型：发明
国别省市：