本发明专利技术公开了一种电网电压谐波下双馈感应风电系统抑制并网功率波动控制方法，本方法涉及对串联网侧变换器的控制、并联网侧变换器的控制以及电机侧变换器的控制；本方法通过一系列的计算，最后通过空间矢量调制产生串联网侧变换器PWM驱动信号、并联网侧变换器PWM驱动信号和电机侧变换器PWM驱动信号。本方法实现了电网电压谐波下双馈风力发电系统定、转子三相电流无畸变、电机功率和电磁转矩无波动的控制目标，保证了发电机的安全稳定运行，同时使得系统总输出有功、无功功率波动程度大大减小，提高了电网电压谐波下DFIG系统所并电网稳定性。
Method for suppressing grid connected power fluctuation control of doubly fed induction wind power system under grid voltage harmonic
The invention discloses a double fed induction wind power system voltage harmonic suppression grid connected power fluctuation control method, the method to control parallel grid side converter of series grid side converter control and motor side converter control; this method through a series of calculation, the space vector modulation to generate a drive signal, series grid side converter PWM parallel grid side converter PWM drive signal and motor side converter PWM drive signal. This method realizes the double fed wind power system voltage harmonic stator and rotor under three-phase current without distortion, motor power and torque fluctuation control target, in order to ensure safe and stable operation of generator at the same time, the system's total output active power and reactive power fluctuation is greatly reduced, improving the voltage harmonic under DFIG system and the stability of the power grid.
【技术实现步骤摘要】
[0001 ] 本专利技术涉及双馈感应风力发电系统技术改进，特别是涉及电网电压谐波下双馈感应风电系统抑制并网功率波动的控制方法，属于电力控制
。
技术介绍
对于接入弱电网的远距离风电场而言，由于受长交流输电线以及非线性负荷等因素的影响，位于电网末端的风电场母线公共接入点(point of common coupling,PCC)处往往含有较重程度的低次谐波电压(尤其是5、7次谐波)，这将对并网运行的大型变速恒频风电机组带来显著影响。对于风力发电主流机型的双馈感应发电机(doubly fed inductiongenerator, DFIG)而言，其定子直接与电网相连，这将导致DFIG定、转子电流出现较大程度畸变，同时引起DFIG输出功率和电磁转矩脉动，严重影响发电机的安全稳定运行并降低发电系统的输出电能质量。另一方面，谐波电压条件下DFIG系统网侧变流器也将产生较大程度的功率脉动，这将会导致DFIG系统总输出功率波动程度加剧，进一步恶化系统的整体输出电能质量。目前已有学者就电网电压谐波下DFIG系统的运行行为与控制策略展开了研究，如已公开的下列文献:(I)Gaillard A,Poure P and Saadate S.Active filtering capability of WECSwith DFIG for grid power quality improvement[J].1EEE International Symposium onIndustrial Electronics, ISIE2008, Cambridge, pp.2365-2370, June30, 2008.(2)Hu J, Nian H, Xu H, et al.Dynamic modeling and improved control ofDFIG under distorted grid voltage conditions[J].1EEE Transactions on EnergyConversion,2011,26 (I):163-175.文献(I)提出将网侧变流器用做有源滤波器来补偿定子输出的谐波电流，使得输送到电网的电流不存在畸变，但由于定子谐波电压的存在，DFIG输出功率、电磁转矩以及系统并网功率仍然存在波动，发电机安全稳定运行能力以及发电系统输出电能质量并未得到改善。文献(2)提出在正向同步旋转轴系下采用比例积分谐振控制器来实现对转子基波电流和谐波电流的无静差跟踪控制，进而可实现消除定、转子谐波电流或消除定子输出功率六倍频波动等功能。其中，控制目标4实现电磁转矩以及定子输出无功功率同时无波动，在一定程度上缓解了系统传动轴系的压力，但定子输出的有功功率存在波动；控制目标3虽然实现了定子输出有功以及无功功率同时无六倍频波动，然而电磁转矩却存在波动，所提控制方案由于转子侧变换器控制变量的限制均不能同时实现定子输出有功、无功功率以及电磁转矩无波动。值得注意的是，在上述2个控制目标下，由于并联网侧变换器的存在，使得整个系统馈入电网的功率仍然存在较大程度波动，这将对DFIG系统所并电网的运行稳定性产生不利影响。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种电网电压谐波下双馈感应风电系统抑制并网功率波动的控制方法，该控制方法在保证发电机安全稳定运行的同时亦实现了对DFIG系统并网有功、无功功率波动的抑制。本专利技术的技术方案是这样实现的:，其特征在于，本方法涉及对串联网侧变换器的控制、并联网侧变换器的控制以及电机侧变换器的控制；所述串联网侧变换器的控制步骤为:Al)利用电压霍尔传感器采集电网三相电压信号Ugabe以及双馈感应发电机定子三相电压信号usab。；利用电压霍尔传感器采集直流侧电压信号Udc ；A2)将采集的电网三相电压信号Ugabe经过数字锁相环PLL后得到电网正序电压电角度9g+以及同步电角速度ω ；A3)将采集的电网三相电压信号Ugabe和发电机定子三相电压信号Usabe分别经过静止三相abc坐标轴系到静止两相α β坐标轴系恒功率变换，转换为静止两相α β坐标轴系下电压信号uga e, usa e ；Α4)采用电网正序电压定向方式，将步骤A3所得Ugae经相序分离模块，分别提取出正向同步旋转坐标轴系下电网电压基波正序分量u+gdq+、5倍同步角速度反向旋转坐标轴系下电网电压5次谐波分量u5-gdq5_和7倍同步角速度正向旋转坐标轴系下电网电压7次谐波分量u7+gdq7+ ；A5)采用电网正序电压定向方式，将步骤A3所得Usae经静止两相α β坐标轴系到正向同步角速度旋转坐标轴系的恒功率变换后，得到定子电压在正向同步旋转坐标系下dq轴分量u+sdq ；A6)在正向同步旋转坐标轴系下,将步骤A4得到u+gdq+和步骤A5得到u+sdq差值送入电压调节器进行调节；A7)将步骤A6电压调节器的输出作为串联网侧变换器抑制定子谐波电压的控制电压 Useriesdq AS)将步骤A7所得到的串联网侧变换器控制电压IWiesdq经正向同步角速度旋转坐标轴系到静止两相α β坐标轴系的恒功率变换，得到静止两相α β坐标轴系下控制电 Useries α β Α9)将步骤AS所得到的串联网侧变换器控制电压Useriesa 0和直流侧电压Udc通过空间矢量调制产生串联网侧变换器PWM驱动信号；所述并联网侧变换器的控制步骤为:BI)利用电压霍尔传感器采集电网三相电压信号u一。，电流霍尔传感器采集双馈感应发电机定子三相电流信号isab。以及并联网侧变换器的三相电流信号igabc ；B2)利用电压霍尔传感器采集直流侧电压信号Udc ；B3)将采集得到的电网三相电压信号Ugab。、双馈感应发电机定子三相电流信号isab。、并联网侧变换器的三相电流信号igab。分别经静止三相abc坐标轴系到静止两相α β坐标轴系恒功率变换后，转换为静止两相α β坐标轴系下电压、电流信号，即Ugae，isa0,iga g ;B4)将步骤B3得到的Uga e，isa e，iga 0分别经静止两相a β坐标轴系到正向同步角速度旋转坐标系的恒功率变换后，得到电网电压以及定子、并联网侧变换器电流在正向同步旋转坐标轴系下dq轴分量u+gdq, i+sdq+, i+gdq ；B5)并联网侧变换器的直流母线电压调节采用PI调节器控制，其调节器输出和直流母线电压给定值Gd构成直流母线电压平均有功功率给定值P*g_av ；B6)并联网侧变换器采用正序电网电压定向于d轴，则u+g+=u+gd+;将步骤A4、B4、B5所得u+gdq+、u5-gdq5_、u7+gdq7+、i+sdq+、P*g_av送入并联网侧变换器参考电流指令计算模块，获得正向同步旋转坐标轴系下包含基波正序和谐波成分在内的并联网侧变换器参考电流指令i+*gdq:B7)将步骤B6所得i+*gdq和B4所得i+gdq的差值送入电流控制器进行调节；B8)根据步骤B4、B6所得的i+gdq, u+gdq, i+*gdq计算得到并联网侧变换器控制电压u+cdq ；B9)将B8所得并联网侧变换器控制电压u+cdq经正向同步角速度旋转坐标轴系到静止两相α β坐标轴系的恒功率变换，本文档来自技高网...
【技术保护点】
电网电压谐波下双馈感应风电系统抑制并网功率波动控制方法，其特征在于，本方法涉及对串联网侧变换器的控制、并联网侧变换器的控制以及电机侧变换器的控制；?所述串联网侧变换器的控制步骤为：?A1)利用电压霍尔传感器采集电网三相电压信号ugabc以及双馈感应发电机定子三相电压信号usabc；利用电压霍尔传感器采集直流侧电压信号Udc；?A2)将采集的电网三相电压信号ugabc经过数字锁相环PLL后得到电网正序电压电角度θg+以及同步电角速度ω；?A3)将采集的电网三相电压信号ugabc和发电机定子三相电压信号usabc分别经过静止三相abc坐标轴系到静止两相αβ坐标轴系恒功率变换，转换为静止两相αβ坐标轴系下电压信号ugαβ，usαβ；?A4)采用电网正序电压定向方式，将步骤A3所得ugαβ经相序分离模块，分别提取出正向同步旋转坐标轴系下电网电压基波正序分量u+gdq+、5倍同步角速度反向旋转坐标轴系下电网电压5次谐波分量u5?gdq5?和7倍同步角速度正向旋转坐标轴系下电网电压7次谐波分量u7+gdq7+；?A5)采用电网正序电压定向方式，将步骤A3所得usαβ经静止两相αβ坐标轴系到正向同步角速度旋转坐标轴系的恒功率变换后，得到定子电压在正向同步旋转坐标系下dq轴分量u+sdq；?A6)在正向同步旋转坐标轴系下，将步骤A4得到u+gdq+和步骤A5得到u+sdq差值送入电压调节器进行调节；?A7)将步骤A6电压调节器的输出作为串联网侧变换器抑制定子谐波电压的控制电压useriesdq；?A8)将步骤A7所得到的串联网侧变换器控制电压useriesdq经正向同步角速度旋转坐标轴系到静止两相αβ坐标轴系的恒功率变换，得到静止两相αβ坐标轴系下控制电压useriesαβ；?A9)将步骤A8所得到的串联网侧变换器控制电压useriesαβ和直流侧电压Udc通过空间矢量调制产生串联网侧变换器PWM驱动信号；?所述并联网侧变换器的控制步骤为：?B1)利用电压霍尔传感器采集电网三相电压信号ugabc，电流霍尔传感器采集双馈感应发电机定子三相电流信号isabc以及并联网侧变换器的三相电流信号igabc；?B2)利用电压霍尔传感器采集直流侧电压信号Udc；?B3)将采集得到的电网三相电压信号ugabc、双馈感应发电机定子三相电流信号isabc、并联网侧变换器的三相电流信号igabc分别经静止三相abc坐标轴系到静止两相αβ坐标轴系恒功率变换后，转换为静止两相αβ坐标轴系下电压、电流信号，即ugαβ，isαβ，igαβ；?B4)将步骤B3得到的ugαβ，isαβ，igαβ分别经静止两相αβ坐标轴系到正向同步角速度旋转坐标系的恒功率变换后，得到电网电压以及定子、并联网侧变换器电流在正向同步旋转坐标轴系下dq轴分量u+gdq，i+sdq+，i+gdq；?B5)并联网侧变换器的直流母线电压调节采用PI调节器控制，其调节器输出和直流母线电压给定值构成直流母线电压平均有功功率给定值P*g_av；?B6)并联网侧变换器采用正序电网电压定向于d轴，则u+g+=u+gd+；将步骤A4、B4、B5所得u+gdq+、u5?gdq5?、u7+gdq7+、i+sdq+、P*g_av送入并联网侧变换器参考电流指令计算模块，获得正向同步旋转坐标轴系下包含基波正序和谐波成分在内的并联网侧变换器参考电流指令i+*gdq：?B7)将步骤B6所得i+*gdq和B4所得i+gdq的差值送入电流控制器进行调节；?B8)根据步骤B4、B6所得的i+gdq，u+gdq，i+*gdq计算得到并联网侧变换器控制电压u+cdq；?B9)将B8所得并联网侧变换器控制电压u+cdq经正向同步角速度旋转坐标轴系到静止两相αβ坐标轴系的恒功率变换，可得到静止两相αβ坐标轴系下控制电压ucαβ；?B10)将步骤B9所得到的并联网侧变换器控制电压ucαβ和直流侧电压Udc通过空间矢量调制产生并联网侧变换器PWM驱动信号；?电机侧变换器的控制策略?C1)电机侧变换器采用传统矢量控制策略，其控制电压和直流侧电压Udc通过空间矢量调制产生电机侧变换器PWM驱动信号。?FDA0000409455450000021.jpg...
【技术特征摘要】
1.电网电压谐波下双馈感应风电系统抑制并网功率波动控制方法，其特征在于，本方法涉及对串联网侧变换器的控制、并联网侧变换器的控制以及电机侧变换器的控制；所述串联网侧变换器的控制步骤为: Al)利用电压霍尔传感器采集电网三相电压信号ugab。以及双馈感应发电机定子三相电压信号usab。；利用电压霍尔传感器采集直流侧电压信号Udc ； A2)将采集的电网三相电压信号Ugab。经过数字锁相环PLL后得到电网正序电压电角度θ8+以及同步电角速度ω ； A3)将采集的电网三相电压信号Ugabe和发电机定子三相电压信号usab。分别经过静止三相abc坐标轴系到静止两相α β坐标轴系恒功率变换，转换为静止两相α β坐标轴系下电压信号Uga 0, Usa 0 ； A4)采用电网正序电压定向方式，将步骤A3所得Ugae经相序分离模块，分别提取出正向同步旋转坐标轴系下电网电压基波正序分量u+gdq+、5倍同步角速度反向旋转坐标轴系下电网电压5次谐波分量u5-gdq5_和7倍同步角速度正向旋转坐标轴系下电网电压7次谐波分量u7+gdq7+ ； A5)采用电网正序电压定向方式，将步骤A3所得Usae经静止两相α β坐标轴系到正向同步角速度旋转坐标轴系的恒功率变换后，得到定子电压在正向同步旋转坐标系下dq轴分量u+sdq ； A6)在正向同步旋转坐标轴系下,将步骤A4得到u+gdq+和步骤A5得到u+sdq差值送入电压调节器进行调节； A7)将步骤A6 电压调节器的输出作为串联网侧变换器抑制定子谐波电压的控制电压U.,.seriesaq ， AS)将步骤A7所得到的串联网侧变换器控制电压Us^sdq经正向同步角速度旋转坐标轴系到静止两相α β坐标轴系的恒功率变换，得到静止两相α β坐标轴系下控制电压U0.以series α β > Α9)将步骤AS所得到的串联网侧变换器控制电压Uswiesae和直流侧电压Ud。通过空间矢量调制产生串联网侧变换器PWM驱动信号； 所述并联网侧变换器的控制步骤为: BI)利用电压霍尔传感器采集电网三相电压信号u一。，电流霍尔传感器采集双馈感应发电机定子三相电流信号isab。以及并联网侧变换器的三相电流信号igabc ； B2)利用电压霍尔传感器采集直流侧电压信号Udc ； B3)将采集得到的电网三相电压信号u一。、双馈感应发电机定子三相电流信号isab。、并联网侧变换器的三相电流信号igab。分别经静止三相abc坐标轴系到静止两相α β坐标轴系恒功率变换后，转换为静止两相α β坐标轴系下电压、电流信号，即1^0，13。0，18。0 ；Β4)将步骤Β3得到的Uga e, isa 0, iga 0分别经静止两相α β坐标轴系到正向同步角速度旋转坐标系的恒功率变换后，得到电网电压以及定子、并联网侧变换器电流在正向同步旋转坐标轴系下dq轴分量u+gdq...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚骏，陈知前，李清，余梦婷，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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