本發(fā)明屬于新能源發(fā)電領(lǐng)域，更具體地，涉及一種雙饋風(fēng)機(jī)系統(tǒng)以及抑制電網(wǎng)電壓快速波動(dòng)的方法。

背景技術(shù)：

隨著風(fēng)力發(fā)電在電力系統(tǒng)中的滲透率逐年提高，特別在我國(guó)東北、西北地區(qū)，風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)逐步成為電力系統(tǒng)的主力電源之一。新能源因其清潔、安全、高效等特點(diǎn)，已成為世界各國(guó)普遍關(guān)注和重點(diǎn)發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)。我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電盡管起步較晚，但發(fā)展迅猛。但是隨著電網(wǎng)中風(fēng)電裝機(jī)容量的日益擴(kuò)大，接入電網(wǎng)的電壓等級(jí)不斷提髙，風(fēng)機(jī)對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響愈發(fā)突出。由于風(fēng)電的隨機(jī)波動(dòng)性以及現(xiàn)有風(fēng)電控制方式的弱抗擾性，大規(guī)模風(fēng)電通過(guò)遠(yuǎn)距離集中接入給電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。同時(shí)，風(fēng)機(jī)的電壓敏感性及低電壓自動(dòng)脫網(wǎng)特性，使風(fēng)電接入系統(tǒng)后的電壓穩(wěn)定問(wèn)題面臨著新的挑戰(zhàn)和新的研究?jī)?nèi)容。

對(duì)于大規(guī)模遠(yuǎn)距離風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)的電力系統(tǒng)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性已經(jīng)逐漸成為決定系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的核心因素，而控制器是決定風(fēng)力發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)特性的核心因素。隨著越來(lái)越多的風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行，風(fēng)力發(fā)電對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響引起了廣泛關(guān)注。風(fēng)資源的不確定性和風(fēng)電機(jī)組本身的運(yùn)行特性使風(fēng)電機(jī)組的輸出功率是波動(dòng)的，可能影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量，如電壓偏差、電壓波動(dòng)和閃變、諧波等，甚至可能導(dǎo)致電網(wǎng)電壓崩潰問(wèn)題。2011年，中國(guó)發(fā)生了多起由電壓?jiǎn)栴}引發(fā)的大規(guī)模的風(fēng)電機(jī)組連鎖跳閘脫網(wǎng)事故，使得系統(tǒng)損失了大量出力，導(dǎo)致電網(wǎng)頻率明顯偏低，嚴(yán)重影響了風(fēng)電場(chǎng)和電網(wǎng)的安全運(yùn)行。目前，系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性已成為限制風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量的主要因素之一，需要對(duì)其進(jìn)行研究并加以控制。

雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)因勵(lì)磁變頻器容量小、高性價(jià)比、適合變速恒頻發(fā)電等優(yōu)勢(shì)，成為風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行最廣泛的機(jī)組之一。雙饋異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)通過(guò)背靠背pwm雙向變流器與電網(wǎng)相連，即通過(guò)三相電源提供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流。dfig并網(wǎng)運(yùn)行主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：(1)發(fā)電機(jī)接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，由變流器控制完成電壓匹配、頻率和相位匹配，能快速并網(wǎng)，對(duì)電網(wǎng)沖擊較??；(2)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可在一定范圍內(nèi)根據(jù)風(fēng)速和負(fù)荷變化調(diào)整，保持最大輸出電能；(3)dfig的勵(lì)磁電流是可控的，通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的頻率，可保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出恒定工頻的電力；改變勵(lì)磁電流，可調(diào)節(jié)風(fēng)電機(jī)組輸出的有功功率和無(wú)功功率。是在高風(fēng)電滲透率情況下，dfig的風(fēng)電場(chǎng)將吸收大量的無(wú)功功率，在薄弱的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和不完善的控制機(jī)制等因素的作用下，dfig風(fēng)電場(chǎng)的暫態(tài)問(wèn)題尤為突出。

綜上所述，在中國(guó)風(fēng)電發(fā)展的形式來(lái)看，要求雙饋風(fēng)電機(jī)組能夠在，電網(wǎng)電壓快速波動(dòng)的情況下不脫網(wǎng)運(yùn)行，并且能夠?qū)Σ▌?dòng)的電壓起抑制作用，幫助系統(tǒng)電壓恢復(fù)穩(wěn)定。在中國(guó)現(xiàn)有的風(fēng)能資源和負(fù)荷分部的情況下，大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)經(jīng)遠(yuǎn)距離傳輸是發(fā)展趨勢(shì)，風(fēng)電滲透率的增加、風(fēng)電機(jī)組出力波動(dòng)不確定性以及電網(wǎng)故障有可能會(huì)帶來(lái)電網(wǎng)電壓的快速波動(dòng)，從而影響電網(wǎng)穩(wěn)定以及其他設(shè)備的正常運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電技術(shù)自身存在的電壓波動(dòng)，以及風(fēng)電比例增高情況下需要抑制系統(tǒng)電壓的快速波動(dòng)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種雙饋風(fēng)機(jī)系統(tǒng)以及抑制電網(wǎng)電壓快速波動(dòng)的方法，旨在解決現(xiàn)有大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)情況下，電力系統(tǒng)出現(xiàn)的電壓快速波動(dòng)的問(wèn)題。

本發(fā)明提供了一種雙饋風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，包括：發(fā)電機(jī)、轉(zhuǎn)子側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)電感l(wèi)g、電容c、鎖相環(huán)和信號(hào)處理器；所述鎖相環(huán)的輸入端用于連接至電網(wǎng)，所述鎖相環(huán)用于采集電網(wǎng)電壓信號(hào)，并將所述電網(wǎng)電壓信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后輸出電網(wǎng)幅值變化量的d軸分量和電網(wǎng)電壓相θ^p；所述信號(hào)處理器的輸入端連接至所述鎖相環(huán)的輸出端，所述信號(hào)處理器用于根據(jù)所述電網(wǎng)幅值變化量的d軸分量和電網(wǎng)電壓相θ^p輸出轉(zhuǎn)子側(cè)電流環(huán)輔助控制信號(hào)irqcon和網(wǎng)側(cè)變流器的電流環(huán)輔助控制信號(hào)igqcon；所述網(wǎng)側(cè)電感l(wèi)g的一端用于連接至電網(wǎng)，所述網(wǎng)側(cè)電感l(wèi)g的另一端連接至所述網(wǎng)側(cè)變流器的輸入端；所述網(wǎng)側(cè)變流器的控制端連接至所述信號(hào)處理器的輸出端，所述轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的輸入端連接至所述網(wǎng)側(cè)變流器的輸出端，所述轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的控制端連接至所述信號(hào)處理器的輸出端，所述轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的輸出端連接至所述發(fā)電機(jī)的電流控制端；所述電容c的一端連接在所述網(wǎng)側(cè)變流器與所述轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的連接端，所述電容c的另一端接地；當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生快速波動(dòng)時(shí)，根據(jù)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的電流環(huán)控制器的輔助控制信號(hào)改變電流控制指令ir，從而改變轉(zhuǎn)子側(cè)變換器輸出的轉(zhuǎn)子電壓的指令值，從而改變同步發(fā)電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)，進(jìn)而使定子輸出電壓發(fā)生改變，抑制電網(wǎng)電壓的快速波動(dòng)；或者根據(jù)網(wǎng)側(cè)變流器的電流環(huán)控制器的輔助控制信號(hào)改變電流控制指令，從而改變網(wǎng)側(cè)變流器輸出電壓的指令值，抑制電網(wǎng)電壓的快速波動(dòng)。

更進(jìn)一步地，所述鎖相環(huán)包括：park變換器、pi控制器和積分器；park變換器的電壓輸入端用于接收電網(wǎng)電壓信號(hào)va、vb、vc，park變換器的反饋輸入端連接至所述積分器的輸出端，所述park變換器用于對(duì)電網(wǎng)三相電壓進(jìn)行兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換后由第二輸出端輸出電網(wǎng)相位變化量的q軸分量和由第一輸出端輸出電網(wǎng)幅值變化量的d軸分量所述pi控制器的輸入端連接至所述park變換器的第二輸出端，所述pi控制器用于對(duì)所述q軸分量進(jìn)行pi處理后獲得ω^p；所述積分器的輸入端連接至所述pi控制器的輸出端；所述積分器用于對(duì)所述ω^p進(jìn)行積分處理后獲得電網(wǎng)電壓相θ^p。

更進(jìn)一步地，信號(hào)處理器包括：依次連接的高通濾波器，第一誤差放大器和第一相位補(bǔ)償器，其輸入端連接至所述高通濾波器的輸出端的第二誤差放大器，以及輸入端連接至所述第二誤差放大器的輸出端的第二相位補(bǔ)償器；所述高通濾波器的輸入端用于接收d軸分量所述第一相位補(bǔ)償器的輸出端用于輸出轉(zhuǎn)子側(cè)電流環(huán)輔助控制信號(hào)irqcon；所述第二相位補(bǔ)償器的輸出端用于輸出網(wǎng)側(cè)變流器的電流環(huán)輔助控制信號(hào)igqcon。

更進(jìn)一步地，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器包括：依次連接的第一加法器，第一pi調(diào)節(jié)器，第一矢量調(diào)制器svm以及第一開(kāi)關(guān)電路；所述第一加法器的第一輸入端用于接收轉(zhuǎn)子側(cè)電流參考指令值irqref，第二輸入端用于接收電流輔助控制信號(hào)irqcon，第三輸入端用于接收轉(zhuǎn)子電流的q軸分量irq，所述第一開(kāi)關(guān)電路的輸出端輸出用于控制發(fā)電機(jī)的電流控制指令ir；當(dāng)電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，電流輔助控制信號(hào)irqcon為零，irqref與irq經(jīng)過(guò)相加后得到電流誤差值，電流誤差值依次經(jīng)過(guò)pi調(diào)節(jié)和矢量調(diào)制后獲得用于控制所述第一開(kāi)關(guān)電路的開(kāi)關(guān)序列的轉(zhuǎn)子電壓控制信號(hào)；當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生快速波動(dòng)時(shí)，irqcon不為零，檢測(cè)到電網(wǎng)的電壓快速波動(dòng)成分通過(guò)第一加法器作用于電流環(huán)控制支路上，通過(guò)改變電流控制指令ir，從而改變轉(zhuǎn)子側(cè)變換器輸出的轉(zhuǎn)子電壓的指令值，從而改變同步發(fā)電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)，進(jìn)而使定子輸出電壓發(fā)生改變，抑制電網(wǎng)電壓的快速波動(dòng)。

更進(jìn)一步地，網(wǎng)側(cè)變流器包括：依次連接的第二加法器，第二pi調(diào)節(jié)器，第二矢量調(diào)制器svm以及第二開(kāi)關(guān)電路；所述第二加法器的第一輸入端用于接收網(wǎng)側(cè)電流參考指令值igqref，第二輸入端用于接收網(wǎng)側(cè)變流器電流輔助控制信號(hào)igqcon，第三輸入端用于接收轉(zhuǎn)子電流的q軸分量igq；所述第二開(kāi)關(guān)電路的輸出端通過(guò)所述網(wǎng)側(cè)電感l(wèi)g連接至三相電網(wǎng)；當(dāng)電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，igqcon信號(hào)為零，irqref與igq經(jīng)過(guò)加法處理后得到電流誤差值，電流誤差值依次經(jīng)過(guò)pi調(diào)節(jié)和矢量調(diào)制后得到用于控制所述第二開(kāi)關(guān)電路的開(kāi)關(guān)序列的網(wǎng)側(cè)變流器電壓控制信號(hào)；當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生快速波動(dòng)時(shí)，igqcon信號(hào)不為零，檢測(cè)到電網(wǎng)的電壓快速波動(dòng)成分通過(guò)第二加法器作用于電流環(huán)控制支路上，通過(guò)改變電流控制指令，從而改變網(wǎng)側(cè)變流器輸出電壓的指令值，抑制電網(wǎng)電壓的快速波動(dòng)。

本發(fā)明還提供了一種基于上述的雙饋風(fēng)機(jī)系統(tǒng)來(lái)抑制電網(wǎng)電壓快速波動(dòng)的方法，包括下述步驟：

(1)對(duì)采集的電網(wǎng)電壓信號(hào)進(jìn)行處理后獲得代表電網(wǎng)電壓幅值的d軸分量

(2)將電網(wǎng)電壓幅值的d軸分量進(jìn)行高通濾波處理后得到電網(wǎng)電壓幅值的高頻分量，再進(jìn)行兩路誤差放大與相位補(bǔ)償處理，得到轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的電流環(huán)控制器的輔助控制信號(hào)以及網(wǎng)側(cè)變流器的電流環(huán)控制器的輔助控制信號(hào)；

(3)當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生快速波動(dòng)時(shí)，根據(jù)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的電流環(huán)控制器的輔助控制信號(hào)改變電流控制指令ir，從而改變轉(zhuǎn)子側(cè)變換器輸出的轉(zhuǎn)子電壓的指令值，從而改變同步發(fā)電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)，進(jìn)而使定子輸出電壓發(fā)生改變，抑制電網(wǎng)電壓的快速波動(dòng)；

或者根據(jù)網(wǎng)側(cè)變流器的電流環(huán)控制器的輔助控制信號(hào)改變電流控制指令，從而改變網(wǎng)側(cè)變流器輸出電壓的指令值，抑制電網(wǎng)電壓的快速波動(dòng)。

更進(jìn)一步地，在步驟(1)中，對(duì)電網(wǎng)電壓信號(hào)進(jìn)行兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換后獲得電網(wǎng)電壓幅值的d軸分量

通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于在大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)的情況下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)出現(xiàn)電壓快速波動(dòng)時(shí)，目前大部分電力設(shè)備對(duì)于電網(wǎng)電壓快速波動(dòng)的抑制響應(yīng)速度都不夠快，比如電容器的投切等等，而直接通過(guò)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)鎖相環(huán)信號(hào)處理并反饋控制電網(wǎng)電壓，從控制響應(yīng)速度上來(lái)說(shuō)比現(xiàn)有的statcom設(shè)備控制速度更快，在電源側(cè)實(shí)現(xiàn)抑制電網(wǎng)電壓的快速波動(dòng)，能夠有效抑制電網(wǎng)電壓的快速波動(dòng)，并且不需要在電網(wǎng)中加裝而外的電力設(shè)備，相對(duì)于在電網(wǎng)中加裝其余的設(shè)備如statcom等無(wú)功補(bǔ)償器，從經(jīng)濟(jì)性角度上能夠節(jié)約電網(wǎng)投資成本。

附圖說(shuō)明

圖1是基于雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的抑制電網(wǎng)電壓快速波動(dòng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的鎖相環(huán)控制框圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)例提供的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器電流環(huán)控制器和網(wǎng)側(cè)變流器電流環(huán)控制器的輔助控制信號(hào)的一種信號(hào)處理結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是轉(zhuǎn)子側(cè)變流器電流環(huán)控制器輔助控制信號(hào)控制轉(zhuǎn)子側(cè)變流器輸出電壓的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是網(wǎng)側(cè)變流器電流環(huán)控制器的輔助控制信號(hào)控制網(wǎng)側(cè)變流器輸出電壓的結(jié)構(gòu)框示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明提供了一種雙饋風(fēng)機(jī)系統(tǒng)以及抑制電網(wǎng)電壓快速波動(dòng)的方法，通過(guò)鎖相環(huán)的信號(hào)檢測(cè)并進(jìn)行一系列信號(hào)處理，從而提供輔助控制信號(hào)給轉(zhuǎn)子側(cè)與網(wǎng)側(cè)變流器的電流環(huán)控制構(gòu)成反饋回路控制雙饋風(fēng)機(jī)的響應(yīng)電網(wǎng)電壓的快速波動(dòng)。與雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制一般采用最大功率跟蹤引起的電壓快速波動(dòng)，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性考慮，本發(fā)明采用的是通過(guò)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)現(xiàn)有的控制，利用鎖相環(huán)檢測(cè)的輔助信號(hào)與轉(zhuǎn)子側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)變流器的電流環(huán)控制構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，從而抑制電壓的快速波動(dòng)。

本發(fā)明的關(guān)鍵核心內(nèi)容是實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)檢測(cè)信號(hào)形成輔助控制信號(hào)，輔助控制雙饋風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器電流環(huán)控制轉(zhuǎn)子電壓幅值進(jìn)而控制端電壓?；驹硎牵簷z測(cè)電網(wǎng)電壓信號(hào)va，vb，vc，將其在鎖相環(huán)坐標(biāo)系下進(jìn)行park變換，得到q軸分量和d軸分量所述的由鎖相環(huán)得到的信號(hào)為代表了電網(wǎng)電壓的幅值波動(dòng)情況，將其通過(guò)高通濾波器，并經(jīng)過(guò)誤差放大器和相位補(bǔ)償器后得到轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的電流環(huán)控制器輔助控制信號(hào)，從而作用于轉(zhuǎn)子側(cè)輸出的電壓，進(jìn)而控制定子輸出到電網(wǎng)電壓。因此當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)快速波動(dòng)的情況下，鎖相環(huán)通過(guò)檢測(cè)電網(wǎng)電壓波動(dòng)信號(hào)，反饋回給轉(zhuǎn)子側(cè)變流器電流環(huán)控制器控制，抑制電網(wǎng)電壓的波動(dòng)。

本發(fā)明的關(guān)鍵核心內(nèi)容是實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)檢測(cè)信號(hào)形成輔助控制信號(hào)，輔助控制雙饋風(fēng)機(jī)網(wǎng)側(cè)變流器電流環(huán)控制端電壓幅值。由前所述由鎖相環(huán)得到的信號(hào)為代表了電網(wǎng)電壓的幅值波動(dòng)情況，將其通過(guò)高通濾波器，并經(jīng)過(guò)誤差放大器和相位補(bǔ)償器后得到網(wǎng)側(cè)變流器的電流環(huán)控制器輔助控制信號(hào)，從而作用于網(wǎng)側(cè)變流器輸出的電壓。因此當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)快速波動(dòng)的情況下，鎖相環(huán)通過(guò)檢測(cè)電網(wǎng)電壓波動(dòng)信號(hào)，反饋回給網(wǎng)側(cè)變流器電流環(huán)控制器控制網(wǎng)側(cè)變流器端電壓，從而抑制電網(wǎng)電壓的波動(dòng)。

為了更進(jìn)一步的說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例提供的基于雙饋風(fēng)機(jī)的抑制電網(wǎng)電壓快速波動(dòng)的方法及系統(tǒng)，現(xiàn)結(jié)合附圖詳述如下：

如圖1所示，一種雙饋風(fēng)機(jī)系統(tǒng)以及抑制電網(wǎng)電壓快速波動(dòng)的方法，其系統(tǒng)包括：發(fā)電機(jī)、轉(zhuǎn)子側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)電感l(wèi)g、電容c、鎖相環(huán)和信號(hào)處理器。發(fā)電機(jī)將風(fēng)力資源轉(zhuǎn)化為電力傳輸?shù)诫娋W(wǎng)中，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓，并與網(wǎng)側(cè)變流器構(gòu)成背靠背、通過(guò)直流環(huán)節(jié)連接的兩電平pwm變換器，實(shí)現(xiàn)變速恒頻運(yùn)行，網(wǎng)側(cè)變流器lg起到濾波作用，鎖相環(huán)通過(guò)采集電網(wǎng)電壓的幅值與相位提供給轉(zhuǎn)子側(cè)變流器與網(wǎng)側(cè)變流器的控制器，控制雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)跟蹤電網(wǎng)的相位并輸出所需功率，而信號(hào)處理器為本發(fā)明方法的核心，將鎖相環(huán)采集的信號(hào)進(jìn)過(guò)處理，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電壓變化高頻分量的提取，進(jìn)而提供網(wǎng)側(cè)變流器與轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的電流環(huán)控制器的輔助控制信號(hào)，從而可通過(guò)對(duì)網(wǎng)側(cè)變流器與轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的輔助控制信號(hào)控制雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出電壓響應(yīng)并抑制電網(wǎng)電壓的快速波動(dòng)。

如圖2所示，鎖相環(huán)包括：park變換器11、pi控制器12和積分器13。實(shí)現(xiàn)定子電壓定向。其輸入為三相相電壓，輸出為所跟蹤的定子端電壓矢量的相位與電網(wǎng)電壓的幅值。靜止三相坐標(biāo)系與旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系如式(1)所示。其中θp為鎖相環(huán)旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系的相位。

假設(shè)三相相電壓分別為

則通過(guò)式(2)可以得到旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下的分量分別為

當(dāng)θ^p＝ωt+γ時(shí)，顯然有vsq＝0。則此時(shí)θ^p就等于端電壓矢量的相位，而相應(yīng)的則代表了電壓幅值。于是，利用這個(gè)原理構(gòu)造得到的鎖相環(huán)。因此如圖2所示，信號(hào)以跟蹤電網(wǎng)相位為目標(biāo)，通過(guò)pi控制器與積分器可得到電壓的相位，并反饋給park變換器11，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)相位的跟蹤。為信號(hào)處理器所需要提取的信號(hào)，通過(guò)信號(hào)處理器得到電網(wǎng)電壓相應(yīng)的高頻成分的分量用于轉(zhuǎn)子側(cè)變流器與網(wǎng)側(cè)變流器的電流環(huán)輔助控制。

本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制技術(shù)由于大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)情況下，因風(fēng)電資源的隨機(jī)-不確定性波動(dòng)而導(dǎo)致電網(wǎng)電壓受擾快速波動(dòng)的問(wèn)題。本發(fā)明提出的基于雙饋風(fēng)機(jī)的抑制電網(wǎng)電壓快速波動(dòng)的方法最終目標(biāo)是要通過(guò)鎖相環(huán)檢測(cè)電網(wǎng)電壓的快速波動(dòng)信號(hào)，作為雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)與網(wǎng)側(cè)變流器的輔助控制信號(hào)，從而控制轉(zhuǎn)子側(cè)與網(wǎng)側(cè)變流器的輸出電壓抑制電網(wǎng)電壓的快速波動(dòng)，為大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)的電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定提供一種可行的解決方案。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)鎖相環(huán)和檢測(cè)信號(hào)的信號(hào)處理器構(gòu)成生成轉(zhuǎn)子側(cè)與網(wǎng)側(cè)變流器電流環(huán)控制器的輔助控制信號(hào)，分別控制轉(zhuǎn)子側(cè)與網(wǎng)側(cè)變流器的輸出電壓。鎖相環(huán)1通過(guò)檢測(cè)電網(wǎng)電壓得到代表電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理器2分別得到轉(zhuǎn)子側(cè)與網(wǎng)側(cè)變流器的輔助控制信號(hào)irqcon/igqcon控制轉(zhuǎn)子側(cè)與網(wǎng)側(cè)變流器的輸出電壓。

圖2所示為雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)典型的鎖相環(huán)控制器，其檢測(cè)電網(wǎng)三相電壓va、vb、vc后，將其在鎖相環(huán)坐標(biāo)系下通過(guò)進(jìn)行park變換，得到q軸分量和d軸分量q軸分量代表了相位的波動(dòng)量，而d軸分量代表了幅值的波動(dòng)。。鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)包括park變換器11，pi控制器12和積分器13，其中park變換器11用于將電網(wǎng)三相正弦波量向兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換后輸出代表電網(wǎng)相位變化量的q軸分量和代表電網(wǎng)幅值變化量的d軸分量電壓q軸分量通過(guò)pi控制器12得到ω^p，ω^p表示鎖相環(huán)測(cè)到的電網(wǎng)電壓的頻率，再通過(guò)積分器13得到電網(wǎng)電壓相θ^p。

圖3所示為信號(hào)處理器2的具體結(jié)構(gòu)，包含了高通濾波器21，第一誤差放大器22、第二誤差放大器24、第一相位補(bǔ)償器23和第二相位補(bǔ)償器25。將鎖相環(huán)1中所得到的信號(hào)通過(guò)高通濾波器21后得到電網(wǎng)電壓快速波動(dòng)的分量，為了使雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)和網(wǎng)側(cè)變流器分別響應(yīng)電網(wǎng)電壓的快速波動(dòng)的分量，因此需要設(shè)置的兩個(gè)誤差放大器和兩個(gè)相位補(bǔ)償器的參數(shù)均不一樣，從而使電網(wǎng)電壓的快速波動(dòng)分量通過(guò)兩路誤差放大器和相位補(bǔ)償器后，分別得到轉(zhuǎn)子側(cè)和網(wǎng)側(cè)變流器的電流環(huán)輔助控制信號(hào)irqcon和igqcon。

圖4所示為轉(zhuǎn)子側(cè)變流器3，其中包括加法器31，pi調(diào)節(jié)器32，矢量調(diào)制器svm33以及開(kāi)關(guān)電路34。信號(hào)irqcon為信號(hào)處理器2輸出的電流輔助控制信號(hào)，irqref為電流參考指令值，irq為轉(zhuǎn)子電流的q軸分量。當(dāng)電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，由鎖相環(huán)檢測(cè)得到的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)高通濾波器21時(shí)為零，所以irqcon信號(hào)為零，此時(shí)電流環(huán)控制器相當(dāng)于典型的電流環(huán)控制器，irqref與irq經(jīng)過(guò)加法器31得到電流誤差值，經(jīng)過(guò)pi調(diào)節(jié)器32和矢量調(diào)制器svm33得到轉(zhuǎn)子電壓控制信號(hào)控制開(kāi)關(guān)電路34的開(kāi)關(guān)序列；當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生快速波動(dòng)的情況下，irqcon檢測(cè)到電網(wǎng)的電壓快速波動(dòng)成分，從而通過(guò)加法器31作用于電流環(huán)控制支路上，通過(guò)改變電流控制指令，從而改變轉(zhuǎn)子側(cè)變換器輸出的轉(zhuǎn)子電壓的指令值，從而改變同步發(fā)電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)，進(jìn)而使定子輸出電壓發(fā)生改變，抑制電網(wǎng)電壓的快速波動(dòng)。

圖5所示為網(wǎng)側(cè)變流器4，其中包括加法器41，pi調(diào)節(jié)器42，矢量調(diào)制器svm43，以及開(kāi)關(guān)電路44。信號(hào)igqcon為信號(hào)處理器2輸出的網(wǎng)側(cè)變流器電流輔助控制信號(hào)，igqref為電流參考指令值，igq為轉(zhuǎn)子電流的q軸分量。當(dāng)電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，由鎖相環(huán)檢測(cè)得到的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)高通濾波器21時(shí)為零，所以igqcon信號(hào)為零，此時(shí)電流環(huán)控制器相當(dāng)于典型的電流環(huán)控制器，igqref與igq經(jīng)過(guò)加法器41得到電流誤差值，經(jīng)過(guò)pi調(diào)節(jié)器42和矢量調(diào)制器svm43得到網(wǎng)側(cè)變流器電壓控制信號(hào)控制開(kāi)關(guān)電路44的開(kāi)關(guān)序列；當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生快速波動(dòng)的情況下，igqcon檢測(cè)到電網(wǎng)的電壓快速波動(dòng)成分，從而通過(guò)加法器41作用于電流環(huán)控制支路上，通過(guò)改變電流控制指令，從而改變網(wǎng)側(cè)變流器輸出電壓的指令值，抑制電網(wǎng)電壓的快速波動(dòng)。

本發(fā)明提供了一種雙饋風(fēng)機(jī)系統(tǒng)以及抑制電網(wǎng)電壓快速波動(dòng)的方法，包括下述步驟：

第一步，首先鎖相環(huán)采集電網(wǎng)電壓信號(hào)得到代表電網(wǎng)電壓幅值的d軸分量

第二步，將通過(guò)信號(hào)處理器的高通濾波器得到電網(wǎng)電壓幅值的高頻分量，再通過(guò)信號(hào)處理器的兩路誤差放大器與相位補(bǔ)償器，得到轉(zhuǎn)子側(cè)與網(wǎng)側(cè)變流器的電流環(huán)控制器的輔助控制信號(hào)；

第三步，通過(guò)信號(hào)處理器得到的輔助控制信號(hào)，與轉(zhuǎn)子側(cè)與網(wǎng)側(cè)變流器的電流環(huán)控制回路一起構(gòu)成了閉環(huán)控制雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出電壓快速變化響應(yīng)電網(wǎng)電壓的快速波動(dòng)，進(jìn)而抑制電網(wǎng)電壓的快速波動(dòng)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，對(duì)大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)情況下，由于雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)自身控制的缺陷與電網(wǎng)慣量的減小導(dǎo)致的電網(wǎng)電壓快速波動(dòng)問(wèn)題，具有比較好的抑制效果，從原理上來(lái)看簡(jiǎn)單易懂，從實(shí)現(xiàn)與經(jīng)濟(jì)上考慮，在不改變雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)現(xiàn)有控制策略的情況下，只需要通過(guò)添加輔助控制模塊產(chǎn)生相應(yīng)的輔助控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)抑制電網(wǎng)電壓的快速波動(dòng)，相對(duì)于通過(guò)接入其他設(shè)備比如statcom等用于維持電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定，相比較而言本發(fā)明方法是具有很好的經(jīng)濟(jì)性與可實(shí)現(xiàn)性。

本發(fā)明提出的基于雙饋風(fēng)機(jī)的抑制電網(wǎng)電壓快速波動(dòng)的方法，具有很好的經(jīng)濟(jì)性與易操作性。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。