一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電網(wǎng)電壓不平衡驟升的無(wú)功功率控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)是一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電網(wǎng)電壓不平衡驟 升的無(wú)功功率控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)是目前兆瓦級(jí)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主流機(jī)型，電網(wǎng)電壓驟升 情況下無(wú)功功率脈動(dòng)是當(dāng)前雙饋機(jī)組研宄的主要目標(biāo)之一。為了適應(yīng)電網(wǎng)導(dǎo)則，風(fēng)力發(fā)電 機(jī)組必須具有一定的高電壓穿越能力，例如澳大利亞提出的高電壓穿越準(zhǔn)則，當(dāng)高壓側(cè)電 網(wǎng)電壓驟升至額定電壓的130%時(shí)，風(fēng)電機(jī)組應(yīng)維持60ms不脫網(wǎng)，而電網(wǎng)電壓驟升期間，無(wú) 功功率將產(chǎn)生很大的脈動(dòng)，如果不對(duì)其進(jìn)行控制，將會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0003] 現(xiàn)有的對(duì)稱電網(wǎng)電壓驟升通常采用向電網(wǎng)注入正序感性無(wú)功功率，如果僅注入 正序感性的無(wú)功電流，特別是在分布式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，風(fēng)電場(chǎng)接入弱電網(wǎng)或風(fēng)電場(chǎng)位于 電網(wǎng)末端，當(dāng)電網(wǎng)電壓阻抗較大時(shí)，將會(huì)使并網(wǎng)點(diǎn)三相電壓都減小，只影響并網(wǎng)點(diǎn)的正序電 壓，而負(fù)序電壓并沒(méi)有發(fā)生改變，會(huì)造成未發(fā)生故障驟升的相電壓過(guò)補(bǔ)償，導(dǎo)致相應(yīng)沒(méi)有驟 升相的電壓降低，發(fā)電機(jī)定子端電壓的不對(duì)稱度變大，加劇相角跳變，同時(shí)增加定子側(cè)無(wú)功 功率脈動(dòng)。
[0004] 目前文獻(xiàn)主要集中于對(duì)稱電網(wǎng)電壓驟升下無(wú)功功率控制，例如：徐海亮，章瑋，陳 建生，孫丹，賀益康.考慮動(dòng)態(tài)無(wú)功支持的雙饋風(fēng)電機(jī)組高電壓穿越控制策略[J].中國(guó)電 機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013, 33(36) 討論電網(wǎng)電壓對(duì)稱驟升時(shí)雙饋風(fēng)電機(jī)組網(wǎng)側(cè)和轉(zhuǎn)子 側(cè)變流器有功、無(wú)功功率的分配原則，提出一種能有效提供動(dòng)態(tài)無(wú)功支持的高電壓穿越實(shí) 現(xiàn)方案。但是不對(duì)稱電網(wǎng)電壓驟升無(wú)功功率脈動(dòng)量與對(duì)稱驟升下無(wú)功功率脈動(dòng)量不同，導(dǎo) 致對(duì)稱電網(wǎng)電壓驟升下的無(wú)功功率控制策略不能有效抑制不對(duì)稱電網(wǎng)電壓驟升下的功率 脈動(dòng)。
[0005] 而對(duì)于不對(duì)稱電網(wǎng)電壓驟升雙饋電機(jī)組控制相關(guān)文獻(xiàn)也僅限于謝震，張興，楊淑 英，等.電網(wǎng)電壓不對(duì)稱驟升下雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)改進(jìn)控制策略[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)， 2013,33(15) :109-118.但是其并沒(méi)有考慮雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)在無(wú)功功率下的控制策略。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提出了一種新型的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)在電網(wǎng) 電壓不對(duì)稱驟升下無(wú)功功率優(yōu)化控制方法，以期能控制定子電流和正負(fù)序無(wú)功功率分配， 從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓不對(duì)稱度和無(wú)功功率脈動(dòng)抑制的復(fù)合控制目標(biāo)。
[0007] 本發(fā)明為解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案：
[0008] 本發(fā)明一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電網(wǎng)電壓不平衡驟升的無(wú)功功率控制方法，所述雙 饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組包括：轉(zhuǎn)子側(cè)變流器、雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)、電網(wǎng)和處理器模塊；所述處理器模 塊包括：鎖相環(huán)、PR調(diào)節(jié)器、第一PI調(diào)節(jié)器、第二PI調(diào)節(jié)器和SVPWM模塊；所述電網(wǎng)通過(guò)輸 電線路與所述雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定子相連；所述雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過(guò)輸電線路與轉(zhuǎn) 子側(cè)變流器相連；其特點(diǎn)是，所述無(wú)功功率優(yōu)化控制方法按如下步驟進(jìn)行：
[0009] 步驟1、當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生不對(duì)稱驟升時(shí)，分別檢測(cè)所述雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定子側(cè)三 相電壓usab。、定子側(cè)三相電流isab。、轉(zhuǎn)子側(cè)三相電流iMb。和轉(zhuǎn)子電角度0p并傳遞給所述處 理器模塊；
[0010] 步驟2、所述處理器模塊利用所述鎖相環(huán)將所述定子側(cè)三相電壓usab。解耦成正序 定子電壓《丨和負(fù)序定子電壓K，所述正序定子電壓<的幅值為R+，所述負(fù)序定子電壓t的 幅值為并利用式（1)和式（2)分別將所述正序定子電壓 < 和所述負(fù)序定子電壓分量（ 進(jìn)行分解；
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電網(wǎng)電壓不平衡驟升的無(wú)功功率控制方法，所述雙饋風(fēng)力發(fā) 電機(jī)組包括：轉(zhuǎn)子側(cè)變流器、雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)、電網(wǎng)和處理器模塊；所述處理器模塊包括： 鎖相環(huán)、PR調(diào)節(jié)器、第一 PI調(diào)節(jié)器、第二PI調(diào)節(jié)器和SVPWM模塊；所述電網(wǎng)通過(guò)輸電線路 與所述雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定子相連；所述雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過(guò)輸電線路與轉(zhuǎn)子側(cè)變 流器相連；其特征是，所述無(wú)功功率優(yōu)化控制方法按如下步驟進(jìn)行： 步驟1、當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生不對(duì)稱驟升時(shí)，分別檢測(cè)所述雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定子側(cè)三相電 壓Usab。、定子側(cè)三相電流isab。、轉(zhuǎn)子側(cè)三相電流iMb。和轉(zhuǎn)子電角度Θ p并傳遞給所述處理器 豐吳塊； 步驟2、所述處理器模塊利用所述鎖相環(huán)將所述定子側(cè)三相電壓Usab。解耦成正序定子 電壓 <和負(fù)序定子電壓（，所述正序定子電壓《丨的幅值為tC，所述負(fù)序定子電壓的幅 值為并利用式（1)和式（2)分別將所述正序定子電壓〃丨和所述負(fù)序定子電壓分量（ 進(jìn)行分解；
式⑴中，wI/表示正序定子sd+軸電壓，<表示正序定子sq+軸電壓； 式⑵中，6表示負(fù)序定子sd-軸電壓，< 表示負(fù)序定子sq_軸電壓； 步驟3、所述處理器模塊將檢測(cè)到的定子側(cè)三相電流isab。按式（3)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的 坐標(biāo)變換，得到正序同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系dq+下定子電流isdq+和負(fù)序同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系dq-下定 子電流i sd(r:
式（3)中，R( Θ s)表示正序坐標(biāo)系變換，并有：
式（4)中W (- Θ s)表示負(fù)序坐標(biāo)系變換，并有：
式（3)和（4)中，03為同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系與兩相靜止坐標(biāo)系α β之間的夾角； 利用式（6)對(duì)i^+和i __進(jìn)行分解：
式（6)中，isd+為正序定子sd+軸電流，isq+為正序定子sq+軸電流；isd_為負(fù)序定子 sd-軸電流，isq_為負(fù)序定子sq-軸電流； 步驟4、將所述定子電壓正序分量R+輸入所述第一 PI調(diào)節(jié)器獲得定子無(wú)功電流13;將 所述定子電壓負(fù)序分量輸入第二PI調(diào)節(jié)器獲得正序無(wú)功功率指令值這與總無(wú)功功率 指令值Q#之比k; 利用式（7)獲得所述正序無(wú)功功率ρ丨：
式⑵中，Usd+表示所述正序定子Sd+軸電壓4的幅值；Usq+示所述正序定子sq+軸電 壓W^的幅值；Isd+表示所述正序定子Sd+軸電流i sd+的幅值；I sq+示所述正序定子sq+軸電 流iS(1+的幅值； 利用式（8)獲得負(fù)序無(wú)功功率
式⑶中，Usd_表示所述負(fù)序定子sd-軸電壓Mfd的幅值；Ustr表示所述負(fù)序定子sq-軸 電壓的幅值；Isd^表示所述負(fù)序定子sd-軸電流isd_的幅值；Istr表示所述負(fù)序定子sq-軸 電流iS(r的幅值； 利用式（9)獲得所述總無(wú)功功率(T:
步驟5、定子電流指令值計(jì)算： 利用式（10)獲得正序sd+軸定子電流指令值Z=+和正序sq+軸定子電流指令值<+;
式（10)中，η表示電網(wǎng)電壓不對(duì)稱度，即負(fù)序定子電壓（的幅值與正序定子電壓< 的幅值為L(zhǎng)之比，，表示正序有功功率指令值，并有：
利用式（12)獲得負(fù)序sd-軸定子電流指令值和負(fù)序sq-軸定子電流指令值?_;
式（12)中，表示負(fù)序有功功率指令值，并有：
步驟6、轉(zhuǎn)子電流指令值計(jì)算： 利用式（14)獲得正序rd+軸轉(zhuǎn)子電流指令值匕和正序rq+軸轉(zhuǎn)子電流指令值'：
I 式（14)中，表示所述正序定子電壓《丨的標(biāo)量值，LS表示定子電感值，Lm表示定子與 轉(zhuǎn)子之間的互感值，為同步旋轉(zhuǎn)角頻率； 利用式（15)獲得負(fù)序rd-軸轉(zhuǎn)子電流指令值匕和負(fù)序rq-軸轉(zhuǎn)子電流指令值匕：
式（15)中，表示所述負(fù)序定子電壓K的幅值； 步驟7、利用式（16)對(duì)所述轉(zhuǎn)子電流指令值進(jìn)行坐標(biāo)變換：
式（16)中，表示正序兩相靜止坐標(biāo)系α β+下轉(zhuǎn)子電流，/,?為負(fù)序兩相靜止坐標(biāo) 系α β-下轉(zhuǎn)子電流，并有：
步驟8、利用式（18)獲得兩相靜止坐標(biāo)系α β下轉(zhuǎn)子電流指令值
步驟9、將所述轉(zhuǎn)子側(cè)三相電流irab。進(jìn)行坐標(biāo)變換得到，再將以所述轉(zhuǎn) 子電角度吣進(jìn)行旋轉(zhuǎn)獲得兩相靜止坐標(biāo)系α β下轉(zhuǎn)子電流Lafi; 步驟10、利用式（19)獲得轉(zhuǎn)子電流差值
步驟11、將所述轉(zhuǎn)子電流差值輸入到所述PR調(diào)節(jié)器中，獲得轉(zhuǎn)子電壓Δ Ur a e;將 所述轉(zhuǎn)子電壓所述負(fù)的轉(zhuǎn)子電角度Θ 行旋轉(zhuǎn)后輸入到所述SVPWM模塊中獲得 PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以所述PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)對(duì)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)所述雙饋風(fēng)力發(fā)電 機(jī)組電網(wǎng)電壓不平衡驟升的無(wú)功功率控制方法。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電網(wǎng)電壓不平衡驟升的無(wú)功功率控制方法，其特征是按如下步驟進(jìn)行：1、雙饋電機(jī)定子電壓的正負(fù)序解耦；2、定子無(wú)功電流的計(jì)算；3、正序無(wú)功功率在總無(wú)功功率中的比例計(jì)算；4、轉(zhuǎn)子電流指令值的計(jì)算及合成；5、轉(zhuǎn)子電流閉環(huán)控制。本發(fā)明能控制定子電流和正負(fù)序無(wú)功功率分配，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓不對(duì)稱度和無(wú)功功率脈動(dòng)抑制的復(fù)合控制目標(biāo)。
【IPC分類】H02J3-18
【公開(kāi)號(hào)】CN104538978
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510030500
【發(fā)明人】謝震, 李厚濤, 張興, 楊淑英, 劉坤
【申請(qǐng)人】合肥工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2015年1月21日