一种双馈风电系统不对称高电压故障穿越控制方法

专利类型：发明专利 

语 言：中文 

申 请 号：CN201610390859.7 

申 请 日：20160604 

发 明 人：姚骏尹潇郭利莎曾欣谭义 

申 请 人：重庆大学 

申请人地址：400044 重庆市沙坪坝区沙正街174号 

公 开 日：20180413 

公 开 号：CN105958534B 

代 理 人：李海华 

代理机构：重庆博凯知识产权代理有限公司 50212 

摘　　要：本发明公开了一种双馈风电系统不对称高电压故障穿越控制方法，本方法在电网电压不对称骤升故障下，分别对双馈风电系统串联网侧变换器、并联网侧变换器以及转子侧变换器进行控制。本方法实现了电网电压不对称骤升下双馈风电系统定子端电压维持不变并抑制定子磁链暂态直流分量、发电机定转子电压和电流平衡、系统总输出有功或无功功率无波动以及为电网电压不对称骤升故障电网提供动态无功支持的控制目标，保证了双馈风力发电系统的安全稳定运行并提高了系统所并电网的电能质量。 

主 权 项：一种双馈风电系统不对称高电压故障穿越控制方法，其特征在于，本方法涉及电网电压不对称骤升故障下对双馈风电系统串联网侧变换器、并联网侧变换器以及转子侧变换器的控制，各变换器的控制方法分别为：A)串联网侧变换器的控制方法为：A1)利用电压传感器采集电网三相电压u_gabc、双馈感应发电机定子三相电压u_sabc及直流母线电压U_dc的信号；A2)利用电流传感器采集双馈感应发电机定子三相电流i_sabc的信号；A3)利用锁相功能部件取得u_gabc的电网正序电压电角度θ_g和同步电角速度ω_s；A4)将步骤A1)采集到的u_sabc及步骤A2)采集到的i_sabc分别经静止三相abc坐标轴系到静止两相αβ坐标轴系的恒功率坐标变换，得静止两相αβ坐标轴系下的定子电压信号u_sαβ和电流信号i_sαβ；A5)采用电网正序电压d轴定向方式，将步骤A3)所得θ_g和步骤A4)所得u_sαβ经过静止两相αβ坐标轴系到正向及反向同步角速度旋转坐标轴系的恒功率变换，得到定子电压在正向及反向同步角速度旋转坐标轴系下的d、q轴分量，即：u_sdp、u_sqp、u_sdn、u_sqn；A6)将步骤A4)所得u_sαβ、i_sαβ经磁链观测器得定子磁链暂态直流分量在静止两相αβ坐标轴系下的α、β轴分量，即：ψ_sαDC、ψ_sβDC；A7)串联网侧变换器采用电压闭环来实现对定子电压正序、负序分量及定子磁链暂态直流分量的控制，在电网正序电压定向方式下串联网侧变换器对各分量的控制电压方程如下：$\left\{\begin{array}{c}{u}_{scdp}=\left[K_{p1}({\tau }_{i1}s+1){\tau }_{i1}s\right](U_m-u_{sdp})\\ u_{scqp}=\left[K_{p1}({\tau }_{i1}s+1){\tau }_{i1}s\right](0-u_{sqp})\\ u_{scdn}=\left[K_{p2}({\tau }_{i2}s+1){\tau }_{i2}s\right](0-u_{sdn})\\ u_{scqn}=\left[K_{p2}({\tau }_{i2}s+1){\tau }_{i2}s\right](0-u_{sqn})\\ u_{sc\alpha \psi }=\left[K_{p3}({\tau }_{i3}s+1){\tau }_{i3}s\right](0-{\psi }_{s\alpha DC})\\ u_{sc\beta \psi }=\left[K_{p3}({\tau }_{i3}s+1){\tau }_{i3}s\right](0-{\psi }_{s\beta DC})\end{array}\right.$其中，u_scdp、u_scqp及u_scdn、u_scqn分别为电网正序电压定向方式下串联网侧变换器对定子电压正序及负序分量的控制电压d、q轴分量，u_scαψ、u_scβψ分别为串联网侧变换器对定子磁链暂态直流分量的控制电压α、β轴分量，K_p1、K_p2、K_p3和τ_i1、τ_i2、τ_i3分别为PI控制器的比例系数和积分时间常数；U_m为正常运行时定子电压矢量的幅值；A8)将步骤A3)所得θ_g和步骤A7)所得u_scdp、u_scqp和u_scdn、u_scqn经正向和反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坐标轴系下串联网侧变换器对定子电压正、负序分量的控制电压，即u_scαp、u_scβp和u_scαn、u_scβn；A9)将步骤A7)所得u_scαψ、u_scβψ加上步骤A8)所得u_scαp、u_scβp和u_scαn、u_scβn构成静止两相αβ坐标轴系下串联网侧变换器的控制电压u_scα、u_scβ，即：$\left\{\begin{array}{c}{u}_{sc\alpha }=u_{sc\alpha p}+u_{sc\alpha n}+u_{sc\alpha \psi }\\ u_{sc\beta }=u_{sc\beta p}+u_{sc\beta n}+u_{sc\beta \psi }\end{array}\right.$A10)将步骤A9)所得u_scα、u_scβ和步骤A1)所得U_dc经空间矢量脉宽调制产生串联网侧变换器的PWM驱动信号；B)并联网侧变换器的控制方法为：B1)利用电流传感器采集并联网侧变换器的三相进线电流信号i_gabc；B2)将步骤A1)采集到的u_gabc及步骤B1)采集到的i_gabc经静止三相abc坐标系到静止两相αβ坐标轴系的恒功率变换，得静止两相αβ坐标轴系下电网电压u_gαβ、并联网侧变换器的进线电流i_gαβ；B3)采用电网正序电压d轴定向，将步骤A3)所得θ_g、步骤A4)所得i_sαβ及步骤B2)所得u_gαβ、i_gαβ经静止两相αβ坐标轴系到正向及反向同步角速度旋转坐标轴系的恒功率变换，得双馈感应发电机定子电流、电网电压及并联网侧变换器进线电流在电网正序电压定向的正向及反向同步角速度旋转坐标轴系下的d、q轴分量，即：i_sdqp、u_gdqp、u_gdqn、i_gdqp、i_gdqn；B4)直流母线电压给定值设定为将步骤A1)所得U_dc与的差值经PI调节器进行调节，得流经并联网侧变换器的平均有功功率给定值即：$P_{g\_av}^{*}=[K_{pu}({\tau }_{iu}s+1)/{\tau }_{iu}s](U_{dc}^{*}-U_{dc})·U_{dc}^{*}$其中，K_pu和τ_iu分别为PI调节器的比例系数和积分时间常数；B5)将步骤B3)所得u_gdqp、u_gdqn及i_sdqp送入串联网侧变换器功率计算模块，得串联网侧变换器有功功率二倍频脉动分量，即：P_{sc_cos2}、P_{sc_sin2}；B6)并联网侧变换器无功功率给定值设定为将步骤B3)所得u_gdqp、u_gdqn、步骤B4)所得步骤B5)所得P_{sc_cos2}、P_{sc_sin2}及经并联网侧变换器电流参考值计算模块计算，得并联网侧变换器的参考电流指令值，即：B7)将步骤B3)所得i_gdqp、i_gdqn与步骤B6)所得的差值经PI调节器进行调节得到B8)将步骤B3)所得u_gdqp、u_gdqn及步骤B7)所得分别加上d、q轴控制电压的补偿分量得到并联网侧变换器的电网正序电压定向的正向及反向同步角速度旋转坐标轴系下的控制电压u_gdqp、u_gdqn；B9)将步骤A3)所得θ_g和步骤B8)所得u_gdqp、u_gdqn经正向及反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后求和，得静止两相αβ坐标轴系下并联网侧变换器的控制电压u_gαβ；B10)将步骤B9)所得u_gαβ和步骤A1)所得U_dc经空间矢量脉宽调制，得并联网侧变换器的PWM驱动信号；C)转子侧变换器的控制方法为：转子侧变换器采用传统矢量控制策略，其控制电压和直流母线电压U_dc通过空间矢量脉宽调制产生转子侧变换器的PWM驱动信号；其功率外环的有功功率给定值P_max根据并联网侧变换器最大输出负序电流能力适当调整，其电流环的无功电流给定值i_rqmax经转子侧变换器无功电流给定值计算模块计算得到。 

关 键 词：不对称;双馈风电系统;电网电压;高电压故障;双馈风力发电系统;并联网侧变换器;串联网侧变换器;发电机定转子;转子侧变换器;穿越;定子端电压;安全稳定;电流平衡;定子磁链;动态无功;控制目标;无功功率;暂态直流;电网;总输出;有功;保证 

法律状态：授权 

IPC专利分类号：H02J3/38(2006.01)I,H02J3/16(2006.01)I,H02P9/10(2006.01)I,H02P101/15(2015.01)N,H02P21/12(2016.01)N