[發明專利]變速恒頻雙饋風力發電系統電網電流的諧波抑制方法

有效

• 申請號: 200910068946.0
• 申請日: 2009-05-20
• 公開（公告）號: CN101895118A
• 公開（公告）日: 2010-11-24
• 發明（設計）人: 孟永慶;侯立軍;周玲玲;張永斌
• 申請（專利權）人: 天津瑞能電氣有限公司
• 主分類號: H02J3/01
• 分類號: H02J3/01
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王來佳

技術領域

本發明屬于風力發電領域，尤其是一種變速恒頻雙饋風力發電系統電網電流的諧波抑制方法。

背景技術

針對當前能源危機和環境污染問題的日益嚴重，作為可再生能源的風力發電在世界范圍內得到了迅猛的發展。為使風力機在大的風速范圍內按最佳效率運行，現代大型風力發電系統均采用變速恒頻發電運行方式，其采用的發電機主要有兩種類型：一種是雙饋感應發電機(DFIG)，另一種是永磁同步發電機，由于雙饋式風力發電系統的功率變流器容量較小(通常為25％～40％)，損耗也較小，已成為目前大功率風力發電的主流機型。雙饋異步發電機的結構與繞線式感應電機相類似，在電機的設計和制造過程中，由于電機繞組、氣隙和齒槽等非線性因素的影響，即使轉子通三相平衡正弦電流，發電機定子電流中也會包含不同程度的由電機固有諧波特性產生的諧波電流分量，另外，通常風力發電系統輸入電網電壓三相平衡，但是也會包含少量的低次諧波，對于大功率雙饋發電機而言，即使該低次諧波較小，也會在電機定子回路中產生較大諧波電流分量。當采用功率變流器控制雙饋發電機進入正常并網發電狀態時，如圖1所示，電網電流由定子電流和網側逆變器交流側電流組成，因此定子回路的諧波電流將流入電網，給電網造成諧波污染，尤其是風力發電系統在次同步轉差率較高情況下，由于低次轉差諧波較大，而基波有功電流較小，故電網電流的總諧波畸變較大，波形較差，同時，當風力發電系統接入變壓器容量較小時，較大的電網電流諧波除了會增加線路和變壓器損耗外，還會引起輸入電網電壓畸變，進一步惡化風力發電系統的控制性能。因此，迫切需要一種能夠有效抑制變速恒頻雙饋風力發電系統電網電流諧波的方法。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提出一種變速恒頻雙饋風力發電系統電網電流的諧波抑制方法，該方法在變速恒頻雙饋風力發電系統中輸入電網電壓三相平衡的情況下，能夠有效地抑制電網電流中由電網電壓諧波和雙饋發電機結構引起的諧波電流分量，提高了雙饋風力發電系統的控制性能。

本發明解決其技術問題是采取以下技術方案實現的：

一種變速恒頻雙饋風力發電系統電網電流的諧波抑制方法，包括以下步驟：

(1)采集定子磁鏈定向的同步旋轉坐標系下的dq軸分量；

(2)在系統穩態時采集定子磁鏈定向的同步旋轉坐標系下的dq軸分量參考值；

(3)按下述公式提取電網中的交流諧波電流分量：

ILD_H＝ILD-IGD_REF-ISD_REF

ILQ_H＝ILQ-IGQ_REF-ISQ_REF

式中：ILD_H和ILQ_H為電網中的交流諧波電流分量，ILD和ILQ為電網電流dq軸分量，IGD_REF和IGQ_REF為網側逆變器交流側電流dq軸分量參考值，ISD_REF和ISQ_REF為雙饋發電機定子電流dq軸分量參考值；

(4)根據電網中的交流諧波電流分量所含低次諧波的幅值大小和正負序情況，消除電網電流中包含的正序低次諧波和負序低次諧波，得到為抑制各次諧波電流所需加入的網側逆變器諧波電流參考值；

(5)將各次網側逆變器諧波電流參考值求和得到為抑制各次諧波電流所需加入的網側逆變器諧波電流的總參考值，然后將其加入到網側逆變器交流側電流dq軸分量參考值中，通過網側逆變器的電流閉環控制，產生相反的電流諧波來消除電網電流中已有的諧波電流。

而且，所述的采集定子磁鏈定向的同步旋轉坐標系下的dq軸分量的方法如下：

(1)讀取電網電流、網側逆變器交流側電流、雙饋發電機轉子電流、電網輸入三相電壓、變頻器直流電壓和轉子位置檢測角；

(2)將三相電網電壓瞬時值送入數字鎖相環中，得到電網電壓相位角、定子磁鏈相位角，并通過下述公式計算轉差角度：

σ_R＝γ-ρ_G

式中：σ_R為轉差角度，γ為定子磁鏈相位角，ρ_G為轉子位置檢測角；

(3)將網側逆變器交流側電流和電網電流按照定子磁鏈相位角進行旋轉變換，將雙饋發電機轉子電流按照轉差角度進行旋轉變換，分別得到定子磁鏈定向的同步旋轉坐標系下的dq軸分量：電網電流dq軸分量ILD和ILQ，網側逆變器交流側電流dq軸分量IGD和IGQ，雙饋發電機轉子電流dq軸分量IRD和IRQ。