[發明專利]一種基于雙矢量諧振調節雙饋異步風力發電機的控制方法

有效

• 申請號: 201310042513.4
• 申請日: 2013-01-31
• 公開（公告）號: CN103117699A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 年珩
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/14;H02J3/01
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明屬于風力發電控制技術領域，具體涉及一種基于雙矢量諧振調節雙饋異步風力發電機的控制方法。

背景技術

風能作為一種清潔的可再生能源，近年來受到世界各國的高度重視。風能蘊藏量巨大，隨著風能的開發利用，全球的風力發電連續多年來保持快速、持續的增長。雙饋異步風力發電機由于其本身的恒速變頻運行能力，所需變流器容量僅占機組容量30％左右以及四象限運行能力等優點而得到廣泛應用。然而，運行于不平衡及諧波畸變等惡劣電網電壓條件下的DFIG(雙饋異步風力發電機)機組將表現出定子電流畸變及不平衡，輸出有功、無功功率震蕩以及電磁轉矩震蕩等若干運行性能惡化。所述的性能指標惡化將對大規模風力并網發電的穩定可靠運行造成極大危害，甚至進而威脅到電網本身的可靠穩定運行。此外，電磁轉矩震蕩將對DFIG風力機，齒輪箱等機械部件造成損傷故障，從而增加維護維修等發電成本。因此，探討運行于不平衡及諧波畸變等惡劣電網電壓條件下的DFIG電機轉子側變流器的控制技術，以期消除由此所引入的不良影響是具有十分積極意義的。僅考慮電網電壓不平衡情況或者僅考慮電網電壓諧波畸變的情況的DFIG電機轉子側變流器控制技術均已日臻成熟。而國內外已經興起了在考慮電網電壓不平衡及諧波畸變同時出現的條件下對電機轉子側變流器控制技術的研究。

在弱電網電壓條件下，Hailiang?Xu，Jiabing?Hu和Yikang?He在標題為Integrated?Modeling?and?Enhanced?Control?of?DFIG?Under?Unbalanced?and?Distorted?Grid?Voltage?Conditions(IEEE?Trans.Energy?Conversion.，vol.27，no.3，pp.725-736，Sep.2012)的文獻中提出了一種基于負序及諧波分量提取的矢量定向控制方法，該方法的核心思想是電網電壓，定子電流及轉子電流中的負序，5次諧波及7次諧波分量分別提取，并將此提取結果作為計算不同控制目標下的轉子電流參考值的依據。更值得注意的是，負序及5次，7次諧波提取過程需要使用陷波器，而不同控制目標下的轉子電流參考值計算也相當復雜，這兩個步驟將耗費大量計算時間及軟件代碼空間，上述方法的實現原理如圖1所示。DFIG的轉子側變流器采用比例積分雙諧振調節器分別對轉子電流基頻分量，負序分量及5、7次諧波分量作獨立控制；但為實現對上述各個分量的獨立調節，必須首先根據不同控制目標獲得轉子電流參考值，其處理過程是：利用三個電壓霍爾傳感器(5)采集三相定子電壓信號U_sabc，利用三個電流霍爾傳感器(4)采集三相轉子電流信號I_rabc；采集得到的三相定子電壓信號U_sabc和三相轉子電流信號I_rabc分別經過靜止三相/二相坐標變換模塊(10、6)，得到包含正序、負序、5次、7次諧波分量的定子電壓綜合矢量U_sαβ和轉子電流綜合矢量I_rαβ；將上述定子電壓綜合矢量U_sαβ和轉子電流綜合矢量I_rαβ分別通過正轉同步速旋轉坐標變換模塊(11)與正轉轉子速旋轉坐標變換模塊(13)，得到在弱電網電壓條件下的正轉同步速旋轉坐標系中含有直流量，兩倍頻2ω₁與六倍頻6ω₁交流之和的定子電壓綜合矢量和轉子電流綜合矢量然后采用2ω₁頻率陷波器與6ω₁頻率陷波器(12、14)來濾除和中2ω₁與6ω₁的交流成分，從而獲得定子電壓與轉子電流中的正序分量和(直流量)；類似地，將定子電壓綜合矢量U_sαβ和轉子電流綜合矢量I_rαβ分別通過反轉同步速旋轉坐標變換模塊(11)與反轉轉子速旋轉坐標變換模塊(13)，得到在弱電網電壓條件下的反轉同步速旋轉坐標系中含有直流量，兩倍頻2ω₁，四倍頻4ω₁，八倍頻8ω₁交流之和的定子電壓綜合矢量和轉子電流綜合矢量然后采用2ω₁頻率陷波器，4ω₁頻率陷波器與8ω₁頻率陷波器(12、14)來濾除和中2ω₁，4ω₁與8ω₁的交流成分，從而獲得定子電壓與轉子電流中的負序分量和(直流量)；類似地，將定子電壓綜合矢量U_sαβ和轉子電流綜合矢量I_rαβ分別通過五倍反轉同步速旋轉坐標變換模塊(11)與五倍反轉轉子速旋轉坐標變換模塊(13)，得到在弱電網電壓條件下的五倍反轉同步速旋轉坐標系中含有直流量，四倍頻4ω₁，六倍頻6ω₁，十二倍頻12ω₁交流之和的定子電壓綜合矢量和轉子電流綜合矢量然后采用4ω₁頻率陷波器，6ω₁頻率陷波器與12ω₁頻率陷波器(12、14)來濾除和中4ω₁，6ω₁與12ω₁的交流成分，從而獲得定子電壓與轉子電流中的5次諧波分量和(直流量)；類似地，將定子電壓綜合矢量U_sαβ和轉子電流綜合矢量I_rαβ分別通過七倍正轉同步速旋轉坐標變換模塊(11)與七倍正轉轉子速旋轉坐標變換模塊(13)，得到在弱電網電壓條件下的七倍正轉同步速旋轉坐標系中含有直流量，六倍頻6ω₁，八倍頻8ω₁，十二倍頻12ω₁交流之和的定子電壓綜合矢量和轉子電流綜合矢量然后采用6ω₁頻率陷波器，8ω₁頻率陷波器與12ω₁頻率陷波器(12、14)來濾除和中6ω₁，8ω₁與12ω₁的交流成分，從而獲得定子電壓與轉子電流中的7次諧波分量和(直流量)；在提取電網電壓和轉子電流正序，負序，5次及7次諧波分量的基礎上，根據弱電網電壓條件下的不同控制目標由轉子電流指令計算模塊計算獲得轉子電流指令的正序，負序，5次及7次諧波分量將上述轉子電流指令中的分量分別通過二倍正向同步速，六倍正向同步速，六倍反向同步速旋轉坐標變換模塊(16、17、18)得到在正向同步速旋轉坐標系中的(2ω₁交流量)，(6ω₁交流量)與(6ω₁交流量)，并和做加和運算之后得到正向同步速旋轉坐標系中的轉子電流參考值(包含直流量，2ω₁交流量，6ω₁交流量)。將轉子電流參考值與正轉同步速旋轉坐標系中的轉子電流綜合矢量反饋信號相比較獲得誤差信號，然后采用比例積分雙諧振調節器(19)對誤差信號做比例積分雙諧振調節，調節得到信號經反饋補償解耦模塊補償解耦(20)得到正轉同步速旋轉坐標系中的轉子電壓參考值通過旋轉坐標變換模塊(21)轉換得到定子坐標系中的轉子電壓參考值，也即是空間矢量脈寬調制(SVPWM)模塊的參考信號經過SVPWM調制(2)獲得轉子側變換器(1)的開關信號以控制DFIG運行，實現在弱電網電壓下DFIG在正向同步速旋轉坐標系下的轉子電流比例積分雙諧振控制，達到所要求的控制目標。此外，該方法采用軟件鎖相環(PLL)對電網電壓的頻率和相位進行檢測，轉子速度和位置采用編碼器測定，為定、轉子電壓電流采集信號實現各個坐標旋轉變換提供依據。