[發(fā)明專利]一種無磁鏈觀測的雙饋風機低電壓穿越的控制方法及系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2015-06-01
• 公開（公告）號: CN104868497B
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發(fā)明（設計）人: 鄒旭東;朱東海;黃清軍;康勇
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 廖盈春

技術領域

本發(fā)明屬于雙饋風機技術領域，更具體地，涉及一種無磁鏈觀測的雙饋風機低電壓穿越的控制方法及系統(tǒng)。

背景技術

隨著電網(wǎng)中風電滲透率的提高，低電壓穿越能力已成為風電機組并網(wǎng)的必備要求，即：在電網(wǎng)發(fā)生故障期間，風電機組能保持不脫網(wǎng)持續(xù)運行，并能在規(guī)定時間內向電網(wǎng)提供無功支撐。在各種機型中，雙饋風機(Doubly fed induction generator，DFIG)因其變速恒頻運行且勵磁變流器容量小等優(yōu)點而成為主力機型，但其低電壓穿越難度要遠高于其它機組。這是由于電網(wǎng)故障時的轉子側感應電動勢(Electromotive force，EMF)會遠高于直流母線電壓，轉子側變流器(Rotor-side converter，RSC)無法輸出足夠高的電壓來維持對雙饋風機的控制。

就勵磁控制而言，雙饋機組在低電壓穿越時面臨著兩大類問題：一是變流器的生存，即轉子側變流器過流及直流母線過壓；二是機組端口特性的優(yōu)化，比如抑制電磁轉矩脈動或提供動態(tài)無功支撐等。目前，最常見方案是利用撬棒(Crowbar)來提供故障電流通路，從而避免變流器過壓過流。但撬棒投入后，雙饋機組退化為常規(guī)鼠籠型電機而失去可控性，并且會從電網(wǎng)吸收大量無功，此外，還存在明顯的電磁轉矩脈動。為獲得較好的暫態(tài)特性，一些學者提出了在定子側串入附加電阻或動態(tài)電壓調節(jié)器(DVR)等方案來支撐定子端電壓，從而減小轉子側感應電動勢以緩解變流器壓力。然而，這些方案都需要新增硬件，進而增加了系統(tǒng)的硬件成本并降低了可靠性。

另一類方案是通過優(yōu)化變流器的勵磁控制來提高現(xiàn)有硬件利用率，進而來提高雙饋型風電機組的低電壓穿越能力。其中，部分方法是立足于改進內環(huán)控制器，包括在電流內環(huán)中引入非線性控制器、魯棒控制器等改進的誤差調節(jié)器、以及EMF前饋和虛擬阻抗等前饋方案。它們都有利于計算出抑制EMF擾動的勵磁電壓需求，從而提高RSC輸出電壓來抑制故障電流。但是，當電網(wǎng)發(fā)生深度故障時，EMF將遠高于直流母線電壓，即使控制器算出了上述電壓需求，RSC也無法實際輸出，從而失去其預期功能。另外，其他方案將避免過壓過流作為首要控制目標，通過疏導故障電流來降低轉子電壓需求以維持系統(tǒng)可控。不僅更能充分利用RSC容量抑制過壓過流，同時還可在一定程度上改善端口特性。比如，滅磁控制利用轉子電流來抵消定子磁鏈中的暫態(tài)和負序分量，可大幅降低RSC電壓輸出要求以維持系統(tǒng)可控。磁鏈跟蹤控制讓轉子磁鏈跟蹤定子磁鏈，利用DFIG的磁鏈電流約束來抑制RSC過流，同時還能消除電磁轉矩脈動。但是，這類方法都需要定子磁鏈觀測來生成暫態(tài)控制指令，其中滅磁控制還需相序分離環(huán)節(jié)。而磁鏈觀測需要準確的電機參數(shù)，電網(wǎng)故障后電壓電流的劇烈變化會導致電阻和電感偏離其正常工況值；此外，磁鏈觀測器中用來抑制采樣零漂積累誤差的濾波器，也會濾除定子電流中的暫態(tài)直流分量，兩者都會影響到磁鏈觀測的準確性。因上述方案是利用磁鏈觀測值來生成控制指令，觀測誤差會直接影響這些方法的有效性；而如果采用一些特殊方案提高觀測精度，又會進一步增加系統(tǒng)的復雜性。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術中各種低電壓穿越的勵磁控制方法均需要磁鏈觀測環(huán)節(jié)來生成指令的不足，提出了一種無磁鏈觀測的雙饋風機低電壓穿越的控制方法及系統(tǒng)，能適用于穿越深度電網(wǎng)故障、無需磁鏈觀測、且簡單可行。

本發(fā)明提供了一種無磁鏈觀測的雙饋風機低電壓穿越的控制方法，當檢測到電網(wǎng)故障時，控制轉子電流按照比例-k_r直接跟蹤定子電流，同時在轉子電流指令中再注入與故障后定子電壓相關的正序基波補償量來提供動態(tài)無功支撐；其中L_r為轉子自感，L_m為定子與轉子之間的互感。

更進一步地，所述控制轉子電流按照比例-k_r直接跟蹤定子電流具體為：

采集雙饋電機的定子電流信號I_sabc；

通過坐標變換將三相靜止坐標系下的定子電流信號I_sabc變換為兩相旋轉坐標系下的定子d軸電流I_sd和q軸電流I_sq；

將定子d軸電流I_sd和q軸電流I_sq分別乘以系數(shù)-k_r作為轉子d軸電流指令基本項q軸電流指令基本項

更進一步地，所述正序基波補償量的獲取方法包括：

采集雙饋電機的定子電壓信號U_sabc和定子電流信號I_sabc；