[發(fā)明專利]一種不平衡電網(wǎng)電壓下基于矩陣變換器勵(lì)磁的DFIG控制方法

有效

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• 申請日: 2015-07-14
• 公開（公告）號(hào): CN105024607B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 年珩;李龍奇
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P21/00
• 分類號(hào): H02P21/00;H02P101/15;H02P103/10
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種不平衡電網(wǎng)電壓下基于矩陣變換器勵(lì)磁的DFIG控制方法。

背景技術(shù)

隨著化石能源使用數(shù)量的增大，能源對人類經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展的制約和對資源環(huán)境的影響也越來越顯著，因此人類越來越重視可再生能源的利用，風(fēng)能作為可再生能源中最廉價(jià)、最具潛力的“綠色能源”，得到了大力的開發(fā)和發(fā)展。目前，雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)(DFIG)由于其變流器容量小、功率獨(dú)立解耦控制、成本較低等優(yōu)勢，成為國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)型。其系統(tǒng)構(gòu)成的關(guān)鍵部分為勵(lì)磁變換器，但現(xiàn)在常用電壓源型雙PWM變換器存在體積大、重量重，而且不易維護(hù)等問題，矩陣變換器是一種綠色的新型變換器，因此以矩陣變換器作為勵(lì)磁變換器的DFIG控制策略研究具有很好的研究價(jià)值。

當(dāng)前大多數(shù)DFIG風(fēng)電機(jī)組控制策略主要是針對電網(wǎng)電壓幅值和頻率恒定、相位連續(xù)的理想電網(wǎng)條件設(shè)計(jì)，但實(shí)際電網(wǎng)往往并非理想，電網(wǎng)故障經(jīng)常存在，尤其是實(shí)際電力系統(tǒng)中的不對稱故障會(huì)造成定、轉(zhuǎn)子電流高度的不平衡，定、轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生不平衡發(fā)熱，電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生脈動(dòng)，輸向電網(wǎng)的功率發(fā)生振蕩。因此，對于在電網(wǎng)電壓不平衡情況下的交流勵(lì)磁控制策略成為近年來國內(nèi)外研究熱點(diǎn)，但目前的研究成果主要是基于雙PWM變頻器勵(lì)磁系統(tǒng)下的控制策略，由于矩陣變換器沒有中間儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，電網(wǎng)電壓的不平衡、大擾動(dòng)等非正常工況都會(huì)直接影響到勵(lì)磁電流，加劇了控制難度，因此需要研究不平衡電網(wǎng)電壓條件下基于矩陣變換器勵(lì)磁的DFIG控制策略。

李輝在《基于矩陣變換器勵(lì)磁的雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行控制策略研究，中南大學(xué)博士論文，2011》中根據(jù)不對稱分量法的基本原理，提出了一種電壓不平衡條件下矩陣變換器勵(lì)磁控制策略，該策略采用雙同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系分別控制轉(zhuǎn)子電流和矩陣變換器輸入電流，其中:轉(zhuǎn)子電流的正序矢量用于實(shí)現(xiàn)功率解耦控制，而轉(zhuǎn)子電流的負(fù)序矢量則用于實(shí)現(xiàn)消除定子負(fù)序電流、減少有功功率或無功功率脈動(dòng)等控制目標(biāo)，矩陣變換器的輸入電流負(fù)序矢量用以減少輸入電壓的不平衡度，從而減少矩陣變換器輸出電流的諧波。然而，該控制方法的控制環(huán)中需對轉(zhuǎn)子電流等電磁量進(jìn)行正序、負(fù)序分離，這個(gè)分離過程會(huì)引入時(shí)延以及相角和幅值的誤差，影響了電流環(huán)的動(dòng)態(tài)性能，從最后仿真結(jié)果進(jìn)行分析，該控制策略對于不平衡電網(wǎng)電壓對DFIG機(jī)組的影響有改善作用，但控制性能并不是十分理想。同時(shí)，該控制方法需要對平衡條件下設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行很大的改動(dòng)，限制了該控制方法的工業(yè)應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種不平衡電網(wǎng)電壓下基于矩陣變換器勵(lì)磁的DFIG控制方法，其控制環(huán)中沒有正負(fù)序分離環(huán)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速、精確地控制，同時(shí)電流控制器的比例積分系數(shù)可以直接采用傳統(tǒng)平衡條件下PI調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)參數(shù)，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

一種不平衡電網(wǎng)電壓下基于矩陣變換器勵(lì)磁的DFIG控制方法，包括如下步驟：

(1)首先采集DFIG的三相定子電壓U_sabc、三相定子電流I_sabc、三相轉(zhuǎn)子電流I_rabc、轉(zhuǎn)速ω_r以及轉(zhuǎn)子位置角θ_r；然后對三相定子電流I_sabc和三相轉(zhuǎn)子電流I_rabc分別進(jìn)行Park變換，對應(yīng)得到d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的定子電流矢量I_sdq和轉(zhuǎn)子電流矢量I_rdq；進(jìn)而對三相定子電壓U_sabc進(jìn)行dq變換，得到正向同步速坐標(biāo)系下包含正負(fù)序矢量的定子電壓矢量以及反向同步速坐標(biāo)系下包含正負(fù)序矢量的定子電壓矢量最后利用陷波器提取定子電壓矢量的正序矢量提取定子電壓矢量的負(fù)序矢量

(2)根據(jù)不同的控制目標(biāo)以及正序矢量和負(fù)序矢量計(jì)算出轉(zhuǎn)子電流的正序給定矢量和負(fù)序給定矢量進(jìn)而計(jì)算得到轉(zhuǎn)子電流給定矢量I_rdq^*；