[發明專利]無刷雙饋風力發電機對稱電壓故障磁鏈跟蹤低電壓穿越方法

在審

• 申請號: 201710079717.3
• 申請日: 2017-02-15
• 公開（公告）號: CN106849163A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 張愛玲;馬志忠;王淑紅;高若中;陳正方
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/18
• 代理公司: 太原倍智知識產權代理事務所(普通合伙)14111
• 代理人: 戎文華

1.一種無刷雙饋風力發電機對稱電壓故障磁鏈跟蹤低電壓穿越方法，所述方法是在αβ靜止坐標系用軟件方法實現低電壓穿越的控制方法，通過下列步驟實現低電壓穿越；

(1)建立控制繞組電流與功率繞組磁鏈和控制繞組磁鏈之間的關系如式下：

${\stackrel{\→}{i}}_c=\frac{1}{{L_c}^1}({\stackrel{\→}{\mathrm{\ψ}}}_c+K_c{\stackrel{\→}{\mathrm{\ψ}}}_p)---\left(1\right)$

式(1)中L_c¹、K_c是常數，且L_c¹＝(L_cL_rL_p-L_cL_hp²-L_hc²L_p)/(L_pL_r-L_hp²)、K_c＝L_hcL_hp/(L_pL_r-L_hp²)，其中L_hc、L_hp、L_c、L_p和L_r分別為控制繞組和轉子之間的互感、功率繞組和轉子之間的互感、控制繞組自感、功率繞組自感和轉子繞組自感，且都為常數，為控制繞組電流矢量，為控制繞組磁鏈矢量，為功率繞組磁鏈矢量；

獲得通過對控制繞組磁鏈矢量的控制實現對控制繞組電流的控制，當故障發生后，使控制繞組磁鏈矢量跟蹤功率繞組磁鏈矢量即故障發生后使和滿足以下關系：

${\stackrel{\→}{\mathrm{\ψ}}}_c=-K_T{\stackrel{\→}{\mathrm{\ψ}}}_p---\left(2\right)$

式(2)中K_T稱為磁鏈跟蹤系數，其取值范圍與控制繞組電流所允許的最大值、控制繞組電壓所允許的最大值和無功功率的性質及大小有關；在不超過控制繞組最大允許電流，功率繞組輸出無功功率Q_p＞0的條件下，K_T的取值范圍表示如下：

$\frac{1}{K_p}\<K_T\≤\frac{{\mathrm{\ω}}_p{i}_{cmax}}{\left|{\stackrel{\→}{u}}_p(t=t_0)\right|}{L}_c^1+K_c---\left(3\right)$

在滿足(3)的條件下，K_T的取值還應使控制繞組不超過最大允許電壓、盡可能多的向電網提供無功功率；

(2)構建控制繞組磁鏈矢量相位跟蹤控制器PI2和幅值跟蹤控制器PI5

根據式(2)中控制繞組磁鏈矢量和功率繞組的磁鏈矢量之間的關系，分別控制的幅值和相位，將的反相位作為的相位的給定值，的相位作為反饋值，給定值與反饋值比較之后，將其輸出輸入控制繞組磁鏈相位跟蹤控制器PI2，經過相位跟蹤控制器PI2得到控制繞組磁鏈的動態相位增量ΔX_d，將其與靜態相位增量ΔXst相加得到控制繞組磁鏈的相位增量ΔXc；將作為的幅值的給定值的幅值作為反饋值，給定值與反饋值比較之后，將其輸出輸入控制繞組磁鏈幅值跟蹤控制器PI5，經過幅值跟蹤控制器PI5得到控制繞組磁鏈幅值增量k_s；

(3)構建無刷雙饋風力發電機對稱電壓故障磁鏈跟蹤低電壓穿越運行狀態的控制裝置及系統，包括無刷雙饋風力發電機間接功率控制裝置及系統、無刷雙饋風力發電機對稱電壓故障磁鏈跟蹤低電壓穿越裝置及系統，實現對稱低電壓穿越；

所述無刷雙饋風力發電機對稱電壓故障磁鏈跟蹤低電壓穿越運行狀態的控制裝置及系統是在無刷雙饋風力發電機間接功率控制裝置的基礎上添加控制繞組磁鏈相位跟蹤控制器PI2、幅值跟蹤控制器PI5、磁鏈跟蹤系數9、運行狀態裝換開關17及運行狀態裝換開關18；

(4)低電壓穿越控制方法按下列步驟進行：

1)實現該控制方法首先要建立控制繞組電流與功率繞組磁鏈和控制繞組磁鏈之間的關系式(4)，如下所示：

${\stackrel{\→}{i}}_c=\frac{1}{{L_c}^1}({\stackrel{\→}{\mathrm{\ψ}}}_c+K_c{\stackrel{\→}{\mathrm{\ψ}}}_p)---\left(4\right)$

式(4)中L_c¹、K_c是常數，且L_c¹＝(L_cL_rL_p-L_cL_hp²-L_hc²L_p)/(L_pL_r-L_hp²)、K_c＝L_hcL_hp/(L_pL_r-L_hp²)，其中L_hc、L_hp、L_c、L_p和L_r分別為控制繞組和轉子之間的互感、功率繞組和轉子之間的互感、控制繞組自感、功率繞組自感和轉子繞組自感，且都為常數，為控制繞組電流矢量，為控制繞組磁鏈矢量，為功率繞組磁鏈矢量；

得到通過對控制繞組磁鏈矢量的控制實現對控制繞組電流的控制，在故障發生后，使控制繞組磁鏈矢量跟蹤功率繞組磁鏈矢量即故障發生后使和滿足以下關系：

${\stackrel{\→}{\mathrm{\ψ}}}_c=-K_T{\stackrel{\→}{\mathrm{\ψ}}}_p---\left(5\right)$

式(5)中K_T稱為磁鏈跟蹤系數，其取值范圍與控制繞組電流、控制繞組電壓和無功功率的大小有關；在不超過控制繞組最大允許電流，功率繞組輸出無功功率Q_p＞0的條件下，K_T的取值范圍表示如下：

$\frac{1}{K_p}\<K_T\≤\frac{{\mathrm{\ω}}_p{i}_{cmax}}{\left|{\stackrel{\→}{u}}_p(t=t_0)\right|}{L}_c^1+K_c---\left(6\right)$

在滿足(6)的條件下，K_T的取值還應使控制繞組電壓不超過最大允許電壓、盡可能多的向電網提供無功功率；

2)構建控制繞組磁鏈矢量相位跟蹤控制器PI2和幅值跟蹤控制器PI5

根據式(5)中控制繞組磁鏈矢量和功率繞組的磁鏈矢量之間的關系，分別控制的幅值和相位，將的反相位作為的相位的給定值，的相位作為反饋值，給定值與反饋值比較之后，將其輸出輸入控制繞組磁鏈相位跟蹤控制器PI2，經過相位跟蹤控制器PI2得到控制繞組磁鏈的動態相位增量ΔX_d，將其與靜態相位增量ΔXst相加得到控制繞組磁鏈的相位增量ΔXc；將作為的幅值的給定值的幅值作為反饋值，給定值與反饋值比較之后，將其輸出輸入控制繞組磁鏈幅值跟蹤控制器PI5，經過幅值跟蹤控制器PI5得到控制繞組磁鏈幅值增量k_s；

3)構建無刷雙饋風力發電機對稱電壓故障磁鏈跟蹤低電壓穿越運行狀態的控制裝置及系統，包括無刷雙饋風力發電機間接功率控制裝置及系統、無刷雙饋風力發電機對稱電壓故障磁鏈跟蹤低電壓穿越裝置及系統，實現對稱低電壓穿越；

所述無刷雙饋風力發電機對稱電壓故障磁鏈跟蹤低電壓穿越運行狀態的控制裝置及系統是在無刷雙饋風力發電機間接功率控制裝置的基礎上添加控制繞組磁鏈相位跟蹤控制器PI2、幅值跟蹤控制器PI5、磁鏈跟蹤系數9、運行狀態裝換開關17及運行狀態裝換開關18；

4)基于上述步驟(1)、(2)和(3)，實現該控制方法的過程分為：

①籠型轉子無刷雙饋風力發電機通過并網開關4與電網15并網運行；

②在三相靜止坐標系下分別觀測控制繞組和功率繞組電壓、電流的A相和B相分量u_ac、u_bc、u_ap、u_bp、i_ac、i_bc、i_ap和i_bp，對上述物理量通過3/2變換器6進行坐標變換，得到控制繞組和功率繞組各自αβ靜止坐標系下的電壓和電流u_αc、u_βc、u_αp、u_βp、i_αc、i_βc、i_αp和i_βp；

③利用u_αc、u_βc、i_αc和i_βc以及u_αc、u_βc、i_αc和i_βc通過控制繞組磁鏈和功率繞組磁鏈計算8計算控制繞組磁鏈分量ψ_αc、ψ_βc和功率繞組磁鏈分量ψ_αp、ψ_βp，根據ψ_αc、ψ_βc和ψ_αp、ψ_βp計算控制繞組磁鏈幅值和控制繞組磁鏈幅值

④對稱故障發生以后，通過控制繞組磁鏈靜態相位增量計算5得到控制繞組靜態相位增量ΔX_st，通過相位跟蹤控制器PI2得到控制繞組磁鏈動態相位增量ΔX_d，二者之和即下一個采樣周期T_pwm內的控制繞組磁鏈相位增量ΔX_c；

⑤對稱故障發生以后，磁鏈跟蹤系數K_T和功率繞組磁鏈幅值的乘積和控制繞組磁鏈幅值通過幅值跟蹤控制器PI5得到控制繞組磁鏈幅值增量k_s；

⑥利用控制繞組磁鏈分量ψ_αc、ψ_βc、控制繞組磁鏈幅值增量k_s和控制繞組磁鏈相位增量ΔX_c通過控制繞組磁鏈增量計算10得到控制繞組磁鏈增量Δψ_αc、Δψ_βc；

⑦利用控制繞組磁鏈增量Δψ_αc、Δψ_βc，通過控制繞組電壓u_αc、u_βc計算11，得到下一個周期T_pwm內所需的電壓矢量u_αc、u_βc；

⑧SVPWM發生器12根據u_αc和u_βc生成調制信號，并通過變流器13控制無刷雙饋風力發電機3的控制繞組CW。