[發明專利]無定子電壓電流傳感器的DFIG-DC系統定子功率及頻率控制方法

在審

• 申請號: 201911283724.0
• 申請日: 2019-12-13
• 公開（公告）號: CN111106778A
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 吳超;年珩
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02P21/28
• 分類號: H02P21/28;H02P21/22;H02P27/08
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 王琛

本發明公開了一種無定子電壓電流傳感器的DFIG?DC系統定子功率及頻率控制方法，其在DFIG穩態相量數學模型的基礎上，充分利用定子側不控整流橋基波電壓和基波電流同相位的特性，建立定子功率和轉子電流的關系，直接通過控制轉子電流幅值控制定子輸出功率。針對定子頻率的控制，本發明直接給定定子頻率，然后積分得到同步旋轉坐標系角度，避免定子電壓模型或者電流模型計算定子頻率和定子磁鏈角度，可以不用定子電壓和電流傳感器，并且可以進一步降低控制系統的參數依賴性和直流偏置影響；且本發明定子功率控制環和定子頻率控制是解耦的，降低控制系統階次，提高定子功率和定子頻率控制的穩定性。

技術領域

本發明屬于新能源發電技術領域，具體涉及一種無定子電壓電流傳感器的DFIG-DC系統定子功率及頻率控制方法。

背景技術

隨著電力電子技術的快速發展，高壓直流輸電和中低壓直流微網得到越來越多的研究和應用。基于雙饋異步發電機(Double-Fed Induction Generator，DFIG)的風電場一般處于偏遠地區，采用高壓直流輸電可以降低無功損耗、減少線路走廊以及提高傳輸效率。而且，針對船舶和航天飛機中使用的中低壓直流電網，采用雙饋電機直流并網可以具有寬轉速范圍穩定直流電壓的特性，提高發電效率和可靠性，所以研究雙饋異步電機直流并網拓撲結構和控制策略具有重要意義。

DFIG-DC系統指雙饋電機通過轉子逆變器和定子不控整流橋直接連接到直流母線上，如圖1所示，這種拓撲結構只需要一個轉子逆變器，控制簡單，成本低，所以得到廣泛的研究。假定認為直流電網是穩定的，母線電壓不需要雙饋電機控制，雙饋電機運行在功率源這種狀況下，雙饋電機的控制目標是最實現風能最大跟蹤，也就是要實現定子功率的精準控制；除此之外，由于雙饋電機定子側沒有交流電網，定子頻率需要額外控制。

針對DFIG-DC系統的定子功率和定子頻率控制，國內外已有一些學者展開研究；葡萄牙里斯本技術大學的G.D.Marques教授和英國曼切斯特大學的M.F.Iacchetti教授提出一些針對該拓撲結構下的雙饋電機轉矩和定子頻率的控制方法，這些方法一般都是基于定子磁鏈定向的解耦控制方法。根據定子磁鏈獲取方法的區別，可以分為采用定子電壓模型獲取和定子電流模型獲取，采用定子電壓模型時，需要將定子反電動勢積分獲取定子磁鏈，而在實際工程應用中直流偏置會導致積分環節飽和而失效，所以實際中通常采用慣性環節代替積分環節，但是慣性環節會引起積分頻率處的誤差，需要增加一些額外補償環節，增加運行的控制難度。為解決定子電壓模型引入的積分問題，浙江大學的年珩教授和吳超提出采用電流模型獲取定子磁鏈角度可以避免積分環節的使用，可以避免計算定子頻率，但是電流模型依賴電機的定子電感和互感參數，參數偏差時會影響磁鏈角度的精度。印度新德里理工大學Amit Kumar Jain教授團隊提出采用直流電壓和轉子電流估測定子電流的方法，可以避免使用定子電流傳感器，但是需要雙饋電機的電感電阻參數，而且只適用于孤島情況下的直流母線電壓控制。除此之外，針對這種拓撲結構定子諧波電壓造成的轉矩脈動，浙江大學的年珩教授團隊也提出基于直接諧振控制、重復控制器、自適應重復控制器等一系列方法抑制轉矩脈動和電流諧波，已經授權的專利有：一種DFIG-DC系統的定子電流正弦化控制方法(專利號：ZL201711250218.2)。

但是已有的這些控制策略都依賴于定子磁鏈定向，而獲取定子磁鏈角度的過程中會帶來參數依賴和直流偏置問題，進而影響定子功率和頻率的控制精度。而且，獲取定子磁鏈的過程中需要定子電壓或者定子電流傳感器，增加系統傳感器成本。

發明內容

針對DFIG-DC拓撲結構不同于傳統的雙饋電機交流并網結構，這種直流并網的拓撲結構定子側沒有交流電網，定子頻率需要額外的控制，而且雙饋電機運行在功率源模式，需要對定子功率也精準控制；已有的控制方法都需要定子電壓或定子電流傳感器，增加系統成本和控制復雜度，本發明提供了一種無定子電壓電流傳感器的DFIG-DC系統定子功率及頻率控制方法，直接采用轉子電流幅值控制定子功率，定子頻率可以靈活給定，這種控制方法可以解耦定子功率和定子頻率控制環，提高控制系統的穩定性和魯棒性。