[发明专利]变速恒频双馈风力发电系统电网电流的谐波抑制方法

说明书

技术领域

本发明属于风力发电领域，尤其是一种变速恒频双馈风力发电系统电网电流的谐波抑制方法。

背景技术

针对当前能源危机和环境污染问题的日益严重，作为可再生能源的风力发电在世界范围内得到了迅猛的发展。为使风力机在大的风速范围内按最佳效率运行，现代大型风力发电系统均采用变速恒频发电运行方式，其采用的发电机主要有两种类型：一种是双馈感应发电机(DFIG)，另一种是永磁同步发电机，由于双馈式风力发电系统的功率变流器容量较小(通常为25％～40％)，损耗也较小，已成为目前大功率风力发电的主流机型。双馈异步发电机的结构与绕线式感应电机相类似，在电机的设计和制造过程中，由于电机绕组、气隙和齿槽等非线性因素的影响，即使转子通三相平衡正弦电流，发电机定子电流中也会包含不同程度的由电机固有谐波特性产生的谐波电流分量，另外，通常风力发电系统输入电网电压三相平衡，但是也会包含少量的低次谐波，对于大功率双馈发电机而言，即使该低次谐波较小，也会在电机定子回路中产生较大谐波电流分量。当采用功率变流器控制双馈发电机进入正常并网发电状态时，如图1所示，电网电流由定子电流和网侧逆变器交流侧电流组成，因此定子回路的谐波电流将流入电网，给电网造成谐波污染，尤其是风力发电系统在次同步转差率较高情况下，由于低次转差谐波较大，而基波有功电流较小，故电网电流的总谐波畸变较大，波形较差，同时，当风力发电系统接入变压器容量较小时，较大的电网电流谐波除了会增加线路和变压器损耗外，还会引起输入电网电压畸变，进一步恶化风力发电系统的控制性能。因此，迫切需要一种能够有效抑制变速恒频双馈风力发电系统电网电流谐波的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种变速恒频双馈风力发电系统电网电流的谐波抑制方法，该方法在变速恒频双馈风力发电系统中输入电网电压三相平衡的情况下，能够有效地抑制电网电流中由电网电压谐波和双馈发电机结构引起的谐波电流分量，提高了双馈风力发电系统的控制性能。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种变速恒频双馈风力发电系统电网电流的谐波抑制方法，包括以下步骤：

(1)采集定子磁链定向的同步旋转坐标系下的dq轴分量；

(2)在系统稳态时采集定子磁链定向的同步旋转坐标系下的dq轴分量参考值；

(3)按下述公式提取电网中的交流谐波电流分量：

ILD_H＝ILD-IGD_REF-ISD_REF

ILQ_H＝ILQ-IGQ_REF-ISQ_REF

式中：ILD_H和ILQ_H为电网中的交流谐波电流分量，ILD和ILQ为电网电流dq轴分量，IGD_REF和IGQ_REF为网侧逆变器交流侧电流dq轴分量参考值，ISD_REF和ISQ_REF为双馈发电机定子电流dq轴分量参考值；

(4)根据电网中的交流谐波电流分量所含低次谐波的幅值大小和正负序情况，消除电网电流中包含的正序低次谐波和负序低次谐波，得到为抑制各次谐波电流所需加入的网侧逆变器谐波电流参考值；

(5)将各次网侧逆变器谐波电流参考值求和得到为抑制各次谐波电流所需加入的网侧逆变器谐波电流的总参考值，然后将其加入到网侧逆变器交流侧电流dq轴分量参考值中，通过网侧逆变器的电流闭环控制，产生相反的电流谐波来消除电网电流中已有的谐波电流。

而且，所述的采集定子磁链定向的同步旋转坐标系下的dq轴分量的方法如下：

(1)读取电网电流、网侧逆变器交流侧电流、双馈发电机转子电流、电网输入三相电压、变频器直流电压和转子位置检测角；

(2)将三相电网电压瞬时值送入数字锁相环中，得到电网电压相位角、定子磁链相位角，并通过下述公式计算转差角度：

σ_R＝γ-ρ_G

式中：σ_R为转差角度，γ为定子磁链相位角，ρ_G为转子位置检测角；

(3)将网侧逆变器交流侧电流和电网电流按照定子磁链相位角进行旋转变换，将双馈发电机转子电流按照转差角度进行旋转变换，分别得到定子磁链定向的同步旋转坐标系下的dq轴分量：电网电流dq轴分量ILD和ILQ，网侧逆变器交流侧电流dq轴分量IGD和IGQ，双馈发电机转子电流dq轴分量IRD和IRQ。