[发明专利]电网故障情况下双馈风力发电机的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电网故障下双馈风力发电机(DFIG)转子侧逆变器的控制方法，属于风力发电机控制领域。

背景技术

基于双馈感应发电机(DFIG)的变速风电机组由于具有能量转换效率高，有功和无功功率独立调节等优点，成为世界风电市场上的主流机型。DFIG定子侧直接和电网相连，对电网故障非常敏感。电网故障会造成发电机定子电压突变，定子电流产生振荡，同时发电机定子有功和无功功率和电磁转矩也会出现振荡现象。另外，由于转子与定子之间的强耦合，突变的定子电压会导致转子电流大幅波动，影响到双馈电机的运行状态。当电网故障达到一定程度时，为保护变频装置的运行安全，风电机组将不得不从电网中解列。大规模风电机组从电网解列，将进一步恶化电网，对电网的稳定运行造成严重影响。对此，电网运营商要求风电机组在电网电压发生跌落故障时，在一定范围内风力发电机不能脱离电网，并向电网提供有功和无功支持。例如，英国国家电网要求在图1所示的电压范围内风电场能够并网运行。图中电压范围所指为风电场连接点电压，由于发电机和连接点存在电气隔离，电网故障时发电机机端电压跌落程度会小于连接点电压跌落程度。

目前国内、外对电网故障下DFIG转子侧的控制方法主要是采用了转子短路保护技术。该方法在电网故障时，虽然保护了励磁变流器和转子绕组，但此时发电机运行在感应电动机方式，需要从电网吸收大量的无功功率，这将进一步恶化电网；第二，保护电路的投切操作会对系统产生暂态冲击；另外，加设新的保护装置提高了系统成本。有学者引入新型拓扑结构，该方案控制复杂，且由于该方案在输电系统故障时发电机脱网运行，因此对电网恢复正常运行起不到积极的支持作用；同样，该方案需要增加系统的成本。

采用改进的励磁控制算法通过对转子侧的控制在一定程度上能够弥补电网电压故障对双馈电机运行所造成的影响。其优点在于无需提高系统成本，且在电网跌落时可以给电网提供有功无功支持。因此，有必要设计一种电网故障下DFIG转子电流的控制方法。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种电网故障下DFIG转子电流控制方法，该方法不需要添设额外的硬件装置，可以有效抑制电网故障引起的DFIG转子电流振荡，实现双馈风力发电机的并网运行，提高了DFIG在电网故障下的运行性能。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种电网故障情况下双馈风力发电机的控制方法，包括下列步骤：

(1)检测三相定子电压，三相定子电流，三相转子电流和转子位置角并计算旋转角速度；

(2)将检测到的三相定子电压、三相定子电流和三相转子电流经3/2变换模块得到两相静止坐标系下的定子电压、定子电流和转子电流；

(3)将定子两相静止坐标系下的定子电压信号经软件锁相环，得到定子磁链以及定子磁链位置角，并将定子电压与定子电流以定子磁链位置角进行Park变换，得到同步旋转坐标下d、q轴定子电压与定子电流；根据步骤(1)得到的转子位置角计算滑差角度，对滑差角度微分得到滑差角速度；根据步骤(2)中计算得到的两相静止坐标系下的转子电流以滑差角度进行Park变换，得到旋转坐标下d、q轴转子电流；

(4)根据两相旋转坐标下的定子电压、定子电流计算定子无功功率；根据定子磁链、滑差角速度及旋转坐标下的转子电流计算转子解耦补偿电压；将旋转坐标下d、q轴转子电流分别通过两个带通滤波器和超前滞后环节后得到转子电流的一倍频分量和二倍频分量实际值，将此实际值分别与一倍频分量和二倍频分量给定值做差并分别通过两个PI控制器，计算得到一倍频分量补偿项和二倍频分量补偿项，将两个补偿项求和；

(5)将定子无功功率的给定值与步骤(4)得到的定子无功功率的实际值的差经过PI控制器后，计算得到旋转坐标系下转子d轴电流的给定值；将转速给定值与步骤(1)计算得到的旋转角速度实际值的差经过PI控制器后，计算得到旋转坐标系下转子q轴电流的给定值；

(6)将步骤(5)中计算得到的旋转坐标系下d、q轴转子电流的两个给定值分别与步骤(3)所计算得到的旋转坐标系下的d、q轴转子电流相减，然后经过PI控制器计算得到旋转坐标系下d、q轴转子电压的参考值；

(7)将旋转坐标系下d、q轴转子电压参考值分别与各自的转子解耦补偿电压与两补偿项的和相加，以滑差角度为变换角进行反Park变换，得到转子两相静止坐标系下的转子电压；该转子电压信号经过空间矢量脉宽调制后，产生控制功率器件的开关信号。