[发明专利]一种不平衡电网下基于谐振反馈的DFIG控制方法

说明书

技术领域

本发明属于风力发电控制技术领域，具体涉及一种不平衡电网下基于谐振反馈的DFIG控制方法。

背景技术

能源是人类社会存在和发展的重要物质基础。随着社会的不断进步、经济快速发展，整个社会对能源的需求量持续增加。但由于能源危机、气候变暖和环境污染等问题，可再生能源的开发利用得到了世界各国的广泛关注和支持。以中国为例，截止2011年底，中国累计装机容量为62.36GW，达到世界总装机容量的26.64%，并预测到2015年，中国风电装机将突破100GW，其中海上风电装机达到5GW，在2030年风电装机容量超越核电，成为火电、水电之后的第三大电力来源。这对于缓解我国能源供需矛盾、优化能源结构、保障国家能源安全、以及促进社会的可持续发展等方面具有重要的意义。

双馈异步风力发电机（DFIG）由于其变流器容量小、功率独立解耦控制、成本较低等优势，成为变速恒频风力发电机组的主流机型。但由于DFIG定子与电网直接相连和变流器控制能力有限，在电网发生故障时DFIG机组易出现过流、过压、转矩冲击等现象，危害变流器以及机组轴系特别是齿轮箱等部件运行安全，以至于产生自我保护动作从而引起风力机组的脱网。因此，2011年12月国家标准GB/T19963-2011《风电场接入电力系统技术规定》正式颁布，并于2012年6月1日正式实施，其中对并网风力发电机的故障穿越能力（FRT）提出了明确的要求：要求风力机能够承受2%的稳态和4%的短时电压不平衡度，而不得从电网解列。

目前，不平衡电网下DFIG的控制技术已成为国内外风电研究的热点问题，Xu L和Wang Y在标题为Dynamic Modeling and Control of DFIG-Based Wind Turbines Under Unbalanced Network Conditions（IEEE Transactions on PowerSystems,2007,22(1):314-323.）提出了一种DFIG控制方法，其基于对称分量理论的矢量控制技术，该方法的核心是将转子电流分解为正序和负序分量，在正、反转同步速旋转两相坐标系中采用双比例-积分调节器对转子电流的正、负序分量进行调节，以实现不同的控制目标，其控制原理如图1所示。DFIG的转子变流器4可以采用双比例-积分电流调节器以及相应的解耦补偿计算模块17对转子电流进行控制，首先必须获得转子电流反馈值。利用两组（每组3个）电流霍尔传感器2分别采集三相定子电流信号I_sabc、三相转子电流信号I_rabc，利用一组（3个）电压霍尔传感器3采集三相定子电压信号U_sabc；将采集到的三相定子电流信号I_sabc、三相转子电流信号I_rabc、三相定子电压信号U_sabc分别经过三相静止/两相静止坐标变换模块6，得到同时含有正序分量、负序分量的定子电压综合矢量U_sαβ、定子电流综合矢量I_sαβ、转子电流综合矢量I_rαβ，同时将定子电压综合矢量U_sαβ、定子电流综合矢量I_sαβ经过磁链计算模块10可得到两相定子静止坐标系中定子磁链综合矢量ψ_sαβ；其中，定子电压综合矢量U_sαβ、定子电流综合矢量I_sαβ、定子磁链综合矢量ψ_sαβ经过两相定子静止/正、反转同步速旋转两相坐标变换模块11，得到在正、反转同步速两相坐标系中定子电压综合矢量和定子电流综合矢量和定子磁链综合矢量和转子电流综合矢量I_rαβ经过两相转子速旋转/正、反转同步速旋转两相坐标变换模块12，得到正、反转同步速旋转两相坐标系中转子电流综合矢量和然后通过2倍频（100Hz）陷波器模块13滤除各综合矢量中的2倍频分量，以获取各综合矢量中的直流分量根据不同的控制目标，由转子电流参考值计算模块14计算在相应的控制目标下转子电流正、负序参考值然后将转子电流参考值计算模块14计算所得转子电流正序和负序参考值与转子正、负序电流反馈值比较以获得误差信号，并在正、反转坐标系中分别对误差信号做比例-积分调节，最后经过反馈解耦补偿与坐标变换并加和后，可获得两相同步速旋转坐标系中转子电压参考矢量将所获得的转子电压参考矢量经过正转同步速两相/转子静止两相坐标系坐标变换模块18，获得转子静止两相坐标系中转子电压参考矢量然后经过信号经过空间矢量脉宽调制模块9调制后，可获得调节DFIG的转子变流器4的开关信号S_a、S_b、S_c，实现在不平衡电网下DFIG的运行控制，达到所要求的目标与控制效果。此外，系统采用软件锁相环电路7获取电网电压的同步信号，采用光电编码器5获取转子角频率ω_r以及转子位置角θ_r，为转子电流的采集与坐标变换提供理论依据。