[发明专利]双馈电机基于机侧和网侧变换器无源协调控制方法

摘要

本发明涉及一种双馈电机基于机侧和网侧变换器无源协调控制方法，在风机定子侧增加一个串联变压器和一个串联网侧变换器SGSC，串联变压器次级串联在风机定子与电网之间，SGSC输入端接并联网侧变换器PGSC输入端，SGSC输出端通过电感L接串联变压器初级，采用串联网侧变换器结构基于无源控制策略，能够利用SGSC产生的谐波来抵消PGSC的二倍频谐波，定子电压易于控制，从而实现对系统总输出功率二倍频波动的抑制，在减小不平衡电网电压对转子侧变换器RSC系统的影响、提高RSC系统不平衡电网电压的穿越运行能力的同时来实现系统的全局稳定性。与现有技术相比，本发明具有理论先进、动态响应速度快、鲁棒性强等优点。

主权项

一种双馈电机基于机侧和网侧变换器无源协调控制方法，双馈异步风力发电机DFIG的转子采用两个PWM变换器，即转子侧变换器RSC和与之并联的并联网侧变换器PGSC，两个变换器通过中间的直流母线和大电容相连接，其特征在于，在风机定子侧增加一个串联变压器和一个串联网侧变换器SGSC，串联变压器次级串联在风机定子与电网之间，SGSC输入端接PGSC输入端，SGSC输出端通过电感L接串联变压器初级，电网电压不平衡情况下DFIG的机侧和网侧变换器的协调控制具体步骤如下：S1：根据电网电压不平衡情况下采用串联网侧变换器基于无源控制策略的协调控制，建立其正负序模型，并计算串联网侧变换器的控制目标及不同控制目标下的网侧电流参考值：SGSC的控制目标为：DFIG定子侧电压的正序分量us+与电网电压正序分量ug+始终一致，控制定子侧电压负序分量us‑使其为零，即：us+=ug+us-=0]]>电压不平衡下电网输至并联网侧变换器PGSC的瞬时功率S，整理成矩阵形式为：式中：上标p、n分别代表正、负序分量，下标d、q代表dq轴分量，+、‑代表坐标轴的正、反转方向，如：和分别为正序分量在正转坐标系d轴和q轴上的网侧电压分量、GSC交流侧电压分量、网侧电流分量；和为负序分量在负转坐标系d轴和q轴上的网侧电压分量、GSC交流侧电压分量、网侧电流分量；(1)目标1：网侧输入的电流不含负序分量，即式中：*代表网侧指令电流值；下标g_av、g_sin2、g_cos2分别代表并联网侧变换器功率的直流分量、2倍频正弦分量、2倍频余弦分量；下标series_av、series_sin2、series_cos2分别代表串联网侧变换器的直流分量、2倍频正弦分量、2倍频余弦分量；P为有功功率，Q为无功功率；(2)目标2：网侧输入有功功率只含有直流分量，即Pg_sin2‑Pseries_sin2＝0，Pg_cos2‑Pseries_cos2＝0：igd+p*=-23(ugd+pD1Pseries_av+ugq+pD2Qseries_av)igq+p*=-23(ugq+pD1Pseries_av-ugd+pD2Qseries_av)igd-n*=-23(-ugd-nD1Pseries_av+ugq-nD2Qseries_av)igq-n*=-23(-ugq-nD1Pseries_av-ugd-nD2Qseries_av)]]>(3)目标3：直流母线电压不含二倍频正弦、余弦分量，即udc_sin2＝udc_cos2＝0：igd+p*=-23(ugd+pD1Pseries_av+ugq+pD2Qseries_av)igq+p*=-23(ugq+pD1Pseries_av-ugd+pD2Qseries_av)igd-n*=-23(-ugd-nD1Pseries_av-ugq-nD2Qseries_av)igq-n*=-23(-ugq-nD1Pseries_av+ugd-nD2Qseries_av);]]>(4)目标4：网侧输入的无功功率只含有直流分量，即Qg_sin2‑Qseries_sin2＝0，Qg_cos2‑Qseries_cos2＝0：igd+p*=-23(ugd+pD2Pseries_av+ugq+pD1Qseries_av)igq+p*=-23(ugq+pD2Pseries_av-ugd+pD1Qseries_av)igd-n*=-23(-ugd-nD2Pseries_av+ugq-nD1Qseries_av)igq-n*=-23(-ugq-nD2Pseries_av-ugd-nD1Qseries_av);]]>S2：SGSC采用比例积分谐振PIR控制器来实现对SGSC侧交流分量的有效控制，其传递函数可表示为：式中：kp和ki分别为比例、积分系数；kr为谐振调节器的谐振系数，ωc为截止频率；S3：基于端口受控的耗散哈密顿PCHD模型，采用互联和阻尼分配无源性控制IDA‑PBC方法，设计出PGSC无源控制器，其前提条件为：1)并联网侧变换器正序系统能量增长总和总是小于系统能量耗散总和，即系统具有耗散性；2)并联网侧变换器正序系统是耗散的，且满足输入严格无源和输出严格无源，则系统是严格无源的；定义网侧变流器的数学模型为：Lgpqgp+Cgpqgp+Rgqgp＝ugp其中，取系统的能量函数Hgp为：取和可得DFIG网侧正序的PCHD模型为：式中：Jgp为互联矩阵，为反对称矩阵；为耗散矩阵，为正定的对称矩阵；同理，可以得到负转同步旋转坐标系下负序分量的PCHD模型为：由于新旧的互联矩阵结构守恒，取注入的新的互联矩阵Jgpa和阻尼矩阵分别为：其中为在保证系统严格无源的基础上，可根据系统结构选取的任意常数，S4：RSC采用和PGSC一样的内环无源控制、外环PI控制的矢量策略。