[发明专利]谐波电网电压下永磁直驱风力发电系统的控制方法

摘要

本发明公开了一种谐波电网电压下永磁直驱风力发电系统的控制方法，本控制方法涉及对永磁直驱风力发电系统网侧变换器和机侧变换器的控制；其中网侧变换器的控制目标设定为抑制系统总输出有功、无功功率的6倍频脉动分量；机侧变换器采用矢量控制策略，将永磁直驱风力发电系统定子平均有功功率指令、定子平均无功功率跟对应的反馈量之差送至机侧变换器电流参考值计算模块，得到电流参考值，再采用转子磁场定向，将得到的机侧变换器电流参考值输送至机侧变换器电流内环控制环节，得到机侧变换器控制电压分量。本控制方法改善了永磁直驱风电系统的输出电能质量，降低了直流母线电压的波动，提高其使用寿命，降低了运维成本。

主权项

1.谐波电网电压下永磁直驱风力发电系统的控制方法，其特征在于：本控制方法涉及对永磁直驱风力发电系统网侧变换器和机侧变换器的控制；(A)永磁直驱风力发电系统网侧变换器的控制目标设定为抑制系统总输出有功、无功功率的6倍频脉动分量，其具体控制步骤为：A1)采集永磁直驱风力发电系统并网点电压信号ugabc、网侧变换器输出电流信号igabc以及直流母线电压信号Udc；A2)将采集到的永磁直驱风力发电系统并网点电压信号ugabc经过锁相环后得到风力发电系统并网点正序电压矢量的电角度θg和同步电角速度ω；A3)将采集到的永磁直驱风力发电系统并网点电压信号ugabc经静止三相abc坐标系到静止两相αβ坐标轴系的恒功率坐标变换，得到αβ坐标轴系下的电压信号ugα、ugβ；A4)采用电网正序电压d轴定向方式，将A3)所得的电压信号u_gα、u_gβ经静止两相αβ坐标轴系到正向、5倍反向和7倍正向同步旋转坐标轴系的恒功率变换，再经过6ω陷波器滤波，得到谐波电网电压下电网电压正序基波dq轴分量5次谐波dq轴分量7次谐波dq轴分量A5)将采集到的网侧变换器输出电流信号igabc经过静止三相abc坐标轴系到静止两相αβ坐标轴系的恒功率坐标变换，得到静止两相αβ坐标轴系下的电流igα、igβ；A6)将步骤A5)所得电流i_gα、i_gβ经静止两相αβ坐标轴系到正向、5倍反向和7倍正向同步旋转坐标轴系的恒功率变换，再经过6ω陷波器滤波，得到网侧变换器输出电流正序基波dq轴分量5次谐波dq轴分量7次谐波dq轴分量A7)将采集到的直流母线电压信号Udc输送至网侧变换器正序电流参考值计算模块，按照下式确定网侧变换器正序电流参考值：式中，Kp1和τi1分别为正序电流参考值计算模块PI控制器的比例系数和积分时间常数；A8)将步骤A4)获得的电网电压正序基波、5次谐波、7次谐波dq分量以及步骤A7)获得的网侧变换器正序电流参考值输送至谐波电流参考值计算模块，确定网侧变换器谐波电流参考值如下所示：A9)将步骤A7)和A8)计算得到的网侧变换器电流参考值分别输送至网侧变换器正序、5次谐波、7次谐波电流内环控制环节，按照下式，得到网侧变换器在正向、5倍反向和7倍正向同步角速度旋转坐标系下的控制电压分量式中，Kp2和τi2分别为网侧变换器正序控制系统中电流内环PI控制器的比例系数和积分时间常数，Kp3和τi3分别为网侧变换器5次谐波控制系统中电流环PI控制器的比例系数和积分时间常数，Kp4和τi4分别为网侧变换器7次谐波控制系统中电流环PI控制器的比例系数和积分时间常数，Lg为进线电抗器电感；A10)将步骤A9)得到的控制电压进行空间矢量调制，即可获得网侧变换器PWM驱动信号，实现网侧变换器控制目标；(B)永磁直驱风力发电系统机侧变换器的控制步骤为：B1)永磁直驱风力发电系统机侧变换器采用矢量控制策略，将永磁直驱风力发电系统定子平均有功功率指令P^*、定子平均无功功率Q^*跟对应的反馈量P、Q之差送至机侧变换器电流参考值计算模块，得到电流参考值式中，Kp5和τi5分别为机侧变换器电流参考值计算模块PI控制器的比例系数和积分时间常数；B2)采用转子磁场定向，将步骤B1)计算得到的机侧变换器电流参考值输送至机侧变换器电流内环控制环节，按照下式，得到机侧变换器控制电压分量式中，K_p6和τ_i6分别为机侧变换器电流内环PI控制器的比例系数和积分时间常数，L_s为定子侧绕组的等效电感，ω_m为转子电角速度，ψ_f为转子永磁体磁链，分别为机侧变换器电流dq轴分量。