[发明专利]一种双馈感应风力发电机的电磁转矩消抖方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双馈感应风力发电机的电磁转矩消抖方法，适用于电网电压不平衡及谐波畸变条件下双馈感应风力发电机组的故障穿越（不间断）运行控制。

背景技术

随着全球性能源危机、环境污染以及气候变化等问题的日益加剧，以风能为主要代表的可再生能源的开发利用引起了世界各国广泛关注。我国风能资源十分丰富，截止2011年底，我国累积装机容量已突破6270万千瓦时，跃居世界第一，预计到2020年，我国累积装机容量有望达到1.5亿至2亿千瓦时。这对于缓解我国能源供需矛盾、降低二氧化碳排放强度、促进经济社会可持续发展具有重要现实意义。

双馈感应发电机（doubly-fed induction generators, DFIGs），由于具有励磁变频器容量小、噪声低、损耗小以及可实现功率解耦控制等优点，在风力发电系统中得以广泛应用。但由于DFIG定子绕组直接接网，致使其抗电网扰动能力非常有限，易产生自身保护动作与电网安全运行要求之间的矛盾。为此，2011年12月正式颁布的《风电场接入电力系统技术规定》（俗称“新国标”）对并网风电机组的故障穿越运行（Fault-ride-through, FRT）能力提出了明确要求。有文献研究表明，当电网电压不平衡或谐波畸变等故障时，DFIG电磁转矩将产生不同程度的抖动，极易造成风电机组轴系系统特别是齿轮箱等部件的损坏。因此，当电网电压出现不平衡、谐波畸变，抑或两种故障共存时，如何抑制双馈感应发电机转矩的抖动就成为机组实现DFIG风电机组故障穿越（不间断）运行的前提和关键。关于电网电压不平衡或谐波畸变条件下DFIG风电机组的改进控制方案，检索到具有代表性的相关文献有：

[1]     J. Hu, Y. He, L. Xu and B. W. Williams. Improved control of DFIG systems during network unbalance using PI-R current regulators. IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 56, no. 2, pp. 439-459, Feb. 2009.

[2]     徐海亮, 胡家兵, 贺益康, 电网谐波条件下双馈感应风力发电机的建模与控制[J]. 电力系统自动化, 2011, 35 (11): 20-26.

针对电网电压不平衡条件下DFIG风电机组的增强运行能力控制，文献[1]给出了包含DFIG网侧、转子侧变流器在内的完整数学模型，并提出了改进的矢量控制策略，实现了电网不平衡时转子电流正、负序分量的有效调节，解决了电网电压三相不平衡对DFIG运行的负面影响；文献[2]则针对电网电压谐波畸变的运行工况，建立了同时计及5次、7次电压谐波在内的DFIG数学模型，提出了四个可供选择的控制目标，仿真和实验结果验证了改进控制方案的有效性。

然而，遗憾的是，文献[1，2]所提出的改进控制方案只适用于单一电网故障存在的情况，并未对电网电压不平衡且谐波畸变的复杂电网条件进行完整考虑并提出相应控制策略。实际上，由于并网逆变器、有源滤波器和静止无功补偿器等电力电子装置的广泛应用，特别是近年来伴随我国高速电气化铁路的发展，输电线和分布式电网中电压不平衡和谐波畸变共存的可能性会更大。因此，综合研究电网电压不平衡且谐波畸变这一广义非理想电网条件下DFIG转矩波动抑制（消抖）方法，对于提高并网风电机组的故障适应能力，具有更为普遍的理论意义和工程应用价值。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种电网电压不平衡且谐波畸变时双馈感应风力发电机的电磁转矩消抖方法，包含以下步骤：

1. 分别利用一组（三个）电压霍尔传感器采集三相定子电压信号U_sabc、一组（三个）电流霍尔传感器采集三相定子电流信号I_sabc、一组（三个）电流霍尔传感器采集三相转子电流信号I_rabc，采用光码盘采集DFIG转子位置信号θ_r和转速信号ω_r；