[发明专利]一种无磁链观测的双馈风机低电压穿越的控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于双馈风机技术领域，更具体地，涉及一种无磁链观测的双馈风机低电压穿越的控制方法及系统。

背景技术

随着电网中风电渗透率的提高，低电压穿越能力已成为风电机组并网的必备要求，即：在电网发生故障期间，风电机组能保持不脱网持续运行，并能在规定时间内向电网提供无功支撑。在各种机型中，双馈风机(Doubly fed induction generator，DFIG)因其变速恒频运行且励磁变流器容量小等优点而成为主力机型，但其低电压穿越难度要远高于其它机组。这是由于电网故障时的转子侧感应电动势(Electromotive force，EMF)会远高于直流母线电压，转子侧变流器(Rotor-side converter，RSC)无法输出足够高的电压来维持对双馈风机的控制。

就励磁控制而言，双馈机组在低电压穿越时面临着两大类问题：一是变流器的生存，即转子侧变流器过流及直流母线过压；二是机组端口特性的优化，比如抑制电磁转矩脉动或提供动态无功支撑等。目前，最常见方案是利用撬棒(Crowbar)来提供故障电流通路，从而避免变流器过压过流。但撬棒投入后，双馈机组退化为常规鼠笼型电机而失去可控性，并且会从电网吸收大量无功，此外，还存在明显的电磁转矩脉动。为获得较好的暂态特性，一些学者提出了在定子侧串入附加电阻或动态电压调节器(DVR)等方案来支撑定子端电压，从而减小转子侧感应电动势以缓解变流器压力。然而，这些方案都需要新增硬件，进而增加了系统的硬件成本并降低了可靠性。

另一类方案是通过优化变流器的励磁控制来提高现有硬件利用率，进而来提高双馈型风电机组的低电压穿越能力。其中，部分方法是立足于改进内环控制器，包括在电流内环中引入非线性控制器、鲁棒控制器等改进的误差调节器、以及EMF前馈和虚拟阻抗等前馈方案。它们都有利于计算出抑制EMF扰动的励磁电压需求，从而提高RSC输出电压来抑制故障电流。但是，当电网发生深度故障时，EMF将远高于直流母线电压，即使控制器算出了上述电压需求，RSC也无法实际输出，从而失去其预期功能。另外，其他方案将避免过压过流作为首要控制目标，通过疏导故障电流来降低转子电压需求以维持系统可控。不仅更能充分利用RSC容量抑制过压过流，同时还可在一定程度上改善端口特性。比如，灭磁控制利用转子电流来抵消定子磁链中的暂态和负序分量，可大幅降低RSC电压输出要求以维持系统可控。磁链跟踪控制让转子磁链跟踪定子磁链，利用DFIG的磁链电流约束来抑制RSC过流，同时还能消除电磁转矩脉动。但是，这类方法都需要定子磁链观测来生成暂态控制指令，其中灭磁控制还需相序分离环节。而磁链观测需要准确的电机参数，电网故障后电压电流的剧烈变化会导致电阻和电感偏离其正常工况值；此外，磁链观测器中用来抑制采样零漂积累误差的滤波器，也会滤除定子电流中的暂态直流分量，两者都会影响到磁链观测的准确性。因上述方案是利用磁链观测值来生成控制指令，观测误差会直接影响这些方法的有效性；而如果采用一些特殊方案提高观测精度，又会进一步增加系统的复杂性。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明为了解决现有技术中各种低电压穿越的励磁控制方法均需要磁链观测环节来生成指令的不足，提出了一种无磁链观测的双馈风机低电压穿越的控制方法及系统，能适用于穿越深度电网故障、无需磁链观测、且简单可行。

本发明提供了一种无磁链观测的双馈风机低电压穿越的控制方法，当检测到电网故障时，控制转子电流按照比例-k_r直接跟踪定子电流，同时在转子电流指令中再注入与故障后定子电压相关的正序基波补偿量来提供动态无功支撑；其中L_r为转子自感，L_m为定子与转子之间的互感。

更进一步地，所述控制转子电流按照比例-k_r直接跟踪定子电流具体为：

采集双馈电机的定子电流信号I_sabc；

通过坐标变换将三相静止坐标系下的定子电流信号I_sabc变换为两相旋转坐标系下的定子d轴电流I_sd和q轴电流I_sq；

将定子d轴电流I_sd和q轴电流I_sq分别乘以系数-k_r作为转子d轴电流指令基本项q轴电流指令基本项

更进一步地，所述正序基波补偿量的获取方法包括：

采集双馈电机的定子电压信号U_sabc和定子电流信号I_sabc；