[发明专利]一种双馈异步风力发电系统不对称协调直接功率控制方法

摘要

本发明公开了一种双馈异步风力发电系统不对称协调直接功率控制方法。通过一个比例调节器和两个谐振调节器组成的比例谐振调节器调节双馈异步发电机的定子电磁、无功功率以及网侧变换器的有功、无功功率，从而实现在无需进行任何正、负序电量分解的情况下对双馈异步发电机和网侧变换器的运行状况进行有效控制。采用本发明可实现双馈异步风力发电系统在电网不对称故障情况下的整体最优化控制效果，消除电网电压不对称引起的双馈异步风力发电系统总有功、无功功率、电磁转矩、直流母线电压波动，有效提高该系统在电网电压故障条件下的运行控制性能，确保供电电能质量和电力系统的运行稳定性及安全。

主权项

1.一种双馈异步风力发电系统不对称协调直接功率控制方法，其特征在于包括双馈异步风力发电系统中转子侧变换器RSC(1)的不对称直接功率控制和网侧变换器GSC(28)的不对称直接功率控制；通过对RSC(1)的不对称直接功率控制消除DFIG(3)定子电磁功率和无功功率中的基频ω_s和两倍频2ω_s振荡，保持双馈异步发电机DFIG(3)的电磁转矩恒定；通过对GSC(28)的不对称直接功率控制消除直流母线电压和GSC(28)输出无功功率中的基频ω_s和两倍频2ω_s振荡，保持双馈异步风力发电系统向电网输出的总有功、无功功率恒定；所述的RSC(1)不对称直接功率控制，包括以下步骤：(i)利用三相电压霍尔传感器(5-1)采集双馈异步感应发电机DFIG(3)三相定子电压信号U_sabc；利用第一三相电流霍尔传感器(4-1)采集三相定子电流I_sabc，利用第二三相电流霍尔传感器(4-2)采集三相转子电流信号I_rabc；(ii)采集得到的三相定子电压信号U_sabc经过不对称锁相环(8)检测得到电网或者定子电压中正序分量的角频率ω_s和相位θ_s；与此同时采用编码器(7)检测DFIG的转子位置θ_r，再经过微分器(35)计算转速ω_r；并通过减法器计算得到滑差角频率ω_slip＝ω_s-ω_r；(iii)将采集得到的三相定子电压信号U_sabc，三相定子电流信号I_sabc分别经过第一静止三相到二相坐标变换模块(6-1)，得到定子静止坐标系中包含正、负序分量的定子电压综合矢量U_sαβ，以及包含正、负序和零序分量的定子电流综合矢量I_sαβ；(iv)将得到的定子静止坐标系中定子电压综合矢量U_sαβ、定子电流综合矢量I_sαβ经过定子有功、无功功率计算模块(22)得到定子输出的瞬时有功功率信号P_s和无功功率信号Q_s；(v)将采集得到的三相转子电流信号I_rabc通过正转转子速旋转坐标变换模块(26)，得到转子速旋转坐标系中含正、负序和零序分量的转子电流综合矢量I_rαβ；(vi)将得到的定子电流综合矢量I_sαβ和转子电流综合矢量I_rαβ经过定子电磁功率计算模块(27)得到定子电磁功率信号P_es；(vii)将定子电磁功率信号P_es和无功功率信号Q_s与其参考电磁功率信号和无功功率信号经过减法器计算得到电磁功率误差信号ΔP_es和无功功率误差信号ΔQ_s；(viii)将得到的电磁功率误差信号ΔP_es和无功功率误差信号ΔQ_s通过第一比例谐振调节器(21-1)调节；调节后的输出信号经过第一反馈补偿解耦模块(15)完成转子速旋转坐标系中交-直轴间的交叉解耦和动态反馈补偿，获取转子速旋转坐标系中的转子电压参考值(ix)转子电压参考值经过转差速旋转坐标变换模块(9)，获得定子坐标系中转子电压参考值作为空间矢量第一脉宽调制模块(2-1)调制所需的转子电压参考信号，该信号经过空间矢量脉宽调制后获得控制DFIG运行的转子侧变换器(1)的开关信号S_a1，S_b1，S_c1。所述的GSC(28)不对称直接功率控制，包括以下步骤：(i)利用单相电压霍尔传感器(36)采集直流母线电压信号V_dc；利用第三三相电流霍尔传感器(4-3)采集GSC(28)输出的流过滤波电感(31)的三相电流信号I_gabc；(ii)将采集得到的GSC(28)三相输出电流信号I_gabc经过第二静止三相到二相坐标变换模块(6-2)，得到静止坐标系中包含正、负序和零序分量的GSC(28)电流综合矢量I_gαβ；(iii)将得到的静止坐标系中定子电压综合矢量U_sαβ和GSC(28)电流综合矢量I_gαβ经过GSC(28)有功、无功功率计算模块(34)得到GSC(28)输出的瞬时有功功率信号P_g和无功功率信号Q_g；(iv)将直流母线电压参考信号与采集得到的直流母线电压信号V_dc经过减法器计算得到直流母线电压误差信号，利用第一比例积分调节器(19)对得到的误差信号作比例-积分调节，调节输出信号经过GSC(28)有功功率参考信号补偿模块(32)得到GSC(28)有功功率参考信号；(v)将GSC(28)输出的有功功率信号P_g和无功功率信号Q_g与其参考有功功率信号和无功功率信号经过减法器计算得到GSC(28)输出有功误差信号ΔP_g和无功功率误差信号ΔQ_g；(vi)将得到的有功功率误差信号ΔP_g和无功功率误差信号ΔQ_g通过第二比例谐振调节器(21-2)调节；调节后的输出信号经过第二反馈补偿解耦模块(33)完成同步速旋转坐标系中交-直轴间的交叉解耦和动态反馈补偿，获取同步速旋转坐标系中的GSC(28)输出电压参考值；(vii)GSC(28)输出电压参考值经过同步速旋转坐标变换模块(14)，获得的静止坐标系中GSC(28)输出电压参考值作为第二脉宽调制模块(2-2)调制所需的GSC输出电压参考信号，该信号经过空间矢量脉宽调制后获得控制GSC(28)运行的开关信号S_a2，S_b2，S_c2。