專利名稱：一種雙饋感應風力發電機的電磁轉矩消抖方法
技術領域：
本發明涉及一種雙饋感應風力發電機的電磁轉矩消抖方法，適用于電網電壓不平衡及諧波畸變條件下雙饋感應風力發電機組的故障穿越(不間斷)運行控制。
背景技術：
隨著全球性能源危機、環境污染以及氣候變化等問題的日益加劇，以風能為主要代表的可再生能源的開發利用引起了世界各國廣泛關注。我國風能資源十分豐富，截止2011年底，我國累積裝機容量已突破6270萬千瓦時，躍居世界第一，預計到2020年，我國累積裝機容量有望達到I. 5億至2億千瓦時。這對于緩解我國能源供需矛盾、降低二氧化碳排放強度、促進經濟社會可持續發展具有重要現實意義。雙饋感應發電機(doubly-fedinduction generators, DFIGs),由于具有勵磁變頻器容量小、噪聲低、損耗小以及可實現功率解耦控制等優點，在風力發電系統中得以廣泛應用。但由于DFIG定子繞組直接接網，致使其抗電網擾動能力非常有限，易產生自身保護動作與電網安全運行要求之間的矛盾。為此，2011年12月正式頒布的《風電場接入電力系統技術規定》(俗稱“新國標”)對并網風電機組的故障穿越運行(Fault-ride-through,FRT)能力提出了明確要求。有文獻研究表明，當電網電壓不平衡或諧波畸變等故障時，DFIG電磁轉矩將產生不同程度的抖動，極易造成風電機組軸系系統特別是齒輪箱等部件的損壞。因此，當電網電壓出現不平衡、諧波畸變，抑或兩種故障共存時，如何抑制雙饋感應發電機轉矩的抖動就成為機組實現DFIG風電機組故障穿越(不間斷)運行的前提和關鍵。關于電網電壓不平衡或諧波畸變條件下DFIG風電機組的改進控制方案，檢索到具有代表性的相關文獻有
[1]J.Hu, Y. He, L. Xu and B. ff. Williams. Improved control of DFIG systemsduring 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，賀益康，電網諧波條件下雙饋感應風力發電機的建模與控制[J].電力系統自動化，2011，35 (11) : 20-26.
針對電網電壓不平衡條件下DFIG風電機組的增強運行能力控制，文獻[I]給出了包含DFIG網側、轉子側變流器在內的完整數學模型，并提出了改進的矢量控制策略，實現了電網不平衡時轉子電流正、負序分量的有效調節，解決了電網電壓三相不平衡對DFIG運行的負面影響；文獻[2]則針對電網電壓諧波畸變的運行工況，建立了同時計及5次、7次電壓諧波在內的DFIG數學模型，提出了四個可供選擇的控制目標，仿真和實驗結果驗證了改進控制方案的有效性。然而，遺憾的是，文獻[1，2]所提出的改進控制方案只適用于單一電網故障存在的情況，并未對電網電壓不平衡且諧波畸變的復雜電網條件進行完整考慮并提出相應控制策略。實際上，由于并網逆變器、有源濾波器和靜止無功補償器等電力電子裝置的廣泛應用，特別是近年來伴隨我國高速電氣化鐵路的發展，輸電線和分布式電網中電壓不平衡和諧波畸變共存的可能性會更大。因此，綜合研究電網電壓不平衡且諧波畸變這一廣義非理想電網條件下DFIG轉矩波動抑制(消抖)方法，對于提高并網風電機組的故障適應能力，具有更為普遍的理論意義和工程應用價值。
發明內容
本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種電網電壓不平衡且諧波畸變時雙饋感應風力發電機的電磁轉矩消抖方法，包含以下步驟
1.分別利用一組(三個)電壓霍爾傳感器采集三相定子電壓信號Rab。、一組(三個)電流霍爾傳感器采集三相定子電流信號Jsab。、一組(三個)電流霍爾傳感器采集三相轉子電流信號Zrabe,采用光碼盤采集DFIG轉子位置信號e r和轉速信號ω r ；
2.將采集到的三相定子電壓信號^sabe和三相定、轉子電流信號/sab。、Zrabc經靜止三相/兩相坐標變換，得到靜止坐標系中包含諧波及正、負序分量的電壓綜合矢量Rae和電流綜合矢量/s a e ;
3.步驟2將得到的定子電壓、電流綜合矢量，即i/sae、Jsae送入磁鏈計算模塊，可得到正定子磁鏈綜合矢量Ψ
4.將步驟3得到的定子磁鏈綜合矢量^sae送入傳統數字鎖相環，即PLL，可獲得電網角度和角速度信號，即^和《1;
5.將步驟3得到的定子磁鏈綜合矢量^sae送入相序分離模塊，分別提取出正轉同步速、反轉同步速、反轉5倍速、和正傳7倍速坐標系下定子磁鏈的基波正序分量、負序分量和
諧波分量，即與％+，■■和辦;本發明所提出的相序分離模塊具體實施步驟如
下
5.I將定子磁鏈綜合矢量Vsa9首先送入截止頻率為150Hz的巴特沃茲低通濾波器，以濾除5次、7次諧波分量，之后將濾波后的信號進行正轉同步坐標變換，得到包含負序分量在內的基波磁鏈矢量，將該基波磁鏈矢量通過截止頻率為IOOHz的陷波器，可直接獲得
基波正序磁鏈矢量，即Ψ:詠;將陷波器注入前后的信號進行減法運算，可獲得基波負序磁鏈矢量，即;
5.2將定子磁鏈綜合矢量Ψ一先后送入截止頻率分別為350Hz、250Hz的陷波器，將輸入兩個陷波器前后的信號進行減法運算，可分別得到靜止(α βΓ坐標系下5次、7次諧
波分量，即和;將和Ψ·分別轉換至對應旋轉速坐標系，可獲得對應直流形式的諧波磁鏈矢量，即<5_和@7+ ;
6.將步驟5所獲得的定子磁鏈的基波正序分量、負序分量和諧波分量，即(一
，<5-和￥^7+送入參考指令計算模塊，獲得正轉同步速(dq) +坐標系下包含負序和諧波成
分在內的轉子參考電流指令;本發明所述的參考指令計算模塊，具體實施步驟如下
6.I計算基波正序、負序以及5次、7次諧波分量的電流指令，即令轉子負序及諧波電流指令為
權利要求
1.一種雙饋感應風力發電機的電磁轉矩消抖方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 (1)分別利用一組(三個)電壓霍爾傳感器采集三相定子電壓信號Rab。、一組(三個)電流霍爾傳感器采集三相定子電流信號Jsab。、一組(三個)電流霍爾傳感器采集三相轉子電流信號/Mb。，利用光碼盤采集DFIG轉子位置信號e r和轉速信號ω r ； (2)將采集到的三相定子電壓信號Vsabe和三相定、轉子電流信號/sab。、/^。經靜止三相/兩相坐標變換，得到靜止(α βΓ坐標系中包含諧波及正、負序分量的定子電壓綜合矢量Vsae、定子電流綜合矢量/sae和轉子電流綜合矢量Zrae ; (3)將步驟(2)得到的定子電壓綜合矢量Rae和定子電流綜合矢量Jsa e送入磁鏈計算模塊，可得到正定子磁鏈綜合矢量^sae ; (4)將步驟(3)得到的定子磁鏈綜合矢量^sae送入數字鎖相環PLL，可獲得電網角度 和角速度信號％ ; (5)將步驟(3)得到的定子磁鏈綜合矢量^sae送入相序分離模塊，分別提取出正轉同步速坐標系下定子磁鏈的基波正序分量￥( +、反轉同步速坐標系下定子磁鏈的基波負序分量、反轉5倍速坐標系下定子磁鏈的5次諧波分量和正傳7倍速坐標系下定子磁鏈的7次諧波分量; (6)將步驟(5)所獲得的^和送入轉子參考電流指令計算模塊，獲得正轉同步速(dq)+坐標系下包含負序和諧波成分在內的轉子參考電流指令/^；； (7)將步驟(2)獲得的靜止(αβΓ坐標系下轉子電流綜合矢量乙ae進行旋轉坐標變換，得到滑差速坐標系下的轉子電流矢量; (8)將步驟(6)得到的轉子參考電流指令和步驟(7)得到的轉子電流矢量‘的差值送入電流控制器進行調節； (9)根據步驟(6)得到的轉子參考電流指令和步驟(7)得到的轉子電流矢量I;計算轉子電壓參考矢量； (10)將轉子電壓參考矢量通過旋轉坐標變換，獲得空間矢量調制模塊所需的兩相轉子(α βΓ參考坐標系下轉子側變換器輸出參考電壓矢量; (11)將兩相轉子(αβΓ坐標系下轉子側變換器輸出參考電壓矢量經過空間矢量調制模塊調制，即可獲得控制DFIG轉子側變流器所需的開關信號。
2.根據權利要求I所述的一種雙饋感應風力發電機的電磁轉矩消抖方法，其特征在于，所述步驟(5)包括以下子步驟 (5. I)將定子磁鏈綜合矢量^sae首先送入截止頻率為150Hz的巴特沃茲低通濾波器，以濾除5次、7次諧波分量，之后將濾波后的信號進行正轉同步坐標變換，得到包含負序分量在內的基波磁鏈矢量，將該基波磁鏈矢量通過截止頻率為IOOHz的陷波器，可直接獲得基波正序磁鏈矢量;將陷波器注入前后的信號進行減法運算，可獲得基波負序磁鏈矢量仏J-;(5. 2)將定子磁鏈綜合矢量Ψ一先后送入截止頻率分別為350Hz、250Hz的陷波器，將輸入兩個陷波器前后的信號進行減法運算，可分別得到靜止(α βΓ坐標系下5次諧波分量Ψ_-和7次諧波分量Ψ·;將轉換至反轉5倍速旋轉坐標系，將轉換至正轉7倍速旋轉坐標系，可獲得對應直流形式的5次諧波磁鏈矢量的I...和7次諧波磁鏈矢量
3.根據權利要求I所述的一種雙饋感應風力發電機的電磁轉矩消抖方法，其特征在于，所述步驟(6)包括如下子步驟 (6. I)計算轉子電流參考指令的基波正序、負序以及5次、7次諧波分量，即令轉子負序及諧波電流指令為
4.而基波正序轉子電流指令則設定為
5.根據權利要求I所述的一種雙饋感應風力發電機的電磁轉矩消抖方法，其特征在于，步驟(8)所述的電流控制器由一個傳統PI調節器加上兩個諧振頻率分別為2倍、6倍電網頻率的諧振調節器組合而成，其傳遞函數為
全文摘要
本發明公開的一種雙饋感應風力發電機的電磁轉矩消抖方法，應用本發明，正轉同步速坐標系下的轉子參考電流指令中不僅含有平均有功、無功電流指令，同時還包含負序及5次、7次諧波電流分量，本發明中電流控制器能夠同時實現對直流分量和2倍頻、6倍頻交流分量的準確、快速調節，可在電網電壓發生不平衡或諧波畸變故障，特別是兩種電網故障共存時，有效抑制發電機電磁轉矩的2倍頻、6倍頻抖動，從而確保機組齒輪箱、軸承等部件的安全可靠運行，進而提高雙饋感應風力發電機組的故障穿越運行能力。
文檔編號H02P21/14GK102624321SQ20121007418
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月20日 優先權日2012年3月20日
發明者徐海亮, 章瑋, 胡家兵, 賀益康 申請人:浙江大學