不平衡且谐波畸变电网电压下双馈风电系统总输出无功功率波动抑制方法

摘要

本发明公开了一种不平衡且谐波畸变电网电压下采用串联网侧变换器的双馈感应风电系统总输出无功功率波动抑制方法，涉及对串联网侧变换器、并联网侧变换器以及电机侧变换器的控制。本发明串联网侧变换器采用的电压控制器能够实现对定子负序、5次和7次谐波电压分量的快速抑制，保证了发电机的安全稳定运行，正向同步旋转坐标轴系下的并联网侧变换器参考电流指令包含了基波正序、负序、5次以及7次谐波电流分量，并联网侧变换器所采用的电流控制器能够同时实现对直流分量、2倍以及6倍频交流分量准确、快速调节，实现了对该系统总输出无功功率2倍、6倍频波动的抑制，有效提高了不平衡且谐波畸变电网电压下双馈感应风电系统所并电网的电能质量。

主权项

不平衡且谐波畸变电网电压下采用串联网侧变换器的双馈感应风电系统总输出无功功率波动抑制方法，其特征在于：本方法涉及对串联网侧变换器的控制、并联网侧变换器的控制以及电机侧变换器的控制；所述串联网侧变换器的控制步骤为：A1)利用电压霍尔传感器采集电网三相电压信号u_gabc以及双馈感应发电机定子三相电压信号u_sabc；A2)将采集的电网三相电压信号u_gabc经过数字锁相环PLL后得到电网正序电压电角度θ_g+以及同步电角速度ω；A3)将采集的电网三相电压信号u_gabc、发电机定子的三相电压信号u_sabc分别经过静止三相abc坐标轴系到静止两相αβ坐标轴系恒功率变换，转换为静止两相αβ坐标轴系下电压信号，即u_gαβ，u_sαβ；A4)采用电网正序电压定向方式，将步骤A3所得u_gαβ经相序分离模块，分别提取出正向同步角速度旋转坐标轴系下电网电压基波正序分量反向同步角速度旋转坐标轴系下电网电压负序分量5倍同步角速度反向旋转坐标轴系下电网电压5次谐波分量和7倍同步角速度正向旋转坐标轴系下电网电压7次谐波分量所述的步骤A4包括以下子步骤：A4.1)将u_gαβ经静止两相αβ坐标轴系到正向同步角速度旋转坐标轴系的恒功率变换，再经过2ω、6ω陷波器滤波后得到电网电压正序分量在正向同步角速度旋转坐标轴系下dq轴分量A4.2)将u_gαβ经静止两相αβ坐标轴系到反向同步角速度旋转坐标轴系的恒功率变换，再经过2ω、4ω、8ω陷波器滤波后得到电网电压负序分量在反向同步角速度旋转坐标轴系下dq轴分量A4.3)将u_gαβ经静止两相αβ坐标轴系到5倍同步角速度反向旋转坐标轴系的恒功率变换，再经过4ω、6ω、12ω陷波器滤波后得到电网电压5次谐波分量在5倍同步角速度反向旋转坐标轴系下dq轴分量A4.4)将u_gαβ经静止两相αβ坐标轴系到7倍同步角速度正向旋转坐标轴系的恒功率变换，再经过6ω、8ω、12ω陷波器滤波后得到电网电压7次谐波分量在7倍同步角速度正向旋转坐标轴系下dq轴分量A5)采用电网正序电压定向方式，将步骤A3所得u_sαβ经静止两相αβ坐标轴系到正向同步角速度旋转坐标轴系的恒功率变换后，得到定子电压在正向同步角速度旋转坐标系下dq轴分量A6)在正向同步角速度旋转坐标轴系下，将步骤A4得到的和步骤A5得到的的差值送入电压控制器进行调节；A7)将步骤A6电压调节器的输出作为串联网侧变换器抑制定子负序及谐波电压的控制电压u_seriesdq；A8)将步骤A7所得到的串联网侧变换器控制电压u_seriesdq经正向同步角速度旋转坐标轴系到静止两相αβ坐标轴系的恒功率变换，得到静止两相αβ坐标轴系下控制电压u_seriesαβ；A9)将步骤A8得到的串联网侧变换器控制电压u_seriesαβ和直流侧电压U_dc通过空间矢量调制产生串联网侧变换器PWM驱动信号；所述并联网侧变换器的控制步骤为：B1)利用电压霍尔传感器采集电网三相电压信号u_gabc，电流霍尔传感器采集双馈感应发电机定子三相电流信号i_sabc以及并联网侧变换器的三相电流信号i_gabc；B2)利用电压霍尔传感器采集直流侧电压信号U_dc；B3)将采集得到的电网三相电压信号u_gabc、双馈感应发电机定子三相电流信号i_sabc和并联网侧变换器的三相电流信号i_gabc分别经静止三相abc坐标轴系到静止两相αβ坐标轴系恒功率变换后，转换为静止两相αβ坐标轴系下的电压、电流信号，即u_gαβ，i_sαβ，i_gαβ；B4)将步骤B3得到的u_gαβ，i_sαβ，i_gαβ分别经静止两相αβ坐标轴系到正向同步角速度旋转坐标系的恒功率变换后，得到电网电压以及定子、并联网侧变换器电流在正向同步角速度旋转坐标轴系下dq轴分量B5)并联网侧变换器的直流母线电压调节采用PI调节器控制，其调节器输出和直流母线电压给定值构成直流母线电压平均有功功率给定值计算公式为，$P_{g\_av}^{*}=(K_{pu}+K_{iu}/s)(U_{dc}^{*}-U_{dc})·U_{dc}^{*}$其中：表示并联网侧变换器维持直流母线电压稳定所需的平均有功功率指令，为直流母线电压给定值，K_pu和K_iu分别为直流母线电压调节器比例系数和积分系数；B6)并联网侧变换器采用正序电网电压定向于d轴，则将步骤A4、B4、B5所得送入并联网侧变换器参考电流指令计算模块，获得正向同步角速度旋转坐标轴系下包含基波正序、负序以及谐波成分在内的并联网侧变换器参考电流指令B7)将步骤B6所得和B4所得的差值送入电流控制器进行调节，电流控制器输出为B8)根据步骤B4、B6所得到及步骤B7电流控制器的输出计算并联网侧变换器控制电压B9)将B8所得并联网侧变换器控制电压经正向同步角速度旋转坐标轴系到静止两相αβ坐标轴系的恒功率变换，可得到静止两相αβ坐标轴系下控制电压u_cαβ；B10)将步骤B9所得的并联网侧变换器控制电压u_cαβ和直流侧电压U_dc通过空间矢量调制产生并联网侧变换器PWM驱动信号；电机侧变换器的控制策略：(C1)电机侧变换器采用传统矢量控制策略，其控制电压和直流侧电压U_dc通过空间矢量调制产生电机侧变换器PWM驱动信号。