电网故障下双馈感应风力发电机暂态电流跟踪控制方法

摘要

本发明公开了一种电网故障下双馈感应风力发电机暂态电流跟踪控制方法，属于风力发电技术领域。通过在转子侧变流器的电流环中附加与转子暂态电流指令相关的转子电流指令前馈分量，来提高原电流环对交流指令的跟踪能力，从而将该暂态电流指令所对应的特性充分发掘出来，以增强双馈感应风力发电机的低电压穿越能力。本发明所提的控制方法结构简单、易于实现，并且不会改变原电流环的稳定性，此外对电网频率波动和双馈感应风力发电机参数漂移也具有较高的鲁棒性。

主权项

一种电网故障下双馈感应风力发电机暂态电流跟踪控制方法，其特征在于该方法包含以下各步骤：(1)获取所述双馈感应风力发电机的电机参数，所述参数包括定子自感L_s、定转子互感L_m、定子电阻R_s、转子电阻R_r和转子自感L_r；(2)通过电压、电流霍尔传感器来获得所述双馈感应风力发电机的定子三相电压U_sabc、定子三相电流I_sabc和转子三相电流I_rabc；(3)使用锁相环来获取所述电网并网点电压的角频率ω_s；(4)采用编码器来获取所述双馈感应风力发电机的转子机械角频率ω_r；(5)根据步骤(3)获得的所述并网点电压的角频率ω_s与步骤(4)中获得的所述转子机械角频率ω_r来获得转差角频率ω₂＝ω_s‑ω_r，并将转差角频率ω₂进行积分来获得转差角θ₂；(6)根据步骤(5)中的转差角θ₂，对上述步骤(2)中的所述定子三相电压U_sabc、所述定子三相电流I_sabc和所述转子三相电流I_rabc分别进行abc/dq坐标变换，来获得同步旋转坐标系下的所述双馈感应风力发电机的定子d轴电压u_sd、定子q轴电压u_sq、定子d轴电流i_sd、定子q轴电流i_sq和转子d轴电流i_rd、转子q轴电流i_rq；(7)根据步骤(1)中的所述双馈感应风力发电机的所述定子自感L_s、所述定转子互感L_m以及步骤(6)中的所述定子d轴电流i_sd、所述定子q轴电流i_sq、所述转子d轴电流i_rd、所述转子q轴电流i_rq，来计算得到所述双馈感应风力发电机的定子d轴磁链ψ_sd、定子q轴磁链ψ_sq，其计算公式为：$\left\{\begin{array}{c}{\psi }_{sd}=L_s{i}_{sd}+L_m{i}_{rd}\\ {\psi }_{sq}=L_s{i}_{sq}+L_m{i}_{rq}\end{array}\right.;$(8)根据步骤(6)中的所述转子d轴电流i_rd、所述转子q轴电流i_rq分别与转子d轴电流指令转子q轴电流指令相减来获得d轴误差信号i_ed、q轴误差信号i_eq，其计算公式为：$\left\{\begin{array}{c}{i}_{ed}=i_{rd}^{*}-i_{rd}\\ i_{eq}=i_{rq}^{*}-i_{rq}\end{array}\right.;$(9)通过控制器来对所述d轴误差信号i_ed、所述q轴误差信号i_eq进行闭环处理，得到转子电压控制量(10)根据上述步骤(1)中的所述定子自感L_s、所述定转子互感L_m、所述定子电阻R_s和所述转子自感L_r，步骤(6)中的所述双馈感应风力发电机的所述定子d轴电压u_sd、转子d轴电流i_rd、所述转子q轴电流i_rq，步骤(7)中的所述定子d轴磁链ψ_sd、所述定子q轴磁链ψ_sq以及步骤(4)、(5)中的所述转子机械角频率ω_r、所述转差角频率ω₂来计算得到前馈补偿值V_rdc、V_rqc，其计算公式为：$\left\{\begin{array}{c}{V}_{rdc}=-{\omega }_2{\mathrm{\sigma L}}_r{i}_{rq}+\frac{L_m}{L_s}(u_{sd}-\frac{R_s}{L_s}{\psi }_{sd}+{\omega }_r{\psi }_{sq})\\ V_{rqc}={\omega }_2{\mathrm{\sigma L}}_r{i}_{rd}+\frac{L_m}{L_s}(-\frac{R_s}{L_s}{\psi }_{sq}-{\omega }_r{\psi }_{sd})\end{array}\right.;$其中，$\sigma =1-L_m^2/L_s{L}_r$为漏感系数；(11)根据上述步骤(1)中的所述转子电阻R_r、所述转子自感L_r以及所述转子d轴电流指令所述转子q轴电流指令来计算获得转子电流指令前馈值V_fcrdc、V_fcrqc，其计算公式为：$\left\{\begin{array}{c}{V}_{fcrdc}=R_r{i}_{rd}^{*}+{\mathrm{\sigma L}}_r\frac{d}{dt}{i}_{rd}^{*}\\ V_{fcrqc}=R_r{i}_{rq}^{*}+{\mathrm{\sigma L}}_r\frac{d}{dt}{i}_{rq}^{*}\end{array}\right.;$(12)根据上述步骤(9)中的转子电压控制量步骤(10)中的所述前馈补偿值V_rdc、V_rqc，以及步骤(11)中的转子电流指令前馈值V_fcrdc、V_fcrqc，来计算获得转子电压需求值其计算公式为：$\left\{\begin{array}{c}{V}_{rd}^{*}=u_{rd}^{*}+V_{rdc}+V_{fcrdc}\\ V_{rq}^{*}=u_{rq}^{*}+V_{rqc}+V_{fcrqc}\end{array}\right.;$(13)对步骤(12)中的转子电压需求值进行空间矢量脉宽调制，来获得转子侧变流器三对开关管的开关信号S_a、S_b、S_c。