双馈风电系统对称高电压故障穿越控制方法

摘要

本发明公开了一种双馈风电系统对称高电压故障穿越控制方法，本方法涉及对串联网侧变换器的控制、转子侧变换器的控制以及并联网侧变换器的控制。串联网侧变换器通过控制其串入定子回路的输出电压矢量，使定子电压矢量维持为正常运行工况下的值不变，从而保证了发电系统的安全稳定运行；通过对并联网侧变换器及机侧变换器输出电压矢量的控制，不仅使发电系统实现了对输出有功功率的有效控制，而且控制发电系统所输出的无功功率为故障电网提供了最大限度的动态无功支持，有利于电网电压的快速恢复。

主权项

双馈风电系统对称高电压故障穿越控制方法，其特征在于，本方法涉及对串联网侧变换器的控制、转子侧变换器的控制以及并联网侧变换器的控制，各变换器的控制方法分别为：A)串联网侧变换器的控制方法为：A1)利用电压传感器采集电网三相电压u_gabc、双馈感应发电机定子三相电压u_sabc及直流母线电压U_dc的信号；A2)利用锁相功能部件取得u_gabc的合成矢量幅值u_gm、电角度θ_g和同步电角速度ω_s；A3)将步骤A1)采集到的u_sabc经静止三相abc坐标轴系到静止两相αβ坐标轴系的恒功率坐标变换，得静止两相αβ坐标轴系下的定子电压信号，即u_sαβ；A4)采用电网电压d轴定向方式，将步骤A2)所得的θ_g和步骤A3)所得的u_sαβ经过静止两相αβ坐标轴系到同步角速度旋转dq坐标轴系的恒功率变换，得到定子三相电压在电网电压定向的同步旋转dq坐标系下的d、q轴分量，即：u_sd、u_sq；A5)串联网侧变换器采用电压闭环来实现对定子电压的控制，电网电压定向的同步角速度旋转dq坐标轴系下串联网侧变换器的电压控制方程如下：$\left\{\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{scd}}=\left[K_{p1}({\tau }_{i1}s+1){\tau }_{i1}s\right](V_{\mathrm{sm}}-u_{\mathrm{sd}})\\ u_{\mathrm{scq}}=\left[K_{p1}({\tau }_{i1}s+1){\tau }_{i1}s\right](0-u_{\mathrm{sq}})\end{array}\right.$其中，u_scd和u_scq分别为以电网电压定向的正向同步旋转dq轴系下串联网侧变换器控制电压的d、q轴分量，K_p1、τ_i1分别为PI控制器的比例系数和积分时间常数；V_sm为正常运行时定子电压矢量的幅值；A6)将步骤A2)所得的θ_g和步骤A5)所得到的u_scd、u_scq经同步角速度旋转dq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坐标轴系下串联网侧变换器的控制电压u_scα、u_scβ；A7)将步骤A6)所得的u_scα、u_scβ和步骤A1)所得的U_dc经空间矢量脉宽调制产生串联网侧变换器的PWM驱动信号；B)并联网侧变换器的控制方法为：B1)利用电流传感器采集并联网侧变换器的三相进线电流信号i_gabc；B2)将采集得到的i_gabc经静止三相abc坐标系到静止两相αβ坐标轴系的恒功率变换，得静止两相αβ轴系下并联网侧变换器的进线电流i_gαβ；B3)采用电网电压d轴定向，将步骤A2)所得的θ_g和步骤B2)所得的i_gαβ经静止两相αβ坐标轴系到同步角速度旋转dq坐标轴系的恒功率变换，得并联网侧变换器进线电流在以电网电压定向的同步旋转dq坐标系下的d、q轴分量i_gd、i_gq；B4)直流母线电压给定值设定为将A1)所得的U_dc经PI调节器进行调节，其输出值加上构成流经并联网侧变换器的平均有功功率给定值即：$P_{g\_\mathrm{av}}^{*}=[K_{\mathrm{pu}}({\tau }_{\mathrm{iu}}s+1)/{\tau }_{\mathrm{iu}}s](U_{\mathrm{dc}}^{*}-U_{\mathrm{dc}})·U_{\mathrm{dc}}^{*}+U_{\mathrm{dc}}^{*}$其中，K_pu和τ_iu分别为PI调节器的比例系数和积分时间常数；B5)将步骤A2)所得u_gm和步骤B4)所得经并联网侧变换器d轴电流参考值计算，得并联网侧变换器的d轴参考电流指令值B6)将步骤A2)所得u_gm和通过考虑到变换器调制比的并联网侧变换器q轴电流给定值计算，得并联网侧变换器的q轴参考电流指令值B7)并联网侧变换器在电网电压定向的同步旋转dq坐标轴系下的控制方程为：$\left\{\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{gd}}=[K_{p4}({\tau }_{i4}s+1)/{\tau }_{i4}s](i_{\mathrm{gd}}^{*}-i_{\mathrm{gd}})-R_g{i}_{\mathrm{gd}}+{\omega }_s{L}_g{i}_{\mathrm{gq}}+u_{\mathrm{gm}}\\ =[K_{p4}({\tau }_{i4}s+1)/{\tau }_{i4}s](i_{\mathrm{gd}}^{*}-i_{\mathrm{gd}})+{\mathrm{\Delta u}}_{\mathrm{gd}}\\ u_{\mathrm{gq}}=[K_{p4}({\tau }_{i4}s+1)/{\tau }_{i4}s](i_{\mathrm{gq}}^{*}-i_{\mathrm{gq}})-R_g{i}_{\mathrm{gq}}-{\omega }_s{L}_g{i}_{\mathrm{gd}}\\ =[K_{p4}({\tau }_{i4}s+1)/{\tau }_{i4}s](i_{\mathrm{gq}}^{*}-i_{\mathrm{gq}})+{\mathrm{\Delta u}}_{\mathrm{gq}}\end{array}\right.$其中：u_gd和u_gq分别为并联网侧变换器控制电压的d、q轴分量，K_p4和τ_i4分别为PI调节器的比例系数和积分系数，L_g为并联网侧变换器的进线电抗器的电感，R_g为并联网侧变换器的进线电阻，Δu_gd、Δu_gd分别为d、q轴控制电压的补偿分量；B8)将步骤A2)所得得θ_g和步骤B7)所得的u_gd、u_gq经同步角速度旋转dq坐标轴系到静止两相αβ坐标轴系的恒功率变换，得静止两相αβ坐标轴系下并联网侧变换器的控制电压u_gα、u_gβ；B9)将步骤B8)所得的u_gα、u_gβ和步骤A1)所得的Udc经空间矢量脉宽调制，得并联网侧变换器的PWM驱动信号；C)转子侧变换器的控制方法为：转子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转子侧变换器的PWM驱动信号；其功率外环的无功功率给定值Q_max经定子无功功率给定值计算得出。