專利名稱：雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)控制方法。
背景技術(shù)：
并網(wǎng)型變速恒頻雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)是一種應(yīng)用最為廣泛的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，與其配套的背靠背式雙PWM交直交轉(zhuǎn)子勵磁技術(shù)也是目前應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中最成熟的技術(shù)之一。風(fēng)能的高效利用已經(jīng)成為目前研究的熱點(diǎn)，在風(fēng)速達(dá)到切人風(fēng)速時，如何快速可靠的實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的同步并網(wǎng)，如何減小并網(wǎng)沖擊電流，也已有不少研究。針對并網(wǎng)型變速恒頻雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，目前應(yīng)用比較廣泛的有兩種并網(wǎng)技術(shù)，一種為定子并網(wǎng)技術(shù)，一種為轉(zhuǎn)子軟并網(wǎng)技術(shù)。定子并網(wǎng)技術(shù)通常應(yīng)用于理想電網(wǎng)條件下的風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)；而 轉(zhuǎn)子軟并網(wǎng)技術(shù)通常應(yīng)用于在運(yùn)行過程中發(fā)生低電壓跌落，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器實(shí)現(xiàn)重啟的過程中。而關(guān)于定子并網(wǎng)技術(shù)，由于應(yīng)用最為廣泛，也已有不少專利申請做出了詳細(xì)介紹，例如公開號為CN102005782A的專利文件中公開了一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)控制方法，該申請?zhí)峁┝艘环N通過電網(wǎng)外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制方式實(shí)現(xiàn)定子電壓幅值對電網(wǎng)電壓幅值的跟蹤，但該申請是在假設(shè)轉(zhuǎn)子初始位置已知的情況下實(shí)現(xiàn)的，此外電壓幅值外環(huán)采用了比例積分調(diào)節(jié)器(PI調(diào)節(jié)器)加前饋項(xiàng)的控制方式，這樣將引起電流給定在起步階段的階躍沖擊，此外，在跟蹤的過程中，由于PI調(diào)節(jié)器中比例系數(shù)Kp的存在，將增加跟蹤的調(diào)節(jié)過程，不利于柔性并網(wǎng)。同樣，公開號為CN101499665A的專利文件也是在轉(zhuǎn)子初始位置已知的情況下實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)，均未考慮到轉(zhuǎn)子初始位置未知的情景。再例如，公開號為CN101267117A的中國專利文件中公開了一種變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及其并網(wǎng)控制方法，該申請?zhí)峁┝艘环N基于電壓幅值補(bǔ)償器和轉(zhuǎn)子位置角補(bǔ)償器的并網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的同步并網(wǎng)。其電壓幅值補(bǔ)償器以電網(wǎng)電壓和定子電壓幅值分別作為PI調(diào)節(jié)器的參考值和反饋值進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，輸出作為勵磁電流的幅值；而轉(zhuǎn)子位置角補(bǔ)償器以轉(zhuǎn)矩電流作為控制對象，通過PI調(diào)節(jié)器將轉(zhuǎn)矩電流控制為0，以確保轉(zhuǎn)子位置角正確。采用了雙外環(huán)、雙內(nèi)環(huán)的控制策略，實(shí)現(xiàn)了對電網(wǎng)電壓幅值和相位的跟蹤，但是，由于其在通過轉(zhuǎn)子位置角補(bǔ)償進(jìn)行電網(wǎng)電壓相位跟蹤時，未有定子電壓相位和電網(wǎng)電壓相位的對比反饋，存在一定的風(fēng)險，尤其在定子相序錯誤的時候，有可能在并網(wǎng)過程中，由于沖擊電流過大而引起并網(wǎng)失敗。由于并網(wǎng)失敗或并網(wǎng)時間過長而造成的風(fēng)電機(jī)組利用效率低下，已經(jīng)成為風(fēng)電場越來越不容忽視的問題?？s短并網(wǎng)同步時間，減小并網(wǎng)沖擊電流，提高并網(wǎng)可靠性，保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行已成為并網(wǎng)技術(shù)的重要議題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)控制方法，能夠解決在轉(zhuǎn)子初始位置未知的情況下實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電壓幅值、相位外環(huán)控制以及實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子電流的內(nèi)環(huán)控制。本發(fā)明提供一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)控制方法，包括步驟A :獲取電網(wǎng)電壓Ug、定子三相電壓Us、轉(zhuǎn)子三相電流I,及轉(zhuǎn)子位置角0m;B :將電網(wǎng)電壓Ug、定子三相電壓Us、轉(zhuǎn)子三相電流I,分別變換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系;C :以電網(wǎng)電壓Ug與定子三相電壓Us相對于靜止坐標(biāo)系a軸的相位0 i與相位0 s分別作為純積分器輸入端上的參考給定值與反饋值，將該純積分器的輸出作為轉(zhuǎn)子初始位置角Qtl并與電網(wǎng)相位角Q1和轉(zhuǎn)子位置角經(jīng)加法器疊加，獲取轉(zhuǎn)子三相電流L轉(zhuǎn)換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換相位角e slip，形成電網(wǎng)電壓相位外環(huán)控制； D :將電網(wǎng)電壓d軸分量Ugd與定子三相電壓d軸分量Usd分別作為純積分器輸入端的參考給定值與反饋值，將該純積分器的輸出作為轉(zhuǎn)子電流q軸分量的參考給定值r ，設(shè)定轉(zhuǎn)子電流d軸分量的參考給定值I、為0，形成電網(wǎng)電壓幅值外環(huán)控制；E :將轉(zhuǎn)子電流q軸分量的參考給定值I、與轉(zhuǎn)子電流q軸分量反饋值Ini經(jīng)加法器輸出至比例積分調(diào)節(jié)器得到轉(zhuǎn)子電壓q軸分量的給定值將轉(zhuǎn)子電流d軸分量的參考給定值rri與轉(zhuǎn)子電流d軸分量反饋值Iri經(jīng)加法器輸出至比例積分調(diào)節(jié)器得到轉(zhuǎn)子電壓d軸分量的給定值U。，形成轉(zhuǎn)子電流內(nèi)環(huán)控制；F :判斷定子電壓與電網(wǎng)電壓的幅值誤差、相位誤差￡ 0及持續(xù)周波是否在設(shè)定范圍內(nèi)，如果是，則并網(wǎng)接觸器合閘實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。優(yōu)選地，所述步驟F中并網(wǎng)接觸器合閘實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)后還包括步驟將系統(tǒng)切換至功率解耦控制模式。優(yōu)選地，所述步驟F中幅值誤差ev小于10V，相位誤差e 0小于5°，持續(xù)周波大于5周。上述技術(shù)方案可以看出，由于本發(fā)明實(shí)施例采用雙外環(huán)單內(nèi)環(huán)的控制方式，實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)電壓幅值與相位的外環(huán)控制，因此本發(fā)明實(shí)施例的控制方法與傳統(tǒng)的控制方法相t匕，簡單易行，穩(wěn)定可靠。在外環(huán)控制器上，采用了純積分控制器，簡化了控制器的結(jié)構(gòu)，易于實(shí)現(xiàn)。在實(shí)現(xiàn)同步并網(wǎng)的同時，也實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子電流的解耦控制，為并網(wǎng)后切換至有功、無功功率的解耦控制模式提供了便利性。在并網(wǎng)后模式切換時，采用了狀態(tài)參數(shù)傳遞的方式，實(shí)現(xiàn)了功率模式的平滑切換。
為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。圖I為本發(fā)明實(shí)施例中雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)控制方法的流程圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例中雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)控制的原理框圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例中電網(wǎng)電壓幅值跟蹤外環(huán)的控制原理框圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例中電網(wǎng)電壓相位跟蹤外環(huán)的控制原理框圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例中定子CisPs坐標(biāo)系、轉(zhuǎn)子％ I坐標(biāo)系與同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系的關(guān)系圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例并網(wǎng)后系統(tǒng)由電網(wǎng)電壓同步跟蹤模式切換至有功、無功功率解耦控制的原理框圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明實(shí)施例提供一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)控制方法，如圖I所示，該方法包括步驟11 :獲取電網(wǎng)電壓Ug、定子三相電壓Us、轉(zhuǎn)子三相電流I,及轉(zhuǎn)子位置角0m。
本步驟中，利用兩組兩個電流傳感器采集兩相轉(zhuǎn)子電流信號Ira、Irb和兩相定子電流信號Isa、Isb，并通過計算獲得第三相轉(zhuǎn)子電流信號I,。和第三相定子電流信號Is。，兩組4個電壓傳感器采集電網(wǎng)線電壓信號U一、Ugb。和定子線電壓信號Usab、Usb。，并通過計算獲得三相電網(wǎng)電壓信號Uga、Ugb、Ugc和定子電壓信號Usa、Usb、Usc ;利用一個增量式光電碼盤獲得轉(zhuǎn)子位置角信號。步驟12 :將電網(wǎng)電壓Ug、定子三相電壓Us、轉(zhuǎn)子三相電流I,分別變換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。 本步驟中，在二維三軸坐標(biāo)系下電網(wǎng)電壓Ug、定子三相電壓Us、轉(zhuǎn)子三相電流I,經(jīng)過clarke變換得到靜止坐標(biāo)系(a ^坐標(biāo)系)下的各電壓、電流值；在靜止坐標(biāo)系下，電網(wǎng)電壓Ug、定子電壓Us、轉(zhuǎn)子電流L經(jīng)過park變換得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(dq坐標(biāo)系)下的各電壓、電流值。步驟13 :以電網(wǎng)電壓Ug與定子三相電壓Us相對于靜止坐標(biāo)系a軸的相位0 :與相位e s分別作為純積分器輸入端上的參考給定值與反饋值，將該純積分器的輸出作為轉(zhuǎn)子初始位置角Qtl并與電網(wǎng)相位角Q1和轉(zhuǎn)子位置角經(jīng)加法器疊加，獲取轉(zhuǎn)子三相電流仁轉(zhuǎn)換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換相位角0slip，形成電網(wǎng)電壓相位外環(huán)控制。所謂純積分器即為比例系數(shù)為0的積分器。如圖2、圖4所示，本步驟中，電網(wǎng)電壓信號Ug經(jīng)鎖相環(huán)運(yùn)算，獲得電網(wǎng)電壓向量在其靜止a ^坐標(biāo)系下相對于a軸的相位Q1，根據(jù)電網(wǎng)電壓定向矢量控制原理，將同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的d軸定向在電網(wǎng)電壓向量上，并隨其同步旋轉(zhuǎn)；與此同時，將定子電壓信號隊通過鎖相環(huán)運(yùn)算，獲得定子電壓向量在其靜止a ^坐標(biāo)系下相對于a軸的位置角0S;光電碼盤信號經(jīng)DSP (圖2中/ dt模塊)獲得轉(zhuǎn)子的位置角0m，而轉(zhuǎn)子相對于電網(wǎng)電壓a軸的實(shí)際位置角為L= 9 0+從而可得用于坐標(biāo)變換的滑差角度0sliP= 0f0r。此處的滑差相位角即為坐標(biāo)變換相位角。圖2中滑差角計算模塊即為圖4中的結(jié)構(gòu)所示。步驟14 :將電網(wǎng)電壓d軸分量Ugd與定子三相電壓d軸分量Usd分別作為純積分器輸入端的參考給定值與反饋值，將該純積分器的輸出作為轉(zhuǎn)子電流q軸分量的參考給定值I、，設(shè)定轉(zhuǎn)子電流d軸分量的參考給定值I、為0，形成電網(wǎng)電壓幅值外環(huán)控制；結(jié)合圖2及圖3所示，將三相電網(wǎng)電壓、定子電壓、轉(zhuǎn)子電流通過帕克坐標(biāo)變換，轉(zhuǎn)換至同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，于是有dq軸電網(wǎng)電壓Ugdq,dq軸定子電壓Usdq, dq軸轉(zhuǎn)子電流Iriq ；將電網(wǎng)電壓d軸分量Ugd信號作為參考給定值，定子三相電壓d軸分量Usd信號作為反饋值，通過純積分調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器輸出作為轉(zhuǎn)子電流q軸分量的參考給定值，設(shè)定轉(zhuǎn)子電流d分量的流參考給定值設(shè)為O，并通過電流內(nèi)環(huán)的PI調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)子勵磁電流幅值的控制，從而實(shí)現(xiàn)定子電壓對電網(wǎng)電壓幅值的同步跟蹤。步驟15 :將轉(zhuǎn)子電流q軸分量的參考給定值&與轉(zhuǎn)子電流q軸分量反饋值Ini經(jīng)加法器輸出至比例積分調(diào)節(jié)器得到轉(zhuǎn)子電壓q軸分量的給定值U;,，將轉(zhuǎn)子電流d軸分量的參考給定值I、與轉(zhuǎn)子電流d軸分量反饋值Iri經(jīng)加法器輸出至比例積分調(diào)節(jié)器得到轉(zhuǎn)子電壓d軸分量的給定值U、，形成轉(zhuǎn)子電流內(nèi)環(huán)控制；如圖2所示，本步驟中，內(nèi)環(huán)為轉(zhuǎn)子dq電流內(nèi)環(huán)，采用了傳統(tǒng)比例積分調(diào)節(jié)器。電網(wǎng)電壓幅值跟蹤外環(huán)的輸出作為內(nèi)環(huán)q軸電流的參考給定值，用于控制勵磁電流的幅值，而轉(zhuǎn)子d軸電流參考給定值保持為0，即保證轉(zhuǎn)矩電流為0 ;電網(wǎng)電壓相位跟蹤外環(huán)的輸出作為轉(zhuǎn)子初始位置角信號，一方面作為內(nèi)環(huán)電流反饋信號的帕克坐標(biāo)變換相位角，另一方 面作為內(nèi)環(huán)輸出電壓的反帕克坐標(biāo)變換相位角，從而實(shí)現(xiàn)定子電壓相位的調(diào)整。步驟16 :判斷定子電壓與電網(wǎng)電壓的幅值誤差e v、相位誤差e 0及持續(xù)周波是否在設(shè)定范圍內(nèi)，所述幅值誤差ev小于10V，相位誤差e 0小于5°，持續(xù)周波大于5周。如果是，則執(zhí)行步驟17 :并網(wǎng)接觸器合閘實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。如果否，則重新判斷。步驟18 :將系統(tǒng)切換至功率解耦控制模式。下面將結(jié)合公式對本發(fā)明實(shí)施例中的控制方法做出具體介紹。如圖2所示，本發(fā)明以電網(wǎng)電壓定向矢量控制為例介紹轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁電源的數(shù)學(xué)模型，采用電動機(jī)慣例，于是，如式I、式2所示為DFIG在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的定子、轉(zhuǎn)子磁鏈和定子、轉(zhuǎn)子電壓數(shù)學(xué)模型
sdq _ ISdqLs + IrJqLjnj式 I
rdq _ IsdqLm + IrcIgLj,
Kdq = LdqRs ++ J0Wsdq<^式 2
Kdq = 1TdqK + + J ^ S Ilf^ rdq由式I和式2可得用于矢量控制的轉(zhuǎn)子電壓方程，如式3所示
Kd =IrdRr + aLr rd +sd ~rq ~ ^sUpSq<d LS d/式3
Vrq=IrqRr + aLr ^1rq +Sq + ①su/7LJrd +sd在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時去 =0,去 =0式4于是，式3可簡化為
權(quán)利要求
1.雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)控制方法，其特征在于，包括步驟 A :獲取電網(wǎng)電壓Ug、定子三相電壓Us、轉(zhuǎn)子三相電流I,及轉(zhuǎn)子位置角0m; B :將電網(wǎng)電壓Ug、定子三相電壓Us、轉(zhuǎn)子三相電流I,分別變換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系； C :以電網(wǎng)電壓Ug與定子三相電壓Us相對于靜止坐標(biāo)系a軸的相位0 i與相位匕分別作為純積分器輸入端上的參考給定值與反饋值，將該純積分器的輸出作為轉(zhuǎn)子初始位置角Qtl并與電網(wǎng)相位角Q1和轉(zhuǎn)子位置角經(jīng)加法器疊加，獲取轉(zhuǎn)子三相電流L轉(zhuǎn)換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換相位角0slip，形成電網(wǎng)電 壓相位外環(huán)控制； D :將電網(wǎng)電壓d軸分量Ugd與定子三相電壓d軸分量Usd分別作為純積分器輸入端的參考給定值與反饋值，將該純積分器的輸出作為轉(zhuǎn)子電流q軸分量的參考給定值，設(shè)定轉(zhuǎn)子電流d軸分量的參考給定值I、為0，形成電網(wǎng)電壓幅值外環(huán)控制； E :將轉(zhuǎn)子電流q軸分量的參考給定值I、與轉(zhuǎn)子電流q軸分量反饋值經(jīng)加法器輸出至比例積分調(diào)節(jié)器得到轉(zhuǎn)子電壓q軸分量的給定值U;,，將轉(zhuǎn)子電流d軸分量的參考給定值I、與轉(zhuǎn)子電流d軸分量反饋值I^1經(jīng)加法器輸出至比例積分調(diào)節(jié)器得到轉(zhuǎn)子電壓d由分量的給定值U、，形成轉(zhuǎn)子電流內(nèi)環(huán)控制； F :判斷定子電壓與電網(wǎng)電壓的幅值誤差ev、相位誤差e 0及持續(xù)周波是否在設(shè)定范圍內(nèi)，如果是，則并網(wǎng)接觸器合閘實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。
2.如權(quán)利要求I所述的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)控制方法，其特征在于，所述步驟F中并網(wǎng)接觸器合閘實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)后還包括步驟 將系統(tǒng)切換至功率解耦控制模式。
3.如權(quán)利要求I或2所述的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)控制方法，其特征在于所述步驟F中幅值誤差ev小于10V，相位誤差e 0小于5°，持續(xù)周波大于5周。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)控制方法，包括步驟獲取電網(wǎng)電壓Ug、定子三相電壓Us、轉(zhuǎn)子三相電流Ir及轉(zhuǎn)子位置角θm；變換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系；電網(wǎng)電壓相位外環(huán)控制；電網(wǎng)電壓幅值外環(huán)控制；轉(zhuǎn)子電流內(nèi)環(huán)控制；判斷定子電壓與電網(wǎng)電壓的幅值誤差εv、相位誤差εθ及持續(xù)周波是否在設(shè)定范圍內(nèi)，如果是，則并網(wǎng)接觸器合閘實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。本發(fā)明實(shí)施例的控制方法簡單易行，穩(wěn)定可靠。簡化了控制器的結(jié)構(gòu)，易于實(shí)現(xiàn)。在實(shí)現(xiàn)同步并網(wǎng)的同時，也實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子電流的解耦控制，為并網(wǎng)后切換至有功、無功功率的解耦控制模式提供了便利性。在并網(wǎng)后模式切換時，采用了狀態(tài)參數(shù)傳遞的方式，實(shí)現(xiàn)了功率模式的平滑切換。
文檔編號H02J3/38GK102723727SQ201210127558
公開日2012年10月10日 申請日期2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月27日
發(fā)明者王宏勝 申請人:江蘇吉泰科電氣股份有限公司