不平衡且諧波畸變電網(wǎng)電壓下雙饋風(fēng)電系統(tǒng)總輸出無功功率波動抑制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種不平衡且諧波畸變電網(wǎng)電壓下采用串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的雙饋感應(yīng)風(fēng)電系統(tǒng)總輸出無功功率波動抑制方法，涉及對串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器、并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器以及電機(jī)側(cè)變換器的控制。本發(fā)明串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器采用的電壓控制器能夠?qū)崿F(xiàn)對定子負(fù)序、5次和7次諧波電壓分量的快速抑制，保證了發(fā)電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，正向同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系下的并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器參考電流指令包含了基波正序、負(fù)序、5次以及7次諧波電流分量，并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器所采用的電流控制器能夠同時實現(xiàn)對直流分量、2倍以及6倍頻交流分量準(zhǔn)確、快速調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了對該系統(tǒng)總輸出無功功率2倍、6倍頻波動的抑制，有效提高了不平衡且諧波畸變電網(wǎng)電壓下雙饋感應(yīng)風(fēng)電系統(tǒng)所并電網(wǎng)的電能質(zhì)量。
【專利說明】不平衡且諧波畸變電網(wǎng)電壓下雙饋風(fēng)電系統(tǒng)總輸出無功功率波動抑制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及采用串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)改進(jìn)，特別是涉及不平衡且諧波畸變電網(wǎng)電壓下采用串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的雙饋感應(yīng)風(fēng)電系統(tǒng)總輸出無功功率波動抑制方法，屬于電力控制【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著并網(wǎng)逆變器、靜止無功補(bǔ)償器等電力電子裝置的廣泛應(yīng)用，輸電線路和分布式電網(wǎng)中更易出現(xiàn)電網(wǎng)電壓不平衡和諧波畸變共存的現(xiàn)象。電網(wǎng)電壓的不平衡且諧波畸變會導(dǎo)致DFIG定子電壓出現(xiàn)不平衡且畸變，進(jìn)而造成定、轉(zhuǎn)子電流以及系統(tǒng)輸出電流不平衡且畸變。發(fā)電機(jī)輸出功率、電磁轉(zhuǎn)矩以及系統(tǒng)輸出功率的波動，將嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行及系統(tǒng)饋入電網(wǎng)的電能質(zhì)量。另一方面，對于大型并網(wǎng)雙饋感應(yīng)風(fēng)電系統(tǒng)，若其勵磁控制策略中缺乏考慮不平衡和諧波畸變電網(wǎng)電壓的影響，將可能使得發(fā)電機(jī)系統(tǒng)因過電壓和過電流而從電網(wǎng)中解列，這將無法滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)對風(fēng)電并網(wǎng)的要求。目前已有學(xué)者就不平衡且諧波畸變電網(wǎng)電壓下DFIG系統(tǒng)的運(yùn)行行為與控制策略展開了研究，如已公開的下列文獻(xiàn):
[0003](I)徐海亮，章瑋，陳建生，胡家兵，賀益康.電網(wǎng)電壓不平衡且諧波畸變時雙饋風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩波動抑制[J].電力系統(tǒng)自動化，2013，37 (7)，12-17，54.[0004](2)HuJ, XuH, HeY.CoordinatedcontrolofDFIG' sRSCandGSCundergeneralized unbalancedanddistortedgridvoltageconditions[J].1EEETransactionsonIndustrialElectronics, 2013，60(7):2808-2819.[0005]文獻(xiàn)(I)提出通過設(shè)計一個轉(zhuǎn)子電流PI調(diào)節(jié)器和正序參考坐標(biāo)軸系雙頻諧振補(bǔ)償器來實現(xiàn)對不平衡且諧波畸變電網(wǎng)電壓下雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動的抑制，該方法可在無需轉(zhuǎn)子電流相序分離的前提下實現(xiàn)對基波正序、負(fù)序及諧波分量的有效、快速調(diào)節(jié)。由于轉(zhuǎn)子電流控制變量的限制，所述方法不能同時實現(xiàn)定、轉(zhuǎn)子電流平衡無畸變或發(fā)電機(jī)輸出功率無波動，因此定、轉(zhuǎn)子繞組不均衡發(fā)熱和諧波損耗或定子功率波動在DFIG中仍然存在。
[0006]文獻(xiàn)(2)提出利用正向同步旋轉(zhuǎn)軸系下的比例積分-雙頻諧振控制器來協(xié)調(diào)控制轉(zhuǎn)子側(cè)變換器和網(wǎng)側(cè)變換器，以實現(xiàn)對電磁轉(zhuǎn)矩和系統(tǒng)總輸出有功功率波動的抑制，所述控制策略下定、轉(zhuǎn)子電流同時存在不平衡且諧波畸變，因此定、轉(zhuǎn)子繞組的額外發(fā)熱仍然存在，這將影響繞組絕緣材料的壽命。
[0007]此外，由于網(wǎng)側(cè)變換器的存在，上述文獻(xiàn)在分別實現(xiàn)各自控制目標(biāo)的同時，均不能保證系統(tǒng)總輸出無功功率無波動。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種不平衡且諧波畸變電網(wǎng)電壓下采用串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的雙饋感應(yīng)風(fēng)電系統(tǒng)總輸出無功功率波動抑制方法，該控制方法在保證發(fā)電機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行的同時亦實現(xiàn)了對DFIG系統(tǒng)總輸出無功功率波動的抑制。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0010]不平衡且諧波畸變電網(wǎng)電壓下采用串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的雙饋感應(yīng)風(fēng)電系統(tǒng)總輸出無功功率波動抑制方法，本方法涉及對串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的控制、并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的控制以及電機(jī)側(cè)變換器的控制；
[0011]所述串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的控制步驟為:
[0012]Al)利用電壓霍爾傳感器采集電網(wǎng)三相電壓信號Ugabe以及雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)定子三
相電壓信號Usabc ；
[0013]A2)將采集的電網(wǎng)三相電壓信號Ugabe經(jīng)過數(shù)字鎖相環(huán)PLL后得到電網(wǎng)正序電壓電角度9g+以及同步電角速度ω ；
[0014]A3)將采集的電網(wǎng)三相電壓信號u一。、發(fā)電機(jī)定子的三相電壓信號Usabe分別經(jīng)過靜止三相abc坐標(biāo)軸系到靜止兩相α β坐標(biāo)軸系恒功率變換，轉(zhuǎn)換為靜止兩相α β坐標(biāo)軸系下電壓信號，即Uga 0, Usa 0 ；
[0015]A4)采用電網(wǎng)正序電壓定向方式，將步驟A3所得Ugae經(jīng)相序分離模塊，分別提取出正向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系下電網(wǎng)電壓基波正序分量、反向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系下電網(wǎng)電壓負(fù)序分量《_、5倍同步角速度反向旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系下電網(wǎng)電壓5次諧波分量u 和7倍同步角速度正向旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系下電網(wǎng)電壓7次諧波分量
[0016]A5)采用電網(wǎng)正序電壓定向方式，將步驟A3所得Usae經(jīng)靜止兩相α β坐標(biāo)軸系到正向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系的恒功率變換后，得到定子電壓在正向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下dq軸分量〃
[0017]A6)在正向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系下，將步驟A4得到的<dl和步驟A5得到的<的差值送入電壓控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)；
[0018]A7)將步驟A6電壓調(diào)節(jié)器的輸出作為串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器抑制定子負(fù)序及諧波電壓的控制電壓
Useriesdq ?
[0019]AS)將步驟A7所得到的串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器控制電壓IWiesdq經(jīng)正向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系到靜止兩相α β坐標(biāo)軸系的恒功率變換，得到靜止兩相α β坐標(biāo)軸系下控制電
^series α β ?
[0020]Α9)將步驟AS得到的串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器控制電壓Useriesa 0和直流側(cè)電壓Udc通過空間矢量調(diào)制產(chǎn)生串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器PWM驅(qū)動信號；
[0021]所述并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的控制步驟為:
[0022]BI)利用電壓霍爾傳感器采集電網(wǎng)三相電壓信號u一。，電流霍爾傳感器采集雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)定子三相電流信號isab。以及并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的三相電流信號igabc ；
[0023]B2)利用電壓霍爾傳感器采集直流側(cè)電壓信號udc ；
[0024] B3)將采集得到的電網(wǎng)三相電壓信號Ugab。、雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)定子三相電流信號isabc和并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的三相電流信號igab。分別經(jīng)靜止三相abc坐標(biāo)軸系到靜止兩相α β坐標(biāo)軸系恒功率變換后，轉(zhuǎn)換為靜止兩相α β坐標(biāo)軸系下的電壓、電流信號，即Ugae，
Igci 旦 ?
[0025]Β4)將步驟Β3得到的Uga e，isa e，iga 0分別經(jīng)靜止兩相α β坐標(biāo)軸系到正向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的恒功率變換后，得到電網(wǎng)電壓以及定子、并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器電流在正向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系下dq軸分量》“，‘+，Vi5
[0026]B5)并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的直流母線電壓調(diào)節(jié)采用PI調(diào)節(jié)器控制，其調(diào)節(jié)器輸出和直流母線電壓給定值.構(gòu)成直流母線電壓平均有功功率給定值計算公式為，
[0027]~a= ([pu + Kiu / s)(U^c -Udc)' U^c
[0028]其中:P 表示并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器維持直流母線電壓穩(wěn)定所需的平均有功功率指令，IC為直流母線電壓給定值，Kpu和Kiu分別為直流母線電壓調(diào)節(jié)器比例系數(shù)和積分系數(shù)；
[0029]B6)并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器采用正序電網(wǎng)電壓定向于d軸，則《X;將步驟A4、B4、B5
所得4q+、--O、O 送入并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器參考電流指令計算模塊，獲得正
向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系下包含基波正序、負(fù)序以及諧波成分在內(nèi)的并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器參考電流指令
[0030]B7)將步驟B6所得^^和B4所得Cq的差值送入電流控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，電流控制器輸出為"
[0031]B8)根據(jù)步驟B4、B6所得到Cv u:iq, ζ；及步驟B7電流控制器的輸出<dq計算并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器控制電壓
[0032]B9)將B8所得并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器控制電壓《響經(jīng)正向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系到靜止兩相α β坐標(biāo)軸系的恒功率變換，可得到靜止兩相α β坐標(biāo)軸系下控制電壓U。。e ；
[0033]B10)將步驟Β9所得的并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器控制電壓Uea 0和直流側(cè)電壓Udc通過空間矢量調(diào)制產(chǎn)生并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器PWM驅(qū)動信號；
[0034]電機(jī)側(cè)變換器的控制策略
[0035](Cl)電機(jī)側(cè)變換器采用傳統(tǒng)矢量控制策略，其控制電壓和直流側(cè)電壓Udc通過空間矢量調(diào)制產(chǎn)生電機(jī)側(cè)變換器PWM驅(qū)動信號。
[0036]所述的步驟Α4)包括以下子步驟:
[0037]Α4.1)將Uga 0經(jīng)靜止兩相α β坐標(biāo)軸系到正向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系的恒功率變換，再經(jīng)過2 ω、6 ω陷波器濾波后得到電網(wǎng)電壓正序分量在正向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系下dq軸分量"
[0038]A4.2)將Uga 0經(jīng)靜止兩相α β坐標(biāo)軸系到反向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系的恒功率變換，再經(jīng)過2 ω、4 ω、8 ω陷波器濾波后得到電網(wǎng)電壓負(fù)序分量在反向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系下dq軸分量wg*j-;
[0039]A4.3)將Uga 0經(jīng)靜止兩相α β坐標(biāo)軸系到5倍同步角速度反向旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系的恒功率變換，再經(jīng)過4 ω、6 ω、12 ω陷波器濾波后得到電網(wǎng)電壓5次諧波分量在5倍同步角速度反向旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系下dq軸分量w〖Al5.;
[0040]A4.4)將Uga 0經(jīng)靜止兩相α β坐標(biāo)軸系到7倍同步角速度正向旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系的恒功率變換，再經(jīng)過6 ω、8 ω、12 ω陷波器濾波后得到電網(wǎng)電壓7次諧波分量在7倍同步角速度正向旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系下dq軸分量》=7+。
[0041]步驟A6)所述的電壓控制器由一個傳統(tǒng)PI調(diào)節(jié)器加上兩個諧振頻率分別為2倍、6倍電網(wǎng)頻率的諧振調(diào)節(jié)器組合而成，其傳遞函數(shù)為:
【權(quán)利要求】
1.不平衡且諧波畸變電網(wǎng)電壓下采用串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的雙饋感應(yīng)風(fēng)電系統(tǒng)總輸出無功功率波動抑制方法，其特征在于:本方法涉及對串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的控制、并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的控制以及電機(jī)側(cè)變換器的控制； 所述串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的控制步驟為: Al)利用電壓霍爾傳感器采集電網(wǎng)三相電壓信號ugab。以及雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)定子三相電壓信號Usabc ； A2)將采集的電網(wǎng)三相電壓信號Ugab。經(jīng)過數(shù)字鎖相環(huán)PLL后得到電網(wǎng)正序電壓電角度θ8+以及同步電角速度ω ； A3)將采集的電網(wǎng)三相電壓信號Ugab。、發(fā)電機(jī)定子的三相電壓信號Usabe分別經(jīng)過靜止三相abc坐標(biāo)軸系到靜止兩相α β坐標(biāo)軸系恒功率變換，轉(zhuǎn)換為靜止兩相α β坐標(biāo)軸系下電壓信號，即uga e, usa e ； Α4)采用電網(wǎng)正序電壓定向方式，將步驟A3所得Ugae經(jīng)相序分離模塊，分別提取出正向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系下電網(wǎng)電壓基波正序分量反向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系下電網(wǎng)電壓負(fù)序分量〃 5倍同步角速度反向旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系下電網(wǎng)電壓5次諧波分量和7倍同步角速度正向旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系下電網(wǎng)電壓7次諧波分量 A5)采用電網(wǎng)正序 電壓定向方式，將步驟A3所得Usae經(jīng)靜止兩相α β坐標(biāo)軸系到正向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系的恒功率變換后，得到定子電壓在正向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下dq軸分量《二； A6)在正向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系下，將步驟A4得到的化11+和步驟A5得到的《 I的差值送入電壓控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)； A7)將步驟A6電壓調(diào)節(jié)器的輸出作為串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器抑制定子負(fù)序及諧波電壓的控制電壓
Useriesdq ? AS)將步驟A7所得到的串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器控制電壓Us^sdq經(jīng)正向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系到靜止兩相α β坐標(biāo)軸系的恒功率變換，得到靜止兩相α β坐標(biāo)軸系下控制電壓U0.以series α β > Α9)將步驟AS得到的串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器控制電壓Uswiesae和直流側(cè)電壓Ud。通過空間矢量調(diào)制產(chǎn)生串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器PWM驅(qū)動信號； 所述并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的控制步驟為: BI)利用電壓霍爾傳感器采集電網(wǎng)三相電壓信號u一。，電流霍爾傳感器采集雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)定子三相電流信號isab。以及并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的三相電流信號igabc ； B2)利用電壓霍爾傳感器采集直流側(cè)電壓信號Udc ； B3)將采集得到的電網(wǎng)三相電壓信號u一。、雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)定子三相電流信號isabc和并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的三相電流信號igab。分別經(jīng)靜止三相abc坐標(biāo)軸系到靜止兩相α β坐標(biāo)軸系恒功率變換后，轉(zhuǎn)換為靜止兩相α β坐標(biāo)軸系下的電壓、電流信號，即Ugae，isa0,iga β ? Β4)將步驟Β3得到的Uga e, isa 0, iga 0分別經(jīng)靜止兩相α β坐標(biāo)軸系到正向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的恒功率變換后，得到電網(wǎng)電壓以及定子、并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器電流在正向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系下dq軸分量
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不平衡且諧波畸變電網(wǎng)電壓下采用串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的雙饋感應(yīng)風(fēng)電系統(tǒng)總輸出無功功率波動抑制方法，其特征在于，所述的步驟Α4)包括以下子步驟: Α4.1)將Ugae經(jīng)靜止兩相α β坐標(biāo)軸系到正向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系的恒功率變換，再經(jīng)過2 ω、6 ω陷波器濾波后得到電網(wǎng)電壓正序分量在正向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系下dq軸分量" A4.2)將Ugae經(jīng)靜止兩相α β坐標(biāo)軸系到反向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系的恒功率變換，再經(jīng)過2 ω、4 ω、8 ω陷波器濾波后得到電網(wǎng)電壓負(fù)序分量在反向同步角速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系下dq軸分量Wgdc1-； A4.3)將Ugae經(jīng)靜止兩相α β坐標(biāo)軸系到5倍同步角速度反向旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系的恒功率變換，再經(jīng)過4 ω、6 ω、12 ω陷波器濾波后得到電網(wǎng)電壓5次諧波分量在5倍同步角速度反向旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系下dq軸分量Usbdqs A4.4)將Ugae經(jīng)靜止兩相α β坐標(biāo)軸系到7倍同步角速度正向旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系的恒功率變換，再經(jīng)過6 ω、8 ω、12 ω陷波器濾波后得到電網(wǎng)電壓7次諧波分量在7倍同步角速度正向旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系下dq軸分量w=7+。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不平衡且諧波畸變電網(wǎng)電壓下采用串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的雙饋感應(yīng)風(fēng)電系統(tǒng)總輸出無功功率波動抑制方法，其特征在于，步驟A6)所述的電壓控制器由一個傳統(tǒng)PI調(diào)節(jié)器加上兩個諧振頻率分別為2倍、6倍電網(wǎng)頻率的諧振調(diào)節(jié)器組合而成，其傳遞函數(shù)為:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不平衡且諧波畸變電網(wǎng)電壓下采用串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的雙饋感應(yīng)風(fēng)電系統(tǒng)總輸出無功功率波動抑制方法，其特征在于，所述的步驟Β6)包括以下步驟: Β6.1)計算并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器基波正序、負(fù)序電流參考指令:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不平衡且諧波畸變電網(wǎng)電壓下采用串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的雙饋感應(yīng)風(fēng)電系統(tǒng)總輸出無功功率波動抑制方法，其特征在于，步驟B7)所述的電流控制器由PI調(diào)節(jié)器加上兩個諧振頻率分別為2倍、6倍電網(wǎng)頻率的諧振調(diào)節(jié)器組合而成，其傳遞函數(shù)為:
【文檔編號】H02J3/38GK103997063SQ201410241873
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年6月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月3日
【發(fā)明者】姚駿, 余夢婷, 趙磊, 李清 申請人:重慶大學(xué)