一種基于電感模擬的雙饋風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于電感模擬的雙饋風(fēng)電機(jī) 組低電壓穿越控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著風(fēng)電在電網(wǎng)中滲透率的提高，現(xiàn)代風(fēng)電并網(wǎng)規(guī)范要求風(fēng)電機(jī)組在電網(wǎng)故障期 間能保持不脫網(wǎng)持續(xù)運(yùn)行，并能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)向電網(wǎng)提供無(wú)功支撐，即低電壓穿越要求。
[0003] 雙饋風(fēng)電機(jī)組由于具備變速恒頻、勵(lì)磁變流器容量小、有功無(wú)功獨(dú)立解耦控制等 優(yōu)點(diǎn)，成為了當(dāng)前風(fēng)電機(jī)組中的主力機(jī)型。但是，由于雙饋電機(jī)的定子直接掛網(wǎng)，它對(duì)電網(wǎng) 電壓波動(dòng)特別敏感，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，轉(zhuǎn)子側(cè)會(huì)感生出很高的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子 側(cè)出現(xiàn)過壓過流問題。
[0004]目前，主流的解決方案為附加撬棒電路，該方法成本低、控制簡(jiǎn)單，但是，撬棒電路 投入期間，雙饋電機(jī)將運(yùn)行于鼠籠型電機(jī)狀態(tài)，系統(tǒng)將處于失控狀態(tài)，并會(huì)從電網(wǎng)中吸收大 量無(wú)功功率，無(wú)法適應(yīng)日益苛刻的并網(wǎng)導(dǎo)則要求。為此，一些學(xué)者還提出了其他硬件解決方 案，如：在定子側(cè)串入動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器或動(dòng)態(tài)電阻、在風(fēng)電場(chǎng)接入靜止同步補(bǔ)償器、附加額 外的網(wǎng)側(cè)變流器等，這些方案雖然性能較好，但是成本較高、控制復(fù)雜。
[0005] 另一類方案是改進(jìn)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的勵(lì)磁控制算法來(lái)提高機(jī)組低電壓穿越能力，由 于具有無(wú)需增加任何硬件和控制靈活的優(yōu)點(diǎn)，而得到了廣泛關(guān)注。目前，已有一些關(guān)于通過 改進(jìn)勵(lì)磁控制方法來(lái)提高雙饋風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力的研究工作，例如：
[0006] [1]X. Dawei, L. Ran, P. J. Tavner and S. Yang, ^Control of a doubly fed induction generator in a wind turbine during grid fault ride-through, '，IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 21, no. 3, pp. 652-662, 2006.
[0007] [2] S. Hu, X. Lin, Y. Kang and X. Zou, aAn improved Low-Voltage Ride-Through control strategy of doubly fed induction generator during grid faults, '，IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 26, no. 12, pp. 3653-3665, 2011.
[0008] [3]F. K. A. Lima, A. Luna, P. Rodriguez, E. H. ffatanabe and F. Blaabjerg, ^Rotor voltage dynamics in the doubly fed induction generator during grid faults, ''IEEE Transactions on Power Electronics,vol. 25, no. 1, pp. 118-130, 2010.
[0009]文獻(xiàn)[1]提出在轉(zhuǎn)子電流指令中包含一定的與定子磁鏈相關(guān)的暫態(tài)、負(fù)序分量， 來(lái)降低轉(zhuǎn)子電壓需求，但是，故障期間的轉(zhuǎn)子電流較大。文獻(xiàn)[2]在[1]的基礎(chǔ)上引入虛擬 電阻，來(lái)加快轉(zhuǎn)子電流的衰減，但卻增大了所需的轉(zhuǎn)子電壓。文獻(xiàn)[3]提出將轉(zhuǎn)子電流指令 按一定比例跟蹤定子電流，該方法可有效降低故障期間的轉(zhuǎn)子電流，但是，所需轉(zhuǎn)子電壓較 高。該類控制方法均只關(guān)注于降低轉(zhuǎn)子電壓或抑制轉(zhuǎn)子電流沖擊其中之一，未能協(xié)調(diào)電網(wǎng) 故障期間的轉(zhuǎn)子電壓、轉(zhuǎn)子故障電流的分配關(guān)系，從而，無(wú)法充分利用轉(zhuǎn)子變流器的容量來(lái) 實(shí)現(xiàn)雙饋風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本申請(qǐng)?zhí)峁┑氖且环N基于電感模擬的雙饋風(fēng)電機(jī)組 低電壓穿越控制方法，其中通過將雙饋風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器等效端口阻抗模擬成純電 感形式，實(shí)現(xiàn)了同時(shí)降低轉(zhuǎn)子電壓需求和轉(zhuǎn)子故障電流大小，因而尤其適用于風(fēng)力發(fā)電的 勵(lì)磁控制的應(yīng)用場(chǎng)合。
[0011] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于電感模擬的雙饋風(fēng)電 機(jī)組低電壓穿越控制方法，其特征在于，將所述雙饋風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的等效端口 阻抗模擬成純電感，該純電感Uq的數(shù)值可根據(jù)所述轉(zhuǎn)子的電壓電流約束來(lái)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)自適 應(yīng)調(diào)節(jié)，來(lái)協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)子電壓、故障電流約束；
[0012] 該純電感數(shù)值的計(jì)算公式為：
\Ls 為定子自感、1^為定轉(zhuǎn)子互感、L為轉(zhuǎn)子自感、-為漏感系數(shù)、1]^為定子磁 鏈、ifl為定子磁鏈向量的模長(zhǎng)、e1^為轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、lil為轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)向量的模 長(zhǎng)、為轉(zhuǎn)子側(cè)變流器所允許的最大電流值、U"ax為轉(zhuǎn)子側(cè)變流器最大輸出電壓。
[0013] 優(yōu)選地，所述雙饋風(fēng)電機(jī)組所在電網(wǎng)故障后所述轉(zhuǎn)子d軸和q軸的電流指令給定 為
_，其中，也sd為定子磁鏈的d軸分量、也sq為定子磁鏈的q軸分量。
[0014] 按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種基于電感模擬的雙饋風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越控 制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
[0015] (1)獲取所述雙饋電機(jī)的電機(jī)參數(shù)，所述參數(shù)包括定子自感Ls、定轉(zhuǎn)子互感L、定 子電阻Rs和轉(zhuǎn)子自感L^
[0016] (2)通過電壓互感器、電流互感器來(lái)獲得雙饋電機(jī)的定子三相電壓Usab。、定子三相 電流Isab。和轉(zhuǎn)子三相電流IMbc;
[0017] (3)通過編碼器來(lái)獲取雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子機(jī)械角0r;
[0018] (4)使用鎖相環(huán)方法來(lái)獲取并網(wǎng)點(diǎn)電壓的相位角0S;
[0019] (5)根據(jù)步驟（3)獲得的轉(zhuǎn)子機(jī)械角0r與步驟（4)中獲得的并網(wǎng)點(diǎn)電壓的相位 角叭來(lái)計(jì)算獲得轉(zhuǎn)差角9 2= 9S_L，并將轉(zhuǎn)差角92進(jìn)行微分來(lái)獲得轉(zhuǎn)差角頻率《 2;
[0020] (6)根據(jù)步驟（5)中的轉(zhuǎn)差角0 2，對(duì)上述步驟⑵中的所述轉(zhuǎn)子三相電流進(jìn) 行abc/dq坐標(biāo)變換，來(lái)獲得同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下所述雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子d軸電流U、轉(zhuǎn)子q軸 電流
[0021] (7)根據(jù)步驟⑵獲得的定子三相電壓Usabc、定子三相電流Isabc與步驟⑴獲得 的定子電阻Rs來(lái)計(jì)算獲得定子磁鏈也sab(：=J(Usab。-RsIsalJdt;
[0022] (8)將步驟（7)獲得的定子磁鏈！tsab。進(jìn)行abc/dq坐標(biāo)變換，來(lái)獲得同步旋轉(zhuǎn)坐 標(biāo)系下定子d軸磁鏈itsd、定子q軸磁鏈itsq;
[0023] (9)根據(jù)步驟（7)獲得的定子磁鏈也sab。與步驟⑴獲得的定子自感Ls、定轉(zhuǎn)子互 感L"、轉(zhuǎn)子自感W來(lái)計(jì)算獲得所述純電感值
式 中，C7 = 1 - 為漏感系數(shù)、&為轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、Imax為轉(zhuǎn)子側(cè)變流器所允許的最 大電流值、Umax為轉(zhuǎn)子側(cè)變流器最大輸出電壓；
[0024] (10)據(jù)步驟⑴獲得的所述定子自感1^、所述定轉(zhuǎn)子互感k與步驟⑶獲得的所 述定子d軸磁鏈itsd、所述定子q軸磁鏈itsq，以及步驟（9)獲得的所述純電感值Leq，來(lái)計(jì)
算獲得轉(zhuǎn)子d軸電流指令&和q軸電流指令I(lǐng)；；，其計(jì)算公式為
[0025] (11)根據(jù)步驟（5)獲得的所述轉(zhuǎn)差角頻率《2與& _ ~ 述轉(zhuǎn)子 d軸電流、所述轉(zhuǎn)子q軸電流iq來(lái)計(jì)算得到前饋補(bǔ)償值V_、Vq。，其計(jì)算公式為： ^rqv厶
t iu
[0026] (12)根據(jù)步驟（6)獲得的所述轉(zhuǎn)子d軸電流所述轉(zhuǎn)子q軸電流L分別與步 驟（10)獲得的所述轉(zhuǎn)子d軸電流指令'、所述轉(zhuǎn)子q軸電流指令&相減來(lái)獲得d軸誤差 信號(hào)q軸誤差信號(hào)U，其計(jì)算公式為：
[0027] (13)通過比例積分控制器來(lái)對(duì)所述誤差信號(hào)進(jìn)行閉環(huán)處理，得到轉(zhuǎn)子電壓 控制量~、~；
[0028] (14)根據(jù)上述步驟（11)獲得的所述前饋補(bǔ)償值V_、V#以及步驟（13)獲 得的轉(zhuǎn)子電壓控制量^4:、，