專利名稱：一種雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)不對(duì)稱協(xié)調(diào)直接功率控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制方法，特別是一種雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)不對(duì)稱協(xié)調(diào)直接功率控制方法。
背景技術(shù)：
目前我國(guó)的風(fēng)電技術(shù)大多停留在理想電網(wǎng)條件下的運(yùn)行控制，由于實(shí)際電網(wǎng)經(jīng)常有各類對(duì)稱、不對(duì)稱故障發(fā)生，因此必須開展電網(wǎng)故障下的運(yùn)行控制研究并提出相應(yīng)控制技術(shù)?，F(xiàn)代大型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要有雙饋異步發(fā)電機(jī)(DFIG)和永磁同步發(fā)電機(jī)兩種類型，其中DFIG系統(tǒng)是當(dāng)前的主流機(jī)型。近年來(lái)國(guó)際上DFIG機(jī)組控制技術(shù)的研究多集中在電網(wǎng)對(duì)稱故障下的低電壓穿越運(yùn)行控制，但電網(wǎng)不對(duì)稱故障更為頻繁、幾率更大，因此，DFIG故障運(yùn)行研究已從對(duì)稱故障向不對(duì)稱故障延伸。在DFIG控制系統(tǒng)中若未曾考慮電網(wǎng)電壓的不對(duì)稱，很小的不對(duì)稱電壓將造成定子電流的高度不對(duì)稱，致使定子繞組產(chǎn)生不對(duì)稱發(fā)熱，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，導(dǎo)致輸入電網(wǎng)的有功、無(wú)功功率發(fā)生振蕩。若風(fēng)電機(jī)組相對(duì)電網(wǎng)容量足夠大，這種缺乏不對(duì)稱電網(wǎng)電壓控制能力的風(fēng)電機(jī)組不得不從電網(wǎng)中解列，以防引發(fā)后續(xù)的更大電網(wǎng)故障。但從電網(wǎng)安全角度又要求風(fēng)電機(jī)組能承受最大達(dá)2％的穩(wěn)態(tài)和相對(duì)較大瞬態(tài)不對(duì)稱電壓而不退出電網(wǎng)，這就要求風(fēng)電機(jī)組能實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電壓不對(duì)稱故障穿越運(yùn)行。目前，國(guó)內(nèi)、外已經(jīng)興起了對(duì)這種不對(duì)稱電網(wǎng)電壓條件下DFIG發(fā)電機(jī)及相關(guān)勵(lì)磁變頻器控制方法與實(shí)施方案的研究。檢索到DFIG風(fēng)電機(jī)組不對(duì)稱電網(wǎng)條件下運(yùn)行控制的相關(guān)專利和研究文章有 I.胡家兵，賀益康等.不對(duì)稱電網(wǎng)電壓條件下雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的建模與控制.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2007，31(14)47-56. II.L Xu，and Y.Wang，“Dynamic Modeling and Control of DFIG Based WindTurbines under Unbalanced Network Conditions，”IEEE Trans.Power System，Vol.22，No.1，pp.314-323，F(xiàn)eb.2007. III.Lie Xu，“Coordinated control of DFIG′s rotor and grid side convertersduring network unbalance，”IEEE Trans.Power Electronics，vol.23，no.3，pp.1041-1049，May.2008. IV.Abo-Khalil，A.G.，Dong-Choon Lee，and Jeong-Ik Jang，“Control ofback-to-back PWM converters for DFIG wind turbine systems under unbalancedgrid voltage，”in Proc.of ISIE 2007，pp.2637-2642，Jun.2007. V.CARTWRIGHT P，XU L.System controller for e.g.wind powered doublyfed induction generator attached to wind turbine，has grid imbalance detector whichcontrols current to cancel imbalance in grid served by generators[Patent].PatentNumberGB2420456-A.Date20060524.Application NumberGB025662.Date20041123. 不對(duì)稱電網(wǎng)電壓條件下，上述文獻(xiàn)提出的方法都是基于對(duì)稱分量理論的矢量控制方法。這些方法的核心思想是將轉(zhuǎn)子電流分解為正序和負(fù)序分量，通過(guò)分別控制轉(zhuǎn)子電流的正序和負(fù)序分量來(lái)間接控制DFIG 3的輸出功率和電磁轉(zhuǎn)矩，其原理可用圖1來(lái)說(shuō)明。DFIG 3的轉(zhuǎn)子側(cè)變換器1采用雙比例積分調(diào)節(jié)器19分別對(duì)轉(zhuǎn)子正、負(fù)序電流作獨(dú)立控制；但為實(shí)現(xiàn)對(duì)正、負(fù)序轉(zhuǎn)子電流的分別調(diào)節(jié)，必須首先獲得反饋轉(zhuǎn)子電流的正、負(fù)序分量，其處理過(guò)程是利用二個(gè)三相電流霍爾傳感器4分別采集DFIG3的三相定子電流Isabc和轉(zhuǎn)子電流信號(hào)Irabc，利用一個(gè)三相電壓霍爾傳感器5采集三相定子電壓信號(hào)Usabc；采集得到的三相定、轉(zhuǎn)子電流信號(hào)Isabc和Irabc，定子電壓信號(hào)Usabc分別經(jīng)過(guò)靜止三相到二相坐標(biāo)變換模塊6，得到包含正、負(fù)序分量的定子電壓綜合矢量Usαβ和定、轉(zhuǎn)子電流綜合矢量Isαβ和Irαβ；其中Usαβ、Isαβ分別通過(guò)正、反轉(zhuǎn)同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換模塊13，14，得到在電網(wǎng)電壓不對(duì)稱條件下正、反轉(zhuǎn)同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中含有直流量與兩倍頻2ωs交流量之和的電壓綜合矢量
；Irαβ分別通過(guò)正、反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)差速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換模塊11，12，得到轉(zhuǎn)子電流綜合矢量
；然后采用2ωs頻率陷波器16(或低通濾波器、1/4電網(wǎng)電壓基波周期延時(shí)等方法)來(lái)濾除
和
中2ωs頻率的交流成分，從而獲得其正、負(fù)序分量
(直流量)。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)定子磁鏈觀測(cè)器18獲取轉(zhuǎn)子電流指令值計(jì)算模塊17和反饋補(bǔ)償解耦模塊15所需的定子磁鏈分量
，根據(jù)電網(wǎng)電壓不對(duì)稱條件下DFIG3不同的控制目標(biāo)由轉(zhuǎn)子電流指令值計(jì)算模塊17計(jì)算獲得轉(zhuǎn)子電流指令
并與轉(zhuǎn)子電流反饋信號(hào)
比較獲得誤差信號(hào)，然后分別在正、反轉(zhuǎn)同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中采用比例積分器19對(duì)誤差信號(hào)作比例-積分調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)得到信號(hào)經(jīng)反饋補(bǔ)償解耦模塊15補(bǔ)償解耦獲得正、反轉(zhuǎn)同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的正、負(fù)序轉(zhuǎn)子電壓參考值
分別通過(guò)不同的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換模塊9，10轉(zhuǎn)換得到定子坐標(biāo)系中的正、負(fù)序轉(zhuǎn)子電壓參考值，并相加后得到空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM模塊2的參考信號(hào)
，經(jīng)過(guò)SVPWM模塊2調(diào)制獲得轉(zhuǎn)子側(cè)變換器1的開關(guān)信號(hào)以控制DFIG 3運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)不對(duì)稱電網(wǎng)電壓條件下DFIG 3正、負(fù)序轉(zhuǎn)子電流在正、反轉(zhuǎn)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的獨(dú)立閉環(huán)控制，達(dá)到所要求的控制目標(biāo)。此外，該方法采用軟件鎖相環(huán)8電路對(duì)電網(wǎng)電壓的頻率和相位進(jìn)行檢測(cè)，轉(zhuǎn)子位置采用編碼器7測(cè)定，再通過(guò)微分器35計(jì)算速度，為定、轉(zhuǎn)子電壓、電流采集信號(hào)實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換提供依據(jù)。
由上述分析過(guò)程可見(jiàn)，電網(wǎng)電壓不對(duì)稱條件下傳統(tǒng)DFIG 3控制方法的實(shí)質(zhì)是將不對(duì)稱系統(tǒng)分解成正、負(fù)序?qū)ΨQ分量系統(tǒng)后，再分別在正、反轉(zhuǎn)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中實(shí)現(xiàn)d、q軸解耦控制。雖然轉(zhuǎn)子正、負(fù)序電流在正、反轉(zhuǎn)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中各自表現(xiàn)為直流量，分別采用兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器即可實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差獨(dú)立跟蹤控制，但控制實(shí)施的前提是已實(shí)現(xiàn)對(duì)采集轉(zhuǎn)子電流的正、負(fù)序分離。圖1所示傳統(tǒng)控制方法中正、負(fù)序分離普遍采用了2ωs頻率陷波器16(或低通濾波器、1/4電網(wǎng)電壓基波周期延時(shí)等方法)，分離中除引入延時(shí)外，控制系統(tǒng)帶寬將受到影響，會(huì)造成動(dòng)態(tài)跟蹤誤差，動(dòng)態(tài)控制效果不理想。更有甚者，該電路無(wú)法區(qū)分電網(wǎng)電壓是平衡還是不對(duì)稱，如果DFIG 3運(yùn)行在嚴(yán)格電網(wǎng)電壓平衡狀態(tài)下，控制系統(tǒng)仍將采用陷波器來(lái)分離轉(zhuǎn)子變量，這將給系統(tǒng)正?？刂茙?lái)了不必要的延時(shí)，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)控制性能。此外，由于傳統(tǒng)DFIG 3控制方法僅有轉(zhuǎn)子電流正序d、q軸分量和負(fù)序d、q軸分量四個(gè)可控量，因此只能在控制定子有功、無(wú)功功率平均值之外，再有選擇地消除定子有功或者無(wú)功功率中的二倍頻振蕩，而不能同時(shí)消除定子有功、無(wú)功功率以及電磁轉(zhuǎn)矩中的二倍頻振蕩，更無(wú)法顧及定子有功、無(wú)功功率以及電磁轉(zhuǎn)矩中的基頻振蕩。
文獻(xiàn)III和IV中提出利用GSC 28來(lái)補(bǔ)償DFIG 3定子有功功率中的二倍頻振蕩分量，但是GSC 28的控制中同樣需要采用正、負(fù)序分離和雙比例積分調(diào)節(jié)器19，而且沒(méi)有考慮GSC 28輸出有功、無(wú)功功率中的基頻頻振蕩，使得控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢、不能達(dá)到預(yù)期的控制效果。
綜上所述，亟需探索一種無(wú)需正負(fù)序分解、又能消除電網(wǎng)電壓不對(duì)稱引起的雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)總有功、無(wú)功功率、電磁轉(zhuǎn)矩、直流母線電壓波動(dòng)的控制方法，以適應(yīng)電網(wǎng)平衡與不對(duì)稱條件下DFIG風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行控制。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)不對(duì)稱協(xié)調(diào)直接功率控制方法，該方法無(wú)需進(jìn)行任何正、負(fù)序分解，免除了正、負(fù)序分解操作而引入控制延時(shí)，并且能消除電網(wǎng)電壓不對(duì)稱引起的雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)總有功、無(wú)功功率、電磁轉(zhuǎn)矩、直流母線電壓波動(dòng)，從而有效提高雙饋異步風(fēng)電系統(tǒng)在電網(wǎng)電壓故障條件下的運(yùn)行控制性能，確保供電電能質(zhì)量和電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性及安全。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案，一種雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)不對(duì)稱協(xié)調(diào)直接功率控制方法，包括雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子側(cè)變換器RSC的不對(duì)稱直接功率控制和網(wǎng)側(cè)變換器GSC的不對(duì)稱直接功率控制；通過(guò)對(duì)RSC的不對(duì)稱直接功率控制消除雙饋異步發(fā)電機(jī)DFIG定子電磁功率和無(wú)功功率中的基頻ωs和兩倍頻2ωs振蕩，保持DFIG的電磁轉(zhuǎn)矩恒定；通過(guò)對(duì)GSC的不對(duì)稱直接功率控制消除直流母線電壓和GSC輸出無(wú)功功率中的基頻ωs和兩倍頻2ωs振蕩，保持雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)向電網(wǎng)輸出的總有功、無(wú)功功率恒定； 所述的RSC不對(duì)稱直接功率控制，包括以下步驟； (i)利用三相電壓霍爾傳感器采集雙饋異步感應(yīng)發(fā)電機(jī)DFIG三相定子電壓信號(hào)Usabc；利用第一三相電流霍爾傳感器采集三相定子電流Isabc，利用第二三相電流霍爾傳感器采集轉(zhuǎn)子三相電流信號(hào)Irabc； (ii)采集得到的三相定子電壓信號(hào)Usabc經(jīng)過(guò)不對(duì)稱鎖相環(huán)檢測(cè)得到電網(wǎng)或者定子電壓中正序分量的角頻率ωs和相位θs；與此同時(shí)采用編碼器檢測(cè)DFIG的轉(zhuǎn)子位置θr，再經(jīng)過(guò)微分器計(jì)算轉(zhuǎn)速ωr；并通過(guò)減法器計(jì)算得到滑差角頻率ωslip＝ωs-ωr； (iii)將采集得到的三相定子電壓信號(hào)Usabc，三相定子電流信號(hào)Isabc分別經(jīng)過(guò)第一靜止三相到二相坐標(biāo)變換模塊，得到定子靜止坐標(biāo)系中包含正、負(fù)序分量的定子電壓綜合矢量Usαβ，以及包含正、負(fù)序和零序分量的定子電流綜合矢量Isαβ； (iv)將得到的定子靜止坐標(biāo)系中定子電壓綜合矢量Usαβ、定子電流綜合矢量Isαβ經(jīng)過(guò)定子有功、無(wú)功功率計(jì)算模塊得到定子輸出的瞬時(shí)有功功率信號(hào)Ps和無(wú)功功率信號(hào)Qs； (v)將采集得到的三相轉(zhuǎn)子電流信號(hào)Irabc通過(guò)正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換模塊，得到轉(zhuǎn)子速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中含正、負(fù)序和零序分量的轉(zhuǎn)子電流綜合矢量Irαβ； (vi)將得到的定子電流綜合矢量Isαβ和轉(zhuǎn)子電流綜合矢量Irαβ經(jīng)過(guò)定子電磁功率計(jì)算模塊得到定子電磁功率信號(hào)Pes； (vii)將定子電磁功率信號(hào)Pes和無(wú)功功率信號(hào)Qs與其參考電磁功率信號(hào)
和無(wú)功功率信號(hào)
經(jīng)過(guò)減法器計(jì)算得到電磁功率誤差信號(hào)ΔPes和無(wú)功功率誤差信號(hào)ΔQs； (viii)將得到的電磁功率誤差信號(hào)ΔPes和無(wú)功功率誤差信號(hào)ΔQs通過(guò)第一比例諧振調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)后的輸出信號(hào)
經(jīng)過(guò)第一反饋補(bǔ)償解耦模塊完成轉(zhuǎn)子速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中交-直軸間的交叉解耦和動(dòng)態(tài)反饋補(bǔ)償，獲取轉(zhuǎn)子速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)子電壓參考值
(ix)轉(zhuǎn)子電壓參考值
經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)差速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換模塊，獲得定子坐標(biāo)系中轉(zhuǎn)子電壓參考值
作為空間矢量第一脈寬調(diào)制模塊調(diào)制所需的轉(zhuǎn)子電壓參考信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)空間矢量脈寬調(diào)制后獲得控制DFIG運(yùn)行的轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的開關(guān)信號(hào)Sa1，Sb1，Sc1。
所述的GSC不對(duì)稱直接功率控制，包括以下步驟 (i)利用單相電壓霍爾傳感器采集直流母線電壓信號(hào)Vdc；利用第三三相電流霍爾傳感器采集GSC輸出的流過(guò)濾波電感的三相電流信號(hào)Igabc； (ii)將采集得到的GSC三相輸出電流信號(hào)Igabc經(jīng)過(guò)第二靜止三相到二相坐標(biāo)變換模塊，得到靜止坐標(biāo)系中包含正、負(fù)序和零序分量的GSC電流綜合矢量Igαβ； (iii)將得到的靜止坐標(biāo)系中定子電壓綜合矢量Usαβ、GSC電流綜合矢量Igαβ經(jīng)過(guò)GSC有功、無(wú)功功率計(jì)算模塊得到GSC輸出的瞬時(shí)有功功率信號(hào)Pg和無(wú)功功率信號(hào)Qg； (iv)將直流母線電壓參考信號(hào)
與采集得到的直流母線電壓信號(hào)Vdc經(jīng)過(guò)減法器計(jì)算得到直流母線電壓誤差信號(hào)，利用第一比例積分調(diào)節(jié)器對(duì)得到的誤差信號(hào)作比例-積分調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)GSC有功功率參考信號(hào)補(bǔ)償模塊得到GSC有功功率參考信號(hào)
(v)將GSC輸出的有功功率信號(hào)Pg和無(wú)功功率信號(hào)Qg與其參考有功功率信號(hào)
和無(wú)功功率信號(hào)
經(jīng)過(guò)減法器計(jì)算得到GSC輸出有功誤差信號(hào)ΔPg和無(wú)功功率誤差信號(hào)ΔQg； (vi)將得到的有功誤差信號(hào)ΔPg和無(wú)功功率誤差信號(hào)ΔQg通過(guò)第二比例諧振調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)后的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)第二反饋補(bǔ)償解耦模塊完成同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中交-直軸間的交叉解耦和動(dòng)態(tài)反饋補(bǔ)償，獲取同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的GSC輸出電壓參考值
(vii)GSC輸出電壓參考值
經(jīng)過(guò)同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換模塊，獲得的靜止坐標(biāo)系中GSC輸出電壓參考值
作為第二脈寬調(diào)制模塊調(diào)制所需的GSC輸出電壓參考信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)空間矢量脈寬調(diào)制后獲得控制GSC運(yùn)行的開關(guān)信號(hào)Sa2，Sb2，Sc2。
上述的RSC不對(duì)稱直接功率控制中所述的采用不對(duì)稱鎖相環(huán)檢測(cè)電網(wǎng)或者定子電壓中正序分量的角頻率ωs和相位θs，步驟如下 (i)利用鎖相環(huán)的反饋相位信號(hào)
對(duì)三相定子電壓信號(hào)Usabc進(jìn)行正轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，得到正轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中含有直流量與兩倍頻2ωs交流量之和的電壓綜合矢量Usdq； (ii)將得到的正轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中電壓綜合矢量Usdq的q軸分量Usq經(jīng)過(guò)第二比例積分調(diào)節(jié)器得到三相定子電壓正序分量的頻率ωs； (iii)將得到的頻率信號(hào)ωs經(jīng)過(guò)積分器積分得到電壓正序分量的相位信號(hào)θs； (iv)Usq經(jīng)過(guò)第一兩倍頻2ωs諧振調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后的輸出信號(hào)與電壓正序分量的相位信號(hào)θs相加，得到鎖相環(huán)的反饋相位信號(hào)
。
上述的RSC不對(duì)稱直接功率控制和GSC不對(duì)稱直接功率控制中所述的第一比例諧振調(diào)節(jié)器和第二比例諧振調(diào)節(jié)器分別包括一個(gè)比例控制器和兩個(gè)角頻率分別為基頻ωs和兩倍頻2ωs的諧振調(diào)節(jié)器，其中比例控制器調(diào)節(jié)功率的平均值，角頻率為ωs的諧振調(diào)節(jié)器可抑制功率中的基頻ωs振蕩，角頻率為2ωs的第二倍頻2ωs諧振調(diào)節(jié)器抑制功率中的兩倍頻2ωs振蕩。
本發(fā)明提出的控制方法比傳統(tǒng)的正、負(fù)序雙d、q解耦控制方法大為簡(jiǎn)化，消除了電流內(nèi)環(huán)控制環(huán)節(jié)，可直接對(duì)輸出功率實(shí)施控制，由于無(wú)需進(jìn)行正、負(fù)序分解，不會(huì)因此引入分解延時(shí)，兩個(gè)諧振調(diào)節(jié)器可抑制輸出功率的振蕩，從而獲得穩(wěn)定的輸出、較小的穩(wěn)態(tài)誤差以及較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。而且，通過(guò)對(duì)RSC和GSC的協(xié)調(diào)，可以消除電網(wǎng)電壓不對(duì)稱引起的雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)總有功、無(wú)功功率、電磁轉(zhuǎn)矩、直流母線電壓波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)在電網(wǎng)不對(duì)稱情況下的整體最優(yōu)化控制效果。采用該方法可在不對(duì)稱電網(wǎng)電壓條件下實(shí)現(xiàn)發(fā)電系統(tǒng)的增強(qiáng)控制目標(biāo)，有效提高該類風(fēng)電系統(tǒng)電網(wǎng)故障下的不間斷運(yùn)行能力。
本發(fā)明方法適用于除DFIG風(fēng)電系統(tǒng)之外的其他采用高頻開關(guān)自關(guān)斷器件構(gòu)成的各類形式PWM控制的三相或單相逆變裝置在平衡與不對(duì)稱電網(wǎng)電壓條件下的有效控制，如太陽(yáng)能、燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)逆變裝置，柔性輸電系統(tǒng)的電力電子逆變裝置即以電力調(diào)速傳動(dòng)中的雙饋電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)變流裝置的有效控制。
圖1是不對(duì)稱電網(wǎng)電壓條件下雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳統(tǒng)控制方法的原理圖。
圖2是雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的原理圖。
圖3是本發(fā)明的雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)不對(duì)稱協(xié)調(diào)直接功率控制方法的原理圖。
圖4是本發(fā)明的不對(duì)稱軟件鎖相環(huán)的原理圖。
圖5是本發(fā)明的比例諧振調(diào)節(jié)器的原理圖。
圖6為電網(wǎng)電壓瞬態(tài)不對(duì)稱條件下的仿真效果圖，圖(A)為未采用本發(fā)明方法，圖(B)采用本發(fā)明方法。圖(A)和圖(B)中，(a)DFIG定子三相電壓(pu)；(b)DFIG定子三相電流(pu)；(c)DFIG轉(zhuǎn)子三相電流(pu)；(d)DFIG定子輸出有功功率(pu)；(e)GSC輸出有功功率(pu)；(f)系統(tǒng)輸出總有功功率(pu)；(g)DFIG定子輸出無(wú)功功率(pu)；(h)GSC輸出無(wú)功功率(pu)；(i)系統(tǒng)輸出總無(wú)功功率(pu)；(j)DFIG電磁轉(zhuǎn)矩(pu)；(k)直流母線電壓(V)；
具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
圖2是雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的原理圖，包括風(fēng)輪機(jī)、齒輪箱、雙饋異步發(fā)電機(jī)DFIG 3、轉(zhuǎn)子側(cè)變換器RSC 1、網(wǎng)側(cè)側(cè)變換器GSC 28、濾波電感31、直流母線電容29和升壓變壓器。
雙饋異步發(fā)電機(jī)DFIG 3通過(guò)升壓變壓器連接到電網(wǎng)、轉(zhuǎn)子側(cè)變換器RSC 1的輸入端連接到雙饋異步發(fā)電機(jī)DFIG 3的轉(zhuǎn)子繞組、網(wǎng)側(cè)側(cè)變換器GSC 28的輸入端通過(guò)濾波電感31連接到升壓變壓器，直流母線電容29連接在轉(zhuǎn)子側(cè)變換器RSC 1和網(wǎng)側(cè)側(cè)變換器GSC 28的輸出端之間。
圖3是本發(fā)明提出的一種雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)不對(duì)稱協(xié)調(diào)直接功率控制方法的原理圖。以一臺(tái)2MW商用變速恒頻DFIG風(fēng)電系統(tǒng)為例，采用本發(fā)明提出電網(wǎng)不對(duì)稱時(shí)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)直接功率控制方法，其中左側(cè)虛線框內(nèi)是RSC 1的不對(duì)稱直接功率控制，右側(cè)虛線框內(nèi)是GSC 28的不對(duì)稱直接功率控制。通過(guò)對(duì)RSC 1的不對(duì)稱直接功率控制消除DFIG 3定子電磁功率和無(wú)功功率中的基頻ωs和兩倍頻2ωs振蕩，保持雙饋異步發(fā)電機(jī)DFIG 3的電磁轉(zhuǎn)矩恒定；通過(guò)對(duì)GSC 28的不對(duì)稱直接功率控制消除直流母線電壓和GSC 28輸出無(wú)功功率中的基頻ωs和兩倍頻2ωs振蕩，保持雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)向電網(wǎng)輸出的總有功、無(wú)功功率恒定； 所述的RSC 1不對(duì)稱直接功率控制，包括以下步驟 (i)利用三相電壓霍爾傳感器5-1采集雙饋異步感應(yīng)發(fā)電機(jī)DFIG 3三相定子電壓信號(hào)Usabc；利用第一三相電流霍爾傳感器4-1采集三相定子電流Isabc，利用第二三相電流霍爾傳感器4-2采集和轉(zhuǎn)子電流信號(hào)Irabc； (ii)采集得到的三相定子電壓信號(hào)Usabc經(jīng)過(guò)不對(duì)稱鎖相環(huán)8檢測(cè)得到電網(wǎng)或者定子電壓中正序分量的角頻率ωs和相位θs；與此同時(shí)采用編碼器7檢測(cè)DFIG的轉(zhuǎn)子位置θr，再經(jīng)過(guò)微分器35計(jì)算轉(zhuǎn)速ωr；并通過(guò)減法器計(jì)算得到滑差角頻率ωslip＝ωs-ωr； (iii)將采集得到的三相定子電壓信號(hào)Usabc，三相定子電流信號(hào)Isabc分別經(jīng)過(guò)第一靜止三相到二相坐標(biāo)變換模塊6-1，得到定子靜止坐標(biāo)系中包含正、負(fù)序分量的定子電壓綜合矢量Usαβ，以及包含正、負(fù)序和零序分量的定子電流綜合矢量Isαβ；以定子電壓為例，靜止三相到二相坐標(biāo)變換如下式表達(dá) (iv)將得到的定子靜止坐標(biāo)系中定子電壓綜合矢量Usαβ、定子電流綜合矢量Isαβ經(jīng)過(guò)定子有功、無(wú)功功率計(jì)算模塊22得到定子輸出的瞬時(shí)有功功率信號(hào)Ps和無(wú)功功率信號(hào)Qs；其計(jì)算方法如下式表達(dá) (v)將采集得到的三相轉(zhuǎn)子電流信號(hào)Irabc通過(guò)正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換模塊26，得到轉(zhuǎn)子速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中含正、負(fù)序和零序分量的轉(zhuǎn)子電流綜合矢量Irαβ；正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換如下式表達(dá) (vi)將得到的定子電流綜合矢量Isαβ和轉(zhuǎn)子電流綜合矢量Irαβ經(jīng)過(guò)定子電磁功率計(jì)算模塊(27)得到定子電磁功率信號(hào)Pes；定子電磁功率Pes計(jì)算方法如下式表達(dá) 其中，Te為DFIG 3的電磁轉(zhuǎn)矩。
(vii)將定子電磁功率信號(hào)Pes和無(wú)功功率信號(hào)Qs與其參考電磁功率信號(hào)
和無(wú)功功率信號(hào)
經(jīng)過(guò)減法器計(jì)算得到電磁功率誤差信號(hào)ΔPes和無(wú)功功率誤差信號(hào)ΔQs； (viii)將得到的電磁功率誤差信號(hào)ΔPes和無(wú)功功率誤差信號(hào)ΔQs通過(guò)第一比例諧振調(diào)節(jié)器21-1調(diào)節(jié)；比例諧振控制器21-1的頻域表達(dá)式為 其中，kp，kr1，kr2為比例、諧振調(diào)節(jié)器的系數(shù)。調(diào)節(jié)后的輸出信號(hào)
經(jīng)過(guò)第一反饋補(bǔ)償解耦模塊15完成轉(zhuǎn)子速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中交-直軸間的交叉解耦和動(dòng)態(tài)反饋補(bǔ)償，獲取轉(zhuǎn)子速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)子電壓參考值
可用下式表達(dá) 其中 (ix)轉(zhuǎn)子電壓參考值
經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)差速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換模塊9，獲得定子坐標(biāo)系中轉(zhuǎn)子電壓參考值
作為空間矢量第一脈寬調(diào)制模塊2-1調(diào)制所需的轉(zhuǎn)子電壓參考信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)空間矢量脈寬調(diào)制后獲得控制DFIG運(yùn)行的RSC 1的開關(guān)信號(hào)Sa1，Sb1，Sc1。其中轉(zhuǎn)差速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換9可用下式表示 所述的GSC(28)不對(duì)稱直接功率控制，包括以下步驟 (i)利用單相電壓霍爾傳感器36采集直流母線電壓信號(hào)Vdc；利用第三三相電流霍爾傳感器4-3采集GSC 28輸出的流過(guò)濾波電感31的三相電流信號(hào)Igabc； (ii)將采集得到的GSC 28三相輸出電流信號(hào)Igabc經(jīng)過(guò)第二靜止三相到二相坐標(biāo)變換模塊6-2，得到靜止坐標(biāo)系中包含正、負(fù)序和零序分量的GSC 28電流綜合矢量Igαβ； (iii)將得到的靜止坐標(biāo)系中定子電壓綜合矢量Usαβ、GSC 28電流綜合矢量Igαβ經(jīng)過(guò)GSC 28有功、無(wú)功功率計(jì)算模塊34得到GSC 28輸出的瞬時(shí)有功功率信號(hào)Pg和無(wú)功功率信號(hào)Qg；其計(jì)算方法如下式表達(dá) (iv)將直流母線電壓參考信號(hào)
與采集得到的直流母線電壓信號(hào)Vdc經(jīng)過(guò)減法器計(jì)算得到直流母線電壓誤差信號(hào)，利用第一比例積分調(diào)節(jié)器19對(duì)得到的誤差信號(hào)作比例-積分調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)GSC 28有功功率參考信號(hào)補(bǔ)償模塊32得到GSC28有功功率參考信號(hào)
；其計(jì)算方法如下式表達(dá) 其中比例積分器19的頻域表達(dá)式CPI(s)為 CPI(s)＝kp+ki/s 其中，kp，ki為比例、積分調(diào)節(jié)器的系數(shù)。
(v)將GSC 28輸出的有功功率信號(hào)Pg和無(wú)功功率信號(hào)Qg與其參考有功功率信號(hào)
和無(wú)功功率信號(hào)
經(jīng)過(guò)減法器計(jì)算得到GSC 28輸出有功誤差信號(hào)ΔPg和無(wú)功功率誤差信號(hào)ΔQg； (vi)將得到的有功誤差信號(hào)ΔPg和無(wú)功功率誤差信號(hào)ΔQg通過(guò)第二比例諧振調(diào)節(jié)器21-2調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)后的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)第二反饋補(bǔ)償解耦模塊33完成同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中交-直軸間的交叉解耦和動(dòng)態(tài)反饋補(bǔ)償，獲取同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的GSC 28輸出電壓參考值
可用下式表達(dá) (vii)GSC 28輸出電壓參考值
經(jīng)過(guò)同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換模塊14，獲得的靜止坐標(biāo)系中GSC 28輸出電壓參考值
作為空間矢量脈寬調(diào)制模塊2調(diào)制所需的GSC輸出電壓參考信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)第二脈寬調(diào)制模塊2-2調(diào)制后獲得控制GSC 28運(yùn)行的開關(guān)信號(hào)Sa2，Sb2，Sc2。其中同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換模塊14如下式表達(dá) 參照?qǐng)D4，上述的RSC 1不對(duì)稱直接功率控制中所述的采用不對(duì)稱鎖相環(huán)8檢測(cè)電網(wǎng)或者定子電壓中正序分量的角頻率ωs和相位θs，步驟如下 (i)利用鎖相環(huán)的反饋相位信號(hào)
對(duì)三相定子電壓信號(hào)Usabc進(jìn)行正轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換23，得到正轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中含有直流量與兩倍頻2ωs交流量之和的電壓綜合矢量Usdq；正轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換如下式表達(dá) (ii)將得到的正轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中電壓綜合矢量Usdq的q軸分量Usq經(jīng)過(guò)第二比例積分調(diào)節(jié)器(37)得到三相定子電壓正序分量的頻率ωs； (iii)將得到的頻率信號(hào)ωs經(jīng)過(guò)積分器20積分得到電壓正序分量的相位信號(hào)θs； (iv)Usq經(jīng)過(guò)第一兩倍頻2ωs諧振調(diào)節(jié)器24-1調(diào)節(jié)后的輸出信號(hào)與電壓正序分量的相位信號(hào)θs相加，得到鎖相環(huán)的反饋相位信號(hào)
。兩倍頻2ωs諧振調(diào)節(jié)器24-1的頻域表達(dá)式為 其中，kr為諧振調(diào)節(jié)器的系數(shù)。
參照?qǐng)D5，上述的RSC 1不對(duì)稱直接功率控制和GSC 28不對(duì)稱直接功率控制中所述的第一比例諧振調(diào)節(jié)器21-1和第二比例諧振調(diào)節(jié)器21-2分別包括一個(gè)比例控制器26和兩個(gè)角頻率分別為基頻ωs和兩倍頻2ωs的諧振調(diào)節(jié)器25、24-2，其中比例控制器26調(diào)節(jié)功率的平均值，角頻率為ωs的諧振調(diào)節(jié)器25可抑制功率中的基頻ωs振蕩，角頻率為2ωs的第二倍頻2ωs諧振調(diào)節(jié)器24-2抑制功率中的兩倍頻2ωs振蕩。
參照?qǐng)D6(A)，若不采用本發(fā)明方法，則在電壓不對(duì)稱條件下(0.1-0.3s)，DFIG的定子有功、無(wú)功功率，電磁轉(zhuǎn)矩，GSC輸出有功、無(wú)功功率，系統(tǒng)輸出總有功、無(wú)功功率，以及直流母線電壓之中都出現(xiàn)明顯的基頻ωs和兩倍頻2ωs振蕩，其中基頻ωs振蕩由電壓突變瞬間定子磁鏈中的直流分量引起，而兩倍頻2ωs振蕩則由電壓中的負(fù)序分量引起；電壓恢復(fù)正常(0.3s)之后，由于定子磁鏈中的直流分量仍然存在，DFIG的定子有功、無(wú)功功率，電磁轉(zhuǎn)矩，GSC輸出有功、無(wú)功功率，系統(tǒng)輸出總有功、無(wú)功功率，以及直流母線電壓之中的基頻ωs振蕩仍然存在。
參照?qǐng)D6(B)，采用本發(fā)明方法之后，DFIG的定子無(wú)功功率、GSC輸出無(wú)功功率、系統(tǒng)輸出總無(wú)功功率、DFIG電磁轉(zhuǎn)矩以及直流母線電壓之中的基頻ωs和兩倍頻2ωs振蕩被很快抑制；但是定子有功功率中的基頻ωs和兩倍頻2ωs振蕩反而增大，此時(shí)通過(guò)控制GSC輸出的有功功率對(duì)定子有功功率中的振蕩分量進(jìn)行補(bǔ)償，從而使得整個(gè)風(fēng)電系統(tǒng)向電網(wǎng)輸出的總有功功率保持穩(wěn)定；電壓恢復(fù)正常(0.3s)之后，上述所有電量中的振蕩分量都在短時(shí)間(0.03s)內(nèi)減小至零，即定子磁鏈中的直流分量對(duì)系統(tǒng)的影響被完全抑制。通過(guò)圖6(A)和圖6(B)的對(duì)比，可見(jiàn)采用本發(fā)明的電網(wǎng)不對(duì)稱時(shí)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)直接功率控制方法之后，實(shí)現(xiàn)了雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在電網(wǎng)不對(duì)稱故障情況下的整體最優(yōu)化控制目標(biāo)。
綜上所述，本發(fā)明公開的一種雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)不對(duì)稱協(xié)調(diào)直接功率控制方法無(wú)需任何正、負(fù)序分解，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)塊，穩(wěn)態(tài)性能好；在電網(wǎng)電壓不對(duì)稱的情況下，可以實(shí)現(xiàn)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)向電網(wǎng)輸出穩(wěn)定的有功、功率；同時(shí)，在系統(tǒng)內(nèi)部，可以抑制DFIG和直流母線電壓的振蕩，從而避免風(fēng)電機(jī)組的機(jī)械系統(tǒng)和直流母線電容受到損壞。本方法可增強(qiáng)電網(wǎng)不對(duì)稱故障情況下對(duì)風(fēng)電機(jī)組的控制能力，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電機(jī)組在電網(wǎng)故障下的穿越運(yùn)行。
權(quán)利要求
1.一種雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)不對(duì)稱協(xié)調(diào)直接功率控制方法，其特征在于包括雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子側(cè)變換器RSC(1)的不對(duì)稱直接功率控制和網(wǎng)側(cè)變換器GSC(28)的不對(duì)稱直接功率控制；通過(guò)對(duì)RSC(1)的不對(duì)稱直接功率控制消除DFIG(3)定子電磁功率和無(wú)功功率中的基頻ωs和兩倍頻2ωs振蕩，保持雙饋異步發(fā)電機(jī)DFIG(3)的電磁轉(zhuǎn)矩恒定；通過(guò)對(duì)GSC(28)的不對(duì)稱直接功率控制消除直流母線電壓和GSC(28)輸出無(wú)功功率中的基頻ωs和兩倍頻2ωs振蕩，保持雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)向電網(wǎng)輸出的總有功、無(wú)功功率恒定；
所述的RSC(1)不對(duì)稱直接功率控制，包括以下步驟
(i)利用三相電壓霍爾傳感器(5-1)采集雙饋異步感應(yīng)發(fā)電機(jī)DFIG(3)三相定子電壓信號(hào)Usabc；利用第一三相電流霍爾傳感器(4-1)采集三相定子電流Isabc，利用第二三相電流霍爾傳感器(4-2)采集三相轉(zhuǎn)子電流信號(hào)Irabc；
(ii)采集得到的三相定子電壓信號(hào)Usabc經(jīng)過(guò)不對(duì)稱鎖相環(huán)(8)檢測(cè)得到電網(wǎng)或者定子電壓中正序分量的角頻率ωs和相位θs；與此同時(shí)采用編碼器(7)檢測(cè)DFIG的轉(zhuǎn)子位置θr，再經(jīng)過(guò)微分器(35)計(jì)算轉(zhuǎn)速ωr；并通過(guò)減法器計(jì)算得到滑差角頻率ωslip＝ωs-ωr；
(iii)將采集得到的三相定子電壓信號(hào)Usabc，三相定子電流信號(hào)Isabc分別經(jīng)過(guò)第一靜止三相到二相坐標(biāo)變換模塊(6-1)，得到定子靜止坐標(biāo)系中包含正、負(fù)序分量的定子電壓綜合矢量Usαβ，以及包含正、負(fù)序和零序分量的定子電流綜合矢量Isαβ；
(iv)將得到的定子靜止坐標(biāo)系中定子電壓綜合矢量Usαβ、定子電流綜合矢量Isαβ經(jīng)過(guò)定子有功、無(wú)功功率計(jì)算模塊(22)得到定子輸出的瞬時(shí)有功功率信號(hào)Ps和無(wú)功功率信號(hào)Qs；
(v)將采集得到的三相轉(zhuǎn)子電流信號(hào)Irabc通過(guò)正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換模塊(26)，得到轉(zhuǎn)子速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中含正、負(fù)序和零序分量的轉(zhuǎn)子電流綜合矢量Irαβ；
(vi)將得到的定子電流綜合矢量Isαβ和轉(zhuǎn)子電流綜合矢量Irαβ經(jīng)過(guò)定子電磁功率計(jì)算模塊(27)得到定子電磁功率信號(hào)Pes；
(vii)將定子電磁功率信號(hào)Pes和無(wú)功功率信號(hào)Qs與其參考電磁功率信號(hào)
和無(wú)功功率信號(hào)
經(jīng)過(guò)減法器計(jì)算得到電磁功率誤差信號(hào)ΔPes和無(wú)功功率誤差信號(hào)ΔQs；
(viii)將得到的電磁功率誤差信號(hào)ΔPes和無(wú)功功率誤差信號(hào)ΔQs通過(guò)第一比例諧振調(diào)節(jié)器(21-1)調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)后的輸出信號(hào)
經(jīng)過(guò)第一反饋補(bǔ)償解耦模塊(15)完成轉(zhuǎn)子速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中交-直軸間的交叉解耦和動(dòng)態(tài)反饋補(bǔ)償，獲取轉(zhuǎn)子速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)子電壓參考值
(ix)轉(zhuǎn)子電壓參考值
經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)差速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換模塊(9)，獲得定子坐標(biāo)系中轉(zhuǎn)子電壓參考值
作為空間矢量第一脈寬調(diào)制模塊(2-1)調(diào)制所需的轉(zhuǎn)子電壓參考信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)空間矢量脈寬調(diào)制后獲得控制DFIG運(yùn)行的轉(zhuǎn)子側(cè)變換器(1)的開關(guān)信號(hào)Sa1，Sb1，Sc1。
所述的GSC(28)不對(duì)稱直接功率控制，包括以下步驟
(i)利用單相電壓霍爾傳感器(36)采集直流母線電壓信號(hào)Vdc；利用第三三相電流霍爾傳感器(4-3)采集GSC(28)輸出的流過(guò)濾波電感(31)的三相電流信號(hào)Igabc；
(ii)將采集得到的GSC(28)三相輸出電流信號(hào)Igabc經(jīng)過(guò)第二靜止三相到二相坐標(biāo)變換模塊(6-2)，得到靜止坐標(biāo)系中包含正、負(fù)序和零序分量的GSC(28)電流綜合矢量Igαβ；
(iii)將得到的靜止坐標(biāo)系中定子電壓綜合矢量Usαβ和GSC(28)電流綜合矢量Igαβ經(jīng)過(guò)GSC(28)有功、無(wú)功功率計(jì)算模塊(34)得到GSC(28)輸出的瞬時(shí)有功功率信號(hào)Pg和無(wú)功功率信號(hào)Qg；
(iv)將直流母線電壓參考信號(hào)
與采集得到的直流母線電壓信號(hào)Vdc經(jīng)過(guò)減法器計(jì)算得到直流母線電壓誤差信號(hào)，利用第一比例積分調(diào)節(jié)器(19)對(duì)得到的誤差信號(hào)作比例-積分調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)GSC(28)有功功率參考信號(hào)補(bǔ)償模塊(32)得到GSC(28)有功功率參考信號(hào)
；
(v)將GSC(28)輸出的有功功率信號(hào)Pg和無(wú)功功率信號(hào)Qg與其參考有功功率信號(hào)
和無(wú)功功率信號(hào)
經(jīng)過(guò)減法器計(jì)算得到GSC(28)輸出有功誤差信號(hào)ΔPg和無(wú)功功率誤差信號(hào)ΔQg；
(vi)將得到的有功功率誤差信號(hào)ΔPg和無(wú)功功率誤差信號(hào)ΔQg通過(guò)第二比例諧振調(diào)節(jié)器(21-2)調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)后的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)第二反饋補(bǔ)償解耦模塊(33)完成同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中交-直軸間的交叉解耦和動(dòng)態(tài)反饋補(bǔ)償，獲取同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的GSC(28)輸出電壓參考值
；
(vii)GSC(28)輸出電壓參考值
經(jīng)過(guò)同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換模塊(14)，獲得的靜止坐標(biāo)系中GSC(28)輸出電壓參考值
作為第二脈寬調(diào)制模塊(2-2)調(diào)制所需的GSC輸出電壓參考信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)空間矢量脈寬調(diào)制后獲得控制GSC(28)運(yùn)行的開關(guān)信號(hào)Sa2，Sb2，Sc2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)不對(duì)稱協(xié)調(diào)直接功率控制方法，其特征在于RSC(1)不對(duì)稱直接功率控制中所述的采用不對(duì)稱鎖相環(huán)(8)檢測(cè)電網(wǎng)或者定子電壓中正序分量的角頻率ωs和相位θs，步驟如下
(i)利用鎖相環(huán)的反饋相位信號(hào)
對(duì)三相定子電壓信號(hào)Usabc進(jìn)行正轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換(23)，得到正轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中含有直流量與兩倍頻2ωs交流量之和的電壓綜合矢量Usdq；
(ii)將得到的正轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中電壓綜合矢量Usdq的q軸分量Usq經(jīng)過(guò)第二比例積分調(diào)節(jié)器(37)得到三相定子電壓正序分量的頻率ωs；
(iii)將得到的頻率信號(hào)ωs經(jīng)過(guò)積分器(20)積分得到電壓正序分量的相位信號(hào)θs；
(iv)Usq經(jīng)過(guò)第一兩倍頻2ωs諧振調(diào)節(jié)器(24-1)調(diào)節(jié)后的輸出信號(hào)與電壓正序分量的相位信號(hào)θs相加，得到鎖相環(huán)的反饋相位信號(hào)
。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)不對(duì)稱協(xié)調(diào)直接功率控制方法，其特征在于RSC(1)不對(duì)稱直接功率控制和GSC(28)不對(duì)稱直接功率控制中所述的第一比例諧振調(diào)節(jié)器(21-1)和第二比例諧振調(diào)節(jié)器(21-2)分別包括一個(gè)比例控制器(26)和兩個(gè)角頻率分別為基頻ωs和兩倍頻2ωs的諧振調(diào)節(jié)器(25、24-2)，其中比例控制器(26)調(diào)節(jié)功率的平均值，角頻率為ωs的諧振調(diào)節(jié)器(25)可抑制功率中的基頻ωs振蕩，角頻率為2ωs的第二倍頻2ωs諧振調(diào)節(jié)器(24-2)抑制功率中的兩倍頻2ωs振蕩。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)不對(duì)稱協(xié)調(diào)直接功率控制方法。通過(guò)一個(gè)比例調(diào)節(jié)器和兩個(gè)諧振調(diào)節(jié)器組成的比例諧振調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)雙饋異步發(fā)電機(jī)的定子電磁、無(wú)功功率以及網(wǎng)側(cè)變換器的有功、無(wú)功功率，從而實(shí)現(xiàn)在無(wú)需進(jìn)行任何正、負(fù)序電量分解的情況下對(duì)雙饋異步發(fā)電機(jī)和網(wǎng)側(cè)變換器的運(yùn)行狀況進(jìn)行有效控制。采用本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在電網(wǎng)不對(duì)稱故障情況下的整體最優(yōu)化控制效果，消除電網(wǎng)電壓不對(duì)稱引起的雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)總有功、無(wú)功功率、電磁轉(zhuǎn)矩、直流母線電壓波動(dòng)，有效提高該系統(tǒng)在電網(wǎng)電壓故障條件下的運(yùn)行控制性能，確保供電電能質(zhì)量和電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性及安全。
文檔編號(hào)H02P9/00GK101521481SQ200910097499
公開日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2009年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月7日
發(fā)明者鵬 周, 賀益康, 瑋 章, 丹 孫 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)