電網(wǎng)故障下雙饋感應(yīng)風力發(fā)電機暫態(tài)電流跟蹤控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于風力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種電網(wǎng)故障下雙饋感應(yīng)風力發(fā) 電機暫態(tài)電流跟蹤控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著風電在電網(wǎng)中滲透率的提高，各國對風電機組提出了相應(yīng)的并網(wǎng)規(guī)范；其中， 關(guān)注度最高的當屬低電壓穿越要求，即電網(wǎng)故障期間，風電機組能不脫網(wǎng)運行并在規(guī)定時 間內(nèi)向電網(wǎng)提供無功支撐。
[0003] 在多種風電機組中，雙饋式風電機組具有變流器容量小、變頻恒速、無功有功解 親控制等優(yōu)點，成為了當前主流機型；然而，雙饋感應(yīng)風力發(fā)電機（Doublyfedinduction generator,DFIG)的定子與電網(wǎng)直接相連，對電網(wǎng)電壓非常敏感；當電網(wǎng)發(fā)生深度故障時， 會在轉(zhuǎn)子側(cè)感應(yīng)電動勢中激勵出遠超過直流母線電壓的暫態(tài)和負序分量，容易導(dǎo)致轉(zhuǎn)子側(cè) 變流器出現(xiàn)過壓過流問題。
[0004] 目前，低電壓穿越方案主要分為以下兩類：
[0005]-類是附加硬件方案，主流的低電壓穿越解決裝置是撬棒（Crowbar)，其結(jié)構(gòu)簡 單、成本較低。但是，Crowbar投入后，系統(tǒng)不可控，并且雙饋感應(yīng)風力發(fā)電機將類似于鼠 籠型電機運行，會向電網(wǎng)吸收大量的無功功率；為此，一些學者也相繼提出了串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變流 器、電壓動態(tài)恢復(fù)器、靜止同步補償器等解決方案，可維持系統(tǒng)可控，但是，這類附加硬件的 解決方案均會增加系統(tǒng)的硬件成本和控制復(fù)雜性。
[0006] 另一類是通過改進勵磁控制方案，由于其具有較高的靈活性而得到了廣泛關(guān)注， 如：通過在轉(zhuǎn)子電流指令中注入與定子磁鏈相關(guān)的暫態(tài)分量的磁鏈有源衰減控制方法[參 見：張祿，金新民，戰(zhàn)亮宇，等.電網(wǎng)電壓對稱跌落下的雙饋感應(yīng)風力發(fā)電機磁鏈有源衰減 控制[刀.電工技術(shù)學報，2012,27(09):191-197.];在轉(zhuǎn)子電流指令中注入與定子磁鏈 相關(guān)的暫態(tài)、負序分量的滅磁控制方法[參見：XiangDawei，RanLi，TavnerPeterJ.， etal.Controlofadoublyfedinductiongeneratorinawindturbineduring gridfaultride-through[J].IEEETransactionsonEnergyConversion，2006,21 (3): 652-662.];在中國發(fā)明專利說明書CN103633913A中公開了一種在轉(zhuǎn)子電流指令中注入與 定子電流相關(guān)的正序、暫態(tài)、負序分量的反向電流跟蹤控制方法。該類方法通過在轉(zhuǎn)子電流 指令中注入一定的暫態(tài)（或負序）分量，可有效降低轉(zhuǎn)子側(cè)變流器電壓需求，進而增強雙饋 感應(yīng)風力發(fā)電機在深度電網(wǎng)故障下的可控低電壓穿越能力。然而，在矢量控制系統(tǒng)所在的 同步旋轉(zhuǎn)坐標系下，該暫態(tài)、負序電流指令分別表現(xiàn)為50Hz、100Hz的交流量，然而，經(jīng)典的 PI控制器無法精確跟蹤該指令，進而降低了這類改進控制策略的有效性。因此，必須對轉(zhuǎn)子 側(cè)變流器電流環(huán)的控制結(jié)構(gòu)進行相應(yīng)改造，以適應(yīng)電網(wǎng)故障條件下轉(zhuǎn)子側(cè)變流器對暫態(tài)控 制目標的精確實現(xiàn)。
[0007] 目前，已有一些提高電流環(huán)對暫態(tài)電流跟蹤能力的研究工作，例如：
[0008] [l]XuLie,WangYi.DynamicmodelingandcontrolofDFIG-Basedwind turbinesunderunbalancednetworkconditions[J].IEEETransactionsonPower Systems,2007,22(1) ：314-323.
[0009] [2]HuJiabing，HeYikang.ReinforcedcontrolandoperationofDFIG-Based wind-power-generationsystemunderunbalancedgridvoltageconditions[J].IEEE TransactionsonEnergyConversion，2009,24(4) ：905-915.
[0010] [3]HuJiabing,HeYikang,XuLie,etal.ImprovedcontrolofDFIGsystems duringnetworkunbalanceusingPI-Rcurrentregulators[J].IEEETransactionson IndustrialElectronics,2009,56 (2) ：439-451.
[0011] 文獻[1]提出了 一種正、負序雙dq坐標系下PI控制方案，實現(xiàn)了雙饋感應(yīng) 風力發(fā)電機對正、負序電流的獨立調(diào)節(jié)與有效控制，但是，由于需要使用濾波器來對 電流的正、負序分量進行分離，會引入延時和幅值衰減，影響了控制系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng) 速度和穩(wěn)態(tài)控制精度。文獻[2]提出了在兩相定子靜止a0坐標系下的比例諧振 (Proportional-Resonant,P-R)控制方案，實現(xiàn)了對雙饋感應(yīng)風力發(fā)電機轉(zhuǎn)子正、負序電流 無需分離的統(tǒng)一調(diào)節(jié)，然而，該方案需對基于穩(wěn)態(tài)條件下設(shè)計的傳統(tǒng)矢量控制系統(tǒng)進行較 大的結(jié)構(gòu)改動，影響了該方案的工業(yè)應(yīng)用前景。文獻[3]提出了在同步旋轉(zhuǎn)坐標系下PI-R 控制方法，借助于諧振控制器來實現(xiàn)對交流分量指令的精確控制，但是，諧振分量的相位滯 后會導(dǎo)致原系統(tǒng)動態(tài)性能的下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本申請?zhí)峁┑氖请娋W(wǎng)故障下雙饋感應(yīng)風力發(fā)電機暫 態(tài)電流跟蹤控制方法，其中通過在轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的電流環(huán)中附加與轉(zhuǎn)子暫態(tài)電流指令相關(guān) 的暫態(tài)電流指令前饋分量，實現(xiàn)了提高原電流環(huán)對交流指令的跟蹤能力，從而將該暫態(tài)電 流指令所對應(yīng)的特性充分發(fā)掘出來，以增強雙饋感應(yīng)風力發(fā)電機的低電壓穿越能力，因而 尤其適用于風力發(fā)電的勵磁控制的應(yīng)用場合。
[0013] 為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種電網(wǎng)故障下雙饋感應(yīng)風力 發(fā)電機暫態(tài)電流跟蹤控制方法，其特征在于該方法包含以下各步驟：
[0014] ⑴獲取所述雙饋感應(yīng)風力發(fā)電機的電機參數(shù)，所述參數(shù)包括定子自感Ls、定轉(zhuǎn)子 互感Lm、定子電阻Rs、轉(zhuǎn)子電阻艮和轉(zhuǎn)子自感L^
[0015] (2)通過電壓、電流霍爾傳感器來獲得所述雙饋感應(yīng)風力發(fā)電機的定子三相電壓 Usabc、定子三相電流Isab。和轉(zhuǎn)子三相電流Irabc;
[0016] (3)使用鎖相環(huán)來獲取所述電網(wǎng)并網(wǎng)點電壓的角頻率《s;
[0017] (4)采用編碼器來獲取所述雙饋感應(yīng)風力發(fā)電機的轉(zhuǎn)子機械角頻率
[0018] (5)根據(jù)步驟（3)獲得的所述并網(wǎng)點電壓的角頻率步驟⑷中獲得的所述 轉(zhuǎn)子機械角頻率來獲得轉(zhuǎn)差角頻率《 2= ? 并將轉(zhuǎn)差角頻率《2進行積分來獲得 轉(zhuǎn)差角92;
[0019] (6)根據(jù)步驟（5)中的轉(zhuǎn)差角0 2，對上述步驟⑵中的所述定子三相電壓Usab。、所 述定子三相電流Isab。和所述轉(zhuǎn)子三相電流I。分別進行abc/dq坐標變換，來獲得同步旋 轉(zhuǎn)坐標系下的所述雙饋感應(yīng)風力發(fā)電機的定子d軸電壓usd、定子q軸電壓usq、定子d軸電 流isd、定子q軸電流isq和轉(zhuǎn)子d軸電流im、轉(zhuǎn)子q軸電流iq;
[0020] (7)根據(jù)步驟⑴中的所述雙饋感應(yīng)風力發(fā)電機的所述定子自感Ls、所述定轉(zhuǎn)子 互感1^以及步驟（6)中的所述定子d軸電流isd、所述定子q軸電流isq、所述轉(zhuǎn)子d軸電流 i?i、所述轉(zhuǎn)子q軸電流iq，來計算得到所述雙饋感應(yīng)風力發(fā)電機的定子d軸磁鏈也sd、定子 q軸磁鏈itsq，其計算公式為
[0021] (8)根據(jù)步驟（6)中的所述轉(zhuǎn)子d軸電流所述轉(zhuǎn)子q軸電流L分別與所述轉(zhuǎn) 子d軸電流指令^、所述轉(zhuǎn)子q軸電流指令相減來獲得d軸誤差信號q軸誤差信號 iq，其計算公式為
[0022] (9)通過控制器來對所述d軸誤差信號ied、所述q軸誤差信號'進行閉環(huán)處理， 得到轉(zhuǎn)子電壓控制量
[0023] (10)根據(jù)上述步驟（1)中的所述定子自感Ls、所述定轉(zhuǎn)子互感k、所述定子電阻札 和所述轉(zhuǎn)子自感k，步驟（6)中的所述雙饋感應(yīng)風力發(fā)電機的所述定子d軸電壓usd、所述 轉(zhuǎn)子d軸電流i#所述轉(zhuǎn)子q軸電流iq，步驟（7)中的所述定子d軸磁鏈$sd、所述定子q 軸磁鏈以及步驟（4)、（5)中的所述轉(zhuǎn)子機械角頻率cop所述轉(zhuǎn)差角頻率《2來計算得 到前饋補償值V_、V#，其計算公式為：
：： 其中，ir=l-€, / 為漏感系數(shù)；
[0024] (11)根據(jù)上述步驟⑴中的所述轉(zhuǎn)子電阻&、所述轉(zhuǎn)子自感k以及所述轉(zhuǎn)子d軸 電流指令G、所述轉(zhuǎn)子q軸電流指令&來計算獲得轉(zhuǎn)子電流指令前饋值Vf(：ni(：、Vfraq。，其計 算公式為
[0025] (12)根據(jù)上述步驟（9)中的轉(zhuǎn)子電壓控制量<、《^，步驟（10)中的所述前饋補 償值Vi、V_，以及步驟（11)中的電流指令前饋值Vfa^、VfCTq。，來計算獲得轉(zhuǎn)子電壓需求值 【二、其計算公式為：
[0026]
[0027] (13)對步驟（12)中的轉(zhuǎn)子電